JPH06151262A - Electrochemical element - Google Patents

Electrochemical element

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JPH06151262A
JPH06151262A JP4297265A JP29726592A JPH06151262A JP H06151262 A JPH06151262 A JP H06151262A JP 4297265 A JP4297265 A JP 4297265A JP 29726592 A JP29726592 A JP 29726592A JP H06151262 A JPH06151262 A JP H06151262A
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polymer electrolyte
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Abstract

PURPOSE:To provide an electrochemical element small in internal resistance, high in response speed, and hardly affected by vibrations, wherein gas is prevented from being generated from an electrode. CONSTITUTION:An electrochemical element is equipped with a first electrode 1, a high molecular electrolytic layer 3 composed of crosslinked high molecular material and liquid and arranged very close to the electrode 11, and a second electrode 2, wherein a gap between the high molecular electrolytic layer 3 and the second electrode 2 is filled with liquid medium 4, and electrochemically active ion species contained in the medium 4 and high molecular ions included in the high molecular electrolytic layer 3 are the same in polarity. By this setup, an electrochemical element which is high in response speed and low in internal resistance, functions as a rectifier in low voltage and small current can be obtained, wherein gas is hardly generated from an electrode.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電解質溶液を用いた電気
化学素子に関し、特に電気伝導度制御可能であって、第
1の電極と、該第1の電極に密接して配置され、架橋さ
れた高分子物質からなる高分子電解質層と、前記高分子
電解質層から離れて配置された第2の電極とを有する電
気化学素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrochemical device using an electrolyte solution, and more particularly to a device having a controllable electric conductivity, a first electrode and a first electrode which are disposed in close contact with each other and crosslinked. The present invention relates to an electrochemical device having a polymer electrolyte layer made of a polymer substance and a second electrode arranged apart from the polymer electrolyte layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】電解質溶液中の電荷キャリアであるイオ
ンの挙動は半導体中のキャリアである電子やホールの挙
動と類似する点が古くから指摘されており、電気化学素
子として溶液ダイオード、溶液トランジスタなどの電気
化学的整流素子・増幅素子についての提案がなされてい
る。(例えばLETAW&BARDEEN;J.App
l.Phys.、25(5)、600(1954)、O
SHIDA;J.Phys.Soc.Japan、15
(12)、2288(1960)、LANE&CAME
RON;Electronics、32(9)、53
(1959)など)このような電気化学素子に半導体素
子と同様な電気伝導度制御を行わせるためには、素子の
内部の電荷キャリアの濃度分布を適当な方法で規制する
必要がある。この方法に関する初期の提案では、電極付
近の電荷キャリアすなわちイオンの濃度を制御する方法
として、電極に電流を通じて電気化学反応を起こして濃
度分極を生じる状態にすることが行われていた。その
後、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とを接触させ
ることにより、電流を通じない状態においてイオン濃度
分布を形成する方法が報告されている。(例えばLOV
RECEK、DESPIC&BOCKRIS;J.Ph
ys.Chem.、63、750(1959)LOVR
ECEK&KUNST;Nature、189、804
(1961)など)。
2. Description of the Related Art It has long been pointed out that the behavior of ions, which are charge carriers in an electrolyte solution, is similar to the behavior of electrons and holes, which are carriers in semiconductors. The electrochemical rectification element / amplification element of the above has been proposed. (For example, LETAW &BARDEEN; J. App
l. Phys. , 25 (5), 600 (1954), O
SHIDA; Phys. Soc. Japan, 15
(12), 2288 (1960), LANE & CAME
RON; Electronics, 32 (9), 53
(1959, etc.) In order to make such an electrochemical device perform the same electric conductivity control as that of a semiconductor device, it is necessary to regulate the concentration distribution of charge carriers inside the device by an appropriate method. In the initial proposal regarding this method, as a method of controlling the concentration of charge carriers, that is, ions, near the electrode, an electric current is applied to the electrode to cause an electrochemical reaction to cause concentration polarization. Then, a method has been reported in which a cation exchange resin and an anion exchange resin are brought into contact with each other to form an ion concentration distribution in a state in which no current is passed. (Eg LOV
RECEK, DESPIC &BOCKRIS; Ph
ys. Chem. , 63 , 750 (1959) LOVR
ECEK &KUNST; Nature, 189 , 804
(1961) etc.).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記の従来提案されて
きた電気化学素子では、電解質が単純な液体である場合
には電解質の流動が生じやすく振動の影響を受けやすい
という欠点があった。また高分子電解質などの固体状の
電解質を用いた素子の場合には液体電解質の場合よりも
電荷のキャリアとなる電解質イオンの移動が遅くなるた
め、応答が遅くなるという欠点があった。また、電解質
媒体が水を含み電荷キャリアとして水素イオンと水酸イ
オンを用いた場合には、通常の他のイオンに比べて速い
キャリアの移動が見られるものの、これらのイオンから
の電極反応によってガスが発生し、このガスが素子内部
にたまるという問題点があるのみならず、電気化学素子
の内部抵抗が小さくないという問題があった。
The previously proposed electrochemical device described above has a drawback in that when the electrolyte is a simple liquid, the electrolyte easily flows and is easily affected by vibration. Further, in the case of an element using a solid electrolyte such as a polymer electrolyte, the movement of electrolyte ions serving as charge carriers becomes slower than in the case of a liquid electrolyte, so that there is a drawback that the response becomes slow. Further, when the electrolyte medium contains water and hydrogen ions and hydroxide ions are used as charge carriers, a faster carrier migration is observed as compared with other ordinary ions, but gas is generated by an electrode reaction from these ions. Occurs, and there is a problem that the internal resistance of the electrochemical device is not small, in addition to the problem that this gas accumulates inside the device.

【0004】本発明の目的は、振動の影響をうけ難く、
電極からのガス発生の問題がなく、応答の速い、内部抵
抗の小さい電気化学素子を提供することにある。
The object of the present invention is to reduce the influence of vibration,
An object of the present invention is to provide an electrochemical element which does not have a problem of gas generation from electrodes and has a fast response and a small internal resistance.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の電気化学素子
は、高分子電解質層と第2の電極との間の間隙が液体を
主とする媒体によって満たされ、前記媒体中に含まれる
電気化学的に活性なイオン種が、前記高分子電解質層に
含有される高分子イオンと同極性で、あることを特徴と
する。
In the electrochemical device of the present invention, the gap between the polymer electrolyte layer and the second electrode is filled with a medium containing liquid as a main component, and the electrochemical element contained in the medium is filled. The electrically active ionic species has the same polarity as the polymer ion contained in the polymer electrolyte layer.

【0006】[0006]

【作用】本発明の電気化学素子の高分子電解質層を構成
する高分子は、分子構造にイオン解離性の部分を持ち、
誘電率の高い溶媒によって膨潤して高分子イオン(高分
子構造に直結し、かつ電荷を帯びた部分)と前記高分子
イオンに対して反対の極性を持ち自由イオンとに解離す
る。
The polymer constituting the polymer electrolyte layer of the electrochemical device of the present invention has an ionic dissociative portion in its molecular structure,
It is swollen by a solvent having a high dielectric constant and is dissociated into a polymer ion (a portion directly connected to the polymer structure and charged) and a free ion having an opposite polarity to the polymer ion.

【0007】液体を主とし、低分子イオンを含む媒体と
前記の高分子電解質層と接すると、界面を横切る低分子
イオンの移動が起こる。この時高分子イオンは架橋によ
り固定されているため移動しない。従って前記高分子電
解質層と前記媒体との界面においてドナン平衝が成り立
ったとき、界面を横切って移動した低分子電解質の陰/
陽イオンの量は互いに等しくならない。
When a medium mainly composed of a liquid and containing the low molecular weight ions is brought into contact with the above-mentioned polymer electrolyte layer, the low molecular weight ions move across the interface. At this time, the polymer ions do not move because they are fixed by crosslinking. Therefore, when the Donnan equilibrium is established at the interface between the polymer electrolyte layer and the medium, the shadow of the low molecular electrolyte that has moved across the interface /
The amounts of cations are not equal to each other.

【0008】高分子電解質イオンと反対符号の低分子イ
オンは比較的自由に前記の界面を通過できるのに対し
て、高分子電解質と同符号の電荷を持つイオンは界面を
少量しか通過しない。こうして前記媒体に含まれる低分
子イオンのうち、前記高分子電解質と同符号のイオンは
高分子電解質層から排除される結果となる。
Low molecular weight ions having the opposite sign to the polyelectrolyte ions can pass through the interface relatively freely, whereas ions having the same sign as the polyelectrolyte pass only a small amount through the interface. Thus, among the low molecular weight ions contained in the medium, the ions having the same sign as the polymer electrolyte are excluded from the polymer electrolyte layer.

【0009】前記の高分子電解質層から排除されるイオ
ンとして、電気化学的に活性なイオン、すなわち電極と
の間で電子の受渡しを行って、直接酸化還元反応にたず
さわるイオンを用いるならば、高分子電解質層に接した
第1の電極と媒体に接した第2の電極それぞれにおける
電子移動反応の速度は、それぞれの電極表面における前
記イオンの濃度の違いを反映して異なる速さとなる。従
って第1と第2の電極の間に電流を通じると、電極表面
で生じる分極電圧の大きさが電流の方向により異なるた
め、整流作用が現れる。
If an ion that is electrochemically active, that is, an electron that exchanges electrons with the electrode and directly participates in a redox reaction is used as the ion that is excluded from the above-mentioned polymer electrolyte layer, The electron transfer reaction rates at the first electrode in contact with the molecular electrolyte layer and the second electrode in contact with the medium are different, reflecting the difference in the concentration of the ions on the surface of each electrode. Therefore, when an electric current is passed between the first and second electrodes, the magnitude of the polarization voltage generated on the electrode surface varies depending on the direction of the electric current, so that a rectifying action appears.

【0010】前述のように高分子電解質層中の電気化学
的に活性なイオンの濃度は低いが、高分子イオンやその
反対の極性を持つ自由イオンの濃度は充分高いので、高
分子電解質層の電気抵抗は低く抑えることが可能であ
る。いっぽう液体を主とする媒体においては、電気化学
的に活性なイオン及びその反対極性を持つイオンの濃度
を高くすることができるので、前記媒体の電気抵抗も低
く抑えることが可能である。
As described above, the concentration of the electrochemically active ions in the polymer electrolyte layer is low, but the concentration of the polymer ions and the free ions having the opposite polarity are sufficiently high. The electric resistance can be kept low. On the other hand, in a medium mainly composed of a liquid, the concentration of the electrochemically active ion and the ion having the opposite polarity can be increased, so that the electric resistance of the medium can be suppressed low.

【0011】本発明の素子は電解液中のイオンを電荷キ
ャリアとし、電極付近におけるイオンの濃度を制御する
ことにより伝導度制御を行うデバイスであるため、電解
液すなわち媒体が電子伝導性を持つことは好ましくな
い。媒体に使用する溶媒は誘電率が高く実用上解離性の
無いものであることが望ましく、アセトニトリル、エチ
レングリコール、プロピレンカーボネイト、ジメチルア
セトアミド、ジメチルホルムアミドなどが利用可能であ
る。しかし僅かにイオン解離する溶媒であっても溶媒か
ら生じたイオンが素子の使用条件の下に実用上電極反応
しないならば利用可能である。たとえば水を溶媒として
用いても、電荷キャリアとして用いる電解質イオンが1
x10-6mol1/1以上添加されており、そのキャリ
アの電極反応が水の電解反応に優先して進むならば実用
的素子を製造することができる。
Since the element of the present invention is a device for controlling conductivity by using ions in the electrolytic solution as charge carriers and controlling the concentration of ions near the electrodes, the electrolytic solution, that is, the medium, has electronic conductivity. Is not preferable. The solvent used for the medium is preferably one having a high dielectric constant and practically no dissociation property, and acetonitrile, ethylene glycol, propylene carbonate, dimethylacetamide, dimethylformamide and the like can be used. However, even a solvent that slightly dissociates into ions can be used if the ions generated from the solvent do not practically undergo an electrode reaction under the operating conditions of the device. For example, even if water is used as a solvent, one electrolyte ion is used as a charge carrier.
If more than x10 -6 mol 1/1 is added, and the electrode reaction of the carrier precedes the electrolytic reaction of water, a practical device can be manufactured.

【0012】本発明の電気化学素子における液体を主と
する媒体としては、通常の液体のみでもよいが、前記の
架橋高分子電解質層と第2の電極との間隔を安定に保つ
ことが素子の動作特性の安定化に有効であるので、適当
な固体スペーサや多孔質体を液体中に挿入したり、液体
で膨潤した架橋分子を液体のかわりに用いてもよい。
The medium mainly containing a liquid in the electrochemical device of the present invention may be an ordinary liquid alone, but it is possible to maintain a stable distance between the crosslinked polymer electrolyte layer and the second electrode. A suitable solid spacer or porous material may be inserted into the liquid, or a bridging molecule swollen with the liquid may be used instead of the liquid because it is effective for stabilizing the operating characteristics.

【0013】実用上の要求から本素子に連続的に電流を
通じても素子が消耗しないことが保証されるべきであ
る。これを達成するためには本電気化学素子には、通電
よるに電極の劣化・溶出がないこと、通電による電解液
の分解・消耗がないことが要求される。
From practical requirements, it should be ensured that the device will not be consumed even if a current is continuously applied to the device. In order to achieve this, the present electrochemical device is required to have no deterioration or elution of electrodes due to energization and no decomposition or consumption of the electrolytic solution due to energization.

【0014】電極の劣化を防止するために、本発明の素
子に用いられる電極は、素子の通常の使用状態において
電気化学的に不活性な導電体からなることが必要であ
る。このような条件を満たす材料としては金、白金、ロ
ジウムなどの電気化学的に貴な金属や、グラファイト、
無定形炭素などが挙げられる。
In order to prevent the deterioration of the electrode, the electrode used in the device of the present invention needs to be made of a conductor which is electrochemically inactive under the normal use condition of the device. Materials that satisfy these conditions include electrochemically noble metals such as gold, platinum, and rhodium, graphite,
Examples include amorphous carbon.

【0015】電解液の劣化を防止するためには電解液中
に存在する電荷キャリアが上記の不活性な電極材料上で
可逆な電気化学反応をし、素子のアノードで酸化された
キャリアがカソードで逆反応により還元されるものであ
るべきである。このような可逆な酸化・還元反応に適す
るキャリアとしては、鉄(III)/鉄(II)、銅
(II)/銅(I)、セリウム(IV)/セリウム(I
II)、等の複数の酸化状態を持つ遷移金属イオン、ヨ
ウ素、臭素等のハロゲンイオン、ヒドロキノン、ナフト
ヒドロキノン等のキノン系化合物、チオニン、N−メチ
ルフェノチアジン、メチレンブルー等のフェノチアジン
系化合物などが挙げられる。これらの電気化学的に活性
なイオンはリガンド存在下に錯体を形成していてもよ
い。もちろん、これらのイオンの関与する酸化あるいは
還元反応が進む酸化還元電位において電極材料やキャリ
ア以外の電解液構成成分が劣化反応を起こさないよう
に、キャリアと電極材料と電解液溶媒の組み合わせは注
意して選ぶべきである。すなわちキャリアとして用いら
れる材料は電極材料及び電解液溶媒よりも貴な電位で還
元され、卑な電位で酸化されるものでなでればならな
い。
In order to prevent the deterioration of the electrolytic solution, the charge carriers present in the electrolytic solution undergo a reversible electrochemical reaction on the above-mentioned inert electrode material, and the carriers oxidized at the anode of the device become the cathode. It should be one that can be reduced by the reverse reaction. Carriers suitable for such a reversible oxidation / reduction reaction include iron (III) / iron (II), copper (II) / copper (I), cerium (IV) / cerium (I
II), transition metal ions having a plurality of oxidation states, halogen ions such as iodine and bromine, quinone compounds such as hydroquinone and naphthohydroquinone, and phenothiazine compounds such as thionine, N-methylphenothiazine and methylene blue. . These electrochemically active ions may form a complex in the presence of a ligand. Of course, be careful of the combination of carrier, electrode material, and electrolyte solvent so that the components of the electrolyte solution other than the electrode material and carrier do not undergo a deterioration reaction at the redox potential where the oxidation or reduction reaction involving these ions proceeds. Should be selected. That is, the material used as the carrier must be one that is reduced at a potential nobler than that of the electrode material and the electrolyte solution solvent and is oxidized at a base potential.

【0016】前記のキャリアはその酸化状態と還元状態
の双方において溶媒に可溶でなければならない。キャリ
アは酸化状態と還元状態の双方でともにイオンである必
要はなく、いずれか一方の状態においてイオンであれば
他方の状態においては中性分子であってもよい。特に一
方の状態が中性分子である場合には、中性分子が高分子
電解質層の固定イオンからクーロン力を受けずに自由に
動き得るので、本発明の電気化学素子には好ましい。
The carrier must be soluble in the solvent in both its oxidized and reduced state. The carrier does not have to be an ion in both the oxidized state and the reduced state, and may be an ion in either state and may be a neutral molecule in the other state. Particularly, when one of the states is a neutral molecule, the neutral molecule can move freely without receiving Coulomb force from the fixed ions of the polymer electrolyte layer, which is preferable for the electrochemical device of the present invention.

【0017】高分子電解質層を構成する高分子は、電解
液を保持する目的とその電解液内にキャリアイオンと同
符号の電荷のイオンを固定する目的で用いられる。電解
液を保持してその流動を防止することにより、素子に衝
撃や振動が加わっても電解液の撹拌が起こらない。従っ
て電極付近のキャリア濃度が振動・衝撃により乱される
ことが防止されて素子の動作が安定する。
The polymer constituting the polymer electrolyte layer is used for the purpose of holding the electrolytic solution and for fixing ions having the same sign as carrier ions in the electrolytic solution. By holding the electrolytic solution and preventing its flow, stirring of the electrolytic solution does not occur even when shock or vibration is applied to the element. Therefore, the carrier concentration in the vicinity of the electrodes is prevented from being disturbed by vibration and impact, and the operation of the element is stabilized.

【0018】このような高分子電解質層は架橋高分子電
解質とこれを膨潤する液体とから構成される。架橋高分
子電解質は、高分子電解質層中に適当な濃度のイオンを
供給し、高分子電解質層の内部の流動を防げ、そして高
分子電解質層の素子内における位置を安定させるという
役割を担う。高分子電解質層中のキャリアの移動を遅く
しないためには高分子の液体に対する比率は小さい方が
良い。高分子の割合が増すと高分子鎖のまわりに吸着し
て動きが束縛される液体分子の数は増し、溶解している
自由イオンが動きにくくなる。自由イオンが液体中と同
様に動けるようにするためには、高分子に対して液体が
少なくとも同重量程度以上存在することが必要である。
Such a polyelectrolyte layer is composed of a crosslinked polyelectrolyte and a liquid that swells it. The crosslinked polyelectrolyte plays a role of supplying ions at an appropriate concentration in the polyelectrolyte layer, preventing flow inside the polyelectrolyte layer, and stabilizing the position of the polyelectrolyte layer in the device. In order not to slow down the movement of carriers in the polymer electrolyte layer, the ratio of the polymer to the liquid should be small. When the proportion of the polymer increases, the number of liquid molecules that are adsorbed around the polymer chains and are restricted in movement increases, and the dissolved free ions become difficult to move. In order for the free ions to move in the same manner as in the liquid, it is necessary that the liquid be present in at least about the same weight as the polymer.

【0019】液体が高分子に対して重量比で100倍以
上の割合となると、架橋高分子電解質層が非常に柔らか
くなり、層の位置を安定させる目的は達成されなくな
る。以上のような理由から、架橋高分子電解質層は、液
体により等倍以上100倍以下に膨潤した架橋高分子電
解質よりなることが要求される。
When the weight ratio of the liquid to the polymer is 100 times or more, the crosslinked polyelectrolyte layer becomes very soft and the purpose of stabilizing the position of the layer cannot be achieved. For the above reasons, the crosslinked polyelectrolyte layer is required to be composed of a crosslinked polyelectrolyte swollen by a liquid at a magnification of 100 times or more.

【0020】高分子電解質層を構成する高分子はその分
子中にイオン解離性の部分を有するものである。本発明
の電気化学素子の動作のためには、前述のように、電荷
キャリアである電気化学的に活性なイオンを高分子電解
質層から排除する効果を持つことが必須であるから、こ
のイオン解離性の部分は、解離によって、電気化学的に
活性なイオンと同符号の電荷が高分子側に現れるような
ものでなくてはならない。
The polymer constituting the polymer electrolyte layer has an ionic dissociative portion in its molecule. For the operation of the electrochemical device of the present invention, it is essential to have the effect of eliminating the electrochemically active ions that are charge carriers from the polymer electrolyte layer, as described above. The sex moiety must be such that upon dissociation, a charge of the same sign as the electrochemically active ion appears on the polymer side.

【0021】上記のイオン解離性部分はアニオンとして
は、スルホン酸基、リン酸基、カルボキシル基などを用
いることができる、またカチオンとしては、四級アルモ
ニウム、アミンなどをもちいることができる。用いる電
気化学的に活性なイオンの符号に応じて、適切なイオン
解離性部分を有する高分子電解質を選択すればよい。
In the above-mentioned ion dissociative portion, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxyl group or the like can be used as the anion, and a quaternary aluminium, amine or the like can be used as the cation. A polymer electrolyte having an appropriate ion dissociable portion may be selected according to the sign of the electrochemically active ion used.

【0022】本発明の素子は、動作の安定化をはかるた
めに、第1および第2の電極と高分子電解質層と媒体と
を保持するための容器を持つことが好ましい。この容器
は、第1に液体が素子から失われることを防ぎ、第2に
外から素子内部に湿気や電解質イオンが侵入することを
防ぎ、第3に素子内の各部分の相対位置を固定保持する
役割を担う。容器の材質は、水や電解液等の溶媒、電解
質イオンなどが浸透ししがたいものであって、電気化学
的に不活性で、適度な固さを有しまた電気的絶縁材料で
なでればならない。このような観点から、容器の材質と
しては、ガラスや各種のセラミックス、プラスチックス
などを選ぶことができる。
The device of the present invention preferably has a container for holding the first and second electrodes, the polymer electrolyte layer and the medium in order to stabilize the operation. This container firstly prevents the liquid from being lost from the device, secondly from the outside to prevent moisture and electrolyte ions from invading the inside of the device, and thirdly, fixedly holds the relative position of each part in the device. Play a role. The material of the container is such that water, a solvent such as an electrolytic solution, electrolyte ions, etc. are difficult to penetrate, it is electrochemically inert, it has a suitable hardness, and it is an electrically insulating material. I have to. From such a point of view, glass, various ceramics, plastics and the like can be selected as the material of the container.

【0023】本発明の電気化学素子の形態は図1に示さ
れるものに限られない。以下に本発明にもとづく別の形
態の電気化学素子を図をもちいて例示する。
The form of the electrochemical device of the present invention is not limited to that shown in FIG. Hereinafter, another embodiment of the electrochemical element according to the present invention will be illustrated with reference to the drawings.

【0024】図2は本発明の電気化学素子の別の形態を
示す。特に小容量で小型の素子を形成する場合には図の
ように第1、第2の電極が同じ面上に配置されていると
電極パターンを印刷加工技術で構成することが容易であ
る。この素子ではキャリアが横方向に流れる点が図1の
素子と異なるが、電圧・電流特性が原点に対して非対称
に現れる原理は図1の場合と同様である。
FIG. 2 shows another form of the electrochemical device of the present invention. In particular, when forming a small element having a small capacity, if the first and second electrodes are arranged on the same surface as shown in the figure, it is easy to form the electrode pattern by a printing technique. This element is different from the element of FIG. 1 in that carriers flow in the lateral direction, but the principle that the voltage / current characteristics appear asymmetrically with respect to the origin is the same as in the case of FIG.

【0025】図3は図2と同様の構成で一方向に長い素
子を複数併設したもので、キャリアを横方向に移動させ
る形式でも電流容量を増すことができる。
FIG. 3 shows a structure similar to that of FIG. 2 in which a plurality of elements elongated in one direction are provided side by side, and the current capacity can be increased even in the form of laterally moving carriers.

【0026】図4は電極を同心円に配置したものであ
る。電極を円形にしたことにより電極端部が無いため、
電極端部でキャリア濃度分布は乱れることがなく良好な
動作が期待できる。
FIG. 4 shows the electrodes arranged concentrically. Since there is no electrode end because the electrode is circular,
The carrier concentration distribution is not disturbed at the electrode end, and good operation can be expected.

【0027】次に本発明の電気化学素子について実際に
作成した例について説明する。
Next, an example in which the electrochemical device of the present invention is actually prepared will be described.

【0028】実施例1 窒素雰囲気中でポリエステルフィルムをスペーサとして
介して2枚のガラス板を50μmの距離に水平に対向さ
せ、間にN,N−ジメチルアクリルアミド・2−アクリ
ルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム・
N,N−メチレンビスアクリルアミド・N,N,N′,
N′−テトラメチルエチレンジアミン・過硫酸アンモニ
ウム・水の重量比400:400:100:1:2:3
200の混合溶液を満たして静置重合させた。得られた
含水フィルムを水で充分に洗浄した後、臭素0.06重
量%・臭化カリウム0.24重量%の水溶液に浸漬し
た。幅100μm長さ10mmの大きさの白金のパター
ンを表面に形成したガラス板を2枚用意し、その1枚の
ガラス板の上に前記の臭素・臭化カリウム溶液を含ませ
たガラス繊維濾紙を重ねた。この上に前記の含水フィル
ムを載せ、その上にもう一枚のガラス板を白金のパター
ンが下のガラス板の白金パターンの位置にほぼ一致する
ように重ねた。その結果、上のガラス板の白金パターン
を第1の電極、下のガラス板の白金パターンを第2の電
極、含水フィルムを高分子電解質層、臭素イオンをキャ
リアとする本発明の電気化学素子が形成された。
Example 1 In a nitrogen atmosphere, two glass plates were horizontally opposed to each other with a polyester film as a spacer at a distance of 50 μm, and N, N-dimethylacrylamide-2-acrylamido-2-methylpropanesulfone was interposed therebetween. Sodium acid
N, N-methylenebisacrylamide · N, N, N ′,
Weight ratio of N'-tetramethylethylenediamine / ammonium persulfate / water 400: 400: 100: 1: 2: 3
The mixed solution of 200 was filled and the polymerization was allowed to stand. The water-containing film obtained was thoroughly washed with water and then immersed in an aqueous solution of 0.06% by weight of bromine and 0.24% by weight of potassium bromide. Two glass plates with a platinum pattern having a width of 100 μm and a length of 10 mm formed on the surface are prepared, and the glass fiber filter paper containing the bromine / potassium bromide solution is placed on one of the glass plates. Overlaid. The water-containing film was placed on this, and another glass plate was placed thereon so that the platinum pattern was substantially aligned with the position of the platinum pattern of the lower glass plate. As a result, the electrochemical device of the present invention using the platinum pattern of the upper glass plate as the first electrode, the platinum pattern of the lower glass plate as the second electrode, the hydrous film as the polymer electrolyte layer, and bromine ion as the carrier was obtained. Been formed.

【0029】第2の電極から第1の電極に加える電圧を
正方向としてこの素子の電圧・電流特性を測定したとこ
ろ、図5のような整流性がみられた。
When the voltage / current characteristics of this element were measured with the voltage applied from the second electrode to the first electrode in the positive direction, the rectifying property as shown in FIG. 5 was observed.

【0030】実施例2 窒素雰囲気中でポリエステルフィルムをスペーサとして
介して2枚のガラス板を100μmの距離に水平に対向
させ、間にN,N−ジメチルアクリルアミド・アクリル
酸ナトリウム・N,N−メチレンビスアクリルアミド・
N,N,N′,N′−テトラメチルエチレンジアミン・
過硫酸アンモニウム・水の重量比400:400:10
0:1:2:3200の混合溶液を満たして第1の含水
フィルムを静置重合により調製した。同様にN,N−ジ
メチルアクリルアミド・N,N−メチレンビスアクリル
アミド・N,N,N′,N−テトラメチルエチレンジア
ミン・過硫酸アンモニウム・水の重量比800:10
0:1:2:3200の混合溶液から第2の含水フィル
ムを調製した。得られた両方のフィルムを水で洗浄した
後、ヨウ素0.01重量%・ヨウカリウム0.05重量
%の水溶液に浸漬した。大きさ10mmx10mmの白
金板上に第1の含水フィルムを重ね、この上に第2のフ
ィルムを重ね、さらに上に別の10mmx10mmの白
金板を重ね本発明の電気化学素子とした。この素子にお
いては第1のフィルムが高分子電解質層、第2のフィル
ムが媒体として働き図1の構成の電気化学素子となる。
Example 2 In a nitrogen atmosphere, two glass plates are horizontally opposed to each other with a polyester film as a spacer at a distance of 100 μm, and N, N-dimethylacrylamide / sodium acrylate / N, N-methylene is interposed therebetween. Bisacrylamide
N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine
Ammonium persulfate / water weight ratio 400: 400: 10
The first water-containing film was prepared by static polymerization by filling a mixed solution of 0: 1: 2: 3200. Similarly, the weight ratio of N, N-dimethylacrylamide / N, N-methylenebisacrylamide / N, N, N ', N-tetramethylethylenediamine / ammonium persulfate / water is 800: 10.
A second hydrous film was prepared from a mixed solution of 0: 1: 2: 3200. Both of the obtained films were washed with water and then immersed in an aqueous solution containing 0.01% by weight of iodine and 0.05% by weight of potassium iodide. The first water-containing film was laid on a platinum plate having a size of 10 mm × 10 mm, the second film was laid on this, and another platinum plate of 10 mm × 10 mm was laid on it to give an electrochemical device of the present invention. In this device, the first film serves as a polymer electrolyte layer and the second film serves as a medium, and serves as an electrochemical device having the structure shown in FIG.

【0031】実施例3 ガラス板上に幅50μm長さ5mmの白金電極を10μ
m離して平行に2本形成する。γ−メタクリロキシプロ
ピルトリメトキシシラン、水の1:100混合液に前記
のガラス板を3時間浸漬したのち100℃で5分間熱処
理した。厚さ5μmのポリエステルフィルムに0.5m
mx4mmの広さの窓を切り抜きこの窓が前記の白金電
極の位置に一致するように前記のガラス板の上に重ね
た。アクリルアミド・3−メタクリルアミノプロピルト
リメチルアンモニウムクロライド・N,N′−メチレン
ビスアクリルアミド・N,N,N′,N′−テトラメチ
ルエチレンジアミン・リボフラビン・水の重量比500
0:30:1250:120:1:100000の割合
で混合して溶液とし、この溶液を前記のガラス板上のフ
ィルムの穴の部分に滴下し、上から別のガラス板で蓋を
した。そして、光学マスクを用いて前記の窓部分に封じ
られた溶液に波長366mmの紫外光を照射して所定部
分の溶液を光重合することにより第2図のように架橋高
分子電解質層を形成した。そののち、ガラス板の蓋を取
りはずし水洗いして、さらに塩化第1鉄1.5x10-3
mol/1、塩化第2鉄8x10-5mol/1の水溶液
で洗った後ポリカーボネイト樹脂の覆いを被せて少量の
前記塩化鉄溶液とともに素子を封止し、電気化学素子を
完成させた。
Example 3 A platinum electrode having a width of 50 μm and a length of 5 mm was 10 μm on a glass plate.
Two pieces are formed in parallel while being separated by m. The glass plate was immersed in a 1: 100 mixture of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane and water for 3 hours and then heat-treated at 100 ° C. for 5 minutes. 0.5m on 5μm thick polyester film
A mx4 mm wide window was cut out and placed on the glass plate so that the window corresponded to the position of the platinum electrode. Acrylamide-3-methacrylaminopropyltrimethylammonium chloride-N, N'-methylenebisacrylamide-N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine-riboflavin-water weight ratio 500
A solution was prepared by mixing at a ratio of 0: 30: 1250: 120: 1: 100000, and this solution was dropped into the hole portion of the film on the glass plate, and the glass plate was covered with another glass plate from above. Then, the solution sealed in the window portion was irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 366 mm by using an optical mask to photopolymerize the solution in a predetermined portion to form a crosslinked polymer electrolyte layer as shown in FIG. . After that, remove the glass plate lid and wash with water, and further ferrous chloride 1.5x10 -3
After washing with an aqueous solution of mol / 1 and ferric chloride 8 × 10 −5 mol / 1, the element was sealed with a small amount of the iron chloride solution by covering with a cover of polycarbonate resin to complete an electrochemical element.

【0032】実施例4 4−スチレンスルホン酸0.41g、ジビニルベンゼン
0.1g、2,2′−アゾビス(2,4−ジメチルワレ
ロニトリル)0.01gをメタノール1mlに溶解して
モノマー混合液とし、凍結脱気操作したのち50μmの
間隔に保持したガラス板の間に満たして室温に放置して
静置重合する。得られたフィルムを水で洗浄したのち、
臭素0.1重量%、臭化カリウム0.002モル濃度の
水溶液で洗浄してイオン平衡とする。このフィルムおよ
び臭素・臭化カリウム溶液を用い、白金電極については
実施例1と同等のものを用いることによって、実施例1
と同様の電気化学素子を形成した。
Example 4 0.41 g of 4-styrenesulfonic acid, 0.1 g of divinylbenzene and 0.01 g of 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) were dissolved in 1 ml of methanol to prepare a monomer mixture solution. After freezing and degassing, the glass plate is filled with a space of 50 μm and left at room temperature for standing polymerization. After washing the obtained film with water,
Ionic equilibrium is obtained by washing with an aqueous solution containing 0.1% by weight of bromine and 0.002 mol of potassium bromide. Using this film and a bromine / potassium bromide solution, and using the same platinum electrode as in Example 1,
An electrochemical device similar to the above was formed.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、高分子電
解質層と第2の電極との間を、液体を主とする媒体が満
たし、前記媒体に含まれる電気化学的に活性なイオン種
を前記高分子電解質層の高分子イオンと同極性のものと
することにより、低電圧小電流において整流作用を示
し、構造が比較的簡単で構成材料に高純度のものを必要
とせず、印刷技術を用いて小型のものが作成可能であっ
て、振動の影響をうけ難く、電極からのガス発生の問題
はなく、応答の速い、内部抵抗の低い電気化学素子が得
られるという効果がある。
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, the space between the polymer electrolyte layer and the second electrode is filled with a medium mainly containing a liquid, and the electrochemically active ionic species contained in the medium is filled. By having the same polarity as the polymer ions of the polymer electrolyte layer, it exhibits a rectifying action at a low voltage and a small current, has a relatively simple structure and does not require a high-purity constituent material, and a printing technique. It is possible to produce a small-sized one using, and there is an effect that an electrochemical element which is not easily affected by vibration, has no problem of gas generation from the electrode, has a fast response, and has a low internal resistance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の電気化学素子の基本構成の1例を示す
模式断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the basic configuration of an electrochemical device of the present invention.

【図2】本発明は別の実施例の電気化学素子の構成を示
す模式断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the constitution of the electrochemical device of another embodiment.

【図3】本発明のさらに別に実施例の電気化学素子の構
成を示す模式平面図である。
FIG. 3 is a schematic plan view showing the configuration of an electrochemical device of another example of the present invention.

【図4】各電極が同軸上に配置された本発明の電気化学
素子の構成を示す模式平面図である。
FIG. 4 is a schematic plan view showing a configuration of an electrochemical device of the present invention in which each electrode is coaxially arranged.

【図5】本発明の第1の実施例の電気化学素子の電圧−
電流曲線である。
FIG. 5 shows the voltage of the electrochemical device according to the first embodiment of the present invention.
It is a current curve.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1の電極 2 第2の電極 3 架橋高分子電解質層 4 媒体 5 容器 1 1st electrode 2 2nd electrode 3 Crosslinked polymer electrolyte layer 4 Medium 5 Container

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の電極と、該第1の電極に密接して
配置され、架橋された高分子物質と液体からなる高分子
電解質層と、前記高分子電解質層から離れて配置された
第2の電極とを有する電気化学素子において、 前記高分子電解質層と第2の電極との間の間隙が液体を
主とする媒体によって満たされ、 前記媒体中に含まれる電気化学的に活性なイオン種と、
前記高分子電解質層に含有される高分子イオンとが同極
性であることを特徴とする電気化学素子。
1. A first electrode, a polymer electrolyte layer which is disposed in close contact with the first electrode and is composed of a crosslinked polymer substance and a liquid, and is disposed apart from the polymer electrolyte layer. In an electrochemical device having a second electrode, a gap between the polymer electrolyte layer and the second electrode is filled with a medium mainly containing a liquid, and the electrochemically active substance contained in the medium is activated. Ionic species,
An electrochemical device having the same polarity as the polymer ions contained in the polymer electrolyte layer.
【請求項2】 高分子電解質層の液体の含有量が50重
量%以上である請求項1記載の電気化学素子。
2. The electrochemical device according to claim 1, wherein the content of the liquid in the polymer electrolyte layer is 50% by weight or more.
【請求項3】 電気化学的に活性なイオン種と酸化還元
対をなす物質が中性分子である請求額1あるいは2記載
の電気化学素子。
3. The electrochemical device according to claim 1 or 2, wherein the substance forming a redox pair with the electrochemically active ionic species is a neutral molecule.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001023687A (en) * 1999-07-09 2001-01-26 Sony Corp Nonaqueous electrolyte battery

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