JPH07245125A - 発電可能な二次電池 - Google Patents
発電可能な二次電池Info
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- JPH07245125A JPH07245125A JP6034994A JP3499494A JPH07245125A JP H07245125 A JPH07245125 A JP H07245125A JP 6034994 A JP6034994 A JP 6034994A JP 3499494 A JP3499494 A JP 3499494A JP H07245125 A JPH07245125 A JP H07245125A
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- semiconductor
- zrse
- junction
- positive electrode
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Hybrid Cells (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 太陽電池で発電し、同時にその電力を蓄える
ことのできるような二次電池の機能を持つ光電子デバイ
スを提供する。 【構成】 正極（１）が層状半導体のＺｒＳｅ2 、負極
（２）がＬｉからなる二次電池の前記正極（１）をＰＮ
接合構造とした、発電可能な二次電池。 【効果】 半導体的性質をもった他の材料へのインター
カレーション二次電池作製にあたっての構造上あるいは
物性論的な議論の基礎的概念を確立することができる。
層状半導体特有のＰＮ接合作製技術を確立することによ
り、二次元デバイスとしての応用性を示唆することがで
きる。
ことのできるような二次電池の機能を持つ光電子デバイ
スを提供する。 【構成】 正極（１）が層状半導体のＺｒＳｅ2 、負極
（２）がＬｉからなる二次電池の前記正極（１）をＰＮ
接合構造とした、発電可能な二次電池。 【効果】 半導体的性質をもった他の材料へのインター
カレーション二次電池作製にあたっての構造上あるいは
物性論的な議論の基礎的概念を確立することができる。
層状半導体特有のＰＮ接合作製技術を確立することによ
り、二次元デバイスとしての応用性を示唆することがで
きる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、二次電池本来の蓄電機
能とＰＮ接合による太陽光発電（いわゆる太陽電池）機
能を併有する電源に関するものである。
能とＰＮ接合による太陽光発電（いわゆる太陽電池）機
能を併有する電源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】深い山中などで小型電子機器を使用する
ときは、その電源には、保守の必要がなく、かつ小型軽
量であることが要請される。その手段としては太陽光発
電が考えられる。
ときは、その電源には、保守の必要がなく、かつ小型軽
量であることが要請される。その手段としては太陽光発
電が考えられる。
【０００３】しかし、既存の太陽光発電素子は、その発
生した電気エネルギーを蓄えることができない。これを
昼夜間を通して利用するためには、電解液補充などの保
守作業が付随し、かつ形状、重量などの面で持ち運びに
不便である鉛蓄電池などを組み合わせることが必要とな
る。このため、既存の太陽光発電素子を小型電子機器の
電源に適用しても、上記要請を満たすことはできない。
生した電気エネルギーを蓄えることができない。これを
昼夜間を通して利用するためには、電解液補充などの保
守作業が付随し、かつ形状、重量などの面で持ち運びに
不便である鉛蓄電池などを組み合わせることが必要とな
る。このため、既存の太陽光発電素子を小型電子機器の
電源に適用しても、上記要請を満たすことはできない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決すべき課
題は、太陽光発電の機能とその発電電力を蓄えることの
できる電池（二次電池）の機能を併せ持つ電源素子を提
供することにある。
題は、太陽光発電の機能とその発電電力を蓄えることの
できる電池（二次電池）の機能を併せ持つ電源素子を提
供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の発電可能な二次電池は、正極が層状半導体
のＺｒＳｅ2 、負極がＬｉからなる二次電池の前記正極
をＰＮ接合構造としたものである。
め、本発明の発電可能な二次電池は、正極が層状半導体
のＺｒＳｅ2 、負極がＬｉからなる二次電池の前記正極
をＰＮ接合構造としたものである。
【０００６】
【作用】遷移金属ダイカルコゲナイドＺｒＳｅ2 は層状
構造を持つことで知られている。すなわち、遷移金属原
子（Ｚｒ）とカルコゲン原子（Ｓｅ）が１：２の割合で
共有結合することにより構成される二次元的なシート
（Ｓｅ−Ｚｒ−Ｓｅ）が、Ｓｅ原子間の弱いファンデル
ワルス（Ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ）力により、ある
一定の結晶方向に積層して、その構造を層状としてい
る。結晶構造の模式図を図１に示す。白丸、黒丸はそれ
ぞれＳｅ原子およびＺｒ原子を示す。この弱いシート間
の結合により、ＺｒＳｅ2 は機械的、電気的性質に著し
い異方性を持つ。しかし、有効質量などの電子帯構造に
はその異方性はほとんど反映されていないようである。
構造を持つことで知られている。すなわち、遷移金属原
子（Ｚｒ）とカルコゲン原子（Ｓｅ）が１：２の割合で
共有結合することにより構成される二次元的なシート
（Ｓｅ−Ｚｒ−Ｓｅ）が、Ｓｅ原子間の弱いファンデル
ワルス（Ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ）力により、ある
一定の結晶方向に積層して、その構造を層状としてい
る。結晶構造の模式図を図１に示す。白丸、黒丸はそれ
ぞれＳｅ原子およびＺｒ原子を示す。この弱いシート間
の結合により、ＺｒＳｅ2 は機械的、電気的性質に著し
い異方性を持つ。しかし、有効質量などの電子帯構造に
はその異方性はほとんど反映されていないようである。
【０００７】このＺｒＳｅ2 については、結合力の弱い
層間にリチウム原子（Ｌｉ）をその母結晶の構造を変え
ることなく挿入（インターカレート）することにより、
効率が高くその充放電時にガスを発生しない二次電池の
電極材料として使用できる。しかし、ＺｒＳｅ2 のよう
な半導体的性質をもつ材料に対しては、その比較的大き
な電気抵抗値のために、充放電特性の優れたものは得る
ことが容易でないと考えられている。
層間にリチウム原子（Ｌｉ）をその母結晶の構造を変え
ることなく挿入（インターカレート）することにより、
効率が高くその充放電時にガスを発生しない二次電池の
電極材料として使用できる。しかし、ＺｒＳｅ2 のよう
な半導体的性質をもつ材料に対しては、その比較的大き
な電気抵抗値のために、充放電特性の優れたものは得る
ことが容易でないと考えられている。
【０００８】ここで、半導体ＺｒＳｅ2 を用いて二次電
池を製作しようとするのは、半導体的な性質故に、適当
な不純物を添加することでＰＮ接合を作製することが可
能となり、太陽光によって発電を行う太陽電池と二次電
池の両方の機能を持つ光電子デバイスが作製可能ではな
いかと考えられるためである。また電極材料としてのこ
の物質の欠点であると思われる比較的大きい電気抵抗
は、添加する不純物の量や主として格子欠陥を制御する
ことにより解決できるものと考えられる。
池を製作しようとするのは、半導体的な性質故に、適当
な不純物を添加することでＰＮ接合を作製することが可
能となり、太陽光によって発電を行う太陽電池と二次電
池の両方の機能を持つ光電子デバイスが作製可能ではな
いかと考えられるためである。また電極材料としてのこ
の物質の欠点であると思われる比較的大きい電気抵抗
は、添加する不純物の量や主として格子欠陥を制御する
ことにより解決できるものと考えられる。
【０００９】本発明に係る、ＺｒＳｅ2 層状半導体のＰ
Ｎ接合と、Ｌｉをインターカレートすることによる二次
電池の構造と、動作原理を次に示す。
Ｎ接合と、Ｌｉをインターカレートすることによる二次
電池の構造と、動作原理を次に示す。
【００１０】構造は、図２に示すように、直径１０ｍ
ｍ、高さ５ｍｍ程度の円柱状デバイスである。発電機能
を持つＺｒＳｅ2 のＰＮ接合のＰ型半導体１表面とリチ
ウム電極２とで、過塩素酸リチウムＬｉＣｌＯ4 をテト
ラヒドラフランＣＨ3 ＣＮ(Tetrahydrafuran：ＴＨＦ）
の溶媒３に溶かした電気化学セルを挟み込む。その両側
に電極４，５を作製し、全体を石英ガラス等の透明絶縁
物６でおおう。ここでガラスを用いているのは太陽の光
を半導体１のＰＮ接合部に十分に当てることができるよ
うにするためである。
ｍ、高さ５ｍｍ程度の円柱状デバイスである。発電機能
を持つＺｒＳｅ2 のＰＮ接合のＰ型半導体１表面とリチ
ウム電極２とで、過塩素酸リチウムＬｉＣｌＯ4 をテト
ラヒドラフランＣＨ3 ＣＮ(Tetrahydrafuran：ＴＨＦ）
の溶媒３に溶かした電気化学セルを挟み込む。その両側
に電極４，５を作製し、全体を石英ガラス等の透明絶縁
物６でおおう。ここでガラスを用いているのは太陽の光
を半導体１のＰＮ接合部に十分に当てることができるよ
うにするためである。
【００１１】この発電可能な二次電池の性能は、既にい
くつか公表されているＺｒＳｅ2 以外の層状半導体を使
ったＰＮ接合や二次電池に対する予備実験のデータか
ら、およそ次のようである。
くつか公表されているＺｒＳｅ2 以外の層状半導体を使
ったＰＮ接合や二次電池に対する予備実験のデータか
ら、およそ次のようである。
【００１２】
【表１】
【００１３】図３および図４に、昼間及び夜間のデバイ
スの動作状態を示す。昼間の太陽光が当たっている状態
では、ＰＮ接合の空乏層領域（接合領域）において電子
正孔対が発生し、空乏層に存在する拡散電位によって電
子はＮ型の領域へ、正孔はＰ型の領域へそれぞれ拡散し
て行く。そのためこのＰＮ接合には、そのＰ型およびＮ
型半導体の不純物濃度に依存する外部電圧が発生する。
その電圧を負荷及び二次電池に分圧することにより、負
荷への電力の供給と共に、二次電池の充電を行う。充電
は、リチウム（Ｌｉ）原子がＺｒＳｅ2 結晶に電荷（電
子）を与えてイオン化することにより電解質溶液の中へ
滲み出し、この電子が外部回路へと流れ出すことによっ
て行われる（Ｌｉ原子がデインターカレートする）。こ
のときの負荷を通して流れる電流の方向を図中に示す。
スの動作状態を示す。昼間の太陽光が当たっている状態
では、ＰＮ接合の空乏層領域（接合領域）において電子
正孔対が発生し、空乏層に存在する拡散電位によって電
子はＮ型の領域へ、正孔はＰ型の領域へそれぞれ拡散し
て行く。そのためこのＰＮ接合には、そのＰ型およびＮ
型半導体の不純物濃度に依存する外部電圧が発生する。
その電圧を負荷及び二次電池に分圧することにより、負
荷への電力の供給と共に、二次電池の充電を行う。充電
は、リチウム（Ｌｉ）原子がＺｒＳｅ2 結晶に電荷（電
子）を与えてイオン化することにより電解質溶液の中へ
滲み出し、この電子が外部回路へと流れ出すことによっ
て行われる（Ｌｉ原子がデインターカレートする）。こ
のときの負荷を通して流れる電流の方向を図中に示す。
【００１４】夜間の光が当たっていない状態において
は、Ｌｉイオンが負電極２から電界質３中を通り、Ｚｒ
Ｓｅ2 結晶の中に挿入されて行く（Ｌｉ原子がインター
カレートして行く）。このときＺｒＳｅ2 母結晶中で
は、外部回路から流れ込んだ電子がＬｉイオンと結合
し、Ｌｉx ＺｒＳｅ2 が得られる。外部回路の電流の向
きは図に示すように、昼間におけるその方向とは逆であ
るが、負荷へと電力を供給できる。
は、Ｌｉイオンが負電極２から電界質３中を通り、Ｚｒ
Ｓｅ2 結晶の中に挿入されて行く（Ｌｉ原子がインター
カレートして行く）。このときＺｒＳｅ2 母結晶中で
は、外部回路から流れ込んだ電子がＬｉイオンと結合
し、Ｌｉx ＺｒＳｅ2 が得られる。外部回路の電流の向
きは図に示すように、昼間におけるその方向とは逆であ
るが、負荷へと電力を供給できる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明を実施例を参照しながら具体的
に説明する。
に説明する。
【００１６】１） ＰＮ接合部分の作製 ＺｒＳｅ2 の電子帯構造については理論的に計算された
報告があり、間接禁制帯約１．２ｅＶをもつ半導体であ
るとされている。電気的性質については、半導体である
にもかかわらず、室温以下の測定された温度領域全体に
渡って、小さい電子移動度、高濃度の担体密度、そして
温度のほぼ二乗に比例して増加する通常の化合物ではみ
られない特異な抵抗率の温度依存性がみられる。これら
は、ＺｒＳｅ2 の電気伝導が、積層欠陥や、化学量論的
組成からのずれに依存しているためばかりでなく、低次
元物質特有の電子間相互作用が無視できないためである
と考えられている。従って、不純物を添加して、Ｐ型、
Ｎ型の半導体を作る場合は、これら積層欠陥の性質を十
分に理解して行う。上に述べたように、ＺｒＳｅ2 は高
い濃度の担体密度（この場合電子密度）を持つ。
報告があり、間接禁制帯約１．２ｅＶをもつ半導体であ
るとされている。電気的性質については、半導体である
にもかかわらず、室温以下の測定された温度領域全体に
渡って、小さい電子移動度、高濃度の担体密度、そして
温度のほぼ二乗に比例して増加する通常の化合物ではみ
られない特異な抵抗率の温度依存性がみられる。これら
は、ＺｒＳｅ2 の電気伝導が、積層欠陥や、化学量論的
組成からのずれに依存しているためばかりでなく、低次
元物質特有の電子間相互作用が無視できないためである
と考えられている。従って、不純物を添加して、Ｐ型、
Ｎ型の半導体を作る場合は、これら積層欠陥の性質を十
分に理解して行う。上に述べたように、ＺｒＳｅ2 は高
い濃度の担体密度（この場合電子密度）を持つ。
【００１７】この原因として、Ｓｅ原子の空孔が多く存
在するためと思われるので、試料作製時の化学量論的組
成を故意にずらして、より電子密度の低い試料を用意す
る。その上で、Ｐ型に対しては、亜鉛（Ｚｎ）やカドミ
ウム（Ｃｄ）を不純物として添加し、またＮ型に対して
は適当な雰囲気中で熱処理することによって、それらの
担体密度や移動度を制御して作製する。ＰＮ接合は、通
常の不純物拡散法、あるいは層状物質に特有な光学的接
触法(optical contact method)によって作製する。
在するためと思われるので、試料作製時の化学量論的組
成を故意にずらして、より電子密度の低い試料を用意す
る。その上で、Ｐ型に対しては、亜鉛（Ｚｎ）やカドミ
ウム（Ｃｄ）を不純物として添加し、またＮ型に対して
は適当な雰囲気中で熱処理することによって、それらの
担体密度や移動度を制御して作製する。ＰＮ接合は、通
常の不純物拡散法、あるいは層状物質に特有な光学的接
触法(optical contact method)によって作製する。
【００１８】２） 二次電池部分の作製 Ｌｉ原子は全金属中最も酸化還元電位が低く、軽量、か
つイオン半径が小さいなどの理由で高エネルギー密度の
電池に用いることが出きるものと期待されている元素で
ある。層状カルコゲナイド半導体においてはＳｅ層内の
ファンデルワルス（Ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ）ギャ
ップは他の原子や分子の挿入によって容易に破られ、例
えばＬｉをインターカレート（挿入）すると、Ｌｉは単
位胞あたり１つの八面体配位サイトに位置する。Ｌｉイ
オンが層間にインターカレートする反応は、大きい自由
エネルギー変化を伴うので高起電力を発生させることが
でき、反応の可逆性を利用すると二次電池を構成するこ
とができる。
つイオン半径が小さいなどの理由で高エネルギー密度の
電池に用いることが出きるものと期待されている元素で
ある。層状カルコゲナイド半導体においてはＳｅ層内の
ファンデルワルス（Ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ）ギャ
ップは他の原子や分子の挿入によって容易に破られ、例
えばＬｉをインターカレート（挿入）すると、Ｌｉは単
位胞あたり１つの八面体配位サイトに位置する。Ｌｉイ
オンが層間にインターカレートする反応は、大きい自由
エネルギー変化を伴うので高起電力を発生させることが
でき、反応の可逆性を利用すると二次電池を構成するこ
とができる。
【００１９】図５にその充放電の概念図を示す。ＺｒＳ
ｅ2 を正極、Ｌｉを負極として電池を作製すると、各電
極では次のような反応が進む。
ｅ2 を正極、Ｌｉを負極として電池を作製すると、各電
極では次のような反応が進む。
【００２０】
【数１】
【００２１】ここで、右方向へ進む反応が放電過程、左
方向へ進む反応が充電過程である。この時Ｌｉイオンは
負極Ｌｉから電解質中を通り、ＺｒＳｅ2 結晶から電荷
をもらい、層間にインターカレーションすることにより
放電反応が進み、同時に電子は金属Ｌｉから外部回路を
通ってＬｉＺｒＳｅ2 に流れる（図５）。充電反応は、
Ｌｉ原子（化学量論比ｘ）がＺｒＳｅ2 結晶に電荷を与
えてデインターカレートすることによって進む。またＺ
ｒＳｅ2 層間の化学結合は、トポケミカル反応と呼ばれ
る充放電反応によって結晶構造的に破壊されない反応で
ある。
方向へ進む反応が充電過程である。この時Ｌｉイオンは
負極Ｌｉから電解質中を通り、ＺｒＳｅ2 結晶から電荷
をもらい、層間にインターカレーションすることにより
放電反応が進み、同時に電子は金属Ｌｉから外部回路を
通ってＬｉＺｒＳｅ2 に流れる（図５）。充電反応は、
Ｌｉ原子（化学量論比ｘ）がＺｒＳｅ2 結晶に電荷を与
えてデインターカレートすることによって進む。またＺ
ｒＳｅ2 層間の化学結合は、トポケミカル反応と呼ばれ
る充放電反応によって結晶構造的に破壊されない反応で
ある。
【００２２】高品質Ｌｉ二次電池を実現するためには、
電解質に対し次のような条件が要求される。
電解質に対し次のような条件が要求される。
【００２３】 電池の内部抵抗をさげるためにＬｉの
イオン伝導度が高いこと。 自己放電抑制上、電子伝導度が無視できるほど小さ
いこと。 長寿命、高信頼性を保証するには、正極、負極活物
質に対して化学的に安定であること。 分解電圧が高いこと。 更に正極活物質に要求される条件は 電池の正極利用率を大きくするために、Ｌｉイオン
の拡散係数が大きいこと。 放電容量を上げるには、エネルギー密度が大きいこ
と。 充放電効率を上げるために電子伝導性が高いこと。 充放電繰り返し高寿命のためにＬｉイオンとの反応
の可逆性がよいこと。 などである。
イオン伝導度が高いこと。 自己放電抑制上、電子伝導度が無視できるほど小さ
いこと。 長寿命、高信頼性を保証するには、正極、負極活物
質に対して化学的に安定であること。 分解電圧が高いこと。 更に正極活物質に要求される条件は 電池の正極利用率を大きくするために、Ｌｉイオン
の拡散係数が大きいこと。 放電容量を上げるには、エネルギー密度が大きいこ
と。 充放電効率を上げるために電子伝導性が高いこと。 充放電繰り返し高寿命のためにＬｉイオンとの反応
の可逆性がよいこと。 などである。
【００２４】また、負極活物質もＬｉの拡散係数、電子
伝導度共に大きいことが必要不可欠である。現在のとこ
ろＬｉが主に用いられているが、高温動作型電池の研究
例にも見られるように、Ｌｉ−Ａｌ，Ｌｉ−Ｓｉ等の合
金も有用な負極要素材料と考えられている。
伝導度共に大きいことが必要不可欠である。現在のとこ
ろＬｉが主に用いられているが、高温動作型電池の研究
例にも見られるように、Ｌｉ−Ａｌ，Ｌｉ−Ｓｉ等の合
金も有用な負極要素材料と考えられている。
【００２５】以上のような条件を考慮しながら、以下に
示す方法で実験を行った。電池製作に用いたＺｒＳｅ2
は、モル比で１：２のＺｒとＳｅ及び３％過剰Ｓｅを石
英管内で１０００℃２４時間反応させて、その後水中ま
たは空気中に急冷（クエンチ）して得た。この多結晶体
は、全体積の１割程度の緑色の粉末が石英管内の端に存
在しており、残りの大部分は黒色を呈していた。この後
者の黒色の粉末は、Ｘ線回折による格子定数測定の結
果、化学量論的なＺｒＳｅ2 であると判明した。そこで
この黒色粉末を電池に陽極材料として使用した。
示す方法で実験を行った。電池製作に用いたＺｒＳｅ2
は、モル比で１：２のＺｒとＳｅ及び３％過剰Ｓｅを石
英管内で１０００℃２４時間反応させて、その後水中ま
たは空気中に急冷（クエンチ）して得た。この多結晶体
は、全体積の１割程度の緑色の粉末が石英管内の端に存
在しており、残りの大部分は黒色を呈していた。この後
者の黒色の粉末は、Ｘ線回折による格子定数測定の結
果、化学量論的なＺｒＳｅ2 であると判明した。そこで
この黒色粉末を電池に陽極材料として使用した。
【００２６】成分元素を入れた石英管を高温でアニール
するときには、Ｓｅの蒸気圧が２００℃付近で高くなる
ので、２００℃付近で昇温速度を小さくする必要があ
る。作成された多結晶体を乳鉢で砕き、その後線径６０
μｍ、目の開き９３μｍのふるいで分けた粉末多結晶体
を加熱しながら電極板にプレスした。
するときには、Ｓｅの蒸気圧が２００℃付近で高くなる
ので、２００℃付近で昇温速度を小さくする必要があ
る。作成された多結晶体を乳鉢で砕き、その後線径６０
μｍ、目の開き９３μｍのふるいで分けた粉末多結晶体
を加熱しながら電極板にプレスした。
【００２７】上下の電極は、電解質溶液による腐食から
守るためにステンレススチールを用い、電解質の分離に
はガラスマイクロファイバーを用いた。電解質はフッ素
樹脂（テフロン（ｄｕＰｏｎｔ社商標））製の容器で覆
われており、電解質がセル外部に流れ出ることのないよ
うＯ−リングを用いて密閉した。Ｌｉ負極とＺｒＳｅ2
正極の全表面積は、共に０．３３ｃｍ2 である。電解質
は、窒素ガスで置換したグローブボックス内で、摂氏約
４０度に熱せられたＴＨＦ(tetrahydrafuran)に粉末Ｌ
ｉＣｌＯ4 を溶かしこんで作った。
守るためにステンレススチールを用い、電解質の分離に
はガラスマイクロファイバーを用いた。電解質はフッ素
樹脂（テフロン（ｄｕＰｏｎｔ社商標））製の容器で覆
われており、電解質がセル外部に流れ出ることのないよ
うＯ−リングを用いて密閉した。Ｌｉ負極とＺｒＳｅ2
正極の全表面積は、共に０．３３ｃｍ2 である。電解質
は、窒素ガスで置換したグローブボックス内で、摂氏約
４０度に熱せられたＴＨＦ(tetrahydrafuran)に粉末Ｌ
ｉＣｌＯ4 を溶かしこんで作った。
【００２８】このようにして作製した二次電池の充放電
特性を図６に示す。第１回目の開放端電圧は２．７Ｖで
あり、５時間以上の継続時間に対しても極めて安定な電
圧を保つ。引き続き、この電池を付加抵抗２００ＫΩで
放電させると、起電力は約２．０Ｖまで低下するが、時
間的に安定した電圧が得られる。その後、１６回の充放
電を繰り返した後、開放端電圧を測定すると２．４Ｖ程
度まで上昇するが、時間的な安定性は悪くなる。これ
は、Ｌｉ原子の挿入、脱離が十分に行われておらず、結
晶内に残留したＬｉ原子により充放電が影響を受けてい
るものと考えられる。
特性を図６に示す。第１回目の開放端電圧は２．７Ｖで
あり、５時間以上の継続時間に対しても極めて安定な電
圧を保つ。引き続き、この電池を付加抵抗２００ＫΩで
放電させると、起電力は約２．０Ｖまで低下するが、時
間的に安定した電圧が得られる。その後、１６回の充放
電を繰り返した後、開放端電圧を測定すると２．４Ｖ程
度まで上昇するが、時間的な安定性は悪くなる。これ
は、Ｌｉ原子の挿入、脱離が十分に行われておらず、結
晶内に残留したＬｉ原子により充放電が影響を受けてい
るものと考えられる。
【００２９】以上は試作品の構造と性能であるが、実用
化する際には、ＬｉとＡｌ2 Ｏ3 の混合物のような固体
電解質を用いることにより、更に小型で安定性の良いデ
バイスへと応用することが考えられる。
化する際には、ＬｉとＡｌ2 Ｏ3 の混合物のような固体
電解質を用いることにより、更に小型で安定性の良いデ
バイスへと応用することが考えられる。
【００３０】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば下記の
効果を奏する。
効果を奏する。
【００３１】 太陽電池で発電し、同時にその電力を
蓄えることのできるような二次電池の機能を持つ光電子
デバイスを提供することができる。
蓄えることのできるような二次電池の機能を持つ光電子
デバイスを提供することができる。
【００３２】 半導体的性質をもった他の材料へのイ
ンターカレーション二次電池作製にあたっての構造上あ
るいは物性論的な議論の基礎的概念を確立することがで
きる。
ンターカレーション二次電池作製にあたっての構造上あ
るいは物性論的な議論の基礎的概念を確立することがで
きる。
【００３３】 層状半導体特有のＰＮ接合作製技術を
確立することにより、二次元デバイスとしての応用性を
示唆することができる。
確立することにより、二次元デバイスとしての応用性を
示唆することができる。
【図１】 本発明の層状遷移金属ダイカルコゲナイドの
結晶構造の説明図である。
結晶構造の説明図である。
【図２】 本発明の二次電池の基本的構造を示す断面図
である。
である。
【図３】 本発明のデバイスの昼間における動作を示す
説明図である。
説明図である。
【図４】 本発明のデバイスの夜間における動作を示す
説明図である。
説明図である。
【図５】 Ｌｉインターカレーション二次電池の放電過
程を示す概念図である。
程を示す概念図である。
【図６】 実施例において作製した二次電池の充放電特
性を示すグラフである。
性を示すグラフである。
１ 層状半導体、２ Ｌｉ電極、３ 溶媒、４，５ ス
テンレス電極、６ 透明絶縁物
テンレス電極、６ 透明絶縁物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 顕生 福岡県福岡市南区塩原２丁目１番47号 九 州電力株式会社総合研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】 正極が層状半導体のＺｒＳｅ2 、負極が
Ｌｉからなる二次電池の前記正極をＰＮ接合構造とし
た、発電可能な二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6034994A JPH07245125A (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 発電可能な二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6034994A JPH07245125A (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 発電可能な二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07245125A true JPH07245125A (ja) | 1995-09-19 |
Family
ID=12429701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6034994A Pending JPH07245125A (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 発電可能な二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07245125A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004006381A1 (ja) * | 2002-07-09 | 2004-01-15 | Fujikura Ltd. | 太陽電池 |
| JP2004288985A (ja) * | 2003-03-24 | 2004-10-14 | Japan Science & Technology Agency | 太陽電池 |
| WO2009066848A1 (en) * | 2007-11-21 | 2009-05-28 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Dye-sensitized solar cells having substrate including p-n junction diode |
| US7825330B2 (en) | 2002-07-09 | 2010-11-02 | Fujikura Ltd. | Solar cell |
-
1994
- 1994-03-04 JP JP6034994A patent/JPH07245125A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004006381A1 (ja) * | 2002-07-09 | 2004-01-15 | Fujikura Ltd. | 太陽電池 |
| KR100681499B1 (ko) * | 2002-07-09 | 2007-02-09 | 가부시키가이샤후지쿠라 | 태양 전지 |
| CN1300894C (zh) * | 2002-07-09 | 2007-02-14 | 株式会社藤仓 | 太阳电池 |
| AU2003252477B2 (en) * | 2002-07-09 | 2007-04-05 | Fujikura Ltd. | Solar cell |
| US7825330B2 (en) | 2002-07-09 | 2010-11-02 | Fujikura Ltd. | Solar cell |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040305 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040625 |