JPS62105378A - 光電気化学素子 - Google Patents

光電気化学素子

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JPS62105378A
JPS62105378A JP60243998A JP24399885A JPS62105378A JP S62105378 A JPS62105378 A JP S62105378A JP 60243998 A JP60243998 A JP 60243998A JP 24399885 A JP24399885 A JP 24399885A JP S62105378 A JPS62105378 A JP S62105378A
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JP
Japan
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electrode
polymer
light
coated
electrolyte
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Pending
Application number
JP60243998A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Sugimoto
博幸 杉本
Shinpei Matsuda
松田 臣平
Kazunori Fujita
一紀 藤田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20Light-sensitive devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M14/00Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof
    • H01M14/005Photoelectrochemical storage cells
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は光エネルギを電気化学エネルギ(zC変換する
素子に係り、特に、高分子被覆成極を作用極とする素子
に関する。
〔発明の背景〕
電解液中で電極上に光を照射し−2、光エネルギにより
電気化学反応を行なわせることができる。このよう々例
には無機物であるTlO2を作用撃とし、一白金電極全
対極とした光!池が良く知らJしCいる。
−一、 −(例えば、[高分子機能電極−J P95.学会出版
上)ター1983不出版)この場合、TiO4Th上に
二/ 光を照射すると、TlO2電極」ニ(・こr9素が蛇’
l= L、、対極上に水素か元生する。即ち、水の光分
解が起こる。一方、導電体上に有機物層を被横1−2だ
電極は化学修飾電極、あるいは、高分:f被覆として知
られており、被覆する有機物を選択−することでこの電
極を用いて光反応を起・i″t?:とか0]’能である
この中で有機物層としてヒロールの1F合体で、ちるポ
リピロールを被覆したLと惟に′[1を位を一ポして保
った状態で光を照射した場合、光熱q・4によりポリピ
ロール中にド−ピングこれていたイオンか電解液中に放
出される現象が観察されている。(光蓄電機能を持つ高
分子; polymer preprints、 Ja
pan;33 A6 p1503 )このような電極で
は適当な対極と組み合わせることによう、光エネルギを
蓄えることが可能である。ポリピロール以外にもチオフ
ェンの重合体であるポリチオフェンでこの現象が観察さ
れている。
〔発明の目的〕
本発明の目的は光照射によシ効率よく光エネルギを電気
化学エネルギに変換する素子を提供することにある。
〔発明の概要〕
ポリマの主鎖に共役二重結合をもつポリマとして、ポリ
アセチレン、ポリチオフェン、ポリピロール等の物質が
知られている。これらのポリマでは適当なイオンを含む
水溶液中、若しくは、非水溶液中で所定電位を印加する
ことによシ、ポリマ中にイオンがドーピングされる。こ
のドーピングされるイオンの量は+ マ電極の電位によ
り一意的に決定される。
この中でポリピロールを電極に用い、この電極の電位を
一定に保ちつつ、光を照射した場合、ポリマよりのアニ
オンのアンド−ピング、若しくは、カチオンのドーピン
グに基づく電流が流れることが公知である。しかし、得
られる電流値は未だ極めて低く、実用に供するには電流
値を大幅に向上させることが必要である。
この場合、ポリマ電極を電解液に浸漬することにより、
ポリマー電解液界面に7ヨツトキ一接合が形成される。
入射光により接合面付近のポリマの電子が励起されて自
由電子−ホール対をfIF、す。
これがブヨットキー接合によシ、電荷分離を起こす。こ
の際の自由電子がポリマー電解液界面に到達し、ポリマ
内にトラップされていたアニオンが液中に放出されると
考えられている。
発明者らは、光電流値の向上を目的として、電極に用い
るポリマの種類につき種々検討した結果、るアニリン系
化合物のポリマを使用しt場合、良好な光電流が観察さ
れ、蓄電装置として機能することを見出した。
化学式中のR8−R5は水素、フェニル基、アルキル基
、アルコキシ基又はアミノ基であシ、このような化合物
の代表例としては、アニlJ/、o−トルイジン、m 
−トルイジン、2.3−ジメチルアニリン、2−エチル
アニリン、N−メfルアニリン、ジフェニルアミン、2
−メトキシアニリン。
2−エトキシアニリン、2.3−ジメチルアニリン、0
−7二二レンジアミン、p−フ二二レンジアミン等があ
げられる。
ここでR8−R3が全て水素であるものは、ポリアニリ
ンと称される。ポリアニリンはアニリンを酸性溶液中で
、過硫酸アンモニウム等の酸化剤で酸化するか、もしく
は、適当な電極を用いて正電位を印加することによシ得
ることができる。この物質は上記の方法で重合した場合
、酸中のアニオンを取り込んだ状態で生成し、1〜10
0S−crn−1程度の導電性をもつ。ボリアニIJン
は厳密な意味では共役二重結合をもたず、先述のポリア
セチレン、ポリピロール等とは必ずしも同一の導電機構
をもつとは言えない。
リマも、ポリアニリンと同様に、これに対応する中で酸
化剤を添加するか、もしくは、電気化学的に酸化重合す
ることによシ合成することができる。
特に、5not等の透明電導体を被覆し念ガラス電極を
使用し、電気化学的に重合物を合成すること等によシ、
光電気化学反応を行なわせるのに好適な電極を得ること
ができる。
アニオンがドーピングされている状態の電極は光照射に
よりアニオンが電解液中に放出される念め、アニオンが
ドーピングされている状態の′を極の電位範囲に酸化還
元電位をもつ電極系を対極として用いること罠より、光
電変換を行ない、かつ、この電荷を蓄える電気化学素子
が実現される。
〈実施例1〉 0.2モル濃度のアニリンを含む一規定のホウフッ酸水
溶液中で、白金板を作用極として、これを銀−塩化銀参
照極基準で0,9Vに保持することにより、アニリンの
電解酸化重合物(これをポリアニリンと称する)を被覆
した白金板電極を作成した。被覆量は乾燥時の重量で白
金板12 当り約1mgであった。このようにして得た
ボリアニリ/電極を作用極1.銅板を対極3.及び0.
01モルの塩化第一銅を含むホウフッ酸水溶液を電解液
2とする、第1図に示す構成のセルを組み立てた。
作用極1と対極3とを電流計4を介して結線し、作用極
1にキセノンランプよシの光を5分の間隔でくり返し照
射・遮断した。この時、光の照射によりセルの光電々流
が、また、遮断により放電々流が、そねそれ、観察され
た。電流変化の様子を第2図に示しt0電流値は作用極
1m2当り約50μAであった。
〈実施例2〉 0.1モル!1度の0−トルイジンを含むホウフッ酸水
溶液を電解液と(−55作用極である白金板の電位を銀
−塩化銀電極基準で1. OVに保持することにより、
0−トルイジン重合物を被膜1−1た白金′電極を得た
。この時の重合物の膜厚は約211m′−cあった。こ
の電極を甲いて実施例1と同様のセルを組立て、電極に
キセノンランプ光を照射した。
光照射時に約40μA/−2の充電々流、光遮断時に3
5μA/−2の放電々流も観察された。
〈実施例3〉 0.1モル濃度のN−メq−r+パTニリンを含む硫酸
水溶液を電解液とし、実施例2と同様の方法で白金板土
KN−メチルアニ17ン重合膜を合ffL7t。
実施例1と同様のセ/Lを組み立て、キセノンランプ光
を照射1= +ところ、+ルー\の光電々流が観察され
た。また、光の遮断(lでより放電、々流が観察された
。この時の電流値4づif:、 it、放電の場合とも
約40μA/(7)2であった。
〈実施例4〉 一規定のホウフッ酸、及びアセトンを体積比で1.2の
割合で混合した溶液中に0.05 Mのジフェニルアミ
/を溶解させた液を電解液とし、実施例2とliylg
eの手法を用いて、白金板上にジフェニルアミンの電解
重合物を合成しt0 \ この高分子被覆電極を作用極とし、実施例1で〜5
X 斥したものと同様の構成のセルを作成した。キセノンラ
ンプ光を照射・遮断することによりセルの充電、放電を
行なわせ得た。
〈実施例5〉 一規定の硫酸及び02モル/lのアニリンを含むM液2
00 mtに過硫酸アンモニウム0.02モルを添加し
、生成物をろ過することにより、乾燥重量約2gのポリ
アニンを得た。このポリアニンにを添加してニッケル基
板上に塗布し た。実施例1と同一のセルで光照射により約40μA、
/Crn2の電流を観察した。
〈実施例6〉 一規定のボウフッ酸及び0.2モル/lのm−フェニレ
ンジアミノを含む溶液中で白金板を作用極として、電位
1.OVt以下、銀−塩化銀参照極基準)で定成位電解
1〜、ポリ−m−フェニレンジアミンを被覆しまた白金
板電極を得た。この電極を一魂定のホウフッ酸中に移1
〜.電位を0.6 Vに保って500Wのキセノンラン
プ光を照射したところ。
約10μAた2の元笥、流を得た。
〈実施例8〉 −規定(7)ホウフッ酸及び0.05モルのm−エトキ
ソアニリ/を含む調液中で、白金板を作用+11iとし
て、1位】、Ovで定電位′KffI!L、、ポリ−m
−エトキシアニリンを被覆1−た電曜を侍フt。この亀
弥分−規定のホウフッ酸中(♂セxc、、、、i位を0
.6 Vに保って500〜■のキセノンランプ光を照射
したところ、約1.5μA/′crn2の光電光を得凰
優f1.た光蓄電機能を刹づ“捻、品分−r−被覆ff
f極、及びこれと組にi、7′1対感を5L戸、出ぜ”
どとし7、これらを114いた光発電韮&1h、素子を
倹1付した。
本素子の見取図を第:t h+に、4た助面メj?第4
図に示す。本素子(弓”、す°ンス等の光透過性の物質
よりなる−」二仮5.4に;■、1′+′・′lもLり
l−、’J、 Y)’ fトの釡−鏡上に光蓄電機能を
もつ高分子を被覆した作用極10、イオン交換膜、も(
−<は、絶縁性不織布よりなるセパレータ11.対極1
3.下板7.仝隙を満たす水溶液系、もしくは、非水系
の電解液12、及び。
シール材6よりなり、作用極10及び対極13から端子
8.9を取出す構造となる。
端子を短絡し、光を照射することにより、素子が充電さ
れる。端子を開放後、光を遮断することにより、素子は
充電された状態となり、電荷を保持する。この素子に負
荷を接続することにより。
エネルギを取り出し得る。
ξ発明の効果〕 本発明によれば、光電流値が従来、ポリピロール電極で
得られた値よりも高いものが得られ、蓄電効率向上の効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の光工坏ルギ変換に用いるセ
ルの模式図、第2図は作用極としてポリアニリノ電極、
対極として銅電極を用いた電池の。 光照射・光遮断時の電流変化を示す図、第3図は本発明
の他の実施例の斜視図、第4図は第3図の断面図である
。 1・・・ポリマ被覆電極、2・・・電解液、3・・・対
極、4・・・電流計。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、導電体に有機物を被覆した電極、電解液及び対極よ
    りなり、前記電極に光を照射することにより起こる系の
    変化を利用する電気化学素子において、 前記有機物の主成分が、 ▲数式、化学式、表等があります▼但しR_1〜R_5
    は水素、フエニル基、アルキル基、アルコキシ基、又は
    アミノ基で示されるアニリン系化合物の重合体であるこ
    とを特徴とする電気化学素子。 2、前記電解液中に第一銅イオンを含む水溶液、前記対
    極に銅を主体とする金属を使用することを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の光電気化学素子。
JP60243998A 1985-11-01 1985-11-01 光電気化学素子 Pending JPS62105378A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005096392A3 (en) * 2004-03-31 2006-04-13 Yokohama Rubber Co Ltd Electrolyte for photovoltaic device as well as photovoltaic device and dye-sensitized solar cell including that electrolyte

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005096392A3 (en) * 2004-03-31 2006-04-13 Yokohama Rubber Co Ltd Electrolyte for photovoltaic device as well as photovoltaic device and dye-sensitized solar cell including that electrolyte
US8481849B2 (en) 2004-03-31 2013-07-09 The Yokohama Rubber Co., Ltd. Electrolyte for photovoltaic device as well as photovoltaic device and dye-sensitized solar cell including that electrolyte

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