JPS634557A - 光二次電池 - Google Patents

光二次電池

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JPS634557A
JPS634557A JP61148779A JP14877986A JPS634557A JP S634557 A JPS634557 A JP S634557A JP 61148779 A JP61148779 A JP 61148779A JP 14877986 A JP14877986 A JP 14877986A JP S634557 A JPS634557 A JP S634557A
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JP
Japan
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positive electrode
mox2
light
produced
battery
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Pending
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JP61148779A
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English (en)
Inventor
Teruhisa Kanbara
神原 輝寿
Tadashi Tonomura
正 外邨
Shigeo Kondo
繁雄 近藤
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TECH RES ASSOC CONDUCT INORG COMPO
Original Assignee
TECH RES ASSOC CONDUCT INORG COMPO
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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
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/581Chalcogenides or intercalation compounds thereof
    • 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
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

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】 産業上の利用分野 本発明は、電力または光で充電できる二次電池、つまシ
太陽電池と二次電極と?併せた働らきをする全固体の光
二次電池に関するものである。
従来の技術 光で充電する二次電池の試みは、例えば、金子正夫著エ
レクトロニクス、P97〜104(昭59.10)の総
説に示されたように数多くなされているが、実用されて
いるのは太陽電池を吏い通常の二次電池に充電する方式
のものである。
このように太陽電池で発電した電力を二次電池に貯える
二段階型のものの他に、n型TlO2のような半導体か
らなる電極全、白金のような金属あるいはp型GaPの
ような半導体からなる電極と共に電解液に浸漬して半導
体電極を光で照射して電荷分離を起させ(価電子帯にホ
ール、導電帯に電子を生ずる)、光誘起した電荷で電解
液中の物質を酸化・還元して活物質として貯え、放電時
にこれ全匣用する試みもなされているが、未だ実用の域
に達していない。光励起した電荷で、後続する酸化・還
元反応を行わせるには、■電解質中の物質の酸化・還元
電位が、半導体電極の価電子帯の上端より上部に、還元
電位が導電帯の下端より下部にあること、0元励起によ
シ出来るだけ多くの電荷分離を行なわせるのに、半導体
電極のバンドギャップが小さいことが必要であるが、バ
ンドギャップが余り小さいと■の条件が満足できず後続
する電気化学反応が効率よく進行しない。それゆえ、■
及び■の条件を満たし、太陽光または蛍光灯の光音吸収
して反応を効率よく進めるのに望ましい半導体のバンド
ギャップは、1〜2.5ev程度であるが、そのような
バンドギャップ全もつ半導体、例えばn型3i (〜1
.1+5V)、n型04ムS(〜1,35ev ) 、
 CdS (〜2,4 eV )はいずれもそれ自体が
反応に関与して腐食してしまう問題点を有しており、水
溶液中で安定なものは紫外光しか利用できないTiO2
、ZnOなどバンドギャップが3.0〜3.2 eVの
材料に限られるのが現状である。
また最近、IV、V、Vl族の遷移金属のジカルコゲナ
イトを正極材料に開用する二次電池の研究が多く行なわ
れて来ている。その多くはLi fjl負き材料とし、
有機電解質を用いるものである。
ごく最近、これらの遷移金属のジカルコゲナイトが電力
ばかりでなく、光によってもイオン2出し入れすること
ができると報告されている。例えば、エイチ トリピッ
チ、°フォトエレクトロケミカル エナジー コンバー
ジョン インヴオルヴイング トランジション メタル
 デイ−スティソ アンド インターカレーション オ
プレイヤー コンバウンス゛、“ストラフチア−アンド
 ボンディング(H、Tributch= photo
electrochemicalenergy con
versioninvolving Tr2Lnsit
ion metal d −5tate andint
ercalation of 1ayer compo
unds 、”5tructure and Bond
ing 49 、162〜166′82)は自他の研究
を総合して総説的に光で充電できる電池の可能tt’を
述べている。その中で太陽光を利用するということを考
慮すると、Lii負極とする電池では充電に必要なエネ
ルギーが大き過ぎて効率の高い充電が出来ない。効率の
上から負極はもっと責な酸化・還元電位をもつCuのよ
うなものに置き換える方がよいことを予言している。こ
のことは上記■、■の条件から容易に考えられることで
ある。また、光充電の過程において電啄は半導体性をと
り続けることが必要でFeとかCuのZrS2とかHf
52へのインターカレーションを取扱った、ピー、ジー
、ヤコプ池ジャーナルフィジックス シー(ソリッド 
ステイト フィジックス(B、 G、  Jacob 
、 et al J、Phys、C3(Solid  
5tate  Phys  )12,2189.’了9
))を引用して、これらの二硫化物が光電極として有望
なことを述べている。
しかしながら、先の総説は艮望を述べているだけであっ
てこの種の電池の実用上の問題全解決したものではない
。言い換えると、総説で述べられたものだけでは後述す
るように実用に足る電池はできない。ましてや、Cu 
イオン導電性固体電解質を用いる本発明の全固体の光二
次電池について何ら触れられておらず、これ全実用化す
るための後述するような問題点の解消については何の示
唆も与えていない。
発明が解消しようとする問題点 本発明は、n型遷移金属ジカルコゲナイトを用いた電極
から光によるCu イオンのデインターカレーションを
利用して充電を行なう点においてはTributchの
予想する所と何ら変わらない。ところでこれらn型半導
体電極で溶液電解質を用いる場合には、光の作用によっ
てカチオンをデインターカレーションするか、アニオン
をインターカレーションすることが知られている。それ
らの反応が進行するか否かは、半導体電極側の禁止帯内
にアルインターカレーションのエネルギーレベルとフェ
ルミレベルと各イオンの酸化・還元電位11C1゜E2
 が第6図に示すような相対位置にあるか否かによって
決定される。言い換えると、カチオンのデインターカレ
ーションによって充電できるようにするには、カチオン
の酸化・還元電位に、(A/A)がEXと!、の間にあ
り、アニオンの酸化・還元電る場合には、動き得るのは
CU イオンのみであるから、アニオンのインターカレ
ーション反応は進行しない。それ故にカチオンの酸化・
還元電位の相対位置にのみ注目し、これが第6図の条件
を満足すればよい。従って材料選択のための制約がそれ
だけ少ない利点を有する。しかしながら、その−方で正
極の主体材料としてMB2(Ml″iT工、Zr。
Hfのいずれか)を用いると、60°C以上の高温で光
を照射するとMB2が分解するという欠点を有していた
問題点を解決するための手段 そこで本発明は、正極の主体材料としてMoX2(但し
XはS 、 Ss 、 Teのいずれか)全周いたもの
である。
作用 MB2(MはTi 、 Zr 、 Ifのいずれか)及
びMoX2 (XはS 、 Ss 、 Teのいずれか
)のバンド構造をそれぞれ第5図(a)、第5図(b)
に示す。第5図<’a−>−x見ると分かるようにMB
2に光を照射した場合、SのP軌道にホールが生じる。
SのP軌道はMB2の価電子帯、つまりMB2の化学結
合をなしている部分であり、そこにホールが生じると、
雰囲気温度が高い場合、MB2の化学結合が切れ、結果
的にMB2の分解になる。ところが第5図(b)を見る
と分かるように、MoX2 K光を照射した場合、ホー
ルが生成されるのはMoとXの相互作用により生じてい
るt2g軌道であるから、ここにホールが生じてもMo
X2の化学結合が切れる事はない。
上記のように正極の主体材料としてMoX2 (XはS
 、 Se 、 Teいずれか)を用いると、光の照射
による分解が起こらなくなる。
実施例 以下、本発明を実施例で詳述する。
〈実施例1〉 電池を構成する材料は下記の通りである。
正極: MoSe2粉末+RbCuaIt5C:ハ5粉
末(重量比2:3)・・・・・・・・・・・・・・・6
0■固体電解質: RbC;u411.5+dJ15粉
末 ・=・soq負極:Cu粉末+Cu、、59S粉末 −l−RbCu4ItsCJ、xs粉末(重量比4:1
9:5)・・・・・・50■上記正極粉末と固体電解質
と負極粉末とを層状の電池ペレットとし、第1図に示す
ように構成した。図中1は上記の正極層、2は固体電解
質層、3は負極層である。4は透明電極でIn2O3に
5n02 fドープしたものをガラス基板の上に蒸着し
たもの全周いた。5は負極側の集電体でスチレン・ブタ
ジェンゴムに直径が7〜8μm1長さが30〜100μ
mの炭素繊維を分散させた導電ゴムを用いた。6はリー
ド線、7は高絶縁性樹脂を用いたパッケージである。8
は光充電の際の逆電流防止のためのダイオードである。
上記電池に対して、放電と光充電のくり返しを行なった
時の電池電圧の時間変化を第2図に示した。−雰囲気温
度は60°Cとし、放電は100μAで1時間、光充電
の除の光源には、10oWのXe  ランプ全円い、光
源までの距n&全5oc!rLとして1時間光を照射し
た。図中Q印は本実施例、口印はZrS2 k正極の主
体材料とした比較例であり、これから分かるように、6
0′Cの環境下における充放電特性は本実施例の方が著
しく向上している。
〈実施例2〉 正極として、MoS2粉末+RbCuaItsCJxs
粉末+Pd ブラック粉末及びアセチレンブラックを重
量比で2 : 3 : 0.05 : o、1で混合し
たものを60η庚い、他は上記実施例1とまったく同じ
条件で電池を作製した。この電池全10にΩでの定抵抗
負荷放電と、元充電のくり返しを行なった時の電池電圧
の時間変化を示したものが第3図である。放電と光充電
は共′に、1時間のくり返しであり、雰囲気温度は80
°Cとした。図中○印は本実施例、口印はZrS2 k
用いた比較例である。導電材としてここではPdブラッ
ク粉末とアセチレンブラックを用いたが、Pd ブラッ
クに代えてPtブラック全用いることもでき、アセチレ
ンブラックのような炭素粉末を単独で固体電解質ととも
に加えることもできる。
〈実施例3〉 正極としテMoTe2 +RbCu4I 1.s Cj
+x5 k重量比で2:3に混合したもの’r60yy
i[fい、他は上記実施例1とまったく同じ条件で電池
全炸裂した。この電池’510にΩでの定抵抗負荷放電
と、光光電のくり返し2行なった時の電池電圧の時間変
化を第4図に示した。放電と元充電は共に1時間のくり
返しであり、雰囲気温度は60°Cとした。図中O印は
本実施例、口印はZr5z k用いた比較例の結果であ
る。
なお、上記正極材料のMoX2 (但しXはS、Ss。
Teいずれか)は不定比化合物であり、これがMoXY
(1,6≦Y≦2.1)であり、n型である限り、同様
の結果が得られることは言うまでもない。
発明の効果 本発明は以上のように正極にMoXz k主体とした材
料を用いることで、高温度中での元充電の際の正極の分
解をなくす事が出来た。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例における光二次電池の構成略図
、第2図、第3図及び第4図は本発明の実施例の光電池
の特性を示す図、第6図a、bはMS2及びMoX2の
バンド構造を示した図、第6図は元充電の原理図゛でち
る。 1・・・・・・正甑層、2・・・・・・固体電解質層、
3・・・・・・負極層、4・・・・・・透明電極、5・
・・・・・集電体、6・・・・・・リード線、7・・・
・・・密封パッケージ、8・・・・・ダイオードO 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名3−
%j毀看 →−−−録祠室S≦ 5−一一円7目ぐり:イ5 r−−−リー5・引( 7−g士丁ハニノr−ジ 8−−一タ゛°儲−y 斧 第2図 智 開 (袋間) 第3図 盲 百 哨1) 第4図 !18  間 (搏閣) 第5図 (α) 、7″)2才Zi 第6図 Eζ−一一イ2;−Fイト 酎−7エルル1ル

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)銅を主体とする負極と、Cu^+イオン導電性固
    体電解質と、n型MoX_2(但しXはS、Se、Te
    のいずれか)を主体とする正極とから構成され、前記正
    極に光を照射することにより充電させることを特徴とす
    る光二次電池。
  2. (2)n型MoX_2(但しXはS、Se、Teいずれ
    かに炭素粉末とCu^+イオン導電性固体電解質とを加
    えた正極を用いる特許請求の範囲第1項記載の光二次電
    池。
  3. (3)n型MoX_2(但しXはS、Se、Teいずれ
    かにPd又はPt粉末とCu^+イオン導電性固体電解
    質とを加えた正極を用いる特許請求の範囲第1項記載の
    光二次電池。
JP61148779A 1986-06-25 1986-06-25 光二次電池 Pending JPS634557A (ja)

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JP61148779A JPS634557A (ja) 1986-06-25 1986-06-25 光二次電池

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JPS634557A true JPS634557A (ja) 1988-01-09

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107919464A (zh) * 2017-10-27 2018-04-17 长江大学 一种锂离子电池碲化钼阳极材料及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107919464A (zh) * 2017-10-27 2018-04-17 长江大学 一种锂离子电池碲化钼阳极材料及其制备方法
CN107919464B (zh) * 2017-10-27 2018-08-17 长江大学 一种锂离子电池碲化钼阳极材料及其制备方法

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