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熱化学電池 新技術説明会

国内特許コード P190016161
掲載日 2019年6月27日
出願番号 特願2018-547573
出願日 平成29年10月16日(2017.10.16)
国際出願番号 JP2017037406
国際公開番号 WO2018079325
国際出願日 平成29年10月16日(2017.10.16)
国際公開日 平成30年5月3日(2018.5.3)
優先権データ
  • 特願2016-210985 (2016.10.27) JP
発明者
  • 向田 雅一
  • 衛 慶碩
  • 石田 敬雄
出願人
  • 国立研究開発法人産業技術総合研究所
発明の名称 熱化学電池 新技術説明会
発明の概要 両電極とも白金等の貴金属を使用しない、比較的安価で安全かつ軽量な、熱エネルギーによる発電・充放電が可能な熱電池が存在しなかった。
熱電池の電極対に用いるPEDOT/PSS薄膜を新規に開発した。電池の基本構成は、電極(PEDOT/PSS薄膜)に特別の集電体を有さないため、陽極または陰極(PEDOT/PSS薄膜)、電解質(・セパレータ・電解質)、陰極または陽極(PEDOT/PSS薄膜)とシンプルになった。
従来技術、競合技術の概要

熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換するのが熱電であり、熱源があれば連続的に電気を得ることができる。
一方、化学反応を利用して電気エネルギーを生み出すのが電池であり、充電する場合には電気を用いる。

熱化学電池(Thermo-electrochemical cell)は、熱源のあるところにおいて熱エネルギーによる化学反応を利用して発電する(非特許文献1)。
あるいは、熱エネルギーによる化学反応を利用して発電(充電)した後に、熱源がない場所でも電池として使用できる(非特許文献2)。
前者は半永久的に連続発電でき、後者も熱源(高温)と熱源のない場所(低温)とに繰り返して配置・保持することで繰り返し使用可能である。
熱化学電池は、基本的に正極と負極の、あるいは陽極と陰極の両電極とその間に存在する電解質とからなり、2つの動作形態がある。

ひとつは、両電極間に温度差がある場合に、化学反応の速度差により電解質中にキャリア濃度差が生じ電位差を発生させる(1セルタイプと呼ぶ)。
もうひとつは、電解質を分離材でしきり、両電極を含めた全体を熱により暖めた場合に、分離材の左右の化学反応の違いにより発電(充電)し、低温の場所では逆反応を起こし電位差を発生させる(これを2セルタイプと呼ぶことにする)。
いずれに場合も、電解質に接する電極方面でイオンと電子との表面反応が必要であり、電極の選択が必要となる。

今までの熱化学電池の両電極としては、金属、特に触媒活性の大きい白金等貴金属が多い(非特許文献3)。
上記耐久性向上のため脱溶媒処理されたフィルム状ポリカルボジイミドを、加熱して不融化しさらに炭化して作製した炭素化フィルムと集電体を対電極の高温側に用いた熱電池が知られている(特許文献1)。
しかし他方の低温側は白金と集電体からなる電極であり製造工程は複雑で原価は高い。

産業上の利用分野

本発明は白金を電極に用いないで発電または充電・放電するための熱化学電池に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
一対の電極をその両端に接合された電解質からなり、前記一対の電極に温度勾配差があるときに発電し得る熱化学電池であって、
前記一対の電極の少なくとも一つは導電性高分子材料からなる薄膜の電極であって、前記一対の電極に温度勾配差があるときに前記電解質とその接合表面近傍における酸化・還元反応によって発電し得ることを特徴とする熱化学電池。

【請求項2】
前記導電性高分子材料はPEDOT/PSSであることを特徴とする請求項1に記載する熱化学電池。

【請求項3】
前記PEDOT/PSSからなる薄膜は、溶剤処理及び熱処理により構造制御して電気伝導度を高めて作製されたことを特徴とする請求項2に記載する熱化学電池。

【請求項4】
さらに上蓋と底蓋とそれらを絶縁するOリングを備え、
前記上蓋は前記一対の電極の一方の電極を介して前記電解質と導通し、
前記底蓋は前記一対の電極の他方の電極を介して前記電解質と導通するコイン型電池であることを特徴とする請求項3に記載の熱化学電池。

【請求項5】
前記一対の電極と前記電解質は可とう性を有するシート状絶縁基板上に作製されたことを特徴とする請求項3に記載の熱化学電池。

【請求項6】
分離材で分離された一対の電解質の他端に接合された一対の電極からなり、前記一対の電解質が所定の温度条件であるときに前記一対の電解質により充電しおよび放電し得る熱化学電池であって、
前記一対の電極の少なくとも一つは導電性高分子材料からなる薄膜の電極であって、前記一対の電解質とその接合表面近傍における酸化・還元反応によって充電しおよび放電し得ることを特徴とする熱化学電池。

【請求項7】
前記導電性高分子材料はPEDOT/PSSであることを特徴とする請求項6に記載する熱化学電池。

【請求項8】
前記PEDOT/PSSからなる薄膜は、溶剤処理及び熱処理により構造制御して電気伝導度を高めて作製されたことを特徴とする請求項7に記載する熱化学電池。

【請求項9】
前記一対の電極と前記分離材で分離された一対の電解質は可とう性を有するシート状絶縁基板上に作製されたことを特徴とする請求項8に記載の熱化学電池。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2018547573thum.jpg
出願権利状態 公開
参考情報 (研究プロジェクト等) ナノ材料研究部門 ナノ薄膜デバイスグループ
ライセンス等を御希望の方又は特許の内容に興味を持たれた方は,下記「問合せ先」まで直接お問い合わせくださいますよう,お願い申し上げます。


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