JPS592147B2

JPS592147B2 - 光電池

Info

Publication number: JPS592147B2
Application number: JP51113917A
Authority: JP
Inventors: 信晴小柴; 勝弘高橋; 勉岩城
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1976-09-21
Filing date: 1976-09-21
Publication date: 1984-01-17
Also published as: JPS5338995A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は光から電力を得るエネルギー変換装置に関する
。

近年、石油危機、大気汚染問題などがクローズアップさ
れて、新クリーンエネルギーが各地で探策されている。

その中の１つとして、太陽光などの光エネルギーの照射
によつて電力を得ると同時に、水を電気分解して水素を
得る電池が注目を浴びている。これはアノードにｎ型半
導体の酸化チタンを用い、カソードに白金を用い、電解
液としてか性ソーダ、塩酸などの水溶液を用いるもので
、アノードに太陽光などの光を照射することにより直流
電力を得るとともに、さらに、電解液中の水を分解し、
アノードより酸素を、カソードより水素を発生する光電
気化学反応系である。通常、水溶液の電気分解によつて
酸素と水素を得る場合には、金属などからなるアノード
、カソード間に２ボルト付近の電圧を印加しなければな
らない。

しかし、上記の光照射型半導体を用いる電池ではアノー
ドに光を照射することにより、アノード電位は卑方向へ
と移動し、カソード電位よりも低くなるので、電解領域
から電池領域へと移行し、電圧を印加しなくても水を分
解すると同時に、電力をも得ることができる。上記アノ
ード電位が卑方向へ移動するのは、ｎ型半導体の光特性
によるものであり、光照射により価電子帯に少数キャリ
ヤの正孔が生成し、この正孔がアノード反応に寄与する
ため、反応電位がｎ型半導体のフェルミレベルから価電
子帯レベルまでの差の分だけ卑方向にシフトすることに
よる現象である。

上記の電池は前にも述べたように、光エネルギーを電力
ど純粋な水素、酸素に変換できるので、クリーンエネル
ギー変換システムとしては極めて大きな期待がもたれて
いる。

しかしながら、このシステムだけでは、蓄電能力がない
ので光照射時にのみ作動することができ、光無照射時に
は電池としては全く作動することができない。これが光
無照射時（夜間など）にでも使用できるように蓄電能力
を同時に備えることができれば光照射時（昼間）に電力
をたくわえ、夜間電力として使用することができるので
、その応用範囲は家庭用から産業用にいたるまで、きわ
めて広範となク、その工業的価値は大巾に高まるものと
期待される。

そこで、本発明では上記の光電池を応用し、蓄電能力を
もつ光電池の実現を目的とする。

すなわち、上記の光電池でのカソードでｄ、一般に白金
等の不活性極が適用されているので、通常の電気分解に
みられるカソード分極と全く同様の原理で水素が発生し
ているが、この水素をカソードそのものに吸収させるこ
とができれば、水素として電池内に貯えることができる
。

そしてこの貯えられた水素を負極とし、これに通常の燃
料電池でよく用いられる空気（酸素）極と組み合わせれ
ば酸素（空気）一水素燃料電池として用いることができ
るので、光無照射時でも使用することができる。すなわ
ち、具体的構成としては酸化チタン極をアノードとし、
空気極をカソードとし、水素を吸蔵する電極を第３電極
として、アノードとカソードの中間に備えるものである
。なお、第３電極として用いる物質は、導電性のある水
素吸蔵性物質であり、主として、金属水素化物と呼ばれ
るもので、単金属、あるいは合金などからなる物質で、
水素の加圧、温度調節、カソード分極などによつて、容
易に水素化反応を起こし、単位容積当たり、かなりの水
素を吸蔵する性質をもつている。使用可能な金属水素化
物の代表例として、ランタン・ニツケル，鉄・チタン，
ランタン・ニツケル・鉄，ランタン，チタン，ミツシユ
メタル，マグネシウム，マグネシウム・ニツケルなどが
ある。これらの水素を吸蔵した金属水素化物は、一般に
、圧力調整，温度調整，あるいはアノード分極によつて
、水素を放出することができるので、本発明の場合には
、空気（酸素）極と組み合わせることにより、アノード
として使用することができる。

また、この構成による光電池では、光照射時に、負荷を
必要とする場合には、酸化チタン極と空気極の間に負荷
をとり、光照射時で負荷をとらない場合には、第３電極
を充電する形式をとることができる。

さらに、蓄電効果を増すために、酸化チタン極と、第３
電極を接続しておき、光照射によつて得られる電力をす
べて水素に置換して第３電極に貯蔵しておき、必要なと
きにのみ、第３電極と空気（酸素）極との間に負荷をつ
ないで使用することにすれば、常時、（夜間中でも）作
動可能な空気（酸素）燃料電池が実現する。

上記のように本発明の光電池は、太陽光などの光をエネ
ルギー源とする蓄電可能な電気化学電池を実現するもの
で、その効果はきわめて大なるものがある。

以下、本発明をその実施例によつて説明する。

実施例１アノードに酸化チタン，カソードに空気（酸
素）極，アノードとカソードの中間に第３電極として、
ランタンニツケル化合物を備え、電解液として２規定の
か性カリウム水溶液を用いた。

またアノード照射光源として５００Ｗ水銀ランプを用い
た。第１図にその概略図を示した。図中、１はアノード
、２は空気極、３は第３電極で、ランタン・ニツケルか
らなる金属水素化物、４は電解液、５は電槽、６は５０
０Ｗ水銀ランプ、７は電池の空気抜き孔、８はアノード
１のリード、９は空気極２のリード、１０は第３電極３
のリード、１１は無色透明ガラスである。この構成の電
池をＡとし、比較用として、アノードに酸化チタンを、
カソードに空気極を用い、この構成のみからなる電池を
Ｂとした。

まず、本構成によるＡにおいて、光照射時に、アノード
と空気極との分極特性を調べたところ、第２図の曲線Ａ
−１のようになつた。

これは比較電池Ｂとまつたく一致した。つぎに同条件下
で、アノードと第３電極との間で、分極特性を調べたと
ころ、第２図のＡ−２のようになつた。さらに、アノー
ドと第３電極との間に１００μＡの電流を３０時間通電
し、第３電極に水素を蓄積させたのち、光照射を止め、
空気極と第３電極の間で、分極特性および、１ｍＡの定
電流放電を行つたところ、第２図のＡ−３、および第３
図Ａ−４のようになつた。

光照射時に、空気極とアノードから負荷をとる場合、第
２図のＡ−１の分極曲線に従い、従来の電池と全く一致
している。

また、第３電極に水素をチヤージさせる場合、その分極
特性は、第２図Ａ−２のようになる。チヤージ速度は遅
いが、充分にチヤージされると、第２図Ａ−３のように
その放電安定性がよく、特に高率放電になると、Ａ−１
よりもよくなる。また第３電極の充電効率は、通電量３
ｍＡｈｒ（１００ＩｔＡ×３０ｈｒ）に対し、第３図Ａ
−４よｌ）２．７ｍＡｈｒ（１ｍＡ×２．７ｈｒ）であ
るから９０％となジ、非常に高効率である。さらに第３
電極の放亀曲線は、第３図Ａ−４より電位の安定性も良
好である。このように、本構成による光電池では、光照
射時に〜アノードと空気極とで放電した場合には、従来
の電池Ｂと全く共通しているが、第３電極を水素の形で
チヤージすることができるので、光無照射時においても
、第３図Ａ−４のようなすぐれた特性を得ることができ
る。

これは従来においては、全く不可能であつたものである
。この点から本発明電池の優秀性は明らかである。実施
例２実施例１において、アノードと第３電極を接続する、即
ちリード板８と１０を接続し、負荷は第３電極と空気極
からとる方法である。

この構成においては、負荷をとる場合、光照射時には、
第２図Ａ−１のようにアノードと空気極の電位差支配の
電池特性となり、光無照射時には、第２図Ａ−３のよう
に第３電極と空気極の電位差支配の電池特性となる。

また、すでに第３電極がチヤージされた状態で、光を照
射しながらの放電での流れる電流は、第２図のＡ−１と
Ａ−３の曲線の等電圧での双方の電流の和に近似する。
また、第３電極の充電速度も大きくなり、第２図Ａ−２
の端子電圧０ボルトの電流（約０．５ｍＡの電流値）で
充電されることになる。実際に、無負荷で光照射を１０
時間行い、その後に光を照射したまま、分極特性をとる
と第２図Ａ′−１のようになり、さらに同条件下での１
ｎ１Ａの定電流放電では第３図Ｎ−２の放電曲線が得ら
れた。

いずれの特性も第２図Ａ−１，Ａ−３，第３図Ａ−４よ
りも上回つている。なお第３図のＮ−２で２段曲線がみ
られるのは第３電極の容量が限定されていることによる
。以上から、アノードと第３電極を短絡状態にしておく
ことは、電池特性の向上及び使用の簡便さからみて明ら
かに有効である。

なお上記の実施例では、電解液として、か性カリ水溶液
を用いたが、これ以外でも、か性ソーダ、水酸化リチウ
ムなど他のアルカリ水溶液が使用可能である。

また濃度も０．１規定前後の低濃度から６規定前後の高
濃度に至るまで、高範囲で用いられる。また、アノード
として、酸化チタンを用いたが、たとえば酸化亜鉛や酸
化スズなど他のｎ型半導体であつても使用可能である。
さらに、第３電極として、ランタン・ニツケル化合物を
用いたが、導電性のある水素吸蔵性の物質であれば、上
記以外の物質でも十分使用可能である。以上のように、
本発明の光電池は、光照射時のみならず、蓄電能力をも
かね備え、光無照射下においても放電可能であるという
すぐれた機能を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における光電池の構成を示す
縦断面略図、第２図及び第３図はその放電特性を示す。１・・・・・・アノード、２・・・・・・空気極、３・
・・・・・第３電極。

Claims

【特許請求の範囲】１アノードにｎ型半導体、カソードにガス拡散型電極
を用い、水素吸蔵性物質からなる第３電極を備えたこと
を特徴とする光電池。２第３電極がアノードに電気的に接続されている特許
請求の範囲第１項記載の光電池。