电化学元件和电化学元件装置制造方法及图纸

通过扩大电极间水的活度的差，可提高输出电压。具有氢离子导电性的固体电解质形成的固体电解质膜５、在该固体电解质膜５的一面形成的具有催化功能和亲水性的第一电极６、和在该固体电解质膜５的另一面形成的具有催化功能和疏水性的第二电极７构成电化学元件。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用固体电解质进行化学能和电能之间能量交换的电化学元件。
技术介绍
图9是作为使用固体电解质的能量转换元件的例如特开平6-63343号公报中记载的电化学元件的结构图。图9中，具有氢离子导电性的固体电解质膜1的一面形成有第一电极2，另一面形成有第二电极3。并且，固体电解质膜1例如是デュポン(Dupont)社制造的ナフイオン(Nafion)-117(注册商标)。第一电极2是由具有供电功能的镀铂的不锈钢纤维、钛的多孔金属板、具有催化功能的铂黑、和固体电解质组分所组成的混合层。另外，第二电极3是由具有供电功能的镀铂不锈钢纤维、具有催化功能的铂黑、和固体电解质组分所组成的混合层。4是直流电源，其+侧接到第一电极2，-侧接到第二电极3。上述结构中，当以第一电极2为高湿度侧的高水活度侧空间(I)、以第二电极3为低湿度侧的低水活度侧空间(II)时，第一电极2侧发生式(1)的反应，第二电极3侧发生式(2)的反应。……(1)……(2)也就是说，第一电极2发生水解反应，而第二电极3发生水生成反应，因此水从高湿度侧的高水活度侧空间(I)移动到低湿度侧的低水活度侧空间(II)。因此，当进行式(1)和式(2)的反应时，即使邻接第一电极2的空间的湿度变得低于邻接第二电极3的空间的湿度，也能保持这种状态。而且，高水活度侧空间(I)和低水活度侧空间(II)之间的湿度差可由施加电压来控制。通过以上过程，就能对各空间(I)和(II)的湿度进行控制。具有以上结构的以前的电化学元件中，在利用两电极2和3之间的水活度差回收电能时，即使输出电压的一面的湿度为100％、另一面的湿度为10％而产生10倍的活度差，但输出电压低到几毫伏的程度，因此存在难以提高输出电压的问题。本专利技术的目的是通过扩大两电极之间的水活度差，提供能提高输出电压的电化学元件。
技术实现思路
本专利技术所涉及的电化学元件包括具有氢离子导电性的固体电解质形成的固体电解质膜、在该固体电解质膜的一面形成的具有催化功能和亲水性的第一电极、和在该固体电解质膜的另一面形成的具有催化功能和疏水性的第二电极。此外，在第一电极的表面上照射等离子体、真空紫外光和臭氧中的至少一种。此外，在第一电极的表面上沉积和粘附具有亲水基的物质。此外，第一电极的表面由具有会产生毛细管现象的多孔性的导体构成。此外，通过将有机化合物和有机氟化合物之一作为原料，由CVD法(化学气相沉积法)、喷镀法、蒸镀法和浸渍法中任一方法将疏水组分沉积和粘附在第二电极的表面上。此外，第二电极的表面呈凹凸状、针状或碎片状。此外，本专利技术所涉及的电化学元件装置，是将具有氢离子导电性的固体电解质形成的固体电解质膜、在该固体电解质膜的一面形成的具有催化功能和亲水性的第一电极、和在该固体电解质膜的另一面形成的具有催化功能和疏水性的第二电极构成电化学元件，并将该电化学元件设置在具有绝缘性和多孔性的基材上而构成的。此外，本专利技术所涉及的电化学元件装置，是将具有氢离子导电性的固体电解质形成的固体电解质膜、在该固体电解质膜的一面形成的具有催化功能和亲水性的第一电极、和在该固体电解质膜的另一面形成的具有催化功能和疏水性的第二电极构成电化学元件，并将多个电化学元件设置在具有绝缘性和多孔性的基材上，使相邻的一个电化学元件的第一电极和另一个电化学元件的第二电极接通而构成的。此外，本专利技术所涉及的电化学元件装置，是将具有氢离子导电性的固体电解质形成的固体电解质膜、在该固体电解质膜的一面形成的具有催化功能和亲水性的第一电极、和在该固体电解质膜的另一面形成的具有催化功能和疏水性的第二电极构成电化学元件，并将该电化学元件设置在具有绝缘性和多孔性的圆筒状基材内部或外部而构成的。具体实施例方式实施方式1附图说明图1所示的是实施方式1的结构图。图1中，5是固体电解质膜，它是具有氢离子导电性的固体电解质。固体电解质膜5例如使用Dupont社制造的Nafion-117(注册商标)。6是在固体电解质膜5的一面形成的具有催化功能和亲水性的第一电极，其形成方法是将氧化倾向不同的两种金属组分合金化，使氧化倾向高的金属组分氧化并将氧化物微粒6a分散在表面上，再将其压合到固体电解质膜5上而形成的。第一电极6的形成中，例如由Ti以20(原子)％在具有催化功能和供电功能的Pt中固溶成的合金于900大气压的纯氧中经500℃的热处理，如图2所示只有Ti以锐钛矿型或金红石型TiO2颗粒的形式在合金表面和内部析出。此时，合金中Ti的浓度梯度促使Ti从内部向表面扩散，因此表面被面积分数为70％的亲水性TiO2颗粒所覆盖。7是在固体电解质膜5的另一面形成的具有催化功能和疏水性的第二电极，其形成方法是将氧化倾向不同的两种金属组分合金化，并使氧化倾向高的金属组分氧化以选择性地除去存在于表面的第二氧化物颗粒7a，形成图3所示的碎片(fractal)状凸起部位7b。在第二电极7的形成中，例如由Si以15(原子)％在具有催化功能和供电功能的Pt中固溶成的合金于950大气压的纯氧中经800℃的热处理，只有Si以SiO2颗粒的形式在合金表面和内部析出。用外壳计数法(box counting)测量它的碎片维数(fractal dimensionality)，结果测得了碎片维数为2.25。这种碎片表面是由数值在几纳米到几百纳米范围内的突起所形成的。在这种碎片面上进行甲氧基型硅烷偶联处理，就可形成水滴接触角为150度的具有超疏水性的第二电极7。8是接到两电极6和7间的载荷。下面说明其操作。图1到图3中，当以第一电极6为高水活度侧空间(I)、以第二电极7为低水活度侧空间(II)，在两电极6和7之间连结载荷8时，第一电极6侧发生式(3)的反应，第二电极7侧发生式(4)的反应。……(3)……(4)因此，两电极6和7之间产生了水活度差，从而产生了式(5)所示的电动势。E=E0+(RT/nF)2.303×Log]]>式(5)中，(H2O)是水的活度(毫米汞柱)，(H+)是氢离子浓度(摩尔/升)、(O2)是氧气压(毫米汞柱)，下标(I)是高水活度侧，(II)是低水活度侧，E是电动势(伏)，E0是理论电动势且E0＝0，R为气体常数，T是绝对温度，F是法拉第常数，n是电荷转移数且n＝2，2.303(RT/nF)是30毫伏(高水活度侧(I)和低水活度侧(II)之比为10时)。在这种情况下，假定两空间(I)和(II)的氧浓度和固体电解质膜5内的氢离子浓度不变，获得了以高水活度侧和低水活度侧的水活度比为参数的图4所示的输出特性。如上所述，通过将具有氢离子导电性的固体电解质形成的固体电解质膜5、在该固体电解质膜5的一面形成的具有催化功能和亲水性的第一电极6、和在固体电解质膜5的另一面形成的具有催化功能和疏水性的第二电极7构成电化学元件，能像图4所示的那样，提高输出性能，并提高输出电压。此外，通过使氧化倾向不同的两种金属组分合金化、使氧化倾向高的金属组分氧化并将第一氧化物颗粒6a分散在表面上而形成第一电极，并使氧化倾向不同的两种金属组分合金化、使氧化倾向高的金属组分氧化以选择性地除去存在于表面上的第二氧化物颗粒7a而形成突起部作为第二电极7，能像图4所示的那样提高输出特性。此外，第一电极的表面由具有会产生毛细管现象本文档来自技高网...

【技术保护点】
电化学元件，它包括具有氢离子导电性的固体电解质形成的固体电解质膜、在该固体电解质膜的一面形成的具有催化功能和亲水性的第一电极、和在该固体电解质膜的另一面形成的具有催化功能和疏水性的第二电极。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山内四郎，木村秀，寺内博一，高井治，山内五郎，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，高井治，山内五郎，
类型：发明
国别省市：JP[日本]