干式化学电池制造技术

本发明专利技术通过用载流子浓度为５×１０↑［１６］－２×１０↑［１９］ｃｍ↑［－３］的ｎ型半导体作阴极、用电子亲和力比前述阴极更大的金属作阳极、以生物体的皮肤作电介质，形成干式化学电池，获得一种可容易地提高对人体的安全性以及工作效率的干式化学电池。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及干式化学电池、该干式化学电池用的构件以及配备该干式化学电池的装置。本专利技术尤其涉及不要预先装备电介质的干式化学电池、该干式化学电池用构件以及配备该干式化学电池的装置。按照用适当方法使电池的电介质溶液不流动的方式制作成操作和携带便利的一次电池(该一次电池下称‘干式干电池’)作为电子设备的电源广泛使用，尤其近年来伴随便携式电子设备的普及成为必不可少的电源。大家知道作为干式化学电池有锰电池、碱电池、汞电池、氧化银电池、锂电池等。这些传统的干式化学电池都预先装备有电介质溶液或固体电介质。在锰干电池、碱干电池、汞电池、氧化银电池等干式化学电池中采用的电介质溶液是强碱性或强酸性溶液。因此，在用这一类电介质溶液的干式化学电池中，要通过一定的手段把该电介质溶液密封在容器内以便不使电介质溶液漏出。此外，作为在锂电池等干式化学电池中用的固体电介质采用对生物体刺激性强的碘化锂等物质。因此，即使在锂电池等中，固体电介质也要密封在一定的容器内。但是，即使采用电介质溶液以及固体电介质的任一种干式化学电池，要长时间地防止电介质溶液或固体电介质向外部漏出是困难的。大多数便携式电子设备处于与人体接触状态下使用。其中起搏器等医疗设备、耳机型无线电等信息设备、助听器、电子式手表等通常处于与皮肤接触状态下使用。因此，对于便携式电子设备的电源要求对人体安全。对于电介质溶液或固体电介质有可能向外部漏出的干式化学电池而言，作为处于与人体皮肤接触状态下使用的便携式电子设备的电源使用，不能认为是令人满意的。对于干式化学电池如上所述地寻求安全性。其另一方面，作为便携式电子设备的电源使用要求更加低价格化。然而，作为实际问题，更低价提供安全性高的干式化学电池也是困难的。如果用太阳能电池取代干式化学电池，则能够进一步提高对人体的安全性。因为例如电子表的消耗电力现在可以降低到1μW的量级，所以即使是光照面积为1cm2量级的太阳能电池也可以充分利用作为电源。但是，因为太阳能电池只在光照射时发电，在夜间或暗处不可被用作电源。即工作效率低。因此，太阳能电池通常与备用的内藏二次电池一起用。本专利技术的目的是提供容易提高对人体安全性和工作效率的干式化学电池、干式化学电池用构件以及配备干式化学电池的装置。根据本专利技术的一个观点，提供一种具有以下构件的干式化学电池，即由室温时载流子浓度为5×1016-2×1019cm-3的n型半导体构成的阴极，由电子亲和力比前述阴极还大的金属构成的阳极，以及支撑该阴极及阳极的支撑构件，以便使前述阴极和前述阳极在相互之间处于空间分离的状态下分别与生物体的皮肤接触。根据本专利技术的另一个观点，提供一种包含由室温时载流子浓度5×1016-2×1019cm-3的n型半导体构成的阴极，由电子亲和力比前述阴极还大的金属构成的阳极，通过前述阴极和前述阳极在相互之间处于空间分离的状态下使两者与生物体的皮肤接触构成干式化学电池的干式化学电池用构件。根据本专利技术的再进一步的观点，提供包含以下构成的装置，即由室温时载流子浓度为5×1016-2×1019cm-3的n型半导体构成的阴极，由电子亲和力比前述阴极还大的金属构成的阳极，以及电连接在前述阴极和前述阳极上的负荷。通过金属和特定的n型半导体相互之间处于空间分离状态下对生物体的皮肤接触，可以形成以前述金属作阳极，前述n型半导体作阴极，以前述的皮肤(包含皮下组织，下同)作电介质的干式化学电池。因为这干式化学电池以生物体的皮肤作为电介质利用，所以电介质自身对生物体无害。此外，即使作为前述金属及n型半导体也可以容易地选择对生命体无害的。在上述干式化学电池上可以连接具有保护电阻(为防止过大电流流过用的电阻)的外电路使用。通过使用保护电阻，可以很容易防止因电流流过皮肤(包含皮下组织，下同)受损伤。此外，上述的干式化学电池是以生物体的皮肤作为电介质利用的，所以阳极和阴极与生物体皮肤一接触，与时间、地点无关产生电。即用上述干式化学电池很容易提高对人体的安全性以及工作效率。附图说明图1是本专利技术实施例的干式化学电池的原理图。图2是示出本专利技术第1实施例的图。图3是示出从图2表示的装置取出电力用的电路一例的图。图4是示出本专利技术第2实施例的装置的电路构成图。图5(a)是示出具有图4表示的电路构成的电子手表一例的正面图。图5(b)是示出前述电子表的背面图。图6是示出本专利技术第3实施例的断面图。其中，1，11，21，42…阴极，2，12，22，43…阳极，3，13，23，44…皮肤，10…片状电阻，10C…电阻元件，15…负荷，16a，16b…引线，26…外负荷电路，25…驱动电路，26…内藏二次电池，27…电容器，30…电子手表，31…封装，40…装置，41…支撑构件，I…电路电流，Ii…离子流。图1是用于说明本专利技术实施例的干式化学电池的工作原理的图。正如图1所示，由n型半导体构成的阴极1和由比阴极1的电子亲和力更大的金属构成的阳极，在相互之间处于空间分离的状态下与生物体的皮肤接触。如果这些阴极1和阳极2通过导线4电接触，则在阴极上产生下述(ⅰ)-(ⅱ)两种变化。(ⅰ)由于阴极1和阳极2之间的电子亲和力差，阴极1中的自由电子e-经导线4移动到阳极2。其结果在阴极1中产生过剩的正空穴h+。(ⅱ)在阴极1对皮肤3的接触面一侧，为支撑热平衡状态形成肖特基势垒。与此相应，在阴极1内离与皮肤3的界面几微米的区域1a形成载流子耗尽层。在该区域1a，产生所谓1×103-1×105V/cm的强内部电压(以下把前述区域称为‘高电场区1a’)。通过上述(ⅰ)的变化从阴极1向阳极2移动的自由电子e-，为了支撑阳极2的电中性而直接把过剩部分向皮肤3排出。另一方面，通过上述(ⅱ)的变化在高电场区1a产生的内部电场起作用，使在阴极1中产生的正空穴h+向皮肤3侧排出。作为这些的结果，处于图1所示的状态下，正空穴h+从阴极1注入到皮肤3内，电子e-从阳极2注入到皮肤3内。因为在皮肤3内存在各种离子，所以紧挨阴极1下和紧挨阳极2下分别连续地产生氧化反应和还原反应。以人体内多量存在的铁离子作例，说明前述的氧化还原反应。氧化还原反应为(紧挨阴极下的氧化反应)(紧挨阳极下的还原反应)。实际上还涉及种种的离子反应。由上述氧化反应产生的Fe3+离子通过浓度扩散向紧挨阳极2下侧扩散。另一方面由还原反应产生的Fe2+离子通过浓度扩散向紧挨阴极1的下侧移动。作为这些结果，因为差额的+1价电荷从阴极1侧流向阳极2侧，所以从阴极1侧向阳极2侧通过皮肤3流过离子流Ii。即形成由阴极1-皮肤3-阳极2-导线4-阴极1构成的闭合电路5。这时皮肤3起电介质作用。换言之通过n型半导体构成的阴极1和金属构成的阳极2相互之间在空间处于分离的状态下，与生物体皮肤3接触，形成以皮肤3作电介质的干式化学电池。由于阴极1的材料采用n型半导体，在与皮肤3的界面上形成肖特基势垒。通过肖特基势垒的载流子耗尽层(高电场区1a)内的电场，使阴极1中产生的过剩正空穴h+快速向皮肤3侧放出。此外，该肖特基势垒阻止从皮肤3向阴极1的电子或负离子侵入。从而，如果形成肖特基势垒，则抑制阴极1和负离子例如OH-离子反应，在阴极1的表面上形成氢氧化合物(电绝缘物)。回路电流I随着阴极1中的自由电子浓度提高而增大。但是，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种干式化学电池，其特征在于包括：由室温时载流子浓度为５×１０↑［１６］－２×１０↑［１９］ｃｍ↑［－３］的ｎ型半导体构成的阴极；由电子亲和力比前述阴极更大的金属构成的阳极；支撑该阴极及该阳极，以便使前述阴极和前述阳极在相互之间处于空间分离的状态下与生物体皮肤相接触的支撑构件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：笠野宏之，
申请(专利权)人：株式会社多电子应用工业，
类型：发明
国别省市：JP[日本]