三次電池

技術概要

環境下での温度変化で充電できる電力設備が要らない三次電池の発明。
アルカリ金属イオンを含む電解質に対して、活物質としてのシアノ架橋金属錯体による電極を加熱または冷却することで電極間に温度差を発生させて、酸化還元反応および電解質中のアルカリ金属イオンの移動による熱起電力を発生させる。

用途・応用

電池

背景

　一般に、熱電変換技術は、熱エネルギーと電気的なエネルギーとを変換する技術であり
、様々な日常生活や生産活動で発生する廃熱を電力に変換したり、電圧を印加して温度差
を発生させたりすることが可能である。
　このような熱電変換技術に関し、以下の特許文献１〜３記載の技術が従来公知である。
特 許 文 献 １ （ 特 開 平 ５ − １ ４ ４ ４ ８ ３ 号 公 報 ） に は 、 フ ェ ロ シ ア ン 化 カ リ ウ ム （ K4 Fe
I I
(CN) 6 ） お よ び フ ェ リ シ ア ン 化 カ リ ウ ム （ K3 Fe
I I I
(CN) 6 ）の水溶液中に黒鉛シートを入れ
て煮沸することにより、フェロシアン化カリウムおよびフェリシアン化カリウムが層間に
挿入された黒鉛層間化合物を作成し、一対の黒鉛層間化合物を電極（Ｅ１，Ｅ２）として
、フェロシアン化カリウムおよびフェリシアン化カリウムの水溶液に浸して、一方の電極
（Ｅ１）を高温熱源（２）に接触させ、他方の電極（Ｅ２）を低温浴（３）に接触させる
ことで、電極間に熱起電力を発生させる電気化学的温度差電池が記載されている。

　特許文献２（特開平５−１６６５５４号公報）には、一対の白金（Ｐｔ）電極をフェロ
シアン化カリウムおよびフェリシアン化カリウムの水溶液に浸して、白金電極の温度が１
０℃および７０℃となるように温度制御をすることで熱起電力を発生させる技術が記載さ
れている。また、特許文献２には、一対の白金電極の間をガラスフィルターまたはイオン
交換樹脂の隔膜で仕切り、温度差が消失した後に、濃度差に基づいて起電力を発生させる
濃度差電池として機能させる技術と組み合わせることも記載されている。

　特許文献３（特開平６−１４００８２号公報）には、同一材料からなる一対の電極（１
，３）をフェロシアンイオンとフェリシアンイオンの容積中に浸した状態で温度差を発生
させることで熱起電力を発生させる温度差電池が記載されている。また、特許文献３には
、一対の電極（１，３）をイオン交換膜（６）で仕切ると共に、イオン交換膜（６）を挟
んで一対の白金電極（７，８）を配置して濃度差による起電力を発生可能な技術と組み合
わせることも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】

【特許文献１】特開平５−１４４４８３号公報（「０００２」〜「０００３」、「００１
２」、図１）
【特許文献２】特開平５−１６６５５４号公報（「００１１」、図１）
【特許文献３】特開平６−１４００８２号公報（「０００２」〜「０００３」、「００１
９」〜「００２０」図１、図２）

課題

（従来技術の問題点）
　引用文献１〜３記載の技術では、電解質であるフェロシアンイオンやフェリシアンイオ
ンの移動により起電力を発生させているが、分子量が大きいため、比較的移動速度が低速
であり、熱起電力の発生速度や応答性が低い問題がある。
　また、電極として黒鉛シートや白金電極を使用する場合、薄膜化、極薄化に限界があり
、小型化に限界がある問題があると共に、電極の表面近傍でしか反応が発生しにくく、電
極全体が均一に使用されず、効率が悪い問題がある。
　さらに、電極として白金電極を使用する場合、貴金属である白金（Ｐｔ）が高価であり
、コストが高くなる問題もある。
　
　特に、引用文献１〜３記載の技術では、電池として機能する際に、電子の受け渡しを行
う活物質であるフェロシアンイオンやフェリシアンイオンが、電解質（溶媒）中に溶けた
状態となっている。よって、溶液に溶けない活物質を使用することが困難である問題があ
る。また、溶ける量に限界があるため、活物質の密度を高くすることに限界があり、効率
を向上させにくいと共に、所定量の活物質を確保するにはある程度の量の溶液が必要とな
り、電池全体の小型化が困難である問題もある。

　本発明は、小型で低コストで高効率の熱電変換技術を提供することを技術的課題とする
。

手段

前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の発明の酸化還元反応を利用した熱
電変換方法は、
　アルカリ金属イオンを含む電解質に対して、電子の受け渡しを行う活物質としてのシア
ノ架橋金属錯体が導電性の基板の表面に成膜されて作成された第１の電極と、前記第１の
電極と同一の活物質としてのシアノ架橋金属錯体が導電性の基板の表面に成膜されて作成
された第２の電極と、を接触させて、前記第１の電極および第２の電極の少なくとも一方
を加熱または冷却することで、前記第１の電極と前記第２の電極との間に温度差を発生さ
せて、各電極における酸化還元反応および電解質中のアルカリ金属イオンの移動による熱
起電力を発生させることを特徴とする。

効果

　請求項 １ ， ３ ， ５ ， ６ ， ９ ， １ １ ， １ ３ ， １ ４ に記載の発明によれば、同一の活物質を
含む一対の電極をアルカリ金属イオンを含む電解質に接触させているため、小型で低コス
トで高効率の熱電変換技術を提供することができる。
　請求項１ ， ９ に記載の発明によれば、活物質としてシアノ架橋金属錯体を使用されてい
るため、低コスト化と、薄膜化を容易に行うことができる。
　請求項 ２ ， １ ０ に 記 載 の 発 明 に よ れ ば 、 ITO基 板 を 使 用 し な い 場 合 に 比 べ て 、 低 コ ス ト
化することができる。

　請求項 ３ ， １ １ に記載の発明によれば、コバルト酸リチウムにより構成された電極が使
用されているため、既存のリチウムイオン電池を生産する施設や材料を利用することがで
き、低コスト化が可能である。
　請求項 ４ ， １ ２ に記載の発明によれば、リチウム欠損をしない場合に比べて、効率を高
めることができる 。

請 求 項 ５ ， １ ３ に 記 載 の 発 明 に よ れ ば 、 炭 素 に よ り 構 成 さ れ た 電 極 が 使 用 さ れ て い る た
め 、 既 存 の 電 池 を 生 産 す る 施 設 や 材 料 を 利 用 す る こ と が で き 、 低 コ ス ト 化 が 可 能 で あ る 。
ま た 、 請求項 ５ ， １ ３ に記載の発明によれば、リチウム導入をしない場合に比べて、効率
を高めることができ る 。
請 求 項 ６ ， １ ４ に記載の発明によれば、層状の構成を積層しない場合に比べて、熱抵抗
を大きくすることができ、熱電変換効率を向上させることができる。
請 求 項 ７ ， １ ５ に 記 載 の 発 明 に よ れ ば 、 太 陽 熱 を 利 用 し て い る た め 、 化 石 燃 料 や 原 子 力
等 を 使 用 す る 場 合 に 比 べ て 、 ク リ ー ン な 構 成 と す る こ と が で き る 。
　請求項 ８ ， １ ６ に記載の発明によれば、直列に接続しない場合に比べて、全体の電圧を
高めることができる。

問い合わせ・詳細資料閲覧

特許情報詳細や資料のダウンロード等については無料会員登録後に閲覧していただけます。
本研究に関するご質問や、話を聞いてみたいなどご興味をお持ちになりましたら、是非お気軽に以下のフォームにお問い合わせください。