(57)【要約】【課題】外部電圧による充電を必要とせず、小型軽量でありながら発電効率を高めることができる発電素子、及び発電素子の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】発電素子１０は、第１の金属層１１と、第１の金属層１１上に積層されたシラスバルーン層１３と、シラスバルーン層１３上に積層され、第１の金属層１１よりもイオン化傾向が小さい第２の金属層１４から構成されている。第１の金属層１１から放出されたマイナスイオンは、シラスバルーン層１３に取り込まれるとともに、第１の金属層１１から第２の金属層１４への電子移動に伴い電流を取り出すことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の種類の金属を含む第１の金属層と、
該第１の金属層上に積層され、シラスバルーンを含むシラスバルーン層と、
該シラスバルーン層上に積層され、前記第１の金属層に含まれる前記金属よりもイオン化傾向が小さい所定の種類の金属を含む第２の金属層と、を備える
発電素子。
【請求項２】
前記第１の金属層は、マグネシウム、アルミニウム、チタン、亜鉛、クロム、鉄、ニッケル、鉛からなる群より選択される少なくとも一種の金属からなる層である
請求項１に記載の発電素子。
【請求項３】
前記第２の金属層は、金、銀、銅、及び白金からなる群より選択される少なくとも一種の金属からなる層である
請求項１または請求項２に記載の発電素子。
【請求項４】
前記第１の金属層と前記シラスバルーン層の間には絶縁層が介装されている
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の発電素子。
【請求項５】
シラスバルーンを薄膜状にしてシラスバルーン層を生成する工程と、
前記シラスバルーン層の一の面に、薄膜状とした第１の金属層を積層する工程と、
前記シラスバルーン層の他の面に、前記第１の金属層よりもイオン化傾向が小さい薄膜状の第２の金属層を積層する工程と、を備える
発電素子の製造方法
【請求項６】
前記第１の金属層を積層する工程の前に、
薄膜状とした前記シラスバルーン層の一の面に、絶縁物質からなる薄膜状の絶縁層を積層する工程を有し、
前記第１の金属層を積層する工程は、
前記絶縁層上に前記第１の金属層を積層する
請求項５に記載の発電素子の製造方法。
【請求項７】
前記シラスバルーン層を生成する工程は、
前記シラスバルーン層に所定量の水溶液を含有する工程を有する
請求項５または請求項６に記載の発電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電素子、及び発電素子の製造方法に関する。詳しくは、外部電圧による充電を必要とせず、小型軽量でありながら発電効率を高めることができる発電素子、及び発電素子の製造方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やスマートフォン、ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯情報端末に代表される電気機器の需要は急速に高まりをみせており、今後、さらに成長が期待される分野の一つとなっている。そして、このような電気機器の普及に伴い、駆動源である蓄電装置の研究開発も盛んに行われている。また、地球環境の問題や石油資源の問題への関心の高まりからハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、又はプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）等の次世代クリーンエネルギー自動車が注目されるなど、今後も様々な用途において蓄電装置の重要性が増している。
【０００３】
一般に蓄電装置としては、これまで鉛蓄電池やニッケルカドミウム電池などが用いられてきたが、環境配慮型社会の要求からこのような有害重金属を含有する蓄電池に対する規制も次第に強まりつつある。また、小型の携帯情報端末の普及によって、より利用エネルギーの高密度化、高電圧化、高出力化、長寿命化、小型軽量化、低価格化等の要求が一層高まり、新たな蓄電装置として、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ、及びリチウムイオンキャパシタ等が開発され普及してきている。
【０００４】
リチウムイオン電池は、一般に、バインダを用いて正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、バインダを用いて負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質層を介して接続され、電池外装材に収納された構成となっており、例えば特許文献１には、正極１９枚と負極２０枚を、電解質層を介して交互に積層した積層構造のリチウムイオン電池が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、発電素子により発電した電気を二次電池に充電し、補助エネルギーとして利用する電源装置が開示されている。具体的には、圧電素子で発電した電気を二次電池やコンデンサ（キャパシタ）へ充電し、この電気エネルギーを携帯端末機の電源電池の補助エネルギーとして利用することで、携帯端末機の長時間の利用を実現している。
【０００６】
ところで、リチウムイオン電池は、その動作原理が化学反応（ファラデー反応）を利用したものであるため、エネルギー密度に優れる一方で、内部抵抗が高くかつ耐久性が悪いという欠点がある。そのため、リチウムイオン電池を使用した機器においては、内部抵抗による損失が大きく、環境発電素子で発電した微小な電力を効率よく充電することが困難である。また、充放電の繰返しや高温使用環境に対する耐久性が低いため一定時間の経過毎の取り換え等のメンテナンスの手間が生じる。
【０００７】
また、キャパシタは、動作原理が化学反応ではなく、電解液中のイオンの静電吸着により電荷を蓄えるものであるため、内部抵抗や耐久性に優れる一方で、吸着イオンの拡散による自己放電が早いために蓄積した電荷がすぐに消滅してしまう。そのため、環境発電素子による発電が断続的なものであり発電間隔が長くなりうる場合には蓄電装置からの放電が機能しない可能性がある。
【０００８】
さらに、前記したリチウムイオン電池やキャパシタは、用途や使用方法により耐用年数に差があるものの、必ず寿命を迎え、例えばハイブリッド自動車や電気自動車に搭載されたリチウムイオン電池は、いずれは使用済み電池として廃棄される。この使用済みのリチウムイオン電池の廃棄処理に際しては、各部材に含まれる有価金属を回収して、資源としてリサイクルすることも行われるが、大半が環境負荷の大きい産業廃棄物として廃棄されているという実情がある。そのため、近年においては環境負荷の低い蓄電装置の開発が望まれている。
【０００９】
この点、特許文献３には、静電気を多く有する火山灰により製造し、廃棄処理を必要としない発電素子が開示されている。具体的には、火山灰を加工した微粒中空球状体、他鉱石、及びマイナスイオンを含む活性化鉱水よりなる静電気生成部材に活性炭、フラーレン、ナノチューブ等よりなる導電性含水粉体を、絶縁性、気密性のある筒状の容器に充填した後、該容器の両端に電気を取り出すためのアノード電極とカソード電極を接続することで、小型でありながら大量の電気を取り出すことを実現している。
【００１０】
さらに、特許文献４には、同じく廃棄処理を必要としない発電素子として、火山噴出物であるシラスを使用した発電素子が開示されている。具体的には、粉末状のシラスに適量の高周波磁場処理を施した水溶液を練り込んで粘土状の成型物とし、該成型物を金属製カソードとアノード間に挟んで、交互に積層構造としたものである。この特許文献４に開示の発電素子によると、シラスが有している静電気を動電気として取り出すことで、電源装置として使用することが可能なものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９―２７２０４８号公報
【特許文献２】特開２００２―１７１３４１号公報
【特許文献３】特表２００５−５０２１８０号公報
【特許文献４】特開２００２−４２８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上の特許文献３、及び特許文献４に係る発明によれば、発電素子の主な材料として火山灰、及びシラスを使用してなるものであるため、特別な廃棄を必要としないことから環境負荷が低く、無公害でクリーンな発電素子を実現している。
【００１３】
一方で、特許文献３に係る発明においては、火山灰に含まれるアロフェンのもつイオン交換性に着目し、火山灰にマイナスイオン水溶液を含浸させて静電気生成部材とし、該静電気生成部材で生成された静電気を起電力として取り出しているため、蓄積されている静電気の量が少なくなれば、その都度マイナスイオン水溶液を添加する必要がある。
【００１４】
また、マイナスイオン水溶液の生成に際しては、例えば水道水を利用する場合、水道水に含まれる分子クラスタを小さくしてマイナスイオン化する必要があるが、一般的にはセラミックスチップ、あるいはトルマリン等の特殊な物質を使用する必要があり、さらにはその製造工程も複雑であることから、十分な量のマイナスイオン水溶液を確保することが困難である。
【００１５】
さらに発明者が検討した結果では、火山灰にはケイ素、アルミニウムなどの元素、ガス成分であるフッ素、塩素などのハロゲン元素や硫黄などの他に、銅、亜鉛、カドミニウム、水銀などの微量金属元素が含まれていることが知られているが、これら不純物質の存在により、一時的には大きな起電力の発生が可能であるものの持続性が短く、頻繁にマイナスイオン水溶液を添加しなければならないという課題を有している。
【００１６】
また、特許文献４に係る発明については、特許文献３に係る発明と同じく、シラスが有する静電気を、特殊加工を施した水を利用することで動電気として取り出すことができることに着目したものであるが、この特許文献４に係る発明においても、取り出される動電気の量が減少するに伴い、その都度、マイナスイオンを含んだ高周波磁場処理を施した水溶液を添加する必要がある。
【００１７】
そのため、特許文献４に係る発明においても、特許文献３に係る発明と同様に、十分な量の水溶液を確保することが困難であるとともに、また、その水溶液の生成に際しても、多くの工数を必要として、発電素子のランニングコストも非常に高いものとなっている。
【００１８】
本発明者は、前記の課題を解決するために検討を行ったところ、シラスを略１０００℃の高温下で焼成して発泡、膨張させた中空ガラス球状体（以下、「シラスバルーン」という。）には、多量のマイナスイオンを取り込む性質があることを見出した。そして、係る知見に基づいて、イオン化傾向の異なる金属でシラスバルーンを挟持した積層構造体からなる発電素子により、特殊加工をした水溶液を必要とすることなく、電流を長時間にわたって安定的に取り出すことができることを見出した。
【００１９】
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであって、外部電圧による充電を必要とせず、小型軽量でありながら発電効率を高めることができる発電素子、及び発電素子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記の目的を達成するために、本発明に係る発電素子は、所定の種類の金属を含む第１の金属層と、該第１の金属層上に積層され、シラスバルーンを含むシラスバルーン層と、該シラスバルーン層上に積層され、前記第１の金属層に含まれる前記金属よりもイオン化傾向が小さい所定の種類の金属を含む第２の金属層とを備える。
【００２１】
ここで、所定の種類の金属を含む第１の金属層を備えることにより、例えば、イオン化傾向の比較的大きい金属を第１の金属層として用いると、該第１の金属層は電子を残しつつ、後述するシラスバルーン層に大量のマイナスイオンが吸収される。
【００２２】
また、第１の金属層上に積層され、シラスバルーンを含むシラスバルーン層を備えることにより、前述の通り、第１の金属層のマイナスイオン成分を、該シラスバルーン層内に取り込むことができる。このとき、シラスバルーンは、焼成により多数の微細孔（バルーンホール）が形成されるため、係るバルーンホール内に多くのマイナスイオンを取り込むことができるものとなっている。
【００２３】
また、シラスバルーン層上に積層され、第１の金属層に含まれる金属よりもイオン化傾向が小さい所定の種類の金属を含む第２の金属層を備えることにより、第１の金属層にてマイナスイオンがシラスバルーン層に吸収された分だけ電子が増える。このとき、第１の金属層と第２の金属層を導通させることで、第１の金属層で生成された電子が第１の金属層に移動し、その結果、第１の金属層と第２の金属層間に電流が流れることにより、起電力を生成することができる。
【００２４】
また、第１の金属層は、マグネシウム、アルミニウム、チタン、亜鉛、クロム、鉄、ニッケル、鉛からなる群より選択される少なくとも一種の金属からなる層である場合には、比較的イオン化傾向の大きい金属類を第１の金属層として配置することで、より多くのマイナスイオンがシラスバルーン層に吸収されることにより、起電力の生成効率を高めることができる。
【００２５】
また、第２の金属層は、金、銀、銅、及び白金からなる群より選択される少なくとも一種の金属からなる層である場合には、第１の金属層よりもイオン化傾向が小さい金属類を第２の金属層として配置することで、より大きな起電力を取り出すことができる。
【００２６】
また、第１の金属層とシラスバルーン層の間には絶縁層が介装されている場合には、例えば第１の金属層と第２の金属層が極薄厚の薄膜状からなる場合においても、安定して起電力を生成することが可能となる。
【００２７】
即ち、第１の金属層と第２の金属層が極薄厚から構成されていると、第１の金属層と第２の金属層が導通することにより、第１の金属層で発生したマイナスイオンが中間層にあるシラスバルーン層に取り込まれないという現象が起こり得るが、第１の金属層とシラスバルーン層の間に絶縁層を介装することで、このような問題を解決し、安定して起電力を生成することが可能となる。
【００２８】
前記の目的を達成するために、本発明に係る発電素子の製造方法は、シラスバルーンを薄膜状にしてシラスバルーン層を生成する工程と、前記シラスバルーン層の一の面に、薄膜状とした第１の金属層を積層する工程と、前記シラスバルーン層の他の面に、前記第１の金属層よりもイオン化傾向が小さい薄膜状の第２の金属層を積層する工程とを備える。
【００２９】
ここで、シラスバルーンを薄膜状にしてシラスバルーン層を生成する工程を備えることにより、発電素子の全体を小型化することができる。また、シラスを焼成することにより形成された多数のバルーンホールを有するシラスバルーンを使用することにより、薄膜状で小型でありながらも、後述する第１の金属層から放出された大量のマイナスイオンを、係るシラスバルーン層にて取り込むことができる。
【００３０】
また、薄膜状としたシラスバルーン層の一の面に、薄膜状とした第１の金属層を積層する工程を備えることにより、例えば、イオン化傾向の比較的大きい金属を第１の金属層として用いると、該第１の金属層は電子を残しつつ、前述のシラスバルーン層に大量のマイナスイオンを吸収させることができる。
【００３１】
また、シラスバルーン層の他の面に第１の金属層よりもイオン化傾向が小さい薄膜状の第２の金属層を積層する工程を備えることにより、薄膜状の第１の金属層と、該第１の金属層よりもイオン化傾向が小さい薄膜状の第２の金属層により、薄膜状のシラスバルーン層が挟持された積層構造とすることで、発電素子全体として小型化することができる。
【００３２】
さらに、第１の金属層にてマイナスイオンがシラスバルーン層に吸収された分だけ電子が増え、このとき、第１の金属層と第２の金属層を導通させることで、第１の金属層で生成された電子が第１の金属層に移動し、その結果、第１の金属層と第２の金属層間に電流が流れることにより、起電力を生成することができる。
【００３３】
また、第１の金属層を積層する工程の前に、薄膜状としたシラスバルーン層の一の面に絶縁物質からなる絶縁層を積層する工程を有し、第１の金属層を積層する工程は、絶縁層上に前記第１の金属層を積層する場合には、例えば第１の金属層と第２の金属層が極薄厚の薄膜状からなる場合においても、安定して起電力を生成することが可能となる。
【００３４】
即ち、第１の金属層と第２の金属層が薄膜状から構成されていると、第１の金属層と第２の金属層が導通することにより、第１の金属層で発生したマイナスイオンが中間層にあるシラスバルーン層に取り込まれないという現象が起こり得るが、第１の金属層とシラスバルーン層の間に絶縁層を介装することで、このような問題を解決し、安定して継続的に起電力を生成することが可能となる。
【００３５】
また、シラスバルーン層を生成する工程は、シラスバルーン層に所定量の水溶液を含有する工程を有する場合には、シラスバルーンに含まれる水溶液の水分子を媒介として、第１の金属層から発生したマイナスイオンをシラスバルーン層に形成されたバルーンホール内に取り込むことが可能となる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明に係る発電素子、及び発電素子の製造方法は、外部電圧による充電を必要とせず、小型軽量でありながら発電効率を高めることができるものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係る発電素子を概略的に示した断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る発電素子を用いた応用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参酌しながら説明し、本発明の理解に供する。以下、本発明の実施例に係る発電素子１０の詳細な説明である。
【００３９】
［発電素子］
まず、本発明の実施例に係る発電素子１０の構成について図１に基づいて説明する。発電素子１０は、図１に示すように、第１の金属層１１、第１の金属層１１上に積層された絶縁層１２、絶縁層１２上に積層されたシラスバルーン層１３、及び、シラスバルーン層１３上に積層された第２の金属層１４から構成されている。
【００４０】
ここで、必ずしも、絶縁層１２は必須の構成ではない。但し、後述する通り、第１の金属層１１、及び第２の金属層１４はそれぞれ薄膜状に形成されていることから、絶縁層１２を介装しない場合には、第１の金属層１１と第２の金属層１４が導通し、安定した起電力が得られない虞がある。そのため、絶縁層１２は有していることが好ましい。
【００４１】
［第１の金属層］
第１の金属層１１は、その厚みが略３０μｍ程度の薄膜状であり、例えば水素のイオン化エネルギーよりも高く、水、又は酸に容易に浸される金属として、本発明の実施形態においてはマグネシウムが選択される。
【００４２】
ここで、必ずしも、第１の金属層１１の種類としてマグネシウムである必要がない。前述の通り、水素のイオン化エネルギーよりも高く、水、又は酸に容易に侵される金属であれば、どのような種類の金属であってもよく、例えば、マグネシウムの他にも、アルミニウム、チタン、亜鉛、クロム、鉄、ニッケル、鉛等から選ばれる少なくとも１種の金属であってもよい。
【００４３】
また、必ずしも、第１の金属層１１は、その厚みが略３０μｍ程度である必要はない。但し、発明者が検討を繰り返した結果では、第１の金属層１１の厚みとして、３０μｍ未満の場合、安定した起電力の生成ができなかった。これは、第１の金属層１１を３０μｍ未満の薄膜状とすると、第１の金属層１１が生成されるマイナスイオン量が少なくなることに起因するものと考えられる。
【００４４】
一方、第１の金属層１１の厚みを略３０μｍ以上とした場合では、安定して起電力が生成されるとともに、例えば、３０μｍ以上の範囲において第１の金属層１１の厚み幅を変更したとしても、生成される起電力の量に大きな違いはないことが確認できた。そのため、第１の金属層１１の厚みとしては、小型軽量化の観点からも、その下限の臨界値である略３０μｍであることが好ましい。
【００４５】
［絶縁層］
絶縁層１２は、その厚みが略１００μｍ程度の薄膜状であり、例えば合成樹脂材料としてのポリ塩化ビニル、合成ゴム、ポリエチレン、ポリエステル、エポキシ、シリコーン等から選択される一の材料から構成されている。
【００４６】
ここで、必ずしも、絶縁層１２の絶縁材料として合成樹脂材料である必要はない。例えばパラフィン、硫黄、空気、ガラス等の天然材料より構成されてもよい。但し、ある程度薄膜状に構成することができて、かつ絶縁性、耐熱性を向上させるとともに、小型軽量化を図るという観点からでは、合成樹脂材料から構成されることが好ましい。
【００４７】
また、必ずしも、絶縁層１２は、その厚みが略１００μｍ程度ある必要はない。但し、発明者が検討を繰り返した結果では、絶縁層１２の厚みとして、１００μｍ未満の場合、第１の金属層１１と後述する第２の金属層１４が導通してしまい、安定した起電力を生成することができないことが確認された。
【００４８】
一方、絶縁層１２の厚みとして略１００μｍ以上とすると、安定して起電力が生成されるとともに、例えば、１００μｍ以上の範囲において絶縁層１２の厚み幅を変更したとしても、生成される起電力の量に大きな違いはないことが確認できた。そのため、絶縁層１２の厚みとしては、小型軽量化の観点からも、その下限の臨界値である略１００μｍであることが好ましい。
【００４９】
［シラスバルーン層］
シラスバルーン層１３は、その厚みが略３０μｍ程度の薄膜状である。シラスバルーン層は、シラスを略１０００℃の高温下で急速加熱することによって得られた発泡体であるシラスバルーンを薄膜状としたものである。このシラスバルーンの発泡体機構は、一般的には高温環境下において、シラスに含まれるガラス質の軟化と内部に包含している結晶水の蒸発が同時に起こることにより形成されるものである。
【００５０】
シラスバルーン層１３には、一定の水分が含有されるように、水道水が所定量（スポイドで１〜２滴程度）の割合で混合される。このようにシラスバルーン層１３に水分が含有されることで、水分子を媒介として、第１の金属層１１から発生したマイナスイオンをシラスバルーン層１３に形成されたバルーンホール内に取り込むことが可能となる。
【００５１】
ここで、必ずしも、シラスバルーン層１３は、その厚みが略３０μｍ程度ある必要はない。但し、発明者が検討を繰り返した結果では、シラスバルーン層１３の厚みとして、３０μｍ未満の場合、バルーンホールの表面積が相対的に小さくなり、第１の金属層１１から放出されるマイナスイオンの全てを吸収することができないため、安定した起電力を生成することができないことが確認された。
【００５２】
一方、シラスバルーン層１３の厚みとして略３０μｍ以上とすると、安定して起電力が生成されるとともに、例えば、３０μｍ以上の範囲において絶縁層１２の厚み幅を変更したとしても、生成される起電力の量に大きな違いはないことが確認できた。そのためシラスバルーン層１３の厚みとしては、小型軽量化の観点からも、その下限の臨界値である略３０μｍであることが好ましい。
【００５３】
また、必ずしも、シラスバルーン層１３に混合される水溶液としては水道水である必要はない。シラスバルーン層１３には、一定の水分量が含有されればよいため、水溶液の種類は特に限定されるものではない。
【００５４】
また、必ずしも、シラスバルーン層１３はシラスバルーンのみから構成されている必要はない。例えば、シラスバルーンを主原料として、所定量の火山灰、シラス等、その他の不純物を含有していてもよい。
【００５５】
［第２の金属層］
第２の金属層１４は、その厚みが略５０μｍ程度の薄膜状であり、例えば水素のイオン化エネルギーよりも低い金属（即ち、第１の金属層１１で選択される金属材料よりもイオン化傾向が低い金属）として、本発明の実施形態においては銅が選択される。
【００５６】
ここで、必ずしも、第２の金属層１４の種類として銅である必要がない。前述の通り、水素のイオン化エネルギーよりも低い金属であれば、どのような種類の金属であってもよく、例えば、銅の他にも金、銀、銅、及び白金等から選ばれる少なくとも１種の金属であってもよい。
【００５７】
また、必ずしも、第２の金属層１４は、その厚みが略５０μｍ程度である必要はない。但し、発明者が検討を繰り返した結果では、第２の金属層１４の厚みとして、５０μｍ未満の場合、安定した起電力の生成ができなかった。これは、第２の金属層１４を５０μｍ未満の薄膜状とすると、第１の金属層１１から受け取る電子の量が少なくなることに起因するものと考えられる。
【００５８】
一方、第２の金属層１４の厚みを略５０μｍ以上とした場合では、安定して起電力が生成されるとともに、例えば、５０μｍ以上の範囲において第２の金属層１４の厚み幅を変更したとしても、生成される起電力の量に大きな違いはないことが確認できた。そのため、第２の金属層１４の厚みとしては、小型軽量化の観点からも、その下限の臨界値である略５０μｍであることが好ましい。
【００５９】
以上のように構成をされた実施例に係る発電素子１０に対して、起電力の生成効率を比較するために、以下のような比較例に係る発電素子を生成した。
【００６０】
［比較例１］
前述の実施例に対して、シラスバルーン層１３に代えて焼成処理をしないシラスを用いた。
【００６１】
［比較例２］
前述の実施例に対して、シラスバルーン層１３に代えて、火山灰を用いた。
【００６２】
［比較例３］
前出の実施例に対して、シラスバルーン層１３に代えて、土を用いた。
【００６３】
以上の実施例、及び比較例１乃至比較例３に係る発電素子１０について、第１の金属層１１と第２の金属層１４の間に所定の大きさの抵抗器を接続して、電流（ｍＡ）、及び電圧（Ｖ）を測定した結果を表１に示す。なお、実施例、及び比較例１乃至比較例３については、発電素子１０に対して１日毎にスポイド１〜２滴程度の水分を供給するようにした。
【００６４】
［表１］
2020140942.tif 000003
【００６５】
表１に示すように、実施例に係る発電素子１０においては、時間経過とともに、出力される起電力の生成能力は劣化するものの、平均すると全期間を通じて安定した起電力を継続的に出力できることが確認できた。
【００６６】
一方、比較例１においては、計測開始から４８時間後には、電圧がマイナス値を示すようになった。これは、発電素子が飽和状態になることにより、電子が第２の金属層１４から第１の金属層１１に向けて逆流現象が起こっているものと推測できる。
【００６７】
また、比較例２においては、瞬間的には大きな起電力の発生が確認できたが、時間経過とともに、出力される起電力量が不安定となることから、比較例２においては、長時間の継続的使用には不向きであることが確認できた。
【００６８】
なお、比較例３においては、４８時間経過後から起電力の出力がされずに、発電素子としての機能が失われた。
【００６９】
以上の実験結果から、本発明の実施例に係る発電素子１０の優位性を確認することができる。
【００７０】
［本発明の応用例］
図２は、本発明の実施例に係る発電素子１０を用いた応用例を示す図である。２つの発電素子１０、１０´を準備し、絶縁層１２を介してそれぞれの発電素子１０、１０´を直列的に接続することで、大容量化が可能なものとなる。
【００７１】
即ち、発電素子１０の負極である第１の金属層１１と、発電素子１０´の正極である第２の金属層１４を導電線３０で接続する。また、発電素子１０の正極である第２の金属層１４と、発電素子１０´の負極である第１の金属層１１には、それぞれ電気取出し用の端子２０を接続したものである。これにより、単体の発電素子１０に比べて２倍の発電性能を発揮することが可能となる。なお、さらなる発電性能の向上を図る場合には、同様に、３個以上の発電素子１０を直列に接続することも可能である。
【００７２】
［発電素子の製造方法］
次に、本発明の実施例に係る発電素子１０の製造方法について説明する。
【００７３】
まず、予め、絶縁性素材からなり、略１００μｍ程度の厚さの薄膜状とした絶縁層１２を準備する（ステップ１）。次にシラスを加熱装置（図示しない）において略１０００℃の温度条件のもとで、略１〜３分程度で急速加熱を行い、シラスバルーンを生成する（ステップ２）。
【００７４】
予め準備しておいた絶縁層１２の一の面側に、ステップ２で生成したシラスバルーンに水溶液を混合したものを略３０μ程度の厚さとなるように塗布して、シラスバルーン層１３を生成する（ステップ３）。
【００７５】
絶縁層１２の他の面側には、マグネシウム素材を略５０μｍの厚さとなる薄膜状に塗布して、第１の金属層１１を生成する（ステップ４）。
【００７６】
また、シラスバルーン層１３上には、銅素材を略３０μｍの厚さとなる薄膜状に塗布して第２の金属層１４を生成する（ステップ５）。
【００７７】
以上により、第１の金属層１１、絶縁層１２、シラスバルーン層１３、及び第２の金属層１４の積層構造体よりなる発電素子１０が完成する。なお、前述のステップ１乃至ステップ４の製造手順は、適宜変更することが可能である。例えば、シラスバルーン層１３に絶縁層１２を塗布するようにしてもよい。
【００７８】
以上、本発明に係る発電素子、及び発電素子の製造方法は、外部電圧による充電を必要とせず、小型軽量でありながら発電効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００７９】
１０      発電素子
１１      第１の金属層
１２      絶縁層
１３      シラスバルーン層
１４      第２の金属層
２０      端子
３０      導電線
【図１】
2020140942.tif 000004
【図２】
2020140942.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月22日(2019.4.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム、アルミニウム、チタン、亜鉛、クロム、鉄、ニッケル、鉛からなる群より選択される少なくとも一種の金属を含み、３０μｍ以上の厚みである第１の金属層と、
該第１の金属層上に積層され、シラスバルーンを含み、３０μｍ以上の厚みであって水分を含有するシラスバルーン層と、
該シラスバルーン層上に積層され、金、銀、銅、及び白金からなる群より選択される少なくとも一種の金属からなる層であって、５０μｍ以上の厚みである第２の金属層と、を備える
発電素子。
【請求項２】
前記第１の金属層と前記シラスバルーン層の間には、１００ｍμ以上の厚みである絶縁層が介装されている
請求項１に記載の発電素子。
【請求項３】
シラスバルーンを含み、３０μｍ以上の厚みであって水分を含有するシラスバルーン層を生成する工程と、
前記シラスバルーン層の一の面に、マグネシウム、アルミニウム、チタン、亜鉛、クロム、鉄、ニッケル、鉛からなる群より選択される少なくとも一種の金属を含み、３０μｍ以上の厚みである第１の金属層を積層する工程と、
前記シラスバルーン層の他の面に、金、銀、銅、及び白金からなる群より選択される少なくとも一種の金属からなる層であって、５０μｍ以上の厚みである第２の金属層を積層する工程と、を備える
発電素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１の金属層を積層する工程の前に、前記シラスバルーン層の一の面に、絶縁物質からなり、１００μｍ以上の厚みである絶縁層を積層する工程を有し、
前記第１の金属層を積層する工程は、
前記絶縁層上に前記第１の金属層を積層する
請求項３に記載の発電素子の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
予め準備しておいた絶縁層１２の一の面側に、ステップ２で生成したシラスバルーンに水溶液を混合したものを略３０μｍ程度の厚さとなるように塗布して、シラスバルーン層１３を生成する（ステップ３）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
絶縁層１２の他の面側には、マグネシウム素材を略３０μｍの厚さとなる薄膜状に塗布して、第１の金属層１１を生成する（ステップ４）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
また、シラスバルーン層１３上には、銅素材を略５０μｍの厚さとなる薄膜状に塗布して第２の金属層１４を生成する（ステップ５）。
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月3日(2019.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム、アルミニウム、チタン、亜鉛、クロム、鉄、ニッケル、鉛からなる群より選択される少なくとも一種の金属を含み、３０μｍ以上の厚みである第１の金属層と、
該第１の金属層上に積層され、シラスバルーンを含み、３０μｍ以上の厚みであって水分を含有するシラスバルーン層と、
該シラスバルーン層上に積層され、金、銀、銅、及び白金からなる群より選択される少なくとも一種の金属からなる層であって、５０μｍ以上の厚みである第２の金属層と、を備える
発電素子。
【請求項２】
前記第１の金属層と前記シラスバルーン層の間には、１００μｍ以上の厚みである絶縁層が介装されている
請求項１に記載の発電素子。
【請求項３】
シラスバルーンを含み、３０μｍ以上の厚みであって水分を含有するシラスバルーン層を生成する工程と、
前記シラスバルーン層の一の面に、マグネシウム、アルミニウム、チタン、亜鉛、クロム、鉄、ニッケル、鉛からなる群より選択される少なくとも一種の金属を含み、３０μｍ以上の厚みである第１の金属層を積層する工程と、
前記シラスバルーン層の他の面に、金、銀、銅、及び白金からなる群より選択される少なくとも一種の金属からなる層であって、５０μｍ以上の厚みである第２の金属層を積層する工程と、を備える
発電素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１の金属層を積層する工程の前に、前記シラスバルーン層の一の面に、絶縁物質からなり、１００μｍ以上の厚みである絶縁層を積層する工程を有し、
前記第１の金属層を積層する工程は、
前記絶縁層上に前記第１の金属層を積層する
請求項３に記載の発電素子の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
予め準備しておいた絶縁層１２の一の面側に、ステップ２で生成したシラスバルーンに水溶液を混合したものを略３０μｍ程度の厚さとなるように塗布して、シラスバルーン層１３を生成する（ステップ３）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
絶縁層１２の他の面側には、マグネシウム素材を略３０μｍの厚さとなる薄膜状に塗布して、第１の金属層１１を生成する（ステップ４）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
また、シラスバルーン層１３上には、銅素材を略５０μｍの厚さとなる薄膜状に塗布して第２の金属層１４を生成する（ステップ５）。