(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、負極、ならびに前記正極と前記負極との間に介在する電解質を用い、
前記電解質は炭水化物を含有しており、
前記負極は、光吸収により励起されて前記炭水化物を電気化学的に酸化して分解することのできる分子、導電体、および酸化物半導体を有しており、
前記導電体の表面に前記酸化物半導体が形成されており、
前記酸化物半導体の表面に前記分子が付与されており、
前記分子は、金属錯体色素、有機色素、またはポルフィリン系色素からなり、
前記金属錯体色素は、Ｒｕを中心元素とし、ビキノリン基、ビピリジル基、フェナントロリン基、チオシアン酸基、もしくはこれらの誘導体を配位子として有するルテニウム錯体色素であるか、またはＰｔを中心元素としビキノリン基、ビピリジル基、フェナントロリン基、チオシアン酸基、もしくはこれらの誘導体を配位子として有するルテニウム錯体色素であり、
前記有機色素は、９−フェニルキサンテン系色素、メロシアニン系色素、またはポリメチン系色素であり、
前記分子に光照射しながら炭水化物を供給して、前記負極において前記分子により前記炭水化物を酸化して分解することにより、前記正極と前記負極との間に起電力を生じさせる発電方法。
【請求項２】
前記酸化物半導体に炭水化物の水酸基を配位子として含む錯体を形成することのできる金属元素が付与されており、前記錯体を形成した炭水化物を前記分子により酸化して分解する請求の範囲第１項に記載の発電方法。
【請求項３】
前記分子が、３００〜１０００ｎｍの波長を有する光を吸収して励起される請求の範囲第１項に記載の発電方法。
【請求項４】
前記正極において、酸素を還元する請求の範囲第１項に記載の発電方法。
【請求項５】
前記金属元素が、Ｃｕ、Ａｇ、およびＰｔよりなる群から選択された少なくとも１種である請求の範囲第２項に記載の発電方法。
【請求項６】
正極、負極、ならびに前記正極と前記負極との間に介在する電解質からなり、
前記電解質は炭水化物を含有しており、
前記負極は、光吸収により励起されて前記炭水化物を電気化学的に酸化して分解することのできる分子、導電体、および酸化物半導体を有しており、
前記導電体の表面に前記酸化物半導体が形成されており、
前記酸化物半導体の表面に前記分子が付与されており、
前記分子は、金属錯体色素、有機色素、またはポルフィリン系色素からなり、
前記金属錯体色素は、Ｒｕを中心元素とし、ビキノリン基、ビピリジル基、フェナントロリン基、チオシアン酸基、もしくはこれらの誘導体を配位子として有するルテニウム錯体色素であるか、またはＰｔを中心元素としビキノリン基、ビピリジル基、フェナントロリン基、チオシアン酸基、もしくはこれらの誘導体を配位子として有するルテニウム錯体色素であり、
前記有機色素は、９−フェニルキサンテン系色素、メロシアニン系色素、またはポリメチン系色素であり、
前記分子に光照射しながら炭水化物を供給して、前記負極において前記分子により前記炭水化物を酸化して分解することにより、前記正極と前記負極との間に起電力を生じさせる電池。
【請求項７】
前記酸化物半導体が、炭水化物の水酸基を配位子として含む錯体を形成することのできる金属元素を有する請求の範囲第６項に記載の電池。
【請求項８】
前記正極が、酸素を還元する酸素電極である請求の範囲第６項に記載の電池。
【請求項９】
前記炭水化物が酸化されて分解される際に生じる電子が前記酸化物半導体に受け取られ、前記電子は前記導電体を介して外部電気回路に供給される、請求の範囲第１項に記載の発電方法。
【請求項１０】
前記電解質は酸化還元対を有しており、前記色素は前記炭水化物を前記酸素還元対を介して電気化学的に酸化して分解する、請求の範囲第１項に記載の発電方法。
【請求項１１】
前記酸化還元対はキノン／ハイドロキノンである、請求の範囲第１０項に記載の発電方法。
【請求項１２】
前記酸化還元対はＮＡＤ／ＮＡＤＨである、請求の範囲第１０項に記載の発電方法。
【請求項１３】
前記炭水化物が電気化学的に酸化されて分解されることによりシュウ酸が生成される、請求の範囲第１０項に記載の発電方法。
【請求項１４】
前記炭水化物が電気化学的に酸化されて分解されることによりギ酸が生成される、請求の範囲第１０項に記載の発電方法。
【請求項１５】
前記分子が、３００〜１０００ｎｍの波長を有する光を吸収して励起される請求の範囲第６項に記載の電池。
【請求項１６】
前記金属元素が、Ｃｕ、Ａｇ、およびＰｔよりなる群から選択された少なくとも１種である請求の範囲第６項に記載の電池。
【請求項１７】
前記炭水化物が酸化されて分解される際に生じる電子が前記酸化物半導体に受け取られ、前記電子は前記導電体を介して外部電気回路に供給される、請求の範囲第６項に記載の電池。
【請求項１８】
前記電解質は酸化還元対を有しており、前記色素は前記炭水化物を前記酸素還元対を介して電気化学的に酸化して分解する、請求の範囲第６項に記載の電池。
【請求項１９】
前記酸化還元対はキノン／ハイドロキノンである、請求の範囲第１８項に記載の電池。
【請求項２０】
前記酸化還元対はＮＡＤ／ＮＡＤＨである、請求の範囲第１８項に記載の電池。
【請求項２１】
前記炭水化物が電気化学的に酸化されて分解されることによりシュウ酸が生成される、請求の範囲第６項に記載の電池。
【請求項２２】
前記炭水化物が電気化学的に酸化されて分解されることによりギ酸が生成される、請求の範囲第６項に記載の電池。
【請求項２３】
前記導電体および前記酸化物半導体のいずれもが光透過性である、
請求の範囲第１項に記載の発電方法。
【請求項２４】
前記導電体および前記酸化物半導体のいずれもが光透過性である、
請求の範囲第６項に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、多糖類、二糖類および単糖類などの炭水化物の電気化学的な酸化反応を用いた発電方法および電池に関する。
【０００２】
背景技術
炭水化物は植物の光合成によって合成される。そして、動物は炭水化物をエネルギー源として摂取する。炭水化物には、単糖類、少糖類、多糖類などの糖類のほか、糖類の類似化合物である環状多価アルコール、アミノ糖などが含まれる。
代表的な炭水化物であるグルコースは、化学式：Ｃ6Ｈ12Ｏ6で表される。グルコースを完全に酸化すると、グルコース１分子当たり２４個の電子が放出され、炭酸ガスと水が生成する。動物の体内では、この２４個の電子がエネルギー源として利用されている。
【０００３】
熱力学計算によれば、グルコースは、１モル当たり２８７２ｋＪ、１ｇ当たり４．４３Ｗｈのエネルギーを持っている。これは、高エネルギー密度電池として知られているリチウム電池の負極に用いられる金属リチウムの重量エネルギー密度３．８Ｗｈ／ｇ以上である。
【０００４】
炭水化物が有するエネルギーの利用方法は、今のところ２通りしか見出されていない。炭水化物の空気中での直接燃焼で生じる熱エネルギーの利用と、炭水化物を取り込んだ動物の体内における１２種類以上の酸化酵素の作用による化学エネルギーとしての利用である（Albert et. al., Essential Cell Biology (Garland Publishing, Inc.), 107（1997））。
すなわち、炭水化物が有する化学エネルギーを直接電気エネルギーとして有効利用する方法は見出されていない。
【０００５】
発明の開示
本発明は、以上に鑑み、炭水化物が有する化学エネルギーを直接電気エネルギーとして利用する発電方法および電池を提供することを目的とする。
本発明は、正極、負極、ならびに前記正極と前記負極との間に介在する電解質を用い、
前記電解質は炭水化物を含有しており、
前記負極は、光吸収により励起されて前記炭水化物を電気化学的に酸化して分解することができることのできる分子、導電体、および酸化物半導体を有しており、
前記導電体の表面に前記酸化物半導体が形成されており、
前記酸化物半導体の表面に前記分子が付与されており、
前記分子は、金属錯体色素、有機色素、またはポルフィリン系色素からなり、
前記金属錯体色素は、Ｒｕを中心元素とし、ビキノリン基、ビピリジル基、フェナントロリン基、チオシアン酸基、またはこれらの誘導体を配位子として有するルテニウム錯体色素か、またはＰｔを中心元素としビキノリン基、ビピリジル基、フェナントロリン基、チオシアン酸基、またはこれらの誘導体を配位子として有するルテニウム錯体色素であり、
前記有機色素は、９−フェニルキサンテン系色素、メロシアニン系色素、またはポリメチン系色素であり、
前記分子に光照射しながら炭水化物を供給して、前記負極において前記分子により前記炭水化物を酸化して分解することにより、前記正極と前記負極との間に起電力を生じさせる発電方法である。
本発明は、また、正極、負極、ならびに前記正極と前記負極との間に介在する電解質からなり、
前記電解質は炭水化物を含有しており、
前記負極は、光吸収により励起されて前記炭水化物を電気化学的に酸化して分解することができることのできる分子、導電体、および酸化物半導体を有しており、
前記導電体の表面に前記酸化物半導体が形成されており、
前記酸化物半導体の表面に前記分子が付与されており、
前記分子は、金属錯体色素、有機色素、またはポルフィリン系色素からなり、
前記金属錯体色素は、Ｒｕを中心元素とし、ビキノリン基、ビピリジル基、フェナントロリン基、チオシアン酸基、またはこれらの誘導体を配位子として有するルテニウム錯体色素か、またはＰｔを中心元素としビキノリン基、ビピリジル基、フェナントロリン基、チオシアン酸基、またはこれらの誘導体を配位子として有するルテニウム錯体色素であり、
前記有機色素は、９−フェニルキサンテン系色素、メロシアニン系色素、またはポリメチン系色素であり、
前記分子に光照射しながら炭水化物を供給して、前記負極において前記分子により前記炭水化物を酸化して分解することにより、前記正極と前記負極との間に起電力を生じさせる電池に関する。
前記酸化物半導体に炭水化物の水酸基を配位子として含む錯体を形成することのできる金属元素が付与されており、前記錯体を形成した炭水化物を前記分子により酸化して分解することが好ましい。
前記分子が、３００〜１０００ｎｍの波長を有する光を吸収して励起されることが好ましい。
前記正極において、酸素を還元することが好ましい。
前記金属元素が、Ｃｕ、Ａｇ、およびＰｔよりなる群から選択された少なくとも１種であることが好ましい。
前記酸化物半導体が、炭水化物の水酸基を配位子として含む錯体を形成することのできる金属元素を有することが好ましい。
前記炭水化物が酸化されて分解される際に生じる電子が前記酸化物半導体に受け取られ、前記電子は前記導電体を介して外部電気回路に供給されることが好ましい。
前記電解質は酸化還元対を有しており、前記色素は前記炭水化物を前記酸素還元対を介して電気化学的に酸化して分解することが好ましい。
前記酸化還元対はキノン／ハイドロキノンであることが好ましい。
前記酸化還元対はＮＡＤ／ＮＡＤＨであることが好ましい。
前記炭水化物が電気化学的に酸化されて分解されることによりシュウ酸が生成されることが好ましい。
前記炭水化物が電気化学的に酸化されて分解されることによりギ酸が生成されることが好ましい。
前記導電体および前記酸化物半導体のいずれもが光透過性であることが好ましい。
【０００９】
発明を実施するための最良の形態
本発明は、光励起された活性な分子の作用により、多くのエネルギーを蓄えている炭水化物から、エネルギーを直接的に効率よく取り出すことができるという発見に基づいている。本発明によれば、炭水化物に蓄えられている化学エネルギーを直接電気エネルギーとして利用することが可能となる。
【００１０】
具体的には、負極における次式（１）に示す酸化反応により、炭水化物が有するｎ個の電子を直接的に外部電気回路へ取り出すことができる。
式（１）
ｎＳ   ＋  光エネルギー   →  ｎＳ* ＋  ｎｅ
Ｓ*  ＋  Ｇ             →    Ｓ  ＋  Ｇ1
Ｓ*  ＋  Ｇ1            →    Ｓ  ＋  Ｇ2
Ｓ*  ＋  Ｇn-1          →    Ｓ  ＋  Ｇn
【００１１】
ここで、Ｓは励起される前の分子、Ｓ*は光吸収により励起された分子、Ｇは炭水化物、ｅは外部電気回路へ供給される電子、Ｇnは炭水化物から電子がｎ個取り出されて生成した化学種である。
【００１２】
図１に、電子のエネルギー準位（電位）と、負極から正極までの電子の流れを示す。矢印Ａは電位の卑な方向を示し、矢印Ｂは電位の貴な方向を示す。
図１に示すように、分子Ｓは光吸収により励起され、活性なＳ*と電子ｅを生成する。分子Ｓに吸収される光子のエネルギー（ｈν）は分子Ｓに固有であり、ＳとＳ*とのエネルギー差に相当する。生成した電子は、前記エネルギー差により決定される卑な電位を有し、外部電気回路１３で仕事をしてから正極に到り、正極での還元反応に用いられる。このような機構により、正極と負極との間に起電力が発生する。
【００１３】
分子Ｓは、３００〜１０００ｎｍの波長を有する光を吸収して励起されることが好ましい。分子Ｓは、前記波長領域に、単一の吸収ピークを有してもよく、複数の吸収ピークを有してもよい。このような分子としては、金属錯体色素、有機色素などを用いることができる。
【００１４】
金属錯体色素には、ＲｕやＰｔを中心原子として有し、ビキノリン基、ビピリジル基、フェナントロリン基、チオシアン酸基またはこれらの基の誘導体を配位子として有するルテニウム錯体色素や白金錯体色素を用いることができる。
有機色素としては、９−フェニルキサンテン系色素、メロシアニン系色素、ポリメチン系色素などを用いることができる。
【００１５】
Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅなどの金属を中心原子として有し、一つまたは複数のポルフィリン環を有した、金属錯体色素と有機色素の両方の構造を併せ持つポルフィリン系色素を用いることもできる。金属の中心原子を有さないポルフィリン環のみからなる色素を用いてもよい。
【００１６】
光吸収により励起される分子Ｓは、負極上に配してもよく、電解質中に溶解もしくは分散させてもよい。電解質中に溶解または分散させた分子Ｓは負極上に移動可能である。従って、いずれの場合においても、負極における炭水化物の酸化反応を効率よく進行させることができる。
【００１７】
負極上には、酸化物半導体からなる導電性薄膜を形成し、その上に光吸収により励起される分子を配することが好ましい。また、このような半導体薄膜は、光吸収により励起された分子から電子を効率よく受け取り、受け取った電子を効率よく外部電気回路に供給する。従って、負極における酸化反応が円滑に進行する。前記薄膜は、集光性の観点からは光透過性であることが好ましいが、酸化物半導体微粒子を成形して薄膜を形成してもよい。
【００１８】
前記酸化物半導体には、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム錫などを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１９】
反応式（１）では、Ｇ〜Ｇnと、Ｓ*とが直接的に電子の移動を伴う反応を進行させる場合を示したが、Ｇ〜Ｇnと、Ｓ*との間の電子移動を１以上の酸化還元対を介して行わせることもできる。酸化還元対は、負極上に配してもよく、電解質中に溶解もしくは分散させてもよい。いずれの場合においても、負極における炭水化物の酸化反応を効率よく進行させることができる。
【００２０】
前記酸化還元対は、基底状態の分子Ｓの電位よりも卑な酸化還元電位を有することが好ましい。このような酸化還元対として、キノン／ハイドロキノン対、ＮＡＤ／ＮＡＤＨ対（ＮＡＤは酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド、ＮＡＤＨはその還元型を示す）、ＮＡＤＰ／ＮＡＤＰＨ対（ＮＡＤＨは酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドホスフェート、ＮＡＤＰＨはその還元型を示す）、沃素／沃素酸イオン対、フェレドキシンやミオグロビンなどの酸化還元能を有する金属たんぱく質などを用いることができる。
【００２１】
炭水化物といくつかの金属元素とは、炭水化物の水酸基の全部または一部を配位子として含む錯体を形成する。この錯体において、炭水化物と金属元素との間には、水酸基を介した一時的な化学結合が形成されている。この一時的な化学結合の形成と協奏して、炭水化物の炭素−炭素結合が弱められる。その結果、励起状態の分子Ｓ*による炭水化物の酸化が容易となる。すなわち、この錯体を経由することにより、炭水化物の酸化反応の効率が高められる。
【００２２】
従って、分子Ｓの近隣には、炭水化物の水酸基を配位子として含む錯体を形成することのできる金属元素を付与することが好ましい。例えば、負極上、酸化物半導体からなる導電性薄膜中または電解質中に、金属元素を付与することができる。電解質中に溶解または分散させた金属元素は、負極上に移動可能である。従って、いずれの場合においても、負極における炭水化物の酸化反応の効率を高めることができる。錯体は、例えば負極／電解質界面、電解質中などで形成される。
【００２３】
ここで、「錯体」とは、反応物が生成物に至るまでの化学反応の途中において形成される中間体のことである。この中間体には、１つ以上の配位子と１つの中心原子とからなる単核錯体、および１つ以上の配位子と１つ以上の中心原子とからなる複核錯体が含まれる。
【００２４】
炭水化物の水酸基を配位子として含む錯体を形成することのできる金属元素としては、両性水酸化物を形成する金属元素が好ましい。このような金属元素としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｍｇが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらのうちの少なくとも１種を含む合金を用いてもよい。特に、Ｃｕ、ＡｇおよびＰｔは、炭水化物と水酸基を介した錯体を形成し易い。
【００２５】
炭水化物には、特に限定されないが、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、グリセルアルデヒド、ジヒドロキシアセトン、エリトロース、リブロース、キシルロース、セドヘプツロース、リボース、デオキシリボース、ソルボース、グルコサミン、ガラクトサミンなどの単糖類、イソマルトース、マルトース、セロビオース、ラクトース、ラフィノース、スクロースなどの二糖類、オリゴ糖類、デンプン、グリコーゲン、セルロース、糖タンパク質、グリコサミノグリカン、糖脂質などの多糖類を用いることができる。また、炭水化物を含む食物、食物の残査、動植物の残骸、動植物からの抽出液などを用いてもよい。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２６】
本発明で用いる電解質は、アニオンおよびカチオンの正極から負極または負極から正極への移動を可能にし、正極および負極で酸化還元反応を連続的に進行させる役割を有する。
水溶液系電解質および非水系電解質は、両方とも本発明に適用することができる。また、液状電解質、固体電解質およびゲル電解質は、全て本発明に適用することができる。
【００２７】
水溶液系電解質としては、例えば、溶解したＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＭｇＣｌ2、ＺｎＣｌ2、ＮＨ4Ｃｌのような金属塩、ＮＨ4ＯＨ、ＫＯＨ、ＮａＯＨのようなアルカリ、Ｈ3ＰＯ4、Ｈ2ＳＯ4のような酸などを含む水溶液を用いることができる。
【００２８】
非水系電解質としては、例えば、溶解したＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6のような金属塩を含むプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートの混合溶媒を用いることができる。また、溶解した沃化ピリジニウムのような４級アンモニウム塩、沃化リチウムのようなリチウム塩、沃化イミダゾリニウムのようなイミダゾリウム塩、ｔ−ブチルピリジンのようなアミンなどを含むアセトニトリル、メトキシアセトニル、メトキシプロピオニトリルのような溶媒も用いることができる。
【００２９】
固体電解質としては、例えば、スルホン酸基、アミド基、アンモニウム基、ピリジニウム基のような基を有するフッ素樹脂、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌ4、（Ｃ4Ｈ9）4ＮＢＦ4のような塩を保持したポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコールなどを用いることができる。
【００３０】
正極における還元反応は、負極において分子Ｓにより炭水化物から取り出された電子の電位よりも貴な電位で進行する。
そのような還元反応としては、水や酸素の還元反応、ＮｉＯＯＨ、ＭｎＯＯＨ、Ｐｂ（ＯＨ）2、ＰｂＯ、ＭｎＯ2、Ａｇ2Ｏ、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＮｉＯ2のような酸化物または水酸化物の還元反応、ＴｉＳ2、ＭｏＳ2、ＦｅＳ、Ａｇ2Ｓのような硫化物の還元反応、ＡｇＩ、ＰｂＩ2、ＣｕＣｌ2のような金属ハロゲン化物の還元反応、キノン類、有機ジスルフィド化合物のような有機硫黄化合物の還元反応、ポリアニリン、ポリチオフェンのような導電性高分子の還元反応などが挙げられる。
【００３１】
なかでも正極は、酸素を還元する酸素電極であることが好ましい。正極が酸素電極であれば、正極活物質として空気などの酸素を含む気体を用いることができる。従って、電池内に正極活物質を保持させることが不要となり、高いエネルギー密度を有する電池を構成することができる。
【００３２】
酸素電極は、酸素還元能を有する物質から構成する。このような物質としては、活性炭、ＭｎＯ2、Ｍｎ3Ｏ4、Ｍｎ2Ｏ3、Ｍｎ5Ｏ8のようなマンガン酸化物、白金、パラジウム、酸化イリジウム、白金アンミン錯体、コバルトフェニレンジアミン錯体、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｍｇのような中心原子を有する金属ポルフィリン、Ｌａ（Ｃａ）ＣｏＯ3、Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3のようなペロブスカイト酸化物などが挙げられる。
【００３３】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
実施例１
光吸収により励起される色素分子として、以下の色素Ｄ１〜Ｄ６を用い、試験電極を作製した。
Ｒｕ錯体色素Ｄ１
【００３４】
【化１】
0003690681.tif 000002
【００３５】
Ｄ１は、M.K.Nazeeruddinらの報文（J. Chem. Soc., Chem. Commun. 誌、1075頁、（1997年）)に記載の方法により合成することができる。
Ｒｕ錯体色素Ｄ２
【００３６】
【化２】
0003690681.tif 000003
【００３７】
Ｄ２は、H.Sugiharaらの報文（Chem.Lett. 誌、1005頁、(1998年)）に記載の方法により合成することができる。
Ｐｔ錯体色素Ｄ３
【００３８】
【化３】
0003690681.tif 000004
【００３９】
Ｄ３は、A.Islamらの報文（New J. Chem. 誌、343頁 (2000年)）に記載の方法により合成することができる。
ポリメチン色素Ｄ４
【００４０】
【化４】
0003690681.tif 000005
【００４１】
Ｄ４は、F.M.Harmer著「ヘテロサイクリック・コンパウンズ−シアニンダイズ・アンド・リレィティド・コンパウンズ(Heterocyclic Compounds-Cyanine Dyes and Related Compounds)」、ジョン・ウィリー・アンド・サンズ(John Wiley & Sons)社−ニューヨーク、ロンドン、1964年刊、英国特許第1,077,611号などに記載の方法に基づいて合成することができる。
フタロシアニン系色素Ｄ５
【００４２】
【化５】
0003690681.tif 000006
【００４３】
Ｄ５は、A.D. Adlerらの報文（J. Org. Chem. 誌、476頁（1967年））に記載の方法により合成することができる。
フタロシアニン系色素Ｄ６
【００４４】
【化６】
0003690681.tif 000007
【００４５】
Ｄ６は、D. Gustらの報文（Science誌、199頁（1990年））に記載の方法により合成することができる。
色素Ｄ１〜Ｄ６は、いずれも３００〜１０００ｎｍの波長領域に単一または複数の吸収を有する。
【００４６】
上記試験電極を負極として用い、図２に示すようなセルを組み立てた。
（ｉ）試験電極の作製
厚さ１ｍｍのガラス基板上に、表面抵抗１０オーム／ｃｍ2の酸化インジウム錫（ＩＴＯ）薄膜を形成した。
ポリエチレングリコールを３０重量％含むアセトニトリル溶液８９重量部と、平均粒径１０ｎｍのＴｉＯ2粒子１１重量部とを混合して、分散液を調製した。
ＩＴＯ薄膜を有するガラス基板を前記分散液に浸漬することにより、ＩＴＯ薄膜上に分散液を塗布し、８０℃で乾燥し、さらに空気中で４００℃で１時間焼成した。その結果、厚さ約１０μｍのＴｉＯ2微粒子膜がＩＴＯ薄膜上に形成された。
【００４７】
次に、ＩＴＯ薄膜およびＴｉＯ2微粒子膜を有するガラス基板２枚を、それぞれのＴｉＯ2微粒子膜が対面するように配置し、ＴｉＯ2微粒子膜の間に封止材料からなる枠体を介在させた。枠体を２枚の基板で挟んでしっかりと固定し、セルを構成した。
【００４８】
セル内に色素Ｄ１を１０ｍＭ（Ｍ：モル／リットル）の濃度で含むエタノール溶液を注入し、セル内をエタノール溶液で満たして放置した。１時間後にエタノール溶液をセル内から排出し、乾燥した温風をセル内に連続的に１時間通過させ、色素Ｄ１をＴｉＯ2微粒子薄膜に沈着させた。続けて４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンでセル内を満たし、排出した。次いで、アセトニトリルでセル内を洗浄し、温風でセル内を乾燥した。その後、セルを分解して、色素Ｄ１が沈着したＴｉＯ2微粒子薄膜を有する試験電極１Ａを得た。
色素Ｄ１の代わりにＤ２〜Ｄ６を用いて試験電極１Ａと同様にして試験電極２Ａ〜６Ａを得た。
【００４９】
（ii）セルの組み立て
得られた試験電極１Ａ〜６Ａをそれぞれ負極として用いて、図２に示すようなセルを組み立てた。セル内には炭水化物を含む電解質５を導入した。炭水化物としてはグルコースまたはフルクトースを用いた。電解質としては０．１ＭのＫＯＨ水溶液を用いた。電解質におけるグルコースまたはフルクトースの濃度は５０ｍＭとした。
グルコースまたはフルクトースを含み酸化還元対を含まない電解質と、グルコースまたはフルクトースを含み酸化還元対を５ｍＭの濃度で含む電解質を用意した。酸化還元対としては、ハイドロキノン（ＨＱ）またはＮＡＤＨを用いた。
【００５０】
図２中、１は試験電極を構成するガラス基板であり、その片面にＩＴＯ薄膜２を形成されている。また、ＩＴＯ薄膜上にはＴｉＯ2微粒子薄膜３が形成されており、その表面には色素分子が沈着した色素分子層４が存在する。ＩＴＯ薄膜にはセルを外部電気回路と接続するための負極リード１０が接続されている。
【００５１】
試験電極の色素分子層４に対向する位置には酸素電極６が配置されている。正極として作用する酸素電極は、Ｍｎ2Ｏ3粉末、活性炭粉末、アセチレンブラック粉末およびポリテトラフルオロエチレンの混合物からなり、厚さ０．２ｍｍのニッケルスクリーンを芯材として含んでいる。酸素電極６の外面には、撥水性フッ素樹脂からなる酸素透過膜７が設けられている。また、酸素電極６には発電セルを外部電気回路と接続するための正極リード１１が接続されている。
【００５２】
試験電極と酸素電極との間には、透明のシリコンゴムからなる枠体１２が介在して、セルを構成している。枠体には電解質と炭水化物を発電セル内に導入する注入口８ａと、電解質と余剰の炭水化物を発電セル外に排出する排出口８ｂが設けられている。注入口８ａおよび排出口８ｂにはそれぞれ液バルブ９ａおよび９ｂが備えられており、電解質と炭水化物の流量を調節できる。
【００５３】
（iii）セルの特性
セル内を炭水化物を含む電解質で満たしたのち、ガラス基板側から太陽光シュミレータ（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2）の光を照射して、セルの起電力（ＯＣＶ）を測定した。また、１００μＡの一定電流でセルを２０分間放電した時点で、セルの電圧を測定した。結果を表１に示した。
【００５４】
【表１】
0003690681.tif 000008
【００５５】
表１の結果より、全ての試験電極を用いた発電セルにおいて、光照射により高い放電電圧が維持され、これらのセルで効率的な発電が可能であることがわかった。
試験後の炭水化物を含む電解質を液体クロマトグラフィーを用いて分析したところ、グルコースあるいはフルクトースの酸化生成物である、グルコン酸、シュウ酸およびギ酸が検出された。
【００５６】
次に、グルコース、フルクトースに代えて、単糖類であるガラクトース、マンノースおよびソルボース、二糖類であるマルトース、スクロース、ラクトースおよびラフィノース、多糖類であるデンプンを用いて試験電極１Ａ〜６Ａの評価を上記と同様に行った。その結果、グルコース、フルクトースの場合と同様に炭水化物の酸化が確認された。
【００５７】
同様な評価をＴｉＯ2微粒子膜に代えてＴｉＯ2−ＷＯ3微粒子膜を用いて行ったところ、ほぼ同様のセルの特性が得られた。ここで、ＴｉＯ2−ＷＯ3微粒子膜は、平均粒径１０ｎｍのＴｉＯ2粒子と、平均粒径１２ｎｍのＷＯ3粒子との重量比５：１の混合物８重量部、およびポリエチレングリコールを３０重量％含むアセトニトリル溶液９２重量部からなる分散液を用いて形成した。前記分散液中にＩＴＯ薄膜を有するガラス基板を浸漬し、８０℃で乾燥し、空気中で４００℃で１時間焼成することにより、ＩＴＯ薄膜上に厚さ約８μｍのＴｉＯ2−ＷＯ3微粒子膜を形成した。
【００５８】
実施例２
ＩＴＯ薄膜上にＴｉＯ2微粒子膜を形成せず、色素Ｄ１〜Ｄ６を直接ＩＴＯ薄膜上に沈着させたこと以外、実施例１と同様にして試験電極７Ａ〜１２Ａを作製し、セルを構成し、その特性を評価した。結果を表２に示した。ただし、セルの放電は１０μＡで２００分間行った。
【００５９】
【表２】
0003690681.tif 000009
【００６０】
表２の結果より、全ての試験電極を用いたセルにおいて、光照射により高い放電電圧が維持され、これらのセルで効率的な発電が可能であることがわかった。
試験後の炭水化物を含む電解液を液体クロマトグラフィーを用いて分析したところ、グルコースあるいはフルクトースの酸化生成物である、グルコン酸、シュウ酸およびギ酸が検出された。
【００６１】
次いで、グルコース、フルクトースに代えて、単糖類であるガラクトース、マンノースおよびソルボース、二糖類であるマルトース、スクロース、ラクトースおよびラフィノース、多糖類であるデンプンを用いて試験電極７Ａ〜１２Ａの評価を上記と同様に行った。その結果、グルコース、フルクトースの場合と同様に炭水化物の酸化が確認された。
【００６２】
実施例３
ＩＴＯ薄膜上にＴｉＯ2微粒子膜の代わりにＳｎＯ2微粒子膜を形成したこと以外、実施例１と同様にして試験電極１３Ａ〜１８Ａを作製し、セルを構成し、その特性を評価した。セルの放電は１００μＡで２０分間行った。結果を表３に示した。
ここで、ＳｎＯ2微粒子膜は、平均粒径１５ｎｍのＳｎＯ2粒子５重量部およびポリビニルアルコールを１５重量％含むエタノール溶液９５重量部からなる分散液をスピンコート法によりＩＴＯ薄膜上に塗布し、８０℃で乾燥し、空気中で３８０℃で１時間焼成することにより形成した。得られたＳｎＯ2微粒子膜の厚さは約1５μｍであった。
【００６３】
【表３】
0003690681.tif 000010
【００６４】
表３の結果より、全ての試験電極を用いたセルにおいて、光照射により高い放電電圧が維持され、これらのセルで効率的な発電が可能であることがわかった。
試験後の炭水化物を含む電解液を液体クロマトグラフィーを用いて分析したところ、グルコースあるいはフルクトースの酸化生成物である、グルコン酸、シュウ酸およびギ酸が検出された。
【００６５】
次いで、グルコース、フルクトースに代えて、単糖類であるガラクトース、マンノースおよびソルボース、二糖類であるマルトース、スクロース、ラクトースおよびラフィノース、多糖類であるデンプンを用いて試験電極１３Ａ〜１８Ａの評価を上記と同様に行った。その結果、グルコース、フルクトースの場合と同様に炭水化物の酸化が確認された。
【００６６】
同様な評価を、ＳｎＯ2微粒子膜に代えてＳｎＯ2−ＺｎＯ微粒子膜を用いて行ったところ、ほぼ同様のセルの特性が得られた。ここで、ＳｎＯ2−ＺｎＯ微粒子膜は、平均粒径１５ｎｍのＳｎＯ2粒子と、平均粒径２４０ｎｍのＺｎＯ粒子との重量比５：１の混合物５重量部、およびポリビニルアルコールを１５重量％含むエタノール溶液９５重量部からなる分散液をドクターブレード法によりＩＴＯ薄膜上に塗布し、８０℃で乾燥し、空気中で３８０℃で１時間焼成することにより形成した。得られたＳｎＯ2−ＺｎＯ微粒子膜の厚さは約１６μｍであった。
【００６７】
実施例４
実施例１〜３で作製した試験電極１Ａ、６Ａ、７Ａ、１２Ａ、１３Ａおよび１８Ａをそれぞれ用い、炭水化物を含む電解質として、沃化リチウムを０．５Ｍ、沃化イミダゾリウムを０．５Ｍ、４−ｔｅｒｔ-ブチルピリジンを５ｍＭおよび炭水化物としてグルコースまたはフルクトースを５０ｍＭ含むメトキシアセトニトリル溶液を用いて、実施例１と同様のセルを組み立て、その特性を評価した。結果を表４に示した。
【００６８】
ただし、正極としては、空気電極と酸素透過膜に代えて、アルミニウム基板上に形成したＭｎＯ2粒子を含む塗膜を用いた。この正極は、ＭｎＯ2粒子３０重量部、アセチレンブラック５重量部、黒鉛１０重量部、ポリフッ化ビニリデン５重量部およびＮ−メチル−２−ピロリドン５０重量部からなるスラリーを厚さ０．３ｍｍのアルミニウム基板上にドクターブレード法により塗布したのち、１５０℃で乾燥し、ロールプレスして、厚さ０．５ｍｍのシート状に成形して得た。
【００６９】
なお、セルの放電は、試験電極１Ａ、６Ａ、１３Ａおよび１８Ａのセルについては１００μＡで２０分間、試験電極７Ａおよび１２Ａのセルについては１０μＡで２００分間行った。
【００７０】
【表４】
0003690681.tif 000011
【００７１】
表４の結果より、全ての試験電極を用いたセルにおいて、光照射により高い放電電圧が維持され、これらのセルで効率的な発電が可能であることがわかった。
試験後の炭水化物を含む電解質を液体クロマトグラフィーを用いて分析したところ、グルコースあるいはフルクトースの酸化生成物であるグルコン酸、シュウ酸およびギ酸が検出された。
【００７２】
次いで、グルコース、フルクトースに代えて、単糖類であるガラクトース、マンノースおよびソルボース、二糖類であるマルトース、スクロース、ラクトースおよびラフィノース、多糖類であるデンプンを用いて、前記試験電極の評価を上記と同様に行った。その結果、グルコース、フルクトースの場合と同様に炭水化物の酸化が確認された。
【００７３】
一方、炭水化物を含む電解質として、沃化リチウムを０．５Ｍ、沃化イミダゾリウムを０．５Ｍ、４−ｔｅｒｔ-ブチルピリジンを５ｍＭおよび炭水化物としてグルコースまたはフルクトースを５０ｍＭを含むメトキシアセトニトリル溶液８８重量部、および１２重量部のポリアクリロニトリルからなる混合物を前記セルに注入した。次いで、マイナス２０℃にセルを冷却し、混合物をゲル化した。その後、室温に戻したセルの特性を評価したところ、表４に示す結果とほぼ同等の特性が得られた。
【００７４】
実施例５
（ｉ）試験電極の作製
厚さ１ｍｍのガラス基板上に、表面抵抗１０オーム／ｃｍ2の酸化インジウム錫（ＩＴＯ）薄膜を形成した。
ポリエチレングリコールを３０重量％含むアセトニトリル溶液を調製した。このアセトニトリル溶液８８重量部に、平均粒径５ｎｍのＡｇ微粒子を１重量部および平均粒径１０ｎｍのＴｉＯ2微粒子を１１重量部分散させた。
得られた分散液に、ＩＴＯ薄膜を有するガラス基板を浸漬し、８０℃で乾燥し、アルゴンガス中で４００℃で１時間焼成した。その結果、厚さ約１０μｍの、Ａｇを担持したＴｉＯ2微粒子膜（以下、Ａｇ−ＴｉＯ2膜という）が、ＩＴＯ薄膜上に形成された。
【００７５】
ＩＴＯ薄膜およびＡｇ−ＴｉＯ2膜を有するガラス基板２枚を、それぞれのＡｇ−ＴｉＯ2膜が対面するように配置し、Ａｇ−ＴｉＯ2膜の間に封止材料からなる枠体を介在させた。そして、枠体を２枚の基板で挟んでしっかりと固定し、セルを構成した。
【００７６】
セル内に色素Ｄ１を１０ｍＭの濃度で含むエタノール溶液を注入し、セル内をエタノール溶液で満たして放置した。１時間後にエタノール溶液をセル内から排出し、乾燥した温風をセル内に連続的に１時間通過させ、色素Ｄ１をＡｇ−ＴｉＯ2膜に沈着させた。続けて４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンでセル内を満たし、排出した。次いで、アセトニトリルでセル内を洗浄し、温風でセル内を乾燥した。その後、セルを分解して、色素Ｄ１が沈着したＡｇ−ＴｉＯ2膜を有する試験電極１Ｂを得た。
色素Ｄ１の代わりにＤ２〜Ｄ６を用いて、試験電極１Ｂと同様にして試験電極２Ｂ〜６Ｂを得た。
【００７７】
（ii）セルの組み立て
得られた試験電極１Ｂ〜６Ｂをそれぞれ負極として用いたこと以外、実施例１と同様に、図２に示すようなセルを組み立てた。
セル内には、炭水化物を含む電解質を導入した。炭水化物としては、グルコースまたはフルクトースを用いた。また、電解質としては、０．１ＭのＫＯＨ水溶液を用いた。電解質におけるグルコースまたはフルクトースの濃度は５０ｍＭとした。
【００７８】
グルコースまたはフルクトースを含み酸化還元対を含まない電解質と、グルコースまたはフルクトースを含み酸化還元対を５ｍＭの濃度で含む電解質を用意した。酸化還元対としては、ハイドロキノン（ＨＱ）またはＮＡＤＨを用いた。
【００７９】
（iii）セルの特性
セル内を炭水化物を含む電解質で満たしたのち、実施例１と同様の評価を行った。結果を表５に示した。
【００８０】
【表５】
0003690681.tif 000012
【００８１】
表５の結果より、全ての試験電極を用いたセルにおいて、光照射により高い放電電圧が維持され、これらのセルで効率的な発電が可能であることがわかった。
試験後の炭水化物を含む電解質を液体クロマトグラフィーを用いて分析したところ、グルコースあるいはフルクトースの酸化生成物である、グルコン酸、シュウ酸およびギ酸が検出された。
【００８２】
次いで、グルコース、フルクトースに代えて、単糖類であるガラクトース、マンノースおよびソルボース、二糖類であるマルトース、スクロース、ラクトースおよびラフィノース、多糖類であるデンプンを用いて、試験電極１Ｂ〜６Ｂの評価を上記と同様に行った。その結果、グルコース、フルクトースの場合と同様に、炭水化物の酸化が確認された。
【００８３】
次に、ポリエチレングリコールを３０重量％含むアセトニトリル溶液９２重量部に、平均粒径５ｎｍのＡｇ微粒子と、平均粒径１０ｎｍのＴｉＯ2微粒子と、平均粒径１２ｎｍのＷＯ3微粒子とを、重量比０．６：５：１で含む混合物を８重量部分散させた。
【００８４】
得られた分散液に、ＩＴＯ薄膜を有するガラス基板を浸漬し、８０℃で乾燥し、アルゴンガス中で３５０℃で１時間焼成した。その結果、厚さ約８μｍの、Ａｇを担持したＴｉＯ2とＷＯ3からなる微粒子膜（以下、Ａｇ−ＴｉＯ2−ＷＯ3膜という）が、ＩＴＯ薄膜上に形成された。
Ａｇ−ＴｉＯ2−ＷＯ3膜上に、前記と同様の方法で、色素Ｄ１〜Ｄ６をそれぞれ沈着させて電極を調製し、それらを用いて前記と同様の評価を行った。その結果、Ａｇ−ＴｉＯ2膜の場合とほぼ同様にセルが作動した。
【００８５】
実施例６
ポリエチレングリコールを３０重量％含むアセトニトリル溶液９９重量部に、平均粒径５ｎｍのＡｇ微粒子を１重量部分散させた。
得られた分散液に、ＩＴＯ薄膜を有するガラス基板を浸漬し、８０℃で乾燥し、アルゴンガス中で４００℃で１時間焼成した。その結果、Ａｇ微粒子がＩＴＯ薄膜上に担持された。
【００８６】
その後、実施例５と同様にして、Ａｇ微粒子を担持したＩＴＯ薄膜に色素Ｄ１〜Ｄ６をそれぞれ沈着させて、試験電極７Ｂ〜１２Ｂを作製した。
試験電極７Ｂ〜１２Ｂをそれぞれ用いて、実施例５と同様のセルを構成し、評価した。結果を表６に示した。ただし、セルの放電は１０μＡで２００分間行った。
【００８７】
【表６】
0003690681.tif 000013
【００８８】
表６の結果より、全ての試験電極を用いたセルにおいて、光照射により高い放電電圧が維持され、これらのセルで効率的な発電が可能であることがわかった。
試験後の炭水化物を含む電解質を液体クロマトグラフィーを用いて分析したところ、グルコースあるいはフルクトースの酸化生成物である、グルコン酸、シュウ酸およびギ酸が検出された。
【００８９】
次いで、グルコース、フルクトースに代えて、単糖類であるガラクトース、マンノースおよびソルボース、二糖類であるマルトース、スクロース、ラクトースおよびラフィノース、多糖類であるデンプンを用いて、試験電極７Ｂ〜１２Ｂの評価を上記と同様に行った。その結果、グルコース、フルクトースの場合と同様に、炭水化物の酸化が確認された。
【００９０】
実施例７
ポリビニルアルコールを１５重量％含むエタノール溶液を調製した。このエタノール溶液８８重量部に、平均粒径５ｎｍのＰｔ微粒子を１重量部および平均粒径１５ｎｍのＳｎＯ2微粒子を１１重量部分散させた。
ＩＴＯ薄膜を有するＩＴＯ基板上に、得られた分散液をスピンコート法で塗布し、８０℃で乾燥し、空気中で３８０℃で１時間焼成した。その結果、厚さ約１５μｍの、Ｐｔを担持したＳｎＯ2微粒子膜（以下、Ｐｔ−ＳｎＯ2膜という）がＩＴＯ薄膜上に形成された。
【００９１】
Ｐｔ−ＳｎＯ2膜に色素Ｄ１〜Ｄ６をそれぞれ沈着させて、試験電極１３Ｂ〜１８Ｂを作製した。そして、試験電極１３Ｂ〜１８Ｂをそれぞれ用いて、実施例５と同様のセルを構成し、評価した。ただし、セルの放電は１００μＡで２０分間行った。結果を表７に示した。
【００９２】
【表７】
0003690681.tif 000014
【００９３】
表７の結果より、全ての試験電極を用いたセルにおいて、光照射により高い放電電圧が維持され、これらのセルで効率的な発電が可能であることがわかった。
試験後の炭水化物を含む電解質を液体クロマトグラフィーを用いて分析したところ、グルコースあるいはフルクトースの酸化生成物である、グルコン酸、シュウ酸およびギ酸が検出された。
【００９４】
次いで、グルコース、フルクトースに代えて、単糖類であるガラクトース、マンノースおよびソルボース、二糖類であるマルトース、スクロース、ラクトースおよびラフィノース、多糖類であるデンプンを用いて試験電極１３Ｂ〜１８Ｂの評価を上記と同様に行った。その結果、グルコース、フルクトースの場合と同様に、炭水化物の酸化が確認された。
【００９５】
次に、ポリビニルアルコールを１５重量％含むエタノール溶液９５重量部に、平均粒径５ｎｍのＰｔ微粒子と、平均粒径１５ｎｍのＳｎＯ2微粒子と、平均粒径２４０ｎｍのＺｎＯ微粒子とを、重量比０．５：５：１で含む混合物を５重量部分散させた。
ＩＴＯ薄膜を有するガラス基板のＩＴＯ薄膜上に、得られた分散液をドクターブレード法で塗布し、８０℃で乾燥し、空気中で３８０℃で１時間焼成した。その結果、厚さ約１６μｍの、Ｐｔを担持したＳｎＯ2とＺｎＯからなる微粒子膜（以下、Ｐｔ−ＳｎＯ2−ＺｎＯ膜という）がＩＴＯ薄膜上に形成された。
【００９６】
Ｐｔ−ＳｎＯ2−ＺｎＯ膜上に、前記と同様の方法で、色素Ｄ１〜Ｄ６をそれぞれ沈着させて電極を調製し、セルを構成し、評価した。その結果、Ｐｔ−ＳｎＯ2膜の場合とほぼ同様にセルが作動した。
【００９７】
実施例８
ポリビニルアルコールを１５重量％含むエタノール溶液８８重量部に、平均粒径１０ｎｍのＣｕ微粒子を１重量部および平均粒径２０ｎｍのＴｉＯ2微粒子を１１重量部分散させた。
ＩＴＯ薄膜を有するガラス基板のＩＴＯ薄膜上に、得られた分散液をスピンコート法で塗布し、８０℃で乾燥し、空気中で３００℃で１時間焼成した。その結果、厚さ約２０μｍの、Ｃｕを担持したＴｉＯ2微粒子膜（以下、Ｃｕ−ＴｉＯ2膜という）がＩＴＯ薄膜上に形成された。
【００９８】
Ｃｕ−ＴｉＯ2膜に色素Ｄ１〜Ｄ６をそれぞれ沈着させて、試験電極１９Ｂ〜２４Ｂを作製した。そして、試験電極１９Ｂ〜２４Ｂをそれぞれ用いて、実施例５と同様のセルを構成し、評価した。ただし、セルの放電は１００μＡで２０分間行った。結果を表８に示した。
【００９９】
【表８】
0003690681.tif 000015
【０１００】
表８の結果より、全ての試験電極を用いたセルにおいて、光照射により高い放電電圧が維持され、これらのセルで効率的な発電が可能であることがわかった。
試験後の炭水化物を含む電解液を液体クロマトグラフィーを用いて分析したところ、グルコースあるいはフルクトースの酸化生成物である、グルコン酸、シュウ酸およびギ酸が検出された。
【０１０１】
次いで、グルコース、フルクトースに代えて、単糖類であるガラクトース、マンノースおよびソルボース、二糖類であるマルトース、スクロース、ラクトースおよびラフィノース、多糖類であるデンプンを用いて、試験電極１９Ｂ〜２４Ｂの評価を上記と同様に行った。その結果、グルコース、フルクトースの場合と同様に、炭水化物の酸化が確認された。
【０１０２】
次に、ポリビニルアルコールを１５重量％含むエタノール溶液９５重量部に、平均粒径１０ｎｍのＣｕ微粒子と、平均粒径２０ｎｍのＴｉＯ2微粒子と、平均粒径２４０ｎｍのＺｎＯ微粒子とを、重量比０．５：５：１で含む混合物を５重量部分散させた。
ＩＴＯ薄膜を有するガラス基板のＩＴＯ薄膜上に、得られた分散液をドクターブレード法で塗布し、８０℃で乾燥し、空気中で３００℃で１時間焼成した。その結果、厚さ約２０μｍの、Ｃｕを担持したＴｉＯ2とＺｎＯからなる微粒子膜（以下、Ｃｕ−ＴｉＯ2−ＺｎＯ膜という）がＩＴＯ薄膜上に形成された。
【０１０３】
Ｃｕ−ＴｉＯ2−ＺｎＯ膜上に、前記と同様の方法で、色素Ｄ１〜Ｄ６をそれぞれ沈着させて電極を調製し、セルを構成し、評価した。その結果、Ｃｕ−ＴｉＯ2膜の場合とほぼ同様にセルが作動した。
【０１０４】
実施例９
炭水化物を含む電解質として、沃化リチウムを０．５Ｍ、沃化イミダゾリウムを０．５Ｍ、４−ｔｅｒｔ-ブチルピリジンを５ｍＭおよび炭水化物としてグルコースまたはフルクトースを５０ｍＭ含むメトキシアセトニトリル溶液を調製した。
正極としては、酸素透過膜を有する空気電極に代えて、実施例４で用いたのと同じアルミニウム基板上に形成したＭｎＯ2微粒子膜を用いた。
負極としては、実施例５〜８で作製した試験電極１Ｂ、６Ｂ、７Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂ、１８Ｂ、１９Ｂおよび２４Ｂをそれぞれ用いた。
【０１０５】
上記電解質、正極および所定の負極を用いて、実施例５と同様のセルを組み立て、その特性を評価した。ただし、セルの放電は、試験電極１Ｂ、６Ｂ、１３Ｂ、１８Ｂ、１９Ｂおよび２４Ｂのセルについては１００μＡで２０分間、試験電極７Ｂおよび１２Ｂのセルについては１０μＡで２００分間行った。結果を表９に示す。
【０１０６】
【表９】
0003690681.tif 000016
【０１０７】
表９の結果より、全ての試験電極を用いたセルにおいて、光照射により高い放電電圧が維持され、これらのセルで効率的な発電が可能であることがわかった。
試験後の炭水化物を含む電解液を液体クロマトグラフィーを用いて分析したところ、グルコースあるいはフルクトースの酸化生成物である、グルコン酸、シュウ酸およびギ酸が検出された。
【０１０８】
次いで、グルコース、フルクトースに代えて、単糖類であるガラクトース、マンノースおよびソルボース、二糖類であるマルトース、スクロース、ラクトースおよびラフィノース、多糖類であるデンプンを用いて試験電極１９Ｂ〜２４Ｂの評価を上記と同様に行った。その結果、グルコース、フルクトースの場合と同様に、炭水化物の酸化が確認された。
【０１０９】
次に、上記電解質８８重量部に、１２重量部のポリアクリロニトリルを混合し、得られた混合物を電解質としてセル内に注入した。そして、マイナス２０℃にセルを冷却し、混合物をゲル化させた。その後、セルの温度を室温に戻し、その特性を評価した。その結果、表８に示す結果とほぼ同等の特性が得られた。
【０１１０】
産業上の利用の可能性
本発明によれば、光吸収により励起されて炭水化物を電気化学的に酸化することのできる分子を利用しているため、炭水化物が有する化学エネルギーを直接的に電気エネルギーとして有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光励起された分子による炭水化物の電気化学的な酸化過程を示す模式図である。
【図２】本発明の電池の特性を評価するための発電セルの縦断面図である。
【図１】
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【図２】
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