(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラファイトを溶液中で酸化する工程と、
前記溶液の水素イオン濃度がＰＨ３以下となるように酸を添加する工程と、
前記溶液から電気透析により陽イオンを除去する工程と、を有することを特徴とする酸化グラファイトの作製方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記酸は塩酸であることを特徴とする酸化グラファイトの作製方法。
【請求項３】
グラファイトを溶液中で酸化する工程と、
前記溶液の水素イオン濃度がＰＨ６乃至８となるようにＰＨ調整剤を添加する工程と、
前記溶液から電気透析により陽イオンおよび陰イオンを除去する工程と、を有することを特徴とする酸化グラファイトの作製方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記ＰＨ調整剤は、水酸化リチウムであることを特徴とする酸化グラファイトの作製方法。
【請求項５】
請求項３において、
前記ＰＨ調整剤は、水酸化アンモニウムであることを特徴とする酸化グラファイトの作製方法。
【請求項６】
グラファイトを溶液中で酸化する工程と、
前記溶液の水素イオン濃度がＰＨ６乃至８となるようにＰＨ調整剤を添加する工程と、
前記溶液から陽イオンおよび陰イオンを除去する第１の電気透析を行う工程と、
バイポーラ膜を用いて、前記溶液から陽イオンを除去する第２の電気透析を行う工程と、を有することを特徴とする酸化グラファイトの作製方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記第１の電気透析を行う工程には、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を用いることを特徴とする酸化グラファイトの作製方法。
【請求項８】
請求項６又は７において、
前記第２の電気透析を行う工程には、陽イオン交換膜とバイポーラ膜を用いることを特徴とする酸化グラファイトの作製方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項における酸化グラファイトの作製方法によって得られた酸化グラファイトに、超音波処理を行うことを特徴とする酸化グラフェンの作製方法。
【請求項１０】
請求項９における酸化グラフェンの作製方法によって得られた酸化グラフェンに、還元処理を行うことを特徴とするグラフェンの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化グラファイト、酸化グラフェンあるいはグラフェンやそれらを用いた各種電気機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
グラフェンとは、１原子の厚さのｓｐ２結合炭素原子のシートのことであり、炭素原子とその結合からできた蜂の巣のような六角形格子構造をとっている。厳密には、グラフェンとは上記の定義の通りであるが、本明細書では、これらのシートが２乃至１００層、積層した炭素膜もグラフェンと称する。
【０００３】
グラフェンは様々な方法で作製されるが、Ｈｕｍｍｅｒｓ法は簡便な方法であり、多くの研究がなされている（特許文献１および特許文献２参照）。Ｈｕｍｍｅｒｓ法では、最初に酸化剤でグラファイトを酸化する。酸化剤には、過マンガン酸カリウムを用い、通常は酸化作用を促進するために硫酸等の酸を同時に添加する。
【０００４】
酸化されたグラファイト（酸化グラファイト）は、層状構造を保っているが、グラファイトに比較すると層の間隔が増大しているため、超音波処理等により容易に層状構造を破壊することができ、酸化されたグラフェン（酸化グラフェン）を得ることができる。なお、この際、酸化グラフェンは１以上の炭素原子のシートを有していることがある。
【０００５】
得られた酸化グラフェンを適切な物体表面に薄く膜状に形成し、酸化グラフェンを還元することで、非常に薄い炭素膜（グラフェン）を形成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０１３１９１５号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０／０３０３７０６号明細書
【特許文献３】米国特許第３７０５８４６号明細書
【特許文献４】米国特許第６４９５０１３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のようにＨｕｍｍｅｒｓ法は、高価な装置が必要としない方法であるため工業的に有望である。しかしながら、実用的な酸化グラファイトを得るためには、以下に示すように、精製工程で多大な時間や労力、資源を要する。
【０００８】
上記のようにグラファイトを酸化した直後の溶液中には、様々なイオンが溶け込んでいる。これらのイオンは多くの場合、不要なものであり、場合によっては得られるグラフェンの特性を悪化させるため、分離除去することが求められる。イオンを分離するためには、通常は溶液を純水で希釈して、遠心分離で溶液を分離して、上澄み部分を捨てるという工程を幾度も繰り返すことが求められる。この方法では、連続的な生産が困難であり、また、多量の純水が必要とされる。
【０００９】
一方、酸化グラファイト溶液からイオンを分離する技術として透析法を用いる提案がされている（特許文献２参照）。透析法を用いると、酸化グラファイト溶液を純水で希釈するという工程を削減できるが、効率的な透析法については開示されていない。
【００１０】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、本発明の態様の一は、より量産性のよい、酸化グラファイト、酸化グラフェンあるいはグラフェンの作製方法やそれに必要な装置等を提供することを課題とする。また、本発明の態様の一は、酸化グラファイト、酸化グラフェンあるいはグラフェンを用いて得られた電気機器を提供することを課題とする。また、本発明の態様の一は、特殊な組成等を有する酸化グラファイト、酸化グラフェンあるいはグラフェンを提供することを課題とする。また、本発明の態様の一は、新規な電気機器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、グラファイトを溶液中で酸化する工程と、溶液の水素イオン濃度がＰＨ３以下となるように酸を添加する工程と、溶液から電気透析により陽イオンを除去する工程と、を有する酸化グラファイトの作製方法である。ここで、酸は塩酸を用いてもよい。
【００１２】
また、本発明の一態様は、グラファイトを溶液中で酸化する工程と、溶液の水素イオン濃度がＰＨ６乃至８となるようにＰＨ調整剤を添加する工程と、溶液から電気透析により陽イオンおよび陰イオンを除去する工程と、を有する酸化グラファイトの作製方法である。
【００１３】
また、本発明の一態様は、グラファイトを溶液中で酸化する工程と、溶液の水素イオン濃度がＰＨ６乃至８となるようにＰＨ調整剤を添加する工程と、溶液から陽イオンおよび陰イオンを除去する第１の電気透析の工程と、陽イオンを除去するバイポーラ膜を用いた第２の電気透析の工程と、を有する酸化グラファイトの作製方法である。
【００１４】
上記においてＰＨ調整剤には、水酸化リチウムあるいは水酸化アンモニウムを用いてもよい。
【００１５】
また、本発明の一態様は、上記の方法によって得られた酸化グラファイトを超音波処理することにより得られた酸化グラフェンの作製方法である。
【００１６】
また、本発明の一態様は、上記の方法によって得られた酸化グラフェンを還元することにより得られたグラフェンの作製方法である。
【００１７】
上記の方法によって得られた酸化グラファイト、酸化グラフェン、あるいはグラフェンはさまざまな電気機器に使用される。電気機器は蓄電装置でもよい。また、蓄電装置はイオンをキャリアとする二次電池でもよい。イオンをキャリアとする二次電池としては、リチウムイオン二次電池、ナトリウム硫黄二次電池を挙げることができるがこれらに限定されない。
【００１８】
また、本発明の一態様は、陽極と陰イオン交換膜と陽イオン交換膜と陰極を有する電気透析装置であって、陽極と陽イオン交換膜の間に陰イオン交換膜を有し、陰極と陰イオン交換膜の間に陽イオン交換膜を有し、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜の間の領域には、酸化グラファイトと陰イオンを有する水素濃度がＰＨ３以下である溶液を注入することを特徴とする電気透析装置である。
【００１９】
また、本発明の一態様は、陽極と陰イオン交換膜とバイポーラ膜と陰極を有する電気透析装置であって、陽極とバイポーラ膜の間に陰イオン交換膜を有し、陰極と陰イオン交換膜の間にバイポーラ膜を有し、バイポーラ膜と陰イオン交換膜の間の領域には、酸化グラファイトと陰イオンを有する水素濃度がＰＨ３以下である溶液を注入することを特徴とする電気透析装置である。
【００２０】
また、本発明の一態様は、陽極と陰イオン交換膜と陽イオン交換膜と陰極を有する電気透析装置であって、陽極と陽イオン交換膜の間に陰イオン交換膜を有し、陰極と陰イオン交換膜の間に陽イオン交換膜を有し、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜の間の領域には、酸化グラファイトと陽イオンと陰イオンを有する水素イオン濃度がＰＨ６乃至ＰＨ８である溶液を注入することを特徴とする電気透析装置である。
【００２１】
上記において、陽極と陰イオン交換膜の間、あるいは陰極と陽イオン交換膜の間に１以上のバイポーラ膜を有してもよい。
【００２２】
また、本発明の一態様は、陽極とバイポーラ膜と陽イオン交換膜と陰極を有する電気透析装置であって、陽極と陽イオン交換膜の間にバイポーラ膜を有し、陰極とバイポーラ膜の間に陽イオン交換膜を有し、陽イオン交換膜とバイポーラ膜の間の領域には、酸化グラファイトと陽イオンを有する水素イオン濃度がＰＨ６以上である溶液を注入することを特徴とする電気透析装置である。この電気透析装置を本発明の他の一態様の第２の電気透析の工程に用いても良い。
【発明の効果】
【００２３】
上記の構成を有する本発明の態様の少なくとも一によって、純度の高い酸化グラファイト、酸化グラフェンあるいはグラフェンを得ることができる。また、上記の構成を有する本発明の態様の少なくとも一によって、純度の高い酸化グラファイト、酸化グラフェンあるいはグラフェンを連続的に製造することができる。また、上記の構成を有する本発明の態様の少なくとも一によって、純度の高い酸化グラファイト、酸化グラフェンあるいはグラフェンの量産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一態様で用いる電気透析装置の模式図である。
【図２】本発明の一態様の酸化グラフェンの作製工程を示す図である。
【図３】本発明の一態様の酸化グラフェンの作製工程を示す図である。
【図４】本発明の一態様の原理を示す図である。
【図５】本発明の一態様の原理を示す図である。
【図６】本発明の一態様の原理を示す図である。
【図７】二次電池の例を示す図である。
【図８】蓄電装置の応用の形態を説明するための図である。
【図９】無線給電システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２６】
（実施の形態１）
本実施の形態では、酸化グラフェンを作製する工程について図１、図２、図４（Ａ）を用いて説明する。図２には、本実施の形態の酸化グラフェンの作製工程の概略を示す。材料であるグラファイトは平均粒径１μｍ乃至１００μｍのものを用いるとよい。最初に、グラファイトに濃硫酸および酸化剤を添加し、酸化グラファイトを得る（図２のＰ１）。
【００２７】
さらに、過剰な酸化剤を失活させるために、過酸化水素水を添加する（図２のＰ２）。この段階での溶液は、各種のイオンや酸化グラファイト以外の沈殿、未反応のグラファイト等を含んでいる。まず、溶液をろ過することで水溶性のイオンを除去する（図２のＰ３）。
【００２８】
さらに、残った固形物（酸化グラファイトや酸化グラファイト以外の沈殿、未反応のグラファイト等を含む）に純水を加え、さらに溶液の水素イオン濃度をＰＨ３以下として、沈殿を溶解させる。ＰＨ調整のためには塩酸を添加するとよいが、その他のものでもよい。この段階でさらにろ過して、溶液に溶けているイオンを除去してもよい。その際には、得られる固形物を十分に乾燥させると、塩素イオンも低減できる。
【００２９】
また、溶液は少量の未反応のグラファイトを含んでいるため遠心分離をおこなうことで、未反応グラファイトを分離する（図２のＰ４）。未反応のグラファイトは、原料の一部として利用できる。なお、溶液中に存在する未反応のグラファイトが微量な場合にはこの工程は必要ない。
【００３０】
このようにして得られた溶液は酸性であり、また、塩素イオンを含有している。これを除去するために電気透析をおこなう（図２のＰ５）。その際、溶液の水素イオン濃度はＰＨ３以下とすることが好ましい。
【００３１】
ここで電気透析について説明する。図１は本実施の形態の酸化グラフェンの作製工程に用いる電気透析装置の概略を示す。電気透析装置は陽極１０１、陰極１０２、陰イオン交換膜１０３、陽イオン交換膜１０４を有する。また、陰イオン交換膜１０３と陽イオン交換膜１０４で挟まれた領域を流れる精製溶液管１０５と陽極１０１と陰イオン交換膜１０３で挟まれた領域および陰極１０２と陽イオン交換膜１０４で挟まれた領域を流れる廃液管１０６という２系統の管を有する。精製溶液管１０５と廃液管１０６には、それぞれ、精製溶液タンク１０７と廃液タンク１０８、および精製溶液ポンプ１０９と廃液ポンプ１１０を有する。
【００３２】
最初に、精製溶液タンク１０７には、酸化グラファイト溶液を入れ、廃液タンク１０８には純水あるいは適切な電解質を含む溶液を入れる。溶液は図１に矢印で示すように流れる。なお、図１に示す電気透析装置に、精製溶液管１０５や廃液管１０６のいずれか一方あるいは双方に外部から溶液を追加する装置や、外部に溶液を取り出す装置を設けてもよい。精製溶液管１０５を流れる溶液からは陰イオン交換膜１０３と陽イオン交換膜１０４によって、含まれる陰イオンと陽イオンが除去され、それらは廃液管１０６に移動する。
【００３３】
本実施の形態の電気透析について、図４（Ａ）を用いて簡単に説明する。図４（Ａ）には、図１で示した陽極１０１、陰極１０２、陰イオン交換膜１０３、陽イオン交換膜１０４、精製溶液管１０５、廃液管１０６を模式的に示す。陽極１０１と陰極１０２の間には電圧が印加されている。精製溶液管１０５を流れる溶液に含まれている塩素イオン（Ｃｌ−）と水素イオン（Ｈ＋）は、それぞれ陽極１０１、陰極１０２に引き寄せられ、陰イオン交換膜１０３、陽イオン交換膜１０４に到達する。
【００３４】
陰イオン交換膜１０３は、陰イオンは透過するが、陽イオンは透過させず、陽イオン交換膜１０４は、陽イオンは透過するが、陰イオンは透過させないという性質を有する。そのため、塩素イオンは陰イオン交換膜１０３を透過して、陽極１０１側の廃液管１０６に到達し、水素イオンは陽イオン交換膜１０４を透過して、陰極１０２側の廃液管１０６に到達する。このようにして、精製溶液管１０５のイオン濃度は低下する。逆に、廃液管１０６の塩素イオン濃度、水素イオン濃度は上昇する。
【００３５】
なお、精製溶液管１０５には、酸化グラファイトも含まれるが、分子が巨大であるため陰イオン交換膜１０３、陽イオン交換膜１０４を透過することができず、精製溶液管１０５に残留する。なお、酸化グラファイトは、溶液中では電離して、陰イオン状の物質（ＧＯ−）となる。
【００３６】
なお、図１に示されるように、廃液管１０６では、塩素イオンと水素イオンが混合するようになっている。したがって、陰極１０２付近にある塩素イオンは、陽イオン交換膜１０４に到達することもあるが、陽イオン交換膜１０４は塩素イオンを透過させないので、廃液管１０６に留まる。
【００３７】
精製溶液管１０５の塩素イオン濃度が十分に低下したら、精製溶液管１０５を流れる溶液の一部あるいは全部を取り出し、精製すべき溶液を追加するとよい。同時に、廃液管１０６を流れる溶液の一部あるいは全部を取り出し、純水あるいはイオン濃度の低い溶液を追加するとよい。取り出した溶液は酸化グラファイトを含む。
【００３８】
なお、廃液管１０６から得られる溶液中には、塩酸が含まれているが、この溶液を図２に示す工程の原料として用いることもできる。
【００３９】
以上のようにして得られた酸化グラファイトを含む溶液を蒸発させる（図２のＰ６）。得られる固形物は純度の高い酸化グラファイトである。さらに、酸化グラファイトを適切な溶媒に懸濁させ、超音波処理をおこなうことで、酸化グラファイトの層状構造を破壊し、酸化グラフェンを得ることができる（図２のＰ７）。
【００４０】
なお、図２のＰ６の工程は必ずしも必要ではなく、電気透析で精製した溶液に対してそのまま超音波処理をおこなうことで酸化グラフェンを得ることもできる。
【００４１】
（実施の形態２）
本実施の形態では、陽イオン交換膜の代わりにバイポーラ膜を用いる溶液の精製方法について説明する。バイポーラ膜とは陰イオン交換膜と陽イオン交換膜を張り合わせたものであり、バイポーラ膜に水（Ｈ２Ｏ）を分解するのに必要とされる電圧以上の電圧をかけると、水を水素イオン（Ｈ＋）と水酸化物イオン（ＯＨ−）に分離する作用を有する（特許文献３、特許文献４参照）。その際、バイポーラ膜の陰イオン交換膜側からは水素イオンが、陽イオン交換膜側からは水酸化物イオンが放出される。
【００４２】
本実施の形態の電気透析を図４（Ｂ）を用いて説明する。なお、本実施の形態で説明する電気透析に用いる装置は、図４（Ｂ）をもとに、図１と同様に構築できる。本実施の形態で用いる電気透析装置は、陽極１１１、陰極１１２、陰イオン交換膜１１３、バイポーラ膜１１４を有する。
【００４３】
図４（Ｂ）に示すように、図４（Ａ）の陽イオン交換膜１０４の代わりにバイポーラ膜１１４を設ける。バイポーラ膜１１４の陽極１１１側は陰イオン交換膜であり、陰極１１２側は陽イオン交換膜である。
【００４４】
また、陰イオン交換膜１１３とバイポーラ膜１１４の間には、精製溶液管１１５が設けられ、陽極１１１と陰イオン交換膜１１３の間および陰極１１２とバイポーラ膜１１４の間には廃液管１１６が設けられる。
【００４５】
最初に、精製溶液管１１５には、酸化グラファイトを含む溶液を流し、廃液管１１６には純水あるいは適切な電解質を含む溶液を流す。
【００４６】
以上の構成において、陽極１１１と陰極１１２の間に適切な電圧を印加すると、精製溶液管１１５にある溶液中の塩素イオンが陰イオン交換膜１１３を透過して、廃液管１１６に移動する。その結果、精製溶液管１１５にある溶液中の塩素イオン濃度が低下する。
【００４７】
また、バイポーラ膜１１４では水が分解され、廃液管１１６には水素イオンが、精製溶液管１１５には水酸化物イオンが供給される。この結果、廃液管１１６では塩酸が得られる。得られた塩酸は図２に示す工程の原料として用いることができる。また、精製溶液管１１５に放出された水酸化物イオンは、精製溶液管１１５中の水素イオンと結合して水となる。
【００４８】
本実施の形態の電気透析は、処理すべき溶液中の水素イオン以外の陽イオンの濃度が十分に低い場合には、実施の形態１で示した電気透析に比較して、効率的に塩素イオンを除去できる。一方、水素イオン以外の陽イオンは精製溶液管１１５から排出できないので、水素イオン以外の陽イオン濃度がある程度高い場合には利用できないこともある。
【００４９】
（実施の形態３）
本実施の形態でも、電気透析の工程において、酸化グラファイト溶液からイオンを分離する際に、バイポーラ膜を用いる方法に関して説明する。
【００５０】
本実施の形態の電気透析を図４（Ｃ）を用いて説明する。なお、本実施の形態で説明する電気透析に用いる装置は、図４（Ｃ）をもとに、図１と同様に構築できる。本実施の形態で用いる電気透析装置は、陽極１２１、陰極１２２、陰イオン交換膜１２３、第１のバイポーラ膜１２４、第２のバイポーラ膜１２７を有する。
【００５１】
図４（Ｃ）に示すように、陽極１２１と陰イオン交換膜１２３の間に第２のバイポーラ膜１２７を設け、陰極１２２と陰イオン交換膜１２３の間に第１のバイポーラ膜１２４を設ける。第１のバイポーラ膜１２４の陽極１２１側は陰イオン交換膜であり、第２のバイポーラ膜１２７の陰極１２２側は陽イオン交換膜である。また、陰イオン交換膜１２３と第１のバイポーラ膜１２４の間には、精製溶液管１２５が設けられる。
【００５２】
陰イオン交換膜１２３と第２のバイポーラ膜１２７の間には廃液管１２６が設けられる。また、第１のバイポーラ膜１２４と陰極１２２の間と第２のバイポーラ膜１２７と陽極１２１の間には中和管１２８が設けられる。
【００５３】
最初に、精製溶液管１２５には、酸化グラファイトを含む溶液を流し、廃液管１２６、中和管１２８には、純水あるいは適切な濃度の電解質を有する溶液が流される。
【００５４】
以上の構成において、陽極１２１と陰極１２２の間に適切な電圧を印加すると、精製溶液管１２５にある溶液中の塩素イオンは陰イオン交換膜１２３を透過して、廃液管１２６に移動する。その結果、精製溶液管１２５にある溶液中の塩素イオン濃度が低下する。
【００５５】
また、第１のバイポーラ膜１２４では水が分解され、精製溶液管１２５には水酸化物イオンが、中和管１２８には水素イオンが供給される。また、第２のバイポーラ膜１２７では、廃液管１２６には水素イオンが、中和管１２８には水酸化物イオンが供給される。この結果、廃液管１２６では塩酸が得られる。得られた塩酸は図２に示す工程の原料として用いることができる。
【００５６】
また、中和管１２８には、第１のバイポーラ膜１２４と第２のバイポーラ膜１２７によって水素イオンと水酸化物イオンが供給されるが、これらはただちに中和反応して、水となる。図４（Ｃ）の電気透析装置では、塩素イオンが陽極１２１に触れることがないので、陽極１２１が腐食することや、塩素ガスが発生することがない。したがって、装置を安全に稼動させることができる。
【００５７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、酸化グラフェンを作製する工程について図５（Ａ）を用いて説明する。なお、本実施の形態では、実施の形態１乃至実施の形態３とは異なり、電気透析（図２のＰ５）をおこなう前にＰＨ調整剤を精製すべき溶液に添加して、溶液の水素イオン濃度はＰＨ６乃至ＰＨ８とする。
【００５８】
ＰＨ調整剤としては各種アルカリ溶液、アルカリ塩を用いることができ、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化リチウム、水酸化アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸リチウム等を用いるとよい。
【００５９】
なお、酸化グラファイトや酸化グラフェン、グラフェンの用途によっては、ＰＨ調整剤に含まれる陽イオンが特性を劣化させる不純物となることがある。ＰＨ調整剤に含まれる陽イオンの多くは電気透析により除去できるが、微量が酸化グラファイトや酸化グラフェン、グラフェン中に残存することがある。
【００６０】
例えば、作製する酸化グラファイトや酸化グラフェン、グラフェンをリチウムイオン二次電池の原料に用いるのであれば、ＰＨ調整剤として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウムを用いるよりも、水酸化リチウムや炭酸リチウムを用いることが好ましい。
【００６１】
また、その後に２００℃以上の温度で加熱する工程があるのであれば、水酸化アンモニウムを用いてもよい。加熱工程で水酸化アンモニウムは揮発し、酸化グラファイトや酸化グラフェン、グラフェン中には残らない。
【００６２】
本実施の形態の電気透析について、図５（Ａ）を用いて簡単に説明する。なお、本実施の形態の電気透析では、図１に示す装置と同等な装置を用いることができる。ここではＰＨ調整剤として、水酸化物（ＭＯＨ）を用いたとする。図５（Ａ）には、陽極１３１、陰極１３２、陰イオン交換膜１３３、陽イオン交換膜１３４、精製溶液管１３５、廃液管１３６を示す。陽極１３１と陰極１３２の間には電圧が印加されている。
【００６３】
精製溶液管１３５を流れる溶液に含まれている塩素イオン（Ｃｌ−）と陽イオン（Ｍ＋）は、それぞれ陽極１３１、陰極１３２に引き寄せられ、陰イオン交換膜１３３、陽イオン交換膜１３４に到達し、塩素イオンは陰イオン交換膜１３３を透過して、陽極１３１側の廃液管１３６に到達し、陽イオンは陽イオン交換膜１３４を透過して、陰極１３２側の廃液管１３６に到達する。このようにして、精製溶液管１３５のイオン濃度は低下する。逆に廃液管１３６のイオン濃度は上昇する。
【００６４】
精製溶液管１３５のイオン濃度が十分に低下したら、精製溶液管１３５を流れる溶液の一部あるいは全部を取り出し、精製すべき溶液を追加するとよい。同時に、廃液管１３６を流れる溶液の一部あるいは全部を取り出し、純水あるいはイオン濃度の低い溶液を追加するとよい。
【００６５】
なお、廃液管１３６から得られる溶液中には、塩素イオン、陽イオンが含まれているが、この溶液を電気分解して、塩酸と水酸化物（ＭＯＨ、ＰＨ調整剤）を取り出して、それぞれ酸化グラファイトを作製する原料として用いることもできる。以上のようにして得られた酸化グラファイトを含む溶液より、酸化グラフェンを得ることができる。
【００６６】
（実施の形態５）
実施の形態４では、廃液として陽イオンと塩素イオンの混じった溶液を得た。上記のように、この廃液は電気分解によって、塩酸と水酸化物とし、それぞれ酸化グラファイトの作製工程に使用することができる。これに対し、本実施の形態では、廃液を電気分解するのではなく、バイポーラ膜を用いることで、電気透析の工程（図２のＰ５）で同時に塩酸と水酸化物を得る方法について説明する。
【００６７】
本実施の形態の電気透析を図５（Ｂ）を用いて説明する。なお、本実施の形態で説明する電気透析に用いる装置は、図５（Ｂ）をもとに、図１と同様に構築できる。本実施の形態で用いる電気透析装置は、陽極１４１、陰極１４２、陰イオン交換膜１４３、陽イオン交換膜１４４、第１のバイポーラ膜１４８、第２のバイポーラ膜１４９を有する。
【００６８】
図５（Ｂ）に示すように、陽極１４１と陰イオン交換膜１４３の間に第１のバイポーラ膜１４８を設け、陰極１４２と陽イオン交換膜１４４の間に第２のバイポーラ膜１４９を設ける。第１のバイポーラ膜１４８の陽極１４１側は陰イオン交換膜であり、第２のバイポーラ膜１４９の陰極１４２側は陽イオン交換膜である。
【００６９】
また、陰イオン交換膜１４３と陽イオン交換膜１４４の間には、精製溶液管１４５が設けられ、陰イオン交換膜１４３と第１のバイポーラ膜１４８の間と第２のバイポーラ膜１４９と陰極１４２の間には酸管１４６が設けられ、陽イオン交換膜１４４と第２のバイポーラ膜１４９の間と第１のバイポーラ膜１４８と陽極１４１の間にはアルカリ管１４７が設けられる。
【００７０】
最初に、精製溶液管１４５には、酸化グラファイトを含む溶液を流し、酸管１４６、アルカリ管１４７には純水あるいは適切な電解質を含む溶液を流す。
【００７１】
以上の構成において、陽極１４１と陰極１４２の間に適切な電圧を印加すると、精製溶液管１４５にある溶液中の塩素イオンと陽イオンは、それぞれ、陰イオン交換膜１４３と陽イオン交換膜１４４を透過して、酸管１４６とアルカリ管１４７に移動する。その結果、精製溶液管１４５にある溶液中のイオン濃度が低下する。
【００７２】
また、第１のバイポーラ膜１４８と第２のバイポーラ膜１４９では水が分解され、酸管１４６には、水素イオンが、アルカリ管１４７には水酸化物イオンが供給される。この結果、酸管１４６では塩酸が、アルカリ管１４７では水酸化物が得られる。得られた塩酸と水酸化物は、それぞれ酸化グラファイトを作製する原料として用いることができる。
【００７３】
（実施の形態６）
本実施の形態でも、実施の形態５と同様に電気透析の工程において、酸化グラファイト溶液からイオンを分離する際に、バイポーラ膜を用いて、陽イオンと陰イオンを分別して回収し、塩酸と水酸化物（ＭＯＨ）を得る方法に関して説明する。
【００７４】
本実施の形態の電気透析を図５（Ｃ）を用いて説明する。なお、本実施の形態で説明する電気透析に用いる装置は、図５（Ｃ）をもとに、図１と同様に構築できる。本実施の形態で用いる電気透析装置は、陽極１５１、陰極１５２、陰イオン交換膜１５３、陽イオン交換膜１５４、第１のバイポーラ膜１５８、第２のバイポーラ膜１５９を有する。
【００７５】
図５（Ｃ）に示すように、陽極１５１と陰イオン交換膜１５３の間に第１のバイポーラ膜１５８を設け、陰極１５２と陽イオン交換膜１５４の間に第２のバイポーラ膜１５９を設ける。第１のバイポーラ膜１５８の陽極１５１側は陰イオン交換膜であり、第２のバイポーラ膜１５９の陰極１５２側は陽イオン交換膜である。また、陰イオン交換膜１５３と陽イオン交換膜１５４の間には、精製溶液管１５５が設けられる。ここまでの構成は図５（Ｂ）に示すものと同じである。
【００７６】
図５（Ｃ）に示す電気透析装置では以下の構成が、図５（Ｂ）と異なる。陰イオン交換膜１５３と第１のバイポーラ膜１５８の間には酸管１５６が設けられ、陽イオン交換膜１５４と第２のバイポーラ膜１５９の間にはアルカリ管１５７が設けられる。そして、第１のバイポーラ膜１５８と陽極１５１の間と第２のバイポーラ膜１５９と陰極１５２の間には中性液管１６０が設けられる。
【００７７】
最初に、精製溶液管１５５には、酸化グラファイトを含む溶液を流し、酸管１５６、アルカリ管１５７には純水あるいは適切な電解質を含む溶液を流す。また、中性液管１６０には、純水あるいは適切な濃度の電解質を有する溶液が流される。
【００７８】
以上の構成において、陽極１５１と陰極１５２の間に適切な電圧を印加すると、精製溶液管１５５にある溶液中の塩素イオンと陽イオンは、それぞれ、陰イオン交換膜１５３と陽イオン交換膜１５４を透過して、酸管１５６とアルカリ管１５７に移動する。その結果、精製溶液管１５５にある溶液中のイオン濃度が低下する。
【００７９】
また、第１のバイポーラ膜１５８と第２のバイポーラ膜１５９では水が分解され、酸管１５６には、水素イオンが、アルカリ管１５７には水酸化物イオンが供給される。この結果、酸管１５６では塩酸が、アルカリ管１５７では水酸化物が得られる。得られた塩酸と水酸化物は、それぞれ酸化グラファイトを作製する工程の原料として用いることができる。
【００８０】
また、中性液管１６０には、第１のバイポーラ膜１５８と第２のバイポーラ膜１５９によって水酸化物イオンと水素イオンが供給されるが、これらはただちに中和反応して、水となる。図５（Ｃ）の電気透析装置では、塩素イオンが陽極１５１に触れることがないので、陽極１５１が腐食することや、塩素ガスが発生することがない。したがって、装置を安全に稼動させることができる。
【００８１】
（実施の形態７）
本実施の形態では、酸化グラフェンを作製する工程について図３および図６を用いて説明する。本実施の形態では、電気透析を２段階に分けておこなう。図３には、本実施の形態の酸化グラフェンの作製工程の概略を示す。電気透析以外の工程は、実施の形態１を参照すればよい。最初に、グラファイトに濃硫酸および酸化剤を添加し、酸化グラファイトを得る（図３のＰ１）。
【００８２】
さらに、過剰な酸化剤を失活させるために、過酸化水素水を添加する（図３のＰ２）。この段階での溶液は、各種のイオンや酸化グラファイト以外の沈殿、未反応のグラファイト等を含んでいる。まず、溶液をろ過することで水溶性のイオンの大部分を除去する（図３のＰ３）。
【００８３】
さらに、残った固形物（酸化グラファイトや酸化グラファイト以外の沈殿、未反応のグラファイト等を含む）に純水を加え、さらに溶液の水素イオン濃度をＰＨ３以下として、沈殿を溶解させる。ＰＨ調整のためには塩酸を添加するとよい。
【００８４】
このようにして得られた溶液から塩素イオンを除去するために電気透析を用いる。本実施の形態では、第１の電気透析の工程（図３のＰ５Ａ）と第２の電気透析の工程（図３のＰ５Ｂ）と２段階の電気透析をおこなう。第１の電気透析の工程前に、ＰＨ調整剤を添加して、溶液の水素イオン濃度はＰＨ６乃至ＰＨ８とすることが好ましい。
【００８５】
ここで、第１の電気透析について、図６（Ａ）を用いて簡単に説明する。第１の電気透析に用いる電気透析装置は図１に示すものと同等なものを用いることができる。ここではＰＨ調整剤として、水酸化物（ＭＯＨ）を用いたとする。図６（Ａ）には、陽極１６１、陰極１６２、陰イオン交換膜１６３、陽イオン交換膜１６４、精製溶液管１６５、廃液管１６６を示す。陽極１６１と陰極１６２の間には電圧が印加されている。精製溶液管１６５を流れる溶液に含まれている塩素イオン（Ｃｌ−）と陽イオン（Ｍ＋）は、塩素イオンは陰イオン交換膜１６３を透過して、陽極１６１側の廃液管１６６に、陽イオンは陽イオン交換膜１６４を透過して、陰極１６２側の廃液管１６６に到達する。このようにして、精製溶液管１６５のイオン濃度は低下する。逆に、廃液管１６６のイオン濃度は上昇する。
【００８６】
精製溶液管１６５のイオン濃度が十分に低下したら、精製溶液管１６５を流れる溶液の一部あるいは全部を取り出し、精製すべき溶液を追加するとよい。取り出した溶液には、酸化グラファイト以外に、微量の陽イオンが含まれる。そのほとんどは、ＰＨ調整剤として添加されたものを起源とする。酸化グラファイトは、溶液中では電離して、陰イオン状の物質（ＧＯ−）となるため、電気的に中性を保つために相応の陽イオンが必要なため、どうしても微量の陽イオンが残存する。この陽イオンは次の第２の電気透析の工程で除去される。
【００８７】
なお、廃液管１６６を流れる溶液もイオンの濃度が高くなれば、その一部あるいは全部を取り出し、純水あるいはイオン濃度の低い溶液を追加するとよい。なお、廃液管１６６から得られる溶液中には、塩素イオン、陽イオンが含まれているが、この溶液を電気分解して、塩酸と水酸化物（ＭＯＨ）を取り出して、それぞれを図３に示す工程の原料として用いることもできる。
【００８８】
なお、第１の電気透析を、実施の形態５（あるいは図５（Ｂ））あるいは実施の形態６（あるいは図５（Ｃ））に示したように、バイポーラ膜を用いた方法でおこなうと、この工程において塩酸と水酸化物が得られる。すなわち、第１の電気透析に用いる装置として、実施の形態５あるいは実施の形態６に示される装置を用いてもよい。実施の形態５に示される装置で電気透析をおこなった場合には、精製溶液管１４５に残留する溶液に対して、第２の電気透析をおこなえばよい。実施の形態６に示される装置で、電気透析をおこなった場合も同様である。
【００８９】
第２の電気透析の工程（図３のＰ５Ｂ）に用いる電気透析装置は、図１に示される電気透析装置の陰イオン交換膜１６３の代わりにバイポーラ膜１７３を用いたものである。図６（Ｂ）を用いて第２の電気透析の原理を説明する。図６（Ｂ）には、陽極１７１、陰極１７２、バイポーラ膜１７３、陽イオン交換膜１７４、精製溶液管１７５、廃液管１７６を示す。なお、バイポーラ膜の陽極１７１側は陰イオン交換膜であり、陰極１７２側は陽イオン交換膜である。
【００９０】
陽極１７１と陰極１７２の間には電圧が印加されている。精製溶液管１７５を流れる溶液は、水素イオン濃度がＰＨ６以上であることが好ましい。この溶液には陽イオン（Ｍ＋）と酸化グラファイトの電離したもの（ＧＯ―）が含まれているが、そのうち陽イオン（Ｍ＋）は陰極１７２に引き寄せられ、陽イオン交換膜１７４を透過して廃液管１７６に至る。
【００９１】
一方、バイポーラ膜１７３では、水が分解され、水酸化物イオン（ＯＨ−）は陽極１７１側（すなわち、廃液管１７６）に、水素イオン（Ｈ＋）は陰極１７２側（すなわち、精製溶液管１７５）に放出される。その結果、精製溶液管１７５には、純度の高い酸化グラファイトが残り、廃液管１７６では水酸化物が得られる。廃液管１７６で得られる水酸化物は、上記のＰＨ調整剤として使用できる。
【００９２】
以上のようにして得られる溶液は純度の高い酸化グラファイトを含む。この酸化グラファイトを含む溶液に対して超音波処理をおこなうことで、酸化グラファイトの層状構造を破壊し、酸化グラフェンを得ることができる（図３のＰ７）。
【００９３】
（実施の形態８）
本実施の形態では蓄電装置（以下では、リチウムイオン二次電池）の作製方法について図７を用いて説明する。図７（Ａ）は、蓄電装置３０１の平面図であり、図７（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂの断面図を図７（Ｂ）に示す。
【００９４】
図７（Ａ）に示す蓄電装置３０１は、外装部材３０２の内部に蓄電セル３０３を有する。また、蓄電セル３０３に接続する端子部３０４、端子部３０５を有する。外装部材３０２には、ラミネートフィルム、高分子フィルム、金属フィルム、金属ケース、プラスチックケース等を用いることができる。
【００９５】
図７（Ｂ）に示すように、蓄電セル３０３は、負極３０６と、正極３０７と、負極３０６及び正極３０７の間に設けられるセパレータ３０８と、外装部材３０２中に満たされる電解質３０９とで構成される。
【００９６】
負極３０６は、負極集電体３１０及び負極活物質層３１１を含んで構成される。正極３０７は、正極集電体３１２及び正極活物質層３１３を含んで構成される。負極活物質層３１１は、負極集電体３１０の一方または両方の面に形成される。正極活物質層３１３は、正極集電体３１２の一方または両方の面に形成される。
【００９７】
また、負極集電体３１０は、端子部３０４と接続する。また、正極集電体３１２は、端子部３０５と接続する。また、端子部３０４、端子部３０５は、それぞれ一部が外装部材３０２の外側に導出されている。
【００９８】
正極集電体３１２には、アルミニウム、ステンレス等を用いる。正極集電体３１２には、箔状、板状、網状等の形状を適用することができる。負極集電体３１０は銅、チタン等を用いて形成できる。
【００９９】
電解質３０９の溶質は、キャリアイオンであるリチウムイオンを移送可能で、且つリチウムイオンが安定に存在する材料を用いる。電解質の溶質の代表例としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ等のリチウム塩がある。なお、キャリアイオンを、リチウム以外のアルカリ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンとする場合には、電解質３０９の溶質として、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩や、カルシウム塩、ストロンチウム塩、バリウム塩等のアルカリ土類金属塩、ベリリウム塩、マグネシウム塩、等を適宜用いることができる。
【０１００】
また、電解質３０９の溶媒としては、キャリアイオンの移送が可能な材料を用いる。電解質３０９の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましい。非プロトン性有機溶媒の代表例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γーブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等があり、これらの一つまたは複数を用いることができる。
【０１０１】
また、電解質３０９の溶媒としてゲル化される高分子材料を用いることで、漏液のリスクが低減し、安全性が高まる。また、蓄電装置３０１の薄型化及び軽量化が可能である。ゲル化される高分子材料の代表例としては、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、フッ素系ポリマー等がある。また、電解質３０９として、Ｌｉ３ＰＯ４等の固体電解質を用いることができる。
【０１０２】
セパレータ３０８には、絶縁性の多孔体を用いる。セパレータ３０８としては、セルロース（紙）、ポリエチレン、ポリプロピレン等の有機物を用いて作製できる。その他にガラス繊維等の無機物を用いてもよい。
【０１０３】
以下に、負極活物質層３１１、正極活物質層３１３の作製方法について簡単に説明する。まず、添加剤として用いる酸化グラフェンを作製する。酸化グラフェンの作製は実施の形態１乃至７を参照できる。なお、酸化グラフェンは官能基により周囲が終端されているため、水やクロロホルムやＮ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ（ＤＭＦ）やＮ−ｍｅｔｈｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ（ＮＭＰ）等の極性溶媒中に懸濁させることができる。
【０１０４】
次に酸化グラフェンと活物質粒子とを混合する。混合する際、活物質粒子の比率が混合物の９０％以上、好ましくは９５％以上となるようにするとよい。混合する前に酸化グラフェンのみを水あるいはＮＭＰ等の溶液に懸濁させるとよい。その後、活物質粒子を混合することでスラリーが得られる。アセチレンブラック等の他の導電助剤やバインダーを適宜、混入してもよい。
【０１０５】
上述の通り、酸化グラフェンはさまざまな官能基を多数有しており、なかでもカルボキシル基やヒドロキシル基のため、酸化グラフェン自体が理想的な分散剤として機能する。そのため、特に粒径１００ｎｍ以下の微粒子を混合する際には二次粒子の生成を抑制できる。
【０１０６】
活物質としてはさまざまな材料を用いることができる。例えば、正極活物質の材料としては、コバルト酸リチウム、リン酸鉄リチウム、リン酸マンガンリチウム、珪酸マンガンリチウム、珪酸鉄リチウム等を用いることができるが、これに限らない。また、負極活物質の材料としては、珪素やスズ、ゲルマニウム、グラファイト等を用いることができる。
【０１０７】
活物質粒子の粒径は２０ｎｍ乃至１００ｎｍとするとよい。また、正極活物質粒子の作製工程においてグルコース等の炭水化物を混合して、正極活物質粒子にカーボンをコーティングしてもよい。この処理により導電性が高まる。
【０１０８】
得られた正極活物質粒子と酸化グラフェンを含むスラリーを正極集電体３１２に、得られた負極活物質粒子と酸化グラフェンを含むスラリーを負極集電体３１０にそれぞれ塗布する。厚さは、任意に設定できるが、１μｍ乃至１ｍｍとするとよい。その後、スラリーを乾燥させる。乾燥後は必要に応じてプレスしてもよい。
【０１０９】
その後、酸化グラフェンを還元させるために大気中、真空中あるいは窒素やアルゴン等の還元雰囲気中で１５０℃乃至９００℃で還元させる。温度は集電体や活物質の耐熱性、酸化グラフェンに求められる導電率等を考慮して決定すればよい。
【０１１０】
また、この還元処理の過程において、酸化グラフェン分子が、隣接する酸化グラフェン分子と結合し、より巨大なグラフェンへと成長し、網の目のような立体的なネットワークが形成される。その際、この分子内に活物質粒子が取り込まれるため、結果的に活物質粒子間の結合力が高められる。
【０１１１】
なお、グラフェンは、還元温度により導電性が変化するが、それ以外にも柔軟性や強度等も変化する。必要とする導電性、柔軟性、強度等を考慮して、還元温度を決定すればよい。また、導電性が十分でないグラフェンをバインダーの代わりに使用するのであれば、導電性を補うために公知の導電助剤を必要量添加することが好ましい。
【０１１２】
なお、本実施の形態では、蓄電装置３０１として、パウチされた薄型蓄電装置を示したが、ボタン型蓄電装置、円筒型蓄電装置、角型蓄電装置等、様々な構造の蓄電装置を実現しうる。また、本実施の形態では、正極、負極、及びセパレータが積層された構造を示したが、正極、負極、及びセパレータが捲回された構造であってもよい。
【０１１３】
リチウムイオン二次電池は、メモリー効果が小さく、エネルギー密度が高く、放電容量が大きい。また、出力電圧が高い。そして、これらによって、小型化及び軽量化が可能である。また、充放電の繰り返しによる劣化が少なく、長期間の使用が可能であり、コスト削減が可能である。
【０１１４】
次に、蓄電装置の別の例であるキャパシタの構造について説明する。キャパシタの代表例としては、二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等がある。ここではリチウムイオンキャパシタについて説明する。リチウムイオンキャパシタは、充放電の効率が高く、急速充放電が可能であり、繰り返し利用による寿命も長い。
【０１１５】
キャパシタの場合は、図７（Ｂ）に示すリチウムイオン二次電池の正極活物質層３１３の代わりに、リチウムイオン及び／またはアニオンを可逆的に吸蔵できる材料を用いればよい。正極活物質層３１３の代表例としては、活性炭、導電性高分子、ポリアセン有機半導体（ＰＡＳ）がある。これらの微粒子を上述のように酸化グラフェンと混合してスラリーを作製し、正極集電体に塗布した後、還元処理を施すとよい。また、負極として上記に示す負極集電体、負極活物質層を含む電極を用いるとよい。
【０１１６】
なお、開示する発明の一形態である電極を用いる蓄電装置は、上述のものに限られない。例えば、蓄電装置の別の一形態である空気電池の負極として上記に示す負極集電体及び負極活物質層を含む電極を用いることも可能である。この場合にも、サイクル特性の向上した蓄電装置を作製することができる。
【０１１７】
（実施の形態９）
実施の形態８に示した蓄電装置は、電力により駆動する様々な電子機器・電気機器の電源として用いることができる。
【０１１８】
本発明の一態様に係る蓄電装置を用いた電子機器・電気機器の具体例として、表示装置、照明装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）などの記録媒体に記憶された静止画または動画を再生する画像再生装置、携帯電話、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等のカメラ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、エアコンディショナーなどの空調設備、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫等の電化製品、ＤＮＡ保存用冷凍庫、透析装置等の医療用機器などが挙げられる。
【０１１９】
また、蓄電装置からの電力を用いて電動機により推進する移動体なども、電子機器・電気機器の範疇に含まれるものとする。上記移動体として、例えば、電気自動車、内燃機関と電動機を併せ持った複合型自動車（ハイブリッドカー）、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車などが挙げられる。
【０１２０】
なお、上記電子機器・電気機器は、消費電力の殆ど全てを賄うための蓄電装置（主電源と呼ぶ）として、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることができる。或いは、上記電子機器・電気機器は、上記主電源や商用電源からの電力の供給が停止した場合に、電子機器・電気機器への電力の供給を行うことができる蓄電装置（無停電電源と呼ぶ）として、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることができる。或いは、上記電子機器・電気機器は、上記主電源や商用電源からの電子機器・電気機器への電力の供給と並行して、電子機器・電気機器への電力の供給を行うための蓄電装置（補助電源と呼ぶ）として、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることができる。
【０１２１】
図８に、上記電子機器・電気機器の具体的な構成を示す。図８において、表示装置４０１は、本発明の一態様に係る蓄電装置４０５を用いた電子機器・電気機器の一例である。具体的に、表示装置４０１は、ＴＶ放送受信用の表示装置に相当し、筐体４０２、表示部４０３、スピーカー部４０４、蓄電装置４０５等を有する。本発明の一態様に係る蓄電装置４０５は、筐体４０２の内部に設けられている。
【０１２２】
表示装置４０１は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置４０５に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係る蓄電装置４０５を無停電電源として用いることで、表示装置４０１の利用が可能となる。
【０１２３】
表示部４０３には、液晶表示装置、有機ＥＬ素子などの発光素子を各画素に備えた発光装置、電気泳動表示装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などの、半導体表示装置を用いることができる。
【０１２４】
なお、表示装置には、ＴＶ放送受信用の他、パーソナルコンピュータ用、広告表示用など、全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【０１２５】
図８において、据え付け型の照明装置４１１は、本発明の一態様に係る蓄電装置４１４を用いた電気機器の一例である。具体的に、照明装置４１１は、筐体４１２、光源４１３、蓄電装置４１４等を有する。図８では、蓄電装置４１４が、筐体４１２及び光源４１３が据え付けられた天井４１５の内部に設けられている場合を例示しているが、蓄電装置４１４は、筐体４１２の内部に設けられていてもよい。
【０１２６】
照明装置４１１は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置４１４に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係る蓄電装置４１４を無停電電源として用いることで、照明装置４１１の利用が可能となる。
【０１２７】
なお、図８では天井４１５に設けられた据え付け型の照明装置４１１を例示しているが、本発明の一態様に係る蓄電装置は、天井４１５以外、例えば側壁４１６、床４１７、窓４１８等に設けられた据え付け型の照明装置に用いることもできるし、卓上型の照明装置などに用いることもできる。
【０１２８】
また、光源４１３には、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を用いることができる。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、ＬＥＤや有機ＥＬ素子などの発光素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。
【０１２９】
図８において、室内機４２１及び室外機４２５を有するエアコンディショナーは、本発明の一態様に係る蓄電装置４２４を用いた電気機器の一例である。具体的に、室内機４２１は、筐体４２２、送風口４２３、蓄電装置４２４等を有する。図８では、蓄電装置４２４が、室内機４２１に設けられている場合を例示しているが、蓄電装置４２４は室外機４２５に設けられていてもよい。或いは、室内機４２１と室外機４２５の両方に、蓄電装置４２４が設けられていてもよい。
【０１３０】
エアコンディショナーは、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置４２４に蓄積された電力を用いることもできる。特に、室内機４２１と室外機４２５の両方に蓄電装置４２４が設けられている場合、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係る蓄電装置４２４を無停電電源として用いることで、エアコンディショナーの利用が可能となる。
【０１３１】
なお、図８では、室内機と室外機で構成されるセパレート型のエアコンディショナーを例示しているが、室内機の機能と室外機の機能とを１つの筐体に有する一体型のエアコンディショナーに、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることもできる。
【０１３２】
図８において、電気冷凍冷蔵庫４３１は、本発明の一態様に係る蓄電装置４３５を用いた電気機器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫４３１は、筐体４３２、冷蔵室用扉４３３、冷凍室用扉４３４、蓄電装置４３５等を有する。図８では、蓄電装置４３５が、筐体４３２の内部に設けられている。電気冷凍冷蔵庫４３１は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置４３５に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係る蓄電装置４３５を無停電電源として用いることで、電気冷凍冷蔵庫４３１の利用が可能となる。
【０１３３】
なお、上述した電子機器・電気機器のうち、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器などの電気機器は、短時間で高い電力を必要とする。よって、商用電源では賄いきれない電力を補助するための補助電源として、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることで、電気機器の使用時に商用電源のブレーカーが落ちるのを防ぐことができる。
【０１３４】
また、電子機器・電気機器が使用されない時間帯、特に、商用電源の供給元が供給可能な総電力量のうち、実際に使用される電力量の割合（電力使用率と呼ぶ）が低い時間帯において、蓄電装置に電力を蓄えておくことで、上記時間帯以外において電力使用率が高まるのを抑えることができる。例えば、電気冷凍冷蔵庫４３１の場合、気温が低く、冷蔵室用扉４３３、冷凍室用扉４３４の開閉が行われない夜間において、蓄電装置４３５に電力を蓄える。そして、気温が高くなり、冷蔵室用扉４３３、冷凍室用扉４３４の開閉が行われる昼間において、蓄電装置４３５を補助電源として用いることで、昼間の電力使用率を低く抑えることができる。
【０１３５】
（実施の形態１０）
本実施の形態では、実施の形態８に示した蓄電装置（二次電池）を、無線給電システム（以下、ＲＦ給電システムと呼ぶ。）に用いた場合の一例を、図９のブロック図を用いて説明する。なお、図９では、受電装置及び給電装置内の構成要素を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとして示しているが、実際の構成要素は機能ごとに完全に切り分けることが困難であり、一つの構成要素が複数の機能に係わることもあり得る。
【０１３６】
はじめに、ＲＦ給電システムの概要について説明する。受電装置５０１は、給電装置５１１から供給された電力で駆動する電子機器または電気推進車両等に含まれているが、この他電力で駆動する装置に適宜適用することができる。
【０１３７】
電子機器の代表例としては、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、表示装置、コンピュータ等がある。
【０１３８】
また、電気推進車両の代表例としては、電気自動車、ハイブリッド自動車、鉄道用電気車両、作業車、カート、車椅子等がある。また、給電装置５１１は、受電装置５０１に電力を供給する機能を有する。
【０１３９】
図９において、受電装置５０１は、受電装置部５０２と、電源負荷部５０９とを有する。受電装置部５０２は、受電装置用アンテナ回路５０３と、信号処理回路５０４と、二次電池５０５とを少なくとも有する。また、給電装置５１１は、給電装置用アンテナ回路５１２と、信号処理回路５１３とを少なくとも有する。
【０１４０】
受電装置用アンテナ回路５０３は、給電装置用アンテナ回路５１２が発信する信号を受け取る、あるいは、給電装置用アンテナ回路５１２に信号を発信する役割を有する。信号処理回路５０４は、受電装置用アンテナ回路５０３が受信した信号を処理し、二次電池５０５の充電、二次電池５０５から電源負荷部５０９への電力の供給を制御する。また、信号処理回路５０４は、受電装置用アンテナ回路５０３の動作を制御する。すなわち、受電装置用アンテナ回路５０３から発信する信号の強度、周波数などを制御することができる。
【０１４１】
電源負荷部５０９は、二次電池５０５から電力を受け取り、受電装置５０１を駆動する駆動部である。電源負荷部５０９の代表例としては、モータ、駆動回路等があるが、その他の電力を受け取って受電装置を駆動する装置を適宜用いることができる。また、給電装置用アンテナ回路５１２は、受電装置用アンテナ回路５０３に信号を送る、あるいは、受電装置用アンテナ回路５０３からの信号を受け取る役割を有する。
【０１４２】
信号処理回路５１３は、給電装置用アンテナ回路５１２が受信した信号を処理する。また、信号処理回路５１３は、給電装置用アンテナ回路５１２の動作を制御する。すなわち、給電装置用アンテナ回路５１２から発信する信号の強度、周波数などを制御することができる。
【０１４３】
本発明の一態様に係る二次電池は、図９で説明したＲＦ給電システムにおける受電装置５０１が有する二次電池５０５として利用される。ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、従来の二次電池に比べて蓄電量を増やすことができる。よって、無線給電の時間間隔を延ばすことができる（何度も給電する手間を省くことができる）。
【０１４４】
また、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、電源負荷部５０９を駆動することができる蓄電量が従来と同じであれば、受電装置５０１の小型化及び軽量化が可能である。従って、トータルコストを減らすことができる。
【０１４５】
受電装置５０１は、受電装置部５０２と、電源負荷部５０９とを有する。受電装置部５０２は、受電装置用アンテナ回路５０３と、信号処理回路５０４と、二次電池５０５と、整流回路５０６と、変調回路５０７と、電源回路５０８とを、少なくとも有する。また、給電装置５１１は、給電装置用アンテナ回路５１２と、信号処理回路５１３と、整流回路５１４と、変調回路５１５と、復調回路５１６と、発振回路５１７とを、少なくとも有する。
【０１４６】
受電装置用アンテナ回路５０３は、給電装置用アンテナ回路５１２が発信する信号を受け取る、あるいは、給電装置用アンテナ回路５１２に信号を発信する役割を有する。給電装置用アンテナ回路５１２が発信する信号を受け取る場合、整流回路５０６は受電装置用アンテナ回路５０３が受信した信号から直流電圧を生成する役割を有する。
【０１４７】
信号処理回路５０４は受電装置用アンテナ回路５０３が受信した信号を処理し、二次電池５０５の充電、二次電池５０５から電源回路５０８への電力の供給を制御する役割を有する。電源回路５０８は、二次電池５０５が蓄電している電圧を電源負荷部５０９に必要な電圧に変換する役割を有する。変調回路５０７は受電装置５０１から給電装置５１１へ何らかの応答信号を送信する場合に使用される。
【０１４８】
電源回路５０８を有することで、電源負荷部５０９に供給する電力を制御することができる。このため、電源負荷部５０９に過電圧が印加されることを低減することが可能であり、受電装置５０１の劣化や破壊を低減することができる。
【０１４９】
また、変調回路５０７を有することで、受電装置５０１から給電装置５１１へ信号を送信することが可能である。このため、受電装置５０１の充電量を判断し、一定量の充電が行われた場合に、受電装置５０１から給電装置５１１に信号を送信し、給電装置５１１から受電装置５０１への給電を停止させることができる。この結果、二次電池５０５の充電量を１００％としないことで、二次電池５０５の充電回数を増加させることが可能である。
【０１５０】
また、給電装置用アンテナ回路５１２は、受電装置用アンテナ回路５０３に信号を送る、あるいは、受電装置用アンテナ回路５０３から信号を受け取る役割を有する。受電装置用アンテナ回路５０３に信号を送る場合、信号処理回路５１３は、受電装置に送信する信号を生成する。発振回路５１７は一定の周波数の信号を生成する。変調回路５１５は、信号処理回路５１３が生成した信号と発振回路５１７で生成された一定の周波数の信号に従って、給電装置用アンテナ回路５１２に電圧を印加する役割を有する。
【０１５１】
このようにすることで、給電装置用アンテナ回路５１２から信号が出力される。一方、受電装置用アンテナ回路５０３から信号を受け取る場合、整流回路５１４は受け取った信号を整流する役割を有する。復調回路５１６は、整流回路５１４が整流した信号から受電装置５０１が給電装置５１１に送った信号を抽出する。信号処理回路５１３は復調回路５１６によって抽出された信号を解析する役割を有する。
【０１５２】
なお、ＲＦ給電を行うことができれば、各回路の間に他のどのような回路を設けてもよい。例えば、受電装置５０１が信号を受信し整流回路５０６で直流電圧を生成したあとに、後段に設けられたＤＣ−ＤＣコンバータやレギュレータといった回路によって、定電圧を生成してもよい。このようにすることで、受電装置５０１内部に過電圧が印加されることを抑制することができる。
【０１５３】
なお、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用し、受電装置用アンテナ回路５０３と二次電池５０５を重ねる場合は、二次電池５０５の充放電による二次電池５０５の形状の変化と、当該変形に伴うアンテナの形状の変化によって、受電装置用アンテナ回路５０３のインピーダンスが変化しないようにすることが好ましい。アンテナのインピーダンスが変化してしまうと、十分な電力供給がなされない可能性があるためである。
【０１５４】
例えば、二次電池５０５を金属製あるいはセラミックス製の電池パックに装填するようにすればよい。なお、その際、受電装置用アンテナ回路５０３と電池パックは数十μｍ以上離れていることが望ましい。
【０１５５】
また、充電用の信号の周波数に特に限定はなく、電力が伝送できる周波数であればどの帯域であっても構わない。充電用の信号は、例えば、１３５ｋＨｚのＬＦ帯（長波）でもよいし、１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯でもよいし、９００ＭＨｚ〜１ＧＨｚのＵＨＦ帯でもよいし、２．４５ＧＨｚのマイクロ波帯でもよい。
【０１５６】
また、信号の伝送方式として電磁結合方式、電磁誘導方式、共鳴方式、マイクロ波方式など様々な種類があるが、適宜選択すればよい。ただし、雨や泥などの、水分を含んだ異物によるエネルギーの損失を抑えるためには、周波数が低い帯域、具体的には、短波である３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ、中波である３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ、長波である３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ、及び超長波である３ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの周波数を利用した電磁誘導方式や共鳴方式を用いることが望ましい。
【０１５７】
本実施の形態は、他の実施の形態などと組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１５８】
１０１    陽極
１０２    陰極
１０３    陰イオン交換膜
１０４    陽イオン交換膜
１０５    精製溶液管
１０６    廃液管
１０７    精製溶液タンク
１０８    廃液タンク
１０９    精製溶液ポンプ
１１０    廃液ポンプ
１１１    陽極
１１２    陰極
１１３    陰イオン交換膜
１１４    バイポーラ膜
１１５    精製溶液管
１１６    廃液管
１２１    陽極
１２２    陰極
１２３    陰イオン交換膜
１２４    第１のバイポーラ膜
１２５    精製溶液管
１２６    廃液管
１２７    第２のバイポーラ膜
１２８    中和管
１３１    陽極
１３２    陰極
１３３    陰イオン交換膜
１３４    陽イオン交換膜
１３５    精製溶液管
１３６    廃液管
１４１    陽極
１４２    陰極
１４３    陰イオン交換膜
１４４    陽イオン交換膜
１４５    精製溶液管
１４６    酸管
１４７    アルカリ管
１４８    第１のバイポーラ膜
１４９    第２のバイポーラ膜
１５１    陽極
１５２    陰極
１５３    陰イオン交換膜
１５４    陽イオン交換膜
１５５    精製溶液管
１５６    酸管
１５７    アルカリ管
１５８    第１のバイポーラ膜
１５９    第２のバイポーラ膜
１６０      中性液管
１６１    陽極
１６２    陰極
１６３    陰イオン交換膜
１６４    陽イオン交換膜
１６５    精製溶液管
１６６    廃液管
１７１    陽極
１７２    陰極
１７３    バイポーラ膜
１７４    陽イオン交換膜
１７５    精製溶液管
１７６    廃液管
３０１    蓄電装置
３０２    外装部材
３０３    蓄電セル
３０４    端子部
３０５    端子部
３０６    負極
３０７    正極
３０８    セパレータ
３０９    電解質
３１０    負極集電体
３１１    負極活物質層
３１２    正極集電体
３１３    正極活物質層
４０１    表示装置
４０２    筐体
４０３    表示部
４０４    スピーカー部
４０５    蓄電装置
４１１    照明装置
４１２    筐体
４１３    光源
４１４    蓄電装置
４１５    天井
４１６    側壁
４１７    床
４１８    窓
４２１    室内機
４２２    筐体
４２３    送風口
４２４    蓄電装置
４２５    室外機
４３１    電気冷凍冷蔵庫
４３２    筐体
４３３    冷蔵室用扉
４３４    冷凍室用扉
４３５    蓄電装置
５０１    受電装置
５０２    受電装置部
５０３    受電装置用アンテナ回路
５０４    信号処理回路
５０５    二次電池
５０６    整流回路
５０７    変調回路
５０８    電源回路
５０９    電源負荷部
５１１    給電装置
５１２    給電装置用アンテナ回路
５１３    信号処理回路
５１４    整流回路
５１５    変調回路
５１６    復調回路
５１７    発振回路
【図１】
0005898011.tif 000002
【図２】
0005898011.tif 000003
【図３】
0005898011.tif 000004
【図４】
0005898011.tif 000005
【図５】
0005898011.tif 000006
【図６】
0005898011.tif 000007
【図７】
0005898011.tif 000008
【図８】
0005898011.tif 000009
【図９】
0005898011.tif 000010