(57)【要約】【課題】仕事関数が大きく、より大容量の蓄電が可能な蓄電材料および蓄電デバイスを提供する。【解決手段】蓄電材料は、表面に、ＡｌＯ６を主成分とするアモルファスから成り、直径が０．１乃至５０ｎｍ、高低差が０．１乃至５０ｎｍの複数の凹凸を有している。アモルファスは、酸素欠陥状態のＡｌＯ６から構成されていることが好ましい。また、電気抵抗率が１ＴΩｃｍ以上、電気容量が１００００Ｆ／ｃｍ３〜３１０００Ｆ／ｃｍ３であり、表面の比表面積が、１０００ｍ２／ｇ以上であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に、ＡｌＯ６を主成分とするアモルファスから成り、直径が０．１乃至５０ｎｍ、高低差が０．１乃至５０ｎｍの複数の凹凸を有することを特徴とする蓄電材料。
【請求項２】
前記アモルファスは酸素欠陥状態のＡｌＯ６を有することを特徴とする請求項１記載の蓄電材料。
【請求項３】
電気抵抗率が１ＴΩｃｍ以上、電気容量が１００００Ｆ／ｃｍ３〜３１０００Ｆ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１または２記載の蓄電材料。
【請求項４】
前記表面の比表面積が、１０００ｍ２／ｇ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄電材料。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蓄電材料を有することを特徴とする蓄電デバイス。
【請求項６】
前記蓄電材料は薄膜状であり、前記蓄電材料を挟むよう、前記蓄電材料の両面にそれぞれ設けられた１対の金属電極を有する蓄電体から成ることを特徴とする請求項５記載の蓄電デバイス。
【請求項７】
前記蓄電体を複数積層した積層体から成ることを特徴とする請求項６記載の蓄電デバイス。
【請求項８】
前記１対の金属電極の間に、前記蓄電材料を各金属電極の内側面に沿って複数並べた並列集積体から成ることを特徴とする請求項６記載の蓄電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電材料および蓄電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサは本来、静電容量により電荷（電気エネルギー）を蓄えたり、放電したりする電子部品であり、パソコンや携帯電話等のモバイル電子機器において、電源の安定性、バックアップ回路、カップリング素子、ノイズフィルター等の役割を担い、電子機器にとって不可欠の部品である。近年、携帯電話や超小型記憶装置などの高機能ＩＴ製品および電気自動車用バッテリが急速に進化し、より一層小型で、大容量かつメモリ等の高機能を有するコンデンサの需要が高まっている。特に、地球温暖化防止のためのグリーンイノベーション（低炭素化）に合致したスマートグリッド（次世代送電網）社会に適合した製品が求められている。
【０００３】
このようなコンデンサとしては、リチウム等の発火性元素や環境汚染物質を使用していないものが望ましい。すなわち、液体よりも固体であり、健康に無害で安価な材料が求められている。
【０００４】
コンデンサは、用途により、高電圧電力回路（重電）用と電子・電気機器回路（弱電）用に大別される。このうち、弱電分野の電子・電気機器回路用のコンデンサとしては、主にセラミックコンデンサが用いられており、二次電池も携帯電話等の電気貯蔵用として重用されている。これに対し、重電分野用のコンデンサは、耐電圧性と蓄電容量が不足しているため、まだ実用化されていない。
【０００５】
コンデンサを用いた蓄電体は、１ｐＦから数十ｍＦまで広範囲に電子・電気機器の主要構成部品として利用されている。蓄電容量Ｃ（Ｆ）は、
Ｃ＝Ｑ／Ｖ＝ε×（Ａ／ｄ）
（ここで、Ｑ：電荷、Ｖ：電圧、ε：誘電率、Ａ：電極面積、ｄ：電極間距離）で与えられるため、電極面積が大きく、電極間距離が小さいほど高電荷容量が得られる。しかしながら、電子・電気機器の軽薄短小化や、要求される蓄電容量の観点から、電極面積Ａを大きくし、電極間距離ｄを小さくして極大容量にすることや、電極面積Ａを小さくし、電極間距離ｄを大きくして極小容量にすることは困難である。
【０００６】
また、蓄電方式としては、分布定数回路による方法もある。例えば、最近では、活性炭中に電界溶液を湿潤させた電気二重層コンデンサが使用されている。しかしながら、固体による電気二重層コンデンサは、まだ使用されていない。
【０００７】
固体の蓄電材料に関し、本発明者らは、Ａｌ，Ｔｉ，Ｖを表面抽出除去させたＳｉ−（Ａｌ，Ｔｉ，Ｖ）合金やＴｉＯ２被覆Ｔｉ−Ｎｉ−Ｓｉ系非晶質合金において、電荷が直流、交流にかかわらず蓄積できることを発見している（例えば、非特許文献１乃至７、特許文献１乃至３参照）。
【０００８】
また、膜厚１０ｎｍ以下で、誘電率２１０〜２４０を有するぺロブスカイトＳｒ２Ｎｂ３Ｏ１０、Ｃａ２Ｎｂ３Ｏ１０のナノシート薄膜コンデンサ素子の研究が報告されているが（例えば、非特許文献８参照）、電極間距離が大きく、セラミックスのため、電極材との接合が容易でなく、接触抵抗は高い。また、化学電解液中でのＭｎＯ２被覆ナノポーラスＡｕ系非晶質合金セパレータにおいて１，１６０Ｆ／ｃｍ３の高比容量が報告されているが（例えば、非特許文献９参照）、これも従来の電気化学電池の応用である。
【０００９】
さらに、電圧１．５Ｖ，電力５００Ｗｈ／Ｌ、出力密度８ｋＷ／Ｌ、サイクル寿命１０万回、動作温度範囲−２５℃〜＋８５℃の物理的二次電池が開発されているが（例えば、非特許文献１０参照）、半導体のバンドギャップ中に電子捕獲準位を形成し、この準位に電位を充填するか空にするかにより充放電を行うショットキー接合を利用したものであり、電圧は１．５Ｖに制限される。
【００１０】
なお、本発明者等により、化合物粒子が４０ｎｍ以下、望ましくは１０ｎｍ以下になると、内部原子に対して最外層の原子の電子が急激に増大し、電子の遮蔽に対する中和化が起こり、格子膨張を起こす現象が報告されている（例えば、非特許文献１１参照）。これは、ナノサイズ固体表面に起こる電子遮蔽の理論によって説明される量子現象で、「量子ナノサイズ効果」と呼ばれている。この現象を利用した蓄電材料として、アモルファスチタニアやアモルファスフッ素ポリマーの表面に、ナノサイズの凹凸が形成されたものが、本発明者等により開発されている（例えば、非特許文献４、７、１２、特許文献４参照）。これらの蓄電材料では、量子ナノサイズ効果により、凸部の径がナノサイズで小さくなればなるほど、凸部の径のマイナス６乗でファンデルーワールス静電力が働き、凸部への電子吸着能が増大する（例えば、非特許文献７参照）。電子吸着能の大きさの目安である仕事関数は、アモルファスチタニアで、５．５ｅＶ（例えば、非特許文献７参照）、アモルファスフッ素ポリマーで、１０．３ｅＶ〜１３．３５ｅＶである（例えば、非特許文献４、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】M. Fukuhara, T. Araki, K. Nagayama and H. Sakuraba, “Electric storage in de-alloyed Si-Al alloy ribbons”, EuroPhys. Lett., 2012, 99 ,47001
【非特許文献２】M. Fukuhara, “Electric Charging/Discharging Characteristics of Capacitor, Using De-alloyed Si-20Al Alloy Ribbons”, Elect. Electr. Eng., 2013, 3(2), p.72-76
【非特許文献３】M. Fukuhara and H. Yoshida, “AC charging/discharging of de-alloyed Si-Al-V alloy ribbons”, J. Alloys and Comp., 2014, 586, S130-S133
【非特許文献４】M. Fukuhara, H. Yoshida, M. Sato, K. Sugawara, T. Takeuchi, I. Seki, and T. Sueyoshi, “Superior electric storage in de-alloyed and anodic oxidized Ti-Ni-Si glassy alloy ribbons”, Phys. Stat. Sol. RRL, 2013, 7(7), p.477-480
【非特許文献５】M. Fukuhara and K. Sugawara, “Electric charging/discharging characteristics of super capacitor, using de-alloying and anodic oxidized Ti-Ni-Si amorphous alloy ribbons”, Nanoscale. Res. Lett., 2014, 9, p.253
【非特許文献６】M. Fukuhara and K. Sugawara, “Anodic oxidization of Ti-Ni-Si amorphous alloy ribbons and their capacitive and resistive properties”, Thin Solid Films, 2015, 595, p.1-4
【非特許文献７】M. Fukuhara, T. Kuroda and F. Hasegawa, “Amorphous titanium-oxide supercapacitors”, Sci. Rep., 2016, 6 , 35870
【非特許文献８】M. Osada, K. Akatsuka, Y. Ebina, H. Funakubo, K. Ono, K. Takada and T. Sasaki, “Robust high-k response in molecularly thin perovskite nanosheets”, ACS NANO, 2010, 4, p.5225-5232
【非特許文献９】X. Y. Lang, A. Hirata, T. Fujita and M. W. Chen, “Nanoporous metal/ oxide hybrid electrodes for electrochemical supercapacitors”, Nature Nanotechnology, 2011, 6, p.232-236
【非特許文献１０】株式会社日本マイクロニクス、二次電池battenice,〈http://www.mjc.co.jp/product/index3.html〉
【非特許文献１１】M. Fukuhara, “Lattice expansion of nanoscale compound particles”, Physics Letters, 2003, A313, p.427-430
【非特許文献１２】M. Fukuhara, T. Kuroda, F. Hasegawa and T. Sueyoshi, “Superior electric storage on an amorphous perfluorinated polymer surface,” Sci. Rep., 2016, 6, 22012
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１２−２５３３２１号公報
【特許文献２】特開２０１５−５７８０８号公報
【特許文献３】特開２０１６−１３４９３４号公報
【特許文献４】特開２０１７−４１５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
固体の蓄電材料として、非特許文献４、７、１２に記載のものは、仕事関数が比較的大きく、大容量蓄電が可能であるが、さらに大容量の蓄電が可能な材料が求められている。
【００１４】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、仕事関数が大きく、より大容量の蓄電が可能な蓄電材料および蓄電デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者等は、固体の蓄電材料として、ＡｌＯ６を主成分とするアモルファスに着目し、本発明に至った。すなわち、アモルファスアルミナは、陽極酸化法、ゾル−ゲル法、アルコキシド法等の湿式法や、レーザー蒸着法、プラズマ電解酸化法等の乾式法により生成されるが、いずれも主に４面体のＡｌＯ４や６面体のＡｌＯ５のクラスターから構成されており、蓄電効果は認められない。しかしながら、本発明者等は、８面体の酸素欠陥ＡｌＯ６クラスターから成るアモルファスの表面に、０．１〜５０ｎｍ程度の凹凸を形成することにより、その表面に量子ナノサイズ効果により高蓄電性が発現することを見出し、本発明に至った。さらに、本発明者等は、８面体のＡｌＯ６クラスターの一部が酸素欠損すると、そこに正電荷が蓄えられ、たとえ表面の吸着電荷量が増えたとしても、その正電荷により電気的中性が保たれるため、絶縁破壊は回避されると考え、本発明に至った。
【００１６】
すなわち、本発明に係る蓄電材料は、表面に、ＡｌＯ６を主成分とするアモルファスから成り、直径が０．１乃至５０ｎｍ、高低差が０．１乃至５０ｎｍの複数の凹凸を有することを特徴とする。特に、前記アモルファスは酸素欠陥状態のＡｌＯ６を有することが好ましい。
【００１７】
本発明に係る蓄電材料は、直径が０．１乃至５０ｎｍ、高低差が０．１乃至５０ｎｍの表面の複数の凹凸の凸部に生じる、量子ナノサイズ効果による電子吸着現象を利用することにより、蓄電および放電を行うことができる。ＡｌＯ６を主成分とするアモルファスを利用することにより、アモルファスチタニアやアモルファスフッ素ポリマーを利用した従来のものに比べて、仕事関数を大きくすることができ、より大容量の蓄電が可能である。また、本発明に係る蓄電材料は、瞬間あるいは比較的短時間の蓄電が可能であり、大容量蓄電により長時間放電することができる。
【００１８】
本発明に係る蓄電材料は、１０００℃以上の耐熱性および１００００Ｖ以上の耐電圧特性を有し、高電圧電線用碍子として使用されているアルミナを原料としているため、耐熱性および耐電圧性に優れている。具体的には、本発明に係る蓄電材料は、５００℃までの耐熱性、１００００Ｖ以上の耐電圧性、比重４以下の低比重を有することができる。これにより、本発明に係る蓄電材料は、重電分野や大気電流（雷）蓄電に最適の材料として使用できると考えられる。
【００１９】
本発明に係る蓄電材料で、表面の複数の凹凸は、直径が０．１乃至３０ｎｍ、高低差が０．１乃至３０ｎｍであることが好ましい。また、本発明に係る蓄電材料は、薄膜状を成していることが好ましい。また、黒色系の色調を呈していることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る蓄電材料は、電気抵抗率が１ＴΩｃｍ以上、より好ましくは１００ＴΩ以上、電気容量が１００００Ｆ／ｃｍ３〜３１０００Ｆ／ｃｍ３であることが好ましい。また、１ｍｓ〜１分間の瞬時もしくは短時間蓄電、および大容量蓄電により１日以上の長時間放電が可能であることが好ましい。また、３０〜１００ｋＨｚの急速応答充放電性を有していることが好ましい。本発明に係る蓄電材料は、ＡＣ／ＤＣコンバーターを用いて５０Ｈｚ、６０Ｈｚの交流を直流に変換することにより、５０／１０００〜６０／１０００秒ごとに発電機からの電流を蓄電できると考えられる。これにより、送電線の廃止による固体蓄電体の運搬が可能となり、自動車のみならず、船舶、飛行機等により国内外に自由に運搬することができる。
【００２１】
本発明に係る蓄電材料は、前記表面の比表面積が、１０００ｍ２／ｇ以上であることが好ましい。また、本発明に係る蓄電材料は、ＭＥＭＳ加工のドライエッチングにより、比表面積を１０〜１００倍に増加可能であることが好ましい。
【００２２】
本発明に係る蓄電デバイスは、本発明に係る蓄電材料を有することを特徴とする。
本発明に係る蓄電デバイスは、蓄電材料により、瞬間あるいは比較的短時間の蓄電が可能で、大容量蓄電により長時間放電することができる。
【００２３】
本発明に係る蓄電デバイスで、前記蓄電材料は薄膜状であり、前記蓄電材料を挟むよう、前記蓄電材料の両面にそれぞれ設けられた１対の金属電極を有する蓄電体から成ることが好ましい。この場合、凹凸の数に対応した、各金属電極に垂直な複数のナノオーダーの微小キャパシタを有する分布定数型コンデンサと等価となる。すなわち、ナノオーダーの凹凸部そのものが高電気抵抗となり、ＣとＲとの単純並列等価回路で表すことができる。また、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）方法により、Ａｌ、Ｃｕ等から成る上下の金属電極をスパッタ法やキャスト法で蓄電材料を形成することにより製造することができる。その際、各金属電極が、蓄電材料の表面形状に伴って全面に被覆されることが好ましい。また、−２６９℃〜５００℃で作動可能であることが好ましい。
【００２４】
本発明に係る蓄電デバイスは、前記蓄電体を複数積層した積層体から成っていてもよい。この場合、例えばスピンコートやディプコート等のＭＥＭＳ法により並列積層化することができ、各単純並列等価回路が電気集中定数的に結合した固体電子直接蓄電体とすることができる。また、本発明に係る蓄電デバイスは、前記１対の金属電極の間に、前記蓄電材料を各金属電極の内側面に沿って複数並べた並列集積体から成っていてもよい。この場合、１ＧＶ／ｍ以上の耐電圧性を得ることもできる。本発明に係る蓄電デバイスは、例えば、マイクロ電子回路の交流用コンデンサや、太陽電池パネルの裏面の蓄電体として利用することができる。
【００２５】
固体を蓄電体として利用するための物理的蓄電体条件として、以下の５つの条件がある。
（１）固体の表面の仕事関数が大きく、高蓄電性を有すること
（２）固体の表面の電荷量が増えても、絶縁破壊しないこと
（３）正電荷による電気的中性が保たれるようになっていること
（４）電気抵抗が大きいこと
（５）抵抗とコンデンサの直列等価回路と同じ周波数特性を有すること
本発明に係る蓄電材料および蓄電デバイスは、これら５つの条件を全て満たすことができ、固体の蓄電材料および蓄電デバイスとして優れた性能を有している。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、仕事関数が大きく、より大容量の蓄電が可能な蓄電材料および蓄電デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態の蓄電材料の、試料１の表面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【図２】本発明の実施の形態の蓄電材料の、試料２の表面の固体核磁気共鳴（ＮＭＲ）による解析結果を示すスペクトルである。
【図３】本発明の実施の形態の蓄電材料の、試料２の表面の光学顕微鏡写真である。
【図４】本発明の実施の形態の蓄電材料の、試料４の表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図５】本発明の実施の形態の蓄電材料の試料２、アモルファスチタニア（ａ−ＴｉＯ２）およびアモルファスフッ素ポリマー（ａ−ＰＶＥ）の直流充放電特性を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態の蓄電材料の、試料２の周波数特性を示す（ａ）交流インピーダンスのナイキスト線図、（ｂ）ボード線図のインピーダンス図、（ｃ）ボード線図の位相図である。
【図７】本発明の実施の形態の蓄電材料の、試料４の定電流放電による表面積（Surface Area）と、放電時間（Discharging Time）およびＬＥＤ点灯時間（Lighting Time）との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態の蓄電材料を用いた、ＭＥＭＳ法による積層体から成る蓄電デバイスの作製方法を示す側面図である。
【図９】本発明の実施の形態の蓄電材料を用いた、ＭＥＭＳ法により作製された並列集積体から成る蓄電デバイスを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、実施例に基づいて、本発明の実施の形態の蓄電材料および蓄電デバイスについて説明する。なお、以下の実施例は、単に本発明の説明のため、その具体的な態様の参考のために提供しているものであり、本願で開示する発明の範囲を限定したり、制限したりするものではない。
【実施例１】
【００２９】
本発明の実施の形態の蓄電材料を製造した。表１に、製造した蓄電材料の母合金組成、母合金の形状、蓄電材料の作製方法、水溶液または気体成分とその蒸着条件、電流密度・電圧・時間・温度の製造条件、製造された蓄電材料の電気抵抗率（ＴΩｃｍ）、蓄電容量（Ｆ／ｃｍ３）を示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
蓄電材料の製造では、まず、Ａｒ雰囲気下で、表１に示す各母合金のインゴットをアーク溶解し、試料１〜３では単ロール液体急冷法により、１０６ｍ／ｓ以下の冷却速度で冷却してリボン状試料を作製し、試料４および５では双ロール液体急冷法により、１０６ｍ／ｓ以下の冷却速度で冷却して薄膜試料を作製した。次に、それぞれ表１に示す各条件で、電気分解法またはスパッタ法により、表面にサブナノメートルスケールの凹凸を有する蓄電材料を製造した。
【００３２】
表１に示すように、試料１〜５の各蓄電材料は、電気抵抗率が８０ＴΩｃｍ〜２００ＴΩであり、電気容量が１００００Ｆ／ｃｍ３〜３１０００Ｆ／ｃｍ３であることが確認された。また、比重４以下の低比重であることも確認した。また、試料１〜５の各蓄電材料とも、−２６９°〜５００℃で作動可能であることも確認した。試料１〜５の各蓄電材料は、アルミナを原料としているため、耐熱性および耐電圧性に優れていると考えられる。これらのことから、各蓄電材料は、重電分野や大気電流（雷）蓄電に最適の材料になると考えられる。
【００３３】
図１に、試料１の表面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像を示す。図１に示すように、蓄電材料の表面に、直径が５０ｎｍ以下で、高低差が５０ｎｍ以下の複数の凹凸を有することが確認された。また、図２に、試料２の表面の固体核磁気共鳴（ＮＭＲ）による測定結果を示す。図２に示すように、蓄電材料の表面の酸化物は、ＡｌＯ６のクラスターから構成されていることが確認された。
【００３４】
図３に、試料２の表面の光学顕微鏡写真を示す。図３に示すように、蓄電材料の表面は黒色を呈しており、酸素欠陥状態であることがわかる。なお、従来のアモルファスアルミニウム酸化物は、白色であり、主にＡｌＯ４やＡｌＯ５から構成されている。また、試料２では、母合金のＹの成分量を増加させることにより、凹凸径を減少可能であることを確認した。
【００３５】
図４に、試料４の表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。図４に示すように、蓄電材料の表面に、直径約４０ｎｍの凸部が均一に分布していることが確認された。
以上の結果から、製造された各蓄電材料の表面の凹凸は、ＡｌＯ６を主成分とするアモルファスから成っていることがわかる。また、各蓄電材料の比表面積は、１０００ｍ２／ｇ以上であった。
【実施例２】
【００３６】
試料２の蓄電材料を用いて、直流充放電特性を測定した。表面積１ｍｍ×１０ｍｍの試料２の薄膜の上下に、銅電極を機械的に固定し、ポテンショスタット／ガルバノスタットにより測定を行った。１ｍＡで１０Ｖまで５０秒間充電した後、１ｎＡの定電流放電を行い、放電電圧を測定した。その測定結果を、図５に示す。なお、比較のため、アモルファスチタニア（図中の「ａ−ＴｉＯ２」）およびアモルファスフッ素ポリマー（図中の「ａ−ＰＶＥ」）を用いた材料についても同様の測定を行い、その結果も図５に示す。
【００３７】
図５に示すように、試料２の蓄電材料は、放電時間が長く、アモルファスチタニアに比べて約８６０倍、アモルファスフッ素ポリマーに比べて約２０倍の放電時間になっていることが確認された。この結果から、本発明の実施の形態の蓄電材料は、量子ナノサイズ効果により、蓄電および放電を行うことができ、大容量の蓄電が可能であるといえる。また、瞬間あるいは比較的短時間の蓄電で、長時間放電することができるといえる。
【００３８】
なお、電子吸着能の大きさの目安である仕事関数は、試料１〜５の各蓄電材料とも約２０ｅＶと計算され、アモルファスチタニアやアモルファスフッ素ポリマーの材料よりも大きくなっており、このことからも、電子吸着能が高く、大容量蓄電が可能であることが確認できた。
【実施例３】
【００３９】
試料３の蓄電材料を用いて、周波数特性の測定を行った。表面積１ｍｍ×１０ｍｍの試料３の薄膜の上下に、銅電極を機械的に固定して測定を行った。測定では、１ｍＨｚ〜１ＧＨｚの周波数範囲での、交流インピーダンスのナイキスト線図、および、ボード線図（インピーダンス図、位相図）を測定した。測位結果を、それぞれ図６（ａ）〜（ｃ）に示す。
【００４０】
図６（ａ）に示すように、ほぼ虚数軸に垂直なナイキスト線図が得られた。また、図６（ｂ）および（ｃ）に示すように、絶対値インピーダンスは、周波数の増加により、−１の勾配で減少し、位相値は、周波数が変化しても、−９０°でほぼ変化しないことが確認された。このような周波数特性は、抵抗ＲおよびキャパシタンスＣの単純直列等価回路と同じ特性を示しており、このことから、蓄電材料は直列蓄電体であるといえる。
【実施例４】
【００４１】
試料４の蓄電材料を用いて、表面積の増大による積層効果を検証した。表面積を、１５、３０、４５、６０、７５、８０ｃｍ２とし、それぞれ１ｎＡで１０Ｖまで充電した後、１ｎＡの定電流放電を行い、ＬＥＤを点灯させた。このときの蓄電材料の表面積（Surface Area）と、放電時間（Discharging Time）およびＬＥＤ点灯時間（Lighting Time）との関係を、図７に示す。図７（ａ）および（ｂ）に示すように、表面積の増大にしたがって、放電時間もＬＥＤ点灯時間も増大することが確認され、積層効果が認められた。このことから、本発明の実施の形態の蓄電材料の表面は、無数のコンデンサが並列接合した分布定数回路になっているといえる。
【実施例５】
【００４２】
図８に示すように、試料２の蓄電材料を用いて、ＭＥＭＳ法により積層体から成る蓄電デバイス１０を作製した。まず、ガラス基板（２０×２０×０．５ｍｍ）１１の表面に、スパッタによりＣｒ（厚み２０ｎｍ）／Ｃｕ層（厚み５００ｎｍ）１２を形成し（図８．１参照）、その上にフォトレジスト１３を塗布してパターニングし（図８．２参照）、エッチングを行った後、フォトレジスト１３を除去した（図８．３参照）。その上にポリイミド層（厚み５μｍ）１４をコーティングし、１５０℃で乾燥させた（図８．４参照）。
【００４３】
次に、ポリイミド層１４の上に、リボン状の蓄電材料１５を載置し（図８．５参照）、その上にフォトレジスト１６を塗布してパターニングし（図８．６参照）、さらにフォトレジスト１６以外の部分にポリイミド層（厚み５μｍ）１７をコーティングして、１５０℃で乾燥させた（図８．７参照）。次に、フォトレジスト１６を除去し（図８．８参照）、表面にスパッタによりＡｌ層１８を形成した（図８．９参照）。ガラス基板１１を取り除き、それを１枚の蓄電層とし、間に絶縁体を挟みながら、蓄電層を複数枚積層した。
【００４４】
こうして、作製された積層体は、一番上の蓄電層のＡｌ層１８と、一番下の蓄電層のＣｒ／Ｃｕ層１２のＣｕ層とを端子として、各蓄電層の蓄電材料１５が並列接合されたものとなっている。このため、例えば、蓄電層を１００段積層した積層体は、１枚の蓄電層の１００倍の容量を有している。なお、各蓄電層を集中定数回路により並列接合させても、蓄電量の低下は認められなかった。
【実施例６】
【００４５】
図９に示すように、試料５の蓄電材料を用いて、ＭＥＭＳ法により、Ａｌ層１８から成る上部金属電極と、Ｃｒ／Ｃｕ層１２のＣｕ層から成る下部金属電極との間に、各金属電極の内側面に沿って、蓄電材料１５を複数並べた並列集積体から成る蓄電デバイス２０を作製した。なお、各蓄電材料１５にはリード線２１を接続し、下部金属電極の下にはガラス基板１１を設けている。
【００４６】
試料５は、母合金がムライトＡｌ６Ｏ１３Ｓｉ２であり、１００００Ｖ以上の耐電圧性を有しているため、蓄電デバイス２０は、大型雷蓄電用に用いることができる。また、蓄電デバイス２０は、各蓄電材料１５にリード線２１が接続された、１Ａ以下の分散電流方式になっているため、高電流による消失・破壊を避けることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０、２０  蓄電デバイス
１１  ガラス基板
１２  Ｃｒ／Ｃｕ層
１３  フォトレジスト
１４  ポリイミド層
１５  蓄電材料
１６  フォトレジスト
１７  ポリイミド層
１８  Ａｌ層
２１  リード線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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