(57)【要約】  本発明は光を透過させることができる、膜電極アセンブリ、すなわち、陰極／膜／陽極アセンブリの使用を伴う。本発明の第一の態様は、光を透過させることができる膜電極アセンブリである光電池である。膜材料は好ましくは強イオン性基を含むポリマーである。アセンブリは好ましくは触媒及び／又は染料増感剤を含む。本発明の第二の態様は本発明の光電池を照射することを含む電圧の発生方法である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過させることができる膜電極アセンブリである光電池。
【請求項２】
前記膜はポリマーを含む材料であり、前記ポリマーは強イオン性基を含む、請求項１記載の光電池。
【請求項３】
前記ポリマーは親水性である、請求項２記載の光電池。
【請求項４】
前記ポリマーは架橋されたものである、請求項２又は３記載の光電池。
【請求項５】
前記膜は展性材料である、請求項１〜４のいずれか１項記載の光電池。
【請求項６】
前記アセンブリはスタックの形態である、請求項１〜５のいずれか１項記載の光電池。
【請求項７】
前記アセンブリは触媒を含む、請求項１〜６のいずれか１項記載の光電池。
【請求項８】
前記触媒は白金及び／又は二酸化チタンを含む、請求項７記載の光電池。
【請求項９】
前記膜は光の透過に適したチャンネルを含む、請求項１〜８のいずれか１項記載の光電池。
【請求項１０】
前記膜は光学的に透明である、請求項１〜９のいずれか１項記載の光電池。
【請求項１１】
前記アセンブリは染料増感剤を含む、請求項１〜１０のいずれか１項記載の光電池。
【請求項１２】
前記アセンブリは平面状の構造である、請求項１〜１１のいずれか１項記載の光電池。
【請求項１３】
電極は透明である、請求項１〜１２のいずれか１項記載の光電池。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項記載の光電池を照射することを含む、電圧を発生させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は光電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
光電池は光エネルギーを電気エネルギーに変換し、この「光電効果」は光エネルギーを電気エネルギーに変換するプロセスである。光電池は、通常、固体形態のデバイスであり、通常、シリコンなどの半導体である。通常、１つ以上の光感受性電極を照射し、同時に電圧と電流を発生する。
【０００３】
電気化学セルは膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）の形態であることができ、すなわち、陰極／膜／陽極アセンブリであることができる。ＭＥＡは、通常、多層構造であって、(i)イオン交換膜（ＩＥＭ）、(ii)電流回収電極、及び、(iii)電気触媒層(electro-catalyst layer)を各側に含む。
【０００４】
ＷＯ−Ａ−０３／０２３８９０は現場重合法により形成される複合ＭＥＡを記載している。この文献は、改良された反応界面を有するＭＥＡをさらに記載している。
【発明の開示】
【０００５】
発明の要旨
本発明は、光電効果によって電気エネルギーを発生する効率的な方法の要求に取り組むものである。本発明は光を透過させることができるＭＥＡの使用を伴う。
【０００６】
本発明の第一の態様は、光を透過させることができる膜電極アセンブリである光電池である。膜材料は好ましくは、強イオン性基を含むポリマーである。アセンブリは、好ましくは、触媒及び／又は染料増感剤を含む。
【０００７】
本発明の第二の態様は、本発明の電池を照射することを含む、電圧の発生方法である。
【０００８】
好ましい態様の記載
用語「光電池」は、本明細書中に使用されるときに、光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる電池を意味する。
用語「膜電極アセンブリ」は、本明細書中に使用されるときに、陰極／膜／陽極アセンブリを意味する。
【０００９】
膜は光を透過させることができる。たとえば、膜は光を透過させるための１つ以上のチャンネルを含むか、又は、光学的に透明（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）であり、好ましくは、光学的にクリアである。膜材料は光子、たとえば、高エネルギー可視もしくはＵＶ線に対して透明であることができる。それは、所望のとおりに光を焦点に集め、集中させそして指向させる形状に成形されうるように、好ましくは展性である。このように、たとえば、ＭＥＡは光波ガイド又はレンズの形態であることができる。
【００１０】
膜材料は、好ましくは、強イオン性基を含むポリマーを含む。膜はヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）、アクリロニトリル（ＡＮ）、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）、２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸（ＡＭＰＳＡ）及び／又はビニルピロリドン（ＶＰ）などのモノマーを含むモノマーの重合によって形成されうる。
【００１１】
この材料は電気活性コモノマーを含むモノマーの共重合によって形成されうる。電気活性成分は、酸、たとえば、スルホン酸（ＳＯ３）、リン酸又はホスホン酸をベースとするものであっても、又は、アルカリ（ＯＨ）、たとえば、ＫＯＨ又はＮａＯＨ又は水酸化アンモニウムをベースとするものであってもよい。もし電気不活性コモノマーを用いるのであれば、材料は、たとえば、膨潤液技術を用いるなどして、強イオン性分子基を導入することで電気活性にされることができる。
【００１２】
電池を冷却し、水和を維持しそして熱エネルギーとして余分のエネルギーを除去するために水を用いることができる。したがって、ポリマーは、その分子構造で水を吸収しそして透過させることが生来的にできるように、好ましくは親水性である。親水性ポリマーは、疎水性／構造コモノマー及び親水性コモノマーから通常になるモノマー混合物の溶液からの共重合によって形成されうる。ポリマーは好ましくは、より大きな安定性のためには好ましくは架橋されている。架橋した材料は、電離線を材料に適用し又は架橋剤を使用することで形成されうる。追加架橋剤を使用することで、電気特性とは別個に最終の水吸収性を制御することができる。膜は水の透過のための一体化チャンネルを含んでよい。
【００１３】
アセンブリは適切な触媒を含むことができる。好ましい触媒は白金及び二酸化チタンを含む。ルテニウム（ＩＩ）トリス（２，２’−ビピリジン）ジクロリドヘキサハイドレート（すなわち、Ｒｕ（ｂｐｙ）３２＋の化合物）、ヨウ素、又は、適切なクエンチング化合物（たとえば、メチルビオラゲン）と鉄の錯体などの染料増感剤は使用されてよい。好ましくは、増感剤は、膜全体にわたって配置されている。触媒は好ましくは電極上もしくは電極付近に配置されている。
【００１４】
電極は、半透明、透明（たとえば、酸化スズガラス）、又は、「オープンウィーブ」（Open-weave）構造であってよく、それにより、電極をとおして光子が透過して膜に到達することができる。炭素布は電極として用いてよく、そしてこの布は触媒の層で含浸されていてよい。アセンブリは個々のＭＥＡのスタックの形態であってよい。
【００１５】
ＭＥＡの形成のための適切な材料及び方法に関するさらなる情報はＷＯ−Ａ−０３／０２３８９０に見ることができる。
【００１６】
以下の実施例は本発明を例示する。
例１
本発明の電池はＡＮ−ＶＰ−ＡＭＰＳＡコポリマー膜を用いて構成された。使用した電極−触媒系は二酸化チタンでコートした酸化スズガラス及び白金でコートした炭素布であった。電池を図１に示す。
【００１７】
「ブルー」ランプ（１００Ｗ電気出力）を用いて電池を照らした。電池の出力を測定し、そしてこの出力は光の存在に完全に依存していることがわかり、０．５９Ｖの開回路電圧を与えた。得られた電流は光束に依存し、最大０．２２ｍＡ／ｃｍ２に達した。
【００１８】
例２
例１と類似の電池を製造したが、ガラス電極板とともに、膜を現場でのモノマーの熱重合によって形成した。電池を上記のとおりに照射し、０．７８Ｖの開回路電圧を与えた。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
（原文に記載なし）
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年9月29日(2005.9.29)
【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】
光を透過させることができる膜電極アセンブリである光電池。
【請求項２】
前記膜はポリマーを含む材料であり、前記ポリマーは強イオン性基を含む、請求項１記載の光電池。
【請求項３】
前記ポリマーは親水性である、請求項２記載の光電池。
【請求項４】
前記ポリマーは架橋されたものである、請求項２又は３記載の光電池。
【請求項５】
前記膜は展性材料である、請求項１〜４のいずれか１項記載の光電池。
【請求項６】
前記アセンブリはスタックの形態である、請求項１〜５のいずれか１項記載の光電池。
【請求項７】
前記アセンブリは触媒を含む、請求項１〜６のいずれか１項記載の光電池。
【請求項８】
前記触媒は白金及び／又は二酸化チタンを含む、請求項７記載の光電池。
【請求項９】
前記膜は光の透過に適したチャンネルを含む、請求項１〜８のいずれか１項記載の光電池。
【請求項１０】
前記膜は光学的に透明である、請求項１〜９のいずれか１項記載の光電池。
【請求項１１】
前記アセンブリは染料増感剤を含む、請求項１〜１０のいずれか１項記載の光電池。
【請求項１２】
前記アセンブリは平面状の構造である、請求項１〜１１のいずれか１項記載の光電池。
【請求項１３】
電極は透明である、請求項１〜１２のいずれか１項記載の光電池。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項記載の光電池を照射することを含む、電圧を発生させる方法。
【請求項１５】
電極は前記膜への光子の通過を可能にするものである、請求項２記載の光電池。
【請求項１６】
電極は前記膜への光子の通過を可能にするものである、請求項３記載の光電池。
【請求項１７】
前記アセンブリは光波ガイドの形態である、請求項１０記載の光電池。
【国際調査報告】
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