(57)【要約】      （修正有）【課題】容量と充放電の両特性を満足する蓄電装置を提供する。【解決手段】適切に選択した物質Ｉと物質ＩＩは、お互いに接するときその界面で整流作用を示し、物質Ｉから物質ＩＩへは整流作用の逆方向のため殆ど電気は流れない性質を持つ。斯かる物質Ｉと物質ＩＩの粉末を混合して成形体３とし、斯かる成形体３に、代表的には物質Ｉと物質ＩＩでそれぞれ構成されるプラス４とマイナス６の集電層を付着し、それぞれの集電層を介してプラス端子１およびマイナス端子２を前記成形体中の物質Ｉおよび物質ＩＩと電気的に導通させて設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質Ｉと物質ＩＩが接触又は接合しているとき、少なくとも物質Ｉから物質ＩＩへは殆ど電気は流れない性質を持つ適切な二種類の物質Ｉと物質ＩＩを電気伝導体もしくは半導体から選択し、前記物質Ｉと前記物質ＩＩの粉末を混合して成形体とし、斯かる成形体の一部に、前記物質Ｉで構成される集電層、もしくは前記物質Ｉと前記物質ＩＩに接触又は接合しているとき、物質Ｉへは電気は流れるが物質ＩＩへは殆ど電気は流れない性質を持つ物質Ａで構成される集電層を付着し、当該集電層を介してプラス端子を前記成形体中の物質Ｉと電気的に導通させて設け、また同様に前記成形体の他の一部に、前記物質ＩＩで構成される集電層、もしくは前記物質Ｉと前記物質ＩＩに接触又は接合しているとき、物質ＩＩからは電気は流れるが物質Ｉからは殆ど電気は流れない性質を持つ物質Ｂで構成される集電層を付着し、当該集電層を介してマイナス端子を前記成形体中の物質ＩＩと電気的に導通させて設けることを特徴とする蓄電装置であって、物質Ｉと物質ＩＩは、お互いに接触又は接合するときその界面で整流作用を示す性質を有するものであることを特徴とする蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    本発明は、電気を蓄える装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】    近年、携帯電話やノート型パソコン等の携帯電子機器が大幅に普及した。またモーター駆動とエンジン駆動を組み合わせた環境性能や燃費性能に優れたハイブリッド自動車もその普及が拡大している。さらに将来的には地球温暖化防止の観点から、ガソリンエンジンに頼らない１００％モーター駆動のいわゆる電気自動車の早期実現が強く望まれ、またロボット産業においては二足歩行のロボットも実現し、災害救助や医療介護の分野等さまざまな分野でロボットが活躍する日も遠くはないと思われる。したがってこれ等を駆動する電源として不可欠な蓄電装置の重要性がますます高まっている。【０００３】    現在実用化されている蓄電装置の代表的なものはバッテリー（蓄電池）とコンデンサー（蓄電器）である。バッテリーとコンデンサーには一長一短があり、バッテリーの長所は蓄電できる容量が大きいことであり、短所には急速な充放電が難しいことや充放電寿命が短いことが挙げられる。一方、コンデンサーは急速な充放電が可能で充放電寿命も長いが、蓄電できる容量が小さい。【０００４】    現在の電子機器の多くには、容量の大きいことを重視してバッテリーが使用され、ハイブリッド自動車には容量を重視したバッテリーを使用するタイプと充放電特性を重視したコンデンサーを使用するタイプがある。将来の電気自動車やロボットの実現には、蓄電できる容量も大きく且つ充放電寿命も長い蓄電装置が不可欠となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】    バッテリーは正極と負極が電解質を挟んで向き合った構造を基本とした電気を蓄える装置で、正負両極は電気化学的に酸化還元が可能な物質（活物質）で構成され、正負両極間に電圧をかける（充電する）と、正極中の正極活物質は酸化され、負極中では負極活物質が還元されて電気が蓄えられる。蓄えられた電気は外部回路をつなげば電流として取り出す（放電する）ことができ、放電では充電とは逆に正極中の活物質は還元され、負極中の活物質は酸化されて、それぞれ充電前の活物質にもどる。【０００６】    以上のバッテリーの原理から、バッテリーの容量は活物質量で決まることがわかる。バッテリーでは活物質を多く詰め込めば、活物質量に比例して容量が大きくなるため、比較的大きな容量の蓄電装置が可能となる。【０００７】    しかし、バッテリーは充放電に際して活物質の電気化学的酸化還元反応を伴うため、充放電の繰り返しに伴って活物質の活性が衰え、容量がだんだん劣化する。また、充放電に際して充放電速度は活物質の酸化還元反応速度が律速となるため、急速な充放電が難しい。【０００８】    一方、コンデンサーは２つの導体板を空気または他の誘電体を挟んで向き合わせた構造を基本とした電気を蓄える装置で、２枚の導体板に電圧をかける（充電する）と、それぞれの導体板に互いに異符号の電荷が電圧に比例して表れる。蓄えられた電荷は外部回路をつなげば電流として取り出す（放電する）ことができる。コンデンサーの容量はこの蓄えられる電荷量に比例するため、一般に誘電体の種類や導体板の対抗面積で決まる。【０００９】    コンデンサーは充放電に際して化学反応を伴わないため、充放電の繰り返しによる容量劣化は極めて少なく、急速な充放電も可能である。【００１０】    しかし、コンデンサーの容量は最終的に導体板の対抗面積で決まり、対抗面積を増やすために導体板を渦巻構造にする等の工夫がなされるものの、コンデンサーの容量はバッテリーに比べて小さい。【００１１】    以上のように、現在の蓄電装置では容量と充放電の両特性を満足するものがない。【００１２】    本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その目的は容量および充放電の両特性を満足する蓄電装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】    まず、本発明に適用可能な二種類の物質Ｉと物質ＩＩを電気伝導体もしくは半導体の中から選択する。斯かる物質Ｉと物質ＩＩは、お互いが接触又は接合していても少なくとも物質Ｉから物質ＩＩへは殆ど電気が流れることができない性質を持つことが条件である。【００１４】    具体的には物質Ｉと物質ＩＩは、お互いが接触又は接合しているときその界面で整流作用を示す性質を有するものが適用可能であり、この場合、界面での整流作用の順方向として物質ＩＩから物質Ｉへは電気は流れるが、物質Ｉから物質ＩＩへは整流作用の逆方向として電気が流れることができないので本発明に適用可能な条件を満たす。【００１５】    本発明による蓄電装置では、前述の本発明に適用可能な条件を満たす物質Ｉと物質ＩＩの粉末をほぼ同体積比で混合して成形体とし、当該成形体の一部に物質Ｉで構成される集電層を付着し、当該集電層を介してプラス端子を前記成形体中の物質Ｉと電気的に導通させて設ける。前述のように、電気は物質Ｉから物質ＩＩへは流れることが出来なければ、プラス端子は物質Ｉで構成される前期集電層を介して前記成形体中の物質ＩＩとは電気的につながらない。即ち前記プラス端子は前期集電層の物質Ｉを介して前記成形体中の物質Ｉとのみ電気的につながる。【００１６】    また同様に前記成形体の他の一部に物質ＩＩで構成される集電層を付着し、当該集電層を介してマイナス端子を前記成形体中の物質ＩＩと電気的に導通させて設ける。ここでも電気は物質Ｉから物質ＩＩへは流れることが出来なければ、前記成形体中の物質Ｉは物質ＩＩで構成される前記集電層を介してマイナス端子とは電気的につながらない。即ち前記マイナス端子は前期集電層の物質ＩＩを介して前記成形体中の物質ＩＩからのみ電気はながれる。【００１７】    以上では、集電層を構成する物質を物質Ｉおよび物質ＩＩとして示したが、本発明による蓄電装置ではプラス端子とマイナス端子がそれぞれ集電層を介して前記成形体中の物質Ｉおよび物質ＩＩに電気的に導通していることが特徴であり、集電層に課した役割から考えて、集電層を構成する物質は、物質Ｉと物質ＩＩに限定されるものではなく、前記成形体に接触又は接合している場合には前記成形体中の物質Ｉには電気を導通するが物質ＩＩには殆ど導通しない性質を持つ物質Ａ（物質Ｉを含む）と、前記成形体に接触又は接合している場合には前記成形体中の物質ＩＩからは電気は導通するが物質Ｉからは殆ど電気は導通しない性質を持つ物質Ｂ（物質ＩＩを含む）であれば良い。
【発明の効果】
【００１８】    上述の手段によって、本発明による蓄電装置のプラス端子は前期集電層の物質Ｉを介して前記成形体中の物質Ｉとのみ電気的につながり、マイナス端子へは前期集電層の物質ＩＩを介して前記成形体中の物質ＩＩのみから電気は流れる。また前記成形体中では物質Ｉと物質ＩＩの粉末粒子はお互いに接触又は接合しているが、物質Ｉの粉末粒子から物質ＩＩの粉末粒子へは電気を通さない。【００１９】    したがって、本発明による蓄電装置のプラス端子とマイナス端子に正電圧（＋Ｖ）をかける（充電する）と、前記成形体中ではプラス端子から導通した物質Ｉの粉末粒子の表面にプラスの電荷が、またマイナス端子に導通した物質ＩＩの粉末粒子の表面にはマイナスの電荷が電圧に比例してそれぞれ表れる。【００２０】    つまり、前記成形体中で物質Ｉの粉末粒子の表面にプラスの電荷が蓄えられ、また物質Ｉの粉末粒子を囲んで存在する物質ＩＩの粉末粒子の表面にはプラスの電荷に対応するマイナスの電荷がそれぞれ蓄えられる。蓄えられた電荷は当然外部回路をつなげば電流として取り出す（放電する）ことができる。【００２１】    以上の説明でも明らかなように、本発明による蓄電装置の容量は物質Ｉと物質ＩＩの粉末粒子の表面に蓄えられた電荷量に比例するため、ちょうどバッテリーの容量が活物質を多く詰め込めばその活物質量に比例して容量を大きくすることができるのに似て、成形体中の物質Ｉと物質ＩＩの粉末量を多く詰め込めばその粉末粒子の量に比例して蓄電装置の容量を大きくすることが可能となる。【００２２】    また本発明による蓄電装置は充放電に際して化学反応を伴わないため、充放電の繰り返しによる容量劣化は極めて少なく、急速な充放電も可能となる。【００２３】    その結果、蓄電容量と充放電特性をともに満足する蓄電装置が実現するので、電気自動車やロボットの実用化に大きく貢献でき、その工業的価値は大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】    以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。【００２５】    図１に本発明による蓄電装置の基本構造を示した。図１に示すようにプラス端子（１）とマイナス端子（２）を備えたケース（８）の中に蓄電素子（９）が収められ、プラス端子（１）とマイナス端子（２）は蓄電素子（９）のプラス集電体（５）とマイナス集電体（７）にそれぞれ電気的につながっている。【００２６】    図１の左半分には蓄電素子（９）を断面図で示した。図１に示すように、蓄電素子（９）は、物質Ｉと物質ＩＩの粉末粒子の混合体である成形体（３）の片面にプラス集電層（４）が付着され、当該集電層（４）には金属箔のプラス集電体（５）が接合され、もう一方の片面にはマイナス集電層（６）が付着され、当該集電層（６）には金属箔のマイナス集電体（７）が接合されて構成されている。本発明の実施においては勿論、物質Ｉと物質ＩＩは本発明に適用可能な二種類の物質であり、お互いが接触又は接合していても少なくとも物質Ｉから物質ＩＩへは殆ど電気が流れることができない性質を持つ物質が選択されている。【００２７】    プラス集電層（４）は、プラス集電体（５）と成形体（３）の間にあってプラス集電体（５）から成形体（３）の中の物質Ｉに電気を通し、物質ＩＩへは電気を通さないことがその役割であり、かかる性質を持つ物質Ａ（代表的には物質Ｉ）で構成される。マイナス集電層（６）は、マイナス集電体（７）と成形体（３）の間にあって成形体（３）の中の物質ＩＩからマイナス集電体（７）に電気を通し、物質Ｉからは電気を通さないことがその役割であり、かかる性質を持つ物質Ｂ（代表的には物質ＩＩ）で構成されている。【００２８】    以上のように実施すれば、プラス端子（１）とマイナス端子（２）に正電圧（＋Ｖ）をかけると、プラス端子に導通した成形体（３）の中の物質Ｉの粉末粒子の表面にプラスの電荷が、またマイナス端子に導通した成形体（３）の中の物質ＩＩの粉末粒子の表面にはマイナスの電荷が電圧（＋Ｖ）に比例してそれぞれ表れ、図１に示す蓄電装置には電気が蓄えられる。【００２９】    以上のように実施する本発明による蓄電装置は、化学反応を伴わずに電気が蓄えられまた化学反応を伴わずに放電もできるため、充放電の繰り返しによる容量劣化は極めて少なく、急速な充放電も可能である。また図１に示す蓄電装置では蓄電容量は物質Ｉと物質ＩＩの粉末粒子の表面に蓄えられる電荷量に比例するため、物質Ｉと物質ＩＩの粉末粒子の量を多く詰め込めば、容易に大容量の蓄電装置が設計可能である。
【実施例】    以下実施例により本発明をさらに詳しく説明する。【００３０】    実施例１
本実施例では、物質Ｉと物質ＩＩにはお互いが接触又は接合しているときその界面で整流作用を示す性質を有するものの中から選択する。具体的には、金属銅の粉末と亜酸化銅の粉末を選択する。【００３１】    金属銅（Ｃｕ）と亜酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）はお互いが接触又は接合しているときその界面で整流作用を示す性質を有するため、界面での整流作用の順方向として亜酸化銅から金属銅へは電気は流れるが、金属銅から亜酸化銅へは整流作用の逆方向としてほとんど電気が流れないので本発明に適用可能な条件を満たす。本実施例では物質Ｉに金属銅の粉末、物質ＩＩに亜酸化銅の粉末を選択し、図１で示す構造で実施する。【００３２】    まず、プラス集電層（４）の構成材料とする金属銅の粉末を結着剤及び溶剤と混合してスラリーとし、これをプラス集電体（５）となる銅箔の片面に塗布して乾燥させ、円盤状に打ち抜き、プラス集電層（４）が接合したプラス集電体（５）を用意する。同様にマイナス集電層（６）の構成材料とする亜酸化銅の粉末を結着剤及び溶剤と混合してスラリーとし、これをマイナス集電体（７）となる銀箔の片面に塗布して乾燥させ、円盤状に打ち抜き、マイナス集電層（６）が接合したマイナス集電体（７）を用意する。【００３３】    次に、同体積比の金属銅の粉末と亜酸化銅の粉末は少量の結着剤を加えて混合物とし、当該混合物を円盤状に加圧成形して成形体（３）を得る。当該混合物の加圧成形に際しては、前述の用意したプラス集電体（５）を成形金型の底にプラス集電層（４）を上向きに設置し、その上に前記混合物を充填し、さらにその上に前述の用意したマイナス集電体（７）を、マイナス集電層（６）を下向きに重ねて加圧成形する。こうして成形体（３）の両面にプラス集電体（５）とマイナス集電体（７）がいずれも集電層（４および６）を成形体（３）に接合して一体化された、図１に示す断面構造の蓄電素子（９）が出来上がる。【００３４】    蓄電素子（９）は真空中で脱気し、成形体（３）に存在する空隙を窒素ガスで置換した後、図１に示すようにプラス端子（１）とマイナス端子（２）を備えたケース（８）の中に収め、プラス端子（１）とマイナス端子（２）は蓄電素子（９）のプラス集電体（５）とマイナス集電体（７）にそれぞれ接続し、本発明による蓄電装置を完成する。【００３５】    完成した蓄電装置は数ヶ月間のエージング期間を経た後、初期充電を行うと充電量に比例して電圧が上昇し充電される。充電された蓄電装置は放電を行えば、放電量に比例して端子電圧は下降する。放電によって端子電圧が終止電圧まで下降すれば再び充電して、充放電を繰り返せば、図２に示す充放電カーブ（１１）が繰り返し得られる。【００３６】    実施例２
本実施例でも、物質Ｉと物質ＩＩにはお互いが接触又は接合しているときその界面で整流作用を示す性質を有するものの中から選択する。本実施例では物質Ｉにカドミウム亜鉛合金の粉末、物質ＩＩに金属セレンの粉末を選択して実施する。【００３７】    まず、プラス集電層（４）の構成材料とするカドミウム亜鉛合金の粉末を結着剤及び溶剤と混合してスラリーとし、これをプラス集電体（５）となるニッケル金属箔の片面に塗布して乾燥させ、円盤状に打ち抜き、プラス集電層（４）が接合したプラス集電体（５）を用意する。同様にマイナス集電層（６）の構成材料とする金属セレンの粉末を結着剤及び溶剤と混合してスラリーとし、これをマイナス集電体（７）となるアルミニウム箔の片面に塗布して乾燥させ、円盤状に打ち抜き、マイナス集電層（６）が接合したマイナス集電体（７）を用意する。【００３８】      以下、物質Ｉにカドミウム亜鉛合金の粉末、物質ＩＩに金属セレンの粉末を使用する以外は実施例１と同じ要領で本発明による蓄電装置を完成する。【００３９】    完成した蓄電装置は数ヶ月間のエージング期間を経た後、初期充電を行うと充電量に比例して電圧が上昇し充電される。充電された蓄電装置は放電を行えば、放電量に比例して端子電圧は下降する。放電によって端子電圧が終止電圧まで下降すれば再び充電して、充放電を繰り返せば、図２に示す充放電カーブ（１２）が繰り返し得られる。【００４０】    上記実施例で示した成形体（３）には物質Ｉと物質ＩＩの粉末粒子の間には当然空隙が存在し、斯かる空隙には上記実施例の場合は窒素ガス（誘電体）を充満させているが、他の誘電体で満たすことも可能である。【００４１】    また上記実施例では物質Ｉと物質ＩＩに金属銅の粉末と亜酸化銅の粉末、およびカドミウム亜鉛合金の粉末と金属セレンの粉末を選択して示したが、本発明はこれに限られるものではなく、物質Ｉと物質ＩＩにはお互いが接触又は接合したときその界面で整流作用を示す性質を有する他の物質の組み合わせも当然適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】    本発明は携帯電子機器産業分野、自動車産業分野、ロボット産業分野等で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】    本発明の実施の形態に係る蓄電装置の基本構造図である。
【図２】    本発明による蓄電装置の充放電特性図である。
【符号の説明】
【００４４】    １はプラス端子、２はマイナス端子、３は成形体、４はプラス集電層、５はプラス集電体、６はマイナス集電層、７はマイナス集電体、８はケース、９は蓄電素子、１１および１２は充放電カーブである。
【図１】
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【図２】
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