| 研究課題/領域番号 |
15K05992
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| 研究機関 | 鹿児島大学 |
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研究代表者 |
野見山 輝明 鹿児島大学, 理工学域工学系, 助教 (60274859)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 光蓄電地 / 太陽電池 / 蓄電地 / 酸化チタン多孔膜 / 酸化銅 / 電着法 |
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| 研究実績の概要 |
光で充電できるシート状の蓄電地（光蓄電池）の実現に向けて研究を進めている．薄膜で光発電と蓄電の2つの機能を有する電極として，酸化チタン多孔膜の多孔膜内壁に導電性高分子ポリアニリンを電着したTP電極を蓄電層として，このTP電極の上層に増感色素を担持して光発電機能を付加することを狙っている．さらに，その対極としてp型半導体であるCu2O多孔膜に導電性高分子ポリピロールを電着したCP電極を用いて，ロッキングチェア型のイオン移動による光蓄電池を開発している．
平成27年度の研究目標は，以下の3点：「H27-1: TP電極への色素増感機構の導入による可視光光蓄電の実現 (現状0.05→目標値0.5 C/cm2)」，「H27-2: CP電極の構造最適化 (現状0.002→目標値0.1 C/cm2)」，「H27-3: 上記目標値を実現するために厚膜が形成可能なナノ粉末含有ペーストの調合」である．H27-1については，透明導電膜の露出面および酸化チタン多孔膜表面に酸化チタン緻密層を形成し漏れ電流を抑制することで，目標値には及ばなかったものの，色素増感発電による光蓄電の実現に目処が立った．H27-2については，p型多孔膜の形成には成功したものの，十分な光活性が得られなかった．このため，ロッキングチェア型光蓄電池の電極構成を見直して，光発電層として固相pn接合を形成し，これにTP電極を積層した固相pn接合ロッキングチェア型蓄電池に取り組んだ．まず，固相pn接合としてCu2O/ZnOの電着積層に取り組み，Cu2Oの電着についてパルス電着による結晶成長制御に成功した．H27-3については，当該科研費で購入した熱分析装置にて，ペーストの組成を分析することで100 μm以上の膜厚の酸化チタン多孔膜の形成に成功した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度の目標である「H27-1: TP電極への色素増感機構の導入による可視光光蓄電の実現 (現状0.05→目標値0.5 C/cm2)」，「H27-2: CP電極の構造最適化 (現状0.002→目標値0.1 C/cm2)」，「H27-3: 上記目標値を実現するために厚膜が形成可能なナノ粉末含有ペーストの調合」について，それぞれ進捗をまとめる．
「H27-1: TP電極への色素増感機構の導入による可視光光蓄電の実現 (現状0.05→目標値0.5 C/cm2)」については，色素増感発電に不可欠なレドックス対が蓄電電子を奪うことが明らかになり，この抑制に手間取って，目標値の達成ができなかった．しかしながら，酸化チタン緻密膜を多孔膜表面に形成することで漏れ電流抑制が可能となり，次のH27-2の今後の進捗と合わせると目標値達成が可能であると考えている．「H27-2: CP電極の構造最適化 (現状0.002→目標値0.1 C/cm2)」については，酸化銅多孔膜の形成はできたものの，十分に光活性と化学的安定性を両立できず，酸化銅多孔膜によるp型光蓄電池の開発は断念した．これに変わるものとしてCu2O/ZnOの電着積層膜の形成に取り組み，Cu2Oの電着による結晶成長制御に成功した．この制御技術をZnOに適用して，良質な固相発電膜を作ることで，目標値0.1 C/cm2を達成できると考えている．「H27-3: 上記目標値を実現するために厚膜が形成可能なナノ粉末含有ペーストの調合」については，本件にて導入した熱分析装置を用いてナノ粉末量に対する多孔化剤等の配合比を同定する手法を確立し，最適な配合比を見出すことで100μm程度の厚膜化に成功した．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成27年度の成果と進捗から，「H28-1: 更なる色素増感TP膜の光蓄電向上」と「H28-2: Cu2O/ZnOの電着積層による発電層の開発とTP蓄電層との接合形成」が平成28年度の課題となった．まずH28-1については，従来の研究計画に則るもので，更なる漏れ電流の抑制と共に電解質組成の探索に取り組む．H28-2については，平成27年度の成果を元に再構成した研究課題である．これについては，平成27年度にて取り組んだCu2O電着膜上にZnOを連続電着して，高効率な発電層の形成を目指す．これらの知見を積み重ねて，平成28年度の研究目的を一部再編して「光蓄電池の電解質の開発と電極実装技術およびシート化の基礎研究」として研究を進める．
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