- 【量子電池】batteniceを語ろう
844 ：名無しさん＠お腹いっぱい。[sage]：2014/01/04(土) 01:38:41.19 ID:a80/ocpH - https://patentimages.storage.googleapis.com/WO2012046325A1/JPOXMLDOC01-appb-D000010.png
図１０（Ａ）、（Ｂ）は、上記に説明した本発明による基本的な二次電池の充放電状態を説明する図である。
図１０（Ａ）は、充電状態を示している。
第１電極１４と第２電極２２に電源３０を接続して充電層１８に電界を加えると、第１電極１４の伝導帯から充電層１８内にある二酸化チタンのバンドギャップに形成されたエネルギー準位に電子が注入され、エネルギーを蓄え充電される。
このとき、ｐ型金属酸化物半導体層２０は、第２電極２０への電子の移動を防御している。
また、本発明の二次電池構造では、例えば第２電極２２がＩＴＯのように透明であれば図１０（Ａ）に示すように、太陽光３６を透明な第２電極２２側から照射することで、電子が充電層１８内に移動する。
即ち二次電池５０は充電される。勿論、基板１２と第１電極が透明であれば、基板１２側からの太陽光３６の照射でもよい。
二次電池は、基本的にｐ型半導体とｎ型半導体を電極で挟んだ構造となっており、このｐｎ接合に光起電力効果が発生する。
即ちｎ型領域の電子がｐ型領域に，ｐ型領域の正孔がｎ型領域に移動するのを遮る方向の電位である。
この状態にバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を照射すると，電子−正孔対（キャリア）が形成される。
電子および正孔は拡散によりｐｎ接合部に達し，ｐｎ接合の電界により電子はｎ型領域に、正孔はＰ領域に分離する。
本発明では、ｐ型金属酸化物半導体とｎ型金属酸化物半導体がｐｎ接合をしているが、ｎ型金属酸化物半導体は、二酸化チタンを紫外線により光励起構造変化させ、バンドギャップ中にエネルギー準位を形成しているから、
バンドギャップ以下のエネルギーによる光照射で、電子がエネルギー準位に注入される。
この過程により光を照射した場合でも、図１０（Ａ）で示したような、電源を接続したと同様の効果が発生し、充電層に電子が移動し充電する。
光を照射する場合は、電極が透明であることが必要である。
ＩＴＯは、透明な電極材料であり、光充電する場合に適している。
図１０（Ｂ）は、放電状態を説明する図である。
第１電極１４と第２電極２２に負荷３２を接続すると、充電層１８に注入されていた電子が第１電極１４に移動し、これによって負荷３２に電流が流れ、放電状態となる。放電によりエネルギーを失った場合は、再度充電して使用する。
|
- 【量子電池】batteniceを語ろう
848 ：名無しさん＠お腹いっぱい。[sage]：2014/01/04(土) 02:07:28.56 ID:a80/ocpH - ゼロからエネルギーを蓄えるキャパシタと違うって部分が、
「バンドギャップ以下のエネルギーによる光照射で、電子がエネルギー準位に注入される」
って部分だろうな
紫外線照射の高エネルギーで変わったバンドギャップ以内でのエネルギー蓄積にすぎない訳で、
マイナスから0まで達しない間の範囲で充電してるって事だろう
何で放電すると、紫外線照射で変わったマイナスな安定状態にまでエネルギーを放出できるのか？が謎
|
- 【量子電池】batteniceを語ろう
865 ：名無しさん＠お腹いっぱい。[sage]：2014/01/04(土) 14:14:07.23 ID:a80/ocpH - >>863
紫外線照射でn型半導体から電子が叩き出されてプラスに帯電してるのは書かれてる通り
ただ、キャパシタのように表面が帯電してる訳じゃなく、紫外線で内部も全部の電子が叩き出されて帯電してる
電気二重層コンデンサのように表面積に応じて帯電してるんじゃなく、体積全部が帯電してるんで面積当たりが違う数値になってて、
コンデンサとして見ると異様な体積充填率になってる
|
- 【量子電池】batteniceを語ろう
867 ：名無しさん＠お腹いっぱい。[sage]：2014/01/04(土) 14:45:22.61 ID:a80/ocpH - https://patentimages.storage.googleapis.com/WO2012046325A1/JPOXMLDOC01-appb-D000006.png
図６（Ａ），（Ｂ）は、ＩＴＯ５２と二酸化チタン５７の間に絶縁層６８が存在する場合に、光励起構造変化により新たなエネルギー準位の形成状態を説明するバンド図である。
伝導帯５８には、絶縁層６８による障壁が存在する。
図６（Ａ）は、二酸化チタン５７とＩＴＯ５２の間に絶縁層６８を有する場合に、紫外線６６を照射した状態である。
絶縁被膜された二酸化チタン５７に紫外線６６が照射されると、二酸化チタン５７の価電子帯６０にある電子６４が、伝導帯５８に励起される。
ＩＴＯ５２との界面付近では、この電子６４がある確率で絶縁層６６を通り抜けて一時的にＩＴＯ５２に移動する。
二酸化チタン５７の光励起構造変化は、電子の不在中に起こり、価電子帯６０の電子６４が抜けた部位の原子間距離が変化する。
このときのエネルギー準位７０は、バンドギャップ内に移動している。
図６（Ｂ）は、紫外線６６が照射されている間に上述した現象が繰り返し起こり、バンドギャップ内に多数のエネルギー準位７０が形成された状態である。
しかし、これらエネルギー準位７０に捕らえられるべき電子は紫外線６６により励起されてＩＴＯ５２に移動している。
こうして生じた電子不在のバンドギャップ内のエネルギー準位７０は、紫外線照射を終えた後も残存する。
絶縁層６８の役割はＩＴＯ５２と二酸化チタン５７との間に障壁を作り、励起された電子６４をトンネル効果により通過させ、電子不在のバンドギャップ内のエネルギー準位７０を形成することである。
ＩＴＯ５２に移動した電子６４は、絶縁層６８周辺の帯電電位によりＩＴＯ５２に留まる。
|
- 【量子電池】batteniceを語ろう
868 ：名無しさん＠お腹いっぱい。[sage]：2014/01/04(土) 14:51:17.92 ID:a80/ocpH - >>866
そこだけ読むと中和されてそうだが、
>>867の
＞こうして生じた電子不在のバンドギャップ内のエネルギー準位７０は、紫外線照射を終えた後も残存する。
ってので中和されずに残存してるって記述がされてる
>>844の
＞バンドギャップ以下のエネルギーによる光照射で、電子がエネルギー準位に注入される。
の部分のエネルギー量の上限がその残存してるバンドギャップ
中和されずに分極し続けてないと半導体のバンドギャップにならない
|
- 【量子電池】batteniceを語ろう
871 ：名無しさん＠お腹いっぱい。[sage]：2014/01/04(土) 15:05:58.15 ID:a80/ocpH - >>870
化学電池の場合の閉鎖系では、化学結合変化ってのはイオン価の変化って事だからな
分子単位のイオン価変化に変わって、半導体のバンドギャップに置き換えたって事だ
イオン価だって電荷の変化では有るが原子内の結合で安定化してるように、半導体のバンドギャップで安定化してる
|
- 【量子電池】batteniceを語ろう
879 ：名無しさん＠お腹いっぱい。[sage]：2014/01/04(土) 15:29:31.21 ID:a80/ocpH - >>877
馬鹿なイチャモン付けキャラでレスを稼いで注目を浴びてる素晴らしい技術だと見せてる業界関係者なんじゃ？って疑ってる
余りに毎日レス数を稼ごうとしすぎてるような
|
- 【量子電池】batteniceを語ろう
882 ：名無しさん＠お腹いっぱい。[sage]：2014/01/04(土) 15:53:58.88 ID:a80/ocpH - >>881
絶縁酸化被膜に覆われてるから、再結合はしないかと
絶縁酸化被膜の不良で再結合すると充電容量がその分減るって書いてるし
紫外線照射のエネルギーの高さから絶縁皮膜を通り抜けはするが、
再結合のために再度高エネルギーを得る状況は無いようだし
充電電圧など3V以下でやってるが、絶縁皮膜を通り抜けるには20V以上の高エネルギーが必要な状況かと
|
- 【量子電池】batteniceを語ろう
886 ：名無しさん＠お腹いっぱい。[sage]：2014/01/04(土) 22:28:46.46 ID:a80/ocpH - >>884
絶縁皮膜を含めた粉末はプラスに帯電しっぱなしな絶縁体扱いのままなんじゃね？
粉末表面に電子が帯電して電荷を中和してるから、その電荷で半導体状態になってるだけで
|
- 【量子電池】batteniceを語ろう
889 ：名無しさん＠お腹いっぱい。[sage]：2014/01/04(土) 23:06:29.20 ID:a80/ocpH - >>888
紫外線照射で原子レベルで電子を追い出してバンドギャップを作って維持してる以上、
化学バッテリー並みのエネルギー密度になって当然のような
|
- 【量子電池】batteniceを語ろう
892 ：名無しさん＠お腹いっぱい。[sage]：2014/01/04(土) 23:21:51.99 ID:a80/ocpH - http://www.hiroshima-u.ac.jp/upload/83/riezon/2010/hp/a-2kajiyama.pdf
原理 エネルギー密度 パワー密度 出力電圧
Ｌｉイオン電池 酸化還元反応 120 Wh/kg 300W/kg 3.8V
電気２重層電池 電気２重層(1nm厚) 1-5 Wh/kg 〜5W/kg 0〜3V
半導体２次電池 電子トラップ(結晶内部）1200 Wh/kg 測定中 〜3V
|