电化学器件的制作方法_4

文档序号:9872529阅读:来源:国知局
定。
[0127] (固体化合物层中所用的氧化还原物质在电解质溶液中的浓度)=(溶出浓度)
[0128] 另外,高分子优选具有交联结构。若具有交联结构,则可W抑制低分子量成分的溶 出。交联结构优选为化学交联结构。运是因为;化学交联结构具有比利用高分子链之间的缠 绕形成的物理交联结构高的稳定性。化学交联结构例如可W通过将交联剂混合而形成。例 如,只要相对于用于生成高分子的全部单体,例如混合O.lmol% W上、更优选混合Imol% W 上的交联剂即可。上限没有特别限制,例如为30mol% W下。若交联密度过高,则有时蓄电特 性降低。
[0129] 高分子凝胶层中所含的高分子例如为单体的聚合物,对应于1个单体的结构被称 作"重复单元(r巧eat unit)"。此处,简称为"单元"。单体并不限于巧巾,可W通过将巧巾W上 的单体聚合而生成高分子。例如,若将仅具有1个聚合性基团的单体(W下称作"单官能单 体"。)聚合,则可W得到链状的高分子。若向单官能单体中混合具有2个W上的聚合性基团 的单体(W下称作"多官能单体"。),则可W得到具有交联结构的高分子。另外,也可W通过 添加交联剂而将高分子链之间交联。
[0130] 本发明的实施方式的光电转换元件200A中所用的高分子具有可W反复氧化还原 的氧化还原部。氧化还原部是指可W利用氧化还原反应(Redox反应)稳定地授受电子的部 分,例如硝酷自由基等稳定自由基。另外,在构成高分子的单元当中,将具有氧化还原部的 单元称作氧化还原单元(或Redox单元),将氧化还原单元W外的单元称作"基本单元"。氧化 还原单元例如是指具有硝酷自由基的TEMP0(2,2,6,6-te1:ramethylpipe;ridine 1-0巧1)。 基本单元与氧化还原单元的键合例如既可W是在由基本单元构成的主链上作为侧链键合 氧化还原单元,也可W是基本单元与氧化还原单元都构成主链。基本单元及氧化还原单元 也可W分别包含多个种类的单元,另外,基本单元及氧化还原单元也可W分别包含与多官 能单体对应的交联单元。此处,为了便于说明,将单元与单体加 W对应,然而并不限定于此, 单元也可W是对应于低聚物或高分子的构成单位。
[0131] 用W下的通式(1)来表示上述的具有氧化还原部的高分子。
[Om] (Xi)njJk.....(I)
[0133] Xi表示基本单元,Y表示氧化还原单元。(Xi)n表示将n个的Xi键合而构成的基本聚 合单元。(Xi )nj表示高分子具有j个基本聚合单元(Xi )n,化表示高分子具有k个Y。!!是2 W上的 整数,j及k各自独立地为IW上的整数。n、j及k的上限例如为10万。氧化还原单元Y可W键合 在基本聚合单元(Xi)n的哪个位置都可W,此外,Xi及Y也可W分别为巧巾W上。予W说明,在Y 为巧巾W上时,从电子交换反应的观点出发,优选具有氧化还原电位彼此接近的氧化还原 部。
[0134] 作为具有氧化还原部的高分子,例如可列举具有化学键合了酿类的酿衍生物的高 分子、具有含酷亚胺的酷亚胺衍生物的高分子、具有含苯氧基的苯氧基衍生物的高分子、具 有含紫精的紫精衍生物的高分子等。
[0135] 上述的高分子当中,作为具有酿衍生物的高分子的例子,可列举具有下述的[化3] ~[化6]的化学结构的高分子。在[化3]~[化6]中,R表示亚甲基、亚乙基、丙烷-1,3-二締 基、亚乙基、丙烷-2,2-^基、链烧^基、亚苄基、亚丙基、亚乙締基、丙締-1,3-^基、1-了締-1,4-二基等饱和或不饱和控类;环己烧二基、环己締二基、环己二締二基、亚苯基、亚糞基、 亚联苯基等环状控类;乙二酷基、丙二酷基、下二酷基、戊二酷基、己二酷基、链烧二酷基、癸 二酷基、富马酷基、马来酷基、邻苯二甲酯基、间苯二甲酯基、对苯二甲酯基等酬基、2元酷 基;氧基、氧基亚甲基氧基、氧基幾基等酸、醋类硫基(fvレフアシッ^/レ)、琉基(fvレフア 二/W、横酷基等含硫基团;亚氨基、次氮基、亚阱基、偶氮基、连氮基、重氮亚氨基、亚脈基、 酷胺等含氮基团;硅烷二基、二硅烷-1,2-二基等含娃基团;或将运些基团的末端取代而得 的基团或复合化而得的基团。
[0136] [化3]是在主链上化学键合蔥酿而构成的高分子的例子。[化4]是用含有蔥酿的基 本单元构成主链的高分子的例子。另外[化5]是具有包含蔥酿的交联单元的高分子的例子。 此外[化6]是具有与氧原子形成分子内氨键的质子供给性基团的蔥酿的例子。
[0145]另外,作为氧化还原单元Y具有酷亚胺衍生物的高分子,可W使用[化7]、[化引中 所示的聚酷亚胺。此处,在[化7]、[化8]中,Ri~R3为亚苯基等芳香族基、亚烷基、烷基酸等脂 肪族链、酸基,去掉Ri~R3的部分是氧化还原单元Y。聚酷亚胺骨架也可W用Ri~R3的部分交 联。予W说明,邻苯二甲酯亚胺、均苯四甲酯亚胺具有氧化还原性。
[0150]另外,作为具有苯氧基衍生物的高分子,例如可列举如[化9]中所示的carbinoxy 高分子。在该carbinoxy高分子中,[化10]中所示的carbinoxy自由基相当于氧化还原部。 [化10]中"?"表示未成对电子。
[0155]另外,作为具有紫精衍生物的高分子,例如可列举如[化11]、[化12]中所示的聚紫 精。在该聚紫精中,[化13]中所示的部分相当于氧化还原单元Y。

[0162] 予W说明,[化1]~[化3]、[化5]~[化7]、[化9]及[化10]中的m及n表示各单元的 重复数(对应于聚合度),是1或2W上的整数,上限例如为10万。
[0163] 作为氧化还原部具有稳定自由基的高分子例如具有稳定自由基之间的电荷交换 快的优点。稳定自由基在电化学的氧化反应或电化学的还原反应中的至少一个反应过程中 生成自由基。稳定自由基种类没有特别限定,然而优选为硝酷自由基(NO ?)。
[0164] 具有稳定自由基的高分子中,作为上述通式(1)的氧化还原单元Y,例如包含W下 的[化14]及[化1引中的至少一方。
[01化]【化14】
[0167] [化14]中,取代基Ri是取代或未取代的碳数2~30的亚烷基、碳数2~30的亚締基、 或碳数4~30的亚芳基,X除了硝酷自由基W外,还优选氧自由基、硫自由基、阱自由基、碳自 由基、或棚自由基等。为2W上的整数。
[0168] 【化15】
[0170] [化15]中,取代基R2及R3各自独立地为取代或未取代的碳数2~30的亚烷基、碳数2 ~30的亚締基、或碳数4~30的亚芳基,Y为氮氧自由基、硫自由基、阱自由基、或碳自由基, n2为2W上的整数。
[0171] 作为[化14]及[化15]中所示的稳定自由基Y-,例如可列举氧自由基、硝酷自由 基、碳自由基、氮自由基、棚自由基、硫自由基等。
[0172] 作为氧自由基的具体例,例如可列举W下的[化16]、[化17]中所示的芳基氧自由 基、[化1引中所示的半酿自由基等。
[0173] 【化16】
[0175]【化17】
[0179] [化16]~[化I引中,取代基R4~R7各自独立地为氨原子、取代或未取代的脂肪族或 芳香族的碳数1~30的控基、面素基、径基、硝基、亚硝基、氯基、烷氧基、芳氧基或酷基。
[0180] 作为硝酷自由基的具体例,可列举具有W下述[化19]表示的赃晚氧环的稳定自由 基、具有W[化20]表示的化咯烧氧环的稳定自由基、具有W[化21]表示的化咯嘟氧环的稳 定自由基、具有W[化22]表示的氮氧自由基(nitronyl nitroxide)结构的稳定自由基等。

[0189] [化19]~[化划中,R8~RU及RA~rL各自独立地为氨原子、取代或未取代的脂肪族 或芳香族的碳数1~30的控基、面素基、径基、硝基、亚硝基、氯基、烷氧基、芳氧基或酷基。另 夕h在[化22]中,n 4为2W上的整数。
[0190] 另外,作为硝酷自由基的具体例,可列举W下面的[化23]表示的具有3价的阱基的 自由基、W[化24]表示的具有3价的四联氮基(verdazyl)的自由基、W[化2引表示的具有氨 基S嗦结构的自由基等。
[0197] [化23]~[化25]中,Rii~Ri9各自独立地为氨原子、取代或未取代的脂肪族或芳香 族的碳数1~30的控基、面素基、径基、硝基、亚硝基、氯基、烷氧基、芳氧基或酷基。
[0198] 具有[化14]~[化25]中所示的自由基的高分子的稳定性优异,其结果是,可W在 光电转换元件或储能元件中稳定地使用,因此可W获得稳定性优异而且响应速度优异的光 电转换元件。
[0199] 作为具有稳定自由基的高分子,例如可列举W下述[化26]~[化29]表示的硝酷自 由基高分子。
[0200] 【化26】
[0208] [化26巧Ij[化29]中的n表示单元的重复数(对应于聚合度),是IW上的整数,上限 例如为10万。
[0209] 高分子凝胶层优选还含有导电助剂。具有稳定自由基作为氧化还原部的高分子凝 胶在电解质溶液中具有导电性,然而通过混合导电助剂,可W进一步降低内部电阻。因此, 可W实现光电转换元件的充放电容量的增加、提高放电的速率。导电助剂例如为低电阻的 微粒,可W使用导电性碳、石墨、金属单质、渗杂质的半导体等。特别是,例如可W适合使用 气相生长碳纤维、碳纳米管等碳材料。微粒的粒径例如为1 nm~10 0皿,优选为1 nm~10皿,更 优选为Inm~1皿。另外,也可W使用纵横比高的粒子。
[0210] <电荷蓄积电极〉
[0211] 电荷蓄积电极55A如上所述例如具有氧化物导电层54、形成于氧化物导电层54上 的金属层56和形成于金属层56上的电荷蓄积层58。电荷蓄积层58例如除了氧化鹤与导电性 碳的混合物W外还可W使用分散有石墨的树脂(电容器用活性物质)、聚十甲基二茂铁等氧 化还原物质(例如可W氧化还原的高分子化合物)或专利文献1中记载的聚化咯等导电性高 分子形成。
[0212] 予W说明,本发明的其他实施方式的光电转换元件具备例如光阴极来代替上述的 光电转换元件200A~200C中的光阳极15A、15B及15C。此种光电转换元件也具有蓄电功能。 作为光阴极,例如可W使用在氧化儀上担载有敏化剂的光阴极。
[0213] 接着,参照图5,对本发明的其他实施方式的电化学器件进行说明。在图5所示的电 化学器件300中,上述第一电极为紫精电极15D,上述第二电极为蓄电正极35D,上述第=电 极为蓄电负极55D。
[0214] 电化学器件300为通过与蓄电容量对应地改变紫精电极15D所具有的紫精层16d的 色调而能够目视蓄电余量的蓄电器件。
[0215] 在此,蓄电正极3加可W使用通常的二次电池的正极材料来形成。另外,在蓄电负 极5加中可W使用通常的二次电池的负极材料。另外,紫精电极1加通过在透明导电层14上 形成紫精导电层16d而得到。紫精导电层16d通过形成担载有l,r-二甲基-4,4'-联化晚二 氯化物(惯用名:紫精)的多孔导电层或者将骨架内具有紫精的高分子成膜而形成。
[0216] 图5所示的电化学器件300的各构成要素例如如W下所示。
[0217] 基板:玻璃基板厚度Imm
[021引蓄电正极35D(透明导电层34):渗氣的Sn02层(表面电阻100/口)
[0219]固体化合物层22:聚((2,2,6,6-四甲基赃晚-1-氧基-氧基-4-基)-缩水甘油基酸) 与气相生长碳纤维的混合物(质量比2:1)
[0220] 紫精电极15D
[0221] 透明导电层14:渗氣的Sn化层(表面电阻10 Q /□)
[0222] 紫精导电层16d:在ZnO多孔层中担载有甲基紫精的导电层(例如可W W化no Lett .,Vol. 8 ,No. 7,2008等作为参考来形成。)
[0223] 电解质溶液24:将高氯酸裡溶解于O.lmol/L、乙腊的电解质溶液
[0224] 基板52:玻璃基板厚度Imm [02巧]蓄电负极55D
[0226] 氧化物导电层54:渗氣的Sn化层(表面电阻IOQ/□)
[0227] 金属层56:销层
[0228] 电荷蓄积层58:将氧化鹤(W〇3)和气相生长碳纤维W质量比5:1混合的材料
[0229] [实施例
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