Intercalative and non-intercalative photo-recharge using all-solid-state cells for solar energy conversion and storage

太陽光エネルギー変換と貯蔵のための全固体電池を用いた挿入・非挿入的な光充電に関する研究

吉本 将隆*; 田村 和久   ; 渡邊 健太*; 清水 啓佑*; 堀澤 侑平*; Kobayashi, Takeshi*; Tsurita, Hanae*; 鈴木 耕太*; 菅野 了次*; 平山 雅章*

Yoshimoto, Masataka*; Tamura, Kazuhisa; Watanabe, Kenta*; Shimizu, Keisuke*; Horisawa, Yuhei*; Kobayashi, Takeshi*; Tsurita, Hanae*; Suzuki, Kota*; Kanno, Ryoji*; Hirayama, Masaaki*

1つのデバイスで、効率的に太陽光エネルギーを化学エネルギーに変換可能である光再充電システムは、太陽光を効率的に使用するのに重要である。光-(デ)インターカレーションは、光再充電システムの機能において重要な役割を果たしている。しかしながら、光-(デ)インターカレーション過程は、電解液の分解や電極材料の溶出などの副反応などのため、いまだ十分に理解されていない。本研究では、エピタキシャル成長させて作成したNbドープのアナターゼTiO薄膜から構成される薄膜全固体電池を用いて光応答Liデインターカレーションに成功したことを示す。光照射下、放電時は、Liのデインターカレーションが起き、引き続いて、可逆的にTiOにインターカレーションする。さらに、光照射下では、充電容量の一部はキャパシタと同様、インターカレーションに寄らない電子移動に基づいていることがわかった。

Photo-rechargeable systems, which can efficiently convert and store solar energy into chemical energy within single devices, are essential to harness sunlight effectively. Photo-(de)intercalation plays a pivotal role in the functionality of photorechargeable systems. Nevertheless, the photo-(de)intercalation process has not been conclusively confirmed owing to potential interference from side reactions, such as the decomposition of liquid electrolytes and the elution of electrode materials. In this study, we successfully demonstrated photo-responsive Li-deintercalation using an all-solid-state thin-film battery comprised of epitaxially-grown anatase TiO doped with Nb (a-TiO:Nb) as the cathode. Under light irradiation, Li-deintercalation occurred and was subsequently reversibly intercalated into a-TiO:Nb during discharge.