JP2006004832A - 電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 新規バックアップ用二次電池を具備することで、小型化、薄型化、軽量化に対応し、かつ、該バックアップ用二次電池の充電に係る手間を省いた電源回路を提供すること。
【解決手段】 主電源と、メモリ素子を備えた動作部と、主電源監視部と、バックアップ用二次電池を具備する電源回路であって、
前記バックアップ用二次電池が発電部と充電部を具備してなり、
前記発電部が、少なくとも、第１の電極が配置された酸性媒体と、第２の電極が配置された塩基性媒体と、を備え、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体が互いに隣接若しくは近設されてなり、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体の少なくともいずれかに反応物質が含有されてなり、
前記充電部が、前記発電部における発電により生成した発電生成物から、前記反応物質を再生する反応物質再生手段を備えることを特徴とする電源回路。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電源回路に関し、特に、酸性媒体とそれに接した塩基性媒体とを利用したバックアップ用二次電池を使用した電源回路に関する。

従来より、多くの電子機器において電源回路が用いられている。この電源回路は、一般に、動作部全体に電源を供給する主電源と、中央演算処理装置（ＣＰＵ）用のメモリ素子から構成される動作部と、動作部のバックアップを目的とするバックアップ用二次電池と、で構成されており、主電源からの電源の供給が停止した時に、電源の供給を、主電源からバックアップ用二次電池に切り換えることによってメモリ素子の記憶を保持させておくことができるものである。
近年、電子機器は、小型化、薄型化、軽量化の傾向が著しく、特にＯＡ機器の分野においては小型軽量化が進んでおり、それに伴い、電子機器を構成する各部品に対しても小型軽量化の要望が非常に大きく、それに従い、電源回路も、小型化、薄膜化、軽量化に対応する必要性が出てきた。

電源回路の構成部材であるバックアップ用二次電池としては、ボタン型、コイン型等の二次電池が知られている。これらの二次電池は、例えば、リチウムイオン二次電池（例えば、特許文献１参照。）の場合、電気エネルギー量に優れ、また、充電による再利用が可能であるが、リチウムが空気中の水分や酸素に対して非常に不安定な発火物であるため、その危険性を回避するためには電池のパッケージングや使用環境に十分な安全対策を払わねばならない問題を有していた。また、このような二次次電池は、危険性の回避のために、パッケージングを厳重にする必要があるため、電池の形状及び大きさに対して構造上の制限が加わり、薄膜化、小型化、軽量化の要望に充分に対応できるものではなかった。
更に、このような二次電池は、充電により再利用する際、外部の充電装置を用いるため、充電の度に電池を着脱する手間が必要であった。
このようなことから、上記の二次電池を具備する電源回路自体の小型化、薄型化、及び軽量化が未だ不充分であり、また、充電に手間がかかるという問題を有しているのが現状である。
特開平４−２３７９６９号公報

以上から、本発明は上記従来の課題を解決することを目的とする。
即ち、本発明は、新規バックアップ用二次電池を具備することで、小型化、薄型化、軽量化に対応し、かつ、該バックアップ用二次電池の充電に係る手間を省いた電源回路を提供することを目的とする。

上記目的は下記の本発明により達成される。
即ち、本発明は、主電源と、メモリ素子を備えた動作部と、主電源監視部と、バックアップ用二次電池を具備する電源回路であって、
前記バックアップ用二次電池が発電部と充電部を具備してなり、
前記発電部が、少なくとも、第１の電極が配置された酸性媒体と、第２の電極が配置された塩基性媒体と、を備え、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体が互いに隣接若しくは近設されてなり、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体の少なくともいずれかに反応物質が含有されてなり、
前記充電部が、前記発電部における発電により生成した発電生成物から、前記反応物質を再生する反応物質再生手段を備えることを特徴とする。

また、本発明の電源回路における主電源監視部は、主電源から供給される電力が所定値以下に下がった時に、バックアップ用二次電池の電力をメモリ素子に供給させるように作用する切り換え手段を備えていることを特徴とする。

本発明の電源回路に用いられるバックアップ用二次電池においては、下記第１〜第１８の態様が少なくとも１つ適用されていることが好ましい。
（１）第１の態様は、前記充電部が、前記発電生成物から、前記酸性媒体及び／又は前記塩基性媒体を再生する媒体再生手段を更に備える態様である。
（２）第２の態様は、前記酸性媒体が酸性水溶液からなり、かつ、前記塩基性媒体が塩基性水溶液からなる態様である。
（３）第３の態様は、前記反応物質が、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体のそれぞれに含有されてなる態様である。
（４）第４の態様は、前記酸性媒体に含有される前記反応物質としての第１の物質と、前記塩基性媒体に含有される前記反応物質としての第２の物質とが、同一の物質である態様である。
（５）第５の態様は、前記反応物質が、過酸化水素である態様である。

（６）第６の態様は、前記反応物質再生手段が、陽極と陰極とを有し、前記陰極に前記発電生成物である酸素及び水を供給して、前記過酸化水素を再生する手段である態様である。
（７）第７の態様は、前記媒体再生手段が、陽イオン交換膜、バイポーラ膜及び陰イオン交換膜を配置して、塩室、酸室及び塩基室を形成させ、前記塩室に前記発電生成物である中和塩水溶液を供給して電気透析を行い、前記酸室及び前記塩基室のそれぞれから、前記酸性水溶液及び前記塩基性水溶液を排出させる３室セル方式のセルを具備する態様である。
（８）第８の態様は、前記発電部において、前記酸性水溶液と前記塩基性水溶液とがその内部で層流を形成する流路構造が設けられている態様である。

（９）第９の態様は、前記酸性水溶液が、硫酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、塩化水素酸、ヨウ化水素酸、臭化水素酸、過塩素酸、過ヨウ素酸、オルトリン酸、ポリリン酸、硝酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロ珪酸、ヘキサフルオロリン酸、ヘキサフルオロ砒酸、ヘキサクロロ白金酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、クエン酸、蓚酸、サリチル酸、酒石酸、マレイン酸、マロン酸、フタル酸、フマル酸、及びピクリン酸からなる群より選択される酸を１以上含む態様である。
（１０）第１０の態様は、前記塩基性水溶液が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム、水酸化アンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、及び水酸化テトラブチルアンモニウムを含む群から選択される塩基を１以上含む、又は、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、トリポリリン酸ナトリウム、トリポリリン酸カリウム、アルミン酸ナトリウム、及びアルミン酸カリウムを含む群から選択されるアルカリ金属塩を１以上含む態様である。

（１１）第１１の態様は、前記酸性媒体が酸性のイオン伝導性ゲルから構成され、かつ、前記塩基性媒体が塩基性のイオン伝導性ゲルから構成される態様である。
（１２）第１２の態様は、前記酸性のイオン伝導性ゲルが、酸性水溶液を水ガラス、無水二酸化ケイ素、架橋ポリアクリル酸、又はその塩類によりゲル化してなる態様である。
（１３）第１３の態様は、前記塩基性のイオン伝導性ゲルが、塩基性水溶液をカルボキシメチルセルロース、架橋ポリアクリル酸、寒天、又はその塩類によりゲル化してなる態様である。

（１４）第１４の態様は、前記第１の電極が、白金、白金黒、酸化白金被覆白金、銀、金、表面を不動態化したチタン、表面を不動態化したステンレス、表面を不動態化したニッケル、表面を不動態化したアルミニウム、炭素構造体、アモルファスカーボン、及びグラッシーカーボンからなる群より選択される１以上の材料から構成される態様である。
（１５）第１５の態様は、前記第２の電極が、白金、白金黒、酸化白金被覆白金、銀、金、表面を不動態化したチタン、表面を不動態化したステンレス、表面を不動態化したニッケル、表面を不動態化したアルミニウム、炭素構造体、アモルファスカーボン、及びグラッシーカーボンからなる群より選択される１以上の材料から構成される態様である。

（１６）第１６の態様は、前記第１の電極及び第２の電極が、板状、薄膜状、網目状、又は繊維状である態様である。
（１７）第１７の態様は、前記第１の電極及び前記第２の電極が、無電解メッキ法、蒸着法、又はスパッタ法により、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体のそれぞれ配置されてなる態様である
（１８）第１８の態様は、前記反応物質再生手段の前記陽極と前記陰極とに直流電流を印加する直流電源を、更に備える態様である。

本発明によれば、新規バックアップ用二次電池を具備することで、小型化、薄型化、軽量化に対応し、かつ、該バックアップ用二次電池の充電に係る手間を省いた電源回路を提供することができる。

以下、本発明の電源回路について詳細に説明する。
本発明の電源回路は、主電源と、メモリ素子を備えた動作部と、主電源監視部と、バックアップ用二次電池と、を具備する。以下、本発明の電源回路の構成について、図１を参照して、説明する。ここで、図１は、本発明の電源回路の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本発明の電源回路は、主電源９１と、中央演算処理装置（ＣＰＵ）９３及びそのメモリ素子９４を備える動作部９２と、主電源監視部９５と、バックアップ用二次電池９６と、を備えることを要する。

主電源９１は、一般的な商用電源やバッテリーなどを指し、ＣＰＵ９３やそのメモリ素子９４を含む動作部９２を駆動させるのに充分な電力を供給するものであれば、特に制限されるものではない。
通常、動作部が中央演算処理装置（ＣＰＵ）とそのメモリ素子であるＲＡＭメモリとを備える場合、５Ｖの電圧と、約５ｍＡの電流を供給すればよい。

本発明の動作部９２とは、中央演算処理装置（ＣＰＵ）９３と、そのメモリ素子９４と、を含むものであれば、特に制限されるものではない。この動作部９２の構成は、ほとんどの電子機器に含まれる基本構造となる。

主電源監視部９５は、主電源９１の電力供給状態を監視するものであり、主電源９１から供給される電力が所定値以下に下がった時に、バックアップ用二次電池９６の電力をメモリ素子９４に供給させるように作用する切り換え回路を備えたものであれば、特に制限されるものではない。具体的には、このような切り換え回路を備えたＩＣチップであることが好ましい。
通常、ＣＰＵの動作を停止した時、そのＣＰＵのＲＡＭメモリの記憶を保持するためにバックアップ用二次電池から供給されるバックアップ用電圧及び電流は、３Ｖ、１０μＡ程度で充分である。

バックアップ用二次電池９６は、主電源９１から動作部９２への電力の供給が所定値以下になった時に、ＣＰＵ９３のメモリ素子９４の記憶を保持させる目的で用いられる。
バックアップ用二次電池９６は、大きく分けて（１）発電部と（２）充電部との２部から構成される。以下、（１）発電部及び（２）充電部についてそれぞれ説明する。

（１）発電部：
（１）発電部は、第１の電極が配置された酸性媒体と、第２の電極が配置された塩基性媒体とを備えてなる。そして、酸性媒体及び塩基性媒体は互いに隣接若しくは近設してなり、酸性媒体及び塩基性媒体の少なくともいずれかに反応物質が含有されてなる。
本発明の電池は、上述の各部材を備える構成を有するバイポーラー型の電池である。そして、後述する充電部の再生手段と組み合わせることで、二次電池とすることが可能となる。なお、本発明において、バイポーラー型の電池とは、酸性媒体と塩基性媒体とが隣接若しくは近設し、これらの中に電気エネルギーを取り出すための物質（反応物質）と電極が含まれる構成を有するものである。

酸性媒体又は塩基性媒体に含有される反応物質は、下記のような作用により正極側及び／又は負極側での電極反応を生じさせ、効率のよい電気エネルギーの発生を可能とする。即ち、かかる反応物質が、酸性媒体又は塩基性媒体に存在しないと、電池としての十分な起電力が得られないことになる。
例えば、上記反応物質が、酸性媒体及び塩基性媒体のそれぞれに含有されてなる場合、酸性媒体中の反応物質である第１の物質は、その酸性媒体中に含まれる水素イオンを伴って第１の電極から電子を奪う反応を生じさせる。一方、塩基性媒体中の反応物質である第２の物質は、その塩基性媒体中に含まれる水酸化物イオンを伴って第２の電極へと電子を供与する反応を生じさせる。これらの反応により、電池としての起電力が得られる。

特に、バックアップ用二次電池９６は、まず、（１）上記の酸性媒体中又はこれに接触する電極近傍で第１の物質及び水素イオンが共存し、共に反応系物質として第１の電極から電子を奪う（酸化する）反応を引き起こす。また、（２）上記塩基性媒体中或いはこれに接触する電極近傍で第２の物質及び水酸化物イオンが共存し、共に反応系物質として電極に電子を与える（還元する）反応を引き起こす。このような（１）及び（２）の反応が同時に進行して、メモリ素子９４の記憶を保持させるための電気エネルギーを発生する。

なお、バックアップ用二次電池９６は、バイポーラー型反応場において、酸性媒体中の水素イオンは、第１の物質による第１の電極から電子を奪う反応に加わり、また、その濃度増加は反応を促進する（化学平衡を生成系方向にずらす）作用を有する。一方、塩基性媒体を構成する水酸化物イオンは、第２の物質による第２の電極へと電子を供与する反応に加わり、また、その濃度増加は反応を促進する作用を有する。このため、水素イオン濃度或いは水酸化物イオン濃度を高くする、即ち、酸性媒体中ではｐＨを低くし、塩基性媒体ではｐＨを高くすることで反応を増強させることが可能となり、出力を高めることが可能な構成を有している点でも有効である。

以下、（１）発電部を構成する各部材について、詳細に説明する。
（酸性媒体及び塩基性媒体）
本発明において、酸性媒体は、ｐＨ７未満（好ましくは、ｐＨが３以下）である媒体を指し、水素イオンが存在する酸性反応場を形成し得ることが好ましい。また、塩基性媒体はｐＨ７を超える（好ましくは、ｐＨが１１以上）媒体を指し、水酸化物イオンが存在する塩基性反応場を形成し得ることが好ましい。
これらの酸性媒体及び塩基性媒体としては、それぞれが独立に、液体状態、ゲル状態、固体状態のいずれの態様であってもよいが、両媒体が同じ態様であることが好ましい。また、酸性媒体及び塩基性媒体としては、有機化合物、無機化合物の種類に関らず用いることができる。

酸性媒体と塩基性媒体との好ましい組み合わせは、例えば、硫酸や塩酸、リン酸等の酸性水溶液と、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、アンモニウム化合物等の塩基性水溶液と、の水溶液の組み合わせ；それらの水溶液をゲル化剤によってゲル化したイオン伝導性ゲルの組み合わせ；などが挙げられる。

より具体的には、酸性水溶液としては、硫酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、塩化水素酸、ヨウ化水素酸、臭化水素酸、過塩素酸、過ヨウ素酸、オルトリン酸、ポリリン酸、硝酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロ珪酸、ヘキサフルオロリン酸、ヘキサフルオロ砒酸、ヘキサクロロ白金酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、クエン酸、蓚酸、サリチル酸、酒石酸、マレイン酸、マロン酸、フタル酸、フマル酸、及びピクリン酸からなる群より選択される酸を１以上含む水溶液を用いることが好ましく、中でも、強酸である、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸を含むことがより好ましい。

また、塩基性水溶液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム、水酸化アンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、及び、水酸化テトラブチルアンモニウムを含む群から選択される塩基を１以上含む、又は、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、トリポリリン酸ナトリウム、トリポリリン酸カリウム、アルミン酸ナトリウム、及びアルミン酸カリウムを含む群から選択されるアルカリ金属塩を１以上含む水溶液を用いることができ、中でも、強塩基である、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを含むことがより好ましい。

更に、酸性媒体としての酸性のイオン伝導性ゲルは、上記のような酸性水溶液を、水ガラス、無水二酸化ケイ素、架橋ポリアクリル酸、又はその塩類などのゲル化剤を用いて、ゲル化したものが好ましい。
一方、塩基性媒体としての塩基性のイオン伝導性ゲルは、上記のような塩基性水溶液を、例えば、カルボキシメチルセルロース、架橋ポリアクリル酸やその塩類、をゲル化剤として用いて、ゲル化したものが好ましい。
なお、上記の酸や塩基は、１種のみを用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。また、ゲル化剤の使用方法も同様である。

（１）発電部において、酸性媒体及び塩基性媒体は、互いに隣接若しくは近設することを必須とするが、これは、酸性媒体中で水素イオンを放出することにより生成した対陰イオンと、塩基性媒体中で水酸化物イオンを放出したことにより生成した対陽イオンと、により塩を形成させて電荷のバランスをとることを可能とするためである。そのため、例えば、上述のように、両媒体が、酸性水溶液と塩基性水溶液とからなる場合、生成した陽イオン及び／又は陰イオンを透過可能な特性を有している膜、或いは、生成した陽イオン及び／又は陰イオンが移動可能な塩橋を用いれば、酸性媒体と塩基性媒体との間が分離される態様であってもかまわない。また、それぞれの全体が隣接している必要はなく、その一部が隣接していればよい。

（反応物質）
反応物質は、酸性媒体中に含有させる場合は、当該酸性媒体中で、水素イオンを伴って第１の電極から電子を奪う酸化反応を生成させる物質（酸化剤）であれば、如何なるものをも用いることができる。一方、塩基性媒体中に含有させる場合は、当該塩基性媒体中で、水酸化物イオンを伴って第２の電極へと電子を供与する還元反応を生成させる物質（還元剤）であれば、如何なるものをも用いることができる。
ここでは、好ましい態様として、酸性媒体に含有される反応物質としての第１の物質、及び、塩基性媒体に含有される反応物質としての第２の物質を例に、以下詳細に説明する。

第１の物質としては、水素イオン濃度が高い場合に反応が促進される物質であることが好ましい。具体的には、過酸化水素や酸素のほか、次亜塩素酸、次亜臭素酸、次亜ヨウ素酸等の次亜ハロゲン酸等を用いることができる。また、これらの物質を含有する液体、或いは、化学変化によってこれらの物質を放出する液体、の状態で第１の物質を供給するようにしてもよい。

また、第２の物質としては、水酸化物イオン濃度が高い場合に反応が促進される物質であることが好ましい。具体的には、過酸化水素、水素、ヒドラジン等を用いることができる。また、これらの物質を含有する液体、或いは、化学変化によってこれらの物質を放出する液体、の状態で第２の物質を供給するようにしてもよい。

第１の物質又は第２の物質としては、鉄、マンガン、クロム、バナジウムといった酸化・還元反応によって価数を変化できる金属イオンや、それらの金属錯体を用いることができ、やはりこれらを含有する液体等を用いてこれらの物質を供給することもできる。

上記の中でも、第１の物質及び第２の物質が、同一成分からなることが好ましい。このような物質は、酸性媒体中で、水素イオンを伴って第１の電極から電子を奪う酸化反応を生成させ、塩基性媒体中では、水酸化物イオンを伴って第２の電極へと電子を供与する還元反応を起こさせる性質を有する。この場合には、電池の構成が容易になり、従来の電池で大きな課題であった正極側と負極側の化学物質の分離膜の選択の自由度が拡がるとともに、酸性媒体と塩基性媒体が混合されない状態に保てる場合には必ずしも分離膜を必要としない。

酸化剤及び還元剤のどちらにも使用できる物質としては、特に過酸化水素が好ましい。この理由については後で詳細に説明する。なお、過酸化水素を含有する液体、或いは、化学変化によって過酸化水素を放出する液体を用いて、過酸化水素を供給することが、取り扱いがより簡易になる点で好ましい。過酸化水素の供給手段である「液体」は、溶液（溶媒として、水、有機溶媒等を含む）、分散液、ゲルの形態のいずれであってもよい。また、これらの使用形態は、上述した酸性媒体及び塩基性媒体の形態との好ましい組み合わせにより選択されることが望ましい。
また、過酸化水素濃度は、後述するよう反応式から明らかなように、反応が過不足なく進むことから、酸性媒体中の水素イオン濃度及び塩基性媒体中の水酸化物イオン濃度と１（過酸化水素）：２（水素イオン、水酸化物イオン）とすることが好ましく、酸性媒体中の水素イオン濃度と塩基性媒体中の水酸化物イオンの濃度を同じとすることがより好ましい。
また、過酸化水素は、反応開始以前から媒体中に混合若しくは分散されるか、電極の近傍に設置された流路を通して、或いは、毛細管への染込みを利用して、或いは直接的に媒体へ添加される方式としてもよい。

このような構成によれば、電極での反応に水素イオンＨ⁺と水酸化物イオンＯＨ^-が関与する場合、酸性媒体中で第１の物質が水素イオンＨ⁺を伴って第１の電極から電子を奪う酸化反応を生じさせ、塩基性媒体中で第２の物質が水酸化物イオンＯＨ^-を伴って電極へと電子を供与する還元反応を生じさせる。このとき、酸性媒体中での酸化反応による起電力は、塩基性媒体中で酸化反応させるよりも、原理的に大きくなる。これは、水素イオンＨ⁺が反応系の物質であるため、水素イオン濃度の高い酸性媒体中では化学平衡が生成系に傾き、結果として酸化電位を高くするためである。また、塩基性媒体中での還元反応による起電力は、酸性媒体中で還元反応させるよりも、原理的に大きくなる。これは、水酸化物イオンＯＨ^-が反応系の物質であるため、水酸化物イオン濃度の高い塩基性媒体中では化学平衡が生成系に傾き、結果として酸化電位を低くするためである。
このため、本発明のバイポーラー型電池の構成では、電極における酸化・還元反応により生ずる起電力が、電池から得られる電圧の主体的な源であり、電池内部の中和反応の発生箇所が変動する性質を有する領域での起電力が主体的となるバイポーラー型の電池と比べて、安定に電力を発生させることができる。

（第１の電極及び第２の電極）
本発明において、第１の電極は正極であり、第２の電極は負極として機能する。これら第１の電極及び第２の電極の材質としては、従来の電池における電極と同様のものを用いることができる。より具体的には、第１の電極（正極）として、白金、白金黒、酸化白金被覆白金、銀、金等が挙げられる。また、表面を不動態化したチタン、ステンレス、ニッケル、アルミニウム等が挙げられる。更に、グラファイトやカーボンナノチューブ等の炭素構造体、アモルファスカーボン、グラッシーカーボン等が挙げられる。ただし、耐久性の点から、白金、白金黒、酸化白金被覆白金がより好ましい。

第２の電極（負極）としては、白金、白金黒、酸化白金被覆白金、銀、金等が挙げられる。また、表面を不動態化したチタン、ステンレス、ニッケル、アルミニウム等が挙げられる。更に、グラファイトやカーボンナノチューブ等の炭素構造体、アモルファスカーボン、グラッシーカーボン等が挙げられる。ただし、耐久性の点から、白金、白金黒、酸化白金被覆白金がより好ましい。

本発明において、第１の電極及び第２の電極のいずれもが、板状、薄膜状、網目状、又は繊維状であることが好ましい。特に、本発明の実施形態の場合は、電池内で発生した気体の排出流路となるべく、網目状であることが好ましい。ここで、「網目状」とは、少なくとも、排出しようとする気体が通り抜けられる貫通路が存在する多孔質状態であることを指す。

網目状の電極として、具体的には、金属製のメッシュやパンチングメタル板、発泡金属シートに、上記の電極用材料を、無電解メッキ法、蒸着法、又はスパッタ法によって付着させてもよいし、また、セルロースや合成高分子製の紙類に、同様の方法或いはその組合せを用いて上記の電極用材質を付着させてもよい。
また、第１の電極及び第２の電極が、イオン交換樹脂やイオン伝導性ゲルのような形状保持性の高い両媒体に配置される場合、かかるイオン交換樹脂やイオン伝導性ゲルの表面に、所望の電極用材料を、無電解メッキ法、蒸着法、又はスパッタ法を用いて配置することも好ましい態様である。

（発電機構）
（１）発電部における発電機構は、第１の電極が配置された酸性媒体と、第２の電極が配置された塩基性媒体とを互いに隣接若しくは近設させた状態で、酸性媒体及び塩基性媒体の少なくともいずれかに含有されてなる反応物質により、酸性媒体中での酸化反応及び／又は塩基性媒体中での還元反応を生じさせて、発電を行う発電方法である。そして、反応物質が、発電により生成する発電生成物から、再び反応物質を再生して酸性媒体及び前記塩基性媒体の少なくともいずれかに供給されるものである。

このような発電機構によれば、電極における酸化・還元反応により生ずる起電力が、電池から得られる電圧の主体的な源となり、その結果、安定に電力を発生させることができる。また、後述するような（２）充電部を用いることで、簡易な構成で電解質構成成分（反応物質や酸性媒体及び塩基性媒体）の再利用を図りながら充放電が可能となる。

（１）発電部における発電機構は、以下に説明する通りになると考えられる。
即ち、酸性媒体に含有される第１の物質が水素イオンを伴って第１の電極から電子を奪う反応を生じさせ、かつ、塩基性媒体に含有される第２の物質が水酸化物イオンを伴って第２の電極へと電子を供与する反応を生じさせて発電が起こると考えられる。
この反応により、第１物質及び第２の物質が内部エネルギーの低い複数の物質に化学変化することによって、その分のエネルギーを外部に電気エネルギーとして放出して電力を得ることができる。

特に、酸性媒体が酸性水溶液、塩基性媒体が塩基性水溶液からなり、第１の物質及び第２の物質が、いずれも過酸化水素である場合、過酸化水素は、分解反応によって水と酸素を生成する。この化学反応を、本発明の電池のように、別々の電極で酸化反応と還元反応に分離して行うと、起電力を生じる。即ち、過酸化水素は、酸性反応場では酸化作用を有し、一方で、塩基性反応場では還元作用を有するため、起電力が発生する。このような、酸−塩基バイポーラー反応場を利用することで、このような発電が実現される。

このような態様の発電部における発電機構について、図２を参照して、具体的に説明する。図２に示されるように、正極（第１の電極）が配置されている酸性反応場（酸性媒体）では、過酸化水素が酸化剤として働き、下記（式１）に示されるように、過酸化水素の酸素原子が電極から電子を受け取り、水を生成する。また、負極（第２の電極）が配置されている塩基性反応場（塩基性媒体）では、過酸化水素が還元剤として働き、下記（式２）に示されるように、過酸化水素の酸素原子が電極に電子を供与して、酸素と水を生成する。これら反応により、起電力が発生し、発電が行われる。

Ｈ₂Ｏ₂（ａｑ）＋２Ｈ⁺＋２ｅ^- → ２Ｈ₂Ｏ ・・・（式１）
Ｈ₂Ｏ₂（ａｑ）＋２ＯＨ^- → Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^- ・・・（式２）
上記式中、「（ａｑ）」とは水和状態を示す（下記（式３）も同様）。

なお、反応場内においては、酸性媒体中に存在する水素イオンの対アニオン（図２中では、硫酸イオンＳＯ₄ ^2-に相当する）と、塩基性媒体中に存在する水酸化物イオンの対カチオン（図２中では、ナトリウムイオンＮａ⁺に相当する）と、が両媒体の界面で塩を形成することで、電荷のバランスを取ることができる。このとき、形成される塩は、水溶液中では通常イオン化する方が安定であるため、塩の形成による起電力への効果は、電極における酸化或いは還元反応における起電力と比べるとはるかに小さい。この結果、電極反応が主体的となる本発明におけるバイポーラー型の電池は、酸性・塩基性媒体界面における中和反応を主体としたバイポーラー型の電池と比べ、安定した発電を行える性質を有することとなる。

上記（式１）と（式２）の半反応式をまとめたイオン反応式（電荷のバランスが、酸性・塩基性媒体界面での水のイオン分解によって取られる場合）を下記（式３）に示す。

Ｈ₂Ｏ₂（ａｑ） → Ｈ₂Ｏ＋１／２Ｏ₂ ・・・（式３）

熱力学計算によると、この反応のエンタルピー変化（ΔＨ）、エントロピー変化（ΔＳ）、ギブスの自由エネルギー変化（ΔＧ、温度Ｔ：単位はケルビン（Ｋ））は、それぞれ、ΔＨ＝−９４．７ｋＪ／ｍｏｌ、ΔＳ＝２８Ｊ／Ｋｍｏｌ、ΔＧ＝ΔＨ−ＴΔＳ＝−１０３．１ｋＪ／ｍｏｌとなる。

また、理論起電力（ｎは反応に関る電子数、Ｆはファラデー定数）と理論最大効率（η）は、それぞれ、Ｅ＝−ΔＧ／ｎＦ＝１．０７Ｖ、η＝ΔＧ／ΔＨ×１００＝１０９％と計算される。この反応の理論的特徴は、過酸化水素分解反応でエントロピーが増加してΔＳの符号が正になることである。そのため、ΔＧの絶対値がΔＨより大きくなり、理論最大効率が１００％を超える。これとは異なり、水素−酸素系やダイレクトメタノール系等、他の燃料電池反応では、ΔＳの符号は負である。

これらのことから、本発明における発電機構において、第１の物質及び第２の物質に過酸化水素を用いた場合の理論的特徴を以下に挙げる。
従来より知られている他の燃料電池では、原理的に、エントロピー変化量ＴΔＳを発電に利用できず熱として放出する。一方、本機構では、外界から熱を吸収して得たエントロピーの増加分を発電に利用することができる。そして、反応温度Ｔが高い場合の方が、ΔＧの絶対値が大きくなり起電力が高くなる。

実用電池では、イオン反応式の理論起電力だけで出力電圧が決まるのではなく、過電圧等によって電圧が低下し同時に熱を発生する。例えば、単位電池をスタックして集積化する場合、或いは、電池を製品内部に組み込む場合に、この熱が大きな問題になる。しかし、上述のように、本機構によれば、理論的にはその熱を発電に再利用することができ、全体的な熱発生が少なくなる可能性がある。また、発電に利用できるエネルギー総量に相当するΔＧは水素・酸素燃料電池に比較して半分程度であるが、ｎ＝１（水素−酸素系の燃料電池の場合はｎ＝２）であるために理論起電力は同程度となる。

発電生成物から、再び反応物質を再生して酸性媒体及び前記塩基性媒体の少なくともいずれかに供給するシステムについては、既述のバックアップ用二次電池の場合と同様である。

また、上記のことから、（１）発電部において、第１の物質及び第２の物質に過酸化水素を用いた場合には、既述のような効果の他に、下記のような効果が得られる。

（ａ）過酸化水素は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する反応に伴って二酸化炭素を放出せず、その代わりに酸素を放出する。また、電池内の構造要素に、発火物・可燃物や有害な重金属類等を使用しないため、容易な外装で発電部を構成できる。それ故、製造・使用・廃棄の製品サイクル全体に渡って環境安全性に優れる。
（ｂ）過酸化水素は、常温常圧で液体であるため、貯蔵のために重い金属ボンベ等を必要としないし、水と自由に混合できるためゲル化が容易であり、貯蔵性・携帯性が優れている。
（ｃ）酸化剤として酸素を使用する必要が無いため、空気量の限られた閉鎖環境下、また空気中に塵やゴミ等が多く含まれる過酷環境下でも、その使用に支障がない。
（ｄ）過酸化水素は、その工業的製造方法として有機法（アントラキノンを中間体（何度も再利用するので消費しない）として、触媒による水素の接触還元と空気酸化とによって合成する方法）等がすでに確立されており、現状でも安定的に安価で供給されている。これに加え、周辺部品が少なくシンプルな構造で発電部を構成し得るため、バックアップ用二次電池９６の重量及び体積を小さくでき、かつ低コスト化や高耐久性を図れる。

（２）充電部：
（２）充電部は、既述の発電部における発電により生成した発電生成物から、反応物質を再生する反応物質再生手段を有する。即ち、反応物質として過酸化水素を使用する場合は、発電生成物には酸素及び水が含まれ、反応物質再生手段により、この発電生成物から過酸化水素を再生することになる。

過酸化水素を始めとした反応物質の再生は、公知の技術（例えば、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｖｏｌ．２５ ６１３−（１９９５））を用いることができる。例えば、反応物質が過酸化水素である場合、陽極と陰極とを有し、陰極に発電生成物である酸素及び水を供給して、過酸化水素を再生する電解セルのような手段を適用することが好ましい。このようにして過酸化水素を、発電反応によって生成した水と酸素とから合成（再生）することにより、外部から新たに物質を補給する必要がない。

また、充電部は、発電生成物から、酸性媒体及び／又は塩基性媒体を再生する媒体再生手段を更に備えることが好ましい。
酸性媒体・塩基性媒体の再生も、電気的に酸・塩基を合成する公知の技術（例えば、特開平７−１７８３１９号公報）を用いることができる。例えば、酸性媒体に硫酸水溶液、塩基性媒体に水酸化ナトリウム水溶液を用いた場合には、反応後に生成した硫酸ナトリウム水溶液から、陽イオン交換膜、バイポーラー膜、陰イオン交換膜を使用した三室セル（塩室、酸室及び塩基室）方式のセルを用いて電気透析により硫酸水溶液と水酸化ナトリウム水溶液を合成すればよい。
このように、充電部において、反応物質、酸性媒体及び塩基性媒体を再生することにより、充電後に再度使用（再放電）しても、起電力が回復しやすく、常に、フレッシュな状態の反応場を提供できる。このような効果が発揮されるのは、リチウム系の二次電池に比べ、バックアップ用二次電池９６（特に、反応物質に過酸化水素を使用した場合）が簡単な構成だからである。従って、本発明のバックアップ用二次電池は、種々の二次電池に比べ、繰り返し使用しても、起電力の降下が生じることがない。

また、酸性媒体及び塩基性媒体としてゲル状の媒体を使用する場合のこれらの再生方法は、反応によって生成した中和塩水溶液をゲルから排出させ、新たに酸性水溶液、塩基性水溶液をゲル中に供給してやればよい。その際に排出された中和塩水溶液から、上記の手段によって、新たにゲルに供給する酸性水溶液、塩基性水溶液を再生してやればよい。

以下、バックアップ用二次電池９６の好ましい実施形態について、図面を参照して説明するが、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。なお、説明の便宜上、反応物質に過酸化水素を用いた例により、本発明の二次電池を説明する

図３に示すバックアップ用二次電池は、発電部１００及び充電部２００の２部から構成され、その他に、充電するための充電用電源３００が設けられている。
また、充電部２００は、過酸化水素を再生するための反応物質再生手段２１０と、酸性媒体及び／又は塩基性媒体を再生するための媒体再生手段２２０を備える。

発電部１００は、既述のように、酸性媒体として硫酸水溶液などの液体を、塩基性媒体として水酸化ナトリウム水溶液などの液体を用いた、酸−塩基バイポーラー反応場を有する。後述するように、発電に伴って、過酸化水素、硫酸水溶液及び水酸化ナトリウムから、酸素及び水と硫酸ナトリウムとが発電生成物として生成する。これらの発電生成物の増大に伴い起電力が低下すると、充電部２００にて、充電が行われる。
充電に際しては、まず、酸素及び水を反応物質再生手段２１０に供給し、充電用電源３００を使用して過酸化水素に再生し、これを再び発電部の酸性媒体及び／又は塩基性媒体中へ供給する。一方、中和塩である硫酸ナトリウムは、媒体再生手段に供給され、充電用電源３００を使用して硫酸及び水酸化ナトリウムに再生され、これらを再び酸性媒体及び塩基性媒体中へそれぞれ供給する。このようにして、本発明の二次電池の発電及び充電が行われる。

発電部１００の具体的な構成に関して、図４を用いて説明する。
図４（ａ）は、発電部の概略上面透視図である。ここに示されるように、当該発電部は、スライドガラス１１とカバーガラス１０との間にスペーサ（図４（ｂ）における部材１２）を介し、毛管流路１（深さ５０μｍ、幅１０００μｍ）が形成されている。この毛管流路１は、液体の酸性媒体と、液体の塩基性媒体と、を供給するための入口２及び入口３と、排出するための出口４及び出口５とを有する。例えば、入口２から酸性水溶液ａを、入口３から塩基性水溶液ｂを、毛管流路１に流した時、両液体の粘度やその流速が適当である場合には毛管流路１の合流部分において層流（レイノルズ流）が形成される。

この層流について、図４（ｂ）を参照して説明する。図４（ｂ）は、図４（ａ）の発電部をＡ−Ａ’で切断した際に、両媒体の流れの方向からみた断面図である。これに示すように、酸性水溶液ａ及び塩基性水溶液ｂは、毛管流路１の合流部分であっても、それぞれ、層流ａ及び層流ｂを形成し、各々が互いに接しながらも、交じり合うことなく、毛管流路１内を流れることになる。そして、層流ａ及び層流ｂを形成したまま、合流部分を通過して、分岐部分で再び分離し、出口４から酸性水溶液ａが、出口５から塩基性水溶液ｂが排出され、それぞれが独立して回収される。
このような層流を形成している毛管流路１の合流部分の底部には、２つの電極６及び８が設けられており、それぞれの接続端子７及び９を通じて、外部へと電力を取り出すことができる。

このように、層流を形成し、２つの液体が接触しているにも関らず、混合しない状態を形成するためには、毛細管流路における粘性流体の特性を応用することで実現できる。これは、液体の粘性、流速、また、流路形状（管径或いは流路幅や深さ）に依存した定数のレイノルズ数（Ｒｅ）が約２０００以下の場合に起きる現象（レイノルズ流現象）である。この現象を用いると、毛細管中で、適当な粘度と移動速度とを有する２液は、層流となって、非常に混合し難くなる特性が付与される。そのため、両層流に、第１の物質と第２の物質とをそれぞれ共存させた状態で、それぞれの層流中に電極を置くと、酸性媒体中における酸化反応と、塩基性媒体中における還元反応が生じ、起電力が発現して、電池となる。

この発電部を１つの単位セルとすると、複数の単位セルを並列若しくは直列に配列することで、それぞれ電流量及び電圧の増加が達成される。このような毛細管流路の構造は、ガラス、石英、シリコン、高分子フィルム、プラスチック樹脂、セラミック、グラファイト、金属等の基板（チップ）に対して、超音波研削や半導体フォトリソグラィー、また、サンドブラストや射出形成、シリコン樹脂モールディング等の既存加工技術を適用することで容易に作製できる。したがって、単位セルの集積化及び複数のチップを重ねる積層化を行うことで、所望の性能（電流及び電圧）を有する発電部が構築可能になる。

ここで、一般的に、ＣＰＵのメモリ素子の記憶の保持（メモリバックアップ）にはほとんど電流は必要としないことから、上記の発電部からなる単位セルをバックアップ用二次電池に用いるためには、必要とされる電圧を単位セルの開放電圧の起電力で割って少数点以下を切り上げた数をめやすに直列に繋げばよい。
この際、全ての単位セルの液体の酸性媒体と、液体の塩基性媒体と、を供給するための入口２及び入口３と、排出するための出口４及び出口５は、その単位セルの直列・並列接続に関係なく、各々並列に接合する方が出力を安定させるためには好ましい。

一方、充電部２００のうちの反応物質再生手段２１０は、例えば、陽極と陰極とを有し、陰極に発電反応によって生じた酸素と水とを供給して過酸化水素を製造する電解セルである。
また、媒体再生手段２２０は、例えば、陽イオン交換膜、バイポーラー膜、及び陰イオン交換膜を順に複数配列させ、塩室、酸室、及び塩基室を形成させ、塩室に発電反応によって生じた中和塩水溶液（硫酸ナトリウム水溶液）を供給して電気透析を行い、酸室及び塩基室から酸性水溶液及び塩基性水溶液を排出させる三室セル方式のセルである。
（２）充電部に用いる電源としては、陽極と陰極とに直流電流を印加できる直流電源であればよく、特に制限されるものではない。発電部と充電部とを組み合わせることによって、二次電池が構成される。

例えば、上記（１）発電部において、酸性媒体として硫酸水溶液、塩基性媒体として水酸化ナトリウム水溶液を使用した場合、発電反応によって、酸素ガス及び硫酸ナトリウム水溶液が生成される。（２）充電部ではこれらの生成物から反応物である過酸化水素、硫酸水溶液、及び水酸化ナトリウム水溶液を再生する操作を行う。

（２）充電部の具体的な構成について、図５〜図７を用いて説明する。
図５は、充電部の全体構成を概略的に示した説明図である。まず、硫酸ナトリウム水溶液を電気透析槽２０に供給する。電気透析槽２０は、陽イオン交換膜や陰イオン交換膜を場合によっては交互に組み合わせて、脱塩室２２と濃縮室２４とからなる構造を有している。そして、その両端に陽極及び陰極が配置され、直流電流を印加させて透析操作が行われる。その結果、脱塩室２２からは淡塩水化された水が、濃縮室２４からは濃縮された硫酸ナトリウム水溶液が生成する。淡塩水化された水は、適宜、反応物質再生手段３０の陰極室３４、陽極室３２や、媒体再生手段４０の塩室４２、酸室４４、塩基室４６に供給される。また、濃縮された硫酸ナトリウム水溶液は、媒体再生手段４０の塩室４２に供給される。

過酸化水素の再生に用いる反応物質再生手段（図５の符号３０）は、図６に示すように、陽極３２ａを配した陽極室３２と陰極３４ａを配した陰極室３４とが隔膜３６によって仕切られた電解セル構造をとる。脱塩室２２から供給される水を陽極室３２及び陰極室３４に、発電によって生じた酸素を陰極室３４に供給し、陽極と陰極との間に直流電圧を印加することにより、陰極で過酸化水素が生成し、過酸化水素水溶液が再生される。そして、陰極室３４で生成したこの過酸化水素水溶液を発電部へ供給する。一方、陽極室３２の液（反応に寄与しなかった水）を再び、反応物質再生手段３０に循環供給し、また同様に陽極室３２で発生した酸素を再び、陰極室３４に循環供給して使用することもできる。
なお、過酸化水素水溶液の再生には、前述の淡塩水化された水を用いても何ら問題がない。

酸性媒体や塩基性媒体の再生に用いる媒体再生手段（図５の符号４０）は、図７に示すように、電気透析槽となっており、陽イオン交換膜４７、陰イオン交換膜４８、及び、バイポーラー膜４９を交互に組み合わせることによって、塩室４２、酸室４４及び塩基室４６が形成されている。濃縮室２４から供給される硫酸ナトリウム水溶液は、バイポーラー膜を利用した電気透析槽である媒体再生手段４０のうち、塩室４２に供給される。端部に配置された陽極及び陰極に直流が印加され、水の分解を伴う電気透析が行われる。その結果、酸室４４にはバイポーラー膜４９での水分裂現象によって生じた水素イオンと、塩室４２から透過してきた硫酸イオンとから硫酸が再生し、塩基室４６にはバイポーラー膜４９での水分裂現象によって生じた水酸化物イオンと、塩室４２から透過してきたナトリウムイオンとから水酸化ナトリウムが再生する。酸室４４及び塩基室４６には、脱塩室２２から排出された水の一部を供給し、酸・塩基の濃度を調整し、発電部へ供給する。塩室４２に供給された液は淡塩水化され、再び、媒体再生手段４０に供給される。

以上のような（２）充電部を設けることで、簡易な構成で電解質構成成分（反応物質や酸性媒体及び塩基性媒体）の再利用を図りながら充放電を可能とすることができる。
なお、反応物質を２種使用する場合は、それぞれについて反応物質再生手段を設ければよい。

上述の発電部と充電部との間は、マイクロポンプを介したマイクロチューブで接続され、反応物質及び／又は媒体（酸性媒体及び塩基性媒体）の消費と再生とを繰り返す。このような物質移動経路について、図８を参照して、具体的に示す。なお、図８は、物質移動経路の一例を示す説明図である。ここでは、反応物質が過酸化水素水溶液、酸性媒体が硫酸水溶液、塩基性媒体が硫酸ナトリウム水溶液である場合について説明する。
まず、発電部の入口２から過酸化水素と硫酸水溶液が、また、入口３から過酸化水素と水酸化ナトリウムが供給されると、発電が起こり、電気エネルギーが得られる。それに伴って生成する酸素と水と硫酸ナトリウムが出口５から、また、水と硫酸ナトリウムが出口４から回収される。このとき、出口５から排出される液体から酸素ガスのみを分離するガス分離部７ａを設け、ここで分離回収された酸素ガスを反応物再生手段３０へ供給する。また、出口４及び出口５から回収される水と硫酸ナトリウムは合流させて電気透析槽２０へ供給し、そこで淡塩水化された水は媒体再生手段４０及び反応物質再生手段３０へ、濃縮された硫酸ナトリウム水溶液は媒体再生手段４０へ供給される。ここで、再生前の各回収成分を必要に応じて一時的に貯蔵しておく貯蔵室５ａ及び５ｂと、更に、液体を循環させるマイクロポンプ６ａ、６ｂを設けておくことが望ましい。

前述のガス分離部７ａは、酸素の泡と液体を分離する簡単な構造のものでよく、例えば、流路の一部を太くすることで泡の溜まる部分を作り出し、ある程度の気泡塊ができたところで別経路に気泡をぬくようなものでよい。
また、マイクロポンプ６ａ、６ｂとしては、圧電型ダイヤフラム式ポンプが小型・薄型のものとして知られており、消費電力が小さいことからもこの場合好ましい。
続いて、充電部の反応物質再生手段３０で再生された過酸化水素水溶液は２方向に分けられ、それぞれ媒体再生手段４０の酸室４４で再生された硫酸水溶液及び、塩基室４６で再生された水酸化ナトリウム水溶液に混合される。このとき、過酸化水素と硫酸の濃度比が１：１、また、過酸化水素と水酸化ナトリウムの濃度比が１：２になるよう流量を調節するマイクロバルブなどの手段を設けることとする。このようにして、過酸化水素と硫酸の水溶液は発電部の入口２へ、過酸化水素と水酸化ナトリウムの水溶液は入口３へと再び供給される。ここでも、再生後の各成分を必要に応じて一時的に貯蔵しておく貯蔵室５ｃ、５ｄ及び５ｅと、更に、液体を循環させるマイクロポンプ６ｃ、６ｄ、６ｅを設けておくことが望ましい。
ここで、本発明の電源回路では、電源回路のメモリバックアップを担う発電部を、主電源、動作部、及び主電源監視部と共に回路基板上に実装し、また、充電部を回路基板以外の各種電子機器に対応したスペースに設置することが好ましい。

以上、バックアップ用二次電池９６の発電部及び充電部について説明したが、これらの構成は、既述のような構成に限定されるものではない。
例えば、本発明の電源回路では、上記構成の発電部と、従来の水素燃料やメタノール燃料による発電部と、を組み合せて複合発電部として使用することも可能である。
本発明におけるバックアップ用二次電池９６の（１）発電部は、構成部材である、第１及び第２の電極、酸性媒体及び塩基性媒体、並びに、反応物質を組み合せることで、発電部自体の形状や大きさを、任意に設定することができ、また、上述の発電機構により、安定した電力を供給することも可能であるため、バックアップ用二次電池９６の小型化、薄型化、及び軽量化を達成することができる。特に、発電部を、有害物質を使用することなく構成することも可能であるため、外装を簡易にすることができ、更なる、小型化、薄型化、及び軽量化を図ることができる。
更に、バックアップ用二次電池９６は、（１）発電部と（２）充電部との両方を備えているため、バックアップ用二次電池９６内で、充放電を繰り返すことができる。この構成により、発電部の充電の度に、発電部を着脱する必要もなくなることから、充電の手間がなくなるという利点を有している。

以下に本発明の効果を実施例及び比較例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
図４に示す発電部と、図５〜図７に示す充電部とを備えるバックアップ用二次電池について、下記条件にて発電実験を行い、電流−電圧特性を求め、電池の評価を行った。
なお、発電部及び充電部の詳細は、下記の通りである。

（発電部）
まず、市販の３質量％過酸化水素水溶液（日本薬局方オキシドール、健栄製薬株式会社）に、硫酸（特級９６％、関東化学株式会社）及び蒸留水を混合して、試料液Ａ（過酸化水素９．１ｍｍｏｌ／ｌ、硫酸０．１Ｎ（０．０５ｍｏｌ／ｌ））を調製した。
また、試料液Ａと同じ過酸化水素水溶液に水酸化ナトリウム（特級９７％、関東化学株式会社）及び蒸留水を混合して、試料液Ｂ（過酸化水素９．１ｍｍｏｌ／ｌ、水酸化ナトリウム０．１Ｎ（０．０５ｍｏｌ／ｌ））を調製した。

そして、図４に示す入口２から試料液Ａを、入口３から試料液Ｂをそれぞれ外部ポンプにより注入した。試料液Ａ，Ｂの流速は、いずれも、流路中央部分で２４μｌ／ｓｅｃ（レイノルズ数Ｒｅ：約６７０）とし、実験温度は室温（約２０℃）であった。

試料液Ａと接触する流路底面の第１の電極（白金薄膜、面積：０．０２６ｃｍ²）８表面ではガス発生が見られなかったのに対して、試料液Ｂと接触する流路底面の第２の電極（白金薄膜、面積：０．０２６ｃｍ²）６表面で酸素ガスの発生が観測された。これは、第１の電極８は、既述の（式１）の反応によって水が生成して正極の働きをし、第２の電極６は、既述の（式２）の反応によって酸素と水が生成して負極の働きをしたためである。
以上のようにして、本発明における単位セルとしての発電部を作製した。

得られた単位セルとしての発電部の電流−電圧特性を図９に示す。本実施例の場合、開放電圧６５０ｍＶ、また、最大出力１６０μＷ／ｃｍ²（起電圧：２３０ｍＶ、電流０．７ｍＡ／ｃｍ²の時）が得られた。
この単位セルとしての発電部を、図１０に示すように、５個直列に接続し、バックアップ用二次電池の発電部を作製した。
即ち、この単位セル４００の接続電極７と別の単位セル４１０の接続電極９を接続し、別の単位セル４１０の接続電極７と、更に別の単位セル４２０の接続電極９を接続した。このように順次繰り返すことにより、５個の単位セルを直列に接続した。また、各単位発電部の入口２、入口３、出口４、出口５は各々並列に接続されている。この５個直列セルの開放電圧は３．２Ｖであり、単位セルの直列接続による各単位発電部の性能劣化は、ほとんど観測されなかった。

得られたバックアップ用二次電池の発電部を、図１に示すように、ＣＰＵ９３、メモリ素子としてのＲＡＭメモリ９４、主電源監視部９５と共に基板上に実装し、電源回路を作製した。なお、主電源監視部９５としては、駆動用の主電源９１の電圧を監視するためのＩＣであって、該主電源電圧を検知して、該電圧が所定値（本実施例では４Ｖ）以下に下がった時に、バックアップ用二次電池９６の電圧をＲＡＭメモリ９４に供給させるように作用する切り換え回路を備えたＩＣを用いた。
なお、ＣＰＵ動作用に主電源９１から５Ｖの電圧を供給し、ＣＰＵ動作電流は約５ｍＡであった。
次に、主電源９１からの電源供給を停止したときにバックアップ用二次電池９６からＲＡＭメモリ９４に対して供給された電圧は３．２Ｖであった。また、再び主電源９１から動作部９２に電源供給した際にもメモリは保存されていることが確認された。

（充電部）
充電部は、発電部、ＣＰＵ９３、ＲＡＭメモリ９４、及び主電源監視部９５が実装された基板以外のスペースに設け、図１１に示す物質移動経路のように、充電部から発電部の入口２と入口３への各成分の供給、および、発電部の出口４と出口５から充電部への各成分の回収、更に、充電部内の各物質の移動は、内径１５０μｍのマイクロチューブを接続しておこなった。そして、上記バックアップ用二次電池９６を用いたバックアップを５００回行った後、図５〜図７（但し、電気透析槽２０は除く構成とした）に示すようにして充電を行った。即ち、図１１に示すように、まず、３室型バイポーラー膜電気透析槽（媒体再生手段４０）の塩室４２に、上記の発電部において発電後に生成した硫酸ナトリウム水溶液を供給した。酸室４４及び塩基室４６には発電後に生成した水を連続供給しながら、陽極−陰極間に直流電圧｛充電用電源には、商用電源（１００Ｖ）で駆動する定電圧定電流直流安定化電源（菊水電子工業製、ＰＭＣ−３５−０．５Ａ）を使用（反応物質再生手段３０も同様）｝、４Ｖをかけた。その結果、酸室４４及び塩基室４６のそれぞれからは、一定濃度の硫酸及び水酸化ナトリウムが連続的に再生されたことが確認された。

また、反応物質再生手段３０としての過酸化水素セル（ペルメレック電極株式会社製、１．２５ｄｍ²隔膜型）に、陽極３２ａ−陰極３４ａ間に直流電圧（５Ｖ）をかけながら、陽極室３２及び陰極室３４のそれぞれ５ｍｌ／ｍｉｎの速度で、発電後に生成した硫酸ナトリウム水溶液を０．０２ｍｏｌ／ｌに調整して供給し、陰極室３４は大気開放として発電後に生成した酸素も同時に供給したところ、０．１ｍｏｌ／ｌの過酸化水素水溶液が連続的に再生できたことが確認された。

充電部で再生された過酸化水素及び硫酸、水酸化ナトリウムをそれぞれ、反応物質及び酸性媒体、塩基性媒体として使用し発電を行ったところ、最初の発電と同等の特性が得られた。

［比較例１］
試料液に過酸化水素を含有させなかった以外は、実施例１と同様にして単位セルとしての発電部を作製した。この発電部について、実施例１と同様の評価を行った。発電部の入口２及び入口３から注入した試料液Ａ及びＢの硫酸及び水酸化ナトリウム濃度は、いずれも０．１Ｎであった。なお、流速及び実験温度は実施例１と同一である。
電流−電圧特性を図９に示す。比較例１では、液間電圧による開放電力（２００ｍＶ）は測定されたものの、有意な電流は得られなかった。
また、この発電部を図１０に示されるように５個直列に接続してバックアップ用二次電池を作製し、実施例１と同様にして、電源回路を作製したが、発電部が充分な電力を供給することができず、バックアップ用二次電池９６として機能しないことが確認された。

以上、実施例１におけるバックアップ用二次電池の発電部では、図９に示すように、良好な電圧及び電流が得られており、電気エネルギーを供給できることが判明した。また、この発電部と充電部とを有するバックアップ用二次電池を具備した電源回路は、メモリ素子であるＲＡＭメモリ９４の記憶を保持することができ、実用可能であることが確認できた。また、簡易な構成で電解質構成成分の再利用を図りながら充放電が可能であることが確認できた。

本発明の電源回路の構成を示すブロック図である。 本発明における発電機構を示す図である。 本発明のバックアップ用二次電池の構成を示す説明図である。 （ａ）は、本発明の電池における発電部の１実施態様の概略上面透視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す発電部をＡ−Ａ’で切断した際に、両媒体の流れの方向からみた断面図である。 充電部の全体構成を概略的に示した説明図である。 反応物質再生手段の構成を概略的に示した説明図である。 媒体再生手段の構成を概略的に示した説明図である。 物質移動経路の一例を示す説明図である。 実施例及び比較例における電流−電圧特性を示す図である。 実施例及び比較例における単位セルの接続例を示す模式図である。 実施例及び比較例における物質移動経路を示す説明図である。

符号の説明

１・・・毛管流路
２、３・・・入口
４、５・・・出口
６・・・電極（第２の電極）
７・・・接続端子
８・・・電極（第１の電極）
９・・・接続端子
１０・・・カバーガラス
１１・・・スライドガラス
１２・・・スペーサ
ａ・・・酸性水溶液
ｂ・・・塩基性水溶液
２０・・・電気透析槽
２２・・・脱塩室
２４・・・濃縮室
３０・・・反応物質再生手段
３２・・・陽極室
３２ａ・・・陽極
３４・・・陰極室
３４ａ・・・陰極
３６・・・隔膜
４０・・・媒体再生手段
４２・・・塩室
４４・・・酸室
４６・・・塩基室
４７・・・陰イオン交換膜
４８・・・陽イオン交換膜
４９・・・バイポーラー膜
４７・・・陰イオン交換膜
４８・・・陽イオン交換膜
４９・・・バイポーラー膜
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ・・・貯蔵室
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ・・・マイクロポンプ
７ａ・・・ガス分離部
９１・・・主電源
９２・・・動作部
９３・・・ＣＰＵ
９４・・・メモリ素子
９５・・・主電源監視部
９６・・・バックアップ用電池
１００・・・発電部
２００・・・充電部
３００・・・充電用電源
２１０・・・反応物質再生手段
２２０・・・媒体再生手段
４００・・・第一の単位発電部
４１０・・・第二の単位発電部
４２０・・・第三の単位発電部

Claims (20)

1. 主電源と、メモリ素子を備えた動作部と、主電源監視部と、バックアップ用二次電池を具備する電源回路であって、
   前記バックアップ用二次電池が発電部と充電部を具備してなり、
   前記発電部が、少なくとも、第１の電極が配置された酸性媒体と、第２の電極が配置された塩基性媒体と、を備え、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体が互いに隣接若しくは近設されてなり、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体の少なくともいずれかに反応物質が含有されてなり、
   前記充電部が、前記発電部における発電により生成した発電生成物から、前記反応物質を再生する反応物質再生手段を備えることを特徴とする電源回路。
2. 前記主電源監視部が、前記主電源から供給される電力が所定値以下に下がった時に、前記バックアップ用二次電池の電力を前記メモリ素子に供給させるように作用する切り換え手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
3. 前記充電部が、前記発電生成物から、前記酸性媒体及び／又は前記塩基性媒体を再生する媒体再生手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
4. 前記酸性媒体が酸性水溶液からなり、かつ、前記塩基性媒体が塩基性水溶液からなることを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
5. 前記反応物質が、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体のそれぞれに含有されてなることを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
6. 前記酸性媒体に含有される前記反応物質としての第１の物質と、前記塩基性媒体に含有される前記反応物質としての第２の物質とが、同一の物質であることを特徴とする請求項５に記載の電源回路。
7. 前記反応物質が、過酸化水素であることを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
8. 前記反応物質再生手段が、陽極と陰極とを有し、前記陰極に前記発電生成物である酸素及び水を供給して、前記過酸化水素を再生する手段であることを特徴とする請求項７に記載の電源回路。
9. 前記媒体再生手段が、陽イオン交換膜、バイポーラ膜及び陰イオン交換膜を配置して、塩室、酸室及び塩基室を形成させ、前記塩室に前記発電生成物である中和塩水溶液を供給して電気透析を行い、前記酸室及び前記塩基室のそれぞれから、前記酸性水溶液及び前記塩基性水溶液を排出させる３室セル方式のセルを具備することを特徴とする請求項４に記載の電源回路。
10. 前記発電部において、前記酸性水溶液と前記塩基性水溶液とがその内部で層流を形成する流路構造が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の電源回路。
11. 前記酸性水溶液が、硫酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、塩化水素酸、ヨウ化水素酸、臭化水素酸、過塩素酸、過ヨウ素酸、オルトリン酸、ポリリン酸、硝酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロ珪酸、ヘキサフルオロリン酸、ヘキサフルオロ砒酸、ヘキサクロロ白金酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、クエン酸、蓚酸、サリチル酸、酒石酸、マレイン酸、マロン酸、フタル酸、フマル酸、及びピクリン酸からなる群より選択される酸を１以上含むことを特徴とする請求項４に記載の電源回路。
12. 前記塩基性水溶液が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム、水酸化アンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、及び水酸化テトラブチルアンモニウムを含む群から選択される塩基を１以上含む、又は、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、トリポリリン酸ナトリウム、トリポリリン酸カリウム、アルミン酸ナトリウム、及びアルミン酸カリウムを含む群から選択されるアルカリ金属塩を１以上含むことを特徴とする請求項４に記載の電源回路。
13. 前記酸性媒体が酸性のイオン伝導性ゲルから構成され、かつ、前記塩基性媒体が塩基性のイオン伝導性ゲルから構成されることを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
14. 前記酸性のイオン伝導性ゲルが、酸性水溶液を水ガラス、無水二酸化ケイ素、架橋ポリアクリル酸、寒天、又はその塩類によりゲル化してなることを特徴とする請求項１３に記載の電源回路。
15. 前記塩基性のイオン伝導性ゲルが、塩基性水溶液をカルボキシメチルセルロース、架橋ポリアクリル酸、又はその塩類によりゲル化してなることを特徴とする請求項１３に記載の電源回路。
16. 前記第１の電極が、白金、白金黒、酸化白金被覆白金、銀、金、表面を不動態化したチタン、表面を不動態化したステンレス、表面を不動態化したニッケル、表面を不動態化したアルミニウム、炭素構造体、アモルファスカーボン、及びグラッシーカーボンからなる群より選択される１以上の材料から構成されることを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
17. 前記第２の電極が、白金、白金黒、酸化白金被覆白金、銀、金、表面を不動態化したチタン、表面を不動態化したステンレス、表面を不動態化したニッケル、表面を不動態化したアルミニウム、炭素構造体、アモルファスカーボン、及びグラッシーカーボンからなる群より選択される１以上の材料から構成されることを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
18. 前記第１の電極及び第２の電極が、板状、薄膜状、網目状、又は繊維状であることを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
19. 前記第１の電極及び前記第２の電極が、無電解メッキ法、蒸着法、又はスパッタ法により、前記酸性媒体及び前記塩基性媒体のそれぞれ配置されてなることを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
20. 前記反応物質再生手段の前記陽極と前記陰極とに直流電流を印加する直流電源を、更に備えたことを特徴とする請求項８に記載の電源回路。

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