JPH0720504A - 電極およびそれを用いた電気化学表示素子 - Google Patents

電極およびそれを用いた電気化学表示素子

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JPH0720504A
JPH0720504A JP5183261A JP18326193A JPH0720504A JP H0720504 A JPH0720504 A JP H0720504A JP 5183261 A JP5183261 A JP 5183261A JP 18326193 A JP18326193 A JP 18326193A JP H0720504 A JPH0720504 A JP H0720504A
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JP
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electrode
active material
material layer
polyaniline
electrode active
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JP5183261A
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English (en)
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Osamu Oka
修 岡
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Tomoegawa Co Ltd
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Tomoegawa Paper Co Ltd
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  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 色変化のサイクル寿命および安定性の優れた
表示素子を構成することを可能にする電極、およびそれ
を用いた電気化学表示素子を提供する。 【構成】 電極は、膜状または板状の導電性基体および
その表面に設けた電極活物質層よりなり、該電極活物質
層が多価のプロトン酸とポリアニリンおよびその誘導体
から選択された共役系高分子物質とを含有する。多価の
プロトン酸としては、高分子スルホン酸が好ましく使用
される。上記電極を電気化学表示素子において用いる場
合、作用電極として使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、表示素子に使用するの
に好適な電極、およびそれを用いた電気光学表示素子に
関する。
【0002】
【従来の技術】一般に導電性高分子化合物は、電気化学
的にドープ・脱ドープ或いは酸化・還元が可能であり、
この現象を利用して、二次電池の電極物質として使用さ
れている。また、ドープ・脱ドープ或いは酸化・還元に
伴い、色変化を起すので、表示素子を構成する表示材料
としての応用の可能性も高まっている。さらに、固体電
解質を用いることにより、全固体型の2次電池や表示材
料の可能性もあり、それらに関する研究は数多くなされ
ている。この様なエレクトロクロミック材料は、酸化タ
ングステンや酸化モリブデンのような遷移金属酸化物や
ビオロゲン等の有機物で見出されている。一般的に導電
性高分子も、また高分子のエレクトロクロミック材料と
なる。しかしながら、これらの物質に色変化を起させる
ためには、直接的に酸化・還元する必要がある。この酸
化還元プロセスは理想的には可逆過程であるが、現実に
はエレクトロクロミック材料の分解等、副反応を伴いや
すい。そのため、発色・消色のサイクル寿命が短いこと
が実用化におけるネックとなっている。一方、ポリアニ
リンおよびその誘導体は、電気化学的な酸化・還元以外
にも、ポリマーの置かれた雰囲気の水素イオン濃度によ
っても色変化を起すことが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
における上記のような問題を解決することを目的として
なされたものである。したがって、本発明の目的は、色
変化のサイクル寿命および安定性の優れた表示素子を構
成することを可能にする電極、およびそれを用いた電気
化学表示素子を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記問題を
解決すべく鋭意検討した結果、膜状または板状の導電性
基体の表面に、ポリアニリン系化合物と高分子多価プロ
トン酸系化合物を同時に配すると、色変化のサイクルが
非常に安定になることを見出し、本発明を完成するに至
った。本発明の電極は、膜状または板状の導電性基体お
よびその表面に設けた電極活物質層よりなり、該電極活
物質層が多価のプロトン酸とポリアニリンおよびその誘
導体から選択された共役系高分子物質とを含有すること
を特徴とする。また、本発明の電気化学表示素子は、作
用電極、電解質層および対向電極よりなり、そして作用
電極として上記の電極を備えたことを特徴とする。
【0005】本発明の電極に使用する膜状または板状の
導電性基体は、導電性を有するものであれば特に制限は
ないが、通常、金属板、金属箔、金属繊維の抄造体、お
よび紙、合成樹脂フィルム、ガラス板または焼結体ガラ
ス等に金属または金属酸化物を蒸着したもの等をあげる
ことができる。金属としては、通常、金、白金、銀、
銅、ニッケル、スズ、アルミニウム等の単体や、ステン
レス鋼、金−スズ等の合金が用いられる。金属酸化物と
しては、酸化インジウム、酸化スズ等が使用可能であ
る。これら金属または金属酸化物を蒸着する場合、蒸着
方法としては、公知の方法、例えば、真空蒸着法、スパ
ッタリング法、イオンプレーティング法、あるいはCV
D法等の中から任意の方法を選択して用いることができ
る。ただし、本発明の電極を表示素子として用いる場
合、使用する導電性基体は白金や金属酸化物を蒸着した
ガラスやフィルムのようにポリアニリンの発色とコント
ラストがつく色調や透明のものが好ましい。
【0006】本発明で用いられる多価のプロトン酸とし
ては、ポリスチレンスルホン酸、部分スルホン化ポリス
チレン、ポリエチレンスルホン酸、Nafion(デュ
ポン社製)、ポリビニル硫酸、ポリアクリル酸、ポリメ
タクリル酸、ポリビニルリン酸等の有機高分子酸および
ポリリン酸等の無機高分子酸等があげられる。これらの
中でも特に、ポリスチレンスルホン酸、部分スルホン化
ポリスチレン、ポリエチレンスルホン酸、Nafio
n、ポリビニル硫酸等の高分子スルホン酸が好適に用い
られる。これら多価のプロトン酸は、電極作製後、硫酸
等の強酸や電気化学的に酸の状態に戻すことができるも
のであれば、電極作製時において塩の形になっているも
のを使用しても差し支えない。
【0007】本発明に用いられる共役系高分子物質は、
ポリアニリンおよびその誘導体から選択される化合物で
あって、プロトン酸系化合物のドープ・脱ドープによっ
て色変化を起こすことが可能なものであれば、公知の如
何なる方法で製造されたものでも使用可能である。ポリ
アニリンの誘導体としては、ポリ(N−メチルアニリ
ン)、ポリ(N−エチルアニリン)、ポリ(N−ブチル
アニリン)等のN−置換ポリアニリン、ポリトルイジ
ン、ポリアニシジン等の環置換ポリアニリン、ポリ(N
−オクタノイルアニリン−co−アニリン)等の部分的
N置換ポリアニリン等があげられる。ポリアニリンおよ
びその誘導体は、電極作製時に、導電性基体上で直接モ
ノマーの重合によって形成させてもよい。具体的には、
電極を構成する導電性基体上に直接アニリン系化合物の
電解酸化によりポリアニリン系化合物を設ける方法や、
過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、重クロム酸塩、過マ
ンガン酸塩、塩化第2鉄等の酸化剤を用いたアニリン系
化合物の酸化重合による方法等公知の方法が可能であ
る。電極活物質層において、ポリアニリンまたはその誘
導体は、電極活物質層の全重量に対して5〜90%の範
囲で使用することが望ましい。ポリアニリンまたはその
誘導体の使用量が5%未満では十分なコントラストが得
られにくく、90より多くなると発消色の繰り返し性の
効果が得られにくくなる。
【0008】これらの材料を用いて本発明の電極を作製
するには、多くの方法が可能であり、使用する素材に合
わせて選択が可能である。代表的な方法を以下に述べ
る。多価高分子プロトン酸とモノマーであるアニリンま
たはその誘導体を、水、メタノール、アセトニトリル、
ニトロベンゼン等適当な溶媒に溶解し、所望の導電性基
体上に電解重合する方法、導電性基体上に高分子多価プ
ロトン酸の膜を設けた後、酸化剤を含浸させ、モノマー
であるアニリンまたはアニリン誘導体を接触させて重合
する方法、導電性基体上に高分子多価プロトン酸の膜を
設けた後、モノマーであるアニリンまたはアニリン誘導
体を含浸させ電解重合する方法、可溶性のポリアニリン
またはその誘導体と高分子多価プロトン酸とを溶剤に溶
解し、キャスト等の方法により導電性基体上に成膜する
方法等があげられる。
【0009】この電極を用いる電気化学表示素子は、作
用電極、電解質層、対向電極を透明のセル内に封入した
構成を有する。対向電極は、作用電極と同じ材質のもの
でよいが、透明電極であることが好ましい。図1は本発
明の電極が使用された電気化学表示素子の一例を示すも
のである。図1における表示素子は溶液型セルであっ
て、透明または半透明の作用電極1を備えた透明基板2
と、対向電極(背面電極)3を備えた支持体4との間に
マイラー、テフロン等の絶縁スペーサー5を介して電解
質層6を封入し、シール7で密封して構成される。作用
電極は、前記したように導電性基体8とその表面に設け
た電極活物質層9で形成され、対向電極は、上記作用電
極を構成する材料と同じ材料、または白金、金、アルミ
ニウム等の金属で形成される。また、支持体は、ガラ
ス、プラスチック等の材料で形成される。
【0010】電解質層には電極活物質層中のプロトン酸
を中和するに充分な量のカチオンを形成する物質または
塩基を含ませることが必要である。また、この電解質層
はカチオンまたは塩基の移動が充分に可能であれば、溶
液、ゲル、固体のいずれの形態をとることも可能であ
る。電解質層が溶液の場合、炭酸プロピレン、ニトロベ
ンゼン、アセトニトリル、ニトロメタン、ベンゾニトリ
ル等、電気的に不活性な溶媒を用い、後述する電解質を
溶解したものが使用される。ゲルの場合、溶媒は溶液の
場合に準じて使用することができる。ゲルとしては、澱
粉、アガロース、ポリエーテル、ポリアクリルアミド
等、電気的に不活性であれば使用可能である。固体の場
合、ポリエーテルやポリホスファゼン、ブタジエン系ゴ
ム、アクリロニトリル系ゴム等が利用可能である。これ
らに後述する電解質を含有させて用いればよい。電解質
であるカチオンを形成する物質または塩基としては、ア
ルカリ金属塩、アンモニア、塩化アンモニウム等のアン
モニウム塩、アミンを用いることができる。電解質濃度
は0.1mol dm-3程度が一般的である。
【0011】
【作用】本発明の電気化学表示素子においては、電極に
おける電極活物質層は、ポリアニリンまたはその誘導体
と多価のプロトン酸より構成されているから、ポリアニ
リン系化合物の酸化還元電位よりも低い電位をこの電極
に印加すると、プロトン酸を中和するイオンが電解質層
から電極活物質層内に取り込まれ、ポリアニリンまたは
その誘導体が塩からアミンに変化し、それによって色変
化を引き起こす。
【0012】
【実施例】以下、本発明を実施例によって説明する。 実施例1 ITOガラスを電極として、0.25mol dm-3
アニリンを含むポリスチレンスルホン酸水溶液(0.5
N(規定))を定電流電解することにより、本発明の電
極を得た(電流密度:0.25mA cm-2、重合電気
量:0.6Ccm-2)。元素分析による炭素原子と硫黄
原子の比率から、ポリアニリンとポリスチレンスルホン
酸の重量比は、ほぼ1:1であった。これを作用電極と
し、対向電極として白金電極を設けたセルを作製した。
電解液にはプロピレンカーボネートに1,2−ジメトキ
シエタンを体積比1:1で混合したものを用い、電解質
塩として1.0mol dm-3塩化アンモニウムを用い
た。−0.5〜0.5Vの方形波を印加したところ、−
0.5Vで青色、+0.5Vで緑色を呈した。この色変
化は可逆的であり、数百回の操作後も安定して応答し
た。
【0013】実施例2 スチレンとジビニルベンゼン(重量比10:1)を過酸
化ベンゾイルを開始剤として重合し、溶融状態でITO
ガラス上に5μmの膜を形成した。これをトルエン中で
膨潤させ、濃硫酸で95℃で5時間加熱スルホン化し
た。これを作用極として0.25mol dm-3のアニ
リンを含む塩酸水溶液(0.1N)を定電流電解するこ
とにより、本発明の電極を得た(電流密度:0.25m
A cm-2、重合電気量:0.6C cm-2)。この電
極から重合時に取り込まれた塩酸を電気化学的に除去し
た後、乾燥重量の変化からポリアニリンとポリスチレン
スルホン酸の重量比を求め、ほぼ2:3であることを確
認した。実施例1と同様にしてセルを作製したところ、
同様の変化が確認された。また、0.05Nのアンモニ
ア水中でも同様の変化が確認できた。
【0014】実施例3 NafionをITOガラス上にキャストし、これを作
用極として、以下実施例2と同様にして本発明の電極を
得た。この電極から重合時に取り込まれた塩酸を電気化
学的に除去した後、乾燥重量の変化からポリアニリンと
ポリスチレンスルホン酸の重量比を求め、ほぼ1:3で
あることを確認した。実施例1と同様にしてセルを作製
したところ、同様の変化が確認された。
【0015】実施例4 過硫酸アンモニウムを酸化剤として、−5℃でアニリン
を重合し、さらにアンモニア水で脱ドープ処理して、可
溶性のポリアニリンを得た。これを0.1g採り、N−
メチル−2−ピロリドンピンに溶解し、ポリビニル硫酸
ナトリウム0.1gと混合した。得られたゲル状の物質
をITOガラス上にキャストし、硫酸で処理し、ポリビ
ニル硫酸ナトリウムをポリビニル硫酸に戻し、本発明の
電極を得た。実施例1と同様にしてセルを作製したとこ
ろ、同様の変化が確認された。
【0016】
【発明の効果】本発明の膜状或いは板状の導電性基体の
表面に高分子多価プロトン酸とポリアニリン系化合物を
有する作用物質を設けた電極は、ドープ・脱ドープ(酸
化・還元)サイクルが非常に安定であり、表示素子用の
電極として非常に有用である。したがってまた、その電
極を用いた本発明の電気化学表示素子は、色変化のサイ
クル寿命および安定性が優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の電気化学表示素子の概略断面図であ
る。
【符号の説明】
1…作用電極、2…透明基板、3…対向電極(背面電
極)、4…支持体、5…絶縁スペーサー、6…電解質
層、7…シール、8…導電性基体、9…電極活物質層。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 膜状または板状の導電性基体およびその
    表面に設けた電極活物質層よりなり、該電極活物質層が
    多価のプロトン酸とポリアニリンおよびその誘導体から
    選択された共役系高分子物質とを含有することを特徴と
    する電極。
  2. 【請求項2】 多価のプロトン酸が、高分子スルホン酸
    である請求項1記載の電極。
  3. 【請求項3】 電極活物質層中に含有されるポリアニリ
    ンまたはその誘導体が、電極活物質層の全重量に対して
    5〜90%であることを特徴とする請求項1記載の電
    極。
  4. 【請求項4】 作用電極、電解質層および対向電極より
    なり、該作用電極として請求項1に記載の電極を備えた
    ことを特徴とする電気化学表示素子。
JP5183261A 1993-06-30 1993-06-30 電極およびそれを用いた電気化学表示素子 Pending JPH0720504A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH07128692A (ja) * 1993-11-05 1995-05-19 Tomoegawa Paper Co Ltd 電極およびそれを用いた電気化学表示素子
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JP2007256386A (ja) * 2006-03-20 2007-10-04 Niigata Univ 全固体エレクトロクロミックデバイス、エレクトロクロミック膜とその製造方法

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