[发明专利]生物燃料电池及其制法、电子设备、酶固定电极及其制法

说明书

背景技术

本发明涉及一种生物燃料电池及其制造方法以及将该生物燃料电池用 于电源而得到的电子设备以及固定有酶的电极及其制造方法。

生物燃料电池通过使用酶或微生物作为催化剂，可以组合糖和有机酸等 可再生的能量源即燃料的氧化和氧(O₂)的还原，在稳定的条件(常温、pH中 性)下发电(例如，参照非专利文献1～14)。生物燃料电池与锂离子电池及直接 甲醇燃料电池等现有的电池相比，有望成为更高的能量密度，且更安全的新 一代能量设备。被提出用于医疗设备的可移植电源的小型生物燃料电池的输 出功率密度(power density)，即使采用机械搅拌或泵之类的燃料及氧的对流 系统也不足mW/cm²级，单个生物燃料电池的输出功率也不过数μW(参照非 专利文献1、10)。在不采用对流系统的情况下，由于燃料及氧的物质输送速 度的限制和固定在电极上的催化剂层中的物质透过障碍，使得输出密度会减 少几个数量级左右(参照非专利文献15)。

便携式电子设备需要的电力根据设备及操作条件而有所不同，但至少为 100mW，这个电力对于例如便携式音乐播放器等的操作上是足够的。为了获 得这样的输出功率，本发明人等提出电子介体在电极和酶之间转移电子的电 子介体型生物燃料电池(例如参照专利文献1～12)。

[非专利文献1]Heller，A.Miniature biofuol cells.Phys，Chem.Chem.phys. 6，209-216(2004)

[非专利文献2]Barton，S.C，Gallaway，J.&Atanassov，P.Enzymatic biofuel cells for implantable and microscalc devices.Chem.Rev.104，4867-4886(2004)

[非专利文献3]Palmore，G.T.R.&Whitesides，GM.Microbial and enzymatic biofuel cells.ACS Symp.Ser.556，271-290(1994)

[非专利文献4]Kano，K.，Ikeda，T.Bioelectrocatalysis，Powerful means of connecting electrochemistry to biochemistry and biotechnology. Electrochemistry 71(2)，86-99(2003)

[非专利文献5]Katz，E.，&Willner，I.A biofuel cell with electrochemically switchable and tunable power output.J.Am Chem.Soc.125，6803-6813(2003)

[非专利文献6]Kamitaka，Y.，Tsujimura，S.，Setoyama，N.，Kajino，T.，& Kano，K.Fruetose/dioxygen biofuel cell based on direct electron transfer-type bioelectrocatalysis，Phys，Chem.Chem.Phys.9(15)，1793-1801(2007)

[非专利文献7]Palmore，G.T.R.，Bertschy，H.，Bergens，S.H.&Whitesides， GM.A methanol/dioxygen biofuel cell that uses NAD (+)-dependent dehydrogenases as catalysts：Application of an electro-enzymatic method to regenerate nicotinamide adenine dinucleotide at low overpotentials，J.Electroanal Chem.443，155-161(1998)

[非专利文献8]Topcagic，S.，&Minleer，S.D.Development of a membraneless ethanol/oxygen biofuel cell，Electrochimica Acta 51，2168-2172 (2007)