[发明专利]微生物燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及微生物燃料电池。

背景技术

微生物燃料电池具有一对电极、将上述电极电连接的外部电路和分离上述一对电极的隔膜，在其中一个电极侧保持有希瓦氏菌(Shewanella)等具有细胞外电子传递能力的微生物。此处，所谓细胞外电子传递能力是指利用金属离子或其氧化物作为电子受体，一边将其还原从而获得生命活动必须的电能，一边向上述电子受体传递电子的能力(非专利文献1)。这种细胞外电子传递能力在作为微生物的一部分细菌中可见。即、通过局部存在于细胞膜的细胞色素向体外释放电子的特有电子传递机理在光伏希瓦氏菌(Shewanella loihica)和奥奈达湖希瓦氏菌(Shewanella oneidensis)这样的希瓦氏菌属(以下、简称为“希瓦氏菌”)、地杆菌属、红育菌属、假单胞菌属等一部分细菌中可见(非专利文献2、3、4)。

如上构成的微生物燃料电池是一种通过微生物向上述其中一个电极传递电子产生电能的器件。由于用于产生电能的燃料可使用可再生的生物量和生活排水等中包含的有机污染物质，所以近年来作为可持续能源受到关注。此外，也有具有还原、固定金属元素能力的微生物，作为排水处理和环境净化手段也受到关注。微生物燃料电池大致分为使用单一微生物的体系和直接使用排水等中生活的微生物群的混合培养体系(例如、专利文献1)2种，希瓦氏菌是更广泛应用于前一体系中的微生物。

专利文献1：特开2006-81963号公报

非专利文献1：Lovley D.R.；Nat.Rev.Microbiol.，2006，4，497-508

非专利文献2：Gralnick，J.A.；Newman，D.K.；Molecul.Microbiol.2007，65，1-11

非专利文献3：Hernandez，M.E.；Newman，D.K.；Cell.Mol.Life Sci.2001，58，1562-1571

非专利文献4：日本微生物生态学会志(2008)23卷2号P58

发明内容

发明要解决的问题

但是，现状是上述专利文献1等以往的微生物燃料电池与现有的使用铂为催化剂的化学燃料电池相比，存在电流密度极低的问题，距离实用阶段还很远。几年来，电流密度持续提高，但和氢燃料电池等化学燃料电池相比，电流密度如果不进一步提高至少几个数量级，则很难进入实用阶段。为了增大电流密度，添加传递电子的介质也被研究了，添加的介质已知的有2，6-二磺酸蒽醌(anthraquinore-2，6-disulphonate)(AQDS)等醌衍生物等，但存在介质自身昂贵，很多都有害，并且导致微生物燃料电池整体庞大的问题。

因此，本发明正是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种不使用介质即可增加电流密度的微生物燃料电池。

解决问题的手段

为达到上述目的，权利要求1中的发明的微生物燃料电池，其具备一对电极、将所述一对电极电连接的外部电路，其特征在于，在作为上述电极之一的负极上，在含有导电微粒和具有细胞外电子传递能力的微生物的溶液中，形成由三维结构构成的聚集体，所述导电微粒从所述微生物向所述负极传递电子。

此外，权利要求2中的发明的特征在于，所述导电微粒在所述微生物彼此之间分散，同时所述导电微粒彼此之间也相互连结，以保持所述微生物。

此外，权利要求3中的发明的特征在于，所述导电微粒包括氧化铁。

此外，权利要求4中的发明的特征在于，所述导电微粒包括α-Fe₂O₃、α-FeOOH、γ-Fe₂O₃、ε-Fe₂O₃或Fe₃O₄。

此外，权利要求5中的发明的特征在于，所述导电微粒包括硫化铁。

此外，权利要求6中的发明的特征在于，所述导电微粒是在铁离子和硫化物离子存在的环境下采用微生物的生合成得到的。

此外，权利要求7中的发明的特征在于，所述导电微粒包括氧化锰。

此外，权利要求8中的发明的特征在于，所述微生物是金属还原菌。

此外，权利要求9中的发明的特征在于，金属还原菌包括希瓦氏菌属、地杆菌属、红育菌属或假单胞菌属的细菌。

此外，权利要求10中的发明的特征在于，金属还原菌包括光伏希瓦氏菌或奥奈达湖希瓦氏菌。

发明效果