[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及使用氧化还原酶的生物燃料电池。更特别地，本发明涉及用于改善生物燃料电池的性能的技术。

背景技术

使用氧化物还原酶作为反应催化剂的生物燃料电池能够有效地从诸如葡萄糖或乙醇等不能用作普通工业催化剂的燃料中提取电子。因此，生物燃料电池作为具有较大容量和高安全水平性的下一代燃料电池受到关注。图8示出了使用酶的生物燃料电池的反应示意图。如图8所示，在使用葡萄糖作为燃料的生物燃料电池中，葡萄糖在负电极(阳极)处发生氧化反应以提取电子，大气中的氧气（O₂）在正电极(阴极)处发生还原反应。

在常规生物燃料电池中，阳极和阴极被安置成隔着绝缘膜和电解质层彼此面对，且燃料溶液不与用作空气电极的阴极接触，其中，该绝缘膜具有质子透过性，该电解质层包含缓冲物质(例如，参见专利文献1至3)。还提出了具有与饱含有溶解氧的缓冲溶液相接触的阴极的生物燃料电池(例如，参见专利文献4)。在专利文献4披露的这个生物燃料电池中，与阳极接触的燃料溶液和与阴极接触的缓冲溶液通过盐桥(salt bridge)或聚合物电解质膜彼此分离。

在生物燃料电池中，用作反应催化剂的酶具有高的底物特异性(substrate specificity)。因此，即使当使诸如葡萄糖等燃料与空气电极(阴极)接触时，电池特性几乎不受影响，且不容易发生跨接(cross-over)。于是，不仅能够实现专利文献1至3披露的空气暴露型生物燃料电池，而且能够实现各具有与阳极和阴极接触的燃料溶液的浸入型生物燃料电池。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开号2006-93090

专利文献2：日本专利申请特开号2008-305559

专利文献3：日本专利申请特开号2009-245920

专利文献4：日本专利申请特开号2006-508519

发明内容

本发明解决的问题

为了通过生物燃料电池中的燃料电极(阳极)持续发电，需要在燃料溶液中存在足够的诸如葡萄糖等燃料成分。而且，为了增加电池容量，需要使用比燃料的成分浓度具有更高的成分浓度的燃料溶液。然而，如果诸如葡萄糖等燃料成分的浓度变高，则燃料溶液的粘性变高。因此，在浸入型生物燃料电池的情况下，扩散系数变低，且空气电极(阴极)的特性变差。

因此，本发明的主要目的在于提供如下一种燃料电池，该燃料电池能够增加它的电池容量而不会劣化阴极特性。

解决问题的方案

本发明的燃料电池包括一个或多个电池单元，在所述一个或多个电池单元中，在阳极和/或阴极的表面上存在有氧化还原酶，且所述阴极与液相（liquid phase）和气相（gas phase）都接触。

在该电池单元中，在设置于所述阳极周围的第一溶液单元和设置于所述阴极周围的第二溶液单元之间设置有选择性透过膜，所述选择性透过膜至少对燃料成分的透过进行抑制。

这里，所述阳极和所述阴极中的每一个的表面包括该电极的整个外表面和该电极内部的空间的整个内表面，并且这也适用于下述情形。

在本发明中，至少对燃料成分的透过进行抑制的所述选择性透过膜设置于所述第一溶液单元和所述第二溶液单元之间。因此，能够抑制所述燃料成分扩散到所述阴极侧。

在该燃料电池中，与所述阳极接触的溶液比与所述阴极接触的溶液具有更高的燃料成分浓度。

在这种情况下，具有较低的燃料成分浓度的燃料溶液经由所述选择性透过膜从所述第一溶液单元引入到所述第二溶液单元中。

而且，可以设置将溶液引入所述第一溶液单元中的第一入口和用于将溶液引入所述第二溶液单元中的第二入口，且在所述第一溶液单元和所述第二溶液单元中存储有彼此具有不同燃料成分浓度的溶液。

此外，所述选择性透过膜还可以对酶和/或媒介体的透过进行抑制。

此外，所述燃料成分例如是糖类。

此外，所述选择性透过膜可以具有0.5μm以下的平均孔隙尺寸。

此外，所述选择性透过膜可以由纤维素膜或合成聚合物膜形成。

本发明的效果

根据本发明，能够仅在燃料电极(阳极)侧上使燃料成分浓度变高。因此，能够在保持高的电池功率输出的同时增加电池容量，而不会劣化阴极特性。

附图说明

图1示意表示本发明第一实施例的燃料电池中的电池单元的结构。

图2示意表示本发明第一实施例的变形例的燃料电池中的电池单元的结构。