[发明专利]电极结构体及微生物燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及电极结构体及微生物燃料电池。详细地说，本发明涉及能够对废水进行净化且能够生成电能的电极结构体、及使用了该电极结构体的微生物燃料电池。

背景技术

近年来，作为可持续能源，利用生物量进行发电的微生物燃料电池备受关注。微生物燃料电池是利用微生物的代谢能力、将有机物等转换成电能的装置，是一边进行有机物的处理一边能够进行能量回收的优异系统。但是，微生物所产生的电力非常小、所输出的电流密度低，因此需要进一步的改良。

作为这种微生物燃料电池，以往公开了使用了将扩散层、由活性炭及炭黑形成的催化剂层、由不锈钢筛形成的导电体进行层叠而成的正极的电池(例如参照非专利文献1)。该微生物燃料电池中，扩散层按照与空气相接触的方式配置，导电体按照与被处理液相接触的方式配置。进而还记载了，活性炭作为对空气中的氧进行还原的催化剂发挥作用，设置在活性炭表面上的炭黑提高导电性、提高活性炭的作用。这种微生物燃料电池中，将对被处理液中的有机物进行分解的微生物担载在负极上或者浮游在被处理液中。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：Xiaoyuan Zhang著、等4名、“エンバイロメンタルサイエンスアンドテクノロジー(Environmental Science&Technology)”、(美国)、2014年、第48卷、p.2075-2081

发明内容

这里，非专利文献1的微生物燃料电池中，由于构成催化剂层的活性炭的粒径大，因此形成于活性炭粒子之间的空隙比被处理液中的微生物尺寸还大。因而，微生物通过导电体及催化剂层而到达扩散层并附着，随着时间的经过，形成生物膜。进而发生如下情况：由于附着在催化剂层及扩散层上的微生物的呼吸，空气中的氧被消耗，另外由于附着的微生物，疏水性降低，向催化剂层的氧扩散性降低。结果，不能将氧充分地供给至催化剂层，催化剂层上的氧还原反应的反应量降低，同时伴随着氧供给浓度降低的浓度过电压上升，正极的电位降低。进而，由于附着在催化剂层上的微生物及其分泌物，催化剂层的催化活性点中毒。因此，具有微生物燃料电池的发电性能降低的问题。

本发明鉴于这种现有技术所具有的技术问题而完成。进而，本发明的目的在于提供抑制发电性能的降低、能够稳定地生产电能的电极结构体、及使用了该电极结构体的微生物燃料电池。

本发明第一方式的电极结构体具备：具有透氧性的疏水层；和层叠在疏水层上并保持氧还原催化剂的导电体层。进而，电极结构体具备层叠在导电体层的与层叠有疏水层的面成相反侧的面上、具有多个孔径为0.01μm～0.5μm的连通孔的过滤层。

本发明第二方式的电极结构体具备：具有疏水性且保持氧还原催化剂的疏水性导电体层；和层叠在疏水性导电体层上、具有多个孔径为0.01μm～0.5μm的连通孔的过滤层。

本发明第三方式的电极结构体具备：具有透氧性的疏水层；层叠在疏水层上、具有多个孔径为0.01μm～0.5μm的连通孔的过滤层；以及设置在过滤层上的辅助导电体。

本发明第四方式的微生物燃料电池具备：担载微生物的负极；和由上述电极结构体形成的正极。

附图说明

图1为表示本发明第一实施方式的电极结构体之一例的概略截面图。

图2为表示本发明第一实施方式的电极结构体的另一例的概略截面图。

图3为表示本发明第二实施方式的电极结构体之一例的概略截面图。

图4为表示本发明第二实施方式的电极结构体的另一例的概略截面图。

图5为表示本发明第三实施方式的电极结构体之一例的概略截面图。

图6为表示本发明第三实施方式的电极结构体的另一例的概略截面图。

图7为表示本发明第四实施方式的电极结构体之一例的概略截面图。

图8为表示本发明第四实施方式的电极结构体的另一例的概略截面图。

图9为表示本发明实施方式的微生物燃料电池的立体图。

图10为沿着图9中的A-A线的截面图。

图11为表示上述微生物燃料电池中的燃料电池单元的分解立体图。

图12为表示实施例1-1及实施例1-2以及比较例1-1的微生物燃料电池的输出功率维持率与时间的关系的曲线。

图13为表示实施例2-1～实施例2-5及比较例2-1的微生物燃料电池的输出功率密度与经过天数的关系的曲线。

图14为表示实施例3-1及比较例3-1的微生物燃料电池的稳态输出功率与经过天数的关系的曲线。