JP2003257510A - Electrolytic oxidation electrode of sugar, its manufacturing method and battery using it - Google Patents

Electrolytic oxidation electrode of sugar, its manufacturing method and battery using it

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JP2003257510A JP2002050956A JP2002050956A JP2003257510A JP 2003257510 A JP2003257510 A JP 2003257510A JP 2002050956 A JP2002050956 A JP 2002050956A JP 2002050956 A JP2002050956 A JP 2002050956A JP 2003257510 A JP2003257510 A JP 2003257510A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sugar oxidation electrode enabling the chemical energy of the sugar to be used directly for electric energy and a battery using this. <P>SOLUTION: The complex electrode for sugar oxidation at least contains either silver and gold, silver and platinum, or sliver, gold and platinum, by which, a high-efficiency use, that is, a use of two or more electrons out of 24 the sugar has, is made possible at a more cathodic potential. By making such an electrode a negative electrode, a battery with a higher operational voltage can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、多糖類、二糖類、
単糖類などの糖の電気化学的な酸化反応を行う電極、該
電極を負極に用いた電池に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to polysaccharides, disaccharides,
The present invention relates to an electrode for electrochemically oxidizing a sugar such as a monosaccharide, and a battery using the electrode as a negative electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】糖は、たんぱく質、脂質と並び動物の重
要なエネルギー源である。例えば、代表的な糖であり、
化学式C6H12O6で表されるグルコースを完全に酸化す
ると、グルコース1分子当たり24個の電子を放出し
て、炭酸ガスと水が生成する。動物の体内では、この2
4個の電子がエネルギー源として利用されている。熱力
学計算によれば、グルコース1モル当たり2872k
J、1g当たり4.43Whのエネルギーを持ってい
る。これは、高エネルギー密度電池として知られている
リチウム電池の負極に用いられる金属リチウムの重量エ
ネルギー密度3.8Wh/g以上のエネルギー密度であ
る。
2. Description of the Related Art Sugar is an important energy source for animals as well as proteins and lipids. For example, a typical sugar,
When glucose represented by the chemical formula C6H12O6 is completely oxidized, 24 electrons are released per glucose molecule to generate carbon dioxide and water. In the animal body, this 2
Four electrons are used as an energy source. According to thermodynamic calculation, 2872k per mole of glucose
It has an energy of 4.43Wh per 1g of J. This is an energy density of 3.8 Wh / g or more of the weight energy density of metallic lithium used for the negative electrode of a lithium battery known as a high energy density battery.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、糖の持
っている化学エネルギーの利用方法は、空気中での直接
燃焼による熱エネルギーとして、あるいは動物の体内に
ある12種類以上の酸化酵素の作用によりATPなどの
化学エネルギーとして利用する方法が専らである(Es
sential Cell Biology、第107
頁、1997年、Garland出版、Alberts
ら著)。糖の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギー
として利用する方法としては、糖の電解酸化による方法
が知られている。白金やオスミウムよりなる電極につい
て検討されており(例えば Journalof American Chemic
al Society, 123巻、8630〜8631頁、200
1年)、この場合は糖の持つ24個の電子のうち2個し
か利用できず、糖の利用効率はきわめて低い。また、銀
や銅の電極では、2電子以上の糖酸化が可能であるが、
酸化電位は、0ボルト(Ag/AgCl参照電極に対して)付
近あるいはそれよりもアノードよりであるため、酸素の
還元電極を正極に、銀や銅の電極を負極に用いて電池を
構成した際、0.2V程度の低い電圧しか得られない。
また、反応スピードが遅く大きな出力電流を得ることが
困難である。
However, the method of utilizing the chemical energy of sugar is to use ATP as heat energy by direct combustion in air or by the action of 12 or more kinds of oxidases in the animal body. The method of using as chemical energy such as is exclusively (Es
sentential Cell Biology, No. 107
P., 1997, published by Garland, Alberts
Et al). As a method of directly utilizing the chemical energy of sugar as electric energy, a method of electrolytic oxidation of sugar is known. Electrodes made of platinum and osmium have been studied (eg Journal of American Chemic
al Society, 123, 8630-863, 200
1 year), in this case, only two of the 24 electrons of sugar can be used, and the sugar utilization efficiency is extremely low. Further, silver or copper electrodes can oxidize sugars of two or more electrons,
Since the oxidation potential is near 0 volt (relative to Ag / AgCl reference electrode) or more than the anode, when a battery is constructed using an oxygen reduction electrode as the positive electrode and a silver or copper electrode as the negative electrode. , Only a low voltage of about 0.2V can be obtained.
Also, the reaction speed is slow and it is difficult to obtain a large output current.

【0004】本発明は、糖の持つ化学エネルギーを直接
電気エネルギーとして、高い効率で利用するための糖電
解酸化用電極および電池を提供するものである。
The present invention provides a sugar electrolytic oxidation electrode and a battery for utilizing the chemical energy of sugar directly as electric energy with high efficiency.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】前記従来の課題を解決す
る本発明の糖の電解酸化用電極その製造方法およびそれ
を用いた電池は、銀と、少なくとも金または白金のいず
れか1つを担持した糖の電解酸化用電極である。さら
に、銀の含有量が前記2種あるいは3種の金属成分量に
対して50原子%以上、95原子%以下である糖の電解
酸化用電極である。さらに、電極は導電性の基材上に、
銀と金、銀と白金、あるいは銀と金と白金のいずれか一
組を担持した糖の電解酸化用電極である。また、前記金
属成分のコロイド粒子を溶媒に分散する工程、前記工程
で得た溶液を基材に塗布する工程、さらに、溶媒の全部
あるいは一部を除去する工程を含む糖の電解酸化用電極
の製造法である。また、正極、負極および電解質を構成
要素し、請求項1または2に記載の電解酸化用電極であ
り、前記電解質は糖を含み、糖の酸化反応により、前記
正極と前記負極との間に起電力が発生する電池である。
A method for producing an electrode for electrolytic oxidation of sugar according to the present invention and a battery using the same, which solves the above-mentioned conventional problems, carry silver and at least one of gold and platinum. It is an electrode for electrolytic oxidation of sugar. Furthermore, the electrode for electrolytic oxidation of sugar has a silver content of 50 atom% or more and 95 atom% or less with respect to the amount of the two or three types of metal components. Furthermore, the electrodes are on a conductive substrate,
It is an electrode for electrolytic oxidation of sugar which carries one set of silver and gold, silver and platinum, or silver, gold and platinum. In addition, an electrode for electrolytic oxidation of sugar, including a step of dispersing colloidal particles of the metal component in a solvent, a step of applying the solution obtained in the step to a substrate, and a step of removing all or part of the solvent It is a manufacturing method. The electrode for electrolytic oxidation according to claim 1 or 2, which comprises a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, wherein the electrolyte contains sugar, and is generated between the positive electrode and the negative electrode due to an oxidation reaction of sugar. A battery that generates electric power.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention is described in detail below.

【0007】本発明の糖電解酸化用電極は、銀と金、銀
と白金、あるいは銀と金と白金とを少なくともとも含
む。金あるいは白金で電解酸化された糖分子をさらに銀
でより低い電位で、より早い速度で酸化することが可能
となる。
The sugar electrolytic oxidation electrode of the present invention contains at least silver and gold, silver and platinum, or silver, gold and platinum. It is possible to further oxidize sugar molecules electrolytically oxidized with gold or platinum with silver at a lower potential and at a higher rate.

【0008】本発明の糖電解酸化用電極では、銀の含有
量が、銀と金、銀と白金、あるいは銀と金と白金の合計
量に対し50原子%以上とすることが好ましい。こうす
ることで、金あるいは/および白金原子の周りに過剰に
銀原子を配置することができ、金あるいは/および白金
原子により酸化された糖の酸化生成物を、銀原子により
すみやかに、しかも、よりカソーデックな電位で、より
早い速度で、さらに酸化することが可能となり、より高
い効率が得られる。好適には、銀の含有量は、50原子
%以上、95原子%以下である。50原子%い上、95
原子%以下であると、金あるいは白金で酸化を受けた糖
分子を100%に近い効率でさらに酸化することが可能
で、全体としてのより高い酸化効率が得ることができ
る。
In the sugar electrolytic oxidation electrode of the present invention, the content of silver is preferably 50 atomic% or more based on the total amount of silver and gold, silver and platinum, or silver, gold and platinum. By doing so, excessive silver atoms can be arranged around the gold or / and platinum atom, and the oxidation product of the sugar oxidized by the gold or / and platinum atom can be promptly added by the silver atom, and It is possible to further oxidize at a more cathodic potential and at a faster rate, resulting in higher efficiency. Suitably, the content of silver is 50 atomic% or more and 95 atomic% or less. 50 atom% above, 95
When it is at most atomic%, the sugar molecule oxidized by gold or platinum can be further oxidized with an efficiency close to 100%, and higher overall oxidation efficiency can be obtained.

【0009】ここで、銀と金、銀と白金、あるいは銀と
金と白金は、導電性の基体上に担持することが好まし
い。こうすることで、銀、金、白金原子・粒子間の電子
移動を容易にし、高い酸化効率が得られる。ここでいう
担持とは、化学反応、化学吸着さらに物理吸着である。
また、長期使用に際しても触媒活性劣化の少ない電極と
することができる。このような導電性基体としては、白
金、金、銀、銅、ニッケル、コバルト、鉄、アルミニウ
ム、チタニウム、錫、鉛、ステンレス鋼などの金属・合
金材料、人造黒鉛、天然黒鉛、グラッシーカーボン、活
性炭などの炭素材料、インジウム錫酸化物(ITO)など
の導電性金属酸化物材料、ポリアニリン、ポリピロー
ル、ポリチオフェンなどの導電性高分子材料を単独であ
るいはこれらを組み合わせて用いることができる。
Here, it is preferable that silver and gold, silver and platinum, or silver, gold and platinum be supported on a conductive substrate. This facilitates electron transfer between silver, gold, and platinum atoms / particles, resulting in high oxidation efficiency. Here, the loading means chemical reaction, chemical adsorption, and physical adsorption.
Further, it is possible to obtain an electrode with little deterioration in catalytic activity even after long-term use. Examples of such a conductive substrate include platinum, gold, silver, copper, nickel, cobalt, iron, aluminum, titanium, tin, lead, stainless steel, and other metal / alloy materials, artificial graphite, natural graphite, glassy carbon, activated carbon. Carbon materials such as, conductive metal oxide materials such as indium tin oxide (ITO), and conductive polymer materials such as polyaniline, polypyrrole, and polythiophene can be used alone or in combination.

【0010】本発明の電極を作成する際に用いる、銀と
金、銀と白金、あるいは銀と金と白金を少なくとも含む
金属コロイド粒子と高分子分散剤と溶媒を含む溶液は、
例えば、特開平11−80647号公報、特開平11−
76800号公報に記載されている方法により作成する
ことができる。金属コロイド粒子を分散させる溶媒とし
ては、水、メタノール、エタノール、アセトン、エチレ
ングリコール、あるいは、これらの混合溶媒など親水性
の溶媒あるいは、トルエン、メチルイソブチルケトン、
ブチルカルビトール、あるいはこれらの混合溶媒など親
油性の溶媒のいづれも用いることが出来る。高分子分散
剤については、前述の公開特許公報に記載されている市
販品を用いることができる。
A solution containing silver and gold, silver and platinum, or metal colloid particles containing at least silver, gold and platinum, a polymer dispersant, and a solvent, which is used when preparing the electrode of the present invention,
For example, JP-A-11-80647 and JP-A-11-647
It can be prepared by the method described in Japanese Patent No. 76800. As the solvent for dispersing the metal colloid particles, water, methanol, ethanol, acetone, ethylene glycol, or a hydrophilic solvent such as a mixed solvent thereof, toluene, methyl isobutyl ketone,
Any of lipophilic solvents such as butyl carbitol or a mixed solvent thereof can be used. As the polymer dispersant, a commercially available product described in the above-mentioned published patent can be used.

【0011】ここで用いる糖としては特に限定されない
が、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクト
ース、グリセルアルデヒド、ジヒドロキシアセトン、エ
リトロース、リブロース、キシルロース、セドヘプツロ
ース、リボース、デオキシリボース、ソルボース、グル
コサミンおよびガラクトサミンなどの単糖類や、イソマ
ルトース、マルトース、セロビオース、ラクトース、ラ
フィノースおよびスクロースなどの二糖類や、オリゴ糖
類や、デンプン、グリコーゲン、セルロース、糖タンパ
ク質、グリコサミノグリカンおよび糖脂質などの多糖類
が挙げられる。この中で、負極における電気化学的な酸
化反応の電流効率が高いという点で、グルコース、マン
ノース、ガラクトース、フルクトースが好ましい。さら
に、電流効率の点でグルコース、マンノース、ガラクト
ースが好ましい。
The sugar used here is not particularly limited, but simple substances such as glucose, mannose, galactose, fructose, glyceraldehyde, dihydroxyacetone, erythrose, ribulose, xylulose, cedoheptulose, ribose, deoxyribose, sorbose, glucosamine and galactosamine. Examples thereof include sugars, disaccharides such as isomaltose, maltose, cellobiose, lactose, raffinose and sucrose, oligosaccharides, and polysaccharides such as starch, glycogen, cellulose, glycoproteins, glycosaminoglycans and glycolipids. Among these, glucose, mannose, galactose, and fructose are preferable because the current efficiency of the electrochemical oxidation reaction in the negative electrode is high. Further, glucose, mannose and galactose are preferable in terms of current efficiency.

【0012】また、本発明による電池は、電解質を介し
て設けた正極および負極を構成要素とする電池であっ
て、負極が、銀と金、銀と白金、あるいは銀と金と白金
を少なくとも含み、該負極において進行する糖の酸化反
応により、正極と負極との間に起電力を発生する。
The battery according to the present invention is a battery having a positive electrode and a negative electrode provided via an electrolyte as constituent elements, and the negative electrode contains at least silver and gold, silver and platinum, or silver and gold and platinum. An electromotive force is generated between the positive electrode and the negative electrode due to the oxidation reaction of sugar that proceeds in the negative electrode.

【0013】ここで、正極の反応は、負極における糖の
酸化反応よりもカソーディックな電位で起こる還元反応
であって、糖分子から取り出された電子が、外部負荷を
経て、正極に電気化学的に受け入れられる還元反応であ
ればよい。
Here, the reaction of the positive electrode is a reduction reaction that occurs at a cathodic potential than the oxidation reaction of sugar in the negative electrode, and the electrons extracted from the sugar molecule are electrochemically applied to the positive electrode through an external load. Any reduction reaction can be accepted.

【0014】上記の正極の反応としては、水あるいは酸
素の還元反応、NiOOH、MnOOH、Pb(OH)
2、PbO、MnO2、Ag2O、LiCoO2、LiMn
2O4、LiNiO2などの水酸化物あるいは酸化物の還
元反応、TiS2、MoS2、FeS、Ag2Sなどの硫
化物の還元反応、AgI、PbI2、CuCl2などの金
属ハロゲン化物の還元反応、キノン類、有機ジスルフィ
ド化合物などの有機硫黄化合物類の還元反応、ポリアニ
リン、ポリチオフェンなど導電性高分子類の還元反応な
どを用いることができる。
As the reaction of the positive electrode, reduction reaction of water or oxygen, NiOOH, MnOOH, Pb (OH)
2, PbO, MnO2, Ag2O, LiCoO2, LiMn
Reduction reaction of hydroxide or oxide such as 2O4, LiNiO2, reduction reaction of sulfide such as TiS2, MoS2, FeS, Ag2S, reduction reaction of metal halide such as AgI, PbI2, CuCl2, quinone, organic disulfide compound The reduction reaction of organic sulfur compounds such as, and the reduction reaction of conductive polymers such as polyaniline and polythiophene can be used.

【0015】この中で、正極が、酸素を還元する酸素極
であることが好ましい。このようにすると、正極活物質
として酸素を含む気体を用いることができるので、電池
内に正極活物質を保持することが不要となるため、高い
エネルギー密度を有する電池を構成することができる。
Of these, the positive electrode is preferably an oxygen electrode that reduces oxygen. In this case, since a gas containing oxygen can be used as the positive electrode active material, it becomes unnecessary to hold the positive electrode active material in the battery, so that a battery having a high energy density can be configured.

【0016】上記酸素極としては、酸素還元能のある物
質であれば用いることができる。このような物質として
は、活性炭、Mn2O3などのマンガン低級酸化物、白
金、パラジウム、酸化イリジウム、白金アンミン錯体、
コバルトフェニレンジアミン錯体、金属ポルフィリン
(金属:コバルト、マンガン、亜鉛、マグネシウムな
ど)、La(Ca)CoO3やLa(Sr)MnO3など
のペロブスカイト酸化物などが挙げられる。
As the oxygen electrode, any substance having an oxygen reducing ability can be used. Examples of such substances include activated carbon, manganese lower oxides such as Mn2O3, platinum, palladium, iridium oxide, platinum ammine complex,
Examples thereof include a cobalt phenylenediamine complex, a metal porphyrin (metal: cobalt, manganese, zinc, magnesium, etc.), and a perovskite oxide such as La (Ca) CoO3 or La (Sr) MnO3.

【0017】電解質としては、アニオンまたは/および
カチオンを正極から負極へ、または/および負極から正
極へ移動させ、正極および負極での酸化・還元反応を連
続的に進行させることができるものであれば、有機物
質、無機物質、液体、固体を問わず用いることができ
る。これらの電解質としては、水にZnCl2、NH4C
l等の金属塩、KOH、NaOH等のアルカリ、H3P
O4、H2SO4等の酸を溶解したものや、プロピレンカ
ーボネートとエチレンカーボネートの混合有機溶媒にL
iBF4、LiPF6等の金属塩を溶解したものや、スル
ホン酸基、アミド基、アンモニウム基、ピリジニウム基
等を有するフッ素樹脂等の高分子材料よりなるイオン交
換膜や、LiBF4、LiCl4、(C4H9)4NBF4等
を溶解したポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンオ
キサイド等の高分子電解質を用いることができる。
Any electrolyte can be used as long as it can move anions or / and cations from the positive electrode to the negative electrode or / and from the negative electrode to the positive electrode so that the oxidation / reduction reaction in the positive electrode and the negative electrode can proceed continuously. Any organic substance, inorganic substance, liquid or solid can be used. These electrolytes include water containing ZnCl2 and NH4C.
Metal salts such as l, alkalis such as KOH and NaOH, H3P
L dissolved in an acid such as O4 or H2SO4 or mixed organic solvent of propylene carbonate and ethylene carbonate
IBF4, LiPF6 and other metal salts dissolved therein, ion exchange membranes made of polymer materials such as fluororesin having sulfonic acid group, amide group, ammonium group, pyridinium group and the like, LiBF4, LiCl4, (C4H9) 4NBF4 A polymer electrolyte such as polypropylene oxide or polyethylene oxide in which the above is dissolved can be used.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明を、実施例によって具体的に説
明する。以下の実施例では正極として空気極を用いてい
るが、本発明はそれを限定するものではない。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples. Although an air electrode is used as the positive electrode in the following examples, the present invention is not limited thereto.

【0019】(実施例1)実施例1では、金(Au)と
銀(Ag)を含む試験電極1、Auのみの比較電極1お
よびAgのみの比較電極2を作製し、糖の電解酸化特性
を評価するとともに、その試験電極を負極として電池を
構成し、発電を行った。
(Example 1) In Example 1, a test electrode 1 containing gold (Au) and silver (Ag), a comparative electrode 1 containing only Au and a comparative electrode 2 containing only Ag were prepared, and electrolytic oxidation characteristics of sugar were prepared. Was evaluated, and a battery was constructed using the test electrode as a negative electrode to generate power.

【0020】・試験電極の作製 Auの濃度が20.3重量%のヒドロゾル−Auを、10
0mMの塩化金酸水溶液、高分子分散剤、還元剤として
ジメチルアミノエタノールを用いて調製した。Agの濃
度が25.1重量%のヒドロゾル−Agを、150mMの
硝酸銀水溶液、高分子分散剤、還元剤としてトリエタノ
ールアミンを用いて調製した。 ヒドロゾル−Au、ヒド
ロゾルーAgのそれぞれをエタノールで希釈して、Auの
濃度が0.72重量%の溶液−Au−1と、Agの濃度が
0.72重量%の溶液−Ag−1を調製した。 次に、溶
液−Au−1と溶液−Ag−1を同重量混合し、溶液−Au−
Ag−1を調製した。
Preparation of test electrode Hydrosol-Au having an Au concentration of 20.3% by weight was used for 10 times.
It was prepared using 0 mM chloroauric acid aqueous solution, a polymer dispersant, and dimethylaminoethanol as a reducing agent. Hydrosol-Ag having an Ag concentration of 25.1% by weight was prepared using a 150 mM silver nitrate aqueous solution, a polymer dispersant, and triethanolamine as a reducing agent. Each of Hydrosol-Au and Hydrosol-Ag was diluted with ethanol to prepare a solution-Au-1 having an Au concentration of 0.72% by weight and a solution-Ag-1 having an Ag concentration of 0.72% by weight. . Next, solution-Au-1 and solution-Ag-1 were mixed in the same weight, and solution-Au-
Ag-1 was prepared.

【0021】次に、導電性基板となるシート抵抗値が1
0オームのITO皮膜付ガラス基板(大きさ40x40m
m、ITO厚み150〜190nm)を界面活性剤を含ん
だ水溶液で超音波洗浄したのち、乾燥後オゾン洗浄した
ものを120℃のヒートプレート上で加熱した。
Next, the sheet resistance value of the conductive substrate is 1
Glass substrate with ITO film of 0 ohm (size 40x40m
m, ITO thickness 150 to 190 nm) was ultrasonically washed with an aqueous solution containing a surfactant, dried and then ozone washed, and then heated on a heat plate at 120 ° C.

【0022】アーティストエアーブラシ(ハンドピース
KH−4(商品名)、近畿エアー社)の液溜めに溶液−
Ag-Au-1(10g)を入れ、全量を、アルゴンガス圧
0.3atm.で間歇的に加熱したITO上に約20cmの
斜め上方から左右に繰り返しスイングしながらスプレー
した。
Solution in the reservoir of Artist Air Brush (Handpiece KH-4 (trade name), Kinki Air Co., Ltd.)
Ag-Au-1 (10 g) was put, and the entire amount was sprayed on ITO which was intermittently heated at an argon gas pressure of 0.3 atm.

【0023】全量スプレー後、30分そのままヒートプレ
ートに放置したのち、300℃のオーブンで、60分ベー
キングすることでAg, Auを含有する試験電極1を作製し
た。スプレー前、ベーキング後のITOガラス基板の重量
差より求めたAg+Auの担持量は、0.04mg/cm2
であった。同様にして、溶液−Au−1を用いて、Auの担
持量が0.03mg/cm2の比較電極1、溶液−Ag−
2を用いて、Agの担持量が0.03mg/cm2の比較
電極2を作製した。
After spraying the whole amount, it was left on a heat plate for 30 minutes as it was, and then baked in an oven at 300 ° C. for 60 minutes to prepare a test electrode 1 containing Ag and Au. The supported amount of Ag + Au calculated from the weight difference of the ITO glass substrate before spraying and after baking was 0.04 mg / cm2.
Met. Similarly, using the solution-Au-1, the reference electrode 1 having a supported amount of Au of 0.03 mg / cm 2 and the solution-Ag-
2 was used to prepare a reference electrode 2 having an Ag loading of 0.03 mg / cm 2.

【0024】・試験電極の糖酸化特性評価 試験電極1、比較電極1、比較電極2を図1に示す電解
セルの作用電極(負極)(23)として装着し、グルコ
ースを2mM含む0.62%KOH水溶液(26)中でA
g/AgCl標準電極(25)に対しマイナス0.9Vからプ
ラス0.5Vの範囲で20mV/秒の電位掃引速度で電
位を変化させて、グルコースの電解酸化応答を評価し
た。電位は、作用電極(23)の自然電位(rest pote
ntial)からマイナス0.9Vに向かって減少し、マイ
ナス0.9Vに達するとプラス0.5V向かって増加する
変化を1サイクルとして、6サイクル電解を行った。
Evaluation of Sugar Oxidation Property of Test Electrode Test electrode 1, reference electrode 1 and reference electrode 2 were mounted as working electrode (negative electrode) (23) of the electrolytic cell shown in FIG. 1 and contained 0.62% glucose at 2 mM. A in KOH aqueous solution (26)
The electro-oxidative response of glucose was evaluated by changing the potential at a potential sweep rate of 20 mV / sec in the range of −0.9 V to +0.5 V with respect to the g / AgCl standard electrode (25). The potential is the natural potential of the working electrode (23) (rest pote
6-cycle electrolysis was performed with the change from ntial) toward minus 0.9 V and increasing toward plus 0.5 V when reaching minus 0.9 V as one cycle.

【0025】図1に示したセルは、ガラス容器(2
1)、ゴム栓(22)、試験電極また比較電極からなる
作用極(負極)(23)、白金対極(24)、Ag/AgCl
標準電極(25)、電解液(26)、正極(27)から
構成されている。電解液(26)と接触する作用極(負
極)(23)の面積は2cm2である。6サイクル目の
電流‐電位特性を図2に示す。
The cell shown in FIG. 1 is a glass container (2
1), rubber plug (22), working electrode (negative electrode) (23) consisting of test electrode or reference electrode, platinum counter electrode (24), Ag / AgCl
It is composed of a standard electrode (25), an electrolytic solution (26) and a positive electrode (27). The area of the working electrode (negative electrode) (23) in contact with the electrolytic solution (26) is 2 cm 2 . The current-potential characteristics at the 6th cycle are shown in FIG.

【0026】本発明に従うAg, Auを含む試験電極1
は、マイナス0.6V付近よりグルコースの酸化電流応
答を与え、この電流値は、Auのみを含む比較電極1およ
びAgのみを含む比較電極2のそれぞれの電流応答ならび
にこれらを足し合わせた電流応答に較べ2倍以上であ
る。
Test electrode 1 containing Ag, Au according to the present invention
Gives an oxidation current response of glucose from around −0.6 V, and this current value corresponds to the current response of the reference electrode 1 containing only Au and the reference electrode 2 containing only Ag and the current response obtained by adding these. It is more than twice as high.

【0027】次に、図2に示した同じセルを使って、電
解液(26)として、グルコースを20mMを含む0.
62%KOH水溶液を用い、負極(23)と正極(27)
とで電池を構成し、この電池を0.02〜3mAの一定
電流値で60秒間連続放電した際の電流―電圧特性を図
3に示す。ここで、正極(27)として、活性炭、マン
ガン低級酸化物(MnOOH)、カーボンブラック、フッ素
樹脂バインダーよりなる組成物をニッケル網に塗りこん
で作製した空気極を用いた。
Next, using the same cell shown in FIG. 2, as an electrolyte solution (26), glucose containing 20 mM of 20 mM was added.
Negative electrode (23) and positive electrode (27) using 62% KOH aqueous solution
Fig. 3 shows the current-voltage characteristics when a battery is constituted by and the battery is continuously discharged at a constant current value of 0.02 to 3 mA for 60 seconds. Here, as the positive electrode (27), an air electrode prepared by coating a nickel net with a composition comprising activated carbon, lower manganese oxide (MnOOH), carbon black, and a fluororesin binder was used.

【0028】本発明に従うAg, Auを含む試験電極1を用
いた試験電池1は、Auのみを含む比較電極1を用いた比
較電池1およびAgのみを含む比較電極2を用いた比較電
池2に較べ、高い電圧および大きな出力電流を与える。
さらに、グルコースに代えて、単糖類であるガラクトー
ス、マンノース、ソルボース、フルクトース、二糖類で
あるマルトース、スクロース、ラクトース、ラフィノー
ス、多糖類であるデンプンを用いて試験電極1、比較電
極1、比較電極2について特性評価を行ったところ、グ
ルコースの場合と同様、本発明に従いAg,Auを含む
試験電極は、AuあるいはAgのみを含む比較電極と較
べて、著しく改良された電極特性ならびに電池特性を与
えた。
The test battery 1 using the test electrode 1 containing Ag and Au according to the present invention is divided into the comparative battery 1 using the reference electrode 1 containing only Au and the comparison battery 2 using the reference electrode 2 containing only Ag. In comparison, it gives a high voltage and a large output current.
Further, in place of glucose, monosaccharides such as galactose, mannose, sorbose, fructose, disaccharides such as maltose, sucrose, lactose, raffinose, and polysaccharides such as starch were used as the test electrode 1, the reference electrode 1, and the reference electrode 2. As to glucose, the test electrode containing Ag and Au according to the present invention gave significantly improved electrode characteristics and battery characteristics as compared with the reference electrode containing only Au or Ag, as in the case of glucose. .

【0029】Au, Agの両方を含む試験電極1が、比較
電極1、2に較べ大きな電流応答を与える理由につい
て、以下のように考える。AuはAgと共存することで、Au
が本来もっている糖の酸化反応に対する触媒活性能を発
揮していると考えられるAuの結晶エッジ部(活性点)が
数多く生成され触媒活性能が飛躍的に高めることができ
る。さらに、AuとAgが同一電極内に共存すること
で、糖分子とAu、糖分子あるいは糖分子酸化生成物と
Agとの反応領域が重なり合って効率よく糖分子の電解
酸化を行うことができる。すなわち、Auにより酸化を
受けた糖分子は、近接するAg粒子の反応領域に速やか
に移動し、Agによりさらに酸化を受けAuの反応領域
よりすみやかに取り除かれる。このためAuの反応領域
はいつでも新たな糖分子を受け入れるために用意された
状態に保たれ全体として糖の酸化が促進される。
The reason why the test electrode 1 containing both Au and Ag gives a larger current response than the reference electrodes 1 and 2 is considered as follows. Au coexists with Ag,
Many crystal edge parts (active points) of Au, which are considered to exhibit the original catalytic activity for the oxidation reaction of sugar, are generated, and the catalytic activity can be dramatically increased. Furthermore, by coexisting Au and Ag in the same electrode, the reaction regions of the sugar molecule and Au, the sugar molecule or the oxidation product of the sugar molecule and Ag are overlapped, and the electrolytic oxidation of the sugar molecule can be efficiently performed. That is, the sugar molecule oxidized by Au rapidly moves to the reaction region of the adjacent Ag particles, and is further oxidized by Ag and is quickly removed from the reaction region of Au. For this reason, the reaction region of Au is always kept ready to accept a new sugar molecule, and the oxidation of sugar is promoted as a whole.

【0030】(実施例2)実施例2では、白金(Pt)
と銀(Ag)を含む試験電極2、Ptのみの比較電極3
およびAgのみの比較電極2を作製し、糖の電解酸化特
性を評価するとともに、その試験電極を負極として電池
を構成し、発電を行った。
Example 2 In Example 2, platinum (Pt) was used.
Test electrode 2 containing silver and silver (Ag), reference electrode 3 containing only Pt
A comparative electrode 2 containing only Ag and Ag was prepared, and the electrolytic oxidation characteristics of sugar were evaluated, and a battery was constructed using the test electrode as a negative electrode to generate electricity.

【0031】・試験電極の作製 Ptの濃度が2.1重量%のヒドロゾル−Ptを、10
mMの塩化白金酸水溶液、高分子分散剤、還元剤として
ジメチルアミノエタノールを用いて調製した。ヒドロゾ
ル−Pt、実施例1で用いたヒドロゾルーAgのそれぞれ
をエタノールで希釈して、Ptの濃度が0.72重量%
の溶液−Pt−1と、Agの濃度が0.72重量%の溶液−
Ag−1を調製した。次に、溶液−Pt−1と溶液−Ag−1
を同重量混合し、溶液−Pt−Ag−1を調製した。
Preparation of test electrode Hydrosol-Pt having a Pt concentration of 2.1% by weight was mixed with 10
It was prepared using a chloroplatinic acid aqueous solution of mM, a polymer dispersant, and dimethylaminoethanol as a reducing agent. Each of Hydrosol-Pt and Hydrosol-Ag used in Example 1 was diluted with ethanol to give a Pt concentration of 0.72% by weight.
Solution of Pt-1 and a solution having an Ag concentration of 0.72% by weight-
Ag-1 was prepared. Next, Solution-Pt-1 and Solution-Ag-1
Were mixed in the same weight to prepare a solution-Pt-Ag-1.

【0032】次に、導電性基板となるシート抵抗値が1
0オームのITO皮膜付ガラス基板(大きさ40x40m
m、ITO厚み150〜190nm)を界面活性剤を含ん
だ水溶液で超音波洗浄したのち、乾燥後オゾン洗浄した
ものを120℃のヒートプレート上で加熱した。
Next, the sheet resistance value of the conductive substrate is 1
Glass substrate with ITO film of 0 ohm (size 40x40m
m, ITO thickness 150 to 190 nm) was ultrasonically washed with an aqueous solution containing a surfactant, dried and then ozone washed, and then heated on a heat plate at 120 ° C.

【0033】アーティストエアーブラシ(ハンドピース
KH−4(商品名)、近畿エアー社)の液溜めに溶液−
Pt−Ag−1(10g)を入れ、全量を、アルゴンガス圧
0.3atm.で間歇的に加熱したITO上に約20cmの
斜め上方から左右に繰り返しスイングしながらスプレー
した。
Solution in the reservoir of Artist Air Brush (Handpiece KH-4 (trade name), Kinki Air Co., Ltd.)
Pt-Ag-1 (10 g) was added, and the whole amount was sprayed onto ITO heated intermittently at an argon gas pressure of 0.3 atm.

【0034】全量スプレー後、30分そのままヒートプレ
ートに放置したのち、300℃のオーブンで、60分ベー
キングすることでAg, Ptを含有する試験電極2を作製し
た。スプレー前、ベーキング後のITOガラス基板の重量
差より求めたPt+Agの担持量は、0.03mg/cm2
であった。同様にして、溶液−Pt−1を用いて、Ptの担
持量が0.04mg/cm2の比較電極3、溶液−Ag−
2を用いて、Agの担持量が0.03mg/cm2の比較
電極2を作製した。
After spraying the whole amount, the test electrode 2 containing Ag and Pt was prepared by leaving it on a heat plate for 30 minutes and baking it in an oven at 300 ° C. for 60 minutes. The loading amount of Pt + Ag calculated from the weight difference of the ITO glass substrate before spraying and after baking was 0.03 mg / cm2.
Met. Similarly, using solution-Pt-1, reference electrode 3 having a Pt loading of 0.04 mg / cm 2, solution-Ag-
2 was used to prepare a reference electrode 2 having an Ag loading of 0.03 mg / cm 2.

【0035】・試験電極の糖酸化特性評価 試験電極1、比較電極3、比較電極2を図1に示す電解
セルの作用電極(負極)(23)として装着し、グルコ
ースを10mM含む0.62%KOH水溶液(26)中
でAg/AgCl標準電極(25)に対しマイナス0.9Vか
らプラス0.1Vの範囲で20mV/秒の電位掃引速度
で電位を変化させて、グルコースの電解酸化応答を評価
した。電位は、作用電極(23)の自然電位(rest po
tential)からマイナス0.9Vに向かって減少し、マ
イナス0.9Vに達するとプラス0.1V向かって増加す
る変化を1サイクルとして、6サイクル電解を行った。
6サイクル目の電流‐電位特性を図4に示す。
Evaluation of Sugar Oxidation Property of Test Electrode Test electrode 1, reference electrode 3 and reference electrode 2 were mounted as working electrodes (negative electrodes) (23) of the electrolytic cell shown in FIG. 1 and contained 0.62% glucose containing 10 mM. Evaluate the electro-oxidative response of glucose by changing the potential in an aqueous KOH solution (26) against the Ag / AgCl standard electrode (25) at a potential sweep rate of 20 mV / sec in the range of minus 0.9 V to plus 0.1 V. did. The potential is the natural potential of the working electrode (23) (rest po
6 cycles of electrolysis was performed, with one cycle being the change from the (tential) toward minus 0.9V and increasing toward minus 0.9V when reaching minus 0.9V.
The current-potential characteristic at the 6th cycle is shown in FIG.

【0036】本発明に従うAg, Ptを含む試験電極2
は、マイナス0.8V付近よりグルコースの酸化電流応
答を与え、この電流値は電位がプラス方向に行くに従い
増加し、マイナス0.4V付近でピーク値を与える。一
方、Ptのみを含む比較電極3では、マイナス0.9V付
近からグルコースの酸化電流応答を与えるが、電位がプ
ラス方向に行くと、マイナス0.7V付近に小さなピー
ク値、さらにマイナス0.2V付近にこれよりも大きな
ピーク値の、2つのピーク値を与える。しかし、これら
のピーク値は、試験電極2のマイナス4V付近のピーク
値を上回ることはない。Agのみを含む比較電極2は、マ
イナス0.9V〜プラス0.1Vの電位範囲では、試験電
極2、比較電極3に較べると50分の1から100分の
1できわめて小さく、比較電極2の応答を比較電極3の
応答に加えても、比較電極3の応答の大きさはほとんど
変わらない。
Test electrode 2 containing Ag, Pt according to the present invention
Gives an oxidation current response of glucose from around −0.8V, and this current value increases as the potential goes in the positive direction, and gives a peak value near −0.4V. On the other hand, the reference electrode 3 containing only Pt gives an oxidation current response of glucose from around −0.9V, but when the potential goes in the positive direction, a small peak value near −0.7V, and further around −0.2V. Are given two peak values, which are larger than this. However, these peak values do not exceed the peak value of the test electrode 2 around -4V. The comparison electrode 2 containing only Ag is 1/50 to 100 times smaller than the test electrode 2 and the comparison electrode 3 in the potential range of minus 0.9 V to plus 0.1 V. Even if the response is added to the response of the reference electrode 3, the magnitude of the response of the reference electrode 3 hardly changes.

【0037】次に、図1に示した同じセルを使って、電
解液(26)として、グルコースを20mMを含む0.
62%KOH水溶液を用い、負極(23)と正極(27)
とで電池を構成し、この電池を0.02〜3mAの一定
電流値で60秒間連続放電した際の電流―電圧特性を図
5に示す。ここで、正極(27)として、活性炭、マン
ガン低級酸化物(MnOOH)、カーボンブラック、フッ素
樹脂バインダーよりなる組成物をニッケル網に塗りこん
で作製した空気極を用いた。
Next, using the same cell as shown in FIG. 1, as an electrolyte solution (26), glucose containing 20 mM of 0.
Negative electrode (23) and positive electrode (27) using 62% KOH aqueous solution
Fig. 5 shows the current-voltage characteristics when a battery was constituted by and the battery was continuously discharged for 60 seconds at a constant current value of 0.02 to 3 mA. Here, as the positive electrode (27), an air electrode prepared by coating a nickel net with a composition comprising activated carbon, lower manganese oxide (MnOOH), carbon black, and a fluororesin binder was used.

【0038】本発明に従うAg, Ptを含む試験電極2を用
いた試験電池2は、Ptのみを含む比較電極3を用いた比
較電池3およびAgのみを含む比較電極2を用いた比較電
池2に較べ、高い電圧および大きな出力電流を与える。
さらに、グルコースに代えて、単糖類であるガラクトー
ス、マンノース、ソルボース、フルクトース、二糖類で
あるマルトース、スクロース、ラクトース、ラフィノー
ス、多糖類であるデンプンを用いて試験電極2、比較電
極3、比較電極2について特性評価を行ったところ、グ
ルコースの場合と同様、本発明に従いAg,Ptを含む
試験電極は、PtあるいはAgのみを含む比較電極と較
べて、著しく改良された電極特性ならびに電池特性を与
えた。
The test battery 2 using the test electrode 2 containing Ag and Pt according to the present invention is the comparison battery 3 using the comparison electrode 3 containing only Pt and the comparison battery 2 using the comparison electrode 2 containing only Ag. In comparison, it gives a high voltage and a large output current.
Further, instead of glucose, monosaccharides such as galactose, mannose, sorbose, fructose, disaccharides such as maltose, sucrose, lactose, raffinose, and polysaccharides such as starch were used as the test electrode 2, the reference electrode 3, and the reference electrode 2. As to glucose, the test electrode containing Ag and Pt according to the present invention gave significantly improved electrode characteristics and battery characteristics as compared with the reference electrode containing only Pt or Ag. .

【0039】Pt, Agの両方を含む試験電極2が、比
較電極3、2に較べ大きな電流応答を与える理由につい
て、以下のように考える。Ptは糖の酸化反応により発
生する一酸化炭素(CO)により触媒活性点が一時的に
覆われ活性が低下する性質を持っている。このことは、
図4で示したPtのみを含む比較電極3の電流―電位特
性にはっきりと現れている。電位を、プラス0.1Vか
らマイナス0.9Vに向かってカソード方向に掃引した
際に、スパイク状の大きな酸化電流が流れる。この酸化
電流は、Ptの活性点を覆っていたCOが外れ活性点が
蘇生したために流れたものである。これに対し、Ptと
Agを含む試験電極2では、若干の酸化電流の増加は見
られるが、スパイク状の大きな電流は見られず、Ptの
活性点はCOにより覆われにくくなっていることが分か
る。本発明者は、AgがPtと共存することで、糖の酸
化反応の途中で生成するCOを、Ptと近接するAgが
有効にPt表面から除去するために、Ptの高い活性が
保たれると考えている。さらに、AuとAgが共存する
場合と同じく、PtとAgが同一電極内に共存すること
で、糖分子とPt、糖分子あるいは糖分子酸化生成物と
Agとの反応領域が重なり合って効率よく糖分子の電解
酸化を行うことができる。すなわち、Ptにより酸化を
受けた糖分子は、近接するAg粒子の反応領域に速やか
に移動し、Agによりさらに酸化を受けPtの反応領域
よりすみやかに取り除かれる。このためPtの反応領域
はいつでも新たな糖分子を受け入れるために用意された
状態に保たれ全体として糖の酸化が促進される。
The reason why the test electrode 2 containing both Pt and Ag gives a larger current response than the reference electrodes 3 and 2 is considered as follows. Pt has the property that the catalytic active site is temporarily covered by carbon monoxide (CO) generated by the oxidation reaction of sugar, and the activity is reduced. This is
It clearly appears in the current-potential characteristics of the reference electrode 3 containing only Pt shown in FIG. When the potential is swept in the cathode direction from plus 0.1 V to minus 0.9 V, a large spike-shaped oxidation current flows. This oxidation current flows because CO that has covered the active point of Pt is removed and the active point is revived. On the other hand, in the test electrode 2 containing Pt and Ag, a slight increase in the oxidation current was observed, but a large spike-shaped current was not observed, and the active points of Pt were difficult to be covered with CO. I understand. The present inventor maintains high activity of Pt because Ag coexisting with Pt effectively removes CO generated during the oxidation reaction of sugar from the surface of Pt by Ag adjacent to Pt. I believe. Further, as in the case where Au and Ag coexist, the coexistence of Pt and Ag in the same electrode causes the reaction regions of the sugar molecule and Pt, the sugar molecule or the sugar molecule oxidation product and Ag to overlap with each other, and the sugar is efficiently added. It is possible to carry out electrolytic oxidation of molecules. That is, the sugar molecule that has been oxidized by Pt quickly moves to the reaction region of the adjacent Ag particles, and is further oxidized by Ag and is quickly removed from the reaction region of Pt. Therefore, the reaction region of Pt is always kept in a state prepared to accept a new sugar molecule, and the oxidation of sugar is promoted as a whole.

【0040】(実施例3)実施例3では、白金(Pt)
と銀(Ag)と金(Au)を含む試験電極3を作製し、糖
の電解酸化特性を評価するとともに、その試験電極を負
極として電池を構成し、発電を行った。
(Example 3) In Example 3, platinum (Pt) was used.
A test electrode 3 containing silver (Ag) and gold (Au) was prepared, the electrolytic oxidation characteristics of sugar were evaluated, and a battery was constructed using the test electrode as a negative electrode to generate electricity.

【0041】・試験電極の作製 実施例1で用いたヒドロゾル−Ag、ヒドロゾル−Au、実
施例2で用いたヒドロゾル−Ptをそれぞれエタノールで
希釈して得たAgの濃度が0.72重量%の溶液−Ag−1
と、Au濃度が0.72重量%の溶液−Au−1と、Pt濃度
が0.72重量%の溶液−Pt−1を、それぞれPtを1
0g、Auを10g、さらにAgを20gづつ混合して
溶液−Pt−Au−Ag−1を調製した。
Preparation of Test Electrode The hydrosol-Ag and hydrosol-Au used in Example 1 and the hydrosol-Pt used in Example 2 were diluted with ethanol to obtain a Ag concentration of 0.72% by weight. Solution-Ag-1
And a solution-Au-1 with an Au concentration of 0.72% by weight and a solution-Pt-1 with a Pt concentration of 0.72% by weight, each containing 1 Pt.
A solution-Pt-Au-Ag-1 was prepared by mixing 0 g, 10 g of Au, and 20 g of Ag.

【0042】次に、導電性基板となるシート抵抗値が1
0オームのITO皮膜付ガラス基板(大きさ40x40m
m、ITO厚み150〜190nm)を界面活性剤を含ん
だ水溶液で超音波洗浄したのち、乾燥後オゾン洗浄した
ものを120℃のヒートプレート上で加熱した。
Next, the sheet resistance value of the conductive substrate is 1
Glass substrate with ITO film of 0 ohm (size 40x40m
m, ITO thickness 150 to 190 nm) was ultrasonically washed with an aqueous solution containing a surfactant, dried and then ozone washed, and then heated on a heat plate at 120 ° C.

【0043】アーティストエアーブラシ(ハンドピース
KH−4(商品名)、近畿エアー社)の液溜めに溶液−
Pt−Au−Ag−1(10g)を入れ、全量を、アルゴンガ
ス圧0.3atm.で間歇的に加熱したITO上に約20c
mの斜め上方から左右に繰り返しスイングしながらスプ
レーした。全量スプレー後、30分そのままヒートプレー
トに放置したのち、300℃のオーブンで、60分ベーキ
ングすることでAg、Au、Ptを含有する試験電極3を作製
した。スプレー前、ベーキング後のITOガラス基板の重
量差より求めたPt+Au+Agの担持量は、0.04mg/
cm2であった。
Solution in the reservoir of Artist Air Brush (Handpiece KH-4 (trade name), Kinki Air Co., Ltd.)
Pt-Au-Ag-1 (10 g) was added, and the total amount was about 20 c on ITO that was intermittently heated at an argon gas pressure of 0.3 atm.
Sprayed while repeatedly swinging from left to right from above. After spraying the whole amount, it was left on a heat plate for 30 minutes as it was, and then baked in an oven at 300 ° C. for 60 minutes to prepare a test electrode 3 containing Ag, Au, and Pt. The loading amount of Pt + Au + Ag calculated from the weight difference of the ITO glass substrate before spraying and after baking was 0.04 mg /
It was cm2.

【0044】・試験電極の糖酸化特性評価 試験電極3を図1に示す電解セルの作用電極(負極)
(23)として装着し、グルコースを10mM含む0.
62%KOH水溶液(26)中でAg/AgCl標準電極(2
5)に対しマイナス0.9Vからプラス0.1Vの範囲
で20mV/秒の電位掃引速度で電位を変化させて、グ
ルコースの電解酸化応答を評価した。電位は、作用電極
(23)の自然電位(rest potential)からマイナス
0.9Vに向かって減少し、マイナス0.9Vに達する
とプラス0.1V向かって増加する変化を1サイクルと
して、6サイクル電解を行った。6サイクル目の電流‐
電位特性を図6に示す。
Evaluation of sugar oxidation property of test electrode The test electrode 3 is the working electrode (negative electrode) of the electrolytic cell shown in FIG.
It is attached as (23) and contains glucose at 10 mM.
62% KOH aqueous solution (26) in Ag / AgCl standard electrode (2
In contrast to 5), the potential was changed at a potential sweep rate of 20 mV / sec in the range of minus 0.9 V to plus 0.1 V, and the electrolytic oxidation response of glucose was evaluated. The electric potential decreases from the natural potential (rest potential) of the working electrode (23) toward minus 0.9V, and when it reaches minus 0.9V, increases toward plus 0.1V as one cycle. I went. 6th cycle current-
The potential characteristics are shown in FIG.

【0045】本発明に従うAg、Au、Ptを含む試験電極3
は、マイナス0.7V付近よりグルコースの酸化電流応
答を与え、この電流値は電位がプラス方向に行くに従い
増加し、マイナス0.2V付近でピーク値を与える。試
験電極3では、Ptのみを含む電極でみられるような、電
位を、プラス0.1Vからマイナス0.9Vに向かって
カソード方向に掃引した際に、スパイク状の大きな酸化
電流が流れることはなく、COによる被毒はほとんど起こ
らない。
Test electrode 3 containing Ag, Au, Pt according to the invention
Gives an oxidation current response of glucose from around −0.7V, and this current value increases as the potential goes in the positive direction, and gives a peak value near −0.2V. In the test electrode 3, a large spike-shaped oxidation current does not flow when the electric potential is swept in the cathode direction from plus 0.1 V to minus 0.9 V as seen in the electrode containing only Pt. , CO poisoning hardly occurs.

【0046】次に、図1に示したおなじセルを使って、
電解液(26)として、グルコース20mMを含む0.
62%KOH水溶液を用い、負極(23)と正極(27)
とで電池を構成し、この電池を0.02〜3mAの一定
電流値で60秒間連続放電した際の電流―電圧特性を図
5に示す。ここで、正極(27)として、活性炭、マン
ガン低級酸化物(MnOOH)、カーボンブラック、フッ素
樹脂バインダーよりなる組成物をニッケル網に塗りこん
で作製した空気極を用いた。
Next, using the same cell as shown in FIG.
As an electrolytic solution (26), a glucose solution containing 20 mM of glucose was added.
Negative electrode (23) and positive electrode (27) using 62% KOH aqueous solution
Fig. 5 shows the current-voltage characteristics when a battery was constituted by and the battery was continuously discharged for 60 seconds at a constant current value of 0.02 to 3 mA. Here, as the positive electrode (27), an air electrode prepared by coating a nickel net with a composition comprising activated carbon, lower manganese oxide (MnOOH), carbon black, and a fluororesin binder was used.

【0047】本発明に従うAg、 Au、Ptを含む試験電極
3を用いた試験電池3は、高い電圧および大きな出力電
流を与える。さらに、グルコースに代えて、単糖類であ
るガラクトース、マンノース、ソルボース、フルクトー
ス、二糖類であるマルトース、スクロース、ラクトー
ス、ラフィノース、多糖類であるデンプンを用いて試験
電極2、比較電極3、比較電極2について特性評価を行
ったところ、グルコースの場合と同様、本発明に従いA
g、Au、Ptを含む試験電極3および、Pt、Auを含
む試験電極4は、著しく改良された電極特性ならびに電
池特性を与えた。
The test battery 3 using the test electrode 3 containing Ag, Au and Pt according to the present invention gives a high voltage and a large output current. Further, instead of glucose, monosaccharides such as galactose, mannose, sorbose, fructose, disaccharides such as maltose, sucrose, lactose, raffinose, and polysaccharides such as starch were used as the test electrode 2, the reference electrode 3, and the reference electrode 2. Was characterized in that, as in the case of glucose, A
Test electrode 3 containing g, Au, Pt and test electrode 4 containing Pt, Au gave significantly improved electrode properties as well as battery properties.

【0048】Pt, Au,Agを含む試験電極3が、大
きな電流応答を与える理由について、以下のように考え
る。Ptは糖の酸化反応により発生する一酸化炭素(C
O)により触媒活性点が一時的に覆われ活性が低下する
性質を持っている。このことは、図4で示したPtのみ
を含む比較電極3の電流―電位特性にはっきりと現れて
いる。電位を、プラス0.1Vからマイナス0.9Vに
向かってカソード方向に掃引した際に、スパイク状の大
きな酸化電流が流れる。この酸化電流は、Ptの活性点
を覆っていたCOが外れ活性点が蘇生したために流れた
ものである。これに対し、PtとAuとAgを含む試験
電極3では、スパイク状の大きな電流は見られず、Pt
の活性点はCOにより覆われにくくなっていることが分
かる。本発明者は、AgとAuとPtとが共存すること
で、糖の酸化反応の途中で生成するCOを、Ptと近接
するAgあるいはAgとAuが有効にPt表面から除去
するために、Ptの高い活性が保たれると考えている。
さらに、PtとAgとAuが同一電極内に共存すること
で、糖分子とPt、糖分子あるいは糖分子酸化生成物と
AgおよびAuとの反応領域が重なり合って効率よく糖
分子の電解酸化を行うことができる。すなわち、Ptに
より酸化を受けた糖分子は、近接するAg粒子およびA
u粒子の反応領域に速やかに移動し、AgおよびAuに
よりさらに酸化を受けPtの反応領域よりすみやかに取
り除かれる。このためPtの反応領域はいつでも新たな
糖分子を受け入れるために用意された状態に保たれ全体
として糖の酸化が促進される。
The reason why the test electrode 3 containing Pt, Au and Ag gives a large current response will be considered as follows. Pt is carbon monoxide (C
O) has the property that the catalytically active sites are temporarily covered and the activity decreases. This is clearly shown in the current-potential characteristics of the reference electrode 3 containing only Pt shown in FIG. When the potential is swept in the cathode direction from plus 0.1 V to minus 0.9 V, a large spike-shaped oxidation current flows. This oxidation current flows because CO that has covered the active point of Pt is removed and the active point is revived. On the other hand, in the test electrode 3 containing Pt, Au, and Ag, no large spike-shaped current was observed, and Pt
It can be seen that the active points of are hard to be covered with CO. The present inventor has found that the coexistence of Ag, Au, and Pt effectively removes CO generated in the course of the oxidation reaction of sugar from the Pt surface so that Ag adjacent to Pt or Ag and Au can be effectively removed from the Pt surface. It is believed that the high activity of is maintained.
Furthermore, by coexisting Pt, Ag, and Au in the same electrode, the reaction regions of the sugar molecule and Pt, the sugar molecule or the oxidation product of the sugar molecule, and Ag and Au are overlapped, and the electrolytic oxidation of the sugar molecule is efficiently performed. be able to. That is, sugar molecules that have been oxidized by Pt are
It rapidly moves to the reaction region of the u particles, is further oxidized by Ag and Au, and is quickly removed from the reaction region of Pt. Therefore, the reaction region of Pt is always kept in a state prepared to accept a new sugar molecule, and the oxidation of sugar is promoted as a whole.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明の糖電解酸化用電極は、銀と金、
銀と白金、あるいは銀と金と白金を少なくとも含む電極
であって、これにより高い効率、すなわち糖の持つ24
個の電子のうち2個以上の電子の利用が、よりカソーデ
ィックな電位で可能となる。このような電極を負極とす
ることで、より高い動作電圧の電池を得ることができ
る。本発明によれば、糖の持つ化学エネルギーを直接電
気エネルギーとして有効に利用することができる。
The electrode for sugar electrolytic oxidation of the present invention comprises silver and gold,
An electrode containing at least silver and platinum, or at least silver, gold and platinum, which results in high efficiency
It is possible to use two or more electrons among the individual electrons with a more cathodic potential. By using such an electrode as a negative electrode, a battery having a higher operating voltage can be obtained. According to the present invention, the chemical energy of sugar can be effectively utilized directly as electric energy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例において試験電極の作製および
糖酸化特性評価、並びに電池特性評価に用いたセルの断
面図
FIG. 1 is a cross-sectional view of a cell used for production of test electrodes, evaluation of sugar oxidation characteristics, and evaluation of battery characteristics in an example of the present invention.

【図2】本発明の実施例1における試験電極および比較
電極の電流‐電位特性図
FIG. 2 is a current-potential characteristic diagram of a test electrode and a reference electrode in Example 1 of the present invention.

【図3】本発明の実施例1における試験電池および比較
電池の電流‐電圧特性図
FIG. 3 is a current-voltage characteristic diagram of a test battery and a comparative battery in Example 1 of the present invention.

【図4】本発明の実施例2における試験電極および比較
電極の電流‐電位特性図
FIG. 4 is a current-potential characteristic diagram of a test electrode and a reference electrode in Example 2 of the present invention.

【図5】本発明の実施例2における試験電池および比較
電池の電流‐電圧特性図
FIG. 5 is a current-voltage characteristic diagram of a test battery and a comparative battery in Example 2 of the present invention.

【図6】本発明の実施例3における試験電極の電流‐電
位特性図
FIG. 6 is a current-potential characteristic diagram of a test electrode in Example 3 of the present invention.

【図7】本発明の実施例3における試験電池の電流‐電
圧特性図
FIG. 7 is a current-voltage characteristic diagram of a test battery in Example 3 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 ガラス容器 22 ゴム栓 23 作用極(負極) 24 白金対極 25 Ag/AgCl標準電極 26 電解液 27 正極 21 glass container 22 Rubber stopper 23 Working electrode (negative electrode) 24 Platinum counter electrode 25 Ag / AgCl standard electrode 26 Electrolyte 27 Positive electrode

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 銀と、少なくとも金または白金のいずれ
か1つを担持したことを特徴とする糖の電解酸化用電
極。
1. An electrode for electrolytic oxidation of sugar, which carries silver and at least one of gold and platinum.
【請求項2】 銀の含有量が前記2種あるいは3種の金
属成分量に対して50原子%以上、95原子%以下であ
ることを特徴とする請求項1記載の糖の電解酸化用電
極。
2. The electrode for electrolytic oxidation of sugar according to claim 1, wherein the content of silver is 50 atom% or more and 95 atom% or less with respect to the amount of the two or three types of metal components. .
【請求項3】 電極は導電性の基体上に、銀と金、銀と
白金、あるいは銀と金と白金のいずれか一組を担持した
ことを特徴とする請求項1または2記載の糖の電解酸化
用電極。
3. The sugar according to claim 1, wherein the electrode has one of silver and gold, silver and platinum, or silver, gold and platinum supported on a conductive substrate. Electrolytic oxidation electrode.
【請求項4】 前記金属成分のコロイド粒子を溶媒に分
散する工程、前記工程で得た溶液を基材に塗布する工
程、さらに、溶媒の全部あるいは一部を除去する工程を
含むことを特徴とする請求項1記載の糖の電解酸化用電
極の製造法。
4. A method comprising: a step of dispersing colloidal particles of the metal component in a solvent; a step of applying the solution obtained in the step to a substrate; and a step of removing all or part of the solvent. The method for producing an electrode for electrolytic oxidation of sugar according to claim 1.
【請求項5】 正極、負極および電解質を構成要素し、
請求項1または2に記載の電解酸化用電極であり、前記
電解質は糖を含み、糖の酸化反応により、前記正極と前
記負極との間に起電力が発生することを特徴とする電
池。
5. A positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte are constituent elements,
The electrode for electrolytic oxidation according to claim 1 or 2, wherein the electrolyte contains sugar, and an electromotive force is generated between the positive electrode and the negative electrode due to an oxidation reaction of sugar.
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