JP2006351248A - Micro fluidic element for power conversion - Google Patents

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由賀 伊藤
Masanori Hirota
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micro fluidic element for power conversion capable of utilizing functional fluid as well different from that for power conversion, and improving on various problems accompanying power conversion. <P>SOLUTION: As an example, the micro fluidic element (a micro channel device 10) for power conversion is provided with a main micro channel 12 (a main flow channel) in which laminar flows of acidic aqueous solution A as one kind of the fluid for power conversion and basic aqueous solution B as the other kind as well as a laminar flow of support electrolyte solution so as to intercalate between the above two. Two first-supply micro channels 14A, 14B (first supply flow channels) and one second supply micro channel 14C (a second supply flow channel) as supply flow channels, and two first exhaust micro channels 16A, 16B and one second exhaust micro channel 16C as exhaust flow channels, at either end of the main micro channel 12, are communicated with each other, three for three, to constitute the micro fluidic element for power conversion. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、電力変換用流体の移動を行うマイクロチャネル(流路)内に電力変換部が形成された電力変換用マイクロ流体素子に関する。   The present invention relates to a power conversion microfluidic device in which a power conversion unit is formed in a microchannel (flow channel) that moves a power conversion fluid.

近年、反応・分離・抽出・検出などの基本化学操作を行うことのできるマイクロ流体素子が盛んに研究されている。このマイクロ流体素子を用いることで、基本化学操作を行う反応空間の集積化、小型化が可能となり、合成機器や分析機器などへの適用が検討されている。   In recent years, microfluidic devices capable of performing basic chemical operations such as reaction, separation, extraction, and detection have been actively studied. By using this microfluidic device, it is possible to integrate and miniaturize reaction spaces for performing basic chemical operations, and application to synthesis equipment, analysis equipment, and the like is being studied.

マイクロ流体素子の構成要素は、断面寸法が数十〜数千ミクロンのマイクロチャネル(流路)である。マイクロチャネルは通常2枚の板、すなわち微細なチャネルとなる溝を形成した基板と、平らな基板とを接合することによって形成される。マイクロ流体素子の中には、2つのみならず3つ以上の流体の層流を形成するような構成も提案されている(例えば、非特許文献1)。   The component of the microfluidic device is a microchannel (flow path) having a cross-sectional dimension of several tens to several thousand microns. The microchannel is usually formed by joining two plates, that is, a substrate on which a groove to be a fine channel is formed and a flat substrate. Some microfluidic devices have been proposed in which not only two but also three or more fluid laminar flows are formed (for example, Non-Patent Document 1).

一方、マイクロ流体素子を電力変換素子として利用しようという提案がある(例えば、非特許文献2等)。この提案では、マイクロ流体素子に2種類の電力変換用流体を導入して、マイクロチャネル内に層流を形成し、当該層流領域で化学反応によるエネルギーを電気的エネルギー(電力)に変換するものである。   On the other hand, there is a proposal to use a microfluidic device as a power conversion device (for example, Non-Patent Document 2). In this proposal, two types of fluids for power conversion are introduced into a microfluidic device, a laminar flow is formed in the microchannel, and energy from a chemical reaction is converted into electrical energy (electric power) in the laminar flow region. It is.

S.Takayama et al,. Adv Mat.,13、570(2001)S. Takayama et al,. Adv Mat. , 13, 570 (2001) Journal of Power Sources 128(2004) p54〜60Journal of Power Sources 128 (2004) p54-60

上記非特許文献1の提案に加え、特願2003−393714にも電力変換用のマイクロ流体素子が提案されているが、機能流体として2種の電力変換用流体のみを使用しての電力変換を行っている。電力変換用とは異なるマイクロ流体素子については、3つ以上の流体を使用することが開示されているものの、電力変換用としては未だ2種の電力変換用流体のみを使用した素子しか実現されておらず、電力変換に伴う種々の問題を改善するためにも、電力変換用流体とは異なる機能流体も併用できるような電力変換用のマイクロ流体素子が望まれている。   In addition to the proposal of Non-Patent Document 1 described above, Japanese Patent Application No. 2003-393714 proposes a microfluidic device for power conversion. However, power conversion using only two types of power conversion fluids as functional fluids is performed. Is going. Although it is disclosed that three or more fluids are used for microfluidic devices different from those for power conversion, only devices using only two types of power conversion fluids are still realized for power conversion. In order to improve various problems associated with power conversion, a microfluidic device for power conversion that can use a functional fluid different from the fluid for power conversion is desired.

従って、本発明は、上記問題に鑑み、電力変換用流体とは異なる機能流体も併用でき、電力変換に伴う種々の問題を改善可能な電力変換用マイクロ流体素子を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to provide a power conversion microfluidic device that can use a functional fluid different from the power conversion fluid and can improve various problems associated with power conversion.

上記課題は、以下の手段により解決される。
即ち、本発明の電力変換用マイクロ流体素子は、
流体の層流が形成され、当該層流領域で電力変換が行われる主流路と、
前記主流路の一端に連通され、前記流体を前記主流路に供給する少なくとも3つの供給流路と、
前記主流路の他端に連通され、前記流体を前記主流路から排出する少なくとも1つの排出流路と、
を有することを特徴としている。
The above problem is solved by the following means.
That is, the microfluidic device for power conversion of the present invention is
A main flow path in which a laminar flow of fluid is formed and power conversion is performed in the laminar flow region;
At least three supply channels that communicate with one end of the main channel and supply the fluid to the main channel;
At least one discharge flow path communicating with the other end of the main flow path and discharging the fluid from the main flow path;
It is characterized by having.

本発明の電力変換用マイクロ流体素子では、電力変換に必要な2つの電力変換用流体に加え、これとは異なる機能流体を、主流路に供給可能なように、すくなくとも3つの供給流路を具備させ、この機能流体により種々の問題(例えば、2つの電力変換用流体間の乱流発生、気泡発生など)を改善することができる。   The microfluidic device for power conversion according to the present invention includes at least three supply channels so that a functional fluid different from the two fluids required for power conversion can be supplied to the main channel. Therefore, various problems (for example, generation of turbulent flow between two power conversion fluids, generation of bubbles, etc.) can be improved by this functional fluid.

本発明の電力変換用マイクロ流体素子においては、前記供給流路を、前記流体として2つの電力変換用液体を前記主流路に供給する2つの第1供給流路と、前記流体として支持電解液を前記2つの電力変換用液体間に介するように前記主流路に供給する第2供給流路と、で構成することができる。   In the power conversion microfluidic device of the present invention, the supply flow path includes two first supply flow paths for supplying two power conversion liquids as the fluid to the main flow path, and a supporting electrolyte as the fluid. And a second supply channel that supplies the main channel so as to be interposed between the two power conversion liquids.

従来、2つの電力変換用液体のみを利用したマイクロ流体素子では、電力変換が行われる主流路において2つの電力変換用液体の層流間(界面)が乱れてしまい、出力が不安定になってしまうという問題があった。   Conventionally, in a microfluidic device using only two power conversion liquids, the laminar flow (interface) between the two power conversion liquids is disturbed in the main flow path where power conversion is performed, and the output becomes unstable. There was a problem that.

そこで、支持電解液を2つの電力変換用液体間に介するように主流路に供給して、主流路において2つの電力変換用流体の層流間に支持電解液の層流を介在させる。これにより、2つの電力変換用流体の層流間に乱れが抑制され、安定した出力が得られるようになる。   Therefore, the supporting electrolyte is supplied to the main flow path so as to be interposed between the two power conversion liquids, and the laminar flow of the supporting electrolyte is interposed between the laminar flows of the two power conversion fluids in the main flow path. Thereby, disturbance is suppressed between the laminar flows of the two power conversion fluids, and a stable output can be obtained.

ここで、支持電解液とは導電性を与えるために電解質がイオンとなり存在する液体を意味する。   Here, the supporting electrolyte means a liquid in which the electrolyte becomes ions to give conductivity.

また、2つの電力変換用流体としては、正極活物質を含む酸性水溶液及び負極活物質を含む塩基性水溶液を利用することができる。また、支持電解液としては、中性塩を含む中性電解液を利用することができる。特に、中性塩を電力変換用液体としての酸性水溶液及び塩基性水溶液の構成物質で構成したり、中性塩を飽和溶解濃度で含ませたりすることがよい。これにより、より安定して高出力が得られる。   As the two power conversion fluids, an acidic aqueous solution containing a positive electrode active material and a basic aqueous solution containing a negative electrode active material can be used. Further, as the supporting electrolyte, a neutral electrolyte containing a neutral salt can be used. In particular, it is preferable that the neutral salt is composed of constituents of an acidic aqueous solution and a basic aqueous solution as a power conversion liquid, or the neutral salt is contained at a saturated dissolution concentration. Thereby, a high output can be obtained more stably.

一方、本発明の電力変換用マイクロ流体素子においては、前記供給流路を、前記流体として2つの電力変換用液体を前記主流路に供給する2つの第1供給流路と、前記流体として気泡吸収流体(気泡を脱気するための流体)を前記2つの電力変換用液体と接するように前記主流路に供給する第3供給流路と、で構成することもできる。なお、第3供給流路は1つであって2つであってもよい。   On the other hand, in the power conversion microfluidic device of the present invention, the supply flow path includes two first supply flow paths that supply two power conversion liquids as the fluid to the main flow path, and bubble absorption as the fluid. A third supply flow path that supplies a fluid (fluid for degassing bubbles) to the main flow path so as to be in contact with the two power conversion liquids can also be configured. Note that there may be one third supply channel and two third supply channels.

従来、2つの電力変換用液体のみを利用したマイクロ流体素子では、電力変換が行われる主流路において2つの電力変換用液体の反応により、気泡が発生してしまい、出力が不安定になってしまうという問題があった。   Conventionally, in a microfluidic device that uses only two power conversion liquids, bubbles are generated by the reaction of the two power conversion liquids in the main flow path where power conversion is performed, and the output becomes unstable. There was a problem.

そこで、気泡吸収流体(気泡を脱気するための流体)を2つの電力変換用液体に接するように主流路に供給して、主流路において2つの電力変換用流体の層流と接触して気泡吸収流体の層流を存在させる。これにより、2つの電力変換用流体間の反応によって発生した気泡が吸収、即ち脱気され、安定した出力が得られるようになる。   Therefore, bubble absorbing fluid (fluid for degassing bubbles) is supplied to the main flow path so as to be in contact with the two liquids for power conversion, and in contact with the laminar flow of the two power conversion fluids in the main flow path There is a laminar flow of absorbing fluid. Thereby, bubbles generated by the reaction between the two power conversion fluids are absorbed, that is, degassed, and a stable output can be obtained.

本発明によれば、電力変換用流体とは異なる機能流体も併用でき、電力変換に伴う種々の問題を改善可能な電力変換用マイクロ流体素子を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the functional fluid different from the fluid for power conversion can be used together, and the microfluidic element for power conversion which can improve the various problems accompanying power conversion can be provided.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、実質的に同様な機能を有する部材には、全図面通して同じ符合を付与し、重複する説明は省略することがある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that members having substantially the same functions are given the same reference numerals throughout the drawings, and redundant descriptions may be omitted.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る電力変換用マイクロ流体素子を示す模式的な平面図である。図2は、第1実施形態に係る電力変換用マイクロ流体素子を示す模式的な部分断面図であり、図1のA−A’断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic plan view showing the power conversion microfluidic device according to the first embodiment. FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view showing the power conversion microfluidic device according to the first embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1.

本実施形態に係る電力変換用マイクロ流体素子(以下、マイクロチャネルデバイス10と称する)は、電力変換用液体の一方としての酸性水溶液A及び電力変換用液体の他方としての塩基性水溶液Bと支持電解液Cの3液から形成される層流であって、2つの電力変換用液体の間に支持電解液Cが介在するような層流が形成される主マイクロチャネル12(主流路)を有している。当該主マイクロチャネル12の両端には、供給流路として2つの第1供給用マイクロチャネル14A,14B(第1供給流路)及び1つの第2供給用マイクロチャネル14C(第2供給流路)と、排出流路として2つの第1排出用マイクロチャネル16A,16B及び一つの第2排出用マイクロチャンネル16Cと、がそれぞれ3つずつ連通している。   The microfluidic element for power conversion (hereinafter referred to as microchannel device 10) according to the present embodiment includes an acidic aqueous solution A as one of the power conversion liquid and a basic aqueous solution B as the other of the power conversion liquid and supporting electrolysis. It has a main microchannel 12 (main flow path) in which a laminar flow is formed from three liquids of liquid C and a laminar flow is formed such that the supporting electrolyte C is interposed between two liquids for power conversion ing. Two first supply microchannels 14A and 14B (first supply flow path) and one second supply microchannel 14C (second supply flow path) are provided at both ends of the main microchannel 12 as supply flow paths. The two first discharge microchannels 16A and 16B and one second discharge microchannel 16C communicate with each other as three discharge channels.

第1供給用マイクロチャネル14Aは酸性水溶液Aを供給し、第1供給用マイクロチャネル14Bは塩基性水溶液Bを供給する、チャネルである。また、第2供給用マイクロチャネル14Cは、第1供給用マイクロチャネル14A,14B間に配設され、支持電解液Cを供給する、チャネルである。また、各供給用のマイクロチャネルには各流体を導入する導入口20A,20B,20Cが連通している。   The first supply microchannel 14A is a channel that supplies the acidic aqueous solution A, and the first supply microchannel 14B is the channel that supplies the basic aqueous solution B. The second supply microchannel 14C is a channel that is disposed between the first supply microchannels 14A and 14B and supplies the supporting electrolyte C. In addition, introduction ports 20A, 20B, and 20C for introducing each fluid communicate with each supply microchannel.

一方、第1排出用マイクロチャネル16Aは酸性水溶液Aを排出し、第1排出用マイクロチャネル16Bは塩基性水溶液Bを供給する、チャネルである。また、第2排出用マイクロチャネル16Cは、第1排出用マイクロチャネル16A,16B間に配設され、支持電解液Cを排出する、チャネルである。また、各排出用のマイクロチャネルには各流体を排出する排出口22A,22B,22Cが連通している。本実施形態では、回収・再使用可能なように各流体をそれぞれ排出する形態を示しているが、回収した流体を廃棄するのであれば、排出流路は一つであってもよい。   On the other hand, the first discharge microchannel 16A discharges the acidic aqueous solution A, and the first discharge microchannel 16B supplies the basic aqueous solution B. The second discharge microchannel 16C is a channel that is disposed between the first discharge microchannels 16A and 16B and discharges the supporting electrolyte C. Further, discharge ports 22A, 22B, and 22C for discharging each fluid communicate with each discharge microchannel. In the present embodiment, a mode is shown in which each fluid is discharged so that it can be collected and reused. However, if the collected fluid is discarded, one discharge channel may be provided.

また、マイクロチャネルデバイス10には、主マイクロチャネル12内に形成される層流と接触するように、正電極と負電極となる電極18が配設されている。電極18のうち、正電極は当該層流の一つを構成する酸性水溶液Aと、負電極は当該層流の一つを構成する塩基性水溶液Bと、それぞれ接触するように配設されている(図2参照)。   In addition, the microchannel device 10 is provided with electrodes 18 serving as a positive electrode and a negative electrode so as to be in contact with the laminar flow formed in the main microchannel 12. Among the electrodes 18, the positive electrode is disposed in contact with the acidic aqueous solution A that constitutes one of the laminar flows, and the negative electrode is in contact with the basic aqueous solution B that constitutes one of the laminar flows. (See FIG. 2).

ここで、酸性水溶液Aは、正極活物質(例えば過酸化水素)を含む酸性水溶液Aであり、例えば、正極活物質と共に、硫酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、塩化水素酸、ヨウ化水素酸、臭化水素酸、過塩素酸、過ヨウ素酸、オルトリン酸、ポリリン酸、硝酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロ珪酸、ヘキサフルオロリン酸、ヘキサフルオロ砒酸、ヘキサクロロ白金酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、クエン酸、蓚酸、サリチル酸、酒石酸、マレイン酸、マロン酸、フタル酸、フマル酸、及びピクリン酸からなる群より選択される酸を1以上含む水溶液である。本実施形態では、正極活物質として過酸化水素を利用した、H22/H2SO4の混合水溶液を適用している。 Here, the acidic aqueous solution A is an acidic aqueous solution A containing a positive electrode active material (for example, hydrogen peroxide). For example, sulfuric acid, methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, hydrochloric acid, hydrogen iodide together with the positive electrode active material. Acid, hydrobromic acid, perchloric acid, periodic acid, orthophosphoric acid, polyphosphoric acid, nitric acid, tetrafluoroboric acid, hexafluorosilicic acid, hexafluorophosphoric acid, hexafluoroarsenic acid, hexachloroplatinic acid, acetic acid, trifluoroacetic acid An aqueous solution containing one or more acids selected from the group consisting of citric acid, succinic acid, salicylic acid, tartaric acid, maleic acid, malonic acid, phthalic acid, fumaric acid, and picric acid. In this embodiment, a mixed aqueous solution of H 2 O 2 / H 2 SO 4 using hydrogen peroxide as the positive electrode active material is applied.

一方、塩基性水溶液Bは、負極活物質(例えば過酸化水素)を含む塩基性水溶液Bであり、負極活物質と共に、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム、水酸化アンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、及び水酸化テトラブチルアンモニウムを含む群から選択される塩基を1以上含む、又は、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、トリポリリン酸ナトリウム、トリポリリン酸カリウム、アルミン酸ナトリウム、及びアルミン酸カリウムを含む群から選択される弱酸のアルカリ金属塩を1以上含む水溶液である。本実施形態では、負極活物質として過酸化水素を利用した、H22/NaOHの混合水溶液を適用している。 On the other hand, the basic aqueous solution B is a basic aqueous solution B containing a negative electrode active material (for example, hydrogen peroxide), and together with the negative electrode active material, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, calcium hydroxide, water One or more bases selected from the group comprising barium oxide, magnesium hydroxide, ammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, and tetrabutylammonium hydroxide, or carbonic acid Selected from the group comprising sodium, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, sodium borate, potassium borate, sodium silicate, potassium silicate, sodium tripolyphosphate, potassium tripolyphosphate, sodium aluminate, and potassium aluminate A weak acid It is an aqueous solution containing alkali metal salts of one or more. In this embodiment, a mixed aqueous solution of H 2 O 2 / NaOH using hydrogen peroxide as the negative electrode active material is applied.

また、支持電解液Cは、電解質として中性塩を含む中性電解液である。この中性塩としては、例えば、酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bの構成物質で構成される中性塩、その他一般中性塩(例えば、塩化ナトリウム,塩化カリウム,臭化カリウム,ヨウ化カリウム,フッ化ナトリウム,硫酸マグネシウム,塩化カルシウムなど)が挙げられる。これらの中でも、酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bの構成物質で構成される中性塩を利用することがよい。これにより、安定して高出力が得られる。   The supporting electrolyte C is a neutral electrolyte containing a neutral salt as an electrolyte. Examples of the neutral salt include neutral salts composed of the constituents of the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B, and other general neutral salts (for example, sodium chloride, potassium chloride, potassium bromide, potassium iodide, Sodium fluoride, magnesium sulfate, calcium chloride, etc.). Among these, it is preferable to use a neutral salt composed of the constituent substances of the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B. Thereby, a high output can be stably obtained.

本実施形態では、酸性水溶液AとしてH22/H2SO4の混合水溶液、塩基性水溶液BとしてH22/NaOHの混合水溶液を適用しているため、支持電解液Cとしては、中性塩としてNa2SO4を含む中性電解液を適用している。その他、例えば、酸性水溶液AとしてH22/HClの混合水溶液、塩基性水溶液BとしてH22/KOHの混合水溶液を適用した場合、支持電解液Cとしては、中性塩としてKClを含む中性電解液を適用することがよい。 In the present embodiment, a mixed aqueous solution of H 2 O 2 / H 2 SO 4 is applied as the acidic aqueous solution A, and a mixed aqueous solution of H 2 O 2 / NaOH is applied as the basic aqueous solution B. Therefore, as the supporting electrolyte C, A neutral electrolyte containing Na 2 SO 4 as a neutral salt is applied. In addition, for example, when a mixed aqueous solution of H 2 O 2 / HCl is used as the acidic aqueous solution A and a mixed aqueous solution of H 2 O 2 / KOH is applied as the basic aqueous solution B, the supporting electrolyte C may include KCl as a neutral salt. It is preferable to apply a neutral electrolyte containing.

また、中性塩を含む中性電解液は、中性塩が飽和溶解濃度で溶解している。これにより、高出力を得ることができる。なお、この中性塩の溶解濃度によって出力(電力)を制御することもできる。   Further, in the neutral electrolytic solution containing a neutral salt, the neutral salt is dissolved at a saturated dissolution concentration. Thereby, high output can be obtained. The output (electric power) can also be controlled by the dissolved concentration of the neutral salt.

また、電極18としての正電極及び負電極は、例えば、白金、白金黒、酸化白金被覆白金、銀、金、表面を不動態化したチタン、表面を不動態化したステンレス、表面を不動態化したニッケル、表面を不動態化したアルミニウム、炭素構造体、アモルファスカーボン、及びグラッシーカーボンからなる群より選択される1以上の材料で構成することができる。本実施形態では、正電極及び負電極共に、電力変換用液体の活性能が高く、当該流体の層流の乱れが生じやすい白金黒を適用している。また、このような電極材料としては白金黒以外に、白金がある。   The positive electrode and the negative electrode as the electrode 18 are, for example, platinum, platinum black, platinum oxide-coated platinum, silver, gold, titanium whose surface is passivated, stainless steel whose surface is passivated, and passivated surface. It can be composed of one or more materials selected from the group consisting of nickel, surface-passivated aluminum, carbon structure, amorphous carbon, and glassy carbon. In the present embodiment, platinum black is applied to both the positive electrode and the negative electrode, which has a high activity of the power conversion liquid and is likely to cause laminar disturbance of the fluid. Moreover, as such an electrode material, there is platinum other than platinum black.

本実施形態に係る電力変換用マイクロ流体素子は、複数のチップ(基板)を積層した積層構造としている。具体的には、電極チップ24(電極基板)上にマイクロチャネルチップ26(流路基板)を積層して構成している。   The power conversion microfluidic device according to the present embodiment has a stacked structure in which a plurality of chips (substrates) are stacked. Specifically, the microchannel chip 26 (flow path substrate) is laminated on the electrode chip 24 (electrode substrate).

マイクロチャネルチップ26には、マイクロチャネルデバイス10を構成する、主マイクロチャネル12、第1供給用マイクロチャネル14A,14B、第2供給用マイクロチャネル14C、第1排出用マイクロチャネル16A,16B、第2排出用マイクロチャネル16Cがそれぞれ所定の位置に形成されている。   The microchannel chip 26 includes the main microchannel 12, the first supply microchannels 14A and 14B, the second supply microchannel 14C, the first discharge microchannels 16A and 16B, the second, which constitute the microchannel device 10. Discharge microchannels 16C are formed at predetermined positions, respectively.

電極チップ24には、マイクロチャネルデバイス10を構成する、電極18がそれぞれの所定の位置に形成されている。また、図示しないが、電極チップ24又はマイクロチャネルチップ26(流路基板)には、各マイクロチャネルに連通するように、導入口20A,20B,20C、排出口22A,22B,22Cとなる貫通口が設けられている。   Electrodes 18 constituting the microchannel device 10 are formed on the electrode chips 24 at predetermined positions. Although not shown, the electrode chip 24 or the microchannel chip 26 (flow channel substrate) has through-holes serving as introduction ports 20A, 20B, 20C and discharge ports 22A, 22B, 22C so as to communicate with the respective microchannels. Is provided.

ここで、各チップは、例えば、シリコン、ガラス、シリコーンゴム、樹脂(不飽和ポリエステル樹脂(例えば日立化成社製、ポリセット等)、ポリエチレンテレフタタレート(PET)、ポリカーボネート、ポリジメチルシロキサン(PDMS)等)などで構成することができる。その厚みは、例えば、0.1〜1.3mm程度で選択することができる。本実施形態では、電極チップ24をガラス、マイクロチャネルチップ26をポリジメチルシロキサン(PDMS)で構成した。各チップは同一の材料で構成してもよいし、異なる材料で構成してもよい。   Here, each chip is, for example, silicon, glass, silicone rubber, resin (unsaturated polyester resin (for example, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., polyset)), polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate, polydimethylsiloxane (PDMS). Etc.). The thickness can be selected, for example, at about 0.1 to 1.3 mm. In the present embodiment, the electrode chip 24 is made of glass, and the microchannel chip 26 is made of polydimethylsiloxane (PDMS). Each chip may be made of the same material or different materials.

本実施形態に係るマイクロ流体素子は、上記各チップを作製した後、張り合わせることで得ることができる。具体的には、例えば、マイクロチャネルチップ26は、チップ表面に各マイクロチャネルとなる所定の溝を形成することで得ることができる。この溝の形成は、チップ材料によって、例えば、1以上の高いアスペクト比(溝の深さ/幅の寸法比)のマイクロチャネルを得るために半導体加工技術で使われるフォトリソグラフィーとドライエッチング技術、或いはフォトリソグラフィーとウェットエッチング技術を用いてシリコンやガラスなどに溝加工を行う方法、マイクロマシーン加工技術で使われるLIGAプロセスを用いてPMMA(ポリメチルメタクリレート)の構造をめっきによって金属に転写する方法や、紫外線用の厚膜レジスト(エポキシ樹脂をベースとしたネガ型レジスト)の構造をシリコーンゴムなどに転写するモールド法などにより行うことができる。   The microfluidic device according to this embodiment can be obtained by manufacturing the chips and bonding them together. Specifically, for example, the microchannel chip 26 can be obtained by forming a predetermined groove serving as each microchannel on the chip surface. Depending on the chip material, this groove may be formed by, for example, photolithography and dry etching techniques used in semiconductor processing technology to obtain a microchannel having a high aspect ratio (groove depth / width dimension ratio) of 1 or more, or A method of grooving silicon or glass using photolithography and wet etching technology, a method of transferring the structure of PMMA (polymethyl methacrylate) to metal by plating using a LIGA process used in micromachine processing technology, A thick film resist for ultraviolet rays (a negative resist based on an epoxy resin) can be formed by a molding method for transferring the structure to a silicone rubber or the like.

また、電極チップ24は、チップ表面に化学蒸着法やスパッタ法などにより所定の位置に電極材料を堆積させることで得ることができる。   The electrode tip 24 can be obtained by depositing an electrode material at a predetermined position on the surface of the tip by chemical vapor deposition or sputtering.

そして、得られた各チップを、位置合わせを行いつつ重ね合わせて、公知の接合技術により接合することで、本実施形態に係るマイクロ流体素子を得ることができる。   Then, the obtained microchips can be obtained by stacking the obtained chips while aligning them and joining them by a known joining technique.

このような構成の本実施形態に係るマイクロ流体素子は、まず、導入口20A,20B,20Cから各流体を導入すると、第1供給用マイクロチャネル14Aから酸性水溶液Aが、第1供給用マイクロチャネル14Bから塩基性水溶液Bが、第2供給用マイクロチャネル14Cから支持電解液Cが、それぞれ主マイクロチャネル12へ流入する。この際、支持電解液Cを介して酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bが、それぞれ主マイクロチャネル12へ流入する。主マイクロチャネル12内では酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bの層流と共に、当該層流間に介在するように支持電解液Cの層流が形成され、当該酸性水溶液A及び塩基性水溶液B間では支持電解液Cを介して正負活物質による酸化還元反応が生じ、これに起因する電力を電極18から取り出す。   In the microfluidic device according to the present embodiment having such a configuration, when each fluid is first introduced from the inlets 20A, 20B, and 20C, the acidic aqueous solution A is converted from the first supply microchannel 14A to the first supply microchannel. The basic aqueous solution B flows from 14B and the supporting electrolyte C flows from the second supply microchannel 14C into the main microchannel 12, respectively. At this time, the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B flow into the main microchannel 12 through the supporting electrolyte C, respectively. In the main microchannel 12, a laminar flow of the supporting electrolyte C is formed with the laminar flow of the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B, and between the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B. An oxidation-reduction reaction due to the positive and negative active materials occurs through the supporting electrolyte C, and electric power resulting therefrom is taken out from the electrode 18.

一方、主マイクロチャネル12内で酸化還元反応を終えた酸性水溶液A、塩基性水溶液B、及び支持電解液Cは、第1排出用マイクロチャネル16A、第1排出用マイクロチャネル16B、及び第2排出用マイクロチャネル16Cにそれぞれ流入し、各排出口22A,22B,22Cからそれぞれ排出される。   On the other hand, the acidic aqueous solution A, the basic aqueous solution B, and the supporting electrolyte C that have finished the oxidation-reduction reaction in the main microchannel 12 are the first discharge microchannel 16A, the first discharge microchannel 16B, and the second discharge. Respectively flows into the microchannel 16C and discharged from the discharge ports 22A, 22B, 22C.

このようにして、本実施形態に係るマイクロ流体素子では、電力変換が行われる。なお、電力変換や使用する材料については特願2003−393714に記載されている。   In this manner, power conversion is performed in the microfluidic device according to the present embodiment. Note that power conversion and materials used are described in Japanese Patent Application No. 2003-393714.

以上、説明した本実施形態に係るマイクロ流体素子では、支持電解液Cを2つの電力変換用液体である酸性水溶液A及び塩基性水溶液B間に介するように主マイクロチャネル12に供給し、主マイクロチャネル12において支持電解液Cの層流を介在させた状態で、酸性水溶液A及び塩基性水溶液B間の正負活物質による酸化還元反応を生じさせている。このため、酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bの層流の乱れが抑制され、安定した出力が得られるようになる。   As described above, in the microfluidic device according to the present embodiment described above, the supporting electrolyte C is supplied to the main microchannel 12 so as to be interposed between the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B that are two power conversion liquids. A redox reaction between the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B by the positive and negative active materials is caused in the channel 12 with the laminar flow of the supporting electrolyte C interposed therebetween. For this reason, disturbance of laminar flow of acidic aqueous solution A and basic aqueous solution B is suppressed, and a stable output can be obtained.

また、酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bの層流の乱れを抑制することで、反応場である主マイクロチャネル12の長さを長くしても、酸化還元反応を安定して生じさせられるので、高出力化も図れる。   Further, by suppressing the turbulence of the laminar flow of the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B, even if the length of the main microchannel 12 that is a reaction field is increased, a redox reaction can be stably generated. High output can be achieved.

このように、支持電解液Cの層流を介在させることで、酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bの層流の乱れが抑制される理由は以下の通りであると推測される。気泡によって酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bの界面が乱れ,中和反応が進む.すると正極近傍でH+が、負極近傍ではOH-の濃度が大きく変化し,出力が不安定となる.しかし,中央に支持電解液C(中性の溶液)を介することで酸性水溶液Aと塩基性水溶液Bの直接接触が避けられるため中和反応は進まず,両電極近傍のH+,OH-の濃度変化は緩やかとなり,安定する。 Thus, it is estimated that the reason why the laminar flow of the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B is suppressed by interposing the laminar flow of the supporting electrolyte C is as follows. Bubbles disturb the interface between acidic aqueous solution A and basic aqueous solution B, and the neutralization reaction proceeds. Then, the H + concentration in the vicinity of the positive electrode and the OH concentration in the vicinity of the negative electrode change greatly, and the output becomes unstable. However, since the direct contact between the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B is avoided by passing the supporting electrolyte C (neutral solution) at the center, the neutralization reaction does not proceed and the H + and OH − in the vicinity of both electrodes Concentration change becomes gradual and stable.

(第2実施形態)
図3は、第2実施形態に係る電力変換用マイクロ流体素子を示す模式的な平面図である。図4は、第2実施形態に係る電力変換用マイクロ流体素子を示す模式的な部分断面図であり、図3のA−A’断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic plan view showing a microfluidic element for power conversion according to the second embodiment. FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view showing the power conversion microfluidic device according to the second embodiment, and is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.

本実施形態に係る電力変換用マイクロ流体素子(以下、マイクロチャネルデバイス10と称する)は、第1実施形態において、主マイクロチャネル12の両端に、気体吸収用流路として2つの気体吸収用マイクロチャネル14D,14E(気体吸収用流路)と共に、2つの気体排出用マイクロチャネル16D,16E(気体排出流路)をさらに連結した形態である。   The power conversion microfluidic device (hereinafter referred to as a microchannel device 10) according to the present embodiment includes two gas absorption microchannels as gas absorption channels at both ends of the main microchannel 12 in the first embodiment. 14D and 14E (gas absorption flow path) and two gas discharge microchannels 16D and 16E (gas discharge flow path) are further connected.

気体吸収用マイクロチャネル14D,14Eは、第1供給用マイクロチャネル14A,14Bの外側(第2供給用マイクロチャネル14Cの配置位置とは反対側)にそれぞれ配置され、液体を供給しない、チャネルである。また、気体吸収用マイクロチャネル14D,14Eには第1供給用マイクロチャネル14A,14Bと同様の圧力状態(出口側を減圧状態にして送流する場合は大気圧で、入口側で加圧して送流する場合は第1供給用マイクロチャネル14A,14Bと同じ圧力をかける。)の気体導入口20D,20Eが連通している。   The gas absorption microchannels 14D and 14E are channels that are arranged outside the first supply microchannels 14A and 14B (on the side opposite to the arrangement position of the second supply microchannel 14C) and do not supply liquid. . Further, the gas absorption microchannels 14D and 14E are supplied with the same pressure state as the first supply microchannels 14A and 14B (when the outlet side is sent in a reduced pressure state, the atmospheric pressure is applied and the inlet side is pressurized and sent. When flowing, gas inlets 20D and 20E of the same pressure as the first supply microchannels 14A and 14B are connected.

一方、気体排出用マイクロチャネル16D,16Eは、第1排出用マイクロチャネル16A,16Bの外側(第2排出用マイクロチャネル16Cの配置位置とは反対側)にそれぞれ配置され、酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bからそれぞれ吸収した気体D,Eをそれぞれ排出する、チャネルである。また、気体排出用マイクロチャネル16D,16Eには酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bからそれぞれ吸収(脱気)した気体D,Eを排出する排出口22D,22Eが連通している。   On the other hand, the gas discharge microchannels 16D and 16E are arranged outside the first discharge microchannels 16A and 16B (on the side opposite to the arrangement position of the second discharge microchannel 16C), respectively, and the acidic aqueous solution A and the basic solution This is a channel for discharging gases D and E respectively absorbed from the aqueous solution B. The gas discharge microchannels 16D and 16E communicate with discharge ports 22D and 22E for discharging the gases D and E absorbed (degassed) from the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B, respectively.

このため、主マイクロチャネル12(主流路)では、酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bの層流と共に、当該層流間に介在するように支持電解液Cの層流が形成され、さらに酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bの層流の外側(支持電解液Cの層流位置とは反対側)に酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bからそれぞれ吸収(脱気)する気体D,Eの層流が形成される(図4参照)。   Therefore, in the main microchannel 12 (main flow path), a laminar flow of the supporting electrolyte C is formed so as to be interposed between the laminar flows together with the laminar flow of the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B, and further the acidic aqueous solution A And laminar flows of gases D and E that are absorbed (degassed) from the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B, respectively, outside the laminar flow of the basic aqueous solution B (on the side opposite to the laminar flow position of the supporting electrolyte C) (See FIG. 4).

ここで、主マイクロチャネル12(主流路)の気体D,Eには、具体的には、過酸化水素の自己分解や,電気化学反応生成物として発生する気体、例えば酸素が吸収される。   Here, the gases D and E in the main microchannel 12 (main flow path) specifically absorb a gas generated as an autolysis of hydrogen peroxide or an electrochemical reaction product, for example, oxygen.

なお、主マイクロチャネル12には、酸性水溶液A、塩基性水溶液B及び支持電界液Cの流路溝と気体D,Eの流路溝との深さを変えることも好適に実施できる。具体的には、例えば、気体D,Eの流路溝の深さを、酸性水溶液A、塩基性水溶液B及び支持電界液Cの流路溝の深さよりも浅くすることで、溶液の界面張力効果で気体D,Eの流路溝に気体だけを集めて流し気泡をより効率的に吸収することができる。   In addition, the main microchannel 12 can also be suitably implemented by changing the depths of the flow grooves of the acidic aqueous solution A, the basic aqueous solution B, and the supporting electrolysis liquid C and the flow grooves of the gases D and E. Specifically, for example, by making the depth of the flow grooves of the gases D and E shallower than the depth of the flow grooves of the acidic aqueous solution A, the basic aqueous solution B, and the supporting electric field liquid C, the interfacial tension of the solution As a result, only the gas is collected and flowed in the flow grooves of the gases D and E, and the bubbles can be absorbed more efficiently.

また、気体D,Eが接する流路壁に疎水処理を施すことも好適に実施できる。これにより、気泡をより効率的に吸収することができる。   Further, it is possible to suitably perform a hydrophobic treatment on the flow path wall in contact with the gases D and E. Thereby, bubbles can be absorbed more efficiently.

これ以外の構成は、第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。   Since the configuration other than this is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

このような構成の本実施形態に係るマイクロ流体素子は、まず、導入口20A,20B,20C,20D,20Eから各流体を導入すると、第1供給用マイクロチャネル14Aから酸性水溶液Aが、第1供給用マイクロチャネル14Bから塩基性水溶液Bが、第2供給用マイクロチャネル14Cから支持電解液Cが、加えて、第3供給用マイクロチャネル14D,14Eから気体D,Eが、それぞれ主マイクロチャネル12へ流入する。   In the microfluidic device according to the present embodiment having such a configuration, first, when each fluid is introduced from the inlets 20A, 20B, 20C, 20D, and 20E, the acidic aqueous solution A is first supplied from the first supply microchannel 14A. The basic aqueous solution B is supplied from the supply microchannel 14B, the supporting electrolyte C is supplied from the second supply microchannel 14C, and the gases D and E are supplied from the third supply microchannels 14D and 14E to the main microchannel 12 respectively. Flow into.

この際、支持電解液Cを介して酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bが、そして、酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bの外側をそれぞれ接触するように気体D,Eがそれぞれ主マイクロチャネル12へ流入する。   At this time, the gases D and E flow into the main microchannel 12 through the supporting electrolyte C so that the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B and the outside of the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B are in contact with each other. To do.

そして、主マイクロチャネル12内では酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bの層流と共に、当該層流間に介在するように支持電解液Cの層流、加えて酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bの層流の外側に気体D,Eの層流が形成される。当該酸性水溶液A及び塩基性水溶液B間では支持電解液Cを介して正負活物質による酸化還元反応が生じ、これに起因する電力を電極18から取り出す。   In the main microchannel 12, the laminar flow of the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B, the laminar flow of the supporting electrolyte C so as to be interposed between the laminar flows, and the layers of the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B A laminar flow of gases D and E is formed outside the flow. Between the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B, an oxidation-reduction reaction due to positive and negative active materials occurs via the supporting electrolyte C, and electric power resulting from this is taken out from the electrode 18.

一方、主マイクロチャネル12内で酸化還元反応を終えた酸性水溶液A、塩基性水溶液B、支持電解液C、及び気体D,Eは、第1排出用マイクロチャネル16A、第1排出用マイクロチャネル16B、第2排出用マイクロチャネル16C、第3排出用マイクロチャネル16D,第3排出用マイクロチャネル16Eにそれぞれ流入し、各排出口22A,22B,22C,22D,22Eからそれぞれ排出される。   On the other hand, the acidic aqueous solution A, the basic aqueous solution B, the supporting electrolyte C, and the gases D and E that have finished the oxidation-reduction reaction in the main microchannel 12 are the first discharge microchannel 16A and the first discharge microchannel 16B. , Flows into the second discharge microchannel 16C, the third discharge microchannel 16D, and the third discharge microchannel 16E, and is discharged from the discharge ports 22A, 22B, 22C, 22D, and 22E, respectively.

以上、説明した本実施形態に係るマイクロ流体素子では、気体D,Eを2つの電力変換用液体である酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bと接触するように主マイクロチャネル12に供給し、主マイクロチャネル12において気体D,Eの層流を接触させた状態で、酸性水溶液A及び塩基性水溶液B間の正負活物質による酸化還元反応を生じさせている。このため、酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bの酸化還元反応時に生じる気泡を、気体D,Eが吸収、即ち脱気することで、効率のよい酸化還元反応を生じさせることができ、安定した出力が得られるようになる。   As described above, in the microfluidic device according to the present embodiment described above, the gases D and E are supplied to the main microchannel 12 so as to come into contact with the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B that are the two power conversion liquids. In a state where the laminar flows of the gases D and E are in contact with each other in the channel 12, a redox reaction between the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B is caused by the positive and negative active materials. For this reason, the gas D and E absorb, that is, deaerate the bubbles generated during the oxidation-reduction reaction of the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B, so that an efficient oxidation-reduction reaction can be generated and stable output can be achieved. Can be obtained.

また、酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bに生じる気泡を除去することで、反応場である主マイクロチャネル12の長さを長くしても、酸化還元反応を安定して生じさせられるので、高出力化も図れる。   Further, by removing bubbles generated in the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B, even if the length of the main microchannel 12 which is a reaction field is increased, the oxidation-reduction reaction can be stably generated. Can also be achieved.

以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。ただし、これら各実施例は、本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, these examples do not limit the present invention.

(実施例1)
上記第1実施形態に係るマイクロ流体素子(マイクロチャネルデバイス10:図1及び図2参照)を使用し、以下のようにして出力(発電)実験を行い、電流・電圧特性の試験を行った。
Example 1
Using the microfluidic device (microchannel device 10: see FIG. 1 and FIG. 2) according to the first embodiment, an output (power generation) experiment was performed as follows, and current / voltage characteristics were tested.

まず、過酸化水素水溶液(特級35%、関東化学株式会社)と硫酸(特級96%、関東化学株式会社)及び蒸留水を混合して、酸性水溶液Aを調製した。ここで、過酸化水素及び硫酸濃度はそれぞれ0.33 mol/l、0.33 mol/lとした。   First, an aqueous hydrogen peroxide solution (special grade 35%, Kanto Chemical Co., Inc.), sulfuric acid (special grade 96%, Kanto Chemical Co., Ltd.) and distilled water were mixed to prepare an acidic aqueous solution A. Here, the hydrogen peroxide and sulfuric acid concentrations were 0.33 mol / l and 0.33 mol / l, respectively.

また、過酸化水素水溶液(特級35%、関東化学株式会社)と水酸化ナトリウム(特級97%、関東化学株式会社)及び蒸留水を混合して、塩基性水溶液Bを調製した。ここで、過酸化水素及び水酸化ナトリウム濃度は0.33 mol/l、0.67 mol/lとした。   Also, a basic aqueous solution B was prepared by mixing an aqueous hydrogen peroxide solution (special grade 35%, Kanto Chemical Co., Inc.), sodium hydroxide (special grade 97%, Kanto Chemical Co., Ltd.) and distilled water. Here, the hydrogen peroxide and sodium hydroxide concentrations were 0.33 mol / l and 0.67 mol / l.

また、蒸留水に中性塩を混合し、硫酸ナトリウム濃度が1.87mol/l(飽和溶解濃度)、1.33mol/l、0.67mol/l、0mol/l(蒸留水のみ)の硫酸ナトリウム水溶液、そして、塩化カリウム濃度が4.5mol/l(飽和溶解濃度)の塩化カリウム水溶液をそれぞれ調製し、これらを支持電解液Cとした。   Moreover, neutral salt is mixed with distilled water, sodium sulfate concentration of 1.87 mol / l (saturated dissolution concentration), 1.33 mol / l, 0.67 mol / l, 0 mol / l (distilled water only) An aqueous solution and an aqueous potassium chloride solution having a potassium chloride concentration of 4.5 mol / l (saturated dissolution concentration) were prepared, and these were used as the supporting electrolyte C.

そして、導入口20Aから酸性水溶液Aを、導入口20Cから支持電解液Cを、導入口20Bから塩基性水溶液Bをそれぞれ外部ポンプにより注入し、各供給用マイクロチャネルを通じで主マイクロチャネルに供給し、各流体の層流を形成した。各流体の平均流速は、15ml/mn(レイノルズ数Re:約2000)、室温で行った。主マイクロチャネル内では酸性水溶液Aと接触する電極18(白金黒、面積:0.025cm2)は正極の働きをし、塩基性水溶液Bと接触する電極18(白金黒、面積:0.025cm2)は負極の働きをして、所謂電池が構成され、起電力が生じた。 The acidic aqueous solution A is introduced from the inlet 20A, the supporting electrolyte C is introduced from the inlet 20C, and the basic aqueous solution B is injected from the inlet 20B by an external pump, and supplied to the main microchannel through each supply microchannel. A laminar flow of each fluid was formed. The average flow rate of each fluid was 15 ml / mn (Reynolds number Re: about 2000) at room temperature. The main micro-in channel in contact with the acidic aqueous solution A electrodes 18 (platinum black, area: 0.025 cm 2) is the function of the positive electrode, the electrode 18 in contact with the basic aqueous solution B (platinum black, area: 0.025 cm 2 ) Acted as a negative electrode to form a so-called battery, and an electromotive force was generated.

この電池(電極18)に外部抵抗器を接続し、その抵抗値を0Ωから1MΩまでの範囲で変化させた場合の電流・電圧特性を、デジタルマルチメーター(KEITHLEY製2000)で測定した。この測定は、支持電解液C種を変えて、当該種毎に行った。この結果を図5に示す。なお、図5では、電流値は各実験ごとの最大電流値を1として規格化して表記した。   An external resistor was connected to the battery (electrode 18), and the current / voltage characteristics when the resistance value was changed in the range from 0Ω to 1MΩ were measured with a digital multimeter (2000 manufactured by KEITHLEY). This measurement was performed for each species by changing the supporting electrolyte C species. The result is shown in FIG. In FIG. 5, the current value is expressed by normalizing the maximum current value for each experiment as 1.

また、比較のために、支持電解液Cを介在させないマイクロ流体素子(酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bのみの層流を形成する素子)についても、同様に電流・電圧特性を測定した。この結果も図5に示す。   For comparison, the current / voltage characteristics were also measured in the same manner for a microfluidic device (an element that forms a laminar flow of only the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B) with no supporting electrolyte C interposed. This result is also shown in FIG.

図5に示す結果から、第1実施形態に係るマイクロ流体素子では、主マイクロチャネル12内で支持電解液Cを介して酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bの酸化還元反応を生じさせることで、当該水溶液間の層流の乱れが抑制され、安定した出力が得られることがわかる。   From the results shown in FIG. 5, in the microfluidic device according to the first embodiment, the redox reaction of the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B is caused in the main microchannel 12 via the supporting electrolyte C, It can be seen that the turbulence of the laminar flow between the aqueous solutions is suppressed and a stable output can be obtained.

また、支持電解液として、酸性水溶液A及び塩基性水溶液Bの構成物質で構成される中性塩を含む中性電解液を適用することで、高出力化が図れることもわかる。特に、中性塩を飽和溶解濃度とすることで、高出力化が図れることもわかる。また、中性塩濃度によって、出力が制御可能であることもわかる。   It can also be seen that high output can be achieved by applying a neutral electrolyte containing a neutral salt composed of constituents of the acidic aqueous solution A and the basic aqueous solution B as the supporting electrolyte. In particular, it can be seen that high output can be achieved by setting the neutral salt to a saturated dissolution concentration. It can also be seen that the output can be controlled by the neutral salt concentration.

(実施例2)
まず、過酸化水素水溶液(特級35%、関東化学株式会社)と塩酸(特級96%、関東化学株式会社)及び蒸留水を混合して、酸性水溶液Aを調製した。ここで、過酸化水素及び塩酸濃度はそれぞれ0.33 mol/l、0.67mol/lとした。
(Example 2)
First, an aqueous hydrogen peroxide solution (special grade 35%, Kanto Chemical Co., Inc.), hydrochloric acid (special grade 96%, Kanto Chemical Co., Ltd.) and distilled water were mixed to prepare an acidic aqueous solution A. Here, the hydrogen peroxide and hydrochloric acid concentrations were 0.33 mol / l and 0.67 mol / l, respectively.

また、過酸化水素水溶液(特級35%、関東化学株式会社)と水酸化カリウム(特級97%、関東化学株式会社)及び蒸留水を混合して、塩基性水溶液Bを調製した。ここで、過酸化水素及び水酸化ナトリウム濃度は0.33 mol/l、0.67 mol/lとした。   Also, a basic aqueous solution B was prepared by mixing an aqueous hydrogen peroxide solution (special grade 35%, Kanto Chemical Co., Inc.), potassium hydroxide (special grade 97%, Kanto Chemical Co., Ltd.) and distilled water. Here, the hydrogen peroxide and sodium hydroxide concentrations were 0.33 mol / l and 0.67 mol / l.

また、蒸留水に中性塩を混合し、塩化カリウム濃度が4.5 mol/l(飽和溶解濃度)、2.0 mol/l、1.0 mol/lの塩化カリウム水溶液、そして、硫酸ナトリウム濃度が1.7mol/l(飽和溶解濃度)の硫酸ナトリウム水溶液をそれぞれ調製し、これらを支持電解液Cとした。   Moreover, neutral salt is mixed with distilled water, potassium chloride concentration is 4.5 mol / l (saturated dissolution concentration), 2.0 mol / l, 1.0 mol / l potassium chloride aqueous solution, and sodium sulfate. Sodium sulfate aqueous solutions having a concentration of 1.7 mol / l (saturated dissolution concentration) were prepared, and these were used as the supporting electrolyte C.

そして、これら各流体を用い、実施例1と同様に支持電解液C種を変えて、電流・電圧特性を測定した。結果を図6に示す。   Then, using these fluids, the current / voltage characteristics were measured by changing the supporting electrolyte C type in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.

図6に示す結果から、酸性水溶液A、塩基性水溶液B、支持電解液Cの種類を変えても、実施例1と同様な結果が得られることがわかる。   From the results shown in FIG. 6, it can be seen that the same results as in Example 1 can be obtained even if the types of the acidic aqueous solution A, the basic aqueous solution B, and the supporting electrolyte C are changed.

第1実施形態に係るマイクロ流体素子を示す模式的な平面図である。1 is a schematic plan view showing a microfluidic device according to a first embodiment. 第1実施形態に係るマイクロ流体素子を示す模式的な部分断面図であり、図1のA−A’断面図である。It is a typical fragmentary sectional view showing the microfluidic device concerning a 1st embodiment, and is an A-A 'sectional view of Drawing 1. 第2実施形態に係るマイクロ流体素子を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the microfluidic device which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係るマイクロ流体素子を示す模式的な部分断面図であり、図3のA−A’断面図である。It is a typical fragmentary sectional view which shows the microfluidic device which concerns on 2nd Embodiment, and is A-A 'sectional drawing of FIG. 実施例1で測定した電流・電圧特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing current / voltage characteristics measured in Example 1. 実施例2で測定した電流・電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the electric current and voltage characteristic measured in Example 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 マイクロチャネルデバイス(マイクロ流体素子)
12 主マイクロチャネル
14A,14B 第1供給用マイクロチャネル(第1供給流路)
14C 第2供給用マイクロチャネル(第2供給流路)
14D,14E 第3供給用マイクロチャネル(第3供給流路)
14B 排出用マイクロチャネル
22A,22B,22C,22D,22E 各排出口
16A,16B 第1排出用マイクロチャネル
16C 第2排出用マイクロチャネル
16D,16E 第3排出用マイクロチャネル
18 電極
20A,20B,20C,20D,20E 導入口
22A,22B,22C,22D,22E 排出口
24 電極チップ
26 マイクロチャネルチップ
A 酸性水溶液
B 塩基性水溶液
C 支持電解液
D,E 気体
10 Microchannel device (microfluidic device)
12 main microchannels 14A, 14B first supply microchannel (first supply flow path)
14C Second supply microchannel (second supply flow path)
14D, 14E Third supply microchannel (third supply flow path)
14B discharge microchannels 22A, 22B, 22C, 22D, 22E discharge ports 16A, 16B first discharge microchannels 16C second discharge microchannels 16D, 16E third discharge microchannels 18 electrodes 20A, 20B, 20C, 20D, 20E Inlet 22A, 22B, 22C, 22D, 22E Outlet 24 Electrode chip 26 Microchannel chip A Acidic aqueous solution B Basic aqueous solution C Supporting electrolyte D, E Gas

Claims (5)

流体の層流が形成され、当該層流領域で電力変換が行われる主流路と、
前記主流路の一端に連通され、前記流体を前記主流路に供給する少なくとも3つの供給流路と、
前記主流路の他端に連通され、前記流体を前記主流路から排出する少なくとも1つの排出流路と、
を有することを特徴とする電力変換用マイクロ流体素子。
A main flow path in which a laminar flow of fluid is formed and power conversion is performed in the laminar flow region;
At least three supply channels that communicate with one end of the main channel and supply the fluid to the main channel;
At least one discharge flow path communicating with the other end of the main flow path and discharging the fluid from the main flow path;
A microfluidic device for power conversion, comprising:
前記供給流路を、前記流体として2つの電力変換用液体を前記主流路に供給する2つの第1供給流路と、前記流体として支持電解液を前記2つの電力変換用液体間に介するように前記主流路に供給する第2供給流路と、で構成したことを特徴とする請求項1に記載の電力変換用マイクロ流体素子。   The supply flow path is configured so that two power conversion liquids are supplied as the fluid to the main flow path, and a supporting electrolyte is interposed between the two power conversion liquids as the fluid. The microfluidic device for power conversion according to claim 1, comprising: a second supply channel that supplies the main channel. 前記2つの電力変換用液体は、正極活物質を含む酸性水溶液及び負極活物質を含む塩基性水溶液であり、
前記支持電解液は、中性塩を含む中性電解液である、
ことを特徴とする請求項2に記載の電力変換用マイクロ流体素子。
The two power conversion liquids are an acidic aqueous solution containing a positive electrode active material and a basic aqueous solution containing a negative electrode active material,
The supporting electrolytic solution is a neutral electrolytic solution containing a neutral salt.
The microfluidic device for power conversion according to claim 2.
前記2つの電力変換用液体は、正極活物質を含む酸性水溶液及び負極活物質を含む塩基性水溶液であり、
前記支持電解液は、前記酸性水溶液及び塩基性水溶液の構成物質で構成される中性塩を含む中性電解液である、
ことを特徴とする請求項2に記載の電力変換用マイクロ流体素子。
The two power conversion liquids are an acidic aqueous solution containing a positive electrode active material and a basic aqueous solution containing a negative electrode active material,
The supporting electrolytic solution is a neutral electrolytic solution containing a neutral salt composed of constituents of the acidic aqueous solution and the basic aqueous solution.
The microfluidic device for power conversion according to claim 2.
前記支持電界液は、前記中性塩を飽和溶解濃度で含む中性電解液であることを特徴とする請求項3又は4に記載の電力変換用マイクロ流体素子。   5. The microfluidic device for power conversion according to claim 3, wherein the supporting electrolytic solution is a neutral electrolytic solution containing the neutral salt at a saturated dissolution concentration.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2009143670A1 (en) * 2008-05-27 2009-12-03 马士科技有限公司 Battery of sea water electrolyte
FR3015777A1 (en) * 2013-12-24 2015-06-26 Rhodia Operations BATTERY, REDOXFLOW, TRANSFORMING CHEMICAL ENERGY IN REVERSIBLE ELECTRICITY

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