JP2010113825A - Glucose fuel cell and portable device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To continue to improve the power generation performance, by refreshing glucose aqueous solution on the surface of electrodes without needing special source of power. <P>SOLUTION: A glucose fuel cell 1 is provided with a glucose-oxidizing electrode 4, arranged in contact with glucose aqueous solution A that serves as the fuel for oxidizing the glucose aqueous solution; an air electrode 5, arranged in opposition to the glucose-oxidizing electrode 4 via the glucose aqueous solution A, or with an interposition of a proton-transmitting film for reducing oxygen inside the glucose aqueous solution; first conductive members 6, 9 made to contact the air electrode 5 and transmitting electrons for the air electrode 5 from external circuit; second conductive members 7, 8 made in contact with the glucose-oxidizing electrode 4 and transmitting electron for the outside circuit to the glucose-oxidizing electrode 4, and a movable member 12, with a specific gravity which is different from that of the glucose aqueous solution A, arranged in the glucose aqueous solution A in free relative movement toward the glucose aqueous solution A. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、グルコース燃料電池およびポータブル装置に関するものである。   The present invention relates to glucose fuel cells and portable devices.

従来、グルコース水溶液内に一対の電極を浸漬させ、超音波振動子によってグルコース水溶液に振動を加えて対流させることで、電極表面のグルコース水溶液をリフレッシュする燃料電池が知られている（例えば、特許文献１参照。）。   Conventionally, a fuel cell is known in which a pair of electrodes are immersed in an aqueous glucose solution, and the aqueous glucose solution is vibrated and convected by an ultrasonic vibrator to refresh the aqueous glucose solution on the electrode surface (for example, Patent Documents). 1).

特開２００８−３４１２２号公報JP 2008-34122 A

しかしながら、特許文献１の燃料電池は、グルコース水溶液をリフレッシュするために超音波振動子を使用しているため、該超音波振動子を駆動するための動力源を別途用意しなければならず、全体としての発電効率が低いという不都合がある。特に、ポータブル装置の電源として使用する燃料電池の場合には、超音波振動子を駆動するための動力源の消耗により燃料電池の発電性能が低下してしまうという問題がある。
また、グルコースは電解質ではないため、発電作用に伴ってグルコースの自然対流を生じさせることは困難である。 However, since the fuel cell of Patent Document 1 uses an ultrasonic vibrator to refresh the aqueous glucose solution, a power source for driving the ultrasonic vibrator must be prepared separately. As a result, the power generation efficiency is low. In particular, in the case of a fuel cell used as a power source for a portable device, there is a problem that the power generation performance of the fuel cell deteriorates due to the consumption of a power source for driving the ultrasonic transducer.
In addition, since glucose is not an electrolyte, it is difficult to cause natural convection of glucose along with power generation.

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、特別な動力源を必要とすることなく、電極表面のグルコース水溶液をリフレッシュして発電性能を少なくとも維持し続けることができるグルコース燃料電池およびポータブル装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and a glucose fuel cell capable of refreshing the glucose aqueous solution on the electrode surface and maintaining at least power generation performance without requiring a special power source and It is intended to provide a portable device.

上記目的を達成するために本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、燃料となるグルコース水溶液に接触状態に配置されてグルコースを酸化させるグルコース酸化極と、該グルコース酸化極に、グルコース水溶液を介して、またはプロトン透過膜を挟んで対向配置され、空気中の酸素を還元する空気極と、該空気極に接触させられて、前記空気極への電子を外部回路から伝達する第１の導電性部材と、前記グルコース酸化極に接触させられて、前記外部回路への電子を該グルコース酸化極から伝達する第２の導電性部材と、前記グルコース水溶液内に、該グルコース水溶液に対して相対移動可能に配置され、該グルコース水溶液とは比重の異なる可動部材とを備えるグルコース燃料電池を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention provides a glucose oxidation electrode that is placed in contact with a glucose aqueous solution as a fuel to oxidize glucose, and is disposed opposite to the glucose oxidation electrode via a glucose aqueous solution or with a proton-permeable membrane interposed therebetween. An air electrode that reduces oxygen in the air, a first conductive member that is brought into contact with the air electrode, and transmits electrons to the air electrode from an external circuit, and a glucose oxidation electrode that is brought into contact with the external electrode. A second conductive member for transmitting electrons to the circuit from the glucose oxidizing electrode, a movable member disposed in the glucose aqueous solution so as to be movable relative to the glucose aqueous solution, and having a specific gravity different from that of the glucose aqueous solution; A glucose fuel cell comprising:

本発明によれば、グルコース酸化極に接触しているグルコースがグルコース酸化極に電子を放出することによって酸化される一方、空気中の酸素が空気極から電子を受け取ることで還元される。これにより、空気極に接触している第１の導電性部材およびグルコース酸化極に接触している第２の導電性部材を介して外部回路に電流を取り出すことができる。   According to the present invention, glucose in contact with the glucose oxidation electrode is oxidized by releasing electrons to the glucose oxidation electrode, while oxygen in the air is reduced by receiving electrons from the air electrode. Thereby, an electric current can be taken out to an external circuit through the 1st electroconductive member which is contacting the air electrode, and the 2nd electroconductive member which is contacting the glucose oxidation electrode.

このような発電が行われると、グルコース酸化極および空気極の表面におけるグルコース水溶液との電子のやりとりによって、電極表面近傍における発電に寄与する未反応のグルコースあるいは水素イオン（プロトン）の濃度が一時的に低下する。
本発明によれば、グルコース水溶液内に、グルコース水溶液とは比重の異なる可動部材が配置されているので、グルコース燃料電池自体に振動を与えたり、姿勢を変更したりすることで、可動部材がグルコース水溶液内において相対的に移動させられることにより、グルコース水溶液が攪拌される。 When such power generation is performed, the concentration of unreacted glucose or hydrogen ions (protons) contributing to power generation near the electrode surface is temporarily caused by the exchange of electrons with the glucose aqueous solution on the surfaces of the glucose oxidation electrode and the air electrode. To drop.
According to the present invention, since the movable member having a specific gravity different from that of the aqueous glucose solution is disposed in the aqueous glucose solution, the movable member is changed to glucose by giving vibration to the glucose fuel cell itself or changing its posture. The glucose aqueous solution is stirred by being relatively moved in the aqueous solution.

例えば、本発明のグルコース燃料電池を体内埋め込み式のペースメーカや除細動装置等の動力源として用いる場合、心臓その他の臓器の脈動、あるいは人間や動物の運動又は姿勢の変更によってグルコース燃料電池自体が振動させられる。また、本発明のグルコース燃料電池を身体に携帯して搬送するポータブル装置に適用する場合には、人間や動物の運動又は姿勢の変更によってグルコース燃料電池自体が振動させられる。この振動により、グルコース水溶液内で可動部材が移動するので、グルコース水溶液が攪拌されて、未反応のグルコースや水素イオンが電極近傍に供給される。この結果、電極表面近傍における未反応のグルコースあるいは水素イオンの濃度低下が防止されるので、発電性能低下を防止することができる。すなわち、臓器の脈動や身体の動作を動力源として利用することができ、動力源の経時的な消耗を考慮することなく、発電性能を少なくとも維持し続けることができる。   For example, when the glucose fuel cell of the present invention is used as a power source for an implantable pacemaker, defibrillator, etc., the glucose fuel cell itself is caused by the pulsation of the heart or other organs, or the movement or posture of a human or animal. Vibrated. Further, when the glucose fuel cell of the present invention is applied to a portable device that is carried around the body, the glucose fuel cell itself is vibrated by a change in the movement or posture of a human or animal. Due to this vibration, the movable member moves in the aqueous glucose solution, so that the aqueous glucose solution is stirred and unreacted glucose and hydrogen ions are supplied to the vicinity of the electrode. As a result, a decrease in the concentration of unreacted glucose or hydrogen ions in the vicinity of the electrode surface is prevented, so that a decrease in power generation performance can be prevented. That is, organ pulsation and body movement can be used as a power source, and power generation performance can be maintained at least without considering the consumption of the power source over time.

上記発明においては、前記可動部材が、非導電性の材料からなる粒状部材であってもよい。
このようにすることで、グルコース燃料電池自体の振動あるいは姿勢変化によってグルコース水溶液内で粒状部材からなる可動部材が浮遊するため、簡易にグルコース水溶液を攪拌することができる。 In the said invention, the granular member which consists of a nonelectroconductive material may be sufficient as the said movable member.
By doing in this way, since the movable member which consists of a granular member floats in glucose aqueous solution by the vibration or attitude | position change of glucose fuel cell itself, glucose aqueous solution can be stirred easily.

また、上記発明においては、前記可動部材が、前記グルコース水溶液内において回転可能に支持された攪拌部材であってもよい。
このようにすることで、グルコース燃料電池自体の振動あるいは姿勢変化によってグルコース水溶液内で攪拌部材からなる可動部材を回転させて、簡易にグルコース水溶液を攪拌することができる。 In the above invention, the movable member may be a stirring member that is rotatably supported in the glucose aqueous solution.
By doing in this way, the glucose aqueous solution can be easily stirred by rotating the movable member which consists of a stirring member in glucose aqueous solution by the vibration or attitude | position change of glucose fuel cell itself.

また、本発明は、燃料となるグルコース水溶液に接触状態に配置されてグルコースを酸化させるグルコース酸化極と、該グルコース酸化極に、グルコース水溶液を介して、またはプロトン透過膜を挟んで対向配置され、空気中の酸素を還元する空気極と、前記空気極に接触させられて、前記空気極への電子を外部回路から伝達する第１の導電性部材と、前記グルコース酸化極に接触させられて、前記外部回路への電子を該グルコース酸化極から伝達する第２の導電性部材とを備え、前記グルコース酸化極が、前記第２の導電性部材に対して摺動回転可能に支持されるとともに、回転中心に対して重心が偏心させられているグルコース燃料電池を提供する。   Further, the present invention is disposed in contact with a glucose aqueous solution serving as a fuel, and a glucose oxidation electrode that oxidizes glucose, and is disposed opposite to the glucose oxidation electrode via the glucose aqueous solution or with a proton permeable membrane interposed therebetween, An air electrode that reduces oxygen in the air, a first conductive member that is brought into contact with the air electrode and transmits electrons to the air electrode from an external circuit, and a glucose oxidation electrode; A second conductive member that transmits electrons to the external circuit from the glucose oxidation electrode, and the glucose oxidation electrode is supported so as to be slidably rotatable with respect to the second conductive member; A glucose fuel cell in which the center of gravity is eccentric with respect to the center of rotation is provided.

本発明によれば、グルコース燃料電池自体の振動あるいは姿勢変化によってグルコース水溶液でグルコース酸化極が、第２の導電性部材に対して摺動するように回転させられる。これにより、グルコース酸化極表面におけるグルコース水溶液の入れ替えが行われるため、未反応のグルコースや水素イオンが電極近傍に供給される。この結果、電極表面近傍における未反応のグルコースあるいは水素イオンの濃度低下が防止されるので、発電性能低下を防止することができる。また、グルコース酸化極は、第２の導電性部材に摺動しながら接触しているので、グルコース酸化極への電子の供給は、第２の導電性部材から行うことができる。   According to the present invention, the glucose oxidizing electrode is rotated by the glucose aqueous solution so as to slide with respect to the second conductive member by the vibration or posture change of the glucose fuel cell itself. Thereby, since the aqueous glucose solution is exchanged on the surface of the glucose oxidation electrode, unreacted glucose and hydrogen ions are supplied to the vicinity of the electrode. As a result, a decrease in the concentration of unreacted glucose or hydrogen ions in the vicinity of the electrode surface is prevented, so that a decrease in power generation performance can be prevented. Further, since the glucose oxidation electrode is in contact with the second conductive member while sliding, the supply of electrons to the glucose oxidation electrode can be performed from the second conductive member.

また、本発明は、上記いずれかのグルコース燃料電池を備えるポータブル装置を提供する。
本発明によれば、ポータブル装置を身体に装着した状態での移動中の振動や姿勢変更によって、グルコース酸化極表面のグルコース水溶液がリフレッシュされるので、発電性能を少なくとも維持することができ、装着状態で使用し続けることができる。 The present invention also provides a portable device comprising any one of the above glucose fuel cells.
According to the present invention, the aqueous glucose solution on the surface of the glucose oxidation electrode is refreshed by vibration or posture change during movement while the portable device is worn on the body, so that at least power generation performance can be maintained, and the wearing state You can continue to use it.

本発明によれば、特別な動力源を必要とすることなく、電極表面のグルコース水溶液をリフレッシュして発電性能を少なくとも維持し続けることができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to refresh the aqueous glucose solution on the electrode surface and maintain at least the power generation performance without requiring a special power source.

本発明の一実施形態に係るグルコース燃料電池１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るグルコース燃料電池１は、図１および図２に示されるように、例えば、単一セルからなるグルコース燃料電池１であって、密封された箱状の本体ケース２と、該本体ケース２内に積層状態に収容された、厚さ方向に貫通する貫通穴３ａを有する平板状の絶縁材料からなるガスケット３を挟んで隙間をあけて対向配置させられるグルコース酸化極４（負極）および空気極５（正極）、空気極５に接触させられる第１の導電性部材６、グルコース酸化極４に接触させられる第２の導電性部材７、各導電性部材６，７にそれぞれ接触させられて、本体ケース２の外部に露出する端子８ａ，９ａを有する２枚の集電板８，９および各集電板８，９を本体ケース２に対して絶縁する２枚のガスケット１０，１１とを備えている。 A glucose fuel cell 1 according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the glucose fuel cell 1 according to the present embodiment is a glucose fuel cell 1 composed of, for example, a single cell, and includes a sealed box-shaped main body case 2 and the main body. A glucose oxidation electrode 4 (negative electrode) that is accommodated in a stacked state in the case 2 and that is opposed to the gasket 3 made of a flat insulating material having a through hole 3a that penetrates in the thickness direction with a gap therebetween; The air electrode 5 (positive electrode), the first conductive member 6 brought into contact with the air electrode 5, the second conductive member 7 brought into contact with the glucose oxidation electrode 4, and the respective conductive members 6 and 7 are brought into contact with each other. The two current collector plates 8 and 9 having terminals 8a and 9a exposed to the outside of the main body case 2 and the two gaskets 10 and 11 for insulating the current collector plates 8 and 9 from the main body case 2; It has.

第２の導電性部材７には、グルコース酸化極４に対向する位置に、グルコース水溶液Ａを貯留する凹部７ａが設けられている。グルコース水溶液Ａは、凹部７ａとグルコース酸化極４との間、グルコース酸化極４と空気極５との間の隙間に充填されている。   The second conductive member 7 is provided with a recess 7 a for storing the glucose aqueous solution A at a position facing the glucose oxidation electrode 4. The aqueous glucose solution A is filled in the gap between the recess 7 a and the glucose oxidation electrode 4 and between the glucose oxidation electrode 4 and the air electrode 5.

第１，第２の導電性部材６，７は、例えば、グラファイトのような導電性材料によって構成されている。これにより第１、第２の導電性部材６，７は、グルコース酸化極４および空気極５と集電板８，９との間でそれぞれ電子を伝達する役割を有している。第１の導電性部材６には、集電板９との間に空気層を形成する凹部６ａが設けられ、空気極５を空気層に連絡する複数の貫通穴６ｂが板厚方向に貫通形成されている。
集電板８，９は、微弱な電流を第１、第２の導電性部材６，７から回収して伝達する機能を有するため、導電性の良好な銅板の表面に金メッキを施したものが使用されている。 The first and second conductive members 6 and 7 are made of a conductive material such as graphite, for example. Thus, the first and second conductive members 6 and 7 have a role of transmitting electrons between the glucose oxidation electrode 4 and the air electrode 5 and the current collector plates 8 and 9, respectively. The first conductive member 6 is provided with a recess 6a that forms an air layer between the current collector plate 9, and a plurality of through holes 6b that connect the air electrode 5 to the air layer are formed in the plate thickness direction. Has been.
The current collecting plates 8 and 9 have a function of collecting and transmitting a weak current from the first and second conductive members 6 and 7, and therefore, a surface of a copper plate having good conductivity is subjected to gold plating. in use.

グルコース酸化極４は、凹部７ａとグルコース酸化極４との間、グルコース酸化極４と空気極５との間の隙間にそれぞれ充填されたグルコース水溶液Ａの間を、水素イオン（プロトン）が移動可能となるように構成されている。具体的には、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルト等の繊維状の導電性部材に、貴金属の微粒子、ＧＯＤ（グルコース酸化酵素）、ＧＤＨ（グルコースデヒドロゲナーゼ）等の触媒を担持させた部材か、貫通孔又は切欠きを有する白金や金等の金属が採用されうる。   In the glucose oxidation electrode 4, hydrogen ions (protons) can move between the recess 7 a and the glucose oxidation electrode 4 and between the glucose aqueous solution A filled in the gap between the glucose oxidation electrode 4 and the air electrode 5. It is comprised so that. Specifically, a fibrous conductive member such as carbon paper, carbon cloth, carbon felt or the like carrying a catalyst such as fine particles of noble metal, GOD (glucose oxidase), GDH (glucose dehydrogenase), or the like. A metal such as platinum or gold having holes or notches may be employed.

また、空気極５は、凹部６ａに形成された空気層から酸素を取り込むとともに、グルコース水溶液Ａが凹部６ａに漏れ出さないように構成されている。具体的には、シトクロムオキシターゼ、ラッカーゼ、ＢＯＤ（ビリルビン酸化酵素）等の触媒を担持させたカーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルト等の繊維状の導電性部材であって、貫通穴６ｂに対向する面に撥水処理等が施されたものや、市販されている空気亜鉛電池で採用されている水酸化マンガン系化合物の粒状の凝集物であって、貫通穴６ｂに対向する部分に撥水処理等が施されたもの等が採用されうる。   The air electrode 5 is configured to take in oxygen from the air layer formed in the recess 6a and to prevent the aqueous glucose solution A from leaking into the recess 6a. Specifically, it is a fibrous conductive member such as carbon paper, carbon cloth, carbon felt or the like carrying a catalyst such as cytochrome oxidase, laccase, BOD (bilirubin oxidase), and the surface facing the through hole 6b. Water-repellent treatment or the like, or a granular aggregate of a manganese hydroxide compound employed in a commercially available air zinc battery, where the portion facing the through hole 6b is water-repellent treatment or the like The thing etc. which were given can be employ | adopted.

また、本実施形態においては、第２の導電性部材７に設けられた凹部７ａとグルコース酸化極４との間、グルコース酸化極４と空気極５との間の隙間に充填されたグルコース水溶液Ａ内に、非導電性の材料、例えば、ガラスからなる１個以上のビーズ１２（可動部材）が収容されている。ガラスビーズ１２は、その比重がグルコース水溶液Ａよりも若干大きい。   In the present embodiment, the aqueous glucose solution A filled in the gap between the concave portion 7 a provided in the second conductive member 7 and the glucose oxidation electrode 4 and between the glucose oxidation electrode 4 and the air electrode 5. One or more beads 12 (movable member) made of a non-conductive material, for example, glass are accommodated therein. The specific gravity of the glass beads 12 is slightly larger than that of the aqueous glucose solution A.

このように構成された本実施形態に係るグルコース燃料電池１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るグルコース燃料電池１は、人間や動物がその身体に付随させて使用される体内埋め込み式の機器や身体に携帯して搬送する機器等のポータブル装置に用いられる。ここでは、例えば、身体に携帯して搬送する機器等のポータブル装置に適用した場合について説明する。 The operation of the glucose fuel cell 1 according to this embodiment configured as described above will be described below.
The glucose fuel cell 1 according to the present embodiment is used in portable devices such as an implantable device that is used by a human or an animal accompanying the body or a device that is carried and carried by the body. Here, for example, a case will be described in which the present invention is applied to a portable device such as a device that is carried and carried by the body.

本実施形態に係るグルコース燃料電池１によれば、グルコース酸化極４に接触するグルコース水溶液Ａ内のグルコースから電子が放出されることによってグルコースが酸化されてグルコノラクトンになり、放出された電子がグルコース酸化極４に流れる。このとき、グルコース水溶液Ａ内に、水素イオン（プロトン）が発生する。その一方で、空気極５と接触する酸素に水素イオンと空気極５からの電子が供給されることにより酸素が還元されて水になる。グルコース水溶液Ａからグルコース酸化極４に流れた電子が、外部回路（図示略）を介して空気極５から供給されることにより外部回路に電流が流れるように発電される。   According to the glucose fuel cell 1 according to the present embodiment, when electrons are released from the glucose in the aqueous glucose solution A in contact with the glucose oxidation electrode 4, the glucose is oxidized to gluconolactone, and the released electrons are converted into gluconolactone. It flows to the glucose oxidation electrode 4. At this time, hydrogen ions (protons) are generated in the aqueous glucose solution A. On the other hand, oxygen is reduced to water by supplying hydrogen ions and electrons from the air electrode 5 to oxygen in contact with the air electrode 5. Electrons that flow from the glucose aqueous solution A to the glucose oxidation electrode 4 are supplied from the air electrode 5 via an external circuit (not shown), thereby generating electric power so that a current flows through the external circuit.

この場合において、本実施形態のグルコース燃料電池１を備えたポータブル装置が、人間や動物が運動することによって振動を受け、あるいは、人間や動物が姿勢を変えることによって姿勢変更された場合に、グルコース燃料電池１自体も振動あるいは姿勢変更させられる。したがって、このような場合には、グルコース水溶液Ａ内においてガラスビーズ１２が浮遊する。   In this case, when the portable device including the glucose fuel cell 1 according to the present embodiment receives vibration due to movement of a human or an animal, or when the posture is changed by changing the posture of a human or animal, glucose The fuel cell 1 itself is also vibrated or changed in posture. Therefore, in such a case, the glass beads 12 float in the glucose aqueous solution A.

ガラスビーズ１２はグルコース水溶液Ａとは比重が異なるので、振動あるいは姿勢変更によって作用する慣性力が相違し、グルコース水溶液Ａ内においてグルコース水溶液Ａに対して相対的に移動させられる。その結果、グルコース水溶液Ａが攪拌されて対流が発生するので、グルコース酸化極４および空気極５の表面において、酸化還元反応させられたグルコース水溶液Ａが未反応のグルコース水溶液Ａに置き換えられる。   Since the glass beads 12 have a specific gravity different from that of the glucose aqueous solution A, the inertial force acting by vibration or posture change is different, and the glass beads 12 are moved relative to the glucose aqueous solution A in the glucose aqueous solution A. As a result, the aqueous glucose solution A is agitated to generate convection, so that the oxidized and reduced glucose aqueous solution A is replaced with the unreacted aqueous glucose solution A on the surfaces of the glucose oxidation electrode 4 and the air electrode 5.

すなわち、本実施形態に係るグルコース燃料電池１によれば、人間または動物の身体の動作によってグルコース水溶液Ａを攪拌するので、人間または動物が動いている限り、あるいは臓器が脈動している限り、グルコース酸化極４および空気極５の表面における酸化還元反応の効率低下を防止できるという利点がある。また、特別な動力源が不要であり、発電効率を向上することができるという利点もある。   That is, according to the glucose fuel cell 1 according to the present embodiment, since the aqueous glucose solution A is agitated by the action of the human or animal body, as long as the human or animal is moving or the organ is pulsating, the glucose There is an advantage that the efficiency reduction of the oxidation-reduction reaction on the surfaces of the oxidation electrode 4 and the air electrode 5 can be prevented. In addition, there is an advantage that a special power source is unnecessary and power generation efficiency can be improved.

なお、本実施形態においては、可動部材としてガラスビーズ１２を用いた例を説明したが、これに代えて、非導電性でグルコース水溶液Ａとは比重の異なる任意の材質のものを採用してもよい。なお、比重が極端に異なる場合には、可動部材がグルコース水溶液Ａの上側または下側に張り付いてしまうので、微細な振動でも移動できるように、グルコース水溶液Ａ中に浮遊する程度に比重が近いものを採用することが好ましい。   In the present embodiment, the example in which the glass beads 12 are used as the movable member has been described. Alternatively, any material that is non-conductive and has a specific gravity different from that of the aqueous glucose solution A may be employed. Good. When the specific gravity is extremely different, the movable member sticks to the upper side or the lower side of the glucose aqueous solution A, so that the specific gravity is close enough to float in the glucose aqueous solution A so that it can be moved even by minute vibrations. It is preferable to employ one.

また、第２の導電性部材７に設けられた凹部７ａおよび、グルコース酸化極４と空気極５との間の隙間に充填されたグルコース水溶液Ａのいずれにもガラスビーズ１２を混入させることとしたが、これに代えて、いずれか一方に混入させることにしてもよい。   Further, the glass beads 12 are mixed into both the concave portion 7 a provided in the second conductive member 7 and the aqueous glucose solution A filled in the gap between the glucose oxidation electrode 4 and the air electrode 5. However, instead of this, it may be mixed in either one.

また、可動部材としてガラスビーズ１２を採用したが、これに限定されるものではなく、図３〜図５に示されるように、凹部７ａ内または極４，５間の隙間に、ピン１３によって回転自在に支持された振り子状の攪拌部材１４を配置することにしてもよい。この場合においても、攪拌部材１４は、グルコース水溶液Ａとは比重が異なるように設定されている。これによっても、人間または動物の身体の動作によって攪拌部材１４を回転させ、グルコース水溶液Ａを攪拌することができる。   Further, the glass beads 12 are employed as the movable member, but the present invention is not limited to this, and as shown in FIGS. You may decide to arrange | position the pendulum-shaped stirring member 14 supported freely. Even in this case, the stirring member 14 is set to have a specific gravity different from that of the glucose aqueous solution A. Also by this, the glucose solution A can be stirred by rotating the stirring member 14 by the action of the human or animal body.

また、本実施形態においては、第２の導電性部材７に対してグルコース酸化極４を固定することとしたが、これに代えて、図６および図７に示されるように、グルコース酸化極４を第２の導電性部材７に対してピン１５によって、その軸線回りに回転自在に支持させることにしてもよい。この場合、グルコース酸化極４は第２の導電性部材７の表面に摺動可能に接触させられていることが好ましい。このようにすることで、グルコース酸化極４に取り込まれた電子を摺動面４ａおよび／またはピン１５を介して第２の導電性部材７に伝達させることができる。   In the present embodiment, the glucose oxidation electrode 4 is fixed to the second conductive member 7. Instead, as shown in FIGS. 6 and 7, the glucose oxidation electrode 4 is used. The second conductive member 7 may be supported by the pin 15 so as to be rotatable around its axis. In this case, the glucose oxidation electrode 4 is preferably slidably brought into contact with the surface of the second conductive member 7. In this way, the electrons taken into the glucose oxidation electrode 4 can be transmitted to the second conductive member 7 via the sliding surface 4 a and / or the pin 15.

そして、この場合には、グルコース酸化極４の重心は回転中心に対して偏心させられていることが好ましい。例えば、軸線に対して半径方向に離れた位置のグルコース酸化極４に錘１６を固定することで、グルコース酸化極４の重心を偏心させる。あるいは、グルコース酸化極４の形状自体が回転中心に対して非対称となるように、グルコース酸化極４が形成されている。これにより、人間または動物の身体の動作によって発生する振動が、グルコース酸化極４の回転運動に変換されるので、グルコース酸化極４の周囲のグルコース水溶液Ａを攪拌することができる。   In this case, the center of gravity of the glucose oxidation electrode 4 is preferably eccentric with respect to the center of rotation. For example, the center of gravity of the glucose oxidation electrode 4 is decentered by fixing the weight 16 to the glucose oxidation electrode 4 at a position away from the axis in the radial direction. Alternatively, the glucose oxidation electrode 4 is formed so that the shape itself of the glucose oxidation electrode 4 is asymmetric with respect to the rotation center. Thereby, the vibration generated by the movement of the human or animal body is converted into the rotational motion of the glucose oxidation electrode 4, so that the glucose aqueous solution A around the glucose oxidation electrode 4 can be stirred.

また、上記においては、グルコース酸化極４と空気極５との間に隙間をあけて、そこにグルコース水溶液Ａを充填した構造のグルコース燃料電池１を説明したが、これに代えて、グルコース酸化極４と空気極５との間に、水素イオンの透過可能なプロトン透過膜１７を挟んだ構造のグルコース燃料電池１にも本発明を適用することができる。この場合には、図８に示されるように、ガスケット３に代えて、貫通穴３ａの開いていないシート状のプロトン透過膜１７を挟むことにすればよい。プロトン透過膜１７を介在させることで、発電出力が高くなった場合においてもクロスオーバ現象の発生を抑制することができるという利点がある。   In the above description, the glucose fuel cell 1 having a structure in which a gap is formed between the glucose oxidation electrode 4 and the air electrode 5 and the aqueous glucose solution A is filled therein has been described. The present invention can also be applied to a glucose fuel cell 1 having a structure in which a proton permeable membrane 17 capable of permeating hydrogen ions is sandwiched between 4 and an air electrode 5. In this case, as shown in FIG. 8, instead of the gasket 3, a sheet-like proton permeable membrane 17 having no through holes 3a may be sandwiched. By interposing the proton permeable membrane 17, there is an advantage that the occurrence of the crossover phenomenon can be suppressed even when the power generation output becomes high.

また、本実施形態においては、単一セルからなるグルコース燃料電池１を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、第１の導電性部材６，グルコース酸化極４、ガスケット３（または、プロトン透過膜１７）、空気極５および第２の導電性部材７からなるセルユニットを複数直列に重ねて、その両側を集電板８，９およびガスケット１０，１１によって挟むことにより複数セルからなるグルコース燃料電池１を構成してもよい。
また、本体ケース２が非導電性の材質によって構成される場合には、両端のガスケット１０，１１は省略することにしてもよい。 In the present embodiment, the glucose fuel cell 1 composed of a single cell has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the first conductive member 6, the glucose oxidation electrode 4, and the gasket 3 ( Alternatively, a plurality of cell units may be formed by stacking a plurality of cell units including the proton permeable membrane 17), the air electrode 5 and the second conductive member 7 in series and sandwiching both sides thereof by the current collector plates 8 and 9 and the gaskets 10 and 11. You may comprise the glucose fuel cell 1 which consists of.
When the main body case 2 is made of a non-conductive material, the gaskets 10 and 11 at both ends may be omitted.

また、グルコース燃料電池１を体内埋め込み式の心臓治療装置に適用した場合には、グルコース燃料電池１は、人間や動物の運動により振動を受けること、人間や動物の姿勢の変更により姿勢を変更させられることのほか、臓器の脈動等によっても振動を受ける。このような場合にも、グルコース水溶液Ａ内において、可動部材が移動することによって、グルコース水溶液Ａが攪拌されて、対流を生じさせることが可能となる。   In addition, when the glucose fuel cell 1 is applied to an implantable heart treatment device, the glucose fuel cell 1 is subject to vibrations caused by the movement of a human or animal, and changes its posture by changing the posture of the human or animal. In addition to being vibrated, it is also subject to vibrations by organ pulsations. Even in such a case, when the movable member moves in the aqueous glucose solution A, the aqueous glucose solution A is agitated and convection can be generated.

本発明の一実施形態に係るグルコース燃料電池を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing a glucose fuel cell concerning one embodiment of the present invention. 図１のグルコース燃料電池を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the glucose fuel cell of FIG. 図１のグルコース燃料電池の第１の変形例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the 1st modification of the glucose fuel cell of FIG. 図３のグルコース燃料電池における可動部材を示す正面図である。It is a front view which shows the movable member in the glucose fuel cell of FIG. 図１のグルコース燃料電池の第２の変形例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the 2nd modification of the glucose fuel cell of FIG. 図１のグルコース燃料電池の第３の変形例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the 3rd modification of the glucose fuel cell of FIG. 図６のグルコース燃料電池を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the glucose fuel cell of FIG. 図１のグルコース燃料電池の第４の変形例を示す分解斜視図である。FIG. 10 is an exploded perspective view showing a fourth modification of the glucose fuel cell in FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

Ａ グルコース水溶液
１ グルコース燃料電池
４ グルコース酸化極
５ 空気極
６ 第１の導電性部材
７ 第２の導電性部材
８ 集電板（第２の導電性部材）
９ 集電板（第１の導電性部材）
１２ ガラスビーズ（可動部材）
１４ 攪拌部材（可動部材）
１７ プロトン透過膜 A glucose aqueous solution 1 glucose fuel cell 4 glucose oxidation electrode 5 air electrode 6 first conductive member 7 second conductive member 8 current collector plate (second conductive member)
9 Current collector (first conductive member)
12 Glass beads (movable member)
14 Stirring member (movable member)
17 Proton permeable membrane

Claims (5)

燃料となるグルコース水溶液に接触状態に配置されてグルコースを酸化させるグルコース酸化極と、
該グルコース酸化極に、グルコース水溶液を介して、またはプロトン透過膜を挟んで対向配置され、空気中の酸素を還元する空気極と、
該空気極に接触させられて、前記空気極へ電子を外部回路から伝達する第１の導電性部材と、
前記グルコース酸化極に接触させられて、前記外部回路へ電子を該グルコース酸化極から伝達する第２の導電性部材と、
前記グルコース水溶液内に、該グルコース水溶液に対して相対移動可能に配置され、該グルコース水溶液とは比重の異なる可動部材とを備えるグルコース燃料電池。 A glucose oxidation electrode that is placed in contact with a glucose aqueous solution as fuel and oxidizes glucose;
An air electrode that is disposed opposite to the glucose oxidation electrode via an aqueous glucose solution or sandwiching a proton-permeable membrane, and reduces oxygen in the air;
A first conductive member brought into contact with the air electrode and transmitting electrons from an external circuit to the air electrode;
A second conductive member brought into contact with the glucose oxidation electrode and transmitting electrons from the glucose oxidation electrode to the external circuit;
A glucose fuel cell comprising a movable member disposed in the glucose aqueous solution so as to be movable relative to the glucose aqueous solution and having a specific gravity different from that of the glucose aqueous solution. 前記可動部材が、非導電性の材料からなる粒状部材である請求項１に記載のグルコース燃料電池。   The glucose fuel cell according to claim 1, wherein the movable member is a granular member made of a non-conductive material. 前記可動部材が、前記グルコース水溶液内において回転可能に支持された攪拌部材である請求項１に記載のグルコース燃料電池。   The glucose fuel cell according to claim 1, wherein the movable member is a stirring member that is rotatably supported in the aqueous glucose solution. 燃料となるグルコース水溶液に接触状態に配置されてグルコースを酸化させるグルコース酸化極と、
該グルコース酸化極に、グルコース水溶液を介して、またはプロトン透過膜を挟んで対向配置され、空気中の酸素を還元する空気極と、
前記空気極に接触させられて、前記空気極へ電子を外部回路から伝達する第１の導電性部材と、
前記グルコース酸化極に接触させられて、前記外部回路への電子を該グルコース酸化極から伝達する第２の導電性部材とを備え、
前記グルコース酸化極が、前記第２の導電性部材に対して摺動回転可能に支持されるとともに、回転中心に対して重心が偏心させられているグルコース燃料電池。 A glucose oxidation electrode that is placed in contact with a glucose aqueous solution as fuel and oxidizes glucose;
An air electrode that is disposed opposite to the glucose oxidation electrode via an aqueous glucose solution or sandwiching a proton-permeable membrane, and reduces oxygen in the air;
A first conductive member brought into contact with the air electrode and transmitting electrons from an external circuit to the air electrode;
A second conductive member that is brought into contact with the glucose oxidation electrode and transmits electrons to the external circuit from the glucose oxidation electrode;
The glucose fuel cell, wherein the glucose oxidation electrode is supported so as to be slidable and rotatable with respect to the second conductive member, and the center of gravity is eccentric with respect to the center of rotation. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のグルコース燃料電池を備えるポータブル装置。   A portable device comprising the glucose fuel cell according to any one of claims 1 to 4.
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