JP2011228195A - Fuel cell, method for manufacturing the same, and electronic device - Google Patents

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Hiroki Mita
洋樹 三田
Takaaki Nakagawa
貴晶 中川
Hideyuki Kumita
英之 汲田
Hideki Sakai
秀樹 酒井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell and method for manufacturing the same, which stably obtains high current values when a positive electrode or a negative electrode is composed of an enzyme immobilized electrode.SOLUTION: In a biofuel cell having a structure in which a positive electrode 2 and a negative electrode 1 are opposed through an electrolyte layer 3, at least one of the positive electrode 1 or the negative electrode 2 is composed of an enzyme immobilized electrode, in which a contact angle to a buffer solution is equal to or more than 80 degrees and equal to or less than 120 degrees, or an enzyme immobilized electrode which is made of a material having regular fabric structure. For example, carbon is used as a material for the electrode. When carbon, which has regular fabric structure, is used as the material of the electrode, the porosity is equal to or more than 70% and equal to or less than 96%.

Description

この発明は、燃料電池、燃料電池の製造方法および電子機器に関し、特に、酵素を用いたバイオ燃料電池およびその製造方法ならびにこのバイオ燃料電池を電源に用いた各種の電子機器に適用して好適なものである。   The present invention relates to a fuel cell, a method for manufacturing a fuel cell, and an electronic device, and particularly suitable for application to a biofuel cell using an enzyme, a method for manufacturing the same, and various electronic devices using the biofuel cell as a power source. Is.

近年、酵素を用いた燃料電池(バイオ燃料電池)が注目されている(例えば、特許文献1〜13参照。)。このバイオ燃料電池は、燃料を酵素により分解してプロトン(H+ )と電子とに分離するもので、燃料としてメタノールやエタノールなどのアルコール類あるいはグルコースなどの単糖類あるいはデンプンなどの多糖類を用いたものが開発されている。 In recent years, a fuel cell (biofuel cell) using an enzyme has attracted attention (for example, see Patent Documents 1 to 13). In this biofuel cell, fuel is decomposed by enzymes and separated into protons (H + ) and electrons. Alcohols such as methanol and ethanol, monosaccharides such as glucose, and polysaccharides such as starch are used as fuel. What has been developed.

特開2000−133297号公報JP 2000-133297 A 特開2003−282124号公報JP 2003-282124 A 特開2004−71559号公報JP 2004-71559 A 特開2005−13210号公報JP 2005-13210 A 特開2005−310613号公報JP 2005-310613 A 特開2006−24555号公報JP 2006-24555 A 特開2006−49215号公報JP 2006-49215 A 特開2006−93090号公報JP 2006-93090 A 特開2006−127957号公報JP 2006-127957 A 特開2006−156354号公報JP 2006-156354 A 特開2007−12281号公報JP 2007-12281 A 特開2007−35437号公報JP 2007-35437 A 特開2007−87627号公報JP 2007-87627 A

上述のバイオ燃料電池の正極の電極には一般に、酸素の供給のためにカーボンフェルトやカーボンペーパーなどの空隙を有する材料が用いられる。
しかしながら、このようなバイオ燃料電池により得られる電流値は必ずしも十分に高くなく、電流値のより一層の向上が望まれていた。
Generally, a material having a void such as carbon felt or carbon paper is used for the positive electrode of the above-described biofuel cell in order to supply oxygen.
However, the current value obtained by such a biofuel cell is not necessarily sufficiently high, and further improvement of the current value has been desired.

そこで、この発明が解決しようとする課題は、例えば、正極が酵素が固定化された電極からなる場合に、高い電流値を安定して得ることができる燃料電池およびその製造方法を提供することである。
この発明が解決しようとする他の課題は、上記のような優れた燃料電池を用いた電子機器を提供することである。
上記課題および他の課題は本明細書の記述によって明らかとなるであろう。
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a fuel cell that can stably obtain a high current value when the positive electrode is made of an electrode on which an enzyme is immobilized, and a method for manufacturing the same. is there.
Another problem to be solved by the present invention is to provide an electronic device using the excellent fuel cell as described above.
The above and other problems will become apparent from the description of this specification.

本発明者らは上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った。その結果、正極の電極の材料としてカーボンフェルトやカーボンペーパーなどの空隙を有する材料を用いた場合には、電極内部への緩衝液の染み込みが悪く、空隙により電極の表面の面積が大きくなっても、電極の表面の面積を有効に使用することができていなかったことが判明した。そして、電極内部への緩衝液の染み込みやすさの向上を図るべく鋭意研究を行った結果、正極の電極の緩衝液に対する接触角を80°以上120°以下とすることにより、電極内部への緩衝液の染み込みやすさを大幅に向上させることができることを見出した。また、正極の電極の材料として規則的な繊維構造を有する材料を用いることによっても、電極内部への緩衝液の染み込みやすさを大幅に向上させることができることを見出した。さらに検討を行った結果、負極が酵素が固定化された電極からなる場合にも、この電極の緩衝液に対する接触角を80°以上120°以下とし、あるいは、この電極の材料として規則的な繊維構造を有する材料を用いることが有効であるという結論に至った。   The present inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, when a material having voids such as carbon felt or carbon paper is used as the material of the positive electrode, the penetration of the buffer solution into the electrode is poor, and even if the surface area of the electrode increases due to the voids It was found that the surface area of the electrode could not be used effectively. Further, as a result of intensive studies to improve the ease of penetration of the buffer solution into the electrode, the contact angle of the positive electrode with respect to the buffer solution is set to 80 ° or more and 120 ° or less, thereby buffering the electrode. It has been found that the ease of penetration of the liquid can be greatly improved. It has also been found that the ease of penetration of the buffer solution into the electrode can be greatly improved by using a material having a regular fiber structure as the material for the positive electrode. As a result of further investigation, even when the negative electrode is composed of an electrode on which an enzyme is immobilized, the contact angle of the electrode with respect to the buffer solution is 80 ° or more and 120 ° or less, or a regular fiber as a material of the electrode. It was concluded that it is effective to use a material having a structure.

すなわち、上記課題を解決するために、この発明は、
正極と負極とがプロトン伝導体を介して対向した構造を有し、
上記正極および上記負極のうちの少なくとも一方が、酵素が固定化され、緩衝液に対する接触角が80°以上120°以下である電極からなる燃料電池である。
また、この発明は、
正極と負極とがプロトン伝導体を介して対向した構造を有し、上記正極および上記負極のうちの少なくとも一方が酵素が固定化された電極からなる燃料電池を製造する場合に、上記電極として緩衝液に対する接触角が80°以上120°以下である電極を用いる燃料電池の製造方法である。
また、この発明は、
一つまたは複数の燃料電池を用い、
少なくとも一つの上記燃料電池が、
正極と負極とがプロトン伝導体を介して対向した構造を有し、
上記正極および上記負極のうちの少なくとも一方が、酵素が固定化され、緩衝液に対する接触角が80°以上120°以下である電極からなる燃料電池である電子機器である。
That is, in order to solve the above problems, the present invention provides:
Having a structure in which the positive electrode and the negative electrode are opposed to each other via a proton conductor;
At least one of the positive electrode and the negative electrode is a fuel cell comprising an electrode on which an enzyme is immobilized and a contact angle with respect to a buffer solution is 80 ° or more and 120 ° or less.
In addition, this invention
When manufacturing a fuel cell having a structure in which a positive electrode and a negative electrode are opposed to each other via a proton conductor and at least one of the positive electrode and the negative electrode is an electrode on which an enzyme is immobilized, a buffer is used as the electrode. This is a method of manufacturing a fuel cell using an electrode having a contact angle with respect to a liquid of 80 ° or more and 120 ° or less.
In addition, this invention
Using one or more fuel cells,
At least one of the fuel cells is
Having a structure in which the positive electrode and the negative electrode are opposed to each other via a proton conductor;
At least one of the positive electrode and the negative electrode is an electronic device that is a fuel cell including an electrode on which an enzyme is immobilized and a contact angle with respect to a buffer solution is 80 ° or more and 120 ° or less.

また、この発明は、
正極と負極とがプロトン伝導体を介して対向した構造を有し、
上記正極および上記負極のうちの少なくとも一方が、酵素が固定化された、規則的な繊維構造を有する材料からなる電極からなる燃料電池である。
また、この発明は、
正極と負極とがプロトン伝導体を介して対向した構造を有し、上記正極および上記負極のうちの少なくとも一方が酵素が固定化された電極からなる燃料電池を製造する場合に、上記電極として規則的な繊維構造を有する材料からなる電極を用いる燃料電池の製造方法である。
In addition, this invention
Having a structure in which the positive electrode and the negative electrode are opposed to each other via a proton conductor;
At least one of the positive electrode and the negative electrode is a fuel cell comprising an electrode made of a material having a regular fiber structure, to which an enzyme is immobilized.
In addition, this invention
When manufacturing a fuel cell having a structure in which a positive electrode and a negative electrode are opposed to each other via a proton conductor, and at least one of the positive electrode and the negative electrode is an electrode on which an enzyme is immobilized, the rule is used as the electrode. This is a method of manufacturing a fuel cell using an electrode made of a material having a typical fiber structure.

また、この発明は、
一つまたは複数の燃料電池を用い、
少なくとも一つの上記燃料電池が、
正極と負極とがプロトン伝導体を介して対向した構造を有し、
上記正極および上記負極のうちの少なくとも一方が、酵素が固定化された、規則的な繊維構造を有する材料からなる電極からなる燃料電池である電子機器である。
In addition, this invention
Using one or more fuel cells,
At least one of the fuel cells is
Having a structure in which the positive electrode and the negative electrode are opposed to each other via a proton conductor;
At least one of the positive electrode and the negative electrode is an electronic device that is a fuel cell including an electrode made of a material having a regular fiber structure to which an enzyme is immobilized.

この発明において、正極または負極の電極の材料としては、好適にはカーボンが用いられるが、他の材料を用いてもよい。正極または負極の電極の材料として規則的な繊維構造を有する材料を用いる場合、この規則的な繊維構造を有する材料は、繊維状材料(繊維状カーボンなど)を用いて織ったり編んだりした形状を有する。繊維状材料の太さは必要に応じて選ばれるが、例えば、100μm以上300μm以下、典型的には150μm以上250μm以下である。この規則的な繊維構造を有する材料の空隙率は、例えば、70%以上96%以下、好適には80%以上95%以下、さらに好適には80%以上90%以下である。   In the present invention, carbon is preferably used as the material for the positive electrode or the negative electrode, but other materials may be used. When a material having a regular fiber structure is used as a material for a positive electrode or a negative electrode, the material having a regular fiber structure has a shape woven or knitted using a fibrous material (such as fibrous carbon). Have. The thickness of the fibrous material is selected as necessary, and is, for example, 100 μm or more and 300 μm or less, typically 150 μm or more and 250 μm or less. The porosity of the material having a regular fiber structure is, for example, 70% to 96%, preferably 80% to 95%, and more preferably 80% to 90%.

この発明において、電極内部への緩衝液の染み込みやすさの向上を図る観点からは、正極または負極の電極の表面を撥水性とすることが望ましい。このためには、例えば、この電極の表面に撥水材料を含む撥水剤を形成する。具体的には、例えば、この撥水剤を電極の表面に塗布または染み込ませたり、電極を撥水剤にディップ(浸漬)したりする。この撥水剤としては種々のものを用いることができ、必要に応じて選択されるが、例えば、撥水材料、取り分け微粒子状の撥水材料が有機溶剤に分散されたものを用いることができる。撥水剤中の撥水材料の割合は極微量であってもよい。この撥水剤としては、好適には、少なくとも撥水材料と水と分離する有機溶媒、あるいは、少なくとも撥水材料と酵素の溶解度が十分に小さい、例えば溶解度が10mg/ml以下、好適には1mg/ml以下の有機溶媒とを含むものが用いられる。   In the present invention, from the viewpoint of improving the ease of penetration of the buffer solution into the electrode, it is desirable that the surface of the positive electrode or the negative electrode be water repellent. For this purpose, for example, a water repellent containing a water repellent material is formed on the surface of the electrode. Specifically, for example, the water repellent is applied or soaked on the surface of the electrode, or the electrode is dipped (immersed) in the water repellent. Various water repellents can be used and are selected as necessary. For example, a water repellent material, particularly a fine water repellent material dispersed in an organic solvent can be used. . The ratio of the water repellent material in the water repellent may be extremely small. The water repellent is preferably an organic solvent that separates at least the water repellent material and water, or at least a sufficiently low solubility of the water repellent material and the enzyme, for example, a solubility of 10 mg / ml or less, preferably 1 mg. / Ml or less organic solvent is used.

上記のような有機溶媒としては、好適には、メチルイソブチルケトン、ヘプタン、ヘキサン、トルエン、イソオクタン、ジエチルエーテルなどが用いられるが、より一般的には、脂肪族、脂環式または芳香族系の炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒、これらのハロゲン化物などの各種の有機溶媒を用いることができる。有機溶媒としては、より具体的には、例えば、ブタン類、ペンタン類、ヘキサン類、ヘプタン類、オクタン類、ノナン類、デカン類、ドデカン類、シクロヘキサン、シクロペンタン、ベンゼン、キシレン類、ブタノール、ペンタノール、メチルエーテル、エチルエーテル、イソプロピルエーテル、塩化メチレン、メチルクロロホルム、四塩化炭素、ジクロロジフルオロメタン、パークロロエチレン、塩素原子、臭素原子および(または)ヨウ素原子で1個以上置換されたベンゼン系溶媒やトルエン系溶媒などが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、また、これらは単独で用いてもよいし、二種類以上を併用してもよい。   As the organic solvent as described above, methyl isobutyl ketone, heptane, hexane, toluene, isooctane, diethyl ether and the like are preferably used, but more generally aliphatic, alicyclic or aromatic type are used. Various organic solvents such as hydrocarbon solvents, ether solvents, and halides thereof can be used. More specifically, examples of the organic solvent include butanes, pentanes, hexanes, heptanes, octanes, nonanes, decanes, dodecanes, cyclohexane, cyclopentane, benzene, xylenes, butanol, pens. Benzene solvent substituted with one or more of tanol, methyl ether, ethyl ether, isopropyl ether, methylene chloride, methyl chloroform, carbon tetrachloride, dichlorodifluoromethane, perchloroethylene, chlorine atom, bromine atom and / or iodine atom However, it is not limited to these, Moreover, these may be used independently and may use 2 or more types together.

有機溶媒としては、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、2−クロロトルエン、3−クロロトルエン、4−クロロトルエン、2−クロロ−m−キシレン、2−クロロ−p−キシレン、4−クロロ−o−キシレン、2,3−ジクロロトルエン、2,4−ジクロロトルエン、2,5−ジクロロトルエン、2,6−ジクロロトルエン、3,4−ジクロロトルエン、モノフルオロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素溶媒、ニトロベンゼン、ベンゼンなどの炭化水素溶媒なども挙げられる。有機溶媒としては、例えば、シクロヘキサン、ノルマルヘキサン、シクロヘキサノン、1−メトキシイソプロパノールアセテート、酢酸エチル、酢酸ブチル、石油エーテル、シリコンオイルなども挙げられる。   Organic solvents include methylene chloride, 1,2-dichloroethane, chloroform, monochlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 2-chlorotoluene, 3-chlorotoluene, 4-chlorotoluene, 2-chloro-m-xylene, 2 -Chloro-p-xylene, 4-chloro-o-xylene, 2,3-dichlorotoluene, 2,4-dichlorotoluene, 2,5-dichlorotoluene, 2,6-dichlorotoluene, 3,4-dichlorotoluene, Examples thereof include halogenated hydrocarbon solvents such as monofluorobenzene, and hydrocarbon solvents such as nitrobenzene and benzene. Examples of the organic solvent include cyclohexane, normal hexane, cyclohexanone, 1-methoxyisopropanol acetate, ethyl acetate, butyl acetate, petroleum ether, silicon oil, and the like.

有機溶媒としてはさらに、イオン性液体を用いることもできる。このイオン性液体としては、例えば、アニオンとして、フルオロアルキル硫酸アニオン、フルオロシクロアルキル硫酸アニオンおよびフルオロベンジル硫酸アニオンからなる群から選ばれた少なくも1つのアニオンを含有するものが挙げられる。   Furthermore, an ionic liquid can also be used as the organic solvent. Examples of the ionic liquid include those containing at least one anion selected from the group consisting of a fluoroalkyl sulfate anion, a fluorocycloalkyl sulfate anion, and a fluorobenzyl sulfate anion as anions.

撥水剤には、必要に応じて、撥水材料と有機溶媒とに加えてバインダーなどを含ませる。このバインダーとしては種々のものを用いることができるが、ポリビニルブチラールなどの撥水性が高いバインダーを用いるとより好ましい。撥水剤中のバインダーの割合は例えば0.01〜10%であるが、これに限定されるものではない。バインダーが例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)などの撥水性を有するものである場合にはこのバインダー自身を撥水材料として用いることができる。   If necessary, the water repellent contains a binder in addition to the water repellent material and the organic solvent. Various binders can be used as the binder, but it is more preferable to use a binder having high water repellency such as polyvinyl butyral. The ratio of the binder in the water repellent is, for example, 0.01 to 10%, but is not limited thereto. In the case where the binder has water repellency such as polyvinylidene fluoride (PVDF), the binder itself can be used as the water repellent material.

撥水材料としては種々のものを用いることができるが、例えばカーボン系の材料、好適にはカーボン粉末を用いることができる。カーボン粉末としては、例えば、天然黒鉛などの黒鉛、活性炭、リチウムイオン電池の添加材などに使用されるカーボンナノファイバー(気相法炭素繊維)、ケッチェンブラックなどを用いることができる。撥水材料としては撥水性ポリマーを用いることもできる。このような撥水性ポリマーとしては、例えば、ポリビニルブチラールのほか、各種のフッ素系ポリマーなどを用いることができる。フッ素系ポリマーの具体例を挙げると、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリフッ化ビニル、パーフルオロアルコキシ樹脂、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリエーテルスルフォンなどであるが、これらに限定されるものではない。   As the water repellent material, various materials can be used. For example, a carbon-based material, preferably carbon powder can be used. As the carbon powder, for example, graphite such as natural graphite, activated carbon, carbon nanofiber (gas phase carbon fiber) used for an additive of a lithium ion battery, ketjen black and the like can be used. A water-repellent polymer can also be used as the water-repellent material. As such a water-repellent polymer, for example, various fluorine-based polymers can be used in addition to polyvinyl butyral. Specific examples of the fluoropolymer include tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, polyfluoride. Vinyl, perfluoroalkoxy resin, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer, polychlorotrifluoroethylene, polyether sulfone and the like are not limited thereto.

正極および負極に固定化される酵素は、種々のものであってよく、必要に応じて選ばれる。また、正極および負極に酵素が固定化される場合、好適には、酵素に加えて電子メディエーターが固定化される。   The enzyme immobilized on the positive electrode and the negative electrode may be various, and is selected as necessary. In addition, when an enzyme is immobilized on the positive electrode and the negative electrode, an electron mediator is preferably immobilized in addition to the enzyme.

正極に固定化される酵素は、典型的には酸素還元酵素を含む。この酸素還元酵素としては、例えば、ビリルビンオキシダーゼ、ラッカーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼなどを用いることができる。この場合、正極には、好適には、酵素に加えて電子メディエーターも固定化される。電子メディエーターとしては、例えば、ヘキサシアノ鉄酸カリウム、フェリシアン化カリウム、オクタシアノタングステン酸カリウムなどを用いる。電子メディエーターは、好適には、十分に高濃度、例えば平均値で0.64×10-6mol/mm2 以上固定化する。 The enzyme immobilized on the positive electrode typically includes an oxygen reductase. As this oxygen reductase, for example, bilirubin oxidase, laccase, ascorbate oxidase and the like can be used. In this case, an electron mediator is preferably immobilized on the positive electrode in addition to the enzyme. As the electron mediator, for example, potassium hexacyanoferrate, potassium ferricyanide, potassium octacyanotungstate and the like are used. The electron mediator is preferably immobilized at a sufficiently high concentration, for example, 0.64 × 10 −6 mol / mm 2 or more on average.

負極に固定化される酵素は、例えば、燃料としてグルコースのような単糖類を用いる場合には、単糖類の酸化を促進し分解する酸化酵素を含み、通常はこれに加えて酸化酵素によって還元される補酵素を酸化体に戻す補酵素酸化酵素を含む。この補酵素酸化酵素の作用により、補酵素が酸化体に戻るときに電子が生成され、補酵素酸化酵素から電子メディエーターを介して電極に電子が渡される。酸化酵素としては例えばNAD+ 依存型グルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)、補酵素としては例えばニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+ )が、補酵素酸化酵素としては例えばジアホラーゼが用いられる。 For example, when a monosaccharide such as glucose is used as the fuel, the enzyme immobilized on the negative electrode includes an oxidase that promotes and decomposes the monosaccharide and is usually reduced by the oxidase. A coenzyme oxidase that returns the coenzyme to an oxidant. By the action of the coenzyme oxidase, electrons are generated when the coenzyme returns to the oxidized form, and the electrons are transferred from the coenzyme oxidase to the electrode via the electron mediator. For example, NAD + -dependent glucose dehydrogenase (GDH) is used as the oxidase, nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ) is used as the coenzyme, and diaphorase is used as the coenzyme oxidase.

燃料として多糖類(広義の多糖類であり、加水分解によって2分子以上の単糖を生じる全ての炭水化物を指し、二糖、三糖、四糖などのオリゴ糖を含む)を用いる場合には、好適には、上記の酸化酵素、補酵素酸化酵素、補酵素および電子メディエーターに加えて、多糖類の加水分解などの分解を促進し、グルコースなどの単糖類を生成する分解酵素も固定化される。多糖類としては、具体的には、例えば、デンプン、アミロース、アミロペクチン、グリコーゲン、セルロース、マルトース、スクロース、ラクトースなどが挙げられる。これらは単糖類が二つ以上結合したものであり、いずれの多糖類においても結合単位の単糖類としてグルコースが含まれている。なお、アミロースとアミロペクチンとはデンプンに含まれる成分であり、デンプンはアミロースとアミロペクチンとの混合物である。多糖類の分解酵素としてグルコアミラーゼを用い、単糖類を分解する酸化酵素としてグルコースデヒドロゲナーゼを用いた場合には、グルコアミラーゼによりグルコースにまで分解することができる多糖類、例えばデンプン、アミロース、アミロペクチン、グリコーゲン、マルトースのいずれかを含むものであれば、これを燃料として発電することが可能となる。なお、グルコアミラーゼはデンプンなどのα−グルカンを加水分解しグルコースを生成する分解酵素であり、グルコースデヒドロゲナーゼはβ−D−グルコースをD−グルコノ−δ−ラクトンに酸化する酸化酵素である。好適には、多糖類を分解する分解酵素も負極上に固定化される構成とし、最終的に燃料となる多糖類も負極上に固定化される構成とする。   When using polysaccharides (a broadly defined polysaccharide, which refers to all carbohydrates that produce two or more monosaccharides by hydrolysis, including oligosaccharides such as disaccharides, trisaccharides, and tetrasaccharides) as fuel, Preferably, in addition to the above-mentioned oxidase, coenzyme oxidase, coenzyme and electron mediator, a degradation enzyme that promotes degradation such as hydrolysis of polysaccharides and produces monosaccharides such as glucose is also immobilized. . Specific examples of the polysaccharide include starch, amylose, amylopectin, glycogen, cellulose, maltose, sucrose, and lactose. These are a combination of two or more monosaccharides, and any polysaccharide contains glucose as a monosaccharide of the binding unit. Note that amylose and amylopectin are components contained in starch, and starch is a mixture of amylose and amylopectin. When glucoamylase is used as a polysaccharide-degrading enzyme and glucose dehydrogenase is used as an oxidase that degrades monosaccharides, polysaccharides that can be degraded to glucose by glucoamylase, such as starch, amylose, amylopectin, glycogen As long as it contains any one of maltose, it is possible to generate electricity using this as fuel. Glucoamylase is a degrading enzyme that hydrolyzes α-glucan such as starch to produce glucose, and glucose dehydrogenase is an oxidase that oxidizes β-D-glucose to D-glucono-δ-lactone. Preferably, the degradation enzyme that decomposes the polysaccharide is also immobilized on the negative electrode, and the polysaccharide that will eventually become the fuel is also immobilized on the negative electrode.

また、デンプンを燃料とする場合には、デンプンを糊化してゲル状の固形化燃料としたものを用いることもできる。この場合、好適には、糊化したデンプンを酵素などが固定化された負極に接触させ、あるいは負極上に酵素などとともに固定化する方法をとることができる。このような電極を用いると、負極表面のデンプン濃度を、溶液中に溶解したデンプンを用いた場合よりも高い状態に保持することができ、酵素による分解反応がより速くなり、出力が向上するとともに、燃料の取り扱いが溶液の場合よりも容易で、燃料供給システムを簡素化することができ、しかも燃料電池を天地無用とする必要がなくなるため、例えばモバイル機器に用いたときに非常に有利である。   Further, when starch is used as fuel, it is possible to use a gelatinized fuel obtained by gelatinizing starch. In this case, it is preferable to use a method in which gelatinized starch is brought into contact with a negative electrode on which an enzyme or the like is immobilized, or is immobilized on the negative electrode together with the enzyme or the like. When such an electrode is used, the starch concentration on the negative electrode surface can be maintained at a higher level than when starch dissolved in the solution is used, the enzymatic degradation reaction becomes faster, and the output is improved. The fuel handling is easier than in the case of a solution, the fuel supply system can be simplified, and the fuel cell does not need to be used upside down, which is very advantageous when used for mobile devices, for example. .

電子メディエーターとしては基本的にはどのようなものを用いてもよいが、好適には、キノン骨格を有する化合物、取り分け、ナフトキノン骨格を有する化合物が用いられる。このナフトキノン骨格を有する化合物としては各種のナフトキノン誘導体を用いることが可能であるが、具体的には、例えば、2−アミノ−1,4−ナフトキノン(ANQ)、2−アミノ−3−メチル−1,4−ナフトキノン(AMNQ)、2−メチル−1,4−ナフトキノン(VK3)、2−アミノ−3−カルボキシ−1,4−ナフトキノン(ACNQ)などが用いられる。キノン骨格を有する化合物としては、ナフトキノン骨格を有する化合物以外に、例えば、アントラキノンやその誘導体を用いることもできる。電子メディエーターには、必要に応じて、キノン骨格を有する化合物以外に、電子メディエーターとして働く一種または二種以上の他の化合物を含ませてもよい。キノン骨格を有する化合物、特にナフトキノン骨格を有する化合物を負極に固定化する際に用いる溶媒としては、好適にはアセトンが用いられる。このように溶媒としてアセトンを用いることにより、キノン骨格を有する化合物の溶解性を高めることができ、キノン骨格を有する化合物を負極に効率的に固定化することができる。溶媒には、必要に応じて、アセトン以外の一種または二種以上の他の溶媒を含ませてもよい。   Basically, any electron mediator may be used, but a compound having a quinone skeleton, particularly, a compound having a naphthoquinone skeleton is preferably used. As the compound having a naphthoquinone skeleton, various naphthoquinone derivatives can be used. Specifically, for example, 2-amino-1,4-naphthoquinone (ANQ), 2-amino-3-methyl-1 2, 4-naphthoquinone (AMNQ), 2-methyl-1,4-naphthoquinone (VK3), 2-amino-3-carboxy-1,4-naphthoquinone (ACNQ), and the like are used. As a compound having a quinone skeleton, for example, anthraquinone or a derivative thereof can be used in addition to a compound having a naphthoquinone skeleton. In addition to the compound having a quinone skeleton, the electron mediator may contain one or two or more other compounds that function as an electron mediator, if necessary. As a solvent used when a compound having a quinone skeleton, particularly a compound having a naphthoquinone skeleton, is immobilized on the negative electrode, acetone is preferably used. Thus, by using acetone as a solvent, the solubility of the compound having a quinone skeleton can be increased, and the compound having a quinone skeleton can be efficiently immobilized on the negative electrode. If necessary, the solvent may contain one or two or more other solvents other than acetone.

酵素、補酵素、電子メディエーターなどを負極および正極に固定化するための固定化材としては、各種のものを用いることができるが、好適には、ポリ−L−リシン(PLL)をはじめとしたポリカチオンまたはその塩とポリアクリル酸(例えば、ポリアクリル酸ナトリウム(PAAcNa))をはじめとしたポリアニオンまたはその塩とを用いて形成されるポリイオンコンプレックスを用いることができ、このポリイオンコンプレックスの内部に酵素、補酵素、電子メディエーターなどが含まれるようにすることができる。   Various materials can be used as an immobilizing material for immobilizing an enzyme, a coenzyme, an electron mediator, etc. on the negative electrode and the positive electrode, preferably poly-L-lysine (PLL). A polyion complex formed using a polycation or a salt thereof and a polyanion or a salt thereof such as polyacrylic acid (for example, sodium polyacrylate (PAAcNa)) can be used, and an enzyme is contained inside the polyion complex. , Coenzymes, electron mediators, and the like can be included.

プロトン伝導体としては種々のものを用いることができ、必要に応じて選択されるが、具体的には、例えば、セロハン、不織布、パーフルオロカーボンスルホン酸(PFS)系の樹脂膜、トリフルオロスチレン誘導体の共重合膜、リン酸を含浸させたポリベンズイミダゾール膜、芳香族ポリエーテルケトンスルホン酸膜、PSSA−PVA(ポリスチレンスルホン酸ポリビニルアルコール共重合体)や、PSSA−EVOH(ポリスチレンスルホン酸エチレンビニルアルコール共重合体)、含フッ素カーボンスルホン酸基を有するイオン交換樹脂(ナフィオン(商品名、米国デュポン社)など)などからなるものが挙げられる。   Various proton conductors can be used and are selected as necessary. Specifically, for example, cellophane, non-woven fabric, perfluorocarbon sulfonic acid (PFS) resin film, trifluorostyrene derivative Copolymer film, polybenzimidazole film impregnated with phosphoric acid, aromatic polyether ketone sulfonic acid film, PSSA-PVA (polystyrene sulfonate polyvinyl alcohol copolymer), PSSA-EVOH (polystyrene sulfonate ethylene vinyl alcohol) Copolymer), an ion exchange resin having a fluorine-containing carbon sulfonic acid group (Nafion (trade name, DuPont, USA), etc.) and the like.

プロトン伝導体として緩衝物質(緩衝液)を含む電解質を用いる場合には、高出力動作時において、プロトンを介する酵素反応により、プロトンの増減が電極内部または酵素の固定化膜内で起きても、十分な緩衝作用を得ることができ、至適pHからのpHのずれを十分に小さく抑えることができ、酵素が本来持っている能力を十分に発揮することができるようにするために、電解質に含まれる緩衝物質の濃度を0.2M以上2.5M以下にすることが有効であり、好適には0.2M以上2M以下、より好適には0.4M以上2M以下、さらに好適には0.8M以上1.2M以下とする。緩衝物質は、一般的には、pKa が5以上9以下のものであれば、どのようなものを用いてもよいが、具体例を挙げると、リン酸二水素イオン(H2 PO4 - )、2−アミノ−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール(略称トリス)、2−(N−モルホリノ)エタンスルホン酸(MES)、カコジル酸、炭酸(H2 CO3 )、クエン酸水素イオン、N−(2−アセトアミド)イミノ二酢酸(ADA)、ピペラジン−N,N’−ビス(2−エタンスルホン酸)(PIPES)、N−(2−アセトアミド)−2−アミノエタンスルホン酸(ACES)、3−(N−モルホリノ)プロパンスルホン酸(MOPS)、N−2−ヒドロキシエチルピペラジン−N’−2−エタンスルホン酸(HEPES)、N−2−ヒドロキシエチルピペラジン−N’−3−プロパンスルホン酸(HEPPS)、N−[トリス(ヒドロキシメチル)メチル]グリシン(略称トリシン)、グリシルグリシン、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)グリシン(略称ビシン)などである。リン酸二水素イオン(H2 PO4 - )を生成する物質は、例えば、リン酸二水素ナトリウム(NaH2 PO4 )やリン酸二水素カリウム(KH2 PO4 )などである。緩衝物質としては、イミダゾール環を含む化合物も好ましい。このイミダゾール環を含む化合物は、具体的には、イミダゾール、トリアゾール、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、イミダゾール誘導体(ヒスチジン、1−メチルイミダゾール、2−メチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、イミダゾール−2−カルボン酸エチル、イミダゾール−2−カルボキシアルデヒド、イミダゾール−4−カルボン酸、イミダゾール−4,5−ジカルボン酸、イミダゾール−1−イル−酢酸、2−アセチルベンズイミダゾール、1−アセチルイミダゾール、N−アセチルイミダゾール、2−アミノベンズイミダゾール、N−(3−アミノプロピル) イミダゾール、5−アミノ−2−(トリフルオロメチル) ベンズイミダゾール、4−アザベンズイミダゾール、4−アザ−2−メルカプトベンズイミダゾール、ベンズイミダゾール、1−ベンジルイミダゾール、1−ブチルイミダゾール)などである。緩衝物質としては、2−アミノエタノール、トリエタノールアミン、TES(N-Tris(hydroxymethyl)methyl-2-aminoethanesulfonic acid)、BES(N,N-Bis(2-hydroxyethyl)-2-aminoethanesulfonic
acid)などを用いてもよい。緩衝物質を含む電解質のpHは、好適には7付近であるが、一般的には1〜14のいずれであってもよい。必要に応じて、これらの緩衝物質も、上記の酵素や電子メディエーターの固定化膜に固定化してもよい。
When an electrolyte containing a buffer substance (buffer solution) is used as the proton conductor, even when the increase or decrease in protons occurs in the electrode or in the immobilized membrane of the enzyme due to an enzyme reaction via protons during high output operation, In order to be able to obtain a sufficient buffering action, to suppress the deviation of pH from the optimum pH to a sufficiently small value, and to fully demonstrate the ability of the enzyme, the electrolyte It is effective that the concentration of the buffer substance contained is 0.2 M or more and 2.5 M or less, preferably 0.2 M or more and 2 M or less, more preferably 0.4 M or more and 2 M or less, and further preferably 0. 8M or more and 1.2M or less. Buffer substances, in general, as long as a pK a of 5 to 9, may it be used What Specific examples and, dihydrogen phosphate ion (H 2 PO 4 - ), 2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol (abbreviated to Tris), 2- (N-morpholino) ethanesulfonic acid (MES), cacodylic acid, carbonic acid (H 2 CO 3 ), hydrogen citrate Ions, N- (2-acetamido) iminodiacetic acid (ADA), piperazine-N, N′-bis (2-ethanesulfonic acid) (PIPES), N- (2-acetamido) -2-aminoethanesulfonic acid ( ACES), 3- (N-morpholino) propanesulfonic acid (MOPS), N-2-hydroxyethylpiperazine-N′-2-ethanesulfonic acid (HEPES), N-2-hydroxyethylpiperazine- '-3-propanesulfonic acid (HEPPS), N- [tris (hydroxymethyl) methyl] glycine (abbreviation tricine), glycylglycine, N, N-bis (2-hydroxyethyl) glycine (abbreviation bicine), etc. . Examples of the substance that generates dihydrogen phosphate ions (H 2 PO 4 ) include sodium dihydrogen phosphate (NaH 2 PO 4 ) and potassium dihydrogen phosphate (KH 2 PO 4 ). As the buffer substance, a compound containing an imidazole ring is also preferable. Specifically, the compound containing an imidazole ring includes imidazole, triazole, pyridine derivative, bipyridine derivative, imidazole derivative (histidine, 1-methylimidazole, 2-methylimidazole, 4-methylimidazole, 2-ethylimidazole, imidazole- 2-carboxylate ethyl, imidazole-2-carboxaldehyde, imidazole-4-carboxylic acid, imidazole-4,5-dicarboxylic acid, imidazol-1-yl-acetic acid, 2-acetylbenzimidazole, 1-acetylimidazole, N- Acetylimidazole, 2-aminobenzimidazole, N- (3-aminopropyl) imidazole, 5-amino-2- (trifluoromethyl) benzimidazole, 4-azabenzimidazole, 4-aza-2-merca Ptobenzimidazole, benzimidazole, 1-benzylimidazole, 1-butylimidazole) and the like. Buffer materials include 2-aminoethanol, triethanolamine, TES (N-Tris (hydroxymethyl) methyl-2-aminoethanesulfonic acid), BES (N, N-Bis (2-hydroxyethyl) -2-aminoethanesulfonic
acid) or the like. The pH of the electrolyte containing the buffer substance is preferably around 7, but may generally be any of 1-14. If necessary, these buffer substances may also be immobilized on the immobilized membrane of the enzyme or electron mediator.

この燃料電池は、およそ電力が必要なもの全てに用いることができ、大きさも問わないが、例えば、電子機器、移動体(自動車、二輪車、航空機、ロケット、宇宙船など)、動力装置、建設機械、工作機械、発電システム、コージェネレーションシステムなどに用いることができ、用途などによって出力、大きさ、形状、燃料の種類などが決められる。
電子機器は、基本的にはどのようなものであってもよく、携帯型のものと据え置き型のものとの双方を含むが、具体例を挙げると、携帯電話、モバイル機器、ロボット、パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、車載機器、家庭電気製品、工業製品などである。
This fuel cell can be used for almost anything that requires electric power, and can be of any size. For example, electronic devices, mobile objects (automobiles, motorcycles, aircraft, rockets, spacecrafts, etc.), power devices, construction machinery It can be used for machine tools, power generation systems, cogeneration systems, etc. The output, size, shape, type of fuel, etc. are determined depending on the application.
Electronic devices may be basically any type, including both portable and stationary types, but specific examples include mobile phones, mobile devices, robots, personal computers. , Game equipment, in-vehicle equipment, home appliances, industrial products, etc.

上述のように構成されたこの発明においては、電極の緩衝液に対する接触角を80°以上120°以下とし、あるいは、電極の材料として規則的な繊維構造を有する材料を用いていることにより、電極内部への緩衝液の染み込みやすさの大幅な向上を図ることができる。   In the present invention configured as described above, the contact angle of the electrode with respect to the buffer solution is 80 ° or more and 120 ° or less, or the electrode material is made of a material having a regular fiber structure. It is possible to greatly improve the ease of penetration of the buffer solution into the interior.

この発明によれば、電極内部への緩衝液の染み込みやすさの大幅な向上により、高い電流値を安定して得ることができる燃料電池を実現することができる。そして、この優れた燃料電池を用いることにより、高性能の電子機器などを実現することができる。   According to the present invention, a fuel cell capable of stably obtaining a high current value can be realized by greatly improving the ease of penetration of the buffer solution into the electrode. By using this excellent fuel cell, a high-performance electronic device can be realized.

この発明の第1の実施の形態によるバイオ燃料電池を示す略線図である。1 is a schematic diagram showing a biofuel cell according to a first embodiment of the present invention. この発明の第1の実施の形態によるバイオ燃料電池の負極の構成の詳細ならびにこの負極に固定化された酵素群の一例およびこの酵素群による電子の受け渡し反応を模式的に示す略線図である。FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing a configuration of a negative electrode of the biofuel cell according to the first embodiment of the present invention, an example of an enzyme group immobilized on the negative electrode, and an electron transfer reaction by the enzyme group. . この発明の第1の実施の形態によるバイオ燃料電池の全体構成の一例を示す略線図である。It is a basic diagram which shows an example of the whole structure of the biofuel cell by 1st Embodiment of this invention. この発明の第1の実施の形態によるバイオ燃料電池の全体構成の他の例を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the other example of the whole structure of the biofuel cell by 1st Embodiment of this invention. カーボンシルク(登録商標)の走査型電子顕微鏡像を示す図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph which shows the scanning electron microscope image of carbon silk (trademark). カーボンフェルトの走査型電子顕微鏡像を示す図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph which shows the scanning electron microscope image of carbon felt. カーボンペーパーの走査型電子顕微鏡像を示す図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph which shows the scanning electron microscope image of carbon paper. この発明の第1の実施の形態によるバイオ燃料電池の評価のために行ったクロノアンペロメトリーの測定に用いられた測定系を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the measurement system used for the measurement of the chronoamperometry performed for evaluation of the biofuel cell by 1st Embodiment of this invention. 撥水剤により撥水性としたカーボンシルク(登録商標)またはカーボンフェルトを用いた酵素/電子メディエーター固定化電極からなる正極を用いて行ったクロノアンペロメトリーの結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the result of the chronoamperometry performed using the positive electrode which consists of an enzyme / electron mediator fixed electrode using the carbon silk (trademark) or carbon felt made water-repellent by the water repellent. 撥水剤により撥水性としたカーボンシルク(登録商標)を用いた酵素/電子メディエーター固定化電極からなる正極を用いてクロノアンペロメトリーを行った場合の撥水剤濃度と電流密度および緩衝液の接触角との関係を示す略線図である。Concentration of water repellent, current density, and buffer solution when chronoamperometry was performed using a positive electrode composed of an enzyme / electron mediator immobilized electrode using carbon silk (registered trademark) made water repellent with a water repellent. It is a basic diagram which shows the relationship with a contact angle. 撥水剤により撥水性としたカーボンシルク(登録商標)を用いた酵素/電子メディエーター固定化電極からなる正極を用いてクロノアンペロメトリーを行った場合の緩衝液の接触角と電流密度との関係を示す略線図である。Relationship between buffer contact angle and current density when chronoamperometry is performed using a positive electrode composed of an enzyme / electron mediator-immobilized electrode using carbon silk (registered trademark) made water repellent with a water repellent. FIG. 撥水剤により撥水性としたカーボンフェルトを用いた酵素/電子メディエーター固定化電極からなる正極を用いてクロノアンペロメトリーを行った場合の撥水剤濃度と電流密度および緩衝液の接触角との関係を示す略線図である。Concentration of water repellent, current density, and buffer contact angle when chronoamperometry was performed using a positive electrode composed of an enzyme / electron mediator-immobilized electrode using carbon felt made water repellent with water repellent. It is a basic diagram which shows a relationship. 撥水剤により撥水性としたカーボンフェルトを用いた酵素/電子メディエーター固定化電極からなる正極を用いてクロノアンペロメトリーを行った場合の緩衝液の接触角と電流密度との関係を示す略線図である。Outline line showing the relationship between the contact angle of the buffer solution and the current density when chronoamperometry is performed using a positive electrode composed of an enzyme / electron mediator-immobilized electrode using carbon felt made water-repellent with a water repellent. FIG. 撥水剤により撥水性としたカーボンペーパーを用いた酵素/電子メディエーター固定化電極からなる正極を用いてクロノアンペロメトリーを行った場合の撥水剤濃度と電流密度および緩衝液の接触角との関係を示す略線図である。Concentration of water repellent, current density, and buffer contact angle when chronoamperometry was performed using a positive electrode composed of an enzyme / electron mediator-immobilized electrode made of carbon paper made water repellent with a water repellent. It is a basic diagram which shows a relationship. 撥水剤により撥水性としたカーボンペーパーを用いた酵素/電子メディエーター固定化電極からなる正極を用いてクロノアンペロメトリーを行った場合の緩衝液の接触角と電流密度との関係を示す略線図である。Outline line showing the relationship between the contact angle of the buffer solution and the current density when chronoamperometry was performed using a positive electrode composed of an enzyme / electron mediator-immobilized electrode using carbon paper made water-repellent with a water repellent. FIG. カーボンシルク(登録商標)の空隙率と撥水剤により撥水性としたカーボンシルク(登録商標)を用いた酵素/電子メディエーター固定化電極からなる正極を用いてクロノアンペロメトリーを行った場合の電流値との関係を示す略線図である。Current when chronoamperometry is performed using a positive electrode composed of an enzyme / electron mediator-immobilized electrode using carbon silk (registered trademark) with a porosity of carbon silk (registered trademark) and water repellency with a water repellent. It is a basic diagram which shows the relationship with a value. 空隙率が異なる7種類のカーボンシルク(登録商標)を撥水剤により撥水性としたものを用いた酵素/電子メディエーター固定化電極からなる正極を用いてクロノアンペロメトリーを行った場合の電流値を示す略線図である。Current value when chronoamperometry was performed using a positive electrode consisting of an enzyme / electron mediator-immobilized electrode using seven types of carbon silk (registered trademark) with different porosity, which were made water repellent with a water repellent. FIG. 空隙率が異なる4種類のカーボンシルク(登録商標)の走査型電子顕微鏡像を示す図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph which shows the scanning electron microscope image of four types of carbon silk (trademark) from which the porosity differs. 撥水剤により撥水性としたカーボンシルク(登録商標)を用いた酵素/電子メディエーター固定化電極からなる正極を用いてクロノアンペロメトリーを行った場合の正極内の電子メディエーターの濃度と電流値との関係を示す略線図である。The concentration and current value of the electron mediator in the positive electrode when chronoamperometry was performed using a positive electrode composed of an enzyme / electron mediator fixed electrode using carbon silk (registered trademark) made water repellent with a water repellent. It is a basic diagram which shows the relationship of these. 規則的な繊維構造を有するカーボンの他の例の走査型電子顕微鏡像を示す図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph which shows the scanning electron microscope image of the other example of carbon which has a regular fiber structure.

以下、発明を実施するための形態(以下「実施の形態」とする)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(バイオ燃料電池)
2.第2の実施の形態(バイオ燃料電池)
Hereinafter, modes for carrying out the invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described. The description will be given in the following order.
1. First embodiment (biofuel cell)
2. Second embodiment (biofuel cell)

〈1.第1の実施の形態〉
[バイオ燃料電池]
図1は第1の実施の形態によるバイオ燃料電池を模式的に示す。このバイオ燃料電池では燃料としてグルコースを用いるものとする。図2は、このバイオ燃料電池の負極の構成の詳細ならびにこの負極に固定化された酵素群の一例およびこの酵素群による電子の受け渡し反応を模式的に示す。
<1. First Embodiment>
[Bio fuel cell]
FIG. 1 schematically shows a biofuel cell according to a first embodiment. In this biofuel cell, glucose is used as a fuel. FIG. 2 schematically shows details of the configuration of the negative electrode of the biofuel cell, an example of an enzyme group immobilized on the negative electrode, and an electron transfer reaction by the enzyme group.

図1に示すように、このバイオ燃料電池は、負極1と正極2とがプロトンのみ伝導する電解質層3を介して対向した構造を有する。負極1は、燃料として供給されたグルコースを酵素により分解し電子を取り出すとともにプロトン(H+ )を発生する。正極2は、負極1から電解質層3を通って輸送されたプロトンと負極1から外部回路を通って送られた電子と例えば空気中の酸素とにより水を生成する。 As shown in FIG. 1, this biofuel cell has a structure in which a negative electrode 1 and a positive electrode 2 face each other with an electrolyte layer 3 conducting only protons. The negative electrode 1 decomposes glucose supplied as fuel with an enzyme to extract electrons and generate protons (H + ). The positive electrode 2 generates water by protons transported from the negative electrode 1 through the electrolyte layer 3, electrons transmitted from the negative electrode 1 through an external circuit, and oxygen in the air, for example.

負極1は、例えば多孔質カーボンなどからなる電極11(図2参照)上に、グルコースの分解に関与する酵素と、グルコースの分解プロセスにおける酸化反応に伴って還元体が生成される補酵素(例えば、NAD+ 、NADP+ など)と、補酵素の還元体(例えば、NADH、NADPHなど)を酸化する補酵素酸化酵素(例えば、ジアホラーゼ)と、補酵素酸化酵素から補酵素の酸化に伴って生じる電子を受け取って電極11に渡す電子メディエーターとが、例えばポリマーなどからなる固定化材により固定化されて構成されている。 The negative electrode 1 is composed of, for example, an electrode 11 (see FIG. 2) made of porous carbon or the like, an enzyme involved in glucose decomposition, and a coenzyme in which a reductant is generated in an oxidation reaction in the glucose decomposition process (for example, , NAD + , NADP + and the like), a coenzyme oxidase (eg, diaphorase) that oxidizes a reduced form of the coenzyme (eg, NADH, NADPH, etc.), and coenzyme oxidase is produced along with the oxidation of the coenzyme. An electron mediator that receives electrons and passes them to the electrode 11 is configured to be fixed by a fixing material made of, for example, a polymer.

グルコースの分解に関与する酵素としては、例えば、グルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)を用いることができる。この酸化酵素を存在させることにより、例えば、β−D−グルコースをD−グルコノ−δ−ラクトンに酸化することができる。   As an enzyme involved in the degradation of glucose, for example, glucose dehydrogenase (GDH) can be used. In the presence of this oxidase, for example, β-D-glucose can be oxidized to D-glucono-δ-lactone.

さらに、このD−グルコノ−δ−ラクトンは、グルコノキナーゼとフォスフォグルコネートデヒドロゲナーゼ(PhGDH)との二つの酵素を存在させることにより、2−ケト−6−フォスフォ−D−グルコネートに分解することができる。すなわち、D−グルコノ−δ−ラクトンは、加水分解によりD−グルコネートになり、D−グルコネートは、グルコノキナーゼの存在下、アデノシン三リン酸(ATP)をアデノシン二リン酸(ADP)とリン酸とに加水分解することでリン酸化されて、6−フォスフォ−D−グルコネートになる。この6−フォスフォ−D−グルコネートは、酸化酵素PhGDHの作用により、2−ケト−6−フォスフォ−D−グルコネートに酸化される。   Furthermore, this D-glucono-δ-lactone can be decomposed into 2-keto-6-phospho-D-gluconate by the presence of two enzymes, gluconokinase and phosphogluconate dehydrogenase (PhGDH). Can do. That is, D-glucono-δ-lactone is converted to D-gluconate by hydrolysis, and D-gluconate is converted to adenosine triphosphate (ATP) and adenosine diphosphate (ADP) in the presence of gluconokinase. And then phosphorylated to 6-phospho-D-gluconate. This 6-phospho-D-gluconate is oxidized to 2-keto-6-phospho-D-gluconate by the action of the oxidase PhGDH.

また、グルコースは上記分解プロセスのほかに、糖代謝を利用してCO2 まで分解することもできる。この糖代謝を利用した分解プロセスは、解糖系によるグルコースの分解およびピルビン酸の生成ならびにTCA回路に大別されるが、これらは広く知られた反応系である。 In addition to the above decomposition process, glucose can also be decomposed to CO 2 by utilizing sugar metabolism. The decomposition process utilizing sugar metabolism is roughly divided into glucose decomposition and pyruvic acid generation by a glycolysis system and a TCA cycle, which are widely known reaction systems.

単糖類の分解プロセスにおける酸化反応は、補酵素の還元反応を伴って行われる。この補酵素は作用する酵素によってほぼ定まっており、GDHの場合、補酵素にはNAD+ が用いられる。すなわち、GDHの作用によりβ−D−グルコースがD−グルコノ−δ−ラクトンに酸化されると、NAD+ がNADHに還元され、H+ を発生する。 The oxidation reaction in the monosaccharide decomposition process is accompanied by a coenzyme reduction reaction. This coenzyme is almost determined by the acting enzyme. In the case of GDH, NAD + is used as the coenzyme. That is, when β-D-glucose is oxidized to D-glucono-δ-lactone by the action of GDH, NAD + is reduced to NADH to generate H + .

生成されたNADHは、ジアホラーゼ(DI)の存在下で直ちにNAD+ に酸化され、二つの電子とH+ とを発生する。したがって、グルコース1分子につき1段階の酸化反応で二つの電子と二つのH+ とが生成されることになる。2段階の酸化反応では、合計四つの電子と四つのH+ とが生成される。 The produced NADH is immediately oxidized to NAD + in the presence of diaphorase (DI), generating two electrons and H + . Therefore, two electrons and two H + are generated by one-step oxidation reaction per glucose molecule. In the two-stage oxidation reaction, a total of four electrons and four H + are generated.

上記プロセスで生成された電子はジアホラーゼから電子メディエーターを介して電極11に渡され、H+ は電解質層3を通って正極2へ輸送される。 The electrons generated in the above process are transferred from diaphorase to the electrode 11 through the electron mediator, and H + is transported to the positive electrode 2 through the electrolyte layer 3.

電子メディエーターは電極11との電子の受け渡しを行うもので、燃料電池の出力電圧は、電子メディエーターの酸化還元電位に依存する。つまり、より高い出力電圧を得るには、負極1側ではよりネガティブな電位の電子メディエーターを選ぶとよいが、電子メディエーターの酵素に対する反応親和性、電極11との電子交換速度、阻害因子(光、酸素など)に対する構造安定性なども考慮しなければならない。このような観点から、負極1に作用する電子メディエーターとしては、2−アミノ−3−カルボキシ−1,4−ナフトキノン(ACNQ)やビタミンK3などが好適である。そのほかに、例えばキノン骨格を有する化合物、オスミウム(Os)、ルテニウム(Ru)、鉄(Fe)、コバルト(Co)などの金属錯体、ベンジルビオローゲンなどのビオローゲン化合物、ニコチンアミド構造を有する化合物、リボフラビン構造を有する化合物、ヌクレオチド−リン酸構造を有する化合物なども電子メディエーターとして用いることができる。   The electron mediator transfers electrons to and from the electrode 11, and the output voltage of the fuel cell depends on the redox potential of the electron mediator. That is, in order to obtain a higher output voltage, it is preferable to select an electron mediator having a more negative potential on the negative electrode 1 side. However, the reaction affinity of the electron mediator to the enzyme, the rate of electron exchange with the electrode 11, an inhibitor (light, Structural stability against oxygen) must also be considered. From such a viewpoint, 2-amino-3-carboxy-1,4-naphthoquinone (ACNQ), vitamin K3, and the like are preferable as the electron mediator acting on the negative electrode 1. In addition, for example, compounds having a quinone skeleton, metal complexes such as osmium (Os), ruthenium (Ru), iron (Fe), cobalt (Co), viologen compounds such as benzyl viologen, compounds having a nicotinamide structure, riboflavin structure A compound having a nucleotide, a compound having a nucleotide-phosphate structure, or the like can also be used as an electron mediator.

電解質層3は負極1において発生したH+ を正極2に輸送するプロトン伝導体であり、電子伝導性を持たず、H+ を輸送することが可能な材料により構成されている。この電解質層3は、例えばすでに挙げたものの中から適宜選ばれたものを用いることができる。この場合、この電解質層3には、好適には、緩衝液としてイミダゾール環を有する化合物を緩衝物質として含むものが含まれている。このイミダゾール環を有する化合物は、例えばイミダゾールなどの、すでに挙げたものの中から適宜選ぶことができる。この緩衝物質としての、イミダゾール環を有する化合物の濃度は必要に応じて選ばれるが、好適には0.2M以上3M以下の濃度含ませる。こうすることで高い緩衝能を得ることができ、燃料電池の高出力動作時においても、酵素本来の能力を十分に発揮することができる。さらに、イオン強度(I.S.)は、あまり大きすぎても小さすぎても酵素活性に悪影響を与えるが、電気化学応答性も考慮すると、適度なイオン強度、例えば0.3程度であることが好ましい。ただし、pHおよびイオン強度は、用いる酵素それぞれに最適値が存在し、上述した値に限定されない。上記の緩衝液は、電解質層3だけでなく、負極1および正極2にも染み込んでいる。 The electrolyte layer 3 is a proton conductor that transports H + generated in the negative electrode 1 to the positive electrode 2, and is made of a material that does not have electronic conductivity and can transport H + . As the electrolyte layer 3, for example, one appropriately selected from those already mentioned can be used. In this case, the electrolyte layer 3 preferably includes a buffer solution containing a compound having an imidazole ring as a buffer solution. The compound having an imidazole ring can be appropriately selected from those already mentioned, such as imidazole. The concentration of the compound having an imidazole ring as the buffer substance is selected as necessary, but it is preferably included at a concentration of 0.2 M or more and 3 M or less. By doing so, a high buffering capacity can be obtained, and the original ability of the enzyme can be fully exhibited even during high power operation of the fuel cell. Further, the ionic strength (IS) is too large or too small to adversely affect the enzyme activity, but considering the electrochemical response, it should be an appropriate ionic strength, for example, about 0.3. Is preferred. However, pH and ionic strength have optimum values for each enzyme used, and are not limited to the values described above. The buffer solution soaks not only in the electrolyte layer 3 but also in the negative electrode 1 and the positive electrode 2.

上記の酵素、補酵素および電子メディエーターは、電極近傍で起こっている酵素反応現象を効率よく電気信号として捉えるために、固定化材を用いて電極11上に固定化されることが好ましい。さらに、燃料を分解する酵素および補酵素も電極11上に固定化することで、負極1の酵素反応系の安定化を図ることができる。このような固定化材としては、例えば、グルタルアルデヒド(GA)とポリ−L−リシン(PLL)とを組み合わせたものやポリアクリル酸ナトリウム(PAAcNa)とポリ−L−リシン(PLL)とを組み合わせたものを用いてもよいし、これらを単独で用いてもよいし、さらには他のポリマーを用いてもよい。グルタルアルデヒドとポリ−L−リシンとを組み合わせた固定化材を用いることにより、それぞれが持つ酵素固定化能力を大きく改善することが可能となり、固定化材全体として優れた酵素固定化能力を得ることができる。この場合、グルタルアルデヒドとポリ−L−リシンとの組成比は、固定化する酵素とこの酵素の基質とに応じて最適な値が異なるが、一般的には任意の組成比で構わない。具体例を挙げると、グルタルアルデヒド水溶液(0.125%)とポリ−L−リシン水溶液(1%)とを用い、それらの比を1:1、1:2、2:1などとする。   The enzyme, coenzyme, and electron mediator are preferably immobilized on the electrode 11 using an immobilizing material in order to efficiently capture an enzyme reaction phenomenon occurring in the vicinity of the electrode as an electric signal. Furthermore, the enzyme reaction system of the negative electrode 1 can be stabilized by immobilizing the enzyme and the coenzyme for decomposing the fuel on the electrode 11. As such an immobilizing material, for example, a combination of glutaraldehyde (GA) and poly-L-lysine (PLL) or a combination of sodium polyacrylate (PAAcNa) and poly-L-lysine (PLL). These may be used, these may be used alone, or other polymers may be used. By using an immobilization material combining glutaraldehyde and poly-L-lysine, it becomes possible to greatly improve the enzyme immobilization ability of each, and to obtain an excellent enzyme immobilization ability as a whole immobilization material. Can do. In this case, the optimum composition ratio between glutaraldehyde and poly-L-lysine varies depending on the enzyme to be immobilized and the substrate of the enzyme, but generally an arbitrary composition ratio may be used. As a specific example, a glutaraldehyde aqueous solution (0.125%) and a poly-L-lysine aqueous solution (1%) are used, and the ratio thereof is 1: 1, 1: 2, 2: 1, or the like.

図2には、一例として、グルコースの分解に関与する酵素がグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)、グルコースの分解プロセスにおける酸化反応に伴って還元体が生成される補酵素がNAD+ 、補酵素の還元体であるNADHを酸化する補酵素酸化酵素がジアホラーゼ(DI)、補酵素酸化酵素から補酵素の酸化に伴って生じる電子を受け取って電極11に渡す電子メディエータがACNQである場合が図示されている。 In FIG. 2, for example, glucose dehydrogenase (GDH) is an enzyme involved in the degradation of glucose, NAD + is a coenzyme that produces a reductant in the oxidation reaction in the glucose degradation process, and a reductant of coenzyme. The case where the coenzyme oxidase that oxidizes a certain NADH is diaphorase (DI), and the electron mediator that receives electrons from the coenzyme oxidase accompanying the oxidation of the coenzyme and passes it to the electrode 11 is ACNQ is shown.

正極2は、緩衝液に対する接触角が80°以上120°以下の例えばカーボンなどからなる電極、あるいは、規則的な繊維構造を有する例えばカーボンなどの材料からなる電極上に酸素還元酵素およびこの電極との間で電子の受け渡しを行う電子メディエーターが固定化されたものである。規則的な繊維構造を有するカーボンとしては、種々のものを用いることができ、必要に応じて選ばれる。酸素還元酵素としては、例えば、ビリルビンオキシダーゼ(BOD)、ラッカーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼなどを用いることができる。電子メディエーターとしては、例えばヘキサシアノ鉄酸カリウムの電離により生成されるヘキサシアノ鉄酸イオンを用いることができる。この電子メディエーターは、好適には、十分に高濃度、例えば、平均値で0.64×10-6mol/mm2 以上固定化する。 The positive electrode 2 is composed of, for example, an electrode made of carbon or the like having a contact angle with respect to a buffer solution of 80 ° to 120 °, or an electrode made of a material such as carbon having a regular fiber structure. An electron mediator that transfers electrons between the two is fixed. Various carbons can be used as the carbon having a regular fiber structure, and are selected as necessary. As the oxygen reductase, for example, bilirubin oxidase (BOD), laccase, ascorbate oxidase and the like can be used. As the electron mediator, for example, hexacyanoferrate ions generated by ionization of potassium hexacyanoferrate can be used. This electron mediator is preferably immobilized at a sufficiently high concentration, for example, 0.64 × 10 −6 mol / mm 2 or more on average.

この正極2においては、酸素還元酵素の存在下で、電解質層3からのH+ と負極1からの電子とにより空気中の酸素を還元し水を生成する。 In the positive electrode 2, in the presence of oxygen reductase, oxygen in the air is reduced by H + from the electrolyte layer 3 and electrons from the negative electrode 1 to generate water.

以上のように構成された燃料電池の動作時(使用時)において、負極1側にグルコースが供給されると、このグルコースが酸化酵素を含む分解酵素により分解される。この単糖類の分解プロセスで酸化酵素が関与することで、負極1側で電子とH+ とを生成することができ、負極1と正極2との間で電流を発生させることができる。 When glucose is supplied to the negative electrode 1 side during operation (in use) of the fuel cell configured as described above, the glucose is decomposed by a decomposing enzyme including an oxidase. Since oxidase is involved in the monosaccharide decomposition process, electrons and H + can be generated on the negative electrode 1 side, and a current can be generated between the negative electrode 1 and the positive electrode 2.

このバイオ燃料電池においては、正極2に用いられる電極の表面の少なくとも一部、好適には大半を撥水性とする。ここで、電極の表面とは、電極の外面と電極内部の空隙の内面との全体を含む。具体的には、例えば、この電極の表面の少なくとも一部に撥水材料を形成することにより撥水性としている。この撥水材料を電極内部の空隙の内面に形成するためには、この撥水材料は、この空隙の大きさより十分に小さい微粒子(粉末)状とし、空隙の内部の空間の大半がこの撥水材料により占められないようにする必要がある。この撥水材料としては種々のものを用いることができ、必要に応じて選択されるが、好適には、例えば、黒鉛粉末などのカーボン粒子が用いられる。このように、この電極の表面の少なくとも一部に撥水材料を形成するためには、例えば、この撥水材料を有機溶媒に分散させた撥水剤をこの電極の表面に塗布し、内部の空隙を通してこの電極に含浸させた後、有機溶媒を除去する。このような撥水剤を用いる場合、正極2に固定化された酵素を失活させないようにすることが重要であるが、有機溶剤としてすでに挙げたものを用いることにより酵素の失活を防止することができる。また、この撥水性の電極は、この電極に対する酵素や電子メディエーターなどの固定化物質の親水性が高いことが望ましい。   In this biofuel cell, at least a part, preferably most of the surface of the electrode used for the positive electrode 2 is water-repellent. Here, the surface of the electrode includes the entire outer surface of the electrode and the inner surface of the void inside the electrode. Specifically, for example, a water repellent material is formed by forming a water repellent material on at least a part of the surface of the electrode. In order to form this water-repellent material on the inner surface of the gap inside the electrode, the water-repellent material is in the form of fine particles (powder) sufficiently smaller than the size of the gap, and most of the space inside the gap is the water-repellent material. It is necessary not to be occupied by the material. Various materials can be used as the water-repellent material, and the water-repellent material is selected as necessary. For example, carbon particles such as graphite powder are preferably used. Thus, in order to form a water-repellent material on at least a part of the surface of the electrode, for example, a water-repellent agent in which the water-repellent material is dispersed in an organic solvent is applied to the surface of the electrode. After impregnating the electrode through the gap, the organic solvent is removed. When using such a water repellent, it is important not to inactivate the enzyme immobilized on the positive electrode 2, but the use of those already mentioned as the organic solvent prevents inactivation of the enzyme. be able to. In addition, it is desirable that the water-repellent electrode has a high hydrophilicity for an immobilizing substance such as an enzyme or an electron mediator for the electrode.

このバイオ燃料電池の全体構成の二つの例を図3および図4に示す。
図3に示すバイオ燃料電池においては、電解質層3を介して負極1と正極2とが対向した構造を有し、また、正極2の電解質層3と反対側の面に空気は透過し、燃料溶液12は透過しない材料からなるシート13が貼り付けられており、負極1の外面(上面および側面)の全体と負極1、正極2の側面および正極2の外部にはみ出した部分の電解質層3とに燃料溶液12(燃料溶液12の収容容器の図示は省略する)が接触するように構成されている。電解質層3としては例えば不織布が用いられるが、これに限定されるものではない。また、シート13としては例えばPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)メンブレンが用いられるが、これに限定されるものではない。このバイオ燃料電池においては、正極2の側面と燃料溶液12とが接触しているので、電池反応の進行に伴って正極2の内部に生成される水がこの正極2の側面を通って燃料溶液12中に戻されるため、燃料溶液12の濃度をほぼ一定に保つことができるという利点が得られる。
Two examples of the overall configuration of this biofuel cell are shown in FIGS.
The biofuel cell shown in FIG. 3 has a structure in which the negative electrode 1 and the positive electrode 2 face each other with the electrolyte layer 3 interposed therebetween, and air passes through the surface of the positive electrode 2 on the side opposite to the electrolyte layer 3. The solution 12 is affixed with a sheet 13 made of a material that does not permeate, the entire outer surface (upper surface and side surface) of the negative electrode 1, the side surface of the negative electrode 1, the positive electrode 2, and the portion of the electrolyte layer 3 protruding outside the positive electrode 2. The fuel solution 12 (the container for containing the fuel solution 12 is not shown) is in contact with the fuel solution 12. For example, a nonwoven fabric is used as the electrolyte layer 3, but is not limited thereto. Moreover, as the sheet | seat 13, although a PTFE (polytetrafluoroethylene) membrane is used, for example, it is not limited to this. In this biofuel cell, since the side surface of the positive electrode 2 and the fuel solution 12 are in contact with each other, water generated in the positive electrode 2 as the cell reaction proceeds passes through the side surface of the positive electrode 2 and the fuel solution. Therefore, the concentration of the fuel solution 12 can be kept almost constant.

図4に示すバイオ燃料電池においては、電解質層3を介して負極1と正極2とが対向した構造を有し、負極1の外面(上面および側面)の全体と負極1および正極2の外部にはみ出した部分の電解質層3に燃料溶液12(燃料溶液12の収容容器の図示は省略する)が接触するように構成されている。電解質層3としては例えばセロハンが用いられるが、これに限定されるものではない。   The biofuel cell shown in FIG. 4 has a structure in which the negative electrode 1 and the positive electrode 2 face each other with the electrolyte layer 3 interposed between the entire outer surface (upper surface and side surface) of the negative electrode 1 and the outside of the negative electrode 1 and the positive electrode 2. The fuel solution 12 (illustration of the container for the fuel solution 12 is omitted) is in contact with the protruding portion of the electrolyte layer 3. For example, cellophane is used as the electrolyte layer 3, but is not limited thereto.

電極の材料を変えて正極2の評価を行った結果について説明する。
正極2としては、次のようにして作製される酵素/電子メディエーター固定化電極を用いた。まず、規則的な繊維構造を有する材料として、シナノケンシ株式会社製のカーボンシルク(登録商標)を用意し、このカーボンシルクを1cm角に切り抜いた。このカーボンシルクの走査型電子顕微鏡像(倍率は100倍)を図5に示す。次に、ヘキサシアノ鉄酸イオン(100mM)を80μl、ポリ−L−リシン(1wt%)を80μl、BOD溶液を80μl(50mg/ml)、上記のカーボンシルクに順に染み込ませ、乾燥する。次に、このカーボンシルクを撥水剤中にディップし、このカーボンシルクの表面に撥水剤を塗布した。この撥水剤は、撥水材料として天然黒鉛を13〜18%、バインダーとしてポリビニルブチラールを3〜8%、カーボンブラックを8.4%、有機溶媒としてメチルイソブチルケトンを69.48%含有するものである。この後、乾燥を行って撥水剤中に含まれる有機溶剤を除去する。こうして、カーボンシルクの表面に撥水材料として黒鉛粉末を形成し、撥水性とした。こうして得られる酵素/電子メディエーター固定化電極の厚さは2mmである。これとは別に、電極材料としてカーボンシルクの代わりにカーボンフェルトまたはカーボンペーパーを用いたことを除いて上述と同様な正極2を作製した。カーボンフェルトの走査型電子顕微鏡像(倍率100倍)を図6に、カーボンペーパー(東レ製:型番 TGP−H−090)の走査型電子顕微鏡像(倍率100倍)を図7に示す。
The results of evaluating the positive electrode 2 by changing the electrode material will be described.
As the positive electrode 2, an enzyme / electron mediator fixed electrode prepared as follows was used. First, as a material having a regular fiber structure, carbon silk (registered trademark) manufactured by Shinano Kenshi Co., Ltd. was prepared, and the carbon silk was cut into 1 cm square. A scanning electron microscope image (magnification is 100 times) of this carbon silk is shown in FIG. Next, 80 μl of hexacyanoferrate ion (100 mM), 80 μl of poly-L-lysine (1 wt%), 80 μl of BOD solution (50 mg / ml) are sequentially infiltrated into the carbon silk and dried. Next, the carbon silk was dipped in a water repellent, and the water repellent was applied to the surface of the carbon silk. This water repellent contains 13 to 18% natural graphite as a water repellent material, 3 to 8% polyvinyl butyral as a binder, 8.4% carbon black, and 69.48% methyl isobutyl ketone as an organic solvent. It is. Thereafter, drying is performed to remove the organic solvent contained in the water repellent. Thus, graphite powder was formed as a water repellent material on the surface of the carbon silk to make it water repellent. The enzyme / electron mediator-immobilized electrode thus obtained has a thickness of 2 mm. Separately from this, a positive electrode 2 similar to that described above was produced except that carbon felt or carbon paper was used instead of carbon silk as the electrode material. FIG. 6 shows a scanning electron microscope image (magnification 100 times) of carbon felt, and FIG. 7 shows a scanning electron microscope image (magnification 100 times) of carbon paper (manufactured by Toray: model number TGP-H-090).

正極2に固定化された酵素、すなわちBODに対する上述の撥水剤の影響を調べるために、この撥水剤に含まれる有機溶媒であるメチルイソブチルケトンとBOD溶液(5mg/ml 50mMリン酸緩衝液)とABTS溶液とを混合したところ、メチルイソブチルケトンと水とに相分離することが確認された。この場合、BODの活性は維持されていることが確認された。これは、BODは水相に存在するので、失活しにくいためである。ここで、メチルイソブチルケトンの水に対する溶解度は1.91g/100mLである。   In order to examine the influence of the above-mentioned water repellent on the enzyme immobilized on the positive electrode 2, ie, BOD, methyl isobutyl ketone, which is an organic solvent contained in this water repellent, and BOD solution (5 mg / ml 50 mM phosphate buffer solution) ) And the ABTS solution were confirmed to phase separate into methyl isobutyl ketone and water. In this case, it was confirmed that the activity of BOD was maintained. This is because BOD is not easily deactivated because it exists in the aqueous phase. Here, the solubility of methyl isobutyl ketone in water is 1.91 g / 100 mL.

さらに、有機溶媒としてヘプタン、ヘキサン、トルエン、イソオクタン、ジエチルエーテルを用い、これらの有機溶媒とBOD溶液とABTS溶液とを混合したところ、これらの有機溶媒と水とに相分離することが確認された。これらの場合も、BODの活性は維持されていることが確認された。ここで、ヘプタン、トルエンおよびイソオクタンは水に不溶であり、ヘキサンの水に対する溶解度は13mg/L、ジエチルエーテルの水に対する溶解度は6.9g/100mLである。   Further, when heptane, hexane, toluene, isooctane and diethyl ether were used as organic solvents, and these organic solvents, BOD solution and ABTS solution were mixed, it was confirmed that the phases were separated into these organic solvents and water. . Also in these cases, it was confirmed that the activity of BOD was maintained. Here, heptane, toluene and isooctane are insoluble in water, the solubility of hexane in water is 13 mg / L, and the solubility of diethyl ether in water is 6.9 g / 100 mL.

一方、有機溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)、アセトン、エタノール、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)を用い、これらの有機溶媒とBOD溶液とABTS溶液とを混合したところ、これらの混合溶液は白濁することが確認された。このことから、BODが変性したことが分かる。すなわち、これらの有機溶媒を用いた場合には、BODは失活してしまう。ここで、これらのテトラヒドロフラン、アセトン、エタノールおよびN,N−ジメチルホルムアミドはいずれも水と混和するものである。   On the other hand, when tetrahydrofuran (THF), acetone, ethanol, N, N-dimethylformamide (DMF) is used as the organic solvent and these organic solvent, BOD solution, and ABTS solution are mixed, these mixed solutions become cloudy. Was confirmed. This shows that BOD has denatured. That is, when these organic solvents are used, BOD is deactivated. Here, these tetrahydrofuran, acetone, ethanol and N, N-dimethylformamide are all miscible with water.

上述のようにして作製した酵素/電子メディエーター固定化電極からなる正極2の電気化学特性を測定した結果について説明する。使用した測定系を図8に示す。図8に示すように、正極2を作用電極とし、これを透気性のPTFEメンブレン14上に載せてプレスし、この正極2に緩衝液15を接触させた状態で測定を行った。緩衝液15内に対極16および参照電極17を浸漬し、作用極としての正極2、対極16および参照電極17に電気化学測定装置(図示せず)を接続した。対極16としてはPt線、参照電極17としてはAg|AgClを用いた。測定は大気圧で行い、測定温度は25℃とした。緩衝液15としては、イミダゾール/塩酸緩衝液(pH7、2.0M)を用いた。図8に示す測定系を用いてクロノアンペロメトリーを300秒間行った。正極2としては、撥水剤で撥水性とした厚さ2mmのカーボンシルクを用いた酵素/電子メディエーター固定化電極および撥水剤で撥水性とした厚さ2mmのカーボンフェルトを用いた酵素/電子メディエーター固定化電極を用いた。また、前者の酵素/電子メディエーター固定化電極のカーボンシルクに固定化された酵素(BOD)の量は、後者の酵素/電子メディエーター固定化電極のカーボンフェルトに固定化されたBODの量の2/3である。測定結果を図9に示す。図9より、撥水剤で撥水性としたカーボンシルクを用いた酵素/電子メディエーター固定化電極からなる正極2を用いた場合には、表面を撥水性としたカーボンフェルトを用いた酵素/電子メディエーター固定化電極からなる正極2を用いた場合に比べて、初期電流密度が大幅に向上していることが分かる。このことから、正極2の電極の材料として規則的な繊維構造を有するカーボンシルクを用い、しかもその表面を撥水性とすることの有効性が証明される。   The results of measuring the electrochemical characteristics of the positive electrode 2 composed of the enzyme / electron mediator immobilized electrode prepared as described above will be described. The measurement system used is shown in FIG. As shown in FIG. 8, the positive electrode 2 was used as a working electrode, this was placed on a gas-permeable PTFE membrane 14 and pressed, and the measurement was performed with the buffer solution 15 in contact with the positive electrode 2. The counter electrode 16 and the reference electrode 17 were immersed in the buffer solution 15, and an electrochemical measurement device (not shown) was connected to the positive electrode 2, the counter electrode 16, and the reference electrode 17 as working electrodes. Pt wire was used as the counter electrode 16 and Ag | AgCl was used as the reference electrode 17. The measurement was performed at atmospheric pressure, and the measurement temperature was 25 ° C. As the buffer solution 15, an imidazole / hydrochloric acid buffer solution (pH 7, 2.0M) was used. Chronoamperometry was performed for 300 seconds using the measurement system shown in FIG. As the positive electrode 2, an enzyme / electron mediator immobilized electrode using carbon silk having a thickness of 2 mm made water-repellent with a water repellent and an enzyme / electronic using a carbon felt having a thickness of 2 mm made water-repellent with a water repellent. A mediator immobilized electrode was used. The amount of the enzyme (BOD) immobilized on the carbon silk of the former enzyme / electron mediator immobilization electrode is 2 / of the amount of the BOD immobilized on the carbon felt of the latter enzyme / electron mediator immobilization electrode. 3. The measurement results are shown in FIG. From FIG. 9, when the positive electrode 2 composed of an enzyme / electron mediator-immobilized electrode using carbon silk made water-repellent with a water repellent is used, an enzyme / electron mediator using carbon felt having a water-repellent surface. It can be seen that the initial current density is greatly improved as compared with the case where the positive electrode 2 made of the fixed electrode is used. This proves the effectiveness of using carbon silk having a regular fiber structure as the electrode material of the positive electrode 2 and making the surface water-repellent.

図10は、撥水剤で撥水性としたカーボンシルクを用いた酵素/電子メディエーター固定化電極からなる正極2について、撥水剤の濃度を変えて、緩衝液の接触角および電流密度を測定した結果を示す。撥水剤の濃度は、撥水材料として天然黒鉛を18%、バインダーとしてポリビニルブチラールを4.12%、カーボンブラックを8.4%、有機溶媒としてメチルイソブチルケトンを69.48%含有するものの天然黒鉛の濃度を1としたときの規格値である。図11は、図10の結果に基づいて接触角に対して電流密度をプロットしたものである。図10より、撥水剤の濃度が0.05以上0.3以下で高い電流密度が得られることが分かる。また、図11より、接触角が80°以上120°以下で高い電流密度が得られ、90°以上120°以下でより高い電流密度が得られ、100°以上110°以下で特に高い電流密度が得られることが分かる。   FIG. 10 shows the contact angle and current density of the buffer solution for the positive electrode 2 composed of an enzyme / electron mediator-immobilized electrode using carbon silk made water-repellent with a water-repellent agent while changing the concentration of the water-repellent agent. Results are shown. The concentration of the water repellent is 18% natural graphite as a water repellent material, 4.12% polyvinyl butyral as a binder, 8.4% carbon black, and 69.48% methyl isobutyl ketone as an organic solvent. This is the standard value when the concentration of graphite is 1. FIG. 11 is a plot of current density versus contact angle based on the results of FIG. FIG. 10 shows that a high current density can be obtained when the concentration of the water repellent is from 0.05 to 0.3. Further, from FIG. 11, a high current density is obtained when the contact angle is 80 ° or more and 120 ° or less, a higher current density is obtained when the contact angle is 90 ° or more and 120 ° or less, and a particularly high current density is obtained when the contact angle is 100 ° or more and 110 ° or less. You can see that

図12は、撥水剤で撥水性としたカーボンフェルトを用いた酵素/電子メディエーター固定化電極からなる正極2について、撥水剤の濃度を変えて、緩衝液の接触角および電流密度を測定した結果を示す。撥水剤の濃度は、撥水材料として天然黒鉛を18%、バインダーとしてポリビニルブチラールを4.12%、カーボンブラックを8.4%、有機溶媒としてメチルイソブチルケトンを69.48%含有するものの天然黒鉛の濃度を1としたときの規格値である。図13は、図12の結果に基づいて接触角に対して電流密度をプロットしたものである。図12より、撥水剤の濃度が0.16以上1以下で高い電流密度が得られることが分かる。また、図13より、接触角が80°以上120°以下で高い電流密度が得られ、90°以上110°以下でより高い電流密度が得られることが分かる。   FIG. 12 shows the contact angle and current density of the buffer solution for the positive electrode 2 composed of an enzyme / electron mediator-immobilized electrode using carbon felt made water-repellent with a water-repellent agent while changing the concentration of the water-repellent agent. Results are shown. The concentration of the water repellent is 18% natural graphite as a water repellent material, 4.12% polyvinyl butyral as a binder, 8.4% carbon black, and 69.48% methyl isobutyl ketone as an organic solvent. This is the standard value when the concentration of graphite is 1. FIG. 13 is a plot of current density versus contact angle based on the results of FIG. From FIG. 12, it can be seen that a high current density is obtained when the concentration of the water repellent is 0.16 or more and 1 or less. Further, FIG. 13 shows that a high current density is obtained when the contact angle is 80 ° or more and 120 ° or less, and a higher current density is obtained when the contact angle is 90 ° or more and 110 ° or less.

図14は、撥水剤で撥水性としたカーボンペーパーを用いた酵素/電子メディエーター固定化電極からなる正極2について、撥水剤の濃度を変えて、緩衝液の接触角および電流密度を測定した結果を示す。撥水剤の濃度は、撥水材料として天然黒鉛を18%、バインダーとしてポリビニルブチラールを4.12%、カーボンブラックを8.4%、有機溶媒としてメチルイソブチルケトンを69.48%含有するものの天然黒鉛の濃度を1としたときの規格値である。図15は、図14の結果に基づいて接触角に対して電流密度をプロットしたものである。図14より、撥水剤の濃度が0.15以上1以下で高い電流密度が得られることが分かる。また、図15より、接触角が80°以上120°以下で高い電流密度が得られ、90°以上120°以下でより高い電流密度が得られ、特に90°以上100°以下で特に高い電流密度が得られることが分かる。   FIG. 14 shows the contact angle and current density of the buffer solution for the positive electrode 2 composed of an enzyme / electron mediator-immobilized electrode using carbon paper made water-repellent with a water-repellent agent while changing the concentration of the water-repellent agent. Results are shown. The concentration of the water repellent is 18% natural graphite as a water repellent material, 4.12% polyvinyl butyral as a binder, 8.4% carbon black, and 69.48% methyl isobutyl ketone as an organic solvent. This is the standard value when the concentration of graphite is 1. FIG. 15 is a plot of current density versus contact angle based on the results of FIG. FIG. 14 shows that a high current density can be obtained when the concentration of the water repellent is 0.15 or more and 1 or less. From FIG. 15, a high current density is obtained when the contact angle is 80 ° or more and 120 ° or less, a higher current density is obtained when the contact angle is 90 ° or more and 120 ° or less, and a particularly high current density is obtained when the contact angle is 90 ° or more and 100 ° or less. It can be seen that

図16は、空隙率が異なる7種類のカーボンシルクを用いて上記と同様のクロノアンペロメトリー測定を行い、300秒後および600秒後の電流値(相対値)を空隙率に対してプロットしたものである。カーボンシルクは、シナノケンシ株式会社製の型番WF−24−0007、WF−24−0008、WF−24−0009、WF−24−0010、WF−24−0011、WF−24−0017、WF−24−0018である。図17は、図16の300秒後の電流値(相対値)を棒グラフで表したものである。図18にWF−24−0007、WF−24−0008、WF−24−0009、WF−24−0010の走査型電子顕微鏡写真(倍率100倍)を示す。図18にはカーボンシルクの繊維の太さを示してある。   FIG. 16 shows chronoamperometry measurements similar to those described above using seven types of carbon silk having different porosity, and the current values (relative values) after 300 seconds and 600 seconds are plotted against the porosity. Is. Carbon silk is manufactured by Shinano Kenshi Co., Ltd. Model No. WF-24-0007, WF-24-0008, WF-24-0009, WF-24-0010, WF-24-0011, WF-24-0017, WF-24- 0018. FIG. 17 is a bar graph showing the current value (relative value) after 300 seconds of FIG. FIG. 18 shows scanning electron micrographs (magnification 100 times) of WF-24-0007, WF-24-0008, WF-24-0009, and WF-24-0010. FIG. 18 shows the thickness of carbon silk fibers.

図17より、空隙率が88%以上94%以下で高い電流値が得られ、89%以上93%以下でより高い電流値が得られ、90%以上92%以下でさらに高い電流値が得られることが分かる。   From FIG. 17, a high current value is obtained when the porosity is 88% or more and 94% or less, a higher current value is obtained when the porosity is 89% or more and 93% or less, and a higher current value is obtained when the porosity is 90% or more and 92% or less. I understand that.

次に、撥水剤で撥水性としたカーボンシルク(登録商標)を用いた酵素/電子メディエーター固定化電極からなる正極2内の電子メディエーターの濃度を変えて上記と同様のクロノアンペロメトリー測定を行った。図19は300秒後、600秒後および3600秒後の電流値(相対値)を正極2内の電子メディエーターの濃度に対してプロットしたものである。   Next, the chronoamperometry measurement similar to the above was performed by changing the concentration of the electron mediator in the positive electrode 2 composed of the enzyme / electron mediator fixed electrode using carbon silk (registered trademark) made water repellent with a water repellent. went. FIG. 19 is a plot of current values (relative values) after 300 seconds, 600 seconds and 3600 seconds against the concentration of the electron mediator in the positive electrode 2.

図19より、正極2内の電子メディエーターの濃度を高くしても電流値は向上しないことが分かる。正極2からの電子メディエーターの溶け出しなどを考慮すると、電子メディエーターはできる限り少量とすることが好ましいので、電子メディエーターの濃度は0.15mol/l以上0.2mol/l以下とすることが最適であると考えられる。   FIG. 19 shows that the current value does not improve even when the concentration of the electron mediator in the positive electrode 2 is increased. In consideration of elution of the electron mediator from the positive electrode 2 and the like, the amount of the electron mediator is preferably as small as possible. Therefore, the concentration of the electron mediator is optimally 0.15 mol / l or more and 0.2 mol / l or less. It is believed that there is.

以上のように、この第1の実施の形態によれば、正極2の電極の緩衝液に対する接触角を80°以上120°以下とし、あるいは、正極2の電極の材料として規則的な繊維構造を有する材料、例えばカーボンを用い、しかも正極2の電極の表面を撥水性としている。このため、正極2への緩衝液の染み込みやすさの大幅な向上を図ることができ、これによって高い電流値を安定して得ることができる。また、正極2の電極に固定化する酵素の量を少なくすることができるので、バイオ燃料電池の低コスト化を図ることができる。加えて、電解質層3が、イミダゾール環を含む化合物を緩衝物質として含む電解液を含むことにより、十分な緩衝能を得ることができる。このため、バイオ燃料電池の高出力動作時において、プロトンを介する酵素反応により、プロトンの増減がプロトンの電極内部または酵素の固定化膜内で起きても、十分な緩衝能を得ることができ、酵素の周囲の電解質のpHの至適pHからのずれを十分に小さく抑えることができる。このため、酵素が本来持っている能力を十分に発揮することができ、酵素、補酵素、電子メディエーターなどによる電極反応を効率よく定常的に行うことができる。これによって、高出力動作が可能な高性能のバイオ燃料電池を実現することができる。このバイオ燃料電池は、各種の電子機器、移動体、発電システムなどの電源に適用して好適なものである。   As described above, according to the first embodiment, the contact angle of the electrode of the positive electrode 2 with respect to the buffer solution is 80 ° or more and 120 ° or less, or a regular fiber structure is used as the material of the electrode of the positive electrode 2. For example, carbon is used, and the surface of the electrode of the positive electrode 2 is made water repellent. For this reason, it is possible to greatly improve the ease of penetration of the buffer solution into the positive electrode 2, and thereby a high current value can be stably obtained. In addition, since the amount of enzyme immobilized on the electrode of the positive electrode 2 can be reduced, the cost of the biofuel cell can be reduced. In addition, when the electrolyte layer 3 contains an electrolytic solution containing a compound containing an imidazole ring as a buffer substance, a sufficient buffer capacity can be obtained. For this reason, at the time of high output operation of the biofuel cell, even if the increase or decrease of protons occurs in the proton electrode or in the enzyme immobilization membrane due to the proton-mediated enzyme reaction, sufficient buffer capacity can be obtained, Deviation from the optimum pH of the electrolyte surrounding the enzyme can be suppressed sufficiently small. For this reason, the ability inherent to the enzyme can be sufficiently exerted, and the electrode reaction by the enzyme, coenzyme, electron mediator and the like can be performed efficiently and constantly. As a result, a high-performance biofuel cell capable of high output operation can be realized. This biofuel cell is suitable for application to power sources of various electronic devices, mobile objects, power generation systems, and the like.

〈2.第2の実施の形態〉
[バイオ燃料電池]
このバイオ燃料電池においては、燃料として、多糖類であるデンプンを用いる。また、デンプンを燃料に用いることに伴い、負極11にデンプンをグルコースに分解する分解酵素であるグルコアミラーゼも固定化する。
<2. Second Embodiment>
[Bio fuel cell]
In this biofuel cell, starch, which is a polysaccharide, is used as a fuel. In addition, with the use of starch as fuel, glucoamylase, which is a degrading enzyme that decomposes starch into glucose, is also immobilized on the negative electrode 11.

このバイオ燃料電池においては、負極1側に燃料としてデンプンが供給されると、このデンプンがグルコアミラーゼによりグルコースに加水分解され、さらにこのグルコースがグルコースデヒドロゲナーゼにより分解され、この分解プロセスにおける酸化反応に伴ってNAD+ が還元されてNADHが生成され、このNADHがジアホラーゼにより酸化されて2個の電子とNAD+ とH+ とに分離する。したがって、グルコース1分子につき1段階の酸化反応で2個の電子と2個のH+ とが生成される。2段階の酸化反応では合計4個の電子と4個のH+ とが生成される。こうして発生する電子は負極1の電極11に渡され、H+ は電解質層3を通って正極2まで移動する。正極2では、このH+ が、外部から供給された酸素および負極1から外部回路を通って送られた電子と反応してH2 Oを生成する。
上記以外のことは第1の実施の形態によるバイオ燃料電池と同様である。
In this biofuel cell, when starch is supplied as fuel to the negative electrode 1 side, this starch is hydrolyzed into glucose by glucoamylase, and this glucose is further decomposed by glucose dehydrogenase, accompanied by an oxidation reaction in this decomposition process. NAD + is reduced to produce NADH, which is oxidized by diaphorase and separated into two electrons, NAD + and H + . Therefore, two electrons and two H + are generated by one-step oxidation reaction per molecule of glucose. In the two-stage oxidation reaction, a total of 4 electrons and 4 H + are generated. The electrons thus generated are transferred to the electrode 11 of the negative electrode 1, and H + moves to the positive electrode 2 through the electrolyte layer 3. In the positive electrode 2, this H + reacts with oxygen supplied from the outside and electrons sent from the negative electrode 1 through an external circuit to generate H 2 O.
Other than the above, the biofuel cell according to the first embodiment is the same.

この第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な利点を得ることができるほか、デンプンを燃料に用いていることにより、グルコースを燃料に用いる場合に比べて発電量を増加させることができるという利点を得ることができる。   According to the second embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained, and since the starch is used as the fuel, the amount of power generation can be reduced as compared with the case where glucose is used as the fuel. The advantage that it can be increased can be obtained.

以上、この発明の実施の形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。   Although the embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.

例えば、上述の実施の形態において挙げた数値、構造、構成、形状、材料などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、構成、形状、材料などを用いてもよい。   For example, the numerical values, structures, configurations, shapes, materials, and the like given in the above-described embodiments are merely examples, and different numerical values, structures, configurations, shapes, materials, and the like may be used as necessary.

具体的には、例えば、規則的な繊維構造を有するカーボンとしては、図20に示すような規則性炭素繊維(東邦テナックス社製)を用いることもできる。   Specifically, for example, as carbon having a regular fiber structure, regular carbon fiber (manufactured by Toho Tenax Co., Ltd.) as shown in FIG. 20 can also be used.

1…負極、2…正極、3…電解質層、11…電極   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Negative electrode, 2 ... Positive electrode, 3 ... Electrolyte layer, 11 ... Electrode

Claims (18)

正極と負極とがプロトン伝導体を介して対向した構造を有し、
上記正極および上記負極のうちの少なくとも一方が、酵素が固定化され、緩衝液に対する接触角が80°以上120°以下である電極からなる燃料電池。
Having a structure in which the positive electrode and the negative electrode are opposed to each other via a proton conductor;
A fuel cell comprising at least one of the positive electrode and the negative electrode comprising an electrode on which an enzyme is immobilized and a contact angle with respect to a buffer solution is 80 ° or more and 120 ° or less.
上記電極がカーボンからなる請求項1記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the electrode is made of carbon. 上記酵素が固定化された電極が正極である請求項2記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 2, wherein the electrode on which the enzyme is immobilized is a positive electrode. 上記酵素が酸素還元酵素を含む請求項3記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 3, wherein the enzyme comprises an oxygen reductase. 上記電極の表面に撥水剤を形成することにより撥水性とした請求項4記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 4, wherein water repellency is achieved by forming a water repellent on the surface of the electrode. 上記撥水剤が少なくとも撥水材料と水と相分離する有機溶媒とを含む請求項5記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 5, wherein the water repellent contains at least a water repellent material and an organic solvent capable of phase separation with water. 正極と負極とがプロトン伝導体を介して対向した構造を有し、上記正極および上記負極のうちの少なくとも一方が酵素が固定化された電極からなる燃料電池を製造する場合に、上記電極として緩衝液に対する接触角が80°以上120°以下である電極を用いる燃料電池の製造方法。   When manufacturing a fuel cell having a structure in which a positive electrode and a negative electrode are opposed to each other via a proton conductor and at least one of the positive electrode and the negative electrode is an electrode on which an enzyme is immobilized, a buffer is used as the electrode. A fuel cell manufacturing method using an electrode having a contact angle with respect to a liquid of 80 ° or more and 120 ° or less. 一つまたは複数の燃料電池を用い、
少なくとも一つの上記燃料電池が、
正極と負極とがプロトン伝導体を介して対向した構造を有し、
上記正極および上記負極のうちの少なくとも一方が、酵素が固定化され、緩衝液に対する接触角が80°以上120°以下である電極からなる燃料電池である電子機器である。
Using one or more fuel cells,
At least one of the fuel cells is
Having a structure in which the positive electrode and the negative electrode are opposed to each other via a proton conductor;
At least one of the positive electrode and the negative electrode is an electronic device that is a fuel cell including an electrode on which an enzyme is immobilized and a contact angle with respect to a buffer solution is 80 ° or more and 120 ° or less.
正極と負極とがプロトン伝導体を介して対向した構造を有し、
上記正極および上記負極のうちの少なくとも一方が、酵素が固定化された、規則的な繊維構造を有する材料からなる電極からなる燃料電池。
Having a structure in which the positive electrode and the negative electrode are opposed to each other via a proton conductor;
A fuel cell in which at least one of the positive electrode and the negative electrode is composed of an electrode made of a material having a regular fiber structure to which an enzyme is immobilized.
上記電極がカーボンからなる請求項9記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 9, wherein the electrode is made of carbon. 上記カーボンの空隙率が70%以上96%以下である請求項10記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 10, wherein the porosity of the carbon is 70% or more and 96% or less. 上記酵素が固定化された、規則的な繊維構造を有する材料からなる電極が正極である請求項11記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 11, wherein the electrode made of a material having a regular fiber structure to which the enzyme is immobilized is a positive electrode. 上記酵素が酸素還元酵素を含む請求項12記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 12, wherein the enzyme comprises an oxygen reductase. 上記電極の表面に撥水剤を形成することにより撥水性とした請求項13記載の燃料電池。   14. The fuel cell according to claim 13, wherein a water repellent is formed on the surface of the electrode to make it water repellent. 上記撥水剤が少なくとも撥水材料と水と相分離する有機溶媒とを含む請求項14記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 14, wherein the water repellent contains at least a water repellent material and an organic solvent that is phase-separated from water. 正極と負極とがプロトン伝導体を介して対向した構造を有し、上記正極および上記負極のうちの少なくとも一方が酵素が固定化された電極からなる燃料電池を製造する場合に、上記電極として規則的な繊維構造を有する材料からなる電極を用いる燃料電池の製造方法。   When manufacturing a fuel cell having a structure in which a positive electrode and a negative electrode are opposed to each other via a proton conductor, and at least one of the positive electrode and the negative electrode is an electrode on which an enzyme is immobilized, the rule is used as the electrode. Of manufacturing a fuel cell using an electrode made of a material having a typical fiber structure. 上記電極がカーボンからなる請求項16記載の燃料電池の製造方法。   The method for producing a fuel cell according to claim 16, wherein the electrode is made of carbon. 一つまたは複数の燃料電池を用い、
少なくとも一つの上記燃料電池が、
正極と負極とがプロトン伝導体を介して対向した構造を有し、
上記正極および上記負極のうちの少なくとも一方が、酵素が固定化された、規則的な繊維構造を有する材料からなる電極からなる燃料電池である電子機器である。
Using one or more fuel cells,
At least one of the fuel cells is
Having a structure in which the positive electrode and the negative electrode are opposed to each other via a proton conductor;
At least one of the positive electrode and the negative electrode is an electronic device that is a fuel cell including an electrode made of a material having a regular fiber structure to which an enzyme is immobilized.
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