JP2012190652A - 糖−空気燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】糖燃料にアルカリ性物質を供給することなく、発電性能を向上する。
【解決手段】糖を含む略中性の電解質からなる糖燃料水溶液１４を収容した燃料室３と、該燃料室３内に配置され、糖燃料水溶液１４に接触させられて糖を酸化させるアノード７と、燃料室３に、アノード７に糖燃料水溶液１４を挟んで隣接配置され、空気中の酸素を還元するカソード６と、アノード７に電気反応により水酸化物イオンを供給するＯＨ−供給部４，８，９，１０とを備える糖−空気燃料電池１を提供する。
【選択図】図１
【解決手段】糖を含む略中性の電解質からなる糖燃料水溶液１４を収容した燃料室３と、該燃料室３内に配置され、糖燃料水溶液１４に接触させられて糖を酸化させるアノード７と、燃料室３に、アノード７に糖燃料水溶液１４を挟んで隣接配置され、空気中の酸素を還元するカソード６と、アノード７に電気反応により水酸化物イオンを供給するＯＨ−供給部４，８，９，１０とを備える糖−空気燃料電池１を提供する。
【選択図】図１
Description
本発明は、糖−空気燃料電池に関するものである。
従来、アノードとカソードとの間にアニオン交換膜を配置し、アニオン交換膜をアルカリ性溶液に接触させた糖燃料電池が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、糖燃料電池においては、糖燃料に予めアルカリ性物質を混合しておくと、糖の異性化が進行して燃料液として劣化してしまうため、燃料液にアルカリ性物質を混合する操作は発電直前に行わなければならないという問題がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、糖燃料にアルカリ性物質を供給することなく、発電性能を向上することができる糖−空気燃料電池を提供することを目的としている。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、糖燃料にアルカリ性物質を供給することなく、発電性能を向上することができる糖−空気燃料電池を提供することを目的としている。
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、糖を含む略中性の電解質からなる糖燃料水溶液を収容した燃料室と、該燃料室内に配置され、前記糖燃料水溶液に接触させられて糖を酸化させるアノードと、前記燃料室に、前記アノードに前記糖燃料または固体電解質を挟んで隣接配置され、空気中の酸素を還元するカソードと、前記アノードに、電気反応により水酸化物イオンを供給するＯＨ−供給部とを備える糖−空気燃料電池を提供する。
本発明は、糖を含む略中性の電解質からなる糖燃料水溶液を収容した燃料室と、該燃料室内に配置され、前記糖燃料水溶液に接触させられて糖を酸化させるアノードと、前記燃料室に、前記アノードに前記糖燃料または固体電解質を挟んで隣接配置され、空気中の酸素を還元するカソードと、前記アノードに、電気反応により水酸化物イオンを供給するＯＨ−供給部とを備える糖−空気燃料電池を提供する。
本発明によれば、ＯＨ−供給部の作動により電気反応によって水酸化物イオンがアノードに供給されると、アノード近傍が局部的にアルカリ性状態となる。これにより、糖燃料水溶液に接触しているアノードが触媒となって糖の酸化反応が活性化され、糖の酸化物と水と電子が生成される。一方、カソードにおいては、空気中の酸素、水分およびアノードで発生し外部の負荷を介して移動してきた電子によって、空気中の酸素が還元されて水酸化物イオンが生成される。
したがって、ＯＨ−供給部により、水酸化物イオンが一旦供給されると、その後は、カソードにおいて生成された水酸化物イオンによってアノードにおける酸化反応が繰り返し行われ、継続的に生成される電子によって負荷に仕事をさせることができる。この場合において、発電に際してＯＨ−供給部を作動させて水酸化物イオンを供給するので、従来のように、アルカリ性物質を予め燃料液に混合しておかなくて済み、糖燃料を劣化させることなく発電性能を向上することができる。
上記発明においては、前記ＯＨ−供給部が、固体電解質からなる隔膜により前記燃料室に対して区画され電解質液を収容する補助室と、該補助室内に配置された補助負極と、前記燃料室内に前記アノードに前記糖燃料水溶液を挟んで隣接配置された補助正極と、該補助正極と前記補助負極との間に接続され前記補助正極の電位を前記補助負極の電位より高くする補助電源とを備えていてもよい。
このようにすることで、補助電源によって補助正極と補助負極との間に電位差を生じさせることにより、隔膜における電気反応あるは補助負極および補助正極における電気反応によって、燃料室内の補助正極近傍に簡易に水酸化物イオンを誘導することができる。これにより、発電を開始したいときに、アノードに簡易に水酸化物イオンを供給して、糖燃料の劣化を防止しつつ発電を行うことができる。
また、上記発明においては、前記隔膜が、前記糖燃料液水溶液に接触させられるアニオン交換膜と、該アニオン交換膜に積層配置させられるとともに前記電解質液に接触させられるカチオン交換膜とを備えていてもよい。
このようにすることで、アニオン交換膜とカチオン交換膜との境界において電気分解により、水酸化物イオンが発生し、発生した水酸化物イオンは補助正極と補助負極との間の電位差によって補助正極の存在する燃料室側へと誘導される。これにより、燃料室のアノード近傍に局部的なアルカリ性状態を簡易に生成することができる。
このようにすることで、アニオン交換膜とカチオン交換膜との境界において電気分解により、水酸化物イオンが発生し、発生した水酸化物イオンは補助正極と補助負極との間の電位差によって補助正極の存在する燃料室側へと誘導される。これにより、燃料室のアノード近傍に局部的なアルカリ性状態を簡易に生成することができる。
また、上記発明においては、前記アニオン交換膜および前記カチオン交換膜がバイポーラ膜により構成されていてもよい。
このようにすることで、一体的なバイポーラ膜によって、上記作用を更に簡易に発生させることができる。
このようにすることで、一体的なバイポーラ膜によって、上記作用を更に簡易に発生させることができる。
また、上記発明においては、前記電解質液が緩衝液であってもよい。
このようにすることで、アニオン交換膜とカチオン交換膜との境界において電気分解により発生した水素陽イオンが、補助正極と補助負極との間の電位差によって補助負極の存在する補助室側へと誘導され、補助室内に満たされている緩衝液からなる電解質液によって緩衝作用を受ける。これにより、補助室内のｐＨ値を略一定の状態に維持することができる。
このようにすることで、アニオン交換膜とカチオン交換膜との境界において電気分解により発生した水素陽イオンが、補助正極と補助負極との間の電位差によって補助負極の存在する補助室側へと誘導され、補助室内に満たされている緩衝液からなる電解質液によって緩衝作用を受ける。これにより、補助室内のｐＨ値を略一定の状態に維持することができる。
また、上記発明においては、前記補助電源が、前記アノードと前記カソードとの間に発生した電力により充電されてもよい。
このようにすることで、アノードとカソードとの間に発生した電力によって補助電源を充電することにより、燃料電池の出力を補助電源として利用することができる。
このようにすることで、アノードとカソードとの間に発生した電力によって補助電源を充電することにより、燃料電池の出力を補助電源として利用することができる。
また、上記発明においては、前記アノードと前記カソードとの間に発生する電力に応じて、前記アノードと前記カソードとの間に発生する電力のうち、前記補助電源に供給する電力を調節する電力制御部とを備えていてもよい。
このようにすることで、アノードとカソードとの間に発生する電力が低いときには、電力制御部が、補助電源に供給する電力を低下させるように調節することにより、発生される電力の内、充電に用いられる電力を低減することができる。一方、アノードとカソードとの間に発生する電力が高いときには、電力制御部が、補助電源に供給する電力を低下させるように調節することにより充電に用いる電力を増加させることができる。これにより、発電量に合わせて効率よく補助電源を充電することができる。
また、上記発明においては、前記燃料室を複数備えていてもよい。
このようにすることで、複数の燃料室が補助室を共有して、各燃料室内の補助正極と補助室内に設けられる補助負極との間に接続された補助電源の作動により、各燃料室内に水酸化物イオンを発生させて、糖の酸化反応を活性化し、発電することができる。補助室を共有することで、構造を簡素化することができる。そして、複数の燃料室に設けられた複数のアノードとカソードとを含む小電池どうしは並列接続することにより電池容量を増大させ、直列接続することにより発生電圧を増大させることができる。
このようにすることで、複数の燃料室が補助室を共有して、各燃料室内の補助正極と補助室内に設けられる補助負極との間に接続された補助電源の作動により、各燃料室内に水酸化物イオンを発生させて、糖の酸化反応を活性化し、発電することができる。補助室を共有することで、構造を簡素化することができる。そして、複数の燃料室に設けられた複数のアノードとカソードとを含む小電池どうしは並列接続することにより電池容量を増大させ、直列接続することにより発生電圧を増大させることができる。
また、上記発明においては、１つの前記燃料室に備えられた前記アノードと、他の１つの前記燃料室に備えられた前記カソードとを接続するワイヤを備えていてもよい。
このようにすることで、複数の燃料室に設けられた複数のアノードとカソードとを含む小電池どうしをワイヤによって直列接続することができ、高い発生電圧の糖−空気燃料電池を簡易に構成することができる。
このようにすることで、複数の燃料室に設けられた複数のアノードとカソードとを含む小電池どうしをワイヤによって直列接続することができ、高い発生電圧の糖−空気燃料電池を簡易に構成することができる。
また、上記発明においては、前記ＯＨ−供給部が、固体電解質からなる隔膜により前記燃料室に対して区画され電解質液を収容する補助室と、該補助室内に配置された補助負極と、該補助負極と前記アノードとの間に接続され該アノードの電位を前記補助負極の電位より高くする補助電源とを備えていてもよい。
このようにすることで、アノードと補助負極との間に補助電源からの電圧を印加することにより、アノードの周囲に水酸化物イオンを誘導し、アノードにおける糖の酸化反応を活性化させて発電を行うことができる。これにより、アノードを補助正極としても使用することができ、構成を簡易にすることができる。
また、上記発明においては、前記ＯＨ−供給部が、絶縁材料からなる隔膜により前記燃料室に対して区画され電解質液を収容する補助室と、該補助室内に配置された補助正極と、前記燃料室内に前記アノードに前記糖燃料水溶液を挟んで隣接配置された補助負極と、該補助正極と前記補助負極との間に接続され前記補助正極の電位を前記補助負極の電位より高くする補助電源とを備えていてもよい。
このようにすることで、補助正極と補助負極との間に補助電源によって電位差を与えて、周囲の水を電気分解することにより、アノードに近接する補助負極の周囲に水酸化物イオンを発生させ、その水酸化物イオンにより、アノードにおける糖の酸化反応を活性化させて、発電を開始させることができる。
本発明によれば、糖燃料にアルカリ性物質を供給することなく、発電性能を向上することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る糖−空気燃料電池１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る糖−空気燃料電池１は、図１に示されるように、電気的絶縁材料により液密状態に構成された筐体２と、該筐体２内を２つの空間３，４に区画する固体電解質からなる隔壁５と、第１の空間３に配置され、筐体２の一壁面を構成するカソード６と、第１の空間３内にカソード６に対して間隔をあけて配置されるアノード７と、アノード７内部に間隔をあけて配置される補助正極８と、第２の空間（補助室）４内に配置される補助負極９と、これら補助正極８と補助負極９との間に電位差を生じさせる補助電源１０と、該補助電源１０の電圧の印加または遮断を切り替えるスイッチ１１とを備えている。図中、符号１２は、筐体２の外部においてアノード７とカソード６との間にワイヤ１３によって接続された負荷であり、図１に示す例では豆電球である。
本実施形態に係る糖−空気燃料電池１は、図１に示されるように、電気的絶縁材料により液密状態に構成された筐体２と、該筐体２内を２つの空間３，４に区画する固体電解質からなる隔壁５と、第１の空間３に配置され、筐体２の一壁面を構成するカソード６と、第１の空間３内にカソード６に対して間隔をあけて配置されるアノード７と、アノード７内部に間隔をあけて配置される補助正極８と、第２の空間（補助室）４内に配置される補助負極９と、これら補助正極８と補助負極９との間に電位差を生じさせる補助電源１０と、該補助電源１０の電圧の印加または遮断を切り替えるスイッチ１１とを備えている。図中、符号１２は、筐体２の外部においてアノード７とカソード６との間にワイヤ１３によって接続された負荷であり、図１に示す例では豆電球である。
第１の空間３には、略中性の糖燃料１４の水溶液、例えば、グルコースと乳酸カルシウムの水溶液が充填されている。これにより、第１の空間３は燃料室を構成している。
第２の空間４には、緩衝液、例えば、リン酸緩衝液１５が充填されている。
第２の空間４には、緩衝液、例えば、リン酸緩衝液１５が充填されている。
隔壁５は、アニオン交換膜５ａとカチオン交換膜５ｂとを積層した一体的なバイポーラ膜（以下、バイポーラ膜５ともいう。）によって構成されている。アニオン交換膜５ａが第１の空間３の一内面を構成し、カチオン交換膜５ｂが第２の空間４の一内面を構成している。
カソード６は、多孔質の導電性材料により構成されている。例えば、ステンレスワイヤで構成された網に、酸化マンガンと炭素粉末との混合物を担持させることにより構成されている。これにより、糖燃料１４、気体およびイオンが通過できるようになっている。
また、筐体２の外側に配置されるカソード６の表面は、気体を透過し液体の透過を阻止する通気防水シート１６で覆われている。通気防水シート１６は、例えば、４フッ化エチレン製の薄膜で構成されている。
アノード７も、多孔質の導電性材料により構成されている、例えば、炭素繊維で形成されたカーボンペーパーに、金の微粒子を担持させることにより構成されている。これにより、糖燃料１４およびイオンが通過できるようになっている。アノード７は、内部に空洞７ａを有する箱状に形成され、内部の空洞７ａには後述する補助正極８がアノード７の内面に接触しないように、内面に対して間隔をあけて収容されている。
アノード７においては、水酸化物イオンＯＨ−の存在下において、グルコースの酸化反応が活性化され、図２に示されるように、グルコースはグルコノラクトンと水に分解され、その際に電子が生成されるようになっている。グルコノラクトンは、さらに加水分解されてグルコン酸に変化するようになっている。
カソード６においては、通気防水シート１６を介して外部から取り込んだ酸素が、ワイヤ１３および負荷１２を介してアノード７側から流れてきた電子と、通気防水シート１６を介して、あるいは、糖燃料１４内から取り込んだ水とによって還元されることにより、水酸化物イオンＯＨ−が生成されるようになっている。生成された水酸化物イオンＯＨ−は糖燃料１４内に溶け込み、アノード７におけるグルコースの酸化反応を促進するために使用されるようになっている。
補助正極８および補助負極９は、白金、ニッケル、鉄、あるいはステンレス等の導電性を有する金属材料により構成されている。
補助電源１０は、電池であって、スイッチ１１が閉成されることにより、補助正極８を補助負極９よりも高い電位にするようになっている。
補助正極８、補助負極９、補助電源１０およびバイポーラ膜５により第１の空間３に対して区画形成された第２の空間４によって、ＯＨ−供給部が構成されている。
補助電源１０は、電池であって、スイッチ１１が閉成されることにより、補助正極８を補助負極９よりも高い電位にするようになっている。
補助正極８、補助負極９、補助電源１０およびバイポーラ膜５により第１の空間３に対して区画形成された第２の空間４によって、ＯＨ−供給部が構成されている。
このように構成された本実施形態に係る糖−空気燃料電池１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る糖−空気燃料電池１は、発電開始前の保存状態においてスイッチ１１が開かれており、補助正極８と補助負極９との間に電位差は存在しない。この状態では、燃料室を構成している第１の空間３内には水酸化物イオンＯＨ−は存在せず、発電は行われていない。
本実施形態に係る糖−空気燃料電池１は、発電開始前の保存状態においてスイッチ１１が開かれており、補助正極８と補助負極９との間に電位差は存在しない。この状態では、燃料室を構成している第１の空間３内には水酸化物イオンＯＨ−は存在せず、発電は行われていない。
この状態から発電を行うには、負荷１２をアノード７とカソード６との間に接続し、スイッチ１１を閉成する。これにより、第１の空間３内の補助正極８と第２の空間４内の補助負極９との間に電位差が発生する。電位差が水の理論分解電圧０．８３Ｖ以上となることでバイポーラ膜５のアニオン交換膜５ａとカチオン交換膜５ｂとの膜界面において水の電気分解が発生する。そして、発生した水素陽イオンＨ＋は第２の空間４内の補助負極９に引き寄せられ、水酸化物イオンＯＨ−は第１の空間３内の補助正極８に引き寄せられる。
第２の空間４内にはリン酸緩衝液１５が貯留されているので、リン酸緩衝液１５内に溶け込んだ水素陽イオンＨ＋は緩衝作用を受けて、第２の空間４内のｐＨが略一定に保たれる。
一方、第１の空間３内にはグルコースを含む略中性の電解液である乳酸カルシウム水溶液からなる糖燃料１４が貯留されているので、水酸化物イオンＯＨ−が溶け込むことによりアノード７付近に局部的なアルカリ性状態が生成されることになる。
一方、第１の空間３内にはグルコースを含む略中性の電解液である乳酸カルシウム水溶液からなる糖燃料１４が貯留されているので、水酸化物イオンＯＨ−が溶け込むことによりアノード７付近に局部的なアルカリ性状態が生成されることになる。
そして、アノード７付近にアルカリ性状態が生成されると、アノード７に付着している金微粒子に水酸化物イオンＯＨ−が吸着し、グルコースの酸化反応が活性化される。これにより、図２に示されるように、グルコースは、水酸化物イオンＯＨ−によって、グルコノラクトンと水と電子を発生させ、発生した電子がアノード７に接続されたワイヤ１３を介して筐体２外部の負荷１２に流れることにより、負荷１２に仕事をさせた後にワイヤ１３を介して筐体２内のカソード６に戻される。
カソード６においては、通気防水シート１６を介して筐体２外部から取り込んだ水および／または糖燃料１４内の水と、ワイヤ１３を介して流れてきた電子とによって、通気防水シート１６を介して筐体２外部から取り込んだ酸素の還元反応が発生し、水酸化物イオンＯＨ−が生成される。生成された水酸化物イオンＯＨ−は、糖燃料１４内に溶け込んで、アノード７におけるグルコースの酸化反応を活性化する。このような一連の化学反応が繰り返されることにより、糖−空気燃料電池１による発電が継続的に行われる。
この場合において、本実施形態に係る糖−空気燃料電池１によれば、スイッチ１１を閉じるまで第１の空間３内に水酸化物イオンＯＨ−を存在させずに済むという利点がある。すなわち、従来の糖−空気燃料電池のように、グルコースの酸化反応を開始させるための水酸化物イオンＯＨ−をアノード７に供給するために、アルカリ性物質を糖燃料１４内に予め混入させずに済むので、発電開始前に糖燃料１４を劣化させることなく、発電性能を維持することができるという利点がある。
なお、本実施形態においては、アノード７内に形成した空洞７ａ内に補助正極８を配置することとしたが、これに代えて、図３に示されるように、アノード７の外部に補助正極８を配置することとしてもよい。これによっても、バイポーラ膜５の膜界面において発生した水酸化物イオンＯＨ−が糖燃料１４内に溶け込んでアノード７付近に流れるため、グルコースの酸化反応を活性化させて発電を開始することが可能となる。
また、本実施形態においては、隔壁を構成する固体電解質膜として、一体的なバイポーラ膜５を採用したが、アニオン交換膜５ａとカチオン交換膜５ｂとを密着させた２層構造の隔膜を採用してもよい。
また、本実施形態においては、バイポーラ膜５によって生成した水酸化物イオンＯＨ−およびカソード６における還元反応によって生成した水酸化物イオンＯＨ−を糖燃料１４を経由してアノード７に供給することとしたが、これに代えて、図４に示されるように、カソード６とアノード７との間にアニオン交換膜１７を配置し、２つのアニオン交換膜５ａ，１７によってアノード７を挟み込むように構成してもよい。
このようにすることで、生成された水酸化物イオンＯＨ−が糖燃料１４中を移動することなくアノード７に到達でき、反応抵抗を下げることができる。したがって、糖−空気燃料電池１の発電効率を向上することができる。
また、カソード６とアノード７とをアニオン交換膜１７によって一体化でき、装置の小型化、組立容易性の向上およびコスト低減を図ることができる。
また、カソード６とアノード７とをアニオン交換膜１７によって一体化でき、装置の小型化、組立容易性の向上およびコスト低減を図ることができる。
また、カソード６表面をアニオン交換膜１７によって覆うことで、カソード６表面におけるグルコースの酸化反応を抑えることができ、糖−空気燃料電池１の発電効率を向上することができる。
アニオン交換膜１７に代えて、他の任意の固体電解質膜を採用してもよい。
アニオン交換膜１７に代えて、他の任意の固体電解質膜を採用してもよい。
また、本実施形態においては、図５に示されるように補助電源１０として充電式のものを用いるととともに、アノード７とカソード６との間で発生した電力によって充電することとしてもよい。この場合に、アノード７とカソード６との間で発生した電力を測定して、補助電源１０の充電に用いる電力量を調節する電力制御部１８を備えることが好ましい。
このようにすることで、糖−空気燃料電池１の出力の一部を補助電源１０の充電用に使用することができ、電池の消耗を抑えることができるという利点がある。また、電力制御部１８が、測定した電力に応じて、発電している電力が少ないときには充電に回す電力を少なくし、発電している電力が多いときには充電に回す電力を多くするように制御することにすれば、糖−空気燃料電池１の出力を無駄にすることなく補助電源１０を効率的に充電することができる。
また、本実施形態においては、筐体２内の単一の第１の空間３と単一の第２の空間４とを設けた場合を例示したが、これに限定されるものではなく、図６に示されるように、単一の第２の空間４に対して２以上の第１の空間３Ａ，３Ｂを設けることにしてもよい。
図６に示す例では、各第１の空間３Ａ，３Ｂは、アノード７Ａ，７Ｂ、カソード６Ａ，６Ｂ、補助正極８Ａ，８Ｂおよび通気防水シート１６Ａ，１６Ｂを備える同一構造を有している。
また、補助正極８Ａ，８Ｂにカソード６Ａを接続し、補助負極９にアノード７Ｂを接続することにより、補助正極８Ａ，８Ｂと補助負極９との間に電位差を発生させる補助電源を構成している。
また、補助正極８Ａ，８Ｂにカソード６Ａを接続し、補助負極９にアノード７Ｂを接続することにより、補助正極８Ａ，８Ｂと補助負極９との間に電位差を発生させる補助電源を構成している。
そして、一方の第１の空間３Ａのアノード７Ａと他方の第１の空間３Ｂのカソード６Ｂとをワイヤ２２により電気的に接続し、一方の第１の空間３Ａのカソード６Ａと他方の第１の空間３ｂのアノード７Ｂとの間に負荷１２をワイヤ１３によって電気的に接続することにより、２対のアノード７Ａ，７Ｂとカソード６Ａ，６Ｂとの間にそれぞれ形成される小電池を直列に接続し、発生電力を増大させた糖−空気燃料電池１を構成することができる。
また、この場合に、２つの小電池に発電を開始させるための第２の空間４を共有させることで、構造を簡易化して装置の小型化、低コスト化を図ることができるという利点がある。なお、２つの小電池を直列に接続した場合を例示したが、並列に接続してもよい。これにより、電池容量を増加させることができる。
また、本実施形態においては、アニオン交換膜５ａとカチオン交換膜５ｂとを重ね合わせた一体的なバイポーラ膜５を用いたが、これに代えて、図７に示されるように、素焼きのセラミックスのような多孔質の絶縁材料によって隔壁１９を構成し、第１の空間３内に補助負極９、第２の空間４内に補助正極８をそれぞれ配置し、第２の空間４の一壁面を通気防水シート２０によって構成してもよい。この場合、第２の空間４にはグルコースを含まない乳酸カルシウム水溶液２１が充填されていればよい。
このように構成すると、補助正極８と補助負極９との間に補助電源１０によって生成された電位差により、第１の空間３および第２の空間４内の電解質液１４，２１内の水が電気分解されて、第１の空間３内の補助負極９の周囲に水酸化物イオンＯＨ−が生成され、第２の空間４内の補助正極８の周囲に水素陽イオンＨ＋が生成される。
補助負極９の周囲に生成された水素はカソード６および通気防水シート１６を透過して筐体２外に放出され、補助正極８の周囲に生成された酸素は、通気防水シート２０を透過して筐体２外に放出される。
補助負極９の周囲に生成された水酸化物イオンＯＨ−は、上記と同様にして、糖燃料１４内に溶け込んでアノード７周囲に流れるので、アノード７におけるグルコースの酸化反応を活性化することができ、発電を開始させることができる。
補助負極９の周囲に生成された水酸化物イオンＯＨ−は、上記と同様にして、糖燃料１４内に溶け込んでアノード７周囲に流れるので、アノード７におけるグルコースの酸化反応を活性化することができ、発電を開始させることができる。
また、本実施形態においては、補助正極８をアノード７に形成された空洞７ａ内に配置して両者を絶縁することとしたが、これに代えて、図８に示されるように、アノード７を補助正極として兼用することにしてもよい。
このようにすることで部品点数を減らしてコストの低減を図ることができる。
このようにすることで部品点数を減らしてコストの低減を図ることができる。
糖燃料１４としては、グルコースの他に他の糖を含むものを採用してもよい。また、中性の電解質液としては、乳酸カルシウム水溶液に代えて、塩化ナトリウム水溶液、硝酸ナトリウム水溶液、塩化カリウム水溶液、フッ化カリウム水溶液、硫酸カリウム水溶液等を採用してもよい。
また、第２の空間４内に貯留する電解質液はグルコースを含まないので、略中性である必要はなく、リン酸緩衝液１５以外のものでもよいし、アルカリ性物質を含んでいてもよい。
また、多孔質性の隔壁１９としては素焼きのセラミックスに代えて、多孔質プラスチック等を採用してもよい。
また、第２の空間４内に貯留する電解質液はグルコースを含まないので、略中性である必要はなく、リン酸緩衝液１５以外のものでもよいし、アルカリ性物質を含んでいてもよい。
また、多孔質性の隔壁１９としては素焼きのセラミックスに代えて、多孔質プラスチック等を採用してもよい。
１ 糖−空気燃料電池
３，３Ａ，３Ｂ 第１の空間（燃料室）
４ 第２の空間（補助室、ＯＨ−供給部）
５ バイポーラ膜（隔膜）
５ａ アニオン交換膜（隔膜）
５ｂ カチオン交換膜（隔膜）
６，６Ａ，６Ｂ カソード
７，７Ａ，７Ｂ アノード
８ 補助正極（ＯＨ−供給部）
９ 補助負極（ＯＨ−供給部）
１０ 補助電源（ＯＨ−供給部）
１３，２２ ワイヤ
１４ 糖燃料（糖燃料水溶液）
１５ リン酸緩衝液（電解質液）
１７ アニオン交換膜（固体電解質）
１８ 電力制御部
１９ 隔膜（ＯＨ−供給部）
３，３Ａ，３Ｂ 第１の空間（燃料室）
４ 第２の空間（補助室、ＯＨ−供給部）
５ バイポーラ膜（隔膜）
５ａ アニオン交換膜（隔膜）
５ｂ カチオン交換膜（隔膜）
６，６Ａ，６Ｂ カソード
７，７Ａ，７Ｂ アノード
８ 補助正極（ＯＨ−供給部）
９ 補助負極（ＯＨ−供給部）
１０ 補助電源（ＯＨ−供給部）
１３，２２ ワイヤ
１４ 糖燃料（糖燃料水溶液）
１５ リン酸緩衝液（電解質液）
１７ アニオン交換膜（固体電解質）
１８ 電力制御部
１９ 隔膜（ＯＨ−供給部）
Claims (11)
- 糖を含む略中性の電解質からなる糖燃料水溶液を収容した燃料室と、
該燃料室内に配置され、前記糖燃料水溶液に接触させられて糖を酸化させるアノードと、
前記燃料室に、前記アノードに前記糖燃料水溶液または固体電解質を挟んで隣接配置され、空気中の酸素を還元するカソードと、
前記アノードに、電気反応により水酸化物イオンを供給するＯＨ−供給部とを備える糖−空気燃料電池。 - 前記ＯＨ−供給部が、
固体電解質からなる隔膜により前記燃料室に対して区画され電解質液を収容する補助室と、
該補助室内に配置された補助負極と、
前記燃料室内に前記アノードに前記糖燃料水溶液を挟んで隣接配置された補助正極と、
該補助正極と前記補助負極との間に接続され前記補助正極の電位を前記補助負極の電位より高くする補助電源とを備える請求項１に記載の糖−空気燃料電池。 - 前記隔膜が、前記糖燃料液水溶液に接触させられるアニオン交換膜と、該アニオン交換膜に積層配置させられるとともに前記電解質液に接触させられるカチオン交換膜とを備える請求項２に記載の糖−空気燃料電池。
- 前記アニオン交換膜および前記カチオン交換膜がバイポーラ膜により構成されている請求項３に記載の糖−空気燃料電池。
- 前記電解質液が緩衝液である請求項１から請求項４のいずれかに記載の糖−空気燃料電池。
- 前記補助電源が、前記アノードと前記カソードとの間に発生した電力により充電される請求項２に記載の糖−空気燃料電池。
- 前記アノードと前記カソードとの間に発生する電力を測定する電力測定部と、
該電力測定部により測定された電力に応じて、前記アノードと前記カソードとの間に発生する電力のうち、前記補助電源に供給する電力を調節する電力制御部とを備える請求項５に記載の糖−空気燃料電池。 - 前記燃料室を複数備える請求項１から請求項７のいずれかに記載の糖−空気燃料電池。
- １つの前記燃料室に備えられた前記アノードと、他の１つの前記燃料室に備えられた前記カソードとを接続するワイヤを備える請求項８に記載の糖−空気燃料電池。
- 前記ＯＨ−供給部が、
固体電解質からなる隔膜により前記燃料室に対して区画され電解質液を収容する補助室と、
該補助室内に配置された補助負極と、
該補助負極と前記アノードとの間に接続され該アノードの電位を前記補助負極の電位より高くする補助電源とを備える請求項１に記載の糖−空気燃料電池。 - 前記ＯＨ−供給部が、
絶縁材料からなる隔膜により前記燃料室に対して区画され電解質液を収容する補助室と、
該補助室内に配置された補助正極と、
前記燃料室内に前記アノードに前記糖燃料水溶液を挟んで隣接配置された補助負極と、
該補助正極と前記補助負極との間に接続され前記補助正極の電位を前記補助負極の電位より高くする補助電源とを備える請求項１に記載の糖−空気燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011053271A JP2012190652A (ja) | 2011-03-10 | 2011-03-10 | 糖−空気燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011053271A JP2012190652A (ja) | 2011-03-10 | 2011-03-10 | 糖−空気燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012190652A true JP2012190652A (ja) | 2012-10-04 |
Family
ID=47083609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011053271A Withdrawn JP2012190652A (ja) | 2011-03-10 | 2011-03-10 | 糖−空気燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2012190652A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018153763A (ja) * | 2017-03-17 | 2018-10-04 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 | バイポーラ膜及びその製造方法、電気透析装置並びに燃料電池 |
-
2011
- 2011-03-10 JP JP2011053271A patent/JP2012190652A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018153763A (ja) * | 2017-03-17 | 2018-10-04 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 | バイポーラ膜及びその製造方法、電気透析装置並びに燃料電池 |
| JP7043703B2 (ja) | 2017-03-17 | 2022-03-30 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 | バイポーラ膜及びその製造方法、電気透析装置並びに燃料電池 |
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