JP2013143305A - 膜・電極接合構造体、並びに微生物燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー回収効率が高い、微生物燃料電池モジュールに用いられる膜・電極接合構造体を提供する。
【解決手段】膜・電極接合構造体１は、微生物を担持可能な負電極１１と、負電極１１の片側に配置されている第１のイオン透過性膜１２と、第１のイオン透過性膜１２の負電極１１側とは反対側に配置されている第１の正電極１３と、第１の正電極１３の第１のイオン透過性膜１２側とは反対側に配置されており、かつ空気が通過可能な空気通過性部材１４とを備える。負電極１１と、第１のイオン透過性膜１２と、第１の正電極１３と、空気通過性部材１４とがこの順で積層されてシート状の積層体３が形成されている。シート状の積層体３は、外周のシート部分と外周のシート部分の内側に位置する内周のシート部分とを有するように、少なくとも２重に巻かれている。
【選択図】図３

Description

本発明は、微生物燃料電池モジュールに用いられる膜・電極接合構造体に関する。また、本発明は、該膜・電極接合構造体を用いた微生物燃料電池モジュールに関する。

近年、電極に触媒として機能する嫌気性微生物を担持させた燃料電池が、高容量でかつ安全性が高い次世代の燃料電池として注目されている。この燃料電池は、微生物燃料電池と呼ばれている。微生物燃料電池では、直接的に電気エネルギーを回収することが可能である。

上記微生物燃料電池の一例として、下記の特許文献１には、図４に示すように、筒状体である膜・電極接合構造体を備える微生物燃料電池１０１が開示されている。

微生物燃料電池１０１は、内側に円筒形のアノード１１１（負電極）と、外側に円筒形のカソード１１２（正電極）と、アノード１１１とカソード１１２との間に挟み込まれた円筒形のイオン透過性膜１１３とを有する。円筒形のアノード１１１の内側は空隙であり、流路が形成されている。カソード１１２とイオン透過性膜１１３とで、一体化された膜・電極接合体（ＭＥＡ）が形成されている。アノード１１１とイオン透過性膜１１３とカソード１１２とは全体で、筒状体である膜・電極接合構造体である。

微生物燃料電池１０１を使用する際には、アノード１１１の内側の空隙の流路に、嫌気性下で生育可能な微生物及び有機性物質を含む液を矢印１１４の方向に流す。また、カソード１１２に、カソード１１２の外周外側に存在する空気を接触させる。アノード１１１では、微生物により有機性物質から水素イオン（Ｈ^＋）及び電子（ｅ⁻）が生成される。水素イオンは、イオン透過性膜１１３を透過して、カソード１１２側に移動して、アノード１１１とカソード１１２との間に電位差が生じる。この状態で、アノード１１１とカソード１１２とが導線１１５によって接続され、閉回路が形成されていると、電位差電流が流れる。この結果、導線１１５に流れる電気エネルギーを回収できる。

また、特許文献１では、筒状容器に、筒状体である膜・電極接合構造体を複数間隔を隔てて配置した微生物燃料電池も記載されている。

下記の特許文献２には、矩形状のアノード（負電極）と、矩形状のイオン透過性膜と、矩形状のカソード（正電極）と、矩形状のイオン透過性膜とがこの順で並べられた膜・電極接合構造体が開示されている。特許文献２では、この膜・電極接合構造体が複数並べられて、微生物燃料電池が形成されている。この微生物燃料電池では、複数の膜・電極接合構造体が上端に開口を有する容器内に収容され、開口に蓋が取り付けられている。

特開２００４−３４２４１２号公報 特開２００９−９３８６１号公報

特許文献１に記載のような従来の微生物燃料電池では、エネルギーの回収効率が低いという問題がある。また、特許文献１に記載されているような、筒状容器に筒状体である膜・電極接合構造体を複数配置した微生物燃料電池の製造は困難である。また、膜・電極接合構造体を複数作成しなければならないので、微生物燃料電池の製造効率が悪い。

特許文献２に記載の微生物燃料電池では、複数の膜・電極接合構造体を用いるので、部材点数が多くなる。また、複雑な構造であるので、微生物燃料電池の製造効率が悪い。さらに、特許文献２に記載の微生物燃料電池では、小型化を進めることが困難である。

本発明の目的は、エネルギーの回収効率が高い膜・電極接合構造体、並びに該膜・電極接合構造体を用いた微生物燃料電池モジュールを提供することである。

本発明の広い局面によれば、微生物燃料電池モジュールに用いられる膜・電極接合構造体であって、微生物を担持可能な負電極と、前記負電極の片側に配置されている第１のイオン透過性膜と、前記第１のイオン透過性膜の前記負電極側とは反対側に配置されている第１の正電極と、前記第１の正電極の前記第１のイオン透過性膜側とは反対側に配置されており、かつ空気が通過可能な空気通過性部材とを備え、前記負電極と、前記第１のイオン透過性膜と、前記第１の正電極と、前記空気通過性部材とがこの順で積層されてシート状の積層体が形成されており、シート状の前記積層体が、外周のシート部分と前記外周のシート部分の内側に位置する内周のシート部分とを有するように、少なくとも２重に巻かれている、膜・電極接合構造体が提供される。

本発明に係る膜・電極接合構造体のある特定の局面では、シート状の前記積層体が渦巻き状に巻かれている。

本発明に係る膜・電極接合構造体の他の特定の局面では、前記空気通過性部材の前記第１の正電極側とは反対側に配置されている第２の正電極と、前記第２の正電極の前記空気通過性部材側とは反対側に配置されている第２のイオン透過性膜とをさらに備え、シート状の前記積層体が、前記負電極と、前記第１のイオン透過性膜と、前記第１の正電極と、前記空気通過性部材と、前記第２の正電極と、前記第２のイオン透過性膜とがこの順で積層されて形成されている。

本発明に係る膜・電極接合構造体の別の特定の局面では、前記負電極と前記第２のイオン透過性膜とが積層されるように、シート状の前記積層体が巻かれている。

本発明に係る膜・電極接合構造体の他の特定の局面では、該膜・電極接合構造体は、芯部材をさらに備え、前記芯部材の外表面に、シート状の前記積層体が巻かれている。

また、本発明の広い局面によれば、微生物燃料電池モジュールに用いられる膜・電極接合構造体の製造方法であって、微生物を担持可能な負電極と、前記負電極の片側に配置されている第１のイオン透過性膜と、前記第１のイオン透過性膜の前記負電極側とは反対側に配置されている第１の正電極と、前記第１の正電極の前記第１のイオン透過性膜側とは反対側に配置されており、かつ空気が通過可能な空気通過性部材とがこの順で積層されているシート状の積層体を用いて、シート状の前記積層体を、外周のシート部分と前記外周のシート部分の内側に位置する内周のシート部分とを有するように、少なくとも２重に巻いて、膜・電極接合構造体を得る、膜・電極接合構造体の製造方法が提供される。

本発明に係る膜・電極接合構造体の製造方法のある特定の局面では、シート状の前記積層体として、前記負電極と、前記第１のイオン透過性膜と、前記第１の正電極と、前記空気通過性部材と、前記空気通過性部材の前記第１の正電極側とは反対側に配置されている第２の正電極と、前記第２の正電極の前記空気通過性部材側とは反対側に配置されている第２のイオン透過性膜とがこの順で積層されているシート状の積層体が用いられる。

本発明に係る微生物燃料電池モジュールは、上述した膜・電極接合構造体と、前記負電極と前記正電極とを電気的に接続している導線とを備える。

本発明に係る膜・電極接合構造体並びに本発明に係る膜・電極接合構造体の製造方法により得られる膜・電極接合構造体では、上記負電極と上記第１のイオン透過性膜と上記第１の正電極と上記空気通過性部材とがこの順で積層されてシート状の積層体が形成されており、シート状の上記積層体が、外周のシート部分と上記外周のシート部分の内側に位置する内周のシート部分とを有するように少なくとも２重に巻かれているので、エネルギー回収効率がかなり高い微生物燃料電池モジュールを得ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る微生物燃料電池モジュールを示す模式図である。 図２は、図１に示す微生物燃料電池モジュールに用いられる膜・電極接合構造体を模式的に示す斜視図である。 図３は、図１，２に示す膜・電極接合構造体の一部を拡大して示す断面図である。 図４は、従来の微生物燃料電池を模式的に示す斜視図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態及び実施例を説明することにより本発明を明らかにする。

図１に、本発明の一実施形態に係る微生物燃料電池モジュールを模式図で示す。図２に、図１に示す微生物燃料電池モジュールに用いられる膜・電極接合構造体を模式的に斜視図で示す。図３に、図１，２に示す膜・電極接合構造体の一部を拡大して断面図で示す。図３では、図１において、膜・電極接合構造体を上方から見た断面図が示されている。

図１に示す微生物燃料電池モジュール２１は、膜・電極接合構造体１を備える。膜・電極接合構造体１は、微生物燃料電池モジュールに用いられている。図２に示すように、膜・電極接合構造体１は、芯部材２と、シート状の積層体３とを備える。なお、図１，２では、シート状の積層体３は、図示の便宜上、略図的に示されている。図３に示すように、膜・電極接合構造体１は、負電極１１と、第１のイオン透過性膜１２と、第１の正電極１３と、空気通過性部材１４とを備える。膜・電極接合構造体１は、第２の正電極１５と、第２のイオン透過性膜１６とをさらに備える。

第１のイオン透過性膜１２は、負電極１１の片側に配置されている。第１の正電極１３は、第１のイオン透過性膜１２の負電極１１側とは反対側に配置されている。空気通過性部材１４は、第１の正電極１３の第１のイオン透過性膜１２側とは反対側に配置されている。第２の正電極１５は、空気通過性部材１４の第１の正電極１３側とは反対側に配置されている。第２のイオン透過性膜１６は、第２の正電極１５の空気通過性部材１４側とは反対側に配置されている。

従って、膜・電極接合構造体１では、負電極１１と、第１のイオン透過性膜１２と、第１の正電極１３と、空気通過性部材１４と、第２の正電極１５と、第２のイオン透過性膜１６とがこの順で積層されてシート状の積層体３が形成されている。負電極と第１のイオン性膜とは、接していることが好ましいが、必ずしも接していなくてもよい。第１のイオン透過性膜と第１の正電極とは、接していることが好ましいが、必ずしも接していなくてもよい。第１の正電極と空気通過性部材とは、接していることが好ましいが、必ずしも接していなくてもよい。空気通過性部材と第２の正電極とは、接していることが好ましいが、必ずしも接していなくてもよい。第２の正電極と第２のイオン透過性膜とは、接していることが好ましいが、必ずしも接していなくてもよい。膜・電極接合構造体では、第２のイオン透過性膜と負電極とは、接していることが好ましいが、必ずしも接していなくてもよい。また、本発明の効果を阻害しない範囲で、各部材間に、他の部材などが配置されていてもよい。

図２に示すように、膜・電極接合構造体１では、シート状の積層体３が、外周のシート部分３Ａと外周のシート部分３Ａの内側に位置する内周のシート部分３Ｂとを有するように、少なくとも２重に巻かれている。膜・電極接合構造体１は、シート状の積層体３を、外周のシート部分３Ａと外周のシート部分３Ａの内側に位置する内周のシート部分３Ｂとを有するように、少なくとも２重に巻くことで得られる。巻く前のシート状の積層体３及び展開されたシート状の積層体３は、長尺状である。長尺状のシート状の積層体３が一端３ａから他端３ｂにかけて巻かれて、膜・電極接合構造体１が形成されている。シート状の積層体３は、両側の主面のいずれを内側として巻いてもよい。

長尺状のシート状の積層体３は一端３ａから、芯部材２の外表面に巻かれている。芯部材の使用により、シート状の積層体を巻く作業がより一層容易になる。また、芯部材の使用により、膜・電極接合構造体の強度が高くなる。なお、芯部材は必ずしも用いられていなくてもよい。

膜・電極接合構造体１では、シート状の積層体３が渦巻き状に巻かれている。膜・電極接合構造体の作製が容易であるので、膜・電極接合構造体では、シート状の積層体が渦巻き状に巻かれていることが好ましい。また、渦巻き状にすることで、１つのシート状の積層体を用意するだけで、負電極とイオン透過性膜と正電極とが複数積層された膜・電極接合構造体が得られる。なお、渦巻き状にする場合でも、２つ以上のシート状の積層体を用いて、膜・電極接合構造体を得てもよい。

シート状の積層体は、少なくとも２重（巻き数２以上）に巻かれていればよく、少なくとも３重（巻き数３以上）に巻かれていることがより好ましい。微生物燃料電池モジュールにおけるエネルギーの回収効率を高める観点からは、シート状の積層体の巻き数は多いほどよい。エネルギーの回収効率をより一層高める観点からは、シート状の積層体の巻き数は更に好ましくは５以上、特に好ましくは１０以上である。シート状の積層体の巻き数の上限は特に限定されない。なお、シート状の積層体の巻き数は多すぎると、微生物燃料電池モジュールが大きくなる。微生物燃料電池モジュールをより一層小型化する観点からは、シート状の積層体の巻き数は、例えば１００００以下であり、好ましくは１０００以下、より好ましくは１００以下である。

シート状の積層体３が巻かれた膜・電極接合構造体１は、全体の外形として、略円柱状の形状を有する。このような形状であると、管構造に、微生物燃料電池モジュールを容易に取り付けることができる。但し、膜・電極接合構造体は、略円柱状以外の形状であってもよく、全体の外形として略四角柱状等の形状を有していてもよい。また、シート状の積層体が巻かれた膜・電極接合構造体は内部に空隙を有していてもよく、有していなくてもよい。

膜・電極接合構造体１は、第２の正電極１５と第２のイオン透過性膜１６とを備える。膜・電極接合構造体は、第２の正電極及び第２のイオン透過性膜を備えることが好ましい。膜・電極接合構造体は、第２の正電極及び第２のイオン透過性膜を必ずしも備えていなくてもよい。空気通過性部材の第１の正電極側とは反対側に空気を通過しない部材が積層されていてもよい。例えば、膜・電極接合構造体において、空気通過性部材の一方側に第１の正電極が積層されており、かつ他方側に空気を通過しない部材が積層されており、更に該空気を通過しない部材の空気通過性部材側とは反対側に負電極などが積層されていてもよい。空気を通過しない部材は、例えば、空気通過性部材と負電極とを仕切る仕切り部材であってもよい。空気を通過しない部材の強度が高いと、膜・電極接合構造体の強度も高くなる。

負電極１１（アノード）は微生物を担持可能であるとともに、有機性物質を含む液を通過可能である。負電極１１は、作用極である。負電極には、微生物が担持されてもよく、担持されていなくてもよい。負電極に微生物が担持されていない場合には、膜・電極接合構造体の使用前又は使用時に、負電極に微生物が担持される。負電極に微生物が付着していることで、微生物により有機性物質から水素イオン（Ｈ^＋）及び電子（ｅ⁻）が生成可能になる。また、必要に応じて、負電極にメディエータ（電子伝達体）が担持されていてもよく、微生物にメディエータ（電子伝達体）を加えてもよい。

微生物を効果的に担持可能であるように、また有機性物質を含む液を通過可能であるように、負電極は、孔を有することが好ましく、多孔質であることが好ましい。負電極の材料は、微生物を担持可能で導電性材料であれば特に限定されない。導電性材料としては、炭素繊維やチタンなどの各種の導電性金属が挙げられる。負電極の形態としては、網状体、織布、不織布、クロス及びフェルト等が挙げられる。負電極は、比表面積を高めるために表面処理されていてもよい。

第１，第２の正電極１３，１５（カソード）は、対極である。第１，第２の正電極１３，１５は、空気と接触可能である。

上記正電極の材料は導電性材料であれば特に限定されない。正電極の材料としては、負電極の材料として挙げた材料が挙げられる。正電極の形態としては、負電極の形態として挙げた形態が挙げられる。正電極には、白金等の触媒が塗布されていてもよい。

第１，第２のイオン透過性膜１２，１６は、負電極から発生した水素イオン（Ｈ^＋）を透過可能である。第１，第２のイオン透過性膜１２，１６は、電解質膜であることが好ましい。

上記イオン透過性膜は、空気を透過しないことが好ましい。この場合には、正電極側からイオン透過性膜を介して負電極に空気が至らず、負電極と空気との接触が抑えられる。上記イオン透過性膜の材料は特に限定されない。上記イオン透過性膜としては、スルホン酸基を有するフッ素樹脂系イオン交換膜（陽イオン交換膜）が好ましく用いられる。これ以外のイオン透過性膜を用いてもよい。スルホン酸基は親水性があり、高い陽イオン交換能を持つ。また、より安価なイオン透過性膜として主鎖部のみをフッ素化したフッ素樹脂系イオン交換膜や、芳香族炭化水素系膜も利用できる。有機性物質と正電極とを陽イオン交換膜で隔離した場合には、負電極での反応で発生した水素イオンが、陽イオン交換膜を介して正電極に効果的に供給されて、正電極での酸素の還元に効果的に用いられる。

上記イオン透過性膜の市販品としては、例えばＩＯＮＩＣＳ製ＮＥＰＴＯＮ ＣＲ６１ＡＺＬ−３８９、トクヤマ製ＮＥＯＳＥＰＴＡ ＣＭ−１及び同ＣＭＢ、旭硝子製Ｓｅｌｅｍｉｏｎ ＣＳＶ等が挙げられる。

水素イオンの移動効率を高めるためには、正電極とイオン透過性膜との間の間隔はなるべく狭いほうがよく、正電極とイオン透過性膜とは接していることが好ましい。特に、イオン透過性膜の一部が正電極の多孔質構造内部の空隙内に網目状に侵入していると、多孔質構造中に含まれる空気と電解質膜などのイオン透過性膜に含まれる水とで形成される水と空気との接触界面の面積が飛躍的に増大する。このため、空気中の酸素を還元する反応効率が増大して、エネルギーの回収効率がかなり高くなる。

膜・電極接合構造体１では、第１のイオン透過性膜１２と第１の正電極１３とで、一体化された膜・電極接合体（ＭＥＡ）が形成されている。また、第２の正電極１５と第２のイオン透過性膜１６とで、一体化された膜・電極接合体（ＭＥＡ）が形成されている。膜・電極接合構造体を得るために、イオン透過性膜と正電極とが一体化された膜・電極接合体（ＭＥＡ）を用いることが好ましい。イオン透過性膜と正電極とは、一体化された膜・電極接合体（ＭＥＡ）であることが好ましい。

空気通過性部材１４は、空気が通過可能である。空気通過性部材１４は、空気通過性部材１４を通過している空気が、第１，第２の正電極１３，１５に接触可能なように構成されている。空気通過性部材は、孔を有することが好ましく、多孔質であることが好ましい。空気通過性部材の形態としては、網状体、織布、不織布、クロス及びフェルト等が挙げられる。但し、空気通過部材は、これら以外の形態であってもよい。上記空気は、酸素を含む。

負電極と第１のイオン透過性膜と第１の正電極と空気通過性部材と第２の正電極と第２のイオン透過性膜とがこの順で積層されてシート状の積層体が形成されていることが好ましい。この場合には、空気通過性部材の両側に正電極が配置される。また、このシート状の積層体を渦巻き状に巻くと、負電極と第１のイオン透過性膜と第１の正電極と空気通過性部材と第２の正電極と第１のイオン透過性膜との積層構造が連続した膜・電極接合構造体が得られる。この結果、より一層効率的にエネルギーの回収が可能な微生物燃料電池が得られる。また、膜・電極接合体及び微生物燃料電池をより一層小型にすることができる。

また、負電極と第２のイオン透過性膜とが積層されるように、シート状の上記積層体が巻かれていることが好ましい。負電極と第２のイオン透過性膜とが接するように、シート状の上記積層体が巻かれていることが好ましい。この場合には、より一層効率的にエネルギーの回収が可能であり、より一層小型である微生物燃料電池が得られる。

図１に示すように、微生物燃料電池モジュール２１は、膜・電極接合構造体１を収容している容器４を備える。このように、微生物燃料電池モジュールは、膜・電極接合構造体を収容する容器を備えることが好ましい。膜・電極接合構造体は、容器内に収容されていることが好ましい。また、容器４は、有機性物質を含む液を内部に供給するための供給口４ａと、有機性物質が処理された液が外部に排出される排出口４ｂとを有する。また、容器４は、空気を内部に供給するための供給口４ｃと、空気が外部に排出される排出口４ｄとを有する。

また、微生物燃料電池モジュール２１は、負電極１１と第１の正電極１３又は第２の正電極１５とを電気的に接続している導線５を備える。負電極１１と第１の正電極１３又は第２の正電極１５とが、導線５により電気的に接続されていることで、閉回路が形成されている。微生物燃料電池モジュールは、負電極と第１の正電極を電気的に接続している導線を備えることが好ましく、負電極と第２の正電極とを電気的に接続している導線を備えることが好ましい。

微生物燃料電池モジュール２１は、以下のようにして、使用される。

容器４の供給口４ａから有機性物質を含む液を流入させ、負電極１１に供給する。負電極１１を有機性物質が通過する際に、有機性物質を電子供与体とする微生物による酸化反応が進行して、微生物により有機性物質から水素イオン（Ｈ^＋）及び電子（ｅ⁻）が生成する。負電極１１において発生した水素イオンは、第１，第２のイオン透過性膜１２，１６を透過して、第１，第２の正電極１３，１５側に移動する。この結果、負電極１１と第１，第２の正電極１３，１５との間に電位差が生じる。この状態で、負電極１１と第１の正電極１３又は第２の正電極１５とを導線５によって接続していると、電位差電流が流れる。導線５に流れる電気エネルギーは、回収することができる。

また、容器４の供給口４ｃから空気を供給する。供給された空気は、空気通過性部材１４を通過する。すなわち、空気が空気通過性部材１４内を流れる。このとき、空気は、第１，第２の正電極１３，１５と接触する。第１，第２の正電極１３，１５では、酸素を受容体とする還元反応が進行する。空気通過性部材１４を通過した空気は、排出口４ｄから流出される。

上記有機性物質を含む液としては特に限定されないが、廃水、廃液、し尿、食品廃棄物、その他の有機性廃棄物及び汚泥等が挙げられる。

上記微生物としては、嫌気性微生物及び好気性微生物が挙げられる。微生物は、嫌気性微生物であることが好ましい。嫌気性微生物は、嫌気性下で生育可能である。微生物は、好気性微生物であってもよい。

上記微生物としては、微生物の細胞膜内で電子伝達系を終結しない微生物が望ましく、細胞膜外で電子を負電極で捕捉しやすく、負電極への電子伝達を触媒する微生物を利用することが望ましい。上記微生物として、硫黄Ｓ（０）還元菌、三価鉄Ｆｅ（ＩＩＩ）還元菌、二酸化マンガンＭｎＯ_２還元菌、脱塩素菌などが好ましく用いられる。上記微生物として、例えばＤｅｓｕｌｆｕｒｏｍｏｎａｓ ｓｐ．、Ｄｅｓｕｌｆｉｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｓｐ．、Ｇｅｏｂｉｖｒｉｏ ｔｈｉｏｐｈｉｌｕｓ ｓｐ．、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｔｈｉｏｓｕｌｆａｔｉｒｅｄｕｃｅｎｓ ｓｐ．、Ｔｈｅｒｍｏｔｅｒｒａｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｆｅｒｒｉｒｅｄｕｃｅｎｓ ｓｐ．、Ｇｅｏｔｈｒｉｘ ｓｐ．、Ｇｅｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ．、Ｇｅｏｇｌｏｂｕｓ ｓｐ．、Ｓｈｅｗａｎｅｌｌａ ｐｕｔｒｅｆａｃｉｅｎｓ ｓｐ．などが特に好ましく用いられる。これらの微生物は、有機性物質中において主要な微生物ではないことが多い。このため、負電極にこれらの微生物を植菌し、負電極にこれらの微生物が担持させる。

また、微生物燃料電池の使用開始時には微生物反応室内にこれらの微生物の増殖に適当な培地を供給することが望ましい。さらに、負電極の電位を高く維持することにより、負電極でのこれらの微生物の増殖を促すことがより望ましい。これらの微生物（群）を前培養もしくは微生物反応室内で培養するための方法として、スラリー状の硫黄、三価鉄、二酸化マンガンなどを電子受容体とする培地が各種報告されている。例えば、Ａｎｃｙｌｏｂａｃｔｅｒ／Ｓｐｉｒｏｓｏｍａ培地、Ｄｅｓｕｌｆｕｒｏｍｏｎａｓ培地、Ｆｅ（ＩＩＩ） Ｌａｃｔａｔｅ Ｎｕｔｒｉｅｎｔ培地などが好ましく用いられる。

上記微生物燃料電池モジュールは、エネルギーの回収効率が高いので、高容量でかつ安全性が高い次世代の燃料電池として有効利用することができる。また、上記微生物燃料電池は、環境負荷を低減に大きく寄与する。

１…膜・電極接合構造体
２…芯部材
３…シート状の積層体
３Ａ…外周のシート部分
３Ｂ…内周のシート部分
３ａ…一端
３ｂ…他端
４…容器
４ａ，４ｃ…供給口
４ｂ，４ｄ…排出口
５…導線
１１…負電極
１２…第１のイオン透過膜
１３…第１の正電極
１４…空気通過性部材
１５…第２の正電極
１６…第２のイオン透過膜
２１…微生物燃料電池モジュール

Claims (9)

1. 微生物燃料電池モジュールに用いられる膜・電極接合構造体であって、
   微生物を担持可能な負電極と、
   前記負電極の片側に配置されている第１のイオン透過性膜と、
   前記第１のイオン透過性膜の前記負電極側とは反対側に配置されている第１の正電極と、
   前記第１の正電極の前記第１のイオン透過性膜側とは反対側に配置されており、かつ空気が通過可能な空気通過性部材とを備え、
   前記負電極と、前記第１のイオン透過性膜と、前記第１の正電極と、前記空気通過性部材とがこの順で積層されてシート状の積層体が形成されており、
   シート状の前記積層体が、外周のシート部分と前記外周のシート部分の内側に位置する内周のシート部分とを有するように、少なくとも２重に巻かれている、膜・電極接合構造体。
2. シート状の前記積層体が渦巻き状に巻かれている、請求項１に記載の膜・電極接合構造体。
3. 前記空気通過性部材の前記第１の正電極側とは反対側に配置されている第２の正電極と、
   前記第２の正電極の前記空気通過性部材側とは反対側に配置されている第２のイオン透過性膜とをさらに備え、
   シート状の前記積層体が、前記負電極と、前記第１のイオン透過性膜と、前記第１の正電極と、前記空気通過性部材と、前記第２の正電極と、前記第２のイオン透過性膜とがこの順で積層されて形成されている、請求項１又は２に記載の膜・電極接合構造体。
4. 前記負電極と前記第２のイオン透過性膜とが積層されるように、シート状の前記積層体が巻かれている、請求項３に記載の膜・電極接合構造体。
5. 芯部材をさらに備え、
   前記芯部材の外表面に、シート状の前記積層体が巻かれている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の膜・電極接合構造体。
6. 微生物燃料電池モジュールに用いられる膜・電極接合構造体の製造方法であって、
   微生物を担持可能な負電極と、前記負電極の片側に配置されている第１のイオン透過性膜と、前記第１のイオン透過性膜の前記負電極側とは反対側に配置されている第１の正電極と、前記第１の正電極の前記第１のイオン透過性膜側とは反対側に配置されており、かつ空気が通過可能な空気通過性部材とがこの順で積層されているシート状の積層体を用いて、
   シート状の前記積層体を、外周のシート部分と前記外周のシート部分の内側に位置する内周のシート部分とを有するように、少なくとも２重に巻いて、膜・電極接合構造体を得る、膜・電極接合構造体の製造方法。
7. シート状の前記積層体として、前記負電極と、前記第１のイオン透過性膜と、前記第１の正電極と、前記空気通過性部材と、前記空気通過性部材の前記第１の正電極側とは反対側に配置されている第２の正電極と、前記第２の正電極の前記空気通過性部材側とは反対側に配置されている第２のイオン透過性膜とがこの順で積層されているシート状の積層体を用いる、請求項６に記載の膜・電極接合構造体の製造方法。
8. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の膜・電極接合構造体と、
   前記負電極と前記正電極とを電気的に接続している導線とを備える、微生物燃料電池モジュール。
9. 請求項６又は７に記載の膜・電極接合構造体の製造方法により得られた膜・電極接合構造体と、
   前記負電極と前記正電極とを電気的に接続している導線とを備える、微生物燃料電池モジュール。

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