JP2016024865A - 微生物燃料電池用電極モジュール及び微生物燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】取扱い性に優れており、得られる微生物燃料電池の電気エネルギーの回収効率を高めることができる微生物燃料電池用電極モジュールを提供する。
【解決手段】本発明に係る微生物燃料電池用電極モジュール１１は、第１のアノード１Ａと、第１の絶縁体２Ａと、第１のカソード３Ａと、カソード槽４と、第２のカソード３Ｂと、第２の絶縁体２Ｂと、第２のアノード１Ｂと、保持部材５とを備え、第１のアノード１Ａと、第１の絶縁体２Ａと、第１のカソード３Ａと、カソード槽４と、第２のカソード３Ｂと、第２の絶縁体２Ｂと、第２のアノード１Ｂとが、この順で並んで互いに接触するように積層されて、積層体を構成しており、保持部材５は、上記積層体を一体化させて保持している。
【選択図】図１

Description

本発明は、微生物燃料電池に用いられる微生物燃料電池用電極モジュールに関する。また、本発明は、上記微生物燃料電池用電極モジュールを用いた微生物燃料電池に関する。

近年、廃水等の有機性廃棄物を分解する際にエネルギーを回収する方法として、燃料電池のしくみを利用した微生物燃料電池が注目されている。微生物燃料電池では、排水及び廃棄物等に含まれる有機性物質を分解する際に微生物が放出した電子を電極により回収することによって、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は、アノード（負電極）と、非導電膜と、カソード（正電極）とを備えており、かつアノードとカソードとが導線で負荷回路に接続されている。上記微生物燃料電池を使用する際には、アノードに接するように、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流す。アノードでは、微生物の代謝により有機性物質から電子（ｅ⁻）が生成される。アノードとカソードとを導線で負荷回路と接続し、閉回路を形成すると、アノードとカソードとの間に電位差が生じ、電位差と負荷回路に流れた電流との積の分、電力エネルギーを得ることができる。

上記微生物燃料電池の一例が、下記の特許文献１に開示されている。特許文献１では、固定部材と、イオン透過性隔膜／カソード（正電極）と、中空外殻フレームと、カソード（正電極）／イオン透過性隔膜と、固定部材とが一体化されて、密閉型中空カセットが構成されている。この密閉型中空カセットと距離を隔てて、アノード（負電極）が配置されている。

ＷＯ２０１０／０４９９３６Ａ１

特許文献１では、アノードとカソードとの距離が大きく離れる。このため、アノードで発生する水素イオンがカソードに供給される速度が遅い。このため、微生物燃料電池の電気エネルギーの回収効率が低い。

また、特許文献１では、上記密閉型中空カセットと上記アノードとを別々に取り付ける作業が必要である。微生物燃料電池を安価にかつ大量に作製するために、より簡略化された電極モジュールの開発が望まれる。

本発明の目的は、取扱い性に優れており、得られる微生物燃料電池の電気エネルギーの回収効率を高めることができる微生物燃料電池用電極モジュールを提供することである。また、本発明は、上記微生物燃料電池用電極モジュールを用いた微生物燃料電池を提供することである。

本発明の広い局面によれば、第１のアノードと、第１の絶縁体と、第１のカソードと、カソード槽と、第２のカソードと、第２の絶縁体と、第２のアノードと、保持部材とを備え、前記第１のアノードと、前記第１の絶縁体と、前記第１のカソードと、前記カソード槽と、前記第２のカソードと、前記第２の絶縁体と、前記第２のアノードとが、この順で並んで互いに接触するように積層されて、積層体を構成しており、前記第１のアノードの前記第１の絶縁体側とは反対の表面が、有機性物質を含む液との接触面であり、前記第２のアノードの前記第２の絶縁体側とは反対の表面が、有機性物質を含む液との接触面であり、前記カソード槽は、酸化剤が流れる流路を内部に有し、前記保持部材は、前記積層体を一体化させて保持している、微生物燃料電池用電極モジュールが提供される。

前記第１のアノード及び前記第２のアノードの材料がそれぞれ、炭素繊維、カーボンフォーム、ポーラスカーボン、炭素繊維が加工されたトウ、カーボンペーパー、カーボンフェルト、カーボンクロス、粒状活性炭、又は導電性を有する樹脂により被覆された金属であることが好ましい。

前記第１の絶縁体及び前記第２の絶縁体の材料がそれぞれ、イオン透過性膜、樹脂により形成された織布、又は樹脂により形成された不織布であることが好ましい。

前記第１のカソード及び前記第２のカソードがそれぞれ、エアカソードであることが好ましい。前記酸化剤が酸素を含む気体であることが好ましい。

本発明に係る微生物燃料電池用電極モジュールのある特定の局面では、前記保持部材が、前記積層体の外周縁の少なくとも一部の領域を保持している。

本発明に係る微生物燃料電池用電極モジュールのある特定の局面では、前記保持部材が、第１の保持部と第２の保持部とを有し、前記第１の保持部と前記第２の保持部とを組み合せることで、前記保持部材が、前記積層体を一体化させて保持している。

本発明に係る微生物燃料電池用電極モジュールのある特定の局面では、前記微生物燃料電池用電極モジュールは、前記第１の保持部と前記第２の保持部とが組み合わされた状態で、前記第１の保持部と第２の保持部とを固定している固定部材をさらに備える。

本発明に係る微生物燃料電池用電極モジュールのある特定の局面では、前記第１のアノード、前記第１の絶縁体、前記第２の絶縁体及び前記第２のアノードからなる群から選択された少なくとも１種の外周縁の少なくとも一部の領域が、前記第１のカソード、前記カソード槽及び前記第２のカソードの外周端よりも側方に延びる延長部であり、前記延長部が、前記保持部材により保持されている。

本発明に係る微生物燃料電池用電極モジュールのある特定の局面では、前記第１のアノード、前記第１の絶縁体、前記第２の絶縁体及び前記第２のアノードからなる群から選択された少なくとも１種のうち延長部を構成している部材が、引き伸ばされた状態で、前記延長部が、前記保持部材により保持されている。

本発明に係る微生物燃料電池用電極モジュールのある特定の局面では、前記第１のアノード及び前記第２のアノードの外周縁の少なくとも一部の領域が、前記第１のカソード、前記カソード槽及び前記第２のカソードの外周端よりも側方に延びる延長部であり、前記第１の絶縁体及び前記第２の絶縁体の内の少なくとも一方の外周縁の少なくとも一部の領域が、前記第１のカソード、前記カソード槽及び前記第２のカソードの外周端よりも側方に延びる延長部であり、前記延長部において、前記第１のアノードと前記第２のアノードとの間に、前記第１の絶縁体及び前記第２の絶縁体の内の少なくとも一方が配置されており、前記延長部が、前記保持部材により保持されている。

本発明の広い局面によれば、上述した微生物燃料電池用電極モジュールと、前記アノードと前記カソードとを接続している導線とを備える、微生物燃料電池が提供される。

本発明に係る微生物燃料電池用電極モジュールでは、第１のアノードと第１の絶縁体と第１のカソードとカソード槽と第２のカソードと第２の絶縁体と第２のアノードとが、この順で並んで互いに接触するように積層されて、積層体を構成しており、上記第１のアノード及び上記第２のアノードの外側の表面が有機性物質を含む液との接触面であり、上記カソード槽は、酸化剤が流れる流路を内部に有し、保持部材が、上記積層体を一体化させて保持しているので、取扱い性に優れており、得られる微生物燃料電池の電気エネルギーの回収効率を高めることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る微生物燃料電池用電極モジュールを模式的に示す断面図である。 図２は、図１に示す微生物燃料電池用電極モジュールの斜視図である。 図３は、図１に示す微生物燃料電池用電極モジュールの分解斜視図である。 図４は、本発明の第２の実施形態に係る微生物燃料電池用電極モジュールを模式的に示す断面図である。 図５は、本発明の第３の実施形態に係る微生物燃料電池用電極モジュールを模式的に示す斜視図である。 図６は、図１に示す微生物燃料電池用電極モジュールを用いた微生物燃料電池を模式的に示す断面図である。

以下、本発明を詳細に説明する。

（微生物燃料電池用電極モジュール）
本発明に係る微生物燃料電池用電極モジュール（以下、電極モジュールと略記することがある）は、微生物燃料電池に用いられる。本発明に係る電極モジュールは、第１のアノードと、第１の絶縁体と、第１のカソードと、カソード槽と、第２のカソードと、第２の絶縁体と、第２のアノードと、保持部材とを備える。本発明に係る電極モジュールでは、上記第１のアノードと、上記第１の絶縁体と、上記第１のカソードと、上記カソード槽と、上記第２のカソードと、上記第２の絶縁体と、上記第２のアノードとが、この順で並んで互いに接触するように積層されて、積層体を構成している。上記第１のアノードの上記第１の絶縁体側とは反対の表面（外側の表面）が、有機性物質を含む液との接触面である。上記第２のアノードの上記第２の絶縁体側とは反対の表面（外側の表面）が、有機性物質を含む液との接触面である。上記カソード槽は、酸化剤が流れる流路を内部に有する。本発明に係る電極モジュールでは、上記保持部材は、上記積層体を一体化させて保持している。

本発明に係る微生物燃料電池用電極モジュールでは、上記の構成が採用されているので、取扱い性に優れており、得られる微生物燃料電池の電気エネルギーの回収効率を高めることができる。

上記保持部材によって、上記積層体が一体化されて保持されていることにより、積層体を１つの部材として取り扱うことができ、微生物燃料電池において電極モジュールの取り付けが容易になる。また、第１のアノードと第１の絶縁体と第１のカソードとカソード槽と第２のカソードと第２の絶縁体と第２のアノードとが、この順で並んで互いに接触するように積層されているので、アノードとカソードとの距離が近く、アノードで発生する水素イオンがカソードに供給される速度が速くなる。このため、微生物燃料電池の電気エネルギーの回収効率が高くなる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る微生物燃料電池用電極モジュールを模式的に示す断面図である。図２は、図１に示す微生物燃料電池用電極モジュールの斜視図である。図１は、図２におけるＩ−Ｉ線に沿う断面図である。図３は、図１に示す微生物燃料電池用電極モジュールの分解斜視図である。

図１，２に示す電極モジュール１１は、第１のアノード１Ａ（図１では積層部分の実線部）と、第１の絶縁体２Ａ（図１では積層部分の破線部）と、第１のカソード３Ａと、カソード槽４と、第２のカソード３Ｂと、第２の絶縁体２Ｂ（図１では積層部分の破線部）と、第２のアノード１Ｂ（図１では積層部分の実線部）と、保持部材５を備える。第１のアノード１Ａと、第１の絶縁体２Ａと、第１のカソード３Ａと、カソード槽４と、第２のカソード３Ｂと、第２の絶縁体２Ｂと、第２のアノード１Ｂとが、この順で並んで互いに接触するように積層されて、積層体を構成している。第１のアノード１Ａと第１の絶縁体２Ａとが互いに面接触している。第１の絶縁体２Ａと第１のカソード３Ａとが互いに面接触している。第１のカソード３Ａとカソード槽４とが互いに面接触している。カソード槽４と第２のカソード３Ｂとが互いに面接触している。第２のカソード３Ｂと第２の絶縁体２Ｂとが互いに面接触している。第２の絶縁体２Ｂと第２のアノード１Ｂとが互いに面接触している。

第１のアノード１Ａの第１の絶縁体２Ａ側とは反対の表面は、有機性物質を含む液との接触面である。第２のアノード１Ｂの第２の絶縁体２Ｂ側とは反対の表面は、有機性物質を含む液との接触面である。

カソード槽４は、酸化剤が流れる流路を内部に有する（内部流路は、カソード槽４の図１に示されている部分よりも奥の部分）。本実施形態では、カソード槽４は、酸化剤が流れる流路を内部に有する枠状部材である（枠状部材は、カソード槽４の図１の斜線部分）。但し、カソード槽４の内部流路に酸化剤を導入するために、カソード槽４の一端（上端）は開口している。上記酸化剤を含む物質としては、酸化剤を含む液体、酸素及び空気等が挙げられる。微生物燃料電池の取扱性を高め、電気エネルギー回収効率を高める観点からは、上記酸化剤は、気体であることが好ましく、酸素を含む気体であることが好ましい。コストを低減する観点から、上記酸化剤を含む物質は、空気であることが好ましい。

第１のアノード１Ａと、第１の絶縁体２Ａと、第１のカソード３Ａと、カソード槽４と、第２のカソード３Ｂと、第２の絶縁体２Ｂと、第２のアノード１Ｂとはそれぞれ、矩形である。第１のアノードと、第１の絶縁体と、第１のカソードと、カソード槽と、第２のカソードと、第２の絶縁体と、第２のアノードとの形状は特に限定されない。

第１のアノード１Ａ、第１の絶縁体２Ａ、第２の絶縁体２Ｂ及び第２のアノード１Ｂのそれぞれは、第１のカソード３Ａ、カソード槽４及び第２のカソード３Ｂのそれぞれよりも大きい。従って、第１のアノード１Ａ、第１の絶縁体２Ａ、第２の絶縁体２Ｂ及び第２のアノード１Ｂのそれぞれの外周縁の少なくとも一部の領域は、第１のカソード３Ａ、カソード槽４及び第２のカソード３Ｂのそれぞれの外周端よりも側方に延びる延長部Ｘを有する。延長部Ｘにおいて、第１のアノード１Ａと第２のアノード１Ｂとの間に、第１の絶縁体２Ａ及び第２の絶縁体２Ｂが配置されている。延長部Ｘは、第１のアノード１Ａ、第１の絶縁体２Ａ、第２の絶縁体２Ｂ及び第２のアノード１Ｂのそれぞれの外周縁の一部において設けられており、具体的には、３つの辺の外周縁に設けられており、１つの辺の外周縁には設けられていない。なお、酸化剤をカソード槽４の内部流路に導入することが可能であれば、第１のアノード１Ａ、第１の絶縁体２Ａ、第２の絶縁体２Ｂ及び第２のアノード１Ｂのそれぞれの4つの辺の外周縁に、延長部Ｘが設けられていてもよい。環状の延長部Ｘの一部に開口が設けられていてもよい。

保持部材５は、底部（下端部）と、底部の両端から立ち上がった２つの側部とを有する。保持部材５は、枠状部材である。２つの側部の下端において、２つの側部は底部により連結されている。保持部材５では、２つの側部の上端において、２つの側部は連結されていない。

保持部材５は、上記積層体を一体化させて保持している。保持部材５は、第１の保持部５Ａと、第２の保持部５Ｂとを有する。第１の保持部５Ａと第２の保持部５Ｂとを組み合わせることで、保持部材５が、上記積層体を一体化させて保持している。第１の保持部５Ａは、第２の保持部５Ｂ側に凸部を有する。第２の保持部５Ｂは、第１の保持部５Ａ側に凹部を有する。第１の保持部５Ａの凸部と、第２の保持部５Ｂの凹部とが嵌合されることで、第１の保持部５Ａと第２の保持部５Ｂとが組み合わされる。なお、嵌合の形態は特に限定されない。

電極モジュール１１では、延長部Ｘが保持部材５により保持されている。なお、図１では、延長部Ｘは、図示の便宜上、黒く塗り潰されている。延長部Ｘにおいて、第１のアノード１Ａと第２のアノード１Ｂとの間に、第１の絶縁体２Ａ及び第２の絶縁体２Ｂが配置されている。第１のアノード１Ａと第２のアノード１Ｂとの間に、第１の絶縁体２Ａ及び第２の絶縁体２Ｂが配置された状態で、延長部Ｘが保持部材５により保持されている。

図４に、本発明の第２の実施形態に係る微生物燃料電池用電極モジュールを模式的に断面図で示す。

図４は、図１に対応した図である。図４に示す電極モジュール１１Ｘは、保持部材５Ｘにおいて、第１の保持部５ＸＡ及び第２の保持部５ＸＢの外周面に凹部が設けられている。第１の保持部５ＸＡ及び第２の保持部５ＸＢは、外周面に凹部が設けられていることを除いては、第１の保持部５Ａ及び第２の保持部５Ｂと同様に構成されている。保持部材５の外周縁が、クリップである固定部材６により固定されている。固定部材６の内周先端は、第１の保持部５ＸＡ及び第２の保持部５ＸＢの外周面に設けられた凹部に挿入されている。

図５は、本発明の第３の実施形態に係る微生物燃料電池用電極モジュールを模式的に示す断面図である。

図５は、図２に対応した図である。図５に示す電極モジュール１１Ｙは、１つの保持部材５Ｙが用いられている。保持部材５Ｙは、底部（下端部）と、底部の両端から立ち上がった２つの側部とを有する。保持部材５Ｙは、枠状部材である。２つの側部の下端において、２つの側部は底部により連結されている。保持部材５Ｙでは、２つの側部の上端において、２つの側部は連結されていない。１つの保持部材５Ｙは内周面に、上記積層体の外周縁が挿入される凹部を有する。保持部材５Ｙの上端から上記積層体が挿入され、保持部材５Ｙの内周面の凹部に、上記積層体の外周縁が挿入されている。

第１のアノード、第１の絶縁体、第２の絶縁体及び第２のアノードからなる群から選択された少なくとも１種の外周縁の少なくとも一部の領域が、第１のカソード、カソード槽及び第２のカソードの外周端よりも側方に延びる延長部を構成していることが好ましい。延長部を構成している部材は、第１のアノードであってもよく、第１の絶縁体であってもよく、第２の絶縁体であってもよく、第２のアノードであってもよく、これらの２種以上の部材であってもよい。

保持状態を良好に維持できることから、延長部を構成している部材は、第１のアノードと第２のアノードとを含むことが好ましい。第１のアノード及び第２のアノードの外周縁の少なくとも一部の領域が、第１のカソード、カソード槽及び第２のカソードの外周端よりも側方に延びる延長部であることが好ましい。保持状態を良好に維持できることから、延長部を構成している部材は、第１のアノードと第２のアノードとを含み、かつ第１の絶縁体及び第２の絶縁体の内の少なくとも一方を含むことが好ましい。第１のアノード及び第２のアノードの外周縁の少なくとも一部の領域が、第１のカソード、カソード槽及び第２のカソードの外周端よりも側方に延びる延長部であり、かつ、第１の絶縁体及び第２の絶縁体の内の少なくとも一方が、第１のカソード、カソード槽及び第２のカソードの外周端よりも側方に延びる延長部であることが好ましい。保持状態を良好に維持できることから、延長部において、第１のアノードと第２のアノードとの間に、第１の絶縁体及び第２の絶縁体の内の少なくとも一方が配置されていることが好ましい。保持状態を良好に維持できることから、延長部において、第１のアノードと第２のアノードとの間に、第１の絶縁体と第２の絶縁体とが配置されていることが好ましい。

積層体の形状を良好にし、各部材の接触面及び間隔を高精度に制御する観点からは、第１のアノード、第１の絶縁体、第２の絶縁体及び第２のアノードからなる群から選択された少なくとも１種のうち延長部を構成している部材が、引き伸ばされた状態で、延長部が、保持部材により保持されていることが好ましい。

保持部材による保持方法としては、内面に凹部を有する枠状の保持部材内に積層体を挿入する方法、第１の保持部と第２の保持部とを組み合せる方法等が挙げられる。第１の保持部と第２の保持部とを組み合せる方法では、凸部又は雄部と凹部又は雌部とを嵌合させる方法、接着剤を用いる方法、固定部材で固定する方法及び熱融着する方法等が挙げられる。上記積層体における少なくとも一部の部材の外周縁を保持部材で保持することで、保持部材による反応阻害の影響が小さくなり、電気エネルギーの回収効率を効果的に高めることができる。

電極モジュールは、第１の保持部と第２の保持部とが組み合わされた状態で、第１の保持部と第２の保持部とを固定している固定部材をさらに備えていてもよい。固定部材としては、紐、クリップ、クランプ及びテープ等が挙げられる。

アノード（第１のアノード及び第２のアノード）は、微生物担体でもある。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、上記微生物担体は、孔を有していてもよく、多孔質体であってもよい。

上記微生物担体及び上記アノードは、導電性を有し、導電性材料により形成されている。微生物を担持しやすく、導電性に優れており、電気を効率的に回収することができることから、上記微生物担体及び上記アノードは、炭素繊維、カーボンフォーム、ポーラスカーボン、炭素繊維が加工されたトウ、カーボンペーパー、カーボンフェルト、カーボンクロス、粒状活性炭又は導電性を有する樹脂により被覆された金属であることが好ましい。炭素系の担体においては、材料は炭素質及び黒鉛質のいずれかに限定されず、２種以上の材料が併用されてもよい。上記導電性を有する樹脂は、特に限定されない。上記導電性を有する樹脂の表面抵抗値は、好ましくは５Ω／□以上、好ましくは５ｋΩ／□以下である。表面抵抗値が５ｋΩ／□以下である場合、導電性が高いため、効率よく電気エネルギーを取り出すことができる。表面抵抗値が５Ω／□以上であれば、バインダー樹脂に多量に導電性粒子を配合する必要がない。この場合、相対的にバインダー樹脂の比率が高くなるため、被覆されている導電性樹脂の耐久性が高くなり、使用中に導電性樹脂が剥離し難くなる。上記微生物担体は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

上記微生物担体及び上記アノードの材料である導電性材料としては、炭素繊維や、チタン、ステンレス及びアルミニウムなどの各種の導電性金属が挙げられる。上記微生物担体を構成する導電性材料は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

上記アノード全体の形状（外形）は、シート状であることが好ましい。

上記アノードの厚みは、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上、好ましくは５００ｍｍ以下、より好ましくは２００ｍｍ以下である。上記アノードの厚みが上記下限以上であると、微生物をより一層効果的に担持可能である。上記アノードの厚みが上記上限以下であると、内部抵抗が低くなり、効率的に電気を回収できる。

第１の絶縁体と第２の絶縁体とは１つの部材であってもよく、例えば袋状であってもよい。第１の絶縁体及び第２の絶縁体である袋状の絶縁体内に、第１のカソードとカソード槽と第２のカソードとが配置されていてもよい。

絶縁体（第１の絶縁体及び第２の絶縁体）の材料がそれぞれ、イオン透過性膜、樹脂により形成された織布、又は樹脂により形成された不織布であることが好ましい。

カソード（第１のカソード及び第２のカソード）の材料としては、上記アノードに用いることができる上述した導電性材料等が挙げられる。

上記カソードにおいて、空気との接触面に、撥水層が設けられていることが好ましい。上記撥水層は、上記導電性基材に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂を塗布することにより形成されていてもよい。

上記カソードにおいて、表面に触媒部が配置されていてもよい。上記カソードにおいて、酸化剤との接触面とは反対側に、触媒部が配置されていてもよい。上記触媒部は、例えば、酸素還元触媒とバインダーとを含む。

上記酸素還元触媒としては、白金等の貴金属触媒、鉄系触媒、マンガン系触媒及びカーボンアロイ系触媒等が挙げられる。上記白金等の貴金属触媒を用いる場合には、酸素還元性能がより一層高くなる。上記鉄系触媒、上記マンガン系触媒及び上記カーボンアロイ系触媒を用いる場合には、コストがより一層低くなる。上記酸素還元触媒は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

上記バインダーとしては、オレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、メチルセルロース樹脂、エチルセルロース樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂及びポリビニルブチラール樹脂等が挙げられる。上記バインダーは、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

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。上記微生物燃料電池は、エネルギーを回収可能な廃液処理装置として好適に用いられる。

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、細胞膜外で電子をアノードで捕捉しやすく、アノード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、アノードにこれらの微生物を植菌し、アノードにこれらの微生物を担持させてもよい。

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、上記アノードの電位を高く維持することにより、上記アノード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。

（微生物燃料電池）
上記微生物燃料電池用電極モジュールを用いて、微生物燃料電池を得ることができる。

本発明に係る微生物燃料電池は、微生物燃料電池用電極モジュールと、上記アノードと上記カソードとを接続している導線とを備える。

図６は、図１に示す微生物燃料電池用電極モジュールを用いた微生物燃料電池の一例を模式的に示す断面図である。

図６に示す微生物燃料電池２１は、電極モジュール１１と、有機性物質を含む液２２と、導線とを備える。導線は、図示しない位置に配置されている。有機性物質を含む液２２は、容器２３内に配置されている。

アノード１Ａ，１Ｂは、有機性物質を含む液２２内に配置されており、有機性物質を含む液２２の液面よりも下方に位置しており、有機性物質を含む液２２内に浸漬している。アノード１Ａ，１Ｂの全体が、有機性物質を含む液２２内に配置されていることが好ましい。

図６では、電極モジュール１１は、カソード槽４の酸化剤が流れる内部流路がある部分の断面が示されている。カソード槽４には、空気などの酸化剤をカソード槽４内に取り入れるための空気取り入れ部２４が連結されている。微生物燃料電池２１では、カソード槽４の内部の流路に、酸化剤が流れる。カソード槽４の内部の流路は、例えば空気室である。

微生物燃料電池２１では、アノード１Ａ，１Ｂに接触しながら、アノード１Ａ，１Ｂの表面上を、有機性物質を含む液２２が流れる。

容器２３は、有機性物質を含む液２２の流入口２３ａと、有機性物質を含む液２２の流出口２３ｂとを有する。容器２３内で、有機性物質を含む液２２が流入口２３ａ側から流出口２３ｂ側に流れる。容器２３内において、有機性物質を含む液２２の液面上に、容器２３は内部空間（空隙）を有する。容器２３内の内部空間には、ガスが配置されている。容器２３内の内部空間に配置されたガスは、一般的には、酸素を含む空気である。但し、内部空間に、酸素を含まないガスが置換されていてもよい。

上記導線は、図示しない位置において、アノード１Ａ，１Ｂとカソード３Ａ，３Ｂとを接続している。上記導線は、図示しない外部回路に接続されている。アノード１Ａ，１Ｂとカソード３Ａ，３Ｂとが上記導線を介して負荷回路に接続されていることによって、アノード１Ａ，１Ｂとカソード３Ａ，３Ｂとの間に電位差が生じる。上記導線を通して負荷回路に流れる電気エネルギーは、回収することができる。

１Ａ…第１のアノード
１Ｂ…第２のアノード
２Ａ…第１の絶縁体
２Ｂ…第２の絶縁体
３Ａ…第１のカソード
３Ｂ…第２のカソード
４…カソード槽
５，５Ｘ，５Ｙ…保持部材
５Ａ，５ＸＡ…第１の保持部
５Ｂ，５ＸＢ…第２の保持部
６…固定部材
１１，１１Ｘ，１１Ｙ…電極モジュール
Ｘ…延長部
２１…微生物燃料電池
２２…有機性物質を含む液
２３…容器
２３ａ…流入口
２３ｂ…流出口
２４…空気取り入れ部

Claims (12)

1. 第１のアノードと、第１の絶縁体と、第１のカソードと、カソード槽と、第２のカソードと、第２の絶縁体と、第２のアノードと、保持部材とを備え、
   前記第１のアノードと、前記第１の絶縁体と、前記第１のカソードと、前記カソード槽と、前記第２のカソードと、前記第２の絶縁体と、前記第２のアノードとが、この順で並んで互いに接触するように積層されて、積層体を構成しており、
   前記第１のアノードの前記第１の絶縁体側とは反対の表面が、有機性物質を含む液との接触面であり、
   前記第２のアノードの前記第２の絶縁体側とは反対の表面が、有機性物質を含む液との接触面であり、
   前記カソード槽は、酸化剤が流れる流路を内部に有し、
   前記保持部材は、前記積層体を一体化させて保持している、微生物燃料電池用電極モジュール。
2. 前記第１のアノード及び前記第２のアノードの材料がそれぞれ、炭素繊維、カーボンフォーム、ポーラスカーボン、炭素繊維が加工されたトウ、カーボンペーパー、カーボンフェルト、カーボンクロス、粒状活性炭、又は導電性を有する樹脂により被覆された金属である、請求項１に記載の微生物燃料電池用電極モジュール。
3. 前記第１の絶縁体及び前記第２の絶縁体の材料がそれぞれ、イオン透過性膜、樹脂により形成された織布、又は樹脂により形成された不織布である、請求項１又は２に記載の微生物燃料電池用電極モジュール。
4. 前記第１のカソード及び前記第２のカソードがそれぞれ、エアカソードである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の微生物燃料電池用電極モジュール。
5. 前記酸化剤が酸素を含む気体である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の微生物燃料電池用電極モジュール。
6. 前記保持部材が、前記積層体の外周縁の少なくとも一部の領域を保持している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の微生物燃料電池用電極モジュール。
7. 前記保持部材が、第１の保持部と第２の保持部とを有し、
   前記第１の保持部と前記第２の保持部とを組み合せることで、前記保持部材が、前記積層体を一体化させて保持している、請求項１〜６のいずれか１項に記載の微生物燃料電池用電極モジュール。
8. 前記第１の保持部と前記第２の保持部とが組み合わされた状態で、前記第１の保持部と前記第２の保持部とを固定している固定部材をさらに備える、請求項７に記載の微生物燃料電池用電極モジュール。
9. 前記第１のアノード、前記第１の絶縁体、前記第２の絶縁体及び前記第２のアノードからなる群から選択された少なくとも１種の外周縁の少なくとも一部の領域が、前記第１のカソード、前記カソード槽及び前記第２のカソードの外周端よりも側方に延びる延長部であり、
   前記延長部が、前記保持部材により保持されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の微生物燃料電池用電極モジュール。
10. 前記第１のアノード、前記第１の絶縁体、前記第２の絶縁体及び前記第２のアノードからなる群から選択された少なくとも１種のうち延長部を構成している部材が、引き伸ばされた状態で、前記延長部が、前記保持部材により保持されている、請求項９に記載の微生物燃料電池用電極モジュール。
11. 前記第１のアノード及び前記第２のアノードの外周縁の少なくとも一部の領域が、前記第１のカソード、前記カソード槽及び前記第２のカソードの外周端よりも側方に延びる延長部であり、
    前記第１の絶縁体及び前記第２の絶縁体の内の少なくとも一方の外周縁の少なくとも一部の領域が、前記第１のカソード、前記カソード槽及び前記第２のカソードの外周端よりも側方に延びる延長部であり、
    前記延長部において、前記第１のアノードと前記第２のアノードとの間に、前記第１の絶縁体及び前記第２の絶縁体の内の少なくとも一方が配置されており、
    前記延長部が、前記保持部材により保持されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の微生物燃料電池用電極モジュール。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の微生物燃料電池用電極モジュールと、
    前記アノードと前記カソードとを接続している導線とを備える、微生物燃料電池。

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