JP2019117742A - Power generator - Google Patents

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Abstract

To provide a power generator capable of generating electric power without using microorganism.SOLUTION: A power generator 10 includes: an anode electrode 12 including a first catalyst capable of decomposing water; a cathode electrode 13 electrically connected with the anode electrode 12; and a separator 14 which partitions between the anode electrode 12 and the cathode electrode 13 and permits penetration of proton generated at the anode electrode 12.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、発電装置に関する。   The present invention relates to a power generator.

従来、微生物の代謝反応を利用して有機物である燃料を電気エネルギーに変換し、発電する装置が知られている。一般に、この種の発電装置は微生物燃料電池と呼ばれ、アノード電極とカソード電極とを備えている。そして、微生物燃料電池は、燃料としての有機物が微生物によって分解されるときに発生する電子をアノード電極にて回収し、アノード電極から外部回路を経由してカソード電極へ移動させる。また、アノード電極において発生したプロトンは、カソード電極へ移動した電子と酸素と反応して水を生じさせる（例えば、特許文献１参照）。   DESCRIPTION OF RELATED ART Conventionally, the apparatus which converts the fuel which is organic substance into an electrical energy, and generates electric power using the metabolic reaction of microorganisms is known. In general, this type of power generation apparatus is called a microbial fuel cell and comprises an anode electrode and a cathode electrode. And a microbial fuel cell collect | recovers the electron which generate | occur | produces when the organic substance as a fuel is decomposed | disassembled by microorganisms by an anode electrode, and makes it move to a cathode electrode from an anode electrode via an external circuit. Also, protons generated at the anode electrode react with the electrons transferred to the cathode electrode and oxygen to generate water (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１５−１７０４６６号公報JP, 2015-170466, A

以上のような微生物燃料電池は、微生物や燃料としての有機物が必要である。そのため、発電装置の出力が微生物の状態によって変動し、熱等の影響によって所望の機能を得られない可能性がある。
本発明は、微生物を用いずに発電をすることができる発電装置を提供することを目的とする。 The microbial fuel cell as described above needs microorganisms and organic matter as fuel. Therefore, the output of the power generation apparatus may fluctuate depending on the state of the microorganism, and the desired function may not be obtained due to the influence of heat and the like.
An object of the present invention is to provide a power generation device capable of generating power without using a microorganism.

本発明の発電装置は、水を分解することができる第１の触媒を含むアノード電極と、
前記アノード電極に電気的に接続されたカソード電極と、
前記アノード電極と前記カソード電極との間を区画し前記アノード電極で発生したプロトンの透過を許容するセパレータと、を備えている。 A power generation apparatus according to the present invention comprises an anode electrode including a first catalyst capable of decomposing water;
A cathode electrode electrically connected to the anode electrode;
And a separator that divides between the anode electrode and the cathode electrode and allows permeation of protons generated at the anode electrode.

上記構成を有する発電装置によって、アノード電極が水を分解することによりプロトンと電子とを生成することができ、生成された電子をカソード電極に移動させることで外部負荷に電力を供給することができ、カソード電極側において、セパレータを透過したプロトンと電子とを酸素とを反応させることで水に戻すことができる。したがって、アノード電極に微生物や燃料が無くても発電を行うことができる。   With the power generation apparatus having the above structure, the anode electrode can generate protons and electrons by decomposing water, and the generated electrons can be moved to the cathode electrode to supply power to the external load. On the cathode electrode side, it is possible to return to water by reacting protons and electrons that have permeated the separator with oxygen. Therefore, power can be generated even if there is no microorganism or fuel in the anode electrode.

好ましくは、前記第１の触媒が活性炭である。
活性炭の触媒としての作用によって水を分解することができる。また、導体である活性炭を用いることによってアノード電極の電気抵抗を低下させることができる。 Preferably, the first catalyst is activated carbon.
Water can be decomposed by the action of activated carbon as a catalyst. Moreover, the electrical resistance of an anode electrode can be reduced by using activated carbon which is a conductor.

好ましくは、前記カソード電極には、プロトンと電子と酸素とが水になる酸化還元反応を促進する第２の触媒が含まれている。
このような構成によって、水の電気分解を促進し、出力を高めることができる。 Preferably, the cathode electrode includes a second catalyst that promotes a redox reaction in which protons, electrons and oxygen become water.
Such a configuration can promote the electrolysis of water and enhance the output.

好ましくは、前記第２の触媒が、フェリシアン化カリウムである。
また、好ましくは、前記第２の触媒が塩化銅である。 Preferably, the second catalyst is potassium ferricyanide.
Also preferably, the second catalyst is copper chloride.

好ましくは、前記セパレータは、疎水化処理を施した紙である。
このような構成によって、簡単且つ安価にセパレータを作製することができる。 Preferably, the separator is a hydrophobized paper.
Such a configuration makes it possible to produce the separator easily and inexpensively.

本発明によれば、微生物を用いずに発電をすることができる。
発電装置の出力を高めることができる。 According to the present invention, power can be generated without using a microorganism.
The output of the generator can be increased.

第１の実施形態に係る発電装置としての水分解電池を概略的に示す説明図である。It is an explanatory view showing roughly a water-splitting battery as a power generator concerning a 1st embodiment. 発電装置の具体的構造を示す斜視図である。It is a perspective view showing the concrete structure of a power generator. （ａ）は発電装置の平面図、（ｂ）は同底面図である。(A) is a plan view of a power generation device, (b) is a bottom view of the same. 発電装置を展開した状態の斜視図である。It is a perspective view of the state which developed the electric power generating apparatus. 展開した筐体の平面図である。It is a top view of the developed case. 展開した筐体の底面図である。It is a bottom view of the developed case. （ａ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線における模式的な断面図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線における模式な断面図である。(A) is typical sectional drawing in the AA line of Fig.3 (a), (b) is the typical sectional drawing in the BB line of FIG. 第２の実施形態に係る発電装置の具体的構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the concrete structure of the electric power generating apparatus which concerns on 2nd Embodiment. （ａ）は発電装置の平面図、（ｂ）は同底面図である。(A) is a plan view of a power generation device, (b) is a bottom view of the same. 発電装置を展開した状態の斜視図である。It is a perspective view of the state which developed the electric power generating apparatus. 展開した筐体の平面図である。It is a top view of the developed case. 展開した筐体の底面図である。It is a bottom view of the developed case. （ａ）は図９（ａ）のＣ−Ｃ線における模式的な断面図、（ｂ）は図９のＤ−Ｄ線における模式的な断面図である。(A) is typical sectional drawing in the CC line | wire of FIG. 9 (a), (b) is the typical sectional drawing in the DD line of FIG. 他の実施形態に係る発電装置の具体的構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the concrete structure of the electric power generating apparatus which concerns on other embodiment. 発電装置の筐体にカソード電極を形成する様子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a mode that a cathode electrode is formed in the housing | casing of a power generation device. アノード電極の種類を変化させたときの水分解電池の特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of a water-splitting battery when changing the kind of anode electrode. アノード電極の種類を変化させたときの水分解電池の特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of a water-splitting battery when changing the kind of anode electrode. アノード電極の種類を変化させたときの水分解電池の特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of a water-splitting battery when changing the kind of anode electrode. 水分解電池の最大電力密度を示すグラフである。It is a graph which shows the maximum power density of a water-splitting battery. 水分解電池の最大電力密度を示すグラフである。It is a graph which shows the maximum power density of a water-splitting battery. アノード電極を形成するカーボンペーパーの数を変化させたときの水分解電池の特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of a water-splitting battery when the number of carbon papers which form an anode electrode is changed. アノード電極を形成するカーボンペーパーの数を変化させたときの水分解電池の特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of a water-splitting battery when the number of carbon papers which form an anode electrode is changed. 水分解電池の最大電力密度を示すグラフである。It is a graph which shows the maximum power density of a water-splitting battery. 水分解電池の最大電力密度を示すグラフである。It is a graph which shows the maximum power density of a water-splitting battery. アノード領域に供給する溶液の種類を変えたときの水分解電池の特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of a water-splitting battery when the kind of solution supplied to an anode field is changed.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る発電装置としての水分解電池の概略的に示す説明図である。
本実施形態の水分解電池１０は、水を分解する作用を利用して発電を行うものである。水分解電池１０は、筐体１１と、アノード電極１２と、カソード電極１３と、セパレータ１４とを備えている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First Embodiment
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a water-splitting battery as a power generation device according to the first embodiment.
The water-splitting battery 10 of the present embodiment generates power using the action of decomposing water. The water-splitting battery 10 includes a housing 11, an anode electrode 12, a cathode electrode 13, and a separator 14.

筐体１１は、アノード電極１２が配置されるアノード領域１７を備えており、このアノード領域１７内には外部から供給された水分を貯留することができる。ただし、発電装置１０の不使用時には、アノード領域１７は乾燥状態とされる。
アノード電極１２とカソード電極１３とは外部回路（負荷抵抗）１５を介して電気配線により電気的に接続されている。 The housing 11 includes an anode region 17 in which the anode electrode 12 is disposed, and the anode region 17 can store water supplied from the outside. However, when the power generation device 10 is not used, the anode region 17 is in a dry state.
The anode electrode 12 and the cathode electrode 13 are electrically connected via an external circuit (load resistance) 15 by an electrical wiring.

（アノード電極）
アノード電極１２は、炭素材料を含む炭素繊維シート材により構成されている。炭素繊維シート材は、炭素繊維をバインダによって結合させたものであり、例えば一般に電極として用いられる市販のカーボンペーパーを用いることができる。炭素材料は、炭素繊維とは異なる材料であり、例えば活性炭である。
本実施形態のアノード電極１２に含まれる活性炭は導体（導電材料）であり、アノード電極１２の電気抵抗を低下させる。また、活性炭は、水を分解する触媒としても機能する。具体的には、活性炭は、水を分解してプロトン（Ｈ＋）及び電子（ｅ−）を生成する機能を有する。また、アノード電極１２には、炭素材料として活性炭の他に、導体であるカーボンナノチューブが含まれる。ただし、カーボンナノチューブは省略してもよい。 (Anode electrode)
The anode electrode 12 is made of a carbon fiber sheet material containing a carbon material. The carbon fiber sheet material is obtained by bonding carbon fibers with a binder, and for example, commercially available carbon paper generally used as an electrode can be used. The carbon material is a material different from carbon fiber, and is, for example, activated carbon.
The activated carbon contained in the anode electrode 12 of the present embodiment is a conductor (conductive material), and reduces the electrical resistance of the anode electrode 12. Activated carbon also functions as a catalyst for decomposing water. Specifically, activated carbon has a function of decomposing water to generate protons (H + ) and electrons (e − ). In addition to activated carbon as a carbon material, the anode electrode 12 contains carbon nanotubes as a conductor. However, carbon nanotubes may be omitted.

アノード電極１２は、例えば次のように作製することができる。まず、カーボンナノチューブと活性炭の粉末とを分散させた水溶液に、炭素繊維シート材を所定時間浸す。これにより炭素繊維シート材にカーボンナノチューブと活性炭とが浸透する。その後、炭素繊維シート材を乾燥させる。この状態のアノード電極１２は疎水性となるため、さらにプラズマ処理を施すことによって親水性を高める。カーボンナノチューブは、炭素繊維シート材に活性炭を接合させるためのバインダとしても機能し、炭素繊維シート材に活性炭を安定して接合させることができる。   The anode electrode 12 can be produced, for example, as follows. First, a carbon fiber sheet material is immersed for a predetermined time in an aqueous solution in which carbon nanotubes and activated carbon powder are dispersed. Thereby, the carbon nanotube and the activated carbon permeate the carbon fiber sheet material. Thereafter, the carbon fiber sheet material is dried. Since the anode electrode 12 in this state is hydrophobic, it is further treated with plasma to increase its hydrophilicity. The carbon nanotube also functions as a binder for bonding the activated carbon to the carbon fiber sheet material, and the activated carbon can be stably bonded to the carbon fiber sheet material.

また、カーボンナノチューブを省略する場合には、活性炭を含む水溶液に炭素繊維シート材を所定時間浸し、その後、炭素繊維シートを乾燥させることによってアノード電極１２を作製することができる。   Moreover, when a carbon nanotube is abbreviate | omitted, the anode electrode 12 can be produced by immersing a carbon fiber sheet material in the aqueous solution containing activated carbon for a predetermined time, and drying a carbon fiber sheet after that.

（カソード電極）
カソード電極１３は、炭素材料及び酸化還元用の触媒を含むシート材により構成されている。シート材は、不導体である。シート材は、例えばパルプ等の植物繊維により形成された濾紙が用いられる。炭素材料には、導体（導電材料）であるカーボンナノチューブが用いられる。触媒は、プロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）と酸素（Ｏ２）が水（Ｈ２Ｏ）になる酸化還元反応を促進する触媒である。触媒としては、例えばフェリシアン化カリウム又はＣｕＣｌ２が用いられる。 (Cathode electrode)
The cathode electrode 13 is made of a sheet material containing a carbon material and a catalyst for redox. The sheet material is a nonconductor. The sheet material is, for example, a filter paper formed of vegetable fibers such as pulp. As a carbon material, a carbon nanotube which is a conductor (conductive material) is used. The catalyst is a catalyst that promotes a redox reaction in which protons (H + ), electrons (e − ) and oxygen (O 2 ) become water (H 2 O). As a catalyst, for example, potassium ferricyanide or CuCl 2 is used.

カソード電極１３は、例えば、次のように作製することができる。カソード電極１３は、カーボンナノチューブと触媒とを含む水溶液を濾紙に付着させて浸透させ、その後乾燥させることによって作製することができる。カソード電極１３は、乾燥した環境で用いられる、いわゆるエアカソードである。   The cathode electrode 13 can be produced, for example, as follows. The cathode electrode 13 can be produced by attaching an aqueous solution containing carbon nanotubes and a catalyst to filter paper, making the filter paper infiltrate, and then drying it. The cathode electrode 13 is a so-called air cathode used in a dry environment.

（セパレータ）
セパレータ１４は、アノード領域１７で発生したプロトン（水素イオン）を透過可能であり、アノード領域１７内の水分の透過を防止するものである。このセパレータ１４として、一般的にはプロトン交換膜（ＰＥＭ）が用いられるが、本実施形態の水分解電池１０では、ＰＥＭに代えて疎水化処理が施されたシート材がセパレータ１４として用いられている。この場合、例えば、不導体であるパルプ等の植物繊維により形成された濾紙（例えば、孔径が約５μｍ）に防水剤を塗布（疎水化処理）することによってセパレータ１４を作製することができる。紙製のセパレータ１４は、プロトン交換膜と比べて、安価に作製することができるとともに、使用後の廃棄が容易になるという利点を有する。 (Separator)
The separator 14 is permeable to protons (hydrogen ions) generated in the anode region 17 and prevents permeation of water in the anode region 17. Although a proton exchange membrane (PEM) is generally used as the separator 14, in the water-splitting battery 10 of this embodiment, a sheet material subjected to a hydrophobization treatment instead of the PEM is used as the separator 14. There is. In this case, the separator 14 can be produced, for example, by applying (hydrophobizing) a waterproofing agent to a filter paper (for example, with a pore diameter of about 5 μm) formed of vegetable fibers such as non-conductive pulp. The separator 14 made of paper has advantages of being able to be manufactured at low cost as compared with a proton exchange membrane and facilitating disposal after use.

セパレータ１４として孔径がより小さい濾紙（例えば、約０．０５μｍ）を用いれば、濾紙自体で水分の透過を阻止することができるため、疎水化処理を行わなくてもよい。しかし、この場合、濾紙が非常に高価となるため、コストの面では、比較的孔径の大きな濾紙に対して疎水化処理を施すことが好ましい。   If filter paper with a smaller pore size (for example, about 0.05 μm) is used as the separator 14, the filter paper itself can block the permeation of water, so it is not necessary to perform the hydrophobic treatment. However, in this case, since the filter paper is very expensive, in terms of cost, it is preferable to subject the filter paper having a relatively large pore size to a hydrophobization treatment.

（発電装置の作用）
図１に示すように、水分解電池１０のアノード領域１７に水分が供給されると、アノード電極１２に含まれる活性炭の触媒としての機能により、水が酸素とプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とに分解される。電子（ｅ−）は、アノード電極１２で回収され、外部回路を経由してカソード電極１３に移動する。プロトン（Ｈ＋）は、セパレータ１４を透過してカソード電極１３に移動する。カソード電極１３において、外気から取り込まれた酸素と、カソード電極１３に移動した電子（ｅ−）及びプロトン（Ｈ＋）との反応により水が発生する。 (Function of power generator)
As shown in FIG. 1, when water is supplied to the anode region 17 of the water-splitting battery 10, the water functions as oxygen, proton (H + ) and electrons (e) due to the function of activated carbon contained in the anode electrode 12. - ) And Electrons (e − ) are collected by the anode electrode 12 and move to the cathode electrode 13 via an external circuit. The protons (H + ) pass through the separator 14 and move to the cathode electrode 13. At the cathode electrode 13, water is generated by the reaction of oxygen taken in from the outside air, and electrons (e − ) and protons (H + ) transferred to the cathode electrode 13.

アノード電極１２は、炭素繊維シート材に活性炭を含ませたものであるので、外部から燃料等を供給しなくても水を供給するだけで発電を行うことができる。そのため、水さえあれば環境を問わずに発電を行うことができる。例えば、屋外において、河水、海水、雨水、廃水（排水）等を用いて発電を行うことができる。また、微生物燃料電池のように、微生物２０や有機物も不要である。そのため、電池１０をより簡単且つ安価に作製することができる。   Since the anode electrode 12 is a carbon fiber sheet material containing activated carbon, power can be generated only by supplying water without supplying fuel from the outside. Therefore, power generation can be performed regardless of the environment if there is only water. For example, in the open air, power can be generated using river water, sea water, rain water, wastewater (drainage), and the like. Further, unlike the microbial fuel cell, the microorganism 20 and the organic matter are also unnecessary. Therefore, the battery 10 can be manufactured more easily and inexpensively.

アノード電極１２及びカソード電極１３は、カーボンナノチューブを含んでいるので、表面積が拡大し、内部抵抗が低下する。
また、アノード電極１２は、活性炭を含んでいるので、より内部抵抗が低下する。そのため、出力電圧を高めることが可能となる。 Since the anode electrode 12 and the cathode electrode 13 contain carbon nanotubes, the surface area is expanded and the internal resistance is reduced.
Moreover, since the anode electrode 12 contains activated carbon, internal resistance falls more. Therefore, the output voltage can be increased.

また、カソード電極１３には、触媒としてフェリシアン化カリウム又はＣｕＣｌ２が含まれているので、カソード電極１３において、酸素とプロトンと電子とが水になる酸化還元反応を促進することができ、出力電圧をより高めることができる。 Further, since the cathode electrode 13 contains potassium ferricyanide or CuCl 2 as a catalyst, the cathode electrode 13 can promote the redox reaction in which oxygen, protons and electrons become water, and the output voltage It can be raised more.

（発電装置の具体的構造）
本実施形態の発電装置としての水分解電池１０は、例えば非常用バッテリと使用することが想定され、平常時は、乾燥状態で保存され、非常時のみに発電を行って電気機器等に通電を行い、使用後は廃棄される使い捨てタイプとされている。 (Specific structure of generator)
The water-splitting battery 10 as a power generation device according to this embodiment is assumed to be used, for example, as an emergency battery, and is normally stored in a dry state, and power generation is performed only in an emergency to energize electric devices etc. It is a disposable type that is done and discarded after use.

図２は、発電装置の具体的構造を示す斜視図である。図３（ａ）は発電装置の平面図、図３（ｂ）は同底面図である。
発電装置である水分解電池１０の筐体１１は、平面視及び底面視において矩形状、具体的には正方形状に形成されている。また、筐体１１の表面側と、裏面側とには、それぞれケーブルの端子を接続するための端子接続部３３ｂ，３４ｂが設けられている。 FIG. 2 is a perspective view showing a specific structure of the power generation device. Fig.3 (a) is a top view of a generator, FIG.3 (b) is the bottom view.
The casing 11 of the water-splitting battery 10, which is a power generation device, is formed in a rectangular shape, specifically, a square shape in plan view and bottom view. Further, terminal connection portions 33b and 34b for connecting the terminals of the cable are provided on the front surface side and the rear surface side of the housing 11, respectively.

筐体１１は、表面側に配置された第１外装シート材（本発明の第４シート材）３１と、裏面側に配置された第２外装シート材３２（本発明の第３シート材）とを有している。筐体１１は、第１外装シート材３１と第２外装シート材３２との間に、第１及び第２内装シート材（本発明の第１及び第２シート材）３３，３４を有している。第１及び第２外装シート材３１，３２、第１及び第２内装シート材３３，３４は、１枚のシート材を折り畳むことによって構成されている。   The housing 11 includes a first exterior sheet material (fourth sheet material of the present invention) 31 disposed on the front surface side, and a second exterior sheet material 32 (third sheet material of the present disclosure) disposed on the back surface side. have. The housing 11 has first and second interior sheet materials (first and second sheet materials of the present invention) 33, 34 between the first exterior sheet material 31 and the second exterior sheet material 32. There is. The first and second exterior sheet materials 31 and 32, and the first and second interior sheet materials 33 and 34 are configured by folding one sheet material.

図４は、発電装置を展開した状態の斜視図、図５は、展開した筐体の平面図、図６は、展開した筐体の底面図である。
本実施形態の水分解電池１０の筐体１１は、第１内装シート材３３、第２内装シート材３４、第１外装シート材３１、及び第２外装シート材３２がこの順で１列に接続された１枚の帯状のシート材３０により構成されている。このシート材３０は、前述のカソード電極１３及びセパレータ１４で用いられるシート材と同種のシート材により構成される。そして、本実施形態の水分解電池１０は、筐体１１を構成するシート材３０を用いてカソード電極及びセパレータが形成されている。本実施形態のシート材３０は、不導体である濾紙により形成されている。 FIG. 4 is a perspective view of a state in which the power generation device is expanded, FIG. 5 is a plan view of the expanded case, and FIG. 6 is a bottom view of the expanded case.
In the casing 11 of the water-splitting battery 10 of the present embodiment, the first interior sheet material 33, the second interior sheet material 34, the first exterior sheet material 31, and the second exterior sheet material 32 are connected in one row in this order It is comprised by the strip | belt-shaped sheet material 30 of 1 sheet. The sheet material 30 is formed of the same sheet material as the sheet material used in the cathode electrode 13 and the separator 14 described above. And the cathode electrode and the separator are formed using the sheet material 30 which comprises the housing | casing 11 of the water-splitting battery 10 of this embodiment. The sheet material 30 of the present embodiment is formed of filter paper which is a nonconductor.

第１内装シート材３３の中央には矩形状の開口３３ａが形成されている。また、第１内装シート材３３の一方の面には、アノード電極１２用の端子接続部３３ｂが設けられている。この端子接続部３３ｂは、開口３３ａの１辺と、これに近接する第１内装シート材３３の側辺との間に渡って設けられている。また、端子接続部３３ｂは、図７に示すように、開口３３ａを介して第１内装シート材３３の他方の面側にも設けられている。この端子接続部３３ｂは、導電性を有している。端子接続部３３ｂは、例えば、カーボンナノチューブを分散した水溶液を、第１内装シート材３３に浸透させることによって構成されている。   At the center of the first inner sheet 33, a rectangular opening 33a is formed. Further, on one surface of the first inner sheet 33, a terminal connection portion 33b for the anode electrode 12 is provided. The terminal connection portion 33 b is provided so as to extend between one side of the opening 33 a and the side of the first interior sheet 33 adjacent to the opening 33 a. Further, as shown in FIG. 7, the terminal connection portion 33b is also provided on the other surface side of the first interior sheet member 33 via the opening 33a. The terminal connection portion 33 b has conductivity. The terminal connection portion 33 b is configured, for example, by infiltrating an aqueous solution in which carbon nanotubes are dispersed into the first inner sheet material 33.

図４及び図５に示すように、第２内装シート材３４の一方の面には、カソード電極１３と端子接続部３４ｂとが設けられている。このカソード電極１３及び端子接続部３４ｂは、前述したように、カーボンナノチューブと酸化還元用触媒とを含む水溶液を第２内装シート材３４に浸透させることによって設けられている。より具体的には、図１５に示すように、カソード電極１３と端子接続部３４ｂとを象ったスタンプ４０の接触面４０ａに前記水溶液を付着させ、第２内装シート材３４の一方の面に、スタンプ４０の接触面４０ａを接触させることによってカソード電極１３と端子接続部３４ｂとを第２内装シート材３４に設けることができる。   As shown in FIGS. 4 and 5, the cathode electrode 13 and the terminal connection portion 34 b are provided on one surface of the second interior sheet material 34. As described above, the cathode electrode 13 and the terminal connection portion 34 b are provided by infiltrating the second inner sheet material 34 with an aqueous solution containing carbon nanotubes and a redox catalyst. More specifically, as shown in FIG. 15, the aqueous solution is attached to the contact surface 40a of the stamp 40 representing the cathode electrode 13 and the terminal connection portion 34b, and one surface of the second interior sheet material 34 is attached. The cathode electrode 13 and the terminal connection portion 34 b can be provided on the second inner sheet member 34 by bringing the contact surface 40 a of the stamp 40 into contact with each other.

また、図６に示すように、第２内装シート材３４の他方の面には、防水剤３６が塗布されている。この防水剤は、少なくともカソード電極１３の裏面側に重複する範囲に設けられている。より好ましくは、防水剤３６は、第２内装シート材３４の他方の面全体に施されている。この第２内装シート材３４は、水分解電池１０のセパレータ１４（図１参照）を構成している。すなわち、第２内装シート材３４は、アノード電極１２側からプロトン（Ｈ＋）の透過を許容し、水分の透過を防止している。 Further, as shown in FIG. 6, a waterproofing agent 36 is applied to the other surface of the second interior sheet material 34. The waterproofing agent is provided at least in a range overlapping with the back surface side of the cathode electrode 13. More preferably, the waterproofing agent 36 is applied to the entire other surface of the second inner sheet material 34. The second interior sheet material 34 constitutes the separator 14 (see FIG. 1) of the water-splitting battery 10. That is, the second inner sheet member 34 allows permeation of protons (H + ) from the anode electrode 12 side, and prevents permeation of water.

図４〜図６に示すように、第１外装シート材３１には、外部から水分解電池１０内へ水を供給するための給水孔３１ａが形成されている。この給水孔３１ａは、筐体１１を折り畳んだ状態でアノード電極１２を外部に露出させる。
また、第１外装シート材３１の側辺には、筐体１１を折り畳んだ状態でアノード電極１２用の端子接続部３３ｂを外部に露出させるための切欠部３１ｂが形成されている。 As shown in FIGS. 4 to 6, the first exterior sheet material 31 is formed with a water supply hole 31 a for supplying water from the outside into the water-splitting battery 10. The water supply hole 31 a exposes the anode electrode 12 to the outside in a state where the housing 11 is folded.
Further, on the side of the first exterior sheet material 31, a notch 31b for exposing the terminal connection portion 33b for the anode electrode 12 to the outside in a state where the housing 11 is folded is formed.

第２外装シート材３２の側辺には、筐体１１を折り畳んだ状態でカソード電極１３用の端子接続部３４ｂを外部に露出させるための切欠部３２ｂが形成されている。
筐体１１を構成する帯状のシート材３０の第２外装シート材３２側の端部には、２つの差し込み片３５ａが設けられている。この差し込み片３５ａは、図２に示すように、筐体１１を折り畳んだ状態で第２内装シート材３４と第１外装シート材３１との境界に形成されたスリット３５ｂに差し込まれる。これによって、筐体１１が折り畳んだ状態で保持される。 The side of the second exterior sheet material 32 is formed with a notch 32 b for exposing the terminal connection portion 34 b for the cathode electrode 13 to the outside in a state where the housing 11 is folded.
Two insertion pieces 35 a are provided at an end of the strip-shaped sheet material 30 constituting the housing 11 on the second exterior sheet material 32 side. As shown in FIG. 2, the insertion piece 35 a is inserted into a slit 35 b formed in the boundary between the second inner sheet 34 and the first outer sheet 31 in a state where the housing 11 is folded. Thus, the housing 11 is held in the folded state.

図４に示すように、アノード電極１２は、複数の炭素繊維シート材（シート状電極材）１２ａを重ね合わせることによって構成され、第１内装シート材３３の他方の面、すなわち端子接続部３３ｂとは反対側の面における開口３３ａに合わせて配置される。   As shown in FIG. 4, the anode electrode 12 is configured by overlapping a plurality of carbon fiber sheet materials (sheet-like electrode materials) 12 a, and the other surface of the first interior sheet material 33, that is, the terminal connection portion 33 b Are aligned with the openings 33a in the opposite surface.

図７（ａ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線における模式的な断面図、図７（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線における模式的な断面図である。
アノード電極１２は、第１内装シート材３３と第２内装シート材３４との間に挟まれている。第１内装シート材３３と第２内装シート材３４とは、アノード電極１２の周囲において接着材３７で接着されている。また、アノード電極１２は、第２内装シート材３４に設けられた防水剤３６に重ね合わされている。 Fig.7 (a) is a typical sectional view in the AA line of Fig.3 (a), FIG.7 (b) is a schematic sectional view in the BB line of Fig.3 (a).
The anode electrode 12 is sandwiched between the first inner sheet 33 and the second inner sheet 34. The first inner sheet 33 and the second inner sheet 34 are bonded with an adhesive 37 around the anode electrode 12. Further, the anode electrode 12 is superimposed on the waterproofing agent 36 provided on the second inner sheet material 34.

第１外装シート材３１の給水孔３１ａからアノード電極１２に水が供給されると、図１で説明したように、電子がアノード電極１２から端子接続部３３ｂを介して負荷１５へ流れ、カソード電極１３へ移動する。一方、アノード電極１２において発生したプロトン（Ｈ＋）は、セパレータ１４を構成する第２内装シート材３４を透過してカソード電極１３に到り、プロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）と外気の酸素とによって水（Ｈ２Ｏ）が生成される。 When water is supplied from the water supply holes 31a of the first exterior sheet material 31 to the anode electrode 12, electrons flow from the anode electrode 12 to the load 15 through the terminal connection portion 33b, as described in FIG. Move to 13. On the other hand, protons (H + ) generated in the anode electrode 12 pass through the second inner sheet member 34 constituting the separator 14 to reach the cathode electrode 13, and the protons (H + ), electrons (e − ) and outside air Water (H 2 O) is generated by

本実施形態の水分解電池１０は、筐体１１が紙（濾紙）で形成され、紙を折り畳むことによって構成されている。したがって、水分解電池１０をより小型（薄肉）で軽量に形成することができる。
また、本実施形態の水分解電池１０は、筐体１１を構成する第２内装シート材３４と一体にカソード電極１３が設けられている。そのため、第２内装シート材３４とは別体でカソード電極１３を設ける場合に比べて水分解電池１０を小型化（薄肉化）かつ軽量化することができる。また、アノード電極１２側からプロトン（Ｈ＋）をより迅速にカソード電極１３に移動させることができ、酸化還元反応のレスポンスが良好となって発電効率を向上させることができる。 In the water-splitting battery 10 of the present embodiment, the housing 11 is formed of paper (filter paper), and is configured by folding the paper. Therefore, the water-splitting battery 10 can be formed smaller (thin) and lighter.
Further, in the water-splitting battery 10 of the present embodiment, the cathode electrode 13 is provided integrally with the second inner sheet member 34 that constitutes the housing 11. Therefore, as compared with the case where the cathode electrode 13 is provided separately from the second inner sheet member 34, the water-splitting battery 10 can be miniaturized (thinned) and lightweight. Further, protons (H + ) can be moved to the cathode electrode 13 more quickly from the anode electrode 12 side, and the response of the oxidation-reduction reaction becomes good, and the power generation efficiency can be improved.

カソード電極１３は、カーボンナノチューブ及び触媒を含む水溶液を第２内装シート材３４に浸透させて乾燥させることにより構成されているので、容易にカソード電極１３を形成することができる。また、図１６に示すように、スタンプ４０を用いることによって、所定形状のカソード電極１３を容易に形成することができる。なお、カソード電極１３は、スタンプ４０以外の方法で第２内装シート材３４に形成してもよい。   The cathode electrode 13 is configured by infiltrating an aqueous solution containing carbon nanotubes and a catalyst into the second inner sheet material 34 and drying it, so the cathode electrode 13 can be easily formed. Further, as shown in FIG. 16, by using the stamp 40, the cathode electrode 13 having a predetermined shape can be easily formed. The cathode electrode 13 may be formed on the second interior sheet material 34 by a method other than the stamp 40.

本実施形態の水分解電池１０は、アノード電極１２が、筐体１１とは別体で構成されている。そのため、複数枚の薄い炭素繊維シート材（シート状電極材）１２ａを重ね合わせてアノード電極１２を構成することが容易となる。   In the water-splitting battery 10 of the present embodiment, the anode electrode 12 is configured separately from the housing 11. Therefore, it is easy to form the anode electrode 12 by superposing a plurality of thin carbon fiber sheet materials (sheet-like electrode materials) 12a.

アノード電極１２は、活性炭及びカーボンナノチューブ、又は、活性炭のみを浸透させた複数枚の炭素繊維シート材（シート状電極材）を重ね合わせて接着することにより形成されている。例えば、０．２ｍｍの炭素繊維シート材を３枚重ね合わせて０．６ｍｍのアノード電極１２が形成されている。このように複数枚の薄い炭素繊維シート材を重ね合わせてアノード電極１２を形成することによって、１枚の分厚い炭素繊維シート材によってアノード電極を形成する場合に比べて、各炭素繊維シート材に対して活性炭及びカーボンナノチューブ、又は、活性炭のみを短時間でより多く含ませることができ、導電性が高いアノード電極１２を形成することができる。   The anode electrode 12 is formed by overlapping and bonding activated carbon and carbon nanotubes, or a plurality of carbon fiber sheet materials (sheet-like electrode materials) in which only activated carbon is allowed to permeate. For example, three 0.2 mm carbon fiber sheet materials are stacked to form a 0.6 mm anode electrode 12. Thus, by laminating a plurality of thin carbon fiber sheet materials to form the anode electrode 12, each carbon fiber sheet material is formed compared to the case where the anode electrode is formed of one thick carbon fiber sheet material. Activated carbon and carbon nanotubes, or only activated carbon can be contained more in a short time, and the highly conductive anode electrode 12 can be formed.

水分解電池１０の筐体１１は、シート材３０により形成されることで水分解電池１０を小型化（薄肉化）かつ軽量化することができる。また、筐体１１が１枚のシート材３０を折り畳むことにより構成されているので、筐体１１を構成する部品の点数を少なくすることができる。   The housing 11 of the water-splitting battery 10 can be made smaller (thin) and lighter in weight by forming the sheet material 30. Moreover, since the housing | casing 11 is comprised by folding the sheet material 30 of 1 sheet, the number of parts which comprise the housing | casing 11 can be decreased.

第２外装シート材３２は、カソード電極１３を外側から覆っているので、当該カソード電極１３を保護することができる。また、第１外装シート３１は、アノード電極１２を外側から覆っているので、当該アノード電極を保護することができる。   Since the second exterior sheet material 32 covers the cathode electrode 13 from the outside, the cathode electrode 13 can be protected. In addition, since the first exterior sheet 31 covers the anode electrode 12 from the outside, the anode electrode can be protected.

［第２の実施形態］
図８は、第２の実施形態に係る発電装置の具体的構造を示す斜視図である。図９（ａ）は発電装置の平面図、図９（ｂ）は同底面図である。
本実施形態の電池１０は、筐体１１の構造が第１の実施形態とは異なり、その他の構成は第１の実施形態と略同様である。
本実施形態の筐体１１は、平面視及び底面視において矩形状、具体的には正方形状に形成されている。また、筐体１１の裏面側には、ケーブルの端子を接続するための端子接続部７１ｂ，７３ｂが設けられている。 Second Embodiment
FIG. 8 is a perspective view showing a specific structure of the power generation device according to the second embodiment. Fig.9 (a) is a top view of a generator, FIG.9 (b) is the bottom view.
The battery 10 of the present embodiment is different from that of the first embodiment in the structure of the housing 11, and the other configuration is substantially the same as that of the first embodiment.
The housing 11 of the present embodiment is formed in a rectangular shape, specifically, a square shape in plan view and bottom view. Further, on the back surface side of the housing 11, terminal connection portions 71b and 73b for connecting the terminals of the cable are provided.

図８に示すように、筐体１１は、表面側に配置された第１外装シート材（本発明の第１シート材）７１と、裏面側に配置された第２外装シート材（本発明の第３シート材）７２とを有している。筐体１１は、第１外装シート材７１と第２外装シート材７２との間に、内装シート材（本発明の第２シート材）７３を有している。第１及び第２外装シート材７１，７２、内装シート材７３は、１枚のシート材を折り畳むことによって構成されている。   As shown in FIG. 8, the housing 11 includes a first exterior sheet material (first sheet material of the present invention) 71 disposed on the front surface side, and a second exterior sheet material disposed on the back surface side (in the present invention And the third sheet material 72). The housing 11 has an interior sheet material (second sheet material of the present invention) 73 between the first exterior sheet material 71 and the second exterior sheet material 72. The first and second exterior sheet members 71 and 72 and the interior sheet member 73 are configured by folding one sheet member.

図１０は、発電装置を展開した状態の斜視図、図１１は、展開した筐体の平面図、図１２は、展開した筐体の底面図である。
本実施形態の水分解電池１０の筐体１１は、内装シート材７３、第１外装シート材７１、及び第２外装シート材７２がこの順で１列に接続された１枚の帯状のシート材７０により構成されている。このシート材７０は、第１例のカソード電極１３及びセパレータ１４で用いられるシート材と同種のシート材、すなわち不導体である濾紙により形成されている。 FIG. 10 is a perspective view of a state in which the power generation device is expanded, FIG. 11 is a plan view of the expanded case, and FIG. 12 is a bottom view of the expanded case.
The casing 11 of the water-splitting battery 10 according to the present embodiment is a strip-shaped sheet material in which the inner sheet material 73, the first outer sheet material 71, and the second outer sheet material 72 are connected in one row in this order. It consists of 70. The sheet material 70 is formed of the same sheet material as the sheet material used in the cathode electrode 13 and the separator 14 of the first example, that is, filter paper which is a nonconductor.

図１０〜図１２に示すように、第１外装シート材７１の中央には、外部から水分解電池１０内へ水を供給するための給水孔７１ａが形成されている。この給水孔３１ａは、筐体１１を折り畳んだ状態でアノード電極１２を外部に露出させる。また、第１内装シート材３３の一方の面には、アノード電極１２用の端子接続部７１ｂが設けられている。この端子接続部７１ｂは、給水孔７１ａと、これに近接する第１外装シート材７１の側辺との間に渡って設けられている。この端子接続部７１ｂは、導電性を有している。端子接続部７１ｂは、例えば、カーボンナノチューブを分散した水溶液を、第１外装シート材７１に浸透させることによって構成されている。   As shown in FIGS. 10 to 12, a water supply hole 71 a for supplying water from the outside to the inside of the water-splitting battery 10 is formed at the center of the first exterior sheet material 71. The water supply hole 31 a exposes the anode electrode 12 to the outside in a state where the housing 11 is folded. Further, on one surface of the first inner sheet 33, a terminal connection portion 71b for the anode electrode 12 is provided. The terminal connection portion 71 b is provided between the water supply hole 71 a and the side of the first exterior sheet 71 adjacent to the water supply hole 71 a. The terminal connection portion 71 b has conductivity. The terminal connection portion 71 b is configured, for example, by causing an aqueous solution in which carbon nanotubes are dispersed to permeate the first exterior sheet material 71.

内装シート材７３の一方の面には、カソード電極１３と端子接続部７３ｂとが設けられている。また、図１１に示すように、内装シート材７３の他方の面には、防水剤７６が塗布されている。これらカソード電極１３、端子接続部７３ｂ、及び防水材７６の構成は、第１例と同様である。内装シート材７３は、電池１０のセパレータ１４（図１参照）を構成し、アノード電極１２側からプロトン（Ｈ＋）の透過を許容し、水の透過を防止している。 The cathode electrode 13 and the terminal connection portion 73 b are provided on one surface of the interior sheet material 73. Further, as shown in FIG. 11, a waterproofing agent 76 is applied to the other surface of the interior sheet material 73. The configurations of the cathode electrode 13, the terminal connection portion 73b, and the waterproof material 76 are the same as those in the first example. The inner sheet material 73 constitutes the separator 14 (see FIG. 1) of the battery 10, and allows permeation of protons (H + ) from the anode electrode 12 side to prevent permeation of water.

また、内装シート材７３の側辺には、筐体１１を折り畳んだ状態でアノード電極１２用の端子接続部７１ｂを外部に露出させるための切欠部７３ｃが形成されている。   Further, on the side of the interior sheet material 73, a notch 73c for exposing the terminal connection portion 71b for the anode electrode 12 to the outside in a state where the housing 11 is folded is formed.

第２外装シート材７２の側辺には、筐体１１を折り畳んだ状態でアノード電極１２用の端子接続部７１ｂと、カソード電極１３用の端子接続部７３ｂとをそれぞれ外部に露出させるための切欠部７２ｂ，７２ｃが形成されている。   Notches for exposing the terminal connection portion 71b for the anode electrode 12 and the terminal connection portion 73b for the cathode electrode 13 in the side of the second exterior sheet member 72 in a state where the housing 11 is folded. The portions 72b and 72c are formed.

筐体１１を構成する帯状のシート材７０の第２外装シート材７２側の端部には、固定片７５が設けられている。この固定片７５は、図８に示すように、筐体１１を折り畳んだ状態で第１外装シート材７１の表面に両面テープ等で接着されることで、筐体１１が折り畳んだ状態で保持される。   A fixing piece 75 is provided at an end of the strip-like sheet material 70 constituting the housing 11 on the second exterior sheet material 72 side. As shown in FIG. 8, the fixing piece 75 is held in a folded state by being adhered to the surface of the first exterior sheet material 71 with a double-sided tape or the like in a folded state of the case 11. Ru.

図１０に示すように、アノード電極１２は、第１の実施形態と同様に、複数の炭素繊維シート材（シート状電極材）１２ａを重ね合わせることによって構成され、第１外装シート材７１の一方の面、すなわち端子接続部７１ｂ側の面における給水孔７１ａに合わせて配置され、同面に接着される。   As shown in FIG. 10, as in the first embodiment, the anode electrode 12 is configured by overlapping a plurality of carbon fiber sheet materials (sheet-like electrode materials) 12a, and one side of the first exterior sheet material 71. It is arrange | positioned according to the water supply hole 71a in the surface of the, ie, the surface by the side of the terminal connection part 71b, and it adhere | attaches on the same surface.

図１３（ａ）は、図９（ａ）のＣ−Ｃ線における模式的な断面図、図１３（ｂ）は図９（ａ）のＤ−Ｄ線における模式的な断面図である。
アノード電極１２は、第１外装シート材７１と内装シート材７３との間に挟まれている。アノード電極１２は、接着材７７で第１外装シート材７１に接着されている。また、アノード電極１２は、内装シート材７３に設けられた防水剤７６に重ね合わされている。 13 (a) is a schematic cross-sectional view taken along the line C-C in FIG. 9 (a), and FIG. 13 (b) is a schematic cross-sectional view taken along the line D-D in FIG. 9 (a).
The anode electrode 12 is sandwiched between the first exterior sheet material 71 and the interior sheet material 73. The anode electrode 12 is bonded to the first exterior sheet material 71 with an adhesive 77. Further, the anode electrode 12 is superimposed on the waterproofing agent 76 provided on the interior sheet material 73.

第１外装シート材７１の給水孔７１ａからアノード電極１２に水が供給されると、図１で説明したように、電子（ｅ−）がアノード電極１２から端子接続部７３ｂを介して負荷１５へ流れ、カソード電極１３へ移動する。一方、アノード電極１２において発生したプロトン（Ｈ＋）は、セパレータ１４を構成する内装シート材７３を透過してカソード電極１３に到り、プロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）と外部の酸素によって水（Ｈ２Ｏ）が生成される。 When water is supplied from the water supply holes 71a of the first exterior sheet 71 to the anode electrode 12, electrons (e − ) are supplied from the anode electrode 12 to the load 15 through the terminal connection portion 73b as described in FIG. It flows and moves to the cathode electrode 13. On the other hand, protons (H + ) generated in the anode electrode 12 pass through the inner sheet member 73 constituting the separator 14 to reach the cathode electrode 13, and protons (H + ), electrons (e − ) and external oxygen Generates water (H 2 O).

本実施形態の水分解電池１０は、筐体１１を構成する内装シート材の数が第１の実施形態よりも少なくなっている。したがって、電池１０をより小型（薄肉）で軽量に形成することができる。その他の構成は、第１の実施形態と略同様であるため、略同様の作用効果を奏する。   In the water-splitting battery 10 of the present embodiment, the number of interior sheet materials constituting the housing 11 is smaller than that of the first embodiment. Therefore, the battery 10 can be formed smaller (thin) and lighter. The other configuration is substantially the same as that of the first embodiment, and therefore, substantially the same function and effect can be obtained.

［他の実施形態］
図１４は、他の実施形態に係る発電装置の具体的構造を示す斜視図である。
発電装置としての水分解電池１０は、図１４（ａ）に示すように、第１シート材８１と第２シート材８２とを備え、第１シート材８１と第２シート材８２とは、両者の境界で折り畳まれることによって互いに重ね合わされている。水分解電池１０は、第１シート材８１と第２シート材８２との間にアノード電極１２を備え、第２シート材８２にカソード電極１３が一体に形成されたものであってもよい。すなわち、第１の実施形態の水分解電池１０における第１，第２外装シート材３１，３２を省略した形態、又は、第２の実施形態の水分解電池１０における第２外装シート材７２を省略した形態とすることができる。第１シート材８１には給水孔８１ａが形成され、第２シート材８２には防水剤８５が施されている。第１シート材８１と第２シート材８２とは接着材８６で接着されている。 [Other embodiments]
FIG. 14 is a perspective view showing a specific structure of a power generation device according to another embodiment.
As shown in FIG. 14A, the water-splitting battery 10 as a power generation device includes a first sheet material 81 and a second sheet material 82. The first sheet material 81 and the second sheet material 82 are both Are superimposed on one another by being folded at the boundaries of the The water-splitting battery 10 may include the anode electrode 12 between the first sheet material 81 and the second sheet material 82, and the cathode electrode 13 may be integrally formed on the second sheet material 82. That is, the form which abbreviate | omitted the 1st, 2nd exterior sheet material 31 and 32 in the water splitting battery 10 of 1st Embodiment, or the 2nd exterior sheet material 72 in the water splitting battery 10 of 2nd Embodiment is abbreviate | omitted It can be in the form of A water supply hole 81 a is formed in the first sheet material 81, and a waterproofing agent 85 is applied to the second sheet material 82. The first sheet material 81 and the second sheet material 82 are bonded by an adhesive 86.

また、図１４（ｂ）に示すように、カソード電極１３は、第２シート材８２とは別体で形成され、第２シート材８２に貼り付けられたものであってもよい。
また、図１４（ｃ）に示すように、アノード電極１２は、第１シート材８１に一体に形成されたものであってもよい。例えば、第１シート材８１にアノード電極１２の構成材料を浸透させたものや、アノード電極１２を第１シート材８１に内部に組み込んだものとすることができる。 Further, as shown in FIG. 14B, the cathode electrode 13 may be formed separately from the second sheet material 82 and may be attached to the second sheet material 82.
Further, as shown in FIG. 14C, the anode electrode 12 may be formed integrally with the first sheet material 81. For example, the first sheet material 81 can be made to permeate the constituent material of the anode electrode 12, or the anode electrode 12 can be incorporated in the first sheet material 81.

［実験結果］
本出願の発明者は、水分解電池の特性を実験により調べた。以下、その結果について説明する。
図１６〜図１８は、アノード電極の種類を変化させたときの水分解電池の特性を示すグラフである。使用したアノード電極は、以下の（Ａ１’）〜（Ａ３’）である。
（Ａ１’）０．２ｍｍのカーボンペーパー。
（Ａ２’）０．２ｍｍのカーボンペーパーに、１．５ｇの活性炭（グラフにおいて「ＡＣ」と表記、以下同じ）を混合した２０ｍＬのカーボンナノチューブ（グラフにおいて「ＣＮＴ」と表記、以下同じ）の水溶液を１分間浸透させたもの。
（Ａ３’）０．２ｍｍのカーボンペーパーに、２ｇの活性炭を混合した１０ｍＬの水溶液を１分間浸透させたもの。 [Experimental result]
The inventor of the present application has experimentally investigated the characteristics of the water-splitting battery. The results will be described below.
FIGS. 16-18 is a graph which shows the characteristic of a water-splitting battery when the kind of anode electrode is changed. The anode electrodes used were the following (A1 ′) to (A3 ′).
(A1 ') 0.2 mm carbon paper.
(A2 ') An aqueous solution of 20 mL of carbon nanotubes (denoted as "CNT" in the graph, hereinafter the same) in which 1.5 g of activated carbon (denoted as "AC" in the graph, the same applies hereinafter) to 0.2 mm of carbon paper Infiltrated for 1 minute.
(A3 ′) A solution of 10 mL of an aqueous solution of 2 g of activated carbon mixed in 0.2 mm of carbon paper for 1 minute.

図１６に示す実験では、カソード電極として、ペーパー（濾紙）にカーボンナノチューブの水溶液を浸透させたものを用いた。その結果、アノード電極（Ａ２’）を用いた場合に、最も出力電圧のピークが高くなり、次いで、アノード電極（Ａ３’）を用いた場合に出力電圧が高くなった。また、アノード電極（Ａ１’）を用いた場合、反応直後に僅かに電圧を出力した。   In the experiment shown in FIG. 16, as the cathode electrode, a paper (filter paper) in which an aqueous solution of carbon nanotubes was infiltrated was used. As a result, when the anode electrode (A2 ') was used, the peak of the output voltage became the highest, and then, when the anode electrode (A3') was used, the output voltage became high. Moreover, when an anode electrode (A1 ') was used, a voltage was slightly output immediately after the reaction.

図１７に示す実験では、カソード電極として、ペーパー（濾紙）に、０．７６Ｍのフェリシアン化カリウム０．３２ｍＬを混合した２ｍＬのカーボンナノチューブの水溶液を浸透させたものを用いた。その結果、アノード電極（Ａ３’）を用いた場合に、最も出力電圧のピークが高くなり、次いで、アノード電極（Ａ２’）を用いた場合に出力電圧が高くなった。また、アノード電極（Ａ１’）を用いた場合、反応直後に僅かに電圧を出力した。また、図１６の実験と比較して、図１７に示す実験では、出力電圧が全体的に上昇した。これは、カソード電極にフェリシアン化カリウムが含まれることによって酸化還元反応が促進されたものと考えられる。   In the experiment shown in FIG. 17, as the cathode electrode, a paper (filter paper) in which an aqueous solution of 2 mL of carbon nanotubes mixed with 0.32 mL of 0.76 M potassium ferricyanide was used. As a result, when the anode electrode (A3 ') was used, the peak of the output voltage became the highest, and then, when the anode electrode (A2') was used, the output voltage became high. Moreover, when an anode electrode (A1 ') was used, a voltage was slightly output immediately after the reaction. Moreover, compared with the experiment of FIG. 16, the output voltage rose overall in the experiment shown in FIG. This is considered to be one in which the redox reaction is promoted by the inclusion of potassium ferricyanide in the cathode electrode.

図１８に示す実験では、カソード電極として、ペーパー（濾紙）に、０．５ｇのＣｕＣｌ２を混合した７ｍＬのカーボンナノチューブの水溶液を浸透させたものを用いた。その結果、図１７の結果と同様に、アノード電極（Ａ３’）を用いた場合に、最も出力電圧のピークが高くなり、次いで、アノード電極（Ａ２’）を用いた場合に出力電圧が高くなった。また、アノード電極（Ａ１’）を用いた場合、反応直後に僅かに電圧を出力した。また、図１７の実験と比較して、図１８に示す実験では出力電圧が全体的に上昇した。これは、カソード電極にＣｕＣｌ２が含まれることによって酸化還元反応がより促進されたものと考えられる。 In the experiment shown in FIG. 18, a paper (filter paper) impregnated with an aqueous solution of 7 mL of carbon nanotubes mixed with 0.5 g of CuCl 2 was used as a cathode electrode. As a result, similarly to the result of FIG. 17, the peak of the output voltage is highest when the anode electrode (A3 ') is used, and then the output voltage is high when the anode electrode (A2') is used. The In addition, when the anode electrode (A1 ′) was used, a slight voltage was output immediately after the reaction. Moreover, compared with the experiment of FIG. 17, the output voltage rose entirely in the experiment shown in FIG. It is considered that this is because the oxidation-reduction reaction is further promoted by the inclusion of CuCl 2 in the cathode electrode.

図１９及び図２０は、水分解電池の最大電力密度を示すグラフである。
図１９及び図２０に示す実験では、アノード電極として次の（Ａ４’）を用いた。また、図１９に示す実験ではカソード電極として次の（Ｃ１’）を用い、図２０に示す実験ではカソード電極として次の（Ｃ２’）を用いた。
（Ａ４’）２．５ｇの活性炭を混合した２０ｍＬのカーボンナノチューブの水溶液を、１分間カーボンペーパーに浸透させたもの。
（Ｃ１’）０．７６Ｍのフェリシアン化カリウム溶液０．４０ｍＬを混合した２ｍＬのカーボンナノチューブの水溶液を、ペーパー（濾紙）に浸透させたもの。
（Ｃ２’）０．９ｇのＣｕＣｌ２を混合した７ｍＬのカーボンナノチューブの水溶液を、ペーパー（濾紙）に浸透させたもの。 19 and 20 are graphs showing the maximum power density of the water-splitting battery.
In the experiments shown in FIGS. 19 and 20, the following (A4 ′) was used as the anode electrode. Further, in the experiment shown in FIG. 19, the following (C1 ′) was used as a cathode electrode, and in the experiment shown in FIG. 20, the following (C2 ′) was used as a cathode electrode.
(A4 ′) A carbon paper was impregnated with an aqueous solution of 20 mL of carbon nanotubes mixed with 2.5 g of activated carbon for 1 minute.
(C1 ′) A paper (filter paper) impregnated with an aqueous solution of 2 mL of a carbon nanotube mixed with 0.40 mL of a 0.76 M potassium ferricyanide solution.
(C2 ') the aqueous solution of carbon nanotubes 7mL mixed with CuCl 2 of 0.9 g, which was to penetrate the paper (filter paper).

また、図１９及び図２０の実験では、外部負荷抵抗を０．５１ｋΩ〜１４０ｋΩの範囲で段階的に変化させたときの時間の経過に伴う出力電圧を計測し、その結果を用いて最大の電力密度を求めた。
その結果、図１９に示す実験では、外部負荷が１ｋΩのときに１．７μＷ／ｃｍ２の最大電力密度が得られた。図２０についての実験では、外部負荷が０．５１ｋΩのときに５７．３μＷ／ｃｍ２の最大電力密度が得られた。 Also, in the experiments of FIG. 19 and FIG. 20, the output voltage is measured with the passage of time when the external load resistance is stepwise changed in the range of 0.51 kΩ to 140 kΩ, and the maximum power is obtained using the result. The density was determined.
As a result, in the experiment shown in FIG. 19, the maximum power density of 1.7 μW / cm 2 was obtained when the external load was 1 kΩ. In the experiment for FIG. 20, the maximum power density of 57.3 μW / cm 2 was obtained when the external load was 0.51 kΩ.

図２１及び図２２は、アノード電極を形成するカーボンペーパーの数を変化させたときの水分解電池の特性を示すグラフである。図２１及び図２２に示す実験では、アノード電極として上記（Ａ４’）を用いた。図２１に示す実験では、カソード電極として上記（Ｃ１’）を用い、図２３に示す実験では、カソード電極として上記（Ｃ２’）を用いた。
その結果、図２１及び図２２のいずれにおいても、アノード電極におけるカーボンペーパーが１層の場合よりも３層の場合の方が高い電圧を出力することができた。 21 and 22 are graphs showing the characteristics of the water-splitting battery when the number of carbon papers forming the anode electrode is changed. In the experiments shown in FIGS. 21 and 22, the above (A4 ′) was used as the anode electrode. In the experiment shown in FIG. 21, the above (C1 ′) was used as a cathode electrode, and in the experiment shown in FIG. 23, the above (C2 ′) was used as a cathode electrode.
As a result, in any of FIG. 21 and FIG. 22, higher voltage could be output in the case of three layers of carbon paper in the anode electrode than in the case of one layer.

図２３及び図２４は、水分解電池の最大電力密度を示すグラフである。
図２３及び図２４に示す実験では、アノード電極として次の（Ａ４”）を用いた。また、図１９に示す実験ではカソード電極として上記の（Ｃ１’）を用い、図２０に示す実験ではカソード電極として上記の（Ｃ２’）を用いた。
（Ａ４”）４ｇの活性炭を混合した１０ｍｌの水溶液をカーボンシートに１分間浸透させることによって、カーボンペーパーに１ｃｍ２あたり１７ｍｇの活性炭を含ませたもの。 23 and 24 are graphs showing the maximum power density of the water-splitting battery.
The following (A4 ′ ′) was used as the anode electrode in the experiments shown in FIGS. 23 and 24. In the experiment shown in FIG. 19, the above (C1 ′) was used as the cathode electrode and in the experiment shown in FIG. The above (C2 ') was used as an electrode.
(A4 ′ ′) A carbon paper containing 17 mg of activated carbon per 1 cm 2 by permeating a carbon sheet with 10 ml of an aqueous solution mixed with 4 g of activated carbon for 1 minute.

また、図２３及び図２４の実験では、外部負荷抵抗を０．５１ｋΩ〜１４０ｋΩの範囲で段階的に変化させたときの時間の経過に伴う出力電圧を計測し、その結果を用いて最大の電力密度を求めた。
その結果、図２３に示す実験では、外部負荷が１ｋΩのときに１０．４μＷ／ｃｍ２の最大電力密度が得られた。図２０についての実験では、外部負荷が０．５１ｋΩのときに１３４．６μＷ／ｃｍ２の最大電力密度が得られた。 Moreover, in the experiment of FIG.23 and FIG.24, the output voltage accompanying progress of time when changing external load resistance in steps in 0.51 kohm-140 kohm gradually is measured, and the maximum electric power is used using the result. The density was determined.
As a result, in the experiment shown in FIG. 23, the maximum power density of 10.4 μW / cm 2 was obtained when the external load was 1 kΩ. In the experiment for FIG. 20, a maximum power density of 134.6 μW / cm 2 was obtained at an external load of 0.51 kΩ.

図２５は、アノード電極に供給する溶液の種類を変えたときの水分解電池の特性を示すグラフである。
図２５に示す実験では、アノード電極に、酸である塩化水素（ＨＣＬ；ｐＨ１）と、塩基である水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ；ｐＨ１３）と、水（ｐＨ７）とをそれぞれ供給し、出力電圧を計測した。その結果、出力電圧は、ｐＨに依存して変化しており、これによって水分解によって発電が行われていることがわかった。 FIG. 25 is a graph showing the characteristics of the water-splitting battery when the type of solution supplied to the anode electrode is changed.
In the experiment shown in FIG. 25, the hydrogen chloride (HCL; pH 1) which is an acid, sodium hydroxide (NaOH; pH 13) which is a base, and water (pH 7) are supplied to the anode electrode, and the output voltage is measured. did. As a result, it was found that the output voltage changed depending on the pH, which indicated that power generation was performed by water decomposition.

本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において、変更することが可能である。本発明は、例えば、以下のように変更することができる。   The present invention is not limited to the above embodiments, but may be modified within the scope of the invention described in the claims. The present invention can be modified as follows, for example.

例えば、アノード電極及びカソード電極に含まれる各構成材料の分量は、適宜変更することが可能である。また、アノード電極及びカソード電極の作製方法も適宜変更することができる。   For example, the amount of each constituent material contained in the anode electrode and the cathode electrode can be appropriately changed. In addition, the method of manufacturing the anode electrode and the cathode electrode can also be changed as appropriate.

上記各実施形態では、酸素とプロトンと電子とが水になる酸化還元反応を促進する触媒として、フェリシアン化カリウム及びＣｕＣｌ２を例示したが、これに限定されるものではなく、同様の作用を有する物質を適用することができる。
また、上記各実施形態では、セパレータとして、疎水化処理が施された濾紙が用いられていたが、濾紙以外の紙が用いられていてもよい。また、セパレータとして、一般的なプロトン交換膜（ＰＥＭ）が用いられていてもよい。 In each of the above embodiments, potassium ferricyanide and CuCl 2 have been exemplified as catalysts promoting oxidation-reduction reaction in which oxygen, protons and electrons become water, but the catalyst is not limited to this, and substances having similar functions Can be applied.
Further, in each of the above-described embodiments, filter paper subjected to a hydrophobization treatment is used as a separator, but paper other than filter paper may be used. In addition, a general proton exchange membrane (PEM) may be used as a separator.

本発明の発電装置は、電気機器を駆動するために発電するものに限らず、他の用途のために発電するものであってもよい。例えば、供給された水分の特性等を発電量に応じて検出するセンサとして機能するものや、有機物を含む排水（廃水）を処理する過程で発電するものであってもよい。   The power generation apparatus of the present invention is not limited to one that generates electric power to drive an electric device, but may be one that generates electric power for other applications. For example, it may be one that functions as a sensor that detects the characteristics and the like of the supplied water according to the amount of power generation, or one that generates power in the process of treating the waste water (waste water) containing organic matter.

上記実施形態では、発電装置として１槽型の水分解電池を例示したが、２槽型の水分解電池であってもよい。また、本実施形態の発電装置は、乾燥状態で保存されるものに限らず、アノード電極及び／又はカソード電極が配置される領域に水分が存在しているものであってもよい。   In the said embodiment, although the 1 tank type water-splitting battery was illustrated as an electric power generating apparatus, a 2 tank type water-splitting battery may be sufficient. In addition, the power generation device of the present embodiment is not limited to one stored in a dry state, and water may exist in a region where the anode electrode and / or the cathode electrode is disposed.

１０ ：発電装置（水分解電池）
１２ ：アノード電極
１３ ：カソード電極
１４ ：セパレータ 10: Power generator (water splitting battery)
12: anode electrode 13: cathode electrode 14: separator

Claims (6)

水を分解することができる第１の触媒を含むアノード電極と、
前記アノード電極に電気的に接続されたカソード電極と、
前記アノード電極と前記カソード電極との間を区画し前記アノード電極で発生したプロトンの透過を許容するセパレータと、を備えている発電装置。 An anode electrode comprising a first catalyst capable of decomposing water;
A cathode electrode electrically connected to the anode electrode;
A power generator comprising: a separator that divides between the anode electrode and the cathode electrode and allows permeation of protons generated at the anode electrode. 前記第１の触媒が活性炭である、請求項１に記載の発電装置。   The power generator according to claim 1, wherein the first catalyst is activated carbon. 前記カソード電極には、プロトンと電子と酸素とが水になる酸化還元反応を促進する第２の触媒が含まれている、請求項１又は２に記載の発電装置。   The power generation device according to claim 1, wherein the cathode electrode includes a second catalyst that promotes a redox reaction in which protons, electrons and oxygen become water. 前記第２の触媒が、フェリシアン化カリウムである、請求項３に記載の発電装置。   The power generator according to claim 3, wherein the second catalyst is potassium ferricyanide. 前記第２の触媒が、塩化銅である、請求項３に記載の発電装置。   The power generator according to claim 3, wherein the second catalyst is copper chloride. 前記セパレータが、防水処理を施した紙である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発電装置。
The power generator according to any one of claims 1 to 5, wherein the separator is a waterproofed paper.
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