JP2021099977A - Composition for forming microbial fuel cell electrode, electrode and fuel cell - Google Patents

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天志 安藤
Takashi Ando
天志 安藤
順幸 諸石
Yoriyuki Moroishi
順幸 諸石
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Abstract

To provide an inexpensive electrode-forming composition for manufacturing an electrode for a microbial fuel cell, which is excellent in water penetration resistance and power generation characteristics.SOLUTION: The problem can be solved by a silicone-containing resin composition for electrode formation, that is, a composition for forming a microbial fuel cell electrode, which contains a conductive material and/or an oxygen reduction catalyst and silicone. In the composition for forming a microbial fuel cell electrode, silicone is silicone oil, or polydimethylsiloxane. The composition for forming a microbial fuel cell electrode further contains a binder resin.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、微生物燃料電池に用いられる電極形成用組成物、電極及び燃料電池に関する。 The present invention relates to electrode-forming compositions, electrodes and fuel cells used in microbial fuel cells.

近年、二次電池の普及により、携帯電話、ノートパソコンやタブレット端末などの携帯型電子機器が広く普及するようになった。特にリチウムイオン二次電池は鉛蓄電池、ニッカド電池、ニッケル水素電池等の電池と比較して大きなエネルギー密度が得られることから、車載用高出力電源としても使用されるようになってきている。また、充電が不要な電源として発電デバイスの研究も活発に行われており、水素を燃料とした定置用の燃料電池や車載用の燃料電池も実用化されるようになってきた。 In recent years, with the spread of secondary batteries, portable electronic devices such as mobile phones, laptop computers and tablet terminals have become widespread. In particular, lithium-ion secondary batteries have come to be used as high-output power sources for vehicles because they can obtain a larger energy density than batteries such as lead-acid batteries, nickel-cadmium batteries, and nickel-metal hydride batteries. In addition, research on power generation devices as a power source that does not require charging is being actively conducted, and hydrogen-fueled stationary fuel cells and in-vehicle fuel cells have also come into practical use.

一方、近年では燃料電池の仕組みを利用した生物燃料電池の開発も進められており、生体触媒の酵素を用いたバイオ燃料電池、微生物を用いた微生物燃料電池などがある。微生物燃料電池は、発電菌と呼ばれる微生物により有機物を分解する際に生じる電子を回収し、電気エネルギーとして利用する発電方法である。 On the other hand, in recent years, the development of biofuel cells using the mechanism of fuel cells has been promoted, and there are biofuel cells using biocatalytic enzymes, microbial fuel cells using microorganisms, and the like. Microbial fuel cells are a power generation method that collects electrons generated when organic matter is decomposed by microorganisms called power generation bacteria and uses them as electrical energy.

微生物燃料電池の構成には、二槽型と一槽型が知られている(特許文献1、非特許文献1)。負極での微生物による分解反応から生じた電子が外部回路を経由し、正極にて還元反応で消費される点は共通している。二槽型はイオン交換膜などの隔壁で両極を分け、酸素やフェリシアン化カリウムなどの酸化剤を正極で反応させている。一方、一槽型は隔壁が無く、一つの槽内に正極および負極を配置し、大気中の酸素を酸化剤として正極で反応させている。 Two-tank type and one-tank type are known as configurations of the microbial fuel cell (Patent Document 1, Non-Patent Document 1). It is common that electrons generated from the decomposition reaction by microorganisms at the negative electrode pass through an external circuit and are consumed in the reduction reaction at the positive electrode. In the two-tank type, both electrodes are separated by a partition wall such as an ion exchange membrane, and an oxidizing agent such as oxygen or potassium ferricyanide is reacted at the positive electrode. On the other hand, the one-tank type has no partition wall, and the positive electrode and the negative electrode are arranged in one tank, and oxygen in the atmosphere is used as an oxidizing agent to react with the positive electrode.

微生物燃料電池は、例えば、生活廃水などの中の有機物の分解処理と発電を並行して行えるため、消費エネルギーを低減できる水処理方法としても期待されている(非特許文献2)。
このような水処理方法に微生物燃料電池を用いる場合、電極が浸水するとその発電性能が大きく低下してしまうため、電極の片面に撥水処理を施し、浸水を抑制する方法がとられてきた(特許文献2)。
しかし、この方法では電極における触媒層の撥水性が不十分であり、時間経過によって電極が浸水し、発電特性が低下するといった問題がある(特許文献3)。また、電極の片面に撥水処理を施す必要があり、その分コストが高くなってしまう。
Microbial fuel cells are expected as a water treatment method that can reduce energy consumption because, for example, decomposition treatment of organic substances in domestic wastewater and power generation can be performed in parallel (Non-Patent Document 2).
When a microbial fuel cell is used as such a water treatment method, if the electrode is flooded, its power generation performance is significantly deteriorated. Therefore, a method has been adopted in which water repellent treatment is applied to one side of the electrode to suppress the flooding. Patent Document 2).
However, this method has a problem that the water repellency of the catalyst layer in the electrode is insufficient, the electrode is flooded with the passage of time, and the power generation characteristics are deteriorated (Patent Document 3). In addition, it is necessary to apply a water-repellent treatment to one side of the electrode, which increases the cost.

特開2004−342412号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-342212 WO2016/063455WO2016 / 063455 特開2015−046361号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-046361

Environmental Science&Technology,2004,38,4040−4046Environmental Science & Technology, 2004, 38, 4040-4046 微生物燃料電池による廃水処理システム最前線、(株)エヌ・ティー・エスForefront of wastewater treatment system using microbial fuel cell, NTS Co., Ltd.

本発明の目的は、耐浸水性と発電特性に優れる微生物燃料電池用電極を製造するための電極形成用組成物であり、かつ安価な電極形成用組成物を提供することである。 An object of the present invention is to provide an electrode-forming composition for producing an electrode for a microbial fuel cell having excellent water immersion resistance and power generation characteristics, and an inexpensive electrode-forming composition.

本発明者らは、前記の諸問題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明に至った。
すなわち、本発明は、導電材及び/または酸素還元触媒とシリコーンとを含有する微生物燃料電池電極形成用組成物に関する。
The present inventors have reached the present invention as a result of repeated diligent studies to solve the above-mentioned problems.
That is, the present invention relates to a composition for forming a microbial fuel cell electrode containing a conductive material and / or an oxygen reduction catalyst and silicone.

また、本発明は、シリコーンが、シリコーンオイルである上記微生物燃料電池電極形成用組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned composition for forming a microbial fuel cell electrode in which silicone is a silicone oil.

また、本発明は、シリコーンが、ポリジメチルシロキサンである上記微生物燃料電池電極形成用組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned composition for forming a microbial fuel cell electrode in which silicone is polydimethylsiloxane.

また、本発明は、さらに、バインダー樹脂を含む上記微生物燃料電池電極形成用組成物に関する。 The present invention further relates to the above-mentioned composition for forming a microbial fuel cell electrode containing a binder resin.

また、本発明は、バインダー樹脂が、水性樹脂微粒子を含む上記微生物燃料電池電極形成用組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned composition for forming a microbial fuel cell electrode in which the binder resin contains aqueous resin fine particles.

また、本発明は、さらに、分散剤を含む上記微生物燃料電池電極形成用組成物に関する。 The present invention further relates to the above-mentioned composition for forming a microbial fuel cell electrode containing a dispersant.

また、本発明は、酸素還元触媒が、貴金属触媒、卑金属酸化物触媒、および炭素触媒からなる群より選ばれる一つ以上である上記微生物燃料電池電極形成用組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned composition for forming a microbial fuel cell electrode, wherein the oxygen reduction catalyst is one or more selected from the group consisting of a noble metal catalyst, a base metal oxide catalyst, and a carbon catalyst.

また、本発明は、さらに、溶剤を含有する上記微生物燃料電池電極形成用組成物に関する。 The present invention further relates to the above-mentioned composition for forming a microbial fuel cell electrode containing a solvent.

また、本発明は、基材と、上記微生物燃料電池電極形成用組成物から形成してなる層とを含んでなる微生物燃料電池用電極に関する。 The present invention also relates to an electrode for a microbial fuel cell, which comprises a base material and a layer formed from the composition for forming a microbial fuel cell electrode.

また、本発明は、上記微生物燃料電池用電極を備えてなることを特徴とする微生物燃料電池に関する。 The present invention also relates to a microbial fuel cell, which comprises the above-mentioned electrode for a microbial fuel cell.

本発明により、耐浸水性と発電特性に優れる微生物燃料電池用電極を製造するための電極形成用組成物であり、かつ安価な微生物燃料電池電極形成用組成物を提供できた。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide an electrode forming composition for producing an electrode for a microbial fuel cell excellent in water immersion resistance and power generation characteristics, and an inexpensive microbial fuel cell electrode forming composition.

本発明の微生物燃料電池電極形成用組成物(以下、電極形成用組成物、あるいは合材インキともいう)は、触媒層の単位体積当たりの酸素供給(ガスパス)やプロトン供給(プロトンパス)が増加し、複数のパスが形成されることで耐浸水性を向上させることができる。
従って、本発明の電極形成用組成物を用いることで、発電特性を維持したまま高価な材料や周辺部材の使用量を減らすことが可能であり、安価で高性能な電極形成用組成物を提供し微生物燃料電池の普及に大きく貢献できる。
The composition for forming an electrode of a microbial fuel cell of the present invention (hereinafter, also referred to as an electrode forming composition or a mixture ink) has an increased oxygen supply (gas path) and proton supply (proton path) per unit volume of the catalyst layer. However, the water immersion resistance can be improved by forming a plurality of paths.
Therefore, by using the electrode-forming composition of the present invention, it is possible to reduce the amount of expensive materials and peripheral members used while maintaining the power generation characteristics, and an inexpensive and high-performance electrode-forming composition is provided. It can greatly contribute to the spread of microbial fuel cells.

以下、詳細にわたって本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

<微生物燃料電池電極形成用組成物(合材インキ)>
本発明の電極形成用組成物は、少なくとも導電材及び/または酸素還元触媒(A)とシリコーンとを含み、基材上に層を形成して微生物燃料電池の電極の一部となる。
また、本発明の電極形成用組成物は必要があれば、バインダー樹脂(B)、分散剤、溶剤、増粘剤、成膜助剤、消泡剤、レベリング剤、防腐剤、pH調整剤等を含んでもよい。これらは各々、複数種を用いてもよい。
VOC排出の観点から、溶剤は、水あるいは水性溶剤を用いることが好ましく、それに伴いバインダー樹脂(B)および分散剤等を含む場合は、これらも水性であることが好ましい。
<Composition for forming microbial fuel cell electrodes (mixture ink)>
The electrode-forming composition of the present invention contains at least a conductive material and / or an oxygen reduction catalyst (A) and silicone, and forms a layer on a base material to form a part of an electrode of a microbial fuel cell.
If necessary, the electrode-forming composition of the present invention includes a binder resin (B), a dispersant, a solvent, a thickener, a film-forming aid, an antifoaming agent, a leveling agent, a preservative, a pH adjuster, etc. May include. A plurality of types may be used for each of these.
From the viewpoint of VOC discharge, it is preferable to use water or an aqueous solvent as the solvent, and when a binder resin (B), a dispersant and the like are contained, these are also preferably aqueous.

<導電材>
本発明の電極形成用組成物は、導電材と酸素還元触媒の少なくともいずれかを含む。本発明の電極形成用組成物を、酸素還元触媒を含む層と基材とを導通させる層(いわゆるアンカー層)として用いる場合は、導電材を含むが、酸素還元触媒を含まない場合がある。
<Conductive material>
The electrode-forming composition of the present invention contains at least one of a conductive material and an oxygen reduction catalyst. When the electrode-forming composition of the present invention is used as a layer (so-called anchor layer) for conducting a layer containing an oxygen reduction catalyst and a base material, it may contain a conductive material but may not contain an oxygen reduction catalyst.

導電材は主に微生物燃料電池電極での電子伝導性を高め酸化還元反応を進めやすくするために含有される。好ましくはカーボン材料が挙げられるが、これに限るものではなく必要に応じて銀ナノ粒子やイオン液体などを用いても良い。
なお、導電材は、粒子であっても、バインダー機能を有する非粒子であってもよい。
The conductive material is mainly contained to enhance the electron conductivity in the microbial fuel cell electrode and facilitate the redox reaction. A carbon material is preferable, but the material is not limited to this, and silver nanoparticles, an ionic liquid, or the like may be used if necessary.
The conductive material may be particles or non-particles having a binder function.

本発明に用いることのできる導電材であるカーボン材料としては、導電性を有するカーボン材料であれば特に限定されるものではないが、カーボンブラック、グラファイト、活性炭、導電性炭素繊維(カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンファイバー、カーボンナノホーン)、グラフェン、フラーレン等を単独で、もしくは2種類以上併せて使用することができる。 The carbon material which is a conductive material that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it is a conductive carbon material, but carbon black, graphite, activated carbon, and conductive carbon fibers (carbon nanotubes, carbon). Nanofibers, carbon fibers, carbon nanohorns), graphite, fullerene, etc. can be used alone or in combination of two or more.

カーボンブラックとしては、気体もしくは液体の原料を反応炉中で連続的に熱分解し製造するファーネスブラック、特にエチレン重油を原料としたケッチェンブラック、原料ガスを燃焼させて、その炎をチャンネル鋼底面にあて急冷し析出させたチャンネルブラック、ガスを原料とし燃焼と熱分解を周期的に繰り返すことにより得られるサーマルブラック、特にアセチレンガスを原料とするアセチレンブラックなどの各種のものを単独で、もしくは2種類以上併せて使用することができる。また、通常行われている酸化処理されたカーボンブラックや、中空カーボン等も使用できる。 Carbon black includes furnace black, which is produced by continuously pyrolyzing a gas or liquid raw material in a reactor, especially acetylene black, which is made from ethylene heavy oil, and the raw material gas is burned to burn the flame to the bottom of the channel steel. Various types such as channel black that has been rapidly cooled and precipitated, thermal black that is obtained by periodically repeating combustion and thermal decomposition using gas as a raw material, and acetylene black that uses acetylene gas as a raw material, alone or 2 More than one type can be used together. In addition, normally oxidized carbon black, hollow carbon, and the like can also be used.

用いるカーボンブラックの比表面積は、値が大きいほど、カーボンブラック粒子同士の接触点が増えるため、電極の内部抵抗を下げるのに有利となる。具体的には、窒素の吸着量から求められる比表面積(BET)で、20m2/g以上、5000m2/g以下、好ましくは50m2/g以上、2000m2/g以下、更に好ましくは50m2/g以上、1500m2/g以下のものを使用することが望ましい。 As the specific surface area of the carbon black used increases, the contact points between the carbon black particles increase, which is advantageous in reducing the internal resistance of the electrode. Specifically, the specific surface area (BET) obtained from the amount of nitrogen adsorbed is 20 m 2 / g or more and 5000 m 2 / g or less, preferably 50 m 2 / g or more, 2000 m 2 / g or less, and more preferably 50 m 2 It is desirable to use the one of / g or more and 1500 m 2 / g or less.

また、用いるカーボンブラックが粒子を含む場合、その粒径は、一次粒子径で0.005〜1μmが好ましく、特に、0.01〜0.2μmが好ましい。ただし、本明細書において一次粒子径とは、電子顕微鏡などで測定された粒子径を平均したものである。
なお、導電材が、非粒子の場合、あるいは、粒子と非粒子の両方を含む場合は、非粒子の粒径は、当然、測定しない。
When the carbon black used contains particles, the particle size thereof is preferably 0.005 to 1 μm in terms of the primary particle size, and particularly preferably 0.01 to 0.2 μm. However, in the present specification, the primary particle size is an average of the particle sizes measured by an electron microscope or the like.
When the conductive material is non-particles or contains both particles and non-particles, the particle size of the non-particles is naturally not measured.

導電材であるカーボン材料が粒子で含む場合、合材インキ中の分散粒径は、0.03μm以上、5μm以下に微細化することが望ましい。
本明細書において分散粒径とは、体積粒度分布において、粒子径の細かいものからその粒子の体積割合を積算していったときに、50%となるところの粒子径(D―50)であり、一般的な粒度分布計、例えば、動的光散乱方式の粒度分布計(日機装社製「マイクロトラックUPA」)等で測定される。
When the carbon material as the conductive material is contained as particles, it is desirable that the dispersed particle size in the mixture ink is finely divided to 0.03 μm or more and 5 μm or less.
In the present specification, the dispersed particle size is the particle size (D-50) at which the volume ratio of the particles is 50% when the volume ratio of the particles is integrated from the fine particle size distribution in the volume particle size distribution. , A general particle size distribution meter, for example, a dynamic light scattering type particle size distribution meter (“Microtrack UPA” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) or the like.

市販のカーボンブラックとしては、例えば、トーカブラック#4300、#4400、#4500、#5500等(東海カーボン社製、ファーネスブラック)、プリンテックスL等(デグサ社製、ファーネスブラック)、Raven7000、5750、5250、5000ULTRAIII、5000ULTRA等、Conductex SC ULTRA、Conductex 975 ULTRA等、PUER BLACK100、115、205等(コロンビヤン社製、ファーネスブラック)、#2350、#2400B、#2600B、#3050B、#3030B、#3230B、#3350B、#3400B、#5400B等(三菱化学社製、ファーネスブラック)、MONARCH1400、1300、900、VulcanXC−72R、BlackPearls2000等(キャボット社製、ファーネスブラック)、Ensaco250G、Ensaco260G、Ensaco350G、SuperP−Li(TIMCAL社製)、MA7、MA11、MA14、MA77,MA100,MA100S等(三菱化学社製)、ケッチェンブラックEC−300J、EC−600JD(ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製)、デンカブラック、デンカブラックHS−100、FX−35(デンカ社製、アセチレンブラック)等、グラファイトとしては、例えば人造黒鉛や燐片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛などの天然黒鉛が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、2種以上を組み合わせて用いても良い。 Examples of commercially available carbon black include Talker Black # 4300, # 4400, # 4500, # 5500 (Tokai Carbon Co., Ltd., Furness Black), Graphite L, etc. (Degusa Co., Ltd., Furness Black), Raven7000, 5750, etc. 5250, 5000 ULTRAIII, 5000 ULTRA, etc., Conductex SC ULTRA, Conductex 975 ULTRA, etc., PUER BLACK100, 115, 205, etc. (Columbian, Furness Black), # 2350, # 2400B, # 2600B, # 3050B, # 3030B, # 3050B, # 30 # 3350B, # 3400B, # 5400B, etc. (manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd., Furness Black), MONARCH1400, 1300, 900, VulcanXC-72R, BlackPearls2000, etc. (manufactured by Cabot Co., Ltd., Furness Black), Ensaco250G, Ensaco260G, Ensaco350G, Super TIMCAL), MA7, MA11, MA14, MA77, MA100, MA100S (manufactured by Mitsubishi Chemical), Ketjen Black EC-300J, EC-600JD (manufactured by Lion Specialty Chemicals), Denka Black, Denka Black HS Examples of graphite such as -100 and FX-35 (manufactured by Denka, acetylene black) include, but are limited to, natural graphite such as artificial graphite, flake graphite, lump graphite, and earth graphite. Instead, two or more types may be used in combination.

活性炭としては、具体的にはフェノール系、ヤシガラ系、レーヨン系、アクリル系、石炭−石油系ピッチコークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)等を賦活した活性炭を挙げることができる。同じ質量でもより広い面積の界面を形成することが可能な、比表面積の大きいものが好ましい。 Specific examples of the activated carbon include activated carbons activated by phenol-based, coconut husk-based, rayon-based, acrylic-based, coal-petroleum-based pitch coke, mesocarbon microbeads (MCMB), and the like. Those having a large specific surface area, which can form an interface having a wider area even with the same mass, are preferable.

導電性炭素繊維としては、石油由来の原料から焼成して得られるものが良いが、植物由来の原料から焼成して得られるものも用いることができる。例えば石油由来の原料で製造される昭和電工社製のVGCFなどを挙げることができる。 As the conductive carbon fiber, those obtained by firing from a raw material derived from petroleum are preferable, but those obtained by firing from a raw material derived from a plant can also be used. For example, VGCF manufactured by Showa Denko KK, which is manufactured from petroleum-derived raw materials, can be mentioned.

<酸素還元触媒>
本発明の電極形成用組成物は、導電材と酸素還元触媒(以下、触媒ともいう)の少なくともいずれかを含む。酸素還元触媒は、貴金属触媒、卑金属酸化物触媒、炭素触媒が挙げられる。これらは単独で用いても、二種類以上組み合わせて用いても良い。酸素還元触媒は、粒子であることが好ましいが、粒子でなくてもよい。
<Oxygen reduction catalyst>
The electrode-forming composition of the present invention contains at least one of a conductive material and an oxygen reduction catalyst (hereinafter, also referred to as a catalyst). Examples of the oxygen reduction catalyst include a noble metal catalyst, a base metal oxide catalyst, and a carbon catalyst. These may be used alone or in combination of two or more. The oxygen reduction catalyst is preferably particles, but may not be particles.

(貴金属触媒)
貴金属触媒とは、遷移金属元素のうちルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金、金から選択される元素を一種以上含む触媒である。これら貴金属触媒は単体でも別の元素や化合物に担持されたものでも良い。中でも、触媒担持炭素材料が好例として挙げられる。触媒担持炭素材料とは、触媒粒子が触媒担時体としての炭素材料上に担持してなるものを指し、公知もしくは市販のものがある。
(Precious metal catalyst)
The noble metal catalyst is a catalyst containing at least one element selected from ruthenium, rhodium, palladium, silver, osmium, iridium, platinum, and gold among transition metal elements. These noble metal catalysts may be simple substances or supported on another element or compound. Among them, a catalyst-supported carbon material is a good example. The catalyst-supported carbon material refers to a material in which catalyst particles are supported on a carbon material as a catalyst carrier, and there are known or commercially available materials.

触媒粒子の触媒担時体としての炭素材料上への担持率は限定的ではない。触媒粒子として白金を用いた場合は、触媒粒子と触媒担持体である炭素材料の合計100質量%に対して、触媒粒子が通常1〜70質量%程度までの担持が可能である。 The carrying ratio of the catalyst particles on the carbon material as the catalyst carrier is not limited. When platinum is used as the catalyst particles, the catalyst particles can usually be supported in an amount of about 1 to 70% by mass with respect to a total of 100% by mass of the catalyst particles and the carbon material as the catalyst carrier.

本発明に用いる触媒担持体としての炭素材料は、無機材料由来の炭素粒子および/または有機材料を熱処理して得られる炭素粒子であれば特に限定されない。
無機材料由来の炭素粒子としては、カーボンブラック(ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ミディアムサーマルカーボンブラック)、活性炭、黒鉛、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、グラフェンナノプレートレット、ナノポーラスカーボン、炭素繊維等が挙げられる。炭素材料は、種類やメーカーによって、粒子径、形状、BET比表面積、細孔容積、細孔径、嵩密度、DBP吸油量、表面酸塩基度、表面親水度、導電性など様々な物性やコストが異なるため、使用する用途や要求性能に合わせて最適な材料を選択される。
The carbon material as the catalyst carrier used in the present invention is not particularly limited as long as it is a carbon particle derived from an inorganic material and / or a carbon particle obtained by heat-treating an organic material.
Carbon particles derived from inorganic materials include carbon black (furness black, acetylene black, ketjen black, medium thermal carbon black), activated carbon, graphite, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, graphene nanoplatelets, nanoporous carbon, etc. Examples include carbon fiber. Carbon materials have various physical properties and costs such as particle size, shape, BET specific surface area, pore volume, pore size, bulk density, DBP oil absorption, surface acid basicity, surface hydrophilicity, and conductivity, depending on the type and manufacturer. Since they are different, the optimum material is selected according to the intended use and required performance.

熱処理して炭素粒子となる有機材料としては、熱処理後炭素粒子となる材料であれば特に限定されない。具体的な有機材料としては、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリアニリン系樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂系樹脂、ポリイミダゾール系樹脂、ポリピロール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂、メラミン系樹脂、ピッチ、褐炭、ポリカルボジイミド、バイオマス、タンパク質、フミン酸等やそれらの誘導体などが挙げられる。
これら炭素材料は、一種類または二種類以上で用いられる。
The organic material that becomes carbon particles by heat treatment is not particularly limited as long as it is a material that becomes carbon particles after heat treatment. Specific organic materials include phenol-based resin, polyimide-based resin, polyamide-based resin, polyamideimide-based resin, polyacrylonitrile-based resin, polyaniline-based resin, phenolformaldehyde resin-based resin, polyimidazole-based resin, polypyrrole-based resin, and poly. Examples thereof include benzoimidazole-based resins, melamine-based resins, pitches, brown charcoal, polycarbodiimide, biomass, proteins, fumic acid and the like, and derivatives thereof.
These carbon materials are used in one kind or two or more kinds.

市販の触媒担持炭素材料としては、例えば、田中貴金属工業社製のTEC10E50E、TEC10E70TPM、TEC10V30E、TEC10V50E、TEC66E50等の白金担持炭素粒子;TEC66E50、TEC62E58等の白金−ルテニウム合金担持炭素粒子;を購入することができるが、これらに限定されるものではない。 As a commercially available catalyst-supported carbon material, for example, platinum-supported carbon particles such as TEC10E50E, TEC10E70TPM, TEC10V30E, TEC10V50E, and TEC66E50 manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd .; platinum-ruthenium alloy-supported carbon particles such as TEC66E50 and TEC62E58; However, it is not limited to these.

(卑金属酸化物触媒)
本発明に用いる卑金属酸化物触媒としては、ジルコニウム、タンタル、チタン、ニオブ、バナジウム、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、クロム、タングステン、およびモリブデンからなる群より選択された少なくとも1種の遷移金属を含む酸化物を使用することができ、より好ましくはこれら遷移金属元素の炭窒化物や、これら遷移金属元素の炭窒酸化物を使用することができる。
(Base metal oxide catalyst)
The base metal oxide catalyst used in the present invention is at least one selected from the group consisting of zirconium, tantalum, titanium, niobium, vanadium, iron, manganese, cobalt, nickel, copper, zinc, chromium, tungsten, and molybdenum. Oxides containing transition metals can be used, and more preferably carbon nitrides of these transition metal elements and carbon dioxide oxides of these transition metal elements can be used.

前記卑金属酸化物触媒の組成式は、例えば、M1Cpqr(ただし、M1は遷移金属元素であり、p、q、rは原子数の比を表し、0≦p≦3、0≦q≦2、0<r≦3である。)、M2aM3bxyz(ただし、M2は、ジルコニウム、タンタル、チタン、ニオブ、バナジウム、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、クロム、タングステン、およびモリブデンからなる群より選択される1種の金属であり、M3は、前記群より選択されるM2とは異なる少なくとも1種の金属である。a、b、x、y、zは原子数の比を表し、0.5≦a<1、0<b≦0.5、0<x≦3、0<y≦2、0<z≦3、かつa+b=1である。)で表される。また、これら化合物と導電性化合物を複合化した触媒も好適に使用することができる。 Composition formula of the base metal oxide catalysts are, for example, M1C p N q O r (although, M1 is a transition metal element, p, q, r represents the ratio of the number of atoms, 0 ≦ p ≦ 3,0 ≦ q ≦ 2, 0 <r ≦ 3), M2 a M3 b C x N y O z (where M2 is zirconium, tantalum, titanium, niobium, vanadium, iron, manganese, cobalt, nickel, copper, It is one metal selected from the group consisting of zinc, chromium, tungsten, and molybdenum, and M3 is at least one metal different from M2 selected from the group. A, b, x, y. , Z represents the ratio of the number of atoms, 0.5 ≦ a <1, 0 <b ≦ 0.5, 0 <x ≦ 3, 0 <y ≦ 2, 0 <z ≦ 3, and a + b = 1. .). Further, a catalyst in which these compounds and a conductive compound are combined can also be preferably used.

(炭素触媒)
炭素触媒は、1種または2種以上の、炭素材料と、窒素元素および卑金属元素を含有する化合物とを混合し、熱処理を行い作製された炭素触媒であって、従来公知のものを使用できる。炭素触媒に用いられる炭素材料は、無機材料由来の炭素粒子および/または有機材料を熱処理して得られる炭素粒子であれば特に限定されない。一般的に、炭素触媒の活性点としては、炭素粒子表面に卑金属−N4構造(卑金属元素を中心に4個の窒素元素が平面上に並んだ構造)に含まれる卑金属元素や、炭素粒子表面のエッジ部に導入された窒素元素近傍の炭素元素などが挙げられる。そのため、炭素触媒が、上記活性点を構成する窒素元素や卑金属元素を含有することは、酸素還元活性を有する上で重要である。更に、炭素触媒は、BET比表面積が20〜2000m2/gが好ましく、40〜1000m2/gがより好ましく、60〜600m2/gがさらに好ましい。
(Carbon catalyst)
The carbon catalyst is a carbon catalyst produced by mixing one or more kinds of carbon materials and a compound containing a nitrogen element and a base metal element and performing heat treatment, and conventionally known carbon catalysts can be used. The carbon material used for the carbon catalyst is not particularly limited as long as it is a carbon particle derived from an inorganic material and / or a carbon particle obtained by heat-treating an organic material. Generally, the active points of the carbon catalyst include a base metal element contained in a base metal-N4 structure (a structure in which four nitrogen elements are arranged on a plane centering on the base metal element) on the surface of the carbon particles, and the surface of the carbon particles. Examples thereof include a carbon element in the vicinity of the nitrogen element introduced into the edge portion. Therefore, it is important for the carbon catalyst to contain the nitrogen element and the base metal element constituting the active site in order to have the oxygen reduction activity. Further, the carbon catalyst, BET specific surface area of preferably 20~2000m 2 / g, more preferably 40~1000m 2 / g, more preferably 60~600m 2 / g.

無機材料由来の炭素粒子としては、例えば、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック及びミディアムサーマルカーボンブラック等のカーボンブラック;
活性炭、黒鉛、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、グラフェン、グラフェンナノプレートレット、ナノポーラスカーボン及び炭素繊維等が挙げられる。炭素粒子は、種類やメーカーによって、粒子径、形状、BET比表面積、細孔容積、細孔径、嵩密度、DBP吸油量、表面酸塩基度、表面親水度、導電性などの様々な物性や、コストが異なるため、使用する用途や要求性能に合わせて最適な材料を選択できる。無機炭素粒子は、一種類又は二種類以上で用いられる。
前記無機材料由来の炭素粒子としては、グラフェンナノプレートレット、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどを用いると、大きい比表面積と高い電子伝導性を有する炭素触媒を得られやすく好ましい。
Examples of carbon particles derived from inorganic materials include carbon blacks such as furnace black, acetylene black, ketjen black and medium thermal carbon black;
Examples thereof include activated carbon, graphite, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, graphene, graphene nanoplatelets, nanoporous carbon and carbon fibers. Carbon particles have various physical properties such as particle size, shape, BET specific surface area, pore volume, pore size, bulk density, DBP oil absorption, surface acid basicity, surface hydrophilicity, and conductivity, depending on the type and manufacturer. Since the costs are different, the optimum material can be selected according to the intended use and required performance. Inorganic carbon particles are used in one type or two or more types.
As the carbon particles derived from the inorganic material, graphene nanoplatelets, carbon black, carbon nanotubes and the like are preferable because it is easy to obtain a carbon catalyst having a large specific surface area and high electron conductivity.

熱処理して炭素粒子となる有機材料は、熱処理後炭素粒子となる材料であれば特に限定されない。熱処理後の炭素粒子に活性点となるヘテロ元素を含有させるため、予め同へテロ元素を含有する有機材料の使用が好ましい場合がある。具体的な有機材料としては、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリアニリン系樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂系樹脂、ポリイミダゾール系樹脂、ポリピロール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂、メラミン系樹脂、ピッチ、褐炭、ポリカルボジイミド、バイオマス、タンパク質、フミン酸等やそれらの誘導体などが挙げられる。 The organic material that becomes carbon particles by heat treatment is not particularly limited as long as it is a material that becomes carbon particles after heat treatment. In order to allow the carbon particles after the heat treatment to contain a hetero element as an active site, it may be preferable to use an organic material containing the hetero element in advance. Specific organic materials include phenol-based resin, polyimide-based resin, polyamide-based resin, polyamideimide-based resin, polyacrylonitrile-based resin, polyaniline-based resin, phenolformaldehyde resin-based resin, polyimidazole-based resin, polypyrrole-based resin, and poly. Examples thereof include benzoimidazole-based resins, melamine-based resins, pitches, brown charcoal, polycarbodiimide, biomass, proteins, fumic acid and the like, and derivatives thereof.

窒素元素および卑金属元素を含有する化合物は、窒素元素および卑金属元素を1種又は2種以上含有する化合物であればよく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において特に限定されない。例えば、金属を含有する色素やポリマー等の有機化合物、金属単体、卑金属酸化物、金属塩等の無機化合物が挙げられる。前記化合物は、1種類または2種類以上を併用して用いることができる。卑金属元素とは、遷移金属元素のうち貴金属元素(ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金、金)を除く金属元素であり、卑金属元素としては、コバルト、鉄、ニッケル、マンガン、銅、チタン、バナジウム、クロム、亜鉛、スズ、アルミニウム、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、及びマグネシウムから選ばれる一種以上を含有することが好ましい。 The compound containing a nitrogen element and a base metal element may be a compound containing one or more kinds of nitrogen element and a base metal element, and is not particularly limited as long as it does not deviate from the gist of the present invention. Examples thereof include organic compounds such as dyes and polymers containing metals, and inorganic compounds such as elemental metals, base metal oxides, and metal salts. The compound may be used alone or in combination of two or more. Base metal elements are metal elements excluding noble metal elements (lutenium, rhodium, palladium, silver, osmium, iridium, platinum, gold) among transition metal elements, and base metal elements include cobalt, iron, nickel, manganese, and copper. , Titanium, vanadium, chromium, zinc, tin, aluminum, zirconium, niobium, tantalum, and magnesium.

炭素触媒中に効率的に窒素元素や卑金属元素を導入する観点から、卑金属元素を分子中に含有することが可能な窒素を含有した芳香族化合物が好ましい。具体的には、フタロシアニン系化合物、ナフタロシアニン系化合物、ポルフィリン系化合物、テトラアザアヌレン系化合物等が挙げられる。上記芳香族化合物は、電子吸引性官能基や電子供与性官能基が導入されたものであってもよい。特に、フタロシアニン系化合物は、様々な卑金属元素を含んだ化合物が入手可能であり、コスト的にも安価であるため、原料として特に好ましい。具体的には、コバルトフタロシアニン系化合物、ニッケルフタロシアニン系化合物、鉄フタロシアニン系化合物などの金属フタロシアニン系化合物が挙げられる。これらの原料を用いることにより、安価であって、かつ、高い酸素還元活性を有する炭素触媒を提供できる。 From the viewpoint of efficiently introducing a nitrogen element or a base metal element into a carbon catalyst, a nitrogen-containing aromatic compound capable of containing the base metal element in the molecule is preferable. Specific examples thereof include phthalocyanine compounds, naphthalocyanine compounds, porphyrin compounds, tetraazaannulene compounds and the like. The aromatic compound may be one into which an electron-withdrawing functional group or an electron-donating functional group has been introduced. In particular, the phthalocyanine compound is particularly preferable as a raw material because compounds containing various base metal elements are available and the cost is low. Specific examples thereof include metal phthalocyanine compounds such as cobalt phthalocyanine compounds, nickel phthalocyanine compounds and iron phthalocyanine compounds. By using these raw materials, it is possible to provide a carbon catalyst that is inexpensive and has high oxygen reduction activity.

炭素触媒の製造方法は特に限定されず、炭素担体表面に環状有機化合物を担持させ炭化させる方法、環状有機化合物とその他有機材料との混合物を炭化させる方法、環状有機化合物を含まない有機材料を炭化させる方法、無機炭素材料由来の炭素粒子を用いる方法など、従来公知の方法を使用できる。好ましい製造方法としては、無機炭素材料由来の炭素粒子と窒素元素および卑金属元素を含有する化合物とを混合後に不活性ガス雰囲気中で熱処理して炭素触媒を得る方法である。前記熱処理は、複数の温度で多段階に行ってもよく、また、熱処理工程の後若しくは途中に、酸で洗浄、及び乾燥する工程を含んでも良い。
導電材であるカーボン材料と炭素触媒を併用することで、導電材単体では得られない発電特性を発揮し、用途によってはさらなるコストダウンが可能になる。
The method for producing the carbon catalyst is not particularly limited, and a method of supporting and carbonizing a cyclic organic compound on the surface of a carbon carrier, a method of carbonizing a mixture of a cyclic organic compound and another organic material, and a method of carbonizing an organic material containing no cyclic organic compound. Conventionally known methods such as a method for causing carbonization and a method for using carbon particles derived from an inorganic carbon material can be used. A preferred production method is a method in which carbon particles derived from an inorganic carbon material and a compound containing a nitrogen element and a base metal element are mixed and then heat-treated in an inert gas atmosphere to obtain a carbon catalyst. The heat treatment may be performed in multiple steps at a plurality of temperatures, and may include a step of washing and drying with an acid after or during the heat treatment step.
By using a carbon material, which is a conductive material, and a carbon catalyst in combination, it is possible to exhibit power generation characteristics that cannot be obtained by a conductive material alone, and further reduce costs depending on the application.

<シリコーン>
本発明の微生物燃料電池電極形成用組成物は、シリコーンを含むことを特徴とする。
シリコーンとしては、シリコン樹脂、シリコーンオイル、シリコンゴムなどが挙げられる。
<Silicone>
The composition for forming a microbial fuel cell electrode of the present invention is characterized by containing silicone.
Examples of silicone include silicone resin, silicone oil, and silicone rubber.

<シリコーンオイル>
シリコーンオイルは、1種類のみのシリコーンオイル分子または異なる種類のシリコーンオイル分子を含んでもよい。シリコーンオイル分子は、ケイ素、酸素、炭素および水素の元素を含有する。
シリコーンオイル分子において、ケイ素原子は1〜4個の酸素原子を介して、他のケイ素原子と相互接続している。各ケイ素原子は、酸素原子またはメチル基の他の原子との間で、共有結合を4つ形成する。
シリコーンオイル分子は、環状、分枝状または直鎖状の形態をとり得る。環状シリコーンオイル分子としては、デカメチルシクロペンタシロキサン、ドデカメチルシクロヘキサシロキサンまたはテトラデカメチルシクロヘプタシロキサン等が挙げられる。直鎖状シリコーンオイル分子としては、デカメチルテトラシロキサン、ドデカメチルペンタシロキサン、テトラデカメチルヘキサシロキサンおよびヘキサデカメチルヘプタシロキサン等が挙げられる。
シリコーンオイルは、ポリジメチルシロキサン分子を含むことが好ましい。ポリジメチルシロキサンの重量平均分子量は15万以下のものが好ましい。重量平均分子量が15万を超えてくると、粘性が非常に高くなるため取り扱いが難しい。
<Silicone oil>
The silicone oil may contain only one type of silicone oil molecule or a different type of silicone oil molecule. Silicone oil molecules contain elements of silicon, oxygen, carbon and hydrogen.
In the silicone oil molecule, the silicon atom is interconnected with other silicon atoms via 1 to 4 oxygen atoms. Each silicon atom forms four covalent bonds with an oxygen atom or another atom of a methyl group.
Silicone oil molecules can take the form of cyclic, branched or linear forms. Examples of the cyclic silicone oil molecule include decamethylcyclopentasiloxane, dodecamethylcyclohexasiloxane, tetradecamethylcycloheptasiloxane, and the like. Examples of the linear silicone oil molecule include decamethyltetrasiloxane, dodecamethylpentasiloxane, tetradecamethylhexasiloxane, and hexadecamethylheptasiloxane.
The silicone oil preferably contains a polydimethylsiloxane molecule. The weight average molecular weight of polydimethylsiloxane is preferably 150,000 or less. When the weight average molecular weight exceeds 150,000, the viscosity becomes very high and it is difficult to handle.

<バインダー樹脂>
本発明におけるバインダー樹脂とは、導電性炭素などの粒子を結着させるために使用されるものであり、それら粒子を溶剤中へ分散させる効果は小さいものである。ただし、導電材またはシリコーンのいずれかが、前記粒子を結着される機能を有する場合は、バインダー樹脂を必要としない場合がある。
バインダー樹脂としては、従来公知のものを使用することができ、例えば、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、フッ素樹脂、スチレン−ブタジエンゴムやフッ素ゴム等の合成ゴム、ポリアニリンやポリアセチレン等の導電性樹脂等、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、パーフルオロカーボン及びテトラフルオロエチレン等のフッ素原子を含む高分子化合物が挙げられる。又、バインダー樹脂はこれらの樹脂に限定されるわけではなく、これらの樹脂の変性物、混合物、又は共重合体でも良い。これらバインダー樹脂は、1種または複数を組み合わせて使用することも出来る。中でも、アクリル樹脂、アクリルシリコン共重合樹脂が好ましい。
<Binder resin>
The binder resin in the present invention is used for binding particles such as conductive carbon, and the effect of dispersing these particles in a solvent is small. However, if either the conductive material or the silicone has a function of binding the particles, the binder resin may not be required.
As the binder resin, conventionally known ones can be used, for example, acrylic resin, polyurethane resin, polyester resin, phenol resin, epoxy resin, phenoxy resin, urea resin, melamine resin, alkyd resin, formaldehyde resin, fluororesin. , Synthetic rubbers such as styrene-butadiene rubber and fluororubber, conductive resins such as polyaniline and polyacetylene, and polymer compounds containing fluorocarbon atoms such as polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, perfluorocarbon and tetrafluoroethylene. Further, the binder resin is not limited to these resins, and may be a modified product, a mixture, or a copolymer of these resins. These binder resins may be used alone or in combination of two or more. Of these, acrylic resins and acrylic silicone copolymer resins are preferable.

また、一般的に水性樹脂微粒子とも呼ばれる樹脂も使用できる。水性樹脂微粒子とは、バインダー樹脂が水系溶剤中で溶解せずに、微粒子の状態で分散されているものである。
使用する樹脂微粒子は特に限定されないが、(メタ)アクリル系エマルション、ニトリル系エマルション、ウレタン系エマルション、ジエン系エマルション(SBR(スチレンブタジエンゴム)など)、フッ素系エマルション(PVDF(ポリフッ化ビニリデン)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)など)等が挙げられる。
水性樹脂微粒子は親水性の高いものほど、平均分散粒子径が小さい合材インキにした際の耐浸水性の効果が大きくなる。
Further, a resin generally also called water-based resin fine particles can also be used. Aqueous resin fine particles are those in which the binder resin is dispersed in the state of fine particles without being dissolved in an aqueous solvent.
The resin fine particles used are not particularly limited, but are (meth) acrylic emulsion, nitrile emulsion, urethane emulsion, diene emulsion (SBR (styrene butadiene rubber), etc.), fluorine emulsion (PVDF (polyvinylidene fluoride), PTFE). (Polytetrafluoroethylene), etc.) and the like.
The higher the hydrophilicity of the water-based resin fine particles, the greater the effect of water immersion resistance when the mixture ink has a smaller average dispersed particle size.

<分散剤>
本発明の電極形成用組成物がバインダー樹脂を含む場合、必要に応じて、分散剤を含む。
本発明において使用する分散剤は、導電材及び/または酸素還元触媒に対して分散剤として有効に機能し、その凝集を緩和することができる。分散剤は導電材及び/または酸素還元触媒に対して凝集を緩和する効果が得られれば特に限定されないが、樹脂組成物に含まれる溶剤に適した有機溶剤系分散剤および水系分散剤を使用することが好ましく、2種以上を用いてもよい。また、いわゆる、樹脂型の分散剤は、粒子を結着させる機能を発揮する場合は、便宜上バインダー樹脂に分類する。
<Dispersant>
When the electrode-forming composition of the present invention contains a binder resin, it contains a dispersant, if necessary.
The dispersant used in the present invention effectively functions as a dispersant for the conductive material and / or the oxygen reduction catalyst, and can alleviate the aggregation thereof. The dispersant is not particularly limited as long as it has an effect of alleviating aggregation with respect to the conductive material and / or the oxygen reduction catalyst, but an organic solvent-based dispersant and an aqueous dispersant suitable for the solvent contained in the resin composition are used. It is preferable, and two or more kinds may be used. Further, the so-called resin-type dispersant is classified as a binder resin for convenience when it exerts a function of binding particles.

<有機溶剤系分散剤>
有機溶剤系分散剤としては、塩基性官能基を有する顔料誘導体、塩基性官能基を有する樹脂が挙げられる。また、酸性官能基を有する顔料誘導体、酸性官能基を有する樹脂が挙げられる。塩基性官能基を有する顔料誘導体の内、好ましい形態として、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、塩基性官能基を有するアントラキノン誘導体、塩基性官能基を有するアクリドン誘導体、及び塩基性官能基を有するトリアジン誘導体等の各種誘導体が挙げられる。また、酸性官能基を有する顔料誘導体の内、好ましい形態として、酸性官能基を有する有機色素誘導体、酸性官能基を有するアントラキノン誘導体、酸性官能基を有するアクリドン誘導体、及び酸性官能基を有するトリアジン誘導体等の各種誘導体が挙げられる。
<Organic solvent-based dispersant>
Examples of the organic solvent-based dispersant include a pigment derivative having a basic functional group and a resin having a basic functional group. Further, pigment derivatives having an acidic functional group and resins having an acidic functional group can be mentioned. Among the pigment derivatives having a basic functional group, preferred forms include an organic dye derivative having a basic functional group, an anthraquinone derivative having a basic functional group, an acrydone derivative having a basic functional group, and a basic functional group. Examples include various derivatives such as triazine derivatives. Among the pigment derivatives having an acidic functional group, preferred forms include an organic dye derivative having an acidic functional group, an anthraquinone derivative having an acidic functional group, an acridone derivative having an acidic functional group, and a triazine derivative having an acidic functional group. Examples include various derivatives of.

塩基性官能基を有する有機色素誘導体、塩基性官能基を有するアントラキノン誘導体、塩基性官能基を有するアクリドン誘導体、又は塩基性官能基を有するトリアジン誘導体の合成方法としては、特に限定されるものではなく、周知の方法を適用することができる。例えば、特開昭54−62227号公報、特開昭56−118462号公報、特開昭56−166266号公報、特開昭60−88185号公報、特開昭63−305173号公報、特開平3−2676号公報、又は特開平11−199796号公報等に記載されている方法を適用することができる。上記公報による開示を参照することにより、本明細書の一部に組み込むものとする。 The method for synthesizing an organic dye derivative having a basic functional group, an anthraquinone derivative having a basic functional group, an acridone derivative having a basic functional group, or a triazine derivative having a basic functional group is not particularly limited. , Well-known methods can be applied. For example, JP-A-54-62227, JP-A-56-118462, JP-A-56-166266, JP-A-60-88185, JP-A-63-305173, JP-A-3. The method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. -2676 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-199796 can be applied. By reference to the disclosure in the above gazette, it is incorporated herein by reference.

市販の酸性官能基を有する樹脂としては、特に限定されないが、例えば、以下のものが挙げられる。これらは単独で用いても、併用してもかまわない。 The commercially available resin having an acidic functional group is not particularly limited, and examples thereof include the following. These may be used alone or in combination.

ビックケミー社製の酸性官能基を有する樹脂としては、Anti−Terra−U、U100、203、204、205、Disperbyk−101、102、106、107、110、111、140、142、170、171、174、180、2001、BYK−P104、P104S、P105、9076、及び220S等が挙げられる。
日本ルーブリゾール社製の酸性官能基を有する樹脂としては、SOLSPERSE3000、21000、26000、36000、36600、41000、41090、43000、44000、及び53095等が挙げられる。
エフカアディティブズ社製の酸性官能基を有する樹脂としては、EFKA4510、4530、5010、5044、5244、5054、5055、5063、5064、5065、5066、5070、及び5071等が挙げられる。
味の素ファインテクノ社製の酸性官能基を有する樹脂としては、アジスパーPN411、及びアジスパーPA111等が挙げられる。
ELEMENTIS社製の酸性官能基を有する樹脂としては、NuosperseFX−504、600、605、FA620、2008、FA−196、及びFA−601等が挙げられる。
Examples of the resin having an acidic functional group manufactured by Big Chemie include Anti-Terra-U, U100, 203, 204, 205, Disperbyk-101, 102, 106, 107, 110, 111, 140, 142, 170, 171 and 174. , 180, 2001, BYK-P104, P104S, P105, 9076, 220S and the like.
Examples of the resin having an acidic functional group manufactured by Lubrizol Japan, Inc. include SOLPERSE3000, 21000, 26000, 36000, 36600, 41000, 41090, 43000, 44000, and 53095.
Examples of the resin having an acidic functional group manufactured by Fuka Additives include EFKA4510, 4530, 5010, 5044, 5244, 5054, 5055, 5063, 5064, 5065, 5066, 5070, and 5071.
Examples of the resin having an acidic functional group manufactured by Ajinomoto Fine-Techno Co., Ltd. include azisper PN411 and azisper PA111.
Examples of the resin having an acidic functional group manufactured by ELEMENTIS include Nuosperse FX-504, 600, 605, FA620, 2008, FA-196, and FA-601.

ライオン社製の酸性官能基を有する樹脂としては、ポリティA−550、及びポリティPS−1900等が挙げられる。
楠本化成社製の酸性官能基を有する樹脂としては、ディスパロン2150、KS−860、KS−873SN、1831、1860、PW−36、DA−1200、DA−703−50、DA−7301、DA−325、DA−375、及びDA−234等が挙げられる。
BASFジャパン社製の酸性官能基を有する樹脂としては、JONCRYL67、678、586、611、680、682、683、690、52J、57J、60J、61J、62J、63J、70J、HPD−96J、501J、354J、6610、PDX−6102B、7100、390、711、511、7001、741、450、840、74J、HRC−1645J、734、852、7600、775、537J、1535、PDX−7630、352J、252D、538J7640、7641、631、790、780、及び7610等が挙げられる。
三菱レイヨン社製の酸性官能基を有する樹脂としては、ダイヤナールBR−60、64、73、77、79、83、87、88、90、93、102、106、113、及び116等が挙げられる。
Examples of the resin having an acidic functional group manufactured by Lion include Polyty A-550 and Polyty PS-1900.
Resins having an acidic functional group manufactured by Kusumoto Kasei Co., Ltd. include Disparon 2150, KS-860, KS-873SN, 1831, 1860, PW-36, DA-1200, DA-703-50, DA-7301, DA-325. , DA-375, DA-234 and the like.
Examples of the resin having an acidic functional group manufactured by BASF Japan Ltd. include JONCRYL67, 678, 586, 611, 680, 682, 683, 690, 52J, 57J, 60J, 61J, 62J, 63J, 70J, HPD-96J, 501J, 354J, 6610, PDX-6102B, 7100, 390, 711, 511, 7001, 741, 450, 840, 74J, HRC-1645J, 734, 852, 7600, 775, 537J, 1535, PDX-7630, 352J, 252D, 538J 7640, 7641, 631, 790, 780, 7610 and the like can be mentioned.
Examples of the resin having an acidic functional group manufactured by Mitsubishi Rayon include Diamond BR-60, 64, 73, 77, 79, 83, 87, 88, 90, 93, 102, 106, 113, and 116. ..

上記の分散剤に限定することなく、さらに市販の有機溶剤系分散剤を使用することも出来、例えば下記のものが挙げられる。 Not limited to the above dispersants, commercially available organic solvent-based dispersants can also be used, and examples thereof include the following.

ビックケミー社製の分散剤としては、Disperbyk−103、108、109、112、116、130、161、162、163、164、166、167、168、174、182、183、184、185、2000、2050、2070、2096、2150、BYK−9077等が挙げられる。
日本ルーブリゾール社製の分散剤としては、SOLSPERSE5000、9000、13240、13650、13940、17000、18000、19000、22000、24000SC、24000GR28000、31845、32000、32500、32600、33500、34750、35100、35200、37500、38500が挙げられる。
エフカアディティブズ社製の分散剤としては、EFKA1500、1501、1502、1503、4008、4009、4010、4015、4020、4046、4047、4050、4055、4060、4080、4300、4330、4400、4401、4402、4403、4406、4520、4570、4800、5207等が挙げられる。
Dispersants manufactured by Big Chemie include Disperbyk-103, 108, 109, 112, 116, 130, 161, 162, 163, 164, 166, 167, 168, 174, 182, 183, 184, 185, 2000, 2050. , 2070, 2096, 2150, BYK-9077 and the like.
Dispersants manufactured by Nippon Lubrizol include SOLSERSE5000, 9000, 13240, 13650, 13940, 17000, 18000, 19000, 22000, 24000SC, 24000GR28000, 31845, 32000, 32500, 32600, 33500, 34750, 35100, 35200, 37500. , 38500.
Dispersants manufactured by Fuka Additives include EFKA1500, 1501, 1502, 1503, 4008, 4009, 4010, 4015, 4020, 4046, 4047, 4050, 4055, 4060, 4080, 4300, 4330, 4400, 4401, 4402, 4403, 4406, 4520, 4570, 4800, 5207 and the like can be mentioned.

味の素ファインテクノ社製の分散剤としては、アジスパーPB711、PB821、PB822等が挙げられる。
アイエスピー・ジャパン社製の分散剤としては、ポリビニルピロリドンPVP K−15、K−30、K−60、K−90、又はK−120等が挙げられる。
川研ファインケミカル社製の分散剤としては、ヒノアクトKF−1000、1300M、1500、1700、T−6000、8000、8000E、又は9100等が挙げられる。
積水化学工業社製の分散剤としては、エスレックBL−1、エスレックBL−1H、エスレックBL−2、エスレックBL−2H、エスレックBL−5、エスレックBL−10、エスレックBL−S、エスレックBX−L、エスレックBM−1、エスレックBM−S、エスレックBH−3、エスレックBX−1、エスレックKS−1、エスレックKS−10、エスレックKS−3等が挙げられる。
クラレ社製の分散剤としては、ポバールPVA102、ポバール103、ポバールPVA105、ポバールPVA203、ポバールPVA403、PVA505、ポバールPVA−624、ポバールPVA−706、モビタールB16H、モビタールB60HH、モビタール30T、モビタール30HH、モビタール60T等が挙げられる。
Examples of the dispersant manufactured by Ajinomoto Fine-Techno Co., Ltd. include Azisper PB711, PB821, PB822 and the like.
Examples of the dispersant manufactured by ASP Japan include polyvinylpyrrolidone PVP K-15, K-30, K-60, K-90, K-120 and the like.
Examples of the dispersant manufactured by Kawaken Fine Chemicals Co., Ltd. include Hinoact KF-1000, 1300M, 1500, 1700, T-6000, 8000, 8000E, 9100 and the like.
Dispersants manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd. include Eslek BL-1, Eslek BL-1H, Eslek BL-2, Eslek BL-2H, Eslek BL-5, Eslek BL-10, Eslek BL-S, and Eslek BX-L. , Eslek BM-1, Eslek BM-S, Eslek BH-3, Eslek BX-1, Eslek KS-1, Eslek KS-10, Eslek KS-3 and the like.
Dispersants manufactured by Kuraray include PVA102, PVA103, PVA105, PVA203, PVA403, PVA505, PVA-624, PVA-706, Mobital B16H, Mobital B60HH, Mobital 30T, and Mobital 30H. And so on.

<水系分散剤>
次に、水系分散剤について説明する。水系分散剤は特に限定されないが、カチオン性分散剤、アニオン性分散剤、ノニオン性分散剤などを使用することが出来る。
上記分散剤の中でも、水溶性を示す高分子系の樹脂が好ましく、例えば、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアリルアミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、カルボキシメチルセルロース等の多糖類の樹脂を含む高分子化合物が挙げられ、特に、エチレン性不飽和単量体を重合または共重合した水溶性の樹脂が好ましい。また、水溶性であれば、これらの樹脂の変性物、混合物、又は共重合体でも良い。これら分散剤は、1種または複数を組み合わせて使用することも出来る。
本発明で言う水溶性を示す樹脂とは、25℃の水99g中に樹脂1gを入れて撹拌し、25℃で24時間放置した後、分離・析出せずに水中で樹脂が完全に溶解可能なものである。
<Aqueous dispersant>
Next, the aqueous dispersant will be described. The aqueous dispersant is not particularly limited, but a cationic dispersant, an anionic dispersant, a nonionic dispersant and the like can be used.
Among the above dispersants, polymer-based resins showing water solubility are preferable, and for example, acrylic resin, polyurethane resin, polyester resin, polyamide resin, polyimide resin, polyallylamine resin, phenol resin, epoxy resin, phenoxy resin, urea resin. , Melamine resin, Alkid resin, Formaldehyde resin, Silicon resin, Fluorine resin, Polymer compounds containing polysaccharide resins such as carboxymethyl cellulose, and in particular, water-soluble by polymerizing or copolymerizing an ethylenically unsaturated monomer. Resin is preferable. Further, as long as it is water-soluble, a modified product, a mixture, or a copolymer of these resins may be used. These dispersants may be used alone or in combination of two or more.
The water-soluble resin referred to in the present invention means that 1 g of the resin is put in 99 g of water at 25 ° C., stirred, left at 25 ° C. for 24 hours, and then the resin can be completely dissolved in water without separation and precipitation. It is a thing.

(カチオン性分散剤)
市販のカチオン性分散剤としては、特に限定されないが、例えば、以下のものが挙げられる。
ビックケミー社製のカチオン性分散剤としては、Disperbyk−108、109、112、116、130、161、162、163、164、166、167、168、180、182、183、184、185、2000、2001、2050、2070、2150、又はBYK−9077が挙げられる。
日本ルーブリゾール社製のカチオン性分散剤としては、SOLSPERSE9000、13240、13650、13940、17000、18000、19000、20000、24000SC、24000GR、28000、31845、32000、32500、32600、33500、34750、35100、35200、37500、38500、又は39000が挙げられる。
エフカアディティブズ社製のカチオン性分散剤としては、EFKA4008、4009、4010、4015、4020、4046、4047、4050、4055、4060、4080、4300、4330、4400、4401、4402、4403、4406、4500、4550、4560、4570、4580、又は4800が挙げられる。
(Cationic dispersant)
The commercially available cationic dispersant is not particularly limited, and examples thereof include the following.
As cationic dispersants manufactured by Big Chemie, Disperbyk-108, 109, 112, 116, 130, 161, 162, 163, 164, 166, 167, 168, 180, 182, 183, 184, 185, 2000, 2001 , 2050, 2070, 2150, or BYK-9077.
Cationic dispersants manufactured by Nippon Lubrizol include SOLSERSE9000, 13240, 13650, 13940, 17000, 18000, 19000, 20000, 24000SC, 24000GR, 28000, 31845, 32000, 32500, 32600, 33500, 34750, 35100, 35200. , 37500, 38500, or 39000.
Examples of cationic dispersants manufactured by Fuka Additives include EFKA4008, 4009, 4010, 4015, 4020, 4046, 4047, 4050, 4055, 4060, 4080, 4300, 4330, 4400, 4401, 4402, 4403, 4406, Examples thereof include 4500, 4550, 4560, 4570, 4580, or 4800.

味の素ファインテクノ社製のカチオン性分散剤としては、アジスパーPB711、アジスパーPB821、又はアジスパーPB822が挙げられる。
楠本化成社製のカチオン性分散剤としては、ディスパロン1850、1860、又はDA−1401が挙げられる。
共栄社化学製のカチオン性分散剤としては、フローレンDOPA−15B、フローレンDOPA−17等が挙げられる。
Examples of the cationic dispersant manufactured by Ajinomoto Fine-Techno Co., Ltd. include azisper PB711, azisper PB821, and azisper PB822.
Examples of the cationic dispersant manufactured by Kusumoto Kasei Co., Ltd. include Disparon 1850, 1860, or DA-1401.
Examples of the cationic dispersant manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd. include Floren DOPA-15B and Floren DOPA-17.

(アニオン性分散剤)
市販のアニオン性分散剤としては、特に限定されないが、例えば、以下のものが挙げられる。これらは単独で用いても、併用してもかまわない。
ビックケミー社製のアニオン性分散剤としては、Anti−Terra−U、U100、203、204、205、Disperbyk−101、102、106、107、110、111、140、142、170、171、174、180、2001、BYK−P104、P104S、P105、9076、及び220S等が挙げられる。
日本ルーブリゾール社製のアニオン性分散剤としては、SOLSPERSE3000、21000、26000、36000、36600、41000、41090、43000、44000、及び53095等が挙げられる。 エフカアディティブズ社製のアニオン性分散剤としては、EFKA4510、4530、5010、5044、5244、5054、5055、5063、5064、5065、5066、5070、及び5071等が挙げられる。
(Anionic dispersant)
The commercially available anionic dispersant is not particularly limited, and examples thereof include the following. These may be used alone or in combination.
Examples of the anionic dispersant manufactured by Big Chemie include Anti-Terra-U, U100, 203, 204, 205, Disperbyk-101, 102, 106, 107, 110, 111, 140, 142, 170, 171 and 174, 180. , 2001, BYK-P104, P104S, P105, 9076, 220S and the like.
Examples of the anionic dispersant manufactured by Lubrizol Japan, Inc. include SOLPERSE3000, 21000, 26000, 36000, 36600, 41000, 41090, 43000, 44000, and 53095. Examples of the anionic dispersant manufactured by Fuka Additives include EFKA4510, 4530, 5010, 5044, 5244, 5054, 5055, 5063, 5064, 5065, 5066, 5070, and 5071.

味の素ファインテクノ社製のアニオン性分散剤としては、アジスパーPN411、及びアジスパーPA111等が挙げられる。
ELEMENTIS社製のアニオン性分散剤としては、NuosperseFX−504、600、605、FA620、2008、FA−196、及びFA−601等が挙げられる。
ライオン社製のアニオン性分散剤としては、ポリティA−550、及びポリティPS−1900等が挙げられる。
楠本化成社製のアニオン性分散剤としては、ディスパロン2150、KS−860、KS−873SN、1831、1860、PW−36、DA−1200、DA−703−50、DA−7301、DA−325、DA−375、及びDA−234等が挙げられる。
Examples of the anionic dispersant manufactured by Ajinomoto Fine-Techno Co., Ltd. include azisper PN411 and azisper PA111.
Examples of the anionic dispersant manufactured by ELEMENTIS include Nuosperse FX-504, 600, 605, FA620, 2008, FA-196, FA-601 and the like.
Examples of the anionic dispersant manufactured by Lion include Polyty A-550 and Polity PS-1900.
As anionic dispersants manufactured by Kusumoto Kasei Co., Ltd., Disparon 2150, KS-860, KS-873SN, 1831, 1860, PW-36, DA-1200, DA-703-50, DA-7301, DA-325, DA 375, DA-234 and the like can be mentioned.

BASFジャパン社製のアニオン性分散剤としては、JONCRYL67、678、586、611、680、682、683、690、52J、57J、60J、61J、62J、63J、70J、HPD−96J、501J、354J、6610、PDX−6102B、7100、390、711、511、7001、741、450、840、74J、HRC−1645J、734、852、7600、775、537J、1535、PDX−7630、352J、252D、538J7640、7641、631、790、780、及び7610等が挙げられる。
三菱レイヨン社製のアニオン性分散剤としては、ダイヤナールBR−60、64、73、77、79、83、87、88、90、93、102、106、113、及び116等が挙げられる。
Examples of the anionic dispersant manufactured by BASF Japan include JONCRYL67, 678, 586, 611, 680, 682, 683, 690, 52J, 57J, 60J, 61J, 62J, 63J, 70J, HPD-96J, 501J, 354J, 6610, PDX-6102B, 7100, 390, 711, 511, 7001, 741, 450, 840, 74J, HRC-1645J, 734, 852, 7600, 775, 537J, 1535, PDX-7630, 352J, 252D, 538J 7640, 7641, 631, 790, 780, 7610 and the like can be mentioned.
Examples of the anionic dispersant manufactured by Mitsubishi Rayon include Diamond BR-60, 64, 73, 77, 79, 83, 87, 88, 90, 93, 102, 106, 113, and 116.

市販のノニオン性分散剤としては、特に限定されないが、例えば、以下のものが挙げられる。これらは単独で用いても、併用してもかまわない。
花王社製のノニオン性分散剤としては、エマルゲン 104P、エマルゲン 106、等のポリオキシエチレンアルキルエーテルが挙げられる。
ISPジャパン社製のノニオン性分散剤としては、PVP K−15、PVP K−30、PVP K−60、及びPVP K−90等のポリビニルピロリドンが挙げられる。
The commercially available nonionic dispersant is not particularly limited, and examples thereof include the following. These may be used alone or in combination.
Examples of the nonionic dispersant manufactured by Kao Corporation include polyoxyethylene alkyl ethers such as Emulgen 104P and Emulgen 106.
Examples of the nonionic dispersant manufactured by ISP Japan include polyvinylpyrrolidones such as PVP K-15, PVP K-30, PVP K-60, and PVP K-90.

(分散剤の分子量)
本発明に用いる分散剤の分子量は特に限定されないが、好ましくは高分子であり、重量平均分子量は1,000〜2,000,000が好ましく、さらに好ましくは3,000〜1,000,000である。界面活性剤等の分子量が小さい分散剤も使用できるが、導電性材料に対する吸着率が低いため電極形成用組成物の粘度上昇を引き起こしてしまう場合がある。分子量が大きすぎると、粘度上昇を引き起こしてしまう場合がある。重量平均分子量(Mw)とは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)におけるポリスチレン換算分子量を示す。
(Molecular weight of dispersant)
The molecular weight of the dispersant used in the present invention is not particularly limited, but is preferably a polymer, and the weight average molecular weight is preferably 1,000 to 2,000,000, more preferably 3,000 to 1,000,000. is there. A dispersant having a small molecular weight such as a surfactant can also be used, but the adsorption rate to the conductive material is low, which may cause an increase in the viscosity of the electrode-forming composition. If the molecular weight is too large, it may cause an increase in viscosity. The weight average molecular weight (Mw) indicates a polystyrene-equivalent molecular weight in gel permeation chromatography (GPC).

<溶剤>
本発明に使用する溶剤としては、特に限定せず使用することができる。必要に応じて、例えば、分散性や支持体への塗工性向上のために、複数の溶剤種を混ぜて使用しても良い。溶剤としては、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、アミノアルコール類、アミン類、ケトン類、カルボン酸アミド類、リン酸アミド類、スルホキシド類、カルボン酸エステル類、リン酸エステル類、エーテル類、ニトリル類、水等が挙げられる。中でも水や、炭素数が4以下のアルコール系溶剤が好ましい。
<Solvent>
The solvent used in the present invention is not particularly limited and can be used. If necessary, for example, a plurality of solvent types may be mixed and used in order to improve dispersibility and coatability on the support. Solvents include alcohols, glycols, cellosolves, aminoalcohols, amines, ketones, carboxylic acid amides, phosphate amides, sulfoxides, carboxylic acid esters, phosphate esters, ethers, and nitriles. Kind, water, etc. Of these, water and an alcohol solvent having 4 or less carbon atoms are preferable.

<そのほかの添加剤>
更に、合材インキには、増粘剤、分散剤、成膜助剤、消泡剤、レベリング剤、防腐剤、pH調整剤などを必要に応じて配合できる。
増粘剤は特に限定されるものではないが、例えば、界面活性剤などの低分子化合物、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアリルアミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、フッ素樹脂、カルボキシメチルセルロース等の多糖類の樹脂を含む高分子化合物が挙げられる。これらは、1種または複数を組み合わせて使用することも出来る。
<Other additives>
Further, a thickener, a dispersant, a film forming aid, a defoaming agent, a leveling agent, a preservative, a pH adjuster and the like can be added to the mixture ink as needed.
The thickener is not particularly limited, but for example, a low molecular weight compound such as a surfactant, an acrylic resin, a polyurethane resin, a polyester resin, a polyamide resin, a polyimide resin, a polyallylamine resin, a phenol resin, an epoxy resin, or a phenoxy. Examples thereof include polymer compounds containing polysaccharide resins such as resins, urea resins, melamine resins, alkyd resins, formaldehyde resins, fluororesins, and carboxymethyl cellulose. These may be used alone or in combination of two or more.

<合材インキの調整方法>
合材インキの調製方法に特に制限は無い。調製は、各成分を同時に分散しても良いし、導電材及び/または酸素還元触媒を水溶性樹脂と共に水性液状媒体中に分散後、バインダー樹脂を添加してもよく、使用する導電材及び/または酸素還元触媒、バインダー、分散剤、シリコーンにより最適化することができる。但し、触媒ペースト組成物を先に作製し、バインダー樹脂を後添加して合材インキを作製すると、分散時間の短縮などコストダウンに大きく貢献することができる。また、シリコーンをバインダーとして用いる場合は、触媒ペースト組成物を先に作製し、シリコーンを後添加して合材インキを作製することが好ましい。シリコーンオイルを用いる場合は、触媒ペースト組成物中に混合しても良いし、触媒ペースト組成物を先に作製し、後添加して合材インキを作製しても良い。
本発明の合材インキの固形分100質量%中、導電材及び/または酸素還元触媒は、65〜98質量%、好ましくは65〜95質量%、さらに好ましくは70〜90質量%である。
また、合材インキの固形分100質量%中、シリコーンは、1〜20質量%、好ましくは5〜20質量%、さらに好ましくは10〜20質量%である。合材インキ中にシリコーンを含むことで触媒層における酸素供給が向上し、浸水時においても良好な発電性能が得られる。
バインダー樹脂を含む場合、合材インキの固形分100質量%中、1〜35質量%、好ましくは5〜30質量%、さらに好ましくは5〜25質量%含むことで、良好な発電性能が得られる。
<Adjustment method of mixture ink>
There are no particular restrictions on the method of preparing the mixture ink. In the preparation, each component may be dispersed at the same time, or the conductive material and / or the oxygen reduction catalyst may be dispersed in an aqueous liquid medium together with the water-soluble resin, and then the binder resin may be added. Alternatively, it can be optimized with an oxygen reduction catalyst, a binder, a dispersant, and a silicone. However, if the catalyst paste composition is prepared first and the binder resin is added afterwards to prepare the mixture ink, it is possible to greatly contribute to cost reduction such as shortening the dispersion time. When silicone is used as a binder, it is preferable to prepare the catalyst paste composition first and then add silicone to prepare the mixture ink. When silicone oil is used, it may be mixed in the catalyst paste composition, or the catalyst paste composition may be prepared first and then added to prepare a mixture ink.
The conductive material and / or the oxygen reduction catalyst is 65 to 98% by mass, preferably 65 to 95% by mass, and more preferably 70 to 90% by mass in the solid content of the mixture ink of the present invention.
Further, in the solid content of the mixture ink of 100% by mass, the silicone is 1 to 20% by mass, preferably 5 to 20% by mass, and more preferably 10 to 20% by mass. By including silicone in the mixture ink, the oxygen supply in the catalyst layer is improved, and good power generation performance can be obtained even when flooded.
When the binder resin is contained, good power generation performance can be obtained by containing 1 to 35% by mass, preferably 5 to 30% by mass, and more preferably 5 to 25% by mass in the solid content of the mixture ink. ..

<分散機・混合機>
合材インキを得る際に用いられる装置としては、顔料分散等に通常用いられている分散機、混合機が使用できる。
例えば、ディスパー、ホモミキサー、若しくはプラネタリーミキサー等のミキサー類;エム・テクニック社製「クレアミックス」、若しくはPRIMIX社「フィルミックス」等のホモジナイザー類;ペイントコンディショナー(レッドデビル社製)、ボールミル、サンドミル(シンマルエンタープライゼス社製「ダイノミル」等)、アトライター、パールミル(アイリッヒ社製「DCPミル」等)、若しくはコボールミル等のメディア型分散機;湿式ジェットミル(ジーナス社製「ジーナスPY」、スギノマシン社製「スターバースト」、ナノマイザー社製「ナノマイザー」等)、エム・テクニック社製「クレアSS−5」、若しくは奈良機械社製「MICROS」等のメディアレス分散機;または、その他ロールミル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、分散機としては、分散機からの金属混入防止処理を施したものを用いることが好ましい。
<Disperser / Mixer>
As an apparatus used for obtaining a mixture ink, a disperser or a mixer usually used for pigment dispersion or the like can be used.
For example, mixers such as disper, homomixer, or planetary mixer; homogenizers such as "Clearmix" manufactured by M-Technique or "Philmix" manufactured by PRIMIX; paint conditioner (manufactured by Red Devil), ball mill, sand mill. (Symmal Enterprises "Dyno Mill" etc.), Atwriter, Pearl Mill (Eirich "DCP Mill" etc.), or media type disperser such as Coball Mill; Wet Jet Mill (Genus "Genus PY", Sugino) Medialess dispersers such as Machine's "Starburst", Nanomizer's "Nanomizer"), M-Technique's "Claire SS-5", or Nara Machinery's "MICROS"; or other roll mills, etc. However, it is not limited to these. Further, as the disperser, it is preferable to use a disperser that has been subjected to metal contamination prevention treatment from the disperser.

例えば、メディア型分散機を使用する場合は、アジテーター及びベッセルがセラミック製又は樹脂製の分散機を使用する方法や、金属製アジテーター及びベッセル表面をタングステンカーバイド溶射や樹脂コーティング等の処理をした分散機を用いることが好ましい。そして、メディアとしては、ガラスビーズ、または、ジルコニアビーズ、若しくはアルミナビーズ等のセラミックビーズを用いることが好ましい。また、ロールミルを使用する場合についても、セラミック製ロールを用いることが好ましい。分散装置は、1種のみを使用しても良いし、複数種の装置を組み合わせて使用しても良い。また、強い衝撃で触媒担持炭素材料が割れやすいあるいは潰れやすい場合は、メディア型分散機よりは、ロールミルやホモジナイザー等のメディアレス分散機が好ましい。 For example, when using a media type disperser, a method in which the agitator and the vessel use a disperser made of ceramic or resin, or a disperser in which the surface of the metal agitator and the vessel is treated with tungsten carbide spraying or resin coating. Is preferably used. As the medium, it is preferable to use glass beads, zirconia beads, or ceramic beads such as alumina beads. Also, when using a roll mill, it is preferable to use a ceramic roll. Only one type of dispersion device may be used, or a plurality of types of devices may be used in combination. When the catalyst-supported carbon material is easily cracked or crushed by a strong impact, a medialess disperser such as a roll mill or a homogenizer is preferable to a media type disperser.

<微生物燃料電池用電極>
本発明で使用する電極の構成としては、特に限定されるものではない。例示すると、基材に後述する撥水処理を施し、その後、本発明の合材インキを片面に塗工し触媒層を形成するものが挙げられる。
<Electrodes for microbial fuel cells>
The configuration of the electrode used in the present invention is not particularly limited. For example, a base material may be subjected to a water-repellent treatment described later, and then the mixture ink of the present invention may be applied to one side to form a catalyst layer.

<基材>
本発明の微生物燃料電池用電極(以下、電極ともいう)は、基材と、前記電極形成用組成物から形成してなる層とを含んでなる。前記基材としては、導電性基材と非導電性基材がある。
<Base material>
The electrode for a microbial fuel cell of the present invention (hereinafter, also referred to as an electrode) includes a base material and a layer formed from the electrode-forming composition. The base material includes a conductive base material and a non-conductive base material.

<導電性基材>
本発明の電極で使用する導電性基材としては、耐腐食性、電気伝導性に優れ、表面積が大きく、反応物及び生成物の拡散に優れるものが良く、材質や形状は特に限定されない。例えばグラファイトペーパー、グラファイトクロス及びグラファイトフェルト等のカーボン材料の他、ステンレスメッシュや白金メッシュ等の金属材料を用いることができるが、この限りではない。電極に用いる導電性基材には、予め撥水処理しても良い。例えば、PTFEの分散液をカソードに含浸させ、乾燥後400℃前後で加熱することで撥水性が発現する。また、PTFE分散液には導電材を分散させても良い。なお、撥水処理はこれらに限定されるものではない。
<Conductive substrate>
The conductive base material used in the electrode of the present invention preferably has excellent corrosion resistance and electrical conductivity, a large surface area, and excellent diffusion of reactants and products, and the material and shape are not particularly limited. For example, in addition to carbon materials such as graphite paper, graphite cloth and graphite felt, metal materials such as stainless mesh and platinum mesh can be used, but the present invention is not limited to this. The conductive base material used for the electrode may be water-repellent in advance. For example, the cathode is impregnated with a dispersion of PTFE, dried, and then heated at around 400 ° C. to develop water repellency. Further, the conductive material may be dispersed in the PTFE dispersion liquid. The water repellent treatment is not limited to these.

<非導電性基材>
微生物燃料電池電極形成用組成物から形成してなる層が、十分導電性を有する場合は、電極で使用する基材は、非導電性であってもよい。本発明の電極に使用できる非導電性基材として、紙類、布類、樹脂性フィルム等が挙げられる。耐久性の観点から、特に樹脂製フィルム及び布類が好ましい。
<Non-conductive base material>
When the layer formed from the composition for forming a microbial fuel cell electrode has sufficient conductivity, the base material used for the electrode may be non-conductive. Examples of the non-conductive base material that can be used for the electrode of the present invention include papers, cloths, resin films, and the like. From the viewpoint of durability, resin films and cloths are particularly preferable.

<合材インキの塗工方法>
本発明の合材インキを塗布する方法は、特に制限はなく公知の方法を用いることができる。例示すると、グラビアコーティング法、スプレーコーティング法、スクリーン印刷法、ディップコーティング法、ダイコーティング法、ロールコーティング法、ドクターコーティング法、ナイフコーティング法、スクリーン印刷法または静電塗装法等を挙げることができ、乾燥方法としては放置乾燥、送風乾燥機、温風乾燥機、赤外線加熱機、遠赤外線加熱機等が使用できるが、特にこれらに限定されるものではない。
<Coating method of mixture ink>
The method for applying the mixture ink of the present invention is not particularly limited, and a known method can be used. Examples include a gravure coating method, a spray coating method, a screen printing method, a dip coating method, a die coating method, a roll coating method, a doctor coating method, a knife coating method, a screen printing method or an electrostatic coating method. As the drying method, a stand-alone drying, a blower dryer, a warm air dryer, an infrared heater, a far infrared heater and the like can be used, but the drying method is not particularly limited thereto.

<微生物燃料電池>
微生物燃料電池は微生物が有機物を分解する代謝活動から生成される電子を回収しつつ有機物の分解を促進させる電池である。アノードには電子供与微生物が保持されており、有機排水や土壌等に含まれる有機物を利用して代謝を行い、電子及びプロトンを発生させる。カソードでは発生した電子及びプロトンを利用し酸素還元反応が行われ、発電する。
構成としては、電子供与微生物が保持されたアノードとなる導電性支持体と、燃料電池用触媒材料を塗布したカソードとなる導電性支持体を、電解液として有機廃水等を含む電解槽に隔壁を設けず差し込んだ一槽型構成や、固体高分子形燃料電池のように、固体高分子膜を利用して、アノード槽とカソード槽を隔てた二槽型構成でもよい。更に、面で囲われた電解槽だけでなく、水田や湖沼、河川、海のように囲われていない環境でもよい。例えば、電解液を保持する電解槽内部と酸素を含む大気等の電解槽外部を隔てる液面、側面、底面にカソードが設置される形態や、外気を取り入れることができるカセット型の電極を液中に浸漬する等の形態が考えられる。このとき、カソードの触媒層が電解液と接し、その裏面が酸素を含む大気等と接するように設置される。これにより、電解槽外部から酸素を含む大気等が直接カソードへ流入し、電解液に接したカソード中の触媒上で反応が生起する。
<Microbial fuel cell>
A microbial fuel cell is a battery that promotes the decomposition of organic matter while recovering electrons generated from the metabolic activity in which microorganisms decompose organic matter. Electron-donating microorganisms are retained in the anode, and metabolism is performed using organic substances contained in organic wastewater and soil to generate electrons and protons. At the cathode, the generated electrons and protons are used to perform an oxygen reduction reaction to generate electricity.
The configuration consists of a conductive support that serves as an anode in which electron donating microorganisms are retained and a conductive support that serves as a cathode coated with a catalyst material for fuel cells, and a partition wall in an electrolytic cell containing organic waste water or the like as an electrolytic solution. It may be a one-tank type configuration in which the fuel cell is inserted without being provided, or a two-tank type configuration in which the anode tank and the cathode tank are separated by using a solid polymer membrane, such as a solid polymer fuel cell. Further, not only the electrolytic cell surrounded by a surface but also an unenclosed environment such as a paddy field, a lake, a river, or the sea may be used. For example, a cathode is installed on the liquid surface, side surface, and bottom surface that separates the inside of the electrolytic cell that holds the electrolytic solution from the outside of the electrolytic cell such as the atmosphere containing oxygen, or a cassette type electrode that can take in outside air is placed in the liquid. A form such as immersing in is conceivable. At this time, the catalyst layer of the cathode is in contact with the electrolytic solution, and the back surface thereof is installed so as to be in contact with the atmosphere containing oxygen. As a result, the atmosphere containing oxygen directly flows into the cathode from the outside of the electrolytic cell, and a reaction occurs on the catalyst in the cathode in contact with the electrolytic solution.

微生物燃料電池に用いる電解液は、プロトン伝導性を有し、微生物によって酸化分解される基質を含有する。基質は、電子を供与する微生物が代謝可能な物質であれば、特に限定されるものではない。例えば、糖類やタンパク質、脂質などの有機物の他、アンモニアなどの無機物などが挙げられ、それらを1種類以上含有してもよい。したがって、電解液は前記条件を満たす生活廃水、産業廃水等を用いることができる。また、電解液の代わりにプロトン等のイオン電導性を有する固体培地でもよい。例えば市販の土や、池などの低土や底泥、樹脂シートなどが挙げられるが、特に限定されるものではない。また、微生物とアノードとの間で電子伝達を担うメディエーターを導入してもよく、メチレンブルーやニュートラルレッドなどが例示できる。 The electrolyte used in a microbial fuel cell has proton conductivity and contains a substrate that is oxidatively decomposed by microorganisms. The substrate is not particularly limited as long as it is a substance that can be metabolized by the microorganism that donates electrons. For example, in addition to organic substances such as sugars, proteins and lipids, inorganic substances such as ammonia may be mentioned, and one or more of them may be contained. Therefore, as the electrolytic solution, domestic wastewater, industrial wastewater, etc. that satisfy the above conditions can be used. Further, instead of the electrolytic solution, a solid medium having ionic conductivity such as proton may be used. Examples thereof include commercially available soil, low soil such as ponds, bottom mud, and resin sheets, but the present invention is not particularly limited. Further, a mediator responsible for electron transfer between the microorganism and the anode may be introduced, and examples thereof include methylene blue and neutral red.

微生物燃料電池における電子を供与する微生物は、前記基質を酸化分解し電子を生成するアノード反応を生起するものであれば、単一種でも複数種であってもよい。また、微生物は電解槽内を浮遊あるいはアノード上へ固定化することで電解槽内に保持する。微生物種は特に限定されないが、Shewanella属やGeobacter属に属するものが例示できる。 The microorganism that donates electrons in the microbial fuel cell may be a single type or a plurality of types as long as it causes an anodic reaction that oxidatively decomposes the substrate to generate electrons. In addition, microorganisms are retained in the electrolytic cell by floating in the electrolytic cell or immobilizing on the anode. The microbial species are not particularly limited, but those belonging to the genus Shewanella and the genus Geobacter can be exemplified.

以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、以下の実施例は本発明の権利範囲を何ら制限するものではない。尚、実施例および比較例における「部」は「質量部」を、「%」は「質量%」を表す。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the following Examples do not limit the scope of rights of the present invention at all. In the examples and comparative examples, "parts" represents "parts by mass" and "%" represents "% by mass".

<酸素還元触媒、炭素触媒>
[製造例1]
ケッチェンブラック(ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製)と鉄フタロシアニン(山陽色素社製)を、質量比1/0.5で秤量し、粒子複合化装置メカノフュージョン(ホソカワミクロン社製)にて乾式混合し、混合物を得た。上記混合物を、アルミナ製るつぼに充填し、電気炉にて窒素雰囲気下、800℃で2時間熱処理を行い、酸素還元触媒を得た。
<Oxygen reduction catalyst, carbon catalyst>
[Manufacturing Example 1]
Ketchen Black (manufactured by Lion Specialty Chemicals Co., Ltd.) and iron phthalocyanine (manufactured by Sanyo Dye Co., Ltd.) are weighed at a mass ratio of 1 / 0.5 and dry-mixed with a particle compounding device Mechanofusion (manufactured by Hosokawa Micron). , A mixture was obtained. The above mixture was filled in an alumina crucible and heat-treated in an electric furnace at 800 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere to obtain an oxygen reduction catalyst.

<合材インキの調整>
[合材インキ組成1]
触媒として製造例1の酸素還元触媒を5.6部、溶剤として水と1−プロパノールの1:1混合溶液85.2部をミキサーに入れて混合し、更にサンドミルに入れて分散した。その後、ポリジメチルシロキサン,trimethylsiloxy terminated, M.W.14000(Alfa Aesar社製)0.8部とエマルション型アクリル樹脂分散溶液であるW−168(トーヨーケム社製)3.2部(固形分50%)を加えディスパーで混合し、合材インキを得た。
<Adjustment of mixture ink>
[Mixed material ink composition 1]
As a catalyst, 5.6 parts of the oxygen reduction catalyst of Production Example 1 and 85.2 parts of a 1: 1 mixed solution of water and 1-propanol as a solvent were put into a mixer and mixed, and further put into a sand mill to disperse. Then, polydimethylsiloxane, trimethylsiloxy terminated, M. et al. W. Add 0.8 parts of 14000 (manufactured by Alfa Aesar) and 3.2 parts (manufactured by Toyochem) of emulsion type acrylic resin dispersion solution W-168 (manufactured by Toyochem) and mix with a disper to obtain a mixture ink. It was.

[合材インキ組成2〜11]
表1に示す触媒、導電材、シリコーン、バインダー、分散剤、溶剤を用いて、合材インキ組成1と同様の方法で合材インキを作製し、2〜11の合材インキを得た。合材インキにおける各固形分の含有量は表1に質量%で示した。
[Mixed material ink composition 2-11]
Using the catalyst, conductive material, silicone, binder, dispersant, and solvent shown in Table 1, a mixture ink was prepared in the same manner as in the mixture ink composition 1, and the mixture inks 2 to 11 were obtained. The content of each solid content in the mixture ink is shown in Table 1 in mass%.

Figure 2021099977
Figure 2021099977

表1に記載の材料を下記に示す。
(導電材)
・A−1:粉末活性炭(フタムラ化学社製)
・A―2:MA14(三菱化学社製)
(酸素還元触媒)
・A−3:TEC10E50E(田中貴金属工業社製)
・A−4:製造例1の炭素触媒
(シリコーン)
・B−1:ポリジメチルシロキサン,trimethylsiloxy terminated, M.W.14000(Alfa Aesar社製)
・B−2:ポリジメチルシロキサン,trimethylsiloxy terminated, M.W.1250(Alfa Aesar社製)
・B−3:ポリジメチルシロキサン,trimethylsiloxy terminated, M.W.117000(Alfa Aesar社製)
・B―4:KR―5206(信越化学社製)
(バインダー)
・C−1:エマルション型アクリル樹脂分散溶液 W-168(トーヨーケム社製)
・C―2:バイロン200(東洋紡社製、ポリエステル樹脂)
(分散剤)
・CMCダイセル#1240(ダイセルファインケム社製)
The materials listed in Table 1 are shown below.
(Conductive material)
・ A-1: Powdered activated carbon (manufactured by Futamura Chemical Co., Ltd.)
・ A-2: MA14 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
(Oxygen reduction catalyst)
・ A-3: TEC10E50E (manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.)
-A-4: Carbon catalyst (silicone) of Production Example 1
B-1: Polydimethylsiloxane, trimethylsiloxy terminated, M. et al. W. 14000 (manufactured by Alfa Aesar)
B-2: Polydimethylsiloxane, trimethylsiloxy terminated, M. et al. W. 1250 (manufactured by Alfa Aesar)
B-3: Polydimethylsiloxane, trimethylsiloxy terminated, M. et al. W. 117,000 (manufactured by Alfa Aesar)
・ B-4: KR-5206 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)
(binder)
-C-1: Emulsion type acrylic resin dispersion solution W-168 (manufactured by Toyochem Co., Ltd.)
・ C-2: Byron 200 (manufactured by Toyobo Co., Ltd., polyester resin)
(Dispersant)
・ CMC Daicel # 1240 (manufactured by Daicel FineChem)

<燃料電池用電極の作製>
[実施例1]
隙間が380μmとなるようアプリケータをセットし、カーボンペーパーに表1の合材インキ1を塗工した。塗工後110℃にて乾燥し、電極を得た。
<Manufacturing electrodes for fuel cells>
[Example 1]
The applicator was set so that the gap was 380 μm, and the mixture ink 1 shown in Table 1 was applied to the carbon paper. After coating, it was dried at 110 ° C. to obtain an electrode.

[実施例2〜9、比較例1]
表1に示す2〜9、11の合材インキを用いて、前記燃料電池用電極と同様の方法で、それぞれ燃料電池用電極を作製した。
[Examples 2 to 9, Comparative Example 1]
Using the mixture inks 2 to 9 and 11 shown in Table 1, fuel cell electrodes were produced in the same manner as the fuel cell electrodes.

[実施例10]
表1に示す10の合材インキを用いて、前記燃料電池用電極と同様の方法で、それぞれ燃料電池用電極を作製した。導電材及びまたは酸素還元触媒(A)は、MA14(三菱化学社製)と製造例1の炭素触媒を質量比で等量となるように混合したものを用いた。
[Example 10]
Using the 10 mixture inks shown in Table 1, fuel cell electrodes were produced in the same manner as the fuel cell electrodes. As the conductive material and / or the oxygen reduction catalyst (A), a mixture of MA14 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and the carbon catalyst of Production Example 1 in equal mass ratios was used.

[比較例2]
隙間が200μmとなるようアプリケータをセットし、カーボンペーパーに撥水層としてシリコーンオイルであるポリジメチルシロキサン,trimethylsiloxy terminated, M.W.14000(Alfa Aesar社製)と1-プロパノールを質量比1/9で混合した溶液を塗工した。塗工後110℃にて乾燥した後、塗工面と反対の面に合材インキ11を塗工し、110℃で乾燥し、電極を得た。
[Comparative Example 2]
An applicator was set so that the gap was 200 μm, and polydimethylsiloxane, which is a silicone oil, was used as a water-repellent layer on carbon paper. W. A solution prepared by mixing 14000 (manufactured by Alfa Aesar) and 1-propanol at a mass ratio of 1/9 was applied. After coating, the mixture was dried at 110 ° C., the mixture ink 11 was applied to the surface opposite to the coated surface, and the mixture was dried at 110 ° C. to obtain an electrode.

<燃料電池>
本発明の燃料電池による評価は、一槽型構成で実施した。
30mLの容量を持つ電解槽内で、対極として白金電極、参照極としてAg/AgCl電極、作用極として実施例1〜17および比較例1〜8の電極を電解槽側面に設置した。電解液は0.1Mに調整したリン酸緩衝整理食塩水を用いた。
<Fuel cell>
The evaluation using the fuel cell of the present invention was carried out in a one-tank configuration.
In an electrolytic cell having a capacity of 30 mL, a platinum electrode as a counter electrode, an Ag / AgCl electrode as a reference electrode, and electrodes of Examples 1 to 17 and Comparative Examples 1 to 8 as working electrodes were installed on the side surface of the electrolytic cell. As the electrolytic solution, a phosphate buffered saline solution adjusted to 0.1 M was used.

(浸水前後の発電試験)
ポテンショ・ガルバノスタット(VersaSTAT3、Princeton Applied Research社製)を用いて、室温下で電流−電圧測定を行い、評価した。
その後、作成した燃料電池用電極をK2HPO4/KH2PO4(pH7.0)の緩衝溶液中に96時間浸漬させ、浸漬後の燃料電池用電極を用いて再度室温下で電流−電圧測定を行い、評価した。
発電特性として、K2HPO4/KH2PO4(pH7.0)の緩衝溶液中に浸漬した後の電極単位面積当たりの発電量に対する浸漬する前の電極単位面積当たりの発電量の百分率(%)を求めた。
下記に判断基準を示す。
◎:維持率 95%以上(極めて良好)
〇:維持率 90%以上95%未満(良好)
〇△:維持率 80%以上90%未満(実用上問題なし)
△:維持率 60%以上80%未満(不良)
×:維持率 60%未満(極めて不良)
(Power generation test before and after flooding)
A potentio galvanostat (VersaSTAT3, manufactured by Princeton Applied Research) was used to perform current-voltage measurements at room temperature for evaluation.
Then, the prepared fuel cell electrode was immersed in a buffer solution of K 2 HPO 4 / KH 2 PO 4 (pH 7.0) for 96 hours, and the current-voltage was again at room temperature using the immersion fuel cell electrode. Measurements were made and evaluated.
As a power generation characteristic, a percentage (%) of the power generation amount per electrode unit area before immersion with respect to the power generation amount per electrode unit area after immersion in a buffer solution of K 2 HPO 4 / KH 2 PO 4 (pH 7.0). ) Was asked.
The judgment criteria are shown below.
⊚: Maintenance rate 95% or more (extremely good)
〇: Maintenance rate 90% or more and less than 95% (good)
〇 △: Maintenance rate 80% or more and less than 90% (no problem in practical use)
Δ: Maintenance rate 60% or more and less than 80% (defective)
×: Maintenance rate less than 60% (extremely defective)

Figure 2021099977
Figure 2021099977

表2に示す結果から、シリコーンを含有するものは浸水前後において良好な発電性能を示した。シリコーンを含まない比較例1では耐浸水性を維持できず、触媒層が浸水し発電性能が低下した。また、触媒層と撥水層を併用した比較例2においても触媒層自体の浸水は防げないため、発電性能は低下した。
前述した配合の燃料電池電極形成用組成物を用いることで、発電特性を維持したまま高価な材料や周辺部材の使用量を減らし、安価で高性能な電極形成用組成物を作製できた。
From the results shown in Table 2, those containing silicone showed good power generation performance before and after flooding. In Comparative Example 1 containing no silicone, the water immersion resistance could not be maintained, the catalyst layer was flooded, and the power generation performance was deteriorated. Further, even in Comparative Example 2 in which the catalyst layer and the water-repellent layer are used in combination, the catalyst layer itself cannot be prevented from being flooded, so that the power generation performance is deteriorated.
By using the fuel cell electrode forming composition having the above-mentioned composition, it was possible to reduce the amount of expensive materials and peripheral members used while maintaining the power generation characteristics, and to produce an inexpensive and high-performance electrode forming composition.

(微生物燃料電池による耐久性評価)
30mLの容量を持つ電解槽内で、電子供与微生物として、Shewanella oneidenis MR−1(単一培養、105cells/mL)と水田土壌の混合液を30℃で3日間嫌気的に培養した後、電解質溶液としてK2HPO4/KH2PO4(pH7.0)の緩衝溶液を使用し、栄養基質としてグルコースを含む生活廃水を2.0gCOD/L/日(COD:化学的酸素要求量)を連続的に流入させた。負極の導電性支持体として、カーボンクロスを、正極としては実施例1のインキ組成物をカーボンペーパー基材(TGP−H−090)に塗布し、大気雰囲気中95℃、60分間乾燥した電極をそれぞれ電解槽へ挿入した。
作製した微生物燃料電池デバイスの電圧をテスターで1ヵ月間測定し、1週間後の電圧を100%とした時の1ヵ月後の出力維持率を評価したところ、90%以上の維持率を示した。
上記と同様の方法で、正極として比較例1のインキ組成物を用いて測定を行ったところ、80%の維持率に低下しており、浸水前後の発電試験と同様の傾向が見られた。
(Durability evaluation by microbial fuel cell)
After anaerobically culturing a mixed solution of Shewanella oneidenis MR-1 (single culture, 15 cells / mL) and paddy soil as an electron donating microorganism in an electrolytic cell having a capacity of 30 mL at 30 ° C. for 3 days, A buffer solution of K 2 HPO 4 / KH 2 PO 4 (pH 7.0) was used as the electrolyte solution, and 2.0 g COD / L / day (COD: chemical oxygen demand) of domestic wastewater containing glucose as a nutritional substrate was applied. Inflowed continuously. A carbon cloth was applied as the conductive support of the negative electrode, and the ink composition of Example 1 was applied to the carbon paper base material (TGP-H-090) as the positive electrode, and the electrode was dried in an air atmosphere at 95 ° C. for 60 minutes. Each was inserted into an electrolytic cell.
When the voltage of the prepared microbial fuel cell device was measured with a tester for one month and the output retention rate after one month was evaluated when the voltage after one week was set to 100%, the maintenance rate was 90% or more. ..
When the measurement was carried out using the ink composition of Comparative Example 1 as the positive electrode by the same method as described above, the maintenance rate was reduced to 80%, and the same tendency as in the power generation test before and after flooding was observed.

Claims (10)

導電材及び/または酸素還元触媒とシリコーンとを含有する微生物燃料電池電極形成用組成物。 A composition for forming a microbial fuel cell electrode containing a conductive material and / or an oxygen reduction catalyst and silicone. シリコーンが、シリコーンオイルである請求項1記載の微生物燃料電池電極形成用組成物。 The composition for forming a microbial fuel cell electrode according to claim 1, wherein the silicone is a silicone oil. シリコーンが、ポリジメチルシロキサンである請求項1または2記載の微生物燃料電池電極形成用組成物。 The composition for forming a microbial fuel cell electrode according to claim 1 or 2, wherein the silicone is polydimethylsiloxane. さらに、バインダー樹脂を含有する請求項1〜3いずれか記載の微生物燃料電池電極形成用組成物。 The composition for forming a microbial fuel cell electrode according to any one of claims 1 to 3, further comprising a binder resin. バインダー樹脂が、水性樹脂微粒子を含む請求項4記載の微生物燃料電池電極形成用組成物。 The composition for forming a microbial fuel cell electrode according to claim 4, wherein the binder resin contains aqueous resin fine particles. さらに、分散剤を含む請求項1〜5いずれか記載の微生物燃料電池電極形成用組成物。 The composition for forming a microbial fuel cell electrode according to any one of claims 1 to 5, further comprising a dispersant. 酸素還元触媒が、貴金属触媒、卑金属酸化物触媒、および炭素触媒からなる群より選ばれる一つ以上である請求項1〜6いずれか記載の微生物燃料電池電極形成用組成物。 The composition for forming a microbial fuel cell electrode according to any one of claims 1 to 6, wherein the oxygen reduction catalyst is one or more selected from the group consisting of a noble metal catalyst, a base metal oxide catalyst, and a carbon catalyst. さらに、溶剤を含有する請求項1〜7いずれか記載の微生物燃料電池電極形成用組成物。 The composition for forming a microbial fuel cell electrode according to any one of claims 1 to 7, further comprising a solvent. 基材と、請求項1〜8いずれか記載の微生物燃料電池電極形成用組成物から形成してなる層とを含んでなる微生物燃料電池用電極。 An electrode for a microbial fuel cell comprising a base material and a layer formed from the composition for forming a microbial fuel cell electrode according to any one of claims 1 to 8. 請求項9記載の微生物燃料電池用電極を備えてなることを特徴とする微生物燃料電池。 A microbial fuel cell comprising the electrode for the microbial fuel cell according to claim 9.
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