JP4747492B2 - Battery and power generation method - Google Patents

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Description

本発明は、電池及び該電池を用いた発電方法に関し、特に、酸性媒体とそれに接した塩基性媒体(バイポーラー型反応場)を利用した電池及び発電方法に関する。   The present invention relates to a battery and a power generation method using the battery, and more particularly to a battery and a power generation method using an acidic medium and a basic medium (bipolar reaction field) in contact with the acidic medium.

電池は、物質が持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置である。また、その化学エネルギーを使い切るまで電力を提供する一次電池、使い切った後に充電操作によって化学エネルギーを再び蓄えて再使用が可能な二次電池、更に、外部から化学エネルギーを有する物質を継続的に供給することで電気エネルギーを得る燃料電池に分類できる。現在、多種類の電池が開発されているが、各電池はそれぞれ、環境安全性、経済性、供給できる電気エネルギー量、携帯性や貯蔵性、使用環境対応性、リサイクル性等の各項目について長所と短所が異なるので、使用目的に合わせて電池が選択され、実用に供されている。いずれの電池においても共通の重要な技術要素は、どのような化学物質の反応を利用するのか、その反応をどのようにして促進するのか、また、その化学物質をどのような形態で貯蔵・供給・回収するのかという点にある。   A battery is a device that directly converts chemical energy of a substance into electrical energy. In addition, a primary battery that provides power until the chemical energy is used up, a secondary battery that can be reused by storing the chemical energy again after charging, and a substance with chemical energy from the outside is continuously supplied. By doing so, it can be classified as a fuel cell that obtains electric energy. Currently, many types of batteries are being developed, but each battery has its advantages in terms of environmental safety, economy, amount of electric energy that can be supplied, portability and storage, environmental compatibility, and recyclability. Therefore, the batteries are selected according to the purpose of use and put into practical use. The important technical elements common to all batteries are what kind of chemical reaction is used, how the reaction is promoted, and how the chemical is stored and supplied.・ It is in the point of collecting.

電池では、還元反応(相手に電子を与えるか、若しくは酸素を引き抜く)を引き起こす還元剤と、酸化反応(相手から電子を引き抜くか、若しくは酸素を与える)を引き起こす酸化剤と、の2種の化学物質を使用する。その化学反応を、相対する2つの電極で別々に引き起こすことによって、発生した電子のエネルギーを外部に取り出す(電子の発生に伴って両極で生成したイオンは電池内部で中和される)。それらの反応効率は、使用する化学物質の種類と反応様式、電極材質や活性度、また、電解質を含めた反応場の環境に依存する。更に、どのような物質を選択して電池を構成するかは、前述した使用時のみならず、製造時・廃棄時も含めた電池システム全体の良否に関わるポイントである。   In a battery, there are two types of chemistry: a reducing agent that causes a reduction reaction (provides electrons or pulls out oxygen) and an oxidizing agent that triggers an oxidation reaction (draws electrons from the partner or supplies oxygen). Use substances. By causing the chemical reaction separately at the two electrodes facing each other, the energy of the generated electrons is extracted to the outside (the ions generated at the two electrodes as the electrons are generated are neutralized inside the battery). Their reaction efficiencies depend on the type and reaction mode of chemical substances used, the electrode material and activity, and the environment of the reaction field including the electrolyte. Further, what kind of material is selected to configure the battery is a point related to the quality of the entire battery system including not only the above-described use but also the manufacturing and disposal.

例えば、マンガン系や水銀系の一次電池の場合、経済性や化学物質の貯蔵性に優れるが、使用後に有害性の重金属類を放置すると環境に悪影響を与えてしまうため、厳密な回収が必要になる。また、充電による再利用ができないため、使用後の電池廃棄や再資源化に多くのコストがかかってしまう。
また、例えば、リチウムイオン二次電池は、電気エネルギー量に優れ、また、充電による再利用が可能であるが、リチウムが空気中の水分や酸素に対して非常に不安定な発火物であるため、その危険性を回避するためには電池のパッケージングや使用環境に十分な安全対策を払わねばならない。更に、電池寿命後の回収や再資源化は必須であり、電池の製造から使用・廃棄までの全体コストを引き上げてしまう。この問題は鉛系蓄電池の場合でも同様であるが、製造価格や供給電気エネルギーの観点から、自動車用バッテリー等の用途でのみ大量に使用されているのが現状である。
For example, in the case of a manganese-based or mercury-based primary battery, it is excellent in economic efficiency and storage of chemical substances, but if hazardous heavy metals are left after use, the environment will be adversely affected, so strict recovery is required. Become. In addition, since it cannot be reused by charging, a lot of costs are required for battery disposal and recycling after use.
In addition, for example, a lithium ion secondary battery is excellent in electric energy and can be reused by charging. However, lithium is a very unstable ignitable substance against moisture and oxygen in the air. In order to avoid the danger, sufficient safety measures must be taken for the packaging and usage environment of the battery. Further, collection and recycling after the battery life is indispensable, which raises the entire cost from battery manufacture to use / disposal. This problem is the same in the case of lead-based storage batteries, but from the viewpoint of manufacturing price and supplied electric energy, the present situation is that they are used in large quantities only for applications such as automobile batteries.

一方、燃料電池としては、主に、還元剤(燃料)として水素やメタノール等を、また、酸化剤として酸素や過酸化水素等を用いる電池が知られている。例えば、メタノールを還元剤(燃料)、過酸化水素水溶液を酸化剤とした、所謂、ダイレクトメタノール電池が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
この電池の場合、メタノール及び過酸化水素水溶液が常温常圧下で液体であるため、携帯性や貯蔵性に優位点がある。しかし、反応に伴って地球温暖化の原因物質である二酸化炭素を排出して環境に負荷をかけてしまう本質的な問題がある。また、燃料のメタノールが可燃性であるため、その漏洩は非常に危険である。更に、反応に必要な貴金属反応触媒の使用量が多く高コストであることに加えて、負極側のメタノール燃料が固体電解質膜を通過して正極側へ達してしまい、そのため、反応効率の低下を招くメタノールクロスオーバーという問題等も残っている。
On the other hand, as a fuel cell, a battery using hydrogen, methanol or the like as a reducing agent (fuel) and oxygen, hydrogen peroxide or the like as an oxidizing agent is mainly known. For example, a so-called direct methanol battery using methanol as a reducing agent (fuel) and an aqueous hydrogen peroxide solution as an oxidizing agent has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
In the case of this battery, methanol and hydrogen peroxide aqueous solution are liquids at room temperature and normal pressure, so that there is an advantage in portability and storability. However, there is an essential problem that, due to the reaction, carbon dioxide, which is a causative substance of global warming, is discharged and places a burden on the environment. Moreover, since the fuel methanol is flammable, its leakage is very dangerous. Furthermore, in addition to the large amount of precious metal reaction catalyst required for the reaction and high cost, the methanol fuel on the negative electrode side passes through the solid electrolyte membrane and reaches the positive electrode side, which reduces the reaction efficiency. The problem of inviting methanol crossover remains.

また、水素−酸素系の燃料電池は、供給できる電気エネルギー量が多く、かつ、反応生成物が水のみであるため、環境安全性の面で非常に優れている。しかし、燃料の水素が可燃性であるため、その漏洩は非常に危険な状態を招く。
更に、非特許文献2には、水素−酸素系の燃料電池として、アノード(負極)側に強酸性、カソード(正極)側に強塩基性の高分子膜を配するバイポーラ型の構成をとるものが開示されている。また、該非特許文献2は、この燃料電池が、カソードでの律速反応である酸化反応が比較的良好に行なわれる点、電極触媒の選択性が高い点、反応で生成した水が電極に影響を及ぼし難い点、などの長所を有すると述べている。
米国特許6,485,851号公報 Electrochemistry 71,No.5(2003)、313−317
In addition, hydrogen-oxygen-based fuel cells are extremely excellent in terms of environmental safety because they can supply a large amount of electric energy and the reaction product is only water. However, since the hydrogen of the fuel is flammable, its leakage leads to a very dangerous situation.
Furthermore, Non-Patent Document 2 has a bipolar configuration in which a strongly acidic polymer membrane is arranged on the anode (negative electrode) side and a strongly basic polymer membrane is arranged on the cathode (positive electrode) side as a hydrogen-oxygen fuel cell. Is disclosed. Further, Non-Patent Document 2 shows that this fuel cell has a relatively good oxidation rate-determining reaction at the cathode, the selectivity of the electrode catalyst is high, and the water produced by the reaction affects the electrode. It states that it has advantages such as hard to apply.
US Pat. No. 6,485,851 Electrochemistry 71, no. 5 (2003), 313-317

ところで、このバイポーラ型電池では、強酸性高分子膜側の電極で還元反応が生じ、強塩基性の高分子膜側で酸化反応を生ずるが、これらの酸化・還元反応による起電力よりも、電池の中心部における水素イオンH+と水酸化物イオンOH-の中和による電位が起電力の大部分を占める構成となっている。これは、水素イオンH+と水酸化物イオンOH-の中和により生ずる電位が、他のイオンの場合に比べて一般的に高いためである。
このため、このタイプのバイポーラ型電池の起電特性は、酸性と塩基性の高分子膜の境界近辺で発生する水の中和反応に大きく依存する。ところが、水素イオンH+と水酸化物イオンOH-が実際に出会う領域は厳密に高分子膜の境界部にはならず、境界を中心とした広範囲に分散する。また、中和反応に伴い生じた水が、これら水素イオンH+と水酸化物イオンOH-の移動を困難にする。したがって、水素イオンH+と水酸化物イオンOH-の実際に中和する領域が変動するため、このタイプのバイポーラ型電池の起電力は、安定的に起電力を生じさせるのが困難であるという性質を有している。
また、このバイポーラ型電池においては、生成する水が両高分子膜の界面に蓄積して、水の層が形成される恐れがある。この水の層の存在は、両電極で生成された水素イオンH+及び水酸化物イオンOH-の中和反応を抑制してしまい、結果的に、経時による水の層の形成、増加に伴い、電気エネルギーの供給が困難となる性質を有している。
By the way, in this bipolar battery, a reduction reaction occurs at the electrode on the strongly acidic polymer membrane side, and an oxidation reaction occurs on the strongly basic polymer membrane side. The potential due to the neutralization of hydrogen ions H + and hydroxide ions OH at the center of the structure occupies most of the electromotive force. This is because the potential generated by neutralization of hydrogen ions H + and hydroxide ions OH is generally higher than in the case of other ions.
For this reason, the electromotive characteristics of this type of bipolar battery greatly depend on the neutralization reaction of water generated near the boundary between the acidic and basic polymer membranes. However, the region where hydrogen ions H + and hydroxide ions OH actually meet is not strictly a boundary portion of the polymer film, but is dispersed over a wide range centering on the boundary. Further, the water generated by the neutralization reaction makes it difficult to move these hydrogen ions H + and hydroxide ions OH . Therefore, since the region where hydrogen ions H + and hydroxide ions OH are actually neutralized varies, the electromotive force of this type of bipolar battery is difficult to generate an electromotive force stably. It has properties.
Moreover, in this bipolar battery, the water produced may accumulate at the interface between the two polymer membranes, forming a water layer. The presence of this water layer suppresses the neutralization reaction of the hydrogen ions H + and hydroxide ions OH produced at both electrodes, and as a result, the formation and increase of the water layer over time. In addition, it has the property that it becomes difficult to supply electric energy.

そこで、本発明は、バイポーラ型の電池であって、安定に発電することが可能である、新規な構成の電池、及び該電池を用いた発電方法を提供することを目的とする。
また、本発明のいくつかの形態においては、従来電池が抱える多様な問題点、例えば、可燃性・発火性の燃料の使用、二酸化炭素を排出しないこと、貯蔵が簡便であること、構造が簡単であること、などを解決し、多様なニーズに適合した新たな電池を提供することも目的の一部とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a battery having a novel configuration, which is a bipolar battery and can stably generate power, and a power generation method using the battery.
Also, in some embodiments of the present invention, various problems of conventional batteries, such as the use of flammable / ignitable fuel, no carbon dioxide emission, simple storage, and simple structure It is also part of the purpose to provide new batteries that meet various needs.

上記課題は以下の本発明により達成される。
即ち、本発明の電池は、酸性水溶液と、該酸性水溶液中に配置された第1の電極と、前記酸性水溶液と接する塩基性水溶液と、該塩基性水溶液中に配置された第2の電極と、を備え、更に、前記酸性水溶液と前記塩基性水溶液とがその内部で層流を形成する流路構造を備え、
前記酸性水溶液中に、前記酸性水溶液中に含まれる水素イオンを伴って前記第1の電極から電子を奪う反応を生じさせる第1の物質を含有し、かつ、前記塩基性水溶液中に、前記塩基性水溶液中に含まれる水酸化物イオンを伴って前記第2の電極へと電子を供与する反応を生じさせる第2の物質を含有することを特徴とする。
なお、本明細書において、酸性水溶液を酸性媒体と、また、塩基性水溶液を塩基性媒体と称して説明する場合がある。
The above-mentioned subject is achieved by the following present invention.
That is, the battery of the present invention, the acidic aqueous solution, a first electrode disposed in the acidic aqueous solution, a basic solution contacting the acidic aqueous solution, and a second electrode disposed in said basic aqueous solution And further comprising a channel structure in which the acidic aqueous solution and the basic aqueous solution form a laminar flow therein,
The acidic aqueous solution contains a first substance that causes a reaction to take away electrons from the first electrode with hydrogen ions contained in the acidic aqueous solution , and the basic aqueous solution contains the base And a second substance that causes a reaction to donate electrons to the second electrode with hydroxide ions contained in the aqueous solution .
In this specification, the acidic aqueous solution may be referred to as an acidic medium, and the basic aqueous solution may be referred to as a basic medium.

本発明の電池によれば、電極での反応に水酸化イオンH+と水酸化物イオンOH-が関与する場合、酸性媒体中で第1の物質が水素イオンH+を伴って第1の電極から電子を奪う酸化反応を生じさせ、塩基性媒体中で第2の物質が水酸化物イオンOH-を伴って電極へと電子を供与する還元反応を生じさせる。この時、酸性媒体中での酸化反応による起電力は、塩基性媒体中で酸化反応させるよりも、原理的に大きくなる。これは、水素イオンH+が反応系の物質であるため、水素イオン濃度の高い酸性媒体中では化学平衡が生成系に傾き、結果として酸化電位を高くするためである。また、塩基性媒体中での還元反応による起電力は、酸性媒体中で還元反応させるよりも、原理的に大きくなる。これは、水酸化物イオンOH-が反応系の物質であるため、水酸化物イオン濃度の高い塩基性媒体中では化学平衡が生成系に傾き、結果として酸化電位を低くするためである。
このため、本発明のバイポーラ型電池の構成では、電極における酸化・還元反応により生ずる起電力が、電池から得られる電圧の主体的な源であり、上述の非特許文献2のように、電池内部の中和反応の発生箇所が変動する性質を有する領域での起電力が主体的となるバイポーラ型の電池と比べて、安定に電力を発生させることができる。
According to the battery of the present invention, when hydroxide ion H + and hydroxide ion OH are involved in the reaction at the electrode, the first substance is accompanied by hydrogen ion H + in the acidic medium. In the basic medium, the second substance causes a reduction reaction in which electrons are donated to the electrode together with hydroxide ions OH . At this time, the electromotive force due to the oxidation reaction in the acidic medium is larger in principle than the oxidation reaction in the basic medium. This is because the hydrogen ion H + is a substance in the reaction system, so that in an acidic medium having a high hydrogen ion concentration, the chemical equilibrium is inclined to the production system, and as a result, the oxidation potential is increased. Further, the electromotive force due to the reduction reaction in the basic medium becomes larger in principle than the reduction reaction in the acidic medium. This is because the hydroxide ion OH is a substance in the reaction system, so that in a basic medium having a high hydroxide ion concentration, the chemical equilibrium is inclined to the production system, and as a result, the oxidation potential is lowered.
For this reason, in the configuration of the bipolar battery of the present invention, the electromotive force generated by the oxidation / reduction reaction at the electrode is the main source of the voltage obtained from the battery. As compared with a bipolar battery in which an electromotive force is mainly used in a region having a property that the generation point of the neutralization reaction varies, electric power can be generated stably.

また、本発明の発電方法は、酸性水溶液と、該酸性水溶液中に配置された第1の電極と、前記酸性水溶液と接する塩基性水溶液と、該塩基性水溶液中に配置された第2の電極と、を備え、更に、前記酸性水溶液と前記塩基性水溶液とがその内部で層流を形成する流路構造を備える電池を用いた発電方法であって、
前記酸性水溶液に含有される第1の物質が水素イオンを伴って前記第1の電極から電子を奪う反応を生じさせ、かつ、前記塩基性水溶液に含有される第2の物質が水酸化イオンを伴って前記第2の電極へと電子を供与する反応を生じさせて発電することを特徴とする。
本発明の発電方法によれば、上述の如く、電極における酸化・還元反応により生ずる起電力が、電池から得られる電圧の主体的な源となり、その結果、安定に電力を発生させることができる。
Further, the power generation method of the present invention, the acidic aqueous solution, a first electrode and a basic aqueous solution in contact with the acidic aqueous solution, a second electrode disposed in said basic aqueous solution that is disposed in the acidic aqueous solution And a power generation method using a battery comprising a flow path structure in which the acidic aqueous solution and the basic aqueous solution form a laminar flow therein ,
The first substance contained in the acidic aqueous solution causes a reaction to take electrons from the first electrode with hydrogen ions, and the second substance contained in the basic aqueous solution contains hydroxide ions. Along with this, the second electrode is caused to generate a reaction to donate electrons to generate electric power.
According to the power generation method of the present invention, as described above, the electromotive force generated by the oxidation / reduction reaction at the electrode becomes the main source of the voltage obtained from the battery, and as a result, the power can be generated stably.

本発明によれば、バイポーラ型の電池であって、固体物である電極における酸化・還元反応により生ずる起電力が、電池から得られる主体的な源であるため、安定に発電することが可能な、新規な構成の電池、及び該電池を用いた発電方法を提供することができる。   According to the present invention, since the electromotive force generated by the oxidation / reduction reaction in the electrode that is a solid substance is a main source obtained from the battery, it is possible to generate power stably. A battery having a novel configuration and a power generation method using the battery can be provided.

以下、本発明について詳細に説明する。
<電池>
本発明の電池は、酸性水溶液と、該酸性水溶液中に配置された第1の電極と、前記酸性水溶液と接する塩基性水溶液と、該塩基性水溶液中に配置された第2の電極と、を備え、更に、前記酸性水溶液と前記塩基性水溶液とがその内部で層流を形成する流路構造を備え、
前記酸性水溶液中に、前記酸性水溶液中に含まれる水素イオンを伴って前記第1の電極から電子を奪う反応を生じさせる第1の物質を含有し、かつ、前記塩基性水溶液中に、前記塩基性水溶液中に含まれる水酸化物イオンを伴って前記第2の電極へと電子を供与する反応を生じさせる第2の物質を含有することを特徴とする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
<Battery>
Cell of the present invention, the acidic aqueous solution, a first electrode disposed in the acidic aqueous solution, a basic solution contacting the acidic aqueous solution, and a second electrode disposed in said basic aqueous solution, the Further comprising a flow path structure in which the acidic aqueous solution and the basic aqueous solution form a laminar flow therein,
The acidic aqueous solution contains a first substance that causes a reaction to take away electrons from the first electrode with hydrogen ions contained in the acidic aqueous solution , and the basic aqueous solution contains the base And a second substance that causes a reaction to donate electrons to the second electrode with hydroxide ions contained in the aqueous solution .

本発明の電池は、上述の各部材を備える構成を有するバイポーラ型の電池であり、一次電池、二次電池、燃料電池の種類を問わず適用することができる。
なお、本発明において、バイポーラ型の電池とは、酸性媒体と塩基性媒体が隣接し、この中に電気エネルギーを取り出すための物質と電極が含まれる構成を有するものである。
特に本発明におけるバイポーラ型電池は、(1)上記の酸性媒体中或いはこれに接触する電極近傍で第1の物質及び水素イオンが共存し、共に反応系物質として第1の電極から電子を奪う(酸化する)反応を引き起こす、(2)上記塩基性媒体中或いはこれに接触する電極近傍で第2の物質及び水酸化物イオンが共存し、共に反応系物質として電極に電子を与える(還元する)反応を引き起こす、以上(1)及び(2)が同時に進行して、外部回路を駆動する電気エネルギーを発生する。
The battery of the present invention is a bipolar battery having a configuration including the above-described members, and can be applied to any kind of primary battery, secondary battery, and fuel cell.
In the present invention, the bipolar battery has a configuration in which an acidic medium and a basic medium are adjacent to each other, and a substance and an electrode for extracting electric energy are included in the medium.
In particular, in the bipolar battery according to the present invention, (1) the first substance and hydrogen ions coexist in the acid medium or in the vicinity of the electrode in contact with the acid medium, and both take electrons from the first electrode as a reaction material ( (2) The second substance and hydroxide ions coexist in the basic medium or in the vicinity of the electrode in contact with the basic medium, and both give electrons to the electrode as a reaction system substance (reduce). The above (1) and (2) that cause a reaction proceed simultaneously to generate electrical energy that drives an external circuit.

なお、本発明の電池は、バイポーラー型反応場において、酸性媒体中の水素イオンは第1の物質による第1の電極から電子を奪う反応に加わり、また、その濃度増加は反応を促進する(化学平衡を生成系方向にずらす)作用を有する。また、塩基性媒体を構成する水酸化物イオンは第2の物質による第2の電極へと電子を供与する反応に加わり、また、その濃度増加は反応を促進する作用を有する。このため、水素イオン或いは水酸化物イオンを高くする、即ち、酸性媒体中ではpHを低くし、塩基性媒体ではpHを高くすることで反応を増強させることが可能となり、出力が高めることが可能な構成を有している点でも有効である。
このような、本発明の電池を構成する各部材について、詳細に説明する。
In the battery of the present invention, in the bipolar reaction field, hydrogen ions in the acidic medium participate in the reaction of taking electrons from the first electrode by the first substance, and the increase in concentration promotes the reaction ( Shifts the chemical equilibrium in the direction of the production system). Further, hydroxide ions constituting the basic medium participate in the reaction of donating electrons to the second electrode by the second substance, and the increase in concentration has the effect of promoting the reaction. For this reason, it is possible to enhance the reaction by increasing the hydrogen ion or hydroxide ion, that is, lowering the pH in an acidic medium and increasing the pH in a basic medium, thereby increasing the output. This is also effective in having such a configuration.
Each member constituting the battery of the present invention will be described in detail.

〔酸性媒体及び塩基性媒体〕
本発明において、酸性媒体はpH7未満である酸性水溶液を指し、水素イオンが存在する酸性反応場を形成し得ることが好ましく、また、塩基性媒体はpH7を超える酸性水溶液を指し、水酸化物イオンが存在する塩基性反応場を形成し得ることが好ましい。
酸性媒体及び塩基性媒体としては、それぞれが独立に液体状態のものを用いることができる。また、酸性媒体及び塩基性媒体としては、有機化合物、無機化合物の種類に関らず用いることができる。
[Acid medium and basic medium]
In the present invention, the acidic medium refers to an acidic aqueous solution having a pH of less than 7, preferably forming an acidic reaction field where hydrogen ions are present, and the basic medium refers to an acidic aqueous solution having a pH of more than 7, and hydroxide ions. It is preferable that a basic reaction field in the presence of can be formed.
The acidic and basic media, Ru can be used respectively for the liquid state even to the independent. Also, the acidic and basic media can be used regardless of the type of organic compound, an inorganic compound.

本発明において、酸性媒体と塩基性媒体との組み合わせは、例えば、硫酸や塩酸、リン酸等の酸性水溶液と、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、アンモニウム化合物等の塩基性水溶液と、の水溶液の組み合わせであることを要する。 In the present invention, the combination of an acidic medium and a basic medium is, for example, an aqueous solution of an acidic aqueous solution such as sulfuric acid, hydrochloric acid, or phosphoric acid, and a basic aqueous solution such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, or an ammonium compound. It shall be subject to be a combination of.

より具体的には、前記酸性水溶液としては、硫酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、塩化水素酸、ヨウ化水素酸、臭化水素酸、過塩素酸、過ヨウ素酸、オルトリン酸、ポリリン酸、硝酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロ珪酸、ヘキサフルオロリン酸、ヘキサフルオロ砒酸、ヘキサクロロ白金酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、クエン酸、蓚酸、サリチル酸、酒石酸、マレイン酸、マロン酸、フタル酸、フマル酸、及びピクリン酸からなる群より選択される酸を1以上含む水溶液を用いることが好ましく、中でも、強酸である、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸を含むことがより好ましい。   More specifically, the acidic aqueous solution includes sulfuric acid, methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, hydrochloric acid, hydroiodic acid, hydrobromic acid, perchloric acid, periodic acid, orthophosphoric acid, polyphosphoric acid. , Nitric acid, tetrafluoroboric acid, hexafluorosilicic acid, hexafluorophosphoric acid, hexafluoroarsenic acid, hexachloroplatinic acid, acetic acid, trifluoroacetic acid, citric acid, oxalic acid, salicylic acid, tartaric acid, maleic acid, malonic acid, phthalic acid, fumaric acid It is preferable to use an aqueous solution containing at least one acid selected from the group consisting of an acid and picric acid, and more preferably a strong acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and phosphoric acid.

また、前記塩基性水溶液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム、水酸化アンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、及び、水酸化テトラブチルアンモニウムを含む群から選択される塩基を1以上含む、又は、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、トリポリリン酸ナトリウム、トリポリリン酸カリウム、アルミン酸ナトリウム、及びアルミン酸カリウムを含む群から選択される弱酸のアルカリ金属塩を1以上含む水溶液を用いることができ、中でも、強塩基である、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを含むことがより好ましい。   Examples of the basic aqueous solution include sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide, magnesium hydroxide, ammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, hydroxide One or more bases selected from the group comprising tetrapropylammonium and tetrabutylammonium hydroxide, or sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, sodium borate, potassium borate, sodium silicate An aqueous solution containing at least one alkali metal salt of a weak acid selected from the group comprising potassium silicate, sodium tripolyphosphate, potassium tripolyphosphate, sodium aluminate, and potassium aluminate can be used. water Sodium, more preferably contains potassium hydroxide.

お、上記の酸や塩基は、1種のみを用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。 Na us, the above-mentioned acids and bases may be used alone, but it may also be used in combination of two or more kinds.

本発明の電池において、酸性媒体及び塩基性媒体は、互いに接することを必須とするが、これは、酸性媒体中で、水素イオンを放出することにより生成した対陰イオンと、塩基性媒体中で、水酸化物イオンを放出したことにより生成した対陽イオンと、で塩を形成させて電荷のバランスをとることを可能とするためである。そのため、例えば、上述のように、両媒体が、酸性水溶液と塩基性水溶液とからなる場合、生成した陽イオン及び/又は陰イオンを透過可能な特性を有している膜を用いれば、酸性媒体と塩基性媒体との間が分離される態様であってもかまわない。   In the battery of the present invention, it is essential that the acidic medium and the basic medium are in contact with each other. This is because the counter anion generated by releasing hydrogen ions in the acidic medium and the basic medium This is because it is possible to balance the charge by forming a salt with the counter cation generated by releasing the hydroxide ions. Therefore, for example, as described above, when both media are composed of an acidic aqueous solution and a basic aqueous solution, the acidic medium can be obtained by using a membrane having a property of transmitting the generated cation and / or anion. There may be a mode in which the space between the base and the basic medium is separated.

〔第1の物質及び第2の物質〕
本発明において、第1の物質としては、酸性媒体中で、水素イオンを伴って第1の電極から電子を奪う酸化反応を生成させる物質(酸化剤)であれば、如何なるものをも用いることができるが、水素イオン濃度が高い場合に反応が促進される物質であることが好ましい。具体的には、過酸化水素、酸素、次亜塩素酸、次亜臭素酸、次亜ヨウ素酸等の次亜ハロゲン酸等をもちいることができる。また、これらの物質を含有する液体或いは固体、また化学変化によってこれらの物質を放出する液体或いは固体を用いて、第1の物質を供給するようにしてもよい。
[First substance and second substance]
In the present invention, as the first substance, any substance can be used as long as it is a substance (oxidant) that generates an oxidation reaction that takes hydrogen from the first electrode with hydrogen ions in an acidic medium. However, it is preferably a substance that promotes the reaction when the hydrogen ion concentration is high. Specifically, hydrogen peroxide, oxygen, hypochlorous acid, hypobromous acid, hypohalous acid such as hypoiodous acid, and the like can be used. Alternatively, the first substance may be supplied using a liquid or solid containing these substances, or a liquid or solid that releases these substances by a chemical change.

また、第2の物質としては、水酸化物イオンを伴って第2の電極へと電子を供与する還元反応を生成させる物質(還元剤)であれば、如何なるものをも用いることができるが、水素イオン濃度が高い場合に反応が促進される物質であることが好ましい。具体的には、過酸化水素、水素、ヒドラジン等を用いることができる。また、これらの物質を含有する液体或いは固体、また化学変化によってこれらの物質を放出する液体或いは固体を用いて第2の物質を供給するようにしてもよい。   As the second substance, any substance can be used as long as it is a substance (reducing agent) that generates a reduction reaction that donates electrons to the second electrode with hydroxide ions. A substance that promotes the reaction when the hydrogen ion concentration is high is preferable. Specifically, hydrogen peroxide, hydrogen, hydrazine, or the like can be used. Alternatively, the second substance may be supplied using a liquid or solid containing these substances, or a liquid or solid that releases these substances by a chemical change.

また、第1の物質或いは第2の物質としては、鉄、マンガン、クロム、バナジウムといった酸化・還元反応によって価数を変化できる金属イオンや、それらの金属錯体を用いることができ、やはりこれらを含有する液体や固体等を用いてこの物質を供給することもできる。   In addition, as the first substance or the second substance, metal ions such as iron, manganese, chromium, and vanadium that can change their valence by oxidation / reduction reaction, or their metal complexes can be used, which also contain these. It is also possible to supply this substance using a liquid, solid or the like.

上記の中でも、第1の物質及び第2の物質が、同一成分からなることが好ましい。このような物質は、酸性媒体中で、水素イオンを伴って第1の電極から電子を奪う酸化反応を生成させ、塩基性媒体中では、水酸化物イオンを伴って第2の電極へと電子を供与する還元反応を生成させる性質を有する。この場合には、電池の構成が容易になり、従来の電池で大きな課題であった正極側と負極側の化学物質の分離膜の選択の自由度が拡がるとともに、酸性媒体と塩基性媒体が混合されない状態に保てる場合には必ずしも分離膜を必要としない。
酸化剤及び還元剤のどちらにも使用できる物質としては、特に過酸化水素が好ましい。この理由については後で詳細に説明する。なお、過酸化水素を含有する液体或いは固体、また、化学変化によって過酸化水素を放出する液体或いは固体を用いて、過酸化水素を供給することが、取り扱いがより簡易になる点で好ましい。
Among the above, it is preferable that the first substance and the second substance are composed of the same component. Such a substance generates an oxidation reaction that takes electrons from the first electrode with hydrogen ions in an acidic medium, and in a basic medium, electrons move to the second electrode with hydroxide ions. It has the property of generating a reduction reaction that donates. In this case, the configuration of the battery becomes easy, the degree of freedom in selecting the separation membrane for the chemical substances on the positive electrode side and the negative electrode side, which has been a big problem with the conventional battery, is expanded, and the acidic medium and the basic medium are mixed. A separation membrane is not necessarily required when the state can be kept.
As a substance that can be used as both an oxidizing agent and a reducing agent, hydrogen peroxide is particularly preferable. The reason for this will be described later in detail. Note that it is preferable to supply hydrogen peroxide using a liquid or solid containing hydrogen peroxide or a liquid or solid that releases hydrogen peroxide by a chemical change in terms of easier handling.

第1の物質及び第2の物質の供給手段の1つである「液体」は、溶液(溶媒として、水、有機溶媒等を含む)、分散液の形態のいずれであってもよい。
た、これらの両物質は、一次電池の場合、反応開始以前から媒体中に混合若しくは分散される。また、燃料電池の場合は、液体状の媒体中に始めから混合若しくは分散されるか、電極の近傍に設置された流路を通して、或いは、毛細管への染込みを利用して、或いは直接的に媒体へ添加される方式としてもよい。
"Liquid" is one of the first substance and the second supply means substances, (as a solvent, water, comprises an organic solvent, etc.) solution, but it may also be any of the form of a dispersion.
Also, both these materials, when the primary battery is mixed or dispersed in a medium from the beginning of the reaction before. In the case of a fuel cell, it is mixed or dispersed from the beginning in a liquid medium, through a flow path installed in the vicinity of the electrode, or by using a soak into a capillary tube, or directly. It is good also as a system added to a medium.

〔第1の電極及び第2の電極〕
本発明において、第1の電極は正極であり、第2の電極は負極として機能する。これら第1の電極及び第2の電極の材質としては、従来の電池における電極と同様のものを用いることができる。より具体的には、第1の電極(正極)として、白金、白金黒、酸化白金被覆白金、銀、金等が挙げられる。また、表面を不動態化したチタン、ステンレス、ニッケル、アルミニウム等が挙げられる。また、グラファイトやカーボンナノチューブ等の炭素構造体、アモルファスカーボン、グラッシーカーボン等が挙げられる。ただし、耐久性の点から、白金、白金黒、酸化白金被覆白金がより好ましい。
また、第2の電極(負極)としては、白金、白金黒、酸化白金被覆白金、銀、金等が挙げられる。また、表面を不動態化したチタン、ステンレス、ニッケル、アルミニウム等が挙げられる。また、グラファイトやカーボンナノチューブ等の炭素構造体、アモルファスカーボン、グラッシーカーボン等が挙げられる。ただし、耐久性の点から、白金、白金黒、酸化白金被覆白金がより好ましい。
[First electrode and second electrode]
In the present invention, the first electrode functions as a positive electrode, and the second electrode functions as a negative electrode. As materials for the first electrode and the second electrode, the same materials as those in the conventional battery can be used. More specifically, examples of the first electrode (positive electrode) include platinum, platinum black, platinum oxide-coated platinum, silver, and gold. Moreover, titanium, stainless steel, nickel, aluminum, etc. whose surface has been passivated can be mentioned. Moreover, carbon structures, such as graphite and a carbon nanotube, amorphous carbon, glassy carbon, etc. are mentioned. However, platinum, platinum black, and platinum oxide-coated platinum are more preferable from the viewpoint of durability.
Examples of the second electrode (negative electrode) include platinum, platinum black, platinum oxide-coated platinum, silver, and gold. Moreover, titanium, stainless steel, nickel, aluminum, etc. whose surface has been passivated can be mentioned. Moreover, carbon structures, such as graphite and a carbon nanotube, amorphous carbon, glassy carbon, etc. are mentioned. However, platinum, platinum black, and platinum oxide-coated platinum are more preferable from the viewpoint of durability.

更に、本発明において、第1の電極及び第2の電極のいずれもが、板状、薄膜状、網目状、又は繊維状であることが好ましい。特に、本発明の実施形態〔(2)ペーパー型燃料電池〕と〔(3)ゲル型一次電池〕の場合は、電池内で発生した気体の排出流路となるべく、網目状であることが好ましい。ここで、「網目状」とは、少なくとも、排出しようとする気体が通り抜けられる貫通路が存在する多孔室状態であることを指す。
網目状の電極として、具体的には、金属製のメッシュやパンチングメタル板、発泡金属シートに、上記の電極用材料を、無電解メッキ法、蒸着法、又はスパッタ法によって付着させてもよいし、また、セルロースや合成高分子製の紙類に、同様の方法或いはその組合せを用いて上記の電極用材質を付着させてもよい。
Furthermore, in the present invention, it is preferable that both the first electrode and the second electrode have a plate shape, a thin film shape, a mesh shape, or a fiber shape. In particular, in the case of the embodiments of the present invention [(2) paper type fuel cell] and [(3) gel type primary cell], it is preferable to have a mesh shape so as to be a flow path for the gas generated in the battery. . Here, “mesh-like” indicates a porous chamber state in which there is at least a through passage through which a gas to be discharged passes.
Specifically, as the mesh electrode, the above electrode material may be attached to a metal mesh, a punching metal plate, or a foamed metal sheet by an electroless plating method, a vapor deposition method, or a sputtering method. In addition, the above electrode material may be attached to cellulose or synthetic polymer paper using the same method or a combination thereof.

<発電方法>
本発明の発電方法(発電機構)について、詳細に説明する。
本発明の発電方法は、酸性水溶液と、該酸性水溶液中に配置された第1の電極と、前記酸性水溶液と接する塩基性水溶液と、該塩基性水溶液中に配置された第2の電極と、を備え、更に、前記酸性水溶液と前記塩基性水溶液とがその内部で層流を形成する流路構造を備える電池を用いた発電方法であって、
前記酸性水溶液に含有される第1の物質が水素イオンを伴って前記第1の電極から電子を奪う反応を生じさせ、かつ、前記塩基性水溶液に含有される第2の物質が水酸化イオンを伴って前記第2の電極へと電子を供与する反応を生じさせて発電することを特徴とする。
この反応により、第1物質及び第2の物質が内部エネルギーの低い複数の物質に化学変化することによって、その分のエネルギーを外部に電気エネルギーとして放出して電力を得ることができる。
なお、ここでは第1の物質及び第2の物質が、いずれも過酸化水素である態様について説明するが、これは本発明の最も好ましい態様として示すものであって、本発明をこれに限定するものではない。
<Power generation method>
The power generation method (power generation mechanism) of the present invention will be described in detail.
Power generation method of the present invention, the acidic aqueous solution, a first electrode disposed in the acidic aqueous solution, a basic solution contacting the acidic aqueous solution, and a second electrode disposed in said basic aqueous solution, And further, a power generation method using a battery having a flow path structure in which the acidic aqueous solution and the basic aqueous solution form a laminar flow therein ,
The first substance contained in the acidic aqueous solution causes a reaction to take electrons from the first electrode with hydrogen ions, and the second substance contained in the basic aqueous solution contains hydroxide ions. Along with this, the second electrode is caused to generate a reaction to donate electrons to generate electric power.
By this reaction, the first substance and the second substance are chemically changed into a plurality of substances having low internal energy, so that the corresponding energy can be released to the outside as electric energy to obtain electric power.
Here, the first substance and the second substance are both will be described embodiments in which the hydrogen peroxide, which, there is shown a most preferred embodiment of the present invention, limit the present invention thereto Not what you want.

過酸化水素は、分解反応によって水と酸素を生成する。この化学反応を、本発明の電池のように、別々の電極で酸化反応と還元反応に分離して行うと、起電力を生じる。即ち、過酸化水素は、酸性反応場では酸化作用を有し、一方で、塩基性反応場では還元作用を有するため、起電力が発生する。このような、酸−塩基バイポーラー反応場を利用することで、本発明の発電方法が実現される。   Hydrogen peroxide produces water and oxygen by a decomposition reaction. When this chemical reaction is performed separately in an oxidation reaction and a reduction reaction with separate electrodes as in the battery of the present invention, an electromotive force is generated. That is, since hydrogen peroxide has an oxidizing action in an acidic reaction field, and has a reducing action in a basic reaction field, an electromotive force is generated. By using such an acid-base bipolar reaction field, the power generation method of the present invention is realized.

より具体的に、本発明の発電方法について、図1を参照して説明する。図1に示されるように、正極(第1の電極)が配置されている酸性反応場(酸性媒体)では、過酸化水素が酸化剤として働き、下記(式1)に示されるように、過酸化水素の酸素原子が電極から電子を受け取り、水を生成する。また、負極(第2の電極)が配置されている塩基性反応場(塩基性媒体)では、過酸化水素が還元剤として働き、下記(式2)に示されるように、過酸化水素の酸素原子が電極に電子を供与して、酸素と水を生成する。これら反応により、起電力が発生し、発電が行なわれる。
22+2H++2e- → 2H2O (式1)
22+2OH- → O2+2H2O+2e- (式2)
More specifically, the power generation method of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, in an acidic reaction field (acidic medium) in which a positive electrode (first electrode) is arranged, hydrogen peroxide acts as an oxidizing agent, and as shown in the following (Formula 1), excess hydrogen peroxide is used. Hydrogen oxide oxygen atoms receive electrons from the electrode and produce water. In the basic reaction field (basic medium) in which the negative electrode (second electrode) is arranged, hydrogen peroxide acts as a reducing agent, and as shown in the following (Formula 2), oxygen of hydrogen peroxide Atoms donate electrons to the electrode to produce oxygen and water. By these reactions, an electromotive force is generated and power generation is performed.
H 2 O 2 + 2H + + 2e → 2H 2 O (Formula 1)
H 2 O 2 + 2OH → O 2 + 2H 2 O + 2e (Formula 2)

なお、反応場内においては、酸性媒体中に存在する水素イオンの対アニオン(図1中では、硫酸イオンSO4 2-に相当する)と、塩基性媒体中に存在する水酸化物イオンの対カチオン(図1中では、ナトリウムイオンNa+)と、が両媒体の界面で塩を形成することで、電荷のバランスを取ることができる。このとき、形成される塩は、水溶液中では通常イオン化する方が安定であるため、塩の形成による起電力への効果は、電極における酸化或いは還元反応における起電力と比べるとはるかに小さい。この結果、電極反応が主体的となる本発明のバイポーラ型電池は、酸性・塩基性媒体界面における中和反応を主体としたバイポーラ型電池と比べ、安定した発電を行える性質を有することとなる。 In the reaction field, a counter anion of hydrogen ions present in an acidic medium (corresponding to sulfate ion SO 4 2- in FIG. 1) and a counter cation of hydroxide ions present in a basic medium. (In FIG. 1, sodium ion Na + ) forms a salt at the interface between the two media, so that the charge can be balanced. At this time, since the salt formed is more stable when ionized in an aqueous solution, the effect of the salt formation on the electromotive force is much smaller than the electromotive force in the oxidation or reduction reaction at the electrode. As a result, the bipolar battery of the present invention in which the electrode reaction is dominant has the property of generating stable power compared to the bipolar battery mainly having a neutralization reaction at the acidic / basic medium interface.

上記(式1)と(式2)の半反応式をまとめたイオン反応式を下記(式3)に示す。
22→H2O+1/2O2 (式3)
熱力学計算によると、この反応のエンタルピー変化(ΔH)、エントロピー変化(ΔS
)、ギブスの自由エネルギー変化(ΔG、温度T:単位はケルビン(K))は、それぞれ
、ΔH=−96.7kJ/mol、ΔS=18.9J/Kmol、ΔG=ΔH−TΔS=
−115.5kJ/molとなる。
また、理論起電力(nは反応に関る電子数、Fはファラデー定数)と理論最大効率(η)は、それぞれ、E=−ΔG/nF=1.2V、η=ΔG/ΔH×100=120%と計算される。この反応の理論的特徴は、過酸化水素分解反応でエントロピーが増加してΔSの符号が正になることである。そのため、ΔGの絶対値がΔHより大きくなり、理論最大効率が100%を超える。これとは異なり、水素−酸素系やダイレクトメタノール系等、他の燃料電池反応では、ΔSの符号は負である。
An ionic reaction formula summarizing the half reaction formulas of (Formula 1) and (Formula 2) is shown in the following (Formula 3).
H 2 O 2 → H 2 O + 1 / 2O 2 (Formula 3)
According to thermodynamic calculations, the enthalpy change (ΔH), entropy change (ΔS) of this reaction
), Gibbs free energy change (ΔG, temperature T: unit is Kelvin (K)), ΔH = −96.7 kJ / mol, ΔS = 18.9 J / Kmol, ΔG = ΔH−TΔS =
−115.5 kJ / mol.
The theoretical electromotive force (n is the number of electrons involved in the reaction, F is the Faraday constant) and the theoretical maximum efficiency (η) are E = −ΔG / nF = 1.2 V, η = ΔG / ΔH × 100 = Calculated as 120%. The theoretical feature of this reaction is that the entropy is increased by the hydrogen peroxide decomposition reaction and the sign of ΔS becomes positive. Therefore, the absolute value of ΔG becomes larger than ΔH, and the theoretical maximum efficiency exceeds 100%. In contrast, in other fuel cell reactions such as a hydrogen-oxygen system and a direct methanol system, the sign of ΔS is negative.

これらのことから、本発明の発電方法において、第1の物質及び第2の物質に過酸化水素を用いた場合の理論的特徴を以下に挙げる。
従来より知られている他の燃料電池では、原理的に、エントロピー変化量TΔSを発電
に利用できず熱として放出する。一方、本機構では、外界から熱を吸収して得たエントロピーの増加分を発電に利用することができる。そして、反応温度Tが高い場合の方が、Δ
Gの絶対値が大きくなり起電力が高くなる。
実用電池では、イオン反応式の理論起電力だけで出力電圧が決まるのではなく、過電圧等によって電圧が低下し同時に熱を発生する。例えば、単位電池をスタックして集積化する場合、或いは、電池を製品内部に組み込む場合に、この熱が大きな問題になる。しかし、上述のように、本発明の発電方法によれば、理論的にはその熱を発電に再利用することができ、全体的な熱発生が少なくなる可能性がある。また、発電に利用できるエネルギー総量に相当するΔGは水素・酸素燃料電池に比較して半分程度であるが、n=1(水素−酸素系の燃料電池の場合はn=2)であるために理論起電力は同程度となる。
From these, in the power generation method of the present invention, the theoretical characteristics when hydrogen peroxide is used for the first substance and the second substance are listed below.
In other conventionally known fuel cells, in principle, the entropy change amount TΔS cannot be used for power generation and is released as heat. On the other hand, in this mechanism, the increase in entropy obtained by absorbing heat from the outside world can be used for power generation. And when the reaction temperature T is higher, Δ
The absolute value of G increases and the electromotive force increases.
In a practical battery, the output voltage is not determined only by the theoretical electromotive force of the ion reaction type, but the voltage is lowered due to an overvoltage or the like, and heat is simultaneously generated. For example, this heat becomes a big problem when unit batteries are stacked and integrated, or when batteries are incorporated into products. However, as described above, according to the power generation method of the present invention, the heat can theoretically be reused for power generation, and the overall heat generation may be reduced. In addition, ΔG corresponding to the total amount of energy that can be used for power generation is about half that of a hydrogen / oxygen fuel cell, but n = 1 (n = 2 in the case of a hydrogen-oxygen fuel cell). The theoretical electromotive force is about the same.

また、上記のことから、本発明の電池及び本発明の発電方法において、第1の物質及び第2の物質に過酸化水素を用いた場合には、下記に示すような効果が得られる。
(1)過酸化水素は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する反応に伴って二酸化炭素を放出せず、その代わりに酸素を放出する。また、電池内の構造要素に、発火物・可燃物や有害な重金属類等を使用しないため、製造・使用・廃棄の製品サイクル全体に渡って環境安全性に優れる。
(2)過酸化水素は、常温常圧で液体であるため貯蔵のために重い金属ボンベ等を必要としないし、水と自由に混合できるためゲル化が容易であり、貯蔵性・携帯性の優れた燃料供給方法を取ることができる。
(3)酸化剤として酸素を使用する必要が無いため、空気量の限られた閉鎖環境下、また空気中に塵やゴミ等が多く含まれる過酷環境下でも、その使用に支障がない。
(4)過酸化水素は、その工業的製造方法として有機法(アントラキノンを中間体(何度も再利用するので消費しない)として、触媒による水素の接触還元と空気酸化によって合成する方法)等がすでに確立されており、現状でも安定的に安価で供給されている。これに加え、周辺部品が少なくシンプルな構造で電池を構成しうるため、電池システム全体の重量及び体積を小さくでき、かつ低コスト化や高耐久性を図れる。
From the above, in the battery of the present invention and the power generation method of the present invention, when hydrogen peroxide is used for the first substance and the second substance, the following effects can be obtained.
(1) Hydrogen peroxide does not release carbon dioxide with the reaction of converting chemical energy into electrical energy, but instead releases oxygen. In addition, it does not use ignitables, flammables, or harmful heavy metals as structural elements in the battery, so it is excellent in environmental safety over the entire product cycle of production, use, and disposal.
(2) Hydrogen peroxide is a liquid at room temperature and normal pressure, so it does not require heavy metal cylinders for storage, and can be freely mixed with water, making it easy to gel, storable and portable An excellent fuel supply method can be taken.
(3) Since it is not necessary to use oxygen as an oxidant, there is no hindrance to its use even in a closed environment where the amount of air is limited, and even in a harsh environment where the air contains a lot of dust and dirt.
(4) Hydrogen peroxide is an organic method (the method of synthesizing anthraquinone as an intermediate (which is not consumed because it is reused many times), catalytic reduction of hydrogen by hydrogen and air oxidation), etc. It has already been established, and even now, it is supplied stably and inexpensively. In addition, since the battery can be configured with a simple structure with few peripheral parts, the weight and volume of the entire battery system can be reduced, and cost reduction and high durability can be achieved.

上記においては、第1の物質及び第2の物質として過酸化水素を用いた発電方法について述べたが、両物質に他の物質(化合物)を用いた場合にも、電極側で酸化・還元反応を生じさせる点では実質的に同じである。
そのため、本発明の電池及び本発明の発電方法によれば、その発電機構により、安定した発電が可能となる。
In the above, the power generation method using hydrogen peroxide as the first substance and the second substance has been described. However, when other substances (compounds) are used as both substances, the oxidation / reduction reaction is performed on the electrode side. Is substantially the same in that
Therefore, according to the battery of the present invention and the power generation method of the present invention, the power generation mechanism enables stable power generation.

また、本発明の電池及び本発明の発電方法において、電極反応で生成した生成物は、電極間ではなく電極近傍に生成されるため、これらを除去する必要がある場合には、電池構造を内包する筐体の外側から容易に除去することが可能となる。また、電極反応で生成した生成物が水であって、酸性媒体或いは塩基性媒体が水溶液である場合、若しくは、第1の物質及び第2の物質を水溶液に混合、溶解、分散させて用いる場合には、生成された水を両媒体中に拡散させることや、電池外に排出することで、容易に電極近傍から除去することができる。   In addition, in the battery of the present invention and the power generation method of the present invention, the product generated by the electrode reaction is generated not in the vicinity of the electrodes but in the vicinity of the electrodes. It can be easily removed from the outside of the casing. In addition, when the product generated by the electrode reaction is water and the acidic medium or the basic medium is an aqueous solution, or when the first substance and the second substance are mixed, dissolved, and dispersed in the aqueous solution. In this case, the generated water can be easily removed from the vicinity of the electrodes by diffusing the water into both media or discharging the water out of the battery.

以下、本発明の電池の好ましい実施形態について説明するが、本発明はこれらの限定されるものではない。本発明の電池としては、例えば、下記に示すチップ型流体燃料電池が、好ましい実施態様として挙げられる。 Hereinafter, preferred embodiments of the battery of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto. The battery of the present invention, for example, indicate to Chi-up type fluid fuel cells below may be mentioned as a preferred embodiment.

〔(1)チップ型流体燃料電池〕
このチップ型流体燃料電池は、酸性媒体として、硫酸水溶液などの液体を、塩基性媒体として水酸化ナトリウム水溶液などの液体を用いた、酸−塩基バイポーラー反応場を有する。具体的な構成に関して、図2を用いて説明する。
図2(a)は、チップ型流体燃料電池の概略上面透視図である。ここに示されるように、チップ型流体燃料電池は、スライドガラス11とカバーガラス10との間にスペーサ(図2(b)における部材12)を介し、毛管流路1(深さ50μm、幅1000μm)が形成されている。この毛管流路1は、液体の酸性媒体と、液体の塩基性媒体と、を供給するための入口2及び入口3と、排出するための出口4及び出口5とを有する。例えば、入口2から酸性水溶液aを、入口3から塩基性水溶液bを、毛管流路1に流した時、両液体の粘度やその流速が適当である場合には毛管流路1の合流部分において層流(レイノルズ流)が形成される。
[(1) Chip fluid fuel cell]
This chip type fluid fuel cell has an acid-base bipolar reaction field using a liquid such as an aqueous sulfuric acid solution as an acidic medium and a liquid such as an aqueous sodium hydroxide solution as a basic medium. A specific configuration will be described with reference to FIG.
FIG. 2A is a schematic top perspective view of the chip fluid fuel cell. As shown here, the chip type fluid fuel cell has a capillary channel 1 (depth 50 μm, width 1000 μm) through a spacer (member 12 in FIG. 2B) between the slide glass 11 and the cover glass 10. ) Is formed. The capillary channel 1 has an inlet 2 and an inlet 3 for supplying a liquid acidic medium and a liquid basic medium, and an outlet 4 and an outlet 5 for discharging. For example, when the acidic aqueous solution a flows from the inlet 2 and the basic aqueous solution b flows from the inlet 3 to the capillary channel 1, if the viscosity and flow rate of both liquids are appropriate, at the confluence portion of the capillary channel 1 A laminar flow (Reynolds flow) is formed.

この層流について、図2(b)を参照して説明する。図2(b)は、図2(a)のチップ型流体燃料電池をA−A’で切断した際に、両媒体の流れの方向からみた断面図である。これに示すように、酸性水溶液a及び塩基性水溶液bは、毛管流路1の合流部分であっても、それぞれ、層流a及び層流bを形成し、各々が互いに接しながらも、交じり合うことなく、毛管流路1内を流れることになる。そして、層流a及び層流bを形成したまま、合流部分を通過して、分岐部分で再び分離し、出口4から酸性水溶液aが、出口5から塩基性水溶液bが排出され、それぞれが独立して回収される。
このような層流を形成している毛管流路1の合流部分の底部には、2つの白金電極6及び8が設けられており、それぞれの接続端子7及び9を通じて、外部へと電力を取り出すことができる。
This laminar flow will be described with reference to FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view seen from the direction of flow of both media when the chip type fluid fuel cell of FIG. 2A is cut along AA ′. As shown in this figure, the acidic aqueous solution a and the basic aqueous solution b form a laminar flow a and a laminar flow b, respectively, even at the confluence portion of the capillary channel 1, and cross each other even though they are in contact with each other. Without flowing through the capillary channel 1. And while forming the laminar flow a and the laminar flow b, it passes through a confluence | merging part and isolate | separates again in a branch part, the acidic aqueous solution a is discharged | emitted from the exit 4, and the basic aqueous solution b is discharged | emitted from the exit 5, respectively. And recovered.
Two platinum electrodes 6 and 8 are provided at the bottom of the merged portion of the capillary channel 1 forming such a laminar flow, and electric power is taken out through the connection terminals 7 and 9 respectively. be able to.

このように、層流を形成し、2つの液体が接触しているにも関らず、混合しない状態を形成するためには、毛細管流路における粘性流体の特性を応用することで実現できる。これは、液体の粘性、流速、また、流路形状(管径或いは流路幅や深さ)に依存した定数のレイノルズ数(Re)が約2000以下の場合に起きる現象(レイノルズ流現象)である。この現象を用いると、毛細管中で、適当な粘度と移動速度とを有する2液は、層流となって、非常に混合し難くなる特性が付与される。そのため、両層流に、第1の物質と第2の物質とをそれぞれ共存させた状態で、それぞれの層流中に電極を置くと、酸性媒体中における酸化反応と、塩基性媒体中における還元反応が生じ、起電力が発現して、電池となる。   Thus, in order to form a laminar flow and form a state in which two liquids are in contact with each other but do not mix, it can be realized by applying the characteristics of the viscous fluid in the capillary channel. This is a phenomenon (Reynolds flow phenomenon) that occurs when the constant Reynolds number (Re) is less than about 2000 depending on the viscosity and flow velocity of the liquid and the flow channel shape (tube diameter or flow channel width and depth). is there. When this phenomenon is used, the two liquids having an appropriate viscosity and moving speed in the capillary tube become laminar and are imparted with characteristics that are very difficult to mix. Therefore, when an electrode is placed in each laminar flow with the first substance and the second substance coexisting in both laminar flows, the oxidation reaction in the acidic medium and the reduction in the basic medium A reaction occurs, an electromotive force is developed, and a battery is obtained.

このチップ型流体燃料電池を1つの単位セルとすると、複数の単位セルを並列若しくは直列に配列することで、それぞれ電流量及び電圧の増加が達成される。このような毛細管流路の複雑な構造は、ガラス、石英、シリコン、高分子フィルム、プラスチック樹脂、セラミック、グラファイト、金属等の基板(チップ)に対して、超音波研削や半導体フォトリソグラィー、また、サンドブラストや射出形成、シリコン樹脂モールディング等の既存加工技術を適用することで容易に作製できる。したがって、単位セルの集積化及び複数のチップを重ねる積層化を行うことで、所望の性能(電流及び電圧)を有する電池システムが構築可能になる。   When this chip type fluid fuel cell is a single unit cell, an increase in current amount and voltage can be achieved by arranging a plurality of unit cells in parallel or in series. Such a complicated structure of the capillary channel is used for ultrasonic grinding, semiconductor photolithography, glass, quartz, silicon, polymer film, plastic resin, ceramic, graphite, metal substrate, etc. Moreover, it can be easily manufactured by applying existing processing techniques such as sandblasting, injection molding, and silicon resin molding. Therefore, it is possible to construct a battery system having desired performance (current and voltage) by integrating unit cells and stacking a plurality of chips.

なお、本発明の参考形態として、ペーパー型燃料電池とゲル型一次電池についても若干の説明を以下にしておく。
〔(2)ペーパー型燃料電池〕
このペーパー型燃料電池は、酸性媒体及び塩基性媒体として固体状であるものを用い、それらを接触配置してなる、酸−塩基バイポーラー反応場を有する。具体的な構成に関して、図3(a)及び(b)に示されるペーパー型燃料電池の概略断面透視図を用いて説明する。
図3(a)に示されるペーパー型燃料電池は、第1の電極22及び酸性媒体20からなる酸性反応場と、第2の電極32及び塩基性媒体30からなる塩基性反応場と、が接触している状態の構成を有し、そこに、第1の物質及び第2の物質を供給して、発電を行うものである。例えば、第1の物質及び第2の物質が過酸化水素である場合、過酸化水素の水溶液Lを、図3(a)の矢印のように、滴下若しくは浸透させることで供給する。これにより、酸性反応場における酸化反応と、塩基性反応場における還元反応が生じ、起電力を発現する。また、ここで電極形状は、電池内で発生した気体の排出流路となるべく、網目状であることが好ましい。
As a reference form of the present invention, some explanations of the paper type fuel cell and the gel type primary battery are given below.
[(2) Paper type fuel cell]
This paper type fuel cell has an acid-base bipolar reaction field formed by contacting and using solid materials as an acidic medium and a basic medium. A specific configuration will be described using a schematic cross-sectional perspective view of the paper type fuel cell shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
In the paper type fuel cell shown in FIG. 3A, the acidic reaction field composed of the first electrode 22 and the acidic medium 20 and the basic reaction field composed of the second electrode 32 and the basic medium 30 are in contact with each other. In this configuration, the first substance and the second substance are supplied to generate power. For example, when the first substance and the second substance are hydrogen peroxide, the aqueous solution L of hydrogen peroxide is supplied by being dropped or permeated as shown by an arrow in FIG. Thereby, an oxidation reaction in an acidic reaction field and a reduction reaction in a basic reaction field occur, and an electromotive force is expressed. Here, the electrode shape is preferably a mesh shape so as to be a discharge channel for the gas generated in the battery.

また、図3(b)に示されるペーパー型燃料電池は、図3(a)の過酸化水素水溶液の供給方法を変えた態様である。このように、酸性媒体20と塩基性媒体30との界面の一部分に、過酸化水素水溶液を浸透・吸収することの可能な繊維若しくは毛管部材を含む供給部材40を設置することで、この部材40を介して、過酸化水素水溶液が、酸性媒体20及び塩基性媒体30に供給されることになる。これにより、酸性反応場における酸化反応と、塩基性反応場における還元反応が生じ、起電力を発現する。また、ここでも、電極形状は、電池内で発生した気体の排出流路となるべく、網目状であることが好ましい。   Moreover, the paper type fuel cell shown in FIG. 3B is a mode in which the method for supplying the aqueous hydrogen peroxide solution in FIG. In this way, by installing the supply member 40 including a fiber or a capillary member capable of penetrating and absorbing the aqueous hydrogen peroxide solution at a part of the interface between the acidic medium 20 and the basic medium 30, this member 40 is installed. Thus, the aqueous hydrogen peroxide solution is supplied to the acidic medium 20 and the basic medium 30. Thereby, an oxidation reaction in an acidic reaction field and a reduction reaction in a basic reaction field occur, and an electromotive force is expressed. Also in this case, it is preferable that the electrode has a mesh shape so as to be a discharge channel for the gas generated in the battery.

上記のように、酸性媒体20及び塩基性媒体30としては、強酸性置換基(スルホン酸基やリン酸基など)を含有するマトリックスと、強塩基性置換基(4級アンモニウム基など)を含有するマトリックスと、の組み合わせ、強酸性イオン交換樹脂と強塩基性イオン交換樹脂との組み合わせ、強酸性イオン交換濾紙と強塩基性イオン交換濾紙との組み合わせ、固体超強酸と固体超強塩基との組み合わせが好ましい。   As described above, the acidic medium 20 and the basic medium 30 include a matrix containing a strong acidic substituent (such as a sulfonic acid group or a phosphoric acid group) and a strong basic substituent (such as a quaternary ammonium group). A combination of a strongly acidic ion exchange resin and a strongly basic ion exchange resin, a combination of a strongly acidic ion exchange filter paper and a strongly basic ion exchange filter paper, a combination of a solid super strong acid and a solid super strong base Is preferred.

上記のような、ペーパー型燃料電池において、酸−塩基バイポーラー反応場の接触界面では、水が水素イオンと水酸化イオンに分解して供給される。そして、この反応場に外部から過酸化水素水溶液が供給されることで、電力を継続的に発生させることができる。なお、ペーパー型燃料電池においては、過酸化水素水溶液の供給時に、滴下や浸透の手段をとるため、外部ポンプは必要ないという利点がある。また、ペーパー型燃料電池は、電池表面から反応生成物の水が大気中に蒸散する現象を利用することもできる。   In the paper type fuel cell as described above, water is decomposed and supplied to hydrogen ions and hydroxide ions at the contact interface of the acid-base bipolar reaction field. And by supplying hydrogen peroxide aqueous solution from the outside to this reaction field, electric power can be continuously generated. In the paper type fuel cell, there is an advantage that an external pump is not required since dropping or infiltration means are used when supplying the aqueous hydrogen peroxide solution. Also, the paper type fuel cell can utilize the phenomenon that the reaction product water evaporates from the cell surface into the atmosphere.

〔(3)ゲル型一次電池〕
このゲル型一次電池は、酸性媒体として、酸性水溶液をゲル化したイオン伝導性ゲルと、塩基性媒体として、塩基性水溶液をゲル化したイオン伝導性ゲルと、を接触配置してなる、酸−塩基バイポーラー反応場を有する。具体的な構成に関して、図4に示されるゲル型一次電池の概略断面透視図を用いて説明する。
図4に示されるゲル型一次電池は、第1の電極22及び酸性媒体20からなる酸性反応場と、第2の電極32及び塩基性媒体30からなる塩基性反応場と、が接触しており、酸性媒体20に第1の物質を、塩基性媒体30に第2の物質を含有させた構成を有する。例えば、第1の物質及び第2の物質が過酸化水素である場合、過酸化水素水溶液を、酸性媒体20又は塩基性媒体30、若しくはその両方に、共存させておく。これにより、酸性反応場における酸化反応と、塩基性反応場における還元反応が生じ、起電力を発現する。また電極は、媒体に対して片面から若しくは両面から接触していればよく、その形状は、電池内で発生した気体の排出流路となるべく、網目状であることが好ましい。
[(3) Gel-type primary battery]
This gel type primary battery is formed by contacting an ion conductive gel obtained by gelling an acidic aqueous solution as an acidic medium and an ion conductive gel obtained by gelling a basic aqueous solution as a basic medium. Has a basic bipolar reaction field. A specific configuration will be described using a schematic cross-sectional perspective view of the gel type primary battery shown in FIG.
In the gel type primary battery shown in FIG. 4, the acidic reaction field composed of the first electrode 22 and the acidic medium 20 and the basic reaction field composed of the second electrode 32 and the basic medium 30 are in contact with each other. The first medium is contained in the acidic medium 20 and the second substance is contained in the basic medium 30. For example, when the first substance and the second substance are hydrogen peroxide, an aqueous hydrogen peroxide solution is allowed to coexist in the acidic medium 20 and / or the basic medium 30. Thereby, an oxidation reaction in an acidic reaction field and a reduction reaction in a basic reaction field occur, and an electromotive force is expressed. Further, the electrode may be in contact with the medium from one side or both sides, and the shape is preferably a mesh shape so as to be a discharge channel for the gas generated in the battery.

このようなゲル型一次電池は、発電に伴って、導電性ゲルに含まれる水素イオンや水酸化物イオン、また、過酸化水素水溶液が消費され(同時に塩が生成する)、それらが無くなった時点で電力の供給は止まる。また、これらの消費される物質は、外部から再供給できないため、一次電池となるが、構成が単純であることに加え、両反応場として、自己保持性の高いゲル状態を利用するため、その反応場を安定に維持することができるため、携帯性・経済性に優れたシール状の電池形態をとることが可能である。   In such a gel type primary battery, the hydrogen ions and hydroxide ions contained in the conductive gel and the aqueous hydrogen peroxide solution are consumed (simultaneously producing a salt) with the generation of electricity, and at the time when they disappear. The power supply stops. In addition, since these consumed substances cannot be re-supplied from the outside, they become primary batteries, but in addition to being simple in structure, both reaction fields utilize a highly self-retaining gel state, Since the reaction field can be stably maintained, it is possible to take a sealed battery form with excellent portability and economy.

以上、本発明の電池の実施態様について説明したが、本発明の構成はこの用途に限定されるものではなく、例えば、上記構成の電池と、従来の水素燃料やメタノール燃料による電池を組み合せて複合発電機として使用することも可能である。   Although the embodiment of the battery of the present invention has been described above, the configuration of the present invention is not limited to this application. For example, a combination of the above-described battery and a conventional battery using hydrogen fuel or methanol fuel is combined. It can also be used as a generator.

以下に本発明の効果を実施例及び比較例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   The effects of the present invention will be specifically described below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
図2で表されるチップ型流体燃料電池において、下記条件にて発電実験を行い、電流−電圧特性を求め、電池の評価を行った。
市販の3重量%過酸化水素水溶液(日本薬局方オキシドール、健栄製薬株式会社)に、硫酸(特級96%、関東化学株式会社)及び蒸留水を混合して、試料液A(過酸化水素0.75mol/l、硫酸0.75N(1.5mol/l))を調製した。また、同過酸化水素水溶液に水酸化ナトリウム(特級97%、関東化学株式会社)及び蒸留水を混合して、試料液B(過酸化水素0.75mol/l、水酸化ナトリウム0.75N(0.75mol/l))を調製した。
[Example 1]
In the chip-type fluid fuel cell shown in FIG. 2, a power generation experiment was performed under the following conditions to obtain current-voltage characteristics, and the battery was evaluated.
A commercially available 3 wt% aqueous hydrogen peroxide solution (Japanese Pharmacopoeia Oxol, Kenei Pharmaceutical Co., Ltd.) is mixed with sulfuric acid (special grade 96%, Kanto Chemical Co., Inc.) and distilled water, and sample solution A (hydrogen peroxide 0) is mixed. .75 mol / l, sulfuric acid 0.75 N (1.5 mol / l)) was prepared. In addition, sodium hydroxide (special grade 97%, Kanto Chemical Co., Inc.) and distilled water were mixed with the aqueous hydrogen peroxide solution, and sample solution B (hydrogen peroxide 0.75 mol / l, sodium hydroxide 0.75N (0 .75 mol / l)) was prepared.

そして、チップ型流体燃料電池の入口2から試料液Aを、入口3から試料液Bをそれぞれ外部ポンプにより注入した。試料液の流速は、いずれも、流路中央部分で24μl/sec(レイノルズ数Re:約670)、実験温度は室温であった。試料液Aと接触する流路底面の電極(白金薄膜、面積:0.026cm2)8表面ではガス発生が見られなかったのに対して、試料液Bと接触する流路底面の電極(白金薄膜、面積:0.026cm2)6表面で酸素ガスの発生が観測された。これは、電極8は、上記(式1)の反応によって水が生成して正極の働きをし、電極6は、上記(式2)の反応によって酸素と水が生成して負極の働きをしたためである。 Then, the sample liquid A was injected from the inlet 2 of the chip type fluid fuel cell, and the sample liquid B was injected from the inlet 3 by an external pump. The flow rate of each sample solution was 24 μl / sec (Reynolds number Re: about 670) at the center of the flow path, and the experimental temperature was room temperature. Gas generation was not observed on the surface of the bottom surface of the flow channel in contact with the sample liquid A (platinum thin film, area: 0.026 cm 2 ), whereas the electrode on the bottom surface of the flow path in contact with the sample liquid B (platinum). Thin film, area: 0.026 cm 2 ) Oxygen gas generation was observed on the surface. This is because the electrode 8 acted as a positive electrode by generating water by the reaction of (Formula 1), and the electrode 6 acted as a negative electrode by generating oxygen and water by the reaction of (Formula 2). It is.

上記の実験条件の燃料電池を用いて得られた、電流−電圧特性を図5に示す。本実施例の場合、開放電圧700mV、また、最大出力23mW/cm2(起電圧:300mV、電流77mA/cm2の時)が得られた。 FIG. 5 shows current-voltage characteristics obtained using the fuel cell under the above experimental conditions. In this example, an open circuit voltage of 700 mV and a maximum output of 23 mW / cm 2 (when the electromotive voltage was 300 mV and the current was 77 mA / cm 2 ) were obtained.

[実施例2]
上記の実施例1と同じチップ型流体燃料電池を使用して、試料液に含まれる過酸化水素濃度を変え、実施例1と同様の評価を行った。チップ型流体燃料電池の入口2及び入口3から注入した試料液A及びBの過酸化水素濃度は、いずれも0.45mol/lであった。なお、流速及び実験温度は実施例1と同一である。
かかる実験条件の燃料電池を用いて得られた、電流−電圧特性を図5に示す。本実施例の場合、開放電圧675mV、また、最大出力9mW/cm2が得られた。
[Example 2]
Using the same chip type fluid fuel cell as in Example 1, the concentration of hydrogen peroxide contained in the sample solution was changed, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The hydrogen peroxide concentrations of the sample liquids A and B injected from the inlet 2 and the inlet 3 of the chip type fluid fuel cell were both 0.45 mol / l. The flow rate and the experimental temperature are the same as in Example 1.
FIG. 5 shows current-voltage characteristics obtained using the fuel cell under such experimental conditions. In the case of this example, an open circuit voltage of 675 mV and a maximum output of 9 mW / cm 2 were obtained.

[実施例3]
上記の実施例1と同じチップ型流体燃料電池を使用して、試料液に含まれる過酸化水素濃度を変え、実施例1と同様の評価を行った。チップ型流体燃料電池の入口2及び入口3から注入した試料液A及びBの過酸化水素濃度は、いずれも0.22mol/lであった。なお、流速及び実験温度は実施例1と同一である。
かかる実験条件の燃料電池を用いて得られた、電流−電圧特性を図5に示す。本実施例の場合、開放電圧620mV、また、最大出力3mW/cm2が得られた。
[Example 3]
Using the same chip type fluid fuel cell as in Example 1, the concentration of hydrogen peroxide contained in the sample solution was changed, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The hydrogen peroxide concentrations of the sample liquids A and B injected from the inlet 2 and the inlet 3 of the chip type fluid fuel cell were both 0.22 mol / l. The flow rate and the experimental temperature are the same as in Example 1.
FIG. 5 shows current-voltage characteristics obtained using the fuel cell under such experimental conditions. In this example, an open circuit voltage of 620 mV and a maximum output of 3 mW / cm 2 were obtained.

[実施例4]
上記の実施例1と同じチップ型流体燃料電池を使用して、試料液に含まれる過酸化水素濃度を変え、実施例1と同様の評価を行った。チップ型流体燃料電池の入口2及び入口3から注入した試料液A及びBの過酸化水素濃度は、いずれも0.10mol/lであった。なお、流速及び実験温度は実施例1と同一である。
かかる実験条件の燃料電池を用いて得られた、電流−電圧特性を図5に示す。本実施例の場合、開放電圧611mV、また、最大出力1mW/cm2が得られた。
[Example 4]
Using the same chip type fluid fuel cell as in Example 1, the concentration of hydrogen peroxide contained in the sample solution was changed, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The hydrogen peroxide concentrations of the sample liquids A and B injected from the inlet 2 and the inlet 3 of the chip type fluid fuel cell were both 0.10 mol / l. The flow rate and the experimental temperature are the same as in Example 1.
FIG. 5 shows current-voltage characteristics obtained using the fuel cell under such experimental conditions. In this example, an open circuit voltage of 611 mV and a maximum output of 1 mW / cm 2 were obtained.

[実施例5]
上記の実施例1と同じチップ型流体燃料電池を使用して、第1の電極及び第2の電極の材質をそれぞれ次のように変え、更に、試料液に含まれる過酸化水素濃度を変えて実施例1と同様の評価を行った。電極の材質を電極6は銀に、また、電極8は白金とした。また、チップ型流体燃料電池の入口2及び入口3から注入した試料液A及びBの過酸化水素濃度は、いずれも0.45mol/lであった。なお、流速及び実験温度は実施例1と同一である。
かかる実験条件の燃料電池を用いて得られた電流−電圧特性から、本実施例の場合、開放電圧540mV、また、最大出力6mW/cm2が得られた。
[Example 5]
Using the same chip type fluid fuel cell as in Example 1 above, the materials of the first electrode and the second electrode were changed as follows, and the concentration of hydrogen peroxide contained in the sample solution was changed. Evaluation similar to Example 1 was performed. The electrode material was silver for the electrode 6 and platinum for the electrode 8. Further, the hydrogen peroxide concentrations of the sample liquids A and B injected from the inlet 2 and the inlet 3 of the chip type fluid fuel cell were both 0.45 mol / l. The flow rate and the experimental temperature are the same as in Example 1.
From the current-voltage characteristics obtained using the fuel cell under such experimental conditions, an open circuit voltage of 540 mV and a maximum output of 6 mW / cm 2 were obtained in this example.

参考例1
図3(a)に示されるペーパー型燃料電池において、下記条件にて発電実験を行い、電流−電圧特性を求め、電池の評価を行った。
酸性媒体20には強酸性イオン交換濾紙(東レケミカル、RX−1シリーズCP−1)の小片(縦1.5cm×横1.5cm)を、塩基性媒体30には強塩基性イオン交換濾紙(東レケミカル、RX−1シリーズAP−1)の小片(縦1.5cm×横1.5cm)を用いた。また、第1の電極22及び第2の電極32としては、酸性媒体及び塩基性媒体と同面積の白金黒メッシュ(100メッシュのニッケルメッシュ表面を白金黒化したもの)を用い、これを酸性媒体と塩基性媒体とにそれぞれ密着させた。
そして、図3(a)の矢印のように、3重量%過酸化水素水溶液(日本薬局方オキシドール、健栄製薬株式会社)Lを、滴下することで、第1の物質及び第2の物質を供給した。これにより、酸性反応場における酸化反応と、塩基性反応場における還元反応が生じ、起電力が発現した。
[ Reference Example 1 ]
In the paper type fuel cell shown in FIG. 3 (a), a power generation experiment was performed under the following conditions to obtain current-voltage characteristics, and the battery was evaluated.
The acidic medium 20 is a strongly acidic ion exchange filter paper (Toray Chemical, RX-1 series CP-1) small piece (length 1.5 cm × width 1.5 cm), and the basic medium 30 is a strongly basic ion exchange filter paper ( A small piece (1.5 cm long × 1.5 cm wide) of Toray Chemical, RX-1 series AP-1) was used. In addition, as the first electrode 22 and the second electrode 32, a platinum black mesh having the same area as that of the acidic medium and the basic medium (a nickel-plated surface of a 100-mesh nickel mesh) is used. And a basic medium.
And as the arrow of Fig.3 (a), 3 weight% hydrogen peroxide aqueous solution (Japanese Pharmacopoeia oxidol, Kenei Pharmaceutical Co., Ltd.) L is dripped, and the 1st substance and the 2nd substance are made. Supplied. Thereby, an oxidation reaction in an acidic reaction field and a reduction reaction in a basic reaction field occurred, and an electromotive force was developed.

上記の実験条件の燃料電池を用いて得られた、電流−電圧特性を図6に示す。本実施例の場合、開放電圧120mV、また、最大出力0.35μW/cm2(起電圧:80mV、電流0.01mA/cm2の時)が得られた。 FIG. 6 shows current-voltage characteristics obtained using the fuel cell under the above experimental conditions. In the case of this example, an open circuit voltage of 120 mV and a maximum output of 0.35 μW / cm 2 (when the electromotive voltage was 80 mV and the current was 0.01 mA / cm 2 ) were obtained.

参考例2
図4に示されるゲル型一次電池において、下記条件にて発電実験を行い、電流−電圧特性を求め、電池の評価を行った。
酸性媒体20(0.25mol/lの硫酸、0.5mol/lの過酸化水素を、10重量%の無水二酸化ケイ素でゲル化したもの)と、塩基性媒体30(0.5mol/lの水酸化ナトリウム、0.5mol/lの過酸化水素を、8重量%の架橋ポリアクリル酸ナトリウムでゲル化したもの)を用い、第1の電極22及び第2の電極32としては、2.6cm2の白金黒メッシュ(100メッシュのニッケルメッシュ表面を白金黒化したもの)をそれぞれの媒体に密着させた。
[ Reference Example 2 ]
In the gel type primary battery shown in FIG. 4, a power generation experiment was performed under the following conditions to obtain current-voltage characteristics, and the battery was evaluated.
Acidic medium 20 (0.25 mol / l sulfuric acid, 0.5 mol / l hydrogen peroxide gelled with 10 wt% anhydrous silicon dioxide) and basic medium 30 (0.5 mol / l water) Sodium oxide, 0.5 mol / l hydrogen peroxide gelled with 8% by weight of crosslinked sodium polyacrylate), and 2.6 cm 2 as the first electrode 22 and the second electrode 32. Platinum black mesh (100-mesh nickel mesh surface platinum-plated) was adhered to each medium.

上記の実験条件の一次電池を用いて得られた電流−電圧特性から、本実施例の場合、開放電圧570mV、また、最大出力0.2mW/cm2(起電圧:300mV、電流1.7mA/cm2の時)が得られた。 From the current-voltage characteristics obtained using the primary battery under the above experimental conditions, in this example, the open circuit voltage was 570 mV, and the maximum output was 0.2 mW / cm 2 (electromotive voltage: 300 mV, current 1.7 mA / cm 2 ) was obtained.

[比較例1]
上記の実施例1と同じチップ型流体燃料電池を使用して、試料液に過酸化水素を含有させず、硫酸及び水酸化ナトリウム濃度を変えて、実施例1と同様の評価を行った。チップ型流体燃料電池の入口2及び入口3から注入した試料液A及びBの硫酸及び水酸化ナトリウム濃度は、いずれも0.45mol/lであった。なお、流速及び実験温度は実施例1と同一である。
かかる実験条件の燃料電池を用いて得られた、電流−電圧特性を図5に示す。比較例1では、液間電圧による開放電力(300mV)は測定されたものの、有意な電流は得られなかった。
[Comparative Example 1]
The same evaluation as in Example 1 was performed using the same chip type fluid fuel cell as in Example 1 above, except that the sample solution did not contain hydrogen peroxide and the sulfuric acid and sodium hydroxide concentrations were changed. The sulfuric acid and sodium hydroxide concentrations of the sample liquids A and B injected from the inlet 2 and the inlet 3 of the chip type fluid fuel cell were both 0.45 mol / l. The flow rate and the experimental temperature are the same as in Example 1.
FIG. 5 shows current-voltage characteristics obtained using the fuel cell under such experimental conditions. In Comparative Example 1, the open circuit power (300 mV) due to the liquid voltage was measured, but no significant current was obtained.

以上、本実施例によれば、図5及び図6に示すように、電圧及び電流が得られており、また、実施例5及び実施例7においても電圧及び電流が得られており、本発明の新規な構成の電池、及び該電池を用いた発電方法により、発電が行なわれて、電気エネルギーを供給できることが判明した。   As described above, according to the present embodiment, the voltage and current are obtained as shown in FIGS. 5 and 6, and the voltage and current are also obtained in the embodiments 5 and 7, and the present invention. It has been found that power can be generated and electric energy can be supplied by the battery having the novel configuration and the power generation method using the battery.

本発明の電池を用いた発電機構(発電方法)を示す図である。It is a figure which shows the electric power generation mechanism (electric power generation method) using the battery of this invention. (a)は、本発明の電池の1実施態様であるチップ型流体燃料電池の概略上面透視図であり、(b)は、(a)のチップ型流体燃料電池をA−A’で切断した際に、両媒体の流れの方向からみた断面図である。(A) is a schematic top perspective view of a chip-type fluid fuel cell which is one embodiment of the battery of the present invention, and (b) is a cross-sectional view of the chip-type fluid fuel cell of (a) taken along AA ′. In this case, it is a cross-sectional view seen from the flow direction of both media. 参考形態のペーパー型燃料電池の概略断面透視図である。It is a schematic cross-sectional perspective view of the paper type fuel cell of a reference form . 参考形態のゲル型一次電池の概略断面透視図である。It is a general | schematic cross-sectional perspective view of the gel type primary battery of a reference form . チップ型流体燃料電池を用いた実施例における電流−電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic in the Example using a chip | tip type | mold fluid fuel cell. ペーパー型燃料電池を用いた実施例における電流−電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic in the Example using a paper type fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

1 毛管流路
2、3 入口
4、5 出口
6 電極(第2の電極)
7 接続端子
8 電極(第1の電極)
9 接続端子
10 カバーガラス
11 スライドガラス
12 スペーサ
20 酸性媒体
22 第1の電極
30 塩基性媒体
32 第2の電極
40 供給部材
a 酸性水溶液
b 塩基性水溶液
L (過酸化水素)水溶液
1 Capillary flow path 2, 3 Inlet 4, 5 Outlet 6 Electrode (second electrode)
7 Connection terminal 8 Electrode (first electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Connection terminal 10 Cover glass 11 Slide glass 12 Spacer 20 Acidic medium 22 1st electrode 30 Basic medium 32 2nd electrode 40 Supply member a Acidic aqueous solution b Basic aqueous solution L (hydrogen peroxide) aqueous solution

Claims (10)

酸性水溶液と、該酸性水溶液中に配置された第1の電極と、前記酸性水溶液と接する塩基性水溶液と、該塩基性水溶液中に配置された第2の電極と、を備え、更に、前記酸性水溶液と前記塩基性水溶液とがその内部で層流を形成する流路構造を備え、
前記酸性水溶液中に、前記酸性水溶液中に含まれる水素イオンを伴って前記第1の電極から電子を奪う反応を生じさせる第1の物質を含有し、かつ、前記塩基性水溶液中に、前記塩基性水溶液中に含まれる水酸化物イオンを伴って前記第2の電極へと電子を供与する反応を生じさせる第2の物質を含有することを特徴とする電池。
With an acidic aqueous solution, a first electrode disposed in the acidic aqueous solution, a basic solution contacting the acidic aqueous solution, and a second electrode disposed in said basic aqueous solution, and further, the acidic A flow path structure in which an aqueous solution and the basic aqueous solution form a laminar flow therein,
The acidic aqueous solution contains a first substance that causes a reaction to take away electrons from the first electrode with hydrogen ions contained in the acidic aqueous solution , and the basic aqueous solution contains the base A battery comprising a second substance that causes a reaction of donating electrons to the second electrode together with hydroxide ions contained in the aqueous solution .
前記第1の物質及び前記第2の物質が同一の物質であることを特徴とする請求項1に記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein the first substance and the second substance are the same substance. 前記第1の物質及び前記第2の物質が、いずれも過酸化水素であることを特徴とする請求項2に記載の電池。   The battery according to claim 2, wherein the first substance and the second substance are both hydrogen peroxide. 過酸化水素を含有する、又は、化学変化によって過酸化水素を放出する、液体或いは固体により前記過酸化水素を供給することを特徴とする請求項3に記載の電池。   The battery according to claim 3, wherein the hydrogen peroxide is supplied as a liquid or solid containing hydrogen peroxide or releasing hydrogen peroxide by a chemical change. 前記酸性水溶液が、硫酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、塩化水素酸、ヨウ化水素酸、臭化水素酸、過塩素酸、過ヨウ素酸、オルトリン酸、ポリリン酸、硝酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロ珪酸、ヘキサフルオロリン酸、ヘキサフルオロ砒酸、ヘキサクロロ白金酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、クエン酸、蓚酸、サリチル酸、酒石酸、マレイン酸、マロン酸、フタル酸、フマル酸、及びピクリン酸からなる群より選択される酸を1以上含むことを特徴とする請求項に記載の電池。 The acidic aqueous solution is sulfuric acid, methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, hydrochloric acid, hydroiodic acid, hydrobromic acid, perchloric acid, periodic acid, orthophosphoric acid, polyphosphoric acid, nitric acid, tetrafluoroboric acid , Hexafluorosilicic acid, hexafluorophosphoric acid, hexafluoroarsenic acid, hexachloroplatinic acid, acetic acid, trifluoroacetic acid, citric acid, oxalic acid, salicylic acid, tartaric acid, maleic acid, malonic acid, phthalic acid, fumaric acid, and picric acid The battery according to claim 1 , comprising at least one acid selected from the group. 前記塩基性水溶液が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム、水酸化アンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、及び水酸化テトラブチルアンモニウムを含む群から選択される塩基を1以上含む、又は、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、トリポリリン酸ナトリウム、トリポリリン酸カリウム、アルミン酸ナトリウム、及びアルミン酸カリウムを含む群から選択される弱酸のアルカリ金属塩を1以上含むことを特徴とする請求項に記載の電池。 The basic aqueous solution is sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide, magnesium hydroxide, ammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide. And one or more bases selected from the group comprising tetrabutylammonium hydroxide, or sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, sodium borate, potassium borate, sodium silicate, potassium silicate, The battery according to claim 1 , comprising at least one alkali metal salt of a weak acid selected from the group comprising sodium tripolyphosphate, potassium tripolyphosphate, sodium aluminate, and potassium aluminate. 前記第1の電極が、白金、白金黒、酸化白金被覆白金、銀、金、表面を不動態化したチタン、表面を不動態化したステンレス、表面を不動態化したニッケル、表面を不動態化したアルミニウム、炭素構造体、アモルファスカーボン、及びグラッシーカーボンからなる群より選択される1以上の材料から構成されることを特徴とする請求項1に記載の電池。   The first electrode is platinum, platinum black, platinum oxide coated platinum, silver, gold, surface passivated titanium, surface passivated stainless steel, surface passivated nickel, surface passivated The battery according to claim 1, comprising one or more materials selected from the group consisting of aluminum, carbon structure, amorphous carbon, and glassy carbon. 前記第2の電極が、白金、白金黒、酸化白金被覆白金、銀、金、表面を不動態化したチタン、表面を不動態化したステンレス、表面を不動態化したニッケル、表面を不動態化したアルミニウム、炭素構造体、アモルファスカーボン、及びグラッシーカーボンからなる群より選択される1以上の材料から構成されることを特徴とする請求項1に記載の電池。   The second electrode is platinum, platinum black, platinum oxide coated platinum, silver, gold, titanium with passivated surface, stainless with passivated surface, nickel with passivated surface, passivated surface The battery according to claim 1, comprising one or more materials selected from the group consisting of aluminum, carbon structure, amorphous carbon, and glassy carbon. 前記第1の電極及び第2の電極のいずれもが、板状、薄膜状、網目状、又は繊維状であることを特徴とする請求項1に記載の電池。   2. The battery according to claim 1, wherein each of the first electrode and the second electrode has a plate shape, a thin film shape, a mesh shape, or a fiber shape. 酸性水溶液と、該酸性水溶液中に配置された第1の電極と、前記酸性水溶液と接する塩基性水溶液と、該塩基性水溶液中に配置された第2の電極と、を備え、更に、前記酸性水溶液と前記塩基性水溶液とがその内部で層流を形成する流路構造を備える電池を用いた発電方法であって、
前記酸性水溶液に含有される第1の物質が水素イオンを伴って前記第1の電極から電子を奪う反応を生じさせ、かつ、前記塩基性水溶液に含有される第2の物質が水酸化イオンを伴って前記第2の電極へと電子を供与する反応を生じさせて発電することを特徴とする発電方法。
With an acidic aqueous solution, a first electrode disposed in the acidic aqueous solution, a basic solution contacting the acidic aqueous solution, and a second electrode disposed in said basic aqueous solution, and further, the acidic A power generation method using a battery having a flow path structure in which an aqueous solution and the basic aqueous solution form a laminar flow therein ,
The first substance contained in the acidic aqueous solution causes a reaction to take electrons from the first electrode with hydrogen ions, and the second substance contained in the basic aqueous solution contains hydroxide ions. A power generation method characterized by generating power by causing a reaction to donate electrons to the second electrode.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4843908B2 (en) * 2004-05-18 2011-12-21 富士ゼロックス株式会社 Secondary battery and power generation method
JP4496160B2 (en) * 2005-12-13 2010-07-07 株式会社東芝 Proton conductive inorganic material, electrolyte membrane, electrode, membrane electrode composite, and fuel cell
JP4719015B2 (en) * 2006-01-20 2011-07-06 株式会社東芝 Electrolyte membrane, membrane electrode assembly and fuel cell
WO2008077391A1 (en) * 2006-12-22 2008-07-03 White Fox Technologies Ltd Fuel cell
JP5071933B2 (en) * 2007-07-31 2012-11-14 独立行政法人産業技術総合研究所 Fuel cell
CN101234865A (en) * 2007-08-22 2008-08-06 陈国忠 Method for preparing concrete high efficiency water reducing agent by using paper pulp thin black liquor to modify and graft carbonyl aliphatic compound
US8389165B2 (en) 2008-11-29 2013-03-05 Palo Alto Research Center Incorporated Printed fuel cell with integrated gas channels
PL2544582T3 (en) * 2010-03-11 2017-08-31 F.Hoffmann-La Roche Ag Method for the electrochemical measurement of an analyte concentration in vivo, and fuel cell for this purpose
US20120070766A1 (en) 2010-09-21 2012-03-22 Massachusetts Institute Of Technology Laminar flow fuel cell incorporating concentrated liquid oxidant
JP2013114973A (en) * 2011-11-30 2013-06-10 Toyota Motor Corp Fuel cell

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4311771A (en) * 1978-12-21 1982-01-19 Allied Chemical Corporation Process for production of electrical energy from the neutralization of acid and base in a bipolar membrane cell
FR2601508B1 (en) * 1986-07-09 1988-10-21 Interox Sa PROCESS FOR THE PRODUCTION OF ELECTRICITY IN A FUEL CELL, AND FUEL CELL
US5304430A (en) * 1993-02-22 1994-04-19 Hughes Aircraft Company Acid-base concentration cell for electric power generation
JPH07335233A (en) * 1994-06-02 1995-12-22 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Fuel cell
JP3766861B2 (en) * 1999-03-01 2006-04-19 独立行政法人産業技術総合研究所 Bipolar membrane fuel cell using solid polymer electrolyte membrane
US6300000B1 (en) * 1999-06-18 2001-10-09 Gore Enterprise Holdings Fuel cell membrane electrode assemblies with improved power outputs and poison resistance
JP2001176530A (en) * 1999-12-17 2001-06-29 Toyota Motor Corp Solid high molecular film-type fuel cell system
CN1258234C (en) * 2000-08-12 2006-05-31 Lg化学株式会社 Multi-component composite film method for preparing the same
US6713206B2 (en) * 2002-01-14 2004-03-30 Board Of Trustees Of University Of Illinois Electrochemical cells comprising laminar flow induced dynamic conducting interfaces, electronic devices comprising such cells, and methods employing same

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