JP5770645B2 - Membrane / electrode bonded structure and microbial fuel cell module - Google Patents

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Description

本発明は、微生物燃料電池モジュールに用いられる膜・電極接合構造体に関する。また、本発明は、該膜・電極接合構造体を用いた微生物燃料電池モジュールに関する。   The present invention relates to a membrane / electrode bonded structure used in a microbial fuel cell module. The present invention also relates to a microbial fuel cell module using the membrane / electrode assembly.

近年、電極に触媒として機能する嫌気性微生物を担持させた燃料電池が、高容量でかつ安全性が高い次世代の燃料電池として注目されている。この燃料電池は、微生物燃料電池と呼ばれている。微生物燃料電池では、直接的に電気エネルギーを回収することが可能である。   In recent years, a fuel cell in which an anaerobic microorganism that functions as a catalyst is supported on an electrode has attracted attention as a next-generation fuel cell having a high capacity and high safety. This fuel cell is called a microbial fuel cell. Microbial fuel cells can directly recover electrical energy.

上記微生物燃料電池の一例として、下記の特許文献１には、図４に示すように、筒状体である膜・電極接合構造体を備える微生物燃料電池１０１が開示されている。   As an example of the above microbial fuel cell, the following Patent Document 1 discloses a microbial fuel cell 101 having a tubular membrane-electrode assembly structure as shown in FIG.

微生物燃料電池１０１は、内側に円筒形のアノード１１１（負電極）と、外側に円筒形のカソード１１２（正電極）と、アノード１１１とカソード１１２との間に挟み込まれた円筒形のイオン透過性膜１１３とを有する。円筒形のアノード１１１の内側は空隙であり、流路が形成されている。カソード１１２とイオン透過性膜１１３とで、一体化された膜・電極接合体（ＭＥＡ）が形成されている。アノード１１１とイオン透過性膜１１３とカソード１１２とは全体で、筒状体である膜・電極接合構造体である。   The microbial fuel cell 101 has a cylindrical anode 111 (negative electrode) on the inner side, a cylindrical cathode 112 (positive electrode) on the outer side, and a cylindrical ion permeability sandwiched between the anode 111 and the cathode 112. And a film 113. The inside of the cylindrical anode 111 is a space, and a flow path is formed. The cathode 112 and the ion permeable membrane 113 form an integrated membrane / electrode assembly (MEA). The anode 111, the ion permeable membrane 113, and the cathode 112 as a whole are a membrane / electrode assembly structure that is a cylindrical body.

微生物燃料電池１０１を使用する際には、アノード１１１の内側の空隙の流路に、嫌気性下で生育可能な微生物及び有機性物質を含む液を矢印１１４の方向に流す。また、カソード１１２に、カソード１１２の外周外側に存在する空気を接触させる。アノード１１１では、微生物により有機性物質から水素イオン（Ｈ＋）及び電子（ｅ−）が生成される。水素イオンは、イオン透過性膜１１３を透過して、カソード１１２側に移動して、アノード１１１とカソード１１２との間に電位差が生じる。この状態で、アノード１１１とカソード１１２とが導線１１５によって接続され、閉回路が形成されていると、電位差電流が流れる。この結果、導線１１５に流れる電気エネルギーを回収できる。 When the microbial fuel cell 101 is used, a liquid containing microorganisms and organic substances that can grow under anaerobic conditions is caused to flow in the direction of the arrow 114 in the flow path of the gap inside the anode 111. The cathode 112 is brought into contact with air existing outside the outer periphery of the cathode 112. At the anode 111, hydrogen ions (H + ) and electrons (e − ) are generated from organic substances by microorganisms. The hydrogen ions pass through the ion permeable membrane 113 and move to the cathode 112 side, and a potential difference is generated between the anode 111 and the cathode 112. In this state, if the anode 111 and the cathode 112 are connected by the conductive wire 115 to form a closed circuit, a potential difference current flows. As a result, the electric energy flowing through the conductive wire 115 can be recovered.

また、特許文献１では、筒状容器に、筒状体である膜・電極接合構造体を複数間隔を隔てて配置した微生物燃料電池も記載されている。   Patent Document 1 also describes a microbial fuel cell in which a tubular membrane-electrode assembly structure is arranged at a plurality of intervals in a cylindrical container.

下記の特許文献２には、矩形状のアノード（負電極）と、矩形状のイオン透過性膜と、矩形状のカソード（正電極）と、矩形状のイオン透過性膜とがこの順で並べられた膜・電極接合構造体が開示されている。特許文献２では、この膜・電極接合構造体が複数並べられて、微生物燃料電池が形成されている。この微生物燃料電池では、複数の膜・電極接合構造体が上端に開口を有する容器内に収容され、開口に蓋が取り付けられている。   In Patent Document 2 below, a rectangular anode (negative electrode), a rectangular ion permeable membrane, a rectangular cathode (positive electrode), and a rectangular ion permeable membrane are arranged in this order. A membrane-electrode assembly structure is disclosed. In Patent Document 2, a plurality of the membrane / electrode bonded structures are arranged to form a microbial fuel cell. In this microbial fuel cell, a plurality of membrane-electrode assembly structures are accommodated in a container having an opening at the upper end, and a lid is attached to the opening.

特開２００４−３４２４１２号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-342412 特開２００９−９３８６１号公報JP 2009-93661 A

特許文献１に記載のような従来の微生物燃料電池では、エネルギーの回収効率が低いという問題がある。また、特許文献１に記載されているような、筒状容器に筒状体である膜・電極接合構造体を複数配置した微生物燃料電池の製造は困難である。また、膜・電極接合構造体を複数作成しなければならないので、微生物燃料電池の製造効率が悪い。   The conventional microbial fuel cell as described in Patent Document 1 has a problem of low energy recovery efficiency. Moreover, it is difficult to manufacture a microbial fuel cell in which a plurality of membrane-electrode assembly structures that are cylindrical bodies are arranged in a cylindrical container as described in Patent Document 1. In addition, since a plurality of membrane / electrode bonded structures must be prepared, the production efficiency of the microbial fuel cell is poor.

特許文献２に記載の微生物燃料電池では、複数の膜・電極接合構造体を用いるので、部材点数が多くなる。また、複雑な構造であるので、微生物燃料電池の製造効率が悪い。さらに、特許文献２に記載の微生物燃料電池では、小型化を進めることが困難である。   In the microbial fuel cell described in Patent Document 2, since a plurality of membrane / electrode bonded structures are used, the number of members increases. In addition, since the structure is complicated, the production efficiency of the microbial fuel cell is poor. Furthermore, it is difficult to reduce the size of the microbial fuel cell described in Patent Document 2.

本発明の目的は、エネルギーの回収効率が高い膜・電極接合構造体、並びに該膜・電極接合構造体を用いた微生物燃料電池モジュールを提供することである。   An object of the present invention is to provide a membrane / electrode assembly structure with high energy recovery efficiency, and a microbial fuel cell module using the membrane / electrode assembly structure.

本発明の広い局面によれば、微生物燃料電池モジュールに用いられる膜・電極接合構造体であって、微生物を担持可能な負電極と、前記負電極の片側に配置されている第１のイオン透過性膜と、前記第１のイオン透過性膜の前記負電極側とは反対側に配置されている第１の正電極と、前記第１の正電極の前記第１のイオン透過性膜側とは反対側に配置されており、かつ空気が通過可能な空気通過性部材とを備え、前記負電極と、前記第１のイオン透過性膜と、前記第１の正電極と、前記空気通過性部材とがこの順で積層されてシート状の積層体が形成されており、シート状の前記積層体が、外周のシート部分と前記外周のシート部分の内側に位置する内周のシート部分とを有するように、少なくとも２重に巻かれている、膜・電極接合構造体が提供される。   According to a wide aspect of the present invention, there is provided a membrane / electrode assembly for use in a microbial fuel cell module, a negative electrode capable of supporting microorganisms, and a first ion permeation disposed on one side of the negative electrode. A first positive electrode disposed on a side opposite to the negative electrode side of the first ion permeable membrane, and the first ion permeable membrane side of the first positive electrode; Is disposed on the opposite side and includes an air-permeable member that allows air to pass therethrough, the negative electrode, the first ion-permeable membrane, the first positive electrode, and the air-permeable property. The members are laminated in this order to form a sheet-like laminate, and the sheet-like laminate comprises an outer sheet portion and an inner sheet portion located inside the outer sheet portion. Membrane / electrode joint structure wound at least twice to have It is provided.

本発明に係る膜・電極接合構造体のある特定の局面では、シート状の前記積層体が渦巻き状に巻かれている。   In a specific aspect of the membrane / electrode bonded structure according to the present invention, the sheet-like laminate is wound in a spiral shape.

本発明に係る膜・電極接合構造体の他の特定の局面では、前記空気通過性部材の前記第１の正電極側とは反対側に配置されている第２の正電極と、前記第２の正電極の前記空気通過性部材側とは反対側に配置されている第２のイオン透過性膜とをさらに備え、シート状の前記積層体が、前記負電極と、前記第１のイオン透過性膜と、前記第１の正電極と、前記空気通過性部材と、前記第２の正電極と、前記第２のイオン透過性膜とがこの順で積層されて形成されている。   In another specific aspect of the membrane / electrode bonded structure according to the present invention, the second positive electrode disposed on the opposite side of the air permeable member from the first positive electrode side, and the second And a second ion permeable membrane disposed on the side opposite to the air permeable member side of the positive electrode, and the sheet-like laminate includes the negative electrode and the first ion permeable membrane. The conductive membrane, the first positive electrode, the air-permeable member, the second positive electrode, and the second ion-permeable membrane are laminated in this order.

本発明に係る膜・電極接合構造体の別の特定の局面では、前記負電極と前記第２のイオン透過性膜とが積層されるように、シート状の前記積層体が巻かれている。   In another specific aspect of the membrane / electrode bonded structure according to the present invention, the sheet-like laminate is wound so that the negative electrode and the second ion-permeable membrane are laminated.

本発明に係る膜・電極接合構造体の他の特定の局面では、該膜・電極接合構造体は、芯部材をさらに備え、前記芯部材の外表面に、シート状の前記積層体が巻かれている。   In another specific aspect of the membrane / electrode bonded structure according to the present invention, the membrane / electrode bonded structure further includes a core member, and the sheet-shaped laminate is wound around the outer surface of the core member. ing.

また、本発明の広い局面によれば、微生物燃料電池モジュールに用いられる膜・電極接合構造体の製造方法であって、微生物を担持可能な負電極と、前記負電極の片側に配置されている第１のイオン透過性膜と、前記第１のイオン透過性膜の前記負電極側とは反対側に配置されている第１の正電極と、前記第１の正電極の前記第１のイオン透過性膜側とは反対側に配置されており、かつ空気が通過可能な空気通過性部材とがこの順で積層されているシート状の積層体を用いて、シート状の前記積層体を、外周のシート部分と前記外周のシート部分の内側に位置する内周のシート部分とを有するように、少なくとも２重に巻いて、膜・電極接合構造体を得る、膜・電極接合構造体の製造方法が提供される。   Further, according to a wide aspect of the present invention, there is provided a method for producing a membrane / electrode assembly used in a microbial fuel cell module, which is arranged on one side of the negative electrode capable of supporting microorganisms and the negative electrode. A first ion permeable membrane; a first positive electrode disposed on a side opposite to the negative electrode side of the first ion permeable membrane; and the first ion of the first positive electrode. Using the sheet-like laminate that is disposed on the side opposite to the permeable membrane side and in which air-permeable members through which air can pass are laminated in this order, the sheet-like laminate, Manufacture of a membrane / electrode bonded structure obtained by winding at least twice so as to have an outer peripheral sheet portion and an inner peripheral sheet portion positioned inside the outer peripheral sheet portion. A method is provided.

本発明に係る膜・電極接合構造体の製造方法のある特定の局面では、シート状の前記積層体として、前記負電極と、前記第１のイオン透過性膜と、前記第１の正電極と、前記空気通過性部材と、前記空気通過性部材の前記第１の正電極側とは反対側に配置されている第２の正電極と、前記第２の正電極の前記空気通過性部材側とは反対側に配置されている第２のイオン透過性膜とがこの順で積層されているシート状の積層体が用いられる。   In a specific aspect of the method for producing a membrane / electrode bonded structure according to the present invention, the negative electrode, the first ion-permeable membrane, and the first positive electrode are used as the sheet-like laminate. The air permeable member, the second positive electrode disposed on the side opposite to the first positive electrode side of the air permeable member, and the air permeable member side of the second positive electrode A sheet-like laminate in which a second ion-permeable membrane disposed on the opposite side of the membrane is laminated in this order is used.

本発明に係る微生物燃料電池モジュールは、上述した膜・電極接合構造体と、前記負電極と前記正電極とを電気的に接続している導線とを備える。   A microbial fuel cell module according to the present invention includes the membrane-electrode assembly structure described above, and a conductive wire that electrically connects the negative electrode and the positive electrode.

本発明に係る膜・電極接合構造体並びに本発明に係る膜・電極接合構造体の製造方法により得られる膜・電極接合構造体では、上記負電極と上記第１のイオン透過性膜と上記第１の正電極と上記空気通過性部材とがこの順で積層されてシート状の積層体が形成されており、シート状の上記積層体が、外周のシート部分と上記外周のシート部分の内側に位置する内周のシート部分とを有するように少なくとも２重に巻かれているので、エネルギー回収効率がかなり高い微生物燃料電池モジュールを得ることができる。   In the membrane / electrode bonded structure according to the present invention and the membrane / electrode bonded structure obtained by the method for producing the membrane / electrode bonded structure according to the present invention, the negative electrode, the first ion-permeable membrane, and the first The positive electrode 1 and the air-permeable member are laminated in this order to form a sheet-like laminate, and the sheet-like laminate is formed inside the outer sheet portion and the outer sheet portion. The microbial fuel cell module having a considerably high energy recovery efficiency can be obtained because it is wound at least twice so as to have the inner peripheral seat portion.

図１は、本発明の一実施形態に係る微生物燃料電池モジュールを示す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing a microbial fuel cell module according to an embodiment of the present invention. 図２は、図１に示す微生物燃料電池モジュールに用いられる膜・電極接合構造体を模式的に示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing a membrane / electrode assembly used in the microbial fuel cell module shown in FIG. 図３は、図１，２に示す膜・電極接合構造体の一部を拡大して示す断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a part of the membrane / electrode assembly shown in FIGS. 図４は、従来の微生物燃料電池を模式的に示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view schematically showing a conventional microbial fuel cell.

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態及び実施例を説明することにより本発明を明らかにする。   Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments and examples of the present invention with reference to the drawings.

図１に、本発明の一実施形態に係る微生物燃料電池モジュールを模式図で示す。図２に、図１に示す微生物燃料電池モジュールに用いられる膜・電極接合構造体を模式的に斜視図で示す。図３に、図１，２に示す膜・電極接合構造体の一部を拡大して断面図で示す。図３では、図１において、膜・電極接合構造体を上方から見た断面図が示されている。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a microbial fuel cell module according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view schematically showing a membrane / electrode bonded structure used in the microbial fuel cell module shown in FIG. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a part of the membrane / electrode bonded structure shown in FIGS. FIG. 3 shows a cross-sectional view of the membrane-electrode assembly structure as viewed from above in FIG.

図１に示す微生物燃料電池モジュール２１は、膜・電極接合構造体１を備える。膜・電極接合構造体１は、微生物燃料電池モジュールに用いられている。図２に示すように、膜・電極接合構造体１は、芯部材２と、シート状の積層体３とを備える。なお、図１，２では、シート状の積層体３は、図示の便宜上、略図的に示されている。図３に示すように、膜・電極接合構造体１は、負電極１１と、第１のイオン透過性膜１２と、第１の正電極１３と、空気通過性部材１４とを備える。膜・電極接合構造体１は、第２の正電極１５と、第２のイオン透過性膜１６とをさらに備える。   A microbial fuel cell module 21 shown in FIG. 1 includes a membrane / electrode assembly 1. The membrane / electrode assembly 1 is used in a microbial fuel cell module. As shown in FIG. 2, the membrane / electrode assembly 1 includes a core member 2 and a sheet-like laminate 3. 1 and 2, the sheet-like laminate 3 is schematically shown for convenience of illustration. As shown in FIG. 3, the membrane / electrode assembly 1 includes a negative electrode 11, a first ion permeable membrane 12, a first positive electrode 13, and an air-permeable member 14. The membrane / electrode assembly 1 further includes a second positive electrode 15 and a second ion permeable membrane 16.

第１のイオン透過性膜１２は、負電極１１の片側に配置されている。第１の正電極１３は、第１のイオン透過性膜１２の負電極１１側とは反対側に配置されている。空気通過性部材１４は、第１の正電極１３の第１のイオン透過性膜１２側とは反対側に配置されている。第２の正電極１５は、空気通過性部材１４の第１の正電極１３側とは反対側に配置されている。第２のイオン透過性膜１６は、第２の正電極１５の空気通過性部材１４側とは反対側に配置されている。   The first ion permeable membrane 12 is disposed on one side of the negative electrode 11. The first positive electrode 13 is disposed on the opposite side of the first ion permeable membrane 12 from the negative electrode 11 side. The air-permeable member 14 is disposed on the opposite side of the first positive electrode 13 from the first ion-permeable membrane 12 side. The second positive electrode 15 is disposed on the opposite side of the air-permeable member 14 from the first positive electrode 13 side. The second ion permeable membrane 16 is disposed on the opposite side of the second positive electrode 15 from the air-permeable member 14 side.

従って、膜・電極接合構造体１では、負電極１１と、第１のイオン透過性膜１２と、第１の正電極１３と、空気通過性部材１４と、第２の正電極１５と、第２のイオン透過性膜１６とがこの順で積層されてシート状の積層体３が形成されている。負電極と第１のイオン性膜とは、接していることが好ましいが、必ずしも接していなくてもよい。第１のイオン透過性膜と第１の正電極とは、接していることが好ましいが、必ずしも接していなくてもよい。第１の正電極と空気通過性部材とは、接していることが好ましいが、必ずしも接していなくてもよい。空気通過性部材と第２の正電極とは、接していることが好ましいが、必ずしも接していなくてもよい。第２の正電極と第２のイオン透過性膜とは、接していることが好ましいが、必ずしも接していなくてもよい。膜・電極接合構造体では、第２のイオン透過性膜と負電極とは、接していることが好ましいが、必ずしも接していなくてもよい。また、本発明の効果を阻害しない範囲で、各部材間に、他の部材などが配置されていてもよい。   Therefore, in the membrane / electrode assembly 1, the negative electrode 11, the first ion permeable membrane 12, the first positive electrode 13, the air-permeable member 14, the second positive electrode 15, Two ion-permeable membranes 16 are laminated in this order to form a sheet-like laminate 3. The negative electrode and the first ionic film are preferably in contact with each other, but are not necessarily in contact with each other. The first ion permeable membrane and the first positive electrode are preferably in contact with each other, but are not necessarily in contact with each other. The first positive electrode and the air-permeable member are preferably in contact with each other, but are not necessarily in contact with each other. The air-permeable member and the second positive electrode are preferably in contact with each other, but are not necessarily in contact with each other. The second positive electrode and the second ion permeable membrane are preferably in contact with each other, but are not necessarily in contact with each other. In the membrane / electrode bonded structure, the second ion-permeable membrane and the negative electrode are preferably in contact with each other, but not necessarily in contact with each other. Further, other members and the like may be disposed between the members as long as the effects of the present invention are not impaired.

図２に示すように、膜・電極接合構造体１では、シート状の積層体３が、外周のシート部分３Ａと外周のシート部分３Ａの内側に位置する内周のシート部分３Ｂとを有するように、少なくとも２重に巻かれている。膜・電極接合構造体１は、シート状の積層体３を、外周のシート部分３Ａと外周のシート部分３Ａの内側に位置する内周のシート部分３Ｂとを有するように、少なくとも２重に巻くことで得られる。巻く前のシート状の積層体３及び展開されたシート状の積層体３は、長尺状である。長尺状のシート状の積層体３が一端３ａから他端３ｂにかけて巻かれて、膜・電極接合構造体１が形成されている。シート状の積層体３は、両側の主面のいずれを内側として巻いてもよい。   As shown in FIG. 2, in the membrane / electrode assembly 1, the sheet-like laminate 3 has an outer sheet portion 3 </ b> A and an inner sheet portion 3 </ b> B located inside the outer sheet portion 3 </ b> A. Is wound at least twice. The membrane / electrode bonded structure 1 winds the sheet-like laminate 3 at least twice so as to have an outer peripheral sheet portion 3A and an inner peripheral sheet portion 3B located inside the outer peripheral sheet portion 3A. Can be obtained. The sheet-like laminate 3 before being rolled and the unfolded sheet-like laminate 3 are long. A long sheet-like laminate 3 is wound from one end 3a to the other end 3b to form the membrane / electrode assembly 1. The sheet-like laminate 3 may be wound with either of the main surfaces on both sides as the inside.

長尺状のシート状の積層体３は一端３ａから、芯部材２の外表面に巻かれている。芯部材の使用により、シート状の積層体を巻く作業がより一層容易になる。また、芯部材の使用により、膜・電極接合構造体の強度が高くなる。なお、芯部材は必ずしも用いられていなくてもよい。   The long sheet-like laminate 3 is wound around the outer surface of the core member 2 from one end 3a. The use of the core member makes it easier to wind the sheet-like laminate. Further, the use of the core member increases the strength of the membrane / electrode bonded structure. The core member is not necessarily used.

膜・電極接合構造体１では、シート状の積層体３が渦巻き状に巻かれている。膜・電極接合構造体の作製が容易であるので、膜・電極接合構造体では、シート状の積層体が渦巻き状に巻かれていることが好ましい。また、渦巻き状にすることで、１つのシート状の積層体を用意するだけで、負電極とイオン透過性膜と正電極とが複数積層された膜・電極接合構造体が得られる。なお、渦巻き状にする場合でも、２つ以上のシート状の積層体を用いて、膜・電極接合構造体を得てもよい。   In the membrane / electrode bonded structure 1, a sheet-like laminate 3 is wound in a spiral shape. Since it is easy to produce the membrane / electrode bonded structure, it is preferable that the sheet-shaped laminate is wound in a spiral shape in the membrane / electrode bonded structure. In addition, by forming a spiral shape, a membrane / electrode bonded structure in which a plurality of negative electrodes, ion-permeable membranes, and positive electrodes are laminated can be obtained simply by preparing a single sheet-like laminate. Even in the case of a spiral shape, a membrane / electrode bonded structure may be obtained using two or more sheet-like laminates.

シート状の積層体は、少なくとも２重（巻き数２以上）に巻かれていればよく、少なくとも３重（巻き数３以上）に巻かれていることがより好ましい。微生物燃料電池モジュールにおけるエネルギーの回収効率を高める観点からは、シート状の積層体の巻き数は多いほどよい。エネルギーの回収効率をより一層高める観点からは、シート状の積層体の巻き数は更に好ましくは５以上、特に好ましくは１０以上である。シート状の積層体の巻き数の上限は特に限定されない。なお、シート状の積層体の巻き数は多すぎると、微生物燃料電池モジュールが大きくなる。微生物燃料電池モジュールをより一層小型化する観点からは、シート状の積層体の巻き数は、例えば１００００以下であり、好ましくは１０００以下、より好ましくは１００以下である。   The sheet-like laminate may be wound at least twice (twist number or more), and more preferably at least triple (number of turns 3 or more). From the viewpoint of increasing the energy recovery efficiency in the microbial fuel cell module, it is better that the number of windings of the sheet-like laminate is larger. From the viewpoint of further improving the energy recovery efficiency, the number of windings of the sheet-like laminate is more preferably 5 or more, and particularly preferably 10 or more. The upper limit of the number of windings of the sheet-like laminate is not particularly limited. In addition, when there are too many windings of a sheet-like laminated body, a microbial fuel cell module will become large. From the viewpoint of further downsizing the microbial fuel cell module, the number of turns of the sheet-like laminate is, for example, 10,000 or less, preferably 1000 or less, and more preferably 100 or less.

シート状の積層体３が巻かれた膜・電極接合構造体１は、全体の外形として、略円柱状の形状を有する。このような形状であると、管構造に、微生物燃料電池モジュールを容易に取り付けることができる。但し、膜・電極接合構造体は、略円柱状以外の形状であってもよく、全体の外形として略四角柱状等の形状を有していてもよい。また、シート状の積層体が巻かれた膜・電極接合構造体は内部に空隙を有していてもよく、有していなくてもよい。   The membrane / electrode assembly 1 around which the sheet-like laminate 3 is wound has a substantially cylindrical shape as an overall outer shape. With such a shape, the microbial fuel cell module can be easily attached to the tube structure. However, the membrane / electrode bonded structure may have a shape other than a substantially cylindrical shape, and may have a shape such as a substantially quadrangular prism shape as the overall outer shape. Further, the membrane / electrode bonded structure wound with the sheet-like laminate may or may not have a void inside.

膜・電極接合構造体１は、第２の正電極１５と第２のイオン透過性膜１６とを備える。膜・電極接合構造体は、第２の正電極及び第２のイオン透過性膜を備えることが好ましい。膜・電極接合構造体は、第２の正電極及び第２のイオン透過性膜を必ずしも備えていなくてもよい。空気通過性部材の第１の正電極側とは反対側に空気を通過しない部材が積層されていてもよい。例えば、膜・電極接合構造体において、空気通過性部材の一方側に第１の正電極が積層されており、かつ他方側に空気を通過しない部材が積層されており、更に該空気を通過しない部材の空気通過性部材側とは反対側に負電極などが積層されていてもよい。空気を通過しない部材は、例えば、空気通過性部材と負電極とを仕切る仕切り部材であってもよい。空気を通過しない部材の強度が高いと、膜・電極接合構造体の強度も高くなる。   The membrane / electrode assembly 1 includes a second positive electrode 15 and a second ion permeable membrane 16. The membrane / electrode bonded structure preferably includes a second positive electrode and a second ion permeable membrane. The membrane / electrode bonded structure may not necessarily include the second positive electrode and the second ion permeable membrane. A member that does not pass air may be laminated on the side opposite to the first positive electrode side of the air-permeable member. For example, in the membrane / electrode bonded structure, the first positive electrode is laminated on one side of the air-permeable member, and the member that does not pass air is laminated on the other side, and further does not pass the air. The negative electrode etc. may be laminated | stacked on the opposite side to the air-permeable member side of a member. The member that does not pass air may be, for example, a partition member that partitions the air-permeable member and the negative electrode. If the strength of the member that does not pass air is high, the strength of the membrane-electrode bonded structure also increases.

負電極１１（アノード）は微生物を担持可能であるとともに、有機性物質を含む液を通過可能である。負電極１１は、作用極である。負電極には、微生物が担持されてもよく、担持されていなくてもよい。負電極に微生物が担持されていない場合には、膜・電極接合構造体の使用前又は使用時に、負電極に微生物が担持される。負電極に微生物が付着していることで、微生物により有機性物質から水素イオン（Ｈ＋）及び電子（ｅ−）が生成可能になる。また、必要に応じて、負電極にメディエータ（電子伝達体）が担持されていてもよく、微生物にメディエータ（電子伝達体）を加えてもよい。 The negative electrode 11 (anode) can carry microorganisms and can pass a liquid containing an organic substance. The negative electrode 11 is a working electrode. Microorganisms may or may not be supported on the negative electrode. When microorganisms are not supported on the negative electrode, the microorganisms are supported on the negative electrode before or during use of the membrane-electrode assembly structure. By attaching microorganisms to the negative electrode, the microorganisms can generate hydrogen ions (H + ) and electrons (e − ) from organic substances. If necessary, a mediator (electron carrier) may be carried on the negative electrode, and a mediator (electron carrier) may be added to the microorganism.

微生物を効果的に担持可能であるように、また有機性物質を含む液を通過可能であるように、負電極は、孔を有することが好ましく、多孔質であることが好ましい。負電極の材料は、微生物を担持可能で導電性材料であれば特に限定されない。導電性材料としては、炭素繊維やチタンなどの各種の導電性金属が挙げられる。負電極の形態としては、網状体、織布、不織布、クロス及びフェルト等が挙げられる。負電極は、比表面積を高めるために表面処理されていてもよい。   The negative electrode preferably has pores and is preferably porous so that microorganisms can be supported effectively and liquids containing organic substances can pass through. The material of the negative electrode is not particularly limited as long as it is a conductive material capable of supporting microorganisms. Examples of the conductive material include various conductive metals such as carbon fiber and titanium. Examples of the negative electrode include nets, woven fabrics, nonwoven fabrics, cloths, felts, and the like. The negative electrode may be surface-treated in order to increase the specific surface area.

第１，第２の正電極１３，１５（カソード）は、対極である。第１，第２の正電極１３，１５は、空気と接触可能である。   The first and second positive electrodes 13 and 15 (cathodes) are counter electrodes. The first and second positive electrodes 13 and 15 can come into contact with air.

上記正電極の材料は導電性材料であれば特に限定されない。正電極の材料としては、負電極の材料として挙げた材料が挙げられる。正電極の形態としては、負電極の形態として挙げた形態が挙げられる。正電極には、白金等の触媒が塗布されていてもよい。   The material of the positive electrode is not particularly limited as long as it is a conductive material. Examples of the positive electrode material include the materials mentioned as the negative electrode material. As a form of a positive electrode, the form mentioned as a form of a negative electrode is mentioned. A catalyst such as platinum may be applied to the positive electrode.

第１，第２のイオン透過性膜１２，１６は、負電極から発生した水素イオン（Ｈ＋）を透過可能である。第１，第２のイオン透過性膜１２，１６は、電解質膜であることが好ましい。 The first and second ion permeable membranes 12 and 16 can transmit hydrogen ions (H + ) generated from the negative electrode. The first and second ion permeable membranes 12 and 16 are preferably electrolyte membranes.

上記イオン透過性膜は、空気を透過しないことが好ましい。この場合には、正電極側からイオン透過性膜を介して負電極に空気が至らず、負電極と空気との接触が抑えられる。上記イオン透過性膜の材料は特に限定されない。上記イオン透過性膜としては、スルホン酸基を有するフッ素樹脂系イオン交換膜（陽イオン交換膜）が好ましく用いられる。これ以外のイオン透過性膜を用いてもよい。スルホン酸基は親水性があり、高い陽イオン交換能を持つ。また、より安価なイオン透過性膜として主鎖部のみをフッ素化したフッ素樹脂系イオン交換膜や、芳香族炭化水素系膜も利用できる。有機性物質と正電極とを陽イオン交換膜で隔離した場合には、負電極での反応で発生した水素イオンが、陽イオン交換膜を介して正電極に効果的に供給されて、正電極での酸素の還元に効果的に用いられる。   The ion permeable membrane preferably does not transmit air. In this case, air does not reach the negative electrode through the ion permeable membrane from the positive electrode side, and contact between the negative electrode and air is suppressed. The material of the ion permeable membrane is not particularly limited. As the ion permeable membrane, a fluororesin ion exchange membrane (cation exchange membrane) having a sulfonic acid group is preferably used. Other ion permeable membranes may be used. The sulfonic acid group is hydrophilic and has a high cation exchange capacity. Further, as a cheaper ion-permeable membrane, a fluororesin ion exchange membrane in which only the main chain portion is fluorinated and an aromatic hydrocarbon membrane can be used. When the organic substance and the positive electrode are separated by the cation exchange membrane, the hydrogen ions generated by the reaction at the negative electrode are effectively supplied to the positive electrode through the cation exchange membrane, and the positive electrode It is effectively used for the reduction of oxygen in

上記イオン透過性膜の市販品としては、例えばＩＯＮＩＣＳ製ＮＥＰＴＯＮ ＣＲ６１ＡＺＬ−３８９、トクヤマ製ＮＥＯＳＥＰＴＡ ＣＭ−１及び同ＣＭＢ、旭硝子製Ｓｅｌｅｍｉｏｎ ＣＳＶ等が挙げられる。   Examples of commercially available ion-permeable membranes include NEPTON CR61AZL-389 manufactured by IONICS, NEOSEPTA CM-1 and CMB manufactured by Tokuyama, and Selemion CSV manufactured by Asahi Glass.

水素イオンの移動効率を高めるためには、正電極とイオン透過性膜との間の間隔はなるべく狭いほうがよく、正電極とイオン透過性膜とは接していることが好ましい。特に、イオン透過性膜の一部が正電極の多孔質構造内部の空隙内に網目状に侵入していると、多孔質構造中に含まれる空気と電解質膜などのイオン透過性膜に含まれる水とで形成される水と空気との接触界面の面積が飛躍的に増大する。このため、空気中の酸素を還元する反応効率が増大して、エネルギーの回収効率がかなり高くなる。   In order to increase the transfer efficiency of hydrogen ions, the distance between the positive electrode and the ion permeable membrane should be as narrow as possible, and the positive electrode and the ion permeable membrane are preferably in contact with each other. In particular, if a part of the ion permeable membrane penetrates into the voids inside the porous structure of the positive electrode, it is included in the ion permeable membrane such as air and electrolyte membrane contained in the porous structure. The area of the contact interface between water and air formed with water increases dramatically. For this reason, the reaction efficiency which reduces oxygen in the air increases, and the energy recovery efficiency becomes considerably high.

膜・電極接合構造体１では、第１のイオン透過性膜１２と第１の正電極１３とで、一体化された膜・電極接合体（ＭＥＡ）が形成されている。また、第２の正電極１５と第２のイオン透過性膜１６とで、一体化された膜・電極接合体（ＭＥＡ）が形成されている。膜・電極接合構造体を得るために、イオン透過性膜と正電極とが一体化された膜・電極接合体（ＭＥＡ）を用いることが好ましい。イオン透過性膜と正電極とは、一体化された膜・電極接合体（ＭＥＡ）であることが好ましい。   In the membrane / electrode assembly 1, an integrated membrane / electrode assembly (MEA) is formed by the first ion-permeable membrane 12 and the first positive electrode 13. The second positive electrode 15 and the second ion permeable membrane 16 form an integrated membrane / electrode assembly (MEA). In order to obtain a membrane / electrode assembly, it is preferable to use a membrane / electrode assembly (MEA) in which an ion-permeable membrane and a positive electrode are integrated. The ion permeable membrane and the positive electrode are preferably an integrated membrane / electrode assembly (MEA).

空気通過性部材１４は、空気が通過可能である。空気通過性部材１４は、空気通過性部材１４を通過している空気が、第１，第２の正電極１３，１５に接触可能なように構成されている。空気通過性部材は、孔を有することが好ましく、多孔質であることが好ましい。空気通過性部材の形態としては、網状体、織布、不織布、クロス及びフェルト等が挙げられる。但し、空気通過部材は、これら以外の形態であってもよい。上記空気は、酸素を含む。   Air can pass through the air-permeable member 14. The air-permeable member 14 is configured such that air passing through the air-permeable member 14 can contact the first and second positive electrodes 13 and 15. The air-permeable member preferably has pores and is preferably porous. Examples of the form of the air-permeable member include a net, a woven fabric, a non-woven fabric, a cloth, and a felt. However, the air passage member may have other forms. The air contains oxygen.

負電極と第１のイオン透過性膜と第１の正電極と空気通過性部材と第２の正電極と第２のイオン透過性膜とがこの順で積層されてシート状の積層体が形成されていることが好ましい。この場合には、空気通過性部材の両側に正電極が配置される。また、このシート状の積層体を渦巻き状に巻くと、負電極と第１のイオン透過性膜と第１の正電極と空気通過性部材と第２の正電極と第１のイオン透過性膜との積層構造が連続した膜・電極接合構造体が得られる。この結果、より一層効率的にエネルギーの回収が可能な微生物燃料電池が得られる。また、膜・電極接合体及び微生物燃料電池をより一層小型にすることができる。   The negative electrode, the first ion permeable membrane, the first positive electrode, the air-permeable member, the second positive electrode, and the second ion permeable membrane are laminated in this order to form a sheet-like laminate. It is preferable that In this case, positive electrodes are arranged on both sides of the air-permeable member. Moreover, when this sheet-like laminate is wound in a spiral shape, a negative electrode, a first ion-permeable membrane, a first positive electrode, an air-permeable member, a second positive electrode, and a first ion-permeable membrane Thus, a membrane / electrode bonded structure having a continuous laminated structure is obtained. As a result, a microbial fuel cell capable of recovering energy more efficiently can be obtained. Further, the membrane / electrode assembly and the microbial fuel cell can be further reduced in size.

また、負電極と第２のイオン透過性膜とが積層されるように、シート状の上記積層体が巻かれていることが好ましい。負電極と第２のイオン透過性膜とが接するように、シート状の上記積層体が巻かれていることが好ましい。この場合には、より一層効率的にエネルギーの回収が可能であり、より一層小型である微生物燃料電池が得られる。   Moreover, it is preferable that the said sheet-like laminated body is wound so that a negative electrode and a 2nd ion permeable film may be laminated | stacked. It is preferable that the sheet-like laminate is wound so that the negative electrode and the second ion-permeable membrane are in contact with each other. In this case, energy can be recovered more efficiently, and a microbial fuel cell that is even smaller can be obtained.

図１に示すように、微生物燃料電池モジュール２１は、膜・電極接合構造体１を収容している容器４を備える。このように、微生物燃料電池モジュールは、膜・電極接合構造体を収容する容器を備えることが好ましい。膜・電極接合構造体は、容器内に収容されていることが好ましい。また、容器４は、有機性物質を含む液を内部に供給するための供給口４ａと、有機性物質が処理された液が外部に排出される排出口４ｂとを有する。また、容器４は、空気を内部に供給するための供給口４ｃと、空気が外部に排出される排出口４ｄとを有する。   As shown in FIG. 1, the microbial fuel cell module 21 includes a container 4 that houses the membrane-electrode assembly 1. Thus, the microbial fuel cell module preferably includes a container that houses the membrane-electrode assembly structure. The membrane / electrode bonded structure is preferably housed in a container. The container 4 has a supply port 4a for supplying a liquid containing an organic substance to the inside, and a discharge port 4b for discharging a liquid processed with the organic substance to the outside. The container 4 has a supply port 4c for supplying air to the inside and a discharge port 4d for discharging the air to the outside.

また、微生物燃料電池モジュール２１は、負電極１１と第１の正電極１３又は第２の正電極１５とを電気的に接続している導線５を備える。負電極１１と第１の正電極１３又は第２の正電極１５とが、導線５により電気的に接続されていることで、閉回路が形成されている。微生物燃料電池モジュールは、負電極と第１の正電極を電気的に接続している導線を備えることが好ましく、負電極と第２の正電極とを電気的に接続している導線を備えることが好ましい。   Further, the microbial fuel cell module 21 includes a conductive wire 5 that electrically connects the negative electrode 11 and the first positive electrode 13 or the second positive electrode 15. Since the negative electrode 11 and the first positive electrode 13 or the second positive electrode 15 are electrically connected by the conducting wire 5, a closed circuit is formed. The microbial fuel cell module preferably includes a conductive wire that electrically connects the negative electrode and the first positive electrode, and includes a conductive wire that electrically connects the negative electrode and the second positive electrode. Is preferred.

微生物燃料電池モジュール２１は、以下のようにして、使用される。   The microbial fuel cell module 21 is used as follows.

容器４の供給口４ａから有機性物質を含む液を流入させ、負電極１１に供給する。負電極１１を有機性物質が通過する際に、有機性物質を電子供与体とする微生物による酸化反応が進行して、微生物により有機性物質から水素イオン（Ｈ＋）及び電子（ｅ−）が生成する。負電極１１において発生した水素イオンは、第１，第２のイオン透過性膜１２，１６を透過して、第１，第２の正電極１３，１５側に移動する。この結果、負電極１１と第１，第２の正電極１３，１５との間に電位差が生じる。この状態で、負電極１１と第１の正電極１３又は第２の正電極１５とを導線５によって接続していると、電位差電流が流れる。導線５に流れる電気エネルギーは、回収することができる。 A liquid containing an organic substance is introduced from the supply port 4 a of the container 4 and supplied to the negative electrode 11. When the organic substance passes through the negative electrode 11, an oxidation reaction by a microorganism using the organic substance as an electron donor proceeds, and hydrogen ions (H + ) and electrons (e − ) are emitted from the organic substance by the microorganism. Generate. Hydrogen ions generated in the negative electrode 11 pass through the first and second ion permeable membranes 12 and 16 and move to the first and second positive electrodes 13 and 15 side. As a result, a potential difference is generated between the negative electrode 11 and the first and second positive electrodes 13 and 15. In this state, if the negative electrode 11 and the first positive electrode 13 or the second positive electrode 15 are connected by the conducting wire 5, a potential difference current flows. The electrical energy flowing through the conductor 5 can be recovered.

また、容器４の供給口４ｃから空気を供給する。供給された空気は、空気通過性部材１４を通過する。すなわち、空気が空気通過性部材１４内を流れる。このとき、空気は、第１，第２の正電極１３，１５と接触する。第１，第２の正電極１３，１５では、酸素を受容体とする還元反応が進行する。空気通過性部材１４を通過した空気は、排出口４ｄから流出される。   Further, air is supplied from the supply port 4 c of the container 4. The supplied air passes through the air-permeable member 14. That is, air flows through the air-permeable member 14. At this time, the air contacts the first and second positive electrodes 13 and 15. In the first and second positive electrodes 13 and 15, a reduction reaction using oxygen as an acceptor proceeds. The air that has passed through the air-permeable member 14 flows out from the discharge port 4d.

上記有機性物質を含む液としては特に限定されないが、廃水、廃液、し尿、食品廃棄物、その他の有機性廃棄物及び汚泥等が挙げられる。   The liquid containing the organic substance is not particularly limited, and examples thereof include waste water, waste liquid, human waste, food waste, other organic waste, and sludge.

上記微生物としては、嫌気性微生物及び好気性微生物が挙げられる。微生物は、嫌気性微生物であることが好ましい。嫌気性微生物は、嫌気性下で生育可能である。微生物は、好気性微生物であってもよい。   Examples of the microorganism include anaerobic microorganisms and aerobic microorganisms. The microorganism is preferably an anaerobic microorganism. Anaerobic microorganisms can grow under anaerobic conditions. The microorganism may be an aerobic microorganism.

上記微生物としては、微生物の細胞膜内で電子伝達系を終結しない微生物が望ましく、細胞膜外で電子を負電極で捕捉しやすく、負電極への電子伝達を触媒する微生物を利用することが望ましい。上記微生物として、硫黄Ｓ（０）還元菌、三価鉄Ｆｅ（ＩＩＩ）還元菌、二酸化マンガンＭｎＯ２還元菌、脱塩素菌などが好ましく用いられる。上記微生物として、例えばＤｅｓｕｌｆｕｒｏｍｏｎａｓ ｓｐ．、Ｄｅｓｕｌｆｉｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｓｐ．、Ｇｅｏｂｉｖｒｉｏ ｔｈｉｏｐｈｉｌｕｓ ｓｐ．、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｔｈｉｏｓｕｌｆａｔｉｒｅｄｕｃｅｎｓ ｓｐ．、Ｔｈｅｒｍｏｔｅｒｒａｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｆｅｒｒｉｒｅｄｕｃｅｎｓ ｓｐ．、Ｇｅｏｔｈｒｉｘ ｓｐ．、Ｇｅｏｂａｃｔｅｒ ｓｐ．、Ｇｅｏｇｌｏｂｕｓ ｓｐ．、Ｓｈｅｗａｎｅｌｌａ ｐｕｔｒｅｆａｃｉｅｎｓ ｓｐ．などが特に好ましく用いられる。これらの微生物は、有機性物質中において主要な微生物ではないことが多い。このため、負電極にこれらの微生物を植菌し、負電極にこれらの微生物が担持させる。 As the microorganism, a microorganism that does not terminate the electron transfer system in the cell membrane of the microorganism is preferable, and it is preferable to use a microorganism that easily captures electrons with the negative electrode outside the cell membrane and catalyzes electron transfer to the negative electrode. As the microorganism, sulfur S (0) reducing bacteria, trivalent iron Fe (III) reducing bacteria, manganese dioxide MnO 2 reducing bacteria, dechlorinating bacteria, and the like are preferably used. Examples of the microorganism include Desulfuromonas sp. Desulfitobacterium sp. Geobivio thiophilus sp. Clostridium thiosulfatireducens sp. Thermoterabacterium ferrireducens sp. Geothrix sp. Geobacter sp. Geoglobus sp. , Shewanella putreffaciens sp. Etc. are particularly preferably used. These microorganisms are often not major microorganisms in organic substances. Therefore, these microorganisms are inoculated on the negative electrode, and these microorganisms are supported on the negative electrode.

また、微生物燃料電池の使用開始時には微生物反応室内にこれらの微生物の増殖に適当な培地を供給することが望ましい。さらに、負電極の電位を高く維持することにより、負電極でのこれらの微生物の増殖を促すことがより望ましい。これらの微生物（群）を前培養もしくは微生物反応室内で培養するための方法として、スラリー状の硫黄、三価鉄、二酸化マンガンなどを電子受容体とする培地が各種報告されている。例えば、Ａｎｃｙｌｏｂａｃｔｅｒ／Ｓｐｉｒｏｓｏｍａ培地、Ｄｅｓｕｌｆｕｒｏｍｏｎａｓ培地、Ｆｅ（ＩＩＩ） Ｌａｃｔａｔｅ Ｎｕｔｒｉｅｎｔ培地などが好ましく用いられる。   In addition, it is desirable to supply a medium suitable for the growth of these microorganisms into the microorganism reaction chamber at the start of use of the microbial fuel cell. Furthermore, it is more desirable to promote the growth of these microorganisms on the negative electrode by keeping the negative electrode potential high. As a method for culturing these microorganisms (groups) in a preculture or in a microbial reaction chamber, various media using slurry-like sulfur, trivalent iron, manganese dioxide or the like as an electron acceptor have been reported. For example, Ancylobacter / Spirosoma medium, Desulfuromonas medium, Fe (III) lactate nutrient medium, etc. are preferably used.

上記微生物燃料電池モジュールは、エネルギーの回収効率が高いので、高容量でかつ安全性が高い次世代の燃料電池として有効利用することができる。また、上記微生物燃料電池は、環境負荷を低減に大きく寄与する。   Since the microbial fuel cell module has high energy recovery efficiency, it can be effectively used as a next-generation fuel cell with high capacity and high safety. Moreover, the microbial fuel cell greatly contributes to reducing the environmental load.

１…膜・電極接合構造体
２…芯部材
３…シート状の積層体
３Ａ…外周のシート部分
３Ｂ…内周のシート部分
３ａ…一端
３ｂ…他端
４…容器
４ａ，４ｃ…供給口
４ｂ，４ｄ…排出口
５…導線
１１…負電極
１２…第１のイオン透過膜
１３…第１の正電極
１４…空気通過性部材
１５…第２の正電極
１６…第２のイオン透過膜
２１…微生物燃料電池モジュール DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Membrane / electrode joining structure 2 ... Core member 3 ... Sheet-like laminated body 3A ... Outer sheet part 3B ... Inner sheet part 3a ... One end 3b ... Other end 4 ... Container 4a, 4c ... Supply port 4b, 4d ... outlet 5 ... conducting wire 11 ... negative electrode 12 ... first ion permeable membrane 13 ... first positive electrode 14 ... air-permeable member 15 ... second positive electrode 16 ... second ion permeable membrane 21 ... microorganisms Fuel cell module

Claims (9)

微生物燃料電池モジュールに用いられる膜・電極接合構造体であって、
微生物を担持可能な負電極と、
前記負電極の片側に配置されている第１のイオン透過性膜と、
前記第１のイオン透過性膜の前記負電極側とは反対側に配置されている第１の正電極と、
前記第１の正電極の前記第１のイオン透過性膜側とは反対側に配置されており、かつ空気が通過可能な空気通過性部材とを備え、
前記負電極と、前記第１のイオン透過性膜と、前記第１の正電極と、前記空気通過性部材とがこの順で積層されてシート状の積層体が形成されており、
シート状の前記積層体が、外周のシート部分と前記外周のシート部分の内側に位置する内周のシート部分とを有するように、少なくとも２重に巻かれている、膜・電極接合構造体。 A membrane-electrode assembly used in a microbial fuel cell module,
A negative electrode capable of supporting microorganisms;
A first ion permeable membrane disposed on one side of the negative electrode;
A first positive electrode disposed on the opposite side of the first ion permeable membrane from the negative electrode side;
An air permeable member that is disposed on a side opposite to the first ion permeable membrane side of the first positive electrode and through which air can pass;
The negative electrode, the first ion-permeable membrane, the first positive electrode, and the air-permeable member are laminated in this order to form a sheet-like laminate.
A membrane-electrode assembly structure in which the sheet-like laminate is wound at least twice so as to have an outer peripheral sheet portion and an inner peripheral sheet portion located inside the outer peripheral sheet portion. シート状の前記積層体が渦巻き状に巻かれている、請求項１に記載の膜・電極接合構造体。   The membrane / electrode bonded structure according to claim 1, wherein the sheet-like laminate is wound in a spiral shape. 前記空気通過性部材の前記第１の正電極側とは反対側に配置されている第２の正電極と、
前記第２の正電極の前記空気通過性部材側とは反対側に配置されている第２のイオン透過性膜とをさらに備え、
シート状の前記積層体が、前記負電極と、前記第１のイオン透過性膜と、前記第１の正電極と、前記空気通過性部材と、前記第２の正電極と、前記第２のイオン透過性膜とがこの順で積層されて形成されている、請求項１又は２に記載の膜・電極接合構造体。 A second positive electrode disposed on the opposite side of the air permeable member from the first positive electrode side;
A second ion permeable membrane disposed on the side opposite to the air permeable member side of the second positive electrode,
The sheet-shaped laminate includes the negative electrode, the first ion permeable membrane, the first positive electrode, the air-permeable member, the second positive electrode, and the second positive electrode. The membrane-electrode assembly according to claim 1 or 2, wherein the ion-permeable membrane is laminated and formed in this order. 前記負電極と前記第２のイオン透過性膜とが積層されるように、シート状の前記積層体が巻かれている、請求項３に記載の膜・電極接合構造体。   The membrane-electrode assembly according to claim 3, wherein the sheet-like laminate is wound such that the negative electrode and the second ion-permeable membrane are laminated. 芯部材をさらに備え、
前記芯部材の外表面に、シート状の前記積層体が巻かれている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の膜・電極接合構造体。 A core member;
The membrane / electrode bonded structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the sheet-shaped laminate is wound around an outer surface of the core member. 微生物燃料電池モジュールに用いられる膜・電極接合構造体の製造方法であって、
微生物を担持可能な負電極と、前記負電極の片側に配置されている第１のイオン透過性膜と、前記第１のイオン透過性膜の前記負電極側とは反対側に配置されている第１の正電極と、前記第１の正電極の前記第１のイオン透過性膜側とは反対側に配置されており、かつ空気が通過可能な空気通過性部材とがこの順で積層されているシート状の積層体を用いて、
シート状の前記積層体を、外周のシート部分と前記外周のシート部分の内側に位置する内周のシート部分とを有するように、少なくとも２重に巻いて、膜・電極接合構造体を得る、膜・電極接合構造体の製造方法。 A method for producing a membrane / electrode assembly used in a microbial fuel cell module,
A negative electrode capable of supporting microorganisms, a first ion-permeable membrane disposed on one side of the negative electrode, and a side opposite to the negative electrode side of the first ion-permeable membrane A first positive electrode and an air-permeable member that is disposed on the opposite side of the first positive electrode from the first ion-permeable membrane side and through which air can pass are stacked in this order. Using the sheet-like laminate
The sheet-like laminate is wound at least twice so as to have an outer peripheral sheet portion and an inner peripheral sheet portion positioned inside the outer peripheral sheet portion, to obtain a membrane-electrode assembly structure. A method for producing a membrane / electrode bonded structure. シート状の前記積層体として、前記負電極と、前記第１のイオン透過性膜と、前記第１の正電極と、前記空気通過性部材と、前記空気通過性部材の前記第１の正電極側とは反対側に配置されている第２の正電極と、前記第２の正電極の前記空気通過性部材側とは反対側に配置されている第２のイオン透過性膜とがこの順で積層されているシート状の積層体を用いる、請求項６に記載の膜・電極接合構造体の製造方法。   As the sheet-like laminate, the negative electrode, the first ion-permeable membrane, the first positive electrode, the air-permeable member, and the first positive electrode of the air-permeable member A second positive electrode disposed on the opposite side of the second positive electrode, and a second ion permeable membrane disposed on the opposite side of the second positive electrode from the air-permeable member side. The manufacturing method of the membrane electrode assembly structure of Claim 6 using the sheet-like laminated body laminated | stacked by. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の膜・電極接合構造体と、
前記負電極と前記正電極とを電気的に接続している導線とを備える、微生物燃料電池モジュール。 The membrane-electrode bonded structure according to any one of claims 1 to 5,
A microbial fuel cell module comprising: the negative electrode; and a conductive wire electrically connecting the positive electrode. 請求項６又は７に記載の膜・電極接合構造体の製造方法により得られた膜・電極接合構造体と、
前記負電極と前記正電極とを電気的に接続している導線とを備える、微生物燃料電池モジュール。 A membrane / electrode bonded structure obtained by the method for producing a membrane / electrode bonded structure according to claim 6 or 7,
A microbial fuel cell module comprising: the negative electrode; and a conductive wire electrically connecting the positive electrode.
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