JP6387186B2 - 電極複合体、並びにそれを用いた微生物燃料電池及び水処理装置 - Google Patents
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Description
本実施形態に係る電極複合体100は、図1〜図3に示すように、内部に中空部1を有する中空部材10と、中空部1に設けられる緩衝部材20とを備えている。中空部材10は、図1に示すように略U字状の枠部材であり、上部が開口している。つまり、中空部材10は、2本の第一柱状部材2の底部を第二柱状部材3で連結した枠部材であり、第一柱状部材2及び第二柱状部材3で囲繞された内部空間に中空部1が形成されている。そして、中空部材10は、中空部1に酸素を供給する酸素供給部4と、中空部1に供給された酸素を透過する酸素透過部5とを有する。なお、図1において、酸素供給部4は中空部材10の上面に設けられた開口であり、酸素透過部5は中空部材10の右側面6a及び左側面6bに設けられた開口である。
次に、本実施形態に係る微生物燃料電池について説明する。本実施形態の微生物燃料電池110は、図10及び図11に示すように、微生物を担持する負極40と、水素イオンを透過するイオン移動層50と、イオン移動層50を介して負極40と隔てられた、上述の電極30からなる正極60とを備える。
次に、本実施形態に係る水処理装置について説明する。本実施形態の水処理装置は、電極複合体100と、被処理液を浄化する微生物を担持する負極40とを備える。そして、電極複合体100における電極30は、正極60である。
・負極40(アノード):C6H12O6+6H2O→6CO2+24H++24e−
・正極60(カソード):6O2+24H++24e−→12H2O
また、電解液81が窒素含有化合物としてアンモニアを含有する場合、以下の局部電池反応により、窒素、水素イオン及び電子を生成している。
・負極40(アノード):4NH3→2N2+12H++12e−
・正極60(カソード):3O2+12H++12e−→6H2O
次に、電極複合体における緩衝部材の実施形態1〜4について、図面に基づき詳細に説明する。なお、上述の電極複合体、微生物燃料電池及び水処理装置と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図12では、実施形態1に係る緩衝部材200と中空部材10とを組み合わせた状態を示している。中空部材10は、上述のように、2本の第一柱状部材2の底部を第二柱状部材3で連結した枠部材であり、第一柱状部材2及び第二柱状部材3で囲繞された内部空間に中空部1が形成されている。
図19(a)では、実施形態2に係る緩衝部材300を分解した状態で示している。緩衝部材300は、実施形態1と同様に、複数の微小な殻301を有している。殻301は殻壁302により囲繞されることで形成されており、さらに中空部材10と電極30との積層方向Xに沿って空気が流通できるように貫通している。そして、積層方向Xから見た場合の殻301の断面形状は、略正方形となっている。なお、実施形態1と異なり、殻壁302には、隣接する殻301の間を空気が流通できるような通気孔は形成されていない。
図21では、実施形態3に係る緩衝部材400を分解した状態で示している。緩衝部材400は、実施形態1及び実施形態2と同様に、複数の微小な殻401を有している。殻401は殻壁402により囲繞されることで形成されており、さらに中空部材10と電極30との積層方向Xに沿って空気が流通できるように貫通している。そして、積層方向Xから見た場合の殻401の断面形状は、略正方形となっている。なお、実施形態2と同様に、殻壁402には、隣接する殻401の間を空気が流通できるような通気孔は形成されていない。
図23では、実施形態4に係る緩衝部材500を分解した状態で示している。緩衝部材500は、実施形態1〜3と同様に、複数の微小な殻501を有している。殻501は殻壁502により囲繞されることで形成されており、さらに中空部材10と電極30との積層方向Xに沿って空気が流通できるように貫通している。そして、積層方向Xから見た場合の殻501の断面形状は、略正方形となっている。なお、実施形態2及び3と同様に、殻壁502には、隣接する殻501の間を空気が流通できるような通気孔は形成されていない。
4 酸素供給部
5 酸素透過部
10,10A,10B,10C 中空部材
20,200,200A,300,400,500 緩衝部材
22d 円筒部材
30 電極
31 撥水層
32 導電層
33 酸素透過層
40 負極
50 イオン移動層
60 正極
81 電解液
100,100A,100B,100C,100D,100E 電極複合体
110 微生物燃料電池
Claims (13)
- 中空部と、前記中空部に酸素を供給する酸素供給部と、前記中空部に供給された酸素を透過する酸素透過部とを有する中空部材と、
前記酸素透過部において前記中空部材の外側に設けられ、かつ、前記酸素透過部側から、酸素透過性を有する撥水層と導電層とが積層されてなる電極と、
前記中空部に設けられ、耐圧性を有する緩衝部材と、
を備え、
前記酸素供給部から前記酸素透過部にかけて通気性を有する電極複合体。 - 前記酸素供給部から前記酸素透過部にかけてのISO透気度は、1×10−5μm/Pa・s〜100μm/Pa・sである、請求項1に記載の電極複合体。
- 前記電極が設けられた面の圧縮強さは、0.01kgf/cm2〜10kgf/cm2である、請求項1又は2に記載の電極複合体。
- 前記中空部材が直方体状であり、前記酸素供給部が前記中空部材の一面に設けられた開口部である、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電極複合体。
- 前記中空部材が円筒状であり、前記酸素供給部が前記中空部材の一面に設けられた開口部である、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電極複合体。
- 前記緩衝部材は、一又は二以上の円筒部材を備える、請求項4又は5に記載の電極複合体。
- 前記緩衝部材は、内部に板部材を備え、
前記緩衝部材における、前記中空部材と電極との積層方向に沿った断面の形状が波形状である、請求項4に記載の電極複合体。 - 前記緩衝部材は、内部に板部材を備え、
前記緩衝部材における、前記中空部材と電極との積層方向に沿った断面の形状がトラス状である、請求項4に記載の電極複合体。 - 前記電極は、前記撥水層と前記導電層との間に配置され、酸素透過性を有する酸素透過層をさらに備える、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の電極複合体。
- 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の電極複合体と、
微生物を担持する負極と、
を備え、
前記電極複合体における電極は正極である微生物燃料電池。 - 前記電極複合体における電極と前記負極との間に設けられ、プロトン透過性を有するイオン移動層をさらに備える、請求項10に記載の微生物燃料電池。
- 前記電極複合体における酸素供給部は、前記中空部材の一面に設けられた開口部であり、
前記電極複合体は、前記開口部が外気に露出するように電解液に浸漬される、請求項10又は11に記載の微生物燃料電池。 - 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の電極複合体と、
被処理液を浄化する微生物を担持する負極と、
を備え、
前記電極複合体における電極は正極である水処理装置。
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