KR20120035147A

KR20120035147A - 광 전지

Info

Publication number: KR20120035147A
Application number: KR1020117027369A
Authority: KR
Inventors: 도루 이시바시
Original assignee: 후쿠토메 히로후미
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2012-04-13
Also published as: SG175034A1; EA201171262A1; WO2010122997A1; CN102576921A; ZA201107671B; JP4883595B2; BRPI1015328A2; TW201110374A; JPWO2010122997A1; EP2424032A1; EP2424032A4; MX2011010959A; EA019500B1; AU2010240123A1; CA2759428A1; US20120118385A1; AU2010240123B2

Abstract

리그닌을 원료로 하여 알칼리 용액, 포르피린 등의 피롤 화합물, 자외선이나 태양광 등의 광 에너지 등을 사용하여 수소 이온을 유리시키고, 또한, 리그닌과 포르피린을 재료로 하여 광 전지를 제작한다.

Description

광 전지{PHOTOVOLTAIC CELL}

본 발명은 광 전지에 관한 것으로, 광, 특히 태양광을, 리그닌 및 포르피린의 알칼리 용액에 조사함으로써 전력을 얻는 경우에 적용하기에 유용한 것이다.

21 세기에 들어 지구 상의 온난화가 가속도적으로 진행되어, 이산화탄소가 산업계, 나아가서는 세계 경제를 컨트롤하는 열쇠가 되고 있다. 지중 혹은 해저에 봉입된 화석 연료를 에너지원으로 하는 한, 대기 중의 이산화탄소를 감소시키는 것은 커녕, 증가를 억제하는 것 조차 곤란하다. 그래서 주목되고 있는 것이, 수소 이온의 이동에 의해 기전력을 얻는 연료 전지이다. 그러나, 현재의 수소 가스를 수소 이온원으로 하는 경우, 수소 가스의 대부분을 화석 연료로부터 제조하고 있는 것이 현상황이다. 또, 물의 전기 분해에 의해서도 수소 가스를 얻을 수 있지만, 이 경우에도 전력을 공급할 필요가 있다.

또, 전력을 태양광으로부터 얻는 태양 전지의 경우, 반도체의 제조가 필요하고, 그것을 위한 자원과 비용은, 현행의 에너지 수요를 태양 전지에 의존하고자 하는 경우, 막대한 것이 된다. 색소 증감형 태양 전지에 대해서도, 나노 사이즈의 산화티탄이 필요하고, 또한, 어느 정도의 기전력이 얻어지는 합성 색소는 고가이다.

또한, 식물로부터 제조하는 바이오 에탄올 등의 알코올류도 에너지원으로서 유망하지만, 이 경우, 종래 기술의 대부분은 당류를 원료로 하고 있었기 때문에, 인류의 식료원과 에너지원이 경합한다는 문제가 발생하고 있다. 최근에는, 차츰 식료원과 경합하지 않는, 예를 들어 셀룰로오스 등을 탄소원으로 한 알코올류의 제조 기술이 진보되어 왔다. 목재나, 식료가 되지 않는 풀류는, 주로 그 셀룰로오스와 리그닌으로 이루어진다. 폐재나 칩 형상의, 건설 자재로는 부적절한 이른바 폐기물에 가까운 목재나 풀류의 셀룰로오스를 탄소원으로 함으로써, 이산화탄소 배출을 억제하여, 산업계, 경제계에 공헌할 수 있다.

셀룰로오스의 이용이 상기와 같이 진보하고 있는 것에 비해, 셀룰로오스와 동일하게 풍부한 탄소원인 리그닌의 유효 이용은 아직 매우 한정되어 있다. 실용 단계에 있는 것으로는, 예를 들어 열원으로서 단순히 연소시키거나, 방부제나, 콘크리트에 혼합하는 구조 강화제 등이 있다.

본 발명은, 상기 종래 기술을 감안하여, 반도체를 소재로 하지 않고 태양광 등의 광의 조사에 의해 전력을 얻을 수 있는 신규 광 전지를 얻는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하는 본 발명의 제 1 양태는, 적어도 일부가 광을 투과시키는 투명 부재로 형성된 공간에 리그닌 및 포르피린을 용질로 하는 알칼리 용액을 충전하여 형성한 셀과, 상기 셀의 상기 알칼리 용액에 각각 접촉한 상태로 서로 대향하여 형성된 1 쌍의 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 광 전지에 있다.

본 발명의 제 2 양태는, 막으로 구분된 적어도 2 개의 공간 중 일방에 리그닌 및 포르피린을 용질로 하는 알칼리 용액이 충전됨과 함께, 적어도 일부가 광을 투과시키는 투명 부재로 형성된 일방의 셀과, 상기 알칼리 용액이 상기 공간의 타방에 충전되어 형성된 타방의 셀과, 상기 일방의 셀의 알칼리 용액에 접촉하고 있는 일방의 전극과, 상기 타방의 셀의 알칼리 용액에 접촉하고 있는 타방의 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 광 전지에 있다.

본 발명의 제 3 양태는, 막으로 구분된 적어도 2 개의 공간 중 일방에 리그닌을 용질로 하는 알칼리 용액이 충전됨과 함께, 적어도 일부가 광을 투과시키는 투명 부재로 형성된 일방의 셀과, 상기 알칼리 용액이 상기 공간의 타방에 충전되어 형성된 타방의 셀과, 상기 일방의 셀의 알칼리 용액에 접촉하고 있는 일방의 전극과, 상기 타방의 셀의 알칼리 용액에 접촉하고 있는 타방의 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 광 전지에 있다.

본 발명의 제 4 양태는, 막으로 구분된 적어도 2 개의 공간 중 일방에 포르피린을 용질로 하는 알칼리 용액이 충전됨과 함께, 적어도 일부가 광을 투과시키는 투명 부재로 형성된 일방의 셀과, 상기 알칼리 용액이 상기 공간의 타방에 충전되어 형성된 타방의 셀과, 상기 일방의 셀의 알칼리 용액에 접촉하고 있는 일방의 전극과, 상기 타방의 셀의 알칼리 용액에 접촉하고 있는 타방의 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 광 전지에 있다.

본 발명의 제 5 양태는, 제 1 내지 제 4 양태 중 어느 하나에 기재하는 광 전지에 있어서, 상기 알칼리 용액은 수산화칼륨인 것을 특징으로 하는 광 전지에 있다.

본 발명의 제 6 양태는, 제 2 내지 제 5 양태 중 어느 하나에 기재하는 광 전지에 있어서, 상기 막은 이온 교환막으로 형성한 것을 특징으로 하는 광 전지에 있다.

본 발명의 제 7 양태는, 제 2 내지 제 5 양태 중 어느 하나에 기재하는 광 전지에 있어서, 상기 막은 발수 (撥水) 카본막으로 형성한 것을 특징으로 하는 광 전지에 있다.

본 발명의 제 8 양태는, 제 1, 제 2 또는 제 4 양태에 기재하는 광 전지에 있어서, 상기 포르피린은 코프로포르피린인 것을 특징으로 하는 광 전지에 있다.

본 발명에 의하면, 유기 화합물의 화학적 합성 시스템과 같은 특별한 제조 장치나 제조 방법 등을 필요로 하지 않고, 태양광이나, 생물학적으로 제조한 피롤 화합물을 사용함으로써, 태양 전지를 제작하고, 또, 연료 전지에 기전력을 제공하는 수소 이온을 리그닌으로부터 유리시킬 수 있다. 또한, 원료는, 유효 이용이 곤란한 것으로 여겨지고, 거의 폐기물급인 저렴하고 대량으로 얻어지는 리그닌이므로, 이산화탄소 문제 해결이 급무인 인류 사회에 있어서 하는 역할은 매우 중요하다.

즉, 본 발명에 의하면, 리그닌 및 포르피린 등의 피롤 화합물을 재료로 하여 태양 전지를 제작할 수 있고, 리그닌과 포르피린의 혼합물에 태양광이나 자외선 등의 광을 조사하는 것만으로 전위차를 발생시킬 수 있다.

본 발명이 사용하는 재료는 유효 이용이 이루어져 있지 않지만 풍부하게 존재하는 탄소 자원이며, 비화석 연료인 리그닌으로부터, 태양 에너지 등의 자연 에너지를 이용하여, 전력을 얻을 수 있다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 광 전지를 개념적으로 나타내는 설명도이다.
도 2 는 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 광 전지를 개념적으로 나타내는 설명도이다.
도 3 은 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 광 전지를 분해하여 나타내는 분해 사시도이다.
도 4 는 도 3 에 나타내는 광 전지를 개념적으로 나타내는 설명도이다.
도 5 는 도 3 에 나타내는 광 전지로 얻어지는 전압의 측정시의 양태를 나타내는 설명도이다.
도 6 은 도 3 에 나타내는 광 전지로 얻어지는 전압의 측정시의 양태를 나타내는 설명도이다.
도 7 은 도 3 에 나타내는 광 전지로 얻어지는 전압의 측정시의 양태를 나타내는 설명도이다.
도 8 은 도 3 에 나타내는 광 전지로 얻어지는 전압의 측정시의 양태를 나타내는 설명도이다.
도 9 는 도 3 에 나타내는 광 전지로 얻어지는 전압의 측정시의 양태를 나타내는 설명도이다.
도 10 은 도 3 에 나타내는 광 전지로 얻어지는 전압의 측정시의 양태를 나타내는 설명도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명에서 사용하는 알칼리 용액으로는, 예를 들어 0.005 M ? 0.05 M 정도의 KOH 혹은 NaOH 등이 바람직하다. 리그닌으로는, 예를 들어 환원당 셀룰로오스 등의 불순물을 함유하지 않는, 순도가 높은 제품 (시그마사, 카탈로그 No.471003, 분자량 60000) 이 바람직하다. 또, 포르피린으로는, 예를 들어, 대장균을 사용하여 생물학적으로 제조한 코프로포르피린 (PCT/JP2008/071828) 을 촉매로서 사용할 수 있다. 또, 합성 포르피린으로서 예를 들어, 분자 내에 카르복실기를 2 개 함유하는 프로토포르피린 IX (ALDRICH 사), 분자 내에 카르복실기를 4 개 함유하는 코프로포르피린 I (ALDRICH 사), 분자 내에 카르복실기를 8 개 함유하는 우로포르피린 I (SIGMA 사) 등을 사용할 수 있다. 전부 포르피린 고리의 중앙에 금속 원자를 배위하지 않는 것이다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 광 전지를 개념적으로 나타내는 설명도이다. 동일 도면에 나타내는 바와 같이, 본 형태에 관련된 광 전지에 있어서는 음극과 양극을 셀로판 등의 이온 교환막 (M) 을 경계로 한 셀, C1 과 C2 에 설치하고, 음극의 도전체로서 유리 전극 (G) 을, 양극의 도전체로서 플라티나 촉매가 형성된 카본 전극 (MK) (Pt 2.0 ㎎/cm₂ TGP－H ＝ 060 : 케믹스사) 을 사용한다. C1 에, 50 mM KOH, 50 μ/㎖ 코프로포르피린 (PCT/JP2008/071828 에 기재된 대장균을 사용하여 제조한 것), 2.5 ㎎/㎖ 리그닌 용액을, C2 에 50 mM KOH 를 사용하여, 365 ㎚ 의 UV 광 (자외광 ; 이하 동일) 을 음극측 유리 전극 (G) 에 조사하면, 조사시에 31.2 mV 의 전압 상승 및, 0.2 ㎂ 의 전류가 계측되었다. 이 전위차 및 전류는 광 조사를 중지하면 신속하게 소실되었다. 코프로포르피린으로서 상기 서술한 바와 같은 합성 코프로포르피린 I (ALDRICH 사) 을 사용해도 거의 동일한 전력을 얻을 수 있다.

도 2 는 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 광 전지를 개념적으로 나타내는 설명도이다. 동일 도면에 나타내는 바와 같이, 본 형태에 관련된 광 전지는, 음극과 양극을, 발수 카본 (MC1 및 MC2) 의 2 층과 그 사이의 중간 셀 (Ci) 을 경계로 하여 셀 (C1 과 C2) 에 설치하고, 음극의 도전체로서 유리 전극 (Gf) 을, 양극의 도전체로서 유리 전극 (Gb) 을 사용한다. C1 용액에, 50 mM KOH, 50 μ/㎖ 코프로포르피린 (PCT/JP2008/071828 에 기재된 대장균을 사용하여 제조한 것), 2.5 ㎎/㎖ 리그닌 용액을, Ci 용액에 50 mM KOH 를, C2 용액에 50 mM KOH 및 1 mM 과망간산칼륨 (KMn04) 을 사용하여, 365 ㎚ 의 UV 광을 음극측 유리 전극 (Gf) 에 조사하면, 조사시에 32.0 mV 의 전압 상승 및, 0.4 ㎂ 의 전류가 계측되었다. 이 전위차 및 전류는 광 조사를 중지하면 신속하게 소실되었다. 또, 이 장치에 있어서, 태양 전지의 양극을, 유리 전극 (Gb) 이 아니고, MC2 에 설치했을 경우에 있어서도, 365 ㎚ 의 UV 광을 음극측 유리 전극 (Gf) 에 조사하면, 조사시에 21.6 mV 의 전압 상승 및, 0.2 ㎂ 의 전류가 계측되었다. 이 전위차 및 전류는 광 조사를 중지하면 신속하게 소실되었다. 코프로포르피린으로서 상기 서술한 바와 같은 합성 코프로포르피린 I (ALDRICH 사) 을 사용해도 거의 동일한 전력을 얻을 수 있다.

도 3 은 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 광 전지를 분해하여 나타내는 분해 사시도, 도 4 는 도 3 에 나타내는 광 전지를 개념적으로 나타내는 설명도이다. 양 도면에 나타내는 바와 같이, 당해 광 전지는, 프론트 부재 (1), 전극 (2), 스페이서 (3), 전극 (4), 막 (5), 스페이서 (6), 막 (7), 전극 (8), 스페이서 (9), 전극 (10), 백 부재 (11) 를 순차적으로 이 순서로 일체적으로 조합하여, 프론트 부재 (1) 와 막 (5) 사이에서 스페이서 (3) 로 구획되는 셀 (C1), 막 (5) 과 막 (7) 사이에서 스페이서 (3) 로 구획되는 셀 (C2), 막 (7) 과 백 부재 (11) 사이에서 스페이서 (9) 로 구획되는 셀 (C3) 의 3 개의 셀을 갖고 있다. 여기서, 프론트 부재 (1) 의 재질은 본 형태의 경우, 광을 투과시키는 투명 부재인 유리가 바람직하지만, 광을 투과시키는 부재이면 특별히 한정할 필요는 없다. 전극 (2) 은 프론트 부재 (1) 에 고착되어 있고, 이하 동일하게, 전극 (4) 은 막 (5) 에, 전극 (8) 은 막 (7) 에, 전극 (10) 은 백 부재 (11) 에 각각 고착되어 있다. 스페이서 (3, 6, 9) 는, 본 형태의 경우, 예를 들어 두께 1.5 ㎜ 의 염화비닐 시트를 요(凹) 자 모양으로 잘라 형성되어 있다. 막 (5, 7) 은 셀로판, 카본막, 발수 카본막, 촉매 형성 카본막, 이온 교환막으로 바람직하게 형성할 수 있다. 또, 전극 (2, 4, 8, 10) 은 도전 부재인 스테인리스의 메시 시트로 형성되어 있다. 백 부재 (11) 는, 특별히 재질에 구애될 필요는 없지만, 본 형태의 경우 유리를 재료로 하여 형성되어 있다. 여기서, 광이 조사되는 셀 (C1) 에는 리그닌을 광 촉매인 포르피린과 함께 알칼리 용액, 예를 들어 수산화칼륨이나 수산화나트륨에 용해시킨 용액이 충전되어 있다. 또, 셀 (C2, C3) 에는 셀 (C1) 과 동일한 알칼리 용액이 충전되어 있다. 이 결과, 전극 (2) 은 셀 (C1) 에 충전되어 있는 리그닌 및 포르피린이 용융되어 있는 알칼리 용액에 침지되고, 전극 (10) 은 셀 (C3) 에 충전되어 있는 알칼리 용액에 침지되어, 각 알칼리 용액과 접촉하고 있다. 전극 (4, 8) 은 막 (5, 7) 을 개재하여 알칼리 용액과 접촉하고 있다. 또한, 본 형태에 있어서도, 상기 실시형태와 동일한 리그닌 내지 포르피린을 사용할 수 있다.

이러한 광 전지에 있어서 프론트 부재 (1) 를 개재하여 셀 (C1) 의 알칼리 용액에 광을 입사시키면 전극 (2, 4, 8, 10) 사이에는 전압이 발생한다. 즉, 광 전지로서 기능한다.

그래서, 이러한 전압의 발생을 확인하기 위해서, 도 3 및 도 4 에 나타내는 바와 같은 구조에 있어서, 셀 (C1) 에 충전하는 용액의 조합을 바꾸어 각 전극 사이에 발생하는 전압을 측정하였다. 구체적으로는, 1) 셀 (C1) 에 KOH 용액 (50 mM) 을 충전함과 함께, 셀 (C2, C3) 에 KOH 용액을 충전했을 경우, 2) 셀 (C1) 에는 코프로포르피린 (50 ㎍/㎖) 을 용해시킨 KOH 용액 (50 mM) 을 충전함과 함께, 셀 (C2, C3) 에는 KOH 용액을 충전했을 경우, 3) 셀 (C1) 에는 리그닌 (2500 ㎍/㎖) 을 용해시킨 KOH 용액 (50 mM) 을 충전함과 함께, 셀 (C2, C3) 에는 KOH 용액을 충전했을 경우, 4) 셀 (C1) 에는 코프로포르피린 (50 ㎍/㎖) 및 리그닌 (2500 ㎍/㎖) 을 용해시킨 KOH 용액 (50 mM) 을 충전함과 함께, 셀 (C2, C3) 에는 KOH 용액을 충전했을 경우의 4 개의 경우에 있어서, 도 5 내지 도 10 에 나타내는 바와 같이, 전극 (2, 4, 8, 10) 에 대한 접속 상태를 바꾸어 전압계 (13) 를 접속시켜, 각각의 경우에 있어서의 UV 광의 조사 전과 조사 후 (조사 3 분 후) 의 전압 값을 측정하였다. 측정은 각각 3 회 실시하여, 각 평균값을 구하였다.

표 1 내지 표 6 에 그 결과를 나타낸다. 여기서, 도 5 의 접속 양태가 표 1 의 결과에 대응하고 있고, 이하 도 6 의 접속 양태가 표 2 의 결과, 도 7 의 접속 양태가 표 3 의 결과, 도 8 의 접속 양태가 표 4 의 결과, 도 9 의 접속 양태가 표 5 의 결과, 도 10 의 접속 양태가 표 6 의 결과에 각각 대응하고 있다.

상기 표 1 내지 표 6 에 나타내는 바와 같이, 각각의 경우, UV 광의 조사에의해 소정의 전압이 계측되었다. 이 결과, 광 전지로서 기능하고 있는 것이 확인되었다. 그 중에서도, 셀 (C1) 에 리그닌과 함께 포르피린을 용해시킨 KOH 를 충전했을 경우로서, 도 5 내지 도 6 의 접속 구조로 했을 경우가 바람직한 것을 알 수 있다.

또한, 각 표 1 내지 표 6 에 나타내는 전압 값은 UV 광의 조사 전에도 발생 하고 있는 것과 같이 보이지만, 이것은 실험 환경이 완전히 광을 차단하여 실시한 것이 아닌 것, 전압계 (13) 의 정밀도 문제가 있는 것에서 기인하고 있는 것으로 생각된다. 다만, UV 광의 입사 유무에 따라 발생 전압의 차이는 관찰되고 있다.

또한, 표 3 의 결과는, 포르피린 및 리그닌을 용질로 한 KOH 용액에 광을 조사한 경우에는, 셀 (C1) 만인 경우에도 소정의 고전압이 얻어지는 것을 나타내고 있다. 따라서, 포르피린 및 리그닌을 용질로 한 알칼리 용매로 셀을 구성하면, 1 셀로 소정의 광 전지를 형성할 수 있다.

요컨대, 본 발명은 리그닌에 광을 조사하면 전위차를 발생시킬 수 있다는 발견을 기초로 하는 것이므로, 이러한 발견을 기초로 하는 광 조사에 의한 전압의 발생 방법 내지 광 전지는 전부 본원 발명의 기술 사상에 포함된다. 이 때, 광 촉매로서 기능하는 포르피린과 함께 리그닌을 알칼리 용매에 용해시킨 알칼리 용액을 만들고, 이 알칼리 용액에 광을 조사했을 경우가 가장 효율적으로 전압을 발생시킬 수 있는 점에 관해서는 상기 서술한 실험이 나타낸 바와 같다.

또, 본 발명에 있어서, 리그닌에 첨가하는 포르피린 등의 피롤 화합물로는 카르복실기를 분자 내에 갖는 포르피린을 바람직하게 사용할 수 있다. 또, 포르피린으로서 예를 들어 카르복실기를 갖는 포르피린 중에서도, 분자 중에 합계 2 개, 4 개, 혹은 8 개의 카르복실기를 갖는 포르피린을 사용할 수 있다.

또한 리그닌에 관해서는, 예를 들어 환원당이나 셀룰로오스 등의 베타글루칸 등의 불순물을 함유하지 않는, 순도가 높은 것에 한정되지 않는다. 즉, 약간 순도가 낮은 것, 물에 용해되지 않는 것 등, 불순물의 존재나, 리그닌의 평균 분자량, 물에 대한 용해성 등의 조건에 한정되지 않는다.

본 발명에 의하면, 더욱 반응을 진행시킴으로써 리그닌을 광 분해하여, 리그닌을 수소의 공급원으로서 유효 이용할 수 있고, 이 결과 리그닌으로부터 직접 유리시킨 수소 이온을, 예를 들어 연료 전지에 활용할 수 있다. 즉, 리그닌에, 예를 들어 광 촉매나, 알칼리 용액을 첨가하고, 자외선이나, 태양광 등의 광을 조사함으로써, 간편하게 태양 전지를 제작할 뿐만 아니라, 리그닌으로부터 수소 이온을 유리시킬 수 있다. 구체적으로는, 리그닌으로서 예를 들어 환원당이나 셀룰로오스 등의 불순물을 함유하지 않는, 순도가 높은 제품 (시그마사, 카탈로그 No.471003, 분자량 60000) 이나, 환원당을 함유하여 약간 순도가 낮은 제품 (시그마사, 카탈로그 No.471038, 분자량 52000) 등의 전부로부터 수소 이온을 유리시켜, 용액의 pH 를 낮출 수 있다. 즉, 불순물의 존재나, 리그닌의 평균 분자량에 상관 없이, 리그닌으로부터 수소 이온을 유리시킬 수 있다.

본 발명에 있어서는, 리그닌?알칼리 용액에, 예를 들어 300 ? 400 ㎚ 근방의 자외선이나, 태양광 등의 넓은 파장역을 갖는 광을 조사함으로써, 보다 양호한 효율로 수소 이온을 유리시킬 수 있다. 여기서, 파장으로는, 자외선 영역에 한정되지 않는다. 리그닌의 광 분해를 실시하는 경우, 피롤 화합물로서 예를 들어, 생물학적으로 제조한 것 (PCT/JP2008/071828 참조) 을 작용시킴으로써, 수소 이온을 유리시킬 수 있다.

구체적으로는 다음과 같다. 즉, 리그닌으로부터 수소 이온을 유리시키는 방법에 있어서는, 리그닌으로서 예를 들어 환원당 셀룰로오스 등의 불순물을 함유하지 않는, 순도가 높은 제품 (시그마사, 카탈로그 No.471003, 분자량 60000) 을 사용한다. 이 경우에 있어서, 예를 들어, 2.5 ㎎/㎖ 리그닌을 함유하는 용액 1 ㎖ 를, 예를 들어 에펜돌프 튜브 정도의 투명도를 갖는 원통형의 튜브에 넣고, 예를 들어 300 ? 400 ㎚ 근방의 자외선이나, 태양광을 조사 24 시간 조사함으로써, 리그닌 반응액의 pH 가, 9.4 에서 7.3 으로 강하하였다. 이것은, 수소 이온의 발생을 시사하고 있다.

또, 리그닌으로부터 수소 이온을 유리시키는 경우에 있어서는, 리그닌으로서 예를 들어 환원당 셀룰로오스 등의 불순물을 함유하지 않는, 순도가 높은 제품 (시그마사, 카탈로그 No.471003, 분자량 60000) 을 사용한다. 그리고, 2.5 ㎎/㎖ 리그닌 및, 2.5 mM KOH 를 함유하는 용액 1 ㎖ 를, 예를 들어 300 ? 400 ㎚ 근방의 자외선이나, 태양광을 조사 24 시간함으로써, 리그닌 반응액의 pH 가, 10.4 에서 8.0 으로 강하하였다. 이것은, 수소 이온의 발생을 시사하고 있다.

또한 리그닌으로부터 수소 이온을 유리시키는 기술에 있어서는, 리그닌으로서 예를 들어 환원당 셀룰로오스 등의 불순물을 함유하지 않는, 순도가 높은 제품 (시그마사, 카탈로그 No.471003, 분자량 60000) 을 사용한다.

이와 같이, 리그닌 용액에, 추가로 광 촉매로서 포르피린 등의 피롤 화합물을 첨가함으로써, 수소 이온을 유리시킬 수 있다. 피롤 화합물로서 예를 들어, 대장균 등을 사용하여 생물학적으로 제조한 것 (출원중 : 일본 특허출원 2007-310116) 을 사용할 수 있다.

이 경우, 예를 들어, 50 ㎍/㎖ 포르피린 (PCT/JP2008/071828 참조), 2.5 ㎎/㎖ 리그닌을 함유하는 용액 1 ㎖ 를, 예를 들어 에펜돌프 튜브 정도의 투명도를 갖는 원통형의 튜브에 넣어 12 시간, 365 ㎚ 의 자외광을 조사하였다. 그 결과, 리그닌 반응액의 pH 가, 9.2 에서 6.4 로 강하하였다.

이상의 결과를 근거로 하면, 리그닌에 자외선이나, 태양광 등의 넓은 파장역을 갖는 광을 조사함으로써, 리그닌으로부터 수소 이온을 유리시킬 수 있다. 따라서, 이러한 수소 이온을 수집하는 장치를 구성함으로써, 연료 전지의 연료 공급 장치를 구성할 수 있다.

1 프론트 부재
2, 4, 8, 10 전극
3, 6, 9 스페이서
5, 7 막
11 백 부재
G 유리 전극
M 이온 교환막
MK 카본 전극

Claims

적어도 일부가 광을 투과시키는 투명 부재로 형성된 공간에 리그닌 및 포르피린을 용질로 하는 알칼리 용액을 충전하여 형성한 셀과,
상기 셀의 상기 알칼리 용액에 각각 접촉한 상태로 서로 대향하여 형성된 1 쌍의 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 광 전지.
막으로 구분된 적어도 2 개의 공간 중 일방에 리그닌 및 포르피린을 용질로 하는 알칼리 용액이 충전됨과 함께, 적어도 일부가 광을 투과시키는 투명 부재로 형성된 일방의 셀과,
상기 알칼리 용액이 상기 공간의 타방에 충전되어 형성된 타방의 셀과,
상기 일방의 셀의 알칼리 용액에 접촉하고 있는 일방의 전극과,
상기 타방의 셀의 알칼리 용액에 접촉하고 있는 타방의 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 광 전지.
막으로 구분된 적어도 2 개의 공간 중 일방에 리그닌을 용질로 하는 알칼리 용액이 충전됨과 함께, 적어도 일부가 광을 투과시키는 투명 부재로 형성된 일방의 셀과,
상기 알칼리 용액이 상기 공간의 타방에 충전되어 형성된 타방의 셀과,
상기 일방의 셀의 알칼리 용액에 접촉하고 있는 일방의 전극과,
상기 타방의 셀의 알칼리 용액에 접촉하고 있는 타방의 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 광 전지.
막으로 구분된 적어도 2 개의 공간 중 일방에 포르피린을 용질로 하는 알칼리 용액이 충전됨과 함께, 적어도 일부가 광을 투과시키는 투명 부재로 형성된 일방의 셀과,
상기 알칼리 용액이 상기 공간의 타방에 충전되어 형성된 타방의 셀과,
상기 일방의 셀의 알칼리 용액에 접촉하고 있는 일방의 전극과,
상기 타방의 셀의 알칼리 용액에 접촉하고 있는 타방의 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 광 전지.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 알칼리 용액은 수산화칼륨인 것을 특징으로 하는 광 전지.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 막은 이온 교환막으로 형성한 것을 특징으로 하는 광 전지.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 막은 발수 카본막으로 형성한 것을 특징으로 하는 광 전지.
제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 포르피린은 코프로포르피린인 것을 특징으로 하는 광 전지.