微生物燃料电池用气体扩散电极、以及使用该气体扩散电极的微生物燃料电池制造技术

技术编号:18466741 阅读:31 留言:0更新日期:2018-07-18 16:24
气体扩散电极(10)具有用织布或者无纺布形成且具有憎水性的憎水层(1)、和层叠于憎水层的一个面上的粘结层(2)。气体扩散电极进一步具有层叠于粘结层的与憎水层侧的面相反侧的面上的气体扩散层(3)。而且粘结层不具有生物分解性,而且具有耐碱性。微生物燃料电池(100)具有担载着微生物的负极(20)、可透过氢离子的离子透过膜(30)、以及经由离子透过膜而与负极隔开的由上述气体扩散电极构成的正极(40)。

Gas diffusion electrode for microbial fuel cell and microbial fuel cell using the gas diffusion electrode

The gas diffusion electrode (10) has an hydrophobic layer (1) formed by weaving or non-woven fabrics and has hydrophobicity, and a bonding layer (2) which is stacked on one surface of the hydrophobic layer. The gas diffusion electrode further has a gas diffusion layer (3) on the opposite side of the surface opposite to the hydrophobic side of the adhesive layer. Moreover, the bonding layer has no biodegradability and alkali resistance. A microbial fuel cell (100) has a negative electrode (20) carrying a microorganism (20), an ion permeable membrane (30) through the hydrogen ion, and a positive pole (40) of the gas diffusion electrode separated from the negative electrode via the ion transmission membrane.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微生物燃料电池用气体扩散电极、以及使用该气体扩散电极的微生物燃料电池
本专利技术涉及微生物燃料电池用气体扩散电极、以及使用该气体扩散电极的微生物燃料电池。详细地说,本专利技术涉及能够净化废水、且生成电能的微生物燃料电池用气体扩散电极、以及使用该气体扩散电极的微生物燃料电池。
技术介绍
近年来,作为可持续能源,利用生物质而进行发电的微生物燃料电池引人注目。微生物燃料电池是一面将生活废水或工厂废水中含有的有机性物质的化学能转换为电能,一面将该有机性物质氧化分解而进行处理的废水处理装置。而且微生物燃料电池具有污泥的发生较少、进而能量消耗也少的特征。不过,微生物所发的电力非常小,输出的电流密度较低,因而有必要进一步的改良。微生物燃料电池具有担载着微生物的负极、以及与含有氧的气相和电解液接触的正极。而且将含有有机性物质等的电解液供给至负极,同时将含有氧的气体供给至正极。负极以及正极经由负载电路而相互连接,由此形成闭合电路。负极在微生物的催化作用下,由电解液生成氢离子以及电子。而且生成的氢离子向正极移动,电子经由负载电路向正极移动。从负极移动来的氢离子以及电子在正极与氧键合,成为水而被消耗。此时,流过闭合电路的电能得以回收。在此,正极由于需要使电解液与氧分离,因而要求憎水性。另外,在正极内产生漏水的情况下,因氧的扩散速度的减少而引起电流生成能力的降低,因而正极要求长期难以产生漏水。作为可以在这样的正极中使用的气体扩散电极,以往公开了如下的内容:在气体扩散电极基材的欲实施憎水处理的部分,形成包含聚四氟乙烯等含氟化合物的憎水材料(例如参照专利文献1)。而且公开了该憎水材料通过采用干式喷雾法使含氟化合物成膜而形成。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2005-93167号公报
技术实现思路
如上所述,专利文献1的气体扩散电极通过对聚四氟乙烯等含氟化合物的粉末进行干式喷雾而成膜。因此,得到的憎水材料容易产生裂纹和针孔。特别地,在使这样的气体扩散电极大面积化的情况下,因裂纹等的发生而容易产生漏水,其结果是,氧的扩散速度明显减少而有可能使燃料电池的输出降低。本专利技术是鉴于这样的现有技术所具有的课题而完成的。而且本专利技术的目的在于:提供能够长期抑制自憎水层的漏水且维持高输出的微生物燃料电池用气体扩散电极、以及使用该气体扩散电极的微生物燃料电池。为了解决上述的课题,本专利技术的第一方式涉及一种微生物燃料电池用气体扩散电极,其具有用织布或者无纺布形成且具有憎水性的憎水层、和层叠于憎水层的一个面上的粘结层。该气体扩散电极进一步具有层叠于粘结层的与憎水层侧的面相反侧的面上的气体扩散层。而且粘结层不具有生物分解性,而且具有耐碱性。本专利技术的第二方式涉及一种微生物燃料电池,其具有担载着微生物的负极、可透过氢离子的离子透过膜、以及经由离子透过膜而与负极隔开的由微生物燃料电池用气体扩散电极构成的正极。附图说明图1是表示本专利技术的实施方式的气体扩散电极的一个例子的示意剖视图。图2是表示本专利技术的实施方式的微生物燃料电池的一个例子的概略立体图。图3是沿着图2中的A-A线的剖视图。图4是表示上述微生物燃料电池的燃料电池单元的分解立体图。图5是表示使用实施例以及比较例1和2的气体扩散电极的微生物燃料电池中的输出密度和经过天数之间的关系的图。具体实施方式下面就本实施方式的微生物燃料电池用气体扩散电极、以及使用该气体扩散电极的微生物燃料电池进行详细的说明。此外,为便于说明,附图的尺寸比例有所夸大,往往与实际的比例不同。[气体扩散电极]本实施方式的气体扩散电极10如图1所示,具有用织布或者无纺布形成且具有憎水性的憎水层1、和层叠于憎水层1的一个面1a上的粘结层2。气体扩散电极10进一步具有层叠于粘结层2的与憎水层侧的面2a相反侧的面2b上的气体扩散层3。(憎水层)憎水层1由于具有憎水性,因而使后述的气相5、保持于废水槽80内部的作为液相的电解液70分离。而且通过设置憎水层1,可以抑制电解液70向气相5侧移动。此外,这里所说的所谓“分离”,是指在物理学上的隔开。另外,憎水层1与含有氧的气相5接触,使气相5中的气体扩散,向气体扩散层3的面3a大致均匀地供给气体。因此,憎水层1优选为多孔质体,以便能够使该气体扩散。此外,憎水层1由于具有憎水性,因而可以抑制多孔质体的细孔因结露等而闭塞,并可以抑制气体的扩散性的降低。而且如后所述,在将气体扩散电极10用于燃料电池的情况下,电解液70难以渗入憎水层1的内部,从而憎水层1容易与气相接触。憎水层1优选由织布或者无纺布形成为片材状。另外,构成憎水层1的材料只要具有憎水性,且能够使气相5中的气体扩散,就没有特别的限定。作为构成憎水层1的材料,例如可以使用选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、尼龙、聚四氟乙烯、乙基纤维素、聚4-甲基戊烯-1以及丁基橡胶之中的至少一种。这些材料容易形成多孔质体,进而憎水性也较高,因而可以抑制细孔的闭塞而使气体扩散性得以提高。此外,憎水层1在憎水层1、粘结层2以及气体扩散层3的层叠方向X优选具有多个贯通孔。憎水层1为了提高憎水性,也可以根据需要使用憎水剂而实施憎水处理。具体地说,也可以使聚四氟乙烯(PTFE)等憎水剂附着在构成憎水层1的多孔质体上,从而提高憎水性。为了有效地向气体扩散层3的面3a供给气体,如图1所示,憎水层1优选经由粘结层2而与气体扩散层3接合在一起。也就是说,憎水层1的面1a优选经由粘结层2而与对置的气体扩散层3的面3a接合在一起。由此,扩散的气体可以直接向气体扩散层3的面3a供给,从而能够有效地进行氧还原反应。(气体扩散层)本实施方式的气体扩散电极10包含具有导电性以及氧透过性的气体扩散层3。通过设置这样的气体扩散层3,可以使通过后述的局部电池反应生成的电子在催化剂层4和负载电路90之间导通。也就是说,如后所述,在催化剂层4担载着氧还原催化剂。因此,通过设置气体扩散层3,从负载电路90通过气体扩散层3而向氧还原催化剂供给电子,因而在催化剂层4中,能够促进基于氧、氢离子以及电子的氧还原反应。气体扩散电极10为了确保稳定的性能,优选氧高效地透过憎水层1以及气体扩散层3而供给至氧还原催化剂。因此,气体扩散层3优选为具有许多让氧透过的细孔的多孔质体。另外,气体扩散层3的形状特别优选为三维的网格状。通过这样的网格状,能够赋予气体扩散层3以高的氧透过性以及导电性。构成气体扩散层3的导电体材料只要能够确保高导电性,就没有特别的限定。不过,导电体材料优选由选自铝、铜、不锈钢、镍以及钛之中的至少一种导电性金属构成。这些导电性金属由于具有高耐蚀性以及导电性,因而可以优选用作构成气体扩散层3的材料。构成气体扩散层3的导电体材料也可以是碳材料。作为碳材料,例如可以使用选自碳纸、碳毡、碳布以及石墨片材之中的至少一种。另外,导电体材料既可以由选自碳纸、碳毡、碳布以及石墨片材之中的一种构成,也可以是将它们多层层叠而成的层叠体。碳纤维的无纺布即碳纸和碳毡、碳纤维的织布即碳布、以及由石墨构成的石墨片材由于具有高耐蚀性,且电阻率与金属材料同等,因而可以兼顾耐久性和导电性。上述的石墨片材可以采用如下的方法得到。首先,用酸对天然石墨实施化学处理,从而形成插入石墨的石墨烯层的层间的插入物。接着,通过在高温下对其快速加热,从而得到利用因本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种微生物燃料电池用气体扩散电极,其具有:憎水层,其由织布或者无纺布形成,且具有憎水性;粘结层,其层叠于所述憎水层的一个面上;以及气体扩散层,其层叠于所述粘结层的与憎水层侧的面相反侧的面上;其中,所述粘结层不具有生物分解性,而且具有耐碱性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.06 JP 2016-0008591.一种微生物燃料电池用气体扩散电极,其具有:憎水层,其由织布或者无纺布形成,且具有憎水性;粘结层,其层叠于所述憎水层的一个面上;以及气体扩散层,其层叠于所述粘结层的与憎水层侧的面相反侧的面上;其中,所述粘结层不具有生物分解性,而且具有耐碱性。2.根据权利要求1所述的微生物燃料电池用气体扩散电极,其中,所述粘结层由含有选自聚甲基丙烯酸...

【专利技术属性】
技术研发人员:铃木雄也釜井亮仓畑康太北出祐基
申请(专利权)人:松下电器产业株式会社
类型:发明
国别省市:日本,JP

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1