微生物燃料电池制造技术

技术编号:19076767 阅读:13 留言:0更新日期:2018-09-29 18:18
微生物燃料电池(100)具有正极(10,10A)、保持着微生物的负极(20)以及电解液(70)。正极具有导电体层(1)、层叠于导电体层上且在内部担载着催化剂(3)的多孔质体层(2)、以及层叠于导电体层的与多孔质体层接触的面(1a)的相反侧的面(1b)上或者多孔质体层的与导电体层接触的面(2a)的相反侧的面(2b)上的憎水层(4)。而且多孔质体层以及负极浸渍于电解液中,憎水层的至少一部分在气相(90)中露出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微生物燃料电池
本专利技术涉及一种微生物燃料电池。详细地说,本专利技术涉及一种能够净化废水、且生成电能的微生物燃料电池。
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。作为这样的微生物燃料电池,已经公开了一种如下的微生物燃料电池,其具有:电解槽;阳极,其配置于电解槽的槽内部;阴极,其配置于电解槽的槽体部,一个面与槽外部的空气接触,另一个面与电解液接触(例如参照专利文献1)。该电解槽保持着电解液、微生物以及利用微生物进行的氧化分解的底物(substrate)。而且在阴极中与空气接触的一个面上形成含有硅有机化合物的止水层(waterproofinglayer),在阴极的另一个面上形成担载着阴极催化剂的催化剂层。该催化剂层采用如下的方法来形成:将阴极催化剂的微粒与粘结剂溶液混合而成为浆料,然后将该浆料涂布于阴极的一个面上并进行干燥。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2015-46361号公报
技术实现思路
然而,在如专利文献1那样将阴极催化剂制成浆料,然后进行涂布和干燥的情况下,干燥时浆料收缩,从而在得到的催化剂层上产生裂纹。因此,存在的问题是使用时催化剂层发生剥离而使阴极的氧还原特性降低,从而不能稳定地获得电能。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一种可以抑制催化剂层的裂纹的发生、并稳定地生产电能的微生物燃料电池。为了解决上述的课题,本专利技术的方式涉及一种微生物燃料电池,其具有正极、保持着微生物的负极以及电解液。该正极具有导电体层、层叠于导电体层上且在内部担载着催化剂的多孔质体层、以及层叠于导电体层的与多孔质体层接触的面的相反侧的面上或者多孔质体层的与导电体层接触的面的相反侧的面上的憎水层。而且多孔质体层以及负极浸渍于电解液中,憎水层的至少一部分在气相中露出。附图说明图1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2是沿着图1中的A-A线的剖视图。图3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4是表示本专利技术的实施方式的正极的一个例子的示意剖视图。图5是表示本专利技术的实施方式的正极的其它例子的示意剖视图。图6是对于实施例1、实施例2以及比较例1的正极,表示评价氧还原特性时的电位和电流密度之间的关系的图。图7是对于实施例3以及比较例2的正极,表示评价氧还原特性时的电位和电流密度之间的关系的图。图8是对于实施例4以及比较例3的正极,表示评价氧还原特性时的电位和电流密度之间的关系的图。图9(a)是表示实施例1的正极的照片,图9(b)是表示比较例1的正极的照片。具体实施方式下面就本实施方式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。如图1以及图2所示,本实施方式的微生物燃料电池100具有多个由正极10、负极20以及离子移动层30构成的电极接合体40。微生物燃料电池100如图2所示,被配置为使负极20与离子移动层30的一个面30a接触,并使正极10与离子移动层30的面30a的相反侧的面30b接触。如图3所示,2片电极接合体40以正极10彼此之间相对置的方式,经由盒式基材50而层叠在一起。盒式基材50为沿着正极10的面10a的外周部的U字状的框构件,上部设置有开口。也就是说,盒式基材50是将2根第一柱状构件51的底面用第二柱状构件52连结而成的框构件。而且盒式基材50的侧面53与正极10的面10a的外周部接合在一起,从而抑制电解液70从正极10的面10a的外周部向盒式基材50的内部漏出。而且如图2所示,由2片电极接合体40和盒式基材50层叠而成的燃料电池单元60以形成与大气连通的气相90的方式配置于废水槽80的内部。在废水槽80的内部保持着作为被处理液的电解液70,正极10、负极20以及离子移动层30浸渍于电解液70中。如后所述,正极10包含具有憎水性的憎水层4。因此,保持于废水槽80内部的电解液70与盒式基材50的内部隔开,由2片电极接合体40和盒式基材50形成的内部空间成为气相90。而且如图2所示,正极10以及负极20分别与外部电路110进行电连接。[正极]本实施方式的正极10如图4所示,具有导电体层1、层叠于导电体层1上且在内部担载着催化剂3的多孔质体层2、以及层叠于导电体层1的与多孔质体层2接触的面1a的相反侧的面1b上的憎水层4。另外,本实施方式的正极10A如图5所示,具有导电体层1、层叠于导电体层1上且在内部担载着催化剂3的多孔质体层2、以及层叠于多孔质体层2的与导电体层1接触的面2a的相反侧的面2b上的憎水层4。(导电体层)正极10的导电体层1具有导电性以及氧透过性。通过在正极10中设置这样的导电体层1,可以使通过后述的局部电池反应生成的电子在催化剂3和外部电路110之间导通。也就是说,如后所述,催化剂3分散于多孔质体层2的内部,而且催化剂3为氧还原催化剂。而且通过在正极10中设置导电体层1,电子从外部电路110通过导电体层1而向催化剂3移动,从而在催化剂3的作用下,能够进行基于氧、氢离子以及电子的氧还原反应。正极10为了确保稳定的性能,优选氧高效地透过憎水层4以及导电体层1而供给至催化剂3。因此,导电体层1优选为从与憎水层4相对置的面1b至相反侧的面1a具有许多让氧透过的细孔的多孔质体。另外,导电体层1的形状特别优选为三维的网格状。通过这样的网格状,能够赋予导电体层1以高的氧透过性以及导电性。构成导电体层1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导电体层1的材料。另外,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。此外,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,从而得到利用因层间插入物的热分解引起的气压使石墨烯层间扩张开来的膨胀石墨。然后,对该膨胀石墨加压,通过辊压延而得到石墨片材。在将这样得到的石墨片材用作导电体层1的情况下,石墨中的石墨烯层沿着与层叠方向X垂直的方向YZ而排列。因此,可以提高导电体层1和外部电路110之间的导电性,从而能够更加提高电池反应的效率。导电体层1的与多孔质体层2接触的面1a的算术平均粗糙度Ra优选为0.1μm~100μm。通过使导电体层1的表面的算术平均粗糙度Ra在该范围内,导电体层1的表面容易变得平坦。在导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微生物燃料电池,其具有:正极,其具有导电体层、层叠于所述导电体层上且在内部担载着催化剂的多孔质体层、以及层叠于所述导电体层的与所述多孔质体层接触的面的相反侧的面上或者所述多孔质体层的与所述导电体层接触的面的相反侧的面上的憎水层;负极,其保持着微生物;以及电解液;其中,所述多孔质体层以及所述负极浸渍于所述电解液中,所述憎水层的至少一部分在气相中露出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.26 JP 2016-0354681.一种微生物燃料电池,其具有:正极,其具有导电体层、层叠于所述导电体层上且在内部担载着催化剂的多孔质体层、以及层叠于所述导电体层的与所述多孔质体层接触的面的相反侧的面上或者所述多孔质体层的与所述导电体层接触的面的相反侧的面上的憎水层;负极,其保持着微生物;以及电解液;其中,所述多孔质体层以及所...

【专利技术属性】
技术研发人员:吉川直毅北出祐基
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

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