电极、燃料电池以及水处理装置制造方法及图纸

技术编号:19880088 阅读:25 留言:0更新日期:2018-12-22 18:38
本发明专利技术涉及一种电极(10),其包括具有憎水性和氧透过性的第一扩散层(1)、以及层叠于第一扩散层上且担载着催化剂(4)的第二扩散层(2);而且第二扩散层具有片材状碳材料。另外,还涉及一种燃料电池(100),其具有担载着微生物的负极(20)、和由电极(10)构成的正极(40)。本发明专利技术的水处理装置具有担载着用于净化被处理液的微生物的负极(20)、和由电极(10)构成的正极(40)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电极、燃料电池以及水处理装置
本专利技术涉及电极、燃料电池以及水处理装置。详细地说,本专利技术涉及能够净化废水、且生成电能的电极、以及使用该电极的燃料电池和水处理装置。
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种利用微生物的代谢能力而将有机物等转换为电能的装置,是一种一面进行有机物的处理一面可以进行能量回收的优良的系统。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。作为以前的微生物燃料电池(细菌燃料电池),公开了如下的
技术实现思路
:其具有多个阳极和多个阴极,而且这些阳极和阴极与应该被净化的液体进行液体联系(例如参照专利文献1)。而且该阳极以及阴极分别具有金属制导电体,该金属制导电体被配置为在电路中横跨负载而进行电连接。另外,在金属制导电体和应该被净化的液体之间设置有导电性涂层,并通过该导电性涂层而使该液体和导电体相互隔开。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特表2012-507828号公报
技术实现思路
在专利文献1的微生物燃料电池中,通过使用用于防止金属制导电体的腐蚀的导电性涂层,从而抑制电池特性的降低。但是,该导电性涂层由于电阻比金属制导电体更高,因而存在的问题是不能享受金属制导电体本来的低电阻性,从而电池特性降低。另外,即使在金属制导电体上设置导电性涂层,也由于长时间的使用,有可能使金属制导电体发生腐蚀,从而作为导电体的功能降低。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电阻较低、且有可能使电池特性得以提高的电极、以及使用该电极的燃料电池和水处理装置。为了解决上述的课题,本专利技术的第一方式涉及一种电极,其包括:第一扩散层,其具有憎水性和氧透过性;以及第二扩散层,其层叠于第一扩散层上,且担载着催化剂。而且第二扩散层具有片材状碳材料。本专利技术的第二方式涉及一种燃料电池,其具有担载着微生物的负极、和由上述电极构成的正极。本专利技术的第三方式涉及一种水处理装置,其具有担载着用于净化被处理液的微生物的负极、和由上述电极构成的正极。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电极的ISO透气度和使用该电极的燃料电池的最大输出功率之间的关系的图。图3是表示本专利技术的实施方式的电极的ISO透气度和该电极的密度之间的关系的图。图4(a)是表示本专利技术的实施方式的电极的其它例子的示意剖视图,图4(b)是图4(a)中的符号A的放大图。图5是表示本专利技术的实施方式的燃料电池的概略图。图6是表示上述燃料电池的燃料电池单元的分解立体图。具体实施方式下面就本实施方式的电极、以及使用该电极的燃料电池和水处理装置进行详细的说明。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。[电极]本实施方式的电极10如图1所示,包括具有憎水性和氧透过性的第一扩散层1、以及担载着催化剂的第二扩散层2。而且在电极10中,以第一扩散层1与第二扩散层2的一个面2a接触的方式进行配置。(第一扩散层)第一扩散层1与气相5接触,使气相5中的气体扩散,从而向第二扩散层2的一个面2a大致均匀地供给气体。因此,第一扩散层1优选为多孔质体,以便能够使该气体扩散。第一扩散层1优选具有憎水性。通过使第一扩散层1具有憎水性,可以抑制多孔质体的细孔因结露等而闭塞,从而可以抑制气体的扩散性的降低。另外,如后所述,在将电极10用于燃料电池或水处理装置的情况下,液相难以渗入第一扩散层1的内部,从而第一扩散层1容易与气相接触。再者,第一扩散层1被构成为一面使气相5和液相良好地分离,一面容许气体从气相5向液相的移动。也就是说,第一扩散层1一面使气相5中的气体透过而向第二扩散层2移动,一面也可以抑制液相中的被处理液向气相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。作为构成第一扩散层1的材料,只要能够使气相5中的气体扩散,就没有特别的限定。作为构成第一扩散层1的材料,例如可以使用选自聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚四氟乙烯、硅有机化合物、聚二甲基硅氧烷、乙基纤维素、聚4-甲基戊烯-1、聚丁二烯、聚四氟乙烯以及丁基橡胶之中的至少一种。另外,也可以复合使用这些材料的2种以上。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。另外,第一扩散层1优选为由选自包含上述材料的织布、无纺布以及薄膜之中的至少一种构成。此外,在第一扩散层1由上述材料的薄膜构成的情况下,优选在第一扩散层1和第二扩散层2的层叠方向X上具有多个贯通孔。第一扩散层1既可以是由选自上述织布、无纺布以及薄膜之中的至少一种构成的单层,而且也可以是由多层层叠而成的复层。第一扩散层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第一扩散层1的多孔质体上,从而提高憎水性。为了有效地向第二扩散层2的一个面2a供给气体,如图1所示,第一扩散层1优选为与第二扩散层2接触。也就是说,第一扩散层1的面1b优选为与对置的第二扩散层2的一个面2a接触。另外,第一扩散层1的面1b和第二扩散层2的面2a也可以压接在一起。由此,扩散的气体可以直接向第二扩散层2的面2a供给,从而可以提高氧透过性。不过,如果气体向第二扩散层2的面2a供给,则在第一扩散层1的面1b和第二扩散层2的面2a之间也可能存在间隙。(第二扩散层)本实施方式的电极10除第一扩散层1以外,还具有担载着催化剂4的第二扩散层2。第二扩散层2具有在与外部电路之间使由后述的局部电池反应生成的电子导通的功能。因此,第二扩散层2具有片材状碳材料。碳材料即使与被处理液接触,产生腐蚀的可能性也较低,而且电阻率也较低,因而可以确保长期且较高的导电性。在此,表1中示出了金属材料以及碳材料这样具有代表性的材料的电阻率。如表1所示,在碳材料中,石墨片材的电阻率最低,但高于厚度为1mm的不锈钢板。然而,金属材料并不是以块体的状态、即以金属板的状态使用,实际上,大部分以金属丝网或丝形状使用。因此,可知碳材料的电阻率与金属材料同等。这样一来,碳材料由于即使与被处理液接触,腐蚀劣化的可能性也较低,而且如表1所示,具有与不锈钢丝网同等的电阻率,因而可以得到长期且较高的导电性。表1作为构成第二扩散层2的片材状碳材料,例如可以使用选自碳纸、碳布以及石墨片材之中的至少一种。另外,第二扩散层2既可以由选自碳纸、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、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较高的耐蚀性,而且如表1所示,电阻率与金属材料同等,因而可以兼顾电极的耐久性和导电性。第二扩散层2优选含有石墨,进而石墨中的石墨烯层优选沿着与第一扩散层1和第二扩散层2的层叠方向X垂直的方向Y进行排列。由碳的六元环结构构成的石墨烯层这样地排列,因而与第一扩散层1和第二扩散层2的层叠方向X的电导率相比,与该层叠方向X垂直的方向Y的电导率得以提高。因此,如图5所示,容易使由局部电池反应生成的电子在与外部电路80之间导通,从而能够更加提高电池反应的效率。此外,第二扩散层2特别优选由石墨片材构成。这里,在F.L.LaQu本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极,其包括:第一扩散层,其具有憎水性和氧透过性;以及第二扩散层,其层叠于所述第一扩散层上,且担载着催化剂;其中,所述第二扩散层具有片材状碳材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电极,其包括:第一扩散层,其具有憎水性和氧透过性;以及第二扩散层,其层叠于所述第一扩散层上,且担载着催化剂;其中,所述第二扩散层具有片材状碳材料。2.根据权利要求1所述的电极,其中,所述第二扩散层含有石墨;所述石墨中的石墨烯层沿着与所述第一扩散层和所述第二扩散层的层叠方向垂直的方向进行排列。3.根据权利要求2所述的电极,其中,所述第二扩散层的ISO透气度为2.0×10-5μm/Pa·s~0.38μm/Pa·s。4.根据权利要求2或3所述的电极,其中,所述第二扩散层的密度为0.10g/cm3~1.0g/cm3。5.根据权利要求1~4中任一项所述的电极,其中,所述第二扩散层的与所述第一扩散层和所述第二扩散层的层叠方向垂直的方向的电阻率为20μΩ·m以下,而且所述第一扩散层和所述第二扩散层的层叠方向的电阻率为与所述层叠方向垂直的方向的电阻率的100倍以上。6.根据权利要求1~5中任一项所述的电极,其中,所述第二扩散层含有石墨;在所述石墨中的石墨烯层的层间担载着所述催化剂。7.根据权利要求1~6中任一项所述的电极,其中,所述催化剂为氧还原催化剂。8...

【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

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