微生物燃料电池以及废液处理装置制造方法及图纸

微生物燃料电池(1,1A)包括：负极(10)，其具有包含石墨烯片材的片材状第一碳材料(11)，且担载着微生物；以及正极(20)，其与负极相对置；其中，负极的表面的算术平均粗糙度Ra为4.0μm～10000μm。废液处理装置具有微生物燃料电池，而且正极被配置为与含氧的气体接触。该微生物燃料电池可以变形为耐水压性较高的形状。另外，由于负极表面的算术平均粗糙度Ra较大，因而负极的微生物的担载量增加，从而可以提高微生物燃料电池的输出功率。

Microbial Fuel Cells and Waste Liquid Processing Units

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微生物燃料电池以及废液处理装置
本专利技术涉及微生物燃料电池以及废液处理装置。详细地说，本专利技术涉及能够净化废液、且生成电能的微生物燃料电池以及废液处理装置。
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。作为这样的微生物燃料电池，公开了一种使用专利文献1中记载的微生物燃料电池用电极的电池。在专利文献1中，公开了含碳的电极基盘、以及由在其表面的全部或者一部分上形成的碳纳米线构成的微生物燃料电池用电极。而且公开了电极基盘具有包含间隙和/或细孔的纤维结构或者多孔质结构，并且间隙的长度和/或宽度、以及细孔的直径取规定值。而且在专利文献1中，记载着电极基盘自身也可以具有能够保持电极形状的刚性。另外，还记载着电极基盘也可以是碳黑之类的粉末状微粒，但为了保持作为电极的形状，需要保持在由其它物质构成的支持体的表面上。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第5494996号说明书
技术实现思路
然而，专利文献1的电极基盘因具有较高的刚性而缺乏挠性。因此，难以将电极弯曲成任意的形状。另外，在该电极基盘是将粉末状微粒保持于支持体上的情况下，由于微粒和支持体之间的接触电阻增加，因而微生物燃料电池的输出功率有可能降低。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：提供挠性优良、且能够将输出功率维持在较高状态的微生物燃料电池以及废液处理装置。为了解决上述的课题，本专利技术的第一方式涉及一种微生物燃料电池，其包括：负极，其具有包含石墨烯片材的片材状第一碳材料，且担载着微生物；以及正极，其与负极相对置。而且负极的表面的算术平均粗糙度Ra为4.0μm～10000μm。本专利技术的第二方式涉及一种废液处理装置，其具有第一方式的微生物燃料电池，而且该正极被配置为与含氧的气体接触。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示意立体图。图2是沿着图1中的A-A线的剖视图。图3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示意俯视图。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(a)是表示本专利技术的实施方式的负极的一个例子的示意剖视图，图5(b)是放大表示图5(a)中的符号B的区域的示意图。图6是表示本专利技术的实施方式的负极的其它例子的示意立体图。图7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8是表示本专利技术的实施方式的微生物燃料电池的其它例子的示意立体图。图9是表示本专利技术的实施方式的微生物燃料电池的其它例子的示意俯视图。图10是表示实施例以及比较例的微生物燃料电池的运行天数和稳定输出功率值之间的关系的图。具体实施方式下面就本实施方式的微生物燃料电池以及废液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。[微生物燃料电池]如图1～图3所示，本实施方式的微生物燃料电池1具有多个由负极10、正极20以及离子移动层30构成的膜电极接合体40。微生物燃料电池1如图2所示，被配置为使负极10与离子移动层30的一个面30a接触，并使正极20与离子移动层30的面30a的相反侧的面30b接触。进而如图4所示，2片膜电极接合体40以正极20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20的面20a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20的面20a的外周部接合在一起，从而可以抑制被处理液70从正极20的面20a的外周部向盒式基材50的内部漏出。而且如图2和图3所示，由2片膜电极接合体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2的方式配置于废液槽80的内部。在废液槽80的内部保持着被处理液70，负极10、正极20以及离子移动层30浸渍于被处理液70中。如后所述，正极20包含具有憎水性的憎水层21。因此，保持于废液槽80内部的被处理液70与盒式基材50的内部隔开，由2片膜电极接合体40和盒式基材50形成的内部空间成为气相2。而且如图2所示，负极10和正极20分别与外部电路90进行电连接。(负极)本实施方式的负极10如图5(a)所示，具有包含石墨烯片材的片材状第一碳材料11。石墨烯片材是将石墨加工成片材状的材料，具有高耐蚀性且电阻率与金属材料同等，因而兼顾耐久性和导电性。在此，上述的石墨烯片材例如可以采用如下的方法而得到。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而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烯片材。在将这样得到的石墨烯片材用作第一碳材料11的情况下，如图5(a)所示，石墨中的石墨烯层沿着与层叠方向X垂直的方向Y而排列。因此，可以提高第一碳材料11和外部电路90之间的导电性，从而能够更加提高电池反应的效率。另外，由于在石墨烯层的层间存在空隙，因而石墨烯片材具有挠性。负极10上保持着厌氧性微生物，在该微生物的催化作用下，由被处理液70中的有机物以及含氮化合物之中的至少一种生成氢离子以及电子。具体地说，负极10具有一个面10a、和该一个面10a的相反侧的另一个面10b，一个面10a隔着离子移动层30而与正极20相对置，在另一个面10b上保持着厌氧性微生物。也就是说，通过使含有厌氧性微生物的生物膜重叠在负极10的另一个面10b上并加以固定，在负极10上便保持着厌氧性微生物。此外，所谓生物膜，通常是指包含微生物群落、和微生物群落所生产的胞外聚合物(extracellularpolymericsubstance、EPS)的三维结构体。不过，厌氧性微生物也可以不通过生物膜而保持在负极10上。另外，厌氧性微生物不仅可以保持在负极10的表面，而且也可以保持在内部。保持在负极10上的厌氧性微生物例如优选为具有胞外电子转移机制的产电菌。具体地说，作为厌氧性微生物，例如可以列举出地杆菌(Geobacter)属细菌、希瓦氏菌(Shewanella)属细菌、气单胞菌(Aeromonas)属细菌、地发菌(Geothrix)属细菌、酵母菌(Saccharomyces)属细菌。而且在本实施方式中，负极10的表面的算术平均粗糙度Ra为4.0μm～10000μm。负极10的保持着厌氧性微生物的另一个面10b的算术平均粗糙度Ra优选为4.0μm～10000μm。通过使负极10的表面的算术平均粗糙度Ra为4.0μm以上，该表面的面积便得以增加。由此，由于负极10的厌氧性微生物的担载量增加，因而由被处理液70中的有机物以及含氮化合物之中的至少一种生成氢离子以及电子的反应得以有效地进行，从而能够提高微生物燃料电池的输出功率。负极10的表面的算术平均粗糙度Ra可以按照日本工业标准JISB0601：2013(产品的几何特性规范(GPS)-表面性状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微生物燃料电池，其包括：负极，其具有包含石墨烯片材的片材状第一碳材料，且担载着微生物；以及正极，其与所述负极相对置；其中，所述负极的表面的算术平均粗糙度Ra为4.0μm～10000μm。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种微生物燃料电池，其包括：负极，其具有包含石墨烯片材的片材状第一碳材料，且担载着微生物；以及正极，其与所述负极相对置；其中，所述负极的表面的算术平均粗糙度Ra为4.0μm～10000μm。2.根据权利要求1所述的微生物燃料电池，其中，关于所述石墨烯片材，该石墨烯片材的与厚度方向垂直的方向的电阻率为20μΩ·m以下，而且所述厚度方向的电阻率为所述垂直的方向的电阻率的100倍以上。3.根据权利要求1或2所述的微生物燃料电池，其中，所述负极和正极具有挠性。4.根据权利要求1～3中任一项所述的微生物燃料电池，其中，在所述第一碳材料的表面担载着...

【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