一种电极，具备：第1扩散层(11)，具有疏水性，使氧扩散；第2扩散层(13)，担载催化剂层(30)，使氧扩散。此外，电极具备含有金属材料(20、21)和氧透过性材料且配置在第1扩散层与第2扩散层之间的导电层(12、15)。燃料电池(100)及水处理装置具备负极(3)、具有质子透过性的离子移动层(4)、和隔着离子移动层而与负极分隔的由上述电极构成的正极(1、2)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电极以及使用它的燃料电池及水处理装置。
技术介绍
利用微生物将有机物变换为电能的微生物燃料电池主要由负极、离子移动层和正极构成。在负极中，将有机物被微生物氧化分解时产生的电子回收。被负极回收的电子向正极移动，通过还原反应被消耗。并且，电子按照在该两极发生的化学反应所带来的氧化还原电位的梯度而流动。在负极的反应中附带产生的氢离子穿过离子移动层而到达正极。并且，氢离子在正极与电子及氧反应而产生水。这里，为了使微生物燃料电池高输出化，需要装置的按比例扩大(scaleup)。但是，随着按比例扩大而电池的内部电阻升高，担心生成的电能的输出下降。因此，在非专利文献1中，公开了一种具有从气相侧起按顺序地由扩散层、催化剂层及金属集电体层构成的正极的微生物燃料电池。进而，在非专利文献1中，还公开了该正极的金属集电体层被暴露在液相中。根据非专利文献1，通过使用作为导电性材料的金属作为集电材料，实现内部电阻的降低，能够实现基于按比例扩大的高输出化。非专利文献1：X.Zhang，etal.，“EnhancedActivatedCarbonCathodePerformanceforMicrobialFuelCellbyBlendingCarbonBlack”Environ.Sci.Technol.，48(3)，pp.2075－2081，2014.
技术实现思路
但是，在非专利文献1所公开的微生物燃料电池中，正极的金属集电体层被设置在液相侧，受到由氢离子或氯化物离子等液相自身的成分带来的腐蚀或由微生物带来的腐蚀的影响。由此，金属集电体层的集电能力下降，担心发生电池特性的下降。本专利技术是鉴于这样的以往技术具有的问题而做出的。并且，本专利技术的目的在于，提供一种能够在抑制基于液相的腐蚀的同时降低电池的内部电阻的电极、以及使用它的燃料电池及水处理装置。为了解决上述课题，本专利技术的第一技术方案的电极具备：第1扩散层，具有疏水性，使氧扩散；第2扩散层，担载催化剂层，使氧扩散。进而，该电极具备含有金属材料和氧透过性材料并且配置在第1扩散层与第2扩散层之间的导电层。本专利技术的第二技术方案的燃料电池具备：负极；离子移动层，具有质子透过性；正极，是本专利技术的第一技术方案的电极，隔着离子移动层而与负极分隔。本专利技术的第三技术方案的水处理装置具备：负极；离子移动层，具有质子透过性；正极，是本专利技术的第一技术方案的电极，隔着离子移动层而与负极分隔。附图说明图1是表示第一实施方式的正极的一例的立体图。图2是表示第一实施方式的正极的其他例的立体图。图3是表示第二实施方式的微生物燃料电池的结构的概略立体图。图4是沿着图3的A－A’线的剖视图。图5是沿着图3的B－B’线的剖视图。图6是表示第二实施方式的微生物燃料电池的结构的平面图。具体实施方式以下，参照附图对本实施方式的电极及使用它的燃料电池及水处理装置进行说明。另外，以下说明的实施方式都是表示本专利技术的优选的一具体例的。在以下的实施方式中表示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接形态等是一例，并不意欲限定本专利技术。此外，关于以下的实施方式的构成要素中的、在表示本专利技术的最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，设为构成更优选的形态的任意构成要素进行说明。[第一实施方式](1－1.电极的结构)首先，对电极的结构详细地说明。本实施方式的电极例如能够作为燃料电池的正极应用，特别是作为微生物燃料电池(MFC：MicrobialFuelCell)的正极应用。因此，对使用本实施方式的电极作为微生物燃料电池的正极的情况进行说明。微生物燃料电池是利用微生物将作为燃料的有机物变换为电能的电池，主要由负极、离子移动层和正极构成。在负极中，将电解液中的有机物被微生物氧化分解时产生的电子回收。在负极被回收的电子向正极移动，通过还原反应被消耗。电子按照在该两极发生的化学反应所带来的氧化还原电位的梯度而流动。在负极的反应中附带地产生的氢离子穿过离子移动层而到达正极。氢离子在正极与电子及氧反应而产生水。通过上述结构及反应，微生物燃料电池能够通过微生物将废液净化并输出电能。本实施方式的正极1例如是上述微生物燃料电池的正极，作为用来迅速地进行空气中的氧的供给的气体扩散电极发挥功能。图1是表示第一实施方式的正极的一例的立体图。如该图所示，正极1具备第1扩散层11、导电层12和第2扩散层13。在第2扩散层13的表面上担载有催化剂层30。第1扩散层11配置在气相侧，第2扩散层13配置在液相侧，在第1扩散层11与第2扩散层13之间配置有导电层12。具体而言，正极1配置为使第1扩散层11与导电层12的一个面12a接触，并且配置为使第2扩散层13与导电层12的与一个面12a相反侧的另一个面12b接触。这里，所谓气相，例如是含有氧的大气。此外，所谓液相，例如是含有有机物及微生物的水溶液或废液。第1扩散层11是使气相中含有的氧扩散的层，具有疏水性。作为第1扩散层11的材质的优选例，是由从聚乙烯、聚丙烯、尼龙及聚四氟乙烯(PTFE)组成的组中选择的至少一个构成的无纺布或薄膜。这里，所谓无纺布，是由纤维状物质形成的片材即纤维布，是指将纤维状物质通过热、机械或化学性的作用粘接或相互缠绕而成为布的材料。第1扩散层11由于是通过由具有疏水性的材质构成的纤维状物质形成的无纺布或薄膜，所以被赋予了疏水性。所谓疏水性，是指排斥水或短链醇等极性有机液体的性质。由此，能够抑制第1扩散层11被氢离子及氯化物离子等液相自身的成分、或者微生物腐蚀，并且将气相中的氧向导电层12及第2扩散层13迅速地供给。此外，能够抑制第1扩散层11因气相中含有的湿气而变质。进而，能够抑制经由第1扩散层11的从液相侧向气相侧的漏水。第1扩散层11中，也可以对上述无纺布或薄膜涂敷或含浸疏水辅助剂。由此，能够进一步提高第1扩散层11的疏水性。作为疏水辅助剂的优选例，可以举出氟类的高分子材料、或聚二甲基硅氧烷(PDMS)等硅酮类高分子材料等。导电层12是被第1扩散层11和第2扩散层13夹持的平板状的层。进而，导电层12由金属材料和氧透过性材料形成。由此，导电层12在与液相之间夹着第2扩散层13，所以不直接与液相接触。因此，能够抑制导电层12被氢离子或氯化物离子等液相自身的成分或微生物腐蚀。此外，导电层12如图1所示，具有在氧透过性材料中分散有金属材料20的结构，所以导电层自身具备氧透过性。因此，能够使从气相经由第1扩散层11供给的氧向第2扩散层13高效率地透过。导电层12具有使由负极生成的电子导通、促进从气相供给的氧与经由离子移动层移动了的氢离子的反应的功能。即，导电层12含有金属材料，该金属材料在导电层12的内部被电连接。因此，导电层12发挥由低电阻带来的高导电功能，能够提高氧的还原反应的效率。如图1所示，导电层12含有金属材料20，金属材料20例如具有粒子形状。另外，导电层12的厚度例如优选为1mm以下。因此，金属材料20的粒径优选为1mm以下。金属材料20的粒径的下限值没有特别限定，但例如优选为1μm以上。另外，金属材料20的粒径及导电层12的厚度能够通过将导电层12用光学显微镜或扫描型电子显微镜进行观察来测量。金属材料20的材质只要是能够提高导电层12的导电性的材料就可以，没有特本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电极，其特征在于，具备：第1扩散层，具有疏水性，使氧扩散；第2扩散层，担载催化剂层，使氧扩散；以及导电层，含有金属材料和氧透过性材料，配置在上述第1扩散层与上述第2扩散层之间。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.11 JP 2014-1853401.一种电极，其特征在于，具备：第1扩散层，具有疏水性，使氧扩散；第2扩散层，担载催化剂层，使氧扩散；以及导电层，含有金属材料和氧透过性材料，配置在上述第1扩散层与上述第2扩散层之间。2.如权利要求1所述的电极，其特征在于，上述导电层其电阻率是2Ωm以下，并且氧透过率是10000cc/m2·24h·atm以上且720000cc/m2·24h·atm以下。3.如权利要求1或2所述的电极，其特征在于，上述氧透过性材料是硅酮。4.如权利要求1～3中任一项所述的电极，其特征在于，上述金属材料具有粒子形状。5.如权利要求1～3中任一项所述的电极，其特征在于，上述金属材料具有片形状或线形状。6.如权利要求1～5中任一项所述的电极，其特征在于，上述导电层...
【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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