JP2013247070A - Cathode-side electrode for biofuel cell and method of manufacturing the same - Google Patents
Cathode-side electrode for biofuel cell and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013247070A JP2013247070A JP2012122038A JP2012122038A JP2013247070A JP 2013247070 A JP2013247070 A JP 2013247070A JP 2012122038 A JP2012122038 A JP 2012122038A JP 2012122038 A JP2012122038 A JP 2012122038A JP 2013247070 A JP2013247070 A JP 2013247070A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- slurry
- side electrode
- cathode
- cathode side
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
【課題】撥水性に優れたバイオ燃料電池用カソード側電極とその製造方法を提供する。
【解決手段】炭素微粒子と酵素、結着剤が分散溶媒に含有されてなるスラリーに対し、10〜30℃の温度範囲で液体であってかつ該分散溶媒よりも蒸気圧の低い鎖状炭化水素炭素化合物、もしくは、10〜30℃の温度範囲で液体の脂肪酸を混合して電極用スラリーを生成し、カソード側電極を形成する導電性基材の表面に電極用スラリーを塗工するバイオ燃料電池用カソード側電極の製造方法である。
【選択図】図１A cathode electrode for a biofuel cell having excellent water repellency and a method for producing the same are provided.
A chain hydrocarbon which is liquid in a temperature range of 10 to 30 ° C. and has a vapor pressure lower than that of the dispersion solvent with respect to a slurry in which carbon fine particles, an enzyme and a binder are contained in the dispersion solvent. A biofuel cell in which a carbon compound or a liquid fatty acid is mixed in a temperature range of 10 to 30 ° C. to produce a slurry for an electrode, and the electrode slurry is applied to the surface of a conductive substrate forming a cathode side electrode It is a manufacturing method of the cathode side electrode.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、バイオ燃料電池用電極のうち、特にカソード側電極とこのカソード側電極の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a biofuel cell electrode, in particular, a cathode side electrode and a method for producing the cathode side electrode.
アノード側電極とカソード側電極がイオン伝導性を有する電解質膜を介して対向配置された構成の燃料電池は、たとえば、固体高分子型燃料電池などとして知られている。 A fuel cell having a configuration in which an anode side electrode and a cathode side electrode are arranged to face each other through an electrolyte membrane having ion conductivity is known as a polymer electrolyte fuel cell, for example.
上記する燃料電池においては、アノード側電極に燃料（水素）が供給され、そこで触媒の作用によってプロトン（H+）となり、２個の電子（e-）はカソード側電極に向けて放出される。アノード側電極で生成されたプロトンは電解質膜を介してカソード側電極に達し、触媒の作用によってアノード側電極からの２個の電子（e-）を受け取るとともに、外部から供給される酸素から生成される酸素イオンとともに水が生成される。発電された電気は、外部回路を通る電子の移動が電流として取り出されるようになっている。すなわち、アノード側ではH2→2H+＋2e-の反応が、カソード側では2H+＋1/2O2＋2e-→H2Oの反応がそれぞれ起こっており、全体反応としてはH2＋1/2O2→H2Oの反応が起こることによって発電がおこなわれる。化学反応を効率よく進めるために電極には上記のように触媒が使用されており、たとえば固体高分子型燃料電池では白金が多用されている。 In the fuel cell described above, fuel (hydrogen) is supplied to the anode side electrode, where it becomes proton (H + ) by the action of the catalyst, and two electrons (e − ) are emitted toward the cathode side electrode. Protons generated at the anode side electrode reach the cathode side electrode through the electrolyte membrane, receive two electrons (e − ) from the anode side electrode by the action of the catalyst, and are generated from oxygen supplied from the outside. Water is produced with oxygen ions. In the generated electricity, the movement of electrons through an external circuit is taken out as a current. That is, the reaction of H 2 → 2H + + 2e − occurs on the anode side, and the reaction of 2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O occurs on the cathode side, and the overall reaction is H 2 + 1 / 2O 2 → Electricity is generated by the reaction of H 2 O. In order to advance the chemical reaction efficiently, a catalyst is used for the electrode as described above. For example, platinum is frequently used in a polymer electrolyte fuel cell.
ところで、昨今、生物内でおこなわれている生体代謝が高効率なエネルギー変換機構であることに着目し、これを燃料電池に適用する技術が研究されている。この生体代謝はエネルギー利用効率が高く、しかも室温程度の穏やかな条件で反応が進行するという特徴を備えている。しかしながら、微生物や細胞には化学エネルギーから電気エネルギーへの変換といった目的の反応以外にも不要な反応が多く存在することから、十分なエネルギー変換効率が発揮され難い。そこで、酵素を触媒として適用することで所望の反応のみをおこなわせる燃料電池（バイオ燃料電池）が開発されている。このバイオ燃料電池は、触媒として機能する酵素によって燃料を分解してプロトンと電子に分離するものであり、この燃料としてはメタノールやエタノールのようなアルコール類、あるいはグルコースのような単糖類、デンプンのような多糖類を用いたものが用いられている。 By the way, recently, attention has been paid to the fact that living body metabolism carried out in living organisms is a highly efficient energy conversion mechanism, and a technique for applying this to a fuel cell has been studied. This biological metabolism is characterized by high energy utilization efficiency and the reaction proceeds under mild conditions of about room temperature. However, since microorganisms and cells have many unnecessary reactions other than the intended reaction such as conversion from chemical energy to electrical energy, it is difficult to achieve sufficient energy conversion efficiency. Therefore, a fuel cell (biofuel cell) has been developed that can perform only a desired reaction by applying an enzyme as a catalyst. In this biofuel cell, the fuel is decomposed by an enzyme that functions as a catalyst and separated into protons and electrons. This fuel is an alcohol such as methanol or ethanol, a monosaccharide such as glucose, or starch. Those using such polysaccharides are used.
上記するバイオ燃料電池のうち、カソード側電極に着目すると、カソード側電極において酵素反応の基質となる物質は酸素であり、一般には大気中の酸素がカソード電極側に取り込まれるようになっている。そのため、このカソード側電極の表面に水分が過剰に存在していると触媒である酵素への酸素供給が阻害され、結果としてバイオ燃料電池の出力低下に直結する。 In the biofuel cell described above, focusing on the cathode side electrode, oxygen is a substance serving as a substrate for enzyme reaction in the cathode side electrode, and generally oxygen in the atmosphere is taken into the cathode electrode side. For this reason, if water is present excessively on the surface of the cathode side electrode, oxygen supply to the enzyme, which is a catalyst, is hindered, resulting in a direct decrease in the output of the biofuel cell.
従来のバイオ燃料電池においては、上記課題を解消するべく、少なくともカソード側電極に撥水性を付与するために、このカソード側電極の製造に当たり、撥水性を有するテフロン（登録商標）粒子を電極用スラリーに混合し、この電極用スラリーを導電性基材に塗工してカソード側電極を製造している。なお、特許文献１には、燃料電池のカソード側のガス拡散層において、フッ素樹脂からなる撥水剤としてのポリテトラフルオロエチレン（PTFEでテフロン）を適用する旨の記載がある。 In the conventional biofuel cell, in order to solve the above problems, at least in order to impart water repellency to the cathode side electrode, in the production of the cathode side electrode, Teflon (registered trademark) particles having water repellency are used as the electrode slurry The cathode slurry is produced by coating the electrode slurry onto a conductive substrate. Patent Document 1 describes that polytetrafluoroethylene (PTFE as PTFE) is applied as a water repellent made of a fluororesin in the gas diffusion layer on the cathode side of the fuel cell.
しかしながら、テフロンは電極用スラリー（一般には炭素系スラリー）を形成する各種の有機溶媒に不溶であり、しかも比重が多いために均一に分散させることが難く（分散性が悪い）、期待するほどの撥水効果が得られていないのが実情である。 However, Teflon is insoluble in various organic solvents that form electrode slurries (generally carbon-based slurries), and is difficult to disperse uniformly because of its high specific gravity (poor dispersibility). The fact is that the water repellent effect is not obtained.
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、撥水性に優れたバイオ燃料電池用カソード側電極とその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a cathode electrode for a biofuel cell having excellent water repellency and a method for producing the same.
前記目的を達成すべく、本発明によるバイオ燃料電池用カソード側電極の製造方法は、炭素微粒子と酵素、結着剤が分散溶媒に含有されてなるスラリーに対し、10〜30℃の温度範囲で液体であってかつ該分散溶媒よりも蒸気圧の低い鎖状炭化水素炭素化合物、もしくは、10〜30℃の温度範囲で液体の脂肪酸を混合して電極用スラリーを生成し、カソード側電極を形成する導電性基材の表面に電極用スラリーを塗工するものである。 In order to achieve the above object, a method for producing a cathode electrode for a biofuel cell according to the present invention comprises a slurry containing carbon fine particles, an enzyme, and a binder in a dispersion solvent in a temperature range of 10 to 30 ° C. A chain hydrocarbon carbon compound that is liquid and has a vapor pressure lower than that of the dispersion solvent, or a liquid fatty acid in the temperature range of 10 to 30 ° C. is mixed to produce a slurry for an electrode to form a cathode side electrode. The electrode slurry is applied to the surface of the conductive substrate.
本発明のバイオ燃料電池用カソード側電極の製造方法は、導電性基材の表面に塗工する電極用スラリーに対し、スラリー中に分散し易い液状の二種類の添加剤のいずれか一種、具体的には、10〜30℃の温度範囲で液体であってかつスラリーを形成する分散溶媒よりも蒸気圧の低い鎖状炭化水素炭素化合物、もしくは、10〜30℃の温度範囲で液体の脂肪酸を添加剤として混合するものである。これらの添加剤が電極用スラリー中に混合されることにより、液状の添加剤がスラリー内で良好に分散しながら、カソード側電極の全体に撥水性を付与することが可能となる。その結果、カソード側電極の表面に酸素を提供する際の阻害要因である水分が存在し難くなり、良好な酸素提供が図られることでバイオ燃料電池の出力向上に繋がる。 The method for producing a cathode electrode for a biofuel cell according to the present invention includes any one of two kinds of liquid additives that are easily dispersed in a slurry for an electrode slurry applied to the surface of a conductive substrate. Specifically, a chain hydrocarbon carbon compound that is liquid in the temperature range of 10 to 30 ° C. and has a lower vapor pressure than the dispersion solvent forming the slurry, or liquid fatty acid in the temperature range of 10 to 30 ° C. It mixes as an additive. By mixing these additives into the electrode slurry, it becomes possible to impart water repellency to the entire cathode side electrode while the liquid additive is well dispersed in the slurry. As a result, it becomes difficult for moisture, which is an impediment to providing oxygen to the surface of the cathode-side electrode, to exist, and good oxygen supply is achieved, leading to an improvement in the output of the biofuel cell.
ここで、分散溶媒としては揮発性の有機溶媒を使用するのがよく、たとえば、エタノールやイソプロパノール、アセトン、Ｎ−メチルピロリドン、ヘキサン、ペンタンのいずれか一種を適用することができる。 Here, a volatile organic solvent is preferably used as the dispersion solvent, and for example, any one of ethanol, isopropanol, acetone, N-methylpyrrolidone, hexane, and pentane can be applied.
また、鎖状炭化水素炭素化合物としては、常温常圧下で液体であり、炭素数が12以上の鎖式炭化水素を含むヘプタデカンやスクアレンを挙げることができる。 Examples of the chain hydrocarbon carbon compound include heptadecane and squalene containing a chain hydrocarbon having a carbon number of 12 or more, which is liquid at normal temperature and pressure.
一方、脂肪酸としては、常温常圧下で液体であり、炭素数が10以上の脂肪酸であるオレイン酸やエイコサペンタエン酸を挙げることができる。 On the other hand, examples of the fatty acid include oleic acid and eicosapentaenoic acid which are liquids at normal temperature and pressure and are fatty acids having 10 or more carbon atoms.
そして、鎖状炭化水素炭素化合物、脂肪酸のいずれを適用する場合であっても、電極1cm3当たり4mg〜25mgの範囲の添加剤を使用するのが好ましい。 In addition, regardless of whether a chain hydrocarbon carbon compound or a fatty acid is applied, it is preferable to use an additive in the range of 4 mg to 25 mg per 1 cm 3 of the electrode.
ここで、「塗工」とは、塗布、散布、ディップ等を含む意味であり、たとえば塗布した後に、自然乾燥もしくは強制乾燥して電極スラリーの溶媒成分が蒸散することまでも含むことができる。 Here, the term “coating” includes application, dispersion, dip, and the like, and can include, for example, even after the application, the solvent component of the electrode slurry is evaporated by natural drying or forced drying.
また、本発明はバイオ燃料電池用カソード側電極にも及ぶものであり、この電極は、炭素微粒子と酵素、結着剤が分散溶媒に含有されてなるスラリーに対し、10〜30℃の温度範囲で液体であってかつ該分散溶媒よりも蒸気圧の低い鎖状炭化水素炭素化合物、もしくは、10〜30℃の温度範囲で液体の脂肪酸を混合して電極用スラリーを生成し、カソード側電極を形成する導電性基材の表面に電極用スラリーを塗工して形成されるものである。 The present invention also extends to a cathode electrode for a biofuel cell. This electrode has a temperature range of 10 to 30 ° C. with respect to a slurry in which carbon fine particles, an enzyme, and a binder are contained in a dispersion solvent. And a chain hydrocarbon carbon compound having a vapor pressure lower than that of the dispersion solvent, or a liquid fatty acid in a temperature range of 10 to 30 ° C. to produce a slurry for an electrode, It is formed by applying an electrode slurry to the surface of the conductive substrate to be formed.
既述する製造方法で製造されたバイオ燃料電池用カソード側電極によれば、この電極が撥水性に優れていることから電極への良好な酸素供給性を有することとなり、出力性能に優れたバイオ燃料電池に供されるものとなる。 According to the cathode electrode for a biofuel cell manufactured by the manufacturing method described above, this electrode has excellent water repellency, so that it has a good oxygen supply property to the electrode, and has excellent output performance. It will be used for fuel cells.
以上の説明から理解できるように、本発明のバイオ燃料電池用カソード側電極の製造方法によれば、常温常圧で液状であり、したがって比重も少なく、スラリー内での分散性が良好な鎖状炭化水素炭素化合物や脂肪酸といった添加剤を混合して生成された電極用スラリーを導電性基材の表面に塗工することにより、撥水性に優れ、したがって電極への酸素供給性に優れたバイオ燃料電池用カソード側電極を得ることができる。 As can be understood from the above description, according to the method for producing a cathode electrode for a biofuel cell of the present invention, it is a liquid at normal temperature and pressure, and therefore has a low specific gravity and good dispersibility in slurry. A biofuel with excellent water repellency and thus excellent oxygen supply to the electrode by applying the slurry for electrodes produced by mixing additives such as hydrocarbon carbon compounds and fatty acids to the surface of the conductive substrate A battery cathode electrode can be obtained.
以下、バイオ燃料電池用カソード側電極の製造方法を説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the cathode electrode for biofuel cells is demonstrated.
（バイオ燃料電池の構造）
図１は、バイオ燃料電池の構造を説明した模式図である。同図で示すように、バイオ燃料電池１０は、イオン伝導性を有する電解質膜３と、その両側に、シリコンプレート６で挟持されたアノード側電極７Ａおよびカソード側電極７Ｂ（以上をまとめて電極７）と、これらの電極の外側に位置するチタンメッシュからなる集電体２，２と、さらに集電体２，２の外側に位置するシリコンプレート５で挟持された燃料タンク４，４と、これらの部材の積層体を左右から挟圧する一対の帯電防止アクリル板１，１とから大略構成されており、各積層体の内部に不図示の電解質溶液が満たされた状態となっている。図１ａで示す各構成部材の積層体に対し、最終的に図１ｂで示すボルト穴１ａを介してボルトが一対の帯電防止アクリル板１，１間に挿通され、ナット締め等されることでバイオ燃料電池１０が組み付けられる。
(Structure of biofuel cell)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the structure of a biofuel cell. As shown in the figure, the
電極７は、グラファイトやカーボンブラック、活性炭、カーボンフェルト、カーボンペーパー、カーボンクロス等の導電性炭素質の導電性基材（電極骨格部材）、金や白金、チタン、ニッケル等の金属の導電性基材の表面に、カーボンを主成分とする材料がコーティングされ、さらにこの表面に酵素が分散固定されて形成されている。 Electrode 7 is made of conductive carbonaceous conductive base material (electrode skeleton member) such as graphite, carbon black, activated carbon, carbon felt, carbon paper, carbon cloth, or conductive group of metal such as gold, platinum, titanium, nickel, etc. The surface of the material is coated with a material mainly composed of carbon, and the enzyme is dispersed and fixed on the surface.
電極７の導電性基材表面に分散固定される酵素としては、デヒドロゲナーゼやオキシダーゼなどの酸化還元酵素を挙げることができる。この酸化還元酵素の具体例としては、グルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)やフルクトースデヒドロゲナーゼ(FDH)、ビリルビンオキシダーゼ(BOD)、アルコールデヒドロゲナーゼ(ADH)、アルコールオキシダーゼ(AOD)、アルデヒドオキシダーゼ、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、グルコースオキシダーゼ(GOD)、ギ酸デヒドロゲナーゼ、ギ酸オキシダーゼ、ジアホラーゼ、マルチ銅オキシダーゼなどを挙げることができる。また、酵素は、これらのうちの一種のみを用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the enzyme dispersed and fixed on the surface of the conductive substrate of the electrode 7 include oxidoreductases such as dehydrogenase and oxidase. Specific examples of this oxidoreductase include glucose dehydrogenase (GDH), fructose dehydrogenase (FDH), bilirubin oxidase (BOD), alcohol dehydrogenase (ADH), alcohol oxidase (AOD), aldehyde oxidase, aldehyde dehydrogenase, glucose oxidase (GOD). ), Formate dehydrogenase, formate oxidase, diaphorase, multi-copper oxidase and the like. Moreover, only 1 type of these may be used for an enzyme, and 2 or more types may be used in combination.
また、酵素は、アノード側電極７Ａとカソード側電極７Ｂの双方の導電性基材表面に分散固定されてもよいし、アノード側電極７Ａとカソード側電極７Ｂのいずれか一方にのみ分散固定されてもよい。
Further, the enzyme may be dispersed and fixed on the surface of the conductive base material of both the
たとえばアノード側電極７Ａが酵素を有する（酵素電極）の場合、電極に用いた酵素の反応の基質となる物質が燃料としてアノード側電極に供給される。燃料の具体例としては、メタノールやエタノールなどのアルコール類、アセトアルデヒドなどのアルデヒド類、ギ酸や酢酸などのカルボン酸類、グルコース、フルクトースなどの糖類などが挙げられる。燃料は電極に固定された酵素に応じて適宜選択することができ、たとえば水溶液の状態で燃料タンク４から電極７側へ供給される。
For example, when the
一方、カソード側電極では、電極に用いた酵素の反応の基質となる物質が酸素であることから、大気中から酸素が取り込まれ、化学反応を経て水が生成される。 On the other hand, in the cathode side electrode, oxygen is taken in from the atmosphere and water is generated through a chemical reaction because the substance used as the substrate for the enzyme reaction used in the electrode is oxygen.
（カソード側電極の製造方法）
次に、電極７のうち、特にカソード側電極７Ｂの製造方法を概説する。なお、アノード側電極７Ａもカソード側電極と同様の方法で製造することもできるし、カソード側電極を製造する際に使用される添加剤をスラリーに含ませないこと以外はカソード側電極と同様の方法で製造することもできる。
(Method for manufacturing cathode side electrode)
Next, the manufacturing method of the
まず、分散溶媒である揮発性の有機溶媒として、エタノール、イソプロパノール、アセトン、Ｎ−メチルピロリドン、ヘキサン、ペンタンのうちのいずれか一種に対し、炭素微粒子と結着剤であるテフロン、さらには酵素を混合してスラリーを生成し、このスラリーに対して、添加剤として、10〜30℃の温度範囲で液体であってかつ分散溶媒よりも蒸気圧の低い鎖状炭化水素炭素化合物、もしくは、10〜30℃の温度範囲で液体の脂肪酸を混合し、添加剤がスラリー内で十分に分散するまで超音波処理等で攪拌して電極用スラリーを生成する。 First, as a volatile organic solvent that is a dispersion solvent, carbon fine particles and Teflon that is a binder, and an enzyme are added to any one of ethanol, isopropanol, acetone, N-methylpyrrolidone, hexane, and pentane. A slurry is produced by mixing, a chain hydrocarbon carbon compound that is liquid in the temperature range of 10 to 30 ° C. and has a vapor pressure lower than that of the dispersion solvent as an additive to the slurry, or 10 to Liquid fatty acids are mixed in a temperature range of 30 ° C., and stirred by sonication or the like until the additive is sufficiently dispersed in the slurry to produce an electrode slurry.
ここで、鎖状炭化水素炭素化合物としては、常温常圧下で液体であり、炭素数が12以上の鎖式炭化水素を含むヘプタデカンやスクアレンを挙げることができ、脂肪酸としては、常温常圧下で液体であり、炭素数が10以上の脂肪酸であるオレイン酸やエイコサペンタエン酸を挙げることができる。 Here, the chain hydrocarbon carbon compound is liquid at room temperature and normal pressure, and can include heptadecane and squalene containing chain hydrocarbons having 12 or more carbon atoms, and the fatty acid is liquid at room temperature and normal pressure. Examples thereof include oleic acid and eicosapentaenoic acid, which are fatty acids having 10 or more carbon atoms.
生成された電極用スラリーを導電性基材の表面に塗工（塗布、散布、もしくはディッピング）し、自然乾燥もしくは乾燥機等を使用した強制乾燥にてスラリー中の溶媒を乾燥除去することにより、導電性基材の表面は良好に分散された添加剤にて撥水性が付与され、この表面に酵素が固定されてなるカソード側電極が製造される。なお、電極用スラリーの生成にあたり、酵素を含む溶液を最終的に添加する製造方法であってもよい。 By applying (applying, spreading, or dipping) the generated electrode slurry to the surface of the conductive substrate, the solvent in the slurry is dried and removed by natural drying or forced drying using a dryer, etc. The surface of the conductive substrate is imparted with water repellency by a well-dispersed additive, and a cathode-side electrode is produced in which an enzyme is immobilized on this surface. In addition, in the production | generation of the slurry for electrodes, the manufacturing method which finally adds the solution containing an enzyme may be sufficient.
この製造方法によれば、液状の添加剤がスラリー内で良好に分散しながらカソード側電極用の導電性基材の全体に撥水性を付与することが可能となるため、カソード側電極の表面に酸素を適用する阻害要因である水分が存在し難く、酸素供給性に優れたカソード側電極が得られる。 According to this manufacturing method, it is possible to impart water repellency to the entire conductive base material for the cathode side electrode while the liquid additive is well dispersed in the slurry. Moisture, which is an obstruction factor for applying oxygen, is unlikely to be present, and a cathode-side electrode excellent in oxygen supply is obtained.
[発電性能評価試験とその結果]
本発明者等は、以下で説明する実施例1〜4と比較例にかかるカソード側電極を備えたバイオ燃料電池を製作し、それぞれの燃料電池の発電量を測定する実験をおこなった。ここで、この実験で用いた各バイオ燃料電池の構成を図２に示している。実施例1〜4の各バイオ燃料電池は、図２で示すセロハン膜とカソード側集電体の間にあるカソード側電極の製造に当たって電極用スラリー内に添加される添加剤種を変更したものであり、引用例のバイオ燃料電池は電極用スラリー内に添加剤が添加されないものである。
[Power generation performance evaluation test and results]
The present inventors manufactured biofuel cells provided with cathode-side electrodes according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples described below, and conducted experiments to measure the power generation amount of each fuel cell. Here, the configuration of each biofuel cell used in this experiment is shown in FIG. Each of the biofuel cells of Examples 1 to 4 is obtained by changing the additive species added to the electrode slurry in producing the cathode side electrode between the cellophane membrane and the cathode side current collector shown in FIG. In the biofuel cell of the cited example, no additive is added to the electrode slurry.
（実施例1のカソード側電極の製作方法）
（電極塗布用のカーボンブラックスラリーの調製）
カーボンブラック、結着剤であるテフロンを計り取り、分散溶媒を添加した後に添加剤としてオレイン酸を電極一枚当たり1mgとなるように添加して超音波処理を施し、添加剤を均一に分散させた。
(Production method of cathode side electrode of Example 1)
(Preparation of carbon black slurry for electrode application)
Carbon black and Teflon, a binder, are measured, and after adding a dispersion solvent, oleic acid is added as an additive to 1 mg per electrode and subjected to ultrasonic treatment to uniformly disperse the additive. It was.
（カソード側電極の作成）
面積1cm2となるように切り抜いた炭素繊維布（導電性基材）の両面に上記で製作したカーボンブラックスラリーを適量塗布し、60℃の乾燥機にて溶媒を乾燥除去した。そして、電極一枚当たりの酵素担持量が3mgとなるようにビリルビンオキシダーゼ(BOD)溶液を添加し、室温で乾燥させた。
(Creation of cathode side electrode)
An appropriate amount of the carbon black slurry produced above was applied to both sides of a carbon fiber cloth (conductive substrate) cut out to an area of 1 cm 2, and the solvent was removed by drying with a 60 ° C. dryer. Then, a bilirubin oxidase (BOD) solution was added so that the amount of enzyme supported per electrode was 3 mg and dried at room temperature.
（実施例2のカソード側電極の製作方法）
添加剤としてエイコサペンタエン酸(EPA)を使用した以外は実施例1と同様の手法でカソード側電極を製作した。
(Method for manufacturing cathode side electrode of Example 2)
A cathode electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that eicosapentaenoic acid (EPA) was used as an additive.
（実施例3のカソード側電極の製作方法）
添加剤としてヘプタデカンを使用した以外は実施例1と同様の手法でカソード側電極を製作した。
(Production method of cathode side electrode of Example 3)
A cathode side electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that heptadecane was used as an additive.
（実施例4のカソード側電極の製作方法）
添加剤としてスクアレンを使用した以外は実施例1と同様の手法でカソード側電極を製作した。
(Production method of cathode side electrode of Example 4)
A cathode side electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that squalene was used as an additive.
（比較例のカソード側電極の製作方法）
添加剤として何も加えないこと以外は実施例1と同様の手法でカソード側電極を製作した。
(Manufacturing method of cathode side electrode of comparative example)
A cathode-side electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that nothing was added as an additive.
（電池出力の測定方法と測定結果）
実施例1〜4、および比較例の製作方法で得られたカソード側電極を備えた、図２で示すバイオ燃料電池を製作した。チタン製メッシュからなるカソード側集電体をアクリル板製の評価用燃料電池セルに組み込み、単極出力を評価した。測定には、電気化学アナライザーLS／CH 708c(ALS社製)を用い、0Vにおける定電位電流測定（クロノアンペロメトリー法）をおこなった。
(Measurement method and result of battery output)
The biofuel cell shown in FIG. 2 equipped with the cathode side electrodes obtained by the production methods of Examples 1 to 4 and the comparative example was produced. A cathode-side current collector made of a titanium mesh was incorporated into an evaluation fuel cell made of an acrylic plate, and the monopolar output was evaluated. For the measurement, an electrochemical analyzer LS / CH 708c (manufactured by ALS) was used, and constant potential current measurement (chronoamperometry method) at 0 V was performed.
電解液としてpH7のリン酸ナトリウムバッファーを用いた。測定は作用電極、参照電極、カウンター電極の3電極式でおこなった。ここで、作用電極には今回製作したBOD固定化電極を、参照電極には銀−塩化銀電極(ALS社製：RE-1B参照電極)を、カウンター電極は白金線(シグマアルドリッチ社製)を用いた。全ての測定は室温で実施し、0VにおけるBOD触媒電流の定常電流値(測定開始後300秒を目安として)を測定した。 A pH 7 sodium phosphate buffer was used as the electrolyte. The measurement was performed with a three-electrode system including a working electrode, a reference electrode, and a counter electrode. Here, the BOD-immobilized electrode produced this time is used as the working electrode, the silver-silver chloride electrode (ALS: RE-1B reference electrode) is used as the reference electrode, and the platinum wire (manufactured by Sigma Aldrich) is used as the counter electrode. Using. All measurements were performed at room temperature, and the steady-state current value of the BOD catalyst current at 0 V (300 seconds after the start of measurement as a guide) was measured.
実施例1〜4、および比較例の各測定結果を図３に示す。同図より、比較例に比して各実施例の電流値はいずれも高くなっており、カソード側電極における添加剤の撥水効果に起因した酸素供給性能の向上が寄与しているものと推察される。 Each measurement result of Examples 1-4 and a comparative example is shown in FIG. From the figure, the current values of each example are higher than those of the comparative example, and it is inferred that the improvement in oxygen supply performance due to the water repellent effect of the additive on the cathode side electrode contributes. Is done.
測定結果を具体的に比較するに、比較例に対して、実施例1は2.2倍、実施例2は1.8倍、実施例3、4は1.2倍と、出力性能が向上していることが確認できる。 To compare the measurement results specifically, it was confirmed that the output performance was improved by 2.2 times in Example 1, 1.8 times in Example 2, and 1.2 times in Examples 3 and 4 compared to the comparative example. it can.
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.
１…帯電防止アクリル板、２…集電体（チタンメッシュ）、３…電解質膜、４…燃料タンク、５，６…シリコンプレート、７…電極、７Ａ…アノード側電極、７Ｂ…カソード側電極、１０…バイオ燃料電池 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Antistatic acrylic board, 2 ... Current collector (titanium mesh), 3 ... Electrolyte membrane, 4 ... Fuel tank, 5, 6 ... Silicon plate, 7 ... Electrode, 7A ... Anode side electrode, 7B ... Cathode side electrode, 10 ... Biofuel cell
Claims (4)
かつ前記鎖状炭化水素炭素化合物がヘプタデカン、スクアレンのいずれか一種からなり、前記脂肪酸がオレイン酸、エイコサペンタエン酸のいずれか一種からなる請求項１に記載のバイオ燃料電池用カソード側電極の製造方法。 The dispersion solvent consists of any one of ethanol, isopropanol, acetone, N-methylpyrrolidone, hexane, pentane,
2. The method for producing a cathode electrode for a biofuel cell according to claim 1, wherein the chain hydrocarbon carbon compound is one of heptadecane and squalene, and the fatty acid is one of oleic acid and eicosapentaenoic acid. .
かつ前記鎖状炭化水素炭素化合物がヘプタデカン、スクアレンのいずれか一種からなり、前記脂肪酸がオレイン酸、エイコサペンタエン酸のいずれか一種からなる請求項３に記載のバイオ燃料電池用カソード側電極。 The dispersion solvent consists of any one of ethanol, isopropanol, acetone, N-methylpyrrolidone, hexane, pentane,
4. The cathode electrode for a biofuel cell according to claim 3, wherein the chain hydrocarbon carbon compound is composed of any one of heptadecane and squalene, and the fatty acid is composed of either oleic acid or eicosapentaenoic acid.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012122038A JP2013247070A (en) | 2012-05-29 | 2012-05-29 | Cathode-side electrode for biofuel cell and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012122038A JP2013247070A (en) | 2012-05-29 | 2012-05-29 | Cathode-side electrode for biofuel cell and method of manufacturing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013247070A true JP2013247070A (en) | 2013-12-09 |
Family
ID=49846669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012122038A Pending JP2013247070A (en) | 2012-05-29 | 2012-05-29 | Cathode-side electrode for biofuel cell and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2013247070A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2978057A1 (en) | 2014-07-24 | 2016-01-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Cathode for fuel cell |
| CN113013415A (en) * | 2021-03-02 | 2021-06-22 | 西安工业大学 | High-power stable sodium ion battery cathode material and preparation method thereof |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009072564A1 (en) * | 2007-12-07 | 2009-06-11 | Sony Corporation | Fuel cell, method of manufacturing same, electronic device, immobilized-enzyme electrode, method of manufacturing same, water repellent agent, and enzyme immobilization material |
| JP2011228195A (en) * | 2010-04-22 | 2011-11-10 | Sony Corp | Fuel cell, method for manufacturing the same, and electronic device |
| JP2012028181A (en) * | 2010-07-23 | 2012-02-09 | Toyota Motor Corp | Enzyme electrode and fuel cell having the same |
-
2012
- 2012-05-29 JP JP2012122038A patent/JP2013247070A/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009072564A1 (en) * | 2007-12-07 | 2009-06-11 | Sony Corporation | Fuel cell, method of manufacturing same, electronic device, immobilized-enzyme electrode, method of manufacturing same, water repellent agent, and enzyme immobilization material |
| JP2009158466A (en) * | 2007-12-07 | 2009-07-16 | Sony Corp | FUEL CELL, ITS MANUFACTURING METHOD, ELECTRONIC DEVICE, ENZYME FIXED ELECTRODE, ITS MANUFACTURING METHOD, WATER-REPELLENT |
| JP2011228195A (en) * | 2010-04-22 | 2011-11-10 | Sony Corp | Fuel cell, method for manufacturing the same, and electronic device |
| JP2012028181A (en) * | 2010-07-23 | 2012-02-09 | Toyota Motor Corp | Enzyme electrode and fuel cell having the same |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| JPN6014043599; 岩波 理化学辞典 第５版 第５版, 1998, ｐ．１４０６, 株式会社岩波書店 * |
| JPN6014043600; 化学大辞典２ 縮刷版, 1963, ｐ．２０６, 共立出版株式会社 * |
| JPN6014043602; 化学大辞典８ 縮刷版, 1964, ｐ．３５９, 共立出版株式会社 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2978057A1 (en) | 2014-07-24 | 2016-01-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Cathode for fuel cell |
| CN113013415A (en) * | 2021-03-02 | 2021-06-22 | 西安工业大学 | High-power stable sodium ion battery cathode material and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yan et al. | Carbon‐nanotube‐based glucose/O2 biofuel cells | |
| Singh et al. | Degradation of Carbon Electrodes in the All‐Vanadium Redox Flow Battery | |
| US11139500B2 (en) | Alcohol based biofuel cell | |
| US8642308B1 (en) | Biofuel cell electrocatalysts utilizing enzyme-carbon nanotube adducts | |
| Chen et al. | Enzymeless multi-sugar fuel cells with high power output based on 3D graphene–Co 3 O 4 hybrid electrodes | |
| JP5751032B2 (en) | Enzyme fuel cell | |
| Das et al. | Biofuel cell for generating power from methanol substrate using alcohol oxidase bioanode and air-breathed laccase biocathode | |
| Pasala et al. | N‐and P‐co‐doped graphite felt electrode for improving positive electrode chemistry of the vanadium redox flow battery | |
| Raoof et al. | Highly improved electrooxidation of formaldehyde on nickel/poly (o-toluidine)/Triton X-100 film modified carbon nanotube paste electrode | |
| KR20210055285A (en) | Catalyst for fuel cell and manufacturing method thereof | |
| Choun et al. | Electro-oxidation of mixed reactants of ethanol and formate on Pd/C in alkaline fuel cells | |
| Christwardana et al. | Binderless carbon nanotube/carbon felt anode to improve yeast microbial fuel cell performance | |
| Escalona-Villalpando et al. | Evaluation of hybrid and enzymatic nanofluidic fuel cells using 3D carbon structures | |
| Hossain et al. | Effect of pore size of MgO-templated porous carbon electrode on immobilized crosslinked enzyme–mediator redox network | |
| Deshmukh et al. | New borohydride fuel cell with multiwalled carbon nanotubes as anode: A step towards increasing the power output | |
| Song et al. | Electrophoretic deposition of multi-walled carbon nanotube on a stainless steel electrode for use in sediment microbial fuel cells | |
| US7910259B2 (en) | Anode for fuel cell, manufacturing method thereof, and fuel cell including the same | |
| Gouranlou et al. | Enhancement of ethanol–oxygen biofuel cell output using a CNT based nano-composite as bioanode | |
| JP2013247070A (en) | Cathode-side electrode for biofuel cell and method of manufacturing the same | |
| JP2012028181A (en) | Enzyme electrode and fuel cell having the same | |
| Moeini et al. | Surface-orientated platinum nanoparticles electrodeposited on a carbon substrate as a high performance electrocatalyst for glucose oxidation reaction in alkaline media | |
| Raoof et al. | Fabrication of a bimetallic Cu/Pt particle-modified carbon nanotube paste electrode and its use for the electrocatalytic oxidation of methanol | |
| Shyu et al. | Performance of passive direct formate fuel cells with foamed metal anode | |
| Junior et al. | Cubic PdNP-based air-breathing cathodes integrated in glucose hybrid biofuel cells | |
| US11664504B2 (en) | Hematin modified bilirubin oxidase cathode |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140318 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20141009 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20150310 |