[go: up one dir, main page]

JP2022035428A - Particulate electrodes and microbial fuel cells - Google Patents

Particulate electrodes and microbial fuel cells Download PDF

Info

Publication number
JP2022035428A
JP2022035428A JP2020139750A JP2020139750A JP2022035428A JP 2022035428 A JP2022035428 A JP 2022035428A JP 2020139750 A JP2020139750 A JP 2020139750A JP 2020139750 A JP2020139750 A JP 2020139750A JP 2022035428 A JP2022035428 A JP 2022035428A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon
electrode
resin
water
graphite
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
Application number
JP2020139750A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
天志 安藤
Takashi Ando
順幸 諸石
Yoriyuki Moroishi
有花 宮房
Yuka Miyafusa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Artience Co Ltd
Original Assignee
Toyo Ink SC Holdings Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyo Ink SC Holdings Co Ltd filed Critical Toyo Ink SC Holdings Co Ltd
Priority to JP2020139750A priority Critical patent/JP2022035428A/en
Publication of JP2022035428A publication Critical patent/JP2022035428A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

【課題】本発明の課題は、安価で耐久性があり、発電特性の高い電極を提供すること。【解決手段】前記課題は、コア粒子と、コア粒子の表面に形成された導電性材料を含む導電層とを有する粒子状電極により解決できる。また、導電層が、インキ組成物の塗膜である前記粒子状電極により解決できる。また、コア粒子が非導電性粒子である前記粒子状電極により解決できる。また、前記粒子状電極を用いた微生物燃料電池によって解決できる。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode which is inexpensive, durable and has high power generation characteristics. The problem can be solved by a particulate electrode having core particles and a conductive layer containing a conductive material formed on the surface of the core particles. Further, the conductive layer can be solved by the particulate electrode which is a coating film of the ink composition. Further, the problem can be solved by the particulate electrode in which the core particles are non-conductive particles. Further, it can be solved by a microbial fuel cell using the particulate electrode. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、粒子状電極および微生物燃料電池に関する。 The present invention relates to particulate electrodes and microbial fuel cells.

廃水処理は水質環境の保全に欠かせない技術であるが、現在廃水処理で広く利用されている活性汚泥法は、微生物の好気的代謝を利用する手法であるため、処理槽の曝気や汚泥の処理に多くのエネルギーを消費するといった問題がある。
近年、エネルギー問題への関心の高まりから、廃水処理の省エネルギー化が求められており、新たな手法として微生物燃料電池が注目されている。
微生物燃料電池は、発電菌と呼ばれる微生物が嫌気的代謝により有機物を分解する際に生じる電子を回収し、電気エネルギーとして利用する発電方法である。この性質を利用することで、例えば生活廃水などに含まれる有機物の分解処理と発電を並行して行えるため、消費エネルギーを低減できる水処理方法として期待されている(非特許文献1)。
微生物燃料電池の構成には、二槽型と一槽型が知られている(特許文献1、非特許文献2)。アノードでの微生物による分解反応から生じた電子が外部回路を経由し、カソードにて還元反応で消費される点は共通している。二槽型はイオン交換膜などの隔壁で両極を分け、酸素やフェリシアン化カリウムなどの酸化剤をカソードで反応させている。一方、一槽型は隔壁が無く、一つの槽内にカソードおよびアノードを配置し、大気中の酸素を酸化剤としてカソードで反応させている。
いずれの形態においても微生物はアノードにおいて代謝を行うため、特にアノードの形態を工夫して微生物を集積し、効率よく有機物と接触させることが重要である。このアノードの構成としてこれまでに様々な研究が行われている。
特許文献2では、カーボンフェルトなどを使用する場合に比べて安価なアノードとして、加圧成型にて固めた膨張黒鉛粒子群が使用されている。この膨張黒鉛粒子群は従来の膨張黒鉛に比べ比表面積が大きく、設計自由度の高いアノードを得ることができるといった報告がされている。また、特許文献3では、アノード基材の表面にカーボンブラックを使用し、微生物との接触を増やす提案がなされている。
しかし、いずれの形態においても水中に浸漬させて使用するには耐久性が低く、さらに粒子間の隙間が小さく汚れが詰まりやすいため発電特性の低下が課題となる。また、微生物が死骸になった際に発生する汚泥やバイオフィルムの除去が困難であるといった課題があった。
Wastewater treatment is an indispensable technology for preserving the water quality environment, but the activated sludge method currently widely used in wastewater treatment is a method that utilizes the aerobic metabolism of microorganisms, so aeration and sludge in the treatment tank. There is a problem that it consumes a lot of energy for processing.
In recent years, there has been a demand for energy saving in wastewater treatment due to increasing interest in energy problems, and microbial fuel cells are attracting attention as a new method.
A microbial fuel cell is a power generation method that recovers electrons generated when a microorganism called a power generation bacterium decomposes an organic substance by anaerobic metabolism and uses it as electric energy. By utilizing this property, for example, decomposition treatment of organic substances contained in domestic wastewater and power generation can be performed in parallel, so that it is expected as a water treatment method capable of reducing energy consumption (Non-Patent Document 1).
Two-tank type and one-tank type are known as configurations of microbial fuel cells (Patent Document 1, Non-Patent Document 2). It is common that electrons generated from the decomposition reaction by microorganisms at the anode pass through an external circuit and are consumed in the reduction reaction at the cathode. In the two-tank type, both poles are separated by a partition wall such as an ion exchange membrane, and an oxidizing agent such as oxygen or potassium ferricyanide is reacted at the cathode. On the other hand, the one-tank type has no partition wall, and the cathode and anode are arranged in one tank, and oxygen in the atmosphere is used as an oxidizing agent to react with the cathode.
In any form, microorganisms metabolize at the anode, so it is important to devise the form of the anode to accumulate microorganisms and bring them into contact with organic substances efficiently. Various studies have been conducted so far on the configuration of this anode.
In Patent Document 2, a group of expanded graphite particles hardened by pressure molding is used as an anode which is cheaper than the case where carbon felt or the like is used. It has been reported that this expanded graphite particle group has a larger specific surface area than the conventional expanded graphite particles, and can obtain an anode having a high degree of freedom in design. Further, in Patent Document 3, it is proposed to use carbon black on the surface of the anode base material to increase the contact with microorganisms.
However, in any of the forms, the durability is low when the particles are immersed in water and used, and the gaps between the particles are small and dirt is easily clogged, so that the deterioration of power generation characteristics becomes a problem. In addition, there is a problem that it is difficult to remove sludge and biofilm generated when microorganisms become dead bodies.

特開2004-342412号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-342212 特開2019-076833号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-076833 特開2017-224383号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-224383

微生物燃料電池による廃水処理システム最前線、(株)エヌ・ティ ー・エスForefront of wastewater treatment system using microbial fuel cell, NTS Co., Ltd. Environmental Science&Technology,2004,38,4040-4046Environmental Science & Technology, 2004,38,4040-4046

本発明の目的は、安価で耐久性があり、発電特性に優れる微生物燃料電池用電極、それを用いた微生物燃料電池を提供することである。 An object of the present invention is to provide an electrode for a microbial fuel cell, which is inexpensive, durable, and has excellent power generation characteristics, and a microbial fuel cell using the electrode.

本発明者らは、前記の諸問題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明に至った。
すなわち、本発明は、コア粒子と、コア粒子の表面に形成された導電性材料を含む導電層とを有する粒子状電極に関する。
The present inventors have reached the present invention as a result of repeated diligent studies to solve the above-mentioned problems.
That is, the present invention relates to a particulate electrode having core particles and a conductive layer containing a conductive material formed on the surface of the core particles.

また、本発明は、導電層が、インキ組成物の塗膜である前記粒子状電極に関する。 The present invention also relates to the particulate electrode in which the conductive layer is a coating film of an ink composition.

また、本発明は、コア粒子が非導電性粒子である前記粒子状電極に関する。 The present invention also relates to the particulate electrode in which the core particles are non-conductive particles.

また、本発明は、前記粒子状電極を用いた微生物燃料電池に関する。 The present invention also relates to a microbial fuel cell using the particulate electrode.

本発明により、安価で耐久性があり、発電特性に優れる微生物燃料電池用電極、それを用いた微生物燃料電池を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide an electrode for a microbial fuel cell, which is inexpensive, durable, and has excellent power generation characteristics, and a microbial fuel cell using the electrode.

粒子状電極を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the particulate electrode. 電極を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an electrode. 本発明の粒子状電極を用いて作製した微生物燃料電池を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the microbial fuel cell produced using the particulate electrode of this invention.

<粒子状電極>
まず、本発明で用いられる電極について、図1に示す断面図を用いて説明する。図1に示すように、粒子状電極3はコア粒子1の表面に導電性材料を含む導電層形成用組成物から形成された導電層2を有する。
また、図2は粒子状電極3が複数個集まることによって形成できる電極4を示す模式図である。電極4において粒子状電極3は密接して導通をとってもよいし、離れた距離にいて金属や炭素などの導電材によって導通をとってもよい。
<Particulate electrode>
First, the electrodes used in the present invention will be described with reference to the cross-sectional view shown in FIG. As shown in FIG. 1, the particulate electrode 3 has a conductive layer 2 formed from a composition for forming a conductive layer containing a conductive material on the surface of the core particles 1.
Further, FIG. 2 is a schematic diagram showing an electrode 4 that can be formed by gathering a plurality of particulate electrodes 3. In the electrode 4, the particulate electrode 3 may be brought into close contact with each other, or may be carried out by a conductive material such as metal or carbon at a distant distance.

<コア粒子>
コア粒子は例えばガラスやスポンジ、不織布、樹脂等の非導電材料を用いて構成することができる。また、鉄球や炭素粒子、カーボンフェルトといった導電性材料を用いて構成してもよい。コストの観点から、コア粒子1は非導電性材料を用いて構成することが好ましい。特にガラスなど多孔質でない材料は水中においても良好な導電性が保てるため耐久性の観点から特に好ましい。また、コア粒子の直径は0.1mm~100cmが好ましく、1mm~10cmが特に好ましい。コア粒子の直径が0.1mm以上であると、粒子間の隙間に汚れが詰まりにくく発電特性を維持できるため好ましい。コア粒子の直径はミツトヨ社製ID-C1012Xデジマチックインジケータにより算出しその平均値を用いた。
<Core particles>
The core particles can be formed by using a non-conductive material such as glass, sponge, non-woven fabric, or resin. Further, it may be constructed by using a conductive material such as an iron ball, carbon particles, or carbon felt. From the viewpoint of cost, it is preferable that the core particles 1 are made of a non-conductive material. In particular, a non-porous material such as glass is particularly preferable from the viewpoint of durability because it can maintain good conductivity even in water. The diameter of the core particles is preferably 0.1 mm to 100 cm, and particularly preferably 1 mm to 10 cm. When the diameter of the core particles is 0.1 mm or more, it is preferable that the gaps between the particles are less likely to be clogged with dirt and the power generation characteristics can be maintained. The diameter of the core particles was calculated by the ID-C1012X Digimatic Indicator manufactured by Mitutoyo Co., Ltd., and the average value was used.

<導電層>
導電層は特に限定されないが、導電性材料を含む導電層形成用組成物を用いて構成することができる。導電層形成用組成物はインキ組成物であることが好ましく、導電層はインキ組成物の塗膜として得ることができる。
導電層形成用組成物は少なくとも導電性材料とバインダーとを含む。本発明では、導電性材料とバインダーの併用により、電極の導電性を改善するとともに、表面形態を最適化して物質拡散性を向上できる。また、導電性材料間やコア粒子(基材)との結着が強化され、耐久性が向上する。また、導電性材料の中でも炭素材料は微生物の親和性が高いため、多くの微生物を担持できる。これらの効果により、本発明によれば、微生物燃料電池の発電特性に加えて耐久性をも向上することができる。
導電層の厚みは、コア粒子の大きさや導電性材料の粒子径等を考慮して適宜調整すればよく、0.1~2000μmが好ましく、10~1000μmがより好ましい。導電層の厚みは例えばミツトヨ社製デジマチックインジケータID-C1012Xを用いて測定できる。
<Conductive layer>
The conductive layer is not particularly limited, but can be configured by using a composition for forming a conductive layer containing a conductive material. The composition for forming the conductive layer is preferably an ink composition, and the conductive layer can be obtained as a coating film of the ink composition.
The composition for forming a conductive layer contains at least a conductive material and a binder. In the present invention, the combined use of the conductive material and the binder can improve the conductivity of the electrode and optimize the surface morphology to improve the material diffusivity. In addition, the bond between the conductive materials and the core particles (base material) is strengthened, and the durability is improved. Moreover, among the conductive materials, the carbon material has a high affinity for microorganisms, so that many microorganisms can be supported. Due to these effects, according to the present invention, the durability can be improved in addition to the power generation characteristics of the microbial fuel cell.
The thickness of the conductive layer may be appropriately adjusted in consideration of the size of the core particles, the particle diameter of the conductive material, and the like, and is preferably 0.1 to 2000 μm, more preferably 10 to 1000 μm. The thickness of the conductive layer can be measured using, for example, Mitutoyo's Digimatic Indicator ID-C1012X.

<導電性材料>
導電性材料は電子を伝達できる材料であれば特に限定されない。導電性材料としては例えば金属、金属酸化物、炭素材料、シリコンカーバイド、導電性高分子などが挙げられ、これらは単独で用いても複数種を併用して用いてもよい。
<Conductive material>
The conductive material is not particularly limited as long as it is a material capable of transmitting electrons. Examples of the conductive material include metals, metal oxides, carbon materials, silicon carbide, conductive polymers and the like, and these may be used alone or in combination of two or more.

(炭素材料)
炭素材料は、電極の表面積を増加させ、酸化還元反応における電子の授受を促進する。また、アノードに使用した場合には、表面の形態や生体親和性により、微生物の吸着性を高めることができる。炭素材料としては、人造黒鉛や天然黒鉛、カーボンブラック、活性炭、導電性炭素繊維(カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンファイバー)、グラフェン、フラーレン、炭素触媒等が挙げられる。これらを単独で、もしくは2種類以上併せて使用することが出来る。特に、黒鉛と黒鉛以外の炭素材料とを併用することにより、電極内部の電子パスが密になり、好適な表面形態により物質拡散性も高まるため、高い発電特性が得られる。
(Carbon material)
The carbon material increases the surface area of the electrode and promotes the transfer of electrons in the redox reaction. Further, when used as an anode, the adsorptivity of microorganisms can be enhanced due to the morphology of the surface and the biocompatibility. Examples of the carbon material include artificial graphite, natural graphite, carbon black, activated carbon, conductive carbon fiber (carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon fiber), graphene, fullerene, carbon catalyst and the like. These can be used alone or in combination of two or more. In particular, when graphite and a carbon material other than graphite are used in combination, the electron paths inside the electrodes become dense, and the material diffusivity is enhanced by the suitable surface morphology, so that high power generation characteristics can be obtained.

炭素材料に含まれる黒鉛の含有率((黒鉛/炭素材料)×100)は、好ましくは5~99質量%であり、より好ましくは10~90質量%であり、さらに好ましくは15~85質量%である。 The content of graphite contained in the carbon material ((graphite / carbon material) × 100) is preferably 5 to 99% by mass, more preferably 10 to 90% by mass, and further preferably 15 to 85% by mass. Is.

黒鉛としては、例えば人造黒鉛や天然黒鉛等を使用することが出来る。人造黒鉛としては、無定形炭素の熱処理により、不規則な配列の微小黒鉛結晶の配向を人工的に行わせたものであり、一般的には石油コークスや石炭系ピッチコークスを主原料として製造される。天然黒鉛としては、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛、鱗片状黒鉛を物理的・化学的処理により球状化した球状黒鉛等を使用することが出来る。また、鱗片状黒鉛を化学処理等した膨張黒鉛(膨張性黒鉛ともいう)や、膨張黒鉛を熱処理して膨張化させた後、微細化やプレスにより得られた膨張化黒鉛等を使用することも出来る。これらの黒鉛の中でも、導電性の観点から、天然黒鉛が好ましく、球状黒鉛、鱗片状黒鉛、膨張化黒鉛、および薄片化黒鉛等の薄片状黒鉛が好ましい。 As the graphite, for example, artificial graphite, natural graphite, or the like can be used. Artificial graphite is made by artificially orienting irregularly arranged micrographite crystals by heat treatment of amorphous carbon, and is generally manufactured using petroleum coke or coal-based pitch coke as the main raw material. To. As the natural graphite, scaly graphite, lump graphite, earth-like graphite, spheroidal graphite obtained by spheroidizing scaly graphite by physical or chemical treatment can be used. It is also possible to use expanded graphite (also referred to as expandable graphite) obtained by chemically treating scaly graphite, or expanded graphite obtained by heat treatment and expansion of expanded graphite and then miniaturization or pressing. You can. Among these graphites, natural graphite is preferable from the viewpoint of conductivity, and flaky graphite such as spheroidal graphite, scaly graphite, expanded graphite, and flaky graphite is preferable.

黒鉛のアスペクト比は1~15が好ましく、1~5がさらに好ましい。アスペクト比とは、粒子の最長径をx、最短径をyとしたときに、x/yで表される値である。アスペクト比が大きい粒子は一般に配向しやすいが、アスペクト比が15より小さい場合は、電極表面の黒鉛粒子が配向しづらく表面の凹凸が大きくなるため、電極の表面積が増加する。特にアノードに用いた場合は最適な表面形態のため微生物の付着量が増加する。アスペクト比の観点から、黒鉛としては人造黒鉛や球状黒鉛が好ましい。 The aspect ratio of graphite is preferably 1 to 15, and more preferably 1 to 5. The aspect ratio is a value represented by x / y when the longest diameter of the particle is x and the shortest diameter is y. Particles having a large aspect ratio are generally easy to be oriented, but when the aspect ratio is smaller than 15, the graphite particles on the electrode surface are difficult to be oriented and the surface unevenness becomes large, so that the surface area of the electrode increases. Especially when used as an anode, the amount of microorganisms attached increases due to the optimum surface morphology. From the viewpoint of aspect ratio, artificial graphite or spheroidal graphite is preferable as graphite.

アスペクト比の測定は例えば以下のようにして行うことができる。粒子を走査型電子顕微鏡で写真撮影し、任意に選んだ領域内の10個の粒子について、個々の粒子の最長径をx、最短径をyとしてx/yをそれぞれ求める。10個のx/yの平均値をその試料のアスペクト比とする。 The aspect ratio can be measured, for example, as follows. The particles are photographed with a scanning electron microscope, and x / y is obtained for 10 particles in an arbitrarily selected region, where x is the longest diameter and y is the shortest diameter of each particle. The average value of 10 x / y is used as the aspect ratio of the sample.

また、用いる黒鉛の平均粒子径は、0.5~500μmが好ましく、特に、2~100μmが好ましい。 The average particle size of the graphite used is preferably 0.5 to 500 μm, and particularly preferably 2 to 100 μm.

平均粒子径とは、体積粒度分布において、粒子径の細かいものからその粒子の体積割合を積算していったときに、50%となるところの粒子径(D50)であり、一般的な粒度分布計、例えば、動的光散乱方式の粒度分布計(日機装社製「マイクロトラックUPA」)等で測定される。 The average particle size is the particle size (D50) at which the volume ratio of the particles is 50% when the volume ratio of the particles is integrated from the fine particle size distribution in the volume particle size distribution, and is a general particle size distribution. It is measured with a meter, for example, a dynamic light scattering type particle size distribution meter (“Microtrack UPA” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) or the like.

市販の黒鉛としては、例えば、鱗片状黒鉛として、日本黒鉛工業社製のCMX、UP-5、UP-10、UP-20、UP-35N、CSSP、CSPE、CSP、CP、CB-150、CB-100、ACP、ACP-1000、ACB-50、ACB-100、ACB-150、SP-10、SP-20、J-SP、SP-270、HOP、GR-60、LEP、F#1、F#2、F#3、中越黒鉛社製のCX-3000、FBF、BF、CBR、SSC-3000、SSC-600、SSC-3、SSC、CX-600、CPF-8、CPF-3、CPB-6S、CPB、96E、96L、96L-3、90L-3、CPC、S-87、K-3、CF-80、CF-48、CF-32、CP-150、CP-100、CP、HF-80、HF-48、HF-32、SC-120、SC-80、SC-60、SC-32、伊藤黒鉛工業社製のEC1500、EC1000、EC500、EC300、EC100、EC50、西村黒鉛社製の10099M、PB-99等が挙げられる。球状天然黒鉛としては、日本黒鉛工業社製のCGC-20、CGC-50、CGB-20、CGB-50が挙げられる。土状黒鉛としては、日本黒鉛工業社製の青P、AP、AOP、P#1、中越黒鉛社製のAPR、S-3、AP-6、300Fが挙げられる。人造黒鉛としては、日本黒鉛工業社製のPAG-60、PAG-80、PAG-120、PAG-5、HAG-10W、HAG-150、中越黒鉛社製のRA-3000、RA-15、RA-44、GX-600、G-6S、G-3、G-150、G-100、G-48、G-30、G-50、SECカーボン社製のSGP-100、SGP-50、SGP-25、SGP-15、SGP-5、SGP-1、SGO-100、SGO-50、SGO-25、SGO-15、SGO-5、SGO-1、SGX-100、SGX-50、SGX-25、SGX-15、SGX-5、SGX-1が挙げられる。 As commercially available graphite, for example, as scaly graphite, CMX, UP-5, UP-10, UP-20, UP-35N, CSSP, CSPE, CSP, CP, CB-150, CB manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd. -100, ACP, ACP-100, ACB-50, ACB-100, ACB-150, SP-10, SP-20, J-SP, SP-270, HOP, GR-60, LEP, F # 1, F # 2, F # 3, CX-3000, FBF, BF, CBR, SSC-3000, SSC-600, SSC-3, SSC, CX-600, CPF-8, CPF-3, CPB- made by Chuetsu Graphite Co., Ltd. 6S, CPB, 96E, 96L, 96L-3, 90L-3, CPC, S-87, K-3, CF-80, CF-48, CF-32, CP-150, CP-100, CP, HF- 80, HF-48, HF-32, SC-120, SC-80, SC-60, SC-32, EC1500, EC1000, EC500, EC300, EC100, EC50 manufactured by Ito Graphite Industry Co., Ltd. 10099M manufactured by Nishimura Graphite Co., Ltd. , PB-99 and the like. Examples of the spherical natural graphite include CGC-20, CGC-50, CGB-20, and CGB-50 manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd. Examples of earth-like graphite include blue P, AP, AOP, P # 1 manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd., and APR, S-3, AP-6, 300F manufactured by Chuetsu Graphite Co., Ltd. As artificial graphite, PAG-60, PAG-80, PAG-120, PAG-5, HAG-10W, HAG-150 manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd., RA-3000, RA-15, RA- of Chuetsu Graphite Co., Ltd. 44, GX-600, G-6S, G-3, G-150, G-100, G-48, G-30, G-50, SGP-100, SGP-50, SGP-25 manufactured by SEC Carbon Co., Ltd. , SGP-15, SGP-5, SGP-1, SGO-100, SGO-50, SGO-25, SGO-15, SGO-5, SGO-1, SGX-100, SGX-50, SGX-25, SGX -15, SGX-5, SGX-1 can be mentioned.

黒鉛以外の炭素材料は特に限定されないが、導電性の炭素材料が好ましく、コストや導電性などの観点から、カーボンブラックや導電性炭素繊維を用いることが好ましい。また、電極をカソードとして使用する場合は、酸素還元触媒活性を高めるために、炭素触媒を用いることが好ましい。 The carbon material other than graphite is not particularly limited, but a conductive carbon material is preferable, and carbon black or conductive carbon fiber is preferably used from the viewpoint of cost and conductivity. When the electrode is used as a cathode, it is preferable to use a carbon catalyst in order to enhance the oxygen reduction catalytic activity.

カーボンブラックとしては、気体もしくは液体の原料を反応炉中で連続的に熱分解し製造するファーネスブラック、特にエチレン重油を原料としたケッチェンブラック、原料ガスを燃焼させて、その炎をチャンネル鋼底面にあて急冷し析出させたチャンネルブラック、ガスを原料とし燃焼と熱分解を周期的に繰り返すことにより得られるサーマルブラック、特にアセチレンガスを原料とするアセチレンブラックなどの各種のものを単独で、もしくは2種類以上併せて使用することができる。また、通常行われている酸化処理されたカーボンブラックや、中空カーボン等も使用できる。カーボンブラックの酸化処理は、カーボンブラックを空気中で高温処理したり、硝酸や二酸化窒素、オゾン等で二次的に処理したりすることより、例えばフェノール基、キノン基、カルボキシル基、カルボニル基の様な酸素含有極性官能基をカーボンブラック表面に直接導入(共有結合)する処理であり、カーボンブラックの分散性を向上させるために一般的に行われている。しかしながら、官能基の導入量が多くなる程カーボンブラックの導電性が低下することが一般的であるため、酸化処理をしていないカーボンブラックの使用が好ましい。 Carbon black includes furnace black, which is produced by continuously pyrolyzing gas or liquid raw materials in a reactor, especially acetylene black made from ethylene heavy oil, and the flame of the raw material is burned to the bottom of the channel steel. Various types such as channel black that has been rapidly cooled and precipitated, thermal black that is obtained by periodically repeating combustion and pyrolysis using gas as a raw material, and acetylene black that uses acetylene gas as a raw material, alone or 2 It can be used in combination with more than one type. In addition, normally oxidized carbon black, hollow carbon, and the like can also be used. The oxidation treatment of carbon black is carried out by treating the carbon black at a high temperature in the air or secondarily treating it with nitric acid, nitrogen dioxide, ozone, etc., for example, for a phenol group, a quinone group, a carboxyl group, or a carbonyl group. It is a process of directly introducing (covalently bonding) such an oxygen-containing polar functional group onto the surface of carbon black, and is generally performed in order to improve the dispersibility of carbon black. However, since the conductivity of carbon black generally decreases as the amount of the functional group introduced increases, it is preferable to use carbon black that has not been oxidized.

用いるカーボンブラックの比表面積は、値が大きいほど、カーボンブラック粒子どうしの接触点が増えるため、電極の内部抵抗を下げるのに有利となるが、カーボンブラックの分散性が低くなる。そのため、比表面積の好ましい範囲としては、具体的には、窒素の吸着量から求められる比表面積(BET)で、10~3000m/g、より好ましくは20~1500m/gである。なお、比表面積は、窒素ガスを吸着質としたBET法(JIS Z 8803:2013)により測定できる。 As the specific surface area of the carbon black used increases, the contact points between the carbon black particles increase, which is advantageous for lowering the internal resistance of the electrode, but the dispersibility of the carbon black decreases. Therefore, as a preferable range of the specific surface area, specifically, the specific surface area (BET) obtained from the amount of adsorbed nitrogen is 10 to 3000 m 2 / g, more preferably 20 to 1500 m 2 / g. The specific surface area can be measured by the BET method (JIS Z 8803: 2013) using nitrogen gas as an adsorbent.

また、用いるカーボンブラックの粒径は、一次粒子径で0.005~1μmが好ましく、特に、0.01~0.2μmが好ましい。ただし、ここでいう一次粒子径とは、電子顕微鏡などで測定された粒子径を平均したものである。 The particle size of the carbon black used is preferably 0.005 to 1 μm in primary particle size, and particularly preferably 0.01 to 0.2 μm. However, the primary particle diameter referred to here is an average of the particle diameters measured by an electron microscope or the like.

市販のカーボンブラックとしては、例えば、東海カーボン社製のトーカブラック#4300、#4400、#4500、#5500、デグサ社製のプリンテックスL、コロンビヤン社製のRaven7000、5750、5250、5000ULTRAIII、5000ULTRA、Conductex SC ULTRA、Conductex 975 ULTRA、PUER BLACK100、115、205、三菱化学社製の#2350、#2400B、#2600B、#3050B、#3030B、#3230B、#3350B、#3400B、#5400B、キャボット社製のMONARCH1400、1300、900、VulcanXC-72R、BlackPearls2000、TIMCAL社製のEnsaco250G、Ensaco260G、Ensaco350G、SuperP-Li等のファーネスブラック)、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製のEC-200L、EC-300J、EC-600JD等のケッチェンブラック、デンカ社製のデンカブラック、デンカブラックHS-100、FX-35等のアセチレンブラックが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、2種以上を組み合わせて用いても良い。 Examples of commercially available carbon black include Talker Black # 4300, # 4400, # 4500, # 5500 manufactured by Tokai Carbon, Printex L manufactured by Degusa, Raven 7000, 5750, 5250, 5000 ULTRAIII and 5000 ULTRA manufactured by Colombian. Conductex SC ULTRA, Conductex 975 ULTRA, PUER BLACK100, 115, 205, # 2350, # 2400B, # 2600B, # 3050B, # 3030B, # 3230B, # 3350B, # 3400B, # 5400B, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. MONARCH1400, 1300, 900, VulcanXC-72R, BlackPearls2000, Ensaco250G, Ensaco260G, Ensaco350G, SuperP-Li and other furnace blacks manufactured by TIMCAL), EC-200L, EC-300J manufactured by Lion Specialty Chemicals. Examples thereof include Ketjen black such as 600JD, Denka black manufactured by Denka, and acetylene black such as Denka Black HS-100 and FX-35, but the present invention is not limited to these, and even if two or more types are used in combination. good.

活性炭としては、具体的にはフェノール系、ヤシガラ系、レーヨン系、アクリル系、石炭-石油系ピッチコークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)等を賦活した活性炭を挙げることができる。同じ質量でもより広い面積の界面を形成することが可能な、比表面積の大きいものが好ましい。具体的には、比表面積が30m2/g以上が好ましく、より好ましくは500~5000m2/g、さらに好ましくは1000~3000m2/gである。 Specific examples of the activated carbon include activated carbons activated by phenol-based, coconut shell-based, rayon-based, acrylic-based, coal-petroleum-based pitch coke, mesocarbon microbeads (MCMB) and the like. Those having a large specific surface area, which can form an interface having a larger area even with the same mass, are preferable. Specifically, the specific surface area is preferably 30 m 2 / g or more, more preferably 500 to 5000 m 2 / g, and further preferably 1000 to 3000 m 2 / g.

導電性炭素繊維としては石油由来の原料から焼成して得られるものが良いが、植物由来の原料からも焼成して得られるものも用いることが出来る。また、カーボンナノチューブには、グラフェンシートが一層でナノメートル領域の直径を有するチューブを形成する単層カーボンナノチューブと、グラフェンシートが多層である多層カーボンナノチューブがある。単層カーボンナノチューブの直径は0.5~3.0nmが好ましく、多層カーボンナノチューブの直径は5~150nmが好ましい。 As the conductive carbon fiber, one obtained by firing from a raw material derived from petroleum is preferable, but one obtained by firing from a raw material derived from a plant can also be used. Further, the carbon nanotubes include a single-walled carbon nanotube in which a graphene sheet forms a tube having a diameter in a nanometer region, and a multi-walled carbon nanotube in which the graphene sheet is a multi-walled layer. The diameter of the single-walled carbon nanotubes is preferably 0.5 to 3.0 nm, and the diameter of the multi-walled carbon nanotubes is preferably 5 to 150 nm.

市販の導電性炭素繊維やカーボンナノチューブとしては、昭和電工社製のVGCF等の気相法炭素繊維、名城ナノカーボン社製のEC1.0、EC1.5、EC2.0、EC1.5-P等の単層カーボンナノチューブ、CNano社製のFloTube9000、FloTube9100、FloTube9110、FloTube9200、Nanocyl社製のNC7000、Knano社製の100T等が挙げられる。 Examples of commercially available conductive carbon fibers and carbon nanotubes include vapor-phase carbon fibers such as VGCF manufactured by Showa Denko Co., Ltd., EC1.0, EC1.5, EC2.0, EC1.5-P manufactured by Meijo Nanocarbon Co., Ltd., etc. Examples thereof include single-walled carbon nanotubes manufactured by CNano, FloTube9000, FloTube9100, FloTube9110, FloTube9200, NC7000 manufactured by Nanocyl, and 100T manufactured by Knano.

炭素触媒は、1種または2種以上の、炭素材料と、窒素元素および卑金属元素を含有する化合物とを混合し、熱処理を行い作製された炭素触媒であって、従来公知のものを使用できる。炭素触媒に用いられる炭素材料は、無機材料由来の炭素粒子および/または有機材料を熱処理して得られる炭素粒子であれば特に限定されない。一般的に、炭素触媒の活性点としては、炭素粒子表面に卑金属-N4構造(卑金属元素を中心に4個の窒素元素が平面上に並んだ構造)に含まれる卑金属元素や、炭素粒子表面のエッジ部に導入された窒素元素近傍の炭素元素などが挙げられる。そのため、炭素触媒が、上記活性点を構成する窒素元素や卑金属元素を含有することは、酸素還元活性を有する上で重要である。更に、炭素触媒は、BET比表面積が20~2000m/gが好ましく、40~1000m/gがより好ましく、60~600m/gがさらに好ましい。 The carbon catalyst is a carbon catalyst produced by mixing one or more kinds of carbon materials and a compound containing a nitrogen element and a base metal element and heat-treating them, and conventionally known carbon catalysts can be used. The carbon material used for the carbon catalyst is not particularly limited as long as it is a carbon particle derived from an inorganic material and / or a carbon particle obtained by heat-treating an organic material. Generally, the active points of the carbon catalyst include the base metal element contained in the base metal-N4 structure (a structure in which four nitrogen elements are arranged on a plane centering on the base metal element) on the surface of the carbon particles, and the surface of the carbon particles. Examples include carbon elements in the vicinity of nitrogen elements introduced into the edge portion. Therefore, it is important for the carbon catalyst to contain the nitrogen element and the base metal element constituting the active site in order to have the oxygen reduction activity. Further, the carbon catalyst preferably has a BET specific surface area of 20 to 2000 m 2 / g, more preferably 40 to 1000 m 2 / g, and even more preferably 60 to 600 m 2 / g.

(金属材料)
金属材料としては、導電性を有する金属材料であれば特に限定されるものではないが、アルミニウム、チタン、ニッケル、鉄、スズ、銅等の卑金属や、銀、金、白金等の貴金属、ステンレス、真鍮、ジュラルミン等の合金等を単独で、もしくは2種類以上併せて使用することができる。用いる金属材料は、粉末状であることが好ましい。用いる金属材料の粒径は、一次粒子径で0.005μm~1mmが好ましく、特に、0.01~100μmが好ましい。
(Metal material)
The metal material is not particularly limited as long as it is a conductive metal material, but base metals such as aluminum, titanium, nickel, iron, tin and copper, precious metals such as silver, gold and platinum, stainless steel, etc. Alloys such as brass and duralumin can be used alone or in combination of two or more. The metal material used is preferably in the form of powder. The particle size of the metal material used is preferably 0.005 μm to 1 mm in primary particle size, and particularly preferably 0.01 to 100 μm.

導電材の平均比表面積は、5~300m/gが好ましく、20~200m/gはさらに好ましい。ここで、導電材の平均比表面積とは、アノード形成用組成物中に含まれる導電材の比表面積の相加平均をいう。例として、導電材として2種の導電材C1及びC2を使用する場合を示す。導電材C1の比表面積がA1(m/g)、導電材C1の組成物中の添加量がB1(g)、導電材C2の比表面積がA2(m/g)、添加量がB2(g)であった場合、導電材の平均比表面積は、以下の式(1)で表される。
(A1×B1+A2×B2)/(B1+B2) …式(1)
The average specific surface area of the conductive material is preferably 5 to 300 m 2 / g, more preferably 20 to 200 m 2 / g. Here, the average specific surface area of the conductive material means the arithmetic mean of the specific surface areas of the conductive material contained in the composition for forming an anode. As an example, a case where two kinds of conductive materials C1 and C2 are used as the conductive materials is shown. The specific surface area of the conductive material C1 is A1 (m 2 / g), the amount added to the composition of the conductive material C1 is B1 (g), the specific surface area of the conductive material C2 is A2 (m 2 / g), and the amount added is B2. In the case of (g), the average specific surface area of the conductive material is represented by the following formula (1).
(A1 x B1 + A2 x B2) / (B1 + B2) ... Equation (1)

導電材の平均比表面積が5m/g以上である場合、アノードの表面積が大きくなり、微生物の吸着性が向上する。また、導電材の平均比表面積が300m/g以下であると、アノードの表面粗さが大きくなり、微生物の吸着性が向上する。 When the average specific surface area of the conductive material is 5 m 2 / g or more, the surface area of the anode becomes large and the adsorptivity of microorganisms is improved. Further, when the average specific surface area of the conductive material is 300 m 2 / g or less, the surface roughness of the anode becomes large and the adsorptivity of microorganisms is improved.

<バインダー>
バインダーの種類は、導電性材料の分散性、導電層形成用組成物の安定性、コア粒子への密着性、および電極の可とう性を付与できるものであれば特に制限されず、バインダー樹脂等が挙げられる。
<Binder>
The type of the binder is not particularly limited as long as it can impart dispersibility of the conductive material, stability of the composition for forming the conductive layer, adhesion to the core particles, and flexibility of the electrode, and is not particularly limited. Can be mentioned.

バインダー樹脂としては、ポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリロニトリル系樹脂、アクリル系樹脂、ブタジエン系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリビニルブチラール系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、EVA系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリエーテル系樹脂、カルボキシメチルセルロース等のセルロース系樹脂等からなる群から選ばれる1種類以上を含むことができる。ただし、これらの樹脂に限定されるわけではない。バインダー樹脂は1種単独で用いても良く、2種以上併用しても良い。バインダー樹脂としては、価格や密着性の観点から、フッ化物でない樹脂が好ましい。 As the binder resin, polyurethane resin, polyamide resin, acrylonitrile resin, acrylic resin, butadiene resin, polyvinyl resin, polyvinyl butyral resin, polyolefin resin, polyester resin, polystyrene resin, EVA resin, etc. It can contain one or more kinds selected from the group consisting of a polyvinylidene-based resin, a polytetrafluoroethylene-based resin, a silicone-based resin, a polyether-based resin, a cellulose-based resin such as carboxymethyl cellulose, and the like. However, it is not limited to these resins. The binder resin may be used alone or in combination of two or more. As the binder resin, a resin that is not fluoride is preferable from the viewpoint of price and adhesion.

バインダー樹脂は、硬化(架橋)反応を受ける、硬化性樹脂を用いることもできる。バインダー樹脂は、水系または非水系溶剤に溶解する溶解性樹脂や分散型樹脂微粒子を用いることもできる。分散型樹脂微粒子は、樹脂微粒子が水系または非水系の分散媒中で溶解せずに、微粒子の状態で存在するもので、その分散体は、一般的にエマルションとも呼ばれる。これらは1種単独で用いても良く、2種以上併用しても良い。 As the binder resin, a curable resin that undergoes a curing (crosslinking) reaction can also be used. As the binder resin, a soluble resin or dispersed resin fine particles that are soluble in an aqueous or non-aqueous solvent can also be used. Dispersed resin fine particles exist in the state of fine particles without dissolving the resin fine particles in an aqueous or non-aqueous dispersion medium, and the dispersion is also generally called an emulsion. These may be used alone or in combination of two or more.

分散型樹脂微粒子の粒子構造は、多層構造、いわゆるコアシェル粒子にすることもできる。例えば、コア部、またはシェル部に官能基を有する単量体を主に重合させた樹脂を局在化させたり、コアとシェルによってTgや組成に差を設けたりすることにより、硬化性、乾燥性、成膜性、バインダーの機械強度を向上させることができる。樹脂微粒子の平均粒子径は、結着性や粒子の安定性の観点から、10~1000nmであることが好ましく、10~300nmであることが好ましい。また、1μmを超えるような粗大粒子が多く含有されるようになると粒子の安定性が損なわれるので、1μmを超える粗大粒子は多くとも5%以下であることが好ましい。なお、分散型樹脂微粒子の平均粒子径は、例えば、動的光散乱法により測定できる。動的光散乱法による平均粒子径の測定は、以下のようにして行うことができる。樹脂微粒子の固形分に応じて、分散媒と同じ分散液で200~1000倍に希釈しておく。該希釈分散液約5mlを測定装置(日機装社製ナノトラック)のセルに注入し、サンプルに応じた分散媒および樹脂の屈折率条件を入力後、測定を行う。この時得られた体積粒子径分布データ(ヒストグラム)のピークによって測定することができる。 The particle structure of the dispersed resin fine particles may be a multilayer structure, so-called core-shell particles. For example, by localizing a resin in which a monomer having a functional group is mainly polymerized in the core portion or the shell portion, or by providing a difference in Tg and composition between the core and the shell, curability and drying are performed. It is possible to improve the property, film forming property, and mechanical strength of the binder. The average particle size of the resin fine particles is preferably 10 to 1000 nm, preferably 10 to 300 nm, from the viewpoint of binding properties and particle stability. Further, if a large amount of coarse particles exceeding 1 μm is contained, the stability of the particles is impaired, so that the amount of coarse particles exceeding 1 μm is preferably 5% or less at most. The average particle size of the dispersed resin fine particles can be measured by, for example, a dynamic light scattering method. The average particle size can be measured by the dynamic light scattering method as follows. Dilute 200 to 1000 times with the same dispersion as the dispersion medium, depending on the solid content of the resin fine particles. Approximately 5 ml of the diluted dispersion is injected into a cell of a measuring device (Nanotrack manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), and the dispersion medium and the refractive index conditions of the resin corresponding to the sample are input, and then the measurement is performed. It can be measured by the peak of the volume particle size distribution data (histogram) obtained at this time.

分散型樹脂微粒子としては、架橋型樹脂微粒子を含むことが好ましい。架橋型樹脂微粒子とは、内部架橋構造(三次元架橋構造)を有する樹脂微粒子を示し、粒子内部で架橋していることが重要である。また、架橋型樹脂微粒子が特定の官能基を含有することにより、他の電極構成材料や基材との密着性に寄与することができる。さらには架橋構造や官能基の量を調整することで、電池の優れた耐久性を得ることができる。 The dispersed resin fine particles preferably include crosslinked resin fine particles. The crosslinked resin fine particles indicate resin fine particles having an internal crosslinked structure (three-dimensional crosslinked structure), and it is important that the particles are crosslinked inside the particles. Further, since the crosslinked resin fine particles contain a specific functional group, it is possible to contribute to the adhesion to other electrode constituent materials and base materials. Furthermore, by adjusting the crosslinked structure and the amount of functional groups, excellent durability of the battery can be obtained.

電解液への濡れ性や浸透性などの観点から、バインダーとしては、水系溶剤に溶解可能な水溶性樹脂や、水系の分散媒中で溶解せずに微粒子の状態で存在する水性樹脂微粒子を使用することが好ましい。また、導電層形成用組成物のスラリー安定性や塗工性、電極の耐水性や可とう性等の観点から、水溶性樹脂と水性樹脂微粒子を併用することがさらに好ましい。 From the viewpoint of wettability and permeability to the electrolytic solution, as the binder, a water-soluble resin that is soluble in an aqueous solvent or an aqueous resin fine particle that does not dissolve in an aqueous dispersion medium and exists in the form of fine particles is used. It is preferable to do so. Further, from the viewpoints of slurry stability and coatability of the composition for forming a conductive layer, water resistance and flexibility of the electrode, it is more preferable to use the water-soluble resin and the water-based resin fine particles in combination.

(水溶性樹脂)
水溶性樹脂とは、25℃の水99g中に樹脂1gを入れて撹拌し、25℃で24時間放置した後、分離・析出せずに水中で完全に溶解可能な樹脂である。
(Water-soluble resin)
The water-soluble resin is a resin that can be completely dissolved in water without separation and precipitation after 1 g of the resin is put in 99 g of water at 25 ° C., stirred, and left at 25 ° C. for 24 hours.

水溶性樹脂には、導電性材料の分散性を高める効果があるため、少ない樹脂量で安定な組成物が得られ、電極の導電性が向上する。また、水溶性樹脂を含む電極は、水中に浸漬した場合に、水溶性樹脂の水との高い親和性により電極の電解液に対する濡れ性が向上するとともに、水溶性樹脂の膨潤や溶出による流路が形成されるため、微生物燃料電池の発電に必要なプロトンの拡散に優れた電極を提供できる。また、水溶性樹脂の微生物との高い親和性により、アノードへの微生物の付着や育成が促進されるため、多くの微生物を担持でき、微生物と炭素材料や基材との結着も強化される。 Since the water-soluble resin has the effect of increasing the dispersibility of the conductive material, a stable composition can be obtained with a small amount of resin, and the conductivity of the electrode is improved. Further, when the electrode containing the water-soluble resin is immersed in water, the wettability of the electrode to the electrolytic solution is improved due to the high affinity of the water-soluble resin with water, and the flow path due to the swelling or elution of the water-soluble resin. Therefore, it is possible to provide an electrode having excellent diffusion of protons required for power generation of a microbial fuel cell. In addition, the high affinity of the water-soluble resin with microorganisms promotes the adhesion and growth of microorganisms on the anode, so that many microorganisms can be supported and the binding between microorganisms and carbon materials and base materials is strengthened. ..

水溶性樹脂は、アニオン性樹脂、カチオン性樹脂、アニオン性とカチオン性の性質を併せ持つ両性樹脂、またそれ以外のノニオン性樹脂に大別され、更にその樹脂が複数の単量体から構成されてもよい。また、水溶性樹脂は1種単独で用いても良いし、2 種以上併用しても良い。 Water-soluble resins are roughly classified into anionic resins, cationic resins, amphoteric resins having both anionic and cationic properties, and other nonionic resins, and the resins are further composed of a plurality of monomers. May be good. Further, the water-soluble resin may be used alone or in combination of two or more.

アニオン性樹脂としては、カルボキシル基、スルホ基、リン酸基およびそれらを一部あるいは全てを中和した骨格を含有する樹脂が挙げられる。例示すると、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸、2-スルホエチルメタクリレート、2-メタクリロイルオキシエチルアシッドホスフェートなどの重合性単量体の単独重合物、または他の重合性単量体との共重合物、カルボキシメチルセルロース、およびそれらのアルカリ中和物等が挙げられる。 Examples of the anionic resin include a resin containing a carboxyl group, a sulfo group, a phosphoric acid group, and a skeleton in which some or all of them are neutralized. For example, homopolymers of polymerizable monomers such as (meth) acrylic acid, itaconic acid, fumaric acid, maleic acid, 2-sulfoethylmethacrylate, 2-methacryloyloxyethyl acid phosphate, or other polymerizable single amounts. Examples thereof include copolymers with the body, carboxymethyl cellulose, and alkali-neutralized products thereof.

カチオン性樹脂としては、環状を含むアミノ基およびアミノ基の一部あるいは全て中和
した骨格や4級アンモニウム塩を含有する樹脂等が挙げられる。例示すると、N,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジエチル(メタ)アクリレート、ビニルピリジンなどの重合性単量体の単独重合物、または他の重合性単量体との共重合物およびそれらの酸中和物が挙げられる。
Examples of the cationic resin include an amino group containing a cyclic substance, a skeleton in which a part or all of the amino group is neutralized, a resin containing a quaternary ammonium salt, and the like. For example, homopolymers of polymerizable monomers such as N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, N, N-diethyl (meth) acrylate, vinylpyridine, or co-polymerization with other polymerizable monomers. Polymers and their acid-neutralized products are included.

両性樹脂としては、前記アニオン性骨格と前記カチオン性骨格を共に含有する樹脂が挙
げられる。例示すると、スチレン-マレイン酸-N,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートの共重合物などが挙げられる。
Examples of the amphoteric resin include a resin containing both the anionic skeleton and the cationic skeleton. Examples thereof include a copolymer of styrene-maleic acid-N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate.

ノニオン性樹脂は、前記アニオン性、カチオン性および両性樹脂以外の樹脂である。例
示すると、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリアクリルアミド、ポリ-N-ビニルアセトアミド、ポリアルキレングリコールなどが挙げられる。
The nonionic resin is a resin other than the anionic, cationic and amphoteric resins. Examples thereof include polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, polyacrylamide, poly-N-vinylacetamide, polyalkylene glycol and the like.

水溶性樹脂の分子量は特に限定されないが、好ましくは質量平均分子量が5,000~2,500,000である。質量平均分子量(Mw)とは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)におけるポリエチレンオキサイド換算分子量を示す。 The molecular weight of the water-soluble resin is not particularly limited, but the mass average molecular weight is preferably 5,000 to 2,500,000. The mass average molecular weight (Mw) indicates a polyethylene oxide-equivalent molecular weight in gel permeation chromatography (GPC).

(水性樹脂微粒子)
水性樹脂微粒子は、樹脂が水中で溶解せずに微粒子の状態で存在する分散型樹脂微粒子で、水分散樹脂微粒子とも呼ばれる。その水分散体は一般的に水性エマルションとも呼ばれる。
(Aqueous resin fine particles)
Aqueous resin fine particles are dispersed resin fine particles in which the resin does not dissolve in water and exists in the state of fine particles, and are also called water-dispersed resin fine particles. The aqueous dispersion is also commonly referred to as an aqueous emulsion.

水性樹脂微粒子としては、(メタ)アクリル系エマルション、ニトリル系エマルション、ウレタン系エマルション、ポリオレフィン系エマルション、フッ素系エマルション(ポリフッ化ビニリデン(PVDF)やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)など)、ジエン系エマルション(スチレン・ブタジエンゴム(SBR)等)等が挙げられる。なお、(メタ)アクリルは、メタクリルまたはアクリルを意味する。 Examples of the aqueous resin fine particles include (meth) acrylic emulsions, nitrile emulsions, urethane emulsions, polyolefin emulsions, fluorine emulsions (polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), etc.), and diene emulsions (diene emulsions). Styrene-butadiene rubber (SBR), etc.) and the like. In addition, (meth) acrylic means methacrylic or acrylic.

水性樹脂微粒子を含む導電層形成用組成物は、塗膜形成された場合、粒子間及び基材との密着性に優れ、強度の高い電極を提供できる。また、水性樹脂微粒子と炭素材料の結着は点接触によるため、界面を反応場とする反応を阻害しにくい。また、微生物が付着しやすい表面形態を形成することができる。更に、密着性に優れることから必要な水性樹脂微粒子は少量で済むため、結果、電極の導電性が向上する。更に、水性樹脂微粒子は構成する単量体によっては安価に製造することが可能なため、電極の製造費を低減できる。上述のような効果を得るため、水性樹脂微粒子としては、粒子間の結着性と柔軟性(膜の可とう性)に優れる(メタ)アクリル系エマルションやウレタン系エマルションが好ましい。 When a coating film is formed, the composition for forming a conductive layer containing the aqueous resin fine particles has excellent adhesion between the particles and the substrate, and can provide an electrode having high strength. Further, since the binding between the aqueous resin fine particles and the carbon material is due to point contact, it is difficult to inhibit the reaction using the interface as the reaction field. In addition, it is possible to form a surface morphology to which microorganisms easily adhere. Further, since the adhesiveness is excellent, a small amount of water-based resin fine particles is required, and as a result, the conductivity of the electrode is improved. Further, since the aqueous resin fine particles can be manufactured at low cost depending on the constituent monomers, the manufacturing cost of the electrode can be reduced. In order to obtain the above-mentioned effects, as the aqueous resin fine particles, a (meth) acrylic emulsion or a urethane emulsion having excellent binding properties and flexibility (flexibility of the film) between the particles is preferable.

(メタ)アクリル系エマルションとは、(メタ)アクリロイル基を有する単量体を10質量部以上含有する乳化重合物であり、好ましくは20質量部以上、更に好ましくは30質量部以上含有されているとよい。アクリロイル基を有する単量体は反応性に優れるため、樹脂微粒子を比較的容易に作製することができる。したがって、水性樹脂微粒子として、(メタ)アクリル系エマルションは特に好ましい。 The (meth) acrylic emulsion is an emulsion polymer containing 10 parts by mass or more of a monomer having a (meth) acryloyl group, preferably 20 parts by mass or more, and more preferably 30 parts by mass or more. It is good. Since the monomer having an acryloyl group has excellent reactivity, resin fine particles can be produced relatively easily. Therefore, the (meth) acrylic emulsion is particularly preferable as the aqueous resin fine particles.

<溶剤(分散媒)>
導電性材料と、バインダーとを均一に混合する場合、溶剤を適宜用いることが出来る。そのような溶剤としては、樹脂を溶解できるものや、樹脂微粒子エマルションを安定に分散できるものであれば特に限定されず、水や有機溶剤を挙げることが出来る。
<Solvent (dispersion medium)>
When the conductive material and the binder are uniformly mixed, a solvent can be appropriately used. The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the resin or stably disperse the resin fine particle emulsion, and examples thereof include water and organic solvents.

有機溶剤は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン等の芳香族類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類などの内から導電性組成物の組成に応じ適当なものが使用できる。
また、溶剤は水と有機溶剤、または有機溶剤を2種以上用いてもよい。
Organic solvents include alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, ethylene glycol methyl ether and diethylene glycol methyl ether, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and cyclohexanone, tetrahydrofuran, dioxane, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether and the like. Suitable for the composition of the conductive composition from among ethers, hydrocarbons such as hexane, heptane and octane, aromatics such as benzene, toluene, xylene and cumene, and esters such as ethyl acetate and butyl acetate. Can be used.
Further, as the solvent, water and an organic solvent, or two or more kinds of organic solvents may be used.

水溶性樹脂や水性樹脂微粒子を用いる場合、溶解性や分散性の観点から、溶剤として水を使用することが好ましく、必要に応じて、水と相溶する液状媒体を添加しても良い。水と相溶する液状媒体としては、炭素数が4以下のアルコール系溶剤が好ましい。 When a water-soluble resin or water-based resin fine particles are used, it is preferable to use water as a solvent from the viewpoint of solubility and dispersibility, and if necessary, a liquid medium compatible with water may be added. As the liquid medium compatible with water, an alcohol solvent having 4 or less carbon atoms is preferable.

また、本発明の導電層形成用組成物には、必要に応じて、本発明による効果を妨げない範囲で、紫外線吸収剤、紫外線安定剤、ラジカル補足剤、充填剤、チクソトロピー付与剤、老化防止剤、酸化防止剤、帯電防止剤、難燃剤、熱伝導性改良剤、可塑剤、ダレ防止剤、防汚剤、防腐剤、殺菌剤、消泡剤、レベリング剤、ブロッキング防止剤、硬化剤、増粘剤、分散剤、シランカップリング剤等の各種の添加剤を添加してもよい。 Further, the composition for forming a conductive layer of the present invention contains, if necessary, an ultraviolet absorber, an ultraviolet stabilizer, a radical catching agent, a filler, a thixotropic agent, and an antistatic agent, as long as the effects of the present invention are not impaired. Agents, Antistatics, Antistatics, Flame Retardants, Thermal Conductivity Improvers, Plasticizers, Anti-Dripping Agents, Antifouling Agents, Preservatives, Bactericides, Defoamers, Leveling Agents, Anti-blocking Agents, Hardeners, Various additives such as thickeners, dispersants, and silane coupling agents may be added.

<導電層形成用組成物の組成>
導電性材料の含有量は、導電性や基材への密着性等から、導電層形成用組成物の全固形分の合計100質量%に対して、好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは60~99質量%が好ましく、特に好ましくは85~99質量%である。導電材の含有量が50質量%以上であると、アノード内部での電子パスが発達し、十分な導電性が得られる。導電材の含有量が60質量%以上であると、表面に導電材が露出することによって導電材と微生物の間の電子パスが増加し、アノード反応が促進されるため、電池の発電特性が向上する。
バインダーの含有量は、導電層形成用組成物の全固形分の合計100質量%に対して、好ましくは0.1~50質量%、さらに好ましくは0.5~40質量%、特に好ましくは1~15質量%である。
<Composition of composition for forming a conductive layer>
The content of the conductive material is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass, based on 100% by mass of the total solid content of the composition for forming the conductive layer, from the viewpoint of conductivity, adhesion to the substrate, and the like. It is preferably ~ 99% by mass, and particularly preferably 85 to 99% by mass. When the content of the conductive material is 50% by mass or more, the electron path inside the anode is developed and sufficient conductivity is obtained. When the content of the conductive material is 60% by mass or more, the exposure of the conductive material on the surface increases the electron path between the conductive material and the microorganism, and promotes the anodic reaction, so that the power generation characteristics of the battery are improved. do.
The content of the binder is preferably 0.1 to 50% by mass, more preferably 0.5 to 40% by mass, and particularly preferably 1 with respect to 100% by mass of the total solid content of the composition for forming the conductive layer. It is ~ 15% by mass.

水溶性樹脂を含む導電層形成用組成物は、導電層を形成した後、微生物との高い親和性を示す。そのため、アノードへの微生物の付着や育成が促進され、多くの微生物を担持することができる。また、微生物と導電材や基材との結着が強化される。さらに、例えば水中に浸漬した場合に、水溶性樹脂の水との高い親和性による電極の電解液に対する濡れ性の向上とともに、水溶性樹脂の膨潤、あるいは水溶性樹脂の溶出による流路の形成により、微生物燃料電池の発電に必要なプロトンの拡散に優れた電極を提供できる。これらの効果により、本発明によれば、微生物燃料電池の発電特性に加えて耐久性をも向上させることができる。
水溶性樹脂を含む場合、その含有量は、導電層形成用組成物の全固形分の合計100質量%に対して、好ましくは0.1~20質量%、特さらに好ましくは1~15質量%である。水溶性樹脂の含有量が0.5質量%以上であると、微生物をより多く担持でき、プロトン拡散性が良好なアノードが得られる。また、水溶性樹脂の含有量が20質量%以下であると、電解液中での耐久性が良好なアノードが得られる。
The composition for forming a conductive layer containing a water-soluble resin exhibits high affinity with microorganisms after forming the conductive layer. Therefore, the adhesion and growth of microorganisms to the anode are promoted, and many microorganisms can be supported. In addition, the binding between the microorganism and the conductive material or the base material is strengthened. Further, for example, when immersed in water, the wettability of the electrode to the electrolytic solution is improved due to the high affinity of the water-soluble resin with water, and the swelling of the water-soluble resin or the formation of a flow path due to the elution of the water-soluble resin. , It is possible to provide an electrode excellent in diffusion of protons required for power generation of a microbial fuel cell. Due to these effects, according to the present invention, the durability can be improved in addition to the power generation characteristics of the microbial fuel cell.
When the water-soluble resin is contained, the content thereof is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 1 to 15% by mass, based on 100% by mass of the total solid content of the composition for forming the conductive layer. Is. When the content of the water-soluble resin is 0.5% by mass or more, a larger amount of microorganisms can be supported and an anode having good proton diffusivity can be obtained. Further, when the content of the water-soluble resin is 20% by mass or less, an anode having good durability in the electrolytic solution can be obtained.

水性樹脂微粒子を含む場合、その含有量は、導電層形成用組成物の全固形分の合計100質量%に対して、好ましくは0.1~40質量%、さらに好ましくは1~30質量%、特に好ましくは1~10質量%である。
水性樹脂微粒子の含有量が1質量%以上であると、アノードの強度が改善する。また、水性樹脂微粒子の含有量が40質量%以下の場合、良好な導電性を有するアノードが得られる。さらに、水性樹脂微粒子の含有量が30質量%以下である場合、水性樹脂微粒子と導電材との点結着により、微生物の吸着に適した表面形態が形成される。さらに、水性樹脂微粒子の含有量が10質量%以下である場合、塗膜表面において導電材がより多く露出するため、微生物と導電材とが接触しやすくなり、アノード反応が促進される。
また、水溶性樹脂と水性樹脂微粒子とをともに含む場合、その固形分の合計100質量%に対して、水性樹脂微粒子を50質量%以上含むことで、物質拡散性が向上し、好ましい。より好ましくは、50質量%~80質量%である。
When the aqueous resin fine particles are contained, the content thereof is preferably 0.1 to 40% by mass, more preferably 1 to 30% by mass, based on 100% by mass of the total solid content of the composition for forming the conductive layer. Particularly preferably, it is 1 to 10% by mass.
When the content of the aqueous resin fine particles is 1% by mass or more, the strength of the anode is improved. Further, when the content of the aqueous resin fine particles is 40% by mass or less, an anode having good conductivity can be obtained. Further, when the content of the water-based resin fine particles is 30% by mass or less, the surface morphology suitable for the adsorption of microorganisms is formed by the point binding between the water-based resin fine particles and the conductive material. Further, when the content of the aqueous resin fine particles is 10% by mass or less, the conductive material is more exposed on the surface of the coating film, so that the microorganisms and the conductive material are easily in contact with each other, and the anode reaction is promoted.
Further, when both the water-soluble resin and the water-based resin fine particles are contained, it is preferable to contain 50% by mass or more of the water-based resin fine particles with respect to the total solid content of 100% by mass, because the substance diffusivity is improved. More preferably, it is 50% by mass to 80% by mass.

導電層形成用組成物には導電性材料とバインダー以外の任意の成分を含んでもよいが、導電性や密着性などの観点から、導電層形成用組成物の全固形分に対する導電性材料とバインダーの合計の割合は、好ましくは50質量%以上であり、さらに好ましくは80質量%以上である。 The composition for forming a conductive layer may contain any component other than the conductive material and the binder, but from the viewpoint of conductivity and adhesion, the conductive material and the binder for the total solid content of the composition for forming the conductive layer. The total ratio of the above is preferably 50% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more.

電極組成物の適正粘度は、組成物の塗工方法によるが、一般には、10mPa・s以上、30,000mPa・s以下とするのが好ましい。 The appropriate viscosity of the electrode composition depends on the coating method of the composition, but is generally preferably 10 mPa · s or more and 30,000 mPa · s or less.

<導電層形成用組成物の調製方法>
導電層形成用組成物の調製方法に特に制限はない。調製方法は、
(1)各成分を同時に分散してもよく、
(2)導電性材料を溶媒中に分散後、他の材料を添加してもよく、
(3)導電性材料とバインダーを溶媒中に分散後、他の材料を添加してもよく、
使用する導電性材料やバインダーにより最適化することができる。
水溶性樹脂や水性樹脂微粒子を使用する場合、導電性材料と水溶性樹脂とを水性液状媒体中に分散した後に、水性樹脂微粒子を添加すると、分散時間の短縮などコストダウンに大きく貢献することができる。
<Method for preparing a composition for forming a conductive layer>
There is no particular limitation on the method for preparing the composition for forming the conductive layer. The preparation method is
(1) Each component may be dispersed at the same time.
(2) After dispersing the conductive material in the solvent, another material may be added.
(3) After dispersing the conductive material and the binder in the solvent, another material may be added.
It can be optimized depending on the conductive material and binder used.
When using water-soluble resin or water-based resin fine particles, adding the water-based resin fine particles after dispersing the conductive material and the water-soluble resin in the water-based liquid medium can greatly contribute to cost reduction such as shortening the dispersion time. can.

<分散機・混合機>
導電層形成用組成物を得る際に用いられる装置としては、顔料分散等に通常用いられている分散機、混合機が使用できる。
<Disperser / Mixer>
As an apparatus used for obtaining the composition for forming a conductive layer, a disperser or a mixer usually used for pigment dispersion or the like can be used.

例えば、ディスパー、ホモミキサー、若しくはプラネタリーミキサー等のミキサー類;エム・テクニック社製「クレアミックス」、若しくはPRIMIX社「フィルミックス」等のホモジナイザー類;ペイントコンディショナー(レッドデビル社製)、ボールミル、サンドミル(シンマルエンタープライゼス社製「ダイノミル」等)、アトライター、パールミル(アイリッヒ社製「DCPミル」等)、若しくはコボールミル等のメディア型分散機;湿式ジェットミル(ジーナス社製「ジーナスPY」、スギノマシン社製「スターバースト」、ナノマイザー社製「ナノマイザー」等)、エム・テクニック社製「クレアSS-5」、若しくは奈良機械社製「MICROS」等のメディアレス分散機;または、その他ロールミル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 For example, mixers such as disper, homomixer, or planetary mixer; homogenizers such as "Clairemix" manufactured by M-Technique or "Philmix" manufactured by PRIMIX; paint conditioner (manufactured by Red Devil), ball mill, sand mill. Media type disperser such as (Symmal Enterprises "Dyno Mill" etc.), Atreiter, Pearl Mill (Eirich "DCP Mill" etc.) or Coball Mill; Wet Jet Mill (Genus PY "Genus PY", Sugino Medialess dispersers such as Machine's "Starburst", Nanomizer's "Nanomizer", etc.), M-Technique's "Claire SS-5", or Nara Machinery's "MICROS"; or other roll mills, etc. However, it is not limited to these.

例えば、メディア型分散機を使用する場合は、アジテーター及びベッセルがセラミック製又は樹脂製の分散機を使用する方法や、金属製アジテーター及びベッセル表面をタングステンカーバイド溶射や樹脂コーティング等の処理をした分散機を用いることが好ましい。そして、メディアとしては、ガラスビーズ、または、ジルコニアビーズ、若しくはアルミナビーズ等のセラミックビーズを用いることが好ましい。また、ロールミルを使用する場合についても、セラミック製ロールを用いることが好ましい。分散装置は、1種のみを使用しても良いし、複数種の装置を組み合わせて使用しても良い。また、強い衝撃で粒子が割れやすいあるいは潰れやすい場合は、メディア型分散機よりは、ロールミルやホモジナイザー等のメディアレス分散機が好ましい。 For example, when using a media-type disperser, a method in which the agitator and vessel use a disperser made of ceramic or resin, or a disperser in which the surface of the metal agitator and vessel is treated with tungsten carbide spraying or resin coating. It is preferable to use. As the medium, it is preferable to use glass beads, zirconia beads, or ceramic beads such as alumina beads. Also, when using a roll mill, it is preferable to use a ceramic roll. As the dispersive device, only one type may be used, or a plurality of types of devices may be used in combination. Further, when the particles are easily broken or crushed by a strong impact, a medialess disperser such as a roll mill or a homogenizer is preferable to the media type disperser.

<導電層の形成方法>
コア粒子の表面に導電層を形成する方法としては、特に制限はなく公知の方法を用いることができる。例えば、コア粒子の表面に粘着剤を塗布し、銀粉等の金属粉末を表面に付着させる方法や、インキ組成物の塗膜を形成する方法等が挙げられる。インキ組成物の塗膜を形成する方法としては、例示すると、スプレーコーティング法、ディップコーティング法等を挙げることができ、乾燥方法としては放置乾燥、送風乾燥機、温風乾燥機、赤外線加熱機、遠赤外線加熱機等が使用できるが、特にこれらに限定されるものではない。
また、インキの塗工量としては厚みが0.1μm~2000μmが好ましく、10μm~1000μmがさらに好ましい。厚みが0.1μ、以下では導電性の確保が難しく、厚みが2000μmを超えると導電層にひび割れなどの不具合が生じる可能性が高くなる。
<Method of forming the conductive layer>
The method for forming the conductive layer on the surface of the core particles is not particularly limited, and a known method can be used. For example, a method of applying an adhesive to the surface of core particles to attach a metal powder such as silver powder to the surface, a method of forming a coating film of an ink composition, and the like can be mentioned. Examples of the method for forming the coating film of the ink composition include a spray coating method, a dip coating method, and the like, and examples of the drying method include leaving drying, blower dryer, warm air dryer, infrared heater, and the like. A far-infrared heater or the like can be used, but the present invention is not particularly limited to these.
The amount of ink applied is preferably 0.1 μm to 2000 μm, more preferably 10 μm to 1000 μm. If the thickness is 0.1 μm or less, it is difficult to secure conductivity, and if the thickness exceeds 2000 μm, there is a high possibility that defects such as cracks occur in the conductive layer.

<微生物燃料電池>
本発明で用いられる微生物燃料電池について説明する。本発明の微生物燃料電池は、カソード(正極)およびアノード(負極)を備える。カソードは、イオン伝導性を有する媒体を介してアノードと接しており、酸化剤と触れることができる位置に配置されている。酸化剤としては、大気中に存在する酸素を用いることが好ましい。アノードは、一部または全部が有機物を含む廃水の内部に設置されており、イオン伝導性を有する媒体を介してカソードと接している。カソードとアノードとは、抵抗を経由して電気的に接続されている。ここで、抵抗とは、電気回路における電気抵抗を示す。
本発明の粒子状電極は、カソードとアノード両方に用いてもよく、片方だけに使用してもよい。片方だけに使用する場合はアノードに使用することが好ましい。また、本発明以外の電極と組み合わせて用いてもよく、カソード1つに対しアノードを複数種用いてもよいし、アノード1つに対しカソードを複数種用いてもよいし、カソードとアノードどちらも複数種用いて構成してもよい。
本発明の粒子状電極は、例えば、容器等に入れて複数個集合させた状態で使用することが好ましい。容器としては、蓋のあるカップ状のものが好ましく、例えば300mL容器などが挙げられる。容器内に粒子状電極を密集させることが好ましい。また、容器には電解液が通過できる孔を空け、容器全体をアノードとして用いることが好ましい。液体が通過可能であるため、例えばポンプ等により水の流路を形成し、電極に水が流れるように配置することが好ましい。また、一般的にろ過材として用いられる材料、例えば活性炭やゼオライト等と一緒に用いることで、水のさらなる浄化と発電が両立できるため、好ましい。
<Microbial fuel cell>
The microbial fuel cell used in the present invention will be described. The microbial fuel cell of the present invention includes a cathode (positive electrode) and an anode (negative electrode). The cathode is in contact with the anode via a medium having ionic conductivity and is arranged at a position where it can come into contact with the oxidant. As the oxidizing agent, it is preferable to use oxygen existing in the atmosphere. The anode is partially or wholly installed inside the wastewater containing organic matter and is in contact with the cathode via a medium having ionic conductivity. The cathode and anode are electrically connected via a resistor. Here, the resistance indicates an electric resistance in an electric circuit.
The particulate electrode of the present invention may be used for both the cathode and the anode, or may be used for only one of them. When used for only one, it is preferable to use it for the anode. Further, it may be used in combination with an electrode other than the present invention, a plurality of types of anodes may be used for one cathode, a plurality of types of cathodes may be used for one cathode, and both the cathode and the anode may be used. It may be configured by using a plurality of types.
It is preferable to use the particulate electrode of the present invention in a state where a plurality of the particulate electrodes of the present invention are put in a container or the like and assembled. The container is preferably cup-shaped with a lid, and examples thereof include a 300 mL container. It is preferable that the particulate electrodes are densely packed in the container. Further, it is preferable to make a hole in the container through which the electrolytic solution can pass and use the entire container as an anode. Since the liquid can pass through, it is preferable to form a water flow path by, for example, a pump or the like and arrange the water flow through the electrodes. Further, it is preferable to use it together with a material generally used as a filter material, for example, activated carbon, zeolite, etc., because further purification of water and power generation can be achieved at the same time.

本発明以外の電極は、例えばカーボンフェルト等のカーボン材料を用いて構成することができる。また、基材(カーボンフェルト等のカーボン材料やステンレス等の金属材料、高分子材料)に、導電性カーボンや酸素還元触媒をコーティングしたものを用いてもよい。このとき使用する基材は、メッシュ状やパンチングメタル、または不織布状等の多孔性の材料が好ましい。反応促進の観点から、カソードは酸素還元触媒を含むことが好ましい。酸素還元触媒としては、耐久性及びコストの観点から、炭素触媒が好ましい。炭素触媒は、炭素を主成分とする触媒を意味し、従来から公知の炭素触媒を使用することができる。一実施形態において、炭素触媒は、金属元素及び/又は非金属元素がドープされている炭素系材料であってよい。そのような炭素系材料は、例えば、炭素粒子と、金属元素含有化合物等のその他の成分との混合物を加熱処理することによって得られる。 Electrodes other than the present invention can be configured by using a carbon material such as carbon felt. Further, a base material (carbon material such as carbon felt, metal material such as stainless steel, polymer material) coated with conductive carbon or an oxygen reduction catalyst may be used. The base material used at this time is preferably a porous material such as a mesh, a punching metal, or a non-woven fabric. From the viewpoint of promoting the reaction, the cathode preferably contains an oxygen reduction catalyst. As the oxygen reduction catalyst, a carbon catalyst is preferable from the viewpoint of durability and cost. The carbon catalyst means a catalyst containing carbon as a main component, and a conventionally known carbon catalyst can be used. In one embodiment, the carbon catalyst may be a carbon-based material doped with metallic and / or non-metallic elements. Such carbon-based materials are obtained, for example, by heat-treating a mixture of carbon particles and other components such as a metal element-containing compound.

また、有機物とは、一般的に有機化合物と呼ばれるものを示すが、例えば、水、底質または土壌中の有機物、飼料やそれらの分解物などが挙げられる。水、底質または土壌中の有機物としては、植物、動物、微生物などの生物、動植物などの生物遺体、動物の排泄物などからなる有機物(炭水化物、タンパク質、アミノ酸、リグニン、糖類、脂質など)や、腐食物質(腐食酸、フルボ酸、ヒューミンなど)、非腐食物質からなる非生物の有機物や、植物の光合成により生成されるグルコースなどが挙げられ、微生物の代謝等により生成される乳酸や酢酸などの有機酸、アルコールなども挙げられる。また、飼料としては、植物性飼料(トウモロコシ、オオムギ等の穀類、大豆、落花生等の油粕類、玄米、大麦等のぬか類、でんぷん粕、ビール粕等の製造粕類など)や、動物性飼料(魚粉・肉骨粉など)、複数の種類の飼料を混合してなる配合飼料などが挙げられ、炭水化物、タンパク質、アミノ酸、リグニン、糖類、脂質などを含んでいる。なお、例えば、廃水中の微生物の数が少ない場合は、予め微生物をアノードに植種等してもよい。 In addition, the organic matter generally refers to what is called an organic compound, and examples thereof include organic matter in water, sediment or soil, feed and decomposition products thereof. Organic matter in water, sediment or soil includes organic matter (carbohydrates, proteins, amino acids, lignins, sugars, lipids, etc.) consisting of organisms such as plants, animals and microorganisms, biological remains such as animals and plants, and animal excreta. , Corrosive substances (corrosive acid, fluboic acid, fumin, etc.), non-biological organic substances consisting of non-corrosive substances, glucose produced by photosynthesis of plants, etc., lactic acid and acetic acid produced by the metabolism of microorganisms, etc. Organic acids, alcohols, etc. can also be mentioned. In addition, as feeds, vegetable feeds (grains such as corn and barley, oil cakes such as soybeans and peanuts, bran such as brown rice and barley, starch cakes, production meals such as beer meals, etc.) and animal feeds. (Fish flour, meat-and-bone meal, etc.), compound feeds made by mixing multiple types of feeds, etc., include carbohydrates, proteins, amino acids, lignins, sugars, lipids, etc. For example, when the number of microorganisms in the wastewater is small, the microorganisms may be planted in the anode in advance.

微生物燃料電池の反応について、廃水が酸性状態の場合の例を示す。アノードでは、微生物の代謝によって有機物が分解される。このとき、下記の式1に示す反応が生じる。 An example of the reaction of a microbial fuel cell when the wastewater is in an acidic state is shown. At the anode, organic matter is decomposed by the metabolism of microorganisms. At this time, the reaction represented by the following formula 1 occurs.

有機物+2HO→CO+4H+4e ・・・式1 Organic matter + 2H 2 O → CO 2 + 4H + + 4e -... Equation 1

式1の反応で発生した電子(e)はアノードに取り込まれ抵抗を経由してカソード側へと移動する。また、式1の反応で発生したプロトン(H)は、廃水中を通過して、カソード側へと移動する。 The electrons (e ) generated in the reaction of Equation 1 are taken into the anode and move to the cathode side via the resistor. Further, the proton (H + ) generated in the reaction of the formula 1 passes through the wastewater and moves to the cathode side.

また、カソードでは、アノード側から移動してきた電子とプロトン、及びカソード付近の酸素が下記の式2に示す反応をする。 Further, at the cathode, electrons and protons transferred from the anode side and oxygen near the cathode undergo the reaction shown in the following formula 2.

+4H+4e→2HO ・・・式2 O 2 + 4H + + 4e- → 2H 2 O ・ ・ ・ Equation 2

そして、上記の式1および式2に示す反応が繰り返されることで、カソードとアノードとの間に起電力が発生する。このような動作により、電子が抵抗を流れると、オームの法則に従って両端に電圧が発生し、電気エネルギーが消費される。すなわち、微生物燃料電池では、抵抗において電気エネルギーを回収することができる。したがって、抵抗としては、電力を消費または蓄積するデバイスなどが用いられる。電力は熱、光、運動エネルギーなどに変換されることで消費されるので、電力を消費するデバイスとしては、抵抗器、ヒーター、照明、モーター、ポンプ等が挙げられる。また、電力を蓄積するデバイスとしては、二次電池、キャパシタ、コンデンサ等が挙げられる。 Then, by repeating the reactions shown in the above formulas 1 and 2, an electromotive force is generated between the cathode and the anode. By such an operation, when an electron flows through a resistance, a voltage is generated at both ends according to Ohm's law, and electric energy is consumed. That is, in a microbial fuel cell, electric energy can be recovered by resistance. Therefore, as the resistance, a device that consumes or stores electric power or the like is used. Since electric power is consumed by being converted into heat, light, kinetic energy, and the like, examples of devices that consume electric power include resistors, heaters, lights, motors, and pumps. Further, examples of the device for storing electric power include a secondary battery, a capacitor, a capacitor and the like.

以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。但し、以下の実施例は本発明の権利範囲を何ら制限するものではない。なお、実施例および比較例における「部」は「質量部」、「%」は「質量%」を表す。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the following examples do not limit the scope of rights of the present invention at all. In the examples and comparative examples, "parts" means "parts by mass" and "%" means "% by mass".

<微生物燃料電池用カソード>
ケッチェンブラック(ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製)と鉄フタロシアニン P-26(山陽色素社製)を、質量比1/0.5(ケッチェンブラック/鉄フタロシアニン)となるようにそれぞれ秤量し、乾式混合を行い、混合物を得た。上記混合物を、アルミナ製るつぼに充填し、電気炉にて窒素雰囲気下、600℃で2時間熱処理を行い、炭素触媒を得た。
<Cathode for microbial fuel cell>
Weigh Ketjen Black (manufactured by Lion Specialty Chemicals Co., Ltd.) and Iron Phthalocyanine P-26 (manufactured by Sanyo Pigment Co., Ltd.) so that the mass ratio is 1/0.5 (Ketjen Black / Iron Phthalocyanine), and dry. Mixing was performed to obtain a mixture. The above mixture was filled in an alumina crucible and heat-treated in an electric furnace at 600 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere to obtain a carbon catalyst.

上記の炭素触媒14部、PVDF#7200(ポリフッ化ビニリデン、クレハ社製)6部、N-メチルピロリドン80部、を混合して電極形成用組成物を得た。カーボンフェルト(大きさ10cm×10cm、日本カーボン社製)上に、上記の電極形成用組成物を目付け量が3mg/cmとなるように塗工した後、オーブンで乾燥させてカソードを作製した。 14 parts of the above carbon catalyst, 6 parts of PVDF # 7200 (polyvinylidene fluoride, manufactured by Kureha Corporation), and 80 parts of N-methylpyrrolidone were mixed to obtain an electrode forming composition. The above electrode forming composition was applied onto carbon felt (size 10 cm × 10 cm, manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) so that the basis weight was 3 mg / cm 2 , and then dried in an oven to prepare a cathode. ..

<微生物燃料電池用アノード>
(導電層形成用組成物の調製)
[製造例1]
導電性材料として、銅粉(和光純薬社製)17質量%、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンであるKFポリマー#9200(クレハ社製)3質量%、溶媒としてN-メチルピロリドン80質量%、をミキサーにて混合して固形分が20質量%となる導電層形成用組成物(1)を得た。
<Anode for microbial fuel cell>
(Preparation of composition for forming a conductive layer)
[Manufacturing Example 1]
Mixer 17% by mass of copper powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a conductive material, 3% by mass of KF polymer # 9200 (manufactured by Kureha) which is polyvinylidene fluoride as a binder, and 80% by mass of N-methylpyrrolidone as a solvent. The composition (1) for forming a conductive layer having a solid content of 20% by mass was obtained.

[製造例2~10]
表1に示す導電性材料、バインダー、溶媒を用いて、導電層形成用組成物(1)と同様の方法で導電層形成用組成物(2)~(10)を作製した。
[Manufacturing Examples 2 to 10]
Using the conductive material, the binder, and the solvent shown in Table 1, the compositions (2) to (10) for forming the conductive layer were prepared in the same manner as the composition for forming the conductive layer (1).

Figure 2022035428000002
Figure 2022035428000002

(電極の作製)
コア粒子として使用した材料を下記に示す。
・ガラスビーズ:直径3mm
・ジルコニアビーズ:直径5mm
(Preparation of electrodes)
The materials used as core particles are shown below.
・ Glass beads: 3 mm in diameter
・ Zirconia beads: 5 mm in diameter

[実施例1]
直径3mmのガラスビーズ30gと電極組成物(1)3gとを、攪拌脱泡機にて混合した。その後80℃にて乾燥し、粒子状電極(1)を得た。粒子状電極(1)の導電層の膜厚は40μmであった。
[Example 1]
30 g of glass beads having a diameter of 3 mm and 3 g of the electrode composition (1) were mixed by a stirring defoaming machine. Then, it dried at 80 degreeC, and the particulate electrode (1) was obtained. The film thickness of the conductive layer of the particulate electrode (1) was 40 μm.

[実施例2~11]
表2に示す基材と導電層形成用組成物を用いて、粒子状電極(1)と同様の方法で粒子状電極(2)~(11)を得た。粒子状電極(2)~(10)の導電層の膜厚は、粒子状電極(1)と同等だった。また、粒子状電極(11)の導電層の膜厚は150μmであった。
[Examples 2 to 11]
Using the base material shown in Table 2 and the composition for forming a conductive layer, particulate electrodes (2) to (11) were obtained in the same manner as in the particulate electrode (1). The film thickness of the conductive layer of the particulate electrodes (2) to (10) was the same as that of the particulate electrode (1). The film thickness of the conductive layer of the particulate electrode (11) was 150 μm.

[比較例1]
導電性材料として球状黒鉛CGB-50(日本黒鉛社製、平均粒径50μm)を粒子状電極として用いた。
[Comparative Example 1]
Spheroidal graphite CGB-50 (manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd., average particle size 50 μm) was used as the conductive material as the particulate electrode.

(電極の導電性評価)
作製した粒子状電極30gをカーボンフェルト(大きさ5cm×5cm、日本カーボン社製)で挟み、1kgの加重を加えた時のカーボンフェルト間の導電性をテスター(デジダルマルチテスタTDE-200A、TRUSCO社製)にて評価した。
下記に抵抗値の判断基準を示す。
:1.0×10Ω未満(極めて良好)
〇:1.0×10Ω以上、1.0×10Ω未満(良好)
〇△:1.0×10Ω以上、1.0×10Ω未満(実用上問題なし)
△:1.0×10Ω以上、1.0×10Ω未満(実用の用途が限られる)
×:1.0×10Ω以上(実用不可)
(Evaluation of electrode conductivity)
30 g of the produced particulate electrode is sandwiched between carbon felts (size 5 cm x 5 cm, manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.), and the conductivity between the carbon felts when a load of 1 kg is applied is measured by a tester (Digidal Multitester TDE-200A, TRUSCO). Made).
The criteria for determining the resistance value are shown below.
: Less than 1.0 x 10Ω (extremely good)
〇: 1.0 x 10 Ω or more, less than 1.0 x 10 2 Ω (good)
〇 △: 1.0 × 10 2 Ω or more, less than 1.0 × 10 3 Ω (no problem in practical use)
Δ: 1.0 × 10 3 Ω or more, less than 1.0 × 10 4 Ω (practical use is limited)
×: 1.0 × 10 4 Ω or more (not practical)

本発明の粒子状電極は導電性材料が基材にしっかり密着しているため、安価で抵抗値の小さい電極を作製できた。 Since the conductive material of the particulate electrode of the present invention is firmly adhered to the base material, an electrode having a low resistance value can be manufactured at low cost.

(微生物燃料電池による発電特性評価)
1000mLの容量を持つ電解槽内で、電子供与微生物として、Shewanella oneidenis MR-1(単一培養、10cells/mL)と水田土壌の混合液を30℃で3日間嫌気的に培養した後、電解質溶液としてKHPO/KHPO(pH7.0)の緩衝溶液を使用し、栄養基質としてグルコースを含む生活廃水を2.0gCOD/L/日(COD:化学的酸素要求量)を連続的に流入させた。実施例に記載したカソードと実施例の粒子状電極を用いたアノードをそれぞれ電解槽へ挿入した。アノードは300mL容器に対し、粒子状電極を150mLまで入れ、上から加重をかけて使用した。カソードとアノードに配線を取り付けて外部抵抗(1kΩ)に接続し、微生物燃料電池を連続運転させた。
(Evaluation of power generation characteristics by microbial fuel cell)
After anaerobically culturing a mixed solution of Shewanella oneidenis MR-1 ( single culture, 105 cells / mL) and paddy soil at 30 ° C. for 3 days as an electron donating microorganism in an electrolytic cell having a capacity of 1000 mL. A buffer solution of K 2 HPO 4 / KH 2 PO 4 (pH 7.0) was used as the electrolyte solution, and 2.0 g COD / L / day (COD: chemical oxygen demand) of domestic wastewater containing glucose as a nutrient substrate. Inflowed continuously. The cathode described in the example and the anode using the particulate electrode of the example were inserted into the electrolytic cell, respectively. The anode was used by putting up to 150 mL of particulate electrodes in a 300 mL container and applying a weight from above. Wiring was attached to the cathode and anode and connected to an external resistance (1 kΩ) to continuously operate the microbial fuel cell.

(発電特性評価)
1週間後の微生物燃料電池の電圧と電流をテスターで測定して出力を算出した。下記に判断基準を示し、結果を表2に示す。
◎:発電特性 25μW以上(極めて良好)
〇:発電特性 20μW以上25μW未満(良好)
〇△:発電特性 15μW以上20μW未満(実用上問題なし)
△:発電特性 5μW以上15μW未満(不良)
×:発電特性 5μW未満(極めて不良)
(Evaluation of power generation characteristics)
The voltage and current of the microbial fuel cell after one week were measured with a tester to calculate the output. The judgment criteria are shown below, and the results are shown in Table 2.
⊚: Power generation characteristics 25 μW or more (extremely good)
〇: Power generation characteristics 20 μW or more and less than 25 μW (good)
〇 △: Power generation characteristics 15 μW or more and less than 20 μW (no problem in practical use)
Δ: Power generation characteristics 5 μW or more and less than 15 μW (defective)
×: Power generation characteristics less than 5 μW (extremely defective)

(耐久性評価)
発電特性評価を実施した時点での発電特性を100%とし、さらに3週間後の発電特性を測定して発電特性の維持率を算出して評価した。下記に判断基準を示し、結果を表2に示す。
◎:発電特性維持率 80%以上(極めて良好)
〇:発電特性維持率 70%以上80%未満(良好)
〇△:発電特性維持率 60%以上70%未満(実用上問題なし)
△:発電特性維持率 40%以上60%未満(不良)
×:発電特性維持率 40%未満(極めて不良)
(Durability evaluation)
The power generation characteristics at the time when the power generation characteristics were evaluated were set to 100%, and the power generation characteristics after 3 weeks were measured to calculate and evaluate the maintenance rate of the power generation characteristics. The judgment criteria are shown below, and the results are shown in Table 2.
◎: Power generation characteristic maintenance rate 80% or more (extremely good)
〇: Power generation characteristic maintenance rate 70% or more and less than 80% (good)
〇 △: Power generation characteristic maintenance rate 60% or more and less than 70% (no problem in practical use)
Δ: Power generation characteristic maintenance rate 40% or more and less than 60% (defective)
×: Power generation characteristic maintenance rate less than 40% (extremely poor)

Figure 2022035428000003
Figure 2022035428000003

表2から、実施例に比べ比較例では著しく耐久性が低下することが示された。比較例1では球状黒鉛そのものを用いることで抵抗値は低かったが、浸水した際に黒鉛同士の結着を維持することが難しかったと思われる。さらに、平均粒子径が100μm未満の球状黒鉛であることから粒子間の隙間が小さいため汚れが詰まりやすく、耐久性や発電特性は著しく低下したと考えられる。
また、導電材と水溶性樹脂との組み合わせにより発電特性および耐久性が増大した。これは、電極表面近傍に水溶性樹脂が存在することで微生物に対する親和性が高まり、微生物の担持量が増えたため、発電特性とともに耐久性も改善されたためと考えられる。また、水溶性樹脂の水との高い親和性による電極の電解液に対する濡れ性の向上とともに、水溶性樹脂の膨潤、あるいは水溶性樹脂の溶出による流路の形成により、プロトンの拡散が改善され、発電特性が向上したものと考えられる。また、全固形分の合計100質量%に対して、組成物中の導電材の含有率が、85質量%以上の場合、より高い発電特性を示した。導電材間の電子パスが十分存在することから、表面により多くの導電材が露出することによって導電材と微生物の間の電子パスが増加したためと考える。
From Table 2, it was shown that the durability was significantly reduced in the comparative example as compared with the example. In Comparative Example 1, the resistance value was low by using the spheroidal graphite itself, but it seems that it was difficult to maintain the binding between the graphites when flooded. Further, since the spheroidal graphite having an average particle diameter of less than 100 μm, the gaps between the particles are small, so that dirt is easily clogged, and it is considered that the durability and power generation characteristics are significantly deteriorated.
In addition, the combination of the conductive material and the water-soluble resin increased the power generation characteristics and durability. It is considered that this is because the presence of the water-soluble resin near the surface of the electrode enhances the affinity for microorganisms and increases the amount of microorganisms supported, so that the power generation characteristics and durability are improved. In addition, the high affinity of the water-soluble resin with water improves the wettability of the electrode with respect to the electrolytic solution, and the swelling of the water-soluble resin or the formation of a flow path due to the elution of the water-soluble resin improves the diffusion of protons. It is considered that the power generation characteristics have improved. Further, when the content of the conductive material in the composition was 85% by mass or more with respect to the total solid content of 100% by mass, higher power generation characteristics were exhibited. Since there are sufficient electron paths between the conductive materials, it is considered that the electron paths between the conductive materials and the microorganisms increased due to the exposure of more conductive materials on the surface.

また、導電材として、グラファイトとそれ以外の炭素材料を組み合わせることによって、電池性能が改善したことから、微生物の吸着に好適な表面形態が形成されたと考察した。また、導電材の平均比表面積が5m/g以上である場合、発電特性が向上した。これは、アノードの表面積が大きくなり、微生物の吸着性が向上したためと考える。また、平均比表面積が300m/g以下である場合、耐久性が改善した。アノードの表面粗さが大きくなり、微生物の吸着性が向上したものと考察する。 Further, it was considered that the combination of graphite and other carbon materials as the conductive material improved the battery performance, and thus the surface morphology suitable for the adsorption of microorganisms was formed. Further, when the average specific surface area of the conductive material is 5 m 2 / g or more, the power generation characteristics are improved. It is considered that this is because the surface area of the anode has increased and the adsorptivity of microorganisms has improved. Further, when the average specific surface area was 300 m 2 / g or less, the durability was improved. It is considered that the surface roughness of the anode has increased and the adsorptivity of microorganisms has improved.

また、それぞれの電極表面には発電菌などによるバイオフィルムが形成されていたが、比較例1の形態では取り除くことが困難だった。一方で、本発明の導電ビーズはバイオフィルムを水で洗い流すことができ、その後も電極として問題なく使用可能だった。本発明の粒子状電極を用いることで、リサイクル性にも優れた微生物燃料電池を提供することができる。 In addition, a biofilm formed by power generation bacteria or the like was formed on the surface of each electrode, but it was difficult to remove it in the form of Comparative Example 1. On the other hand, the conductive beads of the present invention could be used as an electrode without any problem even after the biofilm could be washed away with water. By using the particulate electrode of the present invention, it is possible to provide a microbial fuel cell having excellent recyclability.

1 コア粒子
2 導電層
3 粒子状電極
4 電極
5 カソード電極
6 外部抵抗
7 電解質溶液
8 容器
1 Core particle 2 Conductive layer 3 Particle-like electrode 4 Electrode 5 Cathode electrode 6 External resistance 7 Electrolyte solution 8 Container

Claims (4)

コア粒子と、コア粒子の表面に形成された導電性材料を含む導電層とを有する粒子状電極。 A particulate electrode having core particles and a conductive layer containing a conductive material formed on the surface of the core particles. 導電層が、インキ組成物の塗膜である請求項1に記載の粒子状電極。 The particulate electrode according to claim 1, wherein the conductive layer is a coating film of an ink composition. コア粒子が非導電性粒子である請求項1または2に記載の粒子状電極。 The particulate electrode according to claim 1 or 2, wherein the core particles are non-conductive particles. 請求項1~3いずれかに記載の粒子状電極を用いた微生物燃料電池。

A microbial fuel cell using the particulate electrode according to any one of claims 1 to 3.

JP2020139750A 2020-08-21 2020-08-21 Particulate electrodes and microbial fuel cells Pending JP2022035428A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020139750A JP2022035428A (en) 2020-08-21 2020-08-21 Particulate electrodes and microbial fuel cells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020139750A JP2022035428A (en) 2020-08-21 2020-08-21 Particulate electrodes and microbial fuel cells

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022035428A true JP2022035428A (en) 2022-03-04

Family

ID=80443487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020139750A Pending JP2022035428A (en) 2020-08-21 2020-08-21 Particulate electrodes and microbial fuel cells

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2022035428A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN120565748A (en) * 2025-07-31 2025-08-29 南京师范大学 Microbial fuel cell particles for removing heavy metal pollutants from water bodies and preparation method thereof

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100035124A1 (en) * 2008-08-11 2010-02-11 Gm Clobal Technology Operations, Inc. Hybrid particle and core-shell electrode structure
JP2012038554A (en) * 2010-08-06 2012-02-23 Amaz Techno-Consultant Llc Metal compound powder and method of manufacturing the same
JP2015230793A (en) * 2014-06-04 2015-12-21 日立化成株式会社 Conductive material
JP2016024865A (en) * 2014-07-16 2016-02-08 積水化学工業株式会社 Electrode module for microbial fuel cell and microbial fuel cell
JP2016152068A (en) * 2015-02-16 2016-08-22 学校法人同志社 Positive electrode, air secondary battery using the same, and method for manufacturing positive electrode
JP2017183012A (en) * 2016-03-29 2017-10-05 シャープ株式会社 Microbial fuel cell
JP2019079762A (en) * 2017-10-27 2019-05-23 アクテイブ株式会社 Bio-fuel power generation device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100035124A1 (en) * 2008-08-11 2010-02-11 Gm Clobal Technology Operations, Inc. Hybrid particle and core-shell electrode structure
JP2012038554A (en) * 2010-08-06 2012-02-23 Amaz Techno-Consultant Llc Metal compound powder and method of manufacturing the same
JP2015230793A (en) * 2014-06-04 2015-12-21 日立化成株式会社 Conductive material
JP2016024865A (en) * 2014-07-16 2016-02-08 積水化学工業株式会社 Electrode module for microbial fuel cell and microbial fuel cell
JP2016152068A (en) * 2015-02-16 2016-08-22 学校法人同志社 Positive electrode, air secondary battery using the same, and method for manufacturing positive electrode
JP2017183012A (en) * 2016-03-29 2017-10-05 シャープ株式会社 Microbial fuel cell
JP2019079762A (en) * 2017-10-27 2019-05-23 アクテイブ株式会社 Bio-fuel power generation device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN120565748A (en) * 2025-07-31 2025-08-29 南京师范大学 Microbial fuel cell particles for removing heavy metal pollutants from water bodies and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7119612B2 (en) Composition for porous electrode, porous electrode and battery using the same
JP6354393B2 (en) Aqueous catalyst paste composition for fuel cell and fuel cell
JP7318294B2 (en) Carbon material for anode electrode, composition, electrode, and biofuel cell using the same
JP6834524B2 (en) Electrode-forming compositions, electrodes, and microbial fuel cells used in microbial fuel cells
JP2016038988A (en) Carbon catalyst for microbial fuel battery, manufacturing method thereof, catalyst ink and microbial fuel battery
WO2020013138A1 (en) Carbon catalyst for positive electrode of enzyme power-generation device, and enzyme power-generation device
JP2018036201A (en) Electrode paste composition for self generation type sensor, electrode for self generation type sensor, and self generation type sensor
JP2016192399A (en) Fuel cell paste composition and fuel cell
JP7063155B2 (en) Microbial fuel cell device
JP7484161B2 (en) Microbial fuel cell device
JP7543684B2 (en) Composition for forming anode of microbial fuel cell, anode and microbial fuel cell
JP2022035428A (en) Particulate electrodes and microbial fuel cells
JP7371474B2 (en) Microbial fuel cell device
JP7205209B2 (en) Catalyst ink material for biofuel cell anode, catalyst ink composition for biofuel cell anode, biofuel cell anode, biofuel cell device
JP2018166086A (en) Electrode paste composition for enzyme battery cathode, electrode for enzyme battery cathode, and enzyme electrode battery
JP7063128B2 (en) Conductive substrate for enzyme power generation device, electrode for enzyme power generation device and enzyme power generation device
JP7215139B2 (en) Catalyst ink composition for biofuel cell anode, biofuel cell anode, biofuel cell device
JP7375509B2 (en) Electrodes for enzyme sensors and enzyme sensors
JP7559490B2 (en) Composition for forming an electrode for a microbial fuel cell, an electrode for a microbial fuel cell, and a microbial fuel cell
JP7547759B2 (en) Composition for forming fuel cell electrode, and electrode and fuel cell made using the same
JP7200640B2 (en) Enzyme power generation device
JP2020009667A (en) Composition for forming battery electrode, electrode, and microbial fuel cell device
JP7540185B2 (en) Conductive composition for thermochemical battery electrodes
JP7063147B2 (en) Conductive substrate for enzyme power generation device, electrode for enzyme power generation device and enzyme power generation device
JP7192264B2 (en) Electrode for enzyme power generation device and enzyme power generation device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230508

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240220

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240312

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240426

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240806

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20241002

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20250204

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250425