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バイオ電池 コモンズ

国内特許コード P130009901
整理番号 12T053
掲載日 2013年9月17日
出願番号 特願2006-547901
登録番号 特許第5059413号
出願日 平成17年11月28日(2005.11.28)
登録日 平成24年8月10日(2012.8.10)
国際出願番号 JP2005021801
国際公開番号 WO2006057387
国際出願日 平成17年11月28日(2005.11.28)
国際公開日 平成18年6月1日(2006.6.1)
優先権データ
  • 特願2004-341423 (2004.11.26) JP
発明者
  • 山口 猛央
  • 田巻 孝敬
出願人
  • 国立大学法人東京工業大学
発明の名称 バイオ電池 コモンズ
発明の概要 本発明は、電子授受に関与する材料、及び該材料を用いたバイオ燃料電池であって出力密度を向上させたバイオ燃料電池、並びにそれらの製造方法を提供する。特に、本発明は、7nm以上の細孔にかかる比表面積である外部比表面積が0.5m/g以上である電子伝導体、レドックスポリマー、及び生体触媒又はその類似体を有する材料であって、レドックスポリマーは、酸化還元挙動を示す酸化還元部位を有し、且つ10-16S/cm以上の電子伝導性を示す材料を提供する。
従来技術、競合技術の概要


近年、燃料電池の研究・開発が特に盛んになっている。ここでの燃料電池は、水素源として、水素それ自体又はメタノールを用いている。
一方、触媒として生体触媒を用いるバイオ燃料電池がある。このバイオ燃料電池は、生体触媒(例えば酵素及び該酵素を含む生体物質)により燃料を酸化する際に生じた還元型の補酵素から、容易に酸化・還元反応を行うメディエータ(mediator)により、電子を外部回路に取り出すことで、燃料の持つ化学エネルギーを電気エネルギーへ変換するデバイスである。前述のように、バイオ燃料電池は、触媒が生体触媒(例えば酵素)であるため、該生体触媒の選択により、様々な基質を燃料として利用できる。そのため、従来の燃料電池では十分に検討されなかった、バイオマス由来の物質、例えばグルコース又はエタノールから電気エネルギーを取り出すデバイスとしてのバイオ燃料電池、生体内に存在するグルコース又は乳酸などにより作動するミクロな医療機器の動力源としてのバイオ燃料電池の開発が期待されている。
【非特許文献1】
A.Heller, Phys. Chem. Chem. Phys., 6, 209(2004)。
【特許文献1】
米国特許第6,531,239号。

産業上の利用分野


本発明は、電子授受に関与する材料に関する。また、本発明は、該材料を電極として用いるバイオ電池、特にバイオ燃料電池、並びにそれらの製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
7nm以上の細孔にかかる比表面積である外部比表面積が0.5m/g以上であるカーボン、レドックスポリマー、及び生体触媒又はその類似体を有する材料であって、
前記カーボンが重合開始基を有し、
前記レドックスポリマーは、該重合開始基からグラフト重合により形成され、その一端が前記カーボンに化学的に結合し、
前記レドックスポリマーは、酸化還元挙動を示す酸化還元部位を有し、且つ10-16S/cm以上の電子伝導性を示す、上記材料。

【請求項2】
前記材料と接触する第1の物質が前記生体触媒又はその類似体により酸化される際に生じる電子を前記レドックスポリマーを介して電子伝導体に伝達する請求項1記載の材料

【請求項3】
前記材料と接触する第2の物質が前記生体触媒又はその類似体により還元される際の電子を電子伝導体を介してレドックスポリマーに伝達する請求項1記載の材料

【請求項4】
前記カーボンが、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、及びカーボンナノホーンからなる群から選ばれる請求項1~3のいずれか1項記載の材料。

【請求項5】
前記カーボンの外部比表面積が1m/g以上である請求項1~のいずれか1項記載の材料。

【請求項6】
前記レドックスポリマーの酸化還元部位が、フェロセン誘導体類、キノン化合物、オスミウムビピリジン錯体類、オスミウムビイミダゾール錯体類、ビオローゲン、及び2,2-アゾビス(3-エチルベンゾチアゾリン-6-スルホネート)からなる群から選ばれる請求項1~のいずれか1項記載の材料。

【請求項7】
前記生体触媒が、グルコースオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、グルコン酸2-デヒドロゲナーゼ、ケトグルコン酸2-デヒドロゲナーゼ、アルコールオキシダーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、ギ酸デヒドロゲナーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、アルドースデヒドロゲナーゼ、オリゴ糖デヒドロゲナーゼ、ビリルビンオキシダーゼ、ラッカーゼ、及びシトクロームオキシダーゼからなる群から選ばれる請求項1~のいずれか1項記載の材料。

【請求項8】
前記材料が、電池用負極、又は電池用正極として用いられる請求項1~のいずれか1項記載の材料。

【請求項9】
7nm以上の細孔にかかる比表面積である外部比表面積が0.5m/g以上であるカーボン、レドックスポリマー、及び生体触媒又はその類似体を有する材料の製造方法であって、次のa)~c)を順不同に有するか及び/又はa)~c)のいずれか2つもしくは3つを同時に行う、上記方法:
a)重合開始基を有するカーボンとレドックスポリマー前駆体とを混合し、前記重合開始基からグラフト重合するポリマーを前記レドックスポリマー前駆体から形成し、前記カーボンと前記ポリマーとを化学的に結合する工程(但し、酸化還元部位を有しないレドックスポリマー前駆体を用いる場合、前記酸化還元部位をレドックスポリマー前駆体に導入しレドックスポリマーを形成する工程をa)~c)の工程のいずれかの前後又はa)~c)と同時に有する);
b)カーボンの粒子をカーボンの3次元的なネットワークへと形成する工程;及び
c)生体触媒又はその類似体を導入する工程。

【請求項10】
前記a)工程、前記b)工程及び前記c)工程の順で行う請求項9記載の方法であって、
前記b)工程は、前記a)工程で得られたカーボンの粒子を用いて、前記カーボンの3次元的なネットワークを形成し、
前記c)工程は、前記b)工程で得られた3次元的なネットワークへ、生体触媒又はその類似体を導入する、請求項9記載の方法。

【請求項11】
請求項1~8のいずれか1項記載の材料を有する負極;
電子伝導性及びプロトン伝導性を有する正極;及び
前記正極と前記負極とに挟まれた電解質;を有する電池

【請求項12】
前記負極がプロトン伝導性を有する請求項11記載の電池。

【請求項13】
前記正極が、請求項1~8のいずれか1項記載の材料を有する請求項11又は12記載の電池。

【請求項14】
請求項1~8のいずれか1項記載の材料を有する正極;
電子伝導性及びプロトン伝導性を有する負極;及び
前記正極と前記負極とに挟まれた電解質;を有する電池。

【請求項15】
前記正極は、プロトン伝導性を有する請求項14記載の電池。

【請求項16】
電池の燃料がメタノールであり、前記生体触媒がアルコールデヒドロゲナーゼ、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、及びギ酸デヒドロゲナーゼである請求項11~15のいずれか1項記載の電池。

【請求項17】
電池の燃料がエタノールであり、前記生体触媒がアルコールデヒドロゲナーゼ、及びアルデヒドデヒドロゲナーゼである請求項11~15のいずれか1項記載の電池。

【請求項18】
電池の燃料がグルコースであり、前記生体触媒がグルコースオキシダーゼ、グルコン酸2-デヒドロゲナーゼ、及びケトグルコン酸デヒドロゲナーゼである請求項11~15のいずれか1項記載の電池。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 登録
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