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蓄放電可能な物質並びにこれを用いた二次電池及び微生物二次電池 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P150011173
掲載日 2015年1月23日
出願番号 特願2013-183961
公開番号 特開2014-064566
出願日 平成25年9月5日(2013.9.5)
公開日 平成26年4月17日(2014.4.17)
優先権データ
  • 特願2012-197971 (2012.9.7) JP
発明者
  • 二又 裕之
  • 鈴木 渓
出願人
  • 国立大学法人静岡大学
発明の名称 蓄放電可能な物質並びにこれを用いた二次電池及び微生物二次電池 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】微生物燃料電池のみならず二次電池ないし微生物二次電池にも応用できる新規な素材、特に蓄放電可能な新規な素材を提供する。
【解決手段】Desulfovibrio属、Desulfotomaculum属、Ochrobactrum属、Actinobacteria門、Bacterium属、Sporotalea属、Geosinus属、Firmicutes属、Selenomonas属、Veillonellaceae科、Clostridium属、Psychrosinus属、Anaerovibrio属、Sporomusa属、Propionispora属、及びPelosinus属から選択される少なくとも1つの微生物を、少なくともFe3+を含む電解質と有機物とを含む培地にて培養することによって得られる沈殿物を含む、蓄放電可能な物質。
【選択図】図18
従来技術、競合技術の概要



循環型低炭素化社会の構築において、廃棄物の有効利用及びクリーンエネルギーの創出は解決すべき大きな課題である。微生物による生物化学的変換機能を利用した微生物燃料電池は、有機性廃棄物から直接電気エネルギーを取り出せる装置として世界的に着目され、研究が推進されている。一方で、電流密度が極めて低く実用化には未だ至っていない。





この問題点を克服するためには、より良い電気生産微生物の探索や解析と同時に新しい素材の開発等が求められている。すなわち、燃料電池内の内部抵抗を低減し、かつスムーズに有機物から微生物そして電極へと電子が流れることが肝要である。





この課題を克服する一つの手段として、微生物と親和性の高い電極(バイオエレクトロード)を開発する必要がある。さらには、微生物による微弱な電気を蓄電できる素材やシステムが開発されれば、エネルギー問題の解決に大きく貢献し得る。





バイオエレクトロードに関しては、負極を修飾させ、電流密度の増加に成功した研究(非特許文献1及び2)、あるいはFeS系の化合物を添加することにより、有機物から微生物そして電極へとスムーズに電子が流れることにより電流密度の増加に成功した研究(特許文献1)が報告されている。





しかし、これらの研究では、電気が不要な時に貯める(蓄電)ことかつ必要な時に放電させることはできない。

産業上の利用分野



本発明は、蓄放電可能な物質並びにこれを用いた二次電池及び微生物二次電池に関し、特に、バイオミネラリゼーションによって得られた沈殿物を含む蓄放電可能な物質、並びに該物質を用いた二次電池及び微生物二次電池に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
デスルホビブリオ(Desulfovibrio)属、デスルホトマクルム(Desulfotomaculum)属、オクロバクテリウム(Ochrobactrum)属、アクチノバクテリア(Actinobacteria)門、バクテリウム(Bacterium)属、スポロタレア(Sporotalea)属、ジェオシヌス(Geosinus)属、ファーミキューテス(Firmicutes)属、セレノモナス(Selenomonas)属、ベイヨネラ(Veillonellaceae)科、クロストリジウム(Clostridium)属、サイクロシヌス(Psychrosinus)属、アナエロビブリオ(Anaerovibrio)属、(スポロミュサ)Sporomusa属、プロピオニスポラ(Propionispora)属、サクシニスピラ(Succinispira)属、バチルス(Bacillus)属、オセアノバチルス(Oceanobacillus)属、ブラキスピラ(Brachyspira)属、アナエロスポラ(Anaerospora)属、アセトネマ(Acetonema)属、カルノコッカス(Carnococcus)属、トリココッカス(Trichococcus)属及びペロシヌス(Pelosinus)属から選択される少なくとも1つの微生物を、少なくともFe3+を含む電解質と有機物とを含む培地にて培養することによって得られる沈殿物を含む、蓄放電可能な物質。

【請求項2】
前記微生物が、デスルホビブリオ・ブルガリス(Desulfovibrio vulgaris)、デスルホビブリオ・オリゼ(Desulfovibrio oryzae)、デスルホトマクルム・ガットイデウム(Desulfotomaculum guttoideum)、バチルス・アイドリエンシス(Bacillus idriensis)、オクロバクテリウム・アンスロピ(Ochrobactrum anthropi)、クロストリジウム・セレレクレッセンス(Clostridium celerecrescens)、スポロタレア・プロピオーニカ(Sporotalea propionica)、スポロタレア・コロニカ(Sporotalea colonica)、サイクロシヌス・フェルメンタンス(Psychrosinus fermentans)、ペロシヌス・フェルメンタンス(Pelosinus fermentans、セレノモナス・ルミナンティウム(Selenomonas ruminantium)、セレノモナス・ラクティシフェクス(Selenomonas lacticifex)、クロストリジウム・ケルシコラム(Clostridium quercicolum)、アナエロビブリオ・ブルキナベンシス(Anaerovibrio burkinabensis)、アナエロビブリオ・グリセリニ(Anaerovibrio glycerini)、スポロミュサ・リザエ(Sporomusa rhizae)、プロピオニスポラ・ヒッペイ(Propionispora hippei)、アナエロミュサ・アシダミノフィラ(Anaeromusa acidaminophila)、サクシニスピラ・モビリス(Succinispira mobilis)、デスルホビブリオ・ターミティディス(Desulfovibrio termitidis)、デスルホビブリオ・オキサミクス(Desulfovibrio oxamicus)、デスルホビブリオ・インテスティナリス(Desulfovibrio intestinalis)、デスルホビブリオ・デスルフリカンス(Desulfovibrio desulfuricans)、デスルホビブリオ・フェアフィルデンシス(Desulfovibrio fairfieldensis)、プロピオニスポラ・ビブリオイデス(Propionispora vibrioides)、スポロミュサ・アシドボランス(Sporomusa acidovorans)、アナエロスポラ・ホンコンゲンシス(Anaerospora hongkongensis)、アセトネマ・ロングム(Acetonema longum)、カルノコッカス・アラントイクス(Carnococcus allantoicus)、トリココッカス・コリンシイ(Trichococcus collinisii)、並びに、バクテリウム(Bacterium)CBIC45I1株及びその近縁の微生物から選択される少なくとも1つの微生物を含む、請求項1に記載の蓄放電可能な物質。

【請求項3】
前記電解質が、さらにCa2+、K、Ti3+、Na、Cu2+、Mg2+、PO3-、Se4+、Ni2+、Co2+、Mn2+、Zn2+、Mo6+、W6+及びFe2+から選択される少なくとも1つの電解質を含む、請求項1又は2に記載の蓄放電可能な物質。

【請求項4】
前記有機物が、乳酸、クエン酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、蟻酸、又はピルビン酸である有機酸及びこれらの塩、並びにグルコースから選択される少なくとも1つを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の蓄放電可能な物質。

【請求項5】
前記沈殿物が少なくとも鉄元素を含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の蓄放電可能な物質。

【請求項6】
前記沈殿物が、さらにカルシウム、カリウム、炭素、チタン、ナトリウム、銅、マグネシウム、ケイ素、リン、フッ素、セレン、ニッケル、コバルト、モリブデン、タングステン及び酸素から選択される少なくとも1つの元素を含む、請求項5に記載の蓄放電可能な物質。

【請求項7】
前記沈殿物が微生物を含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の蓄放電可能な物質。

【請求項8】
蓄放電物質として請求項1~7のいずれか一項に記載の蓄放電可能な物質を含む、二次電池。

【請求項9】
電気化学セルの負極槽中に、電気産生微生物と有機物と請求項1~7のいずれか一項に記載の蓄放電可能な物質とを含む、微生物二次電池。

【請求項10】
前記負極槽において、前記蓄放電可能な物質の少なくとも一部が負極に接触している、請求項9に記載の微生物二次電池。

【請求項11】
前記電気産生微生物は、ゲオバクター(Geobacter)属、シューワネラ(Shewanella)属、クロストリジウム(Clostridium)属、デスルホビブリオ(Desulfovibrio)属、デスルホトマクルム(Desulfotomaculum)属、オクロバクテリウム(Ochrobactrum)属、アクチノバクテリア(Actinobacteria)門、バクテリウム(Bacterium)属、スポロタレア(Sporotalea)属、ジェオシヌス(Geosinus)属、ファーミキューテス(Firmicutes)属、セレノモナス(Selenomonas)属、ベイロネラセアエ(Veillonellaceae)科、サイクロシヌス(Psychrosinus)属、アナエロビブリオ(Anaerovibrio)属、スポロミュサ(Sporomusa)属、プロピオニスポラ(Propionispora)属、サクシニスピラ(Succinispira)属、バチルス(Bacillus)属、オセアノバチルス(Oceanobacillus)属、ブラキスピラ(Brachyspira)属、アナエロスポラ(Anaerospora)属、アセトネマ(Acetonema)属、カルノコッカス(Carnococcus)属、トリココッカス(Trichococcus)属及びペロシヌス(Pelosinus)属から選択される少なくとも1つである、請求項9又は10に記載の微生物二次電池。

【請求項12】
デスルホビブリオ(Desulfovibrio)属、デスルホトマクルム(Desulfotomaculum)属、オクロバクテリウム(Ochrobactrum)属、アクチノバクテリア(Actinobacteria)門、バクテリウム(Bacterium)属、スポロタレア(Sporotalea)属、ジェオシヌス(Geosinus)属、ファーミキューテス(Firmicutes)属、セレノモナス(Selenomonas)属、ベイロネラセアエ(Veillonellaceae)科、クロストリジウム(Clostridium)属、サイクロシヌス(Psychrosinus)属、アナエロビブリオ(Anaerovibrio)属、スポロミュサ(Sporomusa)属、プロピオニスポラ(Propionispora)属、サクシニスピラ(Succinispira)属、バチルス(Bacillus)属、オセアノバチルス(Oceanobacillus)属、ブラキスピラ(Brachyspira)属、アナエロスポラ(Anaerospora)属、アセトネマ(Acetonema)属、カルノコッカス(Carnococcus)属、トリココッカス(Trichococcus)属及びペロシヌス(Pelosinus)属から選択される少なくとも1つの微生物を、少なくともFe3+を含む電解質と有機物とを含む培地にて培養するステップと、
培地中に生成した沈殿物を分離するステップと
を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の蓄放電可能な物質を製造する方法。

【請求項13】
請求項1~7のいずれか一項に記載の蓄放電可能な物質の製造、又は請求項12に記載の方法における、デスルホビブリオ(Desulfovibrio)属、デスルホトマクルム(Desulfotomaculum)属、オクロバクテリウム(Ochrobactrum)属、アクチノバクテリア(Actinobacteria)門、バクテリウム(Bacterium)属、スポロタレア(Sporotalea)属、ジェオシヌス(Geosinus)属、ファーミキューテス(Firmicutes)属、セレノモナス(Selenomonas)属、ベイロネラセアエ(Veillonellaceae)科、クロストリジウム(Clostridium)属、サイクロシヌス(Psychrosinus)属、アナエロビブリオ(Anaerovibrio)属、スポロミュサ(Sporomusa)属、プロピオニスポラ(Propionispora)属、サクシニスピラ(Succinispira)属、バチルス(Bacillus)属、オセアノバチルス(Oceanobacillus)属、ブラキスピラ(Brachyspira)属、アナエロスポラ(Anaerospora)属、アセトネマ(Acetonema)属、カルノコッカス(Carnococcus)属、トリココッカス(Trichococcus)属及びペロシヌス(Pelosinus)属から選択される微生物の使用方法。
国際特許分類(IPC)
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出願権利状態 公開
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