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光電極及びその製造方法、並びに該光電極を備えた海洋微生物燃料電池

国内特許コード P150012310
整理番号 S2014-0055-N0
掲載日 2015年9月9日
出願番号 特願2013-219060
公開番号 特開2015-082549
出願日 平成25年10月22日(2013.10.22)
公開日 平成27年4月27日(2015.4.27)
発明者
  • 元田 慎一
  • 盛田 元彰
  • 田村 翔
出願人
  • 国立大学法人東京海洋大学
発明の名称 光電極及びその製造方法、並びに該光電極を備えた海洋微生物燃料電池
発明の概要 【課題】金属酸化物層が形成された光電極であって、電極性能と防食性(耐久性)により優れた光電極を提供する
【解決手段】基板と、前記基板上に設けられる金属酸化物層(A)と、前記金属酸化物層(A)上に設けられる金属酸化物層(B)とを含む光電極であって、前記金属酸化物層(A)及び前記金属酸化物層(B)が共に光触媒作用を有し、前記金属酸化物層(A)のバンドギャップが前記金属酸化物層(B)のバンドギャップよりも狭い、光電極。
【選択図】図3
従来技術、競合技術の概要



海洋微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell;MFC)は、自然海水中のバイオフィルム付着電極をカソード(正極)に、光触媒電極(光電極)をアノード(負極)にすることで発生する電位差を使った自然エネルギー利用型電池である(図1)。MFCでは、カソードで水及び微生物活動を促進する海水中有機物を、アノードでは水をそれぞれ活物質(燃料)とし、電解質は自然海水をそのまま利用する。





電気を取り出した後の反応生成物は水(HO)の分解生成物のみであり、非プロトン(H)供給型ながら一般の燃料電池と同じ動作原理の低環境負荷型電源である。しかし、この電池は正極にバイオフィルムの微生物活性を利用することから発生電力が低く、実用化には光電極(負極)の電子伝達性の向上が必須とされている。また、光電極としてより防食性(耐食性)に優れた電極が求められている。





特許文献1及び非特許文献1には、金属材料の表面に異種元素(Fe、V等)を含む酸化チタン皮膜を形成し、さらにその表面に酸化チタン皮膜を形成した酸化チタン電極が開示されている。

特許文献2には反応性スパッタリング法を用いて、導電体上にルチル型酸化チタン層が配置され、その上にさらにアナターゼ型酸化チタン層が配置された光電気化学電池が開示されている。

産業上の利用分野



本発明は、光電極及びその製造方法に関し、特に海洋微生物燃料電池のアノード電極に用いられる光電極に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
基板と、前記基板上に設けられる金属酸化物層(A)と、前記金属酸化物層(A)上に設けられる金属酸化物層(B)とを含む光電極であって、
前記金属酸化物層(A)及び前記金属酸化物層(B)が共に光触媒作用を有し、
前記金属酸化物層(A)のバンドギャップが前記金属酸化物層(B)のバンドギャップよりも狭い、光電極。

【請求項2】
前記金属酸化物層(A)がルチル型酸化チタン皮膜であり、前記金属酸化物層(B)がアナターゼ型酸化チタン皮膜である、請求項1に記載の光電極。

【請求項3】
前記ルチル型酸化チタン皮膜の表面粗さが2~4μmであり、かつ
前記ルチル型酸化チタン皮膜の膜厚が60μm以上である、請求項2に記載の光電極。

【請求項4】
基板と、前記基板上に設けられるルチル型酸化チタン皮膜と、前記ルチル型酸化チタン皮膜上に設けられるアナターゼ型酸化チタン皮膜とを含む光電極であって、前記ルチル型酸化チタン皮膜が溶射法によって形成された光電極。

【請求項5】
前記アナターゼ型酸化チタン皮膜の膜厚が10~80μmである、請求項2~4のいずれか1項に記載の光電極。

【請求項6】
前記アナターゼ型酸化チタン皮膜がスキージ法、ゾル-ゲル法又は塗布法によって形成された、請求項2~5のいずれか1項に記載の光電極。

【請求項7】
前記基板が耐食性金属である、請求項1~6のいずれか1項に記載の光電極。

【請求項8】
請求項1~7のいずれか1項に記載の光電極をアノード電極として備えた海洋微生物燃料電池。

【請求項9】
基板上にルチル型酸化チタン皮膜を溶射法により形成する工程、及び
前記ルチル型酸化チタン皮膜上にアナターゼ型酸化チタン皮膜をスキージ法、ゾル-ゲル法又は塗布法により形成する工程を含む、光電極を製造する方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2013219060thum.jpg
出願権利状態 公開


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