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(In Japanese)微生物燃料電池

Patent code P110004657
File No. E089P05
Posted date Aug 2, 2011
Application number P2010-505869
Patent number P5622237
Date of filing Mar 27, 2009
Date of registration Oct 3, 2014
International application number JP2009056385
International publication number WO2009119846
Date of international filing Mar 27, 2009
Date of international publication Oct 1, 2009
Priority data
  • P2008-086195 (Mar 28, 2008) JP
  • P2008-249178 (Sep 26, 2008) JP
Inventor
  • (In Japanese)橋本 和仁
  • (In Japanese)中村 龍平
  • (In Japanese)甲斐 文祥
  • (In Japanese)渡邉 一哉
  • (In Japanese)加藤 創一郎
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
  • (In Japanese)国立大学法人 東京大学
Title (In Japanese)微生物燃料電池
Abstract (In Japanese)メディエータを使用せずに電流密度を増加させることができる微生物燃料電池を提供する。
微生物燃料電池1は、導電性微粒子2と微生物3とで形成した3次元構造からなる凝集体4を有する。凝集体4は、導電性微粒子2がShewanella3同士の間に分散すると共に、導電性微粒子2同士も互いに連結してShewanella3を保持し、全体として3次元構造を形成している。これによりShewanella3は、電極103の表面上のShewanella3aと、電極103の表面から垂直方向に離れた位置にあるShewanella3bまでをも導電性微粒子2で保持するので、より多くのShewanella3に電子伝達させることができる。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


微生物燃料電池は、一対の電極と、前記電極を電気的に接続する外部回路と、前記一対の電極を分離する隔膜とを備え、一方の電極側にはShewanellaなどの細胞外電子伝達能を有する微生物が保持されている。ここで、細胞外電子伝達能とは、金属イオンやその酸化物を電子受容体として利用し、これらを還元することで生命活動に必要な電気エネルギーを獲得する一方で、上記電子受容体に対し電子を伝達する能力をいう(非特許文献1)。このような細胞外電子伝達能は、微生物としての一部の細菌に認められる。すなわち、細胞膜に局在化したシトクロムを介して体外に電子を放出するという特有の電子伝達機構が、Shewanella loihica、及び、Shewanella oneidensis のようなShewanella属(以下、単に「Shewanella」という)、Geobacter属、Rhodoferax属、Pseudomonas属等、一部の細菌に認められる(非特許文献2,3,4)。



上記のように構成された微生物燃料電池は、微生物が前記一方の電極に電子を伝達することで電気エネルギーを生産するデバイスである。電気エネルギーを生産するための燃料には再生可能なバイオマスや生活排水等に含まれる有機汚染物質を用いることができることから、持続可能なエネルギー源として近年注目されている。また、金属元素を還元、固定する能力を持つ微生物もあり、排水の処理や環境浄化の手段としても注目されている。微生物燃料電池には単一の微生物を用いる系と、排水などに生息する微生物群をそのまま使う混合培養系(例えば、特許文献1)の2つに大別されるが、Shewanellaは前者の系ではもっとも広く用いられている微生物である。
【特許文献1】
特開2006-81963号公報
【非特許文献1】
Lovley D.R. ; Nat.Rev.Microbiol., 2006, 4, 497-508
【非特許文献2】
Gralnick,J.A. ; Newman,D.K. ; Molecul.Microbiol. 2007, 65, 1-11
【非特許文献3】
Hernandez,M.E. ; Newman,D.K. ; Cell.Mol.Life Sci. 2001, 58, 1562-1571
【非特許文献4】
日本微生物生態学会誌(2008) 23巻2号P58

Field of industrial application (In Japanese)



本発明は、微生物燃料電池に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
一対の電極と、前記一対の電極を電気的に接続する外部回路とを備えた微生物燃料電池において、前記電極の一方である負極上に、導電性微粒子と細胞外電子伝達能を有する微生物とを含む溶液中で
前記微生物と前記導電性微粒子とで形成される3次元構造からなる凝集体が形成され、
前記導電性微粒子が前記微生物同士の間に分散すると共に、
前記負極の表面から垂直方向に離れる方向に前記導電性微粒子によって前記微生物を保持し、
前記導電性微粒子は、酸化鉄、硫化鉄及び酸化マンガンから選ばれる1種又は2種以上の導電性微粒子であって、
前記導電性微粒子は前記微生物から前記負極へ電子を伝達することを特徴とする微生物燃料電池。

【請求項2】
 
前記導電性微粒子は、α-Fe2O3,α-FeOOH,γ-Fe2O3,ε-Fe2O3,またはFe3O4を含むことを特徴とする請求項1記載の微生物燃料電池。

【請求項3】
 
前記導電性微粒子は、鉄イオンと硫化物イオンとが存在する環境下で微生物の生合成によって得られることを特徴とする請求項1又は2に記載の微生物燃料電池。

【請求項4】
 
前記微生物は、金属還元菌であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の微生物燃料電池。

【請求項5】
 
前記金属還元菌は、Shewanella属、Geobacter属、Rhodoferax属、またはPseudomonas属の細菌を含むことを特徴とする請求項4記載の微生物燃料電池。

【請求項6】
 
前記金属還元菌は、Shewanella loihica、または、Shewanella oneidensisを含むことを特徴とする請求項4記載の微生物燃料電池。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2010505869thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) ERATO HASHIMOTO Light Energy Conversion AREA
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