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電気化学デバイスおよびその製造方法 NEW

国内特許コード P180015401
整理番号 (S2017-0310-N0)
掲載日 2018年11月2日
出願番号 特願2018-035851
公開番号 特開2018-142541
出願日 平成30年2月28日(2018.2.28)
公開日 平成30年9月13日(2018.9.13)
優先権データ
  • 特願2017-037649 (2017.2.28) JP
発明者
  • 床波 志保
  • 飯田 琢也
出願人
  • 公立大学法人大阪府立大学
発明の名称 電気化学デバイスおよびその製造方法 NEW
発明の概要 【課題】出力(電力)と感度に優れた微生物を利用した電気化学デバイスを提供する。
【解決手段】開口を有する細孔が複数配列された表層部を有する電極と、細孔内に保持されたイオンを含む媒質と、イオンを含む媒質中に内包された電子供与微生物と、を含み、複数の細孔は、少なくとも、それぞれの内面に導電性部位を有し、電極は、複数の細孔の導電性部位を相互に導通させる導電経路を有する、電気化学デバイス。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


化石燃料を用いる発電システムに代替する環境調和システムとして、微生物燃料電池をはじめとする微生物を利用した電気化学デバイスが注目を集めている。微生物燃料電池とは、微生物の代謝を利用して、有機排液、汚泥、食物残渣等のバイオマスを燃料(電子供与体となり得る物質)として使用する発電システムである。微生物は、有機物からダイレクトに電子を取り出す生体触媒として機能する。微生物燃料電池には、発電と並行して有機廃棄物を分解処理できるという利点がある。



しかし、微生物を利用した電気化学デバイスは、一般に、出力される電流密度が低く、実用化するには出力される電力(以下、単に出力)の向上が必要である。微生物燃料電池においては、出力電流密度は、微生物から電極への電荷移動効率に依存する。電荷移動効率は、電極表面積に影響される。そこで、特許文献1では、グラファイトフェルトやグラファイトプレートの表面にカーボンナノワイヤ構造を形成し、出力電流密度の向上のために電極表面積を増大させている。

産業上の利用分野


本発明は、微生物燃料電池に代表される微生物を利用した電気化学デバイス、およびその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
開口を有する細孔が複数配列された表層部を有する第1電極を含み、
前記複数の細孔は、少なくとも、それぞれの内面に導電性部位を有し、
前記第1電極は、前記複数の細孔の前記導電性部位を相互に導通させる導電経路を有する、電気化学デバイス。

【請求項2】
前記細孔内に保持されたイオンを含む媒質と、
前記イオンを含む媒質中に内包された電子供与微生物と、を更に有する、請求項1に記載の電気化学デバイス。

【請求項3】
前記イオンを含む媒質が、イオンを含む液体である、請求項2に記載の電気化学デバイス。

【請求項4】
前記イオンを含む液体の少なくとも一部は、前記細孔の内面と前記液体との界面における界面張力により前記細孔内に保持されている、請求項3に記載の電気化学デバイス。

【請求項5】
前記電子供与微生物が電子供与体となり得る物質を分解することにより、電気信号を検出する、請求項2~4のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。

【請求項6】
前記電子供与体となり得る物質が、有機酸または有機酸塩である、請求項5に記載の電気化学デバイス。

【請求項7】
前記表層部が、光吸収性の材料を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。

【請求項8】
前記細孔が、前記表層部にハニカム状に配列している、請求項1~7のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。

【請求項9】
前記表層部が、導電性被膜を有し、
前記導電性被膜が、前記導電経路を形成している、請求項1~8のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。

【請求項10】
アノードとして前記第1電極を具備し、カソードとして前記第1電極とは異なる第2電極を具備する、請求項1に記載の電気化学デバイス。

【請求項11】
前記第1電極は、前記細孔内に保持された前記イオンを含む媒質と、前記イオンを含む媒質中に内包された前記電子供与微生物と、を有する、請求項10に記載の電気化学デバイス。

【請求項12】
前記電子供与微生物が電子供与体となり得る物質を分解することにより、起電力または電力が発生する、請求項11に記載の電気化学デバイス。

【請求項13】
前記電子供与体となり得る物質が、有機酸または有機酸塩である、請求項12に記載の電気化学デバイス。

【請求項14】
前記電子供与微生物として光合成細菌を含む、請求項11~13のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。

【請求項15】
(i)開口を有する細孔が複数配列された表層部を有し、前記複数の細孔は、それぞれの内面に導電性部位を有し、前記複数の細孔の前記導電性部位を相互に導通させる導電経路を具備する電極を準備する工程と、
(ii)前記電極に電子供与微生物を含む液体を接触させた状態で、前記液体中に対流を生じさせることにより、前記複数の細孔内に前記微生物を捕集させる工程と、を含む、電気化学デバイスの製造方法。

【請求項16】
前記電極の表層部に、レーザ光を照射することによって、前記電子供与微生物を含む液体中に対流を生じさせる、請求項15に記載の電気化学デバイスの製造方法。

【請求項17】
前記電極の表層部に、多分岐した複数のレーザ光を照射することによって、前記電子供与微生物を含む液体中の複数個所で対流を生じさせる、請求項15に記載の電気化学デバイスの製造方法。

【請求項18】
前記液体の吸引と吐出を行うことによって、前記電子供与微生物を含む液体中に対流を生じさせる、請求項15に記載の電気化学デバイスの製造方法。

【請求項19】
前記電極を準備する工程が、疎水性の有機溶媒に薄膜形成材料を溶解させた液組成物を調製する工程と、
前記液組成物の液膜を形成する工程と、
前記液膜上に水系溶媒の液滴を生じさせ、前記液滴を蒸発させることで前記液膜から前記開口を有する細孔が複数配列された表層部を有する電極前駆体を形成する工程と、を含む、請求項15~18のいずれか1項に記載の電気化学デバイスの製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2018035851thum.jpg
出願権利状態 公開
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