燃料電池
【課題】従来の燃料電池と比較して優れた出力を達成する。
【解決手段】アノード側電極と、カソード側電極と、これらアノード側電極とカソード側電極との間に配されたイオン伝導性を有する膜とを備える燃料電池において、上記カソード側電極と上記イオン伝導性を有する膜との間に、イオン伝導性のゲル状物質が挟持されている。
【解決手段】アノード側電極と、カソード側電極と、これらアノード側電極とカソード側電極との間に配されたイオン伝導性を有する膜とを備える燃料電池において、上記カソード側電極と上記イオン伝導性を有する膜との間に、イオン伝導性のゲル状物質が挟持されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アノード側電極とカソード側電極がイオン伝導性を有する膜を介して対向した構造を有する燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
アノード側電極とカソード側電極がイオン伝導性を有する膜を介して対向した構造を有する燃料電池は、例えば、固体高分子型燃料電池などとして知られている。燃料電池は、一般に、イオン伝導性を有する膜（例えば、イオン交換樹脂からなる電解質膜）の一方の面にアノード側電極が、他方の面にカソード側電極が積層配置された構成を持つ。
【０００３】
アノード側電極に燃料（例えば、水素）が供給され、そこで触媒の作用によりプロトン（Ｈ＋）となり、２個の電子（ｅ−）はカソード側電極に向けて放出される。アノード側電極で生成されたプロトンは、イオン伝導性を有する膜を通ってカソード側電極に達し、そこで触媒の作用により、アノード側電極からの２個の電子（ｅ−）を受け取るとともに、外部から供給される酸素から生成される酸素イオンとともに、水が生成される。そして、この外部回路を通る電子の移動が、電流として取り出される。
【０００４】
すなわち、アノード側では、Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−の反応が、カソード側では、２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏの反応が起こり、全体反応としては、Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏの反応が起こることで、発電が行われる。化学反応を効率よく進めるために、電極には上記のように触媒が使用されており、例えば、固体高分子型燃料電池では、白金が多く使われている。
【０００５】
近年になり、生物内で行われている生体代謝が高効率なエネルギー変換機構であることに着目し、これを燃料電池に適用する提案がなされている。生体代謝は、エネルギー利用効率が高く、また、室温程度の穏やかな条件で反応が進行するという特長を備えている。しかし、微生物および細胞には化学エネルギーから電気エネルギーへの変換といった目的の反応以外にも不要な反応が多く存在するため、十分なエネルギー変換効率が発揮されない。そこで、酵素を触媒として用いて所望の反応のみを行う燃料電池（バイオ燃料電池）が提案されている。このバイオ燃料電池は、燃料を、触媒として機能する酵素により分解してプロトンと電子とに分離するもので、燃料としては、メタノールやエタノールのようなアルコール類あるいはグルコースのような単糖類あるいはデンプンのような多糖類を用いたものが開発されている。
【０００６】
バイオ燃料電池においては、電極に対する酵素の固定化が非常に重要であり、出力特性、寿命、効率などに非常に大きな影響を与える。したがって、酵素固定化電極の製造過程において酵素にダメージをなるべく与えずに固定化することが非常に重要である。そのことから、特許文献１には、正極や負極に、酵素を光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂により固定化するようにした燃料電池が記載されている。また、特許文献２には、ゲル状物質を使用してアノード側電極に酵素を固定した燃料電池が開示されている。このゲル状物質は、アノード側電極における電解質溶液の代替としての役割や酵素保護の役割が期待される。しかし、電解質溶液の代替としてゲル状物質を使用する場合、イオン伝導性が低下して出力が低下する虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−４８８３３号公報
【特許文献２】特開２００７−２２５４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
水素を燃料とし、触媒として白金などの貴金属を用いる燃料電池においても、また、アルコール類あるいはグルコースのような単糖類あるいはデンプンのような多糖類を燃料とし、触媒として酵素を用いる燃料電池においても、出力の向上が求められている。本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、従来の燃料電池と比較して優れた出力を達成できる燃料電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決すべく、本発明者らは、従来のバイオ燃料電池において、イオン伝導性を有する膜とカソード側電極との間にイオン伝導性のゲル状物質を介在させることで、発電効率が大きく改善されることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明に係る燃料電池は、アノード側電極と、カソード側電極と、これらアノード側電極とカソード側電極との間に配されたイオン伝導性を有する膜とを備える燃料電池において、上記カソード側電極と上記イオン伝導性を有する膜との間に、イオン伝導性のゲル状物質が挟持されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る燃料電池は、アノード側電極とカソード側電極が触媒として酵素を含んでいることが好ましい。また、イオン伝導性のゲル状物質としては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）又はアルギン酸ナトリウムを使用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アノード側電極とカソード側電極がイオン伝導性を有する膜を介して対向した構造を有する燃料電池において出力向上を達成することができる。すなわち、本発明に係る燃料電池は、本発明を適用しない従来の燃料電池と比較して、優れた出力を示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用した燃料電池を模式的に示す構成図である。
【図２】本実施例で作製したテストセルを模式的に示す構成図である。
【図３】本実施例で作製したテストセルの出力特性を計測した結果を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明に係る燃料電池をより詳細に説明する。
【００１５】
本発明に係る燃料電池１は、図１に模式的に示すように、アノード側電極１０と、カソード側電極１２と、アノード側電極１０とカソード側電極１２との間に配されたイオン伝導性を有する膜１４（以下、電解質膜１４）とを備え、カソード側電極１２と電解質膜１４との間に、イオン伝導性のゲル状物質を含むイオン伝導性ゲル膜１５を備えている。すなわち、本発明に係る燃料電池１において、イオン伝導性ゲル膜１５は、カソード側電極１２と電解質膜１４との間に挟持されている。なお、燃料電池１において、アノード側電極１０はアノード極室６内部に配設され、カソード側電極１２はカソード極室８内部に配設されている。なお、アノード極室６には燃料が充填又は供給される。
【００１６】
ここで、イオン伝導性ゲル膜１５は、イオン伝導性を備えることを条件に任意のゲル状物質を用いて作製することができる。ゲル状物質としては、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、アルギン酸ナトリウム、アガロース、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、カラギーナン、ゼラチン、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ジェランガム、ポリガンマグルタミン酸、ポリビニルアルコール及びポリデキストロースを挙げることができる。これらゲル状物質を用いてイオン伝導性ゲル膜１５を作製することで、カソード側電極１２における酵素反応に必要最低限の水分を保持しつつ半乾燥状態を達成・維持することができる。また、このゲル状物質は、50〜3000mMの電解質又は緩衝液成分を含むことが好ましい。電解質や緩衝液成分としては、例えばナトリウムやカリウム、リン酸を挙げることができる。また、イオン伝導性ゲル膜１５の厚さは、特に限定されないが、１μｍ〜１ｍｍ程度が好ましく、１μｍ〜１０μｍ程度がより好ましい。
【００１７】
イオン伝導性ゲル膜１５は、上述したゲル状物質に電解質や緩衝液成分を所望量添加した後、カソード側電極１２における電解質膜１４と対向する一主面及び/又は電解質膜１４におけるカソード側電極１２と対向する一主面に流し込み、固化させることで作製することができる。なお、イオン伝導性ゲル膜１５の作製方法は何ら限定されない。
【００１８】
ここで、アノード側電極１０は、電極材と、酵素及びメディエータを含む酸化反応関連剤とから構成される。アノード側電極１０における酸化反応関連剤内のメディエータは、酸化反応関連剤の酵素−電極材間の電子の受け渡しを行う電子伝達可能な生体由来のタンパク質である。電子伝達可能な生体由来のタンパク質とは、特に限定されないが、例えば、鉄、銅等を含む金属含有タンパク質であり、例えば、ヘモグロビン（Ｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ）、フェレドキシン（Ｆｅｒｒｅｄｏｘｉｎ）、シトクロム（Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ）Ｃ５１１、シトクロムＰ４５０、アズリン（Ａｚｕｒｉｎ）、プラストシアニン（Ｐｌａｓｔｏｃｙａｎｉｎ）、シトクロムａ，ａ１，ａ３，ｂ，ｂ２，ｂ３，ｂ５，ｂ６，ｂ５５５，ｂ５５９，ｂ５６２，ｂ５６３，ｂ５６５，ｂ５６６，ｃ，ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｄ，ｅ，ｆ，ｏ，Ｐ−４５０、ヘモシアニン（Ｈｅｍｏｃｙａｎｉｎ）、フェリチン（Ｆｅｒｒｉｔｉｎ）等が挙げられる。
【００１９】
より具体的には、電子伝達可能な生体由来のタンパク質の具体例として、ウシ由来のヘモグロビン（ナカライテクス社製）、クロストリジウム由来のフェレドキシン（ＳＩＧＭＡ社製）、シュードモナス由来のシトクロムＣ５５１（ＳＩＧＭＡ社製）、シュードモナス由来のアズリン（ＳＩＧＭＡ社製）等が挙げられる。
【００２０】
アノード側電極１０における酸化反応関連剤内の酵素は、アノード極室６に充填又は供給される燃料の酸化反応に関与するものであり、下記に例示する燃料に応じて選択される。例えば、メタノールを燃料とする場合、メタノールからホルムアルデヒドへ酸化するアルコールデヒドロゲナーゼが挙げられる。また、例えば、グルコースを燃料とする場合、グルコースからグルコノラクトンへ酸化するグルコースデヒドロゲナーゼが挙げられる。これら酵素は、ＮＡＤ＋依存型デヒドロゲナーゼ又はＰＱＱ（ピロロキノリンキノン）型デヒドロゲナーゼであることが好ましい。ＮＡＤ＋依存型デヒドロゲナーゼは、補酵素としてＮＡＤ＋（ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド）が用いられ、ＮＡＤ＋の存在下において燃料の酸化反応が進行する。一方、ＰＱＱ（ピロロキノリンキノン）型デヒドロゲナーゼは、ＮＡＤ＋の補酵素の非存在下でも燃料の酸化反応が進行する。
【００２１】
また、ＰＱＱ型デヒドロゲナーゼの具体例として、アセトバクターパステウリアヌス（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｐａｓｔｅｕｒｉａｎｕｓ）、メチロバクテリウムエクストルケヌス（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｅｘｔｏｒ ｑｕｅｎｓ）、パラコッカスデニトリフィカンス（Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）、シュードモナスプチダ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｐｕｔｉｄａ）、コマモナステストステロニ（Ｃｏｍａｍｏｎａｓ ｔｅｓｔｏｓｔｅｒｏｎｉ）（ＮＢＲＣ １２０４８）由来のＰＱＱ型アルコールデヒドロゲナーゼ、アセトバクターカルコアセチクス（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ）、大腸菌由来のＰＱＱ型グルコースデヒドロゲナーゼ等を用いることができる。
【００２２】
また、酸化反応関連剤内の酵素のその他の例として、糖代謝に関与する酵素（例えばヘキソキナーゼ、グルコースリン酸イソメラーゼ、ホスホフルクトキナーゼ、フルクトース二リン酸アルドラーゼ、トリオースリン酸イソメラーゼ、グリセルアルデヒドリン酸デヒドロゲナーゼ、ホスホグリセロムターゼ、ホスホピルビン酸ヒドラターゼ、ピルビン酸キナーゼ、Ｌ−乳酸デヒドロゲナーゼ、Ｄ−乳酸デヒドロゲナーゼ、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ、クエン酸シンターゼ、アコニターゼ、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ、２−オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼ、スクシニル−ＣｏＡシンテターゼ、コハク酸デヒドロゲナーゼ、フマラーゼ、マロン酸デヒドロゲナーゼ等）等を用いることができる。
【００２３】
アノード極室６に充填又は供給する燃料は、例えば、メタノール等のアルコール類、グルコース等の糖類、脂肪類、タンパク質、糖代謝の中間生成物の有機酸（グルコース−６−リン酸、フルクトース−６−リン酸、フルクトース−１，６−ビスリン酸、トリオースリン酸イソメラーゼ、１，３−ビスホスホグリセリン酸、３−ホスホグリセリン酸、２−ホスホグリセリン酸、ホスホエノールピルビン酸、ピルビン酸、アセチル−ＣｏＡ、クエン酸、ｃｉｓ−アコニット酸、イソクエン酸、オキサロコハク酸、２−オキソグルタル酸、スクシニル−ＣｏＡ、コハク酸、フマル酸、Ｌ−リンゴ酸、オキサロ酢酸等）、これらの混合物等が用いられる。
【００２４】
電極材としては、酵素及びメディエータを含む酸化反応関連剤をより多く浸漬又は固定化させることができる点において、多孔質材料を使用することが好ましい。例えば、カーボンフェルト、カーボンペーパ及び活性炭等が挙げられる。
【００２５】
アノード側電極１０は、特に限定されないが、例えば、酵素及びメディエータを含む酸化反応関連剤をポリマー又は架橋剤により電極材に固定化させて作製することができる。また、例えば、酵素及びメディエータを含む酸化反応関連剤を緩衝溶液に溶解させ、その溶解液を電極材に浸漬させることでアノード側電極１０を作製することもできる。ここで使用可能なポリマーとしては、ポリビニルイミダゾール、ポリアリルアミン、ポリアミノ酸、ポリピロール、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリプロピレンと無水マレイン酸のグラフト共重合体、メチルビニルエーテルと無水マレイン酸の共重合体、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂等を例示できる。また、使用可能な架橋剤としては、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、グルタルアルデヒド、スベリン酸ジスクシミジル、スクシミジル−４−（ｐ−マレイミドフェニル）ブチレート等を例示できる。さらに、使用可能な緩衝溶液としては、ＭＯＰＳ（３−（Ｎ−ｍｏｒｐｈｏｌｉｎｏ）ｐｒｏｐａｎｅｓｕｌｆｏｎｉｃ ａｃｉｄ）緩衝溶液、リン酸緩衝液、トリス緩衝液等を例示できる。
【００２６】
次に、カソード側電極１２について説明する。カソード側電極１２は、電極材と還元反応関連剤とから構成される。カソード側電極１２における還元反応関連剤としては、例えば、電極触媒として白金等の金属触媒が担持された炭素粉末、又は酸素還元酵素及びメディエータにより構成されているものを使用することができる。
【００２７】
還元反応関連剤として使用可能な酸素還元酵素としては、ビリルビンオキシターゼ、ラッカーゼ、ペルオキシダーゼ等を用いることができる。また、メディエータとしては、上記説明したものと同様のものを用いることができる。一方、還元反応関連剤が、金属触媒が担持された炭素粉末により構成されている場合、金属触媒として、例えば、白金、鉄、ニッケル、コバルト、ルテニウム等が用いられる。また、炭素粉末として、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック等が用いられる。
【００２８】
カソード極室８内のカソード側電極１２において、酸素とプロトンから水を生成する反応が進行する。よって、カソード側電極１２には、反応に使用するための酸素が供給される必要がある。本発明に係る燃料電池では、イオン伝導性ゲル膜１５に含まれる水分や緩衝液に溶存する酸素をこの反応に利用することができる。或いは、カソード極室８内に酸素含有気体（例えば、空気）を導入することで、この反応に利用する酸素を供給しても良い。また、フェリシアン化カリウム等の犠牲試薬を添加した緩衝液（酸素が含まれている）等をカソード極室８内に供給しても良い。また、カソード側電極１２を構成する還元反応関連剤が、白金等の金属触媒を担持した炭素粉末であれば、酸素ガスを用いることもできる。
【００２９】
酸素還元酵素及びメディエータを還元反応関連剤として用いる場合、カソード側電極１２は、上述したアノード側電極１０と同様に、酸素還元酵素及びメディエータをポリマー及び架橋剤により電極材に固定化させることで作製できる。また例えば、酸素還元酵素及びメディエータを緩衝溶液に溶解させ、その溶解液を電極材に浸漬させることでカソード側電極１２を作製することもできる。ここで使用可能なポリマー、架橋剤及び緩衝溶液は、上述したアノード側電極１０と同様のものを使用することができる。一方、金属触媒が担持された炭素粉末を用いる場合、カソード側電極１２は、金属触媒が担持された炭素粉末を、後述する電解質膜１４と同様の電解質（例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸系の電解質）により電極材に固定化させて作製することができる。
【００３０】
また、電解質膜１４は、電子伝導性を持たずプロトン伝導性を有するものであれば特に制限されるものではない。例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸系の樹脂膜、トリフルオロスチレン誘導体の共重合膜、リン酸を含浸させたポリベンズイミダゾール膜、芳香族ポリエーテルケトンスルホン酸膜等が挙げられる。具体的にはナフィオン（登録商標）が用いられる。
【００３１】
以上のように構成された本発明に燃料電池１は、例えば、アノード側電極１０に供される燃料がメタノールである場合、アノード側電極極１０及びカソード側電極１２での酸化還元反応は、それぞれ下式（１）及び（２）によって表される。
【００３２】
アノード：ＣＨ３ＯＨ → ＨＣＨＯ＋２Ｈ＋＋２ｅ− （１）
カソード：２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→ Ｈ２Ｏ （２）
【００３３】
すなわちアノード側電極１０では、メタノールが酵素によってホルムアルデヒドと水素イオンと電子とにする反応が行われる。電子は、メディエータによって電極材に運ばれ、さらに外部回路を通じてカソード側電極１２に運ばれる。水素イオンは、電解質膜１４を介して、カソード側電極１２に移動する。一方、カソード側電極１２では、水素イオン、電子、酸素が反応して水を生成する反応が行われる。これらの反応によって、外部回路にエネルギを放出する。
【００３４】
特に、本発明に係る燃料電池は、従来の燃料電池と比較して電池出力が向上する。ここで、従来の燃料電池とは、カソード側電極１２と電解質膜との間にイオン伝導性ゲル膜１５を有しない以外は実質的に同一の構成を有する燃料電池の意味である。イオン伝導性ゲル膜１５の存在により電池出力が向上することのメカニズムは明らかではないが、半乾燥状態のカソード側電極１２と電解質膜１４との接触が向上することによると考えられる。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例により本発明に係る燃料電池を更に詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３６】
〔実施例１〕
本実施例では図２に模式的に示すようなテストセルを作製し、出力特性を評価した。図２に示すテストセルは、アノード側電極１０とカソード側電極１２とが電解質膜１４を介して対向した構造であって、カソード側電極１２と電解質膜１４との間にイオン伝導性ゲル膜１５を備える構成である。また、図２に示すテストセルは、アノード側電極１０に接するように配設されたアノード側集電体２０及びカソード側電極１２に接するように配設されたカソード側集電体２１を備えている。さらに、図２に示すテストセルは、これらアノード側集電体２０、アノード側電極１０、電解質膜１４、イオン伝導性ゲル膜１５、カソード側電極１２及びカソード側集電体２１からなる積層構造を、シリコン２２で挟み込み、さらにシリコン２２を一対のアクリル板２３で挟み込むように構成されている。
【００３７】
本実施例では、イオン伝導性ゲル膜１５としてアルギン酸ナトリウムゲルを用いてテストセルを作製した。
【００３８】
（１−１）アノード側電極１０の作製
カーボンブラック、10%ポリビニルピリジン、Ｎ-メチルピロリドンを混和した分散溶液を1cm2に切り抜いたカーボンフェルトに塗布し、乾燥させたものをアノード側電極１０とした。
【００３９】
（１−２）カソード側電極１２の作製
カーボンブラック、テフロン、2-プロパノールを混和した分散溶液を1cm2に切り抜いたカーボンフェルトに塗布し、乾燥させたものをカソード側電極１２とした。
【００４０】
（１−３）アルギン酸ナトリウムゲルの作製
アルギン酸ナトリウム100mgをリン酸ナトリウムバッファー（ｐＨ7）3.2mｌに溶かしたものをアルギン酸ナトリウムゲルとした。
【００４１】
（１−４）アルギン酸ナトリウムゲルを用いたテストセルの作製
カソード側電極１２と電解質膜１４の間に（１−３）で作製したゲルを塗布してイオン伝導性ゲル膜１５を成膜することでテストセルを作製した。また、作製したテストセルは、アノード側電極に２Ｍ アスコルビン酸ナトリウム溶液を充填し、カソード側電極に200mg/ml BO-3（天野エンザイム社製）及び50ｍＭ フェリシアン化カリウム溶液を充填した。
【００４２】
（１−５）燃料電池の評価
（１−４）で作製したテストセルにおけるアノード側集電体２０及びカソード側集電体２１を介して、外部負荷装置に対してテストセルを直列に接続した。外部負荷装置としてはELECTRONIC Load PLZ164WA（KIKUSUI社製）を使用し、WAVY FOR PLZ-4W ソフトウェア（KIKUSUI社製）を用いてテストセルの出力特性を計測した。測定は室温条件下（約25℃）にて実施した。
【００４３】
〔実施例２〕
本実施例では、イオン伝導性ゲル膜１５の材料としてカルボキシメチルセルロースゲルを用いた以外は実施例１と同様にしてテストセルを作製し、当該テストセルの出力特性を計測した。具体的には、カルボキシメチルセルロース100mgをリン酸ナトリウムバッファー（ｐＨ7）2mｌに溶かしたものをカルボキシメチルセルロースゲルとし、カソード側電極１２と電解質膜１４の間に作製したゲルを塗布し、イオン伝導性ゲル膜１５を成膜した。
【００４４】
〔比較例１〕
比較例としては、イオン伝導性ゲル膜１５を有しない構成でテストセルを作製した。すなわち、比較例として作製したテストセルは、図２に示す構成において、イオン伝導性ゲル膜１５を有しておらず、電解質膜１４とカソード側電極１２とが接触した構成となっている。
【００４５】
〔特性評価結果〕
実施例１で作製したテストセル、実施例２で作製したテストセル及び比較例１で作製したテストセルについて、実施例１の（１−５）で説明した方法により出力特性を評価した。結果を図３に示す。
【００４６】
図３に示すように実施例１で作製したテストセルは6.25mW/cm2の出力が得られ、実施例２で作製したテストセルは6.15mW/cm2の出力が得られた。これに対して、比較例１で作製したテストセルは4.9mW/cm2の出力であった。この結果より、電解質膜１４とカソード側電極１２との間にイオン伝導性ゲル膜１５を介在させることで電池出力を大幅に向上できることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００４７】
１…燃料電池、６…アノード極室、８…カソード極室、１０…アノード側電極、１２…カソード側電極、１４…電解質膜、１５…イオン伝導性ゲル膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アノード側電極とカソード側電極がイオン伝導性を有する膜を介して対向した構造を有する燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
アノード側電極とカソード側電極がイオン伝導性を有する膜を介して対向した構造を有する燃料電池は、例えば、固体高分子型燃料電池などとして知られている。燃料電池は、一般に、イオン伝導性を有する膜（例えば、イオン交換樹脂からなる電解質膜）の一方の面にアノード側電極が、他方の面にカソード側電極が積層配置された構成を持つ。
【０００３】
アノード側電極に燃料（例えば、水素）が供給され、そこで触媒の作用によりプロトン（Ｈ＋）となり、２個の電子（ｅ−）はカソード側電極に向けて放出される。アノード側電極で生成されたプロトンは、イオン伝導性を有する膜を通ってカソード側電極に達し、そこで触媒の作用により、アノード側電極からの２個の電子（ｅ−）を受け取るとともに、外部から供給される酸素から生成される酸素イオンとともに、水が生成される。そして、この外部回路を通る電子の移動が、電流として取り出される。
【０００４】
すなわち、アノード側では、Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−の反応が、カソード側では、２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏの反応が起こり、全体反応としては、Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏの反応が起こることで、発電が行われる。化学反応を効率よく進めるために、電極には上記のように触媒が使用されており、例えば、固体高分子型燃料電池では、白金が多く使われている。
【０００５】
近年になり、生物内で行われている生体代謝が高効率なエネルギー変換機構であることに着目し、これを燃料電池に適用する提案がなされている。生体代謝は、エネルギー利用効率が高く、また、室温程度の穏やかな条件で反応が進行するという特長を備えている。しかし、微生物および細胞には化学エネルギーから電気エネルギーへの変換といった目的の反応以外にも不要な反応が多く存在するため、十分なエネルギー変換効率が発揮されない。そこで、酵素を触媒として用いて所望の反応のみを行う燃料電池（バイオ燃料電池）が提案されている。このバイオ燃料電池は、燃料を、触媒として機能する酵素により分解してプロトンと電子とに分離するもので、燃料としては、メタノールやエタノールのようなアルコール類あるいはグルコースのような単糖類あるいはデンプンのような多糖類を用いたものが開発されている。
【０００６】
バイオ燃料電池においては、電極に対する酵素の固定化が非常に重要であり、出力特性、寿命、効率などに非常に大きな影響を与える。したがって、酵素固定化電極の製造過程において酵素にダメージをなるべく与えずに固定化することが非常に重要である。そのことから、特許文献１には、正極や負極に、酵素を光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂により固定化するようにした燃料電池が記載されている。また、特許文献２には、ゲル状物質を使用してアノード側電極に酵素を固定した燃料電池が開示されている。このゲル状物質は、アノード側電極における電解質溶液の代替としての役割や酵素保護の役割が期待される。しかし、電解質溶液の代替としてゲル状物質を使用する場合、イオン伝導性が低下して出力が低下する虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−４８８３３号公報
【特許文献２】特開２００７−２２５４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
水素を燃料とし、触媒として白金などの貴金属を用いる燃料電池においても、また、アルコール類あるいはグルコースのような単糖類あるいはデンプンのような多糖類を燃料とし、触媒として酵素を用いる燃料電池においても、出力の向上が求められている。本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、従来の燃料電池と比較して優れた出力を達成できる燃料電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決すべく、本発明者らは、従来のバイオ燃料電池において、イオン伝導性を有する膜とカソード側電極との間にイオン伝導性のゲル状物質を介在させることで、発電効率が大きく改善されることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明に係る燃料電池は、アノード側電極と、カソード側電極と、これらアノード側電極とカソード側電極との間に配されたイオン伝導性を有する膜とを備える燃料電池において、上記カソード側電極と上記イオン伝導性を有する膜との間に、イオン伝導性のゲル状物質が挟持されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る燃料電池は、アノード側電極とカソード側電極が触媒として酵素を含んでいることが好ましい。また、イオン伝導性のゲル状物質としては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）又はアルギン酸ナトリウムを使用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アノード側電極とカソード側電極がイオン伝導性を有する膜を介して対向した構造を有する燃料電池において出力向上を達成することができる。すなわち、本発明に係る燃料電池は、本発明を適用しない従来の燃料電池と比較して、優れた出力を示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用した燃料電池を模式的に示す構成図である。
【図２】本実施例で作製したテストセルを模式的に示す構成図である。
【図３】本実施例で作製したテストセルの出力特性を計測した結果を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明に係る燃料電池をより詳細に説明する。
【００１５】
本発明に係る燃料電池１は、図１に模式的に示すように、アノード側電極１０と、カソード側電極１２と、アノード側電極１０とカソード側電極１２との間に配されたイオン伝導性を有する膜１４（以下、電解質膜１４）とを備え、カソード側電極１２と電解質膜１４との間に、イオン伝導性のゲル状物質を含むイオン伝導性ゲル膜１５を備えている。すなわち、本発明に係る燃料電池１において、イオン伝導性ゲル膜１５は、カソード側電極１２と電解質膜１４との間に挟持されている。なお、燃料電池１において、アノード側電極１０はアノード極室６内部に配設され、カソード側電極１２はカソード極室８内部に配設されている。なお、アノード極室６には燃料が充填又は供給される。
【００１６】
ここで、イオン伝導性ゲル膜１５は、イオン伝導性を備えることを条件に任意のゲル状物質を用いて作製することができる。ゲル状物質としては、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、アルギン酸ナトリウム、アガロース、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、カラギーナン、ゼラチン、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ジェランガム、ポリガンマグルタミン酸、ポリビニルアルコール及びポリデキストロースを挙げることができる。これらゲル状物質を用いてイオン伝導性ゲル膜１５を作製することで、カソード側電極１２における酵素反応に必要最低限の水分を保持しつつ半乾燥状態を達成・維持することができる。また、このゲル状物質は、50〜3000mMの電解質又は緩衝液成分を含むことが好ましい。電解質や緩衝液成分としては、例えばナトリウムやカリウム、リン酸を挙げることができる。また、イオン伝導性ゲル膜１５の厚さは、特に限定されないが、１μｍ〜１ｍｍ程度が好ましく、１μｍ〜１０μｍ程度がより好ましい。
【００１７】
イオン伝導性ゲル膜１５は、上述したゲル状物質に電解質や緩衝液成分を所望量添加した後、カソード側電極１２における電解質膜１４と対向する一主面及び/又は電解質膜１４におけるカソード側電極１２と対向する一主面に流し込み、固化させることで作製することができる。なお、イオン伝導性ゲル膜１５の作製方法は何ら限定されない。
【００１８】
ここで、アノード側電極１０は、電極材と、酵素及びメディエータを含む酸化反応関連剤とから構成される。アノード側電極１０における酸化反応関連剤内のメディエータは、酸化反応関連剤の酵素−電極材間の電子の受け渡しを行う電子伝達可能な生体由来のタンパク質である。電子伝達可能な生体由来のタンパク質とは、特に限定されないが、例えば、鉄、銅等を含む金属含有タンパク質であり、例えば、ヘモグロビン（Ｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ）、フェレドキシン（Ｆｅｒｒｅｄｏｘｉｎ）、シトクロム（Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ）Ｃ５１１、シトクロムＰ４５０、アズリン（Ａｚｕｒｉｎ）、プラストシアニン（Ｐｌａｓｔｏｃｙａｎｉｎ）、シトクロムａ，ａ１，ａ３，ｂ，ｂ２，ｂ３，ｂ５，ｂ６，ｂ５５５，ｂ５５９，ｂ５６２，ｂ５６３，ｂ５６５，ｂ５６６，ｃ，ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｄ，ｅ，ｆ，ｏ，Ｐ−４５０、ヘモシアニン（Ｈｅｍｏｃｙａｎｉｎ）、フェリチン（Ｆｅｒｒｉｔｉｎ）等が挙げられる。
【００１９】
より具体的には、電子伝達可能な生体由来のタンパク質の具体例として、ウシ由来のヘモグロビン（ナカライテクス社製）、クロストリジウム由来のフェレドキシン（ＳＩＧＭＡ社製）、シュードモナス由来のシトクロムＣ５５１（ＳＩＧＭＡ社製）、シュードモナス由来のアズリン（ＳＩＧＭＡ社製）等が挙げられる。
【００２０】
アノード側電極１０における酸化反応関連剤内の酵素は、アノード極室６に充填又は供給される燃料の酸化反応に関与するものであり、下記に例示する燃料に応じて選択される。例えば、メタノールを燃料とする場合、メタノールからホルムアルデヒドへ酸化するアルコールデヒドロゲナーゼが挙げられる。また、例えば、グルコースを燃料とする場合、グルコースからグルコノラクトンへ酸化するグルコースデヒドロゲナーゼが挙げられる。これら酵素は、ＮＡＤ＋依存型デヒドロゲナーゼ又はＰＱＱ（ピロロキノリンキノン）型デヒドロゲナーゼであることが好ましい。ＮＡＤ＋依存型デヒドロゲナーゼは、補酵素としてＮＡＤ＋（ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド）が用いられ、ＮＡＤ＋の存在下において燃料の酸化反応が進行する。一方、ＰＱＱ（ピロロキノリンキノン）型デヒドロゲナーゼは、ＮＡＤ＋の補酵素の非存在下でも燃料の酸化反応が進行する。
【００２１】
また、ＰＱＱ型デヒドロゲナーゼの具体例として、アセトバクターパステウリアヌス（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｐａｓｔｅｕｒｉａｎｕｓ）、メチロバクテリウムエクストルケヌス（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｅｘｔｏｒ ｑｕｅｎｓ）、パラコッカスデニトリフィカンス（Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）、シュードモナスプチダ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｐｕｔｉｄａ）、コマモナステストステロニ（Ｃｏｍａｍｏｎａｓ ｔｅｓｔｏｓｔｅｒｏｎｉ）（ＮＢＲＣ １２０４８）由来のＰＱＱ型アルコールデヒドロゲナーゼ、アセトバクターカルコアセチクス（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ）、大腸菌由来のＰＱＱ型グルコースデヒドロゲナーゼ等を用いることができる。
【００２２】
また、酸化反応関連剤内の酵素のその他の例として、糖代謝に関与する酵素（例えばヘキソキナーゼ、グルコースリン酸イソメラーゼ、ホスホフルクトキナーゼ、フルクトース二リン酸アルドラーゼ、トリオースリン酸イソメラーゼ、グリセルアルデヒドリン酸デヒドロゲナーゼ、ホスホグリセロムターゼ、ホスホピルビン酸ヒドラターゼ、ピルビン酸キナーゼ、Ｌ−乳酸デヒドロゲナーゼ、Ｄ−乳酸デヒドロゲナーゼ、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ、クエン酸シンターゼ、アコニターゼ、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ、２−オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼ、スクシニル−ＣｏＡシンテターゼ、コハク酸デヒドロゲナーゼ、フマラーゼ、マロン酸デヒドロゲナーゼ等）等を用いることができる。
【００２３】
アノード極室６に充填又は供給する燃料は、例えば、メタノール等のアルコール類、グルコース等の糖類、脂肪類、タンパク質、糖代謝の中間生成物の有機酸（グルコース−６−リン酸、フルクトース−６−リン酸、フルクトース−１，６−ビスリン酸、トリオースリン酸イソメラーゼ、１，３−ビスホスホグリセリン酸、３−ホスホグリセリン酸、２−ホスホグリセリン酸、ホスホエノールピルビン酸、ピルビン酸、アセチル−ＣｏＡ、クエン酸、ｃｉｓ−アコニット酸、イソクエン酸、オキサロコハク酸、２−オキソグルタル酸、スクシニル−ＣｏＡ、コハク酸、フマル酸、Ｌ−リンゴ酸、オキサロ酢酸等）、これらの混合物等が用いられる。
【００２４】
電極材としては、酵素及びメディエータを含む酸化反応関連剤をより多く浸漬又は固定化させることができる点において、多孔質材料を使用することが好ましい。例えば、カーボンフェルト、カーボンペーパ及び活性炭等が挙げられる。
【００２５】
アノード側電極１０は、特に限定されないが、例えば、酵素及びメディエータを含む酸化反応関連剤をポリマー又は架橋剤により電極材に固定化させて作製することができる。また、例えば、酵素及びメディエータを含む酸化反応関連剤を緩衝溶液に溶解させ、その溶解液を電極材に浸漬させることでアノード側電極１０を作製することもできる。ここで使用可能なポリマーとしては、ポリビニルイミダゾール、ポリアリルアミン、ポリアミノ酸、ポリピロール、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリプロピレンと無水マレイン酸のグラフト共重合体、メチルビニルエーテルと無水マレイン酸の共重合体、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂等を例示できる。また、使用可能な架橋剤としては、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、グルタルアルデヒド、スベリン酸ジスクシミジル、スクシミジル−４−（ｐ−マレイミドフェニル）ブチレート等を例示できる。さらに、使用可能な緩衝溶液としては、ＭＯＰＳ（３−（Ｎ−ｍｏｒｐｈｏｌｉｎｏ）ｐｒｏｐａｎｅｓｕｌｆｏｎｉｃ ａｃｉｄ）緩衝溶液、リン酸緩衝液、トリス緩衝液等を例示できる。
【００２６】
次に、カソード側電極１２について説明する。カソード側電極１２は、電極材と還元反応関連剤とから構成される。カソード側電極１２における還元反応関連剤としては、例えば、電極触媒として白金等の金属触媒が担持された炭素粉末、又は酸素還元酵素及びメディエータにより構成されているものを使用することができる。
【００２７】
還元反応関連剤として使用可能な酸素還元酵素としては、ビリルビンオキシターゼ、ラッカーゼ、ペルオキシダーゼ等を用いることができる。また、メディエータとしては、上記説明したものと同様のものを用いることができる。一方、還元反応関連剤が、金属触媒が担持された炭素粉末により構成されている場合、金属触媒として、例えば、白金、鉄、ニッケル、コバルト、ルテニウム等が用いられる。また、炭素粉末として、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック等が用いられる。
【００２８】
カソード極室８内のカソード側電極１２において、酸素とプロトンから水を生成する反応が進行する。よって、カソード側電極１２には、反応に使用するための酸素が供給される必要がある。本発明に係る燃料電池では、イオン伝導性ゲル膜１５に含まれる水分や緩衝液に溶存する酸素をこの反応に利用することができる。或いは、カソード極室８内に酸素含有気体（例えば、空気）を導入することで、この反応に利用する酸素を供給しても良い。また、フェリシアン化カリウム等の犠牲試薬を添加した緩衝液（酸素が含まれている）等をカソード極室８内に供給しても良い。また、カソード側電極１２を構成する還元反応関連剤が、白金等の金属触媒を担持した炭素粉末であれば、酸素ガスを用いることもできる。
【００２９】
酸素還元酵素及びメディエータを還元反応関連剤として用いる場合、カソード側電極１２は、上述したアノード側電極１０と同様に、酸素還元酵素及びメディエータをポリマー及び架橋剤により電極材に固定化させることで作製できる。また例えば、酸素還元酵素及びメディエータを緩衝溶液に溶解させ、その溶解液を電極材に浸漬させることでカソード側電極１２を作製することもできる。ここで使用可能なポリマー、架橋剤及び緩衝溶液は、上述したアノード側電極１０と同様のものを使用することができる。一方、金属触媒が担持された炭素粉末を用いる場合、カソード側電極１２は、金属触媒が担持された炭素粉末を、後述する電解質膜１４と同様の電解質（例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸系の電解質）により電極材に固定化させて作製することができる。
【００３０】
また、電解質膜１４は、電子伝導性を持たずプロトン伝導性を有するものであれば特に制限されるものではない。例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸系の樹脂膜、トリフルオロスチレン誘導体の共重合膜、リン酸を含浸させたポリベンズイミダゾール膜、芳香族ポリエーテルケトンスルホン酸膜等が挙げられる。具体的にはナフィオン（登録商標）が用いられる。
【００３１】
以上のように構成された本発明に燃料電池１は、例えば、アノード側電極１０に供される燃料がメタノールである場合、アノード側電極極１０及びカソード側電極１２での酸化還元反応は、それぞれ下式（１）及び（２）によって表される。
【００３２】
アノード：ＣＨ３ＯＨ → ＨＣＨＯ＋２Ｈ＋＋２ｅ− （１）
カソード：２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→ Ｈ２Ｏ （２）
【００３３】
すなわちアノード側電極１０では、メタノールが酵素によってホルムアルデヒドと水素イオンと電子とにする反応が行われる。電子は、メディエータによって電極材に運ばれ、さらに外部回路を通じてカソード側電極１２に運ばれる。水素イオンは、電解質膜１４を介して、カソード側電極１２に移動する。一方、カソード側電極１２では、水素イオン、電子、酸素が反応して水を生成する反応が行われる。これらの反応によって、外部回路にエネルギを放出する。
【００３４】
特に、本発明に係る燃料電池は、従来の燃料電池と比較して電池出力が向上する。ここで、従来の燃料電池とは、カソード側電極１２と電解質膜との間にイオン伝導性ゲル膜１５を有しない以外は実質的に同一の構成を有する燃料電池の意味である。イオン伝導性ゲル膜１５の存在により電池出力が向上することのメカニズムは明らかではないが、半乾燥状態のカソード側電極１２と電解質膜１４との接触が向上することによると考えられる。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例により本発明に係る燃料電池を更に詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３６】
〔実施例１〕
本実施例では図２に模式的に示すようなテストセルを作製し、出力特性を評価した。図２に示すテストセルは、アノード側電極１０とカソード側電極１２とが電解質膜１４を介して対向した構造であって、カソード側電極１２と電解質膜１４との間にイオン伝導性ゲル膜１５を備える構成である。また、図２に示すテストセルは、アノード側電極１０に接するように配設されたアノード側集電体２０及びカソード側電極１２に接するように配設されたカソード側集電体２１を備えている。さらに、図２に示すテストセルは、これらアノード側集電体２０、アノード側電極１０、電解質膜１４、イオン伝導性ゲル膜１５、カソード側電極１２及びカソード側集電体２１からなる積層構造を、シリコン２２で挟み込み、さらにシリコン２２を一対のアクリル板２３で挟み込むように構成されている。
【００３７】
本実施例では、イオン伝導性ゲル膜１５としてアルギン酸ナトリウムゲルを用いてテストセルを作製した。
【００３８】
（１−１）アノード側電極１０の作製
カーボンブラック、10%ポリビニルピリジン、Ｎ-メチルピロリドンを混和した分散溶液を1cm2に切り抜いたカーボンフェルトに塗布し、乾燥させたものをアノード側電極１０とした。
【００３９】
（１−２）カソード側電極１２の作製
カーボンブラック、テフロン、2-プロパノールを混和した分散溶液を1cm2に切り抜いたカーボンフェルトに塗布し、乾燥させたものをカソード側電極１２とした。
【００４０】
（１−３）アルギン酸ナトリウムゲルの作製
アルギン酸ナトリウム100mgをリン酸ナトリウムバッファー（ｐＨ7）3.2mｌに溶かしたものをアルギン酸ナトリウムゲルとした。
【００４１】
（１−４）アルギン酸ナトリウムゲルを用いたテストセルの作製
カソード側電極１２と電解質膜１４の間に（１−３）で作製したゲルを塗布してイオン伝導性ゲル膜１５を成膜することでテストセルを作製した。また、作製したテストセルは、アノード側電極に２Ｍ アスコルビン酸ナトリウム溶液を充填し、カソード側電極に200mg/ml BO-3（天野エンザイム社製）及び50ｍＭ フェリシアン化カリウム溶液を充填した。
【００４２】
（１−５）燃料電池の評価
（１−４）で作製したテストセルにおけるアノード側集電体２０及びカソード側集電体２１を介して、外部負荷装置に対してテストセルを直列に接続した。外部負荷装置としてはELECTRONIC Load PLZ164WA（KIKUSUI社製）を使用し、WAVY FOR PLZ-4W ソフトウェア（KIKUSUI社製）を用いてテストセルの出力特性を計測した。測定は室温条件下（約25℃）にて実施した。
【００４３】
〔実施例２〕
本実施例では、イオン伝導性ゲル膜１５の材料としてカルボキシメチルセルロースゲルを用いた以外は実施例１と同様にしてテストセルを作製し、当該テストセルの出力特性を計測した。具体的には、カルボキシメチルセルロース100mgをリン酸ナトリウムバッファー（ｐＨ7）2mｌに溶かしたものをカルボキシメチルセルロースゲルとし、カソード側電極１２と電解質膜１４の間に作製したゲルを塗布し、イオン伝導性ゲル膜１５を成膜した。
【００４４】
〔比較例１〕
比較例としては、イオン伝導性ゲル膜１５を有しない構成でテストセルを作製した。すなわち、比較例として作製したテストセルは、図２に示す構成において、イオン伝導性ゲル膜１５を有しておらず、電解質膜１４とカソード側電極１２とが接触した構成となっている。
【００４５】
〔特性評価結果〕
実施例１で作製したテストセル、実施例２で作製したテストセル及び比較例１で作製したテストセルについて、実施例１の（１−５）で説明した方法により出力特性を評価した。結果を図３に示す。
【００４６】
図３に示すように実施例１で作製したテストセルは6.25mW/cm2の出力が得られ、実施例２で作製したテストセルは6.15mW/cm2の出力が得られた。これに対して、比較例１で作製したテストセルは4.9mW/cm2の出力であった。この結果より、電解質膜１４とカソード側電極１２との間にイオン伝導性ゲル膜１５を介在させることで電池出力を大幅に向上できることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００４７】
１…燃料電池、６…アノード極室、８…カソード極室、１０…アノード側電極、１２…カソード側電極、１４…電解質膜、１５…イオン伝導性ゲル膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード側電極と、カソード側電極と、これらアノード側電極とカソード側電極との間に配されたイオン伝導性を有する膜とを備える燃料電池において、上記カソード側電極と上記イオン伝導性を有する膜との間に、イオン伝導性のゲル状物質が挟持されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
アノード側電極とカソード側電極は、酵素を触媒として含んでいることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
イオン伝導性のゲル状物質は、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）又はアルギン酸ナトリウムであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項１】
アノード側電極と、カソード側電極と、これらアノード側電極とカソード側電極との間に配されたイオン伝導性を有する膜とを備える燃料電池において、上記カソード側電極と上記イオン伝導性を有する膜との間に、イオン伝導性のゲル状物質が挟持されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
アノード側電極とカソード側電極は、酵素を触媒として含んでいることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
イオン伝導性のゲル状物質は、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）又はアルギン酸ナトリウムであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１１４９７３（Ｐ２０１３−１１４９７３Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６１７６０（Ｐ２０１１−２６１７６０）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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