(57)【要約】【課題】アノード電極の反応に起因して生じるガスの滞留を防止し、抵抗の増幅を防止する。【解決手段】本発明に係るバイオ燃料電池は、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、上記アノード側電極と上記イオン伝導性を有する膜との間に配された間隙部とを有する。【選択図】図１
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【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、上記アノード側電極と上記イオン伝導性を有する膜との間に配された間隙部とを有するバイオ燃料電池。
【請求項２】
上記アノード側電極に対して供給する燃料が自然拡散によるものであることを特徴とする請求項１記載のバイオ燃料電池。
【請求項３】
上記間隙部は、繊維状カーボンを含むフェルトからなることを特徴とする請求項１記載のバイオ燃料電池。
【請求項４】
上記間隙部は、溶液が充填されていることを特徴とする請求項１記載のバイオ燃料電池。
【請求項５】
上記間隙部は、上記アノード側電極と上記イオン導電性を有する膜との間に配された枠部材により形成されることを特徴とする請求項１記載のバイオ燃料電池。
【請求項６】
上記間隙部は、上記アノード側電極と上記イオン導電性を有する膜との間を０．０５〜５ｍｍに維持することを特徴とする請求項１記載のバイオ燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定化酵素による酵素反応を利用するバイオリアクター、固定化酵素の活性向上方法に関し、また、固定化酵素の酵素反応を利用するバイオ燃料電池に関する。
【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、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】
特許文献１には、予め成膜された親水性ゲル膜を、イオン伝導性を有する膜と、アノード側電極及び/又はカソード側電極との間に介在させることで、バイオ燃料電池における発電効率が大きく改善されることが開示されている。特に、特許文献１には、イオン伝導性を有する膜の湿潤時における寸法不安定性や、膜と電極との間に生じる気泡などにより、電極と膜との接触が不十分となる場合があり、アノード極反応により発生したイオンを効率よくカソード極に輸送できないことが開示されている。そして、上記親水性ゲル膜を配することによって、イオン伝導性を有する膜とアノード側電極およびカソード側電極との間における、燃料およびプロトンの輸送効率が向上することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2011-243289号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、バイオ燃料電池においては、アノード電極の反応に起因して生じるガスが滞留することで電気抵抗が増幅するといった問題が生じている。特許文献１に開示された親水性ゲル膜を配する構造としても、この問題を十分に解決できるものではなかった。特に、バイオ燃料電池においては、燃料を自然拡散により電極に供給するタイプ（パッシブ型）の場合にガスの発生による抵抗増幅の問題が顕著になる。
【０００９】
そこで、上述した実情に鑑み、アノード電極の反応に起因して生じるガスの滞留を防止し、抵抗の増幅が防止されたバイオ燃料電池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】
【００１０】
上述した目的を達成した本発明は以下を包含する。
（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、上記アノード側電極と上記イオン伝導性を有する膜との間に配された間隙部とを有するバイオ燃料電池。
（２）上記アノード側電極に対して供給する燃料が自然拡散によるものであることを特徴とする（１）記載のバイオ燃料電池。
（３）上記間隙部は、繊維状カーボンを含むフェルトからなることを特徴とする（１）記載のバイオ燃料電池。
（４）上記間隙部は、溶液が充填されていることを特徴とする（１）記載のバイオ燃料電池。
（５）上記間隙部は、上記アノード側電極と上記イオン導電性を有する膜との間に配された枠部材により形成されることを特徴とする（１）記載のバイオ燃料電池。
（６）上記間隙部は、上記アノード側電極と上記イオン導電性を有する膜との間を０．０５〜５ｍｍに維持することを特徴とする（１）記載のバイオ燃料電池。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るバイオ燃料電池では、アノード電極の反応に起因して生じたガスの滞留を防止できる。これにより、本発明に係るバイオ燃料電池では、アノード電極における抵抗の増幅を回避することができ、優れた電池特性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を適用したバイオ燃料電池の一例を模式的に示す模式図である。
【図２】実施例で作製したバイオ燃料電池のテストピースの断面図である。
【図３】実施例１及び比較例１のバイオ燃料電池について電池特性を比較した結果を示す特性図である。
【図４】実施例１、実施例２及び比較例１のバイオ燃料電池について電池特性を比較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】
【００１３】
以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
本発明においてバイオ燃料電池とは、カソード電極とアノード電極とが電解質を介して対向してなるバイオ燃料電池であって、カソード電極及びアノード電極の少なくとも一方が固定化酵素を備える電池を意味する。本発明に係るバイオ燃料電池では、アノード電極において生じた気泡（ガス）がアノード電極近傍に滞留することなく、優れた電池特性を示すものである。なお、本発明においてバイオ燃料電池とは、固定化酵素による酵素反応を利用した電池であれば、その形状、酵素の種類、電解質の種類等に何ら限定されるものではない。
【００１５】
本発明を適用したバイオ燃料電池の一例を図１に模式的に示す。図１に示すバイオ燃料電池１は、アノード側電極１１と、カソード側電極１２と、アノード側電極１１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１３（以下、電解質膜１３）とを備えている。バイオ燃料電池１において、アノード側電極１１と電解質膜１３との間には間隙部１０が形成されている。ここで、間隙部１０とは、アノード側電極１１と電解質膜１３と間を所定の間隔を意味する。図１に示したバイオ燃料電池１において間隙部１０は、アノード側電極１１と電解質膜１３との間に間隙部材９を配設することによって形成されている。
【００１６】
なお、バイオ燃料電池１において、アノード側電極１１はアノード極室１４内部に配設され、カソード側電極１２はカソード極室１５内部に配設されている。なお、アノード極室１４には燃料が充填又は供給される。なお、特に、本発明に係るバイオ燃料電池１においては、アノード極室１４に充填又は供給された燃料がアノード側電極１１に自然拡散によって供給され反応が進行する、いわゆるパッシブ型アノード電極であることが好ましい。ただし、本発明に係るバイオ燃料電池１は、燃料を撹拌したり、燃料を送流させることで燃料がアノード側電極１１に供給され反応が進行する、いわゆるアクティブ型アノード電極であってもよい。
【００１７】
ここで、アノード側電極１１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１１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。
【００１８】
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。
【００１９】
アノード側電極１１における酸化反応関連剤内の酵素は、アノード極室１４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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
アノード極室１４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。
【００２３】
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。
【００２４】
アノード側電極１１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た固定化酵素とし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１１の固定化酵素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。
【００２５】
間隙部１０を形成する間隙部材９は、アノード側電極１１と電解質膜１３とを所定の間隔となるようにできる部材であれば、材料、形状、個数及び寸法条件は特に限定されない。間隙部材９としては、例えば、カーボンフェルトや不織布、ペーパー状カーボン、スポンジ状カーボン及びろ紙等の繊維状材料を使用することができる。また、間隙部材９としては、所定の厚みを有する格子状部材や網目状部材といった枠部材とすることもできる。これら格子状部材や網目状部材は、樹脂や金属を加工することで作製することができる。さらに、間隙部１０には、これら間隙部材９とともに、例えば燃料や電解質を含む溶液を充填することもできる。さらにまた、間隙部１０は、アノード側電極１１と電解質膜１３との間を所定の間隔に維持できるように溶液のみを充填しても良い。
【００２６】
間隙部１０の厚み、すなわち間隙部材９によるアノード側電極１１と電解質膜１３と間隔は、特に限定されないが、例えば０．０５〜５ｍｍとすることができ、０．５〜２ｍｍとすることが好ましい。アノード側電極１１と電解質膜１３と間隔がこの範囲を下回ると、アノード側電極１１において生じた気泡が十分に抜けずに滞留してしまう結果、アノード側電極１１における抵抗が増幅する虞がある。また、アノード側電極１１と電解質膜１３と間隔がこの範囲を超えると、内部抵抗が増大するといった問題が生じる虞がある。
【００２７】
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。
【００２８】
還元反応関連剤として使用可能な還元酵素としては、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。
【００２９】
カソード極室１５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。これには、例えば、カソード極室１５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１５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。
【００３０】
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１１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た固定化酵素として作製できる。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となる固定化酵素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１１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１３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。
【００３１】
また、電解質膜１３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。
【００３２】
以上のように構成された本発明に係るバイオ燃料電池１は、例えば、アノード側電極１１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１１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。
【００３３】
アノード：ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ ＣＯ２＋６ｅ−＋６Ｈ＋（１）
カソード：２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ− → Ｈ２Ｏ（２）
【００３４】
すなわちアノード側電極１１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１３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ーを放出する。
【００３５】
本発明に係るバイオ燃料電池１は、上述したアノード側電極１１における反応に伴って発生するガスが間隙部１０から外方へ拡散するため、気泡となってアノード側電極１１近傍に滞留することを防止できる。これは、間隙部１０を形成する間隙部材９が不織布のような繊維状物質から構成されていても、格子状部材等の枠部材から構成されていても、同様に気泡の滞留を防止することができる。これにより、本発明に係るバイオ燃料電池１においては、アノード側電極１１の抵抗が増幅することなく、良好な電池特性を維持することができる。
【００３６】
一般に、上述したパッシブ型アノード電極を採用するバイオ燃料電池においては、上述したアノード電極で生じる気泡が滞留しやすく、アノード電極における抵抗が増幅する。本発明に係るバイオ燃料電池１は、アノード側電極１１がパッシブ型アノード電極であっても、間隙部１０により気泡の滞留が防止できる。よって、本発明に係るバイオ燃料電池１は、アノード側電極１１がパッシブ型アノード電極であっても、アノード側電極１１の抵抗増幅が防止でき、優れた電池特性を維持することができる。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、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。
【００３８】
本実施例では、アノード電極と電解質膜との間に間隙部を設けたバイオ燃料電池を作製し、その電池特性を評価した。
【００３９】
具体的に本実施例では、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１１とカソード側電極１２とが電解質膜１３を介して対向した構造であって、アノード側電極１１と電解質膜１３との間に間隙部材９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１１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１１、間隙部材９、電解質膜１３、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。より具体的には以下のようにテストセルを作製した。
【００４０】
（１−１）アノード側電極１１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（東レ社製、商品名：トレカマット）に塗布し、乾燥させた。これに2.5%グルタルアルデヒド、20%ポリ-L-リジン、10mM Tris-HClバッファー(pH8.0)、400U/mlギ酸脱水素酵素（シグマアルドリッチ社製）を混和した溶液をしみ込ませ乾燥させたものをアノード側電極１１とした。
【００４１】
（１−２）間隙部材９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、乾燥させたものを間隙部材９とした。
【００４２】
（１−３）カソード側電極１２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、乾燥させたものをカソード電極１２とした。
【００４３】
（１−４）実施例１のバイオ燃料電池の作製
以上のように作製したアノード側電極１１、間隙部材９、カソード側電極１２を使用し、アノード側集電体２０、アノード側電極１１、間隙部材９、電解質膜１３、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作製した。そして、アノード側電極１１には、0.5Mギ酸ナトリウム、50mM NADH、50mM NAD及び1Mイミダゾールバッファー(pH7.0)溶液を供給し、カソード側電極１２には1Mフェリシアンカカリウム溶液を供給することでバイオ燃料電池（実施例１）を作製した。
【００４４】
なお、実施例１で作製したバイオ燃料電池において、間隙部材９の厚みは０．７５ｍｍとした。
【００４５】
（２−４）実施例２のバイオ燃料電池の作製
実施例２では、1cm2に切り抜いたカーボンフェルトに対してカーボンブラック含まない分散溶液を塗布した以外は上記（１−２）と同様に間隙部材９を作製した。この間隙部材９を使用して実施例１と同様にしてバイオ燃料電池を作製した。なお、実施例２で作製したバイオ燃料電池においても、間隙部材９の厚みは０．７５ｍｍとした。
【００４６】
（３−４）比較例１のバイオ燃料電池の作製
比較例１のバイオ燃料電池として、間隙部材９を有しないバイオ燃料電池を作製した。すなわち、実施例１及び２で作製したアノード側集電体２０、アノード側電極１１、間隙部材９、電解質膜１３、カソード側電極１２及びカソード側集電体２１からなる積層構造に代えて、アノード側集電体２０、アノード側電極１１、電解質膜１３、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使用した以外は実施例１及び２と同様にバイオ燃料電池を作製した。
【００４７】
＜特性評価＞
以上のように作製した実施例１、実施例２及び比較例１のバイオ燃料電池について以下のようにして電池特性を評価した。すなわち、電池出力を、電池両極間に直列に接続した外部負荷装置としてELECTRONIC Load PLZ164WA（KIKUSUI社製）及びWAVY FOR PLZ-4W ソフトウェア（KIKUSUI社製）を用いて計測した。測定は室温条件下（約25℃）にて実施した。
【００４８】
実施例１のバイオ燃料電池と比較例１のバイオ燃料電池について電池出力を比較した結果を図３に示す。図３に示すように、比較例１のバイオ燃料電池の出力は8.04mW/cm2であったのに対して、実施例１のバイオ燃料電池の出力は9.45mW/cm2であった。
【００４９】
また、比較例１のバイオ燃料電池で得られた出力を基準値として、実施例１及び２のバイオ燃料電池それぞれについて電圧の相対値を算出した結果を図４に示す。図４に示すように、実施例１及び２のバイオ燃料電池は、比較例１のバイオ燃料電池と比較して優れた出力を示すことが明らかになった。
【００５０】
以上の結果から、アノード側電極１１と電解質膜１３との間に間隙を設けることによって、アノード側電極１１の抵抗増幅を防止し、優れた電池特性を達成できることが示された。
【符号の説明】
【００５１】
１…バイオ燃料電池、９…間隙部材、１０…間隙部、１１…アノード側電極、１２…カソード側電極、１３…電解質膜
【図１】
2014120460.tif 000003
【図２】
2014120460.tif 000004
【図３】
2014120460.tif 000005
【図４】
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