(57)【要約】【課題】金属部材である集電体を電池構造体から容易に分離可能なバイオ燃料電池の提供。【解決手段】電池筐体１内に配設された電極２１，２２と、電池筐体１外に露出された集電体３，３と、を備え、集電体３，３の一部が、電池筐体１に設けられた開口４，４を介して、該開口４，４から電池筐体１内の溶液が漏出するのを防止する漏出防止手段が講じられた状態で、電極２１，２２と分離可能に密着されたバイオ燃料電池Ａを提供する。このバイオ燃料電池Ａにおいて、電極２１，２２はカーボン系材料により形成し、電池筐体１は生分解性プラスチックにより形成することが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池筐体内に配設された電極と、電池筐体外に露出された集電体と、を備え、
集電体の一部が、電池筐体に設けられた開口を介して、該開口から電池筐体内の溶液が漏出するのを防止する漏出防止手段が講じられた状態で、電極と分離可能に密着されたバイオ燃料電池。
【請求項２】
前記漏出防止手段は、前記電極と前記集電体を導電性接着剤によって剥離可能に接着したこと、あるいは、再封止可能なシールによって集電体を電極と密接させて前記電池筐体に固定したことである請求項１記載のバイオ燃料電池。
【請求項３】
前記電極と前記集電体との接触部分に撥水性が付与された請求項２記載のバイオ燃料電池。
【請求項４】
前記電極の前記集電体との接触部分を低浸透性材料により形成した請求項２記載のバイオ燃料電池。
【請求項５】
前記電極をカーボン系材料により形成し、前記電池筐体を生分解性プラスチックにより形成した請求項１〜４のいずれか一項に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、バイオ燃料電池に関する。より詳しくは、集電体を電池構造体から容易に分離することができるバイオ燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アノード又はカソードの少なくとも一方の電極上に触媒として酸化還元酵素を固定した「バイオ燃料電池」が開発されてきている。バイオ燃料電池では、グルコースやエタノールなどの通常の工業触媒では反応が困難な燃料から効率良く電子を取り出して高い容量を得ることができる。このため、バイオ燃料電池は、高容量でかつ安全性が高い次世代の燃料電池として期待されている。
【０００３】
例えば、グルコースを燃料とするバイオ燃料電池においては、図６に示すようにアノードでグルコースの酸化反応が進行し、カソードで酸素の還元反応が進行する。現在、グルコース及び酸素に限らず、種々の燃料を用いることが可能なバイオ燃料電池が開発されつつある。
【０００４】
従来の一次電池（乾電池）や二次電池（蓄電池）は、電極活物質や電解液、燃料等に重金属等の有害物質や、強アルカリや強酸等の環境汚染物質などを含んでいる。そのため、これらの電池は、他の廃棄物と分別した上で回収され、廃棄されている。
【０００５】
天然ガスや水素、メタノールなどの燃料を用いた燃料電池においては、一部の部材に生分解性材料を用いることで、使用後に廃棄される燃料電池による環境破壊を抑制する試みがなされてきている。例えば、特許文献１には、発電用燃料が封入される燃料封入部を生分解性プラスチックにより構成した電源システムが開示されている（当該文献請求項６参照）。また、特許文献２には、生分解性プラスチックをセパレータに用いた燃料電池が記載されている（当該文献請求項５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２８９２１１号公報
【特許文献２】特開２００７−１２８８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１、２に開示されるように、天然ガス等を燃料に用いた燃料電池では、一部の部材を生分解性とすることで環境負荷を低減する試みがなされている。しかし、通常の燃料電池は、電解液に硫酸等の強酸を含み、電極触媒に白金等の希少元素を含んでいる。そのため、これらの電池を廃棄する際には、一部の部材が生分解性とされているとしても、やはり他の廃棄物とは分別して回収し、分解、部材の分離等を行う必要がある。
【０００８】
一方、バイオ燃料電池は、電極触媒としての酵素、電子伝達物質、固定化膜、電解液、燃料等に有害物質や環境汚染物質などを含まない。そのため、バイオ燃料電池は、一部の金属部材のみを電池構造体から取り除けば、残りの部分は通常の廃棄物と同様に廃棄できる可能性がある。
【０００９】
そこで、本発明は、金属部材である集電体を電池構造体から容易に分離可能なバイオ燃料電池を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題解決のため、本発明は、電池筐体内に配設された電極と、電池筐体外に露出された集電体と、を備え、集電体の一部が、電池筐体に設けられた開口を介して、該開口から電池筐体内の溶液が漏出するのを防止する漏出防止手段が講じられた状態で、電極と分離可能に密着されたバイオ燃料電池を提供する。このバイオ燃料電池において、電極はカーボン系材料により形成し、電池筐体は生分解性プラスチックにより形成することが好ましい。
集電体は、電池性能の観点から金属部材とされることが好ましく、非金属部材には置換し難い。本発明に係るバイオ燃料電池では、電池筐体外に露出する集電体を電池筐体内の電極と分離可能に密着させたことで、集電体を電池構造体から容易に取り除くことができる。
本発明に係るバイオ燃料電池において、前記漏出防止手段は、前記電極と前記集電体を導電性接着剤によって剥離可能に接着したこと、あるいは、再封止可能なシールによって集電体を電極と密接させて前記電池筐体に固定したこととできる。これらの漏出防止手段により、集電体と電極が接触する開口からの電池筐体内の溶液の漏出を防止できる。
また、本発明に係るバイオ燃料電池においては、前記電極と前記集電体との接触部分に撥水性を付与すること、あるいは、前記電極の前記集電体との接触部分を低浸透性材料により形成することが好ましい。これにより、集電体と電極とを分離した後に、開口から電池筐体内の溶液が漏出するのを防止できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、金属部材である集電体を電池構造体から容易に分離可能なバイオ燃料電池が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第一実施形態に係るバイオ燃料電池の外観上面模式図である。
【図２】第一実施形態に係るバイオ燃料電池の断面模式図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係るバイオ燃料電池の外観上面模式図である。
【図４】第二実施形態に係るバイオ燃料電池の断面模式図である。
【図５】第三実施形態に係るバイオ燃料電池の断面模式図である。
【図６】グルコースを燃料とするバイオ燃料電池の電極での酸化還元反応を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための好適な形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第一実施形態
［電池構造］
［導電性接着剤］
［電極材料］
［集電体材料］
［アノード酵素類］
［カソード酵素類］
［セパレータ材料］
［プロトン伝導体］
［燃料］
［電池筐体材料］
２．第二実施形態
［電池構造］
［電極材料］
３．第三実施形態
［電池構造］
［導電性接着剤］
［電極材料］
【００１４】
１．第一実施形態
図１は、本発明の第一実施形態に係るバイオ燃料電池の外観上面模式図である。図２は、第一実施形態に係るバイオ燃料電池の断面模式図であり、図１中のＰ−Ｐ断面に対応する。
【００１５】
［電池構造］
図中、符号Ａで示すバイオ燃料電池は、電池筐体１と、電池筐体１内に配設された一対の電極と、電池筐体１外に露出された集電体３，３とを備えている。電極は、燃料５の酸化反応により電子を取り出すアノード（燃料極）２１と、外部から供給される酸素の還元反応を行なうカソード（空気極）２２とからなる。
【００１６】
電池筐体１内のアノード２１側には、電極に接触して燃料５が充填されている。また、電池筐体１内のカソード２２側には、空気６が電極と接触するように導入される。アノード２１とカソード２２は、ショート防止用の隔壁（以下「セパレータ」と称する）８を挟んで配置されている。また、アノード２１とカソード２２の間には、プロトン伝導体（ここでは「電解液」）７が電極に接触して充填されている。
【００１７】
アノード２１上には、燃料５の酸化反応を触媒し、電子を取り出すための酵素が存在する。また、カソード２２上には、酸素の還元反応を触媒する酵素が存在する。アノード２１及びカソード２２には、電池筐体１に設けられた開口４，４を介して集電体３，３がそれぞれ密着され、電気的に接続されている。集電体３，３には、アノード２１で取り出された電子をカソード２２に送り込む不図示の外部回路が接続される。
【００１８】
集電体３と電極（アノード２１あるいはカソード２２）は、開口４において導電性接着剤層９１によって接着されている。これにより、バイオ燃料電池Ａでは、電池筐体１内の燃料５や電解液７等の溶液が開口４から漏れ出ることなく、集電体３と電極とが電気的に接続されている。なお、燃料や電解液が漏出すると、電池の美観や使用感を損ね、衛生上や安全上の観点からも好ましくない。
【００１９】
導電性接着剤層９１による集電体３と電極との接着は、外力により剥離可能な程度に接着されている。これにより、バイオ燃料電池Ａでは、外力により集電体３を電極から引き剥がして、電池構造体から容易に分離できるよう構成されている。
【００２０】
集電体３と電極との接触部分（電極の導電性接着剤層９１との接触面）には、撥水加工を施し、撥水性を付与することが好ましい。これにより、電極に浸透した燃料５や電解液７等の溶液が開口４から浸み出すことがなくなり、集電体３と電極とを分離した後に開口４から電池筐体内の溶液が漏出するのを防止できる。
【００２１】
［導電性接着剤］
導電性接着剤層９１は、銀粉や銅粉あるいはカーボンファイバー等の導電性材料をエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などに分散した接着剤により形成できる。集電体３と電極との分離後、導電性接着剤層９１は集電体３側に残るようにすることが好ましい。これにより、接着剤に導電性材料として金属粒子が含まれる場合にも、金属粒子を集電体３と一体に電池構造体から分離して取り除くことができる。
【００２２】
［電極材料］
アノード２１及びカソード２２の材料は、多孔質カーボン、カーボンペレット、カーボンペーパー、カーボンフェルト、炭素繊維又は炭素微粒子の積層体などのカーボン系材料とされる。アノード２１及びカソード２２の材料は、多孔質のカーボン系材料が好ましい。アノード２１及びカソード２２には、次の第二実施形態において説明する低浸透性材料層を設けてもよい。
【００２３】
［集電体材料］
集電体３は、電池性能の観点から好ましくは金属部材とされる。集電体の金属材料としては、例えば以下のような材料を使用可能である。Pt、Ag、Au、Ru、Rh、Os、Nb、Mo、In、Ir、Zn、Mn、Fe、Co、Ti、V、Cr、Pd、Re、Ta、W、Zr、Ge、Hf等の金属。アルメル、真ちゅう、ジュラルミン、青銅、ニッケリン、白金ロジウム、ハイパーコ、パーマロイ、パーメンダー、洋銀、リン青銅等の合金類。HfB2、NbB、CrB2などのホウ化物。TiN、ZrNなどの窒化物。VSi2、NbSi2、MoSi2、TaSi2などのケイ化物。これらの合材。
【００２４】
［アノード酵素類］
アノード２１上には、燃料５の酸化反応を触媒し、電子を取り出すための酵素が存在する。
このような酵素として、グルコースデヒドロゲナーゼ、グルコネート５デヒドロゲナーゼ、グルコネート２デヒドロゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、アルデヒドレダクターゼ、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、ラクテートデヒドロゲナーゼ、ヒドロキシパルベートレダクターゼ、グリセレートデヒドロゲナーゼ、フォルメートデヒドロゲナーゼ、フルクトースデヒドロゲナーゼ、ガラクトースデヒドロゲナーゼ、リンゴ酸デヒドロゲナーゼ、グリセルアルデヒドー3リン酸デヒドロゲナーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、スクロースデヒドロゲナーゼ、フルクトースデヒドロゲナーゼ、ソルボースデヒドロゲナーゼ、ピルベートデヒドロゲナーゼ、イソシレートデヒドロゲナーゼ、２−オキソグルタレートデヒドロゲナーゼ、スクシネートデヒドロゲナーゼ、マレートデヒドロゲナーゼ、アシルーCoAデヒドロゲナーゼ、L-3-ヒドロキシアシルーCoAデヒドロゲナーゼ、３−ヒドロキシプロピオネートデヒドロゲナーゼ、３−ヒドロキシブチレートデヒドロゲナーゼ等が挙げられる。
【００２５】
また、アノード２１には、酸化型補酵素及び補酵素酸化酵素を固定してもよい。酸化型補酵素としては、例えば、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（nicotinamideadenine dinucleotide、以下「NAD＋」と表記する）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（nicotinamideadenine dinucleotide phosphate、以下「NADP＋」と表記する）フラビンアデニンジヌクレオチド（flavin adenine dinucleotide、以下「FAD＋」と表記する。）、ピロロキノリンキノン（pyrrollo-quinoline quinone、以下「PQQ2＋」と表記する）などが挙げられる。補酵素酸化酵素としては、例えば、ジアホラーゼが挙げられる。
【００２６】
さらに、アノード２１には、電子伝達メディエーターを固定してもよい。発生した電子の電極への受け渡しをスムーズにするためである。電子伝達メディエーターとしては、様々な材料を用いることができるが、キノン骨格を有する化合物あるいはフェロセン骨格を有する化合物を使用することが好ましく、キノン骨格を有する化合物としては特に、ナフトキノン骨格あるいはアントラキノン骨格を有する化合物が好適である。さらに、必要に応じて、キノン骨格を有する化合物やフェロセン骨格を有する化合物と共に、電子伝達メディエーターとして作用する１種又は２種以上の他の化合物を併用して固定化してもよい。
【００２７】
具体例を挙げると、ナフトキノン骨格を有する化合物としては、例えば、２−アミノ−１，４−ナフトキノン（ＡＮＱ）、２−アミノ−３−メチル−１，４−ナフトキノン（ＡＭＮＱ）、２−アミノ−３−カルボキシ−１，４−ナフトキノン（ＡＣＮＱ）、２，３−ジアミノ−１，４−ナフトキノン、４−アミノ−１，２−ナフトキノン、２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、２−メチル−３−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン、ビタミンＫ１（2-methyl-3-phyty1,4-naphthoquinone）、ビタミンＫ２（2-farnesyl-3-methyl-1,4-naphtoquinone）、ビタミンＫ３（2-methy 1,4-naphthoquinone）、などを用いることができる。また、キノン骨格を有する化合物としては、例えば、anthraquinone-1-sulfonate、anthraquinone-2-sulfonateなどのようなアントラキノン骨格を有する化合物やその誘導体を用いることもできる。またフェロセン骨格を有する化合物としては、例えば、ビニルフェロセン、ジメチルアミノメチルフェロセン、１，１’−ビス（ジフェニルホスフィノ）フェロセン、ジメチルフェロセン、フェロセンモノカルボン酸などを用いることができる。さらに、その他の化合物としては、例えば、鉄（Ｆｅ）の金属錯体、ニコチンアミド構造を有する化合物、リボフラビン構造を有する化合物、ヌクレオチド−リン酸構造を有する化合物などを用いることができる。より具体的な一例を挙げると、例えば、methylene blue、pycocyanine、indigo-tetrasulfonate、luciferin、gallocyanine、pyocyanine、methyl apri blue、resorufin、indigo-trisulfonate、6,8,9-trimethyl-isoalloxazine、chloraphine、indigo disulfonate、nile blue、indigocarmine、9-phenyl-isoalloxazine、thioglycolic acid、2-amino-N-methyl phenazinemethosulfate、azure A、indigo-monosulfonate、anthraquinone-1,5-disulfonate、alloxazine、brilliant alizarin blue、crystal violet、patent blue、9-methyl-isoalloxazine、cibachron blue、phenol red、anthraquinone-2,6-disulfonate、neutral blue、bromphenol blue、anthraquinone-2,7-disulfonate、quinoline yellow、riboflavin、Flavin mononucleotide（FMN）、flavin adenine dinucleotide（FAD）、phenosafranin、lipoamide、safranine T、lipoic acid、indulin scarlet、4-aminoacridine、acridine、nicotinamideadenine dinucleotide（NAD）、nicotinamide adenine dinucleotide phosphate（NADP）、neutral red、cysteine、benzyl viologen(2+/1+)、3-aminoacridine、1-aminoacridine、methyl viologen(2+/1+)、2-aminoacridine、2,8-diaminoacridine、5-aminoacridineなどを用いることができる。なお、化学式中、dienはdiethylenetriamineを、edtaはethylenediaminetetraacetate tetraanioneをそれぞれ示す。
【００２８】
［カソード酵素類］
カソード２２上には、外部から供給される酸素の還元反応を触媒する酵素が存在する。
このような酵素として、酸素を反応基質とするオキシダーゼ活性を有する酵素であって、例えば、ラッカーゼやビリルビンオキシダーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼ、CueO、CotA等が挙げられる。
【００２９】
また、カソード２２には、電子伝達メディエーターを固定してもよい。アノードから送り込まれる電子の受け取りをスムーズにするためである。カソードに固定し得る電子伝達メディエーターは、アノードに用いる電子伝達メディエーターに比べて酸化還元電位が高ければよく、必要に応じて自由に選択することができる。
【００３０】
具体例を挙げると、ＡＢＴＳ(2,2'-azinobis(3-ethylbenzoline-6-sulfonate))、K3[Fe(CN)6]、CuIII/II(H2A3)0/1-、[Fe(dpy)]3+/2+、CuIII/II(H2G3a)0/1-、I3-/I-、ferrocene carboxylic acid、[Fe(CN)6]3-/4-、ferrocene ethanol、Fe3+/2+, malonate、Fe3+/2+, salycylate、[Fe(edta)]1-/2-、[Fe(ox)3]3-/4-、promazine (n=1) [ammonium form]、chloramine-T、TMPDA (N,N,N’,N’-tetramethylphenylenediamine)、porphyrexide、syringaldazine、o-tolidine、bacteriochlorophyll a、dopamine、2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone、p-amino-dimethylaniline、o-quinone/1,2-hydroxybenzene (catechol)、p-aminophenoltetrahydroxy-p-benzoquinone、2,5-dichloro-p-benzoquinone、1,4-benzoquinone、diaminodurene、2,5-dihydroxyphenylacetic acid、2,6,2’-trichloroindophenol、indophenol、o-toluidine blue、DCPIP (2,6-dichlorophenolindophenol)、2,6-dibromo-indophenol、phenol blue、3-amino-thiazine、1,2-napthoquinone-4-sulfonate、2,6-dimethyl-p-benzoquinone、2,6-dibromo-2’-methoxy-indophenol、2,3-dimethoxy-5-methyl-1,4-benzoquinone、2,5-dimethyl-p-benzoquinone、1,4-dihydoxy-naphthoic acid、2,6-dimethyl-indophenol、5-isopropyl-2-methyl-p-benzoquinone、1,2-naphthoquinone、1-naphthol-2-sulfonate indophenol、toluylene blue、TTQ (tryptophan tryptophylquinone) model (3-methyl-4-(3’-methylindol-2’-yl)indol-6,7-dione)、ubiquinone (coenzyme Q)、PMS (N-methylphenazinium methosulfate)、TPQ (topa quinone or 6-hydroxydopa quinone)、PQQ (pyrroloquinolinequinone)、thionine、thionine-tetrasulfonate、ascorbic acid、PES (phenazine ethosulphate)、cresyl blue、1,4-naphthoquinone、toluidine blue、thiazine blue、gallocyanine、thioindigo disulfonate、methylene blue、vitamin K3  (2-methyl-1,4-naphthoquinone)、などを用いることができる。なお、化学式中、dpyは、2,2’-dipyridineを、phenは1,10-phenanthrolineを、Trisは、tris(hydroxymethyl)aminomethaneを、trpyは2,2’:6’,2’’-terpyridineを、Imは、imidazoleを、pyはpyridineを、thmpyは4-(tris(hydroxymethyl)methyl)pyridineを、bhmはbis(bis(hydroxymethyl)methylを、G3aはtriglycineamideを、A3はtrialanineを、oxはoxalate dianioneを、edtaはethylenediaminetetraacetate tetraanioneを、glyはglycinate anionを、pdtaはpropylenediaminetetraacetate tetraanioneを、trdtaはtrimethylenediaminetetraacetate tetraanioneを、cydtaは、1,2-cyclohexanediaminetetraacetate tetraanioneをそれぞれ示す。
【００３１】
電極上に酵素が存在する態様は、酵素が固定化膜によって電極表面に固定化されている態様に限定されず、例えば、酸化還元反応を触媒し反応触媒として作用する微生物を電極表面に付着させる態様でもよい。酵素、補酵素及び電子伝達メディエーターの固定化膜による固定化は、従来公知の手法により行うことができる。固定化は、特にポリペプチドなどの生体由来ポリマーを用いて固定化膜を形成することにより行うことが好ましい。なお、ここで「電極の表面」とは、電極の外表面と、電極が多孔質材料により形成される場合には電極内部の空隙の表面と、の両者を含むものとする。
【００３２】
［セパレータ材料］
セパレータ８は、電解液７あるいはその組成成分を透過可能な材料により形成され、例えばセルロース系不織布やセロファンなどによって形成される。
【００３３】
［プロトン伝導体］
プロトン伝導体には、電子伝導性がなく、且つ、Ｈ＋の輸送が可能な電解質が用いられる。プロトン伝導体には、例えば、緩衝物質を含む電解液が用いられる。電解液には、特にｐＨ７付近の中性緩衝液が好適に用いられる。緩衝物質としては、リン酸二水素ナトリウム（ＮａＨ２ＰＯ４）やリン酸二水素カリウム（ＫＨ２ＰＯ４）などが生成するリン酸二水素イオン（Ｈ２ＰＯ４−）、２−アミノ−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール（略称トリス）、２−（Ｎ−モルホリノ）エタンスルホン酸（ＭＥＳ）、カコジル酸、炭酸（Ｈ２ＣＯ３）、クエン酸水素イオン、Ｎ−（２−アセトアミド）イミノ二酢酸（ＡＤＡ）、ピペラジン−Ｎ，Ｎ’−ビス（２−エタンスルホン酸）（ＰＩＰＥＳ）、Ｎ−（２−アセトアミド）−２−アミノエタンスルホン酸（ＡＣＥＳ）、３−（Ｎ−モルホリノ）プロパンスルホン酸（ＭＯＰＳ）、Ｎ−２−ヒドロキシエチルピペラジン−Ｎ’−２−エタンスルホン酸（ＨＥＰＥＳ）、Ｎ−２−ヒドロキシエチルピペラジン−Ｎ’−３−プロパンスルホン酸（ＨＥＰＰＳ）、Ｎ−［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］グリシン（略称トリシン）、グリシルグリシン、Ｎ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシエチル）グリシン（略称ビシン）、イミダゾール、トリアゾール、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、イミダゾール誘導体（ヒスチジン、１−メチルイミダゾール、２−メチルイミダゾール、４−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、イミダゾール−２−カルボン酸エチル、イミダゾール−２−カルボキシアルデヒド、イミダゾール−４−カルボン酸、イミダゾール−４，５−ジカルボン酸、イミダゾール−１−イル−酢酸、２−アセチルベンズイミダゾール、１−アセチルイミダゾール、Ｎ−アセチルイミダゾール、２−アミノベンズイミダゾール、Ｎ−（３−アミノプロピル) イミダゾール、５−アミノ−２−（トリフルオロメチル) ベンズイミダゾール、４−アザベンズイミダゾール、４−アザ−２−メルカプトベンズイミダゾール、ベンズイミダゾール、１−ベンジルイミダゾール、１−ブチルイミダゾール）などのイミダゾール環を含む化合物などを挙げることができる。また、固体電解質であるナフィオン（登録商標）等も用いることができる。
【００３４】
［燃料］
燃料５は、バイオ燃料電池の燃料として使用可能な物質であって、アノード２１上の酸化酵素の基質となり得る物質を一以上含む液体であることが好ましい。燃料５として使用可能な物質は、例えば、糖、アルコール、アルデヒド、脂質又はタンパク質などが挙げられる。具体的には、グルコース、フルクトース、ソルボース等の糖類、エタノール、グリセリン等のアルコール類、酢酸、ピルビン酸等の有機酸などが挙げられる。この他にも、脂肪類やタンパク質、これらの糖代謝の中間生成物である有機酸などが挙げられる。
【００３５】
［電池筐体材料］
電池筐体１は、生分解性プラスチックにより形成されている。生分解性プラスチックとしては、例えば以下のような材料を使用可能である。ポリ乳酸、脂肪族ポリエステル、共重合ポリエステル等の石油系原料から合成される化学合成系の有機化合物を含む高分子材料。微生物産生系のバイオポリエステル。トウモロコシやサトウキビ等の植物系原料から抽出されるでんぷんやセルロース、キチン、キトサン等からなる天然物利用系の高分子材料。これらの生分解性プラスチックの代表的な分解反応は、土壌中の微生物や酵素による加水分解、酵素分解、吸収といった一連の活動により、水と二酸化炭素が排出されるものである。
【００３６】
本実施形態に係るバイオ燃料電池Ａでは、金属部材である集電体３を導電性接着剤層９１によって剥離可能に電極と接着している。そして、集電体３を外力により電極から引き剥がして、電池構造体から容易に分離できるように構成している。これにより、バイオ燃料電池Ａは、使用後に廃棄する際に、金属部材である集電体３を簡単に取り除いて分別できる。
【００３７】
また、バイオ燃料電池Ａでは、電極材料としてカーボン系材料を用い、電池筐体１を生分解性プラスチックにより形成し、酵素類や固定化膜、セパレータ、電解液、燃料等にも無害な天然物あるいはその誘導体を用いている。これにより、バイオ燃料電池Ａでは、集電体３を取り除いた残りの部分を通常の廃棄物と同様に廃棄できる。
【００３８】
なお、本実施形態の構成は、アノード２１及びカソード２２の両方に燃料溶液が接触する「浸水系」の場合、及びアノードのみが燃料溶液に接触する「大気暴露系」の場合の両方に適用可能である。また、本実施形態の構成は、電池本体に電池部が１つ設けられた「単セル」構造のものだけでなく、複数の電池部が直列又は並列に接続されている構造のものにも適用することが可能である。
【００３９】
２．第二実施形態
図３は、本発明の第二実施形態に係るバイオ燃料電池の外観上面模式図である。図４は、第二実施形態に係るバイオ燃料電池の断面模式図であり、図３中のＱ−Ｑ断面に対応する。
【００４０】
［電池構造］
図中、符号Ｂで示すバイオ燃料電池は、電池筐体１と、電池筐体１内に配設された一対の電極と、電池筐体１外に露出された集電体３，３とを備えている。電極は、燃料５の酸化反応により電子を取り出すアノード（燃料極）２１と、外部から供給される酸素の還元反応を行なうカソード（空気極）２２とからなる。
【００４１】
電池筐体１内のアノード２１側には、電極に接触して燃料５が充填されている。また、電池筐体１内のカソード２２側には、空気６が電極と接触するように導入される。アノード２１とカソード２２は、ショート防止用の隔壁（以下「セパレータ」と称する）８を挟んで配置されている。また、アノード２１とカソード２２の間には、プロトン伝導体（ここでは「電解液」）７が電極に接触して充填されている。
【００４２】
アノード２１上には、燃料５の酸化反応を触媒し、電子を取り出すための酵素が存在する。また、カソード２２上には、酸素の還元反応を触媒する酵素が存在する。アノード２１及びカソード２２には、電池筐体１に設けられた開口４，４を介して集電体３，３がそれぞれ密着され、電気的に接続されている。集電体３，３には、アノード２１で取り出された電子をカソード２２に送り込む不図示の外部回路が接続される。
【００４３】
集電体３は、開口４において再封止可能なシール９２により電池筐体１に固定されており、シール９２によって電極（アノード２１あるいはカソード２２）に圧着されて密接している。これにより、バイオ燃料電池Ｂでは、電池筐体１内の燃料５や電解液７等の溶液が開口４から漏れ出ることなく、集電体３と電極とが電気的に接続されている。
【００４４】
バイオ燃料電池Ｂでは、シール９２を剥がすことで集電体３と電極との密着状態を解除でき、集電体３を電池構造体から容易に分離できる。さらに、集電体３と電極とを分離した後シール９２を再封止すれば、開口４から電池筐体１内の溶液が漏れ出ることがない。
【００４５】
［電極材料］
アノード２１及びカソード２２の材料は、多孔質カーボン、カーボンペレット、カーボンペーパー、カーボンフェルト、炭素繊維又は炭素微粒子の積層体などのカーボン系材料とされる。アノード２１及びカソード２２の材料は、多孔質のカーボン系材料が好ましい。
【００４６】
電極の集電体３との接触部分は、浸透性が低い材料により形成した低浸透性材料層２１１とすることが好ましい。これにより、電極に浸透した燃料５や電解液７等の溶液が開口４から浸み出すことがなくなり、集電体３と電極とを分離した後に開口４から電池筐体内の溶液が漏出するのを防止できる。低浸透性材料層２１１は、例えば、当該層を上記のカーボン系材料のうち特に固体状の材料や炭素密度の高い材料を用いて形成し、電極の残りの部分を繊維状の材料や炭素密度の低い材料を用いて形成することにより構成できる。
【００４７】
さらに、集電体３と電極との接触部分（低浸透性材料層２１１の集電体３との接触面）には、第一実施形態で説明したように撥水加工を施し、撥水性を付与してもよい。
【００４８】
本実施形態に係るバイオ燃料電池Ｂでは、金属部材である集電体３を再封止可能なシール９２によって電極と密接させている。そして、シール９２を剥がすことで、集電体３を電池構造体から容易に分離できるように構成している。これにより、バイオ燃料電池Ｂは、使用後に廃棄する際に、金属部材である集電体３を簡単に取り除いて分別できる。
【００４９】
また、バイオ燃料電池Ｂでは、電極材料としてカーボン系材料を用い、電池筐体１を生分解性プラスチックにより形成し、酵素類や固定化膜、セパレータ、電解液、燃料等にも無害な天然物あるいはその誘導体を用いている。これにより、バイオ燃料電池Ｂでは、集電体３を取り除いた残りの部分を通常の廃棄物と同様に廃棄できる。
【００５０】
本実施形態に係るバイオ燃料電池Ｂにおいて、集電体材料、アノード及びカソード酵素類、セパレータ材料、プロトン伝導体、燃料、電池筐体材料等は、第一実施形態に係るバイオ燃料電池Ａと同様とできる。
【００５１】
また、本実施形態の構成は、アノード２１及びカソード２２の両方に燃料溶液が接触する「浸水系」の場合、及びアノードのみが燃料溶液に接触する「大気暴露系」の場合の両方に適用可能である。また、本実施形態の構成は、電池本体に電池部が１つ設けられた「単セル」構造のものだけでなく、複数の電池部が直列又は並列に接続されている構造のものにも適用することが可能である。
【００５２】
３．第三実施形態
図５は、本発明の第三実施形態に係るバイオ燃料電池の断面模式図である。
【００５３】
［電池構造］
図中、符号Ｃで示すバイオ燃料電池は、電池筐体１と、電池筐体１内に配設された一対の電極と、電池筐体１外に露出された集電体３，３とを備えている。電極は、燃料５の酸化反応により電子を取り出すアノード（燃料極）２１と、外部から供給される酸素の還元反応を行なうカソード（空気極）２２とからなる。
【００５４】
電池筐体１内のアノード２１側には、電極に接触して燃料５が充填されている。また、電池筐体１内のカソード２２側には、空気６が電極と接触するように導入される。アノード２１とカソード２２は、ショート防止用の隔壁（以下「セパレータ」と称する）８を挟んで配置されている。また、アノード２１とカソード２２の間には、プロトン伝導体（ここでは「電解液」）７が電極に接触して充填されている。
【００５５】
アノード２１上には、燃料５の酸化反応を触媒し、電子を取り出すための酵素が存在する。また、カソード２２上には、酸素の還元反応を触媒する酵素が存在する。アノード２１及びカソード２２には、電池筐体１に設けられた開口４，４を介して集電体３，３がそれぞれ密着され、電気的に接続されている。集電体３，３には、アノード２１で取り出された電子をカソード２２に送り込む不図示の外部回路が接続される。
【００５６】
集電体３と電極（アノード２１あるいはカソード２２）は、開口４において導電性接着剤層９１によって接着されている。これにより、バイオ燃料電池Ｃでは、電池筐体１内の燃料５や電解液７等の溶液が開口４から漏れ出ることなく、集電体３と電極とが電気的に接続されている。さらに、集電体３は、再封止可能なシール９２により電池筐体１に固定されており、シール９２によって電極に圧着されている。これにより、集電体３と電極との密着性を高め、かつ開口４からの溶液漏れを一層確実に防止している。
【００５７】
導電性接着剤層９１による集電体３と電極との接着は、外力により剥離可能な程度に接着されている。これにより、バイオ燃料電池Ｃでは、シール９２を剥がした後、外力によって集電体３を電極から引き剥がすことで、電池構造体から容易に分離できるよう構成されている。さらに、集電体３と電極とを分離した後シール９２を再封止すれば、開口４から電池筐体１内の溶液が漏れ出ることがない。
【００５８】
［導電性接着剤］
導電性接着剤層９１は、銀粉や銅粉あるいはカーボンファイバー等の導電性材料をエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などに分散した接着剤により形成できる。集電体３と電極との分離後、導電性接着剤層９１は集電体３側に残るようにすることが好ましい。これにより、接着剤に導電性材料として金属粒子が含まれる場合にも、金属粒子を集電体３と一体に電池構造体から分離して取り除くことができる。
【００５９】
［電極材料］
アノード２１及びカソード２２の材料は、多孔質カーボン、カーボンペレット、カーボンペーパー、カーボンフェルト、炭素繊維又は炭素微粒子の積層体などのカーボン系材料とされる。アノード２１及びカソード２２の材料は、多孔質のカーボン系材料が好ましい。
【００６０】
電極の集電体３との接触部分（導電性接着剤層９１を介した集電体３との接触部分）は、浸透性が低い材料により形成した低浸透性材料層２１１とすることが好ましい。これにより、電極に浸透した燃料５や電解液７等の溶液が開口４から浸み出すことがなくなり、集電体３と電極とを分離した後に開口４から電池筐体内の溶液が漏出するのを防止できる。低浸透性材料層２１１は、例えば、当該層を上記のカーボン系材料のうち特に固体状の材料や炭素密度の高い材料を用いて形成し、電極の残りの部分を繊維状の材料や炭素密度の低い材料を用いて形成することにより構成できる。
【００６１】
さらに、集電体３と電極との接触部分（低浸透性材料層２１１の導電性接着剤層９１との接触面）には、撥水加工を施し、撥水性を付与することが好ましい。これにより、電極に浸透した燃料５や電解液７等の溶液が開口４から浸み出すことがなくなり、集電体３と電極とを分離した後に開口４から電池筐体内の溶液が漏出するのを防止できる。
【００６２】
本実施形態に係るバイオ燃料電池Ｃでは、金属部材である集電体３を導電性接着剤層９１によって剥離可能に電極と接着している。そして、集電体３を外力により電極から引き剥がして、電池構造体から容易に分離できるように構成している。これにより、バイオ燃料電池Ｃは、使用後に廃棄する際に、金属部材である集電体３を簡単に取り除いて分別できる。
【００６３】
また、バイオ燃料電池Ｃでは、電極材料としてカーボン系材料を用い、電池筐体１を生分解性プラスチックにより形成し、酵素類や固定化膜、セパレータ、電解液、燃料等にも無害な天然物あるいはその誘導体を用いている。これにより、バイオ燃料電池Ｃでは、集電体３を取り除いた残りの部分を通常の廃棄物と同様に廃棄できる。
【００６４】
本実施形態に係るバイオ燃料電池Ｃにおいて、集電体材料、アノード及びカソード酵素類、セパレータ材料、プロトン伝導体、燃料、電池筐体材料等は、第一実施形態に係るバイオ燃料電池Ａと同様とできる。
【００６５】
また、本実施形態の構成は、アノード２１及びカソード２２の両方に燃料溶液が接触する「浸水系」の場合、及びアノードのみが燃料溶液に接触する「大気暴露系」の場合の両方に適用可能である。また、本実施形態の構成は、電池本体に電池部が１つ設けられた「単セル」構造のものだけでなく、複数の電池部が直列又は並列に接続されている構造のものにも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明に係るバイオ燃料電池は、使用後に廃棄する際に、金属部材である集電体を簡単に取り除いて分別でき、集電体が取り除かれた残りの部分を通常の廃棄物と同様に廃棄できる。そのため、本発明に係るバイオ燃料電池は、廃棄時の環境負荷が小さく、ユーザが自身で廃棄処理を行うことができ、使用後の電池を分別して回収し、分解、部材の分離等を行う必要もない。
【符号の説明】
【００６７】
Ａ，Ｂ，Ｃ：バイオ燃料電池、１：筐体、２１：アノード、２２：カソード、２１１：低浸透性材料層、３：集電体、４：開口、５：燃料、６：空気、７：電解液、８：セパレータ、９１：導電性接着剤層、９２：シール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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