(57)【要約】【課題】外部フローシステムを用いずに燃料の交換が可能で、かつ長時間に亘って安定して発電することができるバイオ燃料電池を提供する。【解決手段】例えば平面視で円形状の収容容器内に、発電部を構成する円盤状部材を積層配置する。そして、この収容容器の中心部に設けられた燃料供給口から燃料溶液を注入して、アノードの中心部に燃料溶液を導入する。その際、燃料供給部を軸にして、収容容器を回転させることにより、遠心力を利用して、注入された燃料溶液を、アノード全体に拡散させる。【選択図】図２
2013016404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に酸化還元酵素が存在する電極を備えた発電部と、
前記発電部の中心部に燃料を供給する燃料供給部と、を有し、
前記燃料供給部を軸として回転するバイオ燃料電池。
【請求項２】
前記発電部は、
アノード及びカソードを構成し、少なくとも一方の表面に酸化還元酵素が存在する１対の電極シートと、
プロトン透過膜からなり、前記電極シート間を電気的に絶縁するセパレータと、
各電極シートに接触配置された１対の集電体と、を備え、
前記燃料供給部により、アノードを構成する電極シートの中心部に燃料溶液が供給される請求項１に記載のバイオ燃料電池。
【請求項３】
前記発電部は、平面視で円形状である請求項１に記載のバイオ燃料電池。
【請求項４】
前記発電部を収容する収容容器を有し、該収容容器のアノード側の面に溝が形成されている請求項１に記載のバイオ燃料電池。
【請求項５】
前記発電部を収容する収容容器を有し、該収容容器の側面には廃液排出口が設けられている請求項１に記載のバイオ燃料。
【請求項６】
前記発電部がすり鉢状に形成されている請求項１に記載のバイオ燃料電池。
【請求項７】
前記燃料供給部に外部接続用端子が設けられている請求項１に記載のバイオ燃料電池。
【請求項８】
前記外部接続用端子は、軸受け構造となっている請求項７に記載のバイオ燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、酸化還元酵素を用いたバイオ燃料電池に関する。より詳しくは、バイオ燃料電池における燃料供給技術に関する。
【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、反応触媒として酸化還元酵素を固定した燃料電池（以下、バイオ燃料電池という。）が注目されている。このバイオ燃料電池は、グルコースやエタノールなどのように通常の工業触媒では反応が困難な燃料から、効率よく電子を取り出すことができるため、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】
図１３は酵素を使用したバイオ燃料電池の発電原理を模式的に示す図である。例えば、図１３に示すようなグルコースを燃料とするバイオ燃料電池の場合、負極（アノード）１０１では表面に固定化された酵素によりグルコース（Glucose）を分解して、電子（ｅ−）を取り出すと共にプロトン（Ｈ＋）を発生する。また、正極（カソード）１０２においては、負極（アノード）１０１からプロトン伝導体１０３を介して輸送されたプロトン（Ｈ＋）と、外部回路を通って送られた電子（ｅ−）と、例えば空気中の酸素（Ｏ２）とにより水（Ｈ２Ｏ）を生成する。そして、これら正負極の反応が同時に起こることで、正負極間で電気エネルギーが発生する。
【０００４】
一方、燃料電池は、燃料を追加供給することにより、長期間に亘って連続して発電することが可能である。そして、従来の燃料電池には、ポンプなどによってグルコースや酸素などの燃料を強制的に電極に取り込むアクティブ型と、自然拡散によって燃料を電極に取り込むパッシブ型とがある。アクティブ型の燃料電池は、電極に燃料供給がスムーズに行えるため、パッシブ型よりも触媒反応効率が高く、出力向上が期待できる。
【０００５】
これに対して、パッシブ型の燃料電池は、ポンプなどが必要ないため、アクティブ型の燃料電池よりも構成を簡素化することができ、小型化が容易であるという特徴があるしかしながら、パッシブ型の燃料電池は、自然拡散により燃料を含む酸化還元物質が移動するため、電極上で反応物質が滞留し、時間の経過と共に燃料の反応速度が低下するという問題がある。特に、高濃度燃料溶液を使用する場合は、溶液粘度が高くなるため、電極上での拡散速度が低下する状況が生じやすくなる。
【０００６】
従来、バイオ燃料電池において、セル出力を向上させる方法としては、例えば、マイクロ流路内で酵素反応を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。これら特許文献１，２に記載のマイクロ酵素電池では、マイクロ流路内に電極を形成することにより、触媒である酵素と燃料との接触比率を高め、触媒反応の効率化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２９６０９９号公報（特許第４０８３６１２号）
【特許文献２】特表２００７−５２９８６５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、前述したマイクロ流路を使用する方法には、バイオ燃料電池以外にシリンジポンプなどの外部フローシステムが必要となるという問題点がある。
【０００９】
そこで、本開示は、外部フローシステムを用いずに燃料の交換が可能で、かつ長時間に亘って安定して発電することができるバイオ燃料電池を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、前述した課題を解決するため、鋭意実験検討を行った結果、以下に示す知見を得た。例えば、バイオ燃料電池に使用されるグルコース溶液の場合、その濃度に応じた触媒電流値は、低濃度領域から徐々に上昇し、ある濃度で最大値を与え、その後、濃度上昇に伴い低下する上に凸の曲線をとる。
【００１１】
このため、燃料、メディエーター及び反応生成物などのセル出力に影響する物質の拡散律速を解決することができれば、パッシブ型の燃料電池における出力低下の問題を解決することができる。そこで、本発明者は、遠心力を利用して、アノード上での燃料拡散を促進することにより、セルの出力向上を図ることとした。
【００１２】
即ち、本開示に係るバイオ燃料電池体は、表面に酸化還元酵素が存在する電極を備えた発電部と、前記発電部の中心部に燃料を供給する燃料供給部と、を有し、前記燃料供給部を軸として回転する構成となっている。
なお、本開示において、「電極の表面」とは、電極の外面と電極内部の空隙の内面との全体を含む。
このバイオ燃料電池では、前記発電部に、アノード及びカソードを構成し、少なくとも一方の表面に酸化還元酵素が存在する１対の電極シートと、プロトン透過膜からなり、前記電極シート間を電気的に絶縁するセパレータと、各電極シートに接触配置された１対の集電体とを設け、前記燃料供給部により、アノードを構成する電極シートの中心部に燃料溶液が供給されるようにしてもよい。
また、前記発電部は、平面視で円形状とすることができる。
更に、前記発電部を収容する収容容器を設け、そのアノード側の面に溝を形成したり、その側面に廃液排出口を設けたりしてもよい。
更にまた、前記発電部をすり鉢状にすることもできる。
更にまた、前記燃料供給部に外部接続用端子を設けてもよい。その場合、前記外部接続用端子は、軸受け構造とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本開示によれば、燃料供給部を軸に回転可能となっているため、外部フローシステムを使用しなくても、容易に燃料溶液の拡散及び撹拌を行うことができ、長時間に亘って安定して発電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は本開示の第１の実施形態のバイオ燃料電池の構成を示す平面図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ線による断面図である。
【図２】図１に示すバイオ燃料電池１０の分解斜視図である。
【図３】図１に示すバイオ燃料電池１０を収容する収容容器の構成例を示す図である。
【図４】図１に示すバイオ燃料電池１０を収容する収容容器の他の構成例を示す図である。
【図５】図１に示すバイオ燃料電池１０の燃料供給時の状態を模式的に示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は図１に示すバイオ燃料電池１０の回転機構の例を示す図である。
【図７】（ａ）は図１に示すバイオ燃料電池１０の発電時の状態を示す図であり、（ｂ）は廃液排出時の状態を模式的に示す図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は図１に示すバイオ燃料電池１０の他の接続形態を示す図であり、（ａ）は静止時の状態を示す図であり、（ｂ）は回転時の状態を示す図である。
【図９】（ａ），（ｂ）は図１に示すバイオ燃料電池１０の他の接続形態を示す図であり、（ａ）は静止時の状態を示す図であり、（ｂ）は回転時の状態を示す図である。
【図１０】本開示の第２の実施形態のバイオ燃料電池の構成を示す分解斜視図である。
【図１１】図１０に示すバイオ燃料電池２０の回転時の状態を模式的に示す図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）は本開示の第３の実施形態のバイオ燃料電池の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は回転時の状態を示す図であり、（ｂ）は静止時の状態を示す図である。
【図１３】酵素を使用したバイオ燃料電池の反応スキームを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本開示を実施するための形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す各実施形態に限定されるものではない。また、説明は、以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
（遠心力を利用して燃料溶液を拡散させる例）
２．第１の実施の形態の変形例
（静止時のみ外部デバイスと接続可能な接続形態の例）
３．第２の実施の形態
（ボタン操作で回転可能にした例）
４．第３の実施の形態
（アノードをテーパー状にした例）
【００１６】
＜１．第１の実施の形態＞
［全体構成］
先ず、本開示の第１の実施形態に係るバイオ燃料電池について説明する。図１は本実施形態のバイオ燃料電池の構成を模式的に示す図であり、図２はその分解斜視図である。また、図３及び図４は本実施形態のバイオ燃料電池を収容する収容容器の構成例を示す図である。図１及び図２に示すように、本実施形態のバイオ燃料電池１０は、遠心力を利用して燃料供給及び燃料撹拌を行うものであり、例えば図３及び図４に示すような平面視で円形状の収容容器内に、発電部を構成する円盤状部材が積層配置されている。
【００１７】
［発電部］
発電部には、アノード２とカソード５とが設けられており、これらの間には、セパレータ４が配置されている。また、アノード２及びカソード５には、それぞれ集電体３，６が接触配置されている。なお、図２では、アノード２、アノード集電体３、セパレータ４、カソード５、カソード集電体６及び気液分離膜７の順に配設した例を示しているが、アノード集電体３とアノード２の位置及び／又はカソード集電体６とカソード５の位置は、逆でもよい。
【００１８】
また、本実施形態のバイオ燃料電池１０では、アノード２若しくはカソード５又はその両方の電極表面に、酸化還元酵素が存在している。ここで、電極の表面とは、電極の外面と電極内部の空隙の内面との全体を含み、以下の記載においても同様とする。
【００１９】
（アノード２）
アノード２は、燃料極であり、例えば導電性多孔質材料からなる電極の表面に酸化還元酵素が固定化されているものを使用することができる。その際使用する導電性多孔質材料には、公知の材料を使用することができるが、特に、多孔質カーボン、カーボンペレット、カーボンフェルト、カーボンペーパー、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が好適である。
【００２０】
また、アノード２の表面に固定化される酵素としては、例えば燃料成分がグルコースである場合は、グルコースを分解するグルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）を使用することができる。更に、燃料成分にグルコースなどの単糖類を用いる場合には、アノード表面に、ＧＤＨのような単糖類の酸化を促進して分解する酸化酵素と共に、補酵素酸化酵素や電子メディエーターが固定化されていることが望ましい。
【００２１】
補酵素酸化酵素は、酸化酵素によって還元される補酵素（例えば、ＮＡＤ＋，ＮＡＤＰ＋など）と、補酵素の還元体（例えば、ＮＡＤＨ，ＮＡＤＰＨなど）を酸化するものであり、例えば、ジアホラーゼなどが挙げられる。この補酵素酸化酵素の作用により、補酵素が酸化体に戻るときに電子が生成され、補酵素酸化酵素から電子メディエーターを介して電極に電子が渡される。
【００２２】
また、電子メディエーターとしては、キノン骨格を有する化合物を使用することが好ましく、特に、ナフトキノン骨格を有する化合物が好適である。具体的には、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−メチル−１，４−ナフトキノン（ＶＫ３）、２−アミノ−３−カルボキシ−１，４−ナフトキノン（ＡＣＮＱ）などを用いることができる。
【００２３】
また、キノン骨格を有する化合物としては、ナフトキノン骨格を有する化合物以外に、例えば、アントラキノン−１−スルホン酸、アントラキノン−２−スルホン酸及びアントラキノン−２−カルボン酸などの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。更に、必要に応じて、キノン骨格を有する化合物と共に、電子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固定化してもよい。
【００２４】
一方、燃料成分に多糖類を用いる場合には、前述した酸化酵素、補酵素酸化酵素、補酵素及び電子メディエーターに加えて、多糖類の加水分解などの分解を促進し、グルコースなどの単糖類を生成する分解酵素が固定化されていることが望ましい。なお、ここでいう「多糖類」は、広義の多糖類であり、加水分解によって２分子以上の単糖を生じる全ての炭水化物を指し、二糖、三糖及び四糖などのオリゴ糖を含む。具体的には、デンプン、アミロース、アミロペクチン、グリコーゲン、セルロース、マルトース、スクロース及びラクトースなどが挙げられる。これらは２以上の単糖類が結合したものであり、いずれの多糖類においても結合単位の単糖類としてグルコースが含まれている。
【００２５】
また、アミロースとアミロペクチンとはデンプンに含まれる成分であり、デンプンはアミロースとアミロペクチンとの混合物である。例えば、多糖類の分解酵素としてグルコアミラーゼを使用し、単糖類を分解する酸化酵素としてグルコースデヒドロゲナーゼを使用する場合には、燃料成分にはグルコアミラーゼによりグルコースにまで分解することができる多糖類を使用することができる。
【００２６】
このような多糖類としては、例えばデンプン、アミロース、アミロペクチン、グリコーゲン及びマルトースなどが挙げられる。ここで、グルコアミラーゼは、デンプンなどのα−グルカンを加水分解しグルコースを生成する分解酵素であり、グルコースデヒドロゲナーゼは、β−Ｄ−グルコースをＤ−グルコノ−δ−ラクトンに酸化する酸化酵素である。
【００２７】
なお、アノード２は、表面に酸化還元酵素が固定化されているものに限定されるものではなく、電極表面に酸化還元酵素が存在しているものであれば、例えば、酸化還元酵素を有し反応触媒として作用する微生物が付着した電極などを使用することも可能である。
【００２８】
（カソード５）
カソード５は、空気極であり、気液分離膜７を介して気相（空気）に接触している。このカソード５を構成する電極は、特に限定されるものではないが、例えば導電性多孔質材料からなる電極の表面に、酸化還元酵素及び電子メディエーターが固定化されているものを使用することができる。カソード５を形成する導電性多孔質材料も、公知の材料を使用することができるが、特に、多孔質カーボン、カーボンペレット、カーボンフェルト、カーボンペーパー、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が好適である。
【００２９】
このカソード５に固定化される酸素還元酵素としては、例えば、ビリルビンオキシダーゼ、ラッカーゼ及びアスコルビン酸オキシダーゼなどが挙げられる。また、これらの酵素と共に固定化される電子メディエーターとしては、例えば、ヘキサシアノ鉄（II）酸カリウム、ヘキサシアノ鉄（III）酸カリウム、フェリシアン化カリウム及びオクタシアノタングステン酸カリウムなどが挙げられる。
【００３０】
なお、カソード５も、表面に酸化還元酵素が固定化されているものに限定されるものではなく、電極表面に酸化還元酵素が存在しているものであれば、例えば、酸化還元酵素を有し反応触媒として作用する微生物が付着した電極などを使用することも可能である。
【００３１】
（セパレータ４）
セパレータ４は、各電極（アノード２、カソード５）の短絡を防止するものであり、柔軟性を有し、かつ、プロトンを透過する材料（プロトン伝導体）により形成されている。具体的には、例えば、不織布、セロハン又はパーフルオロスルホン酸系イオン交換膜などを使用することができる。
【００３２】
（気液分離膜７）
気液分離膜７は、液体は透過せず気体のみを透過するものであり、例えばＰＴＦＥ（PolyTetraFluoroEthylene：ポリテトラフルオロエチレン）膜などを使用することができる。また、その厚さや物性は、特に限定されるものではなく、燃料溶液の漏出を防止し、かつ、カソード５に反応に必要な酸素を供給できるものであればよい。
【００３３】
（集電体３，６）
集電体３，６の材質は、特に限定されるものではなく、外部と電気的に接続可能で、かつバイオ燃料電池内において電気化学反応を生じない材料であればよい。具体的には、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｇｅ及びＨｆなどの金属材料、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、パーマロイ、パーメンダー、洋銀及びリン青銅などの合金類、ポリアセチレン類などの導電性高分子、カーボンフェルト、カーボンペーパー、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、ＨｆＢ２、ＮｂＢ、ＣｒＢ２及びＢ４Ｃなどの硼化物、ＴｉＮ及びＺｒＮなどの窒化物、ＶＳｉ２、ＮｂＳｉ２、ＭｏＳｉ２及びＴａＳｉ２などの珪化物、並びにこれらの複合材料などが挙げられる。
【００３４】
［収容容器］
収容容器としては、例えば図３に示すような下蓋８と側壁９とが一体となっており、そこに上蓋１をはめ込む構造のものや、図４に示すような上蓋１と下蓋８とで側壁９を挟む構造のものを使用することができる。この収容容器の上蓋１の中心部には燃料注入口１ａが設けられ、下蓋８には外部の空気を電池内に取り入れるための空気導入口８ａが設けられている。
【００３５】
また、収容容器（上蓋１，下蓋８）には、外部接続端子も設けられている。本実施形態のバイオ燃料電池１０と外部デバイスとの接続形態は、特に限定されるものではないが、例えば接続端子に導電性の軸受けを使用することで、回転時も外部デバイスとの接続が可能となる。軸受けの種類は、すべり軸受けでも転がり軸受けでもよい。
【００３６】
例えば転がり軸受けの場合は、図１に示すように、上蓋１の中心に筒状の燃料注入口１ａを設け、その周囲にアノード端子１１を形成すると共に、下蓋８の中心に凸状のカソード端子１２を形成する。そして、外部デバイスには、これらの端子１１，１２と係合する凹状端子１３，１４を設け、その少なくともアノード端子１１が接続される側の端子１３は、複数の転動体を備える転がり軸受け構造とする。
【００３７】
更に、本実施形態のバイオ燃料電池１０では、収容容器（上蓋１又は下蓋８）の側面に、蓋などにより開閉可能な排出口を設け、必要に応じて発電部内の燃料溶液（廃液）を排出可能としてもよい。更にまた、図２に示すように、上蓋１のアノード２側の面に、溝１ｂを設けることもできる。溝１ｂの形状は、特に限定されるものではないが、例えば放射状、同心円状及び螺旋状などが挙げられる。このように、上蓋１とアノード２との間に空間を設けると、燃料溶液の拡散速度を高めることができる。
【００３８】
ここで、収容容器（上蓋１，下蓋８）は、その一部又は全部を透明又は半透明な材料で形成することもできる。その場合、例えば、この透明又は半透明な部分から見えるように、発電部内の燃料溶液にｐＨ試験紙を浸漬したり、ｐＨ指示物質を溶解したりすることで、燃料溶液のｐＨ変化を確認することができる。
【００３９】
特に、本実施形態のバイオ燃料電池１０の場合、発電が進行して燃料成分が消費されるに従い、燃料溶液のｐＨが変化するため、色の変化により、燃料成分の消費を視覚的に把握することが可能となる。このｐＨ変化は、電極近傍で起こりやすいため、電極近傍にｐＨ試験紙を配置したり、電極近傍の燃料溶液の色の変化を確認しやすいようなセル構造としたりすることが望ましい。
【００４０】
［動作］
次に、前述したバイオ燃料電池１０の動作について説明する。図５は本実施形態のバイオ燃料電池１０の燃料供給時の状態を模式的に示す図である。また、図６（ａ）〜（ｃ）はバイオ燃料電池１０の回転機構の例を示す図である。更に、図７（ａ）はその発電時の状態を示す図であり、図７（ｂ）は廃液排出時の状態を模式的に示す図である。
【００４１】
ここで、本実施形態のバイオ燃料電池１０に供給される「燃料溶液」は、糖、アルコール、アルデヒド、脂質及びタンパク質などの燃料成分又はこれら燃料成分のうち少なくとも１種を含有する溶液である。また、本実施形態のバイオ燃料電池１０で使用される燃料成分としては、例えば、グルコース、フルクトース、ソルボースなどの糖類、メタノール、エタノール、プロパノール、グリセリン、ポリビニルアルコールなどのアルコール類、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドなどのアルデヒド類、酢酸、蟻酸、ピルビン酸などの有機酸などが挙げられる。その他、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を燃料成分として使用することも可能である。
【００４２】
図５に示すように、本実施形態のバイオ燃料電池１０では、燃料注入口１ａからアノード２の中心部に向けて燃料溶液４０が導入される。そして、このバイオ燃料電池１０では、燃料溶液６の注入時又は注入後に、燃料注入口１ａを軸にして、電池本体を回転させる。これにより、注入された燃料溶液４０が放射状に広がり、燃料成分をアノード２の全体に行き渡らせることができる。
【００４３】
特に、粘性が高い燃料溶液４０を用いる場合は、電極中での拡散が緩やかになるが、このように中心部を軸にして電池を回転させることにより、遠心力により燃料溶液４０を速やかに拡散することが可能となる。更に、上蓋１に溝１ｂを設けることで、燃料溶液４０の拡散速度を更に高めることができる。
【００４４】
一方、バイオ燃料電池１０を回転させる方法は、特に限定されるものではなく、例えば図６（ａ）に示すように、回転軸（燃料注入口１ａ）や収容容器の側面に力を加えて回す方法がある。その際、作業者が直接力を加えてもよいが、プーリー、ギア盤、紐又は滑車などを組み合わせて、間接的に力を加えることもできる。
【００４５】
例えば、図６（ｂ）に示すように、収容容器の側面に凹凸を形成し、それをギア盤のように組み合わせて回転させてもよい。この方法は、複数のバイオ燃料電池１０が並列に接続されている場合などに有効である。また、図６（ｃ）に示すように、バイオ燃料電池１０を横にして、転がすこともできる。
【００４６】
本実施形態のバイオ燃料電池１０では、遠心力を利用して、使用済みの燃料溶液（廃液１７）を排出することもできる。具体的には、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、収容容器の側面などのように回転軸に対して垂直な位置に、蓋１６により開閉可能な廃液排出口１５を設ける。
【００４７】
そして、発電時には、図７（ａ）に示すように蓋１６を閉めておき、発電後には、図７（ｂ）に示すように蓋１６を開けて廃液排出口１５を解放すると共に、バイオ燃料電池１０を回転させる。これにより、使用済みの燃料溶液（廃液１７）を、容易にかつ確実に発電部から除去することができる。なお、廃液１７を除去する際は、例えば廃液受けなどの容器内で、バイオ燃料電池１０を回転させることにより、周囲への汚染や廃液１７の飛び散りなどを防止することができる。
【００４８】
更に、本実施形態のバイオ燃料電池１０では、電池を回転させることにより、発電性能を回復させることもできる。例えば、前述したように、収容容器の一部又は全部を透明又は半透明として、燃料溶液のｐＨ変化を観察可能としたバイオ燃料電池において、色の変化によりアノード２近傍で燃料成分濃度が低いことが確認された場合、バイオ燃料電池を回転させればよい。これにより、発電部内における燃料溶液の濃度分布を解消し、効果的に発電性能を回復させることができる。
【００４９】
以上詳述したように、本実施形態のバイオ燃料電池１０では、電池自体が回転可能となっているため、高濃度の燃料溶液を使用する場合でも、燃料注入直後に燃料成分を拡散させることができる。これにより、燃料の反応効率が向上する。また、発電部内の燃料溶液を撹拌することができるため、燃料の利用効率も向上する。更に、側面部に廃液排出口を設けることにより、遠心力を利用して、使用済みの燃料溶液（廃液）を、速やかに発電部から除去することができる。
【００５０】
そして、このバイオ燃料電池１０は、既存の独楽型玩具と組み合わせることにより、発光素子を光らせて独楽を装飾したり、モーターを回転させて独楽の回転速度を変化させたりすることも可能となる。また、収容容器の一部又は全部を透明又は半透明にして、発電部内のｐＨ変化に応じて、バイオ燃料電池１０を回転させることにより、より効率的に出力回復を図ることができる。更に、側壁９に厚みをつけるなどして、側壁９に液溜まりスペースを設けることにより、容易に廃液を回収することができる。
【００５１】
＜２．第１の実施の形態の変形例＞
［全体構成］
前述した第１の実施形態のバイオ燃料電池においては、接続端子を転がり軸受け構造にすることで、回転時でも外部端子との接続を可能としているが、本開示はこれに限定されるものではなく、回転時は接続を解除するような構成にしてもよい。
【００５２】
［接続形態］
図８及び図９は図１に示すバイオ燃料電池１０の他の接続形態を示す図であり、図８（ａ）及び図９（ａ）は静止時の状態を示す図であり、図８（ｂ）及び図９（ｂ）は回転時の状態を示す図である。なお、図８及び図９においては、図１に示すバイオ燃料電池１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
例えば、図８（ａ），（ｂ）に示す接続例のように、外部デバイス側の端子１８をアノード端子１１の一部にのみ接触する構成とし、静止時にのみアノード端子１１に接触するようにしてもよい。この場合、バイオ燃料電池１０を回転させるときは、端子１８がアノード端子１１から離隔する。
【００５４】
また、図９（ａ），（ｂ）に示す接続例のように、外部デバイス側の端子１９をすべり軸受け構造とし、静止時にのみアノード端子１１を係合させて、外部デバイスとバイオ燃料電池１０とを接続することもできる。この接続例の場合は、バイオ燃料電池１０を回転させる時は、外部デバイスとの係合状態を解除し、接続を切断すればよい。
【００５５】
前述した変形例のように、回転時に外部デバイスとの接続を切断する構成とすることにより、転がり軸受けが不要になり、回転時の摩擦抵抗を低減することができる。なお、本変形例における上記以外の構成及び効果は、前述した第１の実施形態と同様である。
【００５６】
＜３．第２の実施の形態＞
［全体構成］
次に、本開示の第２の実施形態に係るバイオ燃料電池について説明する。図１０は本実施形態のバイオ燃料電池の構成を示す分解斜視図であり、図１１はその回転時の状態を模式的に示す図である。なお、図１０及び図１１においては、図１に示すバイオ燃料電池１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１０及び図１１に示すように、本実施形態のバイオ燃料電池２０は、電池本体を回転させるための回転機構を備えており、ボタン操作により回転可能となっている。
【００５７】
［回転機構］
回転機構は、例えば、図１０に示すようなばねを利用した構成とすることができる。この回転機構では、外芯２３の一方の端部にボタン２１を固定され、他方の端部が電池部を覆う外郭２７の中心に固定されている。そして、この外芯２３に周囲にばね２４が巻回されており、その一端がボタン２１に固定され、他端は外郭２７のばね固定部２５に固定されている。また、ボタン２１には、螺旋状シャフト２２も固定されている。更に、外郭２７の内側には、ボタン外れ防止部２６が形成されており、これは外芯２３に固定されている。
【００５８】
一方、外芯２３内には、内芯２８が挿入される。この内芯２８内には、螺旋状シャフト２２が押し込まれることにより回転する回転ディスク１０と、その回転に伴い回転する回転ディスク受け部３２が配置されている。内芯２８内には、回転ディスク１０の上方及び下方に、回転ディスク１０の移動を制限する移動防止部２９，３１が設けられている。
【００５９】
更に、本実施形態のバイオ燃料電池２０では、転がり軸受け構造の外部出力用端子３３と、滑り軸受け構造の外部出力用端子３４を備えている。そして、これらの外部出力用端子３３，３４内に、それぞれアノード端子１１及びカソード端子１２が接触配置される。
【００６０】
図１１に示すように、本実施形態のバイオ燃料電池２０では、ボタン２１を押すという単純な操作で、容易に電池本体が回転し、燃料溶液を撹拌することができる。なお、本実施形態のバイオ燃料電池２０における上記以外の構成及び効果は、前述した第１の実施形態と同様である。
【００６１】
＜４．第３の実施の形態＞
［全体構成］
次に、本開示の第３の実施形態に係るバイオ燃料電池について説明する。図１２（ａ），（ｂ）は本実施形態のバイオ燃料電池の構成を模式的に示す図であり、図１２（ａ）は回転時の状態を、図１２（ｂ）は静止時の状態をそれぞれ示す。なお、図１２においては、図１に示すバイオ燃料電池１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
図１２（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態のバイオ燃料電池３０は、発電部が中心から外側に向かって傾斜が設けられたすり鉢状（テーパー形状）となっている。具体的には、燃料溶液が注入される中心部が低く、外側になるに従い高くなる構造になっている。これにより、図１２（ａ）に示すように、電池本体が回転しているときは、燃料注入口１ａから注入された燃料溶液４０は、遠心力により、外縁に向かって拡散する。一方、図１２（ｂ）に示すように、電池本体の回転を止めると、外縁側から中心に向かって流れ込む。
【００６３】
この回転と静止とを繰り返し行うことにより、燃料溶液を撹拌し、反応効率を高めることが可能となる。なお、本実施形態のバイオ燃料電池３０における上記以外の構成及び効果は、前述した第１の実施形態と同様である。また、本実施形態のバイオ燃料電池３０にも、前述した第２の実施形態で示した回転機構を適用することが可能であり、その場合も、同様の効果が得られる。
【００６４】
更に、本開示は、以下のような構成もとることができる。
（１）
表面に酸化還元酵素が存在する電極を備えた発電部と、
前記発電部の中心部に燃料を供給する燃料供給部と、を有し、
前記燃料供給部を軸として回転するバイオ燃料電池。
（２）
前記発電部は、
アノード及びカソードを構成し、少なくとも一方の表面に酸化還元酵素が存在する１対の電極シートと、
プロトン透過膜からなり、前記電極シート間を電気的に絶縁するセパレータと、
各電極シートに接触配置された１対の集電体と、を備え、
前記燃料供給部により、アノードを構成する電極シートの中心部に燃料溶液が供給される（１）に記載のバイオ燃料電池。
（３）
前記発電部は、平面視で円形状である（１）又は（２）に記載のバイオ燃料電池。
（４）
前記発電部を収容する収容容器を有し、該収容容器のアノード側の面に溝が形成されている（１）〜（３）のいずれかに記載のバイオ燃料電池。
（５）
前記発電部を収容する収容容器を有し、該収容容器の側面には廃液排出口が設けられている（１）〜（４）のいずれかに記載のバイオ燃料電池。
（６）
前記発電部がすり鉢状に形成されている（１）〜（５）のいずれかに記載のバイオ燃料電池。
（７）
前記燃料供給部に外部接続用端子が設けられている（１）〜（６）のいずれかに記載のバイオ燃料電池。
（８）
前記外部接続用端子は、軸受け構造となっている（７）に記載のバイオ燃料電池。
【符号の説明】
【００６５】
１  上蓋
１ａ  燃料注入口
１ｂ  溝
２  アノード
３、６  集電体
４  セパレータ
５  カソード
７  気液分離膜
８  下蓋
８ａ  空気導入口
９  側壁
１０、２０、３０  バイオ燃料電池
１１〜１４、１８、１９、３３、３４  端子
１５  廃液排出口
１６  蓋
１７  廃液
２１  ボタン
２４  ばね
４０  燃料溶液
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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