(57)【要約】【課題】外部電源や制御機器を用いることなく、電池形成から出力発生までの時間を短縮する。【解決手段】微生物燃料電池（１００）は、少なくとも１種類の電流発生菌（１１）、少なくとも１種類の好気性細菌（１４）、少なくとも１種類のメタン生成菌（１５）、および有機物を含む微生物含有層（５）と、微生物含有層（５）に接触して配置され、電流発生菌（１１）による前記有機物の分解によって生じる電子を取り出すアノード電極（２）と、前記電子を受け取るカソード電極（３）とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種類の電流発生菌、少なくとも１種類の好気性細菌、少なくとも１種類のメタン生成菌、および有機物を含む微生物含有層と、
前記微生物含有層に接触して配置され、前記電流発生菌による前記有機物の分解によって生じる電子を取り出す負極と、
前記電子を受け取る正極と、
を備えていることを特徴とする微生物燃料電池。
【請求項２】
前記微生物含有層は酸化還元物質を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の微生物燃料電池。
【請求項３】
前記酸化還元物質は鉄化合物を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の微生物燃料電池。
【請求項４】
前記鉄化合物は、固体状に設けられ、かつ前記負極に接触しないように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の微生物燃料電池。
【請求項５】
前記酸化還元物質は酸化還元酵素を含んでいることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の微生物燃料電池。
【請求項６】
前記酸化還元物質は、前記微生物含有層に投入されてから時間をおいて分解するカプセルに封入されていることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の微生物燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物などの生体触媒に用いた微生物燃料電池は、有機物から直接発電が可能であることから、環境発電の一種として注目されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された微生物燃料電池は、アノードと、カソードと、アノードおよびカソード１４の間に配置されたカチオン交換膜とを有し、アノードにelectricigenic微生物が配置されている構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８８１９８号公報（２００８年１１月２７日公開）
【特許文献２】特開２００４−０１６０２３号公報（２００４年１月２２日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示されるような従来の微生物燃料電池では、電池出力が一定以上になるまで数日を要していた。これは、初期状態の負極上および負極槽内の微生物量が少ないために、その微生物の増殖および活性化に時間がかかることが原因と考えられる。
【０００６】
微生物の増殖速度を高めるためには、例えば特許文献２に示されるような、培地に電圧を印加しながら微生物を培養する、いわゆる電気培養技術が検討されている。しかしながら、電気培養技術では、外部電源や電源制御のための制御機器を要することとなる。
【０００７】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、外部電源や制御機器を用いることなく、電池形成から出力発生までの時間を短縮することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る微生物燃料電池は、少なくとも１種類の電流発生菌、少なくとも１種類の好気性細菌、少なくとも１種類のメタン生成菌、および有機物を含む微生物含有層と、前記微生物含有層に接触して配置され、前記電流発生菌による前記有機物の分解によって生じる電子を取り出す負極と、前記電子を受け取る正極と、を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、電源や制御機器を用いることなく、微生物燃料電池内の微生物を早期に増殖および活性化することで、電力発生までの時間を短縮することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係る微生物燃料電池を模式的に示す断面図である。
【図２】上記実施形態１に係る微生物燃料電池の動作原理を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る微生物燃料電池を模式的に示す断面図である。
【図４】上記実施形態２に係る微生物燃料電池の動作原理を模式的に示す図である。
【図５】上記実施形態２に係る微生物燃料電池の製作後の出力電圧を測定した結果を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態３に係る微生物燃料電池を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図６に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
〔実施形態１〕
本発明の実施形態１について図１および図２を用いて説明すれば、以下のとおりである。
【００１３】
（微生物燃料電池の構造）
図１は、本実施形態に係る微生物燃料電池１００を模式的に示す断面図である。
【００１４】
図１に示すように、微生物燃料電池１００は、筐体１を備えており、当該筐体１内に設けられた、アノード電極２（負極）と、カソード電極３（正極）と、イオン伝導層４と、微生物含有層５と、空気層６とを備えている。筐体１の上側にはアノード電極２が配置され、筐体１の下側にはカソード電極３が配置されている。微生物含有層５は、アノード電極２の上側と下側とにアノード電極２と接するように配置されている。空気層６は、カソード電極３の下側にカソード電極３と接するように配置されている。
【００１５】
微生物燃料電池１００は、アノード電極２とカソード電極３との間にイオン伝導層４が間に介在しているのであれば、アノード電極２、カソード電極３およびイオン伝導層４の配置に特に制限はなく、アノード電極２がイオン伝導層４に接触していても構わない。また、アノード電極２、カソード電極３およびイオン伝導層４は、上側から、カソード電極３、イオン伝導層４、アノード電極２の順に配置されていても構わない。あるいは、アノード電極２、カソード電極３およびイオン伝導層４は、水平方向に、カソード電極３、イオン伝導層４、アノード電極２の順に配置されていても構わない。
【００１６】
アノード電極２にはアノード配線２０が電気的に接続され、カソード電極３にはカソード配線３０が電気的に接続されている。これにより、微生物発電により発生した電気を外部に取り出すことができる。アノード配線２０およびカソード配線３０は、例えば、制御回路（図示せず）、負荷（図示せず）などに電気的に接続されてもよい。
【００１７】
（筐体）
筐体１を構成する材料は特に制限されないが、例えばプラスチックなどの絶縁性を有する材料を用いることが好ましい。例えば、当該材料として、一般的な樹脂（あるいはゴム）材料、フッ素系樹脂（あるいはゴム）材料、絶縁被膜付き金属材料、およびセラミック材料等を挙げることができる。中でも、低コストで耐腐食性が高いという理由から、筐体１を構成する材料は、フッ素系樹脂（あるいはゴム）材料であることが望ましい。
【００１８】
（アノード電極）
アノード電極２は、微生物含有層５から供給される嫌気性の電流発生菌１１を触媒として用い、かつ微生物含有層５に含まれる有機物燃料の酸化を行う電極であり、電流発生菌１１による有機物燃料の分解によって生じる電子を取り出す。このようなアノード電極２を構成する材料としては、導電性を有し、かつ耐腐食性に優れる材料が用いられる。このような材料として、好ましくは、ステンレス、白金、金、カーボン、ニッケル、チタンなどの材料や、金属などの導電材料にステンレス、白金、金、カーボン、ニッケル、チタンなどのコーティングを施したものなどを挙げることができる。
【００１９】
さらには、アノード電極２を構成する材料として、微細構造、メッシュ状など、投影面積よりも電極面積を稼げる構造や形状を有する材料を用いてもよい。これにより、微生物の吸着面積を増やすことができ、大きな発電電流を得ることができる。
【００２０】
あるいは、アノード電極２を構成する材料として、カーボンフェルトやカーボンペーパーなどの材料を用いてもよい。これにより、電気抵抗が低く、かつ微生物の吸着量を増やすことができるだけでなく、貴金属材料よりも低コストに抑えることができる。
【００２１】
本実施形態では、アノード電極２を構成する材料として上記のような各種の材料を挙げたが、これらの材料には限定されない。
【００２２】
（カソード電極）
カソード電極３は、空気中および水中の酸素にアノード電極２によって取り出された電子を供給することで酸素の還元を行う電極である。このようなカソード電極３としては、導電性を有し、かつ耐腐食性に優れ、また電気化学的に酸素還元能を持つ材料が用いられる。このような材料としては、好ましくは、ステンレス、白金、金、カーボン、ニッケル、チタンなどの材料や、金属などの導電材料にステンレス、白金、金、カーボン、ニッケル、チタンなどのコーティングを施したものなどを挙げることができる。また、酸素還元能を有する酵素や微生物をコーティングした導電材料をカソード電極３に用いることもできる。
【００２３】
また、カソード電極３を構成する材料として、微細構造、メッシュ状など、投影面積よりも電極面積を稼げる構造や形状を有する材料を用いてもよい。これにより、酸素との反応面積を増やすことができるので、大きな発電電流を得ることができる。
【００２４】
また、カソード電極３を構成する材料として、カーボンフェルトやカーボンペーパーなどを用いてもよい。これにより、電気抵抗が低く、酸素還元可能な電極面積を増やすことができ、また貴金属材料よりも低コストに抑えることができる。
【００２５】
本実施形態では、カソード電極３を構成する材料として上記のような各種の材料を挙げたが、これらの材料には限定されない。
【００２６】
また、カソード電極３には、フェロシアンイオンなどの電子媒介物質を用いてもよい。これにより、電極と酸素の電子の交換を円滑に行い、電流を向上させることもできる。それゆえ、電子媒介物質（電子メディエーター）を電極周辺に配置したり、電極に固定化したりしてもよい。ただし、電子媒介物質がカソード電極３を構成する上で必須ではない。
【００２７】
（イオン伝導層）
イオン伝導層４は、上述のようなアノード電極２とカソード電極３との間に設けられている。ここで、イオン伝導層４は、空気（空気層６）に暴露されているカソード電極３側からアノード電極２への酸素の拡散を制限し、かつアノード電極２からカソード電極３へのイオンの移動を可能とする機能を有する層であり、イオン伝導性膜および電解質溶液である。また、イオン伝導層４における「層」は、筐体１の内部空間に広がり、筐体１の鉛直方向（上下方向）に対して垂直な平面を含む層のことをいう。上記の機能を有するイオン伝導層４の形成には、空気と接するカソード側からアノードへの酸素の拡散や浸透を阻害できるものであれば構わない。ただし、低コストである点、密に酸素を遮断できる点、塩分や密度の調整により材料の物性の調整が容易である点を考慮し、ハイドロゲル状のものが好ましい。
【００２８】
ハイドロゲルは、高分子材料を基材として、水分を多量に含むことにより形成される。このようなハイドロゲルは、電解質を含んでおり、カソード電極３とアノード電極２の間に配置することにより、カソード電極３側から侵入して拡散する酸素のアノード電極２への到達を物理的に遮断でき、かつイオン伝導性に優れるために、微生物燃料電池１００の内部抵抗を損なうことなく電池を構成できる。また、ハイドロゲルの高分子構造、高分子材料、水分含有量、イオン強度などを調整することで、酸素透過度、イオン伝導性、柔軟性の調整が可能である点も、微生物燃料電池の設計自由度を向上させる観点から優れている。
【００２９】
図１には、イオン伝導層４が、アノード電極２およびカソード電極３と別体的に互いに分離されて形成された構成を示しているが、イオン伝導層４がアノード電極２およびカソード電極３と一体化されていても勿論よい。
【００３０】
（アノード配線およびカソード配線）
アノード配線２０およびカソード配線３０の材質は、耐腐食性の高いＳＵＳ、チタン、ニッケル、カーボンなどであることが望ましく、また絶縁性の樹脂などによって被覆されていることが望ましい。
【００３１】
（微生物含有層）
微生物含有層５は、有機化合物（有機物）からなる有機物燃料を含むとともに、電流発生菌１１、好気性細菌１４およびメタン生成菌１５を含んでいる。また、有機物燃料は、アノード電極２によって酸化され、グルコース、酢酸、乳酸などの炭化水素物、アミノ酸などが好適に用いられる。
【００３２】
微生物含有層５に含まれる、電流発生菌１１、好気性細菌１４およびメタン発生菌１５は、予め同定および培養されたものであってもよい。これにより、微生物の反応効率をより向上させることができるため、より好ましい。
【００３３】
なお、上記の予め同定および培養された、電流発生菌１１、好気性細菌１４およびメタン発生菌１５を所定の比率で混合することで、より高い効果を得ることができる。
【００３４】
（電流発生菌）
アノード電極２に用いられる電流発生菌１１は、例えばShewanella菌、Geobacter属細菌、Rhodoferax ferrireducens、Desulfobulbus Propionicusなど、従来公知の適宜の嫌気性の電流発生菌が挙げられる。その中でも、幅広い土壌中に豊富に含まれ、アノード電極２との電子授受が容易であることから、Shewanella菌が好適である。
【００３５】
（メタン生成菌）
微生物含有層５内で用いられるメタン生成菌１５は、メタノバクテリア科Methanobacteriaceaeのメタノバクテリウム属Methanobacterium、メタノサルシナ属Methanosarcina、メタノコッカス属Methanococcusなどが挙げられる。
【００３６】
メタン生成菌１５は、電流発生菌１１の代謝生成物である二酸化炭素を消費することで、電流発生菌１１の代謝とそれに伴う増殖を促す。また、メタン生成菌１５は、微生物含有層５内のメタン分圧を上げることで嫌気性を高め、主に嫌気性細菌からなる電流発生菌１１の活性化を促す。
【００３７】
（好気性細菌）
好気性細菌１４は、例えば酵母などの通性好気性生物でもよく、クレンアーキオータ門のAeropyrum、Sulfolobus、Metallosphaera、Sulfurococcus、ユリアーキオータ門のFerroplasma、Acidiplasma、Thermogymnomonas、Picrophilus、高度好塩菌綱の全ての属、タウムアーキオータ門の全ての属などの偏性好気性生物のいずれでもよい。
【００３８】
好気性細菌１４は、その代謝により酸素を消費し、二酸化炭素を生成することで、アノード槽内の二酸化炭素分圧を上げて嫌気性を高め、主に嫌気性細菌からなる電流発生菌１１およびメタン生成菌１５の活性化を促す。
【００３９】
（微生物燃料電池の反応）
図２を参照して微生物燃料電池１００の動作を説明する。図２は、微生物燃料電池１００の動作原理を模式的に示す図である。なお、図２では、便宜上、アノード電極２および微生物含有層５のみを示している。
【００４０】
微生物含有層５内に含まれる、嫌気性の電流発生菌１１（上述のShewanella菌など）は、アノード電極２に吸着し、反応Ｒ１１によって、微生物含有層５に含まれる、炭化水素物（例えばグルコースや酢酸など）やアミノ酸などの有機物燃料を代謝（酸化）する際に、電子伝達系から電子（ｅ−）がアノード電極２へと放出される（酸化後の有機物燃料は酸化体となる）。この電子（ｅ−）が外部回路（図示せず）を経由してカソード電極３に到達し、カソード電極３がその電子を受け取ることで電流が流れ、発電が起こる。
【００４１】
電子（ｅ−）と同時に生成したプロトン（Ｈ＋）は、微生物含有層５やイオン伝導層４を通過し、カソード電極３へと達する。電子（ｅ−）、プロトン（Ｈ＋）、空気中および水中の酸素（Ｏ２）がカソード電極３上で反応し、水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
【００４２】
カソード電極３で消費されなかった酸素は、微生物含有層５を通過するか、微生物含有層５の水分中を拡散して、アノード電極２側へと向かって移動する。好気性細菌１４は、反応Ｒ１４により、微生物含有層５内の酸素を消費する。また、メタン生成菌１５は、反応Ｒ１５により、電流発生菌１１の代謝生成物であるＣＯ２を消費してＣＨ４を生成する。これにより、微生物含有層５内の酸素分圧が下がる一方でメタン分圧が高まる。
【００４３】
以上の反応Ｒ１４および反応Ｒ１５によって、微生物含有層５内の酸素濃度を下げることができる。これにより、アノード電極２の近傍では、酸素濃度が低く保たれるので、電極触媒として利用する嫌気性の電流発生菌１１の生育を促すことができる。
【００４４】
（微生物燃料電池による効果）
本実施形態に係る微生物燃料電池１００は、電流発生菌１１、好気性細菌１４およびメタン生成菌１５をそれぞれ少なくとも１種類含んだ微生物含有層５を備えている。これにより、電流発生菌１１の代謝およびそれに伴う生育を促進することができる。それゆえ、電流発生菌１１の生育速度を速め、微生物燃料電池１００の出力発生の時間を短くすることができる。
【００４５】
なお、従来の微生物燃料電池では、単種の微生物のみが利用されていた。その発電環境は、緩衝液の使用、酸素の除去、微生物の電極への固定化による活性化など人工的な制御を要していた。
【００４６】
これに対し、微生物燃料電池１００は、微生物含有層５内の微生物活動を相互に活発化させることにより、電力の立ち上がりが早い、微生物燃料電池１００を実現することが可能となる。これは、複数種の微生物が存在することで、代謝の促進、ｐＨの中性化、酸素の減少などが起こり、電流発生菌１１の活動しやすい環境が整えられることによる。
【００４７】
また、従来の微生物燃料電池では、予め嫌気状態にした燃料溶液を用いる必要があった。これに対し、微生物燃料電池１００では、好気性細菌１４が酸素を消費することから、酸素が含まれた燃料溶液も利用することができる。
【００４８】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図３〜図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、本実施形態において、前述の実施形態１における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記して、その説明を省略する。
【００４９】
（微生物燃料電池の構造）
図３は、本実施形態に係る微生物燃料電池１０１を模式的に示す断面図である。
【００５０】
図３に示すように、微生物燃料電池１０１は、実施形態１に係る微生物燃料電池１００と同様、筐体１内に、アノード電極２、カソード電極３、イオン伝導層４、微生物含有層５および空気層６を備えるように構成されている。ただし、微生物燃料電池１０１は、微生物含有層５が酸化還元物質Ｘを含んでいる点において、微生物燃料電池１００と相違する。酸化還元物質Ｘは、アノード電極２上に接触するように設けられていてもよい。
【００５１】
（酸化還元物質）
酸化還元物質Ｘは、電流発生菌１１が酸化還元できる物質であることが好ましい。酸化還元物質Ｘとしては、鉄化合物、マンガン化合物、コバルト化合物、硝酸、亜ヒ酸、シアン化合物、フェロセン系化合物、オスミウム化合物などが用いられる。また、酸化還元物質Ｘとしては、ベンゾキノン類、ナフトキノン類、アントラキノン類、ポルフィリン類、アニリン類、フェナジン類、フラビン類、フェノチアジン系化合物などの有機化合物が用いられる。さらに、酸化還元物質Ｘとしては、デヒドロゲナーゼ、オキダーゼ、ペルオキシダーゼ活性を有す酸化還元酵素が用いられる。酸化還元酵素は、酸化還元物質Ｘとして用いられる上記の他の物質と組み合わせて酸化還元物質Ｘとして用いられてもよい。
【００５２】
酸化還元物質Ｘは、微生物含有層５内に含まれてさえいれば、固体状で設けられていてもよい。この場合、より多くの酸化還元剤Ｘを微生物含有層５内に設けることができる。なお、固体状の酸化還元剤は、アノード電極２へのリーク電流が発生することを防ぐため、アノード電極２に接触しないように配置されていることが好ましい。
【００５３】
また、酸化還元物質Ｘは、微生物含有層５内に含まれてさえいれば、粉末（粒子）状であっても、粉末（粒子）を液体に分散させた溶液状であっても構わない。この場合、酸化還元物質Ｘは予めアノード電極２に担持されていても構わない。
【００５４】
（微生物燃料電池の反応）
図４は、微生物燃料電池１０１の動作原理を模式的に示す図である。なお、図４では、便宜上、アノード電極２および微生物含有層５のみを示している。
【００５５】
図４に示すように、酸化還元剤Ｘは、電流発生菌１１の反応Ｒ１１と共役した酸化還元反応Ｒ１１０を生じる。これにより、電流発生菌１１の代謝およびそれに伴う成長を促進することができる。したがって、電流発生菌１１の生育速度を速めて、より電力の発生を早めることができる。
【００５６】
（実験結果）
図５は、微生物燃料電池１０１の製作後の出力電圧を測定した結果を示すグラフである。本実験では、酸化還元物質Ｘとして鉄化合物を添加した微生物燃料電池１０１と、添加していない微生物燃料電池１００の作製時からの開回路電圧の推移を測定した。
【００５７】
図５に示すように、微生物含有層５に、酸化還元物質Ｘとして鉄化合物を添加した微生物燃料電池１０１については、作製後に１日経過してから６００ｍＶ以上の開回路電圧が発生している。一方、微生物含有層５に酸化還元物質Ｘを添加していない微生物燃料電池１００では、作製後に１０日経過してから開回路電圧が６００ｍＶに達している。
【００５８】
このように、酸化還元物質Ｘによる微生物燃料電池１０１の出力発生までの短時間化が確認された。
【００５９】
（微生物燃料電池による効果）
本実施形態に係る微生物燃料電池１０１は、電流発生菌１１、好気性細菌１４およびメタン生成菌１５を含んだ微生物含有層５を備え、さらに、微生物含有層５が酸化還元物質Ｘを含んでいる。
【００６０】
これにより、電流発生菌１１と酸化還元物質Ｘとの酸化還元反応Ｒ１１０が生じる結果、電流発生菌１１の代謝およびそれに伴う成長が促される。それゆえ、微生物燃料電池１０１の出力発生までの時間を前述の微生物燃料電池１０１よりも短くすることができる。
【００６１】
〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について、図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、本実施形態において、前述の実施形態２における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記して、その説明を省略する。
【００６２】
（微生物燃料電池の構造）
図６は、本実施形態に係る微生物燃料電池１０２を模式的に示す断面図である。
【００６３】
図６に示すように、微生物燃料電池１０２は、実施形態１に係る微生物燃料電池１０１と同様、筐体１内に、アノード電極２、カソード電極３、イオン伝導層４、微生物含有層５および空気層６を備えるように構成されている。ただし、微生物燃料電池１０２において、微生物含有層５が、少なくとも、酸化還元物質Ｘ１を図３に示す酸化還元物質Ｘに代えて含んでいる点で、微生物燃料電池１０１と相違する。
【００６４】
（酸化還元物質）
酸化還元物質Ｘ１は、カプセルＸ１０内に封入されている。また、酸化還元物質Ｘ１は、実施形態２における酸化還元物質Ｘと同様の物質が用いられる。
【００６５】
カプセルＸ１０は、時間をおいて分解する物質によって形成されている。カプセルＸ１０は、例えば微生物含有層５内の条件に基づいて、ある程度の時間が経過の後に分解する分解性を有する材料により実現することができる。利用することのできる分解性としては、加水分解性、光分解性、熱分解性などがある。また、分解性を有する材料の組成や厚み等を制御することによって、カプセルＸ１０が分解するタイミングを任意に設定することができる。
【００６６】
（微生物燃料電池による効果）
カプセルＸ１０は、微生物含有層５内に投入されてから筐体１を密封した後に時間差で分解し、カプセルＸ１０内が開放される。これにより、筐体１が密封状態にあるときに酸化還元物質Ｘ１を微生物含有層５内に投入することができる。すなわち、外環境の影響を受けずに酸化還元物質Ｘ１に所望の反応Ｒ１１０を生じさせることができる。
【００６７】
（変形例）
微生物燃料電池１０２は、それぞれが酸化還元物質Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を封入するカプセルＸ１０，Ｘ２０，Ｘ３０を複数備えていてもよい。これにより、酸化還元物質Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３をそれぞれ異なる物質にすることができる。また、カプセルＸ１０，Ｘ２０，Ｘ３０が分解するタイミングは、それぞれ異なるようにしてもよい。
【００６８】
これにより、所望のタイミングで所望の酸化還元物質Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３をそれぞれ分解するように設計することが可能になる。したがって、相互の反応に影響を及ぼすことなく、酸化還元物質Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３をそれぞれ反応させることができる。
【００６９】
なお、酸化還元物質Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３は同一物質であっても構わない。カプセルＸ１０，Ｘ２０，Ｘ３０が分解するタイミングに時間差を設けることにより、段階的に反応させることが可能になる。
【００７０】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る微生物燃料電池は、少なくとも１種類の電流発生菌１１、少なくとも１種類の好気性細菌１４、少なくとも１種類のメタン生成菌１５、および有機物を含む微生物含有層５と、前記微生物含有層５に接触して配置され、前記電流発生菌１１による前記有機物の分解によって生じる電子を取り出す負極（アノード電極２）と、前記電子を受け取る正極（カソード電極３）とを備えている。
【００７１】
上記の構成によれば、電流発生菌１１は、微生物含有層５に含まれる有機物を分解することによって、ＣＯ２を生成するとともに、電子およびイオンを生成する。その電子を負極で取り出し、正極が受け取ることによって、発電が起こる。好気性細菌１４は、微生物含有層５内の酸素を消費する。メタン生成菌１５は、電流発生菌１１が生成したＣＯ２からメタンを生成する。これにより、微生物含有層５内の酸素濃度が低下するので、負極の近傍では、酸素濃度が低く保たれる。それゆえ、電極触媒として利用する嫌気性の電流発生菌１１の生育を促すことができる。したがって、微生物燃料電池の出力発生に要する時間を短くすることができる。
【００７２】
本発明の態様２に係る微生物燃料電池は、上記態様１において、前記微生物含有層５が酸化還元物質Ｘ，Ｘ１を含んでいてもよい。
【００７３】
上記の構成によれば、電流発生菌１１と酸化還元物質Ｘ，Ｘ１との酸化還元反応が生じる結果、電流発生菌１１の代謝およびそれに伴う成長が促される。それゆえ、より電力の発生を早めることができる。
【００７４】
本発明の態様３に係る微生物燃料電池は、上記態様２において、前記酸化還元物質Ｘ，Ｘ１が鉄化合物を含んでいてもよい。
【００７５】
上記の構成によれば、鉄化合物による酸化還元反応が、電流発生菌１１の代謝およびそれに伴う成長をより早めることができる。それゆえ、より電力の発生に要する時間の短縮効果を高めることができる。
【００７６】
本発明の態様４に係る微生物燃料電池は、上記態様３において、前記鉄化合物が、固体状に設けられ、かつ前記負極に接触しないように配置されていてもよい。
【００７７】
上記の構成によれば、負極へのリーク電流が発生することを防止できる。
【００７８】
本発明の態様５に係る微生物燃料電池は、上記態様２から４において、前記酸化還元物質Ｘ，Ｘ１は酸化還元酵素を含んでいてもよい。
【００７９】
前記酸化還元物質Ｘ１は、前記微生物含有層５に投入されてから時間をおいて分解するカプセルＸ１０に封入されていてもよい。
【００８０】
上記の構成によれば、カプセルＸ１０が、微生物含有層５内に投入されてから時間をおいて分解すると、カプセルＸ１０内の酸化還元物質Ｘ１が微生物含有層５に放出される。これにより、外環境の影響を受けずに酸化還元物質Ｘ１に所望の酸化還元反応を生じさせることができる。
【００８１】
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【符号の説明】
【００８２】
２  アノード電極（負極）
３  カソード電極（正極）
５  微生物含有層
６  空気層
１１  電流発生菌
１４  好気性細菌
１５  メタン生成菌
１００  微生物燃料電池
１０１  微生物燃料電池
１０２  微生物燃料電池
Ｘ，Ｘ１〜Ｘ３  酸化還元物質
Ｘ１０，Ｘ２０，Ｘ３０  カプセル
【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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