(57)【要約】【課題】簡便に燃料を供給でき、短時間で発電が可能な電力供給装置を提供すること。【解決手段】負極又は正極の少なくとも一方の電極上に触媒として酵素が固定化された電力供給装置であって、少なくとも２以上の前記負極及び前記正極が直列接続した起電部と、  前記負極間を連通し、前記負極に燃料を供給する燃料供給部と、前記負極間をイオン的に遮断するイオン遮断部と、を少なくとも備える電力供給装置を提供する。本発明に係る電力供給装置は、２以上の電極を直列接続しているため、大きな出力電流及び電圧を得ることができるとともに、２以上の負極に対し、同時に燃料の供給を行うことができるため、簡便に燃料を供給でき、短時間で発電が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極又は正極の少なくとも一方の電極上に触媒として酵素が固定化された電力供給装置であって、
少なくとも２以上の前記負極及び前記正極が直列接続した起電部と、
前記負極間を連通し、前記負極に燃料を供給する燃料供給部と、
前記負極間をイオン的に遮断するイオン遮断部と、
を少なくとも備える電力供給装置。
【請求項２】
前記イオン遮断部は、大気層で構成されたことを特徴とする請求項１記載の電力供給装置。
【請求項３】
前記イオン遮断部は、前記負極と前記燃料供給部との間に備えられた移動可能なイオン遮断弁で構成されたことを特徴とする請求項１記載の電力供給装置。
【請求項４】
前記燃料供給部に接続し、前記燃料を貯蔵する燃料貯蔵部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電力供給装置。
【請求項５】
前記燃料貯蔵部には燃料貯蔵部を密閉可能とする蓋部が設けられ、該蓋部に前記起電部が配設されたことを特徴とする請求項４記載の電力供給装置。
【請求項６】
前記負極に固定された前記酵素は、酸化酵素を少なくとも含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電力供給装置。
【請求項７】
前記負極に固定された前記酵素は、酸化型補酵素を少なくとも含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電力供給装置。
【請求項８】
前記負極に固定された前記酵素は、補酵素酸化酵素を含むことを特徴とする請求項７記載の燃料電池。
【請求項９】
前記負極又は前記正極の少なくとも一方の電極上に電子伝達メディエーターが固定化されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の電力供給装置。
【請求項１０】
負極又は正極の少なくとも一方の電極上に触媒として酸化還元酵素が固定化された燃料電池を用いる電子機器であって、
少なくとも２以上の燃料電池を直列接続した燃料電池部と、
前記燃料電池の前記負極を連通し、前記負極に燃料を供給する燃料供給部と、
前記負極間をイオン的に遮断するイオン遮断部と、
を少なくとも備える電子機器。
【請求項１１】
前記燃料供給部に接続し、前記燃料を貯蔵する燃料貯蔵部を更に備えることを特徴とする請求項１０記載の電子機器。
【請求項１２】
前記燃料貯蔵部には燃料貯蔵部を密閉可能とする蓋部が設けられ、該蓋部に前記燃料電池部が配設されたことを特徴とする請求項１１記載の電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給装置に関する。より詳しくは、２以上の電極を直列接続して高出力化を実現し得る電力供給装置であって、簡便に燃料を供給でき、短時間で発電が可能な電力供給装置、及び該電力供給装置を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池は、大きく分けて化学電池と物理電池に分類することができ、化学電池としては、マンガン乾電池、アルカリ乾電池、ニッケル系一次電池、リチウム電池、アルカリボタン電池、酸化銀電池、空気（亜鉛）電池などの一次電池、ニカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、鉛畜電池、アルカリ畜電池などの二次電池、バイオ燃料電池などの燃料電池が、物理電池としては、太陽電池等が存在する。
【０００３】
以下、本発明に関わりのある化学電池について説明する。一次電池とは、内部に反応物質を有しており、反応物質の化学反応により電流を生じる電池であって、反応物質がすべて消費されるまで使用できる電池であり、例えば、乾電池等が挙げられる。二次電池とは、内部に反応物質を有しており、電流を発生させることで反応物質が減少するが、充電することによって逆反応が起こり、生成物質がもとの反応物質に戻ることで繰り返し使用することが可能な電池であり、例えば、自動車のバッテリーやリチウムイオン電池などが挙げられる。
【０００４】
化学電池のなかでも、負極又は正極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燃料電池（以下、バイオ燃料電池という。）は、例えばグルコース及びエタノール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注目されている。
【０００５】
図１２はバイオ燃料電池の反応スキームを示す図である。図１２に示すグルコースを燃料とするバイオ燃料電池においては、負極でグルコース（Glucose）の酸化反応が進行し、正極で大気中の酸素（Ｏ２）の還元反応が進行する。そして、負極では、グルコース（Glucose）、グルコース脱水素酵素（Glucose Dehydrogenase）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤ＋；Nicotinamide Adenine Dinucleotide）、ジアホラーゼ（Diaphorase）、ミディエーター、電極（カーボン）の順に電子が受け渡される。
【０００６】
一方、このようなバイオ燃料電池は、他の燃料電池に比べて出力が小さいという問題点がある。そこで、近年、高出力のバイオ燃料電池を得るための検討がなされている（例えば、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３参照。）。
【０００７】
例えば、特許文献１に記載のバイオ燃料電池では、電極を多孔質構造の導電性部材（金属、導電性高分子、金属酸化物、炭素材料等）で構成し、その孔内に酵素や電子伝達メディエーター等を固定することにより、実効面積あたりの酵素担持密度を高めて、電流密度の向上を図っている。
【０００８】
特許文献２に記載のバイオ燃料電池では、カソード電極をカーボンなどの多孔質材料に酵素及び電子伝達メディエーターを固定したものにより構成し、このカソード電極の少なくとも一部が気相の反応基質となる空気又は酸素と接触するようにすることで、優れた電極特性を充分に発揮できるように工夫している。
【０００９】
特許文献３に記載のバイオ燃料電池では、１つのセル内に複数の電池部を設けることにより、電流密度、電圧の向上を図っている。図１３は特許文献２に記載の従来のバイオ燃料電池の構成を示す断面図である。図１３に示すように、特許文献２に記載のバイオ燃料電池１０では、空気を透過可能なスペーサ１９ａ、１９ｂの間に、正極集電体１２２１ａ、正極１２２ａ、プロトン伝導体１２３ａ、負極１２１ａ、負極集電体１２１１ａ、燃料が透過可能なスペーサ１９ｃ、負極集電体１２１１ｂ、負極１２１ｂ、プロトン伝導体１２３ｂ、正極１２２ｂ、正極集電体１２２１ｂがこの順に配置されている。即ち、スペーサ１９ｃを挟むように、正極１２２ａ、プロトン伝導体１２３ａ及び負極１２１ａで構成される電池部１２ａと、負極１２１ｂ、プロトン伝導体１２３ｂ及び正極１２２ｂで構成される電池部１２ｂとが配置されている。そして、負極１２１ａ、１２１ｂには酵素が固定化されており、負極１２１ａ、１２１ｂ、負極集電体１２１１ａ、１２１１ｂ、及びスペーサ１９ｃを包み込むように、燃料保持容器１５が設けられている。
【００１０】
このバイオ燃料電池１０では、例えば、燃料保持容器１５に燃料としてグルコース溶液を充填すると、負極１２１ａ、１２１ｂでは、酵素によりグルコースが分解されて電子が取り出されると共に、Ｈ＋が発生する。一方、正極１２２ａ、１２２ｂでは、プロトン伝導体１２３ａ、１２３ｂを通って輸送されたＨ＋と、負極１２１ａ、１２１ｂで取り出され外部回路を介して送られた電子と、空気中の酸素とが反応して水が生成する。そして、正極集電体１２２１ａ、１２２１ｂ及び負極集電体１２１１ａの間に負荷を接続することにより電流が流れ、従来よりも大きな出力を得ることができる。
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−２３４７８８号公報。
【特許文献２】特開２００６−９３０９０号公報。
【特許文献３】特開２００７−１８８８１０号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述のように、バイオ燃料電池は、他の電池に比べて出力が小さいという問題点を解決するために、種々の検討がなされているが、まだまだ低出力であることが現状である。そのため、複数のバイオ燃料電池を直列に接続することで高出力化を行うことが必要である。
【００１３】
しかし、高出力化のためにバイオ燃料電池を直列接続する場合、複数のバイオ燃料電池に対し、各々燃料を供給する必要があり、燃料供給が煩雑で、発電までに時間を要してしまうという問題があった。
【００１４】
そこで、本発明では、２以上の電極を直列接続して高出力化を実現し得る電力供給装置であって、簡便に燃料を供給でき、短時間で発電が可能な電力供給装置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】
【００１５】
本発明では、まず、負極又は正極の少なくとも一方の電極上に触媒として酵素が固定化された電力供給装置であって、
少なくとも２以上の前記負極及び前記正極が直列接続した起電部と、
前記負極間を連通し、前記負極に燃料を供給する燃料供給部と、
前記負極間をイオン的に遮断するイオン遮断部と、
を少なくとも備える電力供給装置を提供する。
前記イオン遮断部は、前記負極間をイオン的に遮断できれば、その遮断方法は特に限定されないが、例えば、イオン遮断部を大気層で構成することにより、前記負極間をイオン的に遮断することができる。
また、前記負極と燃料供給部との間に、移動可能なイオン遮断弁を備えることで、前記負極間をイオン的に遮断することも可能である。
本発明に係る電力供給装置への燃料の供給は、外部から直接行ってもよいが、例えば、前記燃料供給部に接続し、前記燃料を貯蔵する燃料貯蔵部を備えることで、必要な燃料を貯蔵しておくことも可能である。
前記電力供給装置の起電部は、前記起電部の前記負極へ、前記燃料貯蔵部から前記燃料供給部を通じて燃料が供給されれば、その配設部位は特に限定されないが、例えば、前記燃料貯蔵部には燃料貯蔵部を密閉可能とする蓋部を設け、該蓋部に前記起電部を配設することもできる。
前記負極に固定された前記酵素には、少なくとも酸化酵素を含ませることができる。
また、前記負極に固定された前記酵素には、少なくとも酸化型補酵素を含ませることもできる。
前記負極に固定された前記酵素に、酸化型補酵素を含ませる場合には、更に、補酵素酸化酵素を含ませることも可能である。
また、前記負極又は前記正極の少なくとも一方の電極上には、前記酵素に加え、電子伝達メディエーターを固定化することもできる。
本発明では、次に、負極又は正極の少なくとも一方の電極上に触媒として酸化還元酵素が固定化された燃料電池を用いる電子機器であって、
少なくとも２以上の燃料電池を直列接続した燃料電池部と、
前記燃料電池の前記負極間を連通し、前記負極に燃料を供給する燃料供給部と、
前記負極間をイオン的に遮断するイオン遮断部と、
を少なくとも備える電子機器を提供する。
該電子機器には、前記燃料供給部に接続し、前記燃料を貯蔵する燃料貯蔵部を更に備えることもできる。
前記電子機器の燃料電池部は、前記燃料電池部の前記負極へ、前記燃料貯蔵部から前記燃料供給部を通じて燃料が供給されればその配設部位は特に限定されないが、例えば、前記燃料貯蔵部に該燃料貯蔵部を密閉可能とする蓋部を設け、該蓋部に前記燃料電池部を配設することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る電力供給装置は、２以上の電極を直列接続しているため、大きな出力電流及び電圧を得ることができるとともに、２以上の負極に対し、同時に燃料の供給を行うことができるため、簡便に燃料を供給でき、短時間で発電が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。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。
【００１８】
＜電力供給装置＞
図１は、本発明に係る電力供給装置の一実施形態を示す断面摸式図である。本発明に係る電力供給装置１は、大別すると、起電部２ａ、２ｂと、燃料供給部３と、イオン遮断部４と、を備えている。
【００１９】
なお、図１中符号５１は、本発明に係る電力供給装置の燃料を示しており、本実施形態では、電力供給装置１に燃料貯蔵部５を付設して、該燃料貯蔵部５に燃料５１を貯蔵しているが、本発明に係る電力供給装置１には燃料貯蔵部５は必須ではない。例えば、電力供給装置１に、外部から直接燃料５１を供給したり、燃料５１を貯蔵した取り外し可能な燃料カートリッジ等を取り付けて、燃料を供給したりすることも可能である。以下、それぞれの構成、機能、効果等を説明する。
【００２０】
（１）起電部２ａ、２ｂ
起電部２ａ、２ｂは、負極２１ａ、２１ｂと正極２２ａ、２２ｂが、プロトン伝導体２３ａ、２３ｂを介して対向した構造を呈している。本実施形態における電力供給装置１では、負極２１ａ、２１ｂとプロトン伝導体２３ａ、２３ｂの間に、負極集電体２１１ａ、２１１ｂを備えているが、負極伝導体２１１ａ、２１１ｂの配設箇所は特に限定されない。負極伝導体２１１ａ、２１１ｂを燃料が透過可能な構造にすれば、負極２１ａ、２１ｂと後述する燃料供給部３との間に備えることも可能である。
【００２１】
また、本実施形態に係る電力供給装置１では、正極２２ａ、２２ｂとプロトン伝導体２３ａ、２３ｂの間に、正極集電体２２１ａ、２２１ｂを備えているが、正極伝導体２２１ａ、２２１ｂの配設箇所も特に限定されない。正極伝導体２２１ａ、２２１ｂを、酸素を含む空気等が透過可能な構造にすれば、正極２２ａ、２２ｂの図面向かって上部側に備えることも可能である。
【００２２】
本実施形態に係る電力供給装置１では、電極（負極２１ａ、２１ｂ、正極２２ａ、２２ｂ）を２つ直列接続しているが、２以上の電極（負極２１ａ、２１ｂ、正極２２ａ、２２ｂ）を直列接続していれば、その数は特に限定されない。必要な電力量に合わせて、電極（負極２１ａ、２１ｂ、正極２２ａ、２２ｂ）の数は自由に設計変更することが可能である。
【００２３】
電極（負極２１ａ、２１ｂ、正極２２ａ、２２ｂ）の接続方法は、直列的な接続であれば特に限定されない。例えば、図１に示すように、一方の電極の負極伝導体２１１ａと、他方の電極の正極伝導体２２１ｂを接続させることにより、２以上の電極（負極２１ａ、２１ｂ、正極２２ａ、２２ｂ）を直列的に接続することができる。
【００２４】
起電部２では、負極２１ａ、２１ｂで燃料５１の酸化反応により電子を放出し、該電子が負極集電体２１１ａ、２１１ｂおよび正極集電体２２１ａ、２２１ｂを通り正極２２ａ、２２ｂへ移動し、正極２２ａ、２２ｂで該電子と外部から供給される酸素を用いて還元反応が進行する、という一連の反応を進行させることにより電気エネルギーを発生させる。
【００２５】
負極２１ａ、２１ｂに用いる材料は公知のあらゆる素材を用いることができ、外部と電気的に接続可能な素材であれば特に限定されず、例えば、Pt、Ag、Au、Ru、Rh、Os、Nb、Mo、In、Ir、Zn、Mn、Fe、Co、Ti、V、Cr、Pd、Re、Ta、W、Zr、Ge、Hfなどの金属、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、リン青銅などの合金類、ポリアセチレン類などの導電性高分子、グラファイト、カーボンブラックなどの炭素材、HfB2、NbB、CrB2、B4C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、及びこれらの合材等を用いることができる。
【００２６】
負極２１ａ、２１ｂには、必要に応じて酵素を固定しても良い。例えば、燃料として糖類を含む燃料を用いる場合には、糖類を酸化分解する酸化酵素を固定するとよい。酸化酵素の一例としては、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などが挙げられる。
【００２７】
また、負極２１ａ、２１ｂには、上記の酸化酵素に加え、酸化型補酵素およ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（nicotinamide adenine dinucleotide、以下「NAD＋」と称する。）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate、以下「NADP＋」と称する。）フラビンアデニンジヌクレオチド（flavin adenine dinucleotide、以下「FAD＋」と称する。）、ピロロキノリンキノン（pyrrollo-quinoline quinone、以下「PQQ2＋」と称する。）などが挙げられる。補酵素酸化酵素としては、例えば、ジアフォラーゼが挙げられる。
【００２８】
負極２１ａ、２１ｂでは、燃料の酸化分解に伴い、上記の酸化型補酵素が、それぞれの還元型であるNADH、NADPH、FADH、PQQH２に還元され、逆に、補酵素酸化酵素により、還元型補酵素から酸化型補酵素へ戻されるという酸化還元反応が繰り返される。このとき、還元型補酵素から酸化型補酵素へ戻る際に２電子が発生する。
【００２９】
更に、負極２１ａ、２１ｂには、上記の酸化酵素及び酸化型補酵素に加え、電子伝達メディエーターを固定してもよい。上記で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、例えば、２−アミノ−３−カルボキシ−１，４−ナフトキノン（ＡＣＮＱ）、ビタミンＫ３、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、３−ジアミノ−１，４−ナフトキノン、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）などの金属錯体、ベンジルビオローゲンなどのビオローゲン化合物、キノン骨格を有する化合物、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などが挙げられる。
【００３０】
正極２２ａ、２２ｂに用いる材料も公知のあらゆる素材を用いることができ、外部と電気的に接続可能な素材であれば特に限定されず、例えば、Pt、Ag、Au、Ru、Rh、Os、Nb、Mo、In、Ir、Zn、Mn、Fe、Co、Ti、V、Cr、Pd、Re、Ta、W、Zr、Ge、Hfなどの金属、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、リン青銅などの合金類、ポリアセチレン類などの導電性高分子、グラファイト、カーボンブラックなどの炭素材、HfB2、NbB、CrB2、B4C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、及びこれらの合材等を用いることができる。
【００３１】
正極２２ａ、２２ｂには、必要に応じて酵素を固定しても良い。正極２２ａ、２２ｂに固定し得る酵素としては、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れば、その種類は特に限定されず、必要に応じて自由に選択することが可能である。例えば、ラッカーゼ、ビリルビンオキシダーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼ等を用いることができる。
【００３２】
また、正極２２ａ、２２ｂには、上記の酵素に加え、電子伝達メディエーターを固定してもよい。負極２１ａ、２１ｂで発生し、負極集電体２１１ａ、２１１ｂおよび正極集電体２２１ａ、２２１ｂを通して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。正極２２ａ、２２ｂに固定し得る電子伝達メディエーターの種類は特に限定されず、必要に応じて自由に選択することができる。例えば、ＡＢＴＳ(2,2'-azinobis(3-ethylbenzoline-6-sulfonate))、K3[Fe(CN)6]等を用いることが可能である。
【００３３】
正極２２ａ、２２ｂでは、負極２１ａ、２１ｂから負極集電体２１１ａ、２１１ｂおよび正極集電体２２１ａ、２２１ｂを通して送り込まれる電子と、外部から供給される酸素を用いて還元反応が進行する。
【００３４】
プロトン伝導体２３ａ、２３ｂに用いる材料は特に限定されず、公知のあらゆる材料を用いることができ、例えば、緩衝物質を含む電解質を用いることができる。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。
【００３５】
負極集電体２１１ａ、２１１ｂおよび正極集電体２２１ａ、２２１ｂに用いる材料も公知のあらゆる素材を用いることができ、外部と電気的に接続可能な素材であれば特に限定されず、例えば、Pt、Ag、Au、Ru、Rh、Os、Nb、Mo、In、Ir、Zn、Mn、Fe、Co、Ti、V、Cr、Pd、Re、Ta、W、Zr、Ge、Hfなどの金属、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、リン青銅などの合金類、ポリアセチレン類などの導電性高分子、グラファイト、カーボンブラックなどの炭素材、HfB2、NbB、CrB2、B4C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、及びこれらの合材等を用いることができる。
【００３６】
（２）燃料供給部３
燃料供給部２は、負極２１ａ及び負極２１ｂ間を連通し、電力供給に必要な燃料５１を電力供給装置１に導入できれば、その形態は特に限定されない。本発明に係る電力供給装置１への燃料供給方法の一例について、図２を用いて説明する。
【００３７】
図２は、本発明に係る電力供給装置１への燃料供給方法および負極間のイオン遮断方法の一例を示す断面摸式図である。図２中符号（Ｉ）で示す図は、燃料供給前の電力供給装置１を示し、符号（II）で示す図は、燃料供給中の電力供給装置１を示し、符号（III）で示す図は、負極間をイオン的に遮断中の電力供給装置１を示す断面摸式図である。
【００３８】
本実施形態のように、上部より、起電部２ａ、２ｂ、燃料供給部３及びイオン遮断部４、燃料貯蔵部５の順に積層した電力供給装置１（図２（Ｉ）参照）を、図２（II）に示すように、天地逆転させることにより、起電部２の負極２１へ燃料５１を供給することができる。
【００３９】
本発明に係る電力供給装置１における燃料供給部２は、負極２１ａ及び負極２１ｂ間を連通しているため、複数の負極２１ａ、２１ｂに対し、同時に燃料５１の供給を行うことが可能である。そのため、従来のように各負極に対し個別に燃料５１を供給する方法に比べ、簡便に燃料を供給でき、ひいては、短時間で発電が可能となる。
【００４０】
燃料供給部３と負極２１ａ、２１ｂとの間には、図３に示すように、燃料５１を保持できる燃料保持部３１を備えることで、長時間の発電を可能にすることもできる。燃料保持部３１に用いる材料は、燃料５１を保持することができれば公知のあらゆる素材を用いることができる。例えば、合成樹脂や繊維等で形成したスポンジ等で形成することが可能である。
【００４１】
（３）イオン遮断部４
イオン遮断部４は、燃料５１を負極２１ａ、２１ｂに供給後、負極２１ａ及び負極２１ｂ間をイオン的に遮断するために備える。前述の通り、負極２１ａ及び負極２１ｂ間は、燃料供給部３を通じて連通しているため、燃料５１を供給中においては、燃料５１が持つ電解質としての性質により、負極２１ａ及び負極２１ｂ間を、燃料５１を通してイオンが移動してしまい、発電を行うことができない。そこで、本発明に係る電力供給装置１のように、燃料５１を供給後、負極２１ａ及び負極２１ｂ間をイオン的に遮断する手段が必要となる。
【００４２】
イオン遮断部４は、燃料５１を負極２１ａ、２１ｂに供給後、負極２１ａ及び負極２１ｂ間をイオン的に遮断できれば、その形態は特に限定されず、自由に設計することができる。イオン遮断方法の一例について、図２を用いて説明する。
【００４３】
本実施形態のように、上部より、起電部２、燃料供給部３及びイオン遮断部４、燃料貯蔵部５の順に積層した電力供給装置１（図２（Ｉ）参照）を、図２（II）に示すように、天地逆転させることにより、起電部２の負極２１へ燃料５１を供給し、その後、再度、天地逆転させて（図２（III）参照）、負極２１ａ及び負極２１ｂと燃料貯蔵部５との間に大気層を形成することにより、負極２１ａ及び負極２１ｂ間をイオン的に遮断することができる。このように、本実施形態に係る電力供給装置１では、燃料供給部３がイオン遮断部４としての役割も果たすように設計している。
【００４４】
図４は、本発明に係る電力供給装置１の図１、図２及び図３とは異なる実施形態を示す断面摸式図である。本実施形態に係る電力供給装置１では、負極２１ａ及び負極２１ｂと燃料供給部３との間に、移動可能なイオン遮断弁で構成されたイオン遮断部４（以下「イオン遮断弁４」と称する。）を設けている。
【００４５】
イオン遮断弁４は、燃料５１を負極２１ａ、２１ｂに供給する際には、負極２１ａ、２１ｂと燃料供給部３とを連通させ、燃料５１供給後には、負極２１ａ及び負極２１ｂ間をイオン的に遮断することができれば、その形態は特に限定されず、自由に設計することができる。イオン遮断弁４の一例について、図５を用いて説明する。
【００４６】
図５は、図４中符号４で示すイオン遮断弁の上方視平面図である。図５中符号（Ｉ）で示す図は、燃料５１供給中のイオン遮断弁４を、図５中符号（III）で示す図は、イオン遮断中のイオン遮断弁４を、図５中符号（II）で示す図は、（Ｉ）と（III）の途中経過におけるイオン遮断弁４を示す上方視平面図である。
【００４７】
本実施形態に係るイオン遮断弁４は、複数の連通孔４１を有する絶縁体を２つ積層した構成を有する。負極２１ａ、２１ｂへ燃料５１を供給する際は、各絶縁体の連通孔４１が重なるように配置することにより（図５（Ｉ）参照）、該連通孔４１が燃料供給部３としての役割を果たし、燃料貯蔵部５から燃料５１を負極２１ａ、２１ｂへ供給することができる（図４参照）。
【００４８】
連通孔４１（燃料供給部３）を通じて、負極２１ａ、２１ｂへ燃料５１を供給した後、図５（II）から図（III）に示すように、一方の絶縁体をずらして、各連通孔４１を塞ぐことにより、燃料５１の供給が遮断され、それに伴い、負極２１ａ及び負極２１ｂ間をイオン的に遮断することが可能となる。
【００４９】
そして、負極２１ａ及び負極２１ｂ間がイオン的に遮断されると、負極２１ａ、２１ｂでは、燃料５１の酸化反応により電子を放出し、該電子が負極集電体２１１ａ、２１１ｂおよび正極集電体２２１ａ、２２１ｂを通り正極２２ａ、２２ｂへ移動し、正極２２ａ、２２ｂで該電子と外部から供給される酸素を用いて還元反応が進行する、という一連の反応が進行することにより発電が行われる。
【００５０】
本発明に係る電力供給装置１に供給する燃料の種類は特に限定されず、燃料電池の燃料として公知のあらゆるものを供給することができる。例えば、蛋白質、脂肪酸、糖質、又はその他の化合物を利用することができる。この中でも特に糖質は、食品、その残渣、発酵産物、又はバイオマスなどからの入手の容易性、価格面、汎用性、安全性、及び扱いの容易性などの観点から、より好適である。
【００５１】
また、人体が飲食又は接触可能な燃料を用いることも可能である。例えば、ジュース、スポーツ飲料、砂糖水、アルコール類などの飲料、化粧水などの化粧料等を用いることができる。即ち、日常生活において摂取する飲料や化粧料等を、本発明に係る電力供給装置１の燃料として用いることが可能である。このように人体が飲食又は接触可能な燃料を用いれば、安全性のみでなく、任意の場所で、任意の燃料を補給することが可能となると
いったメリットも生じる。
【００５２】
図６は、本発明に係る電力供給装置の図１、図３及び図４とは異なる実施形態を示す断面摸式図である。本実施形態では、燃料貯蔵部５に飲料容器を用いており、該飲料容器を密閉可能とする蓋部６に、図示しないが、起電部２ａ、２ｂを配設している。蓋部６の詳しい構造を以下説明する。
【００５３】
図７は、図６中符号６に示す蓋部６を図面向かって上方から見た上方視断面模式図である。本実施形態に係る電力供給装置１の蓋部６には、起電部２（負極２１、正極２２、プロトン伝導体２３）を６つ直列的に接続した状態で設けている。そして、該起電部２の各負極２１は、蓋部６の内方向に向かって、燃料貯蔵部５に露出させた状態で配設している。
【００５４】
このように、各起電部２の各負極２１を燃料貯蔵部５に露出させることで、各負極２１ａ、２１には、同時に燃料５１を供給することが可能となる（図７中矢印Ｆ参照）。
【００５５】
図８は、図６中符号６に示す蓋部６を正面から見た断面模式図である。起電部２の各負極２１ａ、２１ｂは、蓋部６の内方向に向かって、燃料貯蔵部５に露出させた状態で配設している。なお、本実施形態に係る電力供給装置１では、蓋部６の側壁に起電部２（負極２１ａ、２１ｂ、正極２２ａ、２２ｂ、プロトン伝導体２３ａ、２３ｂ）を設けているが、各負極２１ａ、２１ｂが燃料５１に接触可能であれば、起電部２（負極２１ａ、２１ｂ、正極２２ａ、２２ｂ、プロトン伝導体２３ａ、２３ｂ）の配置箇所は特に限定されない。蓋部６の側壁のみならず、蓋部６の上面に配設することも自由である。
【００５６】
正極２２ａ、２２ｂでは、負極２１ａ、２１ｂから負極集電体２１１ａ、２１１ｂおよび正極集電体２２１ａ、２２１ｂを通して送り込まれる電子と、外部から供給される酸素を用いて還元反応が進行する。そのため、蓋部６の正極２２ａ、２２ｂ側は、空気を透過し得る構造にする必要がある。例えば、本実施形態のように、空気口６１を設けることで、正極２２ａ、２２ｂへ酸素を供給し得る構造とすることができる。その他、蓋部６の正極２２ａ、２２ｂ側を、空気を透過し得る膜やフィルム等で形成することにより、正極２２ａ、２２ｂへの酸素の供給を行うことも可能である。
【００５７】
本実施形態に係る電力供給装置１では、燃料貯蔵部５の蓋部６内に、電子制御部７を備えている。電子制御部７は、前記起電部２で発生させた電気エネルギーを外部へ供給する際、電気エネルギー供給を制御する役割を担う。具体的には、電子制御部７内に昇圧回路などを設け、起電部２で発生する電気エネルギーの電圧を、電力の供給先となる外部装置（電子機器等）の仕様にあわせた電圧に調整する。
【００５８】
図９は、図８に示す実施形態に係る電力供給装置１への燃料供給方法および負極間のイオン遮断方法の一例を示す断面摸式図であり、図９中符号（Ｉ）で示す図は、燃料供給前の電力供給装置１を示し、図９中符号（II）で示す図は、燃料供給中の電力供給装置１を示し、図９中符号（III）で示す図は、負極２１ａ及び負極２１ｂ間をイオン的に遮断中の電力供給装置１を示す断面摸式図である。
【００５９】
本実施形態に係る電力供給装置１では、図２と同様に、電力供給装置１を天地逆転させることにより、起電部２の負極２１ａ、２１ｂへ燃料５１を供給する（図９（II）参照）。その後、再度、電力供給装置１を天地逆転させて負極２１ａ及び負極２１ｂと燃料貯蔵部５との間に大気層を形成することにより、燃料５１の供給が遮断され、それに伴い、負極２１ａ及び負極２１ｂ間をイオン的に遮断することが可能となる（図９（III）参照）。
【００６０】
そして、負極２１ａ及び負極２１ｂ間がイオン的に遮断されると、負極２１ａ、２１ｂでは、燃料５１の酸化反応により電子を放出し、該電子が負極集電体２１１ａ、２１１ｂおよび正極集電体２２１ａ、２２１ｂを通り正極２２ａ、２２ｂへ移動し、正極２２ａ、２２ｂで該電子と外部から供給される酸素を用いて還元反応が進行する、という一連の反応が進行することにより発電が行われる。
【００６１】
図１０は、図６中符号６に示す蓋部６を正面から見た断面模式図であり、図８及び図９とは異なる実施形態に係る蓋部６を示す断面模式図である。図１０中符号（Ｉ）で示す図は、燃料５１供給前の蓋部６を、図１０中符号（II）で示す図は、イオン供給中の蓋部６を、図１０中符号（III）で示す図は、イオン遮断中の蓋部６を示す断面摸式図である。
【００６２】
本実施形態に係る蓋部６では、負極２１ａ及び負極２１ｂと燃料貯蔵部５との間に、移動可能なイオン遮断弁で構成されたイオン遮断部４（以下「イオン遮断弁４」と称する。）を設けている。
【００６３】
本実施形態では、イオン遮断弁４を図１０中（II）のように移動させることにより、燃料貯蔵部５内の燃料を負極２１ａ、２１ｂへ供給することができる。燃料５１供給後、再び、イオン遮断弁４を元の位置に戻すことにより、燃料５１の供給が遮断され、それに伴い、負極２１ａ及び負極２１ｂ間をイオン的に遮断することが可能となる（図１０（III）参照）。
【００６４】
そして、負極２１ａ及び負極２１ｂ間がイオン的に遮断されると、負極２１ａ、２１ｂでは、燃料５１の酸化反応により電子を放出し、該電子が負極集電体２１１ａ、２１１ｂおよび正極集電体２２１ａ、２２１ｂを通り正極２２ａ、２２ｂへ移動し、正極２２ａ、２２ｂで該電子と外部から供給される酸素を用いて還元反応が進行する、という一連の反応が進行することにより発電が行われる。
【００６５】
＜電子機器＞
本発明に係る電力供給装置は、大きな出力電流及び電圧を得ることができるとともに、２以上の負極に対し、同時に燃料の供給を行うことができるため、簡便に燃料を供給でき、短時間で発電が可能となるため、公知のあらゆる電子機器に好適に用いることができる。
【００６６】
該電子機器は、本発明に係る電力供給装置を少なくとも使用できるものであれば、構造、機能等は特に限定されず、電気的に作動する機器を全て含有する。例えば、携帯電話、モバイル機器、ロボット、パーソナルコンピューター、ゲーム機器、車載機器、家庭電気製品、工業製品等の電子機器、自動車、二輪車、航空機、ロケット、宇宙船等の移動体、検査機器、ペースメーカー用の電源、バイオセンサーを含む生体内機器の電源等の医療機器、生ごみを分解し電気エネルギーを発電させるシステム等の発電システムおよびコジェネレーションシステム、等を挙げることができる。
【００６７】
図１１は、本発明に係る電子機器８の一実施形態を示す摸式図である。本実施形態では、デジタル音楽プレーヤーを内蔵する電子機器８を本発明に係る電子機器の一例として例示している。本実施形態に係る電子機器８は、飲料容器を燃料貯蔵部５として用い、外燃料貯蔵部５を密閉可能な蓋部６内に、動力源となる燃料電池部（前述の「起電部」に相当）を備えた構造に設計している（図８参照）が、これに限定されず、燃料貯蔵部５からの燃料を燃料電池部に供給できる構造であれば、自由に設計することができる。
【００６８】
本発明に係る電子機器８は、負極又は正極の少なくとも一方の電極上に触媒として酸化還元酵素が固定化された燃料電池を用いて、各種動作を行う電子機器であり、本発明に係る電子機器８は、大別すると、燃料電池部（前述の「起電部」に相当）と、燃料供給部３と、イオン遮断部４と、を備えている（図１、図３、及び図８参照）。それぞれの構成、機能、効果等は、前述した電力供給装置１と同様であるため、ここでは説明を割愛する。
【００６９】
なお、本実施形態では、電子機器８に燃料貯蔵部５を付設して、該燃料貯蔵部５に燃料５１を貯蔵しているが、本発明に係る電子機器８には燃料貯蔵部５は必須ではない。例えば、電子機器８に、外部から直接燃料５１を供給したり、燃料５１を貯蔵した取り外し可能な燃料カートリッジ等を取り付けて、燃料を供給したりすることも可能である。
【００７０】
本発明に係る電子機器８の動力源となる燃料電池部に供給する燃料の種類は特に限定されず、燃料電池の燃料として公知のあらゆるものを供給することができる。例えば、蛋白質、脂肪酸、糖質、又はその他の化合物を利用することができる。この中でも特に糖質は、食品、その残渣、発酵産物、又はバイオマスなどからの入手の容易性、価格面、汎用性、安全性、及び扱いの容易性などの観点から、より好適である。
【００７１】
また、人体が飲食又は接触可能な燃料を用いることも可能である。例えば、ジュース、スポーツ飲料、砂糖水、アルコール類などの飲料、化粧水などの化粧料等を用いることができる。即ち、日常生活において摂取する飲料や化粧料等を、本発明に係る電力供給装置１の燃料として用いることが可能である。このように人体が飲食又は接触可能な燃料を用いれば、安全性のみでなく、任意の場所で、任意の燃料を補給することが可能となると
いったメリットも生じる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明に係る電力供給装置は、従来のバイオ燃料電池に比べ、大きな出力電流及び電圧を得ることができるとともに、２以上の負極に対し、同時に燃料の供給を行うことができるため、簡便に燃料を供給でき、短時間で発電が可能である。そのため、あらゆる電子機器の動力源として実現することが可能である。
【００７３】
また、日常生活において摂取する飲料や化粧料等を燃料として用いれば、任意の場所で必要に応じて燃料を供給することができる。従って、災害時などの電力供給がストップした場合の電力源として貢献できる。
【００７４】
更に、燃料として人体が飲食又は接触可能な燃料を用いれば、燃料漏れ等を懸念せず、自由な構造に設計することができる。そのため、本発明に係る電力供給装置を用いた電子機器には、エンターテイメント性を付加したり、視覚的美的効果を付加したりすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る電力供給装置の一実施形態を示す断面摸式図である。
【図２】本発明に係る電力供給装置１への燃料供給方法および負極間のイオン遮断方法の一例を示す断面摸式図であり、図２（Ｉ）は、燃料供給前の電力供給装置１を示し、図２（II）は、燃料供給中の電力供給装置１を示し、図２（III）は、負極間をイオン的に遮断中の電力供給装置１を示す断面摸式図である。
【図３】本発明に係る電力供給装置の図１及び図２とは異なる実施形態を示す断面摸式図である。
【図４】本発明に係る電力供給装置の図１、図２及び図３とは異なる実施形態を示す断面摸式図である。
【図５】図４中符号４で示すイオン遮断弁の上方視平面図であり、図（Ｉ）は、燃料５１供給中のイオン遮断弁４を、図（III）は、イオン遮断中のイオン遮断弁４を、図（II）は、（Ｉ）と（III）の途中経過におけるイオン遮断弁４を示す上方視平面図である。
【図６】本発明に係る電力供給装置の図１、図３及び図４とは異なる実施形態を示す断面摸式図である。
【図７】図６中符号６に示す蓋部６を図面向かって上方から見た上方視断面模式図である。
【図８】図６中符号６に示す蓋部６を正面から見た断面模式図である。
【図９】図８に示す実施形態に係る電力供給装置１への燃料供給方法および負極間のイオン遮断方法の一例を示す断面摸式図であり、図９（Ｉ）は、燃料供給前の電力供給装置１を示し、図９（II）は、燃料供給中の電力供給装置１を示し、図９（III）は、負極２１ａ及び負極２１ｂ間をイオン的に遮断中の電力供給装置１を示す断面摸式図である。
【図１０】図６中符号６に示す蓋部６を正面から見た断面模式図であり、図８とは異なる実施形態に係る蓋部６を示す断面模式図であり、図１０（Ｉ）は、燃料５１供給前の蓋部６を、図１０（II）は、イオン供給中の蓋部６を、図１０（III）は、イオン遮断中の蓋部６を示す断面摸式図である。
【図１１】本発明に係る電子機器の一実施形態を示す摸式図である。
【図１２】バイオ燃料電池の反応スキームを示す概念図である。
【図１３】従来のバイオ燃料電池の構成を示す断面摸式図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  電力供給装置
２  起電部
３  燃料供給部
４  イオン遮断部
５  燃料貯蔵部
２１、２１ａ、２１ｂ、１２１ａ、１２１ｂ  負極
２２、２２ａ、２２ｂ、１２２ａ、１２２ｂ  正極
２３、２３ａ、２３ｂ、１２３ａ、１２３ｂ  プロトン伝導体
２１１、２１１ａ、２１１ｂ、１２１１ａ、１２１１ｂ  負極集電体
２２１、２２１ａ、２２１ｂ、１２２１ａ、１２２１ｂ  正極集電体
４１  連通孔
５１  燃料
６  蓋部
６１  空気口
７  電子制御部
８  電子機器
１０  従来のバイオ燃料電池
１５  燃料保持容器
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ  スペーサ
【図１】
2009140646.tif 000003
【図２】
2009140646.tif 000004
【図３】
2009140646.tif 000005
【図４】
2009140646.tif 000006
【図５】
2009140646.tif 000007
【図６】
2009140646.tif 000008
【図７】
2009140646.tif 000009
【図８】
2009140646.tif 000010
【図９】
2009140646.tif 000011
【図１０】
2009140646.tif 000012
【図１１】
2009140646.tif 000013
【図１２】
2009140646.tif 000014
【図１３】
2009140646.tif 000015