生物燃料电池及电子设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及能够轻易补充燃料的小型高密度生物燃料电池以及电子设备。生物燃料电池使用层叠体形成，在所述层叠体中，两个发电体至少包括，通过仅气体能透过的气体扩散层层叠的一对电极和隔膜，所述电极构成负极和正极并且具有至少一个存在氧化还原酶的表面，所述隔膜被放置在所述电极之间并且包括质子透过膜。此外，这时，层叠体的各发电体的正极侧表面被设置成与气体扩散层接触。该生物燃料电池被安装在电子设备上。
【专利说明】生物燃料电池及电子设备
【技术领域】
[0001] 本技术涉及使用氧化还原酶的生物燃料电池及电子设备。更具体地说，本技术涉 及具有串联或者并联的两个或更多的发电部的结构的生物燃料电池以及包括上述电池的 电子设备。
【背景技术】
[0002] 近来，氧化还原酶固定在负极或者正极中的至少一个电极上作为反应催化剂的燃 料电池（在下文中称作"生物燃料电池"）引起了重视。该生物燃料电池能够高效的从诸如 难以与普通工业催化剂反应的葡萄糖或者乙醇的燃料中提取电子，并且因此成为预料之中 的具有高容量和高安全性的下一代燃料电池。
[0003] 图11是示意性地示出使用酶的生物燃料电池的发电原理的图。例如，根据在图11 中示出的生物燃料电池，其中，葡萄糖作为燃料，所述葡萄糖被固定在负极101的表面的酶 降解以提取电子（e〇并产生质子（H+)。此外，在正极102中，由从负极101通过质子导体 103传输的质子0T)、通过外电路传输的电子（e〇、以及空气中的氧（0 2)产生水（H20)。通 过允许这些反应能够同时出现，电能在所述电极之间产生。
[0004] 另一方面，该燃料电池具有的问题是单个电池的电压较低。在该生物燃料电池中， 公开内容了一种结构，其中，多个单元被串联和/或并联以改善输出（例如，参照PTL1和 PTL2)。此外，在现有技术中，还公开了浸入式生物燃料电池，其中，通过使燃料溶液与空气 电极（正极）接触并经隔膜层叠负极和正极以增加电容量（参照PTL3)，使单个电池的体积 减小。专利文献
[0005] PTL1 :日本未经审查专利申请公开内容第2009-158466号
[0006] PTL2 :日本未经审查专利申请公开内容第2010-219021号
[0007] PTL3 :日本未经审查专利申请公开内容第2011-258393号
【发明内容】
[0008] 技术问题
[0009] 然而，上述现有技术的燃料电池具有以下问题。图12是示意性地示出现有技术的 生物燃料电池结构的图。所述燃料电池能够通过额外的提供燃料，长时间连续地产生电力。 然而，例如在图12中示出的模块式燃料电池，其中，多个电池被连接，其燃料必须单独的提 供给每个电池或者每个燃料箱110。此外，每个燃料箱110需要一个盖子。因此，现有技术 的燃料电池具有的一种问题是燃料供给操作较为复杂。
[0010] 此外，即使当设置一个燃料注射口时，必须在电池内提供诸如流体通道的燃料分 布机构，使得设备更加复杂并且减少了单位体积输出。此外，在该生物燃料电池中，作为空 气电极的正极102必须与室外空气接触。因此，即使当包括负极101和正极102的发电体 100附着于燃料箱110以便集成的时候，仍需要独立于燃料箱110提供空气层。因此，现有 技术的生物燃料电池存在电池的体积增加的问题。
[0011] 因此，本公开内容的主要目标是提供能够轻易地补充燃料的小型高密度的生物燃 料电池以及电子设备。
[0012] 问题的解决方案
[0013] 根据本公开内容提供的一种生物燃料电池包括：多个发电体，至少包括一对电极 和隔膜，所述电极构成负极和正极并具有至少一个存在氧化还原酶的表面，隔膜被放置在 电极之间并且包括质子透过膜；以及气体扩散层被配置为与发电体的正极侧表面接触并且 仅气体可透过，其中，一个发电体和另一个发电体通过气体扩散层层叠。
[0014] 在根据本公开内容的生物燃料电池中，由于氧是通过气体扩散层提供，所以发电 体的正极不需与外界空气接触。因此，减小了电池的体积。
[0015] 在这种生物燃料电池中，各发电体是串联的。在这种情况下，在燃料箱中的燃料溶 液可以被多个发电体和气体扩散层相互地分开。
[0016] 此外，发电体和气体扩散层的层叠体可以从燃料箱卸下。
[0017] 此外，发电体和气体扩散层的多个层叠体可以通过燃料箱的盖子相连。
[0018] 此外，所述气体扩散层可以由例如，碳纸、碳布、或者无纺布或者多孔金属材料构 成。
[0019] 根据本公开内容提供的一种电子设备，包括生物燃料电池，其中，所述生物燃料电 池包括多个发电体，其至少包括一对电极和隔膜，电极构成负极和正极并具有至少一个存 在氧化还原酶的表面，隔膜被放置在电极之间并包括质子透过膜；以及气体扩散层，被配置 为与发电体的正极侧表面接触并且仅气体可透过，其中，一个发电体和另一个发电体经由 气体扩散层层叠。
[0020] 本发明的有益效果
[0021] 根据本公开内容，由于两个发电体通过气体扩散层层叠，可以在不减少输出的情 况下减小电池体积。此外，燃料供给可以被简化。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1是示意性地示出根据本公开内容的第一实施方式的生物燃料电池的电池结 构的截面图。
[0023] 图2是示出在图1中示出的层叠体3的结构示例的分解透视图。
[0024] 图3的A是示出根据本公开内容的第一实施方式的第一变形例的生物燃料电池的 燃料供给方法的透视图，以及图3的B是其截面图。
[0025] 图4是示意性地示出根据本公开内容的第一实施方式的第二变形例的生物燃料 电池的结构的截面图。
[0026] 图5是示意性地示出根据本公开内容的第一实施方式的第二变形例的种生物燃 料电池的另一个结构的截面图。
[0027] 图6是示意性地示出根据本公开内容的第一实施方式的第二变形例的生物燃料 电池的又一个结构的截面图。
[0028] 图7是示意性地示出根据本公开内容的第二实施方式的生物燃料电池的电池结 构的截面图。
[0029] 图8的A和B是示意性地示出根据本公开内容的第二实施方式的变形例的物燃料 电池的电池结构的截面图。
[0030] 图9的A是示意性地示出根据本公开内容的实施例的生物燃料电池的电池结构的 示意图，以及图9的B是示出根据比较例的生物燃料电池的电池结构的示意图。
[0031] 图10是示出根据实施例和比较例的电池的电化学特性的曲线图，其中，横轴表示 时间以及纵轴表示电流值。
[0032] 图11是示意性地示出使用酶的生物燃料电池的发电原理的图。
[0033] 图12是示意性地示出现有技术的生物燃料电池结构的图。
【具体实施方式】
[0034] 在下文中，将参照附图详细地描述本公开内容的实施方式。此外，本公开内容不限 于如下所述的各实施方式。此外，说明将会按以下顺序构成。
[0035] 1.第一实施方式
[0036] (两个发电体经由气体扩散层层叠的生物燃料电池的示例）
[0037] 2.第一实施方式的第一变形例
[0038] (层叠体能从燃料箱卸下的生物燃料电池的示例）
[0039] 3.第一实施方式的第二变形例
[0040] (电池是圆形的生物燃料电池的示例）
[0041] 4.第二实施方式
[0042] (设置了多个层叠体的生物燃料电池的示例）
[0043] 5.第二实施方式的变形例
[0044] (多个层叠体被连接的生物燃料电池的示例）
[0045] 〈1.第一实施方式〉
[0046] [总体构造]
[0047] 首先，将描述根据本公开内容的第一实施方式的生物燃料电池。图1是示意性地 示出根据本实施方式的生物燃料电池的电池结构的截面图。图2是示出层叠体3的结构示 例的分解透视图。如在图1中示出的，根据本实施方式的生物燃料电池具有两个发电体la 和lb通过气体扩散层2层叠的结构。
[0048] [发电体la和lb]
[0049] 如在图2中示出的，发电体la和lb具有负极11a和lib以及正极12a和12b，并 且隔膜13a和13b被设置在负极和正极之间。此外，氧化还原酶存在于负极11a和lib以 及正极12a和12b的电极中的一方或两方表面。本文中描述的电极表面包括电极的外表面 以及电极内部空间的内表面的全部表面。这将同样适用于以下的描述。
[0050] 此外，集电极14a、14b、15a、以及15b被设置成与负极11a和lib以及正极12a和 12b接触。这些发电体la和lb，例如，通过两个保护片16a和16b集成。此外，在图2中， 隔膜13a和13b被设置成与相应的电极接触。然而，负极11a和lib的位置以及负极集电 极14a和14b的位置可以被交换。同样地，正极12a和12b的位置以及正极集电极15a和 15b的位置可以被交换。
[0051] (负极 11a 和 lib)
[0052] 负极11a和lib是燃料电极，并且是例如其中氧化还原酶固定在由导电多孔材料 构成的电极表面上的电极。此时使用的导电多孔材料，可以是众所周知的材料，并且尤其 优选碳类材料，诸如多孔碳、碳球团（carbon pellet)、碳毯、碳纸、碳纤维、或者碳微粒层叠 体。
[0053] 此外，例如，当燃料成分是葡萄糖时，可以使用降解葡萄糖的葡糖脱氢酶（GDH)作 为固定在负极11a和lib表面上的酶。此外，当单糖诸如葡萄糖被作为燃料成分时，优选将 辅酶氧化酶或者电子转移介体与促进诸如GDH的单糖的氧化和降解的氧化酶一起固定在 负极表面。
[0054] 辅酶氧化酶氧化由氧化酶还原的辅酶（例如，NAD+或者NADP+)和辅酶的还原剂 (例如，NADH或者NADPH)，并且其实例包括黄递酶。当辅酶由于辅酶氧化酶的作用变回氧 化剂时，产生电子，并且电子通过电子转移介体从辅酶氧化酶传输到电极。
[0055] 此外，作为电子转移介体，优选具有醌骨架的化合物，以及特别优选具有萘醌骨架 的化合物。具体地，可以使用2-氨基-1，4-萘醌（ANQ)、2_氨基-3-甲基-1，4-萘醌（AMNQ)、 2-甲基-1，4-萘醌（VK3)、2_氨基-3-羧基-1，4-萘醌（ACNQ)等。
[0056] 此外，作为具有醌骨架的化合物，除了具有萘醌骨架的化合物外，例如，还可以使 用具有蒽醌骨架的化合物，诸如蒽醌-1-磺酸、蒽醌-2-磺酸、或者蒽醌-2-羧酸以及其衍 生物。此外，根据需要，一个或两个以上的用作电子转移介体的其它的化合物可以与具有醌 骨架的化合物一起被固定。
[0057] 另一方面，当多糖被用作燃料成分时，除了上述的氧化酶、辅酶氧化酶、辅酶、以及 电子转移介体之外，优选促进诸如多糖的水解的降解以产生诸如葡萄糖的单糖的降解酶也 被固定。此外，本文中描述的"多糖"是广义上的多醣，是指通过水解产生两个或更多单糖 分子的所有碳水化合物，并且包括诸如二糖、三糖或者四糖的低聚糖。具体地，多糖的示例 包括淀粉、直链淀粉、支链淀粉、肝糖、纤维素、麦芽糖、蔗糖、以及乳糖。这些实例是通过结 合两个或更多单糖获得的，并且所有多醣包含作为是结合单元的单糖的葡萄糖。
[0058] 此外，直链淀粉和支链淀粉是包含于淀粉中的成分，并且淀粉是直链淀粉和支链 淀粉的混合物。例如，当葡糖淀粉酶用作多醣的降解酶时，并且当葡糖脱氢酶用作降解单糖 的氧化酶时，通过葡糖淀粉酶能降解成为葡萄糖的多醣可被作为燃料成分。
[0059] 这样的多糖的示例包括淀粉、直链淀粉、支链淀粉、肝糖、以及麦芽糖。本文中描述 的葡糖淀粉酶是指水解诸如淀粉的α -葡聚糖以产生葡萄糖的降解酶，以及本文中描述的 葡糖脱氢酶是指氧化β -D-葡萄糖成为D-葡萄糖酸-δ -内酯的氧化酶。
[0060] 此外，负极11a和lib不限于氧化还原酶固定在其表面的电极。只要氧化还原酶 在电极表面上存在即可，例如，可以使用具有氧化还原酶并起反应催化剂作用的微生物粘 附在其上的电极。
[0061] (正极 12a 和 12b)
[0062] 正极12a和12b是空气电极，并且在根据实施方式的生物燃料电池中，空气是从气 体扩散层2引入其中。构成正极12a和12b的电极没有特别的限制，并且例如，可以使用其 中氧化还原酶和电子转移介体固定在由导电多孔材料形成的电极表面的电极。作为构成正 极12a和12b的导电多孔材料，可以是众所周知的材料，并且特别优选碳类材料，例如多孔 碳、碳球团、碳毡、碳纸、碳纤维、或者碳微粒的层叠体。
[0063] 固定在正极12a和12b上的氧化还原酶的示例包括胆红素氧化酶、虫漆酶、以及抗 坏血酸氧化酶。此外，与酶一起固定的电子转移介体的示例包括亚铁氰化钾（II)、亚铁氰化 钾（III)、铁氰化钾、以及八氰鹤酸钾（potassium octacyanotungstate)。
[0064] 此外，正极12a和12b也不限于氧化还原酶固定在其表面的电极。只要氧化还原 酶在电极表面上存在即可，例如，可以使用具有氧化还原酶并起反应催化剂作用的微生物 粘附在其上的电极。
[0065] (隔膜 13a 和 13b)
[0066] 隔膜13a和13b防止各电极（负极11a和lib以及正极12a和12b)发生短路，并 且由具有柔软性且能透过质子的材料（质子导体）构成。具体地，可以使用无纺布、玻璃纸、 全氟磺酸类离子交换膜等。
[0067] (集电极 14a、14b、15a、以及 15b)
[0068] 集电极14a、14b、15以及15b的材料没有被具体限制，并且可以是被电连接到外部 设备并且不许在生物燃料电池中发生电化学反应的材料。具体地，材料的示例包括金属材 料，诸如 Pt、Ag、Au、Ru、Rh、Os、Nb、Mo、In、Ir、Zn、Mn、Fe、Co、Ti、V、Cr、Pd、Re、Ta、W、Zr、 Ge或Hf ;合金，诸如镍错合金（alumel)、黄铜、硬错、青铜、铜镍锌合金、钼铭合金、坡莫合 金、波明德合金、镍银、或者磷青铜；导电聚合物，诸如多炔；碳类材料，诸如碳毡，碳纸、碳 纤维、或者碳微粒的层叠体；硼化物，诸如HfB 2、NbB、CrB2、或者B4C ;氮化物，诸如TiN或者 ZrN ;娃化物，诸如VSi2、NbSi2、M〇Si2、或者TaSi 2 ;以及上述化合物的复合材料。
[0069] (保护片lfe和1?)
[0070] 保护片16a和16b将负极11a和lib与正极12a和12b按压，将上述集电极14a、 14b、15a与15b紧贴负极11a和lib以及正极12a和12b按压，并且根据需要设置。此外， 各保护片16a和16b设置有开口、孔等，使得燃料溶液5能够被提供给负极11a和lib。
[0071] 保护片16a和16b的材料、厚度、特性等没有特别的限制，并且可以适当地选择使 用众所周知的材料，诸如复合薄膜或者双面胶带。此外，如在MEA(膜电极组）的情况下一 样，当形成各发电体la和lb的各部件彼此集成时，或者当各部件与气体扩散层2集成时， 能够通过在上述状态下在燃料溶液5中浸渍该集成体来产生电力。因此，不需要保护片16a 和 16b。
[0072] [气体扩散层2]
[0073] 气体扩散层2提供反应必需的氧（02)到正极12a和12b，并且仅气体能够透过气 体扩散层2而不允许液体透过。气体扩散层2的材料没有特别的限制，并且可以使用例如， 碳纸、碳布、或者无纺布或者多孔金属材料。此外，形成气体扩散层2的多孔金属材料的示 例包括附、11、？七、六8、六11、1?11、1^、〇8、吣、]\1〇、111、11'、211、]\111、卩6、(：〇、￥、0、？(1、1^、了3、1、21·、 Ge和Hr，但是多孔金属材料不限于此。此外，根据需要，气体扩散层2可以进行拒水处理。
[0074] [燃料箱4]
[0075] 燃料箱4容纳燃料溶液5,并且由例如，各种塑料材料，诸如聚乙烯、聚苯乙烯、聚 丙烯、AS树脂（丙烯腈苯乙烯共聚物）、ABS树脂（丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物）、氯乙烯树 月旨、甲基丙烯酸树脂、聚对苯二甲酸乙酯、或者聚碳酸酯；弹性体，诸如天然橡胶或者合成橡 胶；或者绝缘金属氧化物，诸如矾土、硅石、或者陶瓷构成。结构没有特别的限制，只要提供 燃料溶液5可以被注入的开口即可。
[0076][燃料溶液5]
[0077] 提供给根据实施方式的生物燃料电池的"燃料溶液5"是诸如以下的燃料成分：糖 类、醇、醛、脂质、或者蛋白质，或者是包含燃料成分中至少一种的溶液。此外，燃料成分的示 例包括糖类，诸如葡萄糖、果糖、或者山梨糖；醇类，诸如甲醇、乙醇、丙醇、甘油、聚乙烯醇； 醛类，诸如甲醛或者乙醛；以及有机酸，诸如乙酸、蚁酸、或者丙酮酸。此外，例如，脂质、蛋白 质、或者作为它们的糖代谢的中间产物的有机酸可以被用作燃料成分。
[0078] 这样，在根据本实施方式的生物燃料电池中，由于氧（02)是通过在层叠体3内部 设置的气体扩散层2提供给正极12a和12b的，所以正极12a和12b不需要与气相（外界 空气）直接接触。因此，无需在电池内部设置空气层，从而可以减小电池体积。此外，层叠 体3仅需要浸入燃料溶液中，并且不需要与燃料箱集成。因此，可简化制造过程。
[0079] 此外，当发电体la和lb串联时，对于每个发电体必需隔开燃料溶液5以防止发生 短路。然而，在根据本实施方式的生物燃料电池中，在燃料箱4中的燃料溶液5可以通过层 叠体3相互隔开。因此，由于构成电池的零件的数量减小，电池体积可以在不减少输出的情 况下减小。此外，预计可以减少制造成本。
[0080] 根据本实施方式的燃料电池1可被用于所有需要电力的设备，例如，移动主体（诸 如汽车、两轮车辆、飞机、火箭、以及太空船）、电子设备、发电设备、施工机械、机床、发电系 统、以及热电联合系统。根据本实施方式的燃料电池1的尺寸、形状、燃料类型等可以根据 用途被适当的选择和设置。
[0081] 就电子设备来说，燃料电池1可被应用于任何便携式和固定式电子设备。电子设 备的具体示例包括移动式电话、移动设备、机器人、计算机、PDA(个人数字助理）、音乐播放 器、玩具、游戏机、车载设备、家用电器、以及工业制品。根据本实施方式的燃料电池1优选 用作上述各种电子设备的电源。
[0082] 〈2.第一实施方式的第一变形例〉
[0083] [总体构造 ]
[0084] 随后，将描述根据本公开内容的第一实施方式的第一变形例的生物燃料电池。在 根据本变形例的生物燃料电池中，层叠体3可从燃料箱4中分离。图3A是示出根据本公 开内容的第一实施方式的第一变形例的生物燃料电池的燃料供给方法的透视图，以及图3B 是其截面图。
[0085] 如在图3A和3B中示出的，当将燃料溶液5或者燃料成分注入到根据本变形例的 生物燃料电池中时，将层叠体3从燃料箱4中取出或者层叠体3向上拉起以在层叠体3和 燃料箱4之间形成间隔。结果，通过一次操作，可以进行两个发电体la和lb的燃料溶液5 的填充或者燃料成分的补充。在完成燃料溶液5或者燃料成分的注入之后，层叠体3可以 被安装到燃料箱4。因此，例如，当发电体la和lb串联连接时，燃料溶液5通过层叠体3相 互隔开，并且因此防止电极之间发生短路。
[0086] 此外，当发电体la和lb串联连接时，优选的是层叠体3的表面与进行了拒水处理 的燃料箱4接触。结果，进一步改善防止短路发生的效果。此外，在燃料箱4的底部，可以 提供嵌合层叠体3的末端的衬垫（未示出）等。根据此方法，可以改善防止短路发生的效 果。
[0087] 在根据本变形例的生物燃料电池中，层叠体3可从燃料箱4中分离，燃料溶液5的 填充以及燃料成分的补充可以被轻易地执行。此外，设备结构可以被简化。此外，根据本变 形例的生物燃料电池的上述以外的构成和效果与第一实施方式的相同。
[0088] 〈3.第一实施方式的第二变形例〉
[0089] [总体构造]
[0090] 随后，将描述根据本公开内容的第一实施方式的第二变形例的生物燃料电池。图 4至图6是示意性地示出根据本公开内容的第一实施方式的第二变形例的生物燃料电池的 截面图。在根据上述第一实施方式和其第一变形例的生物燃料电池中，片状或者板状层叠 体原样安装在燃料箱上，但是本公开内容不限于此。例如，如在图4中示出的，层叠体23可 以卷绕状态安装在燃料箱24上。
[0091] 另外，如在图5中示出的，层叠体23可以圆形状态安装在燃料箱24上。因此，可 以制造两个串联的生物燃料电池。此外，如在图6中示出的，当多个层叠体23a至23e同心 地设置在燃料箱24内部时，可以制造多个串联的生物燃料电池。
[0092] 利用上述在图4至图6中示出的结构，可以实现圆柱形或者钮扣式生物燃料电池。 此外，在根据本变形例的生物燃料电池中，层叠体23和23a至23e可从燃料箱24中分离。 因此，燃料溶液5的填充或者燃料成分的补充可以被轻易地执行。此外，根据本变形例的生 物燃料电池的除上述以外的结构和效果与上述的第一实施方式或其第一变形例相同。
[0093] 〈4.第二实施方式〉
[0094] [总体构造]
[0095] 接着，将描述根据本公开内容的第二实施方式的生物燃料电池。图7示意性地示 出根据本实施方式的生物燃料电池的电池结构的截面图。如在图7中示出的，在根据本实 施方式的生物燃料电池中，包括两个发电体la和lb以及气体扩散层2的多个层叠体3设 置在燃料箱4内。
[0096] 在根据本实施方式的生物燃料电池中，反应必需的氧（02)是从气体扩散层2提供 到发电体la和lb的正极12a和12b。因此，三个或者更多的发电体可以被设置在单个燃料 箱4内。因此，与现有技术的生物燃料电池相比，电池体积可减小，并且容量可增加。
[0097] 此外，如在图7中示出的，在根据本实施方式的生物燃料电池中，由于在燃料箱4 中的燃料溶液5通过层叠体3相互隔开，各发电体la和lb可以被串联连接。另一方面，当 各发电体la和lb并联连接或者当电力从每一个发电体la和lb输出时，不需要将燃料溶 液5分开。因此，可以在层叠体3与燃料箱4的壁面或者底部之间设置空间。因此，燃料溶 液5的填充以及燃料成分的补充可以被轻易地执行。
[0098] 另一方面，尽管未在图7中示出，在燃料箱4中，与层叠体3 -起，气体扩散层2可 以被配置为与发电体la或者发电体lb的在正极12a或12b侧的表面接触，S卩，可以设置一 个发电体。此外，根据本实施方式的生物燃料电池的上述以外的结构和效果与上述的第一 实施方式的相同。
[0099] 〈5.第二实施方式的变形例〉
[0100][总体构造]
[0101] 随后，将描述根据本公开内容的第二实施方式的变形例的生物燃料电池。图8A和 图8B是示意性地示出根据本变形例的生物燃料电池的电池结构的截面图。如在图8A和图 8B中示出的，在根据本变形例的生物燃料电池中，多个层叠体3通过燃料箱4的盖子6连 接。
[0102] 如在图8A中示出的，在生物燃料电池中，所有层叠体3可以与盖子6 -起向上拉 起。即使当设置有多个层叠体3时，在所有发电体中的燃料溶液5的填充以及燃料成分的 补充可以通过一次操作执行。此外，由于层叠体3被固定到盖子6上，所以当层叠体3被安 装到燃料箱4中时不需要独立地定位。因此，即使当设置有多个层叠体3时，可以减小工作 负荷，并且燃料溶液5的补充和替换可以轻易地被执行。
[0103] 通过盖子6连接的层叠体3的数量没有特别的限制，并且可以根据电池的尺寸和 用途适当地设置。此外，盖子6的数量不必只有一个，并且同样可以分开提供多个盖子。此 夕卜，在根据本变形例的生物燃料电池中，与燃料箱4接触的层叠体3的表面可以进行拒水处 理，或者在燃料箱4的底部设置嵌合层叠体3的末端的衬垫（未示出）等。因此，当发电体 la和lb串联连接时，可以进一步改善短路防止效果。
[0104] 此外，根据本变形例的生物燃料电池的上述以外的结构和效果与上述的第二实施 方式的相同。
[0105] 实施例
[0106] 在下文中，本公开内容的效果将使用本公开内容的实施例详细地描述。图9A是根 据本公开内容的实施例的生物燃料电池的电池结构的示意图，以及图9B是示出根据比较 例的生物燃料电池的电池结构的示意图。在实施例中，关于具有图9A中示出的浸入电池结 构（immersion cell structure)的生物燃料电池，以及具有图9B中示出的现有技术的槽 式电池结构（tank cell structure)的生物燃料电池，测量电化学特性并且彼此进行比较。
[0107] 此时，作为负极11，使用固定了酶（⑶H)、辅酶（NADH)、以及介体（例如ANQ)的碳 纤维电极（2cmX2cm)。此外，作为正极12,使用固定了酶（B0D)和介体（Fe(CN))的碳纤维 电极（2cmX2cm)。此外，2cmX2cm的钛网状物被用作集电体（未示出），并且由PTFE构成 的无纺布被切割成2. 5cmX2. 5cm的尺寸作为隔膜13。
[0108] 另一方面，由Toray Industries Ltd.制造的碳纸可以作为气体扩散层2,以及由 FUJIPLA Inc.制造的复合薄膜被用作保护片（未示出）。此外，作为燃料溶液5,使用0.4m 葡萄糖-2M咪唑溶液（PH 7. 0)。
[0109] 根据实施例和比较例的生物燃料电池在0. 5V的工作功率下运行。图10是示出根 据实施例和比较例的电池的电化学特性的曲线图，其中，横轴表示时间以及纵轴表示电流 值。如在图10中示出的，具有浸入电池结构的生物燃料电池以及现有技术的具有槽式电池 结构的生物燃料电池示出了同等的电化学特性。
[0110] 此外，本公开内容可以采用以下配置。
[0111] (1) 一种生物燃料电池，包括：
[0112] 多个发电体，至少包括一对电极和隔膜，所述电极构成负极（anode)和正极 (cathode)并且具有至少一个存在氧化还原酶的表面，所述隔膜被放置在所述电极之间并 且包括质子透过膜；以及
[0113] 气体扩散层，被设置成与所述发电体的正极侧表面接触，并且仅气体能够透过，
[0114] 其中，一个发电体和另一个发电体通过所述气体扩散层层叠。
[0115] ⑵根据⑴所述的生物燃料电池，
[0116] 其中，各发电体串联连接，以及
[0117] 在燃料箱中的燃料溶液通过所述发电体和所述气体扩散层的层叠体相互隔开。
[0118] (3)根据⑴或者⑵所述的生物燃料电池，
[0119] 其中，所述发电体和所述气体扩散层的层叠体可从所述燃料箱中分离。
[0120] (4)根据⑴至（3)中任一项所述的生物燃料电池，
[0121] 其中，所述发电体和所述气体扩散层的多个层叠体通过燃料箱的盖子连接。
[0122] (5)根据⑴至（4)中任一项所述的生物燃料电池，
[0123] 其中，所述气体扩散层由碳纸、碳布、或者无纺布或者多孔金属材料构成。
[0124] (6) -种电子设备，包括根据（1)至（5)中任一项所述的生物燃料电池。
[0125] 附图符号说明
[0126] la、lb，100 发电体
[0127] 2 气体扩散层
[0128] 3、23 层叠体
[0129] 4、24、110 燃料箱
[0130] 5、111 燃料溶液
[0131] 6 盖子
[0132] ll、lla、llb、101 正极
[0133] 12、12a、12b、102 负极
[0134] 13、13a、13b 隔膜
[0135] 14a、14b、15a、15b 集电极
[0136] 16a、16b 保护片
[0137] 103 质子导体
【权利要求】
1. 一种生物燃料电池，包括： 多个发电体，至少包括一对电极和隔膜，所述电极构成负极和正极并具有至少一个存 在氧化还原酶的表面，所述隔膜被设置在所述电极之间并且包括质子透过膜；以及 气体扩散层，被设置成与所述发电体的正极侧表面接触，并且仅气体能透过， 其中，第一发电体和第二发电体经由所述气体扩散层层叠。
2. 根据权利要求1所述的生物燃料电池， 其中，各发电体串联连接，以及 在燃料箱中的燃料溶液通过所述发电体和所述气体扩散层的层叠体相互隔开。
3. 根据权利要求1所述的生物燃料电池， 其中，所述发电体和所述气体扩散层的层叠体能从所述燃料箱分离。
4. 根据权利要求1所述的生物燃料电池， 其中，所述发电体和所述气体扩散层的多个层叠体通过燃料箱的盖子连接。
5. 根据权利要求1所述的生物燃料电池， 其中，所述气体扩散层由碳纸、碳布、无纺布或者多孔金属材料构成。
6. -种电子设备，包括： 生物燃料电池， 其中，所述生物燃料电池包括：至少包括一对电极和隔膜的多个发电体，所述电极构成 负极和正极并且具有至少一个存在氧化还原酶的表面，所述隔膜被设置在所述电极之间并 且包括质子透过膜；以及气体扩散层，被设置成与所述发电体的正极侧表面接触并且仅气 体能透过，其中，一个发电体和另一个发电体经由所述气体扩散层层叠。
【文档编号】H01M8/16GK104145363SQ201280071097
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2012年11月27日 优先权日:2012年3月9日
【发明者】三田洋树 申请人:索尼公司