生物燃料电池的制作方法
【专利摘要】生物燃料电池(1)具备：正极(23)、负极(11)、以及对这些正极以及负极进行电连接的外部电路(30)；正极区域(7)，配置了所述正极；负极区域(5)，配置了所述负极；以及质子透过膜(9)，配置于所述正极区域与所述负极区域之间，生物触媒与所述破碎物一起被收容在所述负极区域。所述负极区域通过网格(13)被分离为电极区域(15)和破碎物区域(17)，在所述电极区域内收容所述负极，在破碎物区域内收容所述破碎物。
【专利说明】生物燃料电池
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物燃料电池。
【背景技术】
[0002]根据近来的防止全球变暖这样的环境对策的观点，不产生碳酸气体的燃料电池得到了瞩目。作为该燃料电池，代表性的例子被称为所谓氢燃料电池。但是，氢燃料电池存在必须将氢气、天然气等可燃性气体用作燃料(质子源)这样的缺点。另一方面，在燃料电池中，有将生物量(b1mass)作为质子源的生物燃料电池。生物燃料电池具有不利用可燃性气体这样的优点。另外，生物燃料电池虽然伴随碳酸气体的产生，但由于使用来自植物的生物量，不伴随碳酸气体的实质的增大。进而，生物燃料电池根据有机物资源的再利用这样的观点，当前得到瞩目，提出了各种生物燃料电池。
[0003]作为其一个例子，可以举出专利文献I。
[0004]在专利文献I的生物燃料电池中，具备负极的负极室(燃料极室)、和具备正极的正极室(氧极室)通过质子透过膜(隔膜)被隔开。在负极室中，与对生物量进行代谢分解的酶等生物触媒一起，存在电子介质(mediator)。另一方面,在正极室中,填充了包含例如多价金属离子(例如Fe3+)的电解液，被吹入氧。
[0005]在这样的生物燃料电池中，在负极室中，由于利用生物触媒的生物量分解，产生电子。该电子通过电子介质被传递到负极。到达负极的电子在外部电路中发挥了作用之后，到达正极。到达正极的电子使正极室中的高价数的多价金属离子还原，生成低价数的多价金属离子(Fe3+ —Fe2+)。另外，在负极室中，由于利用生物触媒的生物量分解，产生质子。该质子透过质子透过膜被导入到正极室，在正极中与低价数的金属离子一起通过氧而被氧化。由此，与生成水的同时，低价数的金属离子返回到原来的价数高的金属离子。这些一连串的反应通过例如下述式表示:
[0006]< 负极室 >C6H1206+6H20 — 6C02+24H++24J
[0007]< 正极室 >e>Fe3+ — Fe2+
[0008]4H++4Fe2++02 — 2H20+4Fe3+
[0009]通过连续地进行这样的电极反应，产生电流而进行发电。
[0010]现有技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献1:日本特开2007-287542号公报
【发明内容】
[0013]发明所要解决的技术问题
[0014]作为这样的生物燃料电池的燃料,能够使用包含纸衆以及SAP (Super AbsorbentPolymer，超吸收性高分子)的已使用的纸尿片。在该情况下，以易于通过生物触媒分解的方式，在细致地破碎了的破碎物的状态下使用已使用的纸尿片。但是，在该破碎物中，不仅是纸浆以及SAP，而且还包含如塑料膜那样不会通过生物触媒分解的成分。因此，如果塑料膜等附着到负极的表面，则难以向负极传递电子，有发电效率降低的危险。即使在分解不充分的纸浆以及SAP附着到负极的情况下，也产生同样的问题。
[0015]因此，本发明的目的在于提供一种在将已使用的纸尿片用作燃料的情况下，能够防止发电效率的生物燃料电池。
[0016]解决技术问题的技术方案
[0017]为了解决上述课题，根据本发明，提供一种生物燃料电池，对已使用的纸尿片的破碎物进行再利用来发电，具备:
[0018]正极、负极、以及对这些正极及负极进行电连接的外部电路；
[0019]正极区域，配置了所述正极；
[0020]负极区域，配置了所述负极；以及
[0021]质子透过膜，配置于所述正极区域与所述负极区域之间，
[0022]生物触媒与所述破碎物一起被收容在所述负极区域，
[0023]其特征在于，
[0024]所述负极区域通过网格被分离为电极区域和破碎物区域，
[0025]在所述电极区域内收容所述负极，在破碎物区域内收容所述破碎物。
[0026]进而，优选为所述质子透过膜由包括阳离子交换膜、和仅在所述阳离子交换膜的负极区域侧面形成的阴离子交换层的复合阳离子交换膜构成。其原因为，在负极区域生成的质子能够选择性地向正极移动。
[0027]进而，优选为在所述负极区域收容电子介质。其原因为，电子介质将在负极区域中生成的电子向负极搬运。
[0028]进而，优选为所述负极由编织为缎带(? — > )状的碳纤维形成。其原因为，通过以缎带状形成负极，能够使负极的表面积进一步增大，通过由碳形成负极，电子传递效率提闻。
[0029]进而，优选为所述网格的格数是30?200网格。其原因为，不会妨碍电子到达负极，能够抑制塑料膜等附着到负极的表面。
[0030]进而,优选为所述破碎物是5X 5mm?1X 1mm的四边形形状。其原因为，如果破碎物的尺寸比其大，则为了分解花费时间，如果破碎物的尺寸比其小，则为了破碎需要更大的力。
[0031]进而，优选为还具备对所述破碎物区域供给所述破碎物的破碎物供给器。其原因为，能够补给伴随发电而消耗的破碎物，能够连续地发电。
[0032]进而，优选为所述破碎器由从所述外部电路供给的电力被驱动。其原因为，无需来自外部的电力，或者能够降低来自外部的电力。
[0033]进而，优选为还具备将生物触媒供给到所述负极区域的触媒供给器。其原因为，能够将生物触媒补给到负极区域，能够连续地发电。
[0034]进而，优选为还具备将电子介质供给到所述负极区域的电子介质供给器。其原因为，能够将电子介质补给到负极区域，能够连续地发电。
[0035]进而，优选为所述破碎物区域形成于所述负极区域的中央部，所述电极区域形成于负极区域的周边部。其原因为，因为破碎物区域在其全周与电极区域相接，所以发电效率提闻。
[0036]进而，优选为所述电极区域形成于所述负极区域的中央部，所述破碎物区域形成于负极区域的周边部。其原因为，因为电极区域在其全周与破碎物区域相接，所以发电效率提闻。
[0037]进而，优选为在所述破碎物区域内还具备搅拌器。其原因为，通过搅拌负极室内的生物触媒和破碎物，能够促进破碎物的分解。
[0038]进而，优选为所述正极是钼电极、铜电极、铁电极、金电极或者钛电极。其原因为，发电效率提高。
[0039]进而，优选为所述正极区域是大气。其原因为，无需向正极区域供给氧的装置。
[0040]发明效果
[0041]通过本发明，在将已使用的纸尿片用作燃料的情况下，能够防止发电效率降低。
[0042]以下，根据附图和本发明的优选的实施方式的记载，能够更充分地理解本发明。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1是第一实施方式的生物燃料电池的概略图。
[0044]图2是负极的部分立体图。
[0045]图3是第二实施方式的生物燃料电池的概略图。
[0046]图4是第三实施方式的生物燃料电池的概略图。
[0047]符号说明
[0048]1:生物燃料电池；3:负极室；5:负极区域；7:正极区域；9:质子交换膜；11:负极；13:网格；15:电极区域；17:破碎物区域；19:驯养污泥(生物触媒)；21:破碎物；23:正极；30:外部电路
【具体实施方式】
[0049]参照上述附图，更详细地记载本发明。另外，要留意的是，在附图中，为了易于理解本发明，并且简化附图的记载，有时与实际的构成要素的大小、比例尺、形状描绘得不同。
[0050](第一实施方式)
[0051]由此，参照图1，对第一实施方式的生物燃料电池I进行说明。在该生物燃料电池I中，作为燃料，使用已使用的纸尿片、更具体而言纸尿片的吸收体中包含的纸浆(纤维素)。
[0052]在参照图1时，生物燃料电池I具备有底筒形状的负极室3。在负极室3的内部划定了负极区域5。
[0053]生物燃料电池I还具备在负极室3的外部划定的正极区域7。
[0054]在负极室3的例如一侧面、即负极区域5与正极区域7之间，设置了使质子从负极区域5向正极区域7选择性地透过的质子交换膜9。
[0055]在负极区域5内设置了整体上成为筒形形状的负极11。在第一实施方式中，负极11由图2所示那样的编织为缎带状的碳纤维形成。
[0056]再次参照图1，在第一实施方式的负极区域5内，还设置了筒形形状的网格13。通过该网格13，负极区域5被分离为流体能够流通的位于负极区域5的周边部的电极区域15和位于负极区域5的中央部的破碎物区域17。上述负极11被收容于该电极室15内。
[0057]在第一实施方式中，网格13的格数是100网格。
[0058]在负极区域5内、即电极区域15以及破碎物区域17内，收容驯养污泥19。在驯养污泥19中，包含用于使纸浆分解的生物触媒、和作为电子传递剂的电子介质。另一方面，在破碎物区域17内收容已使用的纸尿片的破碎物21。
[0059]另一方面，正极区域7由大气构成。
[0060]在正极区域7内配置了板状的正极23。在第一实施方式中，正极23在正极区域7内抵接到质子交换膜9。
[0061]另外，在第一实施方式中，正极23由钼形成。在其它实施方式中，正极23由例如铜、铁、金或者钛形成。
[0062]第一实施方式的生物燃料电池I还具备外部电路30。外部电路30包括与负极11电连接的负极侧电线31、与正极23电连接的正极侧电线33、与负极侧电线31和正极侧电线33电连接的电子控制电路35、以及与电子控制电路35电连接并且能够蓄电的蓄电池37。电子控制电路35控制向蓄电池37的蓄电作用。
[0063]第一实施方式的生物燃料电池I在例如负极室3的上方还具备生成已使用的纸尿片的破碎物21的破碎器40。此处使用的破碎器40是具备一对破碎刃41的公知的二轴破碎器。在破碎器40的入口，设置了朝向上方开口的纸尿片导入储料器43，在破碎器40的出口，设置了与负极区域5、特别是破碎物区域17连通的破碎物投入配管45。
[0064]该破碎器40在第一实施方式中成为手摇式。破碎器40具备手摇手柄47、经由第一减速机49以及第二减速机51与手摇手柄47连结的驱动滑轮53、经由驱动带55与驱动滑轮53连结的从动滑轮57。从动滑轮57与一对破碎刃41连结。
[0065]在应向负极区域5的破碎物区域17供给破碎物21时，已使用的纸尿片被投入到纸尿片导入储料器43，手摇手柄47旋转。其结果，动力经由第一减速机49、第二减速机51、驱动滑轮53、驱动带55以及从动滑轮57，被传递给破碎器40内的一对破碎刃41。由此，已使用的纸尿片被破碎，生成破碎物21。生成了的破碎物21接下来经由破碎物投入配管45落下，而导入到破碎物区域17。
[0066]破碎物21能够成为各种形状以及各种大小。在第一实施方式中，破碎物21成为约5mm X 5mm的四边形形状。
[0067]第一实施方式的生物燃料电池I还具备驯养污泥供给器60。驯养污泥供给器60具备驯养污泥投入储料器61、将驯养污泥投入储料器61的出口连接到负极区域5的驯养污泥投入配管63、以及在驯养污泥投入配管63内配置的驯养污泥投入阀65。驯养污泥投入阀65通常被封闭。在应将驯养污泥19、即生物触媒以及电子介质供给到负极区域5内时，驯养污泥19被投入到驯养污泥投入储料器61，驯养污泥投入阀65被开放。其结果，驯养污泥19经由驯养污泥投入配管63被供给到负极区域5内。
[0068]另外,在第一实施方式中，如上所述,在驯养污泥19中包含生物触媒以及电子介质。因此，上述驯养污泥供给器60作为生物触媒供给器以及电子介质供给器发挥作用。
[0069]第一实施方式的生物燃料电池I还具备在破碎物区域17内配置了的搅拌器70。搅拌器70具备搅拌轴71和搅拌翼73。在第一实施方式中，搅拌器70还具备与破碎器40共用的手摇手柄47、经由第一减速机49与手摇手柄47连结的驱动滑轮75、以及经由驱动带77与驱动滑轮75连结的从动滑轮79。从动滑轮79与搅拌轴71连结。
[0070]在应使搅拌器70运行时，手摇手柄47旋转。其结果，搅拌翼73旋转，破碎物区域17内的破碎物21以及驯养污泥19被搅拌。
[0071]生物燃料电池I还具备残留物净化装置91、将破碎物区域17的底部和残留物净化装置91的入口相互连接的残留物排出配管93、在残留物排出配管93内设置的残留物排出阀95、以及与残留物净化装置91的出口连接了的排出管97。残留物排出阀95通常被封闭。如果残留物排出阀95被开放，则破碎物区域17内的残留物经由残留物排出配管93被导入到残留物净化装置91而净化。净化了的残留物经由排出管97从残留物净化装置91被排出。在残留物中，除了驯养污泥19以外，还包含如纸尿片中的塑料膜、线橡胶那样未分解的材料。在其它实施方式中，残留物从破碎物区域17的上部开口被取出。取出了的残留物通过净化槽或者焚烧炉被处理。
[0072]第一实施方式的生物燃料电池I还具备与负极区域5的电极区域15的底部连接的液体排出配管101、覆盖位于电极区域15内的液体排出配管101的入口的网格103、以及在液体排出配管101内设置了的液体阀105。液体阀105通常被封闭。如果液体阀105被开放，则负极区域5内的液体、例如废液被排出到负极区域5外。排出了的液体通过例如便器、净化槽被处理。液体排出配管101在其它实施方式中，与负极区域5的破碎物区域17的底部连接。
[0073]接下来，说明第一实施方式的生物燃料电池I的发电作用。
[0074]在破碎物区域17中，破碎物21中包含的纸浆通过生物触媒被分解即被氧化。其结果，生成电子和质子。
[0075]生成的电子通过电子介质被搬送至负极11。在该情况下，电子介质从纤维素细胞的内部向外部夺取电子。电子介质由于其电子吸引性而夺取电子，从而从氧化型变换为还原型，将电子搬运到细胞外。相比于细胞内部，通常在细胞外，氧化度更高，所以还原型的电子介质通过向负极11搬运电子而返回到氧化型。接下来，电子介质再次进行电子夺取。
[0076]或者，电子单独地到达负极11。
[0077]到达了负极11的电子经由外部电路30，到达正极23。
[0078]另一方面，质子选择性地透过质子交换膜9而移动到正极23。
[0079]接下来，在正极23中，电子、质子、以及大气中的氧被动地反应而如以下那样生成水。
[0080]602+24H++24e_ — 12H20
[0081]通过反复进行以上的作用，能够利用生物燃料电池I发电。在第一实施方式中，发电产生的电力被充电到蓄电池37。
[0082]第一实施方式的生物燃料电池I如以下那样运行。
[0083]首先，驯养污泥投入阀65被开放而从驯养污泥投入配管63向负极区域5内导入驯养污泥19。接下来，已使用的纸尿片被导入到已使用的纸尿片导入储料器43，手摇手柄47旋转而破碎器40运行。其结果，从破碎物投入配管45将破碎物21导入到破碎物区域17。
[0084]在该情况下，因为搅拌器70运行，所以破碎物21和驯养污泥19被良好地混合，促进利用生物触媒的纸浆的分解。另外，在破碎物21被导入到破碎物区域17之后，使搅拌器70也继续地运行，从而促进利用生物触媒的纸浆分解。
[0085]此时，网格13将电极区域15从破碎物区域17分离。其结果，破碎物21滞留于破碎物区域17而不移动到电极区域15，防止破碎物21附着到负极11的表面。由此，能够使负极区域5内的电子到达负极11的概率增加，进而能够提高发电效率。
[0086]另外，部分性地分解了的纸浆部分还有通过网格13从破碎物区域17到达电极区域15的可能性。但是，因为该纸浆部分的尺寸相当小，所以几乎不对发电效率造成影响。另夕卜，在电极区域15中也存在驯养污泥19，在电极区域15中也进行纸浆的分解。
[0087]另外，在第一实施方式中，电极区域15位于负极区域5的周边部，破碎物区域17位于负极区域5的中央部。其结果，电极区域15在其全周与破碎物区域17相接，所以能够使电子到达负极11的概率增加，发电效率提高。
[0088]另外，在第一实施方式中，如上所述，网格13的格数是100个网格。然而，在考虑发电效率时，网格13的格数优选为在30?200网格的范围。其原因为，如果网格13的格数小于30网格，则网格间隔变得过大，未充分分解或者未被分解的破碎物21的部分有时通过网格13，附着到负极11的表面，发电效率降低。其另一方面，其原因为，如果网格13的格数多于200网格，则网格间隔变得过小，有由网格分解了的纸浆引起堵塞，妨碍电子到达负极11的危险。
[0089]在第一实施方式的生物燃料电池I中，如果负极区域5中的分解进展，则破碎物21的纸浆部分的量以及活性的生物触媒的量减少。因此，从破碎器40向负极区域5补充破碎物21。另外，从驯养污泥供给器60补充包含生物触媒以及电子介质的驯养污泥19。由此，能够使生物燃料电池I连续地发电，是有利的。
[0090]在第一实施方式中，如上所述，负极11由编织为缎带状的碳纤维形成。通过成为这样的形状，能够比具有平坦的表面的电极增加负极11的表面积。由此，能够使电子到达负极11的表面的概率增加，进而能够提高发电效率。
[0091]但是，负极11的形状不限于缎带形状。在其它实施方式中，负极11采用网格状、格子状等任意的构造。关于原材料，也不仅限于碳纤维。在其它实施方式中，负极11由铁、镍、钼、钛/钼、碳不锈钢等形成。
[0092]质子交换膜9在阳离子交换膜的负极区域5侧的面设置了阴离子交换层。在该质子交换膜9的形成中使用的阳离子交换膜没有特别限定，也可以是公知的阳离子交换膜。作为阳离子交换膜，例如，能够使用具有磺酸基、羧酸基、膦酸基、硫酸酯基、硫醇基、能够在与重金属之间制作螯合构造那样的活性基等的离子交换基的阳离子交换膜。另外，阳离子交换膜可以是聚合型、缩合型、均匀型、不均匀型等，由来于制造方法的阳离子交换膜的种类、型式等没有限定。进而，有无为了加强而使用的加强件、离子交换基结合的树脂的材质(通常使用了碳化氢系树脂或者氟素系树脂)也没有特别限制。但是，根据尺寸稳定性、电气的性能等观点，将烯烃系树脂、苯乙烯系树脂作为主聚合物，对其导入了磺酸基等阳离子交换基的碳化氢系的阳离子交换膜优选为质子交换膜9。
[0093]另外，该阳离子交换膜是通常具有0.1 [meq/g dry membrane]以上、特别是0.5?3[meq/g dry membrane]的阳离子交换容量的材料即可阳离子交换膜的厚度没有特别限制，但一般优选为0.01?5.0mm左右。进而，阳离子交换膜既可以在含水的状态下使用，也可以在无水的状态下使用。然而，通常优选在含水的状态下使用。膜中的阳离子交换基既可以是氢型也可也是盐型，进而，也可以将盐类、酸、盐基、其它物质包含于膜中。
[0094]在上述那样的向阳离子交换膜的单面形成阴离子交换层的形成中，没有限制而可以使用以下的公知的方法。例如，可以举出如下方法:
[0095]-日本特公昭46-23607号公报、日本特公昭47-3081号公报等记载的、使分子量大的能够成为阳离子的物质吸附到膜表面来形成阴离子交换层的方法、
[0096]-日本特开昭56-50933号公报等记载的、使通过特定的通式表示的具有2个以上的第4级氨盐基和I个或者2个乙烯基苄基的乙烯基化合物或者乙烯基化合物的聚合体存在于阳离子交换膜的表面的方法、
[0097]-日本特公昭38-16633号公报记载的、涂覆应成为阴离子交换膜的糊状物质并对其照射放射线而强固地紧贴来形成阴离子交换层的方法、
[0098]-日本特公昭32-3962号公报记载记载的、将阳离子交换膜和阴离子交换膜用聚乙烯亚胺-环氧氯丙烷的混合物粘贴并硬化粘接的方法、
[0099]-日本特公昭34-3961号公报记载的将阳离子交换膜和阴离子交换膜用离子交换性粘接剂粘接的方法、
[0100]-日本特公昭35-14531号公报记载的、在阳离子交换膜和阴离子交换膜的其想要接合的面涂覆微粉的强盐基性的阴离子或者强酸性的阳离子交换树脂和热可塑性电气绝缘性树脂溶液的膏状混合物并压接的方法、
[0101]-日本特开昭53-37190号公报记载的、在离子交换膜的表面使具有相反电荷的离子交换树脂的分散系和母体聚合体的混合物沉积的方法、
[0102]-美国专利3562139号说明书记载的、将在聚乙烯膜中浸溃聚合了苯乙烯、二乙烯基苯的片状物夹在不锈钢制的框，在使一方侧磺化之后，将片取下而对剩余的部分氯化并接下来氨基化处理的方法。
[0103]另外，还能够采用在阳离子交换膜的单面将溶解到溶媒的具有阴离子交换基的高分子体溶液或者该高分子体的前聚物溶液延流、涂覆或者喷雾而形成阴离子交换层的方法坐寸ο
[0104]如上述那样在阳离子交换膜上形成的阴离子交换层应具有不损失阳离子交换膜的质子透过性的程度的特性，例如，其厚度通常优选为0.01?100 μ m左右。进而，阴离子交换层的阴离子交换容量优选为0.001?0.4 [meq/g dry membrane]左右。
[0105]接下来，对作为在单面具备阴离子交换层的阳离子交换膜的、第一实施方式的质子交换膜9的作用进行说明。
[0106]例如，杜邦公司制造的Naf1n (注册商标)那样的由氟素树脂系的阳离子交换膜构成的质子透过膜虽然针对不包含电子介质的液体呈现优良的质子透过性，但针对包含电子介质的液体其质子透过性大幅降低。另一方面，第一实施方式的质子交换膜针对不包含电子介质的液体，呈现比上述氟素树脂系的质子交换膜稍微差的质子透过性。但是，针对包含电子介质的液体，呈现比由上述氟素树脂系的阳离子交换膜构成的质子交换膜更优良的质子透过性。
[0107]关于第一实施方式的质子交换膜特别针对包含电子介质的液呈现良好的液透过性的理由，没有被明确地阐明，而是如下那样推测。
[0108]S卩，在生物燃料电池I的负极区域5使用的电子介质是疏水性高的物质，针对氟素树脂系的树脂等阳离子交换膜呈现高的吸附性。因此，在膜表面吸附电子介质，其结果，针对包含电子介质的液体的质子透过性变低。另一方面，在第一实施方式的质子交换膜中，在阳离子交换膜的表面形成了阴离子交换层，所以通过该阴离子交换层，电子介质的吸附被抑制，能够有效地避免电子介质的吸附所致的质子透过性降低，能够维持优良的质子透过性。
[0109]另外，在第一实施方式的质子交换膜9中，重要的是阴离子交换层仅形成于阳离子交换膜的单方的面，以使该阴离子交换层面对负极区域5的方式配置。其原因为，如果将阴离子交换层设置于阳离子交换膜的两面，则面对正极区域7侧的阴离子交换层仅简单地发挥使质子透过性降低的作用。即，其原因为，阴离子交换层具有防止电子介质的吸附的功能，所以虽然以面对负极区域5的方式配置该阴离子交换层，但这样的阴离子交换层交换阴离子，针对质子，通过其电气的斥力来抑制透过。即使是仅在一方的面中形成了阴离子交换层的质子交换膜，只要以使阴离子交换层面对正极区域7的方式配置阳离子交换膜，则与上述完全同样地，阳离子透过性降低。
[0110]在第一实施方式中，通过将上述那样的在单面具备阴离子交换层的阳离子交换膜用作生物燃料电池的质子交换膜，能够使质子有效地透过而进行稳定的电极反应，在长期间内稳定地进行发电。
[0111]另外，第一实施方式中的破碎物21的尺寸是5mmX 5mm。但是，优选设为5mmX 5mm?1mmX 1mm的四边形形状。如果大于1mmX 1mm,则直至破碎物21在负极区域5内分散的时间变多。其另一方面，如果小于5mmX5mm，则为了破碎需要大的力。特别，在第一实施方式中，因为动力基于手回式手柄47，所以在力小的利用者(例如女性)的情况下，难以容易地进行手摇。
[0112]另外，在第一实施方式中使用的驯养污泥19是包含混合微生物群体的污泥。在该混合微生物群体中，包含纤维素分解菌那样的生物触媒。该驯养污泥19有纤维素.果胶等高分子分解活性，并且自身凝集性高。作为表示微生物和净化水的沉降分离的沉降系数的SV3tl是20?40%左右，驯养污泥19是汉逊酵母属(Hansenula)、克鲁维酵母属(Kluybaromyces)、念珠菌属(Candida)、丝抱属(Trichosporon)、毕赤酵母属(Pichia)、耳氏菌属(Yarrowia)、德巴利属(Debaryomyces)等野生酵母、和其它通常的活性污泥中包含的好氧性细菌的复合系。关于在第一实施方式中使用的驯养污泥19，将羧甲基纤维素在炭素源中实施3年以上驯养培养，在粉碎纸浆中也实施2年以上驯养，所以是纤维素分解活性高的混合微生物污泥。
[0113]但是，驯养污泥19不限于上述那样的污泥，只要是包含将用一次性纸尿片的纸浆等制作的部分分解的生物触媒的材料，则没有限定。在生成作为纸浆的本体的纤维素的分解酶的微生物群中，例如，有为了在高尔夫球场等中产生的割草的分解处理用而销售的出光兴产公司的Idekonpo (注册商标)、为了一般生成垃圾的分解处理用而销售的片网物产公司的片冈菌(B1core (注册商标))等，能够使用这些。
[0114]如上所述，电子介质在电子的夺取以及移动时，在氧化型与还原型之间变化。因此，只要选择具有适合的电子吸引性(或者氧化还原电位)的电子介质，则该电子的夺取以及移动闻效地进行。
[0115]在第一实施方式中，在电子介质中，使用溶解度比较高，且廉价的亚甲蓝等氧化还原试剂。亚甲蓝在无氧条件下无生物降解性，且氧化还原电位是_21mV，所以具有适合于从生物触媒的电子传递系夺取电子等优点。
[0116]作为电子介质，除此以外还已知各种。在其它实施方式中，作为电子介质，使用例如中性红等。
[0117]然而，即使不使用电子介质，只要在纸浆被分解了时产生的电子直接到达负极11，就能够发电。进而，近年来，已知生物触媒自身分泌具有电子介质作用的物质。另外，已知存在使细胞壁露出电子传递系蛋白质、向电极直接放出电子的电子生成菌。因此，在其它实施方式中，在负极区域5不存在电子介质。
[0118]另外，在正极23中，从破碎物21生成了的电子和质子与分子状氧反应，所以能够将该反应称为好氧反应。在通常的好氧反应中通过微生物细胞膜提供必要量的氧，所以需要充分的爆气和搅拌。然而，在第一实施方式的生物燃料电池I中，正极23在大气中露出，所以即使是简单的结构，也能够促进氧还原反应。
[0119]在其它实施方式中，与上述专利文献I的生物燃料电池同样地，设置填充了包含多价金属离子的电解液的正极区域7。
[0120](第二实施方式)
[0121]接下来，参照图3，对第二实施方式的生物燃料电池I进行说明。另外，关于第二实施方式，仅说明与第一实施方式的差异点。
[0122]在参照图3时，在第二实施方式中，与第一实施方式不同地，在负极区域5内，设置了有底的筒形形状的网格13。通过该网格13，负极区域5被分离为位于负极区域5的中央部的电极区域15和位于负极区域5的周边部的破碎物区域17。通过该结构，电极区域15在其底部以及全周与破碎物区域17相接，所以发电效率高，是有利的。
[0123]在负极区域5内配置了整体上呈现棒形状的负极11。
[0124]在第二实施方式中，搅拌器70设置于负极区域5的底部。该搅拌器70具备与破碎器40独立的第二手摇手柄81、经由减速机83与第二手摇手柄81连结的驱动滑轮75、以及经由驱动带77与驱动滑轮75连结的从动滑轮79。从动滑轮79与搅拌轴71连结。如果第二手摇手柄81旋转，则搅拌轴71旋转而搅拌翼73旋转，促进导入到破碎物区域17的破碎物21的分解。
[0125]关于第二实施方式的生物燃料电池I的其它构成要素以及作用，与第一实施方式相同。
[0126](第三实施方式)
[0127]接下来，参照图4，对第三实施方式的生物燃料电池I进行说明。另外，关于第三实施方式，仅说明与第二实施方式的差异点。
[0128]在第三实施方式的生物燃料电池I中，设置了与驱动滑轮53连结的电气马达59。对该电气马达59，经由电子控制电路35供给由该生物燃料电池I得到的电力。由此，无需来自外部的电力，或者能够降低自外部的电力，所以是有利的。
[0129]在其它实施方式中，设置了驱动搅拌器70的电气马达，该电气马达59利用由生物燃料电池I得到的电力而运行。
[0130]在到此为止说明的本发明的实施方式中，将已使用的纸尿片中包含的纸浆用作生物燃料电池的燃料。但是，在已使用的纸尿片中，包含例如主成分为聚丙烯酸的SAP(超吸收性高分子)。SAP能够与纸浆同样地通过生物触媒而分解，所以能够用作本发明的实施方式的生物燃料电池的燃料。在该情况下，在污泥中包含适合将SAP分解的生物触媒。
[0131]另外，作为以往的已使用的纸尿片的再利用法，有使已使用的纸尿片进行微生物发酵分解，干燥、杀菌而固形燃料化，使其燃烧，从而作为热能量回收并再利用的方法。但是，已使用的纸尿片包含屎尿等水分，所以直至干燥需要大量的热能。进而，最终生成物是固形燃料，通过燃烧再利用，所以产生CO2，而且成为热回收，所以存在利用用途被限定这样的课题。
[0132]但是，在本发明的实施方式的生物燃料电池中，能够通过利用生物触媒的生物降解而减轻固形物量。另外，为了确保生物触媒的活动环境，达到室温(20?40度)左右的温度管理既可。进而，通过生成作为通用性最高的能量资源的电力，在一般家庭等中也无需特别的装置而能够利用。本发明的实施方式在这些点上比上述再利用法更优良。
[0133]另外，关于对于本领域技术人员能够根据本说明书、附图以及权利要求书所理解的全部特征，仅将这些特征与特定的其它特征关联而组合地进行了说明，但只要不把这些特征明确除外，或是只要不是技术上不可能的形态或是无意义的组合，就能够独立地或是进而与本文公开的其它特征或是特征的多个组任意地组合，设为能够结合。
【权利要求】
1.一种生物燃料电池，对已使用的纸尿片的破碎物进行再利用来发电，具备: 正极、负极、以及对这些正极及负极进行电连接的外部电路； 正极区域，配置了所述正极； 负极区域，配置了所述负极；以及 质子透过膜，配置于所述正极区域与所述负极区域之间， 生物触媒与所述破碎物一起被收容在所述负极区域， 其特征在于， 所述负极区域通过网格被分离为电极区域和破碎物区域， 在所述电极区域内收容所述负极，在破碎物区域内收容所述破碎物。
2.根据权利要求1所述的生物燃料电池，其特征在于， 所述质子透过膜由包括阳离子交换膜、和仅在所述阳离子交换膜的负极区域侧面形成的阴离子交换层的复合阳离子交换膜构成。
3.根据权利要求1或者2所述的生物燃料电池，其特征在于， 在所述负极区域收容电子介质。
4.根据权利要求1?3中的任意一项所述的生物燃料电池，其特征在于， 所述负极由编织为缎带状的碳纤维形成。
5.根据权利要求1?4中的任意一项所述的生物燃料电池，其特征在于， 所述网格的格数是30?200网格。
6.根据权利要求1?5中的任意一项所述的生物燃料电池，其特征在于， 所述破碎物是5 X 5mm?1X 1mm的四边形形状。
7.根据权利要求1?6中的任意一项所述的生物燃料电池，其特征在于， 还具备对所述破碎物区域供给所述破碎物的破碎物供给器。
8.根据权利要求7所述的生物燃料电池，其特征在于， 所述破碎物供给器还具备使已使用的尿布破碎的破碎器。
9.根据权利要求8所述的生物燃料电池，其特征在于， 所述破碎器通过从所述外部电路供给的电力被驱动。
10.根据权利要求1?9中的任意一项所述的生物燃料电池，其特征在于， 还具备将生物触媒供给到所述负极区域的触媒供给器。
11.根据权利要求3?10中的任意一项所述的生物燃料电池，其特征在于， 还具备将电子介质供给到所述负极区域的电子介质供给器。
12.根据权利要求1?11中的任意一项所述的生物燃料电池，其特征在于， 所述破碎物区域形成于所述负极区域的中央部，所述电极区域形成于负极区域的周边部。
13.根据权利要求1?12中的任意一项所述的生物燃料电池，其特征在于， 所述电极区域形成于所述负极区域的中央部，所述破碎物区域形成于负极区域的周边部。
14.根据权利要求1?13中的任意一项所述的生物燃料电池，其特征在于， 在所述破碎物区域内还具备搅拌器。
15.根据权利要求1?14中的任意一项所述的生物燃料电池，其特征在于，所述正极是钼电极、铜电极、铁电极、金电极或者钛电极。
16.根据权利要求1?15中的任意一项所述的生物燃料电池，其特征在于，所述正极区域是大气。
【文档编号】C02F11/02GK104205459SQ201380015520
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月22日 优先权日:2012年3月22日
【发明者】小西孝义, 平冈利夫, 柿薗俊英 申请人:尤妮佳股份有限公司, 国立大学法人广岛大学