电极以及使用它的燃料电池及水处理装置的制作方法

本发明涉及电极以及使用它的燃料电池及水处理装置。

背景技术：

利用微生物将有机物变换为电能的微生物燃料电池主要由负极、离子移动层和正极构成。在负极中，将有机物被微生物氧化分解时产生的电子回收。被负极回收的电子向正极移动，通过还原反应被消耗。并且，电子按照在该两极发生的化学反应所带来的氧化还原电位的梯度而流动。在负极的反应中附带产生的氢离子穿过离子移动层而到达正极。并且，氢离子在正极与电子及氧反应而产生水。

这里，为了使微生物燃料电池高输出化，需要装置的按比例扩大(scale up)。但是，随着按比例扩大而电池的内部电阻升高，担心生成的电能的输出下降。

因此，在非专利文献1中，公开了一种具有从气相侧起按顺序地由扩散层、催化剂层及金属集电体层构成的正极的微生物燃料电池。进而，在非专利文献1中，还公开了该正极的金属集电体层被暴露在液相中。根据非专利文献1，通过使用作为导电性材料的金属作为集电材料，实现内部电阻的降低，能够实现基于按比例扩大的高输出化。

非专利文献1：X.Zhang，et al.，“Enhanced Activated Carbon Cathode Performance for Microbial Fuel Cell by Blending Carbon Black”Environ.Sci.Technol.，48(3)，pp.2075－2081，2014.

技术实现要素：

但是，在非专利文献1所公开的微生物燃料电池中，正极的金属集电体层被设置在液相侧，受到由氢离子或氯化物离子等液相自身的成分带来的腐蚀或由微生物带来的腐蚀的影响。由此，金属集电体层的集电能力下降，担心发生电池特性的下降。

本发明是鉴于这样的以往技术具有的问题而做出的。并且，本发明的目的在于，提供一种能够在抑制基于液相的腐蚀的同时降低电池的内部电阻的电极、以及使用它的燃料电池及水处理装置。

为了解决上述课题，本发明的第一技术方案的电极具备：第1扩散层，具有疏水性，使氧扩散；第2扩散层，担载催化剂层，使氧扩散。进而，该电极具备含有金属材料和氧透过性材料并且配置在第1扩散层与第2扩散层之间的导电层。

本发明的第二技术方案的燃料电池具备：负极；离子移动层，具有质子透过性；正极，是本发明的第一技术方案的电极，隔着离子移动层而与负极分隔。

本发明的第三技术方案的水处理装置具备：负极；离子移动层，具有质子透过性；正极，是本发明的第一技术方案的电极，隔着离子移动层而与负极分隔。

附图说明

图1是表示第一实施方式的正极的一例的立体图。

图2是表示第一实施方式的正极的其他例的立体图。

图3是表示第二实施方式的微生物燃料电池的结构的概略立体图。

图4是沿着图3的A－A’线的剖视图。

图5是沿着图3的B－B’线的剖视图。

图6是表示第二实施方式的微生物燃料电池的结构的平面图。

具体实施方式

以下，参照附图对本实施方式的电极及使用它的燃料电池及水处理装置进行说明。另外，以下说明的实施方式都是表示本发明的优选的一具体例的。在以下的实施方式中表示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接形态等是一例，并不意欲限定本发明。此外，关于以下的实施方式的构成要素中的、在表示本发明的最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，设为构成更优选的形态的任意构成要素进行说明。

[第一实施方式]

(1－1.电极的结构)

首先，对电极的结构详细地说明。本实施方式的电极例如能够作为燃料电池的正极应用，特别是作为微生物燃料电池(MFC：Microbial Fuel Cell)的正极应用。因此，对使用本实施方式的电极作为微生物燃料电池的正极的情况进行说明。

微生物燃料电池是利用微生物将作为燃料的有机物变换为电能的电池，主要由负极、离子移动层和正极构成。在负极中，将电解液中的有机物被微生物氧化分解时产生的电子回收。在负极被回收的电子向正极移动，通过还原反应被消耗。电子按照在该两极发生的化学反应所带来的氧化还原电位的梯度而流动。在负极的反应中附带地产生的氢离子穿过离子移动层而到达正极。氢离子在正极与电子及氧反应而产生水。通过上述结构及反应，微生物燃料电池能够通过微生物将废液净化并输出电能。

本实施方式的正极1例如是上述微生物燃料电池的正极，作为用来迅速地进行空气中的氧的供给的气体扩散电极发挥功能。

图1是表示第一实施方式的正极的一例的立体图。如该图所示，正极1具备第1扩散层11、导电层12和第2扩散层13。在第2扩散层13的表面上担载有催化剂层30。第1扩散层11配置在气相侧，第2扩散层13配置在液相侧，在第1扩散层11与第2扩散层13之间配置有导电层12。具体而言，正极1配置为使第1扩散层11与导电层12的一个面12a接触，并且配置为使第2扩散层13与导电层12的与一个面12a相反侧的另一个面12b接触。这里，所谓气相，例如是含有氧的大气。此外，所谓液相，例如是含有有机物及微生物的水溶液或废液。

第1扩散层11是使气相中含有的氧扩散的层，具有疏水性。作为第1扩散层11的材质的优选例，是由从聚乙烯、聚丙烯、尼龙及聚四氟乙烯(PTFE)组成的组中选择的至少一个构成的无纺布或薄膜。这里，所谓无纺布，是由纤维状物质形成的片材即纤维布，是指将纤维状物质通过热、机械或化学性的作用粘接或相互缠绕而成为布的材料。

第1扩散层11由于是通过由具有疏水性的材质构成的纤维状物质形成的无纺布或薄膜，所以被赋予了疏水性。所谓疏水性，是指排斥水或短链醇等极性有机液体的性质。由此，能够抑制第1扩散层11被氢离子及氯化物离子等液相自身的成分、或者微生物腐蚀，并且将气相中的氧向导电层12及第2扩散层13迅速地供给。此外，能够抑制第1扩散层11因气相中含有的湿气而变质。进而，能够抑制经由第1扩散层11的从液相侧向气相侧的漏水。

第1扩散层11中，也可以对上述无纺布或薄膜涂敷或含浸疏水辅助剂。由此，能够进一步提高第1扩散层11的疏水性。作为疏水辅助剂的优选例，可以举出氟类的高分子材料、或聚二甲基硅氧烷(PDMS)等硅酮类高分子材料等。

导电层12是被第1扩散层11和第2扩散层13夹持的平板状的层。进而，导电层12由金属材料和氧透过性材料形成。由此，导电层12在与液相之间夹着第2扩散层13，所以不直接与液相接触。因此，能够抑制导电层12被氢离子或氯化物离子等液相自身的成分或微生物腐蚀。此外，导电层12如图1所示，具有在氧透过性材料中分散有金属材料20的结构，所以导电层自身具备氧透过性。因此，能够使从气相经由第1扩散层11供给的氧向第2扩散层13高效率地透过。

导电层12具有使由负极生成的电子导通、促进从气相供给的氧与经由离子移动层移动了的氢离子的反应的功能。即，导电层12含有金属材料，该金属材料在导电层12的内部被电连接。因此，导电层12发挥由低电阻带来的高导电功能，能够提高氧的还原反应的效率。

如图1所示，导电层12含有金属材料20，金属材料20例如具有粒子形状。另外，导电层12的厚度例如优选为1mm以下。因此，金属材料20的粒径优选为1mm以下。金属材料20的粒径的下限值没有特别限定，但例如优选为1μm以上。另外，金属材料20的粒径及导电层12的厚度能够通过将导电层12用光学显微镜或扫描型电子显微镜进行观察来测量。

金属材料20的材质只要是能够提高导电层12的导电性的材料就可以，没有特别限定。金属材料20的材质例如优选从由铝、铜、不锈钢、镍及钛构成的组中选择的至少一种。

导电层12含有氧透过性材料。导电层12的氧透过性材料例如优选为硅酮。硅酮是氧透过性高、低成本材料，是容易处理的材料。此外，氧透过性材料还优选为从由聚二甲基硅氧烷、乙基纤维素、聚－4－甲基戊烷－1、聚丁二烯、聚四氟乙烯及丁基橡胶构成的组中选择的至少一种。

另外，导电层12含有的金属材料除了粒子形状以外，也可以是线形状、片形状或网形状。所谓线形状，是线状或将线材集束而成的形状，线材的粗细例如是1mm以下。所谓片形状，是薄片状或将薄片材重叠而成的形状，薄片材的厚度例如是1mm以下。所谓网形状，是在薄片材的平面上设有许多贯通孔的形状，或者是将线材纵横地排列的格子形状。从通过与氧透过性材料混合而形成均质的导电层12这样的易调配性的观点来看，金属材料优选为粒子形状。另外，导电层12也可以单独含有粒子形状、线形状、片形状或网形状的金属材料。此外，导电层12也可以将粒子形状、线形状、片形状或网形状的金属材料组合多个而含有。

另外，如上述那样，导电层12的厚度例如优选为1mm以下。因此，在金属材料是线形状的情况下，金属材料的粗细优选为1mm以下。另外，金属材料的粗细的下限值没有特别限定，但例如优选为1μm以上。此外，在金属材料是片形状或网形状的情况下，金属材料的厚度优选为1mm以下。另外，金属材料的厚度的下限值没有特别限定，但例如优选为1μm以上。与上述同样，金属材料的粗细及厚度可以通过将导电层12用光学显微镜或扫描型电子显微镜进行观察来测量。

此外，导电层12优选电阻率为2Ωm以下。即，导电层12优选为，第1扩散层11、导电层12及第2扩散层13的层叠方向Y的电阻率是2Ωm以下。此外，导电层12优选为，与第1扩散层11、导电层12及第2扩散层13的层叠方向Y垂直的方向X、Z的电阻率也为2Ωm以下。在导电层12的电阻率是2Ωm以下的情况下，由于正极1的内部电阻较低，所以能够抑制电能的输出下降。导电层12的电阻率的下限没有特别限制，例如能够设为0.10μΩ·m以上。另外，上述电阻率例如可以通过四探针法测量。

导电层12优选氧透过率为10000cc/m²·24h·atm以上且720000cc/m²·24h·atm以下。此外，导电层12更优选的是第1扩散层11、导电层12及第2扩散层13的层叠方向Y的氧透过率为10000cc/m²·24h·atm以上且720000cc/m²·24h·atm以下。在氧透过率为720000cc/m²·24h·atm以下的情况下，能够抑制经由导电层12从气相向液相大量地供给氧而在液相中过量地溶入氧。因此，能够防止液相中存在的厌气性微生物引起的、有机物分解活性的下降。此外，在氧透过率为10000cc/m²·24h·atm以上的情况下，能够抑制第2扩散层13中的还原反应的速度下降。另外，导电层12的氧透过率能够通过JIS K7126－1(塑料－薄膜及薄片－气体透过度试验方法－第1部：压差法)、或JIS K7126－2(塑料－薄膜及薄片－气体透过度试验方法－第2部：等压法)求出。

导电层12在与液相之间夹着第2扩散层13，不直接与液相接触。但是，导电层12优选具有疏水性。另外，通过硅酮等氧透过性材料与金属材料20的混合形成的导电层12具有疏水性。由此，能够高度地抑制导电层12通过经由第2扩散层13的液相浸润而腐蚀。

第2扩散层13在表面上担载催化剂层30，浸渍在含有有机物的液相中。第2扩散层13高效率地促进从第1扩散层11及导电层12供给的氧(O₂)、被负极回收并经由外部电路供给的电子(e^－)、以及从液相侧供给的质子(H⁺)的还原反应。因此，第2扩散层13的形状只要是能够在其表面上担载催化剂层30中包含的电极催化剂的形状就可以，没有特别限定。从更加提高正极1的每单位质量的催化剂活性的观点来看，第2扩散层13优选为每单位质量的比表面积较大的纤维状物质的集合体。即，通常，比表面积越大，能够确保越大的担载面积。因此，在第2扩散层是无纺布等纤维状物质的集合体的情况下，能够提高第2扩散层13的表面的催化剂成分的分散性，将更多的电极催化剂担载于该表面。另外，第2扩散层13需要如上述那样增大与液相的接触面积而促进还原反应，所以与第1扩散层11不同，不具有疏水性。

作为第2扩散层13的材质的优选例，是从由聚乙烯、聚丙烯、尼龙及聚四氟乙烯(PTFE)构成的组中选择的至少一个材料所构成的无纺布或薄膜。或者，作为第2扩散层13的材质，也可以是碳纸、碳布、碳毡等碳材料。

催化剂层30由具有所希望的反应活性的电极催化剂、和用来将该电极催化剂向第2扩散层13粘结的粘合剂构成。该催化剂层30隔着第2扩散层13而设在导电层12的相反侧。即，导电层12、第2扩散层13及催化剂层30依次以层状设置。

作为催化剂层30中含有的电极催化剂，特别优选的是在用于燃料电池时使用氧还原催化剂。作为氧还原催化剂的例子，优选含有从由铂、钯、铑、钌及铟构成的组中选择的至少一种的铂族催化剂。此外，铂族催化剂还优选将从由铂、钯、铑、钌及铟构成的组中选择的至少一种担载于活性炭而得到的材料。此外，催化剂层30也可以包含掺有至少一种非金属原子和金属原子而得到的碳粒子。在碳粒子中掺入的原子没有特别限定，作为非金属原子，例如可以是氮原子、硼原子、硫原子、磷原子等。此外，作为金属原子，例如可以是铁原子、铜原子等。

此外，作为催化剂层30中包含的粘合剂，例如使用离子传导性树脂。该离子传导性树脂没有特别限定，可以适当地参照以往公知的认识。离子传导性树脂根据在该离子传导性树脂中使用的离子交换树脂的种类，大体上可分为氟类高分子电解质和碳化氢类高分子电解质。作为构成氟类高分子电解质的离子交换树脂，例如可以举出Nafion(ナフィオン)(Du Pont(デュポン)株式会社制)、Aciplex(アシプレックス)(旭化成株式会社制)、Flemion(フレミオン)(旭硝子株式会社制)等的全氟碳磺酸类聚合物、全氟碳膦酸类聚合物、三氟苯乙烯磺酸类聚合物、乙烯四氟乙烯－g－苯乙烯磺酸类聚合物、乙烯－四氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯－全氟碳磺酸类聚合物等。

如上述那样，第2扩散层13在表面上担载有催化剂层30。具体而言，第2扩散层13如图1所示，能够将催化剂层30粘接于导电层12侧的作为一个面13a的相反侧的另一个面13b。但是，本实施方式并不限定于这样的担载层状的催化剂层30的形态。例如也可以是，构成催化剂层的电极催化剂及碳粒子的至少一方附着于构成第2扩散层13的多孔质体的内部。即使电极催化剂及碳粒子的至少一方附着于多孔质体的内部，也能够高效率地促进氧、电子及质子的还原反应。

作为将第1扩散层11、导电层12及第2扩散层13粘接的方法，可以举出熔接或利用树脂等的粘接。在此情况下，从耐久性的观点来看，优选通过熔接进行粘接，但也能够使导电层12具有的硅酮等氧透过性材料作为粘接树脂发挥功能。

根据以上结构，导电层12被第1扩散层11及第2扩散层13夹持，不直接与液相接触。由此，能够抑制由氢离子或氯化物离子等液相自身的成分或微生物带来的腐蚀。此外，由于导电层12包含氧透过性材料，能够使从气相经由第1扩散层11供给的氧高效率地向第2扩散层13透过。此外，导电层12具有如下功能，即：使在负极产生的电子导通，进而促进从气相供给的氧与经由离子移动层进行了移动的氢离子之间的反应。并且，由于导电层12含有金属材料而具有高导电性，所以能够提高氧的还原反应的效率。此外，即使使正极1按比例扩大也能够抑制内部电阻的增加，能够抑制通过氧化还原反应生产的电能的下降。

(1－2.电极(正极)的结构的变形例)

接着，对本实施方式的电极的变形例进行说明。图2是表示第一实施方式的正极的其他例的立体图。如图2所示，正极2具备第1扩散层11、导电层15和第2扩散层13。本变形例的正极2与第一实施方式的正极1相比，仅导电层15的结构不同。以下，与正极1相同的点省略说明，以不同点为中心进行说明。

导电层15含有金属材料21和碳材料22。金属材料21是与金属材料20同样的材质，此外，除了粒子形状以外，也可以具有线形状、片形状或网形状。此外，除了粒子形状以外，碳材料22也可以还具有各种各样的形状。在本变形例中，碳材料22被配置为，与含有金属材料21的层的两面接触。

导电层15除了金属材料21及碳材料22以外还含有氧透过性材料。具体而言，导电层15具备在氧透过性材料中分散有金属材料21的金属材料层16、和在氧透过性材料中分散有碳材料22的碳材料层17。在金属材料层16中，该金属材料21在金属材料层16的内部被电连接。此外，在碳材料层17中，该碳材料22在碳材料层17的内部被电连接。并且，导电层15成为金属材料层16的两面被碳材料层17夹持的结构。

导电层15中含有的氧透过性材料，与在第一实施方式的导电层12中含有的氧透过性材料同样，例如优选为硅酮。此外，除了硅酮以外，还优选为从由聚二甲基硅氧烷、乙基纤维素、聚－4－甲基戊烷－1、聚丁二烯、聚四氟乙烯及丁基橡胶构成的组中选择的至少一种。碳材料22优选为从例如由石墨烯、碳纳米管、富勒烯、炭黑、碳纤维及石墨构成的组中选择的至少一个。

根据上述变形例的结构，正极2中的具有导电功能的导电层15不直接与液相接触。由此，与第一实施方式的导电层12同样，能够抑制由氢离子或氯化物离子等液相自身的成分或微生物带来的腐蚀。此外，导电层15由于含有氧透过性材料，所以能够使从气相经由第1扩散层11供给的氧高效率地向第2扩散层13透过。此外，导电层15具有如下功能：使在负极产生的电子导通，进而促进从气相供给的氧与经由离子移动层进行了移动的氢离子之间的反应。并且，导电层15通过含有金属材料而具有高导电性，所以能够提高氧的还原反应的效率。此外，即使使正极1按比例扩大也能够抑制内部电阻的增加，能够抑制通过氧化还原反应生产的电能的下降。

在本变形例中，导电层15不仅含有金属材料21，还含有碳材料22。因此，与仅用金属材料20确保导电性的正极1相比，在材料获得的容易性、成本、耐腐蚀性、耐久性等观点来看是有利的。另外，如上述那样，图2的导电层15成为将在氧透过性材料中分散有金属材料21的金属材料层16与在氧透过性材料中分散有碳材料22的碳材料层17层叠的结构。但是，本实施方式并不限定于这样的形态。例如，导电层15也可以是在氧透过性材料中混合分散有金属材料21和碳材料22的单层。

[第二实施方式]

在本实施方式中，对使用第一实施方式的电极的燃料电池进行说明。

如上述那样，第一实施方式的电极能够用作燃料电池用的电极。燃料电池是能够释放出电的一次电池，例如可以举出氢燃料电池或微生物燃料电池。氢燃料电池是基于水的电分解的逆动作而从氢和氧得到电能的燃料电池。作为氢燃料电池，已知有固体高分子型燃料电池(PEFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、碱型燃料电池(AFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体电解质型燃料电池(SOFC)等。但是，第一实施方式的电极特别优选用作微生物燃料电池用的电极，所以以下对微生物燃料电池详细地说明。

图3是表示第二实施方式的微生物燃料电池的结构的概略立体图。图4是沿着图3的A－A’线的剖视图。图5是沿着图3的B－B’线的剖视图。图6是表示第二实施方式的微生物燃料电池的结构的平面图。如图3～图6所示，微生物燃料电池100具备正极1、负极3、离子移动层4、盒基材5、电解液6和容器8。此外，由正极1及盒基材5包围的空间是气相7，例如填充有空气。容器8是具备出入口9的废水层，废液通过出入口9向容器8内流入、并且从容器8排出。在作为废液的电解液6中含有有机物。电解液6一边与保持着微生物的负极3的表面接触一边对流，被进行废水处理。

(2－1.微生物燃料电池100的原理)

以下，对微生物燃料电池100的原理进行说明。

在负极3，通过以下的式1，回收当电解液6中的有机物被负极表面的微生物氧化分解时产生的电子。被负极3回收了的电子经由负极及正极所连接的外部电路向正极1移动。

有机物+水(H₂O)→电子(e^－)+质子(H⁺)+二氧化碳(CO₂) (式1)

另一方面，在正极1，通过以下的式2，由从气相7供给的氧、从负极3透过了离子移动层4的质子、以及经由外部电路移动来的电子而生成水。

氧(O₂)+质子(H⁺)+电子(e^－)→水(H₂O) (式2)

按照基于在负极3发生的上述式1的化学反应、和在正极1发生的上述式2的化学反应的氧化还原电位的梯度，电子在正极及负极间流动。由此，在外部电路中能得到相当于正极及负极间的电位差和流过外部电路的电流之间的乘积的电能。即，微生物燃料电池100能够通过电解液6中的废水处理而减少污泥产生量而进行发电。

(2－2.微生物燃料电池100的结构)

微生物燃料电池100将正极1以夹着盒基材5的方式配置。并且，如图3及图4所示，在正极1的外侧配置有离子移动层4，在离子移动层4的外侧配置有负极3。

由该盒基材5、正极1、离子移动层4及负极3构成的单元被浸渍在容器8内的电解液6中。这里，由盒基材5及正极1包围的空间不与电解液6接触，为气相7。另外，在本实施方式中，正极1、离子移动层4及负极3的接合体在盒基材5的两侧配置有各1组，但也可以仅配置在盒基材5的单侧。

正极1是第一实施方式的正极，隔着离子移动层4而与负极3分隔。正极1是用来迅速地进行气相7中的氧的供给的气体扩散电极。此外，正极1是通过氧还原反应而从外部电路流入电子的电极。另外，本实施方式的正极1也可以是第一实施方式的变形例的正极2。

负极3是在其表面保持电解液6中的微生物、并通过该微生物的有机物分解反应使电子向外部电路流出的电极。被负极3保持的微生物优选为厌气性微生物，例如优选为具有细胞外电子传递机构的生电细菌。具体而言，作为厌气性微生物，可以举出例如Geobacter属细菌、Shewanella属细菌、Aeromonas属细菌、Geothrix属细菌、Saccharomyces属细菌。

从在负极3的表面保持微生物的观点来看，负极3优选具有相对于厚度方向连续的空间。具体而言，负极3例如可以是多孔质或网状的导电体薄片等具有空隙的导电体薄片。或者，负极3也可以是在厚度方向上具有多个贯通孔的金属板。作为负极3的材料，例如可以使用铝、铜、不锈钢、镍、钛等导电性金属、碳纸、碳毡那样的碳材料等。

此外，在负极3，例如也可以装饰有电子传递介体分子。或者，容器8内的电解液6也可以含有电子传递介体分子。由此，促进从厌气性微生物向负极3的电子移动，能够实现更有效率的液体处理。

具体而言，在基于厌气性微生物的代谢机构中，在细胞内或与最终电子接纳体之间进行电子的交换。当向电解液6中导入介体分子，则介体分子作为代谢的最终电子接纳体发挥作用，并且将接收到的电子向负极3交接。结果，能够提高电解液6中的有机物等的氧化分解速度。这样的电子传递介体分子没有特别限定，例如可以使用从由中性红、蒽醌－2，6－二磺酸(AQDS)、硫堇、铁氰化钾及甲基紫精构成的组中选择的至少一个。

离子移动层4是对于在负极3产生的质子具有透过性的膜。另一方面，离子移动层4优选使在正极1保持的氧不向负极3侧透过。从该观点来看，离子移动层4优选为多孔质。此外，作为离子移动层4的材质，例如使用离子交换膜、玻璃纤维膜、合成纤维膜、塑料无纺布等。另外，离子移动层4只要具有质子透过性就可以，也可以使质子以外的物质透过。此外，也可以不是从负极3向正极1的单向透过，也可以是双向透过。

另外，正极1的第2扩散层13与离子移动层4接触，但含有质子的电解液6中的成分经由离子移动层4浸润到第2扩散层13中。

盒基材5是用来固定正极1、离子移动层4及负极3的接合体的框架部件，此外，是用来在正极1接触的空间中确保气相7的间隔件部件。具体而言，如图3及图4所示，盒基材5是沿着正极1的第1扩散层11的外周部的U字状的框部件，上部开口。即，盒基材5是将两根第一柱状部件5a的底面用第二柱状部件5b连结而得到的框部件。并且，盒基材5的侧面与正极1的第1扩散层11中的与导电层12相反侧的面的外周部相接合，能够抑制电解液6从1扩散层11的外周部向盒基材5的内部漏出。作为盒基材5的材质，例如优选氯乙烯。

根据第二实施方式的结构，正极1中的具有集电功能的导电层12不直接与液相接触。由此，能够抑制导电层12中的金属材料20由于液相自身的成分或微生物而腐蚀。此外，导电层12通过含有氧透过性材料，能够使从气相经由第1扩散层11供给的氧高效率地向第2扩散层13透过。此外，导电层15具有如下功能：使在负极生成的电子导通，进而促进从气相供给的氧与经由离子移动层进行了移动的氢离子之间的反应。并且，导电层15通过含有金属材料而具有高导电性，所以能够提高氧的还原反应的效率。此外，即使使正极1按比例扩大也能够抑制内部电阻的增加，能够抑制通过氧化还原反应生产的电能的下降。换言之，通过使导电特性及氧透过性良好的导电层不与废液接触，能够实现即使按比例扩大也能够抑制腐蚀并发挥高输出的微生物燃料电池100。

[效果]

第一实施方式的正极1具备：第1扩散层11，具有疏水性，使氧扩散；第2扩散层13，担载催化剂层30，使氧扩散。进而，正极1具备含有金属材料20和氧透过性材料、配置在第1扩散层11与第2扩散层13之间的导电层12。

正极1中的具有导电功能的导电层12被第1扩散层11及第2扩散层13夹持，不直接与液相接触。由此，能够抑制由液相自身的成分带来的腐蚀或由微生物带来的腐蚀。因此，能够长期间地维持导电层12的高导电能力，能够抑制电池特性的下降。此外，由于导电层12由金属材料20及氧透过性材料形成，所以即使使正极1按比例扩大也能够抑制内部电阻的增加，能够抑制通过氧化还原反应生产的电能的下降。

此外，在导电层12的电阻率为2Ωm以下的情况下，能够抑制正极1的内部电阻增加，防止电能输出下降。进而，在氧透过率为720000cc/m²·24h·atm以下的情况下，能够抑制经由导电层12从气相向液相大量供给氧、在液相中过量地溶入氧。因此，能够防止存在于液相中的厌气性微生物的有机物分解活性的下降。此外，在氧透过率为10000cc/m²·24h·atm以上的情况下，能够抑制第2扩散层13中的还原反应的速度下降。因此，在导电层12中，优选的是电阻率为2Ωm以下，并且氧透过率为10000cc/m²·24h·atm以上且720000cc/m²·24h·atm以下。由此，能够维持高输出。

此外，氧透过性材料优选的是硅酮。由此，能够通过低成本且简单化的工序形成具有氧透过性的导电层12。

此外，金属材料20也可以具有粒子形状。由此，当通过金属材料与氧透过性材料的混合形成导电层12时，能够通过容易的材料调整形成均质的导电层12。

此外，金属材料也可以具有片形状或线形状。由此，能够容易地形成具有导电性及氧透过性的导电层。

此外，导电层15也可以还含有碳材料。由此，与仅通过金属材料确保导电性的正极相比，从材料获得的容易性、成本、耐腐蚀性、耐久性等观点来看是有利的。

此外，第二实施方式的微生物燃料电池100具备保持微生物的负极3、对于负极3具有质子透过性的离子移动层4、和隔着离子移动层4而与负极3分隔的第一实施方式的正极1。

由此，正极1中的具有导电功能的导电层12不直接与液相接触。由此，能够抑制通过氢离子或氯化物离子等液相自身的成分或微生物而导电层12中的金属材料20腐蚀。由此，能够维持正极1的高集电能力，能够抑制电池特性的下降。此外，由于具有集电功能的导电层12由金属材料及氧透过性材料形成，所以即使使正极1按比例扩大也能够抑制内部电阻的增加，能够抑制通过氧化还原反应生产的电能的下降。换言之，通过使导电特性及氧透过性良好的导电层不与废液接触，能够实现即使按比例扩大也能够抑制腐蚀并发挥高输出的燃料电池。

正极1的第1扩散层11可以设置为与含有氧的气体接触。此外，正极1的第2扩散层13可以设置为与含有微生物的电解液6接触。

电解液6可以含有有机物。由此，通过将电解液6中的有机物用微生物氧化分解，能够减少电解液6中的污泥产生量并且进行发电。

负极3可以是多孔质，或者也可以是网状的导电体薄片。由此，负极3能够高密度地保持微生物，能够促进由微生物带来的有机物的氧化分解反应。

离子移动层4可以是多孔质，或者也可以是无纺布。由此，能够使在负极3产生的质子向正极透过。

以上，对第一实施方式及第二实施方式、以及其变形例的电极及燃料电池进行了说明，但本发明并不限定于这些实施方式及变形例。

例如，在第一实施方式及第二实施方式中，使正极1、离子移动层4及负极3的形状分别为平板型，但电极形状并不限于此。例如，正极1、离子移动层4及负极3的形状也可以是圆筒状、块状或盒状。

在第二实施方式中，作为本实施方式的燃料电池的一例而说明了微生物燃料电池100。但是，本实施方式的燃料电池也可以是MFC以外的结构，例如是氢燃料电池。

上述的正极1及正极2并不限于微生物燃料电池100的正极，也可以用于其他用途。例如，正极1及正极2也可以用作用来使水成为使用目的的水质的水处理装置的电极，或者用作用来将水排出以便不给周边环境带来影响的水处理装置的电极。

上述的正极1及正极2并不限于微生物燃料电池100的正极，也可以用作各种各样的电化学装置的电极。作为这样的电化学装置，可以举出水的电分解装置、二氧化碳透过装置、食盐电解装置、金属空气电池、金属锂空气电池等。

此外，在由正极1、离子移动层4及负极3构成的接合体在水压下挠曲的情况下，例如优选的是，向正极1插入用来保持该接合体的形状的间隔件。这样的间隔件的形状没有特别限定，但需要通过使用多孔质材料或具有许多狭缝的材料等来向第1扩散层11及第2扩散层13供给充分的氧。

在此援引日本专利申请特愿2014－185340号(申请日：2014年9月11日)的全部内容。

以上，按照实施方式说明了本发明的内容，但本发明并不限定于这些记载，对于本领域技术人员而言，显然能够进行各种各样的变形及改良。

产业上的可利用性

根据本发明的电极，能够抑制基于液相的腐蚀并且降低电池的内部电阻。此外，本发明的燃料电池由于使用该电极，所以能够长期间维持高发电性能。此外，本发明的水处理装置由于使用该电极，所以能够长期间地将废液有效率地净化。

标号说明

1、2 正极

3 负极

4 离子移动层

6 电解液(被处理液)

7 气相(气体)

11 第1扩散层

12、15 导电层

13 第2扩散层

20、21 金属材料

22 碳材料

30 催化剂层

100 微生物燃料电池(燃料电池)