申請(qǐng)日2015.09.16

　　公開(kāi)(公告)日2017.04.19

　　IPC分類(lèi)號(hào)H01M4/86; C02F3/28; H01M4/96; H01M8/16

　　摘要

　　電極(10)具備具有疏水性的第一擴(kuò)散層(1)、擔(dān)載催化劑(4)的第二擴(kuò)散層(2)、配置在第一擴(kuò)散層與第二擴(kuò)散層之間且具有透氧性的透氧層(3)。而且，第二擴(kuò)散層具有片狀的碳材料。此外，燃料電池(100)具備擔(dān)載微生物的負(fù)極(20)、透過(guò)氫離子的離子移動(dòng)層(30)、介由離子移動(dòng)層與負(fù)極隔開(kāi)的由電極(10)構(gòu)成的正極(40)。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1.一種電極，其具備：

　　具有疏水性的第一擴(kuò)散層，

　　擔(dān)載催化劑的第二擴(kuò)散層，

　　配置在所述第一擴(kuò)散層與所述第二擴(kuò)散層之間、且具有透氧性的透氧層;

　　所述第二擴(kuò)散層具有片狀的碳材料。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極，其中，

　　所述第二擴(kuò)散層含有石墨;

　　所述石墨中的石墨烯層沿著與所述第一擴(kuò)散層、所述第二擴(kuò)散層及所述透氧層的層疊方向垂直的方向排列。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極，其中，所述第二擴(kuò)散層的ISO透氣性為2.0×10-5μm/Pa·s～0.38μm/Pa·s。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電極，其中，所述第二擴(kuò)散層的密度為0.10g/cm3～1.0g/cm3。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的電極，其中，所述第二擴(kuò)散層中，與所述第一擴(kuò)散層、所述第二擴(kuò)散層及所述透氧層的層疊方向垂直的方向的電阻率為20μΩ·m以下，且所述第一擴(kuò)散層、所述第二擴(kuò)散層及所述透氧層的層疊方向的電阻率為與所述層疊方向垂直的方向的電阻率的100倍以上。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的電極，其中，

　　所述第二擴(kuò)散層含有石墨;

　　在所述石墨中的石墨烯層的層間擔(dān)載所述催化劑。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的電極，其中，所述透氧層含有有機(jī)硅。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的電極，其中，所述催化劑為氧還原催化劑。

　　9.一種燃料電池，其具備：

　　擔(dān)載微生物的負(fù)極;

　　透過(guò)氫離子的離子移動(dòng)層;

　　介由所述離子移動(dòng)層與所述負(fù)極隔開(kāi)的、由權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的電極構(gòu)成的正極。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料電池，其中，構(gòu)成所述正極的所述第一擴(kuò)散層以與含氧的氣體接觸的方式配置，所述第二擴(kuò)散層以與被處理液接觸的方式配置。

　　11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池，其中，所述被處理液含有有機(jī)物。

　　12.根據(jù)權(quán)利要求9～11中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其中，所述負(fù)極具備選自多孔質(zhì)的導(dǎo)電體片、織布狀的導(dǎo)電體片及無(wú)紡布狀的導(dǎo)電體片中的至少一種。

　　13.根據(jù)權(quán)利要求9～12中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其中，

　　所述負(fù)極含有石墨;

　　所述石墨中的石墨烯層沿著與所述負(fù)極、所述離子移動(dòng)層及所述正極的層疊方向垂直的方向排列。

　　14.根據(jù)權(quán)利要求9～13中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其中，所述離子移動(dòng)層具備選自多孔質(zhì)的片材、織布狀的片材及無(wú)紡布狀的片材中的至少一種。

　　15.一種水處理裝置，其具備：

　　擔(dān)載對(duì)被處理液進(jìn)行凈化的微生物的負(fù)極;

　　透過(guò)氫離子的離子移動(dòng)層;

　　介由所述離子移動(dòng)層與所述負(fù)極隔開(kāi)的、由權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的電極構(gòu)成的正極。

　　說(shuō)明書(shū)

　　電極、燃料電池及水處理裝置

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及電極、燃料電池及水處理裝置。詳細(xì)地講，本發(fā)明涉及可凈化廢水、且可生成電能的電極、以及采用該電極的燃料電池及水處理裝置。

　　背景技術(shù)

　　近年來(lái)，作為可持續(xù)的能源，利用生物進(jìn)行發(fā)電的微生物燃料電池引人注目。微生物燃料電池是利用微生物的代謝功能而將有機(jī)物等轉(zhuǎn)換成電能的裝置，是一邊進(jìn)行有機(jī)物的處理一邊進(jìn)行能量回收的優(yōu)異的系統(tǒng)。但是，因微生物所發(fā)的電力非常小，輸出的電流密度低，因而需要進(jìn)一步改進(jìn)。

　　作為以往的微生物燃料電池(細(xì)菌燃料電池)，公開(kāi)了具有多個(gè)陽(yáng)極和多個(gè)陰極、且這些陽(yáng)極和陰極與要凈化的液體液相相接的微生物燃料電池(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。而且，該陽(yáng)極及陰極分別具有在電路中以經(jīng)過(guò)負(fù)載而電連接的方式配置的金屬制導(dǎo)電體。此外，在金屬制導(dǎo)電體與要凈化的液體之間設(shè)有導(dǎo)電性涂層，通過(guò)該導(dǎo)電性涂層將該液體和導(dǎo)電體彼此隔離。

　　現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

　　專(zhuān)利文獻(xiàn)

　　專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特表2012-507828號(hào)公報(bào)

　　發(fā)明內(nèi)容

　　在專(zhuān)利文獻(xiàn)1的微生物燃料電池中，通過(guò)采用可防止金屬制導(dǎo)電體腐蝕的導(dǎo)電性涂層而抑制了電池性能的下降�？墒�，該導(dǎo)電性涂層因與金屬制導(dǎo)電體相比電阻高，而不能享受金屬制導(dǎo)電體本來(lái)的低電阻性，有電池性能下降的問(wèn)題。此外，例如即使在金屬制導(dǎo)電體上設(shè)置導(dǎo)電性涂層，也有因長(zhǎng)期間的使用而使金屬制導(dǎo)電體腐蝕、使作為導(dǎo)電體的功能下降的顧慮。

　　本發(fā)明是鑒于這樣的現(xiàn)有技術(shù)所具有的問(wèn)題而完成的。而且，本發(fā)明的目的在于，提供電阻低、可提高電池性能的電極、以及使用該電極的燃料電池及水處理裝置。

　　為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的第一方案涉及的電極具備：具有疏水性的第一擴(kuò)散層、擔(dān)載催化劑的第二擴(kuò)散層、配置在第一擴(kuò)散層與第二擴(kuò)散層之間的具有透氧性的透氧層。而且，第二擴(kuò)散層具有片狀的碳材料。

　　本發(fā)明的第二方案涉及的燃料電池具備：擔(dān)載微生物的負(fù)極、透過(guò)氫離子的離子移動(dòng)層、介由離子移動(dòng)層與負(fù)極隔開(kāi)且由上述電極構(gòu)成的正極。

　　本發(fā)明的第三方案涉及的水處理裝置具備：擔(dān)載對(duì)被處理液進(jìn)行凈化的微生物的負(fù)極、透過(guò)氫離子的離子移動(dòng)層、介由離子移動(dòng)層與負(fù)極隔開(kāi)且由上述電極構(gòu)成的正極。