申請日2015.09.07

　　公開(公告)日2017.03.22

　　IPC分類號H01M4/86; H01M8/0226; H01M8/16; C02F3/34

　　摘要

　　一種電極，具備：第1擴散層(11)，具有疏水性，使氧擴散;第2擴散層(13)，擔載催化劑層(30)，使氧擴散。此外，電極具備含有金屬材料(20、21)和氧透過性材料且配置在第1擴散層與第2擴散層之間的導電層(12、15)。燃料電池(100)及水處理裝置具備負極(3)、具有質(zhì)子透過性的離子移動層(4)、和隔著離子移動層而與負極分隔的由上述電極構成的正極(1、2)。

　　摘要附圖

 

　　權利要求書

　　1.一種電極，其特征在于，具備：

　　第1擴散層，具有疏水性，使氧擴散;

　　第2擴散層，擔載催化劑層，使氧擴散;以及

　　導電層，含有金屬材料和氧透過性材料，配置在上述第1擴散層與上述第2擴散層之間。

　　2.如權利要求1所述的電極，其特征在于，

　　上述導電層其電阻率是2Ωm以下，并且氧透過率是10000cc/m2·24h·atm以上且720000cc/m2·24h·atm以下。

　　3.如權利要求1或2所述的電極，其特征在于，

　　上述氧透過性材料是硅酮。

　　4.如權利要求1～3中任一項所述的電極，其特征在于，

　　上述金屬材料具有粒子形狀。

　　5.如權利要求1～3中任一項所述的電極，其特征在于，

　　上述金屬材料具有片形狀或線形狀。

　　6.如權利要求1～5中任一項所述的電極，其特征在于，

　　上述導電層還含有碳材料。

　　7.一種燃料電池，其特征在于，具備：

　　負極;

　　離子移動層，具有質(zhì)子透過性;以及

　　正極，是權利要求1～6中任一項所記載的電極，隔著上述離子移動層而與上述負極分隔。

　　8.如權利要求7所述的燃料電池，其特征在于，

　　上述正極的上述第1擴散層設置為，與含有氧的氣體接觸;

　　上述正極的上述第2擴散層設置為，與含有微生物的被處理液接觸。

　　9.如權利要求8所述的燃料電池，其特征在于，

　　上述被處理液含有有機物。

　　10.如權利要求7～9中任一項所述的燃料電池，其特征在于，

　　上述負極為多孔質(zhì)，或由網(wǎng)狀的導電體薄片構成。

　　11.如權利要求7～10中任一項所述的燃料電池，其特征在于，

　　上述離子移動層為多孔質(zhì)，或由無紡布構成。

　　12.一種水處理裝置，其特征在于，具備：

　　負極;

　　離子移動層，具有質(zhì)子透過性;以及

　　正極，是權利要求1～6中任一項所記載的電極，隔著上述離子移動層而與上述負極分隔。

　　說明書

　　電極以及使用它的燃料電池及水處理裝置

　　技術領域

　　本發(fā)明涉及電極以及使用它的燃料電池及水處理裝置。

　　背景技術

　　利用微生物將有機物變換為電能的微生物燃料電池主要由負極、離子移動層和正極構成。在負極中，將有機物被微生物氧化分解時產(chǎn)生的電子回收。被負極回收的電子向正極移動，通過還原反應被消耗。并且，電子按照在該兩極發(fā)生的化學反應所帶來的氧化還原電位的梯度而流動。在負極的反應中附帶產(chǎn)生的氫離子穿過離子移動層而到達正極。并且，氫離子在正極與電子及氧反應而產(chǎn)生水。

　　這里，為了使微生物燃料電池高輸出化，需要裝置的按比例擴大(scale up)。但是，隨著按比例擴大而電池的內(nèi)部電阻升高，擔心生成的電能的輸出下降。

　　因此，在非專利文獻1中，公開了一種具有從氣相側(cè)起按順序地由擴散層、催化劑層及金屬集電體層構成的正極的微生物燃料電池。進而，在非專利文獻1中，還公開了該正極的金屬集電體層被暴露在液相中。根據(jù)非專利文獻1，通過使用作為導電性材料的金屬作為集電材料，實現(xiàn)內(nèi)部電阻的降低，能夠?qū)崿F(xiàn)基于按比例擴大的高輸出化。

　　非專利文獻1：X.Zhang，et al.，“Enhanced Activated Carbon CathodePerformance for Microbial Fuel Cell by Blending Carbon Black”Environ.Sci.Technol.，48(3)，pp.2075-2081，2014.

　　發(fā)明內(nèi)容

　　但是，在非專利文獻1所公開的微生物燃料電池中，正極的金屬集電體層被設置在液相側(cè)，受到由氫離子或氯化物離子等液相自身的成分帶來的腐蝕或由微生物帶來的腐蝕的影響。由此，金屬集電體層的集電能力下降，擔心發(fā)生電池特性的下降。

　　本發(fā)明是鑒于這樣的以往技術具有的問題而做出的。并且，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠在抑制基于液相的腐蝕的同時降低電池的內(nèi)部電阻的電極、以及使用它的燃料電池及水處理裝置。

　　為了解決上述課題，本發(fā)明的第一技術方案的電極具備：第1擴散層，具有疏水性，使氧擴散;第2擴散層，擔載催化劑層，使氧擴散。進而，該電極具備含有金屬材料和氧透過性材料并且配置在第1擴散層與第2擴散層之間的導電層。

　　本發(fā)明的第二技術方案的燃料電池具備：負極;離子移動層，具有質(zhì)子透過性;正極，是本發(fā)明的第一技術方案的電極，隔著離子移動層而與負極分隔。

　　本發(fā)明的第三技術方案的水處理裝置具備：負極;離子移動層，具有質(zhì)子透過性;正極，是本發(fā)明的第一技術方案的電極，隔著離子移動層而與負極分隔。