高機能グルコース-空気生物燃料電池の開発

高性能葡萄糖-空气生物燃料电池的开发

• 批准号: 18655078
• 负责人: 谷口 功
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Kumamoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18655078/
• 关键词: 酸素反応; 生物・生体工学; ナノ材料; 燃料電池; 表面・界面物性; 生体機能利用; 糖; バイオリアクター; 酸素反応; 生物・生体工学; ナノ材料; 燃料電池; 表面・界面物性; 生体機能利用; 糖; バイオリアクター

本研究では、これまで、出力電流が小さいことが主な原因となって注目度が低かった、グルコース-空気生物燃料電池について、実用レベルの出力を有する電池を開発作製ことを目的とした。すなわち、ナノ材料と組み合わせた良好な特性を有する触媒機能電極を作製し、グルコース-空気生物燃料電池を新しい実用可能な燃料電池とするための研究を進めた。その結果、以下の結果を得た。1、カーボン繊維材料を電極基盤とし、さらにカーボンナノ材料を用いて、その上に酵素を固定化することで、グルコース酸化用のミリアンペア/cm^2レベルの出力を有する電極を作製した。2、カーボンフェルト電極に、CNT(カーボンナノチューブ)やカーボンナノ粒子等のナノ材料を組み合わせることで、ビリルビン酸化酵素の直接電子移動反応(メディエーターレス)による酸素還元が可能であることを示した。一方、グルコース酸化においては、カーボンナノチューブ修飾電極上で、グルコース酸化酵素の直接電子移動によるグルコースの省エネルギー的酸化(-0.4Vvs.Ag/AgCl付近から)反応が可能で有ることを明らかにした。3、さらに、改良型として、金ナノ粒子をカーボン繊維に担持して、その金表面をプロモーター機能分子で修飾することで、フルクトース脱水素酵素の直接電子移動型電極の作製に成功した。4、これらの機能電極の作製と電池構成上の工夫によって、グルコース-空気生物燃料電池及びフルクトース-空気生物燃料電池について、出力電圧0.6〜0.8V、電流出力1〜2mA/cm^2、以上、出力電力0.5〜1mW/cm^2以上の生物燃料電池を作製した。このことによって、グルコース-空気およぶフルクトース-空気生物燃料電池を作製するとともに、ショ糖を燃料とするバイオ電池の構成も可能とした。また、この種のバイオ電池の実用化への距離が短くなったことから、生体内電源や小型電子デバイス駆動用電源としての実用化への研究が加速しつつ有る。

这项研究旨在开发和制造一个葡萄糖空气生物燃料电池，由于输出电流较小，几乎没有引起关注，迄今为止，目的是开发和生产具有实用水平的细胞。换句话说，进行了研究以使具有良好性能与纳米材料结合的催化功能电极，并使葡萄糖空气生物燃料细胞成为新的实用燃料电池。结果，获得了以下结果。 1。使用碳纤维材料作为电极碱，然后使用碳纳米材料，在其上固定酶，从而产生具有毫克/cm^2的葡萄糖氧化水平的电极。 2。已经表明，通过将纳米材料（例如CNT（碳纳米管）和碳纳米颗粒与碳毡电极相结合，可以通过直接电子转移反应（无介质）的氧气减少胆红素氧化酶的氧气。另一方面，可以发现，在葡萄糖氧化中，可以通过碳纳米管修饰的电极对葡萄糖氧化酶的直接电子转移（从-0.4vvs.ag/agcl）进行直接电子转移（从-0.4vvs.ag/agcl）进行葡萄糖的氧化。 3.此外，作为改进的版本，在碳纤维上支持了金纳米颗粒，并用启动子功能分子修饰了金表面，从而成功地制造了果糖脱氢酶的直接电子传递电极。 4。通过使这些功能电极和细胞构型中的创造力，为0.6-0.8V的输出电压，1-2MA/cm^2的电流输出和0.5-1MW/cm^2的输出功率为葡萄糖 - 空气生物燃料细胞和果糖 - 果糖型生物燃料细胞制备。这使得可以生产葡萄糖空气果糖空气生物燃料细胞并构建蔗糖燃料的生物池。此外，随着这种类型的生物库的实际使用的距离已经缩短，研究用作体内电源的实际用途，并且正在加速驱动小型电子设备的电源。