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Control of interface between enzyme and carbon for high current density biofuel cells

高电流密度生物燃料电池中酶和碳之间界面的控制

基本信息

批准号：
21K04767
负责人：
田巻孝敬
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kagoshima University (2022)Tokyo Institute of Technology (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

触媒として酵素を用いるバイオ燃料電池は、グルコースなどの生体に安全・安心な燃料が利用できるため、医療用補助具や携帯機器のポータブル電源として開発が期待されている。本研究では、バイオ燃料電池の電極材料として用いるカーボンと酵素との界面構造を制御することで、酵素が有する高い反応速度を活用してバイオ燃料電池の高電流密度化を図る。昨年度までの研究により、酵素および電極の間で電子授受を行っているメディエータ濃度(有効メディエータ濃度)の増加が電流密度の増加に有効であることが示され、酵素との高い反応性を有するポリエチレンイミン(PEI)骨格のレドックスポリマーとアントラセン二量体の複合化により高い触媒電流が得られることが示された。今年度は、固定化メディエータの安定性について検討を行った。PEI骨格へスペーサーを介さずにフェロセンを直接固定化した場合、電解液として用いる緩衝液の種類によって電位サイクルによりフェロセン由来の酸化還元ピーク面積、および酵素との反応による触媒電流が減少した。これは、緩衝液中のアニオンを介したPEIとフェロセンカチオンの錯形成に由来する電気化学的失活によるものと考えられた。そこで、アルキルスペーサーを介してフェロセンの固定化を行った。スペーサーを介した固定により触媒電流値自体はわずかに減少したものの、電位サイクルに対する触媒電流の保持率が増加し、高電流密度と高い安定性を両立するメディエータ固定化法を明らかにした。今後は、さらなる電流密度と安定性の向上へ向けて、被覆密度やポリマー構造等の界面構造制御を進める。

Catalysts and enzymes are used for fuel cells, and fuel cells are safe and secure. We are looking forward to using the power supply and portable medical aids and portable equipment. In this study, the electrode materials of the fuel cell were controlled by the use of enzymes and interface structures. The enzyme has a high reaction speed and is used in a fuel cell to achieve high current density. Yesterday's annual research project, Enzyme Electrode Node, Electron Transfer and Reception Projectタconcentration(effective concentration)のincreasing current densityのincreasing increaseにeffectiveであることがshowされ, Enzyme is highly reactive and has high-reaction properties (PEI). The composite of the two-quantity body of the Machete is a high-catalyst current. This year, the stability of the fixed system has been improved. In the case of direct immobilization of PEI bone structure, the type of electrolyte buffer used and the type of buffer solution are used The origin of the てpotential サイクによりフェロセン is the acidification reduction ピーク area, the および enzyme is the reaction による catalytic current is reduced.これは、Buffer medium PEI のアニオンを搗たPEIとフェロセンカチオThe origin of the formation of ンのError is the deactivation of electrochemical chemistry.そこで、アルキルスペーサーを Introduction してフェロセンのsolidification を行った.スペーサーをしたfixed catalytic current value self-acting はわずかにreduce したものの、potential サイクルに対するtouch The medium current retention rate is increased, the high current density and the stability are high, and the immobilization method is used. From now on, we will control the interface structure such as current density and stability, coating density and surface structure.