高機能グルコース-空気生物燃料電池の開発

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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。