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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

基本信息

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

项目摘要

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。

This study is aimed at controlling the development of air-air biofuel cells due to the low output current and the low attention. The research on the preparation and application of novel and practical bio-fuel cells has been carried out. The following results were obtained. 1. The electrode substrate of the polymer material is prepared by immobilizing the enzyme on the substrate, and the electrode is prepared by immobilizing the enzyme on the substrate. 2. The direct electron transfer reaction of acidifying enzyme with CNT (CNT), CNT(CNT), CNT), CNT (CNT), On one side, the acidification of the enzyme on the modified electrode is possible due to the direct electron transfer of the enzyme (-0.4Vs.Ag/AgCl). 3. Successful preparation of direct electron mobility electrode with modified and modified gold particles and gold surface functional molecules 4. The operation of functional electrodes and the manufacture of biofuel cells with an output voltage of 0.6 ~ 0.8V, an output current of 1 ~ 2mA/cm^2 or more and an output power of 0.5 ~ 1mW/cm^2 or more shall be carried out. This is the first time that a bio-fuel cell has been manufactured. The research on the practical application of the battery in vivo power supply and small electronic power supply has been accelerated.