申请日2015.09.07
公开(公告)日2017.03.22
IPC分类号H01M4/86; H01M8/0226; H01M8/16; C02F3/34
摘要
一种电极，具备：第1扩散层(11)，具有疏水性，使氧扩散;第2扩散层(13)，担载催化剂层(30)，使氧扩散。此外，电极具备含有金属材料(20、21)和氧透过性材料且配置在第1扩散层与第2扩散层之间的导电层(12、15)。燃料电池(100)及水处理装置具备负极(3)、具有质子透过性的离子移动层(4)、和隔着离子移动层而与负极分隔的由上述电极构成的正极(1、2)。
摘要附图
权利要求书
1.一种电极，其特征在于，具备：
第1扩散层，具有疏水性，使氧扩散;
第2扩散层，担载催化剂层，使氧扩散;以及
导电层，含有金属材料和氧透过性材料，配置在上述第1扩散层与上述第2扩散层之间。
2.如权利要求1所述的电极，其特征在于，
上述导电层其电阻率是2Ωm以下，并且氧透过率是10000cc/m2·24h·atm以上且720000cc/m2·24h·atm以下。
3.如权利要求1或2所述的电极，其特征在于，
上述氧透过性材料是硅酮。
4.如权利要求1～3中任一项所述的电极，其特征在于，
上述金属材料具有粒子形状。
5.如权利要求1～3中任一项所述的电极，其特征在于，
上述金属材料具有片形状或线形状。
6.如权利要求1～5中任一项所述的电极，其特征在于，
上述导电层还含有碳材料。
7.一种燃料电池，其特征在于，具备：
负极;
离子移动层，具有质子透过性;以及
正极，是权利要求1～6中任一项所记载的电极，隔着上述离子移动层而与上述负极分隔。
8.如权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，
上述正极的上述第1扩散层设置为，与含有氧的气体接触;
上述正极的上述第2扩散层设置为，与含有微生物的被处理液接触。
9.如权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，
上述被处理液含有有机物。
10.如权利要求7～9中任一项所述的燃料电池，其特征在于，
上述负极为多孔质，或由网状的导电体薄片构成。
11.如权利要求7～10中任一项所述的燃料电池，其特征在于，
上述离子移动层为多孔质，或由无纺布构成。
12.一种水处理装置，其特征在于，具备：
负极;
离子移动层，具有质子透过性;以及
正极，是权利要求1～6中任一项所记载的电极，隔着上述离子移动层而与上述负极分隔。
说明书
电极以及使用它的燃料电池及水处理装置
技术领域
本发明涉及电极以及使用它的燃料电池及水处理装置。
背景技术
利用微生物将有机物变换为电能的微生物燃料电池主要由负极、离子移动层和正极构成。在负极中，将有机物被微生物氧化分解时产生的电子回收。被负极回收的电子向正极移动，通过还原反应被消耗。并且，电子按照在该两极发生的化学反应所带来的氧化还原电位的梯度而流动。在负极的反应中附带产生的氢离子穿过离子移动层而到达正极。并且，氢离子在正极与电子及氧反应而产生水。
这里，为了使微生物燃料电池高输出化，需要装置的按比例扩大(scale up)。但是，随着按比例扩大而电池的内部电阻升高，担心生成的电能的输出下降。
因此，在非专利文献1中，公开了一种具有从气相侧起按顺序地由扩散层、催化剂层及金属集电体层构成的正极的微生物燃料电池。进而，在非专利文献1中，还公开了该正极的金属集电体层被暴露在液相中。根据非专利文献1，通过使用作为导电性材料的金属作为集电材料，实现内部电阻的降低，能够实现基于按比例扩大的高输出化。
非专利文献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.
发明内容
但是，在非专利文献1所公开的微生物燃料电池中，正极的金属集电体层被设置在液相侧，受到由氢离子或氯化物离子等液相自身的成分带来的腐蚀或由微生物带来的腐蚀的影响。由此，金属集电体层的集电能力下降，担心发生电池特性的下降。
本发明是鉴于这样的以往技术具有的问题而做出的。并且，本发明的目的在于，提供一种能够在抑制基于液相的腐蚀的同时降低电池的内部电阻的电极、以及使用它的燃料电池及水处理装置。
为了解决上述课题，本发明的第一技术方案的电极具备：第1扩散层，具有疏水性，使氧扩散;第2扩散层，担载催化剂层，使氧扩散。进而，该电极具备含有金属材料和氧透过性材料并且配置在第1扩散层与第2扩散层之间的导电层。
本发明的第二技术方案的燃料电池具备：负极;离子移动层，具有质子透过性;正极，是本发明的第一技术方案的电极，隔着离子移动层而与负极分隔。
本发明的第三技术方案的水处理装置具备：负极;离子移动层，具有质子透过性;正极，是本发明的第一技术方案的电极，隔着离子移动层而与负极分隔。