燃料电池制造技术

本发明专利技术使具有非催化性的阳极电极、使用还原性燃料的燃料电池实现了优异的输出。本发明专利技术的燃料电池，具有阳极侧电极、阴极侧电极和配置在这些阳极侧电极和阴极侧电极之间的具有离子传导性的膜，存在于所述阳极侧电极的还原性燃料在5元环或6元环的含有氮和碳的杂环式化合物的存在下被氧化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池
本专利技术涉及具有非催化性的阳极电极、且使用还原性燃料的燃料电池。
技术介绍
具有阳极侧电极和阴极侧电极隔着具有离子传导性的膜相对的结构的燃料电池，已知有例如固体高分子型燃料电池等。燃料电池通常具有以下构造：在具有离子传导性的膜(例如、由离子交换树脂构成的电解质膜)的一面层叠配置阳极侧电极，在另一面层叠配置阴极侧电极。阳极侧电极被供给燃料(例如、氢气)，在此处通过催化剂的作用变为质子(H+)，向阴极侧电极放出2个电子(e-)。在阳极侧电极生成的质子穿过具有离子传导性的膜而达到阴极侧电极，在此处通过催化剂的作用接收来自阳极侧电极的2个电子(e-)，并且与由外部供给的氧气生成的氧离子一起生成水。于是从外部电路通过的电子的移动以电流的形式被取出。即、在阳极侧发生H2→2H++2e-的反应，在阴极侧发生2H++1/2O2+2e-→H2O的反应，作为整体的反应，发生H2+1/2O2→H2O的反应，由此进行发电。为了高效地进行化学反应，在电极中使用前述那样的催化剂，例如、固体高分子型燃料电池中很多都使用铂。近年来，提出了使用酶作为催化剂、仅进行所期望的反应的燃料电池(生物燃料电池)。该生物燃料电池通过发挥催化剂功能的酶将燃料分解，分离成质子和电子，作为燃料已经开发使用了甲醇、乙醇之类的醇类或葡萄糖之类的单糖类或淀粉之类的多糖类。非专利文献1和专利文献1中公开了固定在电子传达介体电极上的生物燃料电池。非专利文献1和专利文献1中公开的生物燃料电池中，作为将电子传达介体固定在电极材料上时使用的固体化剂使用了聚乙烯基咪唑。此外，专利文献2中公开了具有正极和负极隔着含有缓冲物质的电解质相对的构造、正极和负极的至少一者使用固定化酶、作为缓冲物质使用含有咪唑环的化合物的燃料电池。专利文献2中公开的燃料电池中在正极上固定胆红素氧化酶，在使用含有咪唑缓冲液的电解质时，在阴极单极评价中能够实现高电流密度。进而，专利文献3中公开了使用酶和电子受体测定血糖值的传感器。专利文献3中公开的传感器通过含有酶和电子受体、以及咪唑等杂环式化合物，从而改善了酶的保存稳定性(抑制保存前后的电流值变化)。另一方面，作为燃料电池，已知有上述那样的阳极电极不具有催化剂的功能、通过燃料本身的直接氧化来发电的类型。具体地，已知在使用抗坏血酸水溶液等还原剂作为燃料、具有不具有催化功能的阳极电极的燃料电池中，通过还原剂的氧化能够在常温常压下发电(非专利文献2)。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2008-71584号公报专利文献2:日本特开2008-60067号公报专利文献3:WO2012/042903非专利文献非专利文献1:Electrochemistry76,No.8,(2008)，第594-596页。非专利文献2:ElectrochemistryCommunications,Volume8,Issue5,May2006,第720-724页。
技术实现思路
专利技术要解决的课题但是，上述那样的使用还原剂作为燃料的燃料电池，存在阳极侧的反应性低、得不到充分的输出的问题。于是，本专利技术鉴于这样的情况，目的在于提供具有非催化性的阳极电极、使用还原剂作为燃料的燃料电池，其能够实现优异输出。解决课题的手段实现上述目的的本专利技术包括以下方案。【1】.一种燃料电池，其特征在于，具有阳极侧电极、阴极侧电极和配置在这些阳极侧电极和阴极侧电极之间的具有离子传导性的膜，存在于所述阳极侧电极的还原性燃料在5元环或6元环的含有氮和碳的杂环式化合物的存在下被氧化。【2】.如【1】所述的燃料电池，其特征在于，所述阳极侧电极中不含贵金属催化剂和酶。【3】.如【1】所述的燃料电池，其特征在于，所述还原性燃料是选自抗坏血酸、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸和氢气中的至少1种以上还原性燃料。【4】.如【1】所述的燃料电池，其特征在于，所述化合物含在与阳极侧电极接触的燃料中。【5】.如【1】所述的燃料电池，其特征在于，所述化合物存在于阳极侧电极的与燃料接触的表面。【6】.如【1】所述的燃料电池，其特征在于，所述还原性燃料以0.2～5.0M的浓度含有所述化合物。【7】.如【1】所述的燃料电池，其特征在于，所述阳极侧电极含有碳材料。【8】.如【1】所述的燃料电池，其特征在于，所述杂环式化合物是5元环的含有氮的杂环式化合物。【9】.如【1】所述的燃料电池，其特征在于，所述杂环式化合物是具有咪唑环的化合物。【10】.如【1】所述的燃料电池，其特征在于，所述杂环式化合物是选自吡唑、噻唑、1-乙烯基咪唑、聚乙烯基咪唑和组氨酸中的1种以上化合物。本说明书中包含本申请的优先权基础即日本专利申请2012-278610号说明书和/或其附图中记载的内容。专利技术效果本专利技术能够使具有非催化性的阳极电极、且使用还原剂作为燃料的燃料电池的输出大幅提高。附图说明图1是示意性地示出采用本专利技术的一例燃料电池的模式图。图2是实施例中制作的燃料电池的试件的截面图。图3是示出实施例1和比较例1的燃料电池的电池特性的比较结果的特性图。图4是示出实施例2和比较例1的燃料电池的电池特性的比较结果的特性图。图5是显示实施例3～7的燃料电池(作为还原剂使用2M抗坏血酸钠)的电池特性测定结果的特性图。图6是显示实施例3～7的燃料电池(作为还原剂使用NADH)的电池特性测定结果的特性图。具体实施方式下面参照附图来具体地说明本专利技术。本专利技术中的燃料电池是阴极电极和阳极电极隔着电解质相对的燃料电池，是向阳极电极供给的还原性燃料在5元环或6元环的含有氮和碳的杂环式化合物的存在下被氧化的类型的燃料电池。本专利技术的燃料电池特别是，优选在阴极电极和阳极电极中的至少阳极电极不具有催化功能。图1示意性地示出了采用本专利技术的一例燃料电池。图1所示的燃料电池1具有阳极侧电极11、阴极侧电极12、以及配置在阳极侧电极11和阴极侧电极12之间的、具有离子传导性的膜13(以下称作电解质膜13)。再者，燃料电池1中，阳极侧电极11配置在阳极室14的内部，阴极侧电极12配置在阴极室15的内部。再者，在阳极室14中填充或供给了还原性燃料。再者，特别是，本专利技术的燃料电池1，优选填充或供给到阳极室14中的还原性燃料含有作为燃料的还原剂、和5元环或6元环的含有氮和碳的杂环式化合物。再者，本专利技术的燃料电池中，5元环或6元环的含有氮和碳的杂环式化合物，可以预先与要填充或供给到阳极室14的还原性燃料混合，也可以与该还原性燃料分开地供给到阳极室14中。此外，本专利技术的燃料电池中，5元环或6元环的含有氮和碳的杂环式化合物也可以存在于阳极侧电极11的与还原性燃料接触的表面。例如、通过将含有5元环或6元环的含有氮和碳的杂环式化合物的溶液涂布到阳极侧电极11的与燃料接触的表面，可以使该表面存在5元环或6元环的含有氮和碳的杂环式化合物。或者，也可以在制作构成阳极侧电极11的电极材料之际预先混合5元环或6元环的含有氮和碳的杂环式化合物。这里的还原性燃料是指在氧化还原反应中使其他化学物质还原的化合物(还原剂)。即、还原性燃料在氧化还原反应中被氧化。因而，还原性燃料为电子供体。作为燃料电池1中能够使用的还原性燃料，可以列举出抗坏血酸、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(以下称作NADH)、还原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池，其特征在于，具有阳极侧电极、阴极侧电极和配置在这些阳极侧电极和阴极侧电极之间的具有离子传导性的膜，存在于所述阳极侧电极的还原性燃料在5元环或6元环的含有氮和碳的杂环式化合物的存在下被氧化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.20 JP 2012-2786101.一种燃料电池，其特征在于，不具有生物燃料电池中的酶，具有阳极侧电极、阴极侧电极和配置在这些阳极侧电极和阴极侧电极之间的具有离子传导性的膜，存在于所述阳极侧电极的还原性燃料在5元环或6元环的含有氮和碳的杂环式化合物的存在下被氧化，所述还原性燃料是选自抗坏血酸钠、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸中的1种以上，所述杂环式化合物是具有咪唑环的化合物、吡唑和/或噻唑，其含在与阳极侧电极接触的燃料中。2.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述阳极侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：河野典子，久寿米木幸宽，小野地裕策，杉本多津宏，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP