JP2017183012A - Microbial fuel cell - Google Patents

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Makoto Toko
真 都甲
秀和 志摩
Hidekazu Shima
秀和 志摩
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten time until output generation from cell formation without using an external power source and control equipment.SOLUTION: A microbial fuel cell (100) includes: a microorganism-containing layer (5) including at least one current generating bacteria (11), at least one aerobic bacteria (14), at least one methane-producing bacteria (15), and organic matter; an anode electrode (2) which is arranged in contact with the microorganism-containing layer (5) and takes out electrons generated by decomposition of the organic matter due to the current generating bacteria (11); and a cathode electrode (3) receiving the electrons.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、微生物燃料電池に関する。   The present invention relates to a microbial fuel cell.

微生物などの生体触媒に用いた微生物燃料電池は、有機物から直接発電が可能であることから、環境発電の一種として注目されている。   Microbial fuel cells used for biocatalysts such as microorganisms are attracting attention as a kind of environmental power generation because they can generate power directly from organic matter.

例えば、特許文献1に開示された微生物燃料電池は、アノードと、カソードと、アノードおよびカソード14の間に配置されたカチオン交換膜とを有し、アノードにelectricigenic微生物が配置されている構成である。   For example, the microbial fuel cell disclosed in Patent Document 1 has a configuration in which an anode, a cathode, and a cation exchange membrane disposed between the anode and the cathode 14 are disposed, and electricigenic microorganisms are disposed on the anode. .

特開2008−288198号公報(2008年11月27日公開)JP 2008-288198 A (published November 27, 2008) 特開2004−016023号公報(2004年1月22日公開)JP 2004-016023 A (published on January 22, 2004)

特許文献1に示されるような従来の微生物燃料電池では、電池出力が一定以上になるまで数日を要していた。これは、初期状態の負極上および負極槽内の微生物量が少ないために、その微生物の増殖および活性化に時間がかかることが原因と考えられる。   In the conventional microbial fuel cell as shown in Patent Document 1, several days are required until the battery output becomes a certain level or more. This is thought to be because the amount of microorganisms on the negative electrode in the initial state and in the negative electrode tank is small, and it takes time to grow and activate the microorganisms.

微生物の増殖速度を高めるためには、例えば特許文献2に示されるような、培地に電圧を印加しながら微生物を培養する、いわゆる電気培養技術が検討されている。しかしながら、電気培養技術では、外部電源や電源制御のための制御機器を要することとなる。   In order to increase the growth rate of microorganisms, for example, a so-called electroculture technique for culturing microorganisms while applying a voltage to a medium as shown in Patent Document 2 has been studied. However, the electroculturing technique requires an external power source and a control device for controlling the power source.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、外部電源や制御機器を用いることなく、電池形成から出力発生までの時間を短縮することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to shorten the time from battery formation to output generation without using an external power supply or a control device.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る微生物燃料電池は、少なくとも1種類の電流発生菌、少なくとも1種類の好気性細菌、少なくとも1種類のメタン生成菌、および有機物を含む微生物含有層と、前記微生物含有層に接触して配置され、前記電流発生菌による前記有機物の分解によって生じる電子を取り出す負極と、前記電子を受け取る正極と、を備えている。   In order to solve the above-described problems, a microbial fuel cell according to one embodiment of the present invention includes a microorganism including at least one type of current-producing bacterium, at least one type of aerobic bacterium, at least one type of methanogen, and an organic substance. A containing layer; a negative electrode that is disposed in contact with the microorganism-containing layer and extracts electrons generated by the decomposition of the organic matter by the current generating bacteria; and a positive electrode that receives the electrons.

本発明の一態様によれば、電源や制御機器を用いることなく、微生物燃料電池内の微生物を早期に増殖および活性化することで、電力発生までの時間を短縮することができるという効果を奏する。   According to one aspect of the present invention, it is possible to shorten the time until power generation by rapidly growing and activating microorganisms in a microbial fuel cell without using a power supply or a control device. .

本発明の実施形態1に係る微生物燃料電池を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the microbial fuel cell which concerns on Embodiment 1 of this invention. 上記実施形態1に係る微生物燃料電池の動作原理を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the operation principle of the microbial fuel cell which concerns on the said Embodiment 1. FIG. 本発明の実施形態2に係る微生物燃料電池を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the microbial fuel cell which concerns on Embodiment 2 of this invention. 上記実施形態2に係る微生物燃料電池の動作原理を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the operation principle of the microbial fuel cell which concerns on the said Embodiment 2. FIG. 上記実施形態2に係る微生物燃料電池の製作後の出力電圧を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the output voltage after manufacture of the microbial fuel cell which concerns on the said Embodiment 2. FIG. 本発明の実施形態3に係る微生物燃料電池を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the microbial fuel cell which concerns on Embodiment 3 of this invention.

以下、本発明の実施形態について、図1〜図6に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

〔実施形態1〕
本発明の実施形態1について図1および図2を用いて説明すれば、以下のとおりである。
Embodiment 1
The following describes Embodiment 1 of the present invention with reference to FIG. 1 and FIG.

(微生物燃料電池の構造)
図1は、本実施形態に係る微生物燃料電池100を模式的に示す断面図である。
(Structure of microbial fuel cell)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a microbial fuel cell 100 according to the present embodiment.

図1に示すように、微生物燃料電池100は、筐体1を備えており、当該筐体1内に設けられた、アノード電極2(負極)と、カソード電極3(正極)と、イオン伝導層4と、微生物含有層5と、空気層6とを備えている。筐体1の上側にはアノード電極2が配置され、筐体1の下側にはカソード電極3が配置されている。微生物含有層5は、アノード電極2の上側と下側とにアノード電極2と接するように配置されている。空気層6は、カソード電極3の下側にカソード電極3と接するように配置されている。   As shown in FIG. 1, the microbial fuel cell 100 includes a housing 1, and an anode electrode 2 (negative electrode), a cathode electrode 3 (positive electrode), and an ion conductive layer provided in the housing 1. 4, a microorganism-containing layer 5, and an air layer 6. An anode electrode 2 is disposed on the upper side of the housing 1, and a cathode electrode 3 is disposed on the lower side of the housing 1. The microorganism-containing layer 5 is disposed on the upper side and the lower side of the anode electrode 2 so as to be in contact with the anode electrode 2. The air layer 6 is disposed below the cathode electrode 3 so as to be in contact with the cathode electrode 3.

微生物燃料電池100は、アノード電極2とカソード電極3との間にイオン伝導層4が間に介在しているのであれば、アノード電極2、カソード電極3およびイオン伝導層4の配置に特に制限はなく、アノード電極2がイオン伝導層4に接触していても構わない。また、アノード電極2、カソード電極3およびイオン伝導層4は、上側から、カソード電極3、イオン伝導層4、アノード電極2の順に配置されていても構わない。あるいは、アノード電極2、カソード電極3およびイオン伝導層4は、水平方向に、カソード電極3、イオン伝導層4、アノード電極2の順に配置されていても構わない。   In the microbial fuel cell 100, if the ion conductive layer 4 is interposed between the anode electrode 2 and the cathode electrode 3, the arrangement of the anode electrode 2, the cathode electrode 3 and the ion conductive layer 4 is not particularly limited. Alternatively, the anode electrode 2 may be in contact with the ion conductive layer 4. Moreover, the anode electrode 2, the cathode electrode 3, and the ion conductive layer 4 may be arrange | positioned in order of the cathode electrode 3, the ion conductive layer 4, and the anode electrode 2 from the upper side. Alternatively, the anode electrode 2, the cathode electrode 3, and the ion conductive layer 4 may be arranged in the order of the cathode electrode 3, the ion conductive layer 4, and the anode electrode 2 in the horizontal direction.

アノード電極2にはアノード配線20が電気的に接続され、カソード電極3にはカソード配線30が電気的に接続されている。これにより、微生物発電により発生した電気を外部に取り出すことができる。アノード配線20およびカソード配線30は、例えば、制御回路(図示せず)、負荷(図示せず)などに電気的に接続されてもよい。   An anode wiring 20 is electrically connected to the anode electrode 2, and a cathode wiring 30 is electrically connected to the cathode electrode 3. Thereby, the electricity generated by the microbial power generation can be taken out. The anode wiring 20 and the cathode wiring 30 may be electrically connected to a control circuit (not shown), a load (not shown), etc., for example.

(筐体)
筐体1を構成する材料は特に制限されないが、例えばプラスチックなどの絶縁性を有する材料を用いることが好ましい。例えば、当該材料として、一般的な樹脂(あるいはゴム)材料、フッ素系樹脂(あるいはゴム)材料、絶縁被膜付き金属材料、およびセラミック材料等を挙げることができる。中でも、低コストで耐腐食性が高いという理由から、筐体1を構成する材料は、フッ素系樹脂(あるいはゴム)材料であることが望ましい。
(Casing)
Although the material which comprises the housing | casing 1 is not restrict | limited in particular, It is preferable to use the material which has insulation, such as a plastics, for example. Examples of the material include a general resin (or rubber) material, a fluorine-based resin (or rubber) material, a metal material with an insulating film, and a ceramic material. In particular, the material constituting the housing 1 is desirably a fluorine resin (or rubber) material because of its low cost and high corrosion resistance.

(アノード電極)
アノード電極2は、微生物含有層5から供給される嫌気性の電流発生菌11を触媒として用い、かつ微生物含有層5に含まれる有機物燃料の酸化を行う電極であり、電流発生菌11による有機物燃料の分解によって生じる電子を取り出す。このようなアノード電極2を構成する材料としては、導電性を有し、かつ耐腐食性に優れる材料が用いられる。このような材料として、好ましくは、ステンレス、白金、金、カーボン、ニッケル、チタンなどの材料や、金属などの導電材料にステンレス、白金、金、カーボン、ニッケル、チタンなどのコーティングを施したものなどを挙げることができる。
(Anode electrode)
The anode electrode 2 is an electrode that uses the anaerobic current-generating bacteria 11 supplied from the microorganism-containing layer 5 as a catalyst and oxidizes the organic fuel contained in the microorganism-containing layer 5. Extract the electrons generated by the decomposition of. As a material constituting such an anode electrode 2, a material having conductivity and excellent corrosion resistance is used. Such a material is preferably a material such as stainless steel, platinum, gold, carbon, nickel, titanium, or a conductive material such as a metal coated with stainless steel, platinum, gold, carbon, nickel, titanium, or the like. Can be mentioned.

さらには、アノード電極2を構成する材料として、微細構造、メッシュ状など、投影面積よりも電極面積を稼げる構造や形状を有する材料を用いてもよい。これにより、微生物の吸着面積を増やすことができ、大きな発電電流を得ることができる。   Furthermore, as a material constituting the anode electrode 2, a material having a structure or a shape that can obtain an electrode area larger than a projected area, such as a fine structure or a mesh shape, may be used. Thereby, the adsorption area of microorganisms can be increased and a large generated current can be obtained.

あるいは、アノード電極2を構成する材料として、カーボンフェルトやカーボンペーパーなどの材料を用いてもよい。これにより、電気抵抗が低く、かつ微生物の吸着量を増やすことができるだけでなく、貴金属材料よりも低コストに抑えることができる。   Alternatively, a material such as carbon felt or carbon paper may be used as the material constituting the anode electrode 2. Thereby, not only can the electrical resistance be low and the amount of microorganisms adsorbed can be increased, but also the cost can be kept lower than that of a noble metal material.

本実施形態では、アノード電極2を構成する材料として上記のような各種の材料を挙げたが、これらの材料には限定されない。   In the present embodiment, the above-described various materials are exemplified as the material constituting the anode electrode 2, but the material is not limited to these materials.

(カソード電極)
カソード電極3は、空気中および水中の酸素にアノード電極2によって取り出された電子を供給することで酸素の還元を行う電極である。このようなカソード電極3としては、導電性を有し、かつ耐腐食性に優れ、また電気化学的に酸素還元能を持つ材料が用いられる。このような材料としては、好ましくは、ステンレス、白金、金、カーボン、ニッケル、チタンなどの材料や、金属などの導電材料にステンレス、白金、金、カーボン、ニッケル、チタンなどのコーティングを施したものなどを挙げることができる。また、酸素還元能を有する酵素や微生物をコーティングした導電材料をカソード電極3に用いることもできる。
(Cathode electrode)
The cathode electrode 3 is an electrode that reduces oxygen by supplying electrons taken out by the anode electrode 2 to oxygen in the air and water. As such a cathode electrode 3, a material having conductivity, excellent corrosion resistance, and electrochemically oxygen reducing ability is used. Such a material is preferably a material such as stainless steel, platinum, gold, carbon, nickel, titanium, or a conductive material such as metal coated with stainless steel, platinum, gold, carbon, nickel, titanium, etc. And so on. In addition, a conductive material coated with an enzyme or a microorganism having oxygen reducing ability can be used for the cathode electrode 3.

また、カソード電極3を構成する材料として、微細構造、メッシュ状など、投影面積よりも電極面積を稼げる構造や形状を有する材料を用いてもよい。これにより、酸素との反応面積を増やすことができるので、大きな発電電流を得ることができる。   Further, as a material constituting the cathode electrode 3, a material having a structure or a shape that can obtain an electrode area larger than a projected area, such as a fine structure or a mesh shape, may be used. Thereby, since the reaction area with oxygen can be increased, a large generated current can be obtained.

また、カソード電極3を構成する材料として、カーボンフェルトやカーボンペーパーなどを用いてもよい。これにより、電気抵抗が低く、酸素還元可能な電極面積を増やすことができ、また貴金属材料よりも低コストに抑えることができる。   Further, as a material constituting the cathode electrode 3, carbon felt, carbon paper, or the like may be used. Thereby, electrical resistance is low, the electrode area which can be oxygen-reduced can be increased, and it can suppress to lower cost than a noble metal material.

本実施形態では、カソード電極3を構成する材料として上記のような各種の材料を挙げたが、これらの材料には限定されない。   In the present embodiment, the above-described various materials are exemplified as the material constituting the cathode electrode 3, but the material is not limited to these materials.

また、カソード電極3には、フェロシアンイオンなどの電子媒介物質を用いてもよい。これにより、電極と酸素の電子の交換を円滑に行い、電流を向上させることもできる。それゆえ、電子媒介物質(電子メディエーター)を電極周辺に配置したり、電極に固定化したりしてもよい。ただし、電子媒介物質がカソード電極3を構成する上で必須ではない。   The cathode electrode 3 may be an electron mediator such as ferrocyan ion. Thereby, the exchange of electrons between the electrode and oxygen can be performed smoothly, and the current can be improved. Therefore, an electron mediator (electron mediator) may be arranged around the electrode or fixed to the electrode. However, the electron mediator is not essential for constituting the cathode electrode 3.

(イオン伝導層)
イオン伝導層4は、上述のようなアノード電極2とカソード電極3との間に設けられている。ここで、イオン伝導層4は、空気(空気層6)に暴露されているカソード電極3側からアノード電極2への酸素の拡散を制限し、かつアノード電極2からカソード電極3へのイオンの移動を可能とする機能を有する層であり、イオン伝導性膜および電解質溶液である。また、イオン伝導層4における「層」は、筐体1の内部空間に広がり、筐体1の鉛直方向(上下方向)に対して垂直な平面を含む層のことをいう。上記の機能を有するイオン伝導層4の形成には、空気と接するカソード側からアノードへの酸素の拡散や浸透を阻害できるものであれば構わない。ただし、低コストである点、密に酸素を遮断できる点、塩分や密度の調整により材料の物性の調整が容易である点を考慮し、ハイドロゲル状のものが好ましい。
(Ion conductive layer)
The ion conductive layer 4 is provided between the anode electrode 2 and the cathode electrode 3 as described above. Here, the ion conductive layer 4 limits the diffusion of oxygen from the cathode electrode 3 side exposed to the air (air layer 6) to the anode electrode 2, and the movement of ions from the anode electrode 2 to the cathode electrode 3 It is a layer having a function that enables the ion conductive film and the electrolyte solution. In addition, the “layer” in the ion conductive layer 4 refers to a layer that extends into the internal space of the housing 1 and includes a plane perpendicular to the vertical direction (vertical direction) of the housing 1. The ion conductive layer 4 having the above function may be formed as long as it can inhibit diffusion and permeation of oxygen from the cathode side in contact with air to the anode. However, considering the low cost, the ability to block oxygen densely, and the ease of adjusting the physical properties of the material by adjusting the salinity and density, the hydrogel-like one is preferable.

ハイドロゲルは、高分子材料を基材として、水分を多量に含むことにより形成される。このようなハイドロゲルは、電解質を含んでおり、カソード電極3とアノード電極2の間に配置することにより、カソード電極3側から侵入して拡散する酸素のアノード電極2への到達を物理的に遮断でき、かつイオン伝導性に優れるために、微生物燃料電池100の内部抵抗を損なうことなく電池を構成できる。また、ハイドロゲルの高分子構造、高分子材料、水分含有量、イオン強度などを調整することで、酸素透過度、イオン伝導性、柔軟性の調整が可能である点も、微生物燃料電池の設計自由度を向上させる観点から優れている。   The hydrogel is formed by using a polymer material as a base material and containing a large amount of moisture. Such a hydrogel contains an electrolyte, and is disposed between the cathode electrode 3 and the anode electrode 2 to physically reach the anode electrode 2 of oxygen that enters and diffuses from the cathode electrode 3 side. Since it can block | interrupt and is excellent in ion conductivity, a battery can be comprised, without impairing the internal resistance of the microbial fuel cell 100. FIG. In addition, it is possible to adjust the oxygen permeability, ionic conductivity, and flexibility by adjusting the polymer structure, polymer material, water content, ionic strength, etc. of the hydrogel. It is excellent from the viewpoint of improving the degree of freedom.

図1には、イオン伝導層4が、アノード電極2およびカソード電極3と別体的に互いに分離されて形成された構成を示しているが、イオン伝導層4がアノード電極2およびカソード電極3と一体化されていても勿論よい。   Although FIG. 1 shows a configuration in which the ion conductive layer 4 is formed separately from the anode electrode 2 and the cathode electrode 3, the ion conductive layer 4 includes the anode electrode 2 and the cathode electrode 3. Of course, they may be integrated.

(アノード配線およびカソード配線)
アノード配線20およびカソード配線30の材質は、耐腐食性の高いSUS、チタン、ニッケル、カーボンなどであることが望ましく、また絶縁性の樹脂などによって被覆されていることが望ましい。
(Anode wiring and cathode wiring)
The material of the anode wiring 20 and the cathode wiring 30 is preferably SUS, titanium, nickel, carbon or the like having high corrosion resistance, and is preferably covered with an insulating resin or the like.

(微生物含有層)
微生物含有層5は、有機化合物(有機物)からなる有機物燃料を含むとともに、電流発生菌11、好気性細菌14およびメタン生成菌15を含んでいる。また、有機物燃料は、アノード電極2によって酸化され、グルコース、酢酸、乳酸などの炭化水素物、アミノ酸などが好適に用いられる。
(Microbe-containing layer)
The microorganism-containing layer 5 includes an organic fuel composed of an organic compound (organic substance), and also includes current-generating bacteria 11, aerobic bacteria 14, and methanogens 15. Further, the organic fuel is oxidized by the anode electrode 2, and hydrocarbons such as glucose, acetic acid and lactic acid, amino acids and the like are preferably used.

微生物含有層5に含まれる、電流発生菌11、好気性細菌14およびメタン発生菌15は、予め同定および培養されたものであってもよい。これにより、微生物の反応効率をより向上させることができるため、より好ましい。   The current generating bacteria 11, the aerobic bacteria 14, and the methane generating bacteria 15 included in the microorganism-containing layer 5 may be identified and cultured in advance. Thereby, since the reaction efficiency of microorganisms can be improved more, it is more preferable.

なお、上記の予め同定および培養された、電流発生菌11、好気性細菌14およびメタン発生菌15を所定の比率で混合することで、より高い効果を得ることができる。   A higher effect can be obtained by mixing the current-generating bacteria 11, the aerobic bacteria 14, and the methane-producing bacteria 15 previously identified and cultured in a predetermined ratio.

(電流発生菌)
アノード電極2に用いられる電流発生菌11は、例えばShewanella菌、Geobacter属細菌、Rhodoferax ferrireducens、Desulfobulbus Propionicusなど、従来公知の適宜の嫌気性の電流発生菌が挙げられる。その中でも、幅広い土壌中に豊富に含まれ、アノード電極2との電子授受が容易であることから、Shewanella菌が好適である。
(Current-generating bacteria)
Examples of the current generating bacteria 11 used for the anode electrode 2 include conventionally known appropriate anaerobic current generating bacteria such as Shewanella bacteria, Geobacter bacteria, Rhodoferax ferrireducens, and Desulfobulbus Propionicus. Among them, Shewanella is preferable because it is abundantly contained in a wide range of soils and easily exchanges electrons with the anode electrode 2.

(メタン生成菌)
微生物含有層5内で用いられるメタン生成菌15は、メタノバクテリア科Methanobacteriaceaeのメタノバクテリウム属Methanobacterium、メタノサルシナ属Methanosarcina、メタノコッカス属Methanococcusなどが挙げられる。
(Methane producing bacteria)
Examples of the methanogen 15 used in the microorganism-containing layer 5 include the Methanobacteriaceae Methanobacteriaceae Methanobacteria, Methanosarcina Methanosarcina, and Methanococcus Methanococcus.

メタン生成菌15は、電流発生菌11の代謝生成物である二酸化炭素を消費することで、電流発生菌11の代謝とそれに伴う増殖を促す。また、メタン生成菌15は、微生物含有層5内のメタン分圧を上げることで嫌気性を高め、主に嫌気性細菌からなる電流発生菌11の活性化を促す。   The methanogenic bacterium 15 consumes carbon dioxide, which is a metabolite of the current-generating bacterium 11, and thereby promotes the metabolism of the current-generating bacterium 11 and the accompanying growth. In addition, the methanogen 15 increases anaerobicity by increasing the partial pressure of methane in the microorganism-containing layer 5 and promotes the activation of the current-generating bacteria 11 mainly composed of anaerobic bacteria.

(好気性細菌)
好気性細菌14は、例えば酵母などの通性好気性生物でもよく、クレンアーキオータ門のAeropyrum、Sulfolobus、Metallosphaera、Sulfurococcus、ユリアーキオータ門のFerroplasma、Acidiplasma、Thermogymnomonas、Picrophilus、高度好塩菌綱の全ての属、タウムアーキオータ門の全ての属などの偏性好気性生物のいずれでもよい。
(Aerobic bacteria)
The aerobic bacterium 14 may be, for example, a facultative aerobic organism such as yeast, and is of the Clenarchiota Aeropyrum, Sulfolobus, Metallosphaera, Sulfurococcus, Juliachiota Ferroplasma, Acidiplasma, Thermogymnomonas, Picrophilus, highly halophilic fungi. Any of the obligate aerobic organisms such as all genera and all genera of Taumarchiota may be used.

好気性細菌14は、その代謝により酸素を消費し、二酸化炭素を生成することで、アノード槽内の二酸化炭素分圧を上げて嫌気性を高め、主に嫌気性細菌からなる電流発生菌11およびメタン生成菌15の活性化を促す。   The aerobic bacterium 14 consumes oxygen by its metabolism and generates carbon dioxide, thereby increasing the carbon dioxide partial pressure in the anode tank to increase anaerobicity, and the current generating bacteria 11 mainly composed of anaerobic bacteria and The activation of the methanogen 15 is promoted.

(微生物燃料電池の反応)
図2を参照して微生物燃料電池100の動作を説明する。図2は、微生物燃料電池100の動作原理を模式的に示す図である。なお、図2では、便宜上、アノード電極2および微生物含有層5のみを示している。
(Reaction of microbial fuel cell)
The operation of the microbial fuel cell 100 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the operation principle of the microbial fuel cell 100. In FIG. 2, only the anode electrode 2 and the microorganism-containing layer 5 are shown for convenience.

微生物含有層5内に含まれる、嫌気性の電流発生菌11(上述のShewanella菌など)は、アノード電極2に吸着し、反応R11によって、微生物含有層5に含まれる、炭化水素物(例えばグルコースや酢酸など)やアミノ酸などの有機物燃料を代謝(酸化)する際に、電子伝達系から電子(e)がアノード電極2へと放出される(酸化後の有機物燃料は酸化体となる)。この電子(e)が外部回路(図示せず)を経由してカソード電極3に到達し、カソード電極3がその電子を受け取ることで電流が流れ、発電が起こる。 The anaerobic current-generating bacteria 11 (such as the above-mentioned Shewanella bacteria) contained in the microorganism-containing layer 5 are adsorbed on the anode electrode 2, and hydrocarbons (for example, glucose) contained in the microorganism-containing layer 5 by reaction R11. When the organic fuel such as amino acid or the like is metabolized (oxidized), electrons (e ) are released from the electron transfer system to the anode electrode 2 (the oxidized organic fuel becomes an oxidant). The electrons (e ) reach the cathode electrode 3 via an external circuit (not shown), and when the cathode electrode 3 receives the electrons, a current flows and power generation occurs.

電子(e)と同時に生成したプロトン(H)は、微生物含有層5やイオン伝導層4を通過し、カソード電極3へと達する。電子(e)、プロトン(H)、空気中および水中の酸素(O)がカソード電極3上で反応し、水(HO)が生成される。 Protons (H + ) generated simultaneously with the electrons (e ) pass through the microorganism-containing layer 5 and the ion conductive layer 4 and reach the cathode electrode 3. Electrons (e ), protons (H + ), oxygen (O 2 ) in the air and water react on the cathode electrode 3 to generate water (H 2 O).

カソード電極3で消費されなかった酸素は、微生物含有層5を通過するか、微生物含有層5の水分中を拡散して、アノード電極2側へと向かって移動する。好気性細菌14は、反応R14により、微生物含有層5内の酸素を消費する。また、メタン生成菌15は、反応R15により、電流発生菌11の代謝生成物であるCOを消費してCHを生成する。これにより、微生物含有層5内の酸素分圧が下がる一方でメタン分圧が高まる。 The oxygen that has not been consumed by the cathode electrode 3 passes through the microorganism-containing layer 5 or diffuses in the moisture of the microorganism-containing layer 5 and moves toward the anode electrode 2 side. The aerobic bacterium 14 consumes oxygen in the microorganism-containing layer 5 by the reaction R14. In addition, the methanogen 15 consumes CO 2 that is a metabolite of the current-producing fungus 11 and generates CH 4 by the reaction R15. Thereby, the oxygen partial pressure in the microorganism-containing layer 5 is lowered, while the methane partial pressure is increased.

以上の反応R14および反応R15によって、微生物含有層5内の酸素濃度を下げることができる。これにより、アノード電極2の近傍では、酸素濃度が低く保たれるので、電極触媒として利用する嫌気性の電流発生菌11の生育を促すことができる。   By the above reaction R14 and reaction R15, the oxygen concentration in the microorganism-containing layer 5 can be lowered. Thereby, since the oxygen concentration is kept low in the vicinity of the anode electrode 2, it is possible to promote the growth of the anaerobic current generating bacteria 11 used as the electrode catalyst.

(微生物燃料電池による効果)
本実施形態に係る微生物燃料電池100は、電流発生菌11、好気性細菌14およびメタン生成菌15をそれぞれ少なくとも1種類含んだ微生物含有層5を備えている。これにより、電流発生菌11の代謝およびそれに伴う生育を促進することができる。それゆえ、電流発生菌11の生育速度を速め、微生物燃料電池100の出力発生の時間を短くすることができる。
(Effects of microbial fuel cell)
The microbial fuel cell 100 according to the present embodiment includes a microorganism-containing layer 5 that includes at least one type of current-generating bacteria 11, aerobic bacteria 14, and methanogens 15, respectively. Thereby, the metabolism of the current generating bacteria 11 and the accompanying growth can be promoted. Therefore, the growth rate of the current generating bacteria 11 can be increased, and the output generation time of the microbial fuel cell 100 can be shortened.

なお、従来の微生物燃料電池では、単種の微生物のみが利用されていた。その発電環境は、緩衝液の使用、酸素の除去、微生物の電極への固定化による活性化など人工的な制御を要していた。   In the conventional microbial fuel cell, only a single type of microorganism is used. The power generation environment required artificial control such as use of a buffer solution, removal of oxygen, and activation by immobilizing microorganisms on electrodes.

これに対し、微生物燃料電池100は、微生物含有層5内の微生物活動を相互に活発化させることにより、電力の立ち上がりが早い、微生物燃料電池100を実現することが可能となる。これは、複数種の微生物が存在することで、代謝の促進、pHの中性化、酸素の減少などが起こり、電流発生菌11の活動しやすい環境が整えられることによる。   On the other hand, the microbial fuel cell 100 can realize the microbial fuel cell 100 in which the rising of electric power is fast by mutually activating the microbial activities in the microbial-containing layer 5. This is because the presence of a plurality of types of microorganisms promotes metabolism, neutralizes pH, decreases oxygen, and the like, thereby preparing an environment in which the current-generating bacteria 11 can easily act.

また、従来の微生物燃料電池では、予め嫌気状態にした燃料溶液を用いる必要があった。これに対し、微生物燃料電池100では、好気性細菌14が酸素を消費することから、酸素が含まれた燃料溶液も利用することができる。   Moreover, in the conventional microbial fuel cell, it was necessary to use the fuel solution which was made into the anaerobic state beforehand. On the other hand, in the microbial fuel cell 100, since the aerobic bacteria 14 consume oxygen, the fuel solution containing oxygen can also be utilized.

〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、図3〜図5に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、本実施形態において、前述の実施形態1における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記して、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. For convenience of explanation, in the present embodiment, constituent elements having functions equivalent to those of the constituent elements in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

(微生物燃料電池の構造)
図3は、本実施形態に係る微生物燃料電池101を模式的に示す断面図である。
(Structure of microbial fuel cell)
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the microbial fuel cell 101 according to the present embodiment.

図3に示すように、微生物燃料電池101は、実施形態1に係る微生物燃料電池100と同様、筐体1内に、アノード電極2、カソード電極3、イオン伝導層4、微生物含有層5および空気層6を備えるように構成されている。ただし、微生物燃料電池101は、微生物含有層5が酸化還元物質Xを含んでいる点において、微生物燃料電池100と相違する。酸化還元物質Xは、アノード電極2上に接触するように設けられていてもよい。   As shown in FIG. 3, the microbial fuel cell 101 includes an anode electrode 2, a cathode electrode 3, an ion conductive layer 4, a microorganism-containing layer 5, and air in the housing 1, as with the microbial fuel cell 100 according to the first embodiment. A layer 6 is provided. However, the microbial fuel cell 101 is different from the microbial fuel cell 100 in that the microorganism-containing layer 5 includes the redox material X. The redox material X may be provided so as to contact the anode electrode 2.

(酸化還元物質)
酸化還元物質Xは、電流発生菌11が酸化還元できる物質であることが好ましい。酸化還元物質Xとしては、鉄化合物、マンガン化合物、コバルト化合物、硝酸、亜ヒ酸、シアン化合物、フェロセン系化合物、オスミウム化合物などが用いられる。また、酸化還元物質Xとしては、ベンゾキノン類、ナフトキノン類、アントラキノン類、ポルフィリン類、アニリン類、フェナジン類、フラビン類、フェノチアジン系化合物などの有機化合物が用いられる。さらに、酸化還元物質Xとしては、デヒドロゲナーゼ、オキダーゼ、ペルオキシダーゼ活性を有す酸化還元酵素が用いられる。酸化還元酵素は、酸化還元物質Xとして用いられる上記の他の物質と組み合わせて酸化還元物質Xとして用いられてもよい。
(Redox substance)
The redox substance X is preferably a substance that can be oxidized and reduced by the current-generating bacteria 11. As the redox substance X, an iron compound, a manganese compound, a cobalt compound, nitric acid, arsenous acid, a cyanide compound, a ferrocene compound, an osmium compound, or the like is used. As the redox substance X, organic compounds such as benzoquinones, naphthoquinones, anthraquinones, porphyrins, anilines, phenazines, flavins, and phenothiazine compounds are used. Further, as the redox substance X, dehydrogenase, oxidase, or redox enzyme having peroxidase activity is used. The oxidoreductase may be used as the redox substance X in combination with the other substances used as the redox substance X.

酸化還元物質Xは、微生物含有層5内に含まれてさえいれば、固体状で設けられていてもよい。この場合、より多くの酸化還元剤Xを微生物含有層5内に設けることができる。なお、固体状の酸化還元剤は、アノード電極2へのリーク電流が発生することを防ぐため、アノード電極2に接触しないように配置されていることが好ましい。   The redox material X may be provided in a solid state as long as it is contained in the microorganism-containing layer 5. In this case, more redox agent X can be provided in the microorganism-containing layer 5. Note that the solid redox agent is preferably arranged so as not to contact the anode electrode 2 in order to prevent a leakage current from flowing to the anode electrode 2.

また、酸化還元物質Xは、微生物含有層5内に含まれてさえいれば、粉末(粒子)状であっても、粉末(粒子)を液体に分散させた溶液状であっても構わない。この場合、酸化還元物質Xは予めアノード電極2に担持されていても構わない。   The redox substance X may be in the form of powder (particles) or a solution in which the powder (particles) are dispersed in a liquid as long as it is contained in the microorganism-containing layer 5. In this case, the redox material X may be supported on the anode electrode 2 in advance.

(微生物燃料電池の反応)
図4は、微生物燃料電池101の動作原理を模式的に示す図である。なお、図4では、便宜上、アノード電極2および微生物含有層5のみを示している。
(Reaction of microbial fuel cell)
FIG. 4 is a diagram schematically showing the operation principle of the microbial fuel cell 101. In FIG. 4, only the anode electrode 2 and the microorganism-containing layer 5 are shown for convenience.

図4に示すように、酸化還元剤Xは、電流発生菌11の反応R11と共役した酸化還元反応R110を生じる。これにより、電流発生菌11の代謝およびそれに伴う成長を促進することができる。したがって、電流発生菌11の生育速度を速めて、より電力の発生を早めることができる。   As shown in FIG. 4, the redox agent X generates a redox reaction R110 conjugated with the reaction R11 of the current generating bacteria 11. Thereby, the metabolism of the current generating bacteria 11 and the accompanying growth can be promoted. Therefore, the growth rate of the current generating bacteria 11 can be increased, and the generation of electric power can be further accelerated.

(実験結果)
図5は、微生物燃料電池101の製作後の出力電圧を測定した結果を示すグラフである。本実験では、酸化還元物質Xとして鉄化合物を添加した微生物燃料電池101と、添加していない微生物燃料電池100の作製時からの開回路電圧の推移を測定した。
(Experimental result)
FIG. 5 is a graph showing the results of measuring the output voltage after the production of the microbial fuel cell 101. In this experiment, the transition of the open circuit voltage from the production of the microbial fuel cell 101 to which the iron compound was added as the redox substance X and the microbial fuel cell 100 to which the iron compound was not added was measured.

図5に示すように、微生物含有層5に、酸化還元物質Xとして鉄化合物を添加した微生物燃料電池101については、作製後に1日経過してから600mV以上の開回路電圧が発生している。一方、微生物含有層5に酸化還元物質Xを添加していない微生物燃料電池100では、作製後に10日経過してから開回路電圧が600mVに達している。   As shown in FIG. 5, in the microbial fuel cell 101 in which the iron compound is added as the redox substance X to the microorganism-containing layer 5, an open circuit voltage of 600 mV or more is generated after one day has passed after the production. On the other hand, in the microbial fuel cell 100 in which the oxidation-reduction substance X is not added to the microorganism-containing layer 5, the open circuit voltage has reached 600 mV after 10 days have passed since the production.

このように、酸化還元物質Xによる微生物燃料電池101の出力発生までの短時間化が確認された。   As described above, it was confirmed that the time required until the output of the microbial fuel cell 101 by the redox substance X was shortened.

(微生物燃料電池による効果)
本実施形態に係る微生物燃料電池101は、電流発生菌11、好気性細菌14およびメタン生成菌15を含んだ微生物含有層5を備え、さらに、微生物含有層5が酸化還元物質Xを含んでいる。
(Effects of microbial fuel cell)
The microbial fuel cell 101 according to the present embodiment includes a microorganism-containing layer 5 containing current-generating bacteria 11, aerobic bacteria 14, and methanogens 15, and the microorganism-containing layer 5 contains a redox substance X. .

これにより、電流発生菌11と酸化還元物質Xとの酸化還元反応R110が生じる結果、電流発生菌11の代謝およびそれに伴う成長が促される。それゆえ、微生物燃料電池101の出力発生までの時間を前述の微生物燃料電池101よりも短くすることができる。   Thereby, as a result of the oxidation-reduction reaction R110 between the current generating bacteria 11 and the redox substance X, the metabolism of the current generating bacteria 11 and the accompanying growth are promoted. Therefore, the time until the output of the microbial fuel cell 101 is generated can be made shorter than that of the microbial fuel cell 101 described above.

〔実施形態3〕
本発明のさらに他の実施形態について、図6に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、本実施形態において、前述の実施形態2における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記して、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to FIG. For convenience of explanation, in this embodiment, components having the same functions as those of the above-described second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

(微生物燃料電池の構造)
図6は、本実施形態に係る微生物燃料電池102を模式的に示す断面図である。
(Structure of microbial fuel cell)
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the microbial fuel cell 102 according to the present embodiment.

図6に示すように、微生物燃料電池102は、実施形態1に係る微生物燃料電池101と同様、筐体1内に、アノード電極2、カソード電極3、イオン伝導層4、微生物含有層5および空気層6を備えるように構成されている。ただし、微生物燃料電池102において、微生物含有層5が、少なくとも、酸化還元物質X1を図3に示す酸化還元物質Xに代えて含んでいる点で、微生物燃料電池101と相違する。   As shown in FIG. 6, the microbial fuel cell 102 includes an anode electrode 2, a cathode electrode 3, an ion conductive layer 4, a microorganism-containing layer 5, and air in the housing 1, similarly to the microbial fuel cell 101 according to the first embodiment. A layer 6 is provided. However, the microbial fuel cell 102 differs from the microbial fuel cell 101 in that the microorganism-containing layer 5 includes at least the redox material X1 instead of the redox material X shown in FIG.

(酸化還元物質)
酸化還元物質X1は、カプセルX10内に封入されている。また、酸化還元物質X1は、実施形態2における酸化還元物質Xと同様の物質が用いられる。
(Redox substance)
The redox material X1 is enclosed in a capsule X10. Further, as the redox material X1, the same material as the redox material X in the second embodiment is used.

カプセルX10は、時間をおいて分解する物質によって形成されている。カプセルX10は、例えば微生物含有層5内の条件に基づいて、ある程度の時間が経過の後に分解する分解性を有する材料により実現することができる。利用することのできる分解性としては、加水分解性、光分解性、熱分解性などがある。また、分解性を有する材料の組成や厚み等を制御することによって、カプセルX10が分解するタイミングを任意に設定することができる。   The capsule X10 is formed of a substance that decomposes over time. The capsule X10 can be realized by a degradable material that decomposes after a certain amount of time, for example, based on the conditions in the microorganism-containing layer 5. Examples of degradability that can be used include hydrolyzability, photodegradability, and thermal decomposability. Moreover, the timing at which the capsule X10 is decomposed can be arbitrarily set by controlling the composition, thickness, and the like of the degradable material.

(微生物燃料電池による効果)
カプセルX10は、微生物含有層5内に投入されてから筐体1を密封した後に時間差で分解し、カプセルX10内が開放される。これにより、筐体1が密封状態にあるときに酸化還元物質X1を微生物含有層5内に投入することができる。すなわち、外環境の影響を受けずに酸化還元物質X1に所望の反応R110を生じさせることができる。
(Effects of microbial fuel cell)
After the capsule X10 is put into the microorganism-containing layer 5, the casing 1 is sealed and then decomposed with a time difference, and the inside of the capsule X10 is opened. Thereby, the oxidation-reduction substance X1 can be introduced into the microorganism-containing layer 5 when the housing 1 is in a sealed state. That is, the desired reaction R110 can be generated in the redox material X1 without being affected by the external environment.

(変形例)
微生物燃料電池102は、それぞれが酸化還元物質X1,X2,X3を封入するカプセルX10,X20,X30を複数備えていてもよい。これにより、酸化還元物質X1、X2、X3をそれぞれ異なる物質にすることができる。また、カプセルX10,X20,X30が分解するタイミングは、それぞれ異なるようにしてもよい。
(Modification)
The microbial fuel cell 102 may include a plurality of capsules X10, X20, and X30 each enclosing the redox substances X1, X2, and X3. Thereby, the oxidation-reduction substances X1, X2, and X3 can be made different from each other. Further, the timing at which the capsules X10, X20, and X30 are disassembled may be different.

これにより、所望のタイミングで所望の酸化還元物質X1,X2,X3をそれぞれ分解するように設計することが可能になる。したがって、相互の反応に影響を及ぼすことなく、酸化還元物質X1,X2,X3をそれぞれ反応させることができる。   As a result, it is possible to design the desired redox substances X1, X2, and X3 to be decomposed at a desired timing. Therefore, the redox substances X1, X2, and X3 can be reacted without affecting the mutual reaction.

なお、酸化還元物質X1,X2,X3は同一物質であっても構わない。カプセルX10,X20,X30が分解するタイミングに時間差を設けることにより、段階的に反応させることが可能になる。   The redox materials X1, X2, and X3 may be the same material. By providing a time difference in the timing at which the capsules X10, X20, X30 are disassembled, it becomes possible to react in stages.

〔まとめ〕
本発明の態様1に係る微生物燃料電池は、少なくとも1種類の電流発生菌11、少なくとも1種類の好気性細菌14、少なくとも1種類のメタン生成菌15、および有機物を含む微生物含有層5と、前記微生物含有層5に接触して配置され、前記電流発生菌11による前記有機物の分解によって生じる電子を取り出す負極(アノード電極2)と、前記電子を受け取る正極(カソード電極3)とを備えている。
[Summary]
The microbial fuel cell according to aspect 1 of the present invention includes a microorganism-containing layer 5 containing at least one type of current-generating bacteria 11, at least one type of aerobic bacteria 14, at least one type of methanogen 15 and organic matter, A negative electrode (anode electrode 2) that is arranged in contact with the microorganism-containing layer 5 and extracts electrons generated by the decomposition of the organic matter by the current generating bacteria 11 and a positive electrode (cathode electrode 3) that receives the electrons are provided.

上記の構成によれば、電流発生菌11は、微生物含有層5に含まれる有機物を分解することによって、COを生成するとともに、電子およびイオンを生成する。その電子を負極で取り出し、正極が受け取ることによって、発電が起こる。好気性細菌14は、微生物含有層5内の酸素を消費する。メタン生成菌15は、電流発生菌11が生成したCOからメタンを生成する。これにより、微生物含有層5内の酸素濃度が低下するので、負極の近傍では、酸素濃度が低く保たれる。それゆえ、電極触媒として利用する嫌気性の電流発生菌11の生育を促すことができる。したがって、微生物燃料電池の出力発生に要する時間を短くすることができる。 According to the above configuration, current generating bacteria 11, by decomposing organic substances contained in the microorganism-containing layer 5, generates the CO 2, and generates electrons and ions. Electricity is generated by taking out the electrons at the negative electrode and receiving them at the positive electrode. The aerobic bacteria 14 consumes oxygen in the microorganism-containing layer 5. The methane producing bacterium 15 produces methane from CO 2 produced by the current generating bacterium 11. Thereby, since the oxygen concentration in the microorganism-containing layer 5 decreases, the oxygen concentration is kept low in the vicinity of the negative electrode. Therefore, it is possible to promote the growth of the anaerobic current generating bacteria 11 used as an electrode catalyst. Therefore, the time required for generating the output of the microbial fuel cell can be shortened.

本発明の態様2に係る微生物燃料電池は、上記態様1において、前記微生物含有層5が酸化還元物質X,X1を含んでいてもよい。   In the microbial fuel cell according to aspect 2 of the present invention, in the above aspect 1, the microorganism-containing layer 5 may contain redox substances X and X1.

上記の構成によれば、電流発生菌11と酸化還元物質X,X1との酸化還元反応が生じる結果、電流発生菌11の代謝およびそれに伴う成長が促される。それゆえ、より電力の発生を早めることができる。   According to said structure, as a result of the oxidation-reduction reaction of the electric current generation microbe 11 and the redox substances X and X1, metabolism of the electric current generation microbe 11 and the growth accompanying it are promoted. Therefore, the generation of electric power can be accelerated.

本発明の態様3に係る微生物燃料電池は、上記態様2において、前記酸化還元物質X,X1が鉄化合物を含んでいてもよい。   In the microbial fuel cell according to Aspect 3 of the present invention, in the above Aspect 2, the redox substances X and X1 may contain an iron compound.

上記の構成によれば、鉄化合物による酸化還元反応が、電流発生菌11の代謝およびそれに伴う成長をより早めることができる。それゆえ、より電力の発生に要する時間の短縮効果を高めることができる。   According to said structure, the oxidation reduction reaction by an iron compound can accelerate | stimulate the metabolism of the electric current generation microbe 11, and the growth accompanying it more. Therefore, the effect of shortening the time required for generating power can be enhanced.

本発明の態様4に係る微生物燃料電池は、上記態様3において、前記鉄化合物が、固体状に設けられ、かつ前記負極に接触しないように配置されていてもよい。   The microbial fuel cell according to aspect 4 of the present invention may be arranged such that the iron compound is provided in a solid state and does not contact the negative electrode in aspect 3 described above.

上記の構成によれば、負極へのリーク電流が発生することを防止できる。   According to said structure, it can prevent that the leakage current to a negative electrode generate | occur | produces.

本発明の態様5に係る微生物燃料電池は、上記態様2から4において、前記酸化還元物質X,X1は酸化還元酵素を含んでいてもよい。   In the microbial fuel cell according to Aspect 5 of the present invention, in any of Aspects 2 to 4, the redox substances X and X1 may contain an oxidoreductase.

前記酸化還元物質X1は、前記微生物含有層5に投入されてから時間をおいて分解するカプセルX10に封入されていてもよい。   The oxidation-reduction substance X1 may be enclosed in a capsule X10 that decomposes after a while after being introduced into the microorganism-containing layer 5.

上記の構成によれば、カプセルX10が、微生物含有層5内に投入されてから時間をおいて分解すると、カプセルX10内の酸化還元物質X1が微生物含有層5に放出される。これにより、外環境の影響を受けずに酸化還元物質X1に所望の酸化還元反応を生じさせることができる。   According to the above configuration, when the capsule X10 is decomposed after being put into the microorganism-containing layer 5, the redox substance X1 in the capsule X10 is released to the microorganism-containing layer 5. Thereby, a desired oxidation-reduction reaction can be caused in the oxidation-reduction substance X1 without being affected by the external environment.

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
[Additional Notes]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, a new technical feature can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.

2 アノード電極(負極)
3 カソード電極(正極)
5 微生物含有層
6 空気層
11 電流発生菌
14 好気性細菌
15 メタン生成菌
100 微生物燃料電池
101 微生物燃料電池
102 微生物燃料電池
X,X1〜X3 酸化還元物質
X10,X20,X30 カプセル
2 Anode electrode (negative electrode)
3 Cathode electrode (positive electrode)
5 Microorganism-containing layer 6 Air layer 11 Current generating bacteria 14 Aerobic bacteria 15 Methanogenic bacteria 100 Microbial fuel cell 101 Microbial fuel cell 102 Microbial fuel cells X, X1 to X3 Redox substances X10, X20, X30 Capsules

Claims (6)

少なくとも1種類の電流発生菌、少なくとも1種類の好気性細菌、少なくとも1種類のメタン生成菌、および有機物を含む微生物含有層と、
前記微生物含有層に接触して配置され、前記電流発生菌による前記有機物の分解によって生じる電子を取り出す負極と、
前記電子を受け取る正極と、
を備えていることを特徴とする微生物燃料電池。
A microorganism-containing layer comprising at least one type of current generating bacteria, at least one type of aerobic bacteria, at least one type of methanogen, and organic matter;
A negative electrode that is disposed in contact with the microorganism-containing layer and extracts electrons generated by the decomposition of the organic matter by the current-generating bacteria;
A positive electrode for receiving the electrons;
A microbial fuel cell comprising:
前記微生物含有層は酸化還元物質を含んでいることを特徴とする請求項1に記載の微生物燃料電池。   The microbial fuel cell according to claim 1, wherein the microorganism-containing layer contains a redox material. 前記酸化還元物質は鉄化合物を含んでいることを特徴とする請求項2に記載の微生物燃料電池。   The microbial fuel cell according to claim 2, wherein the oxidation-reduction substance contains an iron compound. 前記鉄化合物は、固体状に設けられ、かつ前記負極に接触しないように配置されていることを特徴とする請求項3に記載の微生物燃料電池。   The microbial fuel cell according to claim 3, wherein the iron compound is provided in a solid state and is disposed so as not to contact the negative electrode. 前記酸化還元物質は酸化還元酵素を含んでいることを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載の微生物燃料電池。   The microbial fuel cell according to any one of claims 2 to 4, wherein the redox material contains an oxidoreductase. 前記酸化還元物質は、前記微生物含有層に投入されてから時間をおいて分解するカプセルに封入されていることを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載の微生物燃料電池。   The microbial fuel cell according to any one of claims 2 to 5, wherein the oxidation-reduction substance is enclosed in a capsule that decomposes after a while after being introduced into the microorganism-containing layer.
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