[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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:Electrochemistry 76,No.8,(2008)，第594-596页。

非专利文献2:Electrochemistry Communications,Volume 8,Issue 5,May2006,第720-724页。

发明内容

发明要解决的课题

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，本发明鉴于这样的情况，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

实现上述目的的本发明包括以下方案。

【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。