專(zhuān)利名稱(chēng)：燃料改質(zhì)器和使用其的發(fā)電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池用燃料改質(zhì)器。更具體而言，本發(fā)明涉及利用酶作為催化劑 進(jìn)行氧化-還原反應(yīng)時(shí)發(fā)電的燃料電池用燃料改質(zhì)器以及使用該燃料改質(zhì)器的發(fā)電設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，在電極至少之一(陽(yáng)極或陰極)上固定氧化-還原酶作為催化劑的燃料 電池(下文稱(chēng)為“生物燃料電池”)作為高容量的、極安全的新一代燃料電池受到關(guān)注。在生 物燃料電池中，從不容易與一般工業(yè)催化劑反應(yīng)的燃料如葡萄糖或乙醇有效地提取電子。一般生物燃料電池的反應(yīng)方案將參照?qǐng)D12進(jìn)行說(shuō)明。在使用葡萄糖作為燃料的 生物燃料電池中，葡萄糖的氧化反應(yīng)在陽(yáng)極進(jìn)行，而大氣中的氧氣(O2)的還原反應(yīng)在陰極 進(jìn)行。電子的流動(dòng)將進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在陽(yáng)極中，電子按葡萄糖、葡萄糖脫氫酶、NAD+(煙 酰胺腺嘌呤二核苷酸)、黃遞酶、電子傳遞介質(zhì)和電極(碳)的順序傳遞。另一方面，在陰極中，從負(fù)極釋放的電子按電極(碳)、電子傳遞介質(zhì)和膽紅素氧 化酶(BOD)的順序傳遞，還原反應(yīng)利用該電子和從外部供給的氧氣來(lái)進(jìn)行，從而產(chǎn)生電能。這樣的生物燃料電池作為極安全的燃料電池受到關(guān)注，并且正在開(kāi)發(fā)所用的燃料 不限于葡萄糖而是使用各種燃料并且進(jìn)行各種設(shè)計(jì)的生物燃料電池。例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1披露了一種燃料電池，其可以使用醇類(lèi)如甲醇、乙醇、丙醇、甘油 或聚乙烯醇，醛類(lèi)如甲醛或乙醛等作為燃料。該燃料電池采用吡咯并喹啉醌(PQQ)作為氧 化還原酶的輔基并且使用具有鋨絡(luò)合物的酶電極，在所述鋨絡(luò)合物中由聯(lián)吡啶胺或聯(lián)吡啶 胺衍生物(Ra Ri為H或取代基)得到的至少一種雙齒配體配位到鋨，使得可獲得高電壓 和高電流密度。專(zhuān)利文獻(xiàn)2也披露了一種能夠使用單糖類(lèi)如葡萄糖、醇類(lèi)如甲醇或乙醇等作為燃 料的酶電極。該酶電極具有以下結(jié)構(gòu)，其中用于氧化底物脫氫酶的電子介質(zhì)(其氧化特定 底物和該底物脫氫酶以有助于使電子傳遞至電極)以層狀作為下層固定在電極上。采用該 簡(jiǎn)化的電極結(jié)構(gòu)，酶電極兼具穩(wěn)定的酶固定能力和高的底物反應(yīng)性。附帶地，由于生物燃料電池可以使用對(duì)人體非常安全的材料如葡萄糖溶液作為燃 料，因此理論上含有糖、脂肪、蛋白質(zhì)等的可食用材料，廢棄物如餐飲垃圾均可用作燃料來(lái) 發(fā)電。然而實(shí)際上，在不改變形態(tài)的情況下不能通過(guò)氧化還原反應(yīng)從食品和飲品、餐飲 垃圾等提取電子，并且由于存在抑制酶的物質(zhì)或者使溶液的PH或鹽濃度改變的雜質(zhì)，因此 存在電池性能明顯劣化的情形。在這種情形下，仍存在技術(shù)上有待解決的問(wèn)題，以通過(guò)使用 含有糖、脂肪、蛋白質(zhì)等的可食用材料、諸如餐飲垃圾等的廢棄物來(lái)發(fā)電。引用列表專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本特許公開(kāi)No. 2008-59800
專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本特許公開(kāi)No. 2007-225305

發(fā)明內(nèi)容
生物燃料電池是理論上可以使用安全熟悉的物質(zhì)作為燃料但如上所述實(shí)際上難 以實(shí)現(xiàn)的電池。在實(shí)踐中，不得不制造生物燃料電池用的燃料盒等，這非常麻煩。因此，本發(fā)明的一個(gè)主要目的是提供即使在使用安全而熟悉的物質(zhì)如食品和飲品 以及餐飲垃圾作為生物燃料電池的燃料的情況下實(shí)際上也能夠發(fā)電的燃料改質(zhì)器，以及使 用該燃料改質(zhì)器的發(fā)電設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的燃料改質(zhì)器用于在利用酶作為催化劑進(jìn)行氧化還原反應(yīng)時(shí)發(fā)電的 燃料電池，并且具有引入一次燃料的一次燃料引入單元；與一次燃料引入單元連通并且 將一次燃料改質(zhì)為可通過(guò)利用酶作為催化劑的氧化還原反應(yīng)放出電子的二次燃料的燃料 改質(zhì)單元；以及與燃料改質(zhì)單元連通并且向燃料電池供應(yīng)二次燃料的二次燃料供給單元。根據(jù)本發(fā)明的燃料改質(zhì)器還可以包括在燃料改質(zhì)單元和二次燃料供給單元之間 的用于精制二次燃料的燃料精制單元。對(duì)燃料精制單元的構(gòu)造不作限制，只要其能夠精制二次燃料即可。例如，提供過(guò)濾 器以去除二次燃料中的不溶組分，由此使得能夠精制二次燃料。燃料精制單元可以具有加熱裝置以在精制前聚集并去除二次燃料中所含的聚合 物組分等。另外，燃料精制單元可以具有離子交換樹(shù)脂層，以在精制前通過(guò)去除二次燃料中 所含的鹽類(lèi)等來(lái)控制該燃料中的離子強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的燃料改質(zhì)器優(yōu)選具有第一控制裝置，其用于基于引入 一次燃料引入單元中的一次燃料的狀態(tài)來(lái)控制一次燃料向燃料改質(zhì)單元的引入，以去除不 能被改質(zhì)的物質(zhì)。另外，通過(guò)提供用于基于引入燃料改質(zhì)單元中的一次燃料的狀態(tài)來(lái)選擇燃料改質(zhì) 單元中的燃料改質(zhì)方法的改質(zhì)方法選擇裝置，根據(jù)本發(fā)明的燃料改質(zhì)器可以廣泛地使用并 且適于多種類(lèi)型的一次燃料。此外，根據(jù)本發(fā)明的燃料改質(zhì)器優(yōu)選還具有第二控制裝置，其用于基于在燃料改 質(zhì)單元中改質(zhì)的二次燃料的狀態(tài)來(lái)控制二次燃料從燃料改質(zhì)單元的傳送，以防止在經(jīng)改質(zhì) 的二次燃料不能用作燃料電池的燃料的情況下供給到電池。根據(jù)本發(fā)明的燃料改質(zhì)器優(yōu)選還具有第三控制裝置，其用于基于在燃料精制單元 中精制的二次燃料的狀態(tài)來(lái)控制二次燃料從燃料精制單元的傳送，以防止在經(jīng)精制的二次 燃料不能用作燃料電池的燃料的情況下供給到電池。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的燃料改質(zhì)器還可以在燃料精制單元和二次燃料供給 單元之間具有用于供給電解質(zhì)溶液的電解質(zhì)溶液供給單元，以將燃料調(diào)節(jié)為適于燃料電池 的理想燃料。在該情況下，優(yōu)選提供電解質(zhì)控制裝置，其用于基于在燃料精制單元中精制的二 次燃料的狀態(tài)來(lái)控制從電解質(zhì)溶液供給單元供給的電解質(zhì)的量。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備包括用于將一次燃料改質(zhì)成二次燃料的根據(jù)本發(fā)明的燃 料改質(zhì)器；和通過(guò)二次燃料發(fā)電的燃料電池部分。
燃料電池部分具有用于儲(chǔ)存由二次燃料供給單元供給的二次燃料的燃料箱部 分；與燃料箱部分連通的陽(yáng)極；以及以能夠質(zhì)子導(dǎo)電的狀態(tài)與陽(yáng)極連接的陰極。本發(fā)明中所用的術(shù)語(yǔ)如下?！耙淮稳剂稀笔侵负性谑褂糜糜谀繕?biāo)燃料電池的酶的情況下不進(jìn)行氧化還原反 應(yīng)的物質(zhì)的燃料，或者含有進(jìn)行氧化還原反應(yīng)但不從其中釋放電子的物質(zhì)的燃料。“二次燃料”是指含有可通過(guò)利用用于目標(biāo)燃料電池的酶作為催化劑的氧化還原 反應(yīng)釋放電子的物質(zhì)的燃料。利用根據(jù)本發(fā)明的燃料改質(zhì)器，實(shí)際上可以通過(guò)采用安全而熟悉的物質(zhì)如食品和 飲品以及餐飲垃圾作為生物燃料電池的燃料進(jìn)行發(fā)電。


圖1是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的燃料改質(zhì)器的一種構(gòu)造的概念圖。圖2是說(shuō)明燃料精制單元的一種構(gòu)造的示意圖。圖3是說(shuō)明燃料精制單元的另一構(gòu)造的示意圖。圖4是示出燃料精制單元的又一構(gòu)造的示意圖。圖5是示出燃料精制單元的再一構(gòu)造的示意圖。圖6是示出燃料改質(zhì)器的一種具體構(gòu)造的示意圖。圖7是示出燃料改質(zhì)器的另一具體構(gòu)造的示意圖。圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備的一種構(gòu)造的示意圖。圖9是示出燃料電池單元的一種構(gòu)造的示意圖。圖10是示出纖維素酶處理時(shí)間和電流值變化之間關(guān)系的特性圖。圖11是示出由纖維素分解(改質(zhì))為葡萄糖的過(guò)程的概念圖。圖12是示出一般生物燃料電池的反應(yīng)方案的概念圖。實(shí)施方案的描述以下將詳細(xì)說(shuō)明實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選方式。以下描述的實(shí)施方案僅僅是本發(fā)明代表 性的實(shí)施方案的實(shí)例。本發(fā)明的范圍不應(yīng)被狹義地解釋。<燃料改質(zhì)器>圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的燃料改質(zhì)器1的一種構(gòu)造的概念圖。燃料改質(zhì)器1基本 上具有一次燃料引入單元11、燃料改質(zhì)單元12和二次燃料供給單元13。根據(jù)需要，其可 具有燃料精制單元14、電解質(zhì)溶液供給單元15和各種控制裝置。以下將說(shuō)明各個(gè)組件的構(gòu) 造、功能、作用等。(1) 一次燃料引入單元11一次燃料引入單元11用于將燃料引入燃料改質(zhì)器1中。對(duì)一次燃料引入單元11 的形式不作限制，而是可以自由設(shè)計(jì)，只要將一次燃料引入燃料改質(zhì)器1中即可。例如，通 過(guò)利用壓力注射、負(fù)壓注射、接觸吸水或毛細(xì)管作用的原理，可以將一次燃料引入根據(jù)本發(fā) 明的燃料改質(zhì)器1中。此外，根據(jù)所用燃料的類(lèi)型，可以設(shè)計(jì)一次燃料引入單元11的結(jié)構(gòu)。例如，引入燃 料的一種構(gòu)造如下通過(guò)提供具有突起結(jié)構(gòu)(例如針或銷(xiāo)夾)的一次燃料引入單元11并且 用突起結(jié)構(gòu)刺固體燃料。另外，一次燃料引入單元11可以設(shè)計(jì)為使用泵或閥以使得較高粘度的燃料也可以引入。另外，例如在使用紙等作為一次燃料的情況下，一次燃料引入單元11 可以設(shè)計(jì)為具有碎紙機(jī)功能等。對(duì)可以由燃料改質(zhì)器1改質(zhì)的一次燃料不作特別限制，只要其可以分解成利用用 于目標(biāo)燃料電池的酶作為催化劑在酶、酸或堿、微生物、加熱等作用下通過(guò)氧化還原反應(yīng)釋 放電子的物質(zhì)即可。例如，可以使用諸如果汁、運(yùn)動(dòng)飲品、糖水、酒等的飲品，諸如潤(rùn)膚液等 的洗液。也就是說(shuō)，通過(guò)使用燃料改質(zhì)器1，日常生活中所用的食品、洗液等可以被改質(zhì)成在 利用酶作為催化劑進(jìn)行氧化還原反應(yīng)時(shí)發(fā)電的燃料電池(下文稱(chēng)為“生物燃料電池”)用燃 料。特別期望使用含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、糖蛋白、脂肪酸等的燃料作為一次燃料。 通過(guò)使一次燃料分解并將其改質(zhì)成單糖、氨基酸、脂肪酸等，燃料可適合用作生物燃料電池 的燃料。此外，燃料改質(zhì)器1不僅可以將用作一次燃料的液體，而且可以將用作一次燃料的 固體物質(zhì)如廢木材、廢紙、食品廢棄物等改質(zhì)成適合作為生物燃料電池燃料的燃料。這樣的 固體物質(zhì)(特別是廢木材、廢紙等)還不曾能夠用作生物燃料電池的燃料，這是因?yàn)榧词乖?使用降解酶的情況下也不能獲得足夠高的反應(yīng)速度。然而，通過(guò)進(jìn)行將于下文中描述的各 種燃料改質(zhì)，燃料改質(zhì)器1甚至可以使用固體物質(zhì)(特別是廢木材、廢紙等)作為生物燃料 電池的燃料。有關(guān)可用作燃料的物質(zhì)以及反之不能使用的物質(zhì)的信息寫(xiě)于，例如發(fā)電設(shè)備或電 子裝置或其包裝，或食品和飲品的包裝中，由此警告用戶(hù)。此外，通過(guò)用容器罩住不能用作 燃料以及燃料改質(zhì)器1不可接觸的物質(zhì)，可以防止錯(cuò)誤地使用不可用的燃料。(2)燃料改質(zhì)單元12燃料改質(zhì)單元12與一次燃料引入單元11連通，將一次燃料改質(zhì)成能夠通過(guò)利用 用于目標(biāo)燃料電池的酶作為催化劑的氧化還原反應(yīng)放出電子的二次燃料?？梢愿鶕?jù)所用一 次燃料的類(lèi)型，自由選擇燃料改質(zhì)單元12中的改質(zhì)方法。例如，可以使用諸如利用酶、酸、 堿或微生物的化學(xué)、生物方法，進(jìn)行加熱、加壓等的物理方法的一種或多種方法。以下將分別說(shuō)明在使用(a)纖維素，(b)淀粉，(C)甲殼質(zhì)/殼聚糖，(d)黏膜骨膜 (透明質(zhì)酸、軟骨素等)，(e) 二糖(麥芽糖、八甲基麥芽糖、纖維二糖、異麥芽糖、乳糖、蔗糖 等)，(f)蛋白質(zhì)和(g)脂肪作為一次燃料的情況下的具體實(shí)例。(a)纖維素[利用酶分解]其是根據(jù)用作一次燃料的纖維素的類(lèi)型，通過(guò)使用適于各種纖維素的一種或多種 纖維素酶進(jìn)行分解而改質(zhì)成作為二次燃料的單糖(葡萄糖)的方法。所用的纖維素酶的實(shí) 例包括內(nèi)切葡聚糖酶、纖維二糖水解酶和半纖維素酶。[稀硫酸兩階段糖化]稀硫酸兩階段糖化方法是酸糖化方法之一，并且是以下方法使用稀硫酸糖化半 纖維素組分，將所得物分離成糖化溶液和固體纖維素組分，以及進(jìn)一步地在另一條件下用 稀硫酸使纖維素組分糖化。通過(guò)使用該方法，將作為一次燃料的纖維素改質(zhì)成作為二次燃 料的單糖(葡萄糖)。酶可用于纖維素組分的糖化。[使用超臨界流體或亞臨界流體的方法]該方法是將作為一次燃料的纖維素在水和二氧化碳的超臨界流體或亞臨界流體
6中水解，從而將纖維素改質(zhì)成作為二次燃料的單糖(葡萄糖)的方法。[使用加壓熱水溶劑分解]其是根據(jù)需要在氧化劑等存在下通過(guò)使用加壓熱水溶劑使作為一次燃料的纖維 素水解，從而將纖維素改質(zhì)成作為二次燃料的單糖(葡萄糖)的方法。[使用固體氧化物催化劑分解]其是通過(guò)使用如活性炭的固體氧化物催化劑使作為一次燃料的纖維素水解，從而 將纖維素改質(zhì)成作為二次燃料的單糖(葡萄糖)的方法。[使用纖維素水解真菌分解]其是通過(guò)使用纖維素水解真菌如木腐菌水解纖維素使作為一次燃料的纖維素糖 化，從而將纖維素改質(zhì)成作為二次燃料的單糖(葡萄糖)的方法。(b)淀粉[利用酶分解]其是根據(jù)用作一次燃料的淀粉的類(lèi)型，通過(guò)使用適于各種淀粉的一種或多種降 解酶進(jìn)行分解來(lái)改質(zhì)成作為二次燃料的單糖(葡萄糖)的方法。所用降解酶的實(shí)例包括 α -淀粉酶、β淀粉酶和α -糖苷酶。[稀硫酸糖化]其是通過(guò)向作為一次燃料的淀粉水溶液中加入稀硫酸并且加熱所得物而將淀粉 糖化成糊精麥芽糖、隨后糖化成單糖(葡萄糖)的方法。[使用淀粉分解真菌分解]其是通過(guò)使用具有淀粉降解能力的微生物如淀粉降解乳酸菌或淀粉降解蠟狀芽 胞桿菌(Bacillus cereus)使作為一次燃料的淀粉糖化，從而將淀粉改質(zhì)成作為二次燃料 的單糖(葡萄糖)的方法。(C)甲殼質(zhì)/殼聚糖[利用酶分解]其是根據(jù)用作一次燃料的甲殼質(zhì)/殼聚糖的類(lèi)型，通過(guò)使用適于各種甲殼質(zhì)和各 種殼聚糖的一種或多種降解酶進(jìn)行分解而改質(zhì)成作為二次燃料的單糖(N-乙酰葡萄糖胺、 葡萄糖胺等)的方法。所用的降解酶的實(shí)例包括甲殼質(zhì)酶和殼聚糖酶。[硫酸水解]其是通過(guò)使用硫酸使作為一次燃料的甲殼質(zhì)/殼聚糖水解，從而將甲殼質(zhì)/殼聚 糖改質(zhì)成作為二次燃料的單糖(N-乙酰葡萄糖胺、葡萄糖胺等)的方法。另外，在分解中， 可以進(jìn)行兩階段硫酸水解。[使用甲殼質(zhì)/殼聚糖分解真菌分解]其是通過(guò)使用具有甲殼質(zhì)/殼聚糖分解能力的微生物如弧菌將作為一次燃料的 甲殼質(zhì)/殼聚糖改質(zhì)成作為二次燃料的單糖(N-乙酰葡萄糖胺、葡萄糖胺等)的方法。(d)黏膜骨膜(透明質(zhì)酸，軟骨素等)[利用酶分解]其是根據(jù)作為一次燃料的黏膜骨膜(透明質(zhì)酸、軟骨素等)的類(lèi)型，通過(guò)使用適 于各種黏膜骨膜的一種或多種降解酶進(jìn)行分解而將黏膜骨膜改質(zhì)成作為二次燃料的單糖 (葡萄糖醛酸、N-乙酰葡萄糖胺等)的方法。在透明質(zhì)酸的情況下，所用的降解酶的實(shí)例包括透明質(zhì)酸酶。[水解方法]其是利用黏膜骨膜在弱酸或弱堿存在下易于水解的性質(zhì)，通過(guò)使用弱酸或弱堿進(jìn) 行水解而將作為一次燃料的黏膜骨膜改質(zhì)成作為二次燃料的單糖(葡萄糖醛酸、N-乙酰葡 萄糖胺等)的方法。[使用黏膜骨膜分解真菌分解]其是通過(guò)使用具有分解黏膜骨膜能力的微生物將作為一次燃料的黏膜骨膜改質(zhì) 成作為二次燃料的單糖(葡萄糖醛酸、N-乙酰葡萄糖胺等)的方法。(e) 二糖(麥芽糖、八甲基麥芽糖、纖維二糖、異麥芽糖、乳糖、蔗糖等)[利用酶分解]其是根據(jù)用作一次燃料的二糖的類(lèi)型，通過(guò)使用適于各種二糖的一種或多種降解 酶進(jìn)行分解而將用作一次燃料的二糖(麥芽糖、八甲基麥芽糖、纖維二糖、異麥芽糖、乳糖、 蔗糖等)改質(zhì)成作為二次燃料的單糖(葡萄糖、果糖等)的方法。所用的降解酶的實(shí)例包 括乳糖酶(在乳糖情況下)、蔗糖酶(在蔗糖情況下)以及麥芽糖酶(在麥芽糖情況下)。[使用二糖分解真菌分解]其是通過(guò)使用具有分解二糖能力的微生物將作為一次燃料的二糖改質(zhì)成作為二 次燃料的單糖(葡萄糖、果糖等)的方法。(f)蛋白質(zhì)[利用酶分解]其是根據(jù)用作一次燃料的蛋白質(zhì)的類(lèi)型，通過(guò)使用適于各種蛋白質(zhì)的一種或多種 降解酶進(jìn)行分解而將用作一次燃料的蛋白質(zhì)改質(zhì)成作為二次燃料的氨基酸的方法。所用的 降解酶的實(shí)例包括糜蛋白酶、枯草溶菌素、胃液素、組織蛋白酶D、HIV蛋白酶、嗜熱蛋白酶、 木瓜蛋白酶和半胱天冬酶。(g)脂肪[利用酶分解]其是根據(jù)用作一次燃料的脂肪的類(lèi)型，通過(guò)使用適于各種脂肪的一種或多種降解 酶進(jìn)行分解而將脂肪改質(zhì)成作為二次燃料的甘油和脂肪酸的方法。(3) 二次燃料供給單元13二次燃料供給單元13與燃料改質(zhì)單元12連通，用于向生物燃料電池供應(yīng)在燃料 改質(zhì)單元12中改質(zhì)的二次燃料。對(duì)燃料供給單元13的形式不作限制并且可以自由設(shè)計(jì)燃 料供給單元13，只要其能夠?qū)⒍稳剂弦缴锶剂想姵丶纯伞＠纾梢岳弥T如壓力注 射、負(fù)壓注射、接觸吸水或毛細(xì)管作用的原理，將二次燃料供給到生物燃料電池。(4)燃料精制單元14燃料精制單元14精制在燃料改質(zhì)單元12中改質(zhì)的二次燃料。如上所述，燃料改 質(zhì)器1可以將各種一次燃料改質(zhì)成可用作生物燃料電池的燃料的二次燃料。但是，存在以 下情形二次燃料中含有妨礙生物燃料電池中酶反應(yīng)的物質(zhì)，或者存在改變?nèi)芤旱腜H或鹽 濃度的雜質(zhì)。當(dāng)生物燃料電池的酶電極中存在酶反應(yīng)妨礙物質(zhì)、雜質(zhì)等時(shí)，可能導(dǎo)致酶活性 下降、酶失活、酶固定化膜失穩(wěn)、酶固定化膜毀壞等。結(jié)果，可能出現(xiàn)不能平穩(wěn)發(fā)電的問(wèn)題。為解決該問(wèn)題，燃料改質(zhì)器1具有燃料精制單元14，通過(guò)燃料精制單元14可以精制經(jīng)改質(zhì)的二次燃料。對(duì)在燃料精制單元14中進(jìn)行的精制二次燃料的方法不作限制，而是 可以根據(jù)二次燃料的類(lèi)型以及二次燃料中所含的酶反應(yīng)妨礙物質(zhì)和雜質(zhì)進(jìn)行自由選擇。例 如，可以自由組合并實(shí)施諸如使用過(guò)濾器的方法、加熱方法、使用離子交換樹(shù)脂層的方法以 及使用凝膠過(guò)濾柱的方法中的一種或多種方法。這些方法中的每一種將在下文中描述。(a)過(guò)濾器 141通過(guò)使用過(guò)濾器141，可以去除二次燃料中存在的不溶組分。結(jié)果，可以減輕對(duì)酶 電極的損害。對(duì)用于燃料改質(zhì)器1中的燃料精制單元14的過(guò)濾器141的類(lèi)型不作限制?？?以自由選擇使用已知過(guò)濾器中的一種或多種。實(shí)例為聚碳酸酯、聚丙烯、混合纖維素酯、聚 偏二氟乙烯、氟樹(shù)脂(PTFE)、尼龍、硝酸纖維素、玻璃纖維、聚醚砜、聚氯乙烯(PVC)等。可以 疊置同一類(lèi)型或不同類(lèi)型的過(guò)濾器141。(b)加熱裝置142通過(guò)加熱二次燃料，可以使溶于溶液中的抑制酶反應(yīng)的聚合物組分如蛋白質(zhì)聚 集。如圖2所示通過(guò)聯(lián)用加熱裝置142和過(guò)濾器141，例如通過(guò)使用過(guò)濾器141去除通過(guò)加 熱裝置142加熱并聚集的聚合物組分等。因而，可以更可靠地除去聚合物組分等。除去聚合物組分等的方法不限于使用過(guò)濾器141的方法。例如，如圖3所示，通過(guò) 處理待加熱的部分側(cè)壁的表面S等以吸收聚合物組分等，也可以吸收通過(guò)加熱裝置141聚 集的聚合物組分等。在此情況下，通過(guò)攪拌溶液同時(shí)加熱，可以更可靠地吸收聚合物組分寸。如上所述通過(guò)使用加熱裝置142除去聚合物組分等，減輕了生物燃料電池的酶電 極中的酶反應(yīng)抑制以及對(duì)酶電極的損害。結(jié)果，可以有效地進(jìn)行發(fā)電。此外，可以根據(jù)待除去的目標(biāo)聚合物組分等自由設(shè)定加熱裝置142中的加熱溫 度。例如，在蛋白質(zhì)的情況下，優(yōu)選40°C 60°C。(c)離子交換樹(shù)脂層143通過(guò)在燃料精制單元14中設(shè)置吸收陽(yáng)離子或陰離子的離子交換樹(shù)脂層，可以除 去二次燃料溶液中的鹽。當(dāng)離子強(qiáng)度不穩(wěn)定時(shí)，存在生物燃料電池的酶電極中的酶固定化 膜可能被破壞的可能性。但是，通過(guò)在燃料精制單元14中提供離子交換樹(shù)脂層143，二次燃 料溶液中的鹽得以去除并且可以控制二次燃料的離子強(qiáng)度。因此，可以減輕對(duì)酶電極的損害。對(duì)離子交換樹(shù)脂層143的具體構(gòu)造不作限定，而是可以根據(jù)所去除的鹽等的類(lèi)型 自由設(shè)計(jì)離子交換樹(shù)脂層143。例如，如圖4所示，具有多層結(jié)構(gòu)的離子交換樹(shù)脂層143可 以通過(guò)交替疊置陽(yáng)離子型離子交換樹(shù)脂1431和陰離子型離子交換樹(shù)脂層1432來(lái)形成。可以將離子交換樹(shù)脂層143與過(guò)濾器141和加熱裝置142聯(lián)用。例如，如圖5所 示，通過(guò)使用加熱裝置142加熱二次燃料，使二次燃料中的聚合物組分等聚集。接下來(lái)，使 用過(guò)濾器141除去聚集的聚合物組分和不溶組分。隨后，使用離子交換樹(shù)脂層143除去二 次燃料中的鹽。以這種方式，可以逐步精制二次燃料。對(duì)用于離子交換樹(shù)脂層143的離子交換樹(shù)脂的類(lèi)型不作限制，可以自由使用已知 樹(shù)脂。例如，可以使用通過(guò)磺化苯乙烯-二乙烯基苯共聚物獲得的材料或者由烷基銨制得 的材料。(d)凝膠過(guò)濾柱
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盡管并未顯示，但通過(guò)在燃料精制單元14中設(shè)置凝膠過(guò)濾柱，二次燃料溶液中的 低分子量組分被捕獲在凝膠過(guò)濾柱中并且從二次燃料中去除。凝膠過(guò)濾柱可以與過(guò)濾器 141、加熱裝置142和離子交換樹(shù)脂層143聯(lián)用。此外，對(duì)用于燃料精制單元14的凝膠過(guò)濾柱的類(lèi)型不作限制，而是可以自由使用 已知的凝膠過(guò)濾柱。例如，采用使用硅膠、取代硅膠、多羥基甲基丙烯酸酯等的凝膠過(guò)濾柱。(5)電解質(zhì)溶液供給單元15燃料改質(zhì)器1可以具有電解質(zhì)溶液供給單元15，電解質(zhì)溶液供給單元15用于向二 次燃料供應(yīng)電解質(zhì)溶液，以使在燃料精制單元14中精制的二次燃料變成更理想的生物燃 料電池的燃料。通過(guò)向經(jīng)精制的二次燃料供應(yīng)電解質(zhì)溶液以調(diào)節(jié)二次燃料，使用經(jīng)調(diào)節(jié)的 二次燃料的生物燃料電池可以具有理想的發(fā)電性能。對(duì)由電解質(zhì)溶液供給單元15供應(yīng)的電解質(zhì)溶液的類(lèi)型不作限制，而是可以根據(jù) 所供應(yīng)的二次燃料的類(lèi)型進(jìn)行自由選擇。實(shí)例包括諸如由磷酸二氫鈉(NaH2PO4)、磷酸二氫 鉀(KH2PO4)等產(chǎn)生的磷酸二氫根離子(H2PCV)，2-氨基-2-羥甲基-1，3-丙二醇(縮寫(xiě)名稱(chēng) 為tris)，2-(N-嗎啉基)乙磺酸(MES)，二甲胂酸，碳酸(H2CO3)，檸檬酸氫根離子，N-乙 酰胺)亞氨基二乙酸(ADA)，哌嗪-N，N，-雙乙磺酸)(PIPES)，N-乙酰胺)_2_氨基 乙磺酸(ACES)，3-(N-嗎啉基)丙磺酸(MOPS)，N-2-羥乙基哌嗪-N，-2-乙磺酸(HEPES)， N-2-羥乙基哌嗪-N，-3-丙磺酸(HEPPS)，N-[三(羥甲基)甲基]甘氨酸(縮寫(xiě)名稱(chēng)為 廿土(^1^)，雙甘氨肽，隊(duì)^雙(2-羥乙基)甘氨酸(縮寫(xiě)名稱(chēng)為bicin)，咪唑，三唑，吡啶衍 生物，聯(lián)吡啶衍生物，咪唑衍生物(組氨酸、1-甲基咪唑、2-甲基咪唑、4-甲基咪唑、2-乙基 咪唑、咪唑-2-羧酸乙酯、咪唑-2-羧醛、咪唑-4-羧酸、咪唑-4，5-二羧酸、咪唑-1-基-乙 酸、2-乙酰基苯并咪唑、1-乙?；溥颉-乙?；溥?、2-氨基苯并咪唑、N-(3-氨丙基) 咪唑、5-氨基-2-(三氟甲基)苯并咪唑、4-氮雜苯并咪唑、4-氮雜-2-巰基苯并咪唑、苯并 咪唑、1-芐基咪唑和1-丁基咪唑等含有咪唑環(huán)的化合物)的緩沖溶液。(6)各種控制裝置燃料改質(zhì)器1可具有各種控制裝置，如在不同部分的第一控制裝置21、改質(zhì)方法 選擇裝置22、第二控制裝置23、第三控制裝置M和電解質(zhì)控制裝置25。下面將參照?qǐng)D6對(duì) 各個(gè)控制裝置進(jìn)行說(shuō)明。(a)第一控制裝置21第一控制裝置21是基于引入一次燃料引入單元11中的一次燃料的狀態(tài)來(lái)控制一 次燃料向燃料改質(zhì)單元12的引入的控制裝置。例如，在引入一次燃料引入單元11中的一 次燃料具有不能由燃料改質(zhì)器1改質(zhì)的性質(zhì)的情況下，可以預(yù)先停止向燃料改質(zhì)單元12的 引入，從而不破壞燃料改質(zhì)單元12的功能。在引入一次燃料引入單元11中的一次燃料量 過(guò)大的情況下，可以對(duì)引入到燃料改質(zhì)單元12的量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以不破壞燃料改質(zhì)單元12的 功能。 對(duì)具體控制方法不作限制。例如，為一次燃料弓I入單元11提供傳感器211，在一次 燃料引入單元11和燃料改質(zhì)單元12之間安裝能夠中斷或調(diào)節(jié)一次燃料通路的中斷板或調(diào) 節(jié)閥如閘門(mén)212，通過(guò)傳感器211檢測(cè)一次燃料的狀態(tài)如性質(zhì)和引入量，并且打開(kāi)/關(guān)閉中 斷板、調(diào)節(jié)閥等如閘門(mén)212，從而能夠控制一次燃料向燃料改質(zhì)單元12的引入。
(b)改質(zhì)方法選擇裝置22
改質(zhì)方法選擇裝置22是基于引入燃料改質(zhì)單元12中的一次燃料的狀態(tài)來(lái)選擇燃 料改質(zhì)單元12中的一次燃料改質(zhì)方法的裝置。通過(guò)提供改質(zhì)方法選擇裝置22，燃料改質(zhì)器 1可以被視作可以廣泛使用并適于各類(lèi)型型的一次燃料的改質(zhì)器。對(duì)具體選擇方法不作限制。例如，為燃料改質(zhì)單元12提供傳感器221，安裝儲(chǔ)存各 種降解酶的降解酶儲(chǔ)存單元222以連接至燃料改質(zhì)單元12，通過(guò)傳感器221檢測(cè)一次燃料 的類(lèi)型，并且將對(duì)應(yīng)于該類(lèi)型的降解酶從降解酶儲(chǔ)存單元222注射到燃料改質(zhì)單元12中， 從而根據(jù)一次燃料類(lèi)型選擇改質(zhì)方法。(C)第二控制裝置23第二控制裝置23是基于在燃料改質(zhì)單元12中改質(zhì)的二次燃料的狀態(tài)來(lái)控制二次 燃料從燃料改質(zhì)單元12的傳送的控制裝置。例如，在燃料改質(zhì)單元12中改質(zhì)的二次燃料 具有不能用于目標(biāo)生物燃料電池的性質(zhì)的情況下，可以預(yù)先停止二次燃料從燃料改質(zhì)單元 12的傳送，以不破壞生物燃料電池的功能。另外，在燃料改質(zhì)單元12中所改質(zhì)的二次燃料 量過(guò)大的情況下，可以調(diào)節(jié)從燃料改質(zhì)單元12的傳送量，以不破壞生物燃料電池的功能。對(duì)具體控制方法不作限制。例如，燃料改質(zhì)單元12具有傳感器231，在燃料改質(zhì)單 元12和燃料精制單元13之間或者在燃料改質(zhì)單元12和燃料供給單元13之間安裝能夠中 斷或調(diào)節(jié)二次燃料通路的中斷板或調(diào)節(jié)閥如閘門(mén)232，通過(guò)傳感器231檢測(cè)二次燃料的狀 態(tài)如性質(zhì)和量，并且根據(jù)二次燃料的狀態(tài)打開(kāi)/關(guān)閉中斷板、調(diào)節(jié)閥等如閘門(mén)232，從而能 夠控制二次燃料從燃料改質(zhì)單元12的傳送。(d)第三控制裝置M第三控制裝置M是基于在燃料精制單元14中精制的二次燃料的狀態(tài)來(lái)控制二次 燃料從燃料精制單元14的傳送的控制裝置。例如，在燃料精制單元14中所精制的二次燃料 具有不能用于目標(biāo)生物燃料電池的性質(zhì)的情況下，可以預(yù)先停止二次燃料從燃料精制單元 14的傳送，以不破壞生物燃料電池的功能。另外，在燃料精制單元14中所精制的二次燃料 量過(guò)大的情況下，可以調(diào)節(jié)從燃料精制單元14的傳送量，以不破壞生物燃料電池的功能。對(duì)具體控制方法不作限制。例如，燃料精制單元14具有傳感器Ml，在燃料精制單 元14和電解質(zhì)供給單元15之間或者在燃料精制單元14和燃料供給單元13之間安裝能夠 中斷或調(diào)節(jié)二次燃料通路的中斷板或調(diào)節(jié)閥如閘門(mén)M2，通過(guò)傳感器241檢測(cè)二次燃料的 狀態(tài)如性質(zhì)和量，并且根據(jù)二次燃料的狀態(tài)打開(kāi)/關(guān)閉中斷板、調(diào)節(jié)閥等如閘門(mén)M2，從而 能夠控制二次燃料從燃料精制單元14的傳送。(e)電解質(zhì)控制裝置25電解質(zhì)控制裝置25是基于在燃料精制單元14中精制的二次燃料的狀態(tài)來(lái)控制來(lái) 自電解質(zhì)溶液供給單元15的電解質(zhì)溶液的供給量的裝置。通過(guò)提供電解質(zhì)控制裝置25，可 以根據(jù)目標(biāo)生物燃料電池的類(lèi)型將二次燃料調(diào)節(jié)為理想的燃料。對(duì)具體控制方法不作限制。例如，電解質(zhì)溶液供給單元15具有傳感器251，安裝儲(chǔ) 存電解質(zhì)溶液的電解質(zhì)溶液儲(chǔ)存單元253以經(jīng)由泵252連接至電解質(zhì)溶液供給單元15，通 過(guò)傳感器251檢測(cè)二次燃料的狀態(tài)如性質(zhì)和量，并且經(jīng)由泵252將根據(jù)該狀態(tài)的量的電解 質(zhì)溶液從電解質(zhì)溶液儲(chǔ)存單元253注射到電解質(zhì)溶液供給單元15，從而能夠?qū)⑷剂险{(diào)節(jié)為 根據(jù)目標(biāo)生物燃料電池的理想燃料。如圖6所示，可以將各種控制裝置安裝在它們的目標(biāo)部分中。例如，如圖7所示，也可以設(shè)計(jì)為使得所有控制都可以通過(guò)單個(gè)控制裝置20進(jìn)行。上述燃料改質(zhì)器1設(shè)計(jì)為使得與例如各種生物燃料電池連接并且可以形成為例 如所謂的燃料盒。燃料改質(zhì)器1可以將取自日常生活中的食品和飲品、潤(rùn)膚液等、餐飲垃圾等改質(zhì) 成可以用作生物燃料電池的燃料的物質(zhì)，因而在災(zāi)難等發(fā)生的時(shí)候也能夠穩(wěn)定地保證電 源。〈發(fā)電設(shè)備〉圖8示出發(fā)電設(shè)備100的以一種構(gòu)造。發(fā)電設(shè)備100具有燃料改質(zhì)器1和燃料電 池部分10。燃料電池部分10具有燃料箱101、陽(yáng)極102和陰極103。在發(fā)電設(shè)備100中，通 過(guò)由燃料改質(zhì)器1將一次燃料改質(zhì)成二次燃料并且利用二次燃料的酶作為催化劑進(jìn)行氧 化還原反應(yīng)，發(fā)電?？梢允褂枚鄠€(gè)燃料改質(zhì)器1和多個(gè)燃料電池部分10構(gòu)造發(fā)電設(shè)備100。例如，將 多個(gè)燃料電池部分10串聯(lián)并且為各個(gè)燃料電池部分10提供燃料改質(zhì)器1，或者可由一個(gè)燃 料改質(zhì)器1向各個(gè)燃料電池部分10供應(yīng)燃料。在具有多個(gè)燃料電池部分10的發(fā)電設(shè)備100中通過(guò)多步共軛酶反應(yīng)發(fā)電的情況 下，可以由一個(gè)燃料電池部分10逐步地或由每個(gè)燃料電池部分10多步地引起共軛酶反應(yīng)。 例如可以采用以下構(gòu)造將由一個(gè)燃料電池部分10中的一個(gè)階段或多個(gè)階段中的酶反應(yīng) 所產(chǎn)生的反應(yīng)中間體供應(yīng)至另一個(gè)燃料電池部分10的燃料箱101，并且下一階段的酶反應(yīng) 在該燃料電池部分10中發(fā)生。燃料電池部分10的形式同樣不受限制，可以根據(jù)所用的電子裝置自由設(shè)計(jì)。例 如，燃料電池部分10可以設(shè)計(jì)為常規(guī)規(guī)格的電池結(jié)構(gòu)，例如圓柱形、硬幣形、紐扣形，或者 可以設(shè)計(jì)為管狀形式，其中如圖9所示，外壁表面為陰極103，內(nèi)壁表面為陽(yáng)極102，燃料通 過(guò)管子內(nèi)部。在使燃料電池部分10小型化的情況下，為提高安全性，可以將其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為 不容易通過(guò)人的喉嚨的形狀或尺寸。另外，通過(guò)使構(gòu)件為柔性材料且可變形(例如，超纖細(xì) 形式)，它們可以適用于各種形式的電子裝置(例如顯示器)。下文將說(shuō)明各個(gè)部件的構(gòu)造、 功能、作用等。(1)燃料箱 101燃料箱101用于儲(chǔ)存由燃料改質(zhì)器1的二次燃料供給單元13所供應(yīng)的二次燃料。 對(duì)燃料箱101的形狀不作限制，而是可以自由設(shè)計(jì)，只要其是能夠向?qū)⒃谙挛闹忻枋龅年?yáng) 極102供應(yīng)二次燃料的形式即可。對(duì)由燃料箱101向陽(yáng)極102供應(yīng)二次燃料的方法不作限 制，而是可以自由選擇已知的方法。例如，通過(guò)利用壓力注射、負(fù)壓注射、接觸吸水或毛細(xì)管 作用的原理，可以向陽(yáng)極102供給二次燃料。對(duì)燃料箱101的形式不作限制，只要不妨礙本發(fā)明的目的即可，可以根據(jù)燃料的 類(lèi)型、發(fā)電設(shè)備100的形式以及所用電子裝置的類(lèi)型和形式自由設(shè)計(jì)。此外，也可以構(gòu)造儲(chǔ) 存可變成燃料的材料的現(xiàn)有容器和燃料改質(zhì)器101的一次燃料引入單元11，以使之相互連 接并且將該容器用作向燃料箱101供應(yīng)燃料的燃料盒。或者，可以構(gòu)造容器和將在下文中 描述的陽(yáng)極102以使之相互連接，并且該容器自身可用作燃料箱101。容器的實(shí)例包括塑料 桶、打火機(jī)的燃料箱以及鋁包裝體。(2)陽(yáng)極 102
在燃料電池部分10的陽(yáng)極102中，當(dāng)由燃料箱101供給的二次燃料進(jìn)行氧化反應(yīng) 時(shí)，放出電子。由于發(fā)電設(shè)備100具有燃料改質(zhì)器101，異物幾乎不會(huì)混入供給到陽(yáng)極102的二次 燃料中。但是，優(yōu)選在燃料箱101和陽(yáng)極102之間提供異物除去裝置，如過(guò)濾器。通過(guò)提供 異物除去裝置，例如可以防止諸如微生物之類(lèi)的異物與二次燃料一起供應(yīng)到陽(yáng)極102。結(jié) 果，可以改善發(fā)電效率和輸出值。燃料在陽(yáng)極102處發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)，存在以下情形因?yàn)槿剂献陨砘蚍磻?yīng)中間體 (例如源自TCA電路的乙醛、甲醛和有機(jī)酸)是揮發(fā)性的，作為最終反應(yīng)物產(chǎn)生二氧化碳?xì)?體，或者由作為雜質(zhì)混入的微生物導(dǎo)致發(fā)酵，所以附帶產(chǎn)生有機(jī)酸。然后，優(yōu)選通過(guò)利用吸 收和給水反應(yīng)等使所產(chǎn)生的二氧化碳和水返回燃料箱101中。另外，優(yōu)選提供安全閥以備 在內(nèi)壓由于陽(yáng)極102和燃料箱101附近(包括連接部分)的氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體而急劇 上升時(shí)使壓力泄放。安全閥的類(lèi)型通?？梢宰杂蛇x自用于使壓力泄放的閥，例如止回閥。對(duì)用于陽(yáng)極102的材料不作限制，只要其可以與外部電連接即可，可以自由選擇 并使用任何已知材料。實(shí)例包括金屬如Pt、Ag、Au、Ru、Rh、Os、Nb、Mo、In、Ir、Zn、Mn、Fe、 Co、Ti、V、Cr、Pd、Re、Ta、W、Zr、Ge和Hf，合金如鋁鎳合金、黃銅、硬鋁、青銅、非磁性鎳、鉬 銠，海波可、坡莫合金、坡曼德合金、鎳銀和磷青銅，導(dǎo)電聚合物如聚乙炔，煤材料如石墨和 炭黑，硼化物例如HfB2、NbB、Cr&和B4C,氮化物如TiN和&N，硅化物例如VSi2、NbSi2、MoSi2 和TaSi2,以及它們的復(fù)合材料。根據(jù)需要，可以將酶固定到陽(yáng)極102。例如，在使用含醇燃料作為二次燃料的情況 下，固定氧化分解醇的氧化酶即足矣。氧化酶的實(shí)例包括醇脫氫酶、醛還原酶、醛脫氫酶、乳 酸酯脫氫酶、羥基丙酮酸酯還原酶、甘油酸酯脫氫酶、甲酸酯脫氫酶、果糖脫氫酶、半乳糖脫 氫酶、葡萄糖脫氫酶、葡萄糖酸酯5脫氫酶和葡萄糖酸酯2脫氫酶。此外，除了氧化酶之外，還可以將經(jīng)氧化的輔酶和輔酶氧化酶固定到陽(yáng)極102。經(jīng) 氧化的酶的實(shí)例包括煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(下文稱(chēng)作NAD+)、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷 酸酯(下文稱(chēng)作NADP+)、(黃素腺嘌呤二核苷酸(下文稱(chēng)作FAD+)和吡咯并-喹啉醌(下 文稱(chēng)作PQQ 2+)。關(guān)于輔酶氧化酶，例如，提及黃遞酶。在陽(yáng)極102中，當(dāng)二次燃料氧化分解時(shí)，重復(fù)氧化還原反應(yīng)，該氧化還原反應(yīng)使得 經(jīng)氧化的輔酶分別還原成作為它們的還原形式的NADH、NADPH、FADH和PQQH2，相反通過(guò)輔 酶氧化酶經(jīng)還原的輔酶轉(zhuǎn)化成經(jīng)氧化的輔酶。當(dāng)經(jīng)還原的輔酶轉(zhuǎn)化成經(jīng)氧化的輔酶時(shí)，產(chǎn) 生2個(gè)電子。此外，除了氧化酶和經(jīng)氧化的輔酶之外，可以將電子傳遞介質(zhì)固定到陽(yáng)極102，以 將所產(chǎn)生的電子順利傳遞到電極。盡管可以使用多種材料作為電子傳遞介質(zhì)，但優(yōu)選采用 具有醌骨架的化合物或具有二茂鐵基骨架的化合物。就具有醌骨架的化合物而言，特別優(yōu) 選具有萘醌骨架的化合物。另外，根據(jù)需要，另外一種或多種用作電子傳遞介質(zhì)的化合物也 可以與具有醌骨架的化合物和具有二茂鐵基骨架的化合物一起用于固定化。具有萘醌骨架的化合物的具體實(shí)例包括2-氨基-1，4-萘醌(ANQ)、2_氨基-3-甲 基-1，4-萘醌(AMNQ)、2-氨基-3-羧基-1，4-萘醌(ACNQ)、2，3-二氨基-1，4-萘醌、4-氨 基-1，2-萘醌、2-羥基-1，4-萘醌、2-甲基-3-羥基-1，4-萘醌、維他命K1 (2-甲基-3-植 基-1，4-萘醌)、維他命K2 (2-法呢基-3-甲基-1，4-萘醌)和維他命K3 甲基-1，4-萘醌)。此外，就具有醌骨架的化合物而言，可以使用例如具有蒽醌骨架的化合物或其衍生物， 如蒽醌-1-磺酸酯或蒽醌-2-磺酸酯。就具有二茂鐵骨架的化合物而言，可以使用例如乙 烯基二茂鐵、二甲基氨基甲基二茂鐵、1，1’_雙(二苯基膦)二茂鐵、二甲基二茂鐵、二茂鐵 單碳酸等。另外，就其他化合物而言，可以使用例如金屬絡(luò)合物如釕(Ru)、鈷(Co)、錳(Mn)、 鉬(Mo)、鉻(Cr)、鋨(Os)、鐵(Fe)和鈷(Co)的絡(luò)合物，紫精(viologen)化合物如芐基紫 精，具有煙酰胺結(jié)構(gòu)的化合物，具有核黃素結(jié)構(gòu)的化合物，具有核苷酸-磷酸酯結(jié)構(gòu)的化合 物等。更具體的實(shí)例包括順式-[Ru(NH3)4C12]1,反式-[Ru(NH3)4C12]1, [Co (dien) 2] 3+/2\ [Mn (CN) 6] 3士、[Mn(CN) 6]4_/5\ [Mo2O3S (edta)[Mo2O2S2 (edta)[Mo2O4 (edta)W2_、[Cr(CN)6]3+、亞甲基藍(lán)、膿青素(pycocyanine)、靛青-四磺酸酯、 熒光素、花菁、綠膿菌素、甲基apri藍(lán)、試鹵靈、靛青-三磺酸酯、6，8，9_三甲基-異咯嗪、 chloraphine、靛青二磺酸酯、尼羅藍(lán)、靛胭脂、9-苯基-異咯嗪、巰基乙酸、2-氨基-N-甲基 吩嗪硫酸甲酯、天青A、靛青-單磺酸酯、蒽醌-1，5-二磺酸酯、咯嗪、亮茜素藍(lán)、結(jié)晶紫、專(zhuān)利 藍(lán)、9-甲基-異咯嗪、活性藍(lán)、酚紅、蒽醌_2，6- 二磺酸酯、中性藍(lán)、溴酚藍(lán)、蒽醌_2，7- 二磺 酸酯、喹啉黃、核黃素、黃素單核苷酸(FMN)、黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、酚藏花紅、硫辛酰 胺、番紅T、硫辛酸、indulin大紅、4-氨基吖啶、吖啶、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)、煙酰胺 腺嘌呤二核苷酸磷酸酯(NADP)、中性紅、半胱氨酸、芐基紫精0+/1+)、3_氨基吖啶、1-氨基 吖啶、甲基紫精0+/1+)、2_氨基吖啶、2，8_ 二氨基吖啶和5-氨基吖啶。在以上化學(xué)式中， 分別地，dien代表二亞乙基三胺，edta代表乙二胺四乙酸根四價(jià)陰離子。在將酶、輔酶、電子傳遞介質(zhì)等固定到陽(yáng)極102的情況下，就固定方法而言，可自 由選擇各種方法。例如，可以使用利用戊二醛和聚-L-賴(lài)氨酸作為交聯(lián)劑的固定化載體的 方法、利用如丙烯酰胺等具有質(zhì)子導(dǎo)電性的聚合物的方法。優(yōu)選安裝用于檢測(cè)氧化反應(yīng)時(shí)在陽(yáng)極102中及其周?chē)a(chǎn)生的反應(yīng)中間體的傳感 器。當(dāng)能夠感知反應(yīng)中間體時(shí)，可以進(jìn)行發(fā)電時(shí)間的預(yù)測(cè)、燃料供給量的控制、對(duì)能否發(fā)電 的判斷等。在制造燃料電池部分10時(shí)，存在可能變成酶和電子傳遞介質(zhì)的抑制劑的金屬離 子、化學(xué)物質(zhì)等殘存或產(chǎn)生的情形。當(dāng)在發(fā)電時(shí)金屬離子、化學(xué)物質(zhì)等存在時(shí)，可能導(dǎo)致發(fā) 電效率的劣化以及輸出的劣化。因此，優(yōu)選將可能變成抑制劑的金屬離子和化學(xué)物質(zhì)去除 到在制造燃料電池部分10時(shí)不存在影響的程度。(3)陰極 103在燃料電池部分10的陰極103中，利用由陽(yáng)極102放出并且經(jīng)由將于下文中描述 的陽(yáng)極集電體1021和陰極集電體1031傳送的電子以及由外部供應(yīng)的氧氣進(jìn)行還原反應(yīng)。優(yōu)選在外部(空氣層)和陰極103之間提供異物除去裝置，如過(guò)濾器。通過(guò)提供 異物除去裝置，例如可以防止諸如微生物之類(lèi)的異物與空氣一起供應(yīng)到陰極103。結(jié)果，可 以改善發(fā)電效率和輸出值。對(duì)用于陰極103的材料不作限制，只要其可以與外部電連接即可，可以自由選擇 并使用任何已知材料。實(shí)例包括金屬如Pt、Ag、Au、Ru、Rh、Os、Nb、Mo、In、Ir、Zn、Mn、Fe、 Co、Ti、V、Cr、Pd、Re、Ta、W、Zr、Ge和Hf，合金如鋁鎳合金、黃銅、硬鋁、青銅、非磁性鎳、鉬 銠，海波可、坡莫合金、坡曼德合金、鎳銀和磷青銅，導(dǎo)電聚合物如聚乙炔，煤材料如石墨和 炭黑，硼化物例如HfB2、NbB、Cr&和B4C,氮化物如TiN和&N，硅化物例如VSi2、NbSi2、MoSi2和TaSi2,以及它們的復(fù)合材料。根據(jù)需要，可以將酶固定到陰極103。就可以固定到陰極103的酶而言，根據(jù)需要 可以自由選擇利用氧作為反應(yīng)性物質(zhì)并具有氧化酶活性的任何酶而不論其類(lèi)型。例如，可 以使用漆酶、膽紅素氧化酶、抗壞血酸氧化酶等。除了氧化酶之外，還可以將電子傳遞介質(zhì)固定到陰極103，以順利接收在陽(yáng)極 102中產(chǎn)生并經(jīng)由陽(yáng)極集電體1021和陰極集電體1031傳送的電子。根據(jù)需要可以自 由選擇可固定到陰極103的電子傳遞介質(zhì)的類(lèi)型，只要氧化還原電勢(shì)高于用于陽(yáng)極的 電子傳遞介質(zhì)的電勢(shì)即可。實(shí)例包括ABTSQ，2'-連氮基雙(3-乙基石油精-6-磺酸 酯))、K3[Fe(CN)6]、RU04。"-、[Os (trpy)3]3+/2\ [Rh(CN)6]3"4_、[Os (trpy) (dpy) (py)]3+/2\ IrCl62"3-、[Ru(CN)6]3"4-、OsCl62吾、[Os (py) 2 (dpy) 2] 3+/2\ [Os (dpy) 3] 3+/2\ Cuinm(H2A3)c^ [Os (dpy) (py)4] 3+/2\ IrBr6"3; [Os (trpy) (py)3]3+/2+> [Mo (CN) 8] 3-/4\ [Fe (dpy) ] 3+/2\ [Mo (CN) 8] “4—、Cu111711 (H2G3B)。Λ_、[Os (4,4 ‘ -Me2-dpy) 3] 3+/2\ [Os (CN) 6] “4、RuO4W2_、 [Co (ox) 3]"4_、[Os (trpy) (dpy) Cl]2+"+、13-/1_、[W(CN) 8] "4_、[Os (2-Me-Im)2 (dpy)2]3+/2\ 二茂鐵羧酸、[Os (Im)2 (dpy) 2]3+/2\ [Os (4-Me-Im) 2 (dpy) 2] 3+/2\ OsBr6"3; [Fe (CN) 6] “4—、 二 茂鐵乙醇、[Os (Im)2 (4，4 ‘ -Me2-dpy)2]3+/2\ [Co (edta) ] [Co (pdta)]W2\ [Co(cydta)]W2\ [Co (phen) 3] 3+/2\ [OsCl(I-Me-Im) (dpy)2]3+/2\ [OsCl(Im) (dpy)2]3+/2\ [Co(5-Me-phen)3]3+/2\ [Co (trdta) ] [Ru (NH3) 5 (py) ] 3+/2\ [Co (dpy) 3] 2+/3\ [Ru (NH3) 5(4-thmpy)]3+/2\ Fe3"2+ 丙二 酸根、Fe3"2+ 水楊酸根、Ru (NH3) 5 (4-Me-py) ] 3+/2\ [Co (trpy)J3+/2\ [Co(4-Me-phen)3]3+/2+> [Co (5-NH2-phen) 3] 3+/2 + > [Co (4, 7-(bhm)2phen)3+/2+、[Co (5，6_Me4-phen) 3]3+/2+、順式(N)-[Co (gly) 3產(chǎn)、[OsCl (I-Me-Im) (4,4 ’ -Me2-dpy)2]3+/2\ [OsCl(Im) (4,4 ’ -Me2-dpy) 2] 3+/2\ [Fe (edta) ] [Co (4, 7-Me2-phen) 3]3+/2+、[Co (4，7_Me2-phen) 3]3+/2+、[Co (3，4，7，8_Me4-phen) 3]3+/2+、 [Co (NH3) 6] 3+/2\ [Ru (NH3) 6] 3+/2\ [Fe (ox) 3] "4_、丙嗪(n = 1)[銨形式]、氯胺 _T、TMPDA (N，N， ^力’-四甲基苯二胺)、？011)1^1^^如、丁香醛連氮、鄰聯(lián)甲苯胺、細(xì)菌葉綠素1多巴胺、2， 5- 二羥基-1，4-苯醌、ρ-氨基-二甲基苯胺、鄰-醌/1，2-羥基苯(鄰苯二酚)、對(duì)-氨基 苯酚四羥基-對(duì)-苯醌、2，5_二氯-對(duì)-苯醌、1，4_苯醌、二氨基均四甲苯、2，5_二羥基苯基 乙酸、2，6，2，-三氯靛酚、靛酚、鄰-甲苯胺藍(lán)、DCPIP 0，6-二氯苯酚靛酚)、2，6-二溴-靛 酚、酚藍(lán)、3-氨基-噻嗪、1，2-萘醌-4-磺酸酯、2，6- 二甲基-對(duì)-苯醌、2，6- 二溴-2’-甲 氧基-靛酚、2，3- 二甲氧基-5-甲基-1，4-苯醌、2，5- 二甲基-對(duì)-苯醌、1，4- 二羥基-萘 甲酸、2，6- 二甲基-靛酚、5-異丙基-2-甲基-對(duì)-苯醌、1，2-萘醌、1-萘酚-2-磺酸酯靛 酚、甲苯藍(lán)、TTQ(色氨酸-色氨酰醌)型(3-甲基-4-(3’ -甲基吲哚-2’ -基)吲哚-6， 7- 二酮)、泛醌(輔酶Q)、PMS (N-甲基吩嗪硫酸甲酯)、TPQ(托帕醌或6-羥基多巴醌)、 PQQ (吡咯喹啉醌)、硫堇、硫堇-四磺酸酯、抗壞血酸、PES (吩嗪硫酸乙酯)、甲酚藍(lán)、1，4-萘 醌、甲苯胺藍(lán)、噻嗪藍(lán)、掊花青、硫靛二磺酸酯、亞甲基藍(lán)、維他命K3Q-甲基-1，4-萘醌) 等。在以上化學(xué)式中，dpy代表2，2，-聯(lián)吡啶、phen代表1，10-菲咯啉、Tris代表三(羥 甲基)氨基甲烷、trpy代表2，2，6，，2”-三聯(lián)吡啶、Im代表咪唑、py代表吡啶、thmpy代 表4-(三(羥甲基)甲基)吡啶、bhm代表雙(雙(羥甲基)甲基、G3a代表三甘氨酰胺、 A3代表trialanimox代表草酸根二價(jià)陰離子、edta代表乙二胺四乙酸根四價(jià)陰離子、gly 代表甘氨酸根陰離子、Pdta代表丙二胺四乙酸根四價(jià)陰離子、trdta代表三亞甲基二胺四乙酸根四價(jià)陰離子，cydta代表1，2-環(huán)己二胺四乙酸根四價(jià)陰離子。在將酶、輔酶、電子傳遞介質(zhì)等固定到陰極103的情況下，就固定方法而言，可以 如陽(yáng)極102的固定方法那樣自由選擇各種方法。例如，可以使用利用戊二醛和聚-L-賴(lài)氨 酸作為交聯(lián)劑的固定化載體的方法、利用如丙烯酰胺等具有質(zhì)子導(dǎo)電性的聚合物的方法。優(yōu)選安裝用于檢測(cè)氧化反應(yīng)時(shí)在陰極103中及其周?chē)a(chǎn)生的反應(yīng)中間體的傳感 器。當(dāng)能夠感知反應(yīng)中間體時(shí)，可以進(jìn)行發(fā)電時(shí)間的預(yù)測(cè)、燃料供給量的控制、對(duì)能否發(fā)電 的判斷等。在制造燃料電池部分10時(shí)，存在可能變成酶和電子傳遞介質(zhì)的抑制劑的金屬離 子、化學(xué)物質(zhì)等殘存或產(chǎn)生的情形。當(dāng)在發(fā)電時(shí)存在金屬離子、化學(xué)物質(zhì)等時(shí)，可能導(dǎo)致發(fā) 電效率的劣化以及輸出的劣化。因此，優(yōu)選將可能變成抑制劑的金屬離子和化學(xué)物質(zhì)去除 到在制造燃料電池部分10時(shí)不存在影響的程度。⑷質(zhì)子導(dǎo)體104上述陽(yáng)極102和陰極103以可以質(zhì)子導(dǎo)電的狀態(tài)連接。對(duì)連接方法不進(jìn)行限制。 例如，如圖8的實(shí)施方案所示，通過(guò)在燃料電池部分10中布置陽(yáng)極102和陰極103以經(jīng)由 質(zhì)子導(dǎo)體104相互面對(duì)，可以使陽(yáng)極102和陰極103連接使得能夠質(zhì)子導(dǎo)電。用于質(zhì)子導(dǎo)體104的材料不受限制，只要其不具有電子導(dǎo)電性并且是能夠傳輸H+ 的電解質(zhì)即可，而且可以選擇和使用所有的已知材料。例如，可以使用含有緩沖物質(zhì)的電 解質(zhì)。緩沖物質(zhì)的實(shí)例包括，諸如由磷酸二氫鈉(NaH2PO4)、磷酸二氫鉀(Iffl2PO4)等產(chǎn)生的 磷酸二氫根離子(H2P04_)，2-氨基-2-羥甲基-1，3-丙二醇(縮寫(xiě)名稱(chēng)為tris)，2-(N-嗎 啉基)乙磺酸(MES)，二甲胂酸，碳酸(H2CO3),檸檬酸氫根離子，N-乙酰胺)亞氨基二乙 酸(ADA)，哌嗪-N，N，-雙乙磺酸)(PIPES)，N-(2-乙酰胺)_2_氨基乙磺酸(ACES)， 3-(N-嗎啉基)丙磺酸(MOPS)，N-2-羥乙基哌嗪-N，-2-乙磺酸(HEPES)，N-2-羥乙基哌 嗪-N，-3-丙磺酸(HEPPS)，N-[三(羥甲基)甲基]甘氨酸(縮寫(xiě)名稱(chēng)為tricine)，雙甘氨 肽，N，N-雙(2-羥乙基)甘氨酸(縮寫(xiě)名稱(chēng)為bicin)，咪唑，三唑，吡啶衍生物，聯(lián)吡啶衍生 物，咪唑衍生物(組氨酸、1-甲基咪唑、2-甲基咪唑、4-甲基咪唑、2-乙基咪唑、咪唑-2-羧 酸乙酯、咪唑-2-羧醛、咪唑-4-羧酸、咪唑-4，5-二羧酸、咪唑-1-基-乙酸、2-乙?；讲?咪唑、1-乙?；溥颉-乙?；溥颉?-氨基苯并咪唑、N-(3-氨丙基)咪唑、5-氨基-2-(三 氟甲基)苯并咪唑、4-氮雜苯并咪唑、4-氮雜-2-巰基苯并咪唑、苯并咪唑、1-芐基咪唑和 1- 丁基咪唑等含有咪唑環(huán)的化合物。也可以使用Nation膜作為固體電解質(zhì)。(5)陽(yáng)極集電體1021和陰極集電體1031陽(yáng)極集電體1021和陰極集電體1031各自與外部電路連接。陽(yáng)極集電體1021和 陰極集電體1031起到使從陽(yáng)極102放出的電子從陽(yáng)極集電體1021經(jīng)由外部電路移動(dòng)到陰 極集電體1031并且將它們送至陰極103的作用。在該實(shí)施方案中，質(zhì)子導(dǎo)體104夾在陽(yáng)極集電體1021和陰極集電體1031之間。然 而，本發(fā)明不限于該構(gòu)造。例如，陽(yáng)極集電體1021可以形成為使得透過(guò)二次燃料，并且布置 在陽(yáng)極102的其上疊置質(zhì)子導(dǎo)體104的面的相對(duì)側(cè)上。陰極集電體1031可以形成為使得 透過(guò)氧氣，并且布置在陰極103的其上疊置質(zhì)子導(dǎo)體104的面的相對(duì)側(cè)上。另外，陽(yáng)極集電 體1021和陰極集電體1031可以布置為穿過(guò)陽(yáng)極102和陰極103的內(nèi)部。對(duì)用于陽(yáng)極集電體1021和陰極集電體1031的材料不作限制，只要其可以與外部
16電連接即可，而且可以自由選擇和使用任何已知的材料。實(shí)例包括金屬如Pt、Ag、Au、Ru、I h、 0s、Nb、Mo、In、Ir、Zn、Mn、Fe、Co、Ti、V、Cr、Pd、Re、Ta、W、Zr、Ge 和 Hf，合金如鋁鎳合金、黃 銅、硬鋁、青銅、非磁性鎳、鉬銠、海波可、坡莫合金、坡曼德合金、鎳銀和磷青銅，導(dǎo)電聚合物 如聚乙炔，煤材料如石墨和炭黑，硼化物例如HfB2、NbB、Cr&和B4C,氮化物如TiN和&N，硅 化物例如VSi2、NbSi2、MoSi2和TaSi2,以及它們的復(fù)合材料。上述燃料電池部分10優(yōu)選具有溫度控制功能、濕氣控制功能等。采用控制功能， 對(duì)所用酶的最佳溫度和最佳濕度進(jìn)行控制，能夠改善發(fā)電效率和輸出。關(guān)于所用的控制方 法，可以自由采用已知的任何方法。例如，可以利用使用珀?duì)柼?Peltier)元件的溫度控制 方法、使用除濕劑(硅膠等)的方法等。此外，通過(guò)設(shè)計(jì)構(gòu)造以利用所用電子裝置發(fā)熱、太 陽(yáng)光、活體的體溫、摩擦熱等并且將溫度保持在所用酶的最佳溫度，也可以改善發(fā)電效率和 輸出。由于發(fā)電設(shè)備100的燃料電池部分10是利用酶發(fā)電的生物燃料電池，因此可以將 該構(gòu)造設(shè)計(jì)為使用由活體(包括動(dòng)物和植物)產(chǎn)生的酶。例如，采用由活體的內(nèi)部或表面 供應(yīng)燃料、由活體的表面供應(yīng)氧氣并且通過(guò)使用活體中的酶發(fā)電(體內(nèi)植入型燃料電池部 分10)，可以獲得高的輸出。〈電子裝置〉發(fā)電設(shè)備100可以使用日常生活中所用的食品、洗液等或餐飲垃圾作為燃料進(jìn)行 有效發(fā)電，因此其可適用于所有已知的電子裝置。在將發(fā)電設(shè)備100連接至電子裝置或提供在電子裝置中的情況下，根據(jù)需要在燃 料電池部分10和電子裝置之間提供升壓或降壓電路。對(duì)升壓或降壓電路的類(lèi)型不作限制。 可以自由選擇和使用可用于生物燃料電池的已知電路。對(duì)使用發(fā)電設(shè)備100啟動(dòng)的電子裝置的結(jié)構(gòu)、功能等不作限制。電子裝置包括所 有通過(guò)電運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置。電子裝置的實(shí)例包括便攜式電話(huà)、移動(dòng)裝置、機(jī)器人、個(gè)人電腦、游戲 機(jī)、車(chē)內(nèi)裝置、家用電器、用于工業(yè)產(chǎn)品的電子裝置等、汽車(chē)、摩托車(chē)、飛機(jī)、火箭、如宇宙飛 船的移動(dòng)體、測(cè)試設(shè)備、起搏器的電源、如包含生物傳感器的體內(nèi)裝置的電源的醫(yī)療設(shè)備、 分解餐飲垃圾并且產(chǎn)生電能的系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)和聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等。由于可如上所述以多種形式形成發(fā)電設(shè)備100，因此也可以自由設(shè)計(jì)使用其的電 子裝置的形式。除了上述已有電子裝置之外，例如電子裝置還可以以細(xì)胞、活體(包括植物 和動(dòng)物)、接地等形式形成在罩殼(casing)中。通過(guò)將具有生物降解能力的材料用于電子裝置中，也可以減輕對(duì)自然環(huán)境的負(fù) 擔(dān)。另外，在制造階段、運(yùn)輸階段或者操作或廢棄階段，對(duì)用于電子裝置的各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行殺 菌或消毒處理。就殺菌或消毒方法而言，可以自由選擇和使用常用方法。所述方法的實(shí)例包 括加壓方法、加熱方法、超低溫方法、光學(xué)方法、化學(xué)處理、表面涂覆以及防腐劑添加方法。電子裝置具有燃料電池部分10。電子裝置也可以形成為復(fù)合構(gòu)造，使得也可以采 用除通常用于供電的生物電池以外的電池。就用于該情況的電池而言，通?？梢宰杂蛇x擇 和使用可用于電子裝置的一種或多種電池。例如，可以使用鋰離子電池、燃料電池、干電池、 太陽(yáng)能電池等。電子裝置優(yōu)選具有用于顯示燃料電池部分10和另一電池(在復(fù)合構(gòu)造的情況下) 的剩余容量或發(fā)電狀態(tài)的裝置。采用該構(gòu)造例如，使用者可以控制燃料供給量同時(shí)識(shí)別燃料電池部分10的剩余量，并且根據(jù)燃料電池部分10的剩余容量切換至由另一電池供電。另外，通過(guò)為電子裝置提供機(jī)械能，發(fā)電。燃料電池部分10和另一電池用所產(chǎn)生 的電充電，并且所充的電能再次轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。以這樣的方式，可以為電子裝置提供動(dòng)力。 實(shí)例包括手搖式收音機(jī)和具有減肥功能的電動(dòng)自行車(chē)。在本發(fā)明中，優(yōu)選根據(jù)需要可以轉(zhuǎn)換電子裝置的部件(燃料改質(zhì)器1、燃料電池部 分10中的燃料箱101、陽(yáng)極102、陰極103等)。方法之一在于，當(dāng)燃料電池部分10的特性 劣化時(shí)，使用者考慮產(chǎn)生機(jī)械能用于精神上或身體上的提高，對(duì)電子裝置充電并且回收該 電子裝置，從而使得電能能夠用于另一物品。此外，由燃料用量、發(fā)電量、二氧化碳量等計(jì)算碳量并且顯示在本發(fā)明的電子裝置 中。以這樣的方式，可以直觀地顯示對(duì)環(huán)境的貢獻(xiàn)程度。對(duì)于燃料改質(zhì)器1、發(fā)電設(shè)備100和電子裝置中的每一個(gè)而言，優(yōu)選安裝以下傳感
ο(a)燃料傳感器燃料傳感器檢測(cè)燃料的量、密度、類(lèi)型等。例如，優(yōu)選為燃料改質(zhì)器1中的一次燃 料引入單元11和二次燃料供給單元12，以及燃料電池部分10中的燃料箱101、陽(yáng)極102及 其周?chē)?、陰極及其周?chē)劝惭b燃料傳感器。通過(guò)獲得信息，可以進(jìn)行發(fā)電時(shí)間的預(yù)測(cè)、燃料 供給量的控制、對(duì)能否發(fā)電的判斷等。另外，如果能夠在陽(yáng)極102及其周?chē)R(shí)別有無(wú)燃料， 可以防止發(fā)電效率和輸出的劣化。(b)溫度傳感器溫度傳感器測(cè)量預(yù)定位置的溫度。例如，優(yōu)選在燃料電池部分10內(nèi)及其周?chē)⒃?電子裝置內(nèi)或者電子裝置的表面等安裝溫度傳感器。通過(guò)檢測(cè)這些地方的溫度，可以進(jìn)行 最適于發(fā)電的溫度控制。(c)氧氣傳感器氧氣傳感器檢測(cè)氧氣的量、濃度等。例如，優(yōu)選在燃料電池部分10內(nèi)及其周?chē)?，?電子裝置內(nèi)/上、在燃料電池部分10中的陰極103內(nèi)及其周?chē)劝惭b氧氣傳感器。通過(guò)檢測(cè)在這些位置的酸的有無(wú)或濃度，可以進(jìn)行對(duì)氧氣供給量的控制、能否發(fā) 電的判斷等。通過(guò)使用光傳感器作為氧氣傳感器，也可以檢測(cè)氧氣的有無(wú)。(d) 二氧化碳傳感器二氧化碳傳感器檢測(cè)二氧化碳的量、濃度等。例如，優(yōu)選為燃料改質(zhì)器1中的一次 燃料引入單元11和二次燃料供給單元12，以及燃料電池部分10中的燃料箱101、陽(yáng)極102 及其周?chē)?、陰極及其周?chē)劝惭b二氧化碳傳感器。通過(guò)檢測(cè)在這些位置二氧化碳的存在與 否或濃度，可以進(jìn)行發(fā)電時(shí)間的預(yù)測(cè)、燃料供給量的控制、對(duì)能否發(fā)電的判斷等。(e)重心傳感器重心傳感器檢測(cè)由于燃料等的運(yùn)動(dòng)而引起的重心變化。例如，優(yōu)選在燃料電池部 分10內(nèi)、在燃料電池部分10的燃料箱101、電子裝置等中安裝重心傳感器。通過(guò)檢測(cè)這些 位置的重心，檢測(cè)燃料的逆流或?qū)α?、燃料泄漏等，并且可以將檢測(cè)結(jié)果反饋給發(fā)電特性。(f)液體傳感器液體傳感器檢測(cè)在預(yù)定位置是否存在液體浸入、水壓等。例如，優(yōu)選在燃料電池部 分10內(nèi)、在燃料電池部分10的陰極102及其周?chē)?、在電子裝置內(nèi)/上等安裝液體傳感器。
18例如，在液體從外部進(jìn)入的情況(如電子裝置等落入水中的情況或電子裝置等用于有水場(chǎng) 合的情況)下，阻斷浸入路徑使得能夠抑制對(duì)發(fā)電的影響。實(shí)施例1在根據(jù)實(shí)施方案的燃料改質(zhì)器和發(fā)電設(shè)備中，在使用纖維素作為一次燃料的情況 下對(duì)能否進(jìn)行發(fā)電進(jìn)行檢查。作為纖維素的實(shí)例，使用市售衛(wèi)生紙。⑴燃料改質(zhì)首先，準(zhǔn)備SOmg切成小片的市售衛(wèi)生紙。向該衛(wèi)生紙中加入4000 μ L纖維素酶溶 液，將所得物在室溫或50°C以下靜置1天、2天和3天。(2) CV 測(cè)量將50 μ L靜置1天、2天和3天的溶液供應(yīng)到根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備的燃料供給部 分，并進(jìn)行CV測(cè)量。使用碳?xì)蛛姌O作為燃料電池部分的電極。使用葡萄糖脫氫酶(⑶H)和 黃遞酶(DI)作為氧化酶。使用NAD+作為輔酶。使用ANQ作為電子傳遞介質(zhì)。(3)結(jié)果如圖10所示，應(yīng)理解隨著用纖維素酶溶液處理的時(shí)間變長(zhǎng)，催化劑電流增加。艮口， 應(yīng)理解，如圖11所示，作為衛(wèi)生紙主要組分的纖維素被包括纖維素酶在內(nèi)的多種酶分解 (改質(zhì))成葡萄糖，從而能夠發(fā)電。綜上，證明了通過(guò)使用本發(fā)明的燃料改質(zhì)器，即使在使用諸如市售衛(wèi)生紙之類(lèi)的 紙作為一次燃料的情況下，也可以發(fā)電。
權(quán)利要求
1.一種在利用酶作為催化劑進(jìn)行氧化還原反應(yīng)時(shí)發(fā)電的燃料電池用的燃料改質(zhì)器，包括用于引入一次燃料的一次燃料引入單元；與所述一次燃料引入單元連通并且將所述一次燃料改質(zhì)成可通過(guò)利用酶作為催化劑 的氧化還原反應(yīng)放出電子的二次燃料的燃料改質(zhì)單元；以及與所述燃料改質(zhì)單元連通并且向所述燃料電池供應(yīng)所述二次燃料的二次燃料供給單兀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料改質(zhì)器，還包括在所述燃料改質(zhì)單元和所述二次燃料供給單 元之間的用于精制所述二次燃料的燃料精制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的燃料改質(zhì)器，其中所述燃料精制單元具有過(guò)濾器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的燃料改質(zhì)器，其中所述燃料精制單元具有加熱裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的燃料改質(zhì)器，其中所述燃料精制單元具有離子交換樹(shù)脂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料改質(zhì)器，還包括基于引入所述一次燃料引入單元中的所述一 次燃料的狀態(tài)來(lái)控制所述一次燃料向所述燃料改質(zhì)單元的引入的第一控制裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料改質(zhì)器，還包括基于引入所述燃料改質(zhì)單元中的所述一次燃 料的狀態(tài)來(lái)選擇所述燃料改質(zhì)單元中的燃料改質(zhì)方法的改質(zhì)方法選擇裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料改質(zhì)器，還包括基于在所述燃料改質(zhì)單元中改質(zhì)的所述二次 燃料的狀態(tài)來(lái)控制所述二次燃料從所述燃料改質(zhì)單元的傳送的第二控制裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的燃料改質(zhì)器，還包括基于在所述燃料精制單元中精制的所述二次 燃料的狀態(tài)來(lái)控制所述二次燃料從所述燃料精制單元的傳送的第三控制裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的燃料改質(zhì)器，還包括在所述燃料精制單元和所述二次燃料供給 單元之間的用于供給電解質(zhì)溶液的電解質(zhì)溶液供給單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的燃料改質(zhì)器，還包括基于在所述燃料精制單元中精制的所述二 次燃料的狀態(tài)來(lái)控制從所述電解質(zhì)溶液供給單元供給的電解質(zhì)的量的電解質(zhì)控制裝置。
12.一種發(fā)電設(shè)備，包括將一次燃料改質(zhì)成二次燃料的燃料改質(zhì)器；和通過(guò)所述二次燃料發(fā)電的燃料電池部分，其中所述燃料改質(zhì)器包括用于引入一次燃料的一次燃料引入單元；與所述一次燃料引入單元連通并且將所述一次燃料改質(zhì)成可通過(guò)利用酶作為催化劑 的氧化還原反應(yīng)放出電子的二次燃料的燃料改質(zhì)單元；以及與所述燃料改質(zhì)單元連通并且向所述燃料電池供應(yīng)所述二次燃料的二次燃料供給單元，所述燃料電池部分具有儲(chǔ)存由所述二次燃料供給單元供給的二次燃料的燃料箱部分；與所述燃料箱部分連通的陽(yáng)極；以及以能夠質(zhì)子導(dǎo)電的狀態(tài)與所述陽(yáng)極連接的陰極。
全文摘要
公開(kāi)了一種即使在使用高度安全且普通的物質(zhì)如食品和飲品以及食品垃圾作為生物燃料電池的燃料的情況下，實(shí)際上也能夠發(fā)電的燃料改質(zhì)器。該燃料改質(zhì)器用于通過(guò)利用酶作為催化劑進(jìn)行氧化還原反應(yīng)發(fā)電的燃料電池。該燃料改質(zhì)器包括用于引入一次燃料的一次燃料引入單元；與一次燃料引入單元連通并且將一次燃料改質(zhì)成可通過(guò)利用酶作為催化劑的氧化還原反應(yīng)放出電子的二次燃料的燃料改質(zhì)單元；以及與燃料改質(zhì)單元連通并且向燃料電池供應(yīng)二次燃料的二次燃料供給單元。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102089917SQ20098012745
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月14日
發(fā)明者三田洋樹(shù), 中川貴晶, 戶(hù)木田裕一, 汲田英之, 角田正也, 酒井秀樹(shù) 申請(qǐng)人:索尼公司