專利名稱：燃料電池、電子裝置和用于燃料電池的緩沖溶液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池，其中酶被固定到正極和負(fù)極之一或兩者，使用燃料電池的電子裝置、和適合用于燃料電池的燃料電池用緩沖溶液。
背景技術(shù)：
燃料電池具有其中正極(氧化劑電極)和負(fù)極(燃料電極)彼此相對(duì)布置并且其間設(shè)置有電解質(zhì)(質(zhì)子導(dǎo)體)的結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)有燃料電池中，燃料(氫)供給到負(fù)極以被氧化并分離成電子和質(zhì)子(H+)。電子被傳送到負(fù)極，H+通過(guò)電解質(zhì)移動(dòng)到正極。在正極中，這些H+與外部供給的氧和通過(guò)外部電路從負(fù)極送來(lái)的電子反應(yīng)，由此生成H20。如上所述，燃料電池是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的高效發(fā)電設(shè)備。此外，燃料電池能夠以高的轉(zhuǎn)化效率提取化石能如天然氣、石油和煤中的化學(xué)能作為電能，并且與使用位置和使用時(shí)間無(wú)關(guān)。因此，在過(guò)去，已經(jīng)積極進(jìn)行了以大規(guī)模發(fā)電等為目的的燃料電池的研究和開(kāi)發(fā)。例如，當(dāng)燃料電池安裝在航天飛機(jī)上時(shí)，經(jīng)證實(shí)燃料電池不僅能提供電力，而且還能為機(jī)組人員提供水，并且燃料電池是清潔的發(fā)電設(shè)備。此外，今年來(lái)，燃料電池如聚合物電解質(zhì)燃料電池(其中工作溫度范圍相對(duì)低，例如從室溫至約90°C (包括端點(diǎn)值))已經(jīng)被開(kāi)發(fā)并引起關(guān)注。因此，考慮不僅將燃料電池應(yīng)用于大規(guī)模發(fā)電，而且應(yīng)用于小型系統(tǒng)如驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的電源以及用于個(gè)人計(jì)算機(jī)、和移動(dòng)裝置等的便攜式電源等。如上所述，燃料電池能夠用于從大規(guī)模發(fā)電到小規(guī)模發(fā)電的廣泛領(lǐng)域，并且作為高效發(fā)電設(shè)備引起諸多關(guān)注。然而，在燃料電池中，一般而言，作為燃料的天然氣、石油、或煤等利用重整器轉(zhuǎn)化成氫氣。因此，存在消耗有限的資源的問(wèn)題。此外，還存在如下問(wèn)題。 燃料電池應(yīng)被加熱到高溫，并且需要昂貴的貴金屬催化劑如鉬(Pt)。此外，在直接使用氫氣或甲醇作為燃料的情況下，在對(duì)其進(jìn)行操作時(shí)應(yīng)當(dāng)小心。因此，通過(guò)關(guān)注到對(duì)生物中生物代謝是高效能量轉(zhuǎn)換機(jī)制的事實(shí)，而提出將生物中的生物代謝應(yīng)用于燃料電池。本文中的生物代謝包括微生物體細(xì)胞中的呼吸、光子合成等。生物代謝具有顯著高的發(fā)電效率。此外，生物代謝也具有反應(yīng)在溫和條件如大約室溫下進(jìn)行的優(yōu)點(diǎn)。例如，呼吸是其中營(yíng)養(yǎng)物例如糖、脂肪和蛋白質(zhì)被吸收到微生物或細(xì)胞中，其化學(xué)能如下所述被轉(zhuǎn)化成電能的機(jī)制。也就是說(shuō)，通過(guò)具有各種酶反應(yīng)步驟的糖酵解系統(tǒng)循環(huán)和三羧酸(TCA)循環(huán)由吸收的營(yíng)養(yǎng)物產(chǎn)生二氧化碳(CO2)。在產(chǎn)生二氧化碳的過(guò)程中，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)被還原成還原的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)。由此，化學(xué)能被轉(zhuǎn)化成氧化還原能，即電能。此外，在電子傳遞系統(tǒng)中，這種NADH電能被直接轉(zhuǎn)化成質(zhì)子梯度電能，氧被還原，并且生成水。由于其中獲得的電能，通過(guò)三磷酸腺苷(ATP)合成酶由二磷酸腺苷(ADP)產(chǎn)生ATP。這種ATP用于微生物或細(xì)胞生長(zhǎng)所需的反應(yīng)。這種能量轉(zhuǎn)化在細(xì)胞液和線粒體中產(chǎn)生。此外，質(zhì)子合成的機(jī)理如下吸收光能，通過(guò)電子傳遞系統(tǒng)將煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)還原成還原的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)，并由此將光能轉(zhuǎn)化成電能，其中水被氧化，并且產(chǎn)生氧。這種電能用于吸收CO2和碳固定反應(yīng)，并且用于合成碳水合物。 作為將前述生物學(xué)機(jī)理用于燃料電池的技術(shù)，已經(jīng)報(bào)道了一種微生物電池，其中在微生物中產(chǎn)生的電能通過(guò)電子介體被從微生物中提取出，電子被傳送到電極，因此獲得電流(例如，參考專利文件1)。然而，在微生物和細(xì)胞中，存在除了將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的期望反應(yīng)之外的許多不必要的反應(yīng)。因此，在前述方法中，電能被不期望的反應(yīng)消耗，因此未表現(xiàn)出足夠的能量轉(zhuǎn)化效率。因此，提出了通過(guò)使用酶來(lái)僅引發(fā)期望的反應(yīng)的燃料電池(生物燃料的電池)(例如，參考專利文件2-10)。在生物燃料電池中，燃料被酶降解，由此被分離成質(zhì)子和電子。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了其中使用醇例如甲醇和乙醇作為燃料的生物燃料電池或其中使用單糖例如葡萄糖作為燃料的生物燃料電池。在所述生物燃料電池中，一般地，由于下列原因，在電解質(zhì)中包含緩沖物質(zhì)(緩沖溶液)。也就是說(shuō)，由于用作催化劑的酶對(duì)溶液的PH非常敏感，所以通過(guò)緩沖物質(zhì)將pH值控制到其中酶容易起作用的值附近。在過(guò)去，使用磷酸二氫鈉(NaH2PO4)、3-(N-嗎啉代)丙磺酸(MOPS)、或N-2-羥乙基哌嗪-N' -2-乙磺酸(HEPES)等作為緩沖物質(zhì)。由于下列原因，緩沖物質(zhì)的濃度一般為0. IM或更低。也就是說(shuō)，一般而言，緩沖物質(zhì)的濃度被盡可能多地稀釋到使PH均一化所必要的最小值，并且添加合適的無(wú)機(jī)離子和合適的有機(jī)離子以獲得接近生理?xiàng)l件的狀態(tài)。引用文獻(xiàn)列表專利文件專利文件1 日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2000-133297專利文件2 日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2003-282124專利文件3 日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2004-71559專利文件4 日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2005-13210專利文件5 日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2005-310613專利文件6 日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2006-24555專利文件7 日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2006-49215專利文件8 日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2006-93090專利文件9 日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2006-127957專利文件10 日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2006-15635
發(fā)明內(nèi)容
然而，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行的研究，在其中使用NaH2PCV MOPS、或HEPES等作為電解質(zhì)中包含的緩沖物質(zhì)的前述現(xiàn)有生物燃料電池中，還存在以下問(wèn)題。也就是說(shuō)，在現(xiàn)有生物燃料電池中，在通過(guò)將酶固定到具有大的表面積的電極如多孔碳或增加待固定到電極上的酶濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)高輸出的情況下，緩沖能力不足，并且酶周?chē)碾娊赓|(zhì)的PH偏離最佳 PH0因此，酶的固有能力并未得到充分展示。
考慮到前述問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種燃料電池，利用所述燃料電池，在高輸出操作時(shí)，能夠獲得足夠的緩沖能力，能夠充分展示出酶的固有能力，并且在酶被固定到正極和負(fù)極之一或兩者的情況下展示出優(yōu)異的性能。本發(fā)明的另一目的是提供一種使用前述優(yōu)異燃料電池的電子裝置。本發(fā)明的又一目的是提供一種適合用于燃料電池的燃料電池用緩沖溶液，所述燃料電池具有正極和負(fù)極彼此相對(duì)布置并且其間具有包含緩沖物質(zhì)的電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)，并且其中酶被固定到所述正極和所述負(fù)極之一或兩者。為了解決前述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供一種燃料電池，所述燃料電池具有正極和負(fù)極彼此相對(duì)布置并且其間具有包含緩沖物質(zhì)的電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)，其中酶被固定到所述正極和所述負(fù)極之一或兩者，和在所述緩沖物質(zhì)中包含有含有咪唑環(huán)的化合物。包含咪唑環(huán)的化合物的具體實(shí)例包括咪唑、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-羧酸、咪唑-1-基-乙酸、2-乙?；讲⑦溥?、 1-乙?；溥?、N-乙酰基咪唑、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-偶苯?；溥蚝?1-丁基咪唑)。包含咪唑環(huán)的化合物的濃度能夠合適地進(jìn)行選擇?？紤]到獲得足夠高的緩沖能力，其濃度合適地為0. 2M至3M，包括兩個(gè)端點(diǎn)值，更合適地為0. 2M至2. 5M，包括兩個(gè)端點(diǎn)值，更合適地為IM至2. 5M，包括兩個(gè)端點(diǎn)值。在其中電解質(zhì)中包含的緩沖物質(zhì)的濃度足夠高，如上所述的，為0. 2M至3M，包括兩個(gè)端點(diǎn)值，甚至如果在高輸出操作時(shí)質(zhì)子在電極中或者在固定酶的膜中質(zhì)子因?yàn)橥ㄟ^(guò)質(zhì)子等進(jìn)行的酶反應(yīng)而增加或減少的情況下，也能夠獲得足夠的緩沖作用。因此，能夠?qū)⒚钢車(chē)碾娊赓|(zhì)的PH與最佳pH的偏離保持為足夠小， 并且酶中的固有能力能夠得以充分展示。緩沖物質(zhì)的PKa—般為5至9，包括兩個(gè)端點(diǎn)值。 盡管包含緩沖物質(zhì)的電解質(zhì)的PH合適地在7附近，但是包含緩沖物質(zhì)的電解質(zhì)的pH—般可以為包括兩個(gè)端點(diǎn)值的范圍1-14中的任意值。根據(jù)需要，緩沖物質(zhì)可以包含除了包含咪唑環(huán)的化合物之外的緩沖物質(zhì)。其具體實(shí)例包括磷酸二氫根離子(H2P04_)、2_氨基-2-羥甲基-1，3-丙二醇(簡(jiǎn)稱tris)、2-(N-嗎啉代)乙磺酸(MES)、二甲次胂酸、碳酸(H2CO3)、檸檬酸氫根離子、N42-乙酰胺)亞氨基二乙酸(ADA)、哌嗪-N，N' -二 O-乙磺酸)(PIPES)和N-乙酰胺)-2-氨基乙磺酸 (ACES)、3_ (N-嗎啉)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-丙烷磺酸(HEPPS)、N-[三(羥甲基)甲基]甘氨酸(簡(jiǎn)稱Tricine)、雙甘氨肽和N，N- 二(2-羥乙基)甘氨酸(簡(jiǎn)稱bicin)。此外，考慮到保持較高的酶活性，除了前述緩沖物質(zhì)、尤其是包含咪唑環(huán)的化合物之外，還添加中和劑，更具體而言，例如選自乙酸(CH3COOH)、磷酸(H3PO4)和硫酸(H2SO4)的一種或更多種酸。此外，特別地，在使用其中在緩沖物質(zhì)中包含含有咪唑環(huán)的化合物并且添加選自乙酸、磷酸和硫酸中的一種或更多種酸的緩沖溶液的情況下，合適的是緩沖溶液的粘度足夠低，其原因如下。也就是說(shuō)，由于緩沖溶液的過(guò)高粘度與向負(fù)極和正極供給燃料和電解質(zhì)溶液相沖突，所以合適的是緩沖溶液的粘度足夠低以防止這種問(wèn)題。特別地，緩沖溶液的粘度合適地為0. 9mPa · s至2. OmPa · s，包括兩個(gè)端點(diǎn)值。例如，在其中緩沖物質(zhì)的濃度合適地為0. 2M至2. 5M(包括兩個(gè)端點(diǎn)值)的情況下，緩沖溶液的粘度滿足這些條件。
作為電解質(zhì)，可以使用多種材料，只要所述材料沒(méi)有電子傳導(dǎo)性并且能夠傳輸質(zhì)子即可，因此電解質(zhì)根據(jù)需要來(lái)進(jìn)行選擇。電解質(zhì)的特定實(shí)例包括玻璃紙、全氟磺酸(PFS) 樹(shù)脂膜、三氟苯乙烯衍生物的共聚物膜、浸有磷酸的聚苯并咪唑膜、芳香族聚醚酮磺酸膜、 PSSA-PVA(聚苯乙烯磺酸聚乙烯醇共聚物)、PSSA-EV0H(聚苯乙烯磺酸乙烯乙烯醇共聚物)、和由具有含氟磺酸鹽/酯基團(tuán)的離子交換樹(shù)脂構(gòu)成的材料(例如Nafion (產(chǎn)品名， DuPont USA 制造))。作為固定至正極和負(fù)極之一或兩者的酶，可以使用多種酶，并且該酶根據(jù)需要進(jìn)行選擇。此外，除了酶之外，合適的是電子介體被固定到正極和負(fù)極之一或兩者。根據(jù)需要， 包含含有咪唑環(huán)的化合物的緩沖物質(zhì)可以固定至酶或電子介體的固定膜。特別地，例如，在其中使用單糖如葡萄糖作為燃料的情況下，固定至負(fù)極的酶包含促進(jìn)單糖氧化并使其降解的氧化酶，并且除了氧化酶之外一般包含使由氧化酶還原的輔酶恢復(fù)至氧化體的輔酶氧化酶。通過(guò)輔酶氧化酶的作用，當(dāng)輔酶被恢復(fù)至氧化體時(shí)產(chǎn)生電子， 并且電子通過(guò)電子介體從輔酶氧化體被傳送至電極。作為氧化酶，例如，使用NAD+依賴性葡萄糖脫氫酶(GDH)。作為輔酶，例如，使用煙堿酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)。作為輔酶氧化酶，例如使用心肌黃酶。在其中使用多糖作為燃料的情況下，除了前述氧化酶、前述輔酶氧化酶、前述輔酶和前述電子介體之外，還固定促進(jìn)多糖降解如水解以產(chǎn)生單糖如葡萄糖的降解酶。在本說(shuō)明書(shū)中，多糖是廣義上的多糖，是指通過(guò)水解由其產(chǎn)生具有兩個(gè)或更多個(gè)分子的單糖的所有糖類(lèi)，包括低聚糖，例如二糖、三糖和四糖。多糖的具體實(shí)例包括淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉、糖原、纖維素、麥芽糖、蔗糖和乳糖。在這樣的多糖中，結(jié)合有兩個(gè)或更多個(gè)單糖。在任意的多糖中，包含作為單糖的葡萄糖作為結(jié)合單元。直鏈淀粉和支鏈淀粉是淀粉中包含的成分。淀粉是直鏈淀粉和支鏈淀粉的混合物。在其中使用葡糖淀粉酶作為多糖的降解酶并使用葡萄糖脫氫酶作為使單糖降解的氧化酶的情況下，如果物質(zhì)包含能夠由葡糖淀粉酶降解成葡萄糖的多糖，則能夠通過(guò)使用所述物質(zhì)作為燃料來(lái)發(fā)電。這種多糖的具體實(shí)例包括淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉、糖原和麥芽糖。葡糖淀粉酶是水解α-葡聚糖如淀粉以產(chǎn)生葡萄糖的降解酶。葡萄糖脫氫酶是將β -D-葡萄糖氧化成D-葡萄糖酸_ δ -內(nèi)酯的氧化酶。 合適的是采用其中最終變成燃料的多糖也固定到負(fù)極上的結(jié)構(gòu)，來(lái)作為其中使多糖降解的降解酶也固定到負(fù)極上的結(jié)構(gòu)。在其中使用淀粉作為燃料的情況下，能夠使用通過(guò)使淀粉凝膠化所獲得的凝膠固化燃料。在該情況下，合適的是使用其中凝膠化淀粉與固定有酶等的負(fù)極接觸的方法，或者其中凝膠化淀粉與酶等一起固定到負(fù)極的方法。在其中使用這種電極的情況下，負(fù)極表面上的淀粉濃度能夠保持為比使用溶解在溶液中的淀粉的情形的淀粉濃度高，并且通過(guò)酶進(jìn)行的降解反應(yīng)變得更快。因此，燃料電池的輸出得到改善，操作燃料比使用溶液的情形更為容易，并且燃料供給系統(tǒng)能夠被簡(jiǎn)化。此外，燃料電池可以被翻轉(zhuǎn)。因此，例如，在燃料電池用于可移動(dòng)裝置的情況下，這變得明顯有利。在其中使用甲醇作為燃料的情況下，實(shí)施使用下述物質(zhì)的三步 氧化過(guò)程并完成到 CO2的降解醇脫氫酶(ADH)，其作為催化劑作用于甲醇并將甲醇氧化成甲醛；甲醛脫氫酶 (FalDH)，其作用于甲醛并將甲醛氧化成甲酸；和甲酸脫氫酶(FateDH)，其作用于甲酸并將甲酸氧化成C02。換言之，每1分子甲醇產(chǎn)生3個(gè)NADH，并且產(chǎn)生6個(gè)電子。
在使用乙醇作為燃料的情況下，實(shí)施使用下述物質(zhì)的兩步氧化過(guò)程并完成到CO2 的降解醇脫氫酶(ADH)，其作為催化劑作用于乙醇并將乙醇氧化成乙醛；和乙醛脫氫酶 (AlDH)，其作用于乙醛并將乙醛氧化成乙酸。換言之，通過(guò)兩步氧化反應(yīng)，每一分子乙醇，產(chǎn)生總計(jì)4個(gè)電子。在乙醇中，能夠使用用于降解成(X)2的方法，如在甲醇中。在該情況下，在乙醛脫氫酶(AalDH)作用于乙醛以獲得乙?；o酶A之后，所得物被傳送至TCA循環(huán)。在TCA循環(huán)中，進(jìn)一步產(chǎn)生電子。作為電子介體，基本上可以使用任意的電子介體。然而，合適地使用具有醌骨架的化合物，尤其是具有萘醌骨架的化合物。作為具有萘醌骨架的化合物，能夠使用多種萘醌衍生物。萘醌衍生物的具體實(shí)例包括2-氨基-1，4-萘醌(ANQ)、2-氨基-3-甲基-1，4-萘醌 (AMNQ)、2_甲基-1，4-萘醌(VK3)和2-氨基-3羧基_1，4_萘醌(ACNQ)。作為具有醌骨架的化合物，除了具有萘醌骨架的化合物之外，例如，能夠使用蒽醌及其衍生物。在電子介體中，根據(jù)需要，除了具有醌骨架的化合物之外，可以包含用作電子介體的一種或更多種其他化合物。作為用于固定具有醌骨架的化合物特別是具有萘醌骨架的化合物至負(fù)極的溶劑， 合適地使用丙酮。如上所述通過(guò)使用丙酮作為溶劑，能夠提高具有醌骨架的化合物的溶解度，并且能夠?qū)⒕哂絮羌艿幕衔镉行У毓潭ㄖ霖?fù)極。在溶劑中，根據(jù)需要，可以包含除丙酮之外的一種或更多種溶劑。在一個(gè)實(shí)例中，將作為電子介體的VK3、作為輔酶的NADH、作為氧化酶的葡萄糖脫氫酶和作為輔酶氧化酶的心肌黃酶固定至負(fù)極。這種VK3、NADH、葡萄糖脫氫酶和心肌黃酶以 1.0(摩爾)0.33 至 1.0(摩爾)(1. 8 至 3. 6) XlO6(U) (0. 85 至 1. 7) X IO7 (U) 的比例合適地固定，其中U(單位)是一個(gè)表示酶活性的指數(shù)，表示1微摩爾底物在一定溫度和一定PH下每分鐘反應(yīng)的程度。同時(shí)，在其中酶固定到正極的情況下，酶通常包含氧化還原酶。作為氧化還原酶， 例如，能夠使用膽紅素氧化酶、漆酶、抗壞血酸氧化酶等。一些氧化還原酶(多銅氧化酶) 在表1中示出。在該情況下，除酶之外，電子介體也合適地固定至正極。作為電子介體，例如，使用六氰合鐵酸鉀、赤血鹽、八氰合鎢酸鉀等。電子介體適合地以足夠高的濃度固定，例如以平均0. 64X 10_6摩爾/mm2或更高的濃度固定。[表 1]
權(quán)利要求
1.一種燃料電池，具有其中正極和負(fù)極彼此相對(duì)布置并且其間具有包含緩沖物質(zhì)的電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)，其中酶固定到所述正極和所述負(fù)極之一或兩者，和在所述緩沖物質(zhì)中包含有含有咪唑環(huán)的化合物，并且添加有選自乙酸、磷酸和硫酸中的一種或更多種酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中所述緩沖物質(zhì)的濃度為0.2M至2. 5M，包括兩個(gè)端點(diǎn)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池，其中包含所述緩沖物質(zhì)的緩沖溶液的粘度為 0. 9mPa · s至2. OmPa · s，包括兩個(gè)端點(diǎn)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池，其中所述酶包含固定至所述正極的氧化還原酶。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池，其中所述氧化還原酶是膽紅素氧化酶。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中除了所述酶之外，所述正極和所述負(fù)極之一或兩者還固定有電子介體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中所述酶包含固定到所述負(fù)極并且促進(jìn)單糖的氧化和使其降解的氧化酶。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池，其中所述酶包含輔酶氧化酶，所述輔酶氧化酶將與所述單糖的氧化相關(guān)地還原的輔酶恢復(fù)成氧化體，并且通過(guò)電子介體將電子傳送到所述負(fù)極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池，其中所述輔酶的所述氧化體是NAD+，并且所述輔酶氧化酶是心肌黃酶。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池，其中所述氧化酶是NAD+依賴性葡萄糖脫氫酶。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中所述酶包含固定至所述負(fù)極并且促進(jìn)多糖降解以產(chǎn)生單糖的降解酶，和促進(jìn)所產(chǎn)生的單糖的氧化并且使其降解的氧化酶。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料電池，其中所述降解酶是葡糖淀粉酶，所述氧化酶是 NAD+依賴性葡萄糖脫氫酶。
13.一種電子裝置，具有一個(gè)或兩個(gè)以上燃料電池，其中所述燃料電池的一個(gè)或更多個(gè)具有其中正極和負(fù)極彼此相對(duì)布置并且其間具有包含緩沖物質(zhì)的電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)，所述正極和所述負(fù)極之一或兩者固定有酶，和在所述緩沖物質(zhì)中包含有含有咪唑環(huán)的化合物，并且添加有選自乙酸、磷酸和硫酸中的一種或更多種酸。
14.一種用于燃料電池的燃料電池用緩沖溶液，所述燃料電池具有其中正極和負(fù)極彼此相對(duì)布置并且其間具有包含緩沖物質(zhì)的電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)，其中所述正極和所述負(fù)極之一或兩者固定有酶，其中在所述緩沖物質(zhì)中包含有含有咪唑環(huán)的化合物，并且添加有選自乙酸、磷酸和硫酸中的一種或更多種酸。
全文摘要
提供一種燃料電池，在其中酶被固定至正極和負(fù)極之一或兩者的情況下利用該燃料電池能夠獲得足夠的緩沖能力，甚至在高輸出操作時(shí)也是如此，能夠充分展示酶固有的能力，并且具有優(yōu)異的性能。在具有如下結(jié)構(gòu)的生物燃料電池中正極2和負(fù)極1相對(duì)布置且其間具有包含緩沖物質(zhì)的電解質(zhì)層3的結(jié)構(gòu)，并且其中酶被固定到所述正極2和所述負(fù)極1之一或兩者，包含咪唑環(huán)的化合物被包含在電介質(zhì)層3中作為緩沖物質(zhì)，并且還添加選自乙酸、磷酸和硫酸中的一種或更多種酸。作為包含咪唑環(huán)的化合物，使用咪唑、1-甲基咪唑、2-甲基咪唑、4-甲基咪唑和2-乙基咪唑等。
文檔編號(hào)H01M4/90GK102171875SQ200980139160
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2009年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日
發(fā)明者三田洋樹(shù), 中川貴晶, 后藤義夫, 戶木田裕一, 松本隆平, 汲田英之, 酒井秀樹(shù) 申請(qǐng)人:索尼公司