CN107534165A - 电极复合体、使用了该电极复合体的微生物燃料电池以及水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明的电极复合体(100)具备中空部件(10)，该中空部件(10)具有中空部(1)、向中空部供给氧的氧供给部(4)和透过被供给至中空部的氧的氧透过部(5)。进而，电极复合体具备电极(30)和缓冲部件(20)，该电极(30)在氧透过部设置于中空部件的外侧，并且是从氧透过部侧层叠具有氧透过性的疏水层(31)和导电层(32)而成的，该缓冲部件(20)设置于中空部，并且具有耐压性。而且，从氧供给部至氧透过部具有透气性。微生物燃料电池具备电极复合体和担载微生物的负极(40)。

Description

电极复合体、使用了该电极复合体的微生物燃料电池以及水 处理装置

技术领域

本发明涉及电极复合体、使用了该电极复合体的微生物燃料电池以及水处理装置。详细来说，本发明涉及能够净化废水并且生成电能的电极复合体、使用了该电极复合体的微生物燃料电池以及水处理装置。

背景技术

微生物燃料电池是通过微生物的催化作用(代谢反应、生物化学转换)将废水中所含的有机物的化学能转换为电能并且使该有机物发生氧化分解的装置。即，微生物燃料电池通过微生物的作用而由有机物直接生产电能。因此，微生物燃料电池与利用从有机物向生物气的转换步骤的现有的能量回收***相比可以期待能量回收效率的提高。另外，微生物燃料电池不仅可以发电，而且还可以作为废水处理、有机性废弃物处理、有机性废弃物处理的附属设备等来加以利用。

微生物燃料电池具备有保持微生物的负极和与氧化性物质接触的正极。作为这样的微生物燃料电池，以往公开了一种具备负极和密闭型中空盒的微生物燃料电池，该负极浸渍于有机性底物而使之担载厌氧性微生物，该密闭型中空盒具有至少一部分由离子透过性隔膜形成的外壳和出入孔(例如参见专利文献1)。进而，该微生物燃料电池具备与电解液一同封入中空盒内或者与该盒的隔膜的内侧结合而***有机性底物中的正极。并且，还公开了：经由出入孔向盒内供给氧，进而经由将负极和正极电连接的电路取出电。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-93861号公报

发明内容

如上所述，专利文献1的微生物燃料电池使用中空盒，并拉设隔膜，由此确保了其中空。但是，在将这样的微生物燃料电池大型化的情况下，由于水压而使隔膜从液相侧被压向气相侧，产生隔膜向中空内部弯曲的现象。其结果是，在中空盒的内部无法确保用于向正极充分供给氧的空间，因而存在导致向正极的氧供给量减少、电池特性降低这样的问题。

本发明是鉴于这种现有技术所存在的问题而完成的。并且，本发明的目的在于：提供能够充分地向正极供给氧、抑制电池特性降低的电极复合体、使用了该电极复合体的微生物燃料电池以及水处理装置。

为了解决上述问题，本发明的第一方案的电极复合体具备中空部件，该中空部件具有中空部、向中空部供给氧的氧供给部和透过被供给至中空部的氧的氧透过部。进而，电极复合体具备电极和缓冲部件，该电极在氧透过部设置于中空部件的外侧，并且是从氧透过部侧层叠具有氧透过性的疏水层和导电层而成的，该缓冲部件设置于中空部，并且具有耐压性。另外，从氧供给部至氧透过部具有透气性。

本发明的第二方案的微生物燃料电池具备电极复合体和担载微生物的负极。此外，电极复合体中的电极为正极。

本发明的第三方案的水处理装置具备电极复合体和担载微生物的负极。另外，电极复合体中的电极为正极。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的中空部件的一个例子的立体图。

图2是表示本发明的实施方式的缓冲部件的一个例子的立体图。

图3是表示中空部件与缓冲部件组合后的状态的立体图。

图4是以分解后的状态表示本发明的实施方式的电极复合体的一个例子的立体图。

图5是表示本发明的实施方式的电极复合体的俯视图。

图6是以分解后的状态表示本发明的实施方式的电极复合体的另一个例子的立体图。

图7是以分解后的状态表示本发明的实施方式的电极复合体的另一个例子的立体图。

图8是表示本发明的实施方式的电极复合体的另一个例子的示意图。(a)是该电极复合体的立体图；(b)是该电极复合体的俯视图。

图9是表示本发明的实施方式的电极复合体的电极与氧透过层组合后的状态的分解立体图。

图10是表示本发明的实施方式的微生物燃料电池的一个例子的立体图。

图11是沿着图10中的A-A线的剖视图。

图12是表示实施方式1的缓冲部件与中空部件组合后的状态的立体图。

图13是表示实施方式1的缓冲部件与中空部件组合后的状态的立体图。

图14是以分解后的状态表示使用了实施方式1的缓冲部件和中空部件的电极复合体的立体图。

图15是以分解后的状态表示使用了实施方式1的缓冲部件和中空部件的电极复合体的立体图。

图16是表示实施方式1的缓冲部件的制造方法的一个例子的示意图。

图17是表示实施方式1的缓冲部件的制造方法的另一个例子的示意图。

图18是表示实施方式1的缓冲部件的制造方法的另一个例子的示意图。

图19表示了实施方式2的缓冲部件的例子。(a)是以分解后的状态表示实施方式2的缓冲部件的立体图；(b)是缓冲部件的侧视图；(c)是表示间隙设置用支柱的立体图。

图20表示了实施方式2的缓冲部件的另一个例子。(a)是以分解后的状态表示实施方式2的缓冲部件的立体图；(b)是缓冲部件的侧视图。

图21是表示实施方式3的缓冲部件的一个例子的立体图。

图22表示了实施方式3的缓冲部件的另一个例子。(a)是表示多个格子材料组合前的状态的立体图。(b)是表示多个格子材料组合后的状态的俯视图。

图23表示了实施方式4的缓冲部件的一个例子。(a)是以分解后的状态表示实施方式4的缓冲部件的立体图，(b)是缓冲部件的放大图。

图24是表示构成实施方式4的缓冲部件的格子材料的一个例子的立体图。

具体实施方式

下面，对本实施方式的电极复合体、使用了该电极复合体的微生物燃料电池以及水处理装置进行详细说明。此外，附图的尺寸比率为便于说明而有所夸大，有时与实际的比率不同。

[电极复合体]

如图1～图3所示，本实施方式的电极复合体100具备在内部具有中空部1的中空部件10和设置于中空部1的缓冲部件20。如图1所示，中空部件10为近似U字形的框部件，上部开口。即，中空部件10是将两根第一柱状部件2的底部以第二柱状部件3连结而成的框部件，在由第一柱状部件2和第二柱状部件3围绕而成的内部空间形成有中空部1。另外，中空部件10具有向中空部1供给氧的氧供给部4和透过被供给至中空部1的氧的氧透过部5。此外，图1中，氧供给部4为设置于中空部件10的上表面的开口，氧透过部5为设置于中空部件10的右侧面6a和左侧面6b的开口。

缓冲部件20为长方体状，其具备右侧壁21a、左侧壁21b、前壁21c和后壁21d，由它们形成了内部空间。缓冲部件20的上表面被开口，以能够透过氧(空气)。而且，如图3所示，缓冲部件20配设于中空部件10的中空部1内。此外，在将缓冲部件20配设于中空部件10的内部的情况下，中空部件10的右侧面6a和缓冲部件20的右侧壁21a优选大致齐平，中空部件10的左侧面6b和缓冲部件20的左侧壁21b优选大致齐平。

如图4所示，本实施方式的电极复合体100具备在氧透过部5设置于中空部件10的外侧的电极30。电极30通过从氧透过部5侧层叠具有氧透过性的疏水层31和导电层32来构成。另外，中空部件10的右侧面6a与电极30的疏水层31的外周部接合。因此，如后所述，在电极复合体100浸渍于电解液中的情况下，能够抑制电解液从疏水层31的外周部与右侧面6a的接合部流入中空部件10的内部空间。

就电极复合体100来说，氧(空气)由中空部件10的氧供给部4供给到缓冲部件20的内部空间。另外，如后所述，缓冲部件20的至少右侧壁21a和左侧壁21b具有氧透过性。因此，由氧供给部4供给到缓冲部件20的内部空间的氧从缓冲部件20的右侧壁21a和左侧壁21b以及中空部件10的氧透过部5通过而供给到电极30的疏水层31。即，就本实施方式来说，从中空部件10的氧供给部4至氧透过部5具有透气性。

这样，就本实施方式的电极复合体100来说，将缓冲部件20配置于中空部件10的内部空间。因此，就算将电极复合体100浸渍于电解液而对电极30施加了水压，也可以通过缓冲部件20来保持电极30，因而可抑制电极30向中空部件10的内部空间弯曲。其结果是，从中空部件10的氧供给部4向氧透过部5的透气性充分地得到确保，因此能够提高向电极30的疏水层31的氧供给性。

就电极复合体100来说，从氧供给部4至氧透过部5的ISO透气度优选为1×10^-5μm/Pa·s～100μm/Pa·s。即，由氧供给部4从缓冲部件20和氧透过部5通过而至电极30的疏水层31的表面的ISO透气度优选为上述范围内。透气度是每单位面积、单位压力差和单位时间所透过的空气的平均流量，其数值越高则空气越容易通过。通过使电极复合体100具有这种范围的透气度，能够对疏水层31供给充分的氧，能够实现具有稳定的性能的微生物燃料电池和水处理装置。

具体来说，通过使电极复合体100的ISO透气度为1×10^-5μm/Pa·s以上，氧透过性提高，能够提高氧与疏水层31和导电层32的接触率。此外，电极复合体100的ISO透气度越高越好，对上限没有特别限定，例如可以设定为100μm/Pa·s。从氧供给部4至氧透过部5的ISO透气度优选为2×10^-5μm/Pa·s以上，更优选为7.9×10^-5μm/Pa·s，特别优选为2.9×10^-4μm/Pa·s以上。另外，电极复合体100的ISO透气度可以依照日本工业标准JISP8117：2009(纸和纸板-透气度和透气阻力试验方法(中间区域)-葛尔莱法)来进行测定。

就电极复合体100来说，设置有电极30的面的抗压强度优选为0.01kgf/cm²～10kgf/cm²。具体来说，在图4所示的电极复合体100的情况下，缓冲部件20中的层叠有电极30的右侧壁21a和左侧壁21b的抗压强度优选为0.01kgf/cm²～10kgf/cm²。通过使电极复合体100的抗压强度为该范围内，就算是在将电极复合体100大型化而对电极30施加有大的水压的情况下也能够抑制电极30的弯曲而保持平面状态，维持高的氧透过性。此外，抗压强度是将材料受到压缩力而发生变形、断裂时的压缩载荷除以材料的截面积而得到的值。另外，本说明书中的抗压强度表示：根据国际标准化机构所规定的ISO844：2004(硬质发泡塑料-压缩特性的测定)，在相对变形为10％以内时所到达的压缩应力。因此，电极复合体100中的设置有电极30的面的抗压强度可以依照ISO844：2004来进行测定。

如上所述，缓冲部件20为长方体状，为了确保氧透过性而使上表面开口，进而由右侧壁21a、左侧壁21b、前壁21c和后壁21d形成了内部空间。另外，为了进一步提高缓冲部件20的抗压强度，也可以在缓冲部件20的内部空间设置支持部件22。通过设置支持部件22，对与电极30相对置的缓冲部件20的右侧壁21a和左侧壁21b之间进行支持来强化，因而能够提高上述的抗压强度，进一步抑制电极30的变形。

支持部件22的形状没有特别限定，只要能够提高缓冲部件20的抗压强度就行。具体来说，如图5(a)所示，缓冲部件20优选在内部具备板部件22a，缓冲部件20中的沿着中空部件10与电极30的层叠方向X的截面的形状为桁架状。即，支持部件22优选由板部件22a形成，由板部件22a以及缓冲部件20的右侧壁21a、左侧壁21b、前壁21c和后壁21d形成桁架结构。以这样的三角形为基本单元，形成组合多个该三角形而成的桁架结构，由此缓冲部件20的稳定性提高，能够进一步提高抗压强度。

如图5(b)所示，缓冲部件20还优选在内部具备板部件22b，缓冲部件20中的沿着中空部件10与电极30的层叠方向X的截面的形状为波形状。即，支持部件22由波形的板部件22b形成，进而板部件22b的顶点22c与缓冲部件20的右侧壁21a和左侧壁21b接触。通过具备这样的波形状的支持部件22，也可提高缓冲部件20的稳定性，能够进一步提高抗压强度。

另外，如图5(c)所示，缓冲部件20还优选具备一个或两个以上的圆筒部件。即，支持部件22由圆筒形的圆筒部件22d形成，进而圆筒部件22d按照与缓冲部件20的右侧壁21a、左侧壁21b、前壁21c和后壁21d接触的方式配置有多个。这样，通过配置多个圆筒部件22d，也可提高缓冲部件20的稳定性，能够进一步提高抗压强度。

如图2～图4所示，支持部件22可以沿着与中空部件10和电极30的层叠方向X垂直的铅直方向Y从缓冲部件20的上表面至底面设置于缓冲部件20的整个内部。另外，支持部件22也可以仅设置于铅直方向Y上的缓冲部件20的上表面和底面的中央部。进而，支持部件22还可以沿着与层叠方向X和铅直方向Y垂直的纵深方向Z从缓冲部件20的前壁21c至后壁21d设置于缓冲部件20的整个内部。此外，支持部件22也可以仅设置于纵深方向Z的缓冲部件20的前壁21c和后壁21d的中央部。

图5中，构成支持部件22的板部件沿着铅直方向Y来进行配置。即，按照沿着XZ平面的截面为桁架状、波形状、圆形的方式配置有板部件。但是，构成支持部件22的板部件也可以沿着纵深方向Z来进行配置。即，可以按照沿着XY平面的截面为桁架状、波形状、圆形的方式配置有板部件。

构成缓冲部件20的部件的材料没有特别限定，例如可以使用选自树脂、金属、玻璃和碳材料中的至少一种。另外，作为树脂，可以使用选自聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯中的至少一种。另外，作为金属，可以使用不锈钢和铝中的至少一种。

构成缓冲部件20的部件的形状也没有特别限定。但是，如上所述，本实施方式的电极复合体100需要以在中空部件10的中空部1***有缓冲部件20的状态从氧供给部4至氧透过部5具有透气性。因此，需要缓冲部件20自身也具有高透气性，因而缓冲部件20优选由具有多个细孔的平板构成。另外，缓冲部件20还优选由具有多个细孔的网眼状的结构体构成。进而，缓冲部件20优选以一定的间距形成有多个细孔。但是，不限于这些构成，例如也可以为平板的一部分较大地贯通而成的结构。

此外，电极复合体100需要从氧供给部4至氧透过部5具有透气性。因此，缓冲部件20优选至少在与电极30相对置的右侧壁21a和左侧壁21b形成有细孔。并且，在不与电极30相对置的前壁21c和后壁21d可以不形成有细孔。构成支持部件22的材料和形状也没有特别限定，可以设定为与缓冲部件20相同。

就本实施方式的电极复合体100来说，如图1～图4所示，中空部件10是将两根第一柱状部件2的底部以第二柱状部件3连结而成的U字形的框部件。并且，中空部件10的上表面开口，形成有氧供给部4。但是，本实施方式的电极复合体不限于该方式。

例如，作为电极复合体100A，还优选使用图6所示的中空部件10A。具体来说，作为中空部件10A，还优选使用下述中空部件：将两根第一柱状部件2的底部以第二柱状部件3进行了连结，将所得到的框部件的上部以第三柱状部件7进行了连结。并且，在第三柱状部件7设置透气管8，从透气管8通过而向缓冲部件20供给氧(空气)，进而排出反应后的空气。在该情况下，可以设定为从透气管8通过而通过泵由外部供给氧的构成，因此能够进一步提高电极复合体100A内部的透气性。此外，就电极复合体100A来说，中空部件10A的氧供给部4为透气管8。

另外，作为电极复合体100B，还优选图7所示的中空部件10B。具体来说，中空部件10B将氧透过膜成型为袋状，在其内部具有中空部。并且，在中空部***缓冲部件20，进而在中空部件10B的侧面11设置电极30。通过使用这样的袋状的中空部件10B，能够使中空部件的构成变得简易。此外，为了确保氧透过性，中空部件10B的侧面11优选具有细孔。另外，就电极复合体100B来说，中空部件10A的氧供给部4为设置于上部的开口，氧透过部5为设置于侧面11的细孔。

此外，构成袋状的中空部件10B的材料没有特别限定，与缓冲部件20同样地例如可以使用选自树脂、金属和碳材料中的至少一种。另外，构成中空部件10B的部件的形状也没有特别限定，例如可以由具有多个细孔的薄膜构成，还可以由具有多个细孔的网眼状的结构体构成。

如图1和图6所示，本实施方式优选中空部件为长方体状，氧供给部为设置于中空部件的一个面的开口部。即，如图1和图6所示，中空部件10、10A优选在内部具有中空部1，进而在上表面形成有开口部。但是，本实施方式不限于该方式，例如还优选中空部件为圆筒形，氧供给部为设置于中空部件的一个面的开口部。

具体来说，如图8所示，就电极复合体100C来说，中空部件10C由在内部具有中空部1的圆筒形成，进而在中空部1配置有多个支持部件22，该支持部件22由圆筒形的圆筒部件22d形成。并且，就支持部件22来说，以一根圆筒部件22d为中心，六根圆筒部件22d以同心状集合来构成。另外，在中空部件10B的整个周围层叠有电极30。此外，就电极复合体100C来说，中空部件10C的氧供给部4为设置于上表面的开口，氧透过部5为设置于中空部件10C的侧面的细孔。

构成圆筒形的中空部件10C和支持部件22的材料没有特别限定，与缓冲部件20同样地例如可以使用选自树脂、金属、玻璃和碳材料中的至少一种。另外，构成中空部件10C和支持部件22的部件的形状也没有特别限定，例如可以由具有多个细孔的薄膜构成，还可以由具有多个细孔的网眼状的结构体构成。

就本实施方式来说，电极30由气体扩散电极形成，该气体扩散电极具备具有氧透过性的疏水层31和层叠于疏水层31的导电层32。通过使用这样的气体扩散电极，能够容易地供给气相中的氧。此外，例如与将溶解于水中的溶解氧供给至电极30的情况相比，具有下述优点。在将溶解氧供给至电极30的情况下，存在废水等待处理液(电解液)中所含的有机性物质的氧化和发电被溶解氧的扩散速度所限速这样的问题。与此相对，气相中的氧的扩散速度与溶解氧的扩散速度相比极大，因而能够高效地进行有机性物质的氧化和发电。因此，能够提高燃料电池的输出。

疏水层31是兼具疏水性和气体透过性的层。疏水层31按照下述方式构成：在将微生物燃料电池中的电化学***中的气相和液相良好地分离的同时，允许气体从气相向液相移动。即，疏水层31按照透过气相中的氧并使之向导电层32移动的方式构成。这样的疏水层31优选为多孔质。在该情况下，疏水层31能够具有高气体透过性。

导电层32例如优选具备多孔质的导电性材料和担载于该导电性材料的催化剂。此外，导电层32可以由多孔质并且具有导电性的催化剂构成。

此外，如图9所示，电极30优选还具备氧透过层33，该氧透过层33配置于疏水层31与导电层32之间，并且具有氧透过性。氧透过层33由于具有氧透过性，因此具有向导电层32供给氧的功能。

对于本实施方式中的电极30的疏水层31、导电层32和氧透过层33，进行更详细的说明。

疏水层31扩散氧，对导电层32大致均匀地供给氧。因此，疏水层31优选为多孔质体，从而能够扩散该氧。另外，疏水层31优选具有疏水性。通过使疏水层31具有疏水性，能够抑制多孔质体的细孔因结露等而堵塞、氧的扩散性降低。另外，如后所述，在将电极复合体100用于微生物燃料电池、水处理装置的情况下，液相难以渗入疏水层31的内部，疏水层31变得容易与氧接触。

作为构成疏水层31的材料，只要能够扩散氧就没有特别限制。作为构成疏水层31的材料，例如可以使用选自聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚四氟乙烯中的至少一种。这些材料容易形成多孔质体，进而疏水性也高，因此能够抑制细孔的堵塞而提高气体扩散性。另外，疏水层31优选为由上述材料形成的无纺布、薄膜。此外，在疏水层31由上述材料的薄膜形成的情况下，优选在疏水层31和导电层32的层叠方向X具有多个贯通孔。

另外，对于疏水层31来说，为了提高疏水性，可以根据需要使用疏水剂来实施疏水处理。具体来说，可以使聚四氟乙烯(PTFE)等疏水剂附着于构成疏水层31的多孔质体，提高疏水性。

导电层32可以为具备多孔质的导电性材料和担载于该导电性材料的催化剂的构成。导电层32中的导电性材料例如可以使用选自碳系物质、导电性聚合物、半导体和金属中的至少一种材料。作为碳系物质的例子，可以使用选自碳纸、碳布和石墨片中的至少一种。另外，导电层32可以由选自碳纸、碳布和石墨片中一种构成，也可以为将它们层叠多个而成的层叠体。作为碳纤维的无纺布的碳纸、作为碳纤维的织布的碳布和由石墨形成的石墨片具有高耐蚀性，并且电阻率与金属材料同等，因此能够兼顾电极的耐久性和导电性。

导电性聚合物是指具有导电性的高分子化合物的统称。作为导电性聚合物，例如可以列举出以苯胺、氨基苯酚、二氨基苯酚、吡咯、噻吩、对苯、芴、呋喃、乙炔或者它们的衍生物为构成单元的单一单体的聚合物、两种以上单体的共聚物。具体来说，作为导电性聚合物，例如可以列举出聚苯胺、聚氨基苯酚、聚二氨基苯酚、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯、聚芴、聚呋喃、聚乙炔等。作为金属制的导电性材料，例如可以列举出铝、铜、不锈钢、镍和钛等导电性金属。在考虑了获得的容易程度、成本、耐蚀性、耐久性等的情况下，导电性材料优选为碳系物质。

另外，导电性材料的形状优选为粉末状或纤维状。此外，导电性材料也可以支持在支持体上。支持体是指其本身具有刚性并且能够赋予气体扩散电极以一定的形状的部件。支持体既可以是绝缘体，也可以是导电体。在支持体为绝缘体的情况下，支持体例如可以列举出玻璃、塑料、合成橡胶、陶瓷、经耐水或疏水处理的纸、木片等植物片、骨片、贝壳等动物片等。作为多孔质结构的支持体，例如可以列举出多孔质陶瓷、多孔质塑料、海绵等。在支持体为导电体的情况下，支持体例如可以列举出碳纸、碳纤维、碳棒等碳系物质、金属、导电性聚合物等。在支持体为导电体的情况下，担载有碳系材料的导电性材料配置在支持体的表面上，由此支持体也可以作为集电体发挥作用。

此处，导电层32中的催化剂优选为掺杂有金属原子的碳系材料。作为金属原子，没有特别限定，但优选为选自钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂和金中的至少一种。在该情况下，碳系材料特别是作为用于促进氧还原反应和氧生成反应的催化剂发挥优异的性能。碳系材料所含有的金属原子的量可以进行适当的设定，以使碳系材料具有优异的催化性能。

碳系材料中优选进一步掺杂有选自氮、硼、硫和磷中的一种以上非金属原子。掺杂于碳系材料中的非金属原子的量也可以进行适当的设定，以使碳系材料具有优异的催化性能。

碳系材料例如可以通过下述方式得到：以石墨和无定形碳等碳源原料为基础，并在该碳源原料中掺杂金属原子与选自氮、硼、硫和磷中的一种以上非金属原子。

可以适当选择掺杂于碳系材料的金属原子和非金属原子的组合。特别地，优选非金属原子包含氮，金属原子包含铁。在该情况下，碳系材料能够具有特别优异的催化活性。此外，非金属原子也可以仅为氮。另外，金属原子也可以仅为铁。

也可以是非金属原子包含氮、金属原子包含钴和锰中的至少一种。在该情况下，碳系材料也可以具有特别优异的催化活性。此外，非金属原子也可以仅为氮。另外，金属原子也可以仅为钴，仅为锰，或者仅为钴和锰。

碳系材料的形状没有特别限制。例如，碳系材料既可以具有粒子状形状，也可以具有片状形状。具有片状形状的碳系材料的尺寸没有特别限制，例如该碳系材料也可以是微小的尺寸。具有片状形状的碳系材料还可以是多孔质。具有片状形状并且多孔质的碳系材料例如优选具有织布状、无纺布状等形状。这样的碳系材料就算没有导电性材料也能够构成导电层32。

被构成为导电层32中的催化剂的碳系材料可以如下制备。首先，准备含有包含选自例如氮、硼、硫和磷中的至少一种非金属的非金属化合物、金属化合物和碳源原料的混合物。然后，以800℃～1000℃的温度将该混合物加热45秒以上且小于600秒。由此，能够得到被构成为催化剂的碳系材料。

此处，作为碳源原料，如上所述例如可以使用石墨或无定形碳。此外，作为金属化合物，只要是包含能够与被掺杂于碳源原料的非金属原子配位键合的金属原子的化合物就没有特别限制。金属化合物例如可以使用选自金属的氯化物、硝酸盐、硫酸盐、溴化物、碘化物、氟化物等无机金属盐、醋酸盐等有机金属盐、无机金属盐的水合物以及有机金属盐的水合物中的至少一种。例如，在铁掺杂于石墨的情况下，金属化合物优选含有氯化铁(III)。另外，在钴掺杂于石墨的情况下，金属化合物优选含有氯化钴。此外，在锰掺杂于碳源原料的情况下，金属化合物优选含有醋酸锰。就金属化合物的使用量来说，例如金属化合物中的金属原子相对于碳源原料的比例优选确定在5～30质量％的范围内，该比例更优选确定在5～20质量％的范围内。

如上所述，非金属化合物优选为选自氮、硼、硫和磷中的至少一种非金属的化合物。作为非金属化合物，例如可以使用选自五乙撑六胺、乙二胺、四乙撑五胺、三乙撑四胺、乙二胺、辛基硼酸、1,2-双(二乙基膦乙烷)、亚磷酸三苯酯、苄基二硫醚(benzyldisulfide)中的至少一种化合物。非金属化合物的使用量可以根据非金属原子在碳源原料中的掺杂量来适当设定。就非金属化合物的使用量来说，金属化合物中的金属原子与非金属化合物中的非金属原子的摩尔比优选确定在1：1～1：2的范围内，更优选确定在1：1.5～1：1.8的范围内。

制备被构成为催化剂的碳系材料时的含有非金属化合物、金属化合物和碳源原料的混合物例如采用如下方法来得到。首先，将碳源原料、金属化合物和非金属化合物混合，进而根据需要添加乙醇等溶剂来对总量进行调整。进一步采用超声波分散法使它们分散。接着，以适当的温度(例如60℃)对它们进行了加热，然后使混合物干燥而将溶剂除去。由此，得到含有非金属化合物、金属化合物和碳源原料的混合物。

接着，对所得到的混合物例如在还原性气氛下或者不活泼性气体气氛下进行加热。由此，对碳源原料掺杂非金属原子，进而还通过使非金属原子与金属原子配位键合来掺杂金属原子。加热温度优选为800℃～1000℃的范围内，加热时间优选为45秒以上且小于600秒的范围内。由于加热时间为短时间，因而可以高效地制造碳系材料，而且碳系材料的催化活性进一步提高。此外，加热处理中的加热开始时的混合物的升温速度优选为50℃/秒以上。这样的快速加热使碳系材料的催化活性得到进一步提高。

另外，也可以对碳系材料进一步进行酸清洗。例如，也可以通过均化器使碳系材料在纯水中分散30分钟，然后将该碳系材料放入2M硫酸中，以80℃搅拌3小时。在该情况下，能够抑制金属成分从碳系材料中溶出。

根据这样的制造方法，可以得到惰性金属化合物以及金属晶体的含量明显低并且导电性高的碳系材料。

作为氧透过层33的材料，只要是具有氧透过性进而优选具有疏水性能的材料就没有特别限定。作为氧透过层33的材料，例如可以使用硅酮橡胶和聚二甲基硅氧烷中的至少任一种。这些材料由于具有来自硅酮的分子结构的高氧溶解性和氧扩散性，因而氧透过性优异。进而，这些材料由于表面自由能小，因而疏水性能也优异。因此，氧透过层33特别优选含有硅酮。

另外，作为氧透过层33的材料，可以使用选自乙基纤维素、聚-4-甲基-1-戊烯、聚丁二烯、聚四氟乙烯和丁基橡胶中的至少一种。这些材料也具有高氧透过性和疏水性，因而是优选的。

此外，作为氧透过层33，也可以使用防水透过膜等无纺布、聚乙烯和聚丙烯的无纺布。具体来说，作为氧透过层33，可以使用对聚四氟乙烯进行拉伸加工而得到的薄膜与聚氨酯聚合物复合化而成的Gore-Tex(注册商标)。

为了向导电层32高效地供给氧，如图9所示，氧透过层33优选与疏水层31和导电层32接触。由此，氧被直接供给到导电层32，进而氧从导电层32的内部通过而到达催化剂，因而后述的局部电池反应变得容易进行。但是，当氧被供给到导电层32时，在疏水层31与氧透过层33之间或在导电层32与氧透过层33之间也可以存在间隙。

另外，氧透过层33优选具有疏水性能。即，氧透过层33更优选为具有疏水性能的片。如后所述，氧透过层33按照将包含氧的气相与保持于废水槽内部的作为液相的电解液分离的方式进行配置。此处所说的“分离”是指以物理方式断开。由此，能够抑制电解液中的有机物、含氮化合物向气相侧移动。

此外，就氧透过层33来说，根据所使用的材料来调整氧透过量，能够抑制气相侧的氧分子过度地透过到电解液中。因此，如后所述，能够更确实地将废水槽内保持为不存在氧的厌氧性条件。其结果是，在废水槽内需氧性微生物的增殖受到抑制，因而能够在厌氧性条件下进行液体处理。

这样，本实施方式的电极复合体100具备中空部件10，该中空部件10具有中空部1、向中空部1供给氧的氧供给部4和透过被供给至中空部1的氧的氧透过部5。进而，电极复合体100具备电极30和缓冲部件20，该电极30在氧透过部5设置于中空部件10的外侧，并且是从氧透过部5侧层叠具有氧透过性的疏水层31和导电层32而成的，该缓冲部件20设置于中空部1，并且具有耐压性。另外，从氧供给部4至氧透过部5具有透气性。因此，就算是在将电极复合体100浸渍于电解液而变为高水压环境下的情况下，也可确保用于向正极充分地供给氧的空间。因此，能够抑制电池特性的降低而稳定地生产电能。

此外，如上所述，构成缓冲部件20的右侧壁21a和左侧壁21b的材料例如可以使用选自树脂、金属、玻璃和碳材料中的至少一种。但是，也可以为缓冲部件20的右侧壁21a和左侧壁21b自身由电极30形成的构成。在该情况下，由中空部件10的氧供给部4供给的氧从氧透过部5通过而直接供给到电极30，因此能够进一步提高发电性能。

另外，图4～图7和图9中，在中空部件10以及缓冲部件20的右侧面和左侧面这两者设置有电极30。但是，本实施方式不限于该构成。例如，也可以仅在中空部件10和缓冲部件20的一个侧面接合电极30，另一个侧面通过板部件来进行密封。

此外，缓冲部件20的底面可以通过板部件来进行密封，还可以如后所述通过密封材料来进行密封。同样地，图8的圆筒形的中空部件10和支持部件22的底面也可以通过板部件来进行密封，还可以通过密封材料来进行密封。这样通过板部件、密封材料来进行密封，由此能够维持中空部件、缓冲部件的内部的气相。

[微生物燃料电池]

接着，对本实施方式的微生物燃料电池进行说明。如图10和图11所示，本实施方式的微生物燃料电池110具备：担载微生物的负极40；透过氢离子的离子移动层50；以及隔着离子移动层50与负极40隔开的由上述电极30形成的正极60。

负极40具有将微生物担载于具有导电性的导电体片的结构。作为导电体片，可以使用选自多孔质的导电体片、织布状的导电体片和无纺布状的导电体片中的至少一种。另外，导电体片也可以为将多个片层叠而成的层叠体。作为负极40的导电体片，通过使用这样的具有多个细孔的片，由后述的局部电池反应生成的氢离子变得容易向离子移动层50的方向移动，能够提高氧还原反应的速度。另外，从提高离子透过性的观点考虑，负极40的导电体片优选具有在电极30、负极40和离子移动层50的层叠方向X即厚度方向上连续的空间(空隙)。

该导电体片也可以为在厚度方向具有多个贯通孔的金属板。因此，作为构成负极40的导电体片的材料，例如可以使用选自铝、铜、不锈钢、镍和钛等导电性金属以及碳纸、碳毡中的至少一种。

作为担载于负极40的微生物，只要是分解待处理液(电解液)中的有机物或包含氮的化合物(含氮化合物)的微生物就没有特别限定，例如优选使用增殖不需要氧的厌氧性微生物。厌氧性微生物不需要用于对待处理液中的有机物进行氧化分解的空气。因此，能够大幅降低为了送入空气所需要的电力。另外，由于微生物获得的自由能小，因而能够减少污泥产生量。

负极40优选通过使包含厌氧性微生物的生物膜重叠来加以固定，从而保持厌氧性微生物。此外，生物膜通常是指包含微生物种群和微生物种群所生产的胞外聚合物(extracellular polymeric substance；EPS)的三维结构体。但是，厌氧性微生物也可以不通过生物膜而保持在负极40上。保持在负极40上的厌氧性微生物例如优选为具有胞外电子转移机制的产电菌。具体来说，作为厌氧性微生物，例如可以列举出地杆菌(Geobacter)属细菌、希瓦氏菌(Shewanella)属细菌、气单胞菌(Aeromonas)属细菌、地发菌(Geothrix)属细菌、酵母菌(Saccharomyces)属细菌。

本实施方式的微生物燃料电池110具备透过氢离子的离子移动层50。离子移动层50具有透过在负极40生成的氢离子并使之向正极60侧移动的功能。作为离子移动层50，可以利用使用了离子交换树脂的离子交换膜。作为离子交换树脂，例如可以使用杜邦株式会社制造的NAFION(注册商标)以及旭硝子株式会社制造的Flemion(注册商标)和Selemion(注册商标)。

另外，作为离子移动层50，也可以使用具有氢离子能够透过的细孔的多孔质膜。即，离子移动层50也可以为具有用于氢离子在负极40与正极60之间移动的空间(空隙)的片。因此，离子移动层50优选具备选自多孔质的片、织布状的片和无纺布状的片中的至少一种。另外，离子移动层50可以使用选自玻璃纤维膜、合成纤维膜和塑料无纺布中的至少一种，也可以为将这些层叠多个而成的层叠体。这种多孔质的片由于在内部具有多个细孔，因此氢离子能够容易地移动。此外，就离子移动层50的细孔径来说，只要氢离子能够从负极40移动到正极60就没有特别限定。

如上所述，离子移动层50具有透过在负极40生成的氢离子并使之向正极60侧移动的功能。但是，例如当负极40和正极60以不接触的状态接近时，就算不设置离子移动层50，氢离子也能够从负极40向正极60移动。因此，就本实施方式的微生物燃料电池110来说，离子移动层50不是必要构成要素。但是，通过设置离子移动层50，能够使氢离子高效地从负极40向正极60移动，因此从提高输出的观点考虑，优选设置离子移动层50。

本实施方式的微生物燃料电池110具备上述的电极复合体100，进而电极30具备疏水层31和导电层32。另外，在导电层32的外侧配置有离子移动层50。另外，如图11所示，正极60的导电层32和负极40分别与外部电路70进行了电连接。

电极复合体100的底面或缓冲部件20的底面可以通过密封材料90来进行了密封。由于有时会对电极复合体100的底面和缓冲部件20的底面施加高水压，因而通过密封材料90来进行密封，由此能够防止电解液81从该底面流入，能够维持缓冲部件20的内部的气相。此外，如上所述，电极复合体100的中空部件10由于与电极30中的疏水层31的外周部接合，因而能够防止电解液流入缓冲部件20的内部。密封材料90的原材料没有特别限定，例如可以使用粘接剂、密封剂、腻子、水泥等。

废水槽80在内部设置有电极复合体100、负极40和离子移动层50。此时，为了确保向中空部件10内部的透气性，电极复合体100按照氧供给部4露出到外部气体的方式浸渍于电解液。另外，废水槽80在内部保持有电解液81，但也可以为使电解液81流通的构成。例如，如图10和图11所示，在废水槽80可以设置有用于向废水槽80供给电解液81的液体供给口82和用于从废水槽80排出处理后的电解液81的液体排出口83。

此外，废水槽80内优选保持为例如不存在分子状氧或者就算存在分子状氧其浓度也极小的厌氧性条件。由此，在废水槽80内能够以几乎不接触氧的方式来保持电解液81。

接着，对本实施方式的微生物燃料电池110的作用进行说明。在微生物燃料电池110工作时，向负极40供给含有有机物和含氮化合物中的至少一种的电解液81，向正极60供给空气(或氧)。此时，空气从设置于电极复合体100的上部的氧供给部4通过而连续地供给。此外，电解液81也优选从液体供给口82和液体排出口83通过而连续地供给。

并且，就正极60来说，空气因疏水层31而扩散，到达至导电层32。此时，在正极60(电极30)具有氧透过层33的情况下，空气因疏水层31而扩散，空气中的氧透过氧透过层33，到达导电层32。另外，就负极40来说，由于微生物的催化作用，由电解液81中的有机物和/或含氮化合物生成氢离子和电子。所生成的氢离子透过离子移动层50向正极60侧移动。另外，所生成的电子从负极40的导电体片通过而向外部电路70移动，进而由外部电路70移动到正极60的导电层32。并且，移动到导电层32后的氢离子和电子由于催化剂的作用而与氧结合，形成水并被消耗。此时，通过外部电路70回收流至闭合电路的电能。

此处，本实施方式的负极40例如可以修饰有电子传递介质分子。或者，废水槽80内的电解液81可以包含电子传递介质分子。由此，促进从厌氧性微生物向负极40的电子移动，能够实现更高效的液体处理。

具体来说，就基于厌氧性微生物的代谢机理来说，在细胞内或与最终电子受体之间进行电子的转移。当向电解液81中导入介质分子时，介质分子作为代谢的最终电子受体而发挥作用，并且将接受到的电子移交给负极40。其结果是，能够提高电解液81中的有机物等的氧化分解速度。这样的电子传递介质分子没有特别限定，例如可以使用选自由中性红、蒽醌-2,6-二磺酸(AQDS)、硫堇、铁***和甲基紫精中的至少一种。

这样，本实施方式的微生物燃料电池110具备电极复合体100和担载微生物的负极40。并且，电极复合体100中的电极30为正极60。就微生物燃料电池110来说，为了确保透气性而具备中空部件10和缓冲部件20，因此正极60显示出高耐压性。由此，在微生物燃料电池110进行了大型化的情况下，或者在微生物燃料电池110的水深变深的情况下，也可确保用于向正极供给氧的空间，因而能够对正极60充分地供给氧。因此，能够抑制微生物燃料电池110的发电性能降低，从而能够稳定地生产电能。

微生物燃料电池110优选进一步具有设置于电极复合体100中的电极30与负极40之间并且具有质子透过性的离子移动层50。通过设置离子移动层50，能够使氢离子高效地从负极40向正极60移动，因此能够实现微生物燃料电池110的输出进一步提高。

就微生物燃料电池110来说，电极复合体100中的氧供给部4为设置于中空部件10的一个面的开口部，电极复合体100优选以开口部露出到外部气体的方式浸渍于电解液。由此，能够抑制电解液流入电极复合体100的内部，进而能够从中空部件10的氧供给部4至氧透过部5确保高透气性。

[水处理装置]

接着，对本实施方式的水处理装置进行说明。本实施方式的水处理装置具备电极复合体100和担载对待处理液进行净化的微生物的负极40。并且，电极复合体100中的电极30为正极60。

如上所述，本实施方式的微生物燃料电池110向负极40供给含有有机物和含氮化合物中的至少一种的电解液81(待处理液)。并且，通过担载于负极40上的微生物的代谢，由电解液81中的有机物和/或含氮化合物生成氢离子和电子，并且生成二氧化碳或氮。

具体来说，例如在电解液81含有葡萄糖作为有机物的情况下，通过以下的局部电池反应来生成二氧化碳、氢离子和电子。

·负极40(阳极)：C₆H₁₂O₆+6H₂O→6CO₂+24H⁺+24e^-

·正极60(阴极)：6O₂+24H⁺+24e^-→12H₂O

另外，在电解液81含有氨作为含氮化合物的情况下，通过以下的局部电池反应来生成氮、氢离子和电子。

·负极40(阳极)：4NH₃→2N₂+12H⁺+12e^-

·正极60(阴极)：3O₂+12H⁺+12e^-→6H₂O

这样，本实施方式的水处理装置通过采用微生物燃料电池110，电解液81中的有机物和含氮化合物与负极40接触而被氧化分解，因此能够净化电解液81。另外，如上所述，在废水槽80设置用于向废水槽80供给电解液81的液体供给口82和用于从废水槽80排出处理后的电解液81的液体排出口83，能够连续地供给电解液81。因此，能够使电解液81连续地与负极40接触，能够高效地对电解液81进行处理。

本实施方式的水处理装置优选进一步具有设置于电极复合体100中的电极30与负极40之间并且具有质子透过性的离子移动层50。通过设置离子移动层50，能够使氢离子高效地从负极40向正极60移动，因此能够实现净化性能的提高。

[缓冲部件]

接着，基于附图对电极复合体中的缓冲部件的实施方式1～4进行详细说明。此外，对于与上述的电极复合体、微生物燃料电池和水处理装置相同的构成附以同一符号，以省略重复说明。

(实施方式1)

图12示出了实施方式1的缓冲部件200与中空部件10组合而成的状态。如上所述，中空部件10是将两根第一柱状部件2的底部以第二柱状部件3连结而成的框部件，在由第一柱状部件2和第二柱状部件3围绕而成的内部空间形成有中空部1。

缓冲部件200具有多个微小的壳201。壳201通过由壳壁202围绕来形成，进而按照空气能够沿着中空部件10与电极30的层叠方向X流通的方式贯通。并且，从层叠方向X观察时的壳201的截面形状近似为正方形。

在壳壁202形成有透气孔203，以使空气能够在相邻的壳201之间流通。另外，在缓冲部件200的上表面204也形成有透气孔203，能够从缓冲部件200的外部向壳201的内部供给空气。

如图13所示，电极复合体100D具备在氧透过部5设置于中空部件10的外侧的电极30。电极30通过从氧透过部5侧层叠具有氧透过性的疏水层31和导电层32来构成。另外，中空部件10的右侧面6a与电极30的疏水层31的外周部接合，因而在电极复合体100D浸渍于电解液中的情况下，能够抑制电解液由疏水层31的外周部与右侧面6a的接合部流入中空部件10的内部空间。

两个电极30之间形成了空洞，以使空气能够流通，壳壁202中的与电极30相对置的面从中空部1的内侧支持着电极30。因此，就算将电极复合体100D浸渍于电解液而对电极30施加有水压，也能通过缓冲部件200中的壳壁202对电极30进行支持，因而可抑制电极30向中空部件10的内部空间弯曲。其结果是，从中空部件10的氧供给部4向氧透过部5的透气性得到充分确保，因此能够提高向疏水层31的氧供给性。

另外，为了使空气能够在相邻的壳201之间流通，在壳壁202形成有透气孔203，进而在缓冲部件200的上表面204也形成有透气孔203。因此，空气由中空部件10的氧供给部4从上表面204的透气孔203通过而流入缓冲部件200的内部，进而空气从壳壁202的透气孔203通过而扩散到缓冲部件200的内部。而且，空气从中空部件10的氧透过部5通过而供给到电极30的疏水层31。这样，就电极复合体100D来说，由中空部件10的氧供给部4供给的氧从缓冲部件200和氧透过部5通过而高效地供给至电极30，因而能够提高发电性能。

如上所述，就缓冲部件200来说，从中空部件10与电极30的层叠方向X进行观察时，由壳壁202形成的壳201的截面形状近似为正方形。另外，贴附于缓冲部件200的两面的电极30只要对于该正方形的面具有可承受水压的强度就行。因此，使壳201的面积越小，则对于电极30所受到的水压的耐久性(强度)越有富余。其结果是，能够减薄电极30，因而氧透过性提高，能够更高效地转换为电能。

构成缓冲部件200的部件的材料没有特别限定，例如可以使用选自树脂、金属、玻璃和碳材料中的至少一种。作为树脂，可以使用选自聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯中的至少一种。另外，作为金属，可以使用不锈钢和铝中的至少一种。

缓冲部件200的外观形状也没有特别限定。但是，电极复合体100D需要以缓冲部件20***了中空部件10的中空部1的状态从氧供给部4至氧透过部5确保透气性。因此，需要缓冲部件200自身也具有高透气性。另外，缓冲部件200需要对于来自电极30的水压具有高耐久性。因此，缓冲部件200优选被构成为具有多个微小的壳201的平板。

从中空部件10与电极30的层叠方向X观察时的壳201的截面形状也没有特别限定。壳201的截面形状可以为三角形、正方形、长方形、圆形、六边形等。另外，相邻的壳201之间需要透气性，因此在壳壁202设置有透气孔203，只要能够确保透气性，则透气孔203的形状、大小和数量没有特别限定。

此处，图14示出了构成缓冲部件200A的壳201的截面形状近似为正六边形的情况。进而，图15示出了在具备缓冲部件200A的中空部件10的外侧设置有电极30的电极复合体100E。这种蜂窝结构的缓冲部件200A由于对来自外部的水压的耐久性高，因而能够减少壳壁202的数量而确保高透气性，同时能够进一步抑制电极30向中空部件10的内部空间弯曲。其结果是，还能够减薄电极30，因此氧透过性提高，能够更高效地转换为电能。

接着，对缓冲部件200的制造方法进行说明。就缓冲部件200的制造方法来说，只要能够制造具有上述构成的缓冲部件200就没有特别限定，例如可以如下来制造。

如图16所示，首先，制作将缓冲部件200沿着YZ平面分成两部分的形状的格子材料210。将两个格子材料210重叠在格子材料210的壳壁202，由此形成多个半圆形的透气孔203，以形成圆形的透气孔203。这样的格子材料210的制造方法没有特别限定，例如可以通过使用模具成型来获得。

并且，如图16(a)和(b)所示，按照由格子材料210中的形成有半圆形的透气孔203的面形成的分型线211相互接合的方式，将两个格子材料210对接。然后，将对接上的格子材料210的壳壁202彼此接合，由此可以得到缓冲部件200。接合方法没有特别限定，在格子材料210由树脂形成的情况下，可以通过焊接、压接来进行接合。另外，也可以使用粘接剂等将格子材料210彼此接合。此外，图16示出了壳201的截面形状为正方形的情况，但在三角形、长方形、圆形、六边形等的情况下也可以同样地形成。

接着，对缓冲部件200的其它制造方法进行说明。如图17所示，首先，对于与缓冲部件200的厚度t1具有相等宽度的带板220，等间隔地设置圆形的透气孔203。透气孔203例如可以通过冲压加工来形成。

此外，如图17(b)所示，在带板220以与缓冲部件200的厚度t1相同的间隔形成嵌合用的切口221。此外，切口221的深度d为缓冲部件200的厚度t1的大致一半。另外，在相邻的切口221的中央设置有透气孔203。

接着，如图17(a)所示，沿着电极复合体的上下方向(铅直方向Y)和水平方向(纵深方向Z)，将多个带板220以切口221彼此相互咬合的方式嵌合、组装。并且，通过按照与中空部件10的中空部1的大小一致的方式调整带板220的张数，能够形成格子状的缓冲部件200。

为了提高缓冲部件200的强度，根据需要可以在以格子状组装而成的带板220的外周部的三面设置近似U字形的外周强化部件222。此外，图17(a)中，形成外周强化部件的仅一个面(上表面)未被包围的构成是用于确保与外部空气的透气性。

就图17所示的制造方法来说，通过在上下方向(铅直方向Y)和水平方向(纵深方向Z)组装多个带板220，形成了缓冲部件200。但是，带板220不需要相互分离，如图18所示也可以将一根带板230弯折后进行组装，由此形成缓冲部件200。

具体来说，首先，对于使用了能够进行弯折加工的材料的带板230与图17的带板220同样地形成透气孔203和切口221。接着，如图18(a)和(c)所示，将一根带板230不切断而弯折，形成电极复合体的上下方向(铅直方向Y)的壳壁202。同样地，将一根带板230不切断而弯折，形成电极复合体的水平方向(纵深方向Z)的壳壁202。另外，如图18(b)所示，将两根带板230按照切口221彼此咬合的方式嵌合、组装，由此能够形成格子状的缓冲部件200。此外，为了提高缓冲部件200的强度，根据需要可以在格子状的带板230的外周部的三面设置近似U字形的外周强化部件222。

这样，在使用能够进行弯折加工的材料来制造缓冲部件的情况下，能够以一根形成上下方向和水平方向的带板230，因而能够减少零件件数。此外，可以使两根带板230对接来一次进行嵌合，因此能够实现制造工序的简化。

(实施方式2)

图19(a)以分解后的状态示出了实施方式2的缓冲部件300。缓冲部件300与实施方式1同样地具有多个微小的壳301。壳301通过由壳壁302围绕来形成，进而按照空气能够沿着中空部件10与电极30的层叠方向X流通的方式贯通。并且，从层叠方向X观察时的壳301的截面形状近似为正方形。此外，与实施方式1不同，在壳壁302未形成有空气能够在相邻的壳301之间流通的透气孔。

如图19(a)和(b)所示，缓冲部件300具备多个壳壁302以格子状排列而成的两个格子材料310。并且，两个格子材料310通过夹杂多个间隙设置用支柱320，由此设置有一定的间隙330而被固定。对于间隙设置用支柱320，在表里形成有十字形的槽部321，以使格子材料310的壳壁302中的交叉部分能够***。因此，如图19(b)所示，通过使格子材料310的壳壁302***间隙设置用支柱320的槽部321，能够以一定的间隙330固定两个格子材料310。此外，为了提高缓冲部件300的强度，根据需要可以在格子材料310的外周部的三面设置近似U字形的外周强化部件322。

在使用这样的缓冲部件300形成了电极复合体的情况下，壳壁302中的与电极30相对置的面从中空部1的内侧支持着电极30。因此，就算将电极复合体浸渍于电解液而对电极30施加有水压，也能通过缓冲部件300中的壳壁302和间隙设置用支柱320对电极30进行支持，因而可抑制电极30向中空部件10的内部空间弯曲。其结果是，从中空部件10的氧供给部4向氧透过部5的透气性得到充分确保，因此能够提高向疏水层31的氧供给性。此外，实施方式2的缓冲部件300在两个格子材料310之间设置有间隙330。因此，由中空部件10的氧供给部4供给的空气从间隙330和壳301通过而到达氧透过部5，因而能够将空气高效地供给至电极30。

就缓冲部件300来说，通过将间隙设置用支柱320设置于格子材料310之间，能够确保壳301之间的透气性，进而也能够确保耐水压性。另外，根据透气性的所需量，如图19(c)所示改变间隙设置用支柱320的长度，由此能够调整间隙330的大小。因此，能够容易地变更缓冲部件300的内部的透气量。

就实施方式2的缓冲部件300来说，间隙设置用支柱320的位置和个数可以任意设定。例如，根据电极复合体的水深，所需要的耐水压性发生变化，因此例如水深浅的部分可以减少间隙设置用支柱320的个数，水深深的部分可以增加间隙设置用支柱320的个数。

图19(a)示出了格子材料310中的壳301的截面形状为正方形的情况。但是，壳301的截面形状不限于正方形，可以为任意的多边形，例如也可以为三角形、长方形或六边形等。另外，格子材料310和间隙设置用支柱320的材料没有特别限定，与缓冲部件200同样地例如可以使用选自树脂、金属、玻璃和碳材料中的至少一种。格子材料310和间隙设置用支柱320的制造方法也没有特别限定，例如可以通过使用模具成型来获得。

此处，作为格子材料310，可以使用将图19(a)所示的带板以格子状组合而成的材料。但是，格子材料310不限于图19所示的材料，例如如图20(a)所示也可以使用将经线和纬线以格子状进行组合而形成了网眼的网状部件。使用这种可承受水压的具有充分面内刚性的网状部件，就算在使用间隙设置用支柱320确保了透气性的情况下也可利用壳壁302和间隙设置用支柱320对电极30进行支持。因此，可抑制电极30向中空部件10的内部空间弯曲。

图19(a)中，在间隙设置用支柱320形成有十字形的槽部321。但是，在壳壁302的粗细大于槽部321的宽度的情况下，无法将壳壁302***槽部321，因此如图19(b)所示优选将壳壁302与间隙设置用支柱320接合。接合方法没有特别限定，在格子材料310和间隙设置用支柱320由树脂形成的情况下，可以通过焊接、压接来进行接合。另外，也可以使用粘接剂等将格子材料310和间隙设置用支柱320接合。

网状部件的材料没有特别限定，例如可以使用选自具有可承受水压的刚性的树脂、金属、玻璃和碳材料中的至少一种。另外，作为树脂，可以使用选自聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯中的至少一种。另外，作为金属，可以使用不锈钢和铝中的至少一种。作为网状部件，例如可以使用他喜龙株式会社制造的Tricalnet(注册商标)。

(实施方式3)

图21以分解后的状态示出了实施方式3的缓冲部件400。缓冲部件400与实施方式1和实施方式2同样地具有多个微小的壳401。壳401通过由壳壁402围绕来形成，进而按照空气能够沿着中空部件10与电极30的层叠方向X流通的方式贯通。并且，从层叠方向X观察时的壳401的截面形状近似为正方形。此外，与实施方式2同样地，在壳壁402未形成有空气能够在相邻的壳401之间流通的透气孔。

如图21所示，缓冲部件400具备多个壳壁402以格子状排列而成的两个格子材料410。并且，两个格子材料410通过夹杂多个间隙设置用支柱420，由此与实施方式2同样地设置有一定的间隙而被固定。间隙设置用支柱420由沿着YZ平面的截面形状为十字形的柱状部件形成。另外，对于间隙设置用支柱420，在表里形成有十字形的槽部421，以使格子材料410的壳壁402中的交叉部分能够***。因此，通过使格子材料410的壳壁402***间隙设置用支柱420的槽部421，能够以一定的间隙来固定两个格子材料410。

在使用这样的缓冲部件400形成了电极复合体的情况下，壳壁402中的与电极30相对置的面从中空部1的内侧支持着电极30。因此，就算将电极复合体浸渍于电解液而对电极30施加有水压，也能通过缓冲部件400中的壳壁402和间隙设置用支柱420对电极30进行支持，因而可抑制电极30向中空部件10的内部空间弯曲。其结果是，从中空部件10的氧供给部4向氧透过部5的透气性得到充分确保，因此能够提高向疏水层31的氧供给性。

此外，实施方式3的缓冲部件400在两个格子材料410之间设置有间隙430。即，缓冲部件400需要以在两个格子材料410之间安装有间隙设置用支柱420的状态从氧供给部4至氧透过部5确保透气性。因此，两个格子材料410之间通过多个间隙设置用支柱420设置有间隙。其结果是，由中空部件10的氧供给部4供给的空气从间隙和壳401通过而到达氧透过部5，因而能够将空气高效地供给至电极30。

格子材料410中的壳401的截面形状与实施方式2同样地不限于正方形，可以为任意的多边形，例如也可以为三角形、长方形或六边形等。另外，就格子材料410来说，从中空部件10与电极30的层叠方向X观察时的壳401的面积也没有特别限定，能够以对于水压具有耐久性的方式设定为任意的大小。此外，格子材料410和间隙设置用支柱420的材料没有特别限定，与实施方式2同样地例如可以使用选自树脂、金属、玻璃和碳材料中的至少一种。

就实施方式3的缓冲部件400来说，间隙设置用支柱420的位置和个数可以任意设定。例如，根据电极复合体的水深，所需要的耐水压性发生变化，因此例如水深浅的部分可以减少间隙设置用支柱420的个数，水深深的部分可以增加间隙设置用支柱420的个数。

此处，格子材料410也可以为将多张格子材料以在YZ方向进行了排列的状态一体化而成的平板。具体来说，如图22(a)所示，在组合四张格子材料410的情况下，使四张格子材料410的四角对接，然后将对接上的部分的壳壁402***间隙设置用支柱420的槽部421。由此，能够将四张格子材料410一体地固定。此外，如图22(b)所示，间隙设置用支柱420的槽部421的宽度w变得比格子材料410中的壳壁402的厚度t2的两倍略大。

另外，在组合两张格子材料410的情况下，也同样地将两张格子材料410的两边并置，然后将壳壁402***间隙设置用支柱420的槽部421，由此能够将两张格子材料410一体地固定。另外，对于使用间隙设置用支柱420一体化而成的格子材料如图21那样隔着间隙设置用支柱420进行层叠，由此能够得到缓冲部件400。

这样，就实施方式3来说，能够将多张格子材料410以在YZ方向排列的状态一体化。由此，只要根据中空部件10的中空部1的大小来组合格子材料410就行，因此能够实现缓冲部件400的模块化。即，例如在中空部件10的中空部1中的氧透过部5的面积超过1m²的情况下，当将单一的格子材料410层叠两张来得到缓冲部件400时，必须准备面积超过1m²的格子材料，导致制造工序复杂。但是，在根据中空部件10的中空部1的大小来组合多张格子材料410的情况下，不需要准备面积大的格子材料，因此能够实现制造工序的简化。

(实施方式4)

图23以分解后的状态示出了实施方式4的缓冲部件500。缓冲部件500与实施方式1～3同样地具有多个微小的壳501。壳501通过由壳壁502围绕来形成，进而按照空气能够沿着中空部件10与电极30的层叠方向X流通的方式贯通。并且，从层叠方向X观察时的壳501的截面形状近似为正方形。此外，与实施方式2和3同样地，在壳壁502未形成有空气能够在相邻的壳501之间流通的透气孔。

如图23(a)所示，缓冲部件500具备多个壳壁502以格子状排列而成的两个格子材料510、511。并且，两个格子材料510、511通过夹杂多个间隙设置用支柱520，由此与实施方式2和3同样地设置有一定的间隙而被固定。

就实施方式4来说，间隙设置用支柱520与格子材料511一体成型。具体来说，如图23(b)所示，间隙设置用支柱520具有格子材料510的壳壁502***的十字形的槽部521。并且，间隙设置用支柱520中的设置有槽部521的部分为圆柱状。间隙设置用支柱520随着接近格子材料511而逐渐直径减小，间隙设置用支柱520中的直径减到最小的部分与格子材料511的壳壁502接合。另外，通过格子材料510的壳壁502***间隙设置用支柱520的槽部521，能够以一定的间隙来固定两个格子材料510、511。

格子材料510、511中的壳501的截面形状与实施方式2和3同样地不限于正方形，可以为任意的多边形，例如也可以为三角形、长方形或六边形等。另外，就格子材料510、511来说，从中空部件10与电极30的层叠方向X观察时的壳501的面积也没有特别限定，能够以对于水压具有耐久性的方式设定为任意的大小。此外，格子材料510、511和间隙设置用支柱520的材料没有特别限定，与实施方式2和3同样地例如可以使用选自树脂、金属、玻璃和碳材料中的至少一种。

在使用这样的缓冲部件500形成了电极复合体的情况下，壳壁502中的与电极30相对置的面从中空部1的内侧支持着电极30。因此，就算将电极复合体浸渍于电解液而对电极30施加有水压，也能通过缓冲部件500中的壳壁502和间隙设置用支柱520对电极30进行支持，因而可抑制电极30向中空部件10的内部空间弯曲。其结果是，从中空部件10的氧供给部4向氧透过部5的透气性得到充分确保，因此能够提高向电极30的疏水层31的氧供给性。此外，实施方式4的缓冲部件500在两个格子材料510、511之间设置有间隙。因此，由中空部件10的氧供给部4供给的空气从间隙和壳501通过而到达氧透过部5，因而能够将空气高效地供给至电极30。

就实施方式4来说，未将间隙设置用支柱520与格子材料510一体成型，而将间隙设置用支柱520与格子材料511一体成型。因此，能够削减零件件数，能够简化缓冲部件500的组装工序。另外，当在间隙设置用支柱520中的形成有槽部521的表面预先设置诱导格子材料510的壳壁502的间隙时，能够同时兼具格子材料510、511的定位功能。此外，这样的格子材料510、511的制造方法没有特别限定，例如可以通过使用模具成型来获得。

此处，就图23所示的缓冲部件500来说，需要制作不具有间隙设置用支柱520的格子材料510和一体成型有间隙设置用支柱520的格子材料511这两种零件。但是，例如如图24所示，对于格子材料512的一个面来说，以对称轴530为轴并以成为线对称的方式一体成型间隙设置用支柱520。另外，以间隙设置用支柱520配置于内侧的方式层叠两个格子材料512，由此能够得到与图23同样的缓冲部件500。在该情况下，由于使一种格子材料512重叠两张可得到缓冲部件，因此能够实现零件种类的削减。另外，用于形成格子材料512的模具也是一种就行，因此还能够实现制造成本的削减。

以上就本实施方式进行了说明，但本实施方式并不限于这些，在本实施方式的主旨的范围内可以进行各种变形。此外，本说明书中，支持部件构成缓冲部件的一部分。因此，当可确保用于向正极充分地供给氧的空间时，缓冲部件也可以为仅由支持部件形成的构成。

将日本特愿2015-114565号(申请日：2015年6月5日)的全部内容援引于此。

产业上的可利用性

本发明的电极复合体在中空部件的内部具备缓冲部件。因此，就算在高水压环境下也可确保用于向正极充分地供给氧的空间，因而能够抑制电池特性的降低而稳定地生产电能。

符号说明

1 中空部

4 氧供给部

5 氧透过部

10、10A、10B、10C 中空部件

20、200、200A、300、400、500 缓冲部件

22d 圆筒部件

30 电极

31 疏水层

32 导电层

33 氧透过层

40 负极

50 离子移动层

60 正极

81 电解液

100、100A、100B、100C、100D、100E 电极复合体

110 微生物燃料电池

Claims (13)

1.一种电极复合体，其具备：

中空部件，该中空部件具有中空部、向所述中空部供给氧的氧供给部和透过被供给至所述中空部的氧的氧透过部；

电极，该电极在所述氧透过部设置于所述中空部件的外侧，并且是从所述氧透过部侧层叠具有氧透过性的疏水层和导电层而成的；和

缓冲部件，该缓冲部件设置于所述中空部，并且具有耐压性，

其中，从所述氧供给部至所述氧透过部具有透气性。

2.根据权利要求1所述的电极复合体，其中，从所述氧供给部至所述氧透过部的ISO透气度为1×10^-5μm/Pa·s～100μm/Pa·s。

3.根据权利要求1或2所述的电极复合体，其中，设置有所述电极的面的抗压强度为0.01kgf/cm²～10kgf/cm²。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电极复合体，其中，所述中空部件为长方体状，所述氧供给部为设置于所述中空部件的一个面的开口部。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的电极复合体，其中，所述中空部件为圆筒形，所述氧供给部为设置于所述中空部件的一个面的开口部。

6.根据权利要求4或5所述的电极复合体，其中，所述缓冲部件具备一个或两个以上的圆筒部件。

7.根据权利要求4所述的电极复合体，其中，所述缓冲部件在内部具备板部件，

所述缓冲部件中的沿着所述中空部件与电极的层叠方向的截面的形状为波形状。

8.根据权利要求4所述的电极复合体，其中，所述缓冲部件在内部具备板部件，

所述缓冲部件中的沿着所述中空部件与电极的层叠方向的截面的形状为桁架状。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的电极复合体，其中，所述电极还具备氧透过层，该氧透过层配置于所述疏水层与所述导电层之间，并且具有氧透过性。

10.一种微生物燃料电池，其具备权利要求1～9中任一项所述的电极复合体和担载微生物的负极，

其中，所述电极复合体中的电极为正极。

11.根据权利要求10所述的微生物燃料电池，其还具备离子移动层，该离子移动层设置于所述电极复合体中的电极与所述负极之间，并且具有质子透过性。

12.根据权利要求10或11所述的微生物燃料电池，其中，所述电极复合体中的氧供给部为设置于所述中空部件的一个面的开口部，

所述电极复合体以所述开口部露出到外部气体的方式浸渍于电解液。

13.一种水处理装置，其具备权利要求1～9中任一项所述的电极复合体和担载对待处理液进行净化的微生物的负极，

其中，所述电极复合体中的电极为正极。