JP6422274B2 - Microbial fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、嫌気性の電流発生菌による微生物燃料電池に関する。   The present invention relates to a microbial fuel cell using an anaerobic current generating bacterium.

従来、嫌気性の電流発生菌の働きを利用した微生物燃料電池が知られている。これは電流発生菌が有機物を分解する過程で発生する電子を負極側で回収し、その際発生するＨ＋イオン（プロトン）は正極側へと移動し、正極側は酸素と反応することにより発電するものである。このような微生物燃料電池が開示された文献として、たとえば特開２０１３−８４５４１号公報（特許文献１）には、筒状の保持体に負極と正極を設け、負極は泥層に、正極は水層に配置されるように設置することで起電力を得る微生物燃料電池が開示されている。また特開２０１１−６５８７５号公報（特許文献２）には、ケーシング内に筒状の正極材を複数設け、それぞれの周りをイオン伝導性膜で覆い、それらをケーシング内の負極材で覆った構成の微生物燃料電池が開示されている。 Conventionally, microbial fuel cells using the action of anaerobic current-generating bacteria are known. This is because electrons generated in the process of current generation bacteria decomposing organic matter are collected on the negative electrode side, and H + ions (protons) generated at that time move to the positive electrode side, and the positive electrode side reacts with oxygen to generate electricity. To do. As a document disclosing such a microbial fuel cell, for example, in JP 2013-84541 A (Patent Document 1), a negative electrode and a positive electrode are provided on a cylindrical holder, the negative electrode is a mud layer, and the positive electrode is water. Disclosed is a microbial fuel cell that obtains an electromotive force by being placed in a layer. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-65875 (Patent Document 2) has a configuration in which a plurality of cylindrical positive electrode materials are provided in a casing, each is covered with an ion conductive film, and these are covered with a negative electrode material in the casing. A microbial fuel cell is disclosed.

特開２０１３−８４５４１号公報JP2013-84541A 特開２０１１−６５８７５号公報JP 2011-65875 A

しかしながら上述した特許文献１、２に開示されている技術では、嫌気性の電流発生菌を含む土や泥に突き立てるだけで容易に設置ができ、かつ自然の生態系から半永久的に起電力を得ることのできる微生物燃料電池を提供することはできなかった。   However, with the technologies disclosed in Patent Documents 1 and 2 described above, installation can be easily performed simply by thrusting into soil or mud containing anaerobic current-generating bacteria, and an electromotive force is obtained semipermanently from the natural ecosystem. It was not possible to provide a microbial fuel cell capable of

具体的には、特許文献１に開示された微生物燃料電池では、負極と正極をそれぞれ所望の位置に配置するための設置工程が必要な構成であった。すなわち、筒状の保持体の埋め込み量を調整する必要があり、容易に設置することができなかった。   Specifically, the microbial fuel cell disclosed in Patent Document 1 has a configuration that requires an installation step for arranging the negative electrode and the positive electrode at desired positions. That is, it is necessary to adjust the embedding amount of the cylindrical holding body, and it cannot be easily installed.

特許文献２に開示された微生物燃料電池では、ケーシング内は閉じた空間であるため微生物の働きには寿命があり、負極材を通してケーシング内に有機物含有液を通液させる必要があった。このため通液手段のない環境においては、自然の生態系から半永久的に起電力を得ることは困難であった。   In the microbial fuel cell disclosed in Patent Document 2, since the inside of the casing is a closed space, the function of microorganisms has a long life, and it is necessary to pass an organic substance-containing liquid through the negative electrode material into the casing. For this reason, it was difficult to obtain an electromotive force from a natural ecosystem semipermanently in an environment without a liquid passing means.

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、本発明の目的は、嫌気性の電流発生菌が存在する土や泥などに筒状保持体を埋め込むだけで容易に構成でき、かつ自然の生態系（電流発生菌の代謝およびその入れ替わり）に対してオープンであり、半永久的に起電力を得ることのできる微生物燃料電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention can be easily configured simply by embedding a cylindrical holder in soil or mud where anaerobic current-generating bacteria are present. Another object of the present invention is to provide a microbial fuel cell that is open to a natural ecosystem (metabolism of current-generating bacteria and its replacement) and can obtain an electromotive force semipermanently.

本発明の微生物燃料電池は、少なくとも一部に第１の開口部を有する第１の筒状保持体と、前記第１の筒状保持体の少なくとも外表面に設けられる負極と、前記第１の筒状保持体の内部に設けられる正極とを有し、前記負極と前記正極とは前記第１の開口部とイオン伝導体を介して接続されており、少なくとも前記負極表面には嫌気性の電流発生菌が定着していることを特徴とする。   The microbial fuel cell of the present invention includes a first cylindrical holder having a first opening at least in part, a negative electrode provided on at least an outer surface of the first cylindrical holder, and the first A positive electrode provided inside the cylindrical holder, and the negative electrode and the positive electrode are connected to the first opening through an ionic conductor, and at least the negative electrode surface has an anaerobic current. It is characterized by the establishment of the germs.

本発明の微生物燃料電池は、前記負極と前記正極とは、少なくとも一部が互いに対向していることが好ましい。   In the microbial fuel cell of the present invention, it is preferable that at least a part of the negative electrode and the positive electrode face each other.

本発明の微生物燃料電池は、前記第１の筒状保持体の内部に、少なくとも一部に第２の開口部を有する第２の筒状保持体をさらに有し、前記第２の筒状保持体の内部は酸素を含む媒体に曝されており、前記正極は前記第２の筒状保持体の外表面および内表面から選ばれる少なくともいずれかに設けられていることが好ましい。   The microbial fuel cell of the present invention further includes a second cylindrical holder having a second opening at least partially inside the first cylindrical holder, and the second cylindrical holder. The inside of the body is exposed to a medium containing oxygen, and the positive electrode is preferably provided on at least one selected from the outer surface and the inner surface of the second cylindrical holder.

本発明の微生物燃料電池における前記第１の筒状保持体の少なくとも一方の先端は先鋭形状であることが好ましい。   In the microbial fuel cell of the present invention, it is preferable that the tip of at least one of the first cylindrical holders has a sharp shape.

本発明の微生物燃料電池は、前記第１の筒状保持体の少なくとも一部が可撓性を有するか、もしくは湾曲していることが好ましい。   In the microbial fuel cell of the present invention, it is preferable that at least a part of the first cylindrical holder has flexibility or is curved.

本発明によれば、嫌気性の電流発生菌が存在する土や泥などに筒状保持体を埋め込むだけで容易に構成できる微生物燃料電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the microbial fuel cell which can be easily comprised only by embedding a cylindrical support body in soil, mud, etc. in which an anaerobic current generation microbe exists can be provided.

本発明の実施の形態１の微生物燃料電池１を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the microbial fuel cell 1 of Embodiment 1 of this invention. 図１に示した微生物燃料電池１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 | movement principle of the microbial fuel cell 1 shown in FIG. 本発明の微生物燃料電池における第１の筒状保持体の長手方向に対する様々な断面形状を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically various cross-sectional shapes with respect to the longitudinal direction of the 1st cylindrical holding body in the microbial fuel cell of this invention. 本発明の実施の形態２の微生物燃料電池２１を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the microbial fuel cell 21 of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３の微生物燃料電池３１を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the microbial fuel cell 31 of Embodiment 3 of this invention. 図５に示した微生物燃料電池３１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 | movement principle of the microbial fuel cell 31 shown in FIG. 本発明の実施の形態４の微生物燃料電池４１を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the microbial fuel cell 41 of Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態５の微生物燃料電池５１を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the microbial fuel cell 51 of Embodiment 5 of this invention. 図８に示す微生物燃料電池５１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 | movement principle of the microbial fuel cell 51 shown in FIG. 図１０（ａ）は、図８に示す微生物燃料電池５１の斜視図、図１０（ｂ）は図８に示す微生物燃料電池５１の分解斜視図である。10 (a) is a perspective view of the microbial fuel cell 51 shown in FIG. 8, and FIG. 10 (b) is an exploded perspective view of the microbial fuel cell 51 shown in FIG. 本発明の実施の形態６の微生物燃料電池７１を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the microbial fuel cell 71 of Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態７の微生物燃料電池８１を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the microbial fuel cell 81 of Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態８の微生物燃料電池９１を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the microbial fuel cell 91 of Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態９の微生物燃料電池１０１を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the microbial fuel cell 101 of Embodiment 9 of this invention. 本発明の実施の形態１０の微生物燃料電池１１１を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the microbial fuel cell 111 of Embodiment 10 of this invention.

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１の微生物燃料電池１を模式的に示す断面図であり、図２は、図１に示した微生物燃料電池１の動作原理を模式的に示す図である。以下、図１および図２を参照して、本発明の実施の形態１の微生物燃料電池１について説明する。 <Embodiment 1>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a microbial fuel cell 1 according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a diagram schematically showing the operating principle of the microbial fuel cell 1 shown in FIG. . Hereinafter, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the microbial fuel cell 1 of Embodiment 1 of this invention is demonstrated.

図１に示す例の微生物燃料電池１は、少なくとも一部に第１の開口部を有する第１の筒状保持体２と、当該第１の筒状保持体２の外表面に設けられた負極３を有し、イオン伝導体４が負極３によって底面側が封止された第１の筒状保持体２内に充填され、その上に正極５が当接する構成を備える。図１に示す例において、第１の筒状保持体２は、その上方および底面の一部に、第１の開口部６，７をそれぞれ有する。また図１に示す例において、負極３は、第１の筒状保持体２の底面となる外表面に設けられる。   The microbial fuel cell 1 of the example shown in FIG. 1 includes a first cylindrical holder 2 having a first opening at least in part, and a negative electrode provided on the outer surface of the first cylindrical holder 2. 3, the ion conductor 4 is filled in the first cylindrical holder 2 whose bottom surface side is sealed by the negative electrode 3, and the positive electrode 5 is in contact therewith. In the example shown in FIG. 1, the first cylindrical holder 2 has first openings 6 and 7 on the upper side and part of the bottom surface, respectively. In the example shown in FIG. 1, the negative electrode 3 is provided on the outer surface serving as the bottom surface of the first cylindrical holding body 2.

本発明の微生物燃料電池１において、正極５と負極３とは、第１の開口部（図１に示す例においては、第１の筒状保持体２の底面となる外表面に設けられた第１の開口部７）とイオン伝導体４を介して接続（イオン的接続）されている。ここで、「イオン的接続」とは、正極５と負極３との間でイオンが移動可能なように構成されていることを指し、たとえば図１に示す例のように正極５と負極３とが共通の膜状のイオン伝導体（イオン伝導性膜）４に接触している場合の他、正極５と負極３とが共通の水溶液に接触している場合、正極５と負極３とが共通のハイドロゲルに接触している場合、正極５と負極３とが共通の溶融塩に接触している場合などによって実現することができる。さらに、イオン伝導性や酸素透過性を便宜に調整するために、イオン伝導体４は異種材料による複数層の積層で形成されていてもよく、この場合には正極５と負極３は必ずしも同種共通の材料に接触していなくても構わない。このように本発明におけるイオン伝導体４は、イオン伝導性膜、電解質溶液／ゲルなどを含む。   In the microbial fuel cell 1 of the present invention, the positive electrode 5 and the negative electrode 3 are provided with a first opening (in the example shown in FIG. 1, the first surface provided on the outer surface serving as the bottom surface of the first cylindrical holder 2). 1 is connected (ionic connection) via an ion conductor 4. Here, “ionic connection” means that ions are configured to be movable between the positive electrode 5 and the negative electrode 3. For example, as shown in FIG. Are in contact with a common membrane-like ion conductor (ion-conducting film) 4, and when the positive electrode 5 and the negative electrode 3 are in contact with a common aqueous solution, the positive electrode 5 and the negative electrode 3 are common. When the positive electrode 5 and the negative electrode 3 are in contact with a common molten salt, it can be realized. Furthermore, in order to adjust ion conductivity and oxygen permeability for convenience, the ion conductor 4 may be formed of a plurality of layers made of different materials. In this case, the positive electrode 5 and the negative electrode 3 are not necessarily the same type. It may not be in contact with the material. Thus, the ion conductor 4 in the present invention includes an ion conductive membrane, an electrolyte solution / gel, and the like.

本発明の微生物燃料電池１において、正極５および負極３は、その材料としては当分野において従来より用いられている適宜のものを用いることができ、特に制限されるものではないが、耐腐食性の高いカーボン材料が望ましく、たとえばカーボンフェルトを用いることができる。また金属基材にカーボンコーティングしたものであっても構わない。金属基材はたとえば材質ＳＵＳで表面積の大きなメッシュを用いるのが望ましい。カーボンコーティング方法としては、溶融塩による炭素めっき、不織布吹き付け、炭素含有塗装、スパッタリングなどを用いることができる。   In the microbial fuel cell 1 of the present invention, the positive electrode 5 and the negative electrode 3 can be made of any appropriate materials conventionally used in the art, and are not particularly limited. High carbon material is desirable, and for example, carbon felt can be used. Further, a metal substrate coated with carbon may be used. For example, it is desirable to use a mesh having a large surface area made of material SUS as the metal base material. As a carbon coating method, carbon plating with molten salt, non-woven fabric spraying, carbon-containing coating, sputtering, and the like can be used.

また従来、酵素や微生物を電極触媒として使用して効率を向上させる方法が知られており、上記材料などで構成される正極５または負極３あるいはその両方は、酵素や微生物を含む媒体でコーティングされていてもよい。この場合には正極５または負極３あるいはその両方は、上記のコーティング層を介して先述のイオン伝導体とそれぞれ接触しているのが望ましい。   Conventionally, a method for improving efficiency by using an enzyme or a microorganism as an electrode catalyst is known, and the positive electrode 5 and / or the negative electrode 3 composed of the above materials are coated with a medium containing the enzyme or the microorganism. It may be. In this case, it is desirable that the positive electrode 5 and / or the negative electrode 3 are in contact with the above-described ionic conductor via the coating layer.

本発明の微生物燃料電池１において、負極３表面には、嫌気性の電流発生菌が定着している。電流発生菌は、たとえば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、中でも、幅広い土壌中に豊富に含まれ、アノード電極との電子授受が容易である、Ｓｈｅｗａｎｅｌｌａ菌が好適である。   In the microbial fuel cell 1 of the present invention, anaerobic current-generating bacteria are fixed on the surface of the negative electrode 3. Examples of current-generating bacteria include conventionally known anaerobic current-generating bacteria such as Shewanella, Geobacter, Rhodoferax ferriredens, and Desulfobulbus propionicus. Shewanella, which is easy to give and receive, is preferred.

図１に示す例の微生物燃料電池１において、負極３および正極５には負極配線８および正極配線９がそれぞれ電気的に接続されている。負極配線８と正極配線９の材質は耐腐食性の高いＳＵＳなどが望ましく、また絶縁樹脂などで被覆されているのが望ましい。   In the example microbial fuel cell 1 shown in FIG. 1, a negative electrode wiring 8 and a positive electrode wiring 9 are electrically connected to the negative electrode 3 and the positive electrode 5, respectively. The material of the negative electrode wiring 8 and the positive electrode wiring 9 is preferably SUS having high corrosion resistance, and is preferably covered with an insulating resin.

本発明の微生物燃料電池１における第１の筒状保持体２は、少なくとも負極３と正極５の通電を防止する絶縁体あるいは絶縁処理された材料であることが好ましく、このような第１の筒状保持体の好適な形成材料としては、たとえば一般的な樹脂（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、セラミック材料など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は、フッ素系樹脂（あるいはゴム）材料で形成された第１の筒状保持体２を用いることが好ましい。   The first cylindrical holder 2 in the microbial fuel cell 1 of the present invention is preferably an insulator or an insulation-treated material that prevents at least the negative electrode 3 and the positive electrode 5 from being energized. Suitable examples of the material for forming the shape holding member include a general resin (or rubber) material, a fluorine resin (or rubber) material, a metal material with an insulating coating, and a ceramic material. Among these, it is preferable to use the first cylindrical holder 2 made of a fluororesin (or rubber) material because of low cost and high corrosion resistance.

ここで、図３は、微生物燃料電池における第１の筒状保持体の、長手方向に対し垂直な方向における種々の断面を模式的に示す図であり、図３（ａ）は円形、図３（ｂ）は多角形（図３（ｂ）の例では四角形）、図３（ｃ）は星型である場合をそれぞれ示している。このように、本発明における第１の筒状保持体は、用途に応じて様々な断面形状を有するものを用いることができる。特に、図３（ｃ）に示す星型形状を採用すれば、同じ断面積で比較して第１の筒状保持体の表面積を広げることができ、すなわちそれに沿って負極を設けた場合には負極の表面積を広げることが可能になる。これは、筒状の保持体を用いた本発明の微生物燃料電池において共通して奏される効果である。   Here, FIG. 3 is a diagram schematically showing various cross sections in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the first cylindrical holder in the microbial fuel cell, FIG. 3 (a) is a circle, FIG. (B) shows a polygon (rectangle in the example of FIG. 3B), and FIG. 3C shows a star shape. Thus, the 1st cylindrical holding body in this invention can use what has various cross-sectional shapes according to a use. In particular, if the star shape shown in FIG. 3C is adopted, the surface area of the first cylindrical holder can be increased compared with the same cross-sectional area, that is, when the negative electrode is provided along the surface area. The surface area of the negative electrode can be increased. This is an effect commonly exhibited in the microbial fuel cell of the present invention using a cylindrical holder.

本発明の微生物燃料電池１におけるイオン伝導体４は、たとえばイオン伝導性を有する膜状物（イオン伝導性膜）であり、たとえば寒天に塩化カリウムや塩化ナトリウムなどの塩を混入させることで形成することができる。またイオン伝導体４はデュポン社製ナフィオン（登録商標）などを使用することができる。   The ionic conductor 4 in the microbial fuel cell 1 of the present invention is, for example, a film-like substance having ion conductivity (ion conductive film), and is formed by mixing a salt such as potassium chloride or sodium chloride into agar, for example. be able to. As the ion conductor 4, Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont or the like can be used.

図２には、図１に示した微生物燃料電池１を、土層１１に埋め込んだ状態を示している。土層１１は、嫌気性の電流発生菌を豊富に含む土壌であることが望ましく、たとえば腐葉土が望ましい。また土層１１は含水率の高い、いわゆる泥状態であっても構わない。土層１１に含まれる嫌気性の電流発生菌としてはたとえば上述したようなＳｈｅｗａｎｅｌｌａ菌などが知られている。土層１１と境界を形成する高酸素層１２は、たとえば空気であるが、空気を多く含んだ水であっても構わない。   FIG. 2 shows a state in which the microbial fuel cell 1 shown in FIG. 1 is embedded in the soil layer 11. The soil layer 11 is preferably soil rich in anaerobic current-generating bacteria, and for example, humus. The soil layer 11 may be in a so-called mud state with a high moisture content. As an anaerobic current generating bacterium contained in the soil layer 11, for example, the Shewanella bacterium as described above is known. The high oxygen layer 12 that forms a boundary with the soil layer 11 is, for example, air, but it may be water containing a large amount of air.

図２に示すように、負極３側では電流発生菌の代謝（有機化合物の分解）による反応Ｒ１が発生する。この有機化合物としては、たとえばグルコース、酢酸、乳酸などが挙げられる。反応Ｒ１で生じたプロトンは、第１の開口部（第１の筒状保持体２の底面となる外表面に設けられた第１の開口部７）を通ってイオン伝導体４内を正極５へ向かって移動する。また正極５では、高酸素層１２の酸素を用いて反応Ｒ２が発生する。反応Ｒ１、Ｒ２を以下に示す。   As shown in FIG. 2, reaction R <b> 1 is generated on the negative electrode 3 side due to the metabolism (decomposition of organic compounds) of the current generating bacteria. Examples of the organic compound include glucose, acetic acid, and lactic acid. Protons generated in the reaction R1 pass through the first opening (the first opening 7 provided on the outer surface serving as the bottom surface of the first cylindrical holder 2) in the ion conductor 4 and the positive electrode 5. Move towards. In the positive electrode 5, the reaction R <b> 2 is generated using the oxygen in the high oxygen layer 12. Reactions R1 and R2 are shown below.

（有機物）＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ＋＋ｅ− ……（Ｒ１）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ ……（Ｒ２）
上記の反応サイクルにより負極配線８と正極配線９の間には起電力が生まれる。 (Organic) + 2H 2 O → CO 2 + H + + e − (R1)
O 2 + 4H + + 4e − → 2H 2 O (R2)
An electromotive force is generated between the negative electrode wiring 8 and the positive electrode wiring 9 by the above reaction cycle.

本発明においては、少なくとも負極３が土層１１の表面Ｌ２よりも下に埋め込めば起電力を得ることができる。正極５には第１の筒状保持体２の上方に設けられた開口（第１の開口部６）を介して上方より酸素が供給されるため、正極５の表面Ｌ１は土層１１の表面Ｌ２より深くても構わない。すなわち、本発明の微生物燃料電池は、埋め込み量を調整する必要がなく、容易に設置することが可能になる。また、嫌気性の電流発生菌の代謝を活発にするためにも負極３はできるだけ深くまで埋め込むことが望ましいが、本構成であれば、埋め込む深さによらず正極５への酸素供給が可能になる。 In the present invention, an electromotive force can be obtained if at least the negative electrode 3 is embedded below the surface L2 of the soil layer 11. Since oxygen is supplied to the positive electrode 5 from above through an opening (first opening 6) provided above the first cylindrical holder 2 , the surface L1 of the positive electrode 5 is the surface of the soil layer 11 It may be deeper than L2. That is, the microbial fuel cell of the present invention does not need to be adjusted in the amount to be embedded, and can be easily installed. Further, it is desirable to embed the negative electrode 3 as deeply as possible in order to activate the metabolism of anaerobic current-generating bacteria. However, with this configuration, oxygen can be supplied to the positive electrode 5 regardless of the embedment depth. Become.

本発明の微生物燃料電池において、負極３は、第１の筒状保持体２の外表面に設置されているため、制限なく土層１１に面しており、土層１１に含まれる発電に寄与する嫌気性の電流発生菌が自然の生態系の中で入れ替わり、負極３の表面に定着し続けることができる。したがって、本発明の微生物燃料電池１では、電極材料や配線材料の劣化のない限り、半永久的に発電を行うことができる。たとえば電力供給のない山間部などで本発明の微生物燃料電池１を用いることにより、照明やセンサ類などの動力源を長期間に渡り提供することが可能になる。   In the microbial fuel cell of the present invention, since the negative electrode 3 is installed on the outer surface of the first cylindrical holder 2, it faces the soil layer 11 without limitation and contributes to power generation contained in the soil layer 11. The anaerobic current-generating bacteria that are replaced are replaced in the natural ecosystem and can continue to settle on the surface of the negative electrode 3. Therefore, the microbial fuel cell 1 of the present invention can generate power semipermanently as long as the electrode material and the wiring material are not deteriorated. For example, by using the microbial fuel cell 1 of the present invention in a mountainous area where there is no power supply, it becomes possible to provide a power source such as lighting and sensors for a long period of time.

＜実施の形態２＞
図４は、本発明の実施の形態２の微生物燃料電池２１を模式的に示す断面図である。図４に示す微生物燃料電池２１は、一部を除いては図１に示した例の微生物燃料電池と同様の構成を備えるものであり、同様の構成を備える部分については同一の参照符を付して説明を省略する。図４に示す微生物燃料電池２１は、負極３とイオン伝導体４との間に機能層２２が予め封入されている点において、図１に示した例の微生物燃料電池と相違する。この機能層２２としては、たとえば嫌気性の電流発生菌を含む土などが好適に用いられる。このような機能層２２を有することで、負極３の発電に寄与する表面積を大きくすることができるという利点がある。またこの場合、負極３は微細な貫通孔を有しており、機能層２２と土層１１の間を嫌気性の電流発生菌が移動可能なように構成されていることが望ましい。同様にして、正極５とイオン伝導体４との間に機能層２２を設けてもよい。この場合には、機能層２２には、例えば酵素や微生物を含む媒体を好適に用いることができ、これによって酸素を強制的に還元する機能を付加し、発電効率を向上させることができる。同様にして、正極５とイオン伝導体４との間に機能層２２を設けてもよい。この場合には、機能層２２には、例えば酵素や微生物を含む媒体を好適に用いることができ、これによって酸素を強制的に還元する機能を付加し、発電効率を向上させることができる。 <Embodiment 2>
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a microbial fuel cell 21 according to Embodiment 2 of the present invention. The microbial fuel cell 21 shown in FIG. 4 has the same configuration as the microbial fuel cell of the example shown in FIG. 1 except for a part, and parts having the same configuration are denoted by the same reference numerals. Therefore, the description is omitted. The microbial fuel cell 21 shown in FIG. 4 is different from the microbial fuel cell of the example shown in FIG. 1 in that a functional layer 22 is enclosed in advance between the negative electrode 3 and the ion conductor 4. As this functional layer 22, for example, soil containing anaerobic current-generating bacteria is preferably used. By having such a functional layer 22, there is an advantage that the surface area contributing to power generation of the negative electrode 3 can be increased. In this case, it is desirable that the negative electrode 3 has fine through holes and is configured so that anaerobic current-generating bacteria can move between the functional layer 22 and the soil layer 11. Similarly, a functional layer 22 may be provided between the positive electrode 5 and the ion conductor 4. In this case, for example, a medium containing an enzyme or a microorganism can be suitably used for the functional layer 22, thereby adding a function of forcibly reducing oxygen and improving power generation efficiency. Similarly, a functional layer 22 may be provided between the positive electrode 5 and the ion conductor 4. In this case, for example, a medium containing an enzyme or a microorganism can be suitably used for the functional layer 22, thereby adding a function of forcibly reducing oxygen and improving power generation efficiency.

＜実施の形態３＞
図５は、本発明の実施の形態３の微生物燃料電池３１を模式的に示す断面図であり、図６は、図５に示した微生物燃料電池３１の動作原理を模式的に示す図である。以下、図５および図６を参照して、本発明の実施の形態３の微生物燃料電池３１について説明する。図５および図６に示す微生物燃料電池３１は、一部を除いては図１、図２に示した例の微生物燃料電池と同様の構成を備えるものであり、同様の構成を備える部分については同一の参照符を付して説明を省略する。 <Embodiment 3>
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a microbial fuel cell 31 according to Embodiment 3 of the present invention, and FIG. 6 is a diagram schematically showing the operating principle of the microbial fuel cell 31 shown in FIG. . Hereinafter, a microbial fuel cell 31 according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. The microbial fuel cell 31 shown in FIG. 5 and FIG. 6 has the same configuration as the microbial fuel cell of the example shown in FIG. 1 and FIG. 2 except for a part. The same reference numerals are attached and the description is omitted.

図５に示す例の微生物燃料電池３１は、第１の筒状保持体３２の側面および底面の一部にそれぞれ第１の開口部（図５に示す例では、側面に複数設けられた第１の開口部３３および底面に複数設けられた第１の開口部３４）が設けられ、これら第１の開口部３３，３４を覆うように負極３５が設けられている。 Microbial fuel cell 31 of the example shown in FIG. 5, first in the example shown in the first of the first openings respectively in a part of the sides and bottom of the cylindrical holder 32 (FIG. 5, which provided with a plurality of the side surface And a plurality of first openings 34 provided on the bottom surface, and a negative electrode 35 is provided so as to cover the first openings 33 and 34.

図６に示すように、図５に示したような微生物燃料電池３１を用いることで、負極３５の底面および側面における表面積を広くすることができ、負極３５に接触する土層１１に含まれる嫌気性の電流発生菌の総量が大きくなり、図１に示したような微生物燃料電池と比較して、より大きな電流を回収することが可能となる。なお、プロトンは負極３５から、第１の筒状保持体３２の側面および底面の開口部３３，３４からイオン伝導体４を介して正極５へ移動する。 As shown in FIG. 6, by using the microbial fuel cell 31 as shown in FIG. 5, it is possible to widen the surface area definitive on the bottom and side surfaces of the negative electrode 35, contained in the soil layer 11 which contacts the anode 35 The total amount of anaerobic current-generating bacteria is increased, and a larger current can be recovered compared to the microbial fuel cell as shown in FIG. The protons move from the negative electrode 35 to the positive electrode 5 through the ion conductor 4 from the openings 33 and 34 on the side surface and the bottom surface of the first cylindrical holding body 32 .

＜実施の形態４＞
図７は、本発明の実施の形態４の微生物燃料電池４１を模式的に示す断面図である。図７に示す微生物燃料電池４１は、一部を除いては図１、図４、図５に示した例の微生物燃料電池と同様の構成を備えるものであり、同様の構成を備える部分については同一の参照符を付して説明を省略する。本発明の微生物燃料電池は、第１の筒状保持体の少なくとも一方の先端は先鋭形状であってもよい。図７には、その一方側に先鋭形状に形成された先端部４３を有する第１の筒状保持体４２を備える例が示されている。これにより土層１１に対して、第１の筒状保持体４２を杭のように打ち込むことができ、設置施工をより容易にすることができる。なお、図７に示す例では、第１の筒状保持体４２は、先端部４３以外の部分の側面に第１の開口部４４を複数有し、これら第１の開口部４４を負極４５で覆うように構成されている。 <Embodiment 4>
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a microbial fuel cell 41 according to Embodiment 4 of the present invention. The microbial fuel cell 41 shown in FIG. 7 has the same configuration as the microbial fuel cell of the example shown in FIGS. 1, 4 and 5 except for a part, and the parts having the same configuration are as follows. The same reference numerals are attached and the description is omitted. In the microbial fuel cell of the present invention, the tip of at least one of the first cylindrical holders may be sharp. FIG. 7 shows an example including a first cylindrical holding body 42 having a tip portion 43 formed in a sharp shape on one side thereof. Thereby, the 1st cylindrical holding body 42 can be driven like a pile with respect to the soil layer 11, and installation construction can be made easier. In the example shown in FIG. 7, the first cylindrical holding body 42 has a plurality of first openings 44 on the side surface of a portion other than the tip portion 43, and these first openings 44 are formed by the negative electrode 45. It is configured to cover.

＜実施の形態５＞
ここで、図８は、本発明の実施の形態５の微生物燃料電池５１を模式的に示す断面図であり、図９は、図８に示す微生物燃料電池５１の動作原理を模式的に示す図であり、図１０（ａ）は、図８に示す微生物燃料電池５１の斜視図、図１０（ｂ）は分解斜視図である。以下、図８〜図１０を参照して、本発明の実施の形態５の微生物燃料電池５１について説明する。図８〜図１０に示す微生物燃料電池５１は、一部を除いては図１、図２、図４〜図７に示した例の微生物燃料電池と同様の構成を備えるものであり、同様の構成を備える部分については同一の参照符を付して説明を省略する。 <Embodiment 5>
Here, FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the microbial fuel cell 51 according to Embodiment 5 of the present invention, and FIG. 9 is a diagram schematically showing the operating principle of the microbial fuel cell 51 shown in FIG. 10 (a) is a perspective view of the microbial fuel cell 51 shown in FIG. 8, and FIG. 10 (b) is an exploded perspective view. Hereinafter, a microbial fuel cell 51 according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The microbial fuel cell 51 shown in FIGS. 8 to 10 has the same configuration as the microbial fuel cell of the example shown in FIGS. 1, 2, and 4 to 7 except for a part thereof. The parts having the configuration are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図８〜図１０に示す例の微生物燃料電池５１は、第１の筒状保持体（外筒）５２の内部に、少なくとも一部に第２の開口部を有する第２の筒状保持体（内筒）５３をさらに備える。図８〜図１０に示す例では、第１の筒状保持体（外筒）５２の側面に第１の開口部５４が複数設けられると共に、第２の筒状保持体（内筒）５３の側面にも第２の開口部５５が複数設けられる。図８〜図１０に示す例の微生物燃料電池５１において、第１の筒状保持体（外筒）５２の外表面には負極５６が設けられ、第２の筒状保持体（内筒）５３の外表面に正極５７が設けられている（すなわち、第２の筒状保持体（内筒）５３が正極５７によって覆われている）。   The microbial fuel cell 51 of the example shown in FIGS. 8 to 10 includes a second cylindrical holder (a second cylindrical holder (outer cylinder) 52) having a second opening at least partially inside the first cylindrical holder (outer cylinder) 52. Inner cylinder) 53 is further provided. In the example shown in FIGS. 8 to 10, a plurality of first openings 54 are provided on the side surface of the first cylindrical holding body (outer cylinder) 52 and the second cylindrical holding body (inner cylinder) 53 is provided. A plurality of second openings 55 are also provided on the side surface. In the microbial fuel cell 51 of the example shown in FIGS. 8 to 10, the negative electrode 56 is provided on the outer surface of the first cylindrical holder (outer cylinder) 52, and the second cylindrical holder (inner cylinder) 53. Is provided with a positive electrode 57 (that is, the second cylindrical holder (inner cylinder) 53 is covered with the positive electrode 57).

第１の筒状保持体（外筒）５２と第２の筒状保持体（内筒）５３との間には、イオン伝導体５８が収容され、負極５６と正極５７とを、第１の筒状保持体（外筒）５２の第１の開口とイオン伝導体５８を介してイオン的接続がとられるように構成されている。また、第２の筒状保持体（内筒）５３は、その上方にも第２の開口部５９を有し、当該第２の開口部５９を介して、第２の筒状保持体（内筒）５３の内部が酸素を含む媒体（好適には空気）に曝されるように構成されている。また、図８〜図１０に示す例において、第１の筒状保持体（外筒）５２は、図７に示した例と同様に、その一方側に先鋭形状に形成された先端部６０を有する。また、負極５６および正極５７には、図１、図２、図４〜図７に示した例の微生物燃料電池と同様に、負極配線６１および正極配線６２がそれぞれ電気的に接続されている。   An ion conductor 58 is accommodated between the first cylindrical holder (outer cylinder) 52 and the second cylindrical holder (inner cylinder) 53, and the negative electrode 56 and the positive electrode 57 are connected to each other. An ionic connection is established through the first opening of the cylindrical holder (outer cylinder) 52 and the ion conductor 58. The second cylindrical holding body (inner cylinder) 53 also has a second opening 59 above the second cylindrical holding body (inner cylinder) 53, and the second cylindrical holding body (inner cylinder) is interposed through the second opening 59. The tube) 53 is configured to be exposed to a medium (preferably air) containing oxygen. Further, in the example shown in FIGS. 8 to 10, the first cylindrical holder (outer cylinder) 52 has a tip 60 formed in a sharp shape on one side thereof, similarly to the example shown in FIG. Have. Further, the negative electrode 56 and the positive electrode 57 are electrically connected to the negative electrode wiring 61 and the positive electrode wiring 62, respectively, similarly to the microbial fuel cell of the example shown in FIGS. 1, 2, and 4-7.

図９には、図８、図１０に示した微生物燃料電池５１を、土層１１に埋め込んだ状態を示している。図９には、第１の筒状保持体（外筒）５２の外表面は土層１１に、第２の筒状保持体（内筒）５３の内部は高酸素層（上述のように、たとえば空気）１２にそれぞれ曝されている。これにより、負極５６は土層１１と上述した反応Ｒ１を進行し、正極５７は第２の筒状保持体（内筒）５３から第２の開口部５５を介して高酸素層１２と上述した反応Ｒ２を進行する。   FIG. 9 shows a state in which the microbial fuel cell 51 shown in FIGS. 8 and 10 is embedded in the soil layer 11. In FIG. 9, the outer surface of the first cylindrical holder (outer cylinder) 52 is the soil layer 11, and the second cylindrical holder (inner cylinder) 53 is the high oxygen layer (as described above, For example, it is exposed to air 12. As a result, the negative electrode 56 proceeds with the above-described reaction R1 with the soil layer 11, and the positive electrode 57 described above with the high oxygen layer 12 through the second opening 55 from the second cylindrical holder (inner cylinder) 53. Reaction R2 proceeds.

図９に示す場合、負極５６はできるだけ深く埋め込むのが望ましいが、埋め込み深さによらず正極５７には酸素を供給することが可能になる。さらに隣接する負極５６と正極５７の距離を一定に制御し、かつ近付けることが可能になるため、プロトン伝導効率を向上させることができる。またイオン伝導体５８は第２の筒状保持体（内筒）５３の内部から供給される酸素を遮断する役割も兼ね備える。イオン伝導体５８にはさらに酸素吸収材を添加しても構わない。酸素吸収材は、たとえば酸素還元能を有する酵素など（具体的には、グルコースオキシダーゼ、ラッカーゼ、ビリルビンオキシダーゼなど）の有機物や、酸素吸着性を有する無機物（具体的には、鉄化合物など）などである。   In the case shown in FIG. 9, it is desirable to embed the negative electrode 56 as deeply as possible, but oxygen can be supplied to the positive electrode 57 regardless of the embedment depth. Further, since the distance between the adjacent negative electrode 56 and the positive electrode 57 can be controlled and brought close to each other, the proton conduction efficiency can be improved. The ion conductor 58 also has a role of blocking oxygen supplied from the inside of the second cylindrical holder (inner cylinder) 53. An oxygen absorber may be further added to the ion conductor 58. Examples of the oxygen absorbing material include organic substances such as enzymes having oxygen reducing ability (specifically, glucose oxidase, laccase, bilirubin oxidase, etc.) and inorganic substances having oxygen adsorbability (specifically, iron compounds, etc.). is there.

正極５７は、第２の開口部５５を介して、第２の筒状保持体（内筒）５３の内部の酸素と反応する。負極５６は、最外表面に位置し、土層１１に埋め込んだ場合には、土層１１と直接に接触する。負極５６は第１の筒状保持体（外筒）５２の第１の開口部５４およびイオン伝導体５８を介して、正極５７にイオン的接続がなされている。第１の開口部５４および第２の開口部５５は、その形状は特に制限されず、図１０に示す例のように丸状の穴が複数配列されることで形成されていてもよいが、メッシュ状など他の形状であっても勿論よい。   The positive electrode 57 reacts with oxygen inside the second cylindrical holding body (inner cylinder) 53 via the second opening 55. The negative electrode 56 is located on the outermost surface, and directly contacts the soil layer 11 when embedded in the soil layer 11. The negative electrode 56 is ionically connected to the positive electrode 57 through the first opening 54 of the first cylindrical holder (outer cylinder) 52 and the ion conductor 58. The shape of the first opening 54 and the second opening 55 is not particularly limited, and may be formed by arranging a plurality of round holes as in the example shown in FIG. Of course, other shapes such as a mesh shape may be used.

また、負極５６と第１の開口部５４とが、および／または、正極５７と第２の開口部５５とが、一体化していてもよい。すなわち、電極材料が接触するイオン伝導体５８を第１の筒状保持体（外筒）５２の内側に留め、かつ第２の筒状保持体（内筒）５３の内部には侵入しない構成もしくは電極材料の選定があれば、本構成と同等の効果を得ることができる。   Further, the negative electrode 56 and the first opening 54 and / or the positive electrode 57 and the second opening 55 may be integrated. That is, a configuration in which the ion conductor 58 in contact with the electrode material is held inside the first cylindrical holder (outer cylinder) 52 and does not enter the second cylindrical holder (inner cylinder) 53 or If the electrode material is selected, the same effect as this configuration can be obtained.

＜実施の形態６＞
図１１は、本発明の実施の形態６の微生物燃料電池７１を模式的に示す斜視図である。なお、図１１には、一部断面を示しており、この断面は、図８に示した構成における領域Ｄに対応する部分を示している。図１１に示す微生物燃料電池７１は、一部を除いては図１、図２、図４〜図１０に示した例の微生物燃料電池と同様の構成を備えるものであり、同様の構成を備える部分については同一の参照符を付して説明を省略する。 <Embodiment 6>
FIG. 11 is a perspective view schematically showing a microbial fuel cell 71 according to Embodiment 6 of the present invention. FIG. 11 shows a partial cross section, and this cross section shows a portion corresponding to the region D in the configuration shown in FIG. A microbial fuel cell 71 shown in FIG. 11 has the same configuration as the microbial fuel cell of the example shown in FIGS. 1, 2, and 4 to 10 except for a part, and has the same configuration. Parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図１１に示す例の微生物燃料電池７１は、第１の筒状保持体（外筒）７２およびその内部に位置する第２の筒状保持体（内筒）７３は、それぞれチューブ状であり、螺旋形状に形成されている。本発明の微生物燃料電池は、第１の筒状保持体の少なくとも一部は可撓性を有するか、もしくは湾曲しているように実現されてもよい。図１１には、第１の筒状保持体および第２の筒状保持体の全体が可撓性を有する（フレキシブル）に実現された例が示されている。図１１に示す例の微生物燃料電池７１における第１の筒状保持体７２も、図７〜図１０に示した例と同様、その一方側が先鋭形状を有する先端部７４を有する。   In the microbial fuel cell 71 of the example shown in FIG. 11, the first cylindrical holder (outer cylinder) 72 and the second cylindrical holder (inner cylinder) 73 located inside thereof are each tubular. It is formed in a spiral shape. The microbial fuel cell of the present invention may be realized such that at least a part of the first cylindrical holder has flexibility or is curved. FIG. 11 shows an example in which the entirety of the first cylindrical holder and the second cylindrical holder is realized to be flexible (flexible). The first cylindrical holder 72 in the microbial fuel cell 71 of the example shown in FIG. 11 also has a tip 74 having a sharp shape on one side, as in the examples shown in FIGS.

図１１に示す例の微生物燃料電池７１も、第１の筒状保持体（外筒）７２は負極７５で覆われており、第２の筒状保持体（内筒）７３は正極７６で覆われている。第１の筒状保持体（外筒）７２および第２の筒状保持体（内筒）７３には、それぞれ、上述した実施の形態の微生物燃料電池と同様に、第１の開口部、第２の開口部がそれぞれ設けられており（図示せず）、また、負極７５と正極７６とは、第１の筒状保持体（外筒）７２の第１の開口を介して、イオン伝導体７７によりイオン的接続がなされている。   In the microbial fuel cell 71 shown in FIG. 11 as well, the first cylindrical holder (outer cylinder) 72 is covered with a negative electrode 75, and the second cylindrical holder (inner cylinder) 73 is covered with a positive electrode 76. It has been broken. In the first cylindrical holder (outer cylinder) 72 and the second cylindrical holder (inner cylinder) 73, the first opening, 2 are respectively provided (not shown), and the negative electrode 75 and the positive electrode 76 are connected to the ion conductor through the first opening of the first cylindrical holder (outer cylinder) 72. 77, an ionic connection is made.

図１１に示すような微生物燃料電池７１とすることで、第１の筒状保持体（外筒）７２および第２の筒状保持体（内筒）７３が螺旋状のチューブであるので、螺旋状の部分の長さを長くすることによって、体積あたりの発電に寄与する電極表面積を容易に大きくすることが可能となる。また土層に埋め込む場合には、本構成を用いれば回転によって容易に深くまでねじ込むことが可能になる。また、螺旋状のチューブである第１の筒状保持体（外筒）７２および第２の筒状保持体（内筒）７３は、ゴムホースのようにフレキシブル材料であってもよく、この場合には、螺旋状に限らず、様々な形状をとることができ、上述と同様に発電に寄与する電極表面積を大きくする効果を得る。地中に埋め込む深さを深くした場合でも正極７６は第２の筒状保持体（内筒）７３内の酸素と反応することが可能なため、埋め込む深さによらず、微生物燃料電池としての効果を得ることができる。   By using a microbial fuel cell 71 as shown in FIG. 11, the first cylindrical holder (outer cylinder) 72 and the second cylindrical holder (inner cylinder) 73 are spiral tubes. By increasing the length of the shaped portion, the electrode surface area contributing to power generation per volume can be easily increased. In the case of embedding in a soil layer, if this structure is used, it can be easily screwed deeply by rotation. Further, the first cylindrical holder (outer cylinder) 72 and the second cylindrical holder (inner cylinder) 73 that are spiral tubes may be made of a flexible material such as a rubber hose. In addition to the spiral shape, can take various shapes, and the effect of increasing the electrode surface area that contributes to power generation is obtained as described above. Even when the depth embedded in the ground is increased, the positive electrode 76 can react with oxygen in the second cylindrical holder (inner cylinder) 73, so that it can be used as a microbial fuel cell regardless of the embedded depth. An effect can be obtained.

図１１に示すような微生物燃料電池７１は特に、地中に埋めて使用することを意図しており、表面上には見えない地中の体積を有効に使用することにより発電量を高め、地上に突出する部分は小さくすることができる。これにより特に従来の太陽電池などでは発電の困難であった日当たりの悪い山間部などにおいて電源として好適に使用することが可能であり、地上の必要面積を小さくしてかつ照明や各種センサなどのデバイス用電源を供給することが可能になる。またその設置施工を非常に容易にすることが可能になる。   The microbial fuel cell 71 as shown in FIG. 11 is particularly intended to be used by being buried in the ground. By effectively using the underground volume that cannot be seen on the surface, the amount of power generation is increased. The protruding part can be made smaller. As a result, it can be suitably used as a power source in mountainous areas with poor sunlight, where power generation is difficult with conventional solar cells, etc., and it can reduce the required area on the ground and provide devices such as lighting and various sensors. It becomes possible to supply a power source. Moreover, the installation work can be made very easy.

＜実施の形態７＞
図１２は、本発明の実施の形態７の微生物燃料電池８１を模式的に示す図であり、図１２（ａ）は斜視図、図１２（ｂ）は断面図である。なお、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の切断面線Ｂ−Ｂにおける断面であり、図８に示した構成における領域Ｄに対応する部分を示している。図１２に示す微生物燃料電池８１は、一部を除いては図１、図２、図４〜図１１に示した例の微生物燃料電池と同様の構成を備えるものであり、同様の構成を備える部分については同一の参照符を付して説明を省略する。 <Embodiment 7>
FIG. 12 is a diagram schematically showing a microbial fuel cell 81 according to Embodiment 7 of the present invention, in which FIG. 12 (a) is a perspective view and FIG. 12 (b) is a cross-sectional view. Note that FIG. 12B is a cross section taken along the section line BB in FIG. 12A, and shows a portion corresponding to the region D in the configuration shown in FIG. The microbial fuel cell 81 shown in FIG. 12 has the same configuration as the microbial fuel cell of the example shown in FIGS. 1, 2, and 4 to 11 except for a part, and has the same configuration. Parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図１２（ａ）に示す例の微生物燃料電池８１は、外形がスクリュー形状である。図１２（ｂ）に示されるように、第１の筒状保持体（外筒）８２がスクリュー形状の外形を有しており、その外表面の少なくとも一部が負極８３で覆われている。また、第１の筒状保持体（外筒）８２の内部には、直線状の第２の筒状保持体（内筒）８４を有し、その外表面は正極８５によって覆われている。上述してきた構成の微生物燃料電池と同様に、負極８３と正極８４とは、第１の筒状保持体（外筒）の第１の開口（図示せず）を介し、たとえば共通するイオン伝導体８６に接触することによりイオン的接続がなされている。   The microbial fuel cell 81 in the example shown in FIG. 12A has a screw shape. As shown in FIG. 12B, the first cylindrical holder (outer cylinder) 82 has a screw-shaped outer shape, and at least a part of the outer surface thereof is covered with the negative electrode 83. The first cylindrical holder (outer cylinder) 82 has a linear second cylindrical holder (inner cylinder) 84, and the outer surface thereof is covered with a positive electrode 85. Similar to the microbial fuel cell having the above-described configuration, the negative electrode 83 and the positive electrode 84 are, for example, common ion conductors through a first opening (not shown) of the first cylindrical holder (outer cylinder). An ionic connection is made by contacting 86.

図１２に示す例の微生物燃料電池８１の場合、第１の筒状保持体（外筒）８２の外形がスクリュー形状であるため、固い地面であっても回転によって容易に埋め込むことが可能になる。またスクリュー形状で表面積が大きくなった分、発電に寄与する電極表面積を大きくすることが可能になる。したがって、埋め込んだ体積当たりの発電量を大きくすることが可能になる。   In the case of the microbial fuel cell 81 of the example shown in FIG. 12, since the outer shape of the first cylindrical holding body (outer cylinder) 82 is a screw shape, even if it is hard ground, it can be easily embedded by rotation. . In addition, the electrode surface area contributing to power generation can be increased by the increase in the surface area due to the screw shape. Therefore, it becomes possible to increase the amount of power generation per embedded volume.

また第２の筒状保持体（内筒）も第１の筒状保持体（外筒）８２の内表面と所望距離オフセットしたスクリュー形状であっても構わない。たとえばスクリュー形状の第１の筒状保持体（外筒）８２にイオン伝導体を充填した後、スペーサなどを隔てて、外形をスクリュー形状とした第２の筒状保持体（内筒）を挿入することで、製造することができる。この際、イオン伝導体はある条件下で固化、軟化する材料（たとえば、寒天、ゼラチン、アガーなど）を用いるのが望ましい。   Further, the second cylindrical holder (inner cylinder) may also have a screw shape offset by a desired distance from the inner surface of the first cylindrical holder (outer cylinder) 82. For example, after filling the screw-shaped first cylindrical holding body (outer cylinder) 82 with an ion conductor, a second cylindrical holding body (inner cylinder) whose outer shape is screw-shaped is inserted through a spacer or the like. By doing so, it can be manufactured. At this time, it is desirable to use a material that solidifies and softens under certain conditions (for example, agar, gelatin, agar, etc.).

＜実施の形態８＞
図１３は、本発明の実施の形態８の微生物燃料電池９１を模式的に示す断面図である。図１３に示す微生物燃料電池９１は、一部を除いては図１に示した例の微生物燃料電池と同様の構成を備えるものであり、同様の構成を備える部分については同一の参照符を付して説明を省略する。 <Eighth embodiment>
FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing a microbial fuel cell 91 according to Embodiment 8 of the present invention. The microbial fuel cell 91 shown in FIG. 13 has the same configuration as the microbial fuel cell of the example shown in FIG. 1 except for a part, and the same reference numerals are given to the portions having the same configuration. Therefore, the description is omitted.

図１３に示す例の微生物燃料電池９１は、正極５と負極３とが対向して、第１の筒状保持体９２の内表面に当接するように構成される。図１３に示す例でも、第１の筒状保持体９２には、第１の筒状保持体９２の底面となる外表面に第１の開口部９３が設けられ、この第１の開口部９３にイオン伝導体９４が充填され、正極５および負極３が第１の開口部９３およびイオン伝導体９４を介してイオン的接続がされている。本発明は、図１３に示す例のように正極と負極とは、少なくともその一部が互いに対向していることが、好ましい。図１３に示す微生物燃料電池９１によれば、正極５が安定的に第１の筒状保持体９２に固定されると共に、イオン伝導体９４が最小限の量で済む、という利点がある。さらに、イオン伝導体９４が所定の厚みを有するように、第１の筒状保持体９２自体がスペーサの役割も兼ねる。   The microbial fuel cell 91 of the example shown in FIG. 13 is configured such that the positive electrode 5 and the negative electrode 3 face each other and abut on the inner surface of the first cylindrical holder 92. Also in the example shown in FIG. 13, the first cylindrical holding body 92 is provided with a first opening 93 on the outer surface serving as the bottom surface of the first cylindrical holding body 92, and this first opening 93 Are filled with the ion conductor 94, and the positive electrode 5 and the negative electrode 3 are ionically connected through the first opening 93 and the ion conductor 94. In the present invention, it is preferable that at least a part of the positive electrode and the negative electrode face each other as in the example shown in FIG. According to the microbial fuel cell 91 shown in FIG. 13, there is an advantage that the positive electrode 5 is stably fixed to the first cylindrical holding body 92 and the ion conductor 94 can be minimized. Further, the first cylindrical holder 92 itself also serves as a spacer so that the ion conductor 94 has a predetermined thickness.

＜実施の形態９＞
図１４は、本発明の実施の形態９の微生物燃料電池１０１を模式的に示す断面図である。図１４に示す微生物燃料電池１０１は、一部を除いては図８に示した例の微生物燃料電池と同様の構成を備えるものであり、同様の構成を備える部分については同一の参照符を付して説明を省略する。 <Embodiment 9>
FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a microbial fuel cell 101 according to Embodiment 9 of the present invention. The microbial fuel cell 101 shown in FIG. 14 has the same configuration as the microbial fuel cell of the example shown in FIG. 8 except for a part, and parts having the same configuration are denoted by the same reference numerals. Therefore, the description is omitted.

図１４に示す例の微生物燃料電池１０１は、正極１０２が第２の筒状保持体（内筒）の内表面に当接するように設けられている点を除いて、図８に示した例の微生物燃料電池５１と同様である。このような構成とすることで、正極１０２の空気に露出された部分の面積を増大させることができ、正極１０２側の反応を促進させることができるという利点がある。   The microbial fuel cell 101 of the example shown in FIG. 14 is the same as that of the example shown in FIG. 8 except that the positive electrode 102 is provided so as to contact the inner surface of the second cylindrical holder (inner cylinder). Similar to the microbial fuel cell 51. With such a configuration, there is an advantage that the area of the portion of the positive electrode 102 exposed to the air can be increased, and the reaction on the positive electrode 102 side can be promoted.

＜実施の形態１０＞
図１５は、本発明の実施の形態１０の微生物燃料電池１１１を模式的に示す断面図である。図１５に示す微生物燃料電池１１１は、一部を除いては図１、図２、図４〜図１４に示した例の微生物燃料電池と同様の構成を備えるものであり、同様の構成を備える部分については同一の参照符を付して説明を省略する。 <Embodiment 10>
FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing a microbial fuel cell 111 according to Embodiment 10 of the present invention. A microbial fuel cell 111 shown in FIG. 15 has the same configuration as the microbial fuel cell of the example shown in FIGS. 1, 2, and 4 to 14 except for a part, and has the same configuration. Parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図１５に示す例の微生物燃料電池１１１は、図７に示したのと同様の第１の筒状保持体１１２を用い、その内表面側と外表面側とを貫通する第１の開口部１１３，１１４を有し、当該第１の開口部１１３，１１４にイオン伝導体１１５が充填され、第１の開口部１１３，１１４およびイオン伝導体１１５を介して、第１の筒状保持体１１２の外表面に当接して設けられた負極１１６と、第１の筒状保持体１１２の内表面に当接して設けられた正極１１７とが、互いに対向して、イオン的接続がなされている。これにより、微生物燃料電池を構成する部品数を減らすことができ、かつ、イオン伝導体１１５が最小の量で済むという利点がある。さらに、イオン伝導体１１５が所定の厚みを有するように、第１の筒状保持体１１２自体がスペーサの役割も兼ねる。   The microbial fuel cell 111 of the example shown in FIG. 15 uses a first cylindrical holder 112 similar to that shown in FIG. 7, and a first opening 113 penetrating the inner surface side and the outer surface side thereof. 114, the first openings 113 and 114 are filled with the ion conductor 115, and the first cylindrical holder 112 is inserted through the first openings 113 and 114 and the ion conductor 115. The negative electrode 116 provided in contact with the outer surface and the positive electrode 117 provided in contact with the inner surface of the first cylindrical holding body 112 face each other and are ionically connected. As a result, the number of parts constituting the microbial fuel cell can be reduced, and there is an advantage that the ion conductor 115 can be minimized. Further, the first cylindrical holder 112 itself also serves as a spacer so that the ion conductor 115 has a predetermined thickness.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and includes meanings equivalent to the terms of the claims and all modifications within the scope.

１ 微生物燃料電池、２ 第１の筒状保持体、３ 負極、４ イオン伝導体、５ 正極、６ 第１の開口部、７ 第１の開口部、８ 負極配線、９ 正極配線、１１ 土層、１２ 高酸素層、２１ 微生物燃料電池、２２ 機能層、３１ 微生物燃料電池、３２ 第１の筒状保持体、３３ 第１の開口部、３４ 第１の開口部、３５ 負極、４１ 微生物燃料電池、４２ 第１の筒状保持体、４３ 先端部、４４ 第１の開口部、４５ 負極、５１ 微生物燃料電池、５２ 第１の筒状保持体（外筒）、５３ 第２の筒状保持体（内筒）、５４ 第１の開口部、５５ 第２の開口部、５６ 負極、５７ 正極、５８ イオン伝導体、５９ 第２の開口部、６０ 先端部、６１ 負極配線、６２ 正極配線、７１ 微生物燃料電池、７２ 第１の筒状保持体（外筒）、７３ 第２の筒状保持体（内筒）、７４ 先端部、７５ 負極、７６ 正極、７７ イオン伝導体、８１ 微生物燃料電池、８２ 第１の筒状保持体（外筒）、８３ 負極、８４ 第２の筒状保持体（内筒）、８５ 正極、８６ イオン伝導体、９１ 微生物燃料電池、９２ 第１の筒状保持体、９３ 第１の開口部、９４ イオン伝導体、１０１ 微生物燃料電池、１０２ 正極、１１１ 微生物燃料電池、１１２ 第１の筒状保持体、１１３ 第１の開口部、１１４ 第２の開口部、１１５ イオン伝導体、１１６ 負極、１１７ 正極。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microbial fuel cell, 2 1st cylindrical support body, 3 negative electrode, 4 ion conductor, 5 positive electrode, 6 1st opening part, 7 1st opening part, 8 negative electrode wiring, 9 positive electrode wiring, 11 soil layer , 12 High oxygen layer, 21 Microbial fuel cell, 22 Functional layer, 31 Microbial fuel cell, 32 First cylindrical holder, 33 First opening, 34 First opening, 35 Negative electrode, 41 Microbial fuel cell , 42 1st cylindrical holder, 43 tip part, 44 1st opening part, 45 negative electrode, 51 microbial fuel cell, 52 1st cylindrical holder (outer cylinder), 53 2nd cylindrical holder (Inner cylinder), 54 1st opening part, 55 2nd opening part, 56 negative electrode, 57 positive electrode, 58 ion conductor, 59 2nd opening part, 60 tip part, 61 negative electrode wiring, 62 positive electrode wiring, 71 Microbial fuel cell, 72 First cylindrical holder (outer cylinder), 7 Second cylindrical holder (inner cylinder), 74 tip, 75 negative electrode, 76 positive electrode, 77 ion conductor, 81 microbial fuel cell, 82 first cylindrical holder (outer cylinder), 83 negative electrode, 84 first 2 cylindrical holders (inner cylinder), 85 positive electrode, 86 ionic conductor, 91 microbial fuel cell, 92 first cylindrical holder, 93 first opening, 94 ionic conductor, 101 microbial fuel cell, 102 positive electrode, 111 microbial fuel cell, 112 first cylindrical holder, 113 first opening, 114 second opening, 115 ionic conductor, 116 negative electrode, 117 positive electrode.

Claims (5)

少なくとも一部に第１の開口部を有する第１の筒状保持体と、前記第１の筒状保持体の少なくとも外表面に設けられる負極と、前記第１の筒状保持体の内部に設けられる正極とを有し、
前記負極と前記正極とは、前記第１の開口部と、前記第１の筒状保持体の内部に収容されたイオン伝導体を介して接続されており、
少なくとも前記負極表面には嫌気性の電流発生菌が定着している、微生物燃料電池。 A first cylindrical holder having a first opening at least in part, a negative electrode provided on at least an outer surface of the first cylindrical holder, and provided inside the first cylindrical holder. A positive electrode,
The negative electrode and the positive electrode are connected to the first opening via an ion conductor housed in the first cylindrical holder,
A microbial fuel cell in which anaerobic current-generating bacteria are fixed on at least the negative electrode surface. 前記負極と前記正極とは、少なくとも一部が互いに対向して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 at least a part of the negative electrode and the positive electrode face each other. 少なくとも一部に第１の開口部を有する第１の筒状保持体と、前記第１の筒状保持体の少なくとも外表面に設けられる負極と、前記第１の筒状保持体の内部に設けられる正極とを有し、
前記負極と前記正極とは、前記第１の開口部とイオン伝導体を介して接続されており、
少なくとも前記負極表面には嫌気性の電流発生菌が定着している微生物燃料電池であって、
前記第１の筒状保持体の内部に、上方および側面に第２の開口部を有する第２の筒状保持体をさらに有し、
前記第２の筒状保持体の内部は、前記第２の筒状保持体の上方の第２の開口部を介して酸素を含む媒体に曝されており、
前記正極は前記第２の筒状保持体の外表面または内表面に設けられており、
前記正極が前記第２の筒状保持体の外表面に設けられている場合には、前記正極は、前記第２の筒状保持体の側面の第２の開口部を介して酸素を含む媒体に曝されており、
前記正極が前記第２の筒状保持体の内表面に設けられている場合には、前記正極は、前記第２の筒状保持体の側面の第２の開口部とイオン伝導体を介して負極に接続される、微生物燃料電池。 A first cylindrical holder having a first opening at least in part, a negative electrode provided on at least an outer surface of the first cylindrical holder, and provided inside the first cylindrical holder. A positive electrode,
The negative electrode and the positive electrode are connected to the first opening through an ionic conductor,
A microbial fuel cell in which anaerobic current-generating bacteria are fixed on at least the negative electrode surface;
In the inside of the first cylindrical holder, further has a second cylindrical holder having a second opening on the upper side and the side surface,
The inside of the second cylindrical holder is exposed to a medium containing oxygen through a second opening above the second cylindrical holder,
The positive electrode is provided on the outer surface or inner surface of the second cylindrical holder,
When the positive electrode is provided on the outer surface of the second cylindrical holder, the positive electrode is a medium containing oxygen through a second opening on the side surface of the second cylindrical holder. Have been exposed to
When the positive electrode is provided on the inner surface of the second cylindrical holder, the positive electrode is interposed between the second opening on the side surface of the second cylindrical holder and the ion conductor. A microbial fuel cell connected to the negative electrode. 前記第１の筒状保持体の少なくとも一方の先端は先鋭形状であることを特徴とする、請求項１〜３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 1 to 3, wherein at least one tip of the first cylindrical holder has a sharp shape. 前記第１の筒状保持体の少なくとも一部は可撓性を有するか、もしくは湾曲していることを特徴とする、請求項１〜４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 1 to 4, wherein at least a part of the first cylindrical holder has flexibility or is curved.
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