ソニー、砂糖から発電するバイオ電池を開発

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パッシブ型バイオ電池として世界最高出力を実現

ソニーは、生物の発電原理を応用し、酵素を触媒として炭水化物（糖質）から発電するバイオ電池1を開発したと発表しました。

このバイオ電池のテストセルは、パッシブタイプ3バイオ電池としては現在世界最高レベル2となる50mWの出力を達成しました。 これらのテストセルの出力は、メモリータイプのウォークマンで音楽を再生するのに十分な電力を供給します。

試作バイオ電池ユニット4台（左）をウォークマンに接続して再生

ソニーは、世界最高出力を実現するために、酵素とメディエーター（電子伝導材料）を陽極に効率よく固定化し、酵素の活性を維持しながら糖を分解して発電するシステムを開発しました。 ソニーはまた、適切な水分含有量を維持しながら電極に酸素を効率的に供給する新しい陰極構造を開発しました。 これら 2 つのテクノロジーに合わせて電解質を最適化することで、これらの出力レベルの達成が可能になりました。

砂糖は、植物が光合成によって生成する天然のエネルギー源です。 したがって、それは再生可能であり、地球上のほとんどの地域で見つけることができ、将来の環境に優しいエネルギー装置としての砂糖ベースのバイオ電池の可能性を強調しています。

ソニーは、今後もこのバイオ電池の実用化を目指し、さらなる高出力化と耐久性の向上を図るための固定化システムや電極組成などの技術開発を進めていきます。

ここで発表した研究成果は、米国マサチューセッツ州ボストンで開催される第234回米国化学会全国会議＆展示会で学術論文として採択され、現地時間2007年8月22日午前11時に発表されました。

バイオ電池の仕組み

新しく開発されたバイオ電池は、セロハンセパレーターの両側に、糖分解酵素とメディエーターからなるアノードと、酸素還元酵素とメディエーターからなるカソードを組み込んでいます。 アノードは、次のような酵素酸化によって糖 (グルコース) から電子と水素イオンを抽出します: グルコース -> グルコノラクトン + 2 H+ + 2 e– 水素イオンはセパレーターを通ってカソードに移動します。 カソードに到達すると、水素イオンと電子は空気中の酸素を吸収して水を生成します: (1/2) O2 + 2 H+ + 2 e– -> H2O この電気化学反応のプロセスを通じて、電子は外部回路を通過して、電気を作り出す。

このバイオ電池研究開発の主な成果

1) 酵素やメディエーターの電極への固定化を強化する技術

効果的なグルコース消化が行われるためには、アノードに高濃度の酵素とメディエーターが含まれており、それらの活性が維持されている必要があります。 この技術では、2 つのポリマーを使用してこれらのコンポーネントをアノードに取り付けます。 各ポリマーは逆の電荷を持っているため、2 つのポリマー間の静電相互作用によって酵素とメディエーターが効果的に固定されます。 イオンバランスと固定化プロセスは、グルコースから効率的に電子を抽出できるように最適化されています。

2) 酸素を効率よく吸収するカソード構造

カソード内の水分含有量は、酸素を効率的に酵素還元するための最適な条件を確保するために不可欠です。 バイオ電池には固定化酵素とメディエーターを担持した多孔質カーボン電極が使用されており、セロハンセパレーターで仕切られています。 この電極構造とプロセスの最適化により、適切な水位が維持され、カソードの反応性が向上します。

3) バイオ電池のセル構造に合わせた電解質の最適化