专利名称：供电装置和电子设备的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种供电装置。更具体地，本公开涉及一种能够通过串联连接至少两个电极来实现输出的增加并能很容易地向电极提供燃料的供电装置，以及使用该供电装置的电子设备。
背景技术：
电池可粗略地分为化学电池和物理电池，且作为化学电池，例如，可提及原电池，诸如锰干电池、碱性干电池、镍基原电池、锂电池、碱性纽扣电池、氧化银电池和空气(锌)电池；二次电池，诸如镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、铅蓄电池和碱性蓄电池；以及燃料电池,诸如生物燃料电池。此外,作为物理电池,例如,可提及太阳能电池。
下文中，将描述与本公开相关的化学电池。原电池是一种电池，其包括反应物质，并通过反应物质的化学反应产生电流，且可被使用直到所有反应物质耗尽，而且可以实例的方式提及干电池。二次电池是一种电池，其可以这样一种方式来重复使用尽管在产生电流时其中包括的反应物质的量减少，但通过对电池充电，会发生逆反应，并允许反应产物变回反应物质，而且例如，可提及汽车电池和锂离子电池。在上述电池中，由于氧化还原酶作为催化剂被固定在负电极和正电极中的至少一个上的燃料电池(下文中，称其为“生物燃料电池”)可从燃料(诸如葡萄糖和乙醇，其很难通过一般工业催化剂发生反应)中有效提取电子，所以已对作为具有大容量和高安全性的下一代燃料电池的这种电池给予了很多关注。作为生物燃料电池的一个实例，将描述使用葡萄糖作为燃料的生物燃料电池的反应方式。在使用葡萄糖作为燃料的生物燃料电池中，葡萄糖的氧化反应在负电极上进行，且空气中氧气(O2)的还原反应在正电极上进行。此外，在负电极一侧，电子从葡萄糖顺序通过葡萄糖脱氢酶、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)、心肌黄酶和媒介物转移至电极(碳)。另一方面，如上所述的生物燃料电池具有相比其它燃料电池输出低的问题。因此，为获得具有高输出的生物燃料电池，已进行了研究(例如，参见日本待审查专利申请公开第
2006-234788 号、第 2006-93090 号和第 2007-188810 号)。例如，在日本待审查专利申请公开第2006-234788号公开的生物燃料电池中，为增大电流密度，电极由具有多孔结构的导电组件(诸如金属、导电聚合物、金属氧化物或炭材料)形成，并将酶、电子转移媒介物(electron transfer mediator)等固定在其孔中，以增大单位有效面积的酶携带密度(enzyme carrying density)。在日本待审查专利申请公开第2006-93090号公开的生物燃料电池中，为充分获得良好的电极特性，阴极电极由多孔材料(诸如炭)以及固定其上的酶和电子转移媒介物形成，并且该阴极电极的至少一部分被配置为与空气或氧气接触，该部分充当气相中的反应基质。在日本待审查专利申请公开第2007-188810号公开的生物燃料电池中，为增大电流密度和电压，在一个电池中配置了多个电池部分。在日本待审查专利申请公开第2007-188810号公开的生物燃料电池中，在允许空气通过的间隔物之间，顺序配置正电极集电器、正电极、质子导体、负电极、负电极集电器、允许燃料通过的间隔物、负电极集电器、负电极、质子导体、正电极和正电极集电器。即，由正电极、质子导体和负电极形成的电池部分以及由负电极、质子导体和正电极形成的电池部分被配置为将间隔物夹在中间。此外，将酶固定在负电极上，并配置燃料保持容器来封住负电极、负电极集电器和间隔物。在日本待审查专利申请公开第2007-188810号公开的生物燃料电池中，例如，当将葡萄糖溶液作为燃料填入燃料保持容器时，由于葡萄糖被负电极上的酶分解，所以能提取电子，且此外，产生了 H+离子。另一方面，在正电极上，通过质子导体输送的H+离子、在负电极上提取的并通过外电路输送的电子、以及空气中的氧气相互反应，从而生成水。此夕卜，当将负载连接在负电极集电器与正电极集电器之间时，电流在其间流动，并可获得比过去更高的输出。
如上所述，为增大生物燃料电池的输出，已进行了各种研究；然而，目前，其输出仍旧太低而无法用于实际的电子设备等。因此，必须通过串联连接多个生物燃料电池来增大输出。然而，当串联连接生物燃料电池来增大输出时，由于必须向多个生物燃料电池提供燃料，所以燃料供应系统变得很复杂，并因此不利地增加了发电所需的时间。因此，本公开的发明人开发了一种关于能够通过串联连接至少两个电极来实现输出的增大并能向多个电极同时提供燃料的供电装置的技术(参见日本待审查专利申请公开第2009-140646号)。根据日本待审查专利申请公开第2009-140646号所公开的技术，在向负电极同时提供燃料之后，例如，将空气层用作离子隔离部，以在负电极之间进行离子隔离。
发明内容
为增大输出，当如上所述串联连接燃料电池并向负电极同时提供燃料时，负电极必须彼此离子隔离来发电。在本发明人之前开发的供电装置中，尽管作为一个实例提出了使用空气层作为离子隔离部的方法，但在进行燃料供应之后，例如，必须实施将发电部分翻转过来的步骤以形成空气层。即，在燃料供应之后，不实施任何操作而进行发电是很困难的。此外，根据所使用的电子设备的类型，可能在某些情况下很难形成空气层。因此，期望提供一种供电装置，其能够通过串联连接至少两个电极来实现输出的增加，能够向多个电极同时提供燃料，以及在燃料供应之后不实施任何操作即能进行发电。根据本公开的一种实施方式，提供了一种供电装置，其中，将酶作为催化剂固定在负电极和/或正电极上，该供电装置包括起电部，其中，负电极和正电极中的至少两个串联连接；以及燃料供应部，其与负电极连通，并向负电极同时提供燃料，且在该供电装置中，燃料供应部包括燃料供应调节部，其调节对负电极的燃料供应。在根据本公开实施方式的供电装置中，由于配置了燃料供应调节部，所以在向电极同时提供燃料之后，在燃料供应后的状态下，不实施任何特殊操作即可进行发电。若根据本公开实施方式的供电装置的燃料供应调节部可调节对负电极的燃料供应，则不具体限定燃料供应调节部的结构。例如，当燃料扩散部由与相应负电极接触的第一燃料扩散部和与相应第一燃料扩散部接触且具有比第一燃料扩散部的燃料扩散速率低的燃料扩散速率的第二燃料扩散部构成时，可调节对负电极的燃料供应。若根据本公开实施方式的供电装置的第一燃料扩散部能够将燃料扩散并供应至相应负电极，则不具体限定第一燃料扩散部的结构。例如，第一燃料扩散部可使用诸如纸、布料、流路(flow path)、聚合物或亲水涂层材料的材料形成。此外，当根据本公开实施方式的供电装置的第二燃料扩散部由具有比第一燃料扩散部的燃料扩散速率低的燃料扩散速率的材料形成时，不具体限定第二燃料扩散部的材料。例如，第二燃料扩散部可使用诸如纸、布料、流路、聚合物、亲水涂层材料或疏水涂层材料的材料形成。当使根据本公开实施方式的供电装置的第一燃料扩散部和/或第二燃料扩散部的形态彼此不同时，也使得从燃料注入部至负电极的燃料扩散时间彼此不同，且因此发电时序(timing)可在起电部之间变换。作为用于变换起电部之间的发电时序的方法，例如，可提及一种使第一燃料扩散 部和/或第二燃料扩散部的形状彼此不同因而从燃料注入部至负电极的距离彼此不同的方法，以及一种使第一燃料扩散部和/或第二燃料扩散部的斥水性彼此不同的方法。此外，负电极和正电极可并联连接至根据本公开实施方式的供电装置的至少一个第一燃料扩散部。在该情况下，当使得从燃料注入部至负电极的距离彼此不同时，也使得从燃料注入部至负电极的燃料扩散时间彼此不同，且因此发电时序可在起电部之间变换。根据本公开实施方式的供电装置还可包括离子隔离部，其在负电极之间进行离子隔离。固定在负电极上的酶可至少包含氧化酶。此外，固定在负电极上的酶可至少包含氧化辅酶。当固定在负电极上的酶至少包括氧化型辅酶时，还可包括辅酶氧化酶。此外，除上述酶之外，也可将电子转移媒介物固定在负电极和/或正电极上。根据本公开的一种实施方式，提供了一种使用燃料电池的电子设备，在燃料电池中，将氧化还原酶作为催化剂固定在负电极和/或正电极上，该电子设备包括燃料电池部，其中，至少两个燃料电池串联连接；以及燃料供应部，其与燃料电池的负电极连通，并向负电极同时提供燃料，且燃料供应部包括燃料供应调节部，其调节对负电极的燃料供应。在根据本公开实施方式的供电装置中，由于至少两个电极串联连接，所以可获得高输出电流和电压，且此外，由于可向负电极同时提供燃料，所以可很容易地供应燃料，并可在短时间内进行稳定发电。
图I是示出根据本公开第一实施方式的供电装置I的示意性截面图；图2包括各自示出根据本公开第一实施方式的供电装置I中的燃料供应状态的一个实例的示意性截面图，图2的部分(I)示出了在燃料注入后瞬间的供电装置1，图2的部分(II)示出了在向第一燃料扩散部311a和311b提供燃料的状态下的供电装置1，以及图2的部分(III)示出了完成对第一燃料扩散部311a和311b的燃料供应后的供电装置I ;图3是示出根据本公开第二实施方式的供电装置I的示意性截面图4是示出根据本公开第三实施方式的供电装置I的示意性顶视图；图5是示出根据本公开第四实施方式的供电装置I的示意性顶视图；图6是示出根据本公开第五实施方式的供电装置I的示意性顶视图；图7是示出通过使用根据本公开第五实施方式的供电装置I所进行的发电状态的代替绘图而使用的曲线图；图8是示出根据本公开第六实施方式的供电装置I的示意性顶视图；图9是示出当燃料扩散部的毛细管半径为200 μ m,燃料的表面张力为72mN/m，以及其粘度为2mPa · s时的渗透速率的代替绘图而使用的曲线图；图10是示出根据本公开第七实施方式的供电装置I的示意性顶视图；以及
图11包括各自示出在不包括燃料供应调节部31a和31b的供电装置中的燃料供应状态的一个实例的示意性截面图，图11的部分(I)示出了在燃料注入后瞬间的供电装置，图11的部分(II)示出了在向第一燃料扩散部311a’和311b’提供燃料的状态下的供电装置，以及图11的部分(III)示出了完成对第一燃料扩散部311a’和311b’的燃料供应后的供电装置。
具体实施例方式下文中，将参照附图描述本公开的优选实施方式。然而，以下所描述的本公开的实施方式是以实例的方式示出的，且需要理解的是，本公开的范围不会因此而变窄。将按照以下顺序进行描述。I.供电装置I(I)起电部 2a、2b(2)燃料供应部3(3)离子隔离部42.电子设备〈I.供电装置〉图I是示出根据本公开第一实施方式的供电装置的示意性截面图。根据本公开实施方式的供电装置I大致包括起电部2a和2b以及燃料供应部3。具体地，在本公开中，燃料供应部3包括燃料供应调节部31a和31b。此外，根据本公开实施方式的供电装置还可包括离子隔离部4。下文中，将描述各部分的结构、功能、效果等。(I)起电部 2a 和 2b起电部2a具有负电极21a面向正电极22a且其间配置有质子导体23a的结构，以及起电部2b具有负电极21b面向正电极22b且其间配置有质子导体23b的结构。在根据该实施方式的供电装置I中，尽管负电极集电器211a配置在负电极21a与质子导体23a之间，以及负电极集电器211b配置在负电极21b与质子导体23b之间，但并不具体限定负电极集电器211a和211b的位置。若其各自均具有允许燃料通过的结构，则负电极集电器211a和211b可分别配置在负电极21a与燃料供应部3之间和负电极21b与燃料供应部3之间。顺便提及，燃料供应部3将稍后描述。此外，在根据该实施方式的供电装置I中，尽管正电极集电器221a配置在正电极22a与质子导体23a之间，以及正电极集电器221b配置在正电极22b与质子导体23b之间，但并不具体限制正电极集电器221a和221b的位置。若其各自均具有例如允许含有氧气的空气通过的结构，则正电极集电器221a和221b可分别配置在正电极22a和22b的下侧，如图I所示。在根据该实施方式的供电装置I中，尽管两个电极(负电极2Ia和21b以及正电极22a和22b)串联连接，但若至少两个电极(负电极2Ia和21b以及正电极22a和22b)串联连接，则不具体限制电极数量。根据所需电力，可自由设计和/或修改电极(负电极21a和21b以及正电极22a和22b)数量。只要实施串联连接，则不具体限定电极(负电极21a和21b以及正电极22a和22b)的连接方法。例如，如图I所示，当一个电极的负电极集电器211a连接至另一电极的正电极集电器221b时，至少两个电极(负电极21a和21b以及正电极22a和22b)可串联连接。在起电部2a和2b中，通过燃料在负电极21a和21b上的氧化反应来发射电子，电子分别通过负电极集电器211a和211b以及正电极集电器221a和221b移动至正电极22a 和22b，并利用电子和从外部提供的氧气在正电极22a和22b上发生还原反应，从而通过这一系列的反应产生电能。作为用于负电极21a和21b的材料，只要能电连接至外部，则可使用任何常用材料且不具体限制，例如，可以提及金属，诸如Pt、Ag、Au、Ru、Rh、Os、Nb、Mo、In、Ir、Zn、Mn、Fe、Co、Ti、V、Cr、Pd、Re、Ta、W、Zr、Ge和Hf ;合金,诸如招镍合金、黄铜、硬招、青铜、铜镍猛合金、钼铑、海派钴、坡莫合金、坡明德合金、镍银和磷青铜；导电聚合物，诸如聚乙炔；碳材料，诸如石墨和炭黑；硼化物，诸如HfB2、NbB, CrB2和B4C ;氮化物，诸如TiN和ZrN ;硅化物，诸如VSi2, NbSi2, MoSi2和TaSi2 ;以及上述这些的混合物。必要时可将酶固定在负电极21a和21b上。例如，当将包括糖类的燃料用作燃料时，可固定通过氧化分解糖类的氧化酶。作为氧化酶的实例，可提及葡萄糖脱氢酶、葡萄糖酸5-脱氢酶、葡萄糖酸2-脱氢酶、乙醇脱氢酶、醛还原酶、醛脱氢酶、乳酸脱氢酶、羟基丙酮酸还原酶、甘油脱氢酶、甲酸脱氢酶、果酸脱氢酶、半乳糖脱氢酶等。此外，除上述氧化酶之外，也可将氧化型辅酶和辅酶氧化酶固定在负电极21a和21b上。作为氧化型辅酶，例如可提及烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(下文中，称其为“NAD+”)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(下文中，称其为“NADP+”)、黄素腺嘌呤二核苷酸(下文中，称其为“FAD+”)和吡咯喹啉醌(下文中，称其为“PQQ2+”)。作为辅酶氧化酶，例如可提及心肌黄酶。随着燃料的氧化分解，在负电极21a和21b上，上述氧化型辅酶被还原成NADH、NADPH、FADH和PQQH2，这些是各自还原的类型，且相反地，通过辅酶氧化酶，还原的辅酶变回氧化型辅酶，从而重复进行氧化还原反应。在该反应中，当还原的辅酶变回氧化型辅酶时,产生两个电子。 此外，除上述氧化酶和氧化型辅酶之外，也可将电子转移媒介物固定在负电极2Ia和21b上。其原因在于顺利地将这样产生的电子转移至电极。作为电子转移媒介物，例如可提及2-氨基-3-羧基-1，4-萘醌(ACNQ)、维生素K3、2_氨基-1，4-萘醌(ANQ)、2_氨基-3-甲基-1，4-萘醌(AMNQ)、2，3- 二氨基-1，4-萘醌、蒽醌-I-磺酸、蒽醌_2_磺酸、锇(OS )、钌(Ru )、铁(Fe )、钴(Co )等的金属配合物、紫精化合物(诸如苄紫)、具有醌骨架的化合物、具有烟酰胺结构的化合物、具有核黄素结构的化合物和具有核苷酸磷酸结构的化合物。
作为用于正电极22a和22b的材料，只要能电连接至外部，则也可使用任何常用材料且不具体限制，例如，可提及金属，诸如Pt、Ag、Au、Ru、Rh、Os、Nb、Mo、In、Ir、Zn、Mn、Fe、Co、Ti、V、Cr、Pd、Re、Ta、W、Zr、Ge和Hf ;合金,诸如招镍合金、黄铜、硬招、青铜、铜镍猛合金、钼铑、海派钴、坡莫合金、坡明德合金、镍银和磷青铜；导电聚合物，诸如聚乙炔；碳材料，诸如石墨和炭黑；硼化物，诸如HfB2、NbB, CrB2和B4C ;氮化物，诸如TiN和ZrN ;硅化物，诸如VSi2, NbSi2, MoSi2和TaSi2 ;以及上述这些的混合物。必要时也可将酶固定在正电极22a和22b上。作为可固定在正电极22a和22b上的酶，必要时可自由选择用氧气作为反应基质的具有氧化酶活性的氧化酶，且不具体限定其类型。可以使用例如漆酶、胆红素氧化酶和抗坏血酸氧化酶。除上述酶之外，也可将电子转移媒介物固定在正电极22a和22b上。其原因在于顺利接收在负电极21a和21b上产生的并通过负电极集电器211a和211b以及正电极集电 器221a和221b转移的电子。可固定在正电极22a和22b上的电子转移媒介物的类型不具体限定，且必要时可自由选择。例如，可使用ABTS(2，2'-连氮基-双-(3-乙基苯并二氢噻唑啉-6-磺酸))和K3 [Fe (CN) 6]。在正电极22a和22b上，利用从负电极21a和21b通过负电极集电器211a和211b以及正电极集电器221a和221b转移的电子与从外部提供的氧气来进行还原反应。不具体限定用于质子导体23a和23b的材料,可使用任何常用材料,例如,可使用包括缓冲物质的电解质。作为缓冲物质，例如，可提及例如由磷酸二氢钠(NaH2PO4)或磷酸二氢钾(KH2PO4)产生的磷酸二氢根离子(H2P04_)、2-氨基-2-羟甲基-1，3-丙二醇(简称tris)、2-(N-吗啉)乙磺酸(MES)、二甲胂酸、碳酸(H2C03)、柠檬酸氢离子、N-(2-乙酰氨基)亚氨基二乙酸(ADA)、哌嗪-N，N’ - 二(2-乙烷磺酸)(PIPES)、N- (2-乙酰氨基)_2_氨基乙磺酸(ACES)、3-(N-吗啉)丙磺酸(MOPS)、N-2-羟乙基哌嗪-N’ -2-乙烷磺酸(HEPES)、N_2_羟乙基哌嗪-N’-3-丙磺酸(HEPPS)、N-[三(羟甲基)甲基]甘氨酸(简称tricine)、甘肽、N，N-双(2-羟乙基)甘氨酸(简称bicine)、咪唑、三氮唑、吡啶衍生物、二吡啶衍生物，以及各自包括咪唑环的化合物，诸如咪唑衍生物(组氨酸、I-甲基咪唑、2-甲基咪唑、4-甲基咪唑、2-乙基咪唑、咪唑-2-乙基羧酸、咪唑-2-甲醛、咪唑-4-羧酸、咪唑-4，5-二羧酸、咪唑-I-基乙酸、2-乙酰苯并咪唑、I-乙酰咪唑、N-乙酰咪唑、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-氮杂苯并咪唑、4-氮杂-2-巯基苯并咪唑、苯并咪唑、I-苄基咪唑和I-丁基咪唑)。作为用于负电极集电器211a和211b以及正电极集电器221a和221b的材料，只要能电连接至外部，也可使用任何常用材料且不具体限制，例如，可提及金属，诸如Pt、Ag、Au、Ru、Rh、Os、Nb、Mo、In、Ir、Zn、Mn、Fe、Co、Ti、V、Cr、Pd、Re、Ta、W、Zr、Ge 和 Hf ;合金，诸如铝镍合金、黄铜、硬铝、青铜、铜镍锰合金、钼铑、海派钴、坡莫合金、坡明德合金、镍银和磷青铜；导电聚合物，诸如聚乙炔；碳材料，诸如石墨和炭黑；硼化物，诸如HfB2、NbB, CrB2和B4C ;氮化物，诸如TiN和ZrN ;硅化物，诸如VSi2、NbSi2, MoSi2和TaSi2 ；以及上述这些的混合物。(2)燃料供应部3燃料供应部3是用于向负电极同时提供电源所需的燃料的部分。如图I的第一实施方式所示，由于形成根据本公开实施方式的供电装置I的燃料供应部，以分别与串联连接的起电部2a和2b的负电极21a和21b连通，所以可对负电极21a和21b同时进行燃料供应。此外，具体地，根据本公开，燃料供应部3包括燃料供应调节部31a和31b。在第一实施方式中，作为燃料供应调节部31a和31b，配置了第一燃料扩散部311a和311b，其分别与负电极21a和21b接触，并向其扩散燃料；以 及调节壁W，其阻挡燃料在燃料注入部f与第一燃料扩散部311a和311b之间流动。在该调节壁w与各自的第一燃料扩散部311a和311b之间，配置有燃料引入孔S，用于将燃料从燃料注入部f逐渐引入第一燃料扩散部311a和 311b。该燃料引入孔s的大小不具体限制，且可根据所使用的燃料类型、其粘度差异、第一燃料扩散部311a与311b的燃料扩散速率的差异、和/或目标燃料引入速率来自由设计。例如，通过在图I的上下方向上移动调节壁W，可将燃料引入孔s的大小设计为可调节的。在根据本公开实施方式的供电装置I中，由于配置了燃料供应调节部31a和31b，所以可对负电极21a和21b同时且等量地进行燃料供应。将参照图2和图11来描述根据本公开实施方式的供电装置I中的燃料供应状态的一个实例。图2包括各自示出根据本公开实施方式的供电装置I中的燃料供应状态的一个实例的示意性截面图。此外，图11包括各自示出在没有燃料供应调节部31a和31b的供电装置中的燃料供应状态的一个实例的示意性截面图。在图2和图11的每个图中，图中部分(I)示出了在燃料注入后瞬间的供电装置，以及图中部分(II)示出了将燃料引入第一燃料扩散部311a和311b或引入第一燃料扩散部311a’和311b’的供电装置，以及图中部分(III)示出了完成向第一燃料扩散部311a和311b或向第一燃料扩散部311a’和311b’的燃料引入的供电装置。如图11所示，当未配置燃料供应调节部31a和31b时，根据燃料注入速率和角度，易发生燃料仅被吸入一个第一燃料扩散部311b’且未向另一第一燃料扩散部311a’提供燃料的情况。尽管仅在一侧未发生燃料吸收，但在某些情况下，第一燃料扩散部311a’与311b’之间燃料吸收量的差异可能上升；因此，起电部2a’与2b’之间的电生成量差异可能上升。因此，在串联连接配置起电部2a’和2b’的供电装置中，可能发生不能良好地进行供电的问题。另一方面，如图2所示，在根据包括了燃料供应调节部31a和31b的本公开实施方式的供电装置I中，由于通过燃料供应调节部31a和31b逐渐引入第一燃料扩散部311a和311b，所以可向第一燃料扩散部311a和311b同时且等量地提供燃料，并从而供应至负电极21a和21b。即，不考虑诸如燃料注入速率和角度的注入技术，也可向负电极21a和21b同时且等量地提供燃料。因此，可实现简单且稳定的供电。若可将燃料逐渐引入负电极21a和21b，则燃料供应调节部31a和31b不限于根据第一实施方式的供电装置I的结构，且不具体限定。下文中，将参照图3来描述燃料供应调节部31a和31b的另一实例。图3是示出根据本公开第二实施方式的供电装置I的示意性截面图。在根据本公开第二实施方式的供电装置I中，作为燃料供应调节部31a和31b，配置了与各自的负电极21a和21b接触并向其扩散燃料的第一燃料扩散部311a和311b，以及与各自的第一燃料扩散部311a和311b连通的第二燃料扩散部312a和312b。
这些第二燃料扩散部312a和312b各自被调节为使得相比第一燃料扩散部燃料扩散速率低。由于第二燃料扩散部312a和312b的燃料扩散速率各自被调节为相比第一燃料扩散部的燃料扩散速率低，所以可将燃料逐渐引入第一燃料扩散部311a和311b。因此，可向第一燃料扩散部311a和311b同时且等量地提供燃料，并从而供应至负电极21a和21b。若第一燃料扩散部311a和311b各自均能向各自的负电极扩散并提供燃料，则不具体限定其结构。例如，第一燃料扩散部311a和311b可通过使用诸如纸、布料、流路、聚合物或亲水涂层材料的材料形成。更具体地，例如，可以使用布料，诸如棉、亚麻、羽毛、丝绸、天丝、铜氨纤维、人造纤维、富强纤维、醋酸纤维、三醋酸纤维、乙烯系单体与蛋白质共聚物纤维、尼龙、聚酯纤维、丙烯酸树脂和聚氨酯；进行过亲水性处理的碳纤维材料；亲水聚合物，诸如明胶、胶原蛋白凝胶、酪蛋白、琼脂、淀粉、聚(乙烯醇)、聚(丙烯酸)、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚(乙烯基吡咯烷酮)和葡聚糖；以及亲水涂层剂，诸如钛氧化物膜。 此外，不限定供电装置I的第一燃料扩散部311a和311b的位置。若可向负电极21a和21b提供燃料，则与第一燃料扩散部311a和311b分别配置在负电极21a和21b上侧的第一和第二实施方式不同，如图I和图3所不，例如，第一燃料扩散部311a和311b可分别配置在负电极21a与正电极22a之间以及负电极21b与正电极22b之间。若第二燃料扩散部312a和312b由具有比上述第一燃料扩散部311a和311b的燃料扩散速率低的燃料扩散速率的材料形成，则不具体限定材料。第二燃料扩散部312a和312b可通过使用诸如纸、布料、流路、聚合物、亲水涂层材料或疏水涂层材料的材料形成。更具体地，例如，可使用布料，诸如棉、亚麻、羽毛、丝绸、天丝、铜氨纤维、人造纤维、富强纤维、醋酸纤维、三醋酸纤维、乙烯系单体与蛋白质共聚物纤维、尼龙、聚酯纤维、丙烯酸树脂和聚氨酯；进行过亲水性处理的碳纤维材料；亲水聚合物，诸如明胶、胶原蛋白凝胶、酪蛋白、琼月旨、淀粉、聚(乙烯醇)、聚(丙烯酸)、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚(乙烯基吡咯烷酮)和葡聚糖；以及亲水涂层剂，诸如钛氧化物膜。此外，尽管第一燃料扩散部311a和311b以及第二燃料扩散部312a和312b可由具有不同扩散速率的材料形成，但当扩散速率可通过处理相同材料来改变时，第一和第二燃料扩散部也可由相同材料形成。例如，第一燃料扩散部311a和311b使用具有吸水性的铜氨纤维形成，且当其局部被压下以部分降低燃料扩散速率时，第二燃料扩散部312a和312b可由其形成。可替代地，例如，当第一燃料扩散部311a和311b各自由流路形成，且第二燃料扩散部312a和312b各自由比上述流路更小的流路形成时，可调节扩散速率。在根据上述本公开第二实施方式的供电装置I中，在燃料供应之后，由于燃料被保持在第一燃料扩散部311a和311b中，所以在发电期间，不会有燃料回流或漏出。此外，即使在根据不包括第二燃料扩散部312a和312b的第一实施方式的供电装置I中，当使用高粘性燃料时，由于其能被保持在第一燃料扩散部311a和311b中，所以在发电期间，能防止燃料回流或漏出。分别在图I和图3所示的第一和第二实施方式中，尽管形成结构，使得燃料被直接注入燃料注入部f，但燃料注入方法不限于此。例如，尽管图中未示出，但该结构也可以这样一种方式形成燃料存储部形成在供电装置I中，且燃料存储于其内，并随后在必要时被注入燃料注入部f。可替代地，该结构也可以这样一种方式形成必要时将存储燃料的可拆卸的燃料盒配置在供电装置I中，并向燃料注入部f提供燃料。(3)离子隔离部4尽管在根据本公开实施方式的供电装置I中并不是不可缺少的，但可配置离子隔离部4，以在将燃料供应至负电极21a和21b之后在负电极21a与21b之间进行离子隔离。如上所述，由于负电极21a与负电极21b通过配置于其间的燃料供应部3连通，所以当提供燃料时，由于其电解特性，离子通过燃料在负电极21a与21b之间移动，因而可能无法进行发电。因此，作为根据本公开实施方式的供电装置1，在提供燃料之后，必须提供在负电极21a与负电极21b之间进行离子隔离的措施。在将燃料供应至负电极21a和21b之后，当负电极21a和负电极21b可彼此离子隔离时，离子隔离部4的结构不具体限定，且可自由设计。例如，作为图I所示的第一实施方式，由于在燃料供应之后，燃料注入部f中无燃料存在，所以这种状态下的该燃料注入部 f可用作离子隔离部4。此外，作为图3所示的第二实施方式，除燃料注入部f之外，例如，当将离子隔离体41配置在第二燃料扩散部312a与312b之间时，负电极21a和负电极21b可彼此可靠地离子隔离。如上所述，由于在根据本公开的供电装置I中，在燃料供应之后不进行任何操作即可使负电极21a和21b离子隔离，所以在其后状态中，可立即进行发电。根据上述第一实施方式和第二实施方式，尽管两个起电部2a和2b串联连接，但不具体限定其数量。根据所需电力，可自由设计和/或改变起电部2a和2b的数量。例如，作为根据图4所示的第三实施方式的供电装置1，该结构可被设计为串联连接四个起电部。图4是示出根据本公开第三实施方式的供电装置I的顶视图，且在向着图平面的方向上第一燃料扩散部311a、311b、311c和311d的后面，尽管图中未示出，但配置了四个起电部。此外，例如，作为根据图5所示的第四实施方式的供电装置1，该结构也可被设计为使得八个串联连接的起电部配置在圆形基底上。图5是示出根据本公开第四实施方式的供电装置I的顶视图，且在向着图平面的方向上第一燃料扩散部311a、311b、311c、311d、311e、311f、311g和311h的后面，尽管图中未示出，但配置了八个起电部。此外，第二燃料扩散部 312a、312b、312c、312d、312e、312f、312g 和 312h 各自利用流路来形成。根据本公开实施方式的供电装置I包括多个起电部2a和2b。通过使用该特征结构，例如，其可被设计为在起电部2a与2b之间变换发电时序。作为用于调节发电时序的方法，例如，当使得根据本公开实施方式的供电装置I的第一燃料扩散部311a、311b、311c、311d、311e、311f、311g、311h 和 / 或第二燃料扩散部 312a、312b、312c、312d、312e、312f、312g和312h的形态彼此不同时，也使得从燃料注入部f至负电极21a和21b的燃料扩散时间彼此不同，并因此可调节起电部2a与2b之间的发电时序。下文中，将参照具体实例来描述用于调节发电时序的方法。图6是示出根据本公开第五实施方式的供电装置I的示意性顶视图。在根据第五实施方式的供电装置I中，使第一燃料扩散部31 la、31 lb、31 Ic和31 Id的形状彼此不同，从而使从燃料注入部f至负电极21a、21b、21c和21d的距离也彼此不同。当如上所述使从燃料注入部f至负电极21a、21b、21c和21d的距离彼此不同时，也使得从燃料注入部f至负电极2la、2Ib、21c和21d的燃料扩散时间彼此不同，且因此，如图7所示的代替绘图而使用的曲线图，在起电部之间可变换发电时序(图中仅示出负电极21a、21b、21c和21d)。尽管在第五实施方式中，使第一燃料扩散部311a、311b、311c和311d的形状彼此不同，但除上述结构之外，该结构也可以这样一种方式来自由设计使第二燃料扩散部312a、312b、312c和312d的形状彼此不同，从而使得从燃料注入部f至负电极21a、21b、21c和21d的距离彼此不同。作为用于调节起电部之间的发电时序的方法，除了在通过形成彼此不同的第一燃料扩散部和/或第二燃料扩散部的形状来使得从燃料供应部至负电极的距离彼此不同的第五个实施方式中所述的方法之外，例如，也可如以下图8所示的第六实施方式中所述来设计方法。图8是示出根据本公开第六实施方式的供电装置I的示意性顶视图。在第六实施 方式中，作为一个实例，使第一燃料扩散部31 la、31 Ib、311c和311d的斥水性彼此不同。由于使第一燃料扩散部311a、311b、311c和311d的斥水性彼此不同，所以燃料F与第一燃料扩散部31 la、31 Ib、31 Ic和31 Id的接触角彼此改变。当接触角改变时，燃料F的扩散速率也改变，例如，如基于以下方程(I)(卢卡斯-沃什伯恩(Lucas-Washburn)方程)的图9所示的代替绘图而使用的曲线图。图9是示出当燃料扩散部的毛细管半径为200 μ m、燃料的表面张力为72mN/m、以及其粘度为2mPa · s时，在接触角为0°、40°、60°、80°和89°时的渗透速率的代替绘图而使用的曲线图。当第一燃料扩散部311a、311b、311c和311d之间的渗透速率改变时，可变换起电部(图中仅示出负电极21a、21b、21c和21d)之间的发电时序。[方程I]1=
i 2ηI :渗透深度，r :燃料扩散部的毛细管半径，Y :燃料的表面张力，Θ :接触角，η 燃料粘度，t :时间如该第六实施方式那样，当自由调节第一燃料扩散部311a、311b、311c和311d的斥水性时，可自由调节起电部(图中仅示出负电极21a、21b、21c和21d)之间的发电时序。尽管在第六实施方式中，使第一燃料扩散部311a、311b、311c和311d的斥水性彼此不同，但该方法不限于此，并且当使得第二燃料扩散部312a、312b、312c和312d的斥水性彼此不同时，也可自由调节起电部(图中仅示出负电极21a、21b、21c和21d)之间的发电时序。在调节发电时序的上述方法中，尽管燃料扩散部由相同材料形成，并使得燃料扩散部之间的形态(形状、斥水性等)不同，但该方法不限于此。例如，尽管图中未示出，但当使得形成燃料扩散部的材料彼此间不同时，即，例如当第一燃料扩散部311a由铜氨纤维形成，以及第一燃料扩散部分311b由流路形成时，可调节从燃料注入部f至负电极21a、21b、21c和21d的燃料扩散时间。如上所述，尽管根据本公开实施方式的供电装置I可被设计为变换串联连接的起电部之间的发电时序，但例如，作为图10所示的第七实施方式，可以这样一种方式来设计该结构至少两个起电部(图中仅示出负电极21a、21b、21c和21d)并联连接至第一燃料扩散部311a、311b、311c和311d，以变换起电部之间的发电时序。更具体地，如图10所示的第七实施方式那样，当至少两个起电部(图中仅示出负电极21a、21b、21c和21d)并联连接至燃料扩散部311a、311b、311c和311d时，使得从燃料注入部f至负电极2Ia1'2Ia2和2Ia3的距离彼此不同，并且从燃料注入部f至负电极211^、21b2和21b3，至负电极21ci、21c2和21c3，以及至负电极和21d3的距离与上述相同情况。由于如上所述使得从燃料注入部f至负电极21ai、21a2和21a3的距离彼此不同，所以也使得从燃料注入部f至负电极21ai、21a2和21a3的燃料扩散时间彼此不同，并且从燃料注入部f至负电极21bi、21b2和21b3，至负电极21ci、21c2和21c3，以及至负电极21屯、21(12和21(13的燃料扩散时间也与上述相同情况。因此，作为结果，可变换起电部(图中仅示出负电极21&1至218^211^至21b3、21Cl至21c3、以及21屯至21d3)之间的发电时序。此外，在第七实施方式中，尽管为第一燃料扩散部311a、311b、311c和311d中的每一个均配置了三个起电部(图中仅示出负电极21&1至Zla3Jlb1至21b3、21Cl至21c3、以及 21(11至21(13)，但该结构不限于此。例如，根据用途，也可仅针对燃料扩散部中的至少一个来配置多个起电部。此外，根据本公开实施方式的供电装置I也可以这样一种方式来设计变换串联连接的起电部之间的发电时序，且进一步变换并联连接的起电部之间的发电时序。如从第五实施方式至第七实施方式所述，当调节起电部之间的发电时序时，可给要使用的电子设备带来以下效果。例如，当上述供电装置被用于产生音乐的乐器时，可带来随时间增大音量、将单音变为和弦、和/或使用具有时差的电子音乐盒的效果。此外，例如，当上述供电装置被用于发光的设备时，无需使用特定电路等即可使诸如LED的光源发出具有时差的光。此外，例如，当上述供电装置被用于由电力驱动的设备时，无需使用特定电线等即可自由改变驱动部分。不具体限定在根据上述本公开实施方式的供电装置I中提供的燃料类型，并可提供用于燃料电池的任何常用燃料。例如，可使用蛋白质、脂肪酸、糖类或其它化合物。在上述这些物质中，具体地，鉴于其来自食物、食物残留物、发酵产品或生物量的简单可用性、价格、多功能性、安全性、易处理等，糖类更加优选。此外，也可使用人类可饮用或食用的且可与人接触的燃料。例如，可使用饮料，诸如果汁、运动饮料、糖水和醇类，以及化妆品，诸如面部乳液。即，日常生活用的饮料、化妆品等可用作根据本公开实施方式的供电装置I的燃料。当使用人类可饮用或食用的且可与人接触的燃料时，除安全性之外，也获得了可在任何地方提供任何类型的燃料的优势。〈2.电子设备〉由于根据本公开实施方式的供电装置I可获得高输出电流和电压，并且也可向负电极同时且等量地提供燃料，此外，由于从燃料供应到发电无需任何特殊操作，所以可在短时间内进行稳定发电。因此，根据本公开实施方式的供电装置I可优选用于任何常用电子设备。
上述电子设备包括只要能使用至少根据本公开实施方式的供电装置来电操作的所有类型的设备，且不具体限定该设备的结构、功能等。例如，可提及电子设备，诸如蜂窝电话、移动设备、机器人、个人计算机、游戏机、车载设备、家用电器和工业产品；运动车辆，诸如汽车、两轮车辆、飞机、火箭和飞船；检验仪器；医疗器械，诸如用于心脏起搏器的电源和用于包括生物传感器的体内装置的电源；以及发电系统和热电联产系统，诸如用于分解厨房垃圾并产生电能的系统。本公开还可具有以下结构。(I) 一种供电装置，其中，将酶作为催化剂固定在负电极和/或正电极上，该供电装置包括起电部，其中，负电极和正电极中的至少两个串联连接；以及燃料供应部，其与负电极连通，并向负电极同时提供燃料，且在该供电装置中，燃料供应部包括燃料供应调节部，其调节对负电极的燃料供应。
(2)在上述(I)所述的供电装置中，燃料供应调节部包括第一燃料扩散部，其与负电极接触，以及第二燃料扩散部，其与第一燃料扩散部接触，且具有比第一燃料扩散部的燃料扩散速率低的燃料扩散速率。(3)在上述(2)所述的供电装置中，第一燃料扩散部各自包括纸、布料、流路、聚合物和亲水涂层材料中的至少一种。(4)在上述(2)或(3)所述的供电装置中，第二燃料扩散部各自包括纸、布料、流路、聚合物、亲水涂层材料和疏水涂层材料中的至少一种。(5)在上述(2)至(4)中的一项所述的供电装置中，使第一燃料扩散部和/或第二燃料扩散部的形态彼此不同，以便从燃料注入部至负电极的燃料扩散时间彼此不同。(6)在上述(5)所述的供电装置中，使第一燃料扩散部和/或第二燃料扩散部的形状彼此不同，以便从燃料注入部至负电极的距离彼此不同。(7)在上述(5)或(6)所述的供电装置中，使第一燃料扩散部和/或第二燃料扩散部的斥水性彼此不同。(8 )在上述(2 )至(7 )中任一项所述的供电装置中，负电极和正电极并联连接至第一燃料扩散部的至少一个，以便从燃料注入部至负电极的距离彼此不同。(9)在上述(I)至(8)中任一项所述的供电装置中，还包括离子隔离部，其在负电极之间进行离子隔离。(10)在上述(I)至(9)中任一项所述的供电装置中，固定在负电极上的酶至少包
括氧化酶。(11)在上述(I)至(10)中任一项所述的供电装置中，固定在负电极上的酶至少包括氧化型辅酶。(12)在上述(11)所述的供电装置中，固定在负电极上的酶至少包括辅酶氧化酶。(13)在上述(I)至(12)中任一项所述的供电装置中，将电子转移媒介物固定在负电极和/或正电极上。(14) 一种使用燃料电池的电子设备，在该燃料电池中，将氧化还原酶作为催化剂固定在负电极和/或正电极上，该电子设备包括燃料电池部分，其中，至少两个燃料电池串联连接；以及燃料供应部，其与燃料电池的负电极连通，并向负电极同时提供燃料，并且燃料供应部包括燃料供应调节部，其调节对负电极的燃料供应。
本公开包括涉及于2011年7月6日在日本专利局提交的日本在先专利申请第JP 2011-150040号和于2011年8月26日在日本专利局提交的日本在先专利申请第JP2011-184509号中所公开的主题，其整个内容通过引用结合于此。
本领域技术人员应当理解，在所附权利要求或其等价物的范围内，根据设计要求和其它因素可进行各种修改、组合、子组合和变更。
权利要求
1.一种供电装置，其中，酶被作为催化剂固定在负电极和/或正电极上，该装置包括 起电部，其中，所述负电极和所述正电极中的至少两个串联连接；以及 燃料供应部，其与所述负电极连通，并向所述负电极同时提供燃料， 其中，所述燃料供应部包括燃料供应调节部，其调节对所述负电极的燃料供应。
2.根据权利要求I所述的供电装置， 其中，所述燃料供应调节部包括第一燃料扩散部，其与所述负电极接触；以及第二燃料扩散部，其与所述第一燃料扩散部接触，且具有比所述第一燃料扩散部的燃料扩散速率低的燃料扩散速率。
3.根据权利要求2所述的供电装置， 其中，所述第一燃料扩散部各自包括纸、布料、流路、聚合物和亲水涂层材料中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的供电装置， 其中，所述第二燃料扩散部各自包括纸、布料、流路、聚合物、亲水涂层材料和疏水涂层材料中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的供电装置， 其中，所述第一燃料扩散部和/或所述第二燃料扩散部的形态彼此不同，以使从燃料注入部至所述负电极的燃料扩散时间彼此不同。
6.根据权利要求5所述的供电装置， 其中，所述第一燃料扩散部和/或所述第二燃料扩散部的形状彼此不同，以使从所述燃料注入部至所述负电极的距离彼此不同。
7.根据权利要求5所述的供电装置， 其中，所述第一燃料扩散部和/或所述第二燃料扩散部具有彼此不同的斥水性。
8.根据权利要求2所述的供电装置， 其中，所述负电极和所述正电极并联连接至所述第一燃料扩散部中的至少一个，以使从燃料注入部至所述负电极的距离彼此不同。
9.根据权利要求I所述的供电装置，还包括离子隔离部，其在所述负电极之间进行离子隔离。
10.根据权利要求I所述的供电装置， 其中，固定在所述负电极上的所述酶包括氧化酶。
11.根据权利要求I所述的供电装置， 其中，固定在所述负电极上的所述酶包括氧化型辅酶。
12.根据权利要求11所述的供电装置， 其中，固定在所述负电极上的所述酶包括辅酶氧化酶。
13.根据权利要求I所述的供电装置，还包括电子转移媒介物，其被固定在所述负电极和/或所述正电极上。
14.根据权利要求I所述的供电装置， 其中，所述燃料供应调节部包括第一燃料扩散部，其与所述负电极接触并向所述负电极扩散燃料；以及调节壁，其阻挡燃料在燃料注入部与所述第一燃料扩散部之间流动，其中，在所述调节壁与所述第一燃料扩散部之间配置有燃料引入孔。
15.一种使用燃料电池的电子设备，在所述燃料电池中，氧化还原酶被作为催化剂固定在负电极和/或正电极上，该电子设备包括 燃料电池部，其中，至少两个燃料电池串联连接；以及 燃料供应部，其与所述燃料电池的所述负电极连通，并向所述负电极同时提供燃料， 其中，所述燃料供应部包括燃料供应调节部，其调节对所述负电极的燃料供应。
全文摘要
本发明提供了一种供电装置和电子设备，在供电装置中，将酶作为催化剂固定在负电极和/或正电极上，该供电装置包括起电部，其中，负电极和正电极中的至少两个串联连接；以及燃料供应部，其与负电极连通，并向负电极同时提供燃料，且在该供电装置中，燃料供应部包括燃料供应调节部，其调节对负电极的燃料供应。
文档编号H01M8/04GK102867976SQ20121022714
公开日2013年1月9日 申请日期2012年6月29日 优先权日2011年7月6日
发明者三田洋树, 中川贵晶, 寒川恒俊, 杉山太喜, 酒井秀树 申请人:索尼公司