2017 Fiscal Year Annual Research Report
Improvement of capacity of biofuel cells by multiplying enzymatic reactions
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15K14715
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
美川 務 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 専任研究員 (20321820)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | バイオ燃料電池 / バイオ電池 / 酵素利用学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
バイオ燃料電池は糖などの燃料を酸化酵素で酸化する際に電子を引き抜くことで発電する。その効率は高く、近年、安全かつクリーンな電源として注目されている。本研究課題ではグルコースを燃料とするバイオ燃料電池に注目してきたが、これまでのバイオ燃料電池はグルコースを酸化して2電子を引き抜いた後、残ったグルコン酸を燃使用せずに捨てていた。本課題では、酵素反応を多段階化させることにより、グルコースから生じたグルコン酸からさらに電子を引き抜き、バイオ燃料電池の容量を倍増させることを目指した。
昨年度までにグルコン酸をさらに酸化できるAcinetobacter calcoaceticus由来のグルコース脱水素酵素の大量調製を終えた。そこで今年度はグルコースから2電子、その酸化物であるグルコン酸から2電子の合わせて4電子が得られるバイオ燃料電池セルの構築を行った。まず、従来のグルコース脱水素酵素に加えて、グルコン酸をさらに酸化できる上述の酵素をカーボンクロスに固定した電極を作製した。この電極を負極として電池セルを構築し、従来の電池セルとの性能比較を行った。一定電流負荷をかけ、その電池の駆動時間を測定したところ、約2倍の駆動時間が得られた。このことから、負極の酵素反応を多段階化することにより、負極では燃料であるグルコースからより多くの電子を引き抜くことが可能になり、その結果として電池容量を約2倍にすることが可能であることが明らかになった。
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