2014 Fiscal Year Research-status Report
天然植物の再生利用による地球環境浄化に根差した太陽電池および燃料電池の創製
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26550102
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
小松 真治 東海大学, 理学部, 講師 (50423520)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 色素増感型太陽電池 / 酵素燃料電池 / 天然植物色素 / 天然キノコ由来酵素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
色素増感型太陽電池 (DSSC) では酸化物半導体として一般的に酸化チタン（TiO2）が用いられているが、酸化亜鉛（ZnO）を用いることにより、TiO2よりも大きな開放起電力およびバルク中での優れた電子拡散係数が期待される。酸化物半導体表面に固定する色素としてはRu系色素が一般的であるが、ルテニウム（Ru）がレアメタルであるため、高コストといった課題がある。そのため、本研究では、安価に作製する観点から、天然植物色素を用いた。特に、ブルーベリーやアメリカンチェリー等の果汁は紫系の色素を含み、可視光領域に吸収を持つため、TiO2と組合せることでDSSCを作製できることが知られている。本研究では、紫系天然植物のうち本来捨てるようなブドウ果皮やヨウシュヤマゴボウ果実などから色素を抽出し、この色素をDSSC用の色素として用いた。本研究では、DSSC作製法の最適化、ならびにブドウ果皮またはヨウシュヤマゴボウ果実からの抽出色素を用いたDSSCについて電流-電圧（I-V）特性測定に関して検討を行なった。
また、燃料電池は、今やその簡便性やクリーン性から様々な分野で応用ならびに研究され関心を集めている。しかしながら、燃料電池の電極に用いられる触媒としては白金等の貴金属が用いられることによって高価なため、あまり普及しているとは言えない。そこで、本研究では、常温作動型の燃料電池正極作製とその低コスト化を目指して、燃料電池正極用の触媒として酸素還元酵素であるラッカーゼをキノコから抽出し、研究に着手した。本講演では、安価で身近に入手できるシイタケおよび更には毒キノコであるヒトヨタケを用いて酵素燃料電池正極の作製を行い、酸素還元特性に関する検討を行なった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成２６年度については、本研究において使用する天然植物色素および天然酵素の同定を試みた。具体的には、様々な色合いの植物から抽出した天然植物色素すなわち様々な波長での吸収を示す天然植物色素、具体的にはヨウシュヤマゴボウ色素やブドウ色素などについて、紫外-可視吸収スペクトル等の基礎データを得た。それぞれの天然植物色素について、暫定的な色素増感型太陽電池の組み上げは出来たが、光起電力の発現には至らなかったため、長波長領域の光を吸収し暗中および光照射時における酸化還元電位がZnO上での色素増感反応にリーズナブルな色素を見い出すことは出来なかった。
また、天然酵素については、食用キノコおよび毒キノコなどの様々なキノコから抽出した天然のラッカーゼについて、酸素還元電位等の基礎データを得た。このようにして、電解液中の酸素還元効率の高い酵素を見い出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
各抽出色素を吸着させたZnO膜被覆ITO基板を用いてDSSCを構成し、I-V特性測定を行ったところ、短絡光電流がほとんど観測されず、光電池として機能しなかった。この結果から、現在、DSSCの抵抗成分特定のため、交流インピーダンス測定について検討を行なう。
また、作製した酵素燃料電池正極について起こる酵素電極反応について、Michaelis-Menten解析による検討を行なう。
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| Causes of Carryover |
今年度購入予定の機器が少し安く購入でき、残金を来年度の予算と併せて支出する予定があるため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
来年度の予算と併せて、研究遂行に必要な物品に購入に充当させる。
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