摘 要：本文对使用纳米碳和导电聚合物的复合膜作为阳极催化剂的生物燃料电池的输出特性进行了研究。已知L-抗坏血酸燃料电池具有独特的性能，其氧化速率主要取决于催化剂的比表面积。关于催化剂，本文测试了比表面积非常大的单壁碳纳米管（SWCNT）、Vulcan XC、石墨烯和富勒烯等纳米碳材料。此外，还测试了纳米碳与聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸(PEDOT*PSS)、聚苯胺和聚吡咯等导电聚合物的复合材料，以观察其催化活性的增强。SWCNT和PEDOT*PSS的复合材料具有10.3mWcm-2的输出功率，两者通过协同效应提高输出功率，且大于单个成分的效果。导电聚合物作为催化剂和集电器之间的介质，具有较高的电子和离子输运性能，因此在提高输出功率方面可以发挥重要作用。由于导电聚合物在氧化状态下形成电荷转移盐结构，因此还可以充当阳离子交换膜。
关键字：生物燃料电池、抗坏血酸、纳米碳、SWCNT、导电聚合物、复合膜、阳极催化剂、输出特性
1、 前言
石油和煤炭等化石燃料作为维持工业和生活的能源，一直被用于汽车和船等的内燃机以及火力发电。但化石燃料会排放二氧化碳，引起全球变暖等气候变化。因此，从保护环境的观点来看，需要寻找一种替代能源，其中，核能发电因成本低、环境负荷小而被积极开发。但是，由于意外的自然灾害导致核电站堆芯熔毁（meltdown，核反应堆因无法及时冷却而熔化造成的损毁），并造成了严重的环境破坏。由于化石燃料等储备资源有限，因此太阳能、风能、地热能等自然能源作为可持续再生的能源正在被积极开发。此外，生物质作为一种间接的太阳能而备受关注。
生物质是一种来源于生物的资源，包括植物通过光合作用积蓄的草木、谷物、果实以及生物体和排泄物等。大多数化石燃料也是生物质，但由于某些原因而被排除在外。纤维素、淀粉、糖质、酒精等碳水化合物和蛋白质、氨基酸等是生物在20亿年的进化过程中获得的产物。另一方面，利用太阳能人工合成生物质，即还原二氧化碳(reduction of carbon dioxide)以生成葡萄糖或酒精等1），或者分解水(water splitting)以生成氢气2）等先进技术的研究都处于起步阶段。
技术的智慧在于如何利用生物质能。使生物质燃烧从而利用其热能进行发电的方法虽然简单，但燃烧会产生二氧化碳，且大部分能量以热能的形式散失，因而效率低下，面临淘汰。与之相对，通过电化学方法或生物工艺将燃料氧化并直接提取电能的燃料电池是作为清洁能源转换装置的明智方法。
以生物质为燃料的电池统称为生物燃料电池（Biofuel cell），其中，根据催化剂的来源，分为微生物电池（Microbial cell）和酶电池（Enzymatic cell）等。也就是说，就像以氢为燃料的电池称为氢燃料电池一样，生物燃料电池不以微生物和酶为燃料，因此该名称是一个明确的定义3）。
在生物质中，草木和堆肥是最丰富的，但在现有技术中，只有微生物电池可以将其用作燃料。但是，利用草木和堆肥的反应缓慢，难以获得高功率3）。虽然使用非生物催化剂，并以纤维素和淀粉为燃料的研究4）也在进行中，但其实用化仍遥遥无期。此外，以酵素燃料电池为代表的葡萄糖和酒精5,6）燃料电池虽已商业化7），但其仍处于教材水平。但是，未来能源的多样化是必要的，而且基于各种原理的生物燃料电池开发需要持续进行。
下文将对不使用微生物和酶的生物燃料电池进行说明。该电池的基本结构如图1所示8），由燃料极（阳极）和氧气极（阴极）、以及将它们隔开的聚合物电解质和提取电能的外部电路构成。在阳极和阴极中使用具有高催化活性的贵金属或纳米碳（Nano carbon）等非生物催化剂。此外，离子选择渗透性聚合物电解质作为分隔阳极和阴极的隔膜也是不可或缺的。另一方面，微生物和酶燃料电池对生物燃料具有高选择性，因此有时不需要聚合物电解质和隔膜。
使用L-抗坏血酸（AsA）（别名：维生素C）作为生物燃料