第 4 章 尿失禁センサシステムのおむつへの適用
4.2 フレキシブルワイヤタイプ尿発電デバイスの構成法 .1 フレキシブルワイヤタイプ尿発電デバイスの構成
フレキシブルワイヤタイプ尿発電デバイス（１）（２）の構造図を図 4－1 に示 す．フレキシブルワイヤタイプ尿発電デバイスは，アノード電極となるアル ミニウムシート，及び，カソード電極となる二酸化マンガンに炭素を混ぜて シート状にしたもの，薄いプラスチックシートで構成され，それぞれの電極 は，薄いプラスチックシートに貼り付けられている．フレキシブルワイヤタ イプ尿発電デバイスのサイズは287 mm × 9 mmであり，プラスチックシ ートの厚さは0.3 mmである．また，それぞれの電極のサイズは 282 mm × 4 mmであり，厚さは 0.075 mm，2つの電極間の距離は1 mm である．
図 4－1 フレキシブルワイヤタイプ尿発電デバイスの構造
フレキシブルワイヤ型尿発電デバイスのアノード電極，及び，カソード電 極での化学反応式はそれぞれ式（4－1），式（4－2）で示され，全体の化学 反応式は式（4－3）で示される．
𝐴𝑙 + 3𝑂𝐻
−→ 𝐴𝑙(𝑂𝐻)
3+ 3𝑒
− （4－1）3𝑀𝑛𝑂
2+ 3𝐻
2𝑂 + 3𝑒
−→ 3𝑀𝑛𝑂𝑂𝐻 + 3𝑂𝐻
− （4－2）𝐴𝑙 + 3𝑀𝑛𝑂
2+ 3𝐻
2𝑂 → 3𝑀𝑛𝑂𝑂𝐻 + 𝐴𝑙(𝑂𝐻)
3 （4－3）4.2.2 フレキシブルワイヤタイプ尿発電デバイスの発電特性評 価
試作したフレキシブルワイヤタイプ尿発電デバイスの写真を図 4－2 に，
発電特性測定方法を図 4－3 に示す．測定には，試作したフレキシブルワイ ヤタイプ尿発電デバイス，及び，人工尿（３ ），試験管，キャパシタ，デジタ ルマルチメータを用いた．発電電圧の測定は，電極の端子間にキャパシタと デジタルマルチメータを接続し，人工尿を入れた試験管にフレキシブルワイ ヤタイプ尿発電デバイスをまっすぐ入れることで行った．この時，人工尿は フレキシブルワイヤタイプ尿発電デバイスが 10 cm 浸かる量とした．また，
キャパシタの容量は5 mF とした．
4－2 試作したフレキシブルワイヤタイプ尿発電デバイスの写真
図4－3 フレキシブルワイヤタイプ尿発電デバイスの発電特性測定方法
測定したフレキシブルワイヤタイプ尿発電デバイスの発電特性を図 4－4 に示す．測定電圧は，約 60秒後に 0.9 V を示し，その後は 1 V付近へ漸近 していくことが分かった．
図4－4 フレキシブルワイヤタイプ尿発電デバイスの発電特性
フレキシブルワイヤタイプ尿発電デバイスの電極幅を変化させた場合の発 電電圧の変化を図 4－5に示す．このグラフは，電極間の距離を 1 mm に固 定し，アルミニウム電極，及び，二酸化マンガン電極の幅を2 mm ～ 4 mm まで1 mm刻みで変化させた時の，発電開始から 150秒後の電圧をプロット したものである．グラフより，電極幅が大きい方がより早く高い電圧を出力 することが分かる．
図 4－5 発電特性の電極幅依存性
フレキシブルワイヤタイプ尿発電デバイスの電極間距離を変化させた場合 の発電電圧の変化を図 4－6 に示す．このグラフは，アルミニウム電極，及 び，二酸化マンガン電極の幅を4 mm に固定し，電極間の距離を1 mm ～ 3 mmまで1 mm 刻みで変化させた時の，発電開始から150秒後の電圧をプロ ットしたものである．グラフより，電極間の距離を変化させても出力電圧に ほとんど差がないことが分かる．
図4－6 発電特性の電極間距離依存性