樹液発電デバイスの構成法 .1 樹液発電デバイスの発電原理

樹液発電デバイスの発電原理を図 5－1 に示す．樹液発電デバイスは，2 種類の電極として働く亜鉛，及び，ステンレスで構成され，電解液に木の樹 液が用いられる．土は普段マイナスに帯電しているため，カリウムイオンや カルシウムイオン，マグネシウムイオンなどの陽イオンを引き付けている．

植物が植えられている場合，これらの陽イオンは根側へと引き寄せられ，根 と土の界面でイオン交換が起こり，水素イオンが土側へ追い出される^{（ ６ ）}． 亜鉛電極を木の幹に挿し，ステンレス電極を木が植えられている付近の土に 挿さして，それらの電極間に負荷を接続すると，イオン化傾向の大きい亜鉛 電極では，樹液内に亜鉛イオンが溶け出すと同時に電子を放出し，ステンレ ス電極では，亜鉛電極から受け取った電子と土中の水素イオン が反応する．

その結果，ステンレス電極から亜鉛へ向けて電流が流れる．樹液発電デバイ 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（5－1），

式（5－2）で示される．

𝑍𝑛 → 𝑍𝑛

+ 2𝑒

2𝐻

+ 2𝑒

→ 2𝐻

樹液発電デバイスの起電力は，主に，2 つの電極間の標準電極電位の差に よって決められている．樹液の中に溶け出す亜鉛イオンの量は，もともと樹 液に含まれている植物の成長に必要な亜鉛イオンの量^{（７）－（９）}に比べて極め て少ないため，上記の化学反応による植物への影響はないと考えられる．

図5－1 樹液発電デバイスの発電原理

5.2.2 樹液発電デバイスの構成

樹液発電デバイス^（５）を図 5－2 に示す．樹液発電デバイスは，植物，土，

及び，針状にした亜鉛電極，棒状のステンレス電極で構成される．本研究で は，樹液発電デバイスの発電特性評価のためにパキラを用いた．亜鉛のサイ ズは，直径3 mm，長さ40 mmとし，ステンレスのサイズは，直径 3 mm，

長さ350 mmとした．亜鉛電極はパキラの幹に挿されており，ステンレス電

極はパキラが植えられている土に挿されている．

図 5－2 樹液発電デバイスの写真

5.2.3 樹液発電デバイスの発電特性評価

樹液発電デバイスに10 mFのキャパシタを接続した場合の発電特性を図5

－3に示す．測定には，11 Mの内部抵抗を持つデジタルマルチメータを用 いた．発電電圧は，約 1時間後に0.8 Vに達した．樹液発電デバイス自身は，

0.3 Mの内部抵抗を持ち，解放電圧は 1 Vであった．また，その時の樹液発

電デバイスの短絡電流は 3 Ａである．

図5－3 樹液発電デバイスの発電特性