(57)【要約】【課題】白金族元素を利用することなく、廉価に作ることができ、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性を発揮することができる電極を提供する。【解決手段】電極１０は、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイを微粉砕したパーマロイ微粉体に所定のバインダーを均一に混合・分散しつつ所定の気孔形成材を均一に混合・分散し、パーマロイ微粉体にバインダー及び気孔形成材を混合したパーマロイ微粉体混合物を所定面積の薄板状に成形した後、所定面積の薄板状に成形したパーマロイ微粉体混合成形物を脱脂・焼結することで、パーマロイ微粉体が溶融結合しつつ多数の微細な連続気孔が満遍なく形成されたマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極であり、パーマロイ微粉体が溶融結合したパーマロイ溶融物によって連続気泡が画成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極又は陰極として使用する電極において、
前記電極は、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイを微粉砕したパーマロイ微粉体に所定のバインダーを均一に混合・分散しつつ所定の気孔形成材を均一に混合・分散し、前記パーマロイ微粉体に前記バインダー及び前記気孔形成材を混合したパーマロイ微粉体混合物を所定面積の薄板状に成形した後、前記所定面積の薄板状に成形した前記パーマロイ微粉体混合成形物を脱脂・焼結することで、前記パーマロイ微粉体が溶融結合しつつ多数の微細な連続気孔が満遍なく形成されたマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極であり、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性を有し、前記連続気泡は、前記パーマロイ微粉体が溶融結合したパーマロイ溶融物によって画成されていることを特徴とする電極。
【請求項２】
前記電極では、前記パーマロイ微粉体の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、前記Ｆｅ−Ｎｉパーマロイにおける前記Ｆｅの含有率と該Ｆｅ−Ｎｉパーマロイにおける前記Ｎｉの含有率とが決定されている請求項１に記載の電極。
【請求項３】
前記薄板状発泡金属電極に形成された連続気泡が、該薄板状発泡金属電極の前面と後面との間で厚み方向へ不規則に曲折しながら延びているとともに、該薄板状発泡金属電極の外周縁と内周縁との間で径方向へ不規則に曲折しながら延びている請求項１又は請求項２に記載の電極。
【請求項４】
前記径方向へ隣接して前記厚み方向へ曲折して延びるそれら連続気泡が、前記径方向において部分的に繋がって一方の連続気泡と他方の連続気泡とが互いに連通し、前記厚み方向へ隣接して前記径方向へ曲折して延びるそれら連続気泡が、前記厚み方向において部分的に繋がって一方の連続気泡と他方の連続気泡とが互いに連通し、それら連続気泡の平均径が、前記厚み方向に向かって一様ではなく、該厚み方向に向かって不規則に変化しているとともに、前記径方向に向かって一様ではなく、該径方向に向かって不規則に変化している請求項３に記載の電極。
【請求項５】
前記薄板状発泡金属電極に形成された連続気孔の平均径が、１μｍ〜１００μｍの範囲にあるとともに、±０．１μｍ〜±５マイクロμｍの範囲で変化している請求項４に記載の電極。
【請求項６】
前記薄板状発泡金属電極の厚み寸法が、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲にある請求項１ないし請求項５いずれかに記載の電極。
【請求項７】
前記Ｆｅ−Ｎｉパーマロイにおける前記Ｆｅの含有率が、４５％〜５５％の範囲にあり、前記Ｆｅ−Ｎｉパーマロイにおける前記Ｎｉの含有率が、４５％〜５５％の範囲にある請求項１ないし請求項６いずれかに記載の電極。
【請求項８】
前記薄板状発泡金属電極に成形された連続気泡の気孔率が、４５％〜５５％の範囲にある請求項１ないし請求項７いずれかに記載の電極。
【請求項９】
前記薄板状発泡金属電極の密度が、６．０ｇ／ｃｍ２〜８．０ｇ／ｃｍ２の範囲にある請求項１ないし請求項８いずれかに記載の電極。
【請求項１０】
前記パーマロイ微粉体の粒径が、１μｍ〜１００μｍの範囲にある請求項１ないし請求項９いずれかに記載の電極。
【請求項１１】
陽極又は陰極として使用する電極を製造する電極製造方法において、
前記電極製造方法が、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイを微粉砕したパーマロイ微粉体の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、前記Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＦｅの含有率とＮｉの含有率とを決定する含有率決定工程と、前記含有率決定工程によって決定した含有率のＦｅ及びＮｉから形成されたＦｅ−Ｎｉパーマロイを微粉砕してパーマロイ微粉体を作るパーマロイ微粉体作成工程と、前記パーマロイ微粉体作成工程によって作成したパーマロイ微粉体に所定のバインダー及び所定の気孔形成材を加え、前記パーマロイ微粉体に前記バインダーと前記気孔形成材とを均一に混合・分散してパーマロイ微粉体混合物を作るパーマロイ微粉体混合物作成工程と、前記パーマロイ微粉体混合物作成工程によって作成したパーマロイ微粉体混合物を薄板状に成形してパーマロイ微粉体混合成形物を作るパーマロイ微粉体混合成形物作成工程と、前記パーマロイ微粉体混合成形物作成工程によって作成したパーマロイ微粉体混合成形物を脱脂するとともに該パーマロイ微粉体混合成形物を所定温度で焼結し、前記パーマロイ微粉体が溶融結合しつつ多数の微細な連続気孔が満遍なく形成されているとともに、前記パーマロイ微粉体が溶融結合したパーマロイ溶融物によって前記連続気泡が画成されたマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極を作る薄板状発泡金属電極作成工程とを有することを特徴とする電極製造方法。
【請求項１２】
前記重量比決定工程が、前記Ｆｅ−Ｎｉパーマロイにおける前記Ｆｅの含有率を４５％〜５５％の範囲で決定し、前記Ｆｅ−Ｎｉパーマロイにおける前記Ｎｉの含有率を４５％〜５５％の範囲で決定する請求項１１に記載の電極製造方法。
【請求項１３】
前記パーマロイ微粉体作成工程が、前記Ｆｅ−Ｎｉパーマロイを１μｍ〜１００μｍの粒径に微粉砕する請求項１１又は請求項１２に記載の電極製造方法。
【請求項１４】
前記パーマロイ微粉体混合成形物作成工程が、射出成形又は押出成形によって前記パーマロイ微粉体混合物を成形して０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの厚み寸法を有する所定面積かつ薄板状の前記パーマロイ微粉体混合成形物を作る請求項１１ないし請求項１３いずれかに記載の電極製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極または陰極として使用する電極に関するとともに、陽極又は陰極として使用する電極を製造する電極製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低沸点金属である亜鉛を含む多孔性金属錯体（ＰＣＰ／ＭＯＦ）を焼成した窒素ドープカーボンに白金を担持させた燃料電池電極が開示されている（特許文献１参照）。この燃料電池電極は、低沸点金属である亜鉛を含む多孔性金属錯体（ＰＣＰ／ＭＯＦ）を製造原料として用いるため、原料由来の金属をほとんど含まず、大きな比表面積を有するＮＤＣである触媒担持体を得ることができ、少量の白金担持により高活性な白金触媒を得ることができる。さらに、製造原料である多孔性金属錯体（ＰＣＰ／ＭＯＦ）由来の金属が含まれていないため、焼成条件を自由に設定できる。すなわち、原料として用いる多孔性金属錯体（ＰＣＰ／ＭＯＦ）の有機化合物リンカーの変更や焼成温度の調節により、得られるＮＤＣ中の含窒素量や結晶化度をコントロールすることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−２３９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
固体高分子形燃料電池の電極触媒として各種の白金担持カーボンが広く利用されている。しかし、白金族元素は、貴金属であり、その生産量に限りがある希少な資源であることから、その使用量を抑えることが求められている。さらに、今後の固体高分子形燃料電池の普及に向けて高価な白金以外の金属を利用した非白金触媒を有する廉価な電極の開発が求められている。
【０００５】
本発明の目的は、白金族元素を利用することなく、廉価に作ることができ、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができる電極及びその電極の電極製造方法を提供することにある。本発明の他の目的は、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、水素ガス発生装置において電気分解を効率よく行うことができ、多量の水素ガスを発生させることができる電極及びその電極の電極製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための本発明の第１の前提は、陽極又は陰極として使用する電極である。
【０００７】
前記第１の前提における本発明の電極の特徴として、電極は、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイを微粉砕したパーマロイ微粉体に所定のバインダーを均一に混合・分散しつつ所定の気孔形成材を均一に混合・分散し、パーマロイ微粉体にバインダー及び気孔形成材を混合したパーマロイ微粉体混合物を所定面積の薄板状に成形した後、所定面積の薄板状に成形したパーマロイ微粉体混合成形物を脱脂・焼結することで、パーマロイ微粉体が溶融結合しつつ多数の微細な連続気孔が満遍なく形成されたマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極であり、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を有し、連続気泡は、パーマロイ微粉体が溶融結合したパーマロイ溶融物によって画成されていることにある。
【０００８】
本発明の電極の一例として、電極では、パーマロイ微粉体の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＦｅの含有率とＦｅ−ＮｉパーマロイにおけるＮｉの含有率とが決定されている。
【０００９】
本発明の電極の他の一例としては、薄板状発泡金属電極に形成された連続気泡が、薄板状発泡金属電極の前面と後面との間で厚み方向へ不規則に曲折しながら延びているとともに、薄板状発泡金属電極の外周縁と内周縁との間で径方向へ不規則に曲折しながら延びている。
【００１０】
本発明の電極の他の一例としては、径方向へ隣接して厚み方向へ曲折して延びるそれら連続気泡が、径方向において部分的に繋がって一方の連続気泡と他方の連続気泡とが互いに連通し、厚み方向へ隣接して径方向へ曲折して延びるそれら連続気泡が、厚み方向において部分的に繋がって一方の連続気泡と他方の連続気泡とが互いに連通し、それら連続気泡の平均径が、厚み方向に向かって一様ではなく、厚み方向に向かって不規則に変化しているとともに、径方向に向かって一様ではなく、径方向に向かって不規則に変化している。
【００１１】
本発明の電極の他の一例としては、薄板状発泡金属電極に形成された連続気孔の平均径が、１μｍ〜１００μｍの範囲にあるとともに、±０．１μｍ〜±５マイクロμｍの範囲で変化している。
【００１２】
本発明の電極の他の一例としては、薄板状発泡金属電極の厚み寸法が、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲にある。
【００１３】
本発明の電極の他の一例としては、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＦｅの含有率が、４５％〜５５％の範囲にあり、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＮｉの含有率が、４５％〜５５％の範囲にある。
【００１４】
本発明の電極の他の一例としては、薄板状発泡金属電極に成形された連続気泡の気孔率が、４５％〜５５％の範囲にある。
【００１５】
本発明の電極の他の一例としては、薄板状発泡金属電極の密度が、６．０ｇ／ｃｍ２〜８．０ｇ／ｃｍ２の範囲にある。
【００１６】
本発明の電極の他の一例としては、パーマロイ微粉体の粒径が、１μｍ〜１００μｍの範囲にある。
【００１７】
前記課題を解決するための本発明の第２の前提は、陽極又は陰極として使用する電極を製造する電極製造方法である。
【００１８】
前記第２の前提における本発明の電極製造方法の特徴としては、電極製造方法が、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイを微粉砕したパーマロイ微粉体の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＦｅの含有率とＮｉの含有率とを決定する含有率決定工程と、含有率決定工程によって決定した含有率のＦｅ及びＮｉから形成されたＦｅ−Ｎｉパーマロイを微粉砕してパーマロイ微粉体を作るパーマロイ微粉体作成工程と、パーマロイ微粉体作成工程によって作成したパーマロイ微粉体に所定のバインダー及び所定の気孔形成材を加え、パーマロイ微粉体にバインダーと気孔形成材とを均一に混合・分散してパーマロイ微粉体混合物を作るパーマロイ微粉体混合物作成工程と、パーマロイ微粉体混合物作成工程によって作成したパーマロイ微粉体混合物を薄板状に成形してパーマロイ微粉体混合成形物を作るパーマロイ微粉体混合成形物作成工程と、パーマロイ微粉体混合成形物作成工程によって作成したパーマロイ微粉体混合成形物を脱脂するとともにパーマロイ微粉体混合成形物を所定温度で焼結し、パーマロイ微粉体が溶融結合しつつ多数の微細な連続気孔が満遍なく形成されているとともに、パーマロイ微粉体が溶融結合したパーマロイ溶融物によって連続気泡が画成されたマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極を作る薄板状発泡金属電極作成工程とを有することにある。
【００１９】
本発明の電極製造方法の一例としては、重量比決定工程が、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＦｅの含有率を４５％〜５５％の範囲で決定し、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＮｉの含有率を４５％〜５５％の範囲で決定する。
【００２０】
本発明の電極製造方法の他の一例としては、パーマロイ微粉体作成工程が、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイを１μｍ〜１００μｍの粒径に微粉砕する。
【００２１】
本発明の電極製造方法の他の一例としては、パーマロイ微粉体混合成形物作成工程が、射出成形又は押出成形によってパーマロイ微粉体混合物を成形して０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの厚み寸法を有する所定面積かつ薄板状のパーマロイ微粉体混合成形物を作る。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る電極によれば、それがＦｅ−Ｎｉパーマロイを微粉砕したパーマロイ微粉体に所定のバインダーを均一に混合・分散しつつ所定の気孔形成材を均一に混合・分散し、パーマロイ微粉体にバインダー及び気孔形成材を混合したパーマロイ微粉体混合物を所定面積の薄板状に成形した後、所定面積の薄板状に成形したパーマロイ微粉体混合成形物を脱脂・焼結することで、パーマロイ微粉体が溶融結合しつつ多数の微細な連続気孔が均一に形成されたマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極であり、電極が白金族元素を含む燃料極や空気極と略同様の触媒活性（触媒作用）を有するから、優れた触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置の電極として好適に使用することができる。電極は、高価な白金族元素を使用しない非白金であり、電極のコストを下げることができる。
【００２３】
パーマロイ微粉体の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイにおける前記Ｆｅの含有率とＦｅ−ＮｉパーマロイにおけるＮｉの含有率とが決定されている電極は、パーマロイ微粉体の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＦｅの含有率とＮｉの含有率とが決定されているから、電極が白金族元素を担持した電極と略同一の仕事関数を備え、電極が白金族元素を含む燃料極や空気極と略同様の触媒活性（触媒作用）を有するから、白金族元素を担持した電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置の電極として好適に使用することができる。電極は、それが白金族元素を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を発揮するから、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
【００２４】
薄板状発泡金属電極に形成された連続気泡が薄板状発泡金属電極の前面と後面との間で厚み方向へ不規則に曲折しながら延びているとともに、薄板状発泡金属電極の外周縁と内周縁との間で径方向へ不規則に曲折しながら延びている電極は、厚み方向や径方向へ不規則に曲折しながら延びる複数の連続気孔が電極に形成されているから、電極の比表面積が大きく、それら連続気孔を気体（酸素及び水素）や液体（水）が通流しつつ気体や液体を電極のそれら連続気孔における接触面に広範囲に接触させることができ、電極の触媒活性（触媒作用）を有効かつ最大限に利用することができる。電極は、それの比表面積が大きいとともに白金族元素を担持した電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するから、燃料電池や水素ガス発生装置の電極として好適に使用することができ、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
【００２５】
径方向へ隣接して厚み方向へ曲折して延びるそれら連続気泡が径方向において部分的に繋がって一方の連続気泡と他方の連続気泡とが互いに連通し、厚み方向へ隣接して径方向へ曲折して延びるそれら連続気泡が厚み方向において部分的に繋がって一方の連続気泡と他方の連続気泡とが互いに連通し、それら連続気泡の平均径が厚み方向に向かって一様ではなく、厚み方向に向かって不規則に変化しているとともに、径方向に向かって一様ではなく、径方向に向かって不規則に変化している電極は、一方の連続気泡と他方の連続気泡とが互いに連通し、それら連続気泡の平均径が厚み方向及び径方向に向かって不規則に変化しているから、電極の比表面積を大きくすることができ、それら連続気孔を気体（酸素及び水素）や液体（水）が通流しつつ気体や液体を電極のそれら連続気孔における接触面に広範囲に接触させることができるとともに、電極の触媒活性（触媒作用）を有効かつ最大限に利用することができる。電極は、それの比表面積が大きいとともに白金族元素を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を発揮するから、燃料電池や水素ガス発生装置の電極として好適に使用することができ、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
【００２６】
薄板状発泡金属電極に形成された連続気孔の平均径が１μｍ〜１００μｍの範囲にあるとともに、±０．１μｍ〜±５マイクロμｍの範囲で変化している電極は、連続気孔の平均径が前記範囲にあり、連続気孔の平均径が前記範囲で変化しているから、電極の単位体積当たりに多数の連続気孔が形成され、電極の比表面積が大きく、それら連続気孔を気体（酸素及び水素）や液体（水）が通流しつつ気体や液体を電極のそれら連続気孔における接触面に広範囲に接触させることができ、電極の触媒活性（触媒作用）を有効かつ最大限に利用することができる。電極は、それの比表面積が大きいとともに白金族元素を担持した電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するから、燃料電池や水素ガス発生装置の電極として好適に使用することができ、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
【００２７】
薄板状発泡金属電極の厚み寸法が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲にある電極は、その厚み寸法を前記範囲にすることで、電極の電気抵抗を小さくすることができ、電極に電流をスムースに流すことができる。電極は、それが白金族元素を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を有するとともに、それに電流がスムースに流れるから、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、水素ガス発生装置において電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
【００２８】
Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＦｅの含有率が４５％〜５５％の範囲にあり、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＮｉの含有率が４５％〜５５％の範囲にある電極は、パーマロイ微粉体の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＦｅの含有率とＮｉの含有率とが前記範囲で決定されているから、電極が白金属元素を担持した電極と略同一の仕事関数を備え、白金属元素を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能であって優れた触媒活性（触媒作用）を有する非白金の陽極又は陰極として好適に使用することができる。
【００２９】
薄板状発泡金属電極に成形された連続気泡の気孔率が４５％〜５５％の範囲にある電極は、薄板状発泡金属電極（電極）の気孔率を前記範囲にすることで、薄板状発泡金属電極が多数の微細な連続気孔を有する多孔質（平均径が１μｍ〜１００μｍの微細な連続気孔が満遍なく均一に形成されたマイクロポーラス構造）に形成され、電極の比表面積を大きくすることができ、それら連続気孔を気体（酸素及び水素）や液体（水）が通流しつつ気体や液体を電極の接触面に広範囲に接触させることが可能となり、白金族金属を担持した電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮することができる。電極は、その触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能であって優れた触媒活性（触媒作用）を有する非白金の陽極または陰極として好適に使用することができる。
【００３０】
薄板状発泡金属電極の密度が６．０ｇ／ｃｍ２〜８．０ｇ／ｃｍ２の範囲にある電極は、薄板状発泡金属電極の密度を前記範囲にすることで、電極が多数の微細な連続気孔を有する多孔質（平均径が１μｍ〜１００μｍの微細な連続気孔が満遍なく均一に形成されたマイクロポーラス構造）に成形され、電極の比表面積を大きくすることができ、それら連続気孔を気体（酸素及び水素）や液体（水）が通流しつつ気体や液体を電極のそれら連続気孔における接触面に広範囲に接触させることが可能となり、白金属元素を担持した電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮することができる。電極は、その触媒機能を最大限かつ確実に利用することが可能であって優れた触媒活性（触媒作用）を有する非白金の陽極または陰極として好適に使用することができる。
【００３１】
パーマロイ微粉体の粒径が１μｍ〜１００μｍの範囲にある電極は、パーマロイ微粉体の粒径を前記範囲にすることで、電極が多数の微細な連続気孔を有する多孔質（平均径が１μｍ〜１００μｍの微細な連続気孔が満遍なく均一に形成されたマイクロポーラス構造）に成形され、電極の比表面積を大きくすることができ、それら連続気孔を気体（酸素及び水素）や液体（水）が通流しつつ気体や液体を電極のそれら連続気孔における接触面に広範囲に接触させることが可能となり、白金属元素を担持した電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮することができる。電極は、その触媒機能を最大限かつ確実に利用することが可能であって優れた触媒活性（触媒作用）を有する非白金の陽極または陰極として好適に使用することができる。
【００３２】
本発明に係る電極製造方法によれば、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイを微粉砕したパーマロイ微粉体の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＦｅの含有率とＮｉの含有率とを決定する含有率決定工程と、含有率決定工程によって決定した含有率のＦｅ及びＮｉから形成されたＦｅ−Ｎｉパーマロイを微粉砕してパーマロイ微粉体を作るパーマロイ微粉体作成工程と、パーマロイ微粉体作成工程によって作成したパーマロイ微粉体に所定のバインダー及び所定の気孔形成材を加え、パーマロイ微粉体にバインダーと前記気孔形成材とを均一に混合・分散してパーマロイ微粉体混合物を作るパーマロイ微粉体混合物作成工程と、パーマロイ微粉体混合物作成工程によって作成したパーマロイ微粉体混合物を薄板状に成形してパーマロイ微粉体混合成形物を作るパーマロイ微粉体混合成形物作成工程と、パーマロイ微粉体混合成形物作成工程によって作成したパーマロイ微粉体混合成形物を脱脂するとともにパーマロイ微粉体混合成形物を所定温度で焼結し、パーマロイ微粉体が溶融結合しつつ多数の微細な連続気孔が満遍なく形成されているとともに、パーマロイ微粉体が溶融結合したパーマロイ溶融物によって連続気泡が画成かつ囲繞されたマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極を作る薄板状発泡金属電極作成工程との各工程によって電極を製造するから、電極を廉価に作ることができ、白金族元素を担持した電極と略同一の仕事関数を備えるとともに、白金族元素を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を発揮することが可能な非白金の電極（陽極又は陰極）を作ることができ、触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能な非白金の電極を作ることができる。電極製造方法は、それによって作られた電極が白金を担持した電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するから、燃料電池において十分な電気を発電することが可能であって燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することが可能な電極を作ることができるとともに、水素ガス発生装置において電気分解を効率よく行うことが可能であって短時間に多量の水素ガスを発生させることが可能な電極を作ることができる。
【００３３】
含有率決定工程がＦｅ−ＮｉパーマロイにおけるＦｅの含有率を４５％〜５５％の範囲で決定し、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＮｉの含有率を４５％〜５５％の範囲で決定する電極製造方法は、パーマロイ微粉体の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、含有率決定工程においてＦｅ−ＮｉパーマロイにおけるＦｅの含有率とＮｉの含有率とが前記範囲で決定するから、白金族元素を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を発揮することが可能な非白金の電極（陽極又は陰極）を作ることができ、触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能な非白金の電極を作ることができる。
【００３４】
パーマロイ微粉体作成工程がＦｅ−Ｎｉパーマロイを１μｍ〜１００μｍの粒径に微粉砕する電極製造方法は、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイを微粉砕してパーマロイ微粉体の粒径を前記範囲にすることで、多数の微細な連続気孔を有する多孔質（平均径が１μｍ〜１００μｍの微細な連続気孔が満遍なく均一に形成されたマイクロポーラス構造）に成形された電極を作ることができ、比表面積が大きい電極を作ることができるとともに、それら連続気孔を気体（酸素及び水素）や液体（水）が通流しつつ気体や液体をそれら連続気孔における接触面に広範囲に接触させることが可能な電極を作ることができる。
【００３５】
パーマロイ微粉体混合成形物作成工程が射出成形又は押出成形によってパーマロイ微粉体混合物を成形して０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの厚み寸法を有する所定面積かつ薄板状のパーマロイ微粉体混合成形物を作る電極製造方法は、微粉体混合物を成形した厚み寸法０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの微粉体混合成形物を脱脂・焼結することで、多数の微細な連続気孔を有するマイクロポーラス構造かつ薄板状の電極を作ることができ、マイクロポーラス構造かつ薄板状の電極を廉価に作ることができるとともに、優れた触媒活性（触媒作用）を有して触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能な非白金の電極（陽極又は陰極）を作ることができる。電極製造方法は、厚み寸法が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲の電極を作ることができるから、電気抵抗が小さく電流をスムースに流すことが可能な（プロトン導電性が高い）電極（陽極又は陰極）を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】一例として示す電極の斜視図。
【図２】電極の一例として示す部分拡大図。
【図３】電極を使用したセルの一例を示す分解斜視図。
【図４】電極を使用したセルの側面図。
【図５】電極を使用した固体高分子形燃料電池の発電を説明する図。
【図６】電極の起電圧試験の結果を示す図。
【図７】電極のＩ−Ｖ特性試験の結果を示す図。
【図８】電極を使用した水素ガス発生装置の電気分解を説明する図。
【図９】電極の製造方法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
一例として示す電極１０の斜視図である図１等の添付の図面を参照し、本発明に係る電極の詳細を説明すると、以下のとおりである。なお、図２は、電極１０の一例として示す部分拡大図である。図１では、厚み方向を矢印Ｘで示し、径方向を矢印Ｙで示す。
【００３８】
電極１０は、陽極又は陰極として使用され、固体高分子形燃料電池１７の燃料極１８（触媒電極）や空気極１９（触媒電極）（図５参照）、水素ガス発生装置３０のアノード３１（電極触媒）やカソード３２（電極触媒）（図８参照）として利用される。電極１０は、前面１１及び後面１２を有するとともに、所定の面積及び所定の厚み寸法Ｌ１を有し、その平面形状が四角形に成形されている。電極１０は、多数の微細な連続気孔１３（連続通気孔）が満遍なく均一に形成された多孔質（マイクロポーラス構造）の薄板状発泡金属電極である。連続気孔１３には、気体（酸素及び水素）や液体（水）が通流する。なお、電極１０の平面形状に特に制限はなく、四角形の他に、その用途にあわせて円形や楕円形、多角形等の他のあらゆる平面形状に成形することができる。
【００３９】
電極１０は、粉状に微粉砕（粉砕加工）されたＦｅ−Ｎｉパーマロイ４１から形成されている。Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１のパーマロイ微粉体４２（微粉状に加工されたＦｅ−Ｎｉパーマロイ４１）に所定のバインダー４３（紛状の樹脂系バインダー）を混合し、パーマロイ微粉体４２とバインダー４３とを均一に混合・分散した微粉体混合物４５を作り、更に、微粉体混合物４５に所定の気孔形成材４４（発泡剤）を混合し、気孔形成材４４を均一に混合・分散した微粉体混合物４５を作る。作成した微粉体混合物４５を押出成形又は射出成形によって所定面積の薄板状に成形（押出成形又は射出成形）して薄板状の微粉体混合成形物４６を作り、作成した微粉体混合成形物４６を脱脂及び所定温度で焼結（焼成）することから電極１０が作られている（図９参照）。連続気泡１３は、パーマロイ微粉体４２が溶融結合したパーマロイ溶融物によって画成かつ囲繞されている。
【００４０】
電極１０では、パーマロイ微粉体４２の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１における（Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１の全重量（１００％）に対する）Ｆｅ（鉄）の含有率（重量比）とＮｉ（ニッケル）の含有率（重量比）とが決定されている。具体的には、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１におけるＦｅの含有率（重量比）が４５％〜５５％の範囲、好ましくは、４９％〜５１％の範囲にあり、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１におけるＮｉの含有率（重量比）が４５％〜５５％の範囲、好ましくは、４９％〜５１％の範囲にある。
【００４１】
なお、Ｆｅの仕事関数は、４．６７（ｅＶ）であり、Ｎｉの仕事関数は、５．２２（ｅＶ）である。Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１におけるＦｅの含有率及びＦｅ−Ｎｉパーマロイ４１におけるＮｉの含有率が前記範囲外になると、パーマロイ微粉体４２の仕事関数を白金族元素の仕事関数に近似させることができず、微粉体混合物４５を成形した微粉体混合成形物４６を脱脂・焼結（焼成）して作られた電極１０が白金族元素を担持した電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができない。
【００４２】
パーマロイ微粉体４２の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１におけるＦｅの含有率とＮｉの含有率とが前記範囲にあるから、電極１０が白金族元素（白金）を担持した（含む）電極と略同一の仕事関数を備え、電極１０が白金族元素（白金）を担持した（含む）電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を発揮することができる。
【００４３】
電極１０には、径が異なる多数の微細な連続気孔１３（連続通気孔）が形成されている。電極１０は、多数の微細な連続気孔１３が形成されているから、その比表面積が大きい。記薄板状発泡金属電極に形成されたそれら連続気孔１３は、電極１０の前面１１に開口する複数の通流口１４と、電極１０の後面１２に開口する複数の通流口１４とを有し、電極１０の前面１１から後面１２に向かって電極１０をその厚み方向に貫通しているとともに、電極１０の中心から外周縁１５に向かってその径方向に貫通している。
【００４４】
それら連続気孔１３は、電極１０の前面１１と後面１２との間において電極１０の厚み方向へ不規則に曲折しながら延びているとともに、電極１０の外周縁１５から中心に向かって電極１０の径方向へ不規則に曲折しながら延びている。径方向へ隣接して厚み方向へ曲折して延びるそれら連続気孔１３（連続通気孔）は、径方向において部分的につながり、一方の気孔１３と他方の気孔１３とが互いに連通している。厚み方向へ隣接して径方向へ曲折して延びるそれら連続気孔１３（連続通気孔）は、厚み方向において部分的につながり、一方の気孔１３と他方の気孔１３とが互いに連通している。
【００４５】
それら連続気孔１３の平均径（開口面積）は、厚み方向に向かって一様ではなく、厚み方向に向かって不規則に変化しているとともに、径方向に向かって一様ではなく、径方向に向かって不規則に変化している。それら連続気孔１３は、その平均径（開口面積）が大きくなったり、小さくなったりしながら厚み方向と径方向とへ不規則に開口している。また、電極１０の前面１１に開口する通流口１４と後面１２に開口する通流口１４とは、その平均径（開口面積）が一様ではなく、その平均径がすべて相違している。それら連続気孔１３の平均径（開口面積）や前後面１１，１２の通流口１４の平均径（開口面積）は、１μｍ〜１００μｍの範囲、好ましくは、４５μｍ〜５５μｍの範囲にあり、±０．１μｍ〜±５μｍ（連続気孔１３の平均径の変化幅）の範囲で変化している。
【００４６】
電極１０は、厚み方向や径方向へ不規則に曲折しながら延びる複数の連続気孔１３（連続通気孔）が形成され、その気孔１３の平均径が１〜１００μｍの範囲（好ましくは、４５μｍ〜５５μｍの範囲）にあり、連続気孔１３の平均径の変化幅が±０．１μｍ〜±５μｍの範囲にあるから、電極１０の単位体積当たりに多数の連続気孔１３が形成され、電極１０の比表面積を大きくすることができ、それら気孔１３をガス（気体）や液体が通流しつつガス（気体）や液体を電極１０のそれら気孔２５における接触面に広範囲に接触させることができ、電極１０の触媒活性（触媒作用）を有効かつ最大限に利用することができる。
【００４７】
電極１０（マイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極）は、その厚み寸法Ｌ１が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲にある。電極１０の厚み寸法Ｌ１が０．０５ｍｍ未満では、その強度が低下し、衝撃が加えられたときに電極１０が容易に破損又は損壊し、その形状を維持することができない場合がある。電極１０の厚み寸法Ｌ１が０．５ｍｍを超過すると、電極１０の電気抵抗が大きくなり、電極１０に電流がスムースに流れず（プロトン導電性が低く）、電極１０が固体高分子形燃料電池１７に使用されたときに燃料電池１７において十分な電気を発電することができず、燃料電池１７に接続された負荷２９に十分な電気エネルギーを供給することができない。また、電極１０が水素ガス発生装置３０に使用されたときに電気分解を効率よく行うことができず、水素ガス発生装置３０において短時間に多量の水素ガスを発生させることができない。
【００４８】
電極１０は、その厚み寸法Ｌ１が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲にあるから、電極１０が高い強度を有してその形状を維持することができ、電極１０に衝撃が加えられたときの電極１０の破損や損壊を防ぐことができる。更に、電極１０の電気抵抗を小さくすることができ、電極１０に電流がスムースに流れ（プロトン導電性が高く）、電極１０が固体高分子形燃料電池１７に使用されたときに燃料電池１７において十分な電気を発電することができ、燃料電池１７に接続された負荷２９に十分な電気エネルギーを供給することができる。また、電極１０が水素ガス発生装置３０に使用されたときに電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置３０において短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
【００４９】
電極１０（マイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極）は、その気孔率が４５％〜５５％の範囲にある。電極１０の気孔率が４５％未満では、電極１０に多数の微細な連続気孔１３（連続通気孔）が形成されず、電極１０の比表面積を大きくすることができない。電極１０の気孔率が５５％を超過すると、連続気孔１３（連続通気孔）の平均径（開口面積）や前後面１１，１２の通流口１４の平均径（開口面積）が必要以上に大きくなり、電極１０の強度が低下し、衝撃が加えられたときに電極１０が容易に破損又は損壊し、その形状を維持することができない場合があるとともに、電極１０の触媒作用が低下し、触媒活性を発揮することができない。
【００５０】
電極１０は、その気孔率が前記範囲にあるから、電極１０が平均径（開口面積）の異なる多数の微細な連続気孔１３（平均径が１〜１００μｍの範囲、好ましくは、４５μｍ〜５５μｍの範囲の連続気孔１３）や平均径（開口面積）の異なる多数の微細な前後面１１，１２の通流口１４（平均径が１〜１００μｍの範囲、好ましくは、４５μｍ〜５５μｍの範囲の通流口１４）を有する多孔質（マイクロポーラス構造）に成形され、電極１０の比表面積を大きくすることができ、それら気孔１３を気体や液体が通流しつつ気体や液体を電極１０のそれら気孔１３における接触面に広く接触させることができる。更に、電極１０の触媒作用が向上し、優れた触媒活性を発揮することができる。
【００５１】
電極１０（マイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極）は、その密度が６．０ｇ／ｃｍ２〜８．０ｇ／ｃｍ２の範囲、好ましくは、６．５ｇ／ｃｍ２〜７．５ｇ／ｃｍ２の範囲にある。電極１０の密度が６．０ｇ／ｃｍ２（６．５ｇ／ｃｍ２）未満では、電極１０の強度が低下し、衝撃が加えられたときに電極１０が容易に破損又は損壊し、その形状を維持することができない場合があるとともに、電極１０の触媒作用が低下し、触媒活性を発揮することができない。電極１０の密度が８．０ｇ／ｃｍ２（７．５ｇ／ｃｍ２）を超過すると、電極１０に多数の微細な連続気孔１３や多数の微細な通流口１４が形成されず、電極１０の比表面積を大きくすることができないとともに、電極１０の触媒作用が低下し、触媒活性を発揮することができない。
【００５２】
電極１０は、その密度が前記範囲にあるから、電極１０が平均径（開口面積）の異なる多数の微細な連続気孔１３（平均径が１〜１００μｍの範囲、好ましくは、４５μｍ〜５５μｍの範囲の連続気孔１３）や平均径（開口面積）の異なる多数の微細な前後面１１，１２の通流口１４（平均径が１〜１００μｍの範囲、好ましくは、４５μｍ〜５５μｍの範囲の通流口１４）を有する多孔質（マイクロポーラス構造）に成形され、電極１０の比表面積を大きくすることができ、それら気孔１３を気体や液体が通流しつつ気体や液体を電極１０のそれら気孔１３における接触面に広く接触させることができ、電極１０の触媒作用を有効かつ最大限に利用することができる。更に、電極１０の触媒作用が向上し、電極１０に優れた触媒活性を発揮させることができる。
【００５３】
パーマロイ微粉体４２（粉状に加工されたＦｅ−Ｎｉパーマロイ）の粒径は、１μｍ〜１００μｍの範囲、好ましくは、３０μｍ〜６０μｍの範囲にある。パーマロイ微粉体４２の粒径が１μｍ未満では、パーマロイ微粉体４２によって連続気孔１３（連続通気孔）が塞がれ、電極１０に多数の微細な連続気孔１３を形成することができず、電極１０の比表面積を大きくすることができないとともに、電極１０の触媒作用が低下し、触媒活性を発揮することができない。パーマロイ微粉体４２の粒径が１００μｍを超過すると、連続気孔１３の平均径（開口面積）や前後面１１，１２の通流口１５の平均径（開口面積）が必要以上に大きくなり、電極１０に多数の微細な連続気孔１３を形成することができず、電極１０の比表面積を大きくすることができないとともに、電極１０の触媒作用が低下し、触媒活性を発揮することができない。
【００５４】
電極１０は、パーマロイ微粉体４２の粒径が前記範囲にあるから、電極１０が平均径（開口面積）の異なる多数の微細な連続気孔１３（平均径が１〜１００μｍの範囲、好ましくは、４５μｍ〜５５μｍの範囲の連続気孔１３）や平均径（開口面積）の異なる多数の微細な前後面１１，１２の通流口１４（平均径が１〜１００μｍの範囲、好ましくは、４５μｍ〜５５μｍの範囲の通流口１４）を有する多孔質（マイクロポーラス構造）に成形され、電極１０の比表面積を大きくすることができ、それら気孔１３を気体や液体が通流しつつ気体や液体を電極１０のそれら気孔１３における接触面に広く接触させることができるとともに、電極１０の触媒活性（触媒作用）を有効かつ最大限に利用することができる。更に、電極１０の触媒作用が向上し、電極１０に優れた触媒活性を発揮させることができる。
【００５５】
図３は、電極１０を使用したセル１６の一例を示す分解斜視図であり、図４は、電極１０を使用したセル１６の側面図である。図５は、電極１０を使用した固体高分子形燃料電池１７の発電を説明する図であり、図６は、電極１０の起電圧試験の結果を示す図である。図７は、電極１０のＩ−Ｖ特性試験の結果を示す図である。
【００５６】
電極１０を使用したセル１６の一例としては、図３に示すように、電極１０を使用した燃料極１８（陽極）と、電極１０を使用した空気極１９（陰極）と、燃料極１８及び空気極１９に介在する固体高分子電解質膜２０（電極接合体膜）（フッ素系イオン交換膜）と、燃料極１８の厚み方向外側に位置するセパレータ２１（バイポーラプレート）と、空気極１９の厚み方向外側に位置するセパレータ２２（バイポーラプレート）とから形成されている。それらセパレータ２１，２２には、反応ガス（水素や酸素等）の供給流路が刻設されている（彫り込まれている）。
【００５７】
セル１６では、図４に示すように、燃料極１８や空気極１９、固体高分子電解質膜２０が厚み方向へ重なり合って一体化し、膜/電極接合体２３(Membrane Electrode Assembly, MEA)を構成し、膜/電極接合体２３をそれらセパレータ２１，２２が挟み込んでいる。膜/電極接合体２３では、ホットプレスによって固体高分子電解質膜２０の一方の面に燃料極１８の面が隙間なく密着し、固体高分子電解質膜２０の他方の面に空気極１９の面が隙間なく密着している。固体高分子形燃料電池１７では、複数のセル１６（単セル）が一方向へ重なり合って直列につながれてセルスタック（燃料電池スタック）を形成する。固体高分子電解質膜２０は、プロトン導電性があり、電子導電性がない。
【００５８】
燃料極１８とセパレータ２１との間には、ガス拡散層２４が形成され、空気極１９とセパレータ２２との間には、ガス拡散層２５が形成されている。燃料極１８とセパレータ２１との間であってガス拡散層２４の上部及び下部には、ガスシール２６が設置されている。空気極１９とセパレータ２２との間であってガス拡散層２５の上部及び下部には、ガスシール２７が設置されている。
【００５９】
固体高分子形燃料電池１７では、図５に示すように、燃料極１８（電極１０）に水素（燃料）が供給され、空気極１９（電極１０）に空気（酸素）が供給される。燃料極１８（電極１０）では、水素がＨ２→２Ｈ＋＋２ｅ−の反応（触媒作用）によってプロトン（水素イオン、Ｈ＋）と電子とに分解される。その後、プロトンが固体高分子電解質膜２０内を通って空気極１９（電極１０）へ移動し、電子が導線２８内を通って空気極１９へ移動する。固体高分子電解質膜２０には、燃料極１８で生成されたプロトンが通流する。空気極１９では、固体高分子電解質膜２０から移動したプロトンと導線２８を移動した電子とが空気中の酸素と反応し、４Ｈ＋＋Ｏ２＋４ｅ→２Ｈ２Ｏの反応によって水が生成される。
【００６０】
燃料極１８（電極１０）や空気極１９（電極１０）は、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイを微粉砕したパーマロイ微粉体の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＦｅの含有率（重量比）とＮｉの含有率（重量比）とが決定されているから、電極１０（燃料極１８（陽極）及び空気極１９（陰極））が白金族元素（白金）を担持した（含む）電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素（白金）を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を示し、水素がプロトンと電子とに効率よく分解される。
【００６１】
起電圧試験では、水素ガスを注入してから１５分の間、燃料極１８（電極１０）と空気極１９（電極１０）との間（電極１０間）の電圧（Ｖ）を測定した。図６の起電圧試験の結果を示す図では、横軸に測定時間（ｍｉｎ）を表し、縦軸に電極間の電圧（Ｖ）を表す。白金族元素を利用した（担持させた）燃料極や空気極（白金電極）を使用した固体高分子形燃料電池では、起電圧試験の結果を示す図６から分かるように、燃料極と空気極との間（電極間）の電圧が１．０７９（Ｖ）前後であった。それに対し、燃料極１８（非白金の電極１０）及び空気極１９（非白金の電極１０）を使用した固体高分子形燃料電池１０では、燃料極１８と空気極１９との間（電極１０間）の電圧（起電力）が０．９８（Ｖ）〜１．０２（Ｖ）であった。
【００６２】
Ｉ−Ｖ特性試験では、燃料極１８（電極１０）と空気極１９（電極１０）との間（電極１０間）に負荷２９を接続し、電圧と電流との関係を測定した。図７のＩ−Ｖ特性試験の結果を示す図では、横軸に電流（Ａ）を表し、縦軸に電圧（Ｖ）を表す。燃料極１８（非白金の電極１０）及び空気極１９（非白金の電極１０）を使用した固体高分子形燃料電池１０では、Ｉ−Ｖ特性試験の結果を示す図７から分かるように、白金族元素を利用した（担持させた）燃料極や空気極（白金電極）を使用した固体高分子形燃料電池の電圧降下率と大差のない結果が得られた。図６の起電圧試験の結果や図６のＩ−Ｖ特性試験の結果に示すように、白金族元素を利用していない非白金の燃料極１８（非白金の電極１０）及び空気極１９（非白金の電極１０）が電子を放出させて水素イオンとなる反応を促進させる優れた触媒作用を有するとともに、白金を利用した燃料極や空気極（白金電極）と略同様の酸素還元機能（触媒作用）を有することが確認された。
【００６３】
電極１０は、それがＦｅ−Ｎｉパーマロイ４１から形成され、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１を微粉砕したパーマロイ微粉体４２に所定のバインダー４３を均一に混合・分散しつつ所定の気孔形成材４４を均一に混合・分散し、パーマロイ微粉体４２にバインダー４３及び気孔形成材４４を混合したパーマロイ微粉体混合物４５を所定面積の薄板状に成形した後、所定面積の薄板状に成形したパーマロイ微粉体混合成形物４６を脱脂・焼結することで、多数の微細な連続気孔１３が満遍なく均一に形成されたマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極１０であり、それら連続気孔１３が溶融結合したパーマロイ微粉体４２のパーマロイ溶融物に画成かつ囲繞され、更に、パーマロイ微粉体４２の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１におけるＦｅの含有率（重量比）とＮｉの含有率（重量比）とが決定されているから、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１の触媒活性を利用することで、白金族元素を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、その触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能であって優れた触媒活性（触媒作用）を有する燃料極１８（陽極）や空気極１９（陰極）として好適に使用することができる。
【００６４】
電極１０は、それが白金属元素を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を発揮するから、電極１０を固体高分子形燃料電池１７に使用することで、燃料電池１７において十分な電気を発電することができ、燃料電池１７に接続された負荷２９に十分な電気エネルギーを供給することができる。電極１０は、それがＦｅ−Ｎｉパーマロイ４１を微粉砕したパーマロイ微粉体４２から作られているから、高価な白金族元素（白金（Ｐｔ））が使用されておらず、電極１０の材料費を低減させることができ、電極１０（燃料極１８（陽極）や空気極１９（陰極））を廉価に作ることができる。
【００６５】
図８は、電極１０を使用した水素ガス発生装置３０の電気分解を説明する図である。電極１０を使用した水素ガス発生装置３０の一例としては、図８に示すように、電極１０を使用したアノード３１（陽極）と、電極１０を使用したカソード３２（陰極）と、アノード３１及びカソード３２の間に介在する固体高分子電解質膜３３（電極接合体膜）（フッ素系イオン交換膜）と、陽極給電部材３４及び陰極給電部材３５と、陽極用貯水槽３６及び陰極用貯水槽３７と、陽極主電極３８及び陰極主電極３９とから形成されている。
【００６６】
水素ガス発生装置３０では、アノード３１（陽極）やカソード３２（陰極）、固体高分子電解質膜３３が厚み方向へ重なり合って一体化し、膜/電極接合体４０ (Membrane Electrode Assembly, MEA)を構成し、膜/電極接合体４０を陽極給電部材３４と陰極給電部材３５とが挟み込んでいる。固体高分子電解質膜３３は、プロトン導電性があり、電子導電性がない。膜/電極接合体４０では、ホットプレスによって固体高分子電解質膜３３の一方の面にカソード３２（陰極）の面が隙間なく密着し、固体高分子電解質膜２０の一方の面にアノード３１（陽極）の面が隙間なく密着している。
【００６７】
陽極給電部材３４は、アノード３１（陽極）の外側に位置してアノード３１に密着し、アノード３１に＋の電流を給電する。陽極用貯水槽３６は、陽極給電部材３４の外側に位置して陽極給電部材３４に密着している。陽極主電極３８は、陽極用貯水槽３６の外側に位置して陽極給電部材３４に＋の電流を給電する。陰極給電部材３５は、カソード３２（陰極）の外側に位置してカソード３２に密着し、カソード３２に−の電流を給電する。陰極用貯水槽３７は、陰極給電部材３５の外側に位置して陰極給電部材３５に密着している。陰極主電極３９は、陰極用貯水槽３７の外側に位置して陰極給電部材３５に−の電流を給電する。
【００６８】
水素ガス発生装置３０では、図８に矢印で示すように、陽極用貯水槽３６及び陰極用貯水槽３７に水（Ｈ２Ｏ）が給水され、陽極主電極３８に電源から＋の電流が給電されるとともに、陰極主電極３９に電源から−の電流が給電される。陽極主電極３８に給電された＋の電流が陽極給電部材３４からアノード３１（陽極）に給電され、陰極主電極３９に給電された−の電流が陰極給電部材３５からカソード３２（陰極）に給電される。
【００６９】
アノード３１（陽極）（電極１０）では、２Ｈ２Ｏ→４Ｈ＋＋４ｅ−＋Ｏ２の陽極反応（触媒作用）によって酸素が生成され、カソード３２（陰極）（電極１０）では、４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２の陰極反応（触媒作用）によって酸素が生成される。プロトン（水素イオン：Ｈ＋）は、固体高分子電解質膜３３内を通ってカソード３２へ移動する。固体高分子電解質膜３３には、アノード３１で生成されたプロトンが通流する。
【００７０】
電極１０（アノード３１及びカソード３２）は、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１を微粉砕したパーマロイ微粉体４２の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１におけるＦｅの含有率（重量比）とＮｉの含有率（重量比）とが決定されているから、電極１０（アノード３１及びカソード３２）が白金族元素（白金）を担持した電極と略同一の仕事関数を備え、白金属元素を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、その触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能であって優れた触媒活性（触媒作用）を有するアノード３１（陽極）やカソード３２（陰極）として好適に使用することができる。
【００７１】
電極１０（アノード３１及びカソード３２）は、それが白金族元素を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を発揮するから、電極１０（アノード３１及びカソード３２）を水素ガス発生装置３０に使用することで、水素ガス発生装置３０において電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。電極１０（アノード３１及びカソード３２）は、それがＦｅ−Ｎｉパーマロイ４１を微粉砕したパーマロイ微粉体４２から作られているから、高価な白金族元素（白金（Ｐｔ））が使用されておらず、電極１０の材料費を低減させることができ、電極１０（アノード３１及びカソード３２）を廉価に作ることができる。
【００７２】
図９は、電極１０の製造方法を説明する図である。電極１０（燃料極１８及び空気極１９、アノード３１及びカソード３２）は、図９に示すように、含有率決定工程Ｓ１、パーマロイ微粉体作成工程Ｓ２、パーマロイ微粉体混合物作成工程Ｓ３、パーマロイ微粉体混合成形物作成工程Ｓ４、薄板状発泡金属電極作成工程Ｓ５を有する電極製造方法によって製造される。電極製造方法では、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４２を原料として電極１０（燃料極１８及び空気極１９、アノード３１及びカソード３２）を製造する。
【００７３】
含有率決定工程Ｓ１では、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１を微粉砕したパーマロイ微粉体４２の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１におけるＦｅの含有率とＮｉの含有率とを決定する。Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１におけるＦｅの含有率は、４５％〜５５％の範囲、好ましくは、４９％〜５１％の範囲で決定され、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１におけるＮｉの含有率は、４５％〜５５％の範囲、好ましくは、４９％〜５１％の範囲で決定される。
【００７４】
パーマロイ微粉体作成工程Ｓ２では、含有率決定工程によって決定した含有率のＦｅ及びＮｉから形成されたＦｅ−Ｎｉパーマロイ４１を微粉砕してパーマロイ微粉体４２を作る。微粉砕機によってＦｅ−Ｎｉパーマロイ４１を１μｍ〜１００μｍの粒径、好ましくは、３０μｍ〜６０μｍの粒径に微粉砕し、粒径が１μｍ〜１００μｍ、好ましくは、粒径が３０μｍ〜６０μｍのパーマロイ微粉体４２を作る。
【００７５】
電極製造方法は、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１を１μｍ〜１００μｍの粒径、好ましくは、３０μｍ〜６０μｍの粒径に微粉砕することで、多数の微細な連続気孔１３（連続通気孔）を有する多孔質に成形されて比表面積が大きいマイクロポーラス構造かつ薄板状発泡金属電極１０を作ることができ、それら連続気孔１３をガス（気体）や液体が通流しつつ気体や液体を電極１０のそれら気孔１３における接触面に広範囲に接触させることが可能な電極１０（燃料極１８及び空気極１９、アノード３１及びカソード３２）を作ることができる。
【００７６】
パーマロイ微粉体混合物作成工程Ｓ３では、パーマロイ微粉体作成工程Ｓ２によって作成したパーマロイ微粉体４２に所定のバインダー４３及び所定の気孔形成材４４を加え、パーマロイ微粉体４２にバインダー４３と気孔形成材４４とを均一に混合・分散してパーマロイ微粉体混合物４５を作る。電極製造方法は、高価な白金族金属（白金（Ｐｔ））が使用されていないから、電極１０（燃料極１８及び空気極１９、アノード３１及びカソード３２）を廉価に作ることができる。
【００７７】
パーマロイ微粉体混合物作成工程Ｓ３では、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１のパーマロイ微粉体４２とバインダー４３（粉状の樹脂系バインダー）とを混合機又は攪拌機に投入し、混合機又は攪拌機によってＦｅ−Ｎｉパーマロイ４１のパーマロイ微粉体４２とバインダー４３とを攪拌・混合し、パーマロイ微粉体４２及びバインダー４３が均一に混合・分散した微粉体混合物４５（発泡金属成形材）を作る。次に、微粉体混合物４５に所定量の気孔形成材４４（粉体の発泡剤）を混入（添加）する。所定量の気孔形成材４４を混合機又は攪拌機に投入し、混合機又は攪拌機によって微粉体混合物４５に気孔形成材４４を均一に混合・分散させた微粉体混合物４５（発泡金属成形材料）を作る。気孔形成材４４（粉体の発泡剤）の混入量（添加量）によって電極１０（燃料極１８及び空気極１９、アノード３１及びカソード３２）に形成される連続気孔１３の平均径や気孔率が決まる。
【００７８】
パーマロイ微粉体混合成形物作成工程Ｓ４では、パーマロイ微粉体混合物作成工程Ｓ３によって作られた微粉体混合物４５（発泡金属成形材料）を射出成形機（図示せず）又は押出成形機（図示せず）に投入し、微粉体混合物４５を射出成形機によって射出成形し、又は、微粉体混合物４５を押出成形機によって押し出し成形し、微粉体混合物４５を所定面積の薄板状（厚み寸法Ｌ１が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲）に成形した微粉体混合成形物４６（発泡金属成形物）を作る。
【００７９】
薄板状発泡金属電極作成工程Ｓ５では、パーマロイ微粉体混合成形物作成工程Ｓ４の射出成形又は押出成形によって作られたパーマロイ微粉体混合成形物４６（発泡金属成形物）を脱脂し、脱脂したパーマロイ微粉体混合成形物４６を焼成炉（燃焼炉、電気炉等）に投入し、パーマロイ微粉体混合成形物４６を焼成炉において所定温度で所定時間焼結（焼成）し、多数の微細な連続気孔１３（連続通気孔）が満遍なく均一に形成され、それら連続気泡１３が溶融結合したパーマロイ微粉体４２のパーマロイ溶融物によって画成かつ囲繞されたマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極１０（厚み寸法Ｌ１が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの電極１０（燃料極１８及び空気極１９、アノード３１及びカソード３２））を作る。
【００８０】
焼結（焼成）温度は、９００℃〜１４００℃である。焼結（焼成）時間は、２時間〜６時間である。薄板状発泡金属電極作成工程Ｓ５では、所定面積の薄板状に成形したパーマロイ微粉体混合成形物５２（発泡金属成形物）の焼結時において、パーマロイ微粉体混合成形物４６の内部において気孔形成材４４（粉体の発泡剤）が発泡した後、気孔形成材４４がパーマロイ微粉体混合成形物４６の内部から消失し、多数の微細な連続気孔１３（連続通気孔）が形成されたマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極１０（厚み寸法Ｌ１が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの電極１０（燃料極１８及び空気極１９、アノード３１及びカソード３２））が製造される。
【００８１】
電極製造方法は、射出成形又は押出成形によってＦｅ−Ｎｉパーマロイ４１のパーマロイ微粉体４２がバインダー４３を介して連結され、射出成形又は押出成形によって作られたパーマロイ微粉体混合成形物４６（発泡金属成形物）を脱脂した後、所定温度で焼結（焼成）することで、多数の微細な連続気孔１３（連続通気孔）を有するマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極１０（厚み寸法Ｌ１が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの電極１０（燃料極１８及び空気極１９、アノード３１及びカソード３２）を作ることができるとともに、高い強度を有して形状を維持することができ、衝撃が加えられたときの破損や損壊を防ぐことが可能な電極１０（燃料極１８及び空気極１９、アノード３１及びカソード３２）を作ることができる。電極製造方法は、厚み寸法Ｌ１が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲の電極１０を作ることができるから、電気抵抗が小さく電流をスムースに流すことが可能な（プロトン導電性に優れた）電極１０（燃料極１８及び空気極１９、アノード３１及びカソード３２）を作ることができる。
【００８２】
電極製造方法は、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１を微粉砕したパーマロイ微粉体４２の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ４１におけるＦｅの含有率とＮｉの含有率とを決定する含有率決定工程と、含有率決定工程によって決定した含有率のＦｅ及びＮｉから形成されたＦｅ−Ｎｉパーマロイ４１を微粉砕してパーマロイ微粉体４２を作るパーマロイ微粉体作成工程と、パーマロイ微粉体作成工程によって作成したパーマロイ微粉体４２に所定のバインダー４３及び所定の気孔形成材４４を加え、パーマロイ微粉体４２にバインダー４３と気孔形成材４４とを均一に混合・分散してパーマロイ微粉体混合物４５を作るパーマロイ微粉体混合物作成工程と、パーマロイ微粉体混合物作成工程によって作成したパーマロイ微粉体混合物４５を射出成形又は押出成形によって薄板状に成形してパーマロイ微粉体混合成形物４６を作るパーマロイ微粉体混合成形物作成工程と、パーマロイ微粉体混合成形物作成工程によって作成したパーマロイ微粉体混合成形物４６を脱脂するとともにパーマロイ微粉体混合成形物４６を所定温度で焼結し、パーマロイ微粉体４２が溶融結合しつつ多数の微細な連続気孔１３が満遍なく均一に形成されているとともに、パーマロイ微粉体４２が溶融結合したパーマロイ溶融物によって連続気泡１３が画成かつ囲繞されたマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極１０を作る薄板状発泡金属電極作成工程との各工程によって電極１０を製造するから、それら工程Ｓ１〜Ｓ５によって厚み寸法Ｌ１が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲であって多数の微細な連続気孔１３（連続通気孔）を形成した電極１０（燃料極１８及び空気極１９、アノード３１及びカソード３２）（マイクロポーラス構造薄板状発泡金属電極）を製造することができ、電極１０（燃料極１８及び空気極１９、アノード３１及びカソード３２）を廉価に作ることができる。
【００８３】
電極製造方法は、白金族元素を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を発揮することができるとともに、優れた触媒活性（触媒作用）を有して触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能な白金族金属非含有の電極１０（燃料極１８及び空気極１９、アノード３１及びカソード３２）を作ることができる。
【００８４】
電極製造方法は、それによって作られた電極１０が白金族元素を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を発揮するから、固体高分子形燃料電池１７において十分な電気を発電することが可能であって固体高分子形燃料電池１７に接続された負荷２９に十分な電気エネルギーを供給することが可能な白金族金属少含有の電極１０（燃料極１８及び空気極１９、アノード３１及びカソード３２）を作ることができる。電極製造方法は、水素ガス発生装置３０において電気分解を効率よく行うことが可能であって短時間に多量の水素ガスを発生させることが可能な白金族金属少含有の電極１０（燃料極１８及び空気極１９、アノード３１及びカソード３２）を作ることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１０    電極
１１    前面
１２    後面
１３    連続気孔（連続通気孔）
１４    通流口
１５    外周縁
１６    セル
１７    固体高分子形燃料電池
１８    燃料極（陽極）
１９    空気極（陰極）
２０    固体高分子電解質膜
２１    セパレータ（バイポーラプレート）
２２    セパレータ（バイポーラプレート）
２３    膜/電極接合体
２４    ガス拡散層
２５    ガス拡散層
２６    ガスシール
２７    ガスシール
２８    導線
２９    負荷
３０    水素ガス発生装置
３１    アノード（陽極）
３２    カソード（陰極）
３３    固体高分子電解質膜
３４    陽極給電部材
３５    陰極給電部材
３６    陽極用貯水槽
３７    陰極用貯水槽
３８    陽極主電極
３９    陰極主電極
４０    膜/電極接合体
４１    Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ
４２    パーマロイ微粉体
４３    バインダー
４４    気孔形成材（発泡剤）
４５    パーマロイ微粉体混合物
４６    パーマロイ微粉体混合成形物
Ｌ１    厚み寸法
Ｓ１    含有率決定工程
Ｓ２    パーマロイ微粉体作成工程
Ｓ３    パーマロイ微粉体混合物作成工程
Ｓ４    パーマロイ微粉体混合成形物作成工程
Ｓ５    薄板状発泡金属電極作成工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020167041.tif 000008
【図７】
2020167041.tif 000009
【図８】
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【図９】
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