(57)【要約】【課題】  燃料電池等に用いる金属多孔体電極を製造する方法を提供する。【解決手段】  金属多孔体電極の製造において、金属粉末表面にＡｇ，Ａｕ，Ｃｕのいずれか１種よりなる導電性金属をめっきした後、該めっきした金属粉末を焼結することにより、球状ないし扁平金属粉末間の点接触部に導電性金属が優先的に融着されることにより導電性および均質性に優れた多孔体を形成させることを特徴とする金属多孔体電極の製造方法。また、上記球状ないし扁平金属粉末がガスアトマイズ粉末またはガスアトマイズ粉末を加工したものであることを特徴とする金属多孔体電極の製造方法。【選択図】    図４
2008052991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属多孔体電極の製造において、金属粉末表面にＡｇ，Ａｕ，Ｃｕのいずれか１種よりなる導電性金属をめっきした後、該めっきした金属粉末を焼結することにより、球状ないし扁平金属粉末間の点接触部に導電性金属が優先的に融着されることにより導電性および均質性に優れた多孔体を形成させることを特徴とする金属多孔体電極の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の球状ないし扁平金属粉末がガスアトマイズ粉末またはガスアトマイズ粉末を加工したものであることを特徴とする金属多孔体電極の製造方法。  
【請求項３】
請求項１に記載の球状ないし扁平金属粉末がステンレス鋼、高Ｎｉ含有鋼であることを特徴とする金属多孔体電極の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の扁平金属粉末のアスペクト比が１０以下であることを特徴とする金属多孔体電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池等に用いる金属多孔体電極を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高エネルギー変換が可能で、地球環境に優しいクリーンエネルギー源として燃料電池が注目されている。その原理は水素と酸素が持つエネルギーを、燃焼反応ではなく電気化学反応によって、直接、電気エネルギーの形で取り出すものであって、その水素源として、その中でも各種ガス、例えば、ＣＨ4 等のガスを触媒を用いて改質反応により水素ガスを製造し、このガスを燃料として発電するシステムが開発されている。
【０００３】
このような燃料電池は、電解質としてイオン導電性固体電解質膜を用い、この電解質膜の両面に多孔性電極を取付け、この電解質膜を隔壁として、一方の電極（燃料極）に水素や炭化水素などの燃料ガスを供給すると共に、他方の電極（空気極）に空気または酸素ガスを供給して行うものである。この電解質膜の電気抵抗は発電損失となるので、発電出力密度を向上させるために、電解質を薄膜化して膜抵抗を極力低減させることが必要である。しかし、電解質膜には電池としての機能を確保するために、ある程度以上の大きさの面積が要求されることから、機械的強度を持つ支持体上に電解質膜を形成したセル構造が採用されている。
【０００４】
この電解質膜の薄膜化を図った燃料電池としては、例えば、基板に多数の小開口部を形成し、この小開口部に燃料極、電解質膜および空気極の三層膜を被着させた構造のセル板と流路を形成したセパレート板を交互に積層した構造が提案されている。この構造では、具体的には電解質膜と燃料極間に水素透過膜を形成する金属多孔体を電極として利用する際、多孔体にめっきを施すことによって機能性を向上させる試みがなされている。
例えば特開平８−３３７８９４号公報（特許文献１）に開示されているように、三次元に連通した空孔を有するＮｉまたはＮｉ合金よりなる焼結金属の多孔体の空孔を形成している骨格にＡｇの電気めっき層が形成されているＡｇめっきを施したＮｉ系多孔金属の電極材が提案されている。
【特許文献１】特開平８−３３７８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１は、三次元に連通した空孔を有するＮｉまたはＮｉ合金よりなる焼結金属の多孔体の空孔を形成している骨格にＡｇの電気メッキ層を形成させる方法であって、多孔体を焼結してからめっき層を形成する方法であるため、この方法では多孔体の内部まで均一にめっきすることができない一方、本来めっきが不要な部分にまでめっきがされるといった不具合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、８００℃以下の動作温度の燃料電池電極として、セラミックスやサーメットより安価で熱疲労耐久性に優れている金属多孔体を用い、その原料粉末として均質性や多孔体にした際のガス通気抵抗が低いガスアトマイズ粉末を用い、その際ガスアトマイズにより製造された球状粉末の点接触部が焼結されるため、電極としての導電性に劣るのを防止するため、ガスアトマイズ粉末表面にＡｇ，Ａｕ，Ｃｕなど導電性に優れた金属をめっきした後、このめっき粉末を焼結することによって多孔体を作製する。これによりめっきが不要な部分にはめっきしてない粉末を配置して焼結させることが可能となった。
【０００７】
その発明の要旨とするところは、
（１）金属多孔体電極の製造において、金属粉末表面にＡｇ，Ａｕ，Ｃｕのいずれか１種よりなる導電性金属をめっきした後、該めっきした金属粉末を焼結することにより、球状ないし扁平金属粉末間の点接触部に導電性金属が優先的に融着されることにより導電性および均質性に優れた多孔体を形成させることを特徴とする金属多孔体電極の製造方法。
【０００８】
（２）前記（１）に記載の球状ないし扁平金属粉末がガスアトマイズ粉末またはガスアトマイズ粉末を加工したものであることを特徴とする金属多孔体電極の製造方法。
（３）前記（１）に記載の球状ないし扁平金属粉末がステンレス鋼、高Ｎｉ含有鋼であることを特徴とする金属多孔体電極の製造方法。
（４）前記（１）に記載の扁平金属粉末のアスペクト比が１０以下であることを特徴とする金属多孔体電極の製造方法にある。
【発明の効果】
【０００９】
以上述べたように、本発明により本来ガスアトマイズ粉末の有する多孔体の欠点であった導電性について、導電性の優れた金属によりめっきした後焼結することにより、その導電性を改善することができ、しかも、従来のものに比較して均質性に優れ、かつ必要な部位にだけ適用することが可能となる極めて優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明について図面に従って詳細に説明する。
本発明に係るガスアトマイズ金属粉末として、ステンレス鋼、高Ｎｉ含有鋼としたのは、８００℃以下の動作温度の燃料電池電極であれば、１０００℃以上の場合を必要とするセラミックスやサーメットを使用しなくとも適用でき、しかも、安価で熱疲労耐久性に優れている鋼金属多孔体が得られる。従って、上記効果が得られるものであれば、ステンレス鋼、高Ｎｉ含有鋼なる２種の金属に限定するものでなく、その効果を同一とするものであれば使用可能である。
【００１１】
また、セラミックスやサーメットを原料粉末とした場合の均質性や多孔体にした際のガス通気抵抗が低いガスアトマイズ粉末を用いた際、球状粉末での点接触部が焼結されて電極としての導電性に劣ると言う欠点を解消するために、本発明ではガスアトマイズされた金属粉末の表面に導電性の優れた金属であるＡｇ，Ａｕ，Ｃｕ等のいずれかをめっきした後焼結することで、この問題を解消することが可能となった。
【００１２】
すなわち、ガスアトマイズ金属粉末を直接焼結し、その焼結した多孔体にめっきする方法では、既に焼結されているために、その焼結された多孔体にめっきしても内部まで均一にめっきすることができず、また、本来めっきをする必要のない部分にまでめっきされるという問題があった。そこで、ステンレス鋼、高Ｎｉ含有鋼等の鋼をガスアトマイズして得た金属粉末表面に導電性の優れたＡｇ，Ａｕ，Ｃｕのいずれか１種よりなる金属をめっきした後、このめっきした金属粉末を焼結することにより多孔体を製造することに特徴がある。
【００１３】
図１は、本発明に係るＡｇめっき粉末の走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）による外観状況を示す図である。図１（ａ）は５００倍、図１（ｂ）は１０００倍のものである。また、図２は、本発明に係るＡｇめっき粉末の断面を電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で分析したＡｇ元素の分布状況を示す図である。この図２に示すように、ガスアトマイズして得た金属粉末の球状表面に導電性の優れたＡｇが均一に被覆されていることが分かる。
【００１４】
図３は、本発明に係る焼結品表面の走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）による外観状況を示す図である。図３（ａ）は５００倍、図３（ｂ）は２０００倍のものである。また、図４は、本発明に係る焼結体断面の電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）による反射電子線像で、他の元素に比べて原子量が大きいＡｇの部分が白く写っている。この図３、４に示すように、ガスアトマイズして得た金属粉末１の球状表面に導電性の優れたＡｇをめっきした後焼結した結果、金属粉末の球状表面にめっきされたＡｇ２は焼結することにより、球状表面のＡｇが拡散して金属粉末１の球状間の点接触部分３に溶着し、球状間の点接触部分３での結合をする役目をして金属粉末の球状間を連続的に結び付けていることが分かる。
【００１５】
このように、本来ガスアトマイズは球状であるために多孔体に焼結した時のガス通気抵抗が低く抑えられ、燃料電池の供給ガスの流れを阻害しにくいが球の点接触になるため電極としての電極伝導性が悪い。しかし、これを伝導性の良いＡｇ，Ａｕ，Ｃｕのいずれか１種よりなる金属をめっきしたことにより、その点接触した部分にめっきした伝導性に優れたＡｇ，Ａｕ，Ｃｕ等の金属が焼結により溶解してめっき材質が優先的にネック形成して、これが球状間での伝導性の橋渡しとなり、しかも内部まで均質にその作用が及びことになる。この作用を利用して、めっき材質が不要な部位にはめっきしない粉末を用いることが可能となり、必要な部位にだけ上記機能を与えることを可能とした。
【００１６】
なお、ガスアトマイズして得た金属粉末について主として球状のものについて説明したが、操作によっては扁平粉末も可能であり、その扁平粉末の場合は、本発明に係る燃料電池に用える金属多孔体電極においては、球状に近い扁平粉末が好ましく、扁平金属粉末のアスペクト比を１０以下とした。アスペクト比が１０を超えるものが、めっきした後の焼結によって、上述したような、点接触した部分にめっきした伝導性に優れたＡｇ，Ａｕ，Ｃｕ等の金属が優先的にネック形成する効果が悪くなることから、アスペクト比を１０以下とした。好ましくは１〜５とする。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
ＳＵＳ３１６Ｌなる金属をガスアトマイズ法により粒径２０μ以下の粉末を得た。この金属粉末表面に導電性の優れたＡｇをめっきする。めっき粉末をセラミック型に充填して９００℃の温度で焼結した。この場合、めっき材質が不要な部位にはめっきしない粉末を充填して焼結した。その結果、めっきされた粉末を焼結した部位は表１に示す成分組成の金属多孔体を得た。また、焼結した結果は、図４に示すように、金属粉末の球状表面にめっきされたＡｇが焼結することにより、球状表面のＡｇが拡散して金属粉末の球状間の点接触している部分に溶着し、球状間の点接触部分での結合をする役目をして金属粉末の球状間を連続的に結び付けていることが分かる。これによりガスアトマイズ粉末の多孔体の欠点であった導電性を改善することができ、また必要な部位にだけ適用できることが可能となった。
【００１８】
【表１】
2008052991.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るＡｇめっき粉末の走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）による外観状況を示す図である。
【図２】本発明に係るＡｇめっき粉末断面の電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）によるＡｇ元素の分布状況を示す図である。
【図３】本発明に係る焼結品表面の走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）による外観状況を示す図である。
【図４】本発明に係る焼結体断面の電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）による反射電子線像を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  金属粉末
２  Ａｇ
３  球状間の点接触部分
特許出願人    山陽特殊製鋼株式会社
代理人    弁理士    椎  名    彊
【図１】
2008052991.tif 000004
【図２】
2008052991.tif 000005
【図３】
2008052991.tif 000006
【図４】
2008052991.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成18年8月31日(2006.8.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
この電解質膜の薄膜化を図った燃料電池としては、例えば、基板に多数の小開口部を形成し、この小開口部に燃料極、電解質膜および空気極の三層膜を被着させた構造のセル板と流路を形成したセパレート板を交互に積層した構造が提案されている。この構造では、具体的には電解質膜と燃料極間に水素透過膜を形成する。
一方、金属多孔体を電極として利用する際、多孔体にめっきを施すことによって機能性を向上させる試みがなされている。例えば特開平８−３３７８９４号公報（特許文献１）に開示されているように、三次元に連通した空孔を有するＮｉまたはＮｉ合金よりなる焼結金属の多孔体の空孔を形成している骨格にＡｇの電気めっき層が形成されているＡｇめっきを施したＮｉ系多孔金属の電極材が提案されている。
【特許文献１】特開平８−３３７８９４号公報