(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともニッケル（Ｎｉ）及びスズ（Ｓｎ）を含む三次元網目状構造を有する平板状の金属多孔体であって、
前記ニッケルの含有率は５０質量％以上であり、
前記スズの含有率は５質量％以上、２５質量％以下であり、
厚さが０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下であり、
気孔率が５１％以上、９０％以下であり、
気孔部が空隙である、
金属多孔体。
【請求項２】
前記金属多孔体はクロム（Ｃｒ）を更に含み、前記クロムの含有率が１質量％以上、５質量％以下である請求項１に記載の金属多孔体。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の金属多孔体をガス拡散層として用いた燃料電池。
【請求項４】
少なくともニッケル（Ｎｉ）及びスズ（Ｓｎ）を含み、三次元網目状構造を有し、気孔率が５１％以上、９０％以下であり、気孔部が空隙である、平板状の金属多孔体の製造方法であって、
三次元網目状構造を有する平板状の樹脂成形体の骨格の表面に、前記金属多孔体におけるスズの含有率が５質量％以上、２５質量％以下となるようにスズ粉末を含む導電化材を塗布して前記樹脂成形体の骨格の表面を導電化処理する工程と、
前記樹脂成形体に、前記金属多孔体におけるニッケルの含有率が５０質量％以上となるようにニッケルめっき層を形成して、樹脂構造体を形成する工程と、
前記樹脂構造体から前記樹脂成形体を除去してニッケル及びスズを含む多孔体を形成する工程と、
前記多孔体を１０００℃以上で５分間以上熱処理して前記スズと前記ニッケルとを拡散させる工程と、
熱処理後の前記多孔体の温度が少なくとも５５０℃以下となるまで３０℃／分以上の速さで冷却する工程と、
冷却後の前記多孔体の厚さを０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下に圧延する工程と、
を含む金属多孔体の製造方法。
【請求項５】
少なくともニッケル（Ｎｉ）及びスズ（Ｓｎ）を含み、三次元網目状構造を有し、気孔率が５１％以上、９０％以下であり、気孔部が空隙である、平板状の金属多孔体の製造方法であって、
三次元網目状構造を有する平板状の樹脂成形体の骨格の表面を導電化処理する工程と、
前記樹脂成形体に、前記金属多孔体におけるスズの含有率が５質量％以上、２５質量％以下、ニッケルの含有率が５０質量％以上となるように、スズめっき層及びニッケルめっき層を形成して樹脂構造体を形成する工程と、
前記樹脂構造体から前記樹脂成形体を除去してニッケル及びスズを含む多孔体を形成する工程と、
前記多孔体を１０００℃以上で５分間以上熱処理して前記スズと前記ニッケルとを拡散させる工程と、
熱処理後の前記多孔体の温度が少なくとも５５０℃以下となるまで３０℃／分以上の速さで冷却する工程と、
冷却後の前記多孔体の厚さを０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下に圧延する工程と、
を含む金属多孔体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属多孔体、燃料電池、及び金属多孔体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気効率が高く表面積の大きな金属多孔体の製造法として、発泡樹脂等の樹脂多孔体の表面に金属層を形成する方法が知られている。例えば特開平１１−１５４５１７号公報（特許文献１）には、樹脂多孔体に導電化処理を施し、この上に金属からなる電気めっき層を形成し、必要に応じて樹脂多孔体を焼却して除去することにより金属多孔体を製造する方法が記載されている。
【０００３】
また、特開２０１２−１３２０８３号公報（特許文献２）では、耐酸化性及び耐食性を有するとともに気孔率が大きく、各種電池、キャパシタ、燃料電池等の集電体に適した金属多孔体として、ニッケル−スズ合金からなる金属多孔体が提案されている。更に、特開２０１２−１４９２８２号公報（特許文献３）では、高い耐食性を有する金属多孔体として、ニッケル−クロム合金からなる金属多孔体が提案されている。
【０００４】
上記のような金属多孔体は、例えば、ニッケル・カドミウム電池やニッケル・水素電池に用いられるニッケル極の活物質保持体として広く実用化されている。このような二次電池用の用途の場合には、電池の容量密度を高めることを目的にしているため、金属多孔体の気孔率を９５％程度と大きくし、活物質との結着性を高めて使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１５４５１７号公報
【特許文献２】特開２０１２−１３２０８３号公報
【特許文献３】特開２０１２−１４９２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、各種電池、キャパシタ、燃料電池等に対してますます高出力化、高容量化（小型化）が望まれている。
燃料電池のガス拡散層には、一般に、カーボン構造体やステンレス鋼（ＳＵＳ）構造体が利用されている。カーボン構造体やＳＵＳ構造体にはガス流路となる溝が形成されている。溝の幅は約５００μｍ程度であり、一繋がりの線状になっている。溝は、カーボン構造体やＳＵＳ構造体が電解質と接触する面の面積の約１／２程度に設けられているため、ガス拡散層の気孔率は５０％程度である。
【０００７】
上記のようなガス拡散層は気孔率がそれほど高くなく、また、圧力損失も大きいため、燃料電池を小型化しつつ出力を大きくするには問題があった。
そこで本発明者等は、ガス拡散層としてカーボン構造体やＳＵＳ構造体の代わりに三次元網目状構造を有する金属多孔体を用いることを検討した。その結果、三次元網目状構造を有する金属多孔体は気孔率が非常に高く圧力損失を少なくすることができた。しかしながら従来の金属多孔体は厚さが比較的厚いため、燃料電池の体積が大きくなってしまい、燃料電池の容量や出力の体積密度を大きくするためには、更なる改良の余地があることが見出された。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みて、燃料電池を小型化しつつ高出力化することが可能なガス拡散層に好適に用いられる金属多孔体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決すべく以下の構成を採用する。
すなわち、本発明の実施形態に係る金属多孔体は、少なくともニッケル（Ｎｉ）及びスズ（Ｓｎ）を含む三次元網目状構造を有する平板状の金属多孔体であって、前記ニッケルの含有率は５０質量％以上であり、前記スズの含有率は５質量％以上、２５質量％以下であり、厚さが０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下であり、気孔率が５１％以上、９０％以下であり、気孔部が空隙である、金属多孔体、である。
【発明の効果】
【００１０】
上記発明によれば、燃料電池を小型化しつつ高出力化することが可能なガス拡散層に好適に用いられる金属多孔体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池のセルの構成の一例の概略を表す図である。
【図２】実施例１において作製した、金属多孔体１のＸ線回折スペクトルを表す図である。
【図３】比較例１において作製した、金属多孔体２３のＸ線回折スペクトルを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
（１）本発明の実施形態に係る金属多孔体は、
少なくともニッケル（Ｎｉ）及びスズ（Ｓｎ）を含む三次元網目状構造を有する平板状の金属多孔体であって、
前記ニッケルの含有率は５０質量％以上であり、
前記スズの含有率は５質量％以上、２５質量％以下であり、
厚さが０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下である金属多孔体、
である。
なお、以下では「三次元網目状構造を有する金属多孔体」のことを単に「金属多孔体」とも記す。
【００１３】
上記（１）に記載の金属多孔体はＮｉとＳｎとを含むため、非常に耐食性に優れた金属多孔体である。このため、例えば、前記金属多孔体を固体高分子型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＰＥＦＣ）用の集電体として用いた場合にもＮｉが溶出しないようにすることができる。固体高分子型燃料電池の動作時には膜電極複合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）から強酸が発生するが、上記（１）に記載の金属多孔体はこの強酸に対しても耐食性を有する。
また、上記（１）に記載の金属多孔体は、充分に高い気孔率を有しながら、従来の金属多孔体に比べて厚さが薄いものである。このため、燃料電池のガス拡散層として用いた場合に、燃料電池を小型化し、かつ高出力のものにすることができる。
【００１４】
上記本発明の実施形態に係る金属多孔体は、スズの含有率が５質量％以上、２５質量％以下であり、残余の金属成分はニッケルであることが好ましいが、不可避的不純物として他の金属成分を含んでいても構わない。また、耐食性に優れるという本発明の金属多孔体の効果を損なわない範囲において意図的に他の成分を含有していても構わない。金属多孔体に意図的に添加させる金属としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、リン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）などが挙げられる。なお、ニッケルの含有率は５０質量％以上であり、金属多孔体の主成分となっている。
【００１５】
（２）本発明の実施形態に係る金属多孔体は、前記金属多孔体の気孔率が５１％以上、９０％以下である上記（１）に記載の金属多孔体、である。
上記（２）に記載の金属多孔体は、燃料電池のガス拡散層として用いた場合に、ガスの拡散性をより高めることが可能な金属多孔体である。
【００１６】
（３）本発明の実施形態に係る金属多孔体は、クロム（Ｃｒ）を更に含み、前記クロムの含有率が１質量％以上、５質量％以下である上記（１）又は上記（２）に記載の金属多孔体、である。
上記（３）に記載の金属多孔体は、耐食性により優れた金属多孔体である。
【００１７】
（４）本発明の実施形態に係る燃料電池は、上記（１）から上記（３）のいずれか一項に記載の金属多孔体をガス拡散層として用いた燃料電池、である。
上記（４）に記載の燃料電池は、小型かつ高出力の燃料電池であり、体積当たりの発電量に優れた燃料電池である。
【００１８】
（５）本発明の実施形態に係る金属多孔体の製造方法は、
少なくともニッケル（Ｎｉ）及びスズ（Ｓｎ）を含む三次元網目状構造を有する平板状の金属多孔体の製造方法であって、
三次元網目状構造を有する平板状の樹脂成形体の骨格の表面に、前記金属多孔体におけるスズの含有率が５質量％以上、２５質量％以下となるようにスズ粉末を含む導電化材を塗布して前記樹脂成形体の骨格の表面を導電化処理する工程と、
前記樹脂成形体に、前記金属多孔体におけるニッケルの含有率が５０質量％以上となるようにニッケルめっき層を形成して、樹脂構造体を形成する工程と、
前記樹脂構造体から前記樹脂成形体を除去してニッケル及びスズを含む多孔体を形成する工程と、
前記多孔体を１０００℃以上で５分間以上熱処理して前記スズと前記ニッケルとを拡散させる工程と、
熱処理後の前記多孔体の温度が少なくとも５５０℃以下となるまで３０℃／分以上の速さで冷却する工程と、
冷却後の前記多孔体の厚さを０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下に圧延する工程と、
を含む金属多孔体の製造方法、である。
【００１９】
上記（５）に記載の金属多孔体の製造方法により、上記（１）から上記（３）のいずれか一項に記載の金属多孔体を製造することができる。
上記（５）に記載の金属多孔体の製造方法は、樹脂成形体の骨格の表面を導電化処理する際にスズ粉末を含む導電処理材を使用するため、その後にスズめっき層を形成する工程が不要となる。このため、より低コストでの金属多孔体の提供が可能となる。
【００２０】
（６）本発明の本発明の実施形態に係る金属多孔体の製造方法は、
少なくともニッケル（Ｎｉ）及びスズ（Ｓｎ）を含む三次元網目状構造を有する平板状の金属多孔体の製造方法であって、
三次元網目状構造を有する平板状の樹脂成形体の骨格の表面を導電化処理する工程と、
前記樹脂成形体に、前記金属多孔体におけるスズの含有率が５質量％以上、２５質量％以下、ニッケルの含有率が５０質量％以上となるように、スズめっき層及びニッケルめっき層を形成して樹脂構造体を形成する工程と、
前記樹脂構造体から前記樹脂成形体を除去してニッケル及びスズを含む多孔体を形成する工程と、
前記多孔体を１０００℃以上で５分間以上熱処理して前記スズと前記ニッケルとを拡散させる工程と、
熱処理後の前記多孔体の温度が少なくとも５５０℃以下となるまで３０℃／分以上の速さで冷却する工程と、
冷却後の前記多孔体の厚さを０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下に圧延する工程と、
を含む金属多孔体の製造方法、である。
【００２１】
上記（６）に記載の金属多孔体の製造方法により、上記（１）から上記（３）のいずれか一項に記載の金属多孔体を製造することができる。
樹脂成形体の骨格の表面に形成するスズめっき層とニッケルめっき層の形成順序は限定されるものではなく、どちらを先に形成しても構わない。しかしながら、前記金属多孔体はスズの含有量に比べてニッケルの含有量の方が多いため、めっき後の基材のハンドリングを考慮すると、ニッケルめっき層を先に形成することが好ましい。
【００２２】
なお、上記（３）に記載の金属多孔体のようにクロムを含む金属多孔体を製造する場合には、上記（５）又は上記（６）に記載の金属多孔体の製造方法において、クロムの含有率が１質量％以上、５質量％以下となるように、導電化処理剤にクロム粉末又は酸化クロム粉末を添加するか、あるいは、クロムめっき層を形成すればよい。
具体的には、以下の（ｉ）から（vi）に記載の方法によりクロムを含有する金属多孔体を製造することができる。
【００２３】
（ｉ）ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）及びクロム（Ｃｒ）を含む三次元網目状構造を有する金属多孔体の製造方法であって、
三次元網目状構造を有する樹脂成形体の骨格の表面に、前記金属多孔体におけるクロムの含有率が１質量％以上、５質量％以下となるようにクロム粉末又は酸化クロム粉末を含む導電化材を塗布して前記樹脂成形体の骨格の表面を導電化処理する工程と、
前記樹脂成形体に、前記金属多孔体におけるスズの含有率が５質量％以上、２５質量％以下、ニッケルの含有率が５０質量％以上となるようにニッケルめっき層及びスズめっき層を形成して樹脂構造体を形成する工程と、
前記樹脂構造体から前記樹脂成形体を除去してニッケル、スズ及びクロムを含む多孔体を形成する工程と、
前記多孔体を１１００℃以上で５分間以上熱処理して前記クロムと前記ニッケルと前記スズとを拡散させる工程と、
熱処理後の前記多孔体の温度が少なくとも５５０℃以下となるまで３０℃／分以上の速さで冷却する工程と、
冷却後の前記多孔体の厚さを０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下に圧延する工程と、
を含む金属多孔体の製造方法。
なお、クロム粉末は通常表面が酸化クロムとなっており絶縁体のため、カーボン粉末等の導電性粉末を併用して導電処理材とする。
また、樹脂成形体に形成する金属のめっき層の形成順序は限定されるものではなく、ニッケルめっき層とスズめっき層のどちらを先に形成しても構わない。しかしながら、前記金属多孔体はスズの含有量に比べてニッケルの含有量の方が多いため、めっき後の基材のハンドリングを考慮すると、ニッケルめっき層を先に形成することが好ましい。
【００２４】
（ii）ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）及びクロム（Ｃｒ）を含む三次元網目状構造を有する金属多孔体の製造方法であって、
三次元網目状構造を有する樹脂成形体の骨格の表面を導電化処理する工程と、
前記樹脂成形体に、前記金属多孔体におけるニッケルの含有率が５０質量％以上、スズの含有率が５質量％以上、２５質量％以下、クロムの含有率が１質量％以上、５質量％以下となるように、ニッケルめっき層、スズめっき層及びクロムめっき層を形成して樹脂構造体を形成する工程と、
前記樹脂構造体から前記樹脂成形体を除去してニッケル、スズ及びクロムを含む多孔体を形成する工程と、
前記多孔体を１１００℃以上で５分間以上熱処理して前記ニッケルと前記スズと前記クロムとを拡散させる工程と、
熱処理後の前記多孔体の温度が少なくとも５５０℃以下となるまで３０℃／分以上の速さで冷却する工程と、
冷却後の前記多孔体の厚さを０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下に圧延する工程と、
を含む金属多孔体の製造方法。
上記（ii）に記載の金属多孔体の製造方法は、ニッケル、スズ、クロムの全ての金属成分を電解めっきによって形成するため、連続的に製造することが可能であり、量産性に優れた製造方法である。なお、樹脂成形体に形成する各金属のめっき層の形成順序は限定されるものではなく、ニッケルめっき層、スズめっき層、クロムめっき層をどの順に形成しても構わない。しかしながら、前記金属多孔体はスズ及びクロムの含有量に比べてニッケルの含有量が多いため、めっき後の基材のハンドリングを考慮すると、ニッケルめっき層を最初に形成することが好ましい。
【００２５】
（iii）ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）及びクロム（Ｃｒ）を含む三次元網目状構造を有する金属多孔体の製造方法であって、
三次元網目状構造を有する樹脂成形体の骨格の表面に、前記金属多孔体におけるスズの含有率が５質量％以上、２５質量％以下となるようにスズ粉末を含む導電化材を塗布して前記樹脂成形体の骨格の表面を導電化処理する工程と、
前記樹脂成形体に、前記金属多孔体におけるニッケルの含有率が５０質量％以上、クロムの含有率が１質量％以上、５質量％以下となるように、ニッケルめっき層及びクロムめっき層を形成して樹脂構造体を形成する工程と、
前記樹脂構造体から前記樹脂成形体を除去してニッケル、スズ及びクロムを含む多孔体を形成する工程と、
前記多孔体を１１００℃以上で５分間以上熱処理して前記スズと前記ニッケルと前記クロムとを拡散させる工程と、
熱処理後の前記多孔体の温度が少なくとも５５０℃以下となるまで３０℃／分以上の速さで冷却する工程と、
冷却後の前記多孔体の厚さを０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下に圧延する工程と、
を含む金属多孔体の製造方法。
上記（iii）に記載の金属多孔体の製造方法は、樹脂成形体の骨格の表面を導電化処理する際にスズ粉末を含む導電処理材を使用するため、その後にスズめっき層を形成する工程が不要となる。このため、より低コストで金属多孔体を提供することができるようになる。なお、スズ粉末は一般に粒子径が大きく粒子同士が接触し難いため、カーボン粉末等の粒径の小さな導電性粉末を併用して導電処理材とすることが好ましい。
また、樹脂成形体に形成する金属のめっき層の形成順序は限定されるものではなく、ニッケルめっき層とクロムめっき層のどちらを先に形成しても構わない。しかしながら前記金属多孔体はクロムの含有量に比べてニッケルの含有量の方が多いため、めっき後の基材のハンドリングを考慮すると、ニッケルめっき層を先に形成することが好ましい。
【００２６】
（iv）ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）及びクロム（Ｃｒ）を含む三次元網目状構造を有する金属多孔体の製造方法であって、
三次元網目状構造を有する樹脂成形体の骨格の表面に、前記金属多孔体におけるスズの含有率が５質量％以上、２５質量％以下、クロムの含有率が１質量％以上、５質量％以下となるように、スズ粉末と、クロム粉末又は酸化クロム粉末とを含む導電化材を塗布して前記樹脂成形体の骨格の表面を導電化処理する工程と、
前記樹脂成形体にニッケルめっき層を形成して樹脂構造体を形成する工程と、
前記樹脂構造体から前記樹脂成形体を除去してニッケル、スズ及びクロムを含む多孔体を形成する工程と、
前記多孔体を１１００℃以上で５分間以上熱処理して前記スズと前記クロムと前記ニッケルとを拡散させる工程と、
熱処理後の前記多孔体の温度が少なくとも５５０℃以下となるまで３０℃／分以上の速さで冷却する工程と、
冷却後の前記多孔体の厚さを０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下に圧延する工程と、
を含む金属多孔体の製造方法。
【００２７】
上記（iv）に記載の金属多孔体の製造方法は、樹脂成形体の骨格の表面を導電化処理する際にスズ粉末と、クロム粉末又は酸化クロム粉末とを含む導電処理材を使用するため、その後にスズめっき層及びクロムめっき層を形成する工程が不要である。すなわち、樹脂成形体にはニッケルめっき層を形成するのみでよいため、めっき工程を１回で済ませることができる。このため、より低コストで金属多孔体を製造することが可能である。なお、前述のようにスズ粉末と、クロム粉末又は酸化クロム粉末とを含む導電処理材は、カーボン粉末等の導電性で粒径の小さな導電性粉末を併用して用いることが好ましい。
【００２８】
（ｖ）ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）及びクロム（Ｃｒ）を含む三次元網目状構造を有する金属多孔体の製造方法であって、
三次元網目状構造を有する樹脂成形体の骨格の表面に、前記金属多孔体におけるクロムの含有率が１質量％以上、５質量％以下となるようにクロムをスパッタリングすることによって前記樹脂成形体の骨格の表面を導電化処理する工程と、
前記樹脂成形体に、前記金属多孔体におけるニッケルの含有率が５０質量％以上、スズの含有率が５質量％以上、２５質量％以下となるように、ニッケルめっき層及びスズめっき層を形成して樹脂構造体を形成する工程と、
前記樹脂構造体から前記樹脂成形体を除去してニッケル、スズ及びクロムを含む多孔体を形成する工程と、
前記多孔体を１１００℃以上で５分間以上熱処理して前記クロムと前記ニッケルと前記スズとを拡散させる工程と、
熱処理後の前記多孔体の温度が少なくとも５５０℃以下となるまで３０℃／分以上の速さで冷却する工程と、
冷却後の前記多孔体の厚さを０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下に圧延する工程と、
を含む金属多孔体の製造方法。
【００２９】
上記（ｖ）に記載の金属多孔体の製造方法は、樹脂成形体の骨格の表面にクロムをスパッタリングすることによって樹脂成形体を導電化処理するため、その後にクロムめっき層を形成する工程が不要となる。このため、より低コストで金属多孔体を提供することができるようになる。
なお、樹脂成形体に形成する金属のめっき層の形成順序は限定されるものではなく、ニッケルめっき層とスズめっき層のどちらを先に形成しても構わない。しかしながら、前記金属多孔体はスズの含有量に比べてニッケルの含有量の方が多いため、めっき後の基材のハンドリングを考慮すると、ニッケルめっき層を先に形成することが好ましい。
【００３０】
（vi）ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）及びクロム（Ｃｒ）を含む三次元網目状構造を有する金属多孔体の製造方法であって、
三次元網目状構造を有する樹脂成形体の骨格の表面に、前記金属多孔体におけるスズの含有率が５質量％以上、２５質量％以下となるようにスズをスパッタリングすることによって前記樹脂成形体の骨格の表面を導電化処理する工程と、
前記樹脂成形体に、前記金属多孔体におけるニッケルの含有率が５０質量％以上、クロムの含有率が１質量％以上、５質量％以下となるように、ニッケルめっき層及びクロムめっき層を形成して樹脂構造体を形成する工程と、
前記樹脂構造体から前記樹脂成形体を除去してニッケル、スズ及びクロムを含む多孔体を形成する工程と、
前記多孔体を１１００℃以上で５分間以上熱処理して前記スズと前記ニッケルと前記クロムとを拡散させる工程と、
熱処理後の前記多孔体の温度が少なくとも５５０℃以下となるまで３０℃／分以上の速さで冷却する工程と、
冷却後の前記多孔体の厚さを０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下に圧延する工程と、
を含む金属多孔体の製造方法。
【００３１】
上記（vi）に記載の金属多孔体の製造方法は、樹脂成形体の骨格の表面にスズをスパッタリングすることによって樹脂成形体を導電化処理するため、その後にスズめっき層を形成する工程が不要となる。このため、より低コストで金属多孔体を提供することができるようになる。なお、樹脂成形体に形成する金属のめっき層の形成順序は限定されるものではなく、ニッケルめっき層とクロムめっき層のどちらを先に形成しても構わない。しかしながら、前記金属多孔体はスズの含有量に比べてニッケルの含有量の方が多いため、めっき後の基材のハンドリングを考慮すると、ニッケルめっき層を先に形成することが好ましい。
【００３２】
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る金属多孔体等の具体例を以下に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００３３】
＜金属多孔体＞
本発明の実施形態に係る金属多孔体は、少なくともニッケル（Ｎｉ）及びスズ（Ｓｎ）を含む三次元網目状構造を有する平板状の金属多孔体である。そして、金属多孔体におけるニッケルの含有率は５０質量％以上であり、スズの含有率は５質量％以上、２５質量％以下である。
一般に、ニッケルとスズとは合金（ＮｉＳｎ）を形成し、スズの比率が多くなると金属間化合物であるＮｉ3ＳｎやＮｉ3Ｓｎ2が形成される。Ｎｉ3Ｓｎは耐食性及び硬さに優れるものの、比較的脆いという性質を有している。また、Ｎｉ3Ｓｎ2も比較的脆いという性質を有する。
本発明の実施形態に係る金属多孔体においては、Ｎｉ3Ｓｎはわずかに析出が認められるが、非常に微量である。また、Ｎｉ3Ｓｎ2の析出は認められない。そして、金属多孔体全体としては高耐食性であり、かつ靭性を有している。
【００３４】
上記のように、本発明の実施形態に係る金属多孔体はニッケルとスズとを含むため、耐食性に優れた金属多孔体である。従来のニッケルからなる金属多孔体を固体高分子型燃料電池のガス拡散層として用いた場合には、空気極側に使用したものは腐食してしまう可能性がある。これに対し、本発明の実施形態に係る金属多孔体は耐食性に優れているため、固体高分子型燃料電池や固体酸化物型燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）の空気極側のガス拡散層としても良好に用いることができる。
【００３５】
金属多孔体において、前記スズの含有率が５質量％未満であると耐食性向上の効果が充分ではない。また、前記スズの含有率が２５質量％超であるとＮｉ3Ｓｎの生成量が多くなってしまい金属多孔体が硬く、脆くなってしまう。この観点から、前記スズの含有率は、５質量％以上、２０質量％以下であることが好ましく、１０質量％以上、１５質量％以下であることがより好ましい。
また、金属多孔体において、スズ以外の残余の金属成分はニッケルであることが好ましいが、不可避的不純物として他の金属成分を含んでいても構わない。また、耐食性に優れるという本発明の金属多孔体の効果を損なわない範囲において意図的に他の成分を含有していても構わない。ニッケルの含有率は、金属多孔体において５０質量％以上であればよい。
【００３６】
また、金属多孔体の厚さは０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下である。上記のように本発明の実施形態に係る金属多孔体はＮｉ3Ｓｎの析出量が非常に微量であるため靭性を有しており、圧延加工によって薄くすることが可能である。
金属多孔体の厚さが０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下であることにより、燃料電池のガス拡散層として用いた場合に、燃料電池の小型化に寄与することができる。また、金属多孔体はガスの圧力損失が少なく、ガスの拡散性にも優れているため、燃料電池を高出力化することもできる。金属多孔体の厚さが０．１０ｍｍ未満であると気孔率が大きく低下するため燃料ガスを燃料電池内に送り込む際の圧力損失が大きくなるとともに、セルに供給される燃料ガスの量が少なくなるため、燃料電池の発電性能、特に出力特性が低下してしまう。また、金属多孔体の厚さが０．５０ｍｍ超であると、燃料電池の小型化への寄与が少なくなってしまう。これらの観点から、金属多孔体の厚さは、０．１５ｍｍ以上、０．４０ｍｍ以下であることが好ましく、０．２０ｍｍ以上、０．３０ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００３７】
本発明の実施形態に係る金属多孔体は気孔率が５１％以上、９０％以下であることが好ましい。気孔率が５１％以上であると、金属多孔体を燃料電池のガス拡散層として用いた場合に、ガスの圧力損失をより少なくすることができる。また、気孔率が９０％以下であると、金属多孔体を燃料電池のガス拡散層として用いた場合に、ガスの拡散性をより高くすることができる。これは、金属多孔体が三次元網目状構造を有しているため、気孔率が小さくなるとガスが金属多孔体の骨格に当たって拡散する率が高くなるからである。これらの観点から、本発明の実施形態に係る金属多孔体は、気孔率が６０％以上、８５％以下であることがより好ましく、６５％以上、８０％以下であることが更に好ましい。
【００３８】
本発明の実施形態に係る金属多孔体は、クロム（Ｃｒ）を更に含み、前記クロムの含有率が１質量％以上、５質量％以下であることが好ましい。クロムの含有率が１質量％以上であることにより金属多孔体の耐食性をより高めることができる。また、クロムの含有率が５質量％以下であることにより、金属多孔体の電気抵抗が高くなることを抑制することができる。これらの観点から、金属多孔体におけるクロムの含有率は、２質量％以上、５質量％以下であることがより好ましく、２質量％以上、４質量％以下であることが更に好ましい。
【００３９】
本発明の実施形態に係る金属多孔体において、ニッケル及びスズを含む全ての金属の合計の目付量は、金属多孔体の用途に応じて適宜変更すればよい。例えば、前記目付量は、２００ｇ/ｍ2以上、２０００ｇ/ｍ2以下であることが好ましく、３００ｇ/ｍ2以上、１２００ｇ/ｍ2以下であることがより好ましく、４００ｇ/ｍ2以上、１０００ｇ/ｍ2以下であることが更に好ましい。各金属の合計の目付量を２００ｇ/ｍ2以上とすることで金属多孔体の強度を充分にすることができる。また、金属の目付量の合計を２０００ｇ/ｍ2以下とすることで、製造コストの上昇を抑制することができる。
【００４０】
本発明の実施形態に係る平板状の金属多孔体の平均孔径は、金属多孔体の用途に応じて適宜変更すればよい。例えば、平板状の金属多孔体を上から見た場合の平均孔径は、１５０μｍ以上、１０００μｍ以下とすることが好ましく、３００μｍ以上、７００μｍ以下とすることがより好ましく、３５０μｍ以上、６００μｍ以下とすることが更に好ましい。
金属多孔体を集電体として使用する場合には、平均孔径は１５０μｍ以上、１０００μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以上、７００μｍ以下であることがより好ましく、３００μｍ以上、６００μｍ以下であることが更に好ましい。平均孔径が１５０μｍ以上であることにより、燃料ガス供給時の圧損を小さくすることができる。また、平均孔径が１０００μｍ以下であることにより、燃料ガスのＭＥＡへの均一な拡散を促進することができる。
なお、平均孔径は金属多孔体のセル数の逆数から求めた値である。セル数は、金属多孔体表面に長さ１インチの線を引いたときに、線と交差する最表面のセルの数を数えた数値であり、単位は個/インチである。但し、１インチは２．５４センチメートルとする。
【００４１】
＜燃料電池＞
本発明の実施形態に係る燃料電池は、前記本発明の実施形態に係る金属多孔体をガス拡散層として用いた燃料電池である。燃料電池の種類は特に限定されるものではなく、固体高分子型燃料電池であってもよいし、固体酸化物型燃料電池であってもよい。
以下では、固体高分子型燃料電池を例に説明する。
【００４２】
固体高分子型燃料電池におけるイオン交換膜等は従来のものを利用することができる。例えば、イオン交換膜と触媒層とを接合した膜・電極接合体などは、市販されているものをそのまま利用することができる。アノード、カソードの白金触媒はいずれも約０．５ｍｇ／ｃｍ2が担持されたガス拡散電極、イオン交換膜としてＮａｆｉｏｎ（登録商標）  １１２を用いて一体化されている。
【００４３】
図１は、固体高分子型燃料電池の単セルの断面概略図である。
図１においては、膜・電極接合体（ＭＥＡ）Ｍは、イオン交換膜１の両面にガス拡散電極つまり白金触媒を含む活性炭層（２−１、２−２）を有している。それぞれアノードとしての水素極とカソードとしての空気極である。また、集電体（３−１、３−２）は、両極の集電体とガス拡散層を兼ねており、例えば、市販の撥水性処理したカーボンペーパーを用いることができる。カーボンペーパーとしては例えば、多孔度は約５０％、フッ素樹脂約１５％が添加されていて撥水性を有しているものを用いることができる。
【００４４】
セパレータ（４−１、４−２）は、例えば、市販の黒鉛板を用いることができる。ガス拡散層（４−１−１、４−２−１）は、本発明の実施形態に係る金属多孔体であり、ガス供給・排出路も兼ねている。本発明の実施形態に係る金属多孔体は、従来の金属多孔体に比べて厚さが非常に薄いため、燃料電池を小型化することができる。
なお、図１は単セルであるが、実用化されている燃料電池では、セパレータを介して所望の電圧に対応できるようにセルが積層されて構成されている。通常各セルは直列結合なのでセパレータの一方面がカソードであれば、他の面には隣のセルのアノードがくるように組み立てられ、周辺をボルト、ナットなどで加圧一体化している。
【００４５】
＜金属多孔体の製造方法＞
本発明実施形態に係る金属多孔体は種々の方法によって製造することができ、その製造方法としては、例えば、前記（５）、（６）や前記（ｉ）〜（vi）に記載の方法が挙げられる。
以下に、前記製造方法についてより詳細に説明する。
【００４６】
（三次元網目状構造を有する樹脂成形体）
基材として用いる三次元網目状構造を有する平板状の樹脂成形体としては、多孔性のものであればよく公知又は市販のものを使用できる。例えば、樹脂製の発泡体、不織布、フェルト、織布などを用いることができる。また、必要に応じてこれらを組み合わせて用いることもできる。素材としては特に限定されるものではないが、金属をめっきした後焼却処理により除去できるものが好ましい。また、樹脂成形体の取扱い上、特にシート状のものにおいては剛性が高いと折れるので柔軟性のある素材であることが好ましい。
【００４７】
前記樹脂成形体としては樹脂発泡体を用いることが好ましい。樹脂発泡体としては発泡ウレタン、発泡スチレン、発泡メラミン樹脂等が挙げられるが、これらの中でも、特に気孔率が大きい観点から、発泡ウレタンが好ましい。
【００４８】
樹脂成形体の気孔率は限定的でなく、通常６０％以上、９７％以下程度、好ましくは８０％以上、９６％以下程度である。樹脂成形体の厚さは限定的でなく、得られる金属多孔体の用途に応じて適宜決定されるが、通常６００μｍ以上、５０００μｍ以下程度、好ましくは８００μｍ以上、２０００μｍ以下程度とすればよい。なお、樹脂成形体は気孔率が非常に大きいものであるため、厚さが５００μｍ以下であると、平板状の形状を保つことができない。
以下では、三次元網目状構造を有する樹脂成形体として発泡状樹脂を用いた場合を例にとって説明する。
【００４９】
（導電化処理）
導電化処理は、樹脂成形体の骨格の表面に導電性を有する層を設けることができる限り、特に限定されるものではない。導電性を有する層（導電被覆層）を構成する材料としては、例えば、ニッケル、スズ、クロム、銅、鉄、タングステン、チタン、ステンレススチール等の金属の他、カーボン粉末等の炭素粉末が挙げられる。
導電化処理の具体例としては、例えばニッケル、スズ、クロムなどの金属粉末や黒鉛粉末にバインダを加えて得られる導電性塗料の塗布、無電解めっき処理、スパッタリングや蒸着・イオンプレーティングなどの気相処理等が好ましく挙げられる。
【００５０】
ニッケルを用いた無電解めっき処理は、例えば、還元剤として次亜リン酸ナトリウムを含有した硫酸ニッケル水溶液等の公知の無電解ニッケルめっき浴に発泡状樹脂を浸漬することによって行うことができる。必要に応じて、めっき浴浸漬前に、樹脂成形体を微量のパラジウムイオンを含む活性化液（カニゼン社製の洗浄液）等に浸漬してもよい。
【００５１】
ニッケル、スズ又はクロムを用いたスパッタリング処理としては、例えば、まず、基板ホルダーに樹脂成形体を取り付けた後、不活性ガスを導入しながらホルダーとターゲット（ニッケル、スズ又はクロム）との間に直流電圧を印加する。これによりイオン化した不活性ガスをニッケル、スズ又はクロムに衝突させて、吹き飛ばしたニッケル粒子、スズ粒子又はクロム粒子を樹脂成形体表面に堆積すればよい。
【００５２】
カーボン粉末や金属粉末等の導電性塗料を塗布する場合には、前記樹脂成形体の骨格の表面に導電性を有する粉末（例えば、ステンレススチール等の金属材料の粉末、結晶質のグラファイト、非晶質のカーボンブラック等のカーボンの粉末）とバインダとの混合物を塗着する方法等が挙げられる。また、このときに、スズ粉末とカーボン粉末とを用いたり、クロム粉末又は酸化クロム粉末と炭素粉末とを用いたりしてもよい。この場合、スズ粉末の量は、金属多孔体におけるスズの含有率が５質量％以上、２５質量％以下となるようにすればよい。また、クロム粉末又は酸化クロム粉末を用いる場合には、金属多孔体におけるクロムの含有率が１質量％以上、５質量％以下となるようにすればよい。これにより、スズめっき工程やクロムめっき工程が不要となる。
また、スズ粉末、クロム粉末又は酸化クロム粉末を用いる場合には、ニッケルへの拡散性を考慮すると０．１μｍ以上、１０μｍ以下程度の粒径の粉末を用いることが好ましく、０．５μｍ以上、５μｍ以下程度の粒径の粉末を用いることがより好ましい。
【００５３】
炭素粉末としては、カーボンブラック、活性炭、黒鉛などを用いることができ、特に材料に限定はない。導電性を均一にすることを目的にする場合にはカーボンブラックを採用し、導電被覆層の強度を考慮する際には黒鉛の微粉末を用いればよい。また、活性炭も含めて混合することは好ましい。スラリーを作製する際に一般的に用いられる増粘剤、例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などを添加しても良い。このスラリーを、厚さを調整して板状あるいは帯状に裁断しておいた樹脂成形体の骨格に塗着し、乾燥させることで、樹脂成形体の骨格の表面を導電化することができる。
【００５４】
導電被覆層の目付量（付着量）は、後の工程のニッケルめっき、スズめっき又はクロムめっきの目付け量と合わせた最終的な金属組成として、金属多孔体におけるスズの含有率が５質量％以上、２５質量％以下となるように調整すればよい。
導電被覆層にニッケルを用いる場合は樹脂成形体表面に連続的に形成されていればよく、目付量は限定的でないが、通常５ｇ/ｍ2以上、１５ｇ/ｍ2以下程度、好ましくは７ｇ/ｍ2以上、１０ｇ/ｍ2以下程度とすればよい。
【００５５】
（ニッケルめっき層の形成）
ニッケルめっき層の形成は無電解ニッケルめっき及び電解ニッケルめっきのどちらを利用しても構わないが、電解ニッケルめっきの方が、効率が良いため好ましい。電解ニッケルめっき処理は、常法に従って行えばよい。電解ニッケルめっき処理に用いるめっき浴としては、公知又は市販のものを使用することができ、例えば、ワット浴、塩化浴、スルファミン酸浴等が挙げられる。
前記の無電解めっきやスパッタリングにより表面に導電層を形成された樹脂構造体をめっき浴に浸し、樹脂構造体を陰極に、ニッケル対極板を陽極に接続して直流或いはパルス断続電流を通電させることにより、導電層上に、さらにニッケルの被覆を形成することができる。
電解ニッケルめっき層の目付量は、金属多孔体の最終的な金属組成として、ニッケルの含有率が５０質量％以上、スズの含有率が５質量％以上、２５質量％以下となるように調整すればよい。
【００５６】
（スズめっき層の形成）
樹脂構造体にスズめっき層を形成する工程は、例えば、次のようにして行うことができる。すなわち、硫酸浴としてを、硫酸第一スズ ５５ｇ/Ｌ、硫酸 １００ｇ/Ｌ、クレゾールスルホン酸 １００ｇ/Ｌ、ゼラチン ２ｇ/Ｌ、βナフトール １ｇ/Ｌの組成のめっき浴を用意し、陰極電流密度を２Ａ/ｄｍ2、陽極電流密度を１Ａ/ｄｍ2以下とし、温度を２０℃、攪拌（陰極揺動）を２ｍ/分とすることで、スズめっき層の形成を行うことができる。
スズめっきの目付量は、金属多孔体の最終的な金属組成として、ニッケルの含有率が５０質量％以上、スズの含有率が５質量％以上、２５質量％以下となるように調整すればよい。
【００５７】
スズめっきの密着性を向上させるため、直前にストライクニッケルめっきを行って、金属多孔体の表面酸化膜を除去し、乾燥させずに濡れたままスズめっき液に投入することが望ましい。これによりめっき層の密着性を高めることができる。
ストライクニッケルめっきの条件は、例えば次のようにすることができる。すなわち、ウッドストライクニッケル浴として、塩化ニッケル ２４０ｇ/Ｌ、塩酸（比重１．１８程度のもの） １２５ｍｌ/Ｌの組成のものを用意し、温度を室温にして、陽極にニッケルまたはカーボンを用いることで行うことができる。
【００５８】
以上のめっき手順をまとめると、エースクリーンによる脱脂（陰極電解脱脂５Ａ/ｄｍ2×１分）、湯洗、水洗、酸活性（塩酸浸漬１分）、ウッドストライクニッケルめっき処理（５〜１０Ａ/ｄｍ2×１分）、洗浄して乾燥させずにスズめっきへ処理、水洗・乾燥、となる。
【００５９】
（クロムめっき層の形成）
樹脂構造体にクロムめっき層を形成する場合には、例えば、次のようにして行うことができる。すなわち、公知のクロムめっき方法に従って行えばよく、めっき浴としては公知又は市販のものを使用することができる。例えば、６価クロム浴、３価クロム浴を用いることができる。めっき対象となる多孔体を前記クロムめっき浴に浸して陰極に接続し、対極としてクロム板を陽極に接続して直流あるいはパルス断続電流を通電させることによりクロムめっき層を形成することができる。
クロムめっきの目付量は、金属多孔体の最終的な金属組成として、ニッケルの含有率が５０質量％以上、スズの含有率が５質量％以上、２５質量％以下、クロムの含有率が１質量％以上、５質量％以下となるように調整すればよい。
【００６０】
（めっき時のめっき液の循環）
三次元網目状構造を有する樹脂成形体のような基材へのめっきは、一般的に内部へ均一にめっきすることが難しい。内部への未着を防いだり、内部と外部のめっき付着量の差を低減したりするために、めっき液を循環させることが好ましい。循環の方法としては、ポンプを使用したり、めっき槽内部にファンを設置したりするなどの方法がある。また、これらの方法を用いて樹脂成形体にめっき液を吹き付けたり、吸引口に樹脂成形体を隣接させたりすると、樹脂成形体の内部にめっき液の流れができやすくなって効果的である。
【００６１】
（樹脂成形体の除去）
骨格の表面に金属めっき層が形成された樹脂構造体から基材として用いた樹脂成形体を除去する方法は限定的でなく、薬品による処理や、焼却による燃焼除去の方法が挙げられる。焼却による場合には、例えば、６００℃程度以上の大気等の酸化性雰囲気下で加熱すればよい。樹脂成形体を除去することで、ニッケル及びスズを含む多孔体、又は、ニッケル、スズ及びクロムを含む多孔体が得られる。
【００６２】
（ニッケル及びスズ、又は、ニッケル、スズ及びクロムを拡散させる工程）
金属めっき後そのままでは、多孔体の骨格表面の大部分がニッケルによって形成されていることがあるため、熱処理を行ってニッケル成分、スズ成分及びクロム成分を拡散させることが必要である。ニッケル成分、スズ成分及びクロム成分の拡散は不活性雰囲気（減圧や、窒素・アルゴンなど）あるいは還元雰囲気（水素）で行うことができる。
【００６３】
前記熱処理温度は、低すぎると拡散に時間がかかり、高すぎるとスズ及びクロムの含有率によっては金属多孔体が軟化して自重で多孔体構造を損なう可能性があるため、１１００℃以上、１２５０℃以下の範囲で行うことが好ましい。前記熱処理温度は、より好ましくは１１００℃以上、１２００℃以下であり、更に好ましくは１１００℃以上、１１５０℃以下である。なお、クロムが含まれていない場合には、前記熱処理温度は１０００℃以上、１２５０℃以下であることが好ましく、１１００℃以上、１２００℃以下であることがより好ましく、１１００℃以上、１１５０℃以下であることが更に好ましい。
前記熱処理時間は、５分以上とすればよいが、均一な拡散のためには１５分以上とすることが好ましく、３０分以上とすることがより好ましい。
【００６４】
（冷却する工程）
本発明の実施に係る金属多孔体の製造方法は、熱処理後の前記多孔体の温度が少なくとも５５０℃以下となるまで３０℃／分以上の速さで冷却する工程を含む。
従来、二種類以上の金属成分を含む金属多孔体を製造する場合においては、熱処理をして各種金属成分を拡散させた後は、金属多孔体は急冷されることなく徐冷によって室温まで戻されていた。しかしながら本発明者等が鋭意探求を重ねた結果、ニッケル及びスズを含む金属多孔体においては、熱処理をして各金属成分を拡散させた後に金属多孔体を急冷させないと、金属多孔体が硬くなってしまい、０．５０ｍｍ程度まで圧延加工できないことが見出された。すなわち、本発明の実施形態に係る金属多孔体の製造方法においては、熱処理後の多孔体を３０℃／分以上の速さで急冷することにより、多孔体が靭性を有するようにすることができる。これにより、多孔体を０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下程度にまで圧延加工して本発明の実施形態に係る金属多孔体を製造することが可能となる。
【００６５】
上記の観点から冷却の早さは可能な限り早い方が好ましい。冷却の早さは３０℃／分以上の速さであれば充分である。また、熱処理時には多孔体は１０００℃〜１２５０℃程度の温度になっているが、Ｎｉ3Ｓｎの高温相が低温相とＮｉＳｎ相とに分離しなくなる温度まで急冷すれば、後は徐冷でも構わない。このため、３０℃／分以上の速さで冷却するのは、多孔体の温度が５５０℃以下となるまででよい。もちろん多孔体の温度が５５０℃以下となったあとにも３０℃／分以上の速さで急冷を続けても構わない。
【００６６】
（多孔体を圧延する工程）
上記のように、本発明の実施形態に係る金属多孔体は靭性を有するため、圧延加工によって調厚することが可能である。このため、ローラープレス機や平板プレス等によって、前記冷却工程後の多孔体の厚さを０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下に圧延すればよい。多孔体を圧延することにより、得られる金属多孔体の厚さを均一にし、かつ、表面の凹凸のバラツキをなくすことができる。また、金属多孔体の気孔率を小さくすることができる。
【００６７】
平板状の多孔体は圧延によって若干伸びるが、上から見た場合の平均孔径が変化するほどには変形しない。このため、圧延する前の平板状の多孔体を上から見た場合の平均孔径は、圧延した後の平均孔径と同様に、１５０μｍ以上、１０００μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以上、７００μｍ以下であることがより好ましく、３００μｍ以上、６００μｍ以下であることが更に好ましい。
また、圧延する前の平板状の多孔体は、気孔率が、８０％以上、９７％以下であることが好ましく、８５％以上、９５％以下であることがより好ましい。一方、厚さが０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下となるように圧延した後の金属多孔体の気孔率は、５１％以上、９０％以下であることが好ましく、６０％以上、８５％以下であることがより好ましく、６５％以上、８０％以下であることが更に好ましい。
【００６８】
なお、金属多孔体を燃料電池のガス拡散層として用いる場合には、燃料電池に組み込まれた際のガス拡散層の厚さよりもわずかに厚い厚さの金属多孔体を製造し、燃料電池への組み込み時の圧力により金属多孔体を変形させて厚さが０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下となるようにしてもよい。このとき、金属多孔体を予めわずかに圧延しておいて、燃料電池に組み込まれた際のガス拡散層の厚さよりもわずかに厚い厚さの金属多孔体としておいてもよい。これにより燃料電池のＭＥＡとガス拡散層（金属多孔体）との密着性をより高めることができる。
【００６９】
（金属目付量）
導電被覆層、ニッケルめっき層及びスズめっき層を形成した後の金属総量の目付量としては、金属多孔体の用途に応じて適宜変更すればよく、例えば、２００ｇ/ｍ2以上、２０００ｇ/ｍ2以下とすることが好ましい。より好ましくは３００ｇ/ｍ2以上、１２００ｇ/ｍ2以下であり、更に好ましくは４００ｇ/ｍ2以上、１０００ｇ/ｍ2以下である。金属の目付量の合計を２００ｇ/ｍ2以上とすることで金属多孔体の強度を充分にすることができる。また、金属の目付量の合計を２０００ｇ/ｍ2以下とすることで、製造コストの上昇を抑制することができる。
【００７０】
＜水素の製造方法、および水素の製造装置＞
本発明の実施形態に係る金属多孔体は、燃料電池用途以外に、水電解による水素製造用途にも好適に使用できる。水素の製造方式には、大きく分けて［１］アルカリ水電解方式、［２］ＰＥＭ方式、及び［３］ＳＯＥＣ方式があり、いずれの方式にも金属多孔体を用いることができる。
【００７１】
前記［１］のアルカリ水電解方式では、強アルカリ水溶液に陽極と陰極を浸漬し、電圧を印加することで水を電気分解する方式である。金属多孔体を電極として使用することで水と電極の接触面積が大きくなり、水の電気分解の効率を高めることができる。
アルカリ水電解方式による水素の製造方法においては、金属多孔体は上から見た場合の孔径が１００μｍ以上、５０００μｍ以下であることが好ましい。金属多孔体を上から見た場合の孔径が１００μｍ以上であることにより、発生した水素・酸素の気泡が金属多孔体の気孔部に詰まって水と電極との接触面積が小さくなることを抑制することができる。また、金属多孔体を上から見た場合の孔径が５０００μｍ以下であることにより電極の表面積が十分に大きくなり、水の電気分解の効率を高めることができる。同様の観点から、金属多孔体を上から見た場合の孔径は４００μｍ以上、４０００μｍ以下であることがより好ましい。
金属多孔体の厚さや金属量は、電極面積が大きくなるとたわみなどの原因となるため、設備の規模によって適宜選択すればよい。気泡の抜けと表面積の確保を両立するために、異なる孔径を持つ複数の金属多孔体を組み合わせて使うこともできる。
【００７２】
前記［２］のＰＥＭ方式は、固体高分子電解質膜を用いて水を電気分解する方法である。固体高分子電解質膜の両面に陽極と陰極を配置し、陽極側に水を流しながら電圧を印加することで、水の電気分解により発生した水素イオンを、固体高分子電解質膜を通して陰極側へ移動させ、陰極側で水素として取り出す方式である。動作温度は１００℃程度である。水素と酸素で発電して水を排出する固体高分子型燃料電池と、同様の構成で全く逆の動作をさせるものである。陽極側と陰極側は完全に分離されているため、純度の高い水素を取り出せる利点がある。陽極・陰極共に電極を透過させて水・水素ガスを通す必要があるため、電極には導電性の多孔体が必要である。
【００７３】
本発明の実施形態に係る金属多孔体は高い気孔率と良好な電気伝導性を備えているため、固体高分子型燃料電池に好適に使用できるのと同じように、ＰＥＭ方式の水電解にも好適に使用できる。ＰＥＭ方式による水素の製造方法においては、金属多孔体は上から見た場合の孔径が１５０μｍ以上、１０００μｍ以下であることが好ましい。金属多孔体を上から見た場合の孔径が１５０μｍ以上であることにより、発生した水素・酸素の気泡が金属多孔体の気孔部に詰まって水と固体高分子電解質膜との接触面積が小さくなってしまうことを抑制することができる。また、金属多孔体を上から見た場合の孔径が１０００μｍ以下であることにより十分な保水性を確保することができ、反応する前に水が通り抜けてしまうことを抑制して、効率よく水の電気分解を行なうことができる。同様の観点から、金属多孔体を上から見た場合の孔径は、２００μｍ以上、７００μｍ以下であることがより好ましく、３００μｍ以上、６００μｍ以下であることが更に好ましい。
【００７４】
金属多孔体の厚さや金属量は、設備の規模によって適宜選択すればよいが、気孔率が小さくなり過ぎると水を通過させるための圧力損失が大きくなるため、気孔率は３０％以上となるように厚みと金属量を調整することが好ましい。また、ＰＥＭ方式では固体高分子電解質膜と電極の導通は圧着になるため、加圧時の変形・クリープによる電気抵抗増加が、実用上問題ない範囲になるように金属量を調節する必要がある。金属量としては２００ｇ／ｍ２以上、２０００ｇ／ｍ２以下程度であることが好ましく、３００ｇ／ｍ2以上、１２００ｇ／ｍ2以下程度であることがより好ましく、４００ｇ／ｍ2以上、１０００ｇ／ｍ2以下程度であることが更に好ましい。他、気孔率の確保と電気的接続の両立のために、異なる孔径を持つ複数の金属多孔体を組み合わせて使うこともできる。
【００７５】
前記［３］のＳＯＥＣ方式は、固体酸化物電解質膜を用いて水を電気分解する方法で、電解質膜がプロトン伝導膜か酸素イオン伝導膜かによって構成が異なる。酸素イオン伝導膜では、水蒸気を供給する陰極側で水素が発生するため、水素純度が下がる。そのため、水素製造の観点からはプロトン伝導膜を用いることが好ましい。
プロトン伝導膜の両側に陽極と陰極を配置し、陽極側に水蒸気を導入しながら電圧を印加することで、水の電気分解により発生した水素イオンを、固体酸化物電解質膜を通して陰極側へ移動させ、陰極側で水素のみを取り出す方式である。動作温度は６００℃〜８００℃程度である。水素と酸素で発電して水を排出する固体酸化物型燃料電池と、同様の構成で全く逆の動作をさせるものである。
【００７６】
陽極・陰極共に電極を透過させて水蒸気・水素ガスを通す必要があるため、電極には導電性かつ、特に陽極側で高温の酸化雰囲気に耐える多孔体が必要である。本発明の実施形態に係る金属多孔体は高い気孔率と良好な電気伝導性と高い耐酸化性・耐熱性を備えているため、固体酸化物型燃料電池に好適に使用できるのと同じように、ＳＯＥＣ方式の水電解にも好適に使用できる。酸化性雰囲気となる側の電極には、Ｃｒなどの高い耐酸化性を有する金属を添加したＮｉ合金の使用が好ましい。
【００７７】
ＳＯＥＣ方式による水素の製造方法においては、金属多孔体は上から見た場合の孔径が１５０μｍ以上、１０００μｍ以下であることが好ましい。金属多孔体を上から見た場合の孔径が１５０μｍ以上であることにより、水蒸気や発生した水素が金属多孔体の気孔部に詰まって水蒸気と固体酸化物電解質膜との接触面積が小さくなってしまうことを抑制することができる。また、金属多孔体を上から見た場合孔径が１０００μｍ以下であることにより、圧損が低くなりすぎて水蒸気が十分に反応する前に通り抜けてしまうことを抑制することができる。同様の観点から、金属多孔体を上から見た場合の孔径は、２００μｍ以上、７００μｍ以下であることがより好ましく、３００μｍ以上、６００μｍ以下であることが更に好ましい。
【００７８】
金属多孔体の厚さや金属量は、設備の規模によって適宜選択すればよいが、気孔率が小さくなり過ぎると水蒸気を投入するための圧力損失が大きくなるため、気孔率は３０％以上となるように厚みと金属量を調整することが好ましい。また、ＳＯＥＣ方式では固体酸化物電解質膜と電極の導通は圧着になるため、加圧時の変形・クリープによる電気抵抗増加が、実用上問題ない範囲になるように金属量を調節する必要がある。金属量としては２００ｇ／ｍ２以上、２０００ｇ／ｍ２以下程度であることが好ましく、３００ｇ／ｍ2以上、１２００ｇ／ｍ2以下程度であることがより好ましく、４００ｇ／ｍ2以上、１０００ｇ／ｍ2以下程度であることが更に好ましい。他、気孔率の確保と電気的接続の両立のために、異なる孔径を持つ複数の金属多孔体を組み合わせて使うこともできる。
【００７９】
＜付記＞
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
（付記１）
少なくともニッケル（Ｎｉ）及びスズ（Ｓｎ）を含む三次元網目状構造を有する平板状の金属多孔体を電極として用いて、水を電気分解することによって水素を発生させる方法であって、
前記ニッケルの含有率は５０質量％以上であり、
前記スズの含有率は５質量％以上、２５質量％以下であり、
厚さが０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下である、水素の製造方法。
（付記２）
前記金属多孔体の気孔率が、５１％以上、９０％以下である、付記１に記載の水素の製造方法。
（付記３）
前記金属多孔体はクロム（Ｃｒ）を更に含み、前記クロムの含有率が１質量％以上、５質量％以下である付記１又は付記２に記載の水素の製造方法。
（付記４）
前記水が強アルカリ水溶液である付記１から付記３のいずれか一項に記載の水素の製造方法。
（付記５）
固体高分子電解質膜の両側に前記金属多孔体を配置して前記固体高分子電解質膜と前記金属多孔体とを接触させ、それぞれの金属多孔体を陽極及び陰極として作用させ、前記陽極側に水を供給して電気分解することによって、前記陰極側に水素を発生させる、付記１から付記３のいずれか一項に記載の水素の製造方法。
（付記６）
固体酸化物電解質膜の両側に前記金属多孔体を配置して前記固体高分子電解質膜と前記金属多孔体とを接触させ、それぞれの金属多孔体を陽極及び陰極として作用させ、前記陽極側に水蒸気を供給して水を電気分解することによって、前記陰極側に水素を発生させる、付記１から付記３のいずれか一項に記載の水素の製造方法。
（付記７）
水を電気分解することによって水素を発生させることが可能な水素の製造装置であって、
少なくともニッケル（Ｎｉ）及びスズ（Ｓｎ）を含む三次元網目状構造を有する平板状の金属多孔体を電極として備え、
前記ニッケルの含有率は５０質量％以上であり、
前記スズの含有率は５質量％以上、２５質量％以下であり、
厚さが０．１０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下である、水素の製造装置。
（付記８）
前記金属多孔体の気孔率が、５１％以上、９０％以下である、付記７に記載の水素の製造装置。
（付記９）
前記金属多孔体はクロム（Ｃｒ）を更に含み、前記クロムの含有率が１質量％以上、５質量％以下である付記７又は付記８に記載の水素の製造装置。
（付記１０）
前記水が強アルカリ水溶液である付記７から付記９のいずれか一項に記載の水素の製造装置。
（付記１１）
固体高分子電解質膜の両側に陽極及び陰極を有し、
前記陽極及び前記陰極は前記固体高分子電解質膜と接触しており、
前記陽極側に供給された水を電気分解することによって前記陰極側に水素を発生させることが可能な水素の製造装置であって、
前記陽極及び前記陰極の少なくとも一方に前記金属多孔体を用いる、付記７から付記９のいずれか一項に記載の水素の製造装置。
（付記１２）
固体酸化物電解質膜の両側に陽極及び陰極を有し、
前記陽極及び前記陰極は前記固体高分子電解質膜と接触しており、
前記陽極側に供給された水蒸気を電気分解することによって前記陰極側に水素を発生させることが可能な水素の製造装置であって、
前記陽極及び前記陰極の少なくとも一方に前記金属多孔体を用いる、付記７から付記９のいずれか一項に記載の水素の製造装置。
【実施例】
【００８０】
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、これらの実施例は例示であって、本発明の金属多孔体等はこれらに限定されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲の範囲によって示され、特許請求の範囲の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００８１】
［実施例１］
−金属多孔体１−
（三次元網目状構造を有する樹脂成形体の導電化処理）
三次元網目状構造を有する樹脂成形体として、１．０ｍｍ厚のポリウレタンシート（セル数５０〜５４個/inch、平均セル径５１０μｍ、気孔率９６体積％）を用いた。このポリウレタンシートの骨格の表面を導電化するために、粒径５μｍのグラファイト粉末１００ｇを０．５Ｌの１０％アクリル酸エステル系樹脂水溶液に分散した導電性塗料を作製した。そして、前記ポリウレタンシートを前記塗料に連続的に漬け、ロールで絞った後に乾燥させることで前記ポリウレタンシートの骨格の表面を導電化処理した。これによりポリウレタンシート（三次元網目状構造を有するシート状の樹脂成形体）の表面に導電被覆層が形成された。
【００８２】
（ニッケルめっき）
上記のようにして骨格の表面を導電化したポリウレタンシートに、目付け３５０ｇ/ｍ2のニッケルめっきを施し、ニッケルめっき層を形成した。めっき液としては、スルファミン酸ニッケルめっき液を用いた。スルファミン酸浴は、スルファミン酸ニッケル４５０ｇ/Ｌと硼酸３０ｇ/Ｌの濃度の水溶液で、ｐＨを４に調製した。そして、温度を５５℃とし、電流密度を２０ＡＳＤ（Ａ/ｄｍ2）としてニッケルめっきを行った。これによりニッケルを含む樹脂構造体が得られた。
【００８３】
（スズめっき）
上記で作製したニッケルを含む樹脂構造体の表面に目付け２０ｇ/ｍ2のスズめっきを施し、スズめっき層を形成した。スズめっき液としては、水１０００ｇに対し、硫酸第一スズ５５ｇ/Ｌ、硫酸１００ｇ/Ｌ、クレゾールスルホン酸１００ｇ/Ｌ、ゼラチン２ｇ/Ｌ、βナフトール１ｇ/Ｌの組成としたものを使用した。また、めっき浴の浴温は２０℃とし、陽極電流密度は１Ａ/ｄｍ2とした。めっき液は陰極揺動により２ｍ/分となるように攪拌した。
これにより、スズの含有率は５．４質量％となった。
【００８４】
（樹脂成形体の除去及び金属の拡散）
前記ニッケルとスズとを含む樹脂構造体を大気中８００℃で５分間加熱することによって基材（ポリウレタンシート）を燃焼除去した。このとき多孔体の骨格の表面の金属も一部酸化されるため、その後更に、還元（水素）雰囲気で１０００℃、３０分の条件で還元及び金属の拡散処理を行った。
（多孔体の冷却）
上記熱処理後の多孔体を５５０℃になるまで、９０℃／分の早さで冷却した。
（多孔体の圧延）
上記冷却後の多孔体をローラープレス機によって厚さ０．３ｍｍに圧延し、金属多孔体１を製造した。
【００８５】
［実施例２］
−金属多孔体２−
上記の金属多孔体１の製造において、ニッケルめっきの目付量を３５０ｇ/ｍ2とし、スズめっきの目付量を４０ｇ/ｍ2として、スズの含有率を１０質量％とした以外は金属多孔体１と同様にして金属多孔体２を製造した。
【００８６】
［実施例３］
−金属多孔体３−
上記の金属多孔体１の製造において、ニッケルめっきの目付量を３５０ｇ/ｍ2とし、スズめっきの目付量を６５ｇ/ｍ2として、スズの含有率を１５質量％とした以外は金属多孔体１と同様にして金属多孔体３を製造した。
【００８７】
［実施例４］
−金属多孔体４−
上記の金属多孔体１の製造において、ニッケルめっきの目付量を３００ｇ/ｍ2とし、スズめっきの目付量を８０ｇ/ｍ2として、スズの含有率を２０質量％とした以外は金属多孔体１と同様にして金属多孔体４を製造した。
【００８８】
［実施例５］
−金属多孔体５−
上記の金属多孔体１の製造において、ニッケルめっきの目付量を３００ｇ/ｍ2とし、スズめっきの目付量を９５ｇ/ｍ2として、スズの含有率を２５質量％とした以外は金属多孔体１と同様にして金属多孔体５を製造した。
【００８９】
［実施例６］
−金属多孔体６−
上記の金属多孔体１の製造において、金属多孔体の厚さを０．１０ｍｍに圧延した以外は金属多孔体１と同様にして金属多孔体６を製造した。
【００９０】
［実施例７］
−金属多孔体７−
上記の金属多孔体２の製造において、金属多孔体の厚さを０．１０ｍｍに圧延した以外は金属多孔体２と同様にして金属多孔体７を製造した。
【００９１】
［実施例８］
−金属多孔体８−
上記の金属多孔体３の製造において、金属多孔体の厚さを０．１０ｍｍに圧延した以外は金属多孔体３と同様にして金属多孔体８を製造した。
【００９２】
［実施例９］
−金属多孔体９−
上記の金属多孔体４の製造において、金属多孔体の厚さを０．１０ｍｍに圧延した以外は金属多孔体４と同様にして金属多孔体９を製造した。
【００９３】
［実施例１０］
−金属多孔体１０−
上記の金属多孔体５の製造において、金属多孔体の厚さを０．１０ｍｍに圧延した以外は金属多孔体５と同様にして金属多孔体１０を製造した。
【００９４】
［実施例１１］
−金属多孔体１１−
上記の金属多孔体１の製造において、冷却の速度を３０℃／分とした以外は金属多孔体１と同様にして金属多孔体１１を製造した。
【００９５】
［実施例１２］
−金属多孔体１２−
上記の金属多孔体２の製造において、冷却の速度を３０℃／分とした以外は金属多孔体２と同様にして金属多孔体１２を製造した。
【００９６】
［実施例１３］
−金属多孔体１３−
上記の金属多孔体３の製造において、冷却の速度を３０℃／分とした以外は金属多孔体３と同様にして金属多孔体１３を製造した。
【００９７】
［実施例１４］
−金属多孔体１４−
上記の金属多孔体４の製造において、冷却の速度を３０℃／分とした以外は金属多孔体４と同様にして金属多孔体１４を製造した。
【００９８】
［実施例１５］
−金属多孔体１５−
上記の金属多孔体５の製造において、冷却の速度を３０℃／分とした以外は金属多孔体５と同様にして金属多孔体１５を製造した。
【００９９】
［実施例１６］
−金属多孔体１６−
上記の金属多孔体６の製造において、冷却の速度を３０℃／分とした以外は金属多孔体６と同様にして金属多孔体１６を製造した。
【０１００】
［実施例１７］
−金属多孔体１７−
上記の金属多孔体７の製造において、冷却の速度を３０℃／分とした以外は金属多孔体７と同様にして金属多孔体１７を製造した。
【０１０１】
［実施例１８］
−金属多孔体１８−
上記の金属多孔体８の製造において、冷却の速度を３０℃／分とした以外は金属多孔体８と同様にして金属多孔体１８を製造した。
【０１０２】
［実施例１９］
−金属多孔体１９−
上記の金属多孔体９の製造において、冷却の速度を３０℃／分とした以外は金属多孔体９と同様にして金属多孔体１９を製造した。
【０１０３】
［実施例２０］
−金属多孔体２０−
上記の金属多孔体１０の製造において、冷却の速度を３０℃／分とした以外は金属多孔体１０と同様にして金属多孔体２０を製造した。
【０１０４】
［実施例２１］
−金属多孔体２１−
上記の金属多孔体１の製造において、スズめっき後に、更にクロムめっきを行なった以外は金属多孔体１と同様にして金属多孔体２１を製造した。クロムめっきは次のようにして行なった。
（クロムめっき）
ポリウレタンシートの骨格の表面にニッケルめっき層及びスズめっき層が形成された樹脂構造体の表面に、目付け５ｇ/ｍ2のクロムめっきを施し、クロムめっき層を形成した。クロムめっき液としては、６価クロム浴を使用した。また、めっき浴の浴温は３５℃とし、陽極電流密度は１５Ａ/ｄｍ2とした。めっき液は陰極揺動により３ｍ/分となるように攪拌した。
これにより、クロムの含有率は１．２質量％となった。
【０１０５】
［実施例２２］
−金属多孔体２２−
上記の金属多孔体２１の製造において、クロムの目付量が２０ｇ/ｍ2となるようにクロムめっきを行なった以外は金属多孔体２１と同様にして金属多孔体２２を製造した。
金属多孔体２２におけるクロムの含有率は４．６質量％であった。
【０１０６】
［比較例１］
−金属多孔体２３−
上記の金属多孔体１の製造において、ニッケルめっきの目付量を３５０ｇ/ｍ2とし、スズめっきの目付量を１０ｇ/ｍ2として、スズの含有率を３質量％とした以外は金属多孔体１と同様にして金属多孔体２３を製造した。
【０１０７】
［比較例２］
−金属多孔体２４−
上記の金属多孔体８の製造において、金属多孔体の厚さを０．００８ｍｍに圧延した以外は金属多孔体８と同様にして金属多孔体２４を製造した。
【０１０８】
［比較例３］
−金属多孔体２５−
上記の金属多孔体１の製造において、金属多孔体を急冷せずに、炉内で徐冷することにより、１０℃／分の速さで冷却した。その結果、金属多孔体が硬くなってしまい、０．５ｍｍ以下に圧延しようとすると圧延すると破損してしまった。このため、金属多孔体の厚さを０．８０ｍｍに圧延し、これを金属多孔体２５とした。
【０１０９】
［比較例４］
−金属多孔体２６−
上記の金属多孔体２の製造において、金属多孔体を急冷せずに、炉内で徐冷することにより、１０℃／分の速さで冷却した。その結果、金属多孔体が硬くなってしまい、０．５ｍｍ以下に圧延しようとすると破損してしまった。このため、金属多孔体の厚さを０．８０ｍｍに圧延し、これを金属多孔体２６とした。
【０１１０】
［比較例５］
−金属多孔体２７−
上記の金属多孔体３の製造において、金属多孔体を急冷せずに、炉内で徐冷することにより、１０℃／分の速さで冷却した。その結果、金属多孔体が硬くなってしまい、０．５ｍｍ以下に圧延しようとすると圧延すると破損してしまった。このため、金属多孔体の厚さを０．８０ｍｍに圧延し、これを金属多孔体２７とした。
【０１１１】
［比較例６］
−金属多孔体２８−
上記の金属多孔体４の製造において、金属多孔体を急冷せずに、炉内で徐冷することにより、１０℃／分の速さで冷却した。その結果、金属多孔体が硬くなってしまい、０．５ｍｍ以下に圧延しようとすると圧延すると破損してしまった。このため、金属多孔体の厚さを０．８０ｍｍに圧延し、これを金属多孔体２８とした。
【０１１２】
［比較例７］
−金属多孔体２９−
上記の金属多孔体１の製造において、ニッケルめっきの目付量を３５０ｇ/ｍ2とし、スズめっきの目付量を１３０ｇ/ｍ2として、スズの含有率を２７質量％とした。その結果、金属多孔体が硬くなってしまい、０．５ｍｍ以下に圧延しようとすると圧延すると破損してしまった。このため、金属多孔体の厚さを１．００ｍｍに圧延し、これを金属多孔体２９とした。
【０１１３】
［比較例８］
−金属多孔体３０−
上記の金属多孔体１の製造において、ニッケルめっきの目付量を３５０ｇ/ｍ2とし、スズめっきの目付量を１５０ｇ/ｍ2として、スズの含有率を３０質量％とした。その結果、金属多孔体が硬くなってしまい、０．５ｍｍ以下に圧延しようとすると圧延すると破損してしまった。このため、金属多孔体の厚さを１．００ｍｍに圧延し、これを金属多孔体３０とした。
【０１１４】
［実施例２３］
−電池１−
上記の金属多孔体１を、固体高分子型燃料電池単セルのガス拡散層兼ガス供給・排出路として用いた。
金属多孔体１を用いて単セルを組み立てるために市販のＭＥＡを用い、金属多孔体１を５×５ｃｍに裁断して、図１に示した単セルを構成した。ＭＥＡを２枚のカーボンペーパーで挟み、更にその外側を２枚の金属多孔体１で挟んで単セルを構成した。空気極と水素極がリークしないよう、ガスケットと凹型に加工した黒鉛板を用い、４角をボルトとナットにより締め付け固定してセルを封止した。これにより、各構成材料の接触性の向上とともに水素、空気のセルからの漏れを防止した。なお、セパレータのカーボン集電体は、実用的には積層電池にするのでその厚さは１〜２ｍｍ程度であるが、実施例は単セルであり、締め付けに耐える強度にするために厚さ１０ｍｍとした。このセル電池１とした。
【０１１５】
［実施例２４］〜［実施例４４］
−電池２〜２２−
実施例２３において、金属多孔体１に替えて金属多孔体２〜２２を用いた以外は実施例２３と同様にして電池２〜２２を作製した。
【０１１６】
［比較例９］〜［比較例１６］
−電池２３〜３０−
実施例２３において、金属多孔体１に替えて金属多孔体２３〜３０を用いた以外は実施例２３と同様にして電池２３〜３０を作製した。
【０１１７】
［評価］
−Ｓｎ・Ｃｒ濃度の測定−
金属多孔体１〜３０を１０ｍｍ角に切断したものをＩＣＰで測定し、Ｓｎ及びＣｒの比率を測定した。
−Ｘ線回折法による測定−
金属多孔体１及び金属多孔体２３について、Ｘ線回折法によりこれらの金属多孔体の回折Ｘ線強度を測定し、各金属多孔体におけるＮｉ３Ｓｎ、Ｎｉ３Ｓｎ２の析出の有無を調べた。
その結果、金属多孔体１においてはＮｉ３Ｓｎのピークはごくわずかであった。一方、金属多孔体２３においてはＮｉ３Ｓｎのピークが有る程度の強さで検出された。
図２に金属多孔体１のＸ線回折スペクトルを、図３に金属多孔体２３のＸ線回折スペクトルを示す。図２及び図３において、横軸は回折角２θ（ｄｅｇ）を表し、縦軸は強度（ｃｐｓ）を表す。
【０１１８】
−出力特性−
電池１〜３０のセル温度を８０℃とし、７５℃で加湿した空気・水素をそれぞれ空気極・水素極に流し、発電特性を確認した。出力は、電流−電圧特性からピークを示す値を取り、基準となる体積はＭＥＡの有効面積×（金属多孔体・カーボンペーパー・ＭＥＡの厚さの和）とした。
その結果を表１に示す。
【０１１９】
【表１】
0006663584.tif 000002
【０１２０】
実施例１〜５の金属多孔体１〜５はＮｉ３Ｓｎの析出が微量であるため、圧延によって薄くすることが可能であった。このため、金属多孔体１〜５を用いた実施例２３〜２７の電池１〜５はセルの体積出力密度が高くできた。また、実施例６〜１０の金属多孔体６〜１０はさらに薄くしても破損せず、これを用いた実施例２８〜３２の電池６〜１０はセルの体積密度をさらに高めることができた。
一方、比較例１の金属多孔体２３はＮｉ３Ｓｎ生成していないが、Ｓｎが少なすぎて耐食性が不十分であるため、これを用いた比較例９の電池２３はＮｉが溶出してしまった。比較例１０では実施例８の多孔体を０．０８ｍｍまで圧延した比較例２の金属多孔体２４を用いたが、発電性能が低く、薄い多孔体を用いても出力密度はかえって低下してしまった。多孔体が薄くなり過ぎたために、燃料ガスの供給が滞ったためと考えられる。比較例３〜６の金属多孔体２５〜２８は、耐食性は発揮したが、圧延で破損してしまい、０．８ｍｍまでしか薄くすることができなかった。このため、金属多孔体２５〜２８を用いた比較例１１〜１４のセルは出力密度が低くなった。また、比較例７、８の金属多孔体２９、３０はさらに硬くもろかったため圧延ができず、これらを用いた比較例１５、１６のセルの出力密度は一番低くなった。
【符号の説明】
【０１２１】
Ｍ              膜・電極接合体（ＭＥＡ）
１              イオン交換膜
２−１          ガス拡散電極（白金触媒を含む活性炭層）
２−２          ガス拡散電極（白金触媒を含む活性炭層）
３−１          集電体
３−２          集電体
４−１          セパレータ
４−１−１      ガス拡散層
４−２          セパレータ
４−２−１      ガス拡散層
【図１】
0006663584.tif 000003
【図２】
0006663584.tif 000004
【図３】
0006663584.tif 000005