DE112012000442T5

DE112012000442T5 - Verfahren zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur und Aluminiumstruktur

Info

Publication number: DE112012000442T5
Application number: DE112012000442T
Authority: DE
Inventors: Kazuki Okuno; Akihisa Hosoe; Hajime Ota; Kengo Goto; Koutarou Kimura
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2013-10-24
Also published as: WO2012096220A1; JP2012144763A; CN103282553A; US20120292191A1; TW201241243A; KR20140005179A

Abstract

Eine Oberfläche eines porösen Harzkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur kann mit Aluminium mit einer gleichmäßigen Dicke plattiert werden, und somit wird eine hochreine Aluminiumstruktur gebildet. Ein Verfahren zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur umfaßt einen Schritt des Plattierens eines porösen Harzkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur mit Aluminium in einem geschmolzenen Salzbad, wobei der poröse Harzkörper zumindest eine Oberfläche aufweist, die elektrisch leitend gemacht ist, worin das geschmolzene Salz eine Salzmischung aus Aluminiumchlorid und einem organischen Salz ist und das Plattieren durch Einstellen der Temperatur des geschmolzenen Salzbades auf 45°C oder mehr und 100°C oder weniger durchgeführt wird. Bevorzugt enthält das geschmolzene Salzbad weiterhin 1,10-Phenanthrolin in einer Konzentration von 0,25 g/l oder mehr und 7 g/l oder weniger.

Description

[Technisches Gebiet]
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur auf einer Harzoberfläche durch Aluminiumplattieren und besonders eine Aluminiumstruktur, die zur Verwendung als poröser Metallkörper geeignet ist, der in verschiedenen Filtern, Batterieelektroden etc. verwendet wird und ein Verfahren zur Erzeugung der Aluminiumstruktur.
[Hintergrund der Erfindung]
Poröse Metallkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur werden in vielen Gebieten verwendet, einschließlich verschiedenen Filtern, Katalysatorträgern und Batterieelektroden. Beispielsweise wird Celmet (eingetragne Marke, Produkt von Sumitomo Electric Industries, Ltd.), das sich aus Nickel zusammensetzt, als Elektrodenmaterial von Batterien wie Nickel-Wasserstoff-Batterien und Nickel-Cadmium-Batterien verwendet. Celmet ist ein poröser Metallkörper mit kontinuierlichen Poren und hat charakteristisch eine hohe Porosität (90% oder mehr) im Vergleich zu anderen porösen Körpern wie Metall-Vliesstoffen. Celmet wird erhalten durch Bilden einer Nickelschicht auf der Oberfläche eines Gerüstes aus einem porösen Harz, wie einem Urethanschaum, mit kontinuierlichen Poren, durch Durchführen einer Wärmebehandlung zum Zersetzen des geschäumten Harzkörpers, und anschließendes Durchführen einer Reduktionsbehandlung mit Nickel. Die Nickelschicht wird gebildet durch Auftragen von Kohlenstoffpulver oder dergleichen auf eine Oberfläche eines Gerüstes aus dem geschäumten Harzkörper, um den Körper elektrisch leitend zu machen, und anschließendes Niederschlagen von Nickel durch Elektroplattieren.
Aluminium hat außerordentliche Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, Korrosionsresistenz und leichtes Gewicht. Zur Verwendung in Batterien wird beispielsweise eine Aluminiumfolie, bei der eine Oberfläche mit einem Aktivmaterial wie Lithiumcobaltat beschichtet ist, als positive Elektrode einer Lithiumionen-Batterie verwendet. Eine denkbare Annäherung zur Verbesserung der Kapazität einer positiven Elektrode liegt darin, Aluminium porös zu machen, um die Oberfläche zu erhöhen und das Innere von Aluminium mit einem aktiven Material zu füllen. Dies ermöglicht die Verwendung der Aktivmaterials selbst in einer dicken Elektrode und verbessert das Verhältnis, um das aktive Material zu verwenden, pro Einheitsfläche.
PTL 1 beschreibt ein Verfahren zur Bildung einer 2 bis 20 μm metallischen Aluminiumschicht auf einer Kunststoffbasis mit inneren kontinuierlichen Räumen und einer dreidimensionalen Netzwerkform durch Durchführen eines Aluminium-Dampfniederschlagsverfahren durch ein Ionen-Plattierverfahren. PTL 2 beschreibt ein Verfahren für den Erhalt eines porösen Metallkörpers durch Bilden eines Beschichtungsfilmes aus einem Metall (Kupfer oder dergleichen), das eine eutektische Legierung bei einer Temperatur, die gleich oder niedriger ist als der Schmelzpunkt von Aluminium, auf einem Gerüst eines geschäumten Harzkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur bildet, mit anschließender Auftragung einer Aluminiumpaste darauf und Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 550°C oder mehr und 750°C oder weniger in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre, um organische Komponenten (geschäumtes Harz) und Sinteraluminiumpulver zu eliminieren.
Es ist schwierig, ein Aluminium-Elektroplattieren in Plattierbädern auf Basis von wäßriger Lösung durchzuführen, weil Aluminium eine hohe Affinität zu Sauerstoff aufweist und ein elektrisches Potential hat, das niedriger ist als das von Wasserstoff. Aufgrund dessen wurden Plattierbäder auf Basis von nicht-wäßriger Lösung zum Aluminium-Elektroplattieren untersucht. Beispielsweise offenbart PTL 3 eine Technik zum Elektroplattieren von Metalloberflächen mit Aluminium zur Verhinderung der Oxidation, gekennzeichnet dadurch, daß eine Zusammensetzung mit niedrigem Schmelzpunkt, hergestellt durch Mischen und Schmelzen eines Oniumhalogenides und eines Aluminiumhalogenides als Plattierbad verwendet wird und Aluminium auf einer Kathode niedergeschlagen wird, während der Wassergehalt im Bad bei 2 Gew.% oder weniger gehalten wird.
[Liste der Druckschriften]
[Patentliteratur]

[PTL 1] japanisches Patent Nr. 3413662
[PTL 2] japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 8-170126
[PTL 3] japanisches Patent Nr. 3202072

[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Obwohl PTL 1 beschreibt, daß ein poröser Aluminiumkörper mit einer Dicke von 2 bis 20 μm durch das darin offenbarte Verfahren erhalten wird, ist es schwierig, einen Körper mit einer großen Fläche zu bilden, weil ein Gasphasenverfahren verwendet wird, und es ist schwierig, eine Schicht zu bilden, die zum Inneren der Basis in Abhängigkeit von der Dicke und der Porosität der Basis gleichmäßig ist. Es gibt ebenfalls Probleme, daß beispielsweise die Bildung der Aluminiumschicht langsam ist und die Produktionskosten aufgrund hoher Anlagekosten hoch sind. Wenn ein dicker Film gebildet wird, gibt es auch ein Risiko, daß Risse in dem Film auftreten können und Aluminium sich lösen kann. Gemäß dem Verfahren von PTL 2 wird eine Schicht, die eine eutektische Legierung mit Aluminium bildet, gebildet und somit kann eine Aluminiumschicht mit hoher Reinheit nicht gebildet werden. Obwohl Aluminium-Elektroplattierverfahren bekannt sind, können nur Metalloberflächen durch diese Verfahren plattiert werden, und Verfahren zum Elektroplattieren einer Harzkörper-Oberfläche, insbesondere Elektroplattieren eines porösen Harzkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur ist nicht bekannt. Dies ist vermutlich aufgrund von Problemen wie Auflösung des porösen Harzes in Plattierbädern.
Demzufolge liegt ein Ziel dieser Erfindung darin, ein Verfahren, das die Bildung einer hochreinen Aluminiumstruktur ermöglicht, mit dem selbst eine Oberfläche eines porösen Harzkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur mit Aluminium plattiert und ein dicker Film gleichmäßig niedergeschlagen werden kann, und ein Verfahren anzugeben, durch das ein poröser Aluminiumkörper mit großer Fläche erhalten werden kann.
[Lösung des Problems]
Bei der Lösung der oben beschriebenen Probleme haben die Erfinder dieser Anmeldung an ein Verfahren zum Elektroplattieren einer Oberfläche eines Harzkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur wie Polyurethan und Melaminharzen mit Aluminium gedacht. Mit anderen Worten betrifft diese Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur, wobei das Verfahren das Plattieren eines Harzkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur mit zumindest einer Oberfläche, die leitend gemacht ist, mit Aluminium in einem geschmolzenen Salzbad umfaßt, worin das geschmolzene Salz eine Salzmischung aus Aluminiumchlorid und einem organischen Salz ist und das Plattieren durchgeführt wird, während die Temperatur des geschmolzenen Salzbades so gesteuert wird, daß sie 45°C oder höher und 100°C oder niedriger ist (Anspruch 1).
Die Erfinder haben festgestellt, daß ein Aluminium-Plattierverfahren, bei dem das Plattieren in einem geschmolzenen Salzbad, das eine Salzmischung aus einem organischen Salz und Aluminiumchlorid ist, durchgeführt wird, als Verfahren zum Plattieren einer Oberfläche eines Harzkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur mit Aluminium durchgeführt wird. Weil eine Mischung aus Aluminiumchlorid und einem organischen Salz wie Imidazoliumsalz bei Raumtemperatur flüssig ist, wird die Temperatur des Plattierbades üblicherweise auf eine Temperatur in der Nähe von Raumtemperatur eingestellt. Bei einer Temperatur in der Nähe von Raumtemperatur ist jedoch die Viskosität des geschmolzenen Salzes hoch und zufriedenstellendes Plattieren kann auf einem Gegenstand wie einem Harzkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur, mit einer komplizierten Skelettstruktur in Abhängigkeit von den Plattierbedingungen nicht gebildet werden. Insbesondere muß zur Bildung eines porösen Aluminiumkörpers mit großer Fläche die Stromdichte erhöht werden; wenn jedoch die Viskosität des geschmolzenen Salzes niedrig ist, wird der Stromdichtebereich, bei dem das Plattieren möglich ist, eingeengt. Wenn die Temperatur des geschmolzenen Salzbades auf 45°C oder höher und 100°C oder weniger eingestellt wird, kann die Viskosität des geschmolzenen Salzbades erniedrigt und das geschmolzene Salz zufriedenstellend im Inneren des Harzkörpers (poröser Körper) mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur verteilt werden. Demzufolge wird ein gleichmäßiges Plattieren mit einem kleinen Unterschied der Plattierdicke zwischen dem Oberflächenbereich und dem inneren Bereich des porösen Körpers möglich. Weil das Plattieren mit einer gleichmäßigen Dicke gebildet werden kann, wird darüber hinaus die Festigkeit der Aluminiumschicht erhöht und eine Aluminiumstruktur mit geringeren Rissen in der Skelettstruktur kann nach Entfernung des Harzkörpers erhalten werden.
Das geschmolzene Salz enthält bevorzugt weiterhin 1,10-Phenanthrolin in einer Konzentration von 0,25 g/l oder mehr oder 7 g/l oder weniger, zur Verbesserung der Glätte der Plattieroberfläche (Anspruch 2). Wenn die Temperatur des geschmolzenen Salzbades innerhalb eines bestimmten Bereiches zur Verminderung der Viskosität eingestellt und 1,10-Phenanthrolin zugegeben wird, wird die Gerüststruktur von einer granularen Form (Oberfläche hat große Irregularitäten und scheint bei der Oberflächenbeobachtung granular) zu einer flachen Form aufgrund einer synergistischen Wirkung der beiden verbessert, und eine Aluminiumstruktur, die stark und resistent gegenüber Rissen ist, kann selbst mit einem dünnen Gerüst mit kleiner Dicke erhalten werden.
Das organische Salz ist bevorzugt ein geschmolzenes Salz, umfassend Stickstoff, und ein Imidazoliumsalz wird bevorzugt verwendet (Anspruch 3).
Das geschmolzene Salzbad ist bevorzugt eine Salzmischung aus einem Imidazoliumsalz und Aluminiumchlorid, weil die Salzmischung bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur schmilzt und eine hohe elektrische Leitfähigkeit hat. Ein Salz, umfassend ein Imidazolium-Kation mit Alkyl-Gruppen an der 1,3-Position, ist als Imidazoliumsalz bevorzugt.
Insbesondere ist eine Salzmischung aus 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid und Aluminiumchlorid (AlCl₃-EMIC) am meisten bevorzugt, weil diese eine hohe Stabilität hat und nicht leicht zersetzbar ist. Weil ein Imidazoliumsalzbad nicht in der Gegenwart von Wasser und Sauerstoff verwendet werden sollte, wird das Plattieren bevorzugt in einer Inertgasatmosphäre wie Argon oder Stickstoff in einer geschlossenen Umgebung verwendet.
Urethanschaum und Melaminschaum haben eine hohe Porosität, Porenkontinuität und vorteilhafte thermische Zersetzungsfähigkeit und sind somit als poröse Harzformkörper bevorzugt (Anspruch 4). Urethanschaum ist bevorzugt angesichts der Porengleichmäßigkeit und hohen Verfügbarkeit, und Melaminschaum ist bevorzugt, weil er einen kleinen Porendurchmesser hat.
Die Technik, um die poröse Harzkörperoberfläche elektrisch leitend zu machen, kann aus bekannten Verfahren ausgewählt werden. Metallschichten aus Aluminium, Nickel, etc., können durch elektroloses Plattieren oder ein Gasphasenverfahren gebildet werden, und Metall- oder Kohlenstoffschichten können durch Verwendung von elektrisch leitenden Beschichtungsmaterialien gebildet werden. Die Bildung einer Aluminiumschicht durch ein Gasphasenverfahren und das Verleihen einer elektrischen Leitfähigkeit durch Verwendung von Kohlenstoff kann durchgeführt werden, ohne daß andere Metalle als Aluminium zu der Aluminiumstruktur nach dem Plattieren gegeben werden. Somit kann eine Struktur erzeugt werden, die sich im wesentlichen nur aus Aluminium als Metall zusammensetzt.
Eine Aluminiumstruktur, die einen Harzkörper mit einer Metallschicht auf der Oberfläche umfaßt, wird durch die oben genannten Schritte erhalten. Die Aluminiumstruktur kann so wie sie ist als Harzmetall-Composit verwendet werden, in Abhängigkeit von den Verwendungsbeispielen, die verschiedene Filter und Katalysatorträger umfassen. Wenn Beschränkungen durch die Arbeitsumgebung eine harzfreie Metallstruktur erfordern, kann das Harz entfernt werden (Anspruch 5).
Wegen der oben beschriebenen beiden Merkmale, nämlich Resistenz gegenüber Bruch und gleichmäßige Plattierdicke zwischen dem Inneren und dem Äußeren, kann ein gleichmäßig gepreßter poröser Körper mit einem vollständigen Gerüst, das resistent gegenüber Bruch ist, durch Pressen des endgültigen porösen Aluminiumkörpers erhalten werden. Wenn ein poröser Aluminiumkörper als Elektrodenmaterial einer Batterie oder dergleichen verwendet werden soll, wird eine Elektrode mit einem Elektroden-Aktivmaterial gefüllt und die Dichte wird durch Pressen erhöht. Weil das Gerüst zum Brechen während des Aktivmaterial-Füllschrittes oder während des Pressens zum Brechen neigt, ist die Aluminiumstruktur bei einer solchen Verwendung besonders effektiv.
[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
Gemäß dieser Erfindung kann eine Oberfläche eines porösen Harzkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur mit Aluminium plattiert werden. Somit kann ein Verfahren, das eine Aluminiumstruktur mit großer Fläche mit im wesentlichen gleichmäßiger Filmdicke und hoher Reinheit bilden kann, und eine Aluminiumstruktur angegeben werden.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
1 ist ein Fließschema, das Schritte zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur gemäß dieser Erfindung zeigt.
2 umfaßt schematisch Schnittansichten, die Schritte zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur gemäß dieser Erfindung erläutern.
3 ist eine vergrößerte Photographie einer Oberfläche, die die Struktur eines Urethanharzschaumes zeigt, das ein Beispiel eines porösen Harzkörpers ist.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines kontinuierlichen Verfahrens zum Verleihen einer elektrischen Leitfähigkeit bei einer Harzkörperoberfläche durch Verwendung eines leitenden Beschichtungsmaterials zeigt.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines kontinuierlichen Aluminium-Plattierverfahrens zeigt, das ein geschmolzenes Salz-Plattieren anwendet.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Strukturbeispiel zeigt, bei dem ein poröser Aluminiumkörper für eine geschmolzene Salzbatterie verwendet wurde.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Strukturbeispiel zeigt, worin ein poröser Aluminiumkörper bei einem elektrischen Doppelschicht-Kondensator verwendet wird.
8 ist eine vergrößerte Photographie einer Oberfläche einer Aluminiumstruktur gemäß dem Beispiel.
9 ist eine vergrößerte Photographie einer Oberfläche einer Aluminiumstruktur gemäß dem Beispiel.
[Beschreibung der Ausführungsbeispiele]
Ausführungsbeispiele dieser Erfindung werden unten unter Bezugnahme auf Zeichnungen durch ein repräsentatives Beispiel eines Verfahrens zur Erzeugung eines porösen Aluminiumkörpers beschrieben. In den unten angegebenen Zeichnungen sind Teile, die durch gleiche Ziffern angegeben sind, gleiche oder entsprechende Teile. Diese Erfindung ist nicht durch die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern durch die Ansprüche definiert, und es ist beabsichtigt, daß sie alle Modifizierungen und Änderungen innerhalb der Bedeutung und des Umfangs von Äquivalenten der Ansprüche umfaßt.
[Verfahren zur Erzeugung der Aluminiumstruktur]
1 ist ein Fließdiagramm, das ein Verfahren zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur gemäß dieser Erfindung zeigt. 2 erläutert schematisch, wie eine Aluminiumstruktur durch das Fließdiagramm mit einem porösen Harzkörper als Kernmaterial gebildet wird. Der Fluß des gesamten Produktionsverfahrens wird nachfolgend unter Bezugnahme auf diese Figuren beschrieben. Zunächst wird die Herstellung 101 eines Basisharzkörpers durchgeführt. 2(a) ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die eine vergrößerte Oberfläche eines porösen Harzköpers (geschäumter Harzkörper) mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur als Beispiel eines Basisharzkörpers zeigt. Poren werden durch einen geschäumten Harzkörper 1, der als Gerüst dient, gebildet. Dann wird die Verleihung einer elektrischen Leitfähigkeit bei der Harzkörperoberfläche 102 durchgeführt. Bei diesem Schritt wird, wie in 2(b) gezeigt ist, eine leitende Schicht 2, die sich aus einem dünnen Leiter zusammensetzt, auf der Oberfläche des geschäumten Harzkörpers 1 gebildet. Dann wird das Aluminiumplattieren 103 in einem geschmolzenen Salz durchgeführt, zur Bildung einer Aluminium-Plattierschicht 3 auf der Oberfläche des Harzkörpers, auf der die leitende Schicht gebildet wird (2(c)). Als Ergebnis wird eine Aluminiumstruktur, worin die Aluminium-Plattierschicht 3 auf der Oberfläche des Harzkörpers gebildet wird, der als Basis dient, erhalten. Zusätzlich kann die Entfernung eines Basisharzkörpers 4 durchgeführt werden. Eine Aluminiumstruktur (poröser Körper), die sich nur aus der Metallschicht zusammensetzt, die nach der Entfernung des geschäumten Harzkörpers 1 durch Zusammensetzung oder dergleichen zusammensetzt, kann erhalten werden (2(d)). Diese Schritte werden unten in der Reihenfolge beschrieben.
(Herstellung des porösen Harzkörpers)
Ein poröser Harzkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur wird hergestellt. Irgendein Harz kann frei als Ausgangsmaterial des porösen Harzkörpers ausgewählt werden. Beispiele des Ausgangsmaterials umfassen geschäumte Harzkörper aus Polyurethan, Melaminharzen, Polypropylen, Polyethylen, etc. Ein poröser Harzkörper mit irgendeiner gewünschten Form kann ausgewählt werden, solange Poren, die kontinuierlich sind (kontinuierliche Poren) enthalten sind. Beispielsweise kann ein Material mit der Form eines Vlieses, bei dem Harzfasern miteinander verwirbelt sind, als poröser Harzkörper verwendet werden. Die Porosität des porösen Harzkörpers ist bevorzugt 80 bis 98 und der Porendurchmesser ist bevorzugt 50 bis 500 μm. Der poröse Harzkörper wird bevorzugt aus Urethanschaum oder Melaminschaum gebildet, weil Urethanschaum und Melaminschaum eine hohe Porosität, Porenkontinuität und ausgezeichnete thermische Zersetzungsfähigkeit haben. Urethanschaum (Urethanschaumkörper) ist bevorzugt angesichts der Gleichmäßigkeit der Poren und hohen Verfügbarkeit, und Melaminschaum ist angesichts des kleinen Porendurchmessers bevorzugt.
Ein poröser Harzkörper enthält häufig restliche Substanzen von einem Schaumherstellungsverfahren, wie Schäummittel und nicht-reagierte Monomere, und somit wird eine Waschbehandlung bevorzugt wegen der anschließenden Schritte durchgeführt. 3 zeigt ein Beispiel eines Harzformkörpers, mit dem eine Waschbehandlung als Vorbehandlung des Urethanschaums durchgeführt ist. Der Harzkörper, der als Gerüst dient, bildet ein dreidimensionales Netzwerk und definiert somit kontinuierliche Poren in der Gesamtheit davon. Das Urethan-Schaumgerüst hat eine im wesentlichen dreieckige Form in einem Querschnitt senkrecht zu der Richtung, in der sich das Gerüst erstreckt. Die Porosität wird durch folgende Gleichung definiert: Porosität = (1 – (Gewicht des porösen Materials [g]/(Volumen des porösen Materials [cm³] × Dichte des Ausgangsmaterials))) × 100 [%] .
Der Porendurchmesser wird bestimmt durch Vergrößerung eines Mikroskopbildes oder dergleichen einer Harzkörperoberfläche, Zählen der Anzahl von Poren pro Inch (25,4 mm), zur Bestimmung der Zellzahl und Berechnen eines Durchschnittswertes als mittleren Porendurchmesser = 25,4 mm/Zellzahl.
(Verleihen einer elektrischen Leitfähigkeit bei der porösen Harzkörperoberfläche: Kohlenstoffbeschichtung)
Ein Kohlenstoff-Beschichtungsmaterial wird als leitendes Beschichtungsmaterial hergestellt. Eine Suspension, die als leitendes Beschichtungsmaterial dient, enthält bevorzugt Kohlenstoffteilchen, ein Bindemittel, ein Dispergiermittel und ein Dispersionsmedium. Zum gleichmäßigen Bilden einer Beschichtung aus leitenden Teilchen muß die Suspension einen homogenen Suspensionszustand aufrechterhalten. Demzufolge wird die Suspension bevorzugt bei 20 bis 40°C aufrechterhalten. Der Grund dafür liegt darin, daß dann, wenn die Temperatur der Suspension niedriger als 20°C ist, ein homogener Suspensionszustand nicht länger aufrechterhalten bleibt und nur das Bindemittel in hoher Konzentration auf einer Oberfläche der Netzwerk-strukturierten Gerüstoberfläche des porösen Harzkörpers gefunden wird und eine Schicht bildet. In einem solchen Fall ist die Beschichtungsschicht von Kohlenstoffteilchen leicht trennbar und es ist schwierig, eine dicht anhaftende Metallplattierung zu bilden. Wenn im Gegensatz dazu die Temperatur der Suspension 40°C übersteigt, ist die Menge des verdampfenden Dispergiermittels groß und die Suspension wird dicker im Verlaufe der Beschichtungsbehandlungszeit, und hierdurch können Fluktuationen in der Beschichtungsmenge auftreten. Der Durchmesser von Kohlenstoffteilchen ist 0,01 bis 5 μm und bevorzugt 0,01 bis 0,5 μm. Wenn der Teilchendurchmesser groß ist, können die Poren den porösen Harzkörper verstopfen oder ein glattes oder flaches Plattieren wird inhibiert. Wenn der Teilchendurchmesser übermäßig klein ist, ist es schwierig, eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit sicherzustellen.
Der poröse Harzkörper kann mit Kohlenstoffteilchen beschichtet werden, indem ein poröser Zielharzkörper in die Suspension getaucht und der poröse Harzkörper abgequetscht und getrocknet wird. 4 ist ein Diagramm, das schematisch ein Beispiel eines tatsächlichen Produktionsverfahrens zeigt, das ein strukturelles Beispiel eines Verarbeitungssystems ist, das einem streifenförmigen porösen Harzkörper, der als Gerüst dient, eine Leitfähigkeit verleiht. Wie in der Zeichnung dargestellt, umfaßt dieses System eine Zuführspule 12, die ein streifenförmiges Harz 11 zuführt, einen Behälter 15, der eine Suspension 14 aus einem leitenden Beschichtungsmaterial enthält, ein Paar von Abquetschwalzen 17, die oberhalb des Behälters 15 angeordnet sind, eine Vielzahl von Heißluftdüsen 16, die so angeordnet sind, daß sie einander im letzteren Teil des vorwärts sich bewegenden streifenförmigen Harzes 11 überliegen, und eine Aufnahmespule 18, die behandeltes streifenförmiges Harz 11 aufnimmt. Umlenkrollen 13 zum Leiten des streifenförmigen Harzes 11 sind an angemessenen Stellen angeordnet. In einem System, das so konfiguriert ist, wird das streifenförmige Harz 1 mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur von der Zuführspule 12 abgerollt, über die Umlenkrollen 13 geführt und in die Suspension in den Behälter 15 getaucht. Das streifenförmige Harz 11, das in die Suspension 14 in dem Behälter 15 getaucht ist, wird nach oben gelenkt und bewegt sich zwischen den Abquetschrollwalzen 17 oberhalb der Flüssigoberfläche der Suspension 14. Dann ist der Zwischenraum zwischen den Abquetschwalzen 17 kleiner als die Dicke des streifenförmigen Harzes 11 und das streifenförmige Harz wird komprimiert. Demzufolge wird eine überschüssige Suspension in dem streifenförmigen Harz 11 abgequetscht und gelangt zum Behälter 15 zurück.
Dann wird die Richtung, in die das streifenförmige Harz 11 bewegt wird, erneut geändert. Heißluft wird von Heißluftdüsen 16 geblasen, die von einer Vielzahl von Düsen gebildet sind, entfernt das Dispersionsmedium und dergleichen der Suspension, und das sorgfältig getrocknete streifenförmige Harz 11 wird durch die Aufnahmespule 18 aufgenommen. Die Temperatur der Heißluft, die von den Heißluftdüsen 16 geblasen wird, liegt bevorzugt in einem Bereich von 40 bis 80°C. Wenn ein solches System verwendet wird, kann ein Leitfähigkeit verleihendes Verfahren automatisch und kontinuierlich durchgeführt werden, und ein Gerüst, das eine Netzwerkstruktur aufweist, die frei von Verstopfen ist und eine gleichmäßig leitende Oberfläche hat, wird gebildet. Somit kann der nachfolgende Schritt, das heißt das Metallplattieren, glatt durchgeführt werden.
(Bildung einer Aluminiumschicht: geschmolzenes Salzplattieren)
Nachfolgend wird das elektrolytische Plattieren in einem geschmolzenen Salz durchgeführt, zur Bildung einer Aluminium-Plattierschicht auf einer porösen Harzkörperoberfläche. Ein DC-Strom wird auf den porösen Harzkörper mit einer leitenden Oberfläche als Kathode und einer Aluminiumplatte mit einer Reinheit von 99,99% als Anode im geschmolzenen Salz auferlegt. Ein gemischtes Salz (eutektisches Salz), umfassend Aluminiumchlorid und ein organisches Salz, wird als geschmolzenes Salz verwendet. Ein organisches geschmolzenes Salzbad, das bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur schmilzt, wird bevorzugt verwendet, weil das Plattieren ohne Zersetzung der porösen Harzkörpers, das als Basis dient, durchgeführt werden kann. Ein Imidazoliumsalz, Pyridiniumsalz oder dergleichen kann als organisches Salz verwendet werden. Insbesondere sind 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid (EMIC) und Butylpyridiniumchlorid (BPC) bevorzugt.
Die Temperatur des geschmolzenen Salzbades wird auf 45°C oder mehr und 100°C oder weniger eingestellt, um die Viskosität des geschmolzenen Salzes zu vermindern. Wenn die Temperatur weniger als 45°C ist, kann die Viskosität nicht ausreichend vermindert werden. Wenn die Temperatur mehr als 100°C ist, kann sich das organische Salz zersetzen. Eine bevorzugtere Temperatur ist 50°C oder mehr und 80°C oder weniger. Das Mischen von Wasser oder Sauerstoff in dem geschmolzenen Salz verschlechtert das geschmolzene Salz. Somit wird das Plattieren bevorzugt in einer Inertgasatmosphäre wie Stickstoff, Argon und dergleichen in einer geschlossenen Umgebung durchgeführt.
Zum geschmolzenen Salzbad wird 1,10-Phenanthrolin bevorzugt gegeben, um die Oberfläche glatt zu machen. Die Menge an zugegebenem 1,10-Phenanthrolin ist bevorzugt 0,25 g/l oder mehr und 7 g/l oder weniger. Wenn die zugegebene Menge weniger als 0,25 g/l ist, wird die Wirkung, die Oberfläche glatt zu machen, nicht leicht erhalten. Die Wirkung, um die Oberfläche glatt zu machen, wird verstärkt, wenn sich die Menge an zugegebenen 1,10-Phenanthrolin erhöht; jedoch verbessert sich die Wirkung nicht sehr bei einer Menge von mehr als 7 g/l. Ein bevorzugterer Bereich der zugegebenen Menge ist 2,5 g/l oder mehr und 5 g/l oder weniger.
Gemäß einem Verfahren zur Verminderung der Viskosität durch Zugabe eines organischen Lösungsmittels oder dergleichen zum geschmolzenen Salzbad sind eine Anlage zur Verhinderung der Verdampfung des organischen Lösungsmittels und eine Sicherheitsanlage zur Verhinderung des Brennens des organischen Lösungsmittels notwendig; jedoch wird gemäß dieser Erfindung die Viskosität des geschmolzenes Salzbades vermindert durch Einstellen der Temperatur innerhalb eines bestimmten Bereiches. Somit kann das Plattieren mit einer einfachen Anlage durchgeführt werden. Darüber hinaus sind die Wirkungen gleich, weil 1,10-Phenanthrolin in einem Bereich von 45 bis 100°C nicht verdampft.
5 ist ein Diagramm, das schematisch eine Struktur eines Systems zum kontinuierlichen Durchführen einer Metallplattierbehandlung auf dem streifenförmigen Harz wie oben beschrieben zeigt. In der in der Zeichnung dargestellten Struktur wird ein streifenförmiges Harz 22 mit einer leitenden Oberfläche von links nach rechts transportiert. Ein erster Plattierbehälter 21a ist durch eine zylindrische Elektrode 24, eine Anode 25, die an der Innenwand des Behälters installiert ist, und ein Plattierbad 23 konstituiert. Das streifenförmige Harz 22 gelangt durch das Plattierbad 23 entlang der zylindrischen Elektrode 24, so daß elektrische Ströme leicht und gleichmäßig im gesamten porösen Harzkörper fließen können und ein gleichmäßiges Plattieren so gebildet werden kann. Ein zweiter Plattierbehälter 21b ist ein Behälter zur Bildung einer dicken und gleichmäßigen Plattierung und ist durch eine Vielzahl von Behältern konstituiert, so daß das Plattieren wiederholt durchgeführt wird. Das Plattieren wird durch aufeinanderfolgendes Senden des streifenförmigen Harzes 22 mit einer leitenden Oberfläche durch ein Plattierbad 28 durch Verwendung von Transferwalzen und Elektrodenwalzen 26 durchgeführt, die als Pulver-Zuführkathoden außerhalb des Behälters dienen. Anoden 27 sind in der Vielzahl von Behältern angeordnet, um so den beiden Seiten des porösen Harzkörper gegenüberzuliegen, wobei das Plattierbad 28 dazwischen liegt. Beide Seiten des porösen Harzkörpers können gleichmäßig plattiert werden.
Eine Aluminiumstruktur (poröser Aluminiumkörper) mit einem porösen Harzkörper als Kern des Gerüstes wird durch die oben erwähnten Schritte erhalten. Die Aluminiumstruktur kann so wie sie ist als Harz-Metallcomposit in Abhängigkeit von den Verwendungsbeispielen verwendet werden, die verschiedene Filter und Katalysatorträger umfassen. Wenn Beschränkungen, die durch die Betriebsumgebung vorliegen, eine harzfreie Metallstruktur erfordern, kann das Harz entfernt werden. Das Harz kann durch irgendein gewünschtes Verfahren entfernt werden wie Zersetzung (Auflösung) unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels, eines geschmolzenen Salzes oder superkritisches Wasser oder durch Pyrolyse. Im Gegensatz zu Nickel und dergleichen ist Aluminium schwierig zu reduzieren, wenn es oxidiert ist. Wenn somit Aluminium als Elektrodenmaterial einer Batterie, etc. verwendet wird, wird das Harz bevorzugt durch ein Verfahren entfernt, das keine leichte Oxidation von Aluminium verursacht. Beispielsweise wird ein Verfahren zur Entfernung des Harzes durch Pyrolyse in einem geschmolzenen Salz, wie unten beschrieben bevorzugt verwendet.
(Entfernung des Harzes: Pyrolyse im geschmolzenen Salz)
Die Pyrolyse in einem geschmolzenen Salz wird durch folgendes Verfahren durchgeführt. Ein poröser Harzkörper mit einer Aluminium-Plattierschicht, die auf einer Oberfläche gebildet ist, wird in ein geschmolzenes Salz getaucht und der poröse Harzkörper wird unter Erwärmen zersetzt, indem ein negatives Potential auf die Aluminiumschicht auferlegt wird. Wenn ein negatives Potential auferlegt wird, während der Körper in ein geschmolzenes Salz getaucht wird, kann der poröse Harzkörper ohne Oxidation von Aluminium zersetzt werden. Die Erwärmungstemperatur kann entsprechend der Art des porösen Harzkörpers ausgewählt werden, aber das Verfahren muß bei einer Temperatur von gleich oder weniger als dem Schmelzpunkt von Aluminium (660°C) durchgeführt werden, um Aluminium nicht zu schmelzen. Ein bevorzugter Temperaturbereich ist 500°C oder mehr und 600°C oder weniger. Die Menge des auferlegten negativen Potentials ist niedriger als das Reduktionspotential von Aluminium, aber höher als das Reduktionspotential eines Kations in einem geschmolzenen Salz.
Ein Halogenidsalz oder Nitrat eines Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls, das das Elektrodenpotential von Aluminium weniger nobel macht, kann als geschmolzenes Salz verwendet werden, das für die Pyrolyse des Harzes eingesetzt wird. Insbesondere enthält das geschmolzene Salz bevorzugt zumindest eines, aus der Gruppe bestehend aus Lithiumchlorid (LiCl), Kaliumchlorid (KCl), Natriumchlorid (NaCl), Aluminiumchlorid (AlCl₃), Lithiumnitrat (LiNO₃), Lithiumnitrit (LiNO₂), Kaliumnitrat (KNO₃), Kaliumnitrit (KNO₂), Natriumnitrat (NaNO₃) und Natriumnitrit (NaNO₂). Gemäß diesem Verfahren kann ein poröser Aluminiumkörper mit einer dünnen Oxidschicht auf der Oberfläche und mit niedrigem Sauerstoffgehalt erhalten werden.
(Lithiumionen-Batterie)
Nachfolgend wird ein Batterie-Elektrodenmaterial und eine Batterie, die einen porösen Aluminiumkörper verwenden, beschrieben. Wenn beispielsweise ein poröser Aluminiumkörper in einer positiven Elektrode einer Lithiumionen-Batterie verwendet wird, wird Lithiumcobaltoxid (LiCoO₂), Lithiummanganat (LiMn₂O₄), Lithiumnickelat (LiNiO₂) oder dergleichen als Aktivmaterial verwendet. Das Aktivmaterial wird in Kombination mit einer Leitungshilfe und einem Bindemittel verwendet. In einem bekannten positiven Elektrodenmaterial für eine Lithiumionen-Batterie wird eine Oberfläche einer Aluminiumfolie mit dem Aktivmaterial beschichtet. Die Dicke der Aktivmaterialbeschichtung wird erhöht zur Verbesserung der Batteriekapazität pro Einheitsfläche. Zum effektiven Verwenden des Aktivmaterials müssen die Aluminiumfolie und das Aktivmaterial einen elektrischen Kontakt erzeugen und somit wird das Aktivmaterial mit einer Leitungshilfe vermischt. Im Gegensatz dazu hat der poröse Aluminiumkörper dieser Erfindung eine hohe Porosität und große Oberfläche pro Einheitsfläche. Demzufolge kann das Aktivmaterial effektiv verwendet werden, selbst wenn ein dünnes Aktivmaterial auf der Oberfläche des porösen Körpers getragen wird, die Kapazität der Batterie kann verbessert und die Menge der zu vermischenden Leitungshilfe reduziert werden. Eine Lithiumionen-Batterie verwendet das oben beschriebene positive Elektrodenmaterial als positive Elektrode, Graphit als negative Elektrode und eine organische Elektrolytlösung als Elektrolyt. Weil eine solche Lithiumionen-Batterie eine verbesserte Kapazität trotz einer kleinen Elektrodenfläche haben kann, kann die Energiedichte der Batterie im Vergleich zu bekannten Lithiumionen-Batterien erhöht werden.
(Geschmolzene Salzbatterie)
Ein poröser Aluminiumkörper kann ebenfalls als Elektrodenmaterial für eine geschmolzene Salzbatterie verwendet werden. Wenn ein poröser Aluminiumkörper als positives Elektrodenmaterial verwendet wird, wird eine Metallverbindung, die ein Kation eines geschmolzenen Salzes interkalieren kann, das als Elektrolyt dient, z. B. Natriumchromit (NaCrO₂) oder Titandisulfid (TiS₂), als Aktivmaterial verwendet. Das Aktivmaterial wird in Kombination mit einer Leitungshilfe und einem Bindemittel verwendet. Acetylenruß und dergleichen können als Leitungshilfe verwendet werden. Polytetrafluorethylen (PTFE) und dergleichen können als Bindemittel verwendet werden. Wenn Natriumchromit als Aktivmaterial und Acetylenruß als Leitungshilfe verwendet werden, ist PTFE bevorzugt, weil es die beiden zusammenbinden kann.
Der poröse Aluminiumkörper kann ebenfalls als negatives Elektrodenmaterial einer geschmolzenen Salzbatterie verwendet werden. Wenn ein poröser Aluminiumkörper als negatives Elektrodenmaterial verwendet wird, kann elementares Natrium, eine Legierung aus Natrium und anderen Metallen, Kohlenstoff, etc. als Aktivmaterial verwendet werden. Weil der Schmelzpunkt von Natrium etwa 98°C ist und das Metall mit einer Erhöhung der Temperatur aufweicht, wird Natrium bevorzugt mit einem anderen Metall legiert (Si, Sn, In oder dergleichen). Insbesondere ist eine Legierung aus Natrium und Sn bevorzugt, weil die Legierung leicht zu handhaben ist. Natrium oder eine Natriumlegierung kann auf der Oberfläche des porösen Aluminiumkörpers durch Elektroplattieren, Heißtauchen oder dergleichen getragen werden. Alternativ kann eine Natriumlegierung durch Niederschlagen eines zu legierenden Metalls mit Natrium auf einen porösen Aluminiumkörper durch Plattieren oder dergleichen und anschließendes Durchführen einer Ladung in der geschmolzenen Salzbatterie gebildet werden.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer geschmolzenen Salzbatterie zeigt, die das oben beschriebene Batterie-Elektrodenmaterial verwendet. Die geschmolzene Salzbatterie umfaßt eine positive Elektrode 121, worin ein Aktivmaterial für eine positive Elektrode auf der Oberfläche des Aluminium-Gerüstanteils eines porösen Aluminiumkörpers getragen ist, eine negative Elektrode 122, worin ein Aktivmaterial für eine negative Elektrode auf der Oberfläche des Aluminiumgerüstbereiches eines porösen Aluminiumkörpers getragen ist, und einen Separator 123, der mit einem geschmolzenen Salz imprägniert ist, das als Elektrolyt dient. Die positive Elektrode 121, die negative Elektrode 122 und der Separator 123 sind in einem Gehäuse 127 angeordnet. Ein Preßteil 126, das durch eine Preßplatte 124 und eine Feder 125 konstituiert ist, die die Preßplatte preßt, ist zwischen der oberen Oberfläche des Gehäuses 127 und der negativen Elektrode angeordnet. Weil das Preßteil vorgesehen ist, können alle Komponenten gleichmäßig gepreßt und miteinander in Kontakt gebracht werden, selbst wenn die positive Elektrode 121, die negative Elektrode 122 und der Separator 123 Volumenänderungen eingehen. Ein Kollektor (poröser Aluminiumkörper) für die positive Elektrode 121 und ein Kollektor (poröser Aluminiumkörper) für die negative Elektrode 122 sind jeweils an ein positives Elektrodenende 128 und ein negatives Elektrodenende 129 über Leitungsdrähte 130 gebunden.
Verschiedene anorganische Salze oder organische Salze, die bei einer Arbeitstemperatur schmelzen, können als geschmolzenes Salz verwendet werden, das als Elektrolyt dient. Zumindest eines, ausgewählt aus Alkalimetallen wie Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb) und Cäsium (Cs) und Erdalkalimetallen wie Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr) und Barium (Ba) können als Kation des geschmolzenen Salzes verwendet werden.
Zur Verminderung des Schmelzpunktes des geschmolzenen Salzes werden zwei oder mehrere Salze bevorzugt als Mischung verwendet. Wenn beispielsweise Kaliumbis(fluorosulfronyl)amid (KFSA) und Natriumbis (fluorosulfonyl) amid (NaFSA) in Kombination verwendet werden, kann die Arbeitstemperatur der Batterie auf 90°C oder weniger eingestellt werden.
Das geschmolzene Salz wird durch Imprägnieren des Separators verwendet. Der Separator wird vorgesehen, um zu verhindern, daß die positive und die negative Elektrode einander kontaktieren, und ein Glasvlies, ein poröser Harzkörper, etc. kann als Separator verwendet werden. Die positive Elektrode, die negative Elektrode und der Separator, die mit dem geschmolzenen Salz imprägniert sind, werden gestapelt, im Gehäuse untergebracht und als Batterie verwendet.
(Elektrischer Doppelschicht-Kondensator)
Ein poröser Aluminiumkörper kann ebenfalls als Elektrodenmaterial für einen elektrischen Doppelschicht-Kondensator verwendet werden. Wenn ein poröser Aluminiumkörper als Elektrodenmaterial für einen elektrischen Doppelschicht-Kondensator verwendet wird, wird Aktivkohle oder dergleichen als Aktivmaterial für die Elektrode verwendet. Aktivkohle wird in Kombination mit einer Leitungshilfe und einem Bindemittel verwendet. Graphit, Kohlenstoff-Nanrohr und dergleichen kann als Leitungshilfe verwendet werden. Polytetrafluorethylen (PTFE), Styrol-Butadien-Kautschuk, etc. kann als Bindemittel verwendet werden.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines elektrischen Doppelschicht-Kondensators zeigt, der das Elektrodenmaterial für einen elektrischen Doppelschicht-Kondensator wie oben beschrieben verwendet. Ein Elektrodenmaterial, worin ein Aktivmaterial für eine Elektrode auf einen porösen Aluminiumkörper getragen wird, wird in einer organischen Elektrolytlösung 143, die mit einem Separator 142 getränkt ist, angeordnet und fungiert als polarisierbare Elektrode 141. Das Elektrodenmaterial 141 ist mit einem Leitungsdraht 144 verbunden und all diese Komponenten sind in einem Gehäuse 145 untergebracht. Weil der poröse Aluminiumkörper als Kollektor verwendet wird, wird die Oberfläche des Kollektors erhöht und ein elektrischer Doppelschicht-Kondensator mit hohem Ausstoß und hoher Kapazität kann erhalten werden, selbst wenn Aktivkohle, die als Aktivmaterial dient, dünn aufgetragen ist.
(Bildung der leitenden Schicht: Kohlenstoffbeschichtung)
Ein Produktionsbeispiel eines porösen Aluminiumkörpers wird unten spezifisch beschrieben. Ein Urethanschaum mit einer Dicke von 1 mm, einer Porosität von 95 und einem Porendurchmesser von 300 μm wurde als Harzformkörper hergestellt und zu einem Stück mit 80 mm × 50 mm geschnitten. Der Urethanschaum wurde in eine Kohlenstoffsuspension getaucht und getrocknet, um zu verursachen, daß Kohlenstoffteilchen an der gesamten Oberfläche haften, und hierdurch eine leitende Schicht bilden. Die Suspension enthielt 25 Graphit plus Ruß, ein Harzbindemittel, ein Eindringmittel und ein Antischäummittel. Der Teilchendurchmesser des Rußes war 0,5 μm.
(Bildung der leitenden Schicht: Aluminium-Dampfniederschlag)
Der gleiche poröse Harzkörper, der bei der Kohlenstoffbeschichtung verwendet wurde, wurde hergestellt, und Aluminium wurde auf der Oberfläche Dampf-niedergeschlagen zur Bildung einer leitenden Aluminiumschicht mit einer Dicke von 0,7 μm.
(Plattieren mit geschmolzenen Salz)
Ein Urethanschaum mit einer leitenden Schicht auf der Oberfläche wurde als Arbeitsstück verwendet. Das Arbeitsstück wurde in eine Haltevorrichtung mit einer Energiezufuhrfunktion gegeben, in einer Handschuhbox mit Argonatmosphäre und mit niedrigem Feuchtigkeitsgehalt (Taupunkt: –30°C oder weniger) angeordnet und in einem geschmolzenen Bad (33 mol% EMIC-67 mol% AlCl₃) bei einer Temperatur, die in den Tabellen 1 und 2 gezeigt ist, getaucht. 1,10-Phenanthrolin wurde in einer Konzentration gemäß den Tabellen 1 und 2 zum geschmolzenen Salzbad gegeben. Die Haltevorrichtung, in die das Arbeitsstück eingebracht war, wurde mit der Kathodenseite eines Rektifizierers verbunden und eine Aluminiumplatte (Reinheit: 99,99%) wurde mit der Gegenelektrode, Anode verbunden. Ein DC-Strom mit einer Stromdichte gemäß Tabelle 1 wurde 90 Minuten bei 2 A/cm² (Nachfolgend nur ”A/cm²” als ASD bezeichnet), 30 Minuten bei 6 ASD und 10 Minuten bei 15 ASD zur Bildung einer Aluminiumplattierung auferlegt. Das Rühren wurde mit einem Rührer unter Verwendung eines Teflon(eingetragene Marke)-Rotors durchgeführt. Die Stromdichte ist ein Wert, der auf der Basis der Scheindichte des Urethanschaumes berechnet ist.
(Zersetzung des porösen Harzkörpers)
Jeder poröse Harzkörper, auf dem eine Aluminium-Plattierschicht gebildet war, wurde in ein LiCl-KCl-eutektisches geschmolzenes Salz mit einer Temperatur von 500°C getaucht, und ein negatives Potential von –1 V wurde 5 Minuten auferlegt, zum Zersetzen und Entfernen von Polyurethan und hierdurch einen porösen Aluminiumkörper zu erhalten.

Die Plattierfähigkeit im Inneren des erhaltenen porösen Aluminiumkörpers wurde bewertet. Bezüglich der Bewertung des Plattierens im Inneren wurden Proben, bei denen die Dicke des Plattierens im Inneren des porösen Körpers klein war und das Plattieren nach Entfernung des Urethanschaumes in zwei Stücke getrennt war, mit F bewertet und Proben, bei denen das Innere des porösen Körpers plattiert war und eine Trennung nicht auftrat, wurden mit A bewertet. Bezüglich der Auswertung eines Querschnittes wurden von den Proben, bei denen das Innere des porösen Körpers plattiert war und die Trennung nicht auftrat, ein Oberflächenbereich und ein Querschnitt, der als Schnitt senkrecht zur der Richtung, in der sich das Gerüst erstreckt, verwendet wurde, extrahiert, in ein Harz eingebettet und poliert, zur Beobachtung der Querschnitte. Bei der Beobachtung des Querschnitts wurden Proben, bei denen die Dicke des Plattierens im Inneren 70% oder mehr der Dicke des Plattierens außerhalb war, mit A bewertet, Proben, bei denen die Dicke des Plattierens im Inneren 50% oder mehr und weniger als 70% der Dicke des Plattierens außerhalb war, mit B bewertet und Proben, bei denen die Dicke des Plattierens im Inneren weniger als 50% der Dicke des Plattierens außerhalb war, wurden mit F bewertet. Zur Bewertung der Oberflächenglätte des Plattierens (dies wird als ”Oberfläche” in den Tabellen angezeigt) wurde der poröse Aluminiumkörper mit einem Elektronenabtastmikroskop beobachtet. Proben mit einer glatten Oberfläche bei einer ×1000-Vergrößerung wurden mit A bewertet und Proben mit klaren und großen Irregularitäten wurden mit F bewertet. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt. [Tabelle 1] (Ergebnisse von Proben, bei denen eine leitende Aluminiumschicht gebildet war)

		Phenanthrolin-Konzentration (g/l)
		0,25			2,5	5
		2 ASD	6 ASD	15 ASD	6 ASD	6 ASD
Temperatur	(Stromdichte) Raumtemperatur	Plattieren im Inneren: F Oberfläche: A Querschnitt: F	Plattieren im Inneren: F Oberfläche: F Querschnitt: F	Plattieren im Inneren: F Oberfläche: F Querschnitt: F	Plattieren im Inneren: F Oberfläche: A Querschnitt: F	Plattieren im Inneren: F Oberfläche: A Querschnitt: F
	(Stromdichte) 60°C	2 ASD	6 ASD	15 ASD	6 ASD	6 ASD
	(Stromdichte) 60°C	Plattieren im Inneren: A Oberfläche: A Querschnitt: F	Plattieren im Inneren: A Oberfläche: F Querschnitt: F	Plattieren im Inneren: A Oberfläche: F Querschnitt: F	Plattieren im Inneren: A Oberfläche: A Querschnitt: F	Plattieren im Inneren: A Oberfläche: A Querschnitt: A
	(Stromdichte) 80°C	2 ASD	6 ASD	15 ASD	6 ASD
	(Stromdichte) 80°C	Plattieren im Inneren: A Oberfläche: A Querschnitt: F	Plattieren im Inneren: A Oberfläche: F Querschnitt: F	Plattieren im Inneren: A Oberfläche: F Querschnitt: F	Plattieren im Innren: A Oberfläche: A Querschnitt: B

[Tabelle 2] (Ergebnisse von Proben, bei denen eine leitende Kohlenstoffschicht gebildet war)

		Phenanthrolin-Konzentration (g/l)
		0,25	1,25	2,5	5
		6 ASD		6 ASD	6 ASD
Temperatur	(Stromdichte) Raumtemperatur	Plattieren im Inneren: F Oberfläche: F Querscnitt: F		Plattieren im Inneren: F Oberfläche: A Querschnitt: F	Plattieren im Inneren: F Oberfläche: A Querschnitt: F
	(Stromdichte) 60°C	6 ASD		6 ASD	6 ASD
	(Stromdichte) 60°C	Plattieren im Inneren: A Oberfläche: F Querschnitt: F		Plattieren im Inneren: A Oberfläche: A Querschnitt: F	Plattieren im Inneren: A Oberfläche: A Querschnitt: A
	(Stromdichte) 80°C		6 ASD	6 ASD
	(Stromdichte) 80°C		Plattieren im Inneren: A Oberfläche: F Querschnitt: F	Plattieren im Inneren: A Oberfläche: A Querschnitt: B

Wie in den Tabellen 1 und 2 gezeigt ist, war die Plattierfähigkeit im Inneren schlecht, wenn die Plattiertemperatur Raumtemperatur war und das Plattieren sich in zwei Stücke nach Entfernung des Urethanschaumes trennte. Eine Trennung trat nicht auf, wenn die Plattiertemperatur 60°C oder 80°C war und das Innere war plattierfähig. Jedoch wurden bei der Querschnittsbewertung und Oberflächenbewertung, bei denen der Zustand des Plattierens dicht beobachtet wurde, viele Proben, die mit F bewertet wurden, festgestellt, wenn die Phenanthrolin-Konzentration 0,25 g/l war. Insbesondere verschlechterten sich die Auswertungsergebnisse, wenn sich die Stromdichte erhöhte. Wenn die Menge des zugegebenen Pheanthrolins klein ist, muß die Stromdichte niedrig sein und das Plattieren muß langsam durchgeführt werden, um die Oberflächenglätte des Plattierens zu verbessern.
8 ist eine Abtastelektronenmikroskop-Photographie einer Aluminiumstruktur, hergestellt durch Plattieren einer Probe mit einer leitenden Aluminiumschicht mit Aluminium bei einer Phenanthrolin-Konzentration von 0,25 g/l, einer Stromdichte von 6 ASD und einer Plattiertemperatur von 60°C. 9 ist eine Elektronenabtastmikroskop-Photographie einer Aluminiumstruktur, hergestellt durch Plattieren einer Probe mit einer leitenden Aluminiumschicht mit Aluminium bei einer Phenanthrolin-Konzentration von 5 g/l, einer Stromdichte von 6 ASD und einer Plattiertemperatur von 60°C. Es ist zu verstehen, daß die Oberfläche des Aluminiumplattierens gemäß 9 glatt ist, worin die Phenanthrolin-Konzentration hoch ist, aber daß Irregularitäten auf der Oberfläche von 8 erzeugt werden, wenn die Phenanthrolin-Konzentration niedrig ist.
[Industrielle Anwendbarkeit]
Wie oben diskutiert, kann gemäß der Erfindung eine Struktur, hergestellt durch Plattieren einer Harzkörperoberfläche mit Aluminium und eine Aluminiumstruktur, hergestellt durch Entfernen des Harzkörpers von dieser Struktur, erhalten werden. Somit kann beispielsweise diese Erfindung für einen porösen Aluminiumkörper angewandt und in einer großen Vielzahl von Gebieten verwendet werden, worin Eigenschaften von Aluminium vollständig verwendet werden, wie bei elektrischen Materialien wie Batterie-Elektroden, Filtern zur Filtration und Katalysatorträgern.
[Liste der Bezugszeichen]

1 geschäumter Harzkörper, 2 leitende Schicht, 3 Aluminium-Plattierschicht, 11 streifenförmiges Harz, 12 Zuführspule, 13 Umlenkrolle, 14 Suspension, 15 Behälter, 16 Heißluftdüse, 17 Abquetschwalze, 18 Aufnahmespule, 21a, 21b Plattierbehälter, 22 streifenförmiges Harz, 23, 28 Plattierbad, 24 zylindrische Elektrode, 25, 27 positive Elektrode, 26 Elektrodenwalze, 121 positive Elektrode, 122 negative Elektrode, 123 Separator, 124 Preßplatte, 125 Feder, 126 Preßteil, 127 Gehäuse, 128 positives Elektrodenende, 129 negatives Elektrodenende, 130 Leitungsdraht, 141 polarisierbare Elektrode, 142 Separator, 143 organische Elektrolytlösung, 144 Leitungsdraht, 145 Gehäuse.

Claims

Verfahren zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur, umfassend einen Schritt zum Plattieren eines porösen Harzkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur mit Aluminium in einem geschmolzenen Salzbad, wobei der poröse Harzkörper zumindest eine Oberfläche aufweist, die elektrisch leitend gemacht ist, worin das geschmolzene Salz eine Salzmischung aus Aluminiumchlorid und einem organischen Salz ist und das Plattieren durch Einstellen der Temperatur des geschmolzenen Salzbades auf 45°C oder mehr und 100°C oder weniger durchgeführt wird.
Verfahren zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur nach Anspruch 1, worin das geschmolzene Salzbad weiterhin 1,10-Phenanthrolin bei einer Konzentration von 0,25 g/l oder mehr und 7 g/l oder weniger umfaßt.
Verfahren zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur nach Anspruch 1 oder 2, worin das organische Salz ein Imidazoliumsalz ist.
Verfahren zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der poröse Harzkörper Polyurethan oder Melaminharz ist.
Verfahren zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin umfassend einen Schritt der Entfernung des Harzkörpers nach dem Plattierschritt.
Aluminiumstruktur, erzeugt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5.