DE112020006285T5

DE112020006285T5 - Poröser Körper und Brennstoffzelle diesen enthaltend

Info

Publication number: DE112020006285T5
Application number: DE112020006285.6T
Authority: DE
Inventors: Ryoko Kanda; Masatoshi Majima; Mitsuyasu Ogawa; Kazuki Okuno; Koma Numata; Yohei NODA
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2022-12-01
Also published as: KR20220115573A; US20220416255A1; CN114761593A; JPWO2021131689A1; WO2021131689A1

Abstract

Poröser Körper, umfassend ein Gerüst mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur, wobei das Gerüst einen Körper aufweist, der Nickel, Kobalt, ein erstes Element und ein zweites Element als konstituierende Elemente enthält, das Kobalt einen Massenanteil von 0,2 oder mehr und 0,8 oder weniger bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt aufweist, das erste Element aus mindestens einem Element besteht, das aus der Gruppe bestehend aus Bor, Eisen und Calcium ausgewählt ist, das zweite Element aus mindestens einem Element besteht, das aus der Gruppe bestehend aus Natrium, Magnesium, Aluminium, Silicium, Kalium, Titan, Chrom, Kupfer, Zink und Zinn ausgewählt ist, die ersten und zweiten Elemente zusammen einen Massenanteil von insgesamt 5 ppm oder mehr und 50.000 ppm oder weniger bezogen den Körper des Gerüsts aufweisen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen porösen Körper und eine diesen enthaltende Brennstoffzelle. Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-232469 , die am 24. Dezember 2019 eingereicht wurde. Die Offenbarung der japanischen Patentanmeldung ist durch Bezugnahme vollständig hierin enthalten.
Stand der Technik
Üblicherweise haben poröse Körper, wie beispielsweise poröse Metallkörper, eine hohe Porosität und daher eine große Oberfläche und wurden daher in verschiedenen Anwendungen wie Batterieelektroden, Katalysatorträgern, Metallverbundmaterialien und Filtern eingesetzt.
Zitationsliste
Patentliteratur

PTL 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift-Nr. H11-154517
PTL 2: J Japanische Patentoffenlegungsschrift-Nr. 2012-132083
PTL 3: Japanische Patentoffenlegungsschrift-Nr. 2012-149282

Zusammenfassung der Erfindung
Ein poröser Körper gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Gerüst mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur,
wobei das Gerüst einen Körper aufweist, der Nickel, Kobalt, ein erstes Element und ein zweites Element als konstituierende Elemente enthält,
das Kobalt einen Massenanteil von 0,2 oder mehr und 0,8 oder weniger bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt aufweist,
das erste Element aus mindestens einem Element besteht, das aus der Gruppe bestehend aus Bor, Eisen und Calcium ausgewählt ist,
das zweite Element aus mindestens einem Element besteht, das aus der Gruppe bestehend aus Natrium, Magnesium, Aluminium, Silicium, Kalium, Titan, Chrom, Kupfer, Zink und Zinn ausgewählt ist,
die ersten und zweiten Elemente zusammen einen Massenanteil von insgesamt 5 ppm oder mehr und 50.000 ppm oder weniger bezogen auf eine Masse des Körpers des Gerüsts aufweisen.
Eine Brennstoffzelle gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Brennstoffzelle enthaltend einen Stromkollektor für eine Luftelektrode und einen Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode, wobei mindestens einer des Stromkollektors für die Luftelektrode oder des Stromkollektors für die Wasserstoffelektrode den porösen Körper enthält.
Figurenliste

1 ist ein schematischer Teilquerschnitt, der allgemein einen Teilquerschnitt eines Gerüstes eines porösen Körpers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
2 ist ein schematischer Querschnitt, der einen Querschnitt orthogonal zu einer longitudinalen Richtung des Gerüsts zeigt.
3A ist eine vergrößerte schematische Darstellung, die sich auf eine Zelle in dem porösen Körper fokussiert, um eine dreidimensionale Netzwerkstruktur des porösen Körpers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zu veranschaulichen.
3B ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform einer Form der Zelle zeigt.
4A ist eine schematische Darstellung, die eine andere Ausführungsform der Form der Zelle zeigt.
4B ist eine schematische Darstellung, die noch eine andere Ausführungsform der Form der Zelle zeigt.
5 ist eine schematische Darstellung, die zwei verbundene Zellen zeigt.
6 ist eine schematische Darstellung, die vier verbundene Zellen zeigt.
7 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur zeigt, die durch mehrere verbundene Zellen gebildet wird.
8 ist ein schematischer Querschnitt einer Brennstoffzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
9 ist ein schematischer Querschnitt einer Zelle für eine Brennstoffzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
[Problem, das durch die vorliegende Offenbarung gelöst werden soll]
Als ein solches Verfahren zur Herstellung eines porösen Metallkörpers offenbart beispielsweise die japanische Patentoffenlegungsschrift-Nr. H11-154517 (PTL 1), dass nach einer Behandlung, die einem geschäumten Harz oder dergleichen Leitfähigkeit verleiht, eine Elektroplattierungsschicht aus Metall auf dem geschäumten Harz gebildet wird, und das geschäumte Harz, soweit erforderlich, verbrannt und somit entfernt wird, um einen porösen Metallkörper herzustellen.
Darüber hinaus offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift-Nr. 2012-132083 (PTL 2) einen porösen Metallkörper mit einem Gerüst, das hauptsächlich aus einer Nickel-Zinn-Legierung besteht, als einen porösen Metallkörper, der Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit als Eigenschaften aufweist. Die japanische Patentoffenlegungsschrift-Nr. 2012-149282 (PTL 3) offenbart einen porösen Metallkörper mit einem Gerüst, das hauptsächlich aus einer Nickel-Chrom-Legierung besteht, als einen porösen Metallkörper mit hoher Korrosionsbeständigkeit.
Wie oben beschrieben, sind zwar verschiedene Arten von porösen Körpern, wie beispielsweise ein poröser Metallkörper, bekannt, aber die Verwendung dieser als ein Stromkollektor für eine Elektrode für eine Zelle, insbesondere eine Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) (zum Beispiel ein Stromkollektor für eine Luftelektrode und ein Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode), bietet Raum für weitere Verbesserungen, wie beispielsweise die Anpassung des porösen Körpers hinsichtlich der Festigkeit.
Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht der obigen Umstände gemacht und betrifft einen porösen Körper mit geeigneter Festigkeit als ein Stromkollektor für eine Luftelektrode einer Brennstoffzelle und als ein Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode einer Brennstoffzelle und eine diesen enthaltende Brennstoffzelle.
[Vorteilhafte Effekte der vorliegenden Offenbarung]
Gemäß den obigen Ausführungen, ein poröser Körper mit geeigneter Festigkeit als ein Stromkollektor für eine Luftelektrode einer Brennstoffzelle und als ein Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode einer Brennstoffzelle und eine diesen enthaltende Brennstoffzelle.
[Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung]
Zunächst werden die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung aufgelistet und beschrieben.
[1] Ein poröser Körper gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Gerüst mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur,
wobei das Gerüst einen Körper aufweist, der Nickel, Kobalt, ein erstes Element und ein zweites Element als konstituierende Elemente enthält,
das Kobalt einen Massenanteil von 0,2 oder mehr und 0,8 oder weniger bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt aufweist,
das erste Element aus mindestens einem Element besteht, das aus der Gruppe bestehend aus Bor, Eisen und Calcium ausgewählt ist,
das zweite Element aus mindestens einem Element besteht, das aus der Gruppe bestehend aus Natrium, Magnesium, Aluminium, Silicium, Kalium, Titan, Chrom, Kupfer, Zink und Zinn ausgewählt ist,
die ersten und zweiten Elemente zusammen einen Massenanteil von insgesamt 5 ppm oder mehr und 50.000 ppm oder weniger bezogen auf eine Masse des Körpers des Gerüsts aufweisen.
Der poröse Körper mit diesem Merkmal kann eine geeignete Festigkeit als ein Stromkollektor für eine Luftelektrode einer Brennstoffzelle und als ein Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode einer Brennstoffzelle aufweisen.
[2] Das Kobalt weist bevorzugt einen Massenanteil von 0,2 oder mehr und 0,45 oder weniger oder 0,6 oder mehr und 0,8 oder weniger bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt auf. Der poröse Körper mit diesem Merkmal kann eine noch geeignetere Festigkeit als ein Stromkollektor für eine Luftelektrode einer Brennstoffzelle und als ein Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode einer Brennstoffzelle aufweisen.
[3] Das erste Element weist bevorzugt einen Massenanteil von 4 ppm oder mehr und 40.000 ppm oder weniger bezogen auf die Masse des Körpers des Gerüsts auf. Der poröse Körper mit diesem Merkmal kann eine noch geeignetere Festigkeit als ein Stromkollektor für eine Luftelektrode einer Brennstoffzelle und als ein Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode einer Brennstoffzelle aufweisen.
[4] Das zweite Element weist bevorzugt einen Massenanteil von 1 ppm oder mehr und 10.000 ppm oder weniger bezogen auf die Masse des Körpers des Gerüsts auf. Der poröse Körper mit diesem Merkmal kann eine noch geeignetere Festigkeit aufweisen.
[5] Der Körper des Gerüsts enthält bevorzugt ferner Sauerstoff als ein konstituierendes Element. Dieser Aspekt bedeutet, dass der poröse Körper bei seiner Verwendung oxidiert wird. In einem solchen Zustand kann der poröse Körper auch in einer Umgebung mit hohen Temperaturen eine hohe Leitfähigkeit aufrechterhalten.
[6] Der Körper des Gerüsts enthält bevorzugt Sauerstoff in einer Menge von 0,1 Massen-% oder mehr und 35 Massen-% oder weniger. In diesem Fall kann der poröse Körper effektiver in einer Umgebung mit hohen Temperaturen eine hohe Leitfähigkeit aufrechterhalten.
[7] Der Körper des Gerüsts enthält bevorzugt ein Oxid vom Spinell-Typ. Auch in diesem Fall kann der poröse Körper effektiver in einer Umgebung mit hohen Temperaturen eine hohe Leitfähigkeit aufrechterhalten.
[8] Wenn der Körper des Gerüsts im Querschnitt bei einer 3.000-fachen Vergrößerung betrachtet wird, um ein Betrachtungsbild zu erhalten, zeigt das Betrachtungsbild in jedem Bereich von 10 Quadrat-µm bevorzugt fünf oder weniger Hohlräume, die jeweils einen längeren Durchmesser von 1 µm oder mehr aufweisen. Dies ermöglicht eine ausreichend erhöhte Festigkeit.
[9] Das Gerüst ist bevorzugt hohl. Dies ermöglicht ein geringes Gewicht des porösen Körpers und kann außerdem die benötigte Menge an Metall reduzieren.
[10] Der poröse Körper weist bevorzugt ein plattenförmiges äußeres Erscheinungsbild und eine Dicke von 0,2 mm oder mehr und 2 mm oder weniger auf. Dadurch können ein Stromkollektor für eine Luftelektrode und ein Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode mit geringerer Dicke als herkömmlich hergestellt werden, wodurch die benötigte Metallmenge reduziert und eine kompakte Brennstoffzelle hergestellt werden kann.
[11] Eine Brennstoffzelle gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Brennstoffzelle enthaltend einen Stromkollektor für eine Luftelektrode und einen Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode, wobei mindestens einer des Stromkollektors für die Luftelektrode oder des Stromkollektors für die Wasserstoffelektrode den porösen Körper enthält. Eine Brennstoffzelle mit diesem Merkmal kann in einer Umgebung mit hohen Temperaturen eine hohe Leitfähigkeit aufrechterhalten und somit effizient Strom erzeugen.
[Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung]
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (im Folgenden auch als „die vorliegende Ausführungsform“ bezeichnet) beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass die vorliegende Ausführungsform nicht ausschließlich ist. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet ein Ausdruck in der Form „A-Z“ die obere und untere Grenze eines Bereichs (d.h. A oder mehr und Z oder weniger), und wenn A keine Einheit hat und nur Z mit einer Einheit versehen ist, hat A die gleiche Einheit wie Z.
«Poröser Körper»
Ein poröser Körper der vorliegenden Ausführungsform ist ein poröser Körper, umfassend ein Gerüst mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur. Das Gerüst weist einen Körper auf, der Nickel, Kobalt, ein erstes Element und ein zweites Element als konstituierende Elemente enthält. Das Kobalt weist einen Massenanteil von 0,2 oder mehr und 0,8 oder weniger bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt auf. Das erste Element enthält mindestens ein Element, das aus der Gruppe bestehend aus Bor, Eisen und Calcium ausgewählt ist. Das zweite Element enthält mindestens ein Element, das aus der Gruppe bestehend aus Natrium, Magnesium, Aluminium, Silicium, Kalium, Titan, Chrom, Kupfer, Zink und Zinn ausgewählt ist. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Ausführungsform, besteht das erste Element bevorzugt aus mindestens einem Element, das aus der Gruppe bestehend aus Bor, Eisen und Calcium ausgewählt ist. Das zweite Element besteht bevorzugt aus mindestens einem Element, das aus der Gruppe bestehend aus Natrium, Magnesium, Aluminium, Silicium, Kalium, Titan, Chrom, Kupfer, Zink und Zinn ausgewählt ist. Die ersten und zweiten Elemente weisen zusammen einen Massenanteil von insgesamt 5 ppm oder mehr und 50.000 ppm oder weniger bezogen auf eine Masse des Körpers des Gerüsts auf. Der poröse Körper mit diesem Merkmal kann eine geeignete Festigkeit als ein Stromkollektor für eine Luftelektrode einer Brennstoffzelle und als ein Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode einer Brennstoffzelle aufweisen. Hierbei schließt der „poröse Körper“ in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise einen porösen Körper aus einem Metall, einen porösen Körper aus einem Oxid des Metalls und einen porösen Körper, der ein Metall und ein Oxid des Metalls enthält, ein.
Ein poröser Körper, der ein Gerüst mit einem Körper umfasst, der Kobalt mit einem Massenanteil von 0,2 oder mehr, bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt, die in dem Körper des Gerüsts enthalten sind, enthält, weist eine hohe Festigkeit auf, und selbst wenn er beim Stapeln einer SOFC verformt wird, ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Bruch im Gerüst verursacht wird. Wenn ein poröser Körper, der ein Gerüst mit einem Körper umfasst, der Kobalt mit einem Massenanteil von 0,8 oder weniger bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt, die in dem Körper des Gerüsts enthalten sind, enthält, als ein Stromkollektor für eine Luftelektrode oder als ein Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode zur Herstellung einer Brennstoffzelle verwendet wird, neigt ein Festelektrolyt, der als konstituierendes Element der Brennstoffzelle dient, weniger wahrscheinlich zum Brechen. Ein poröser Körper als solcher, der ein Gerüst mit einem Körper umfasst, der Kobalt mit einem Massenanteil von 0,2 oder mehr und 0,8 oder weniger, bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt, die in dem Körper des Gerüsts enthalten sind, enthält, hat eine angemessene Festigkeit als ein Stromkollektor für eine Luftelektrode einer Brennstoffzelle und als ein Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode einer Brennstoffzelle.
Der poröse Körper kann ein äußeres Erscheinungsbild in verschiedenen Formen haben, wie beispielsweise eine Platte, ein rechteckiges Parallelepiped, eine Kugel und einen Zylinder. Unter anderem hat der poröse Körper bevorzugt ein plattenförmiges äußeres Erscheinungsbild und eine Dicke von 0,2 mm oder mehr und 2 mm oder weniger. Der poröse Körper hat bevorzugter eine Dicke von 0,5 mm oder mehr und 1 mm oder weniger. Der poröse Körper mit einer Dicke von 2 mm oder weniger kann eine geringere Dicke haben als herkömmlich und somit die Menge des benötigten Metalls reduzieren und die Herstellung einer kompakten Brennstoffzelle ermöglichen. Der poröse Körper mit einer Dicke von 0,2 mm oder mehr kann die erforderliche Festigkeit aufweisen. Die Dicke kann zum Beispiel mit einem handelsüblichen digitalen Dickenmesser gemessen werden.
<<Gerüst>>
Der poröse Körper umfasst ein Gerüst mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur, wie sie oben beschrieben wurde. Das Gerüst weist einen Körper auf, der Nickel, Kobalt, das erste Element und das zweite Element als konstituierende Elemente enthält. Das Kobalt weist einen Massenanteil von 0,2 oder mehr und 0,8 oder weniger bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt auf.
Wie in 1 gezeigt, weist das Gerüst eine dreidimensionale Netzwerkstruktur mit einer Pore 14 auf. Die dreidimensionale Netzwerkstruktur wird im Folgenden genauer beschrieben. Ein Gerüst 12 besteht aus einem Körper 11, der Nickel, Kobalt, das erste Element und das zweite Element als konstituierende Elemente enthält (im Folgenden auch als „Gerüstkörper 11“ bezeichnet), und einem hohlen inneren Teil 13, der vom Gerüstkörper 11 umgeben ist. Der Gerüstkörper 11 bildet eine Rippe und einen Knoten, wie im Folgenden beschrieben wird. Das Gerüst ist somit vorzugsweise hohl.
Außerdem hat das Gerüst 12, wie in 2 gezeigt, bevorzugt einen dreieckigen Querschnitt orthogonal zu seiner Longitudinalrichtung. Der Querschnitt des Gerüsts 12 soll jedoch nicht darauf beschränkt sein. Der Querschnitt des Gerüsts 12 kann auch einen anderen polygonalen Querschnitt als einen dreieckigen Querschnitt aufweisen, beispielsweise einen viereckigen oder sechseckigen Querschnitt. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Konzept des „Dreiecks“ nicht nur ein geometrisches Dreieck, sondern auch eine im Wesentlichen dreieckige Form (beispielsweise eine Form mit einem abgeschrägten Scheitelwinkel, eine Form mit einem abgerundeten Scheitelwinkel und dergleichen). Das Gleiche gilt für andere Polygone. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Ausführungsform kann das Gerüst 12 einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Das heißt, dass das Gerüst 12 vorzugsweise so beschaffen ist, dass der vom Gerüstkörper 11 umgebene innere Teil 13 eine hohle röhrenförmige Form hat und das Gerüst 12 einen dreieckigen oder anderen polygonalen oder kreisförmigen Querschnitt orthogonal zu seiner Longitudinalrichtung aufweist. Da das Gerüst 12 rohrförmig ist, hat der Gerüstkörper 11 eine Innenwand, die eine Innenfläche des Rohrs bildet, und eine Außenwand, die eine Außenfläche des Rohrs bildet. Das Gerüst 12 mit einem Gerüstkörper 11, der den inneren Teil 13 umgibt, der hohl ist, ermöglicht, dass der poröse Körper ein signifikant geringeres Gewicht hat. Das Gerüst ist jedoch nicht darauf beschränkt, hohl zu sein, sondern kann auch massiv sein. Der innere Teil 13, der massiv ist, ermöglicht eine höhere Festigkeit des porösen Körpers.
Das Gerüst enthält bevorzugt Nickel und Kobalt, so dass sie ein Schüttgewicht von 200 g/m² oder mehr und 1.000 g/m² oder weniger haben. Bevorzugter beträgt das Schüttgewicht 250 g/m² oder mehr und 900 g/m² oder weniger. Wie im Folgenden beschrieben wird, kann das Schüttgewicht entsprechend angepasst werden, wenn beispielsweise eine Nickel-Kobalt-Legierungsbeschichtung auf einen leitfähigen Harzformkörper aufgebracht wird, der einer Behandlung unterzogen wurde, die ihm Leitfähigkeit verleiht.
Das oben beschriebene Gesamtschüttgewicht von Nickel und Kobalt wird wie folgt in eine Masse pro Volumeneinheit des Gerüsts (oder eine Schüttdichte des Gerüsts) umgerechnet: Das heißt, das Gerüst hat eine Schüttdichte von bevorzugt 0,14 g/cm³ oder mehr und 0,75 g/cm³ oder weniger, bevorzugter 0,18 g/cm³ oder mehr und 0,65 g/cm³ oder weniger. Die „Schüttdichte des Gerüsts“ ist hierbei durch die folgende Gleichung definiert: $Sch \ddot{u} ttdichte des Ger \ddot{u} sts ({g/cm}^{2}) = M (g) / V ({cm}^{2}),$
wobei

M: Masse des Gerüsts [g], und
V: Volumen der Form des äußeren Erscheinungsbild des Gerüsts [cm³].

Das Gerüst hat eine Porosität von bevorzugt 40% oder mehr und 98% oder weniger, bevorzugter 45% oder mehr und 98% oder weniger, am bevorzugtesten 50% oder mehr und 98% oder weniger. Das Gerüst mit einer Porosität von 40% oder mehr ermöglicht, dass der poröse Körper ein signifikant geringeres Gewicht hat und außerdem eine vergrößerte Oberfläche aufweist. Das Gerüst mit einer Porosität von 98% oder weniger ermöglicht, dass der poröse Körper eine ausreichende Festigkeit aufweist.
Die Porosität des Gerüsts wird durch die folgende Gleichung definiert: $Porosit \ddot{a} t (%) = [1 - {M/ (V \times d)}] \times 100,$
wobei

M: Masse des Gerüsts [g],
V: Volumen der Form des äußeren Erscheinungsbildes des Gerüstes [cm³], und
d: Dichte der das Gerüst bildenden Substanz an sich [g/cm³].

Das Gerüst weist bevorzugt einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 60 µm oder mehr und 3.500 µm oder weniger auf. Das Gerüst mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 60 µm oder mehr kann die Festigkeit des porösen Körpers erhöhen. Das Gerüst mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 3.500 µm oder weniger kann die Biegsamkeit (oder Biegefähigkeit) des porösen Körpers verbessern. Unter diesen Gesichtspunkten hat das Gerüst bevorzugter einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 60 µm oder mehr und 1.000 µm oder weniger, am bevorzugten 100 µm oder mehr und 850 µm oder weniger.
Der durchschnittliche Porendurchmesser des Gerüstes kann mit dem folgenden Verfahren bestimmt werden: Zunächst wird ein Mikroskop verwendet, um eine Oberfläche des Gerüsts mit einer 3.000-fachen Vergrößerung zu betrachten, um ein Betrachtungsbild zu erhalten, und es werden mindestens 10 Messfelder davon erstellt. Anschließend wird in jedem der 10 Messfelder die Anzahl der Poren pro 1 Zoll (25,4 mm = 25.400 µm) des Gerüstes bestimmt. Außerdem wird die Anzahl der Poren in diesen 10 Sichtfeldern gemittelt, um einen Durchschnittswert (nc) zu erhalten, der wiederum in den folgende Gleichung eingesetzt wird, um einen numerischen Wert zu berechnen, der als durchschnittlicher Porendurchmesser des Gerüsts definiert ist: $Durchschnittlicher Porendurchmesser (μ m) = 25,400 μ m / nc,$
Es ist zu beachten, dass hierbei die Porosität und der durchschnittliche Porendurchmesser des Gerüsts auch als Porosität und durchschnittlicher Porendurchmesser des porösen Körpers verstanden werden können.
Wenn der Körper des Gerüsts im Querschnitt bei einer 3.000-fachen Vergrößerung betrachtet wird, um ein Betrachtungsbild zu erhalten, zeigt das Betrachtungsbild bevorzugt in jedem Bereich von 10 Quadrat-µm fünf oder weniger Hohlräume, die jeweils einen längeren Durchmesser von 1 µm oder mehr aufweisen. In der vorliegenden Ausführungsform bedeutet der „längere Durchmesser“ einen längsten Abstand zwischen zwei beliebigen Punkten auf dem Umfang eines Hohlraums in dem Betrachtungsbild. Die Anzahl der Hohlräume beträgt bevorzugt 3 oder weniger. Auf diese Weise kann die Festigkeit des porösen Körpers ausreichend erhöht werden. Außerdem versteht es sich, dass sich der Körper des Gerüsts von einem durch Sintern von feinem Pulver erhaltenen Formkörper unterscheidet, wenn die Anzahl der Hohlräume 5 oder weniger beträgt. Der untere Grenzwert für die Anzahl der Hohlräume liegt beispielsweise bei null. Unter der „Anzahl der Hohlräume“ wird hierbei ein Mittelwert der Anzahl der Hohlräume verstanden, der durch Beobachtung mehrerer (z.B. 10) „Flächen von 10 Quadrat-µm“ in einem Querschnitt des Körpers des Gerüsts bestimmt wird.
Das Gerüst kann mittels eines Elektronenmikroskops im Querschnitt betrachtet werden. Insbesondere ist es bevorzugt, die „Anzahl der Hohlräume“ durch Betrachtung eines Querschnitts des Körpers des Gerüsts in 10 Messfeldern zu ermitteln. Der Querschnitt des Körpers des Gerüsts kann ein Querschnitt orthogonal zur Längsrichtung des Gerüstes sein (siehe z.B. 2) oder ein Querschnitt parallel zur Längsrichtung des Gerüstes (siehe z.B. 1). Im Betrachtungsbild kann ein Hohlraum durch einen Farbkontrast (oder Helligkeitsunterschied) von anderen Teilen unterschieden werden. Obwohl die Obergrenze des längeren Durchmessers des Hohlraums nicht begrenzt werden sollte, beträgt sie beispielsweise 10.000 µm.
Der Körper des Gerüsts hat bevorzugt eine durchschnittliche Dicke von 10 µm oder mehr und 50 µm oder weniger. Die „Dicke des Gerüstkörpers“ bezeichnet hierbei einen kürzesten Abstand von einer Innenwand oder einer Grenzfläche mit dem Hohlraum des inneren Teils des Gerüsts zu einer Außenwand, die sich an einer Außenseite des Gerüsts befindet. Die „Dicke des Gerüstkörpers“ wird an mehreren Stellen ermittelt, und ein Durchschnittswert dieser wird als „durchschnittliche Dicke des Gerüstkörpers“ definiert. Die Dicke des Gerüstkörpers kann durch Betrachtung eines Querschnitts des Gerüsts mit einem Elektronenmikroskop bestimmt werden.
Insbesondere kann die durchschnittliche Dicke des Gerüstkörpers durch das folgende Verfahren bestimmt werden: Zunächst wird ein plattenförmiger poröser Körper geschnitten, um einen Querschnitt des Körpers des Gerüsts freizulegen. Ein Querschnittsschnitt wird ausgewählt und mit einem Elektronenmikroskop bei einer 3.000-fachen Vergrößerung vergrößert und somit betrachtet, um ein Betrachtungsbild zu erhalten. Anschließend wird eine Dicke einer beliebigen Seite eines Polygons (z.B. des in 2 gezeigten Dreiecks), das ein Gerüst bildet, das in dem Betrachtungsbild erscheint, in der Mitte dieser Seite gemessen und als die Dicke des Gerüstkörpers definiert. Weiterhin wird eine solche Messung für 10 Betrachtungsbilder (oder in 10 Messfeldern des Betrachtungsbildes) durchgeführt, um die Dicke des Gerüstkörpers an 10 Punkten zu erhalten. Schließlich wird der Durchschnittswert der 10 Punkte berechnet, um die durchschnittliche Dicke des Gerüstkörpers zu erhalten.
(Dreidimensionale Netzwerkstruktur)
Der poröse Körper umfasst ein Gerüst mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur. In der vorliegenden Ausführungsform bedeutet eine „dreidimensionale Netzwerkstruktur“ eine Struktur in Form eines dreidimensionalen Netzwerks. Die dreidimensionale Netzwerkstruktur wird durch ein Gerüst gebildet. Nachfolgend wird die dreidimensionale Netzwerkstruktur genauer beschrieben.
Wie in 7 gezeigt, weist eine dreidimensionale Netzwerkstruktur 30 eine Zelle 20 als Basiseinheit auf, und wird aus mehreren miteinander verbundenen Zellen 20 gebildet. Wie in den 3A und 3B gezeigt, enthält die Zelle 20 eine Rippe 1 und einen Knoten 2, der mehrere Rippen 1 miteinander verbindet. Obwohl Rippe 1 und Knoten 2 der Einfachheit halber in der Terminologie getrennt beschrieben werden, besteht keine klare Abgrenzung dazwischen. Das heißt, mehrere Rippen 1 und mehrere Knoten 2 sind miteinander verbunden, um eine Zelle 20 zu bilden, und die Zelle 20 dient als eine konstituierende Einheit, um eine dreidimensionale Netzwerkstruktur 30 zu bilden. Um das Verständnis zu erleichtern, wird im Folgenden die in 3A gezeigte Zelle als der in 3B gezeigte regelmäßige Dodekaeder beschrieben.
Zunächst sind mehrere Rippen 1 und mehrere Knoten 2 vorhanden, um einen Rahmen 10 in Form einer planaren polygonalen Struktur zu bilden. Während 3B einen Rahmen 10 mit einer polygonalen Struktur zeigt, die ein regelmäßiges Fünfeck ist, kann der Rahmen 10 ein anderes Polygon als ein regelmäßiges Fünfeck sein, wie z.B. ein Dreieck, ein Viereck oder ein Sechseck. Hierbei kann die Struktur des Rahmens 10 auch so verstanden werden, dass mehrere Rippen 1 und mehrere Knoten 2 eine planare polygonale Öffnung bilden. In der vorliegenden Ausführungsform hat die planare polygonale Öffnung einen Durchmesser, der einen Durchmesser eines Kreises bezeichnet, der die durch den Rahmen 10 definierte, planare polygonale Öffnung umschreibt. Mehrere Rahmen 10 werden miteinander kombiniert, um eine Zelle 20 zu bilden, die eine dreidimensionale, polyedrische Struktur ist. Dabei werden eine Rippe 1 und ein Knoten 2 von mehreren Rahmen 10 geteilt.
Wie in der oben beschriebenen schematischen Darstellung von 2 gezeigt, hat die Rippe 1 bevorzugt eine hohle, röhrenförmige Form und einen dreieckigen Querschnitt, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Rippe 1 kann auch einen anderen polygonalen Querschnitt als einen dreieckigen Querschnitt haben, wie beispielsweise einen viereckigen oder sechseckigen oder einen kreisförmigen Querschnitt. Der Knoten 2 kann so geformt sein, dass er ein Scheitelpunkt aufweist, der eine scharfe Kante aufweist, der Scheitelpunkt abgeschrägt ist, um eine planare Form zu erhalten, oder der Scheitelpunkt abgerundet ist, um eine gekrümmte Form zu erhalten.
Während die polyedrische Struktur der Zelle 20 in 3B ein Dodekaeder ist, kann es sich auch um andere Polyeder wie einen Würfel, einen Ikosaeder (siehe 4A) und einen Ikosaederstumpf (siehe 4B) handeln. Hierbei kann die Struktur der Zelle 20 auch so verstanden werden, dass sie einen dreidimensionalen Raum (d.h. eine Pore 14) bildet, der von einer virtuellen Ebene A umgeben ist, die von jedem der mehreren Rahmen 10 definiert wird. In der vorliegenden Ausführungsform kann darunter verstanden werden, dass der dreidimensionale Raum eine Pore mit einem Durchmesser (im Folgenden auch als „Porendurchmesser“ bezeichnet) aufweist, der dem Durchmesser einer Kugel entspricht, die den durch die Zelle 20 definierten dreidimensionalen Raum umschreibt. Es ist jedoch zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform der durchschnittliche Porendurchmesser des porösen Körpers der Einfachheit halber auf der Grundlage der oben beschriebenen Berechnungsformel berechnet wird. Das heißt, ein Durchschnittswert der Durchmesser der Poren (oder Porendurchmesser) der dreidimensionalen Räume, die durch die Zellen 20 definiert sind, wird als der durchschnittliche Porendurchmesser des Gerüsts verstanden.
Mehrere Zellen 20 werden zu einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur 30 zusammengefügt (siehe 5 bis 7). Dabei wird der Rahmen 10 von zwei Zellen 20 geteilt. Die dreidimensionale Netzwerkstruktur 30 kann auch so verstanden werden, dass sie den Rahmen 10 einschließt, und kann auch so verstanden werden, dass sie die Zelle 20 einschließt.
Wie oben beschrieben, hat der poröse Körper eine dreidimensionale Netzwerkstruktur, die eine planare polygonale Öffnung (oder einen Rahmen) und einen dreidimensionalen Raum (oder eine Zelle) bildet. Damit unterscheidet er sich deutlich von einer zweidimensionalen Netzwerkstruktur, die nur eine planare Öffnung aufweist (z.B. ein gestanztes Metall, ein Netz usw.). Darüber hinaus weist der poröse Körper mehrere Rippen und mehrere Knoten auf, die integral eine dreidimensionale Netzwerkstruktur bilden, und kann somit eindeutig von einer Struktur wie z.B. einem Vliesstoff unterschieden werden, der aus ineinander verschlungenen Fasern besteht, die als konstituierende Einheiten dienen. Der poröse Körper mit einer solchen dreidimensionalen Netzwerkstruktur kann zusammenhängende Poren aufweisen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die dreidimensionale Netzwerkstruktur nicht auf die oben beschriebene Struktur beschränkt. Zum Beispiel kann die Zelle aus mehreren Rahmen gebildet werden, die jeweils eine andere Größe und eine andere planare Form haben. Darüber hinaus kann die dreidimensionale Netzwerkstruktur aus mehreren Zellen gebildet werden, die jeweils eine andere Größe und eine andere dreidimensionale Form haben. Die dreidimensionale Netzwerkstruktur kann teilweise einen Rahmen enthalten, ohne dass darin eine planare polygonale Öffnung vorhanden ist, oder sie kann teilweise eine Zelle enthalten, ohne dass darin ein dreidimensionaler Raum vorhanden ist (oder eine Zelle mit einem festen Innenbereich).
(Nickel und Kobalt)
Das Gerüst weist einen Körper auf, der Nickel, Kobalt, das erste Element und das zweite Element als konstituierende Elemente enthält, wie oben erläutert wurde. Der Körper des Gerüsts schließt nicht aus, eine andere Komponente als Nickel, Kobalt, das erste Element und das zweite Element zu enthalten, es sei denn, die Komponente beeinträchtigt die Funktion und den Effekt des vorliegend offenbarten porösen Körpers. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Ausführungsform enthält der Körper des Gerüsts bevorzugt die oben genannten vier Komponenten (Nickel, Kobalt, das erste Element und das zweite Element) als eine Metallkomponente. Insbesondere enthält der Körper des Gerüsts bevorzugt eine Nickel-Kobalt-Legierung, die aus Nickel und Kobalt besteht, sowie die ersten und zweiten Elemente. Die Nickel-Kobalt-Legierung ist bevorzugt ein Hauptbestandteil des Körpers des Gerüsts. Ein „Hauptbestandteil“ des Körpers des Gerüsts ist hierbei ein Bestandteil, der den größten Massenanteil am Körper des Gerüsts hat. Genauer gesagt, wenn der Gerüstkörper eine Komponente mit einem Massenanteil von mehr als 50 Massen-% enthält, wird die Komponente als Hauptbestandteil des Körpers des Gerüsts bezeichnet.
Das Nickel und das Kobalt im Körper des Gerüsts haben bevorzugt einen Massenanteil von insgesamt 80 Massen-% oder mehr, bevorzugter 90 Massen-% oder mehr, noch bevorzugter 95 Massen-% oder mehr bezogen auf die Masse des Gerüstkörpers, beispielsweise bevor der poröse Körper als Stromkollektor für eine Luftelektrode für eine SOFC oder als Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode für die SOFC verwendet wird, d.h. bevor der poröse Körper einer hohen Temperatur von 700°C oder höher ausgesetzt wird. Der Massenanteil von Nickel und Kobalt kann insgesamt eine Obergrenze von weniger als 100 Massen-%, 99 Massen-% oder weniger oder 95 Massen-% oder weniger bezogen auf die Masse des Körpers des Gerüsts aufweisen.
Wenn ein poröser Körper, der ein Gerüst mit einem Körper umfasst, der Nickel und Kobalt insgesamt in einem höheren Massenanteil enthält, als Stromkollektor für eine Luftelektrode für eine SOFC oder als Stromkollektor für eine Wasserelektrode für die SOFC verwendet wird, neigt ein Teil des erzeugten Oxids, das ein Oxid vom Spinell-Typ ist, das aus Nickel und/oder Kobalt und Sauerstoff besteht, dazu, sich zu vergrößern. Auf diese Weise kann der poröse Körper eine hohe Leitfähigkeit aufrechterhalten, selbst wenn er in einer Umgebung mit hohen Temperaturen verwendet wird.
(Massenanteil des Kobalts bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt)
Das Kobalt hat einen Massenanteil von 0,2 oder mehr und 0,8 oder weniger bezogen auf eine Gesamtmasse von Nickel und Kobalt. Wenn ein poröser Körper, der ein Gerüst mit einer solchen Zusammensetzung umfasst, als Stromkollektor für eine Luftelektrode oder eine Wasserstoffelektrode einer SOFC oder dergleichen verwendet wird, wird in dem Gerüst durch Oxidation ein Oxid vom Spinell-Typ gebildet, das durch eine chemische Formel Ni_3-xCo_xO₄ dargestellt wird, wobei 0,6 ≤ x ≤ 2,4, typischerweise NiCo₂O₄ oder Ni₂CoO₄. Bei der Oxidation des Körpers des Gerüsts kann sich auch ein Oxid vom Spinell-Typ bilden, das durch die chemische Formel CoCo₂O₄ dargestellt wird. Das Oxid vom Spinell-Typ weist eine hohe Leitfähigkeit auf und der poröse Körper kann daher eine hohe Leitfähigkeit aufrechterhalten, selbst wenn der Körper des Gerüsts vollständig oxidiert ist, wenn der poröse Körper in einer Umgebung mit hohen Temperaturen verwendet wird.
Das Kobalt weist bevorzugt einen Massenanteil von 0,2 oder mehr und 0,45 oder weniger oder 0,6 oder mehr und 0,8 oder weniger auf, bevorzugter 0,2 oder mehr und 0,45 oder weniger bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt. Der poröse Körper, der ein Gerüst mit einem Körper umfasst, der Kobalt mit einem Massenanteil von 0,6 oder mehr und 0,8 oder weniger bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt enthält, weist eine noch höhere Festigkeit auf, und selbst wenn er beim Stapeln einer SOFC verformt wird, ist es noch weniger wahrscheinlich, dass ein Bruch im Körper des Gerüsts verursacht wird. Wenn der poröse Körper, der ein Gerüst mit einem Körper umfasst, der Kobalt mit einem Massenanteil von 0,2 oder mehr und 0,45 oder weniger bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt enthält, als ein Stromkollektor für eine Luftelektrode oder als ein Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode zur Herstellung einer Brennstoffzelle verwendet wird, neigt ein Festelektrolyt, der ein konstituierendes Element der Brennstoffzelle ist, weniger wahrscheinlich zum Brechen.
(Sauerstoff)
Der Körper des Gerüsts enthält bevorzugt ferner Sauerstoff als ein konstituierendes Element. Insbesondere enthält der Körper des Gerüsts bevorzugter Sauerstoff in einer Menge von 0,1 Massen-% oder mehr und 35 Massen-% oder weniger. Der Sauerstoff im Körper des Gerüsts kann zum Beispiel nachgewiesen werden, nachdem der poröse Körper als ein Stromkollektor für eine Luftelektrode oder eine Wasserstoffelektrode einer SOFC verwendet wurde. Das heißt, nachdem der poröse Körper einer Temperatur von 700°C oder höher ausgesetzt wurde, enthält der Körper des Gerüsts bevorzugt Sauerstoff in einer Menge von 0,1 Massen-% oder mehr und 35 Massen-% oder weniger. Bevorzugter enthält der Körper des Gerüsts Sauerstoff in einer Menge von 10 Massen-% oder mehr und 30 Massen-% oder weniger, noch bevorzugter 25 Massen-% oder mehr und 28 Massen-% oder weniger.
Wenn der Körper des Gerüsts Sauerstoff als ein konstituierendes Element in einer Menge von 0,1 Massen-% oder mehr und 35 Massen-% oder weniger enthält, kann daraus auf eine thermische Vorgeschichte geschlossen werden, wonach der poröse Körper einer hohen Temperatur von 700°C oder höher ausgesetzt war. Wenn der poröse Körper als ein Stromkollektor für eine Luftelektrode oder eine Wasserstoffelektrode einer SOFC oder dergleichen verwendet und somit einer hohen Temperatur von 700°C oder höher ausgesetzt wird und ein Oxid vom Spinell-Typ, das aus Nickel und/oder Kobalt und Sauerstoff besteht, in dem Gerüst gebildet wird, neigt der Körper des Gerüsts außerdem dazu, Sauerstoff als ein konstituierendes Element in einer Menge von 0,1 Massen-% oder mehr und 35 Massen-% oder weniger zu enthalten.
Das heißt, der Körper des Gerüstes enthält bevorzugt ein Oxid vom Spinell-Typ. Dadurch kann der poröse Körper eine hohe Leitfähigkeit effektiver aufrechterhalten, selbst wenn er oxidiert wird. Wenn der Körper des Gerüsts Sauerstoff mit einem Massenanteil enthält, der von dem oben genannten Bereich abweicht, neigt der poröse Körper dazu, die gewünschte Fähigkeit, eine hohe Leitfähigkeit effektiver aufrechtzuerhalten, wenn er oxidiert wird, nicht zu erreichen.
(Erstes Element)
Das erste Element enthält mindestens ein Element, das aus der Gruppe bestehend aus Bor, Eisen und Calcium ausgewählt ist. Bevorzugt besteht das erste Element aus mindestens einem Element, das aus der Gruppe bestehend aus Bor, Eisen und Calcium ausgewählt ist. Es wird angenommen, dass das erste Element an einer Korngrenze eines Kristallkorns, das Nickel und Kobalt enthält, vorliegt. Die gegenwärtigen Erfinder gehen davon aus, dass das erste Element, das an der Korngrenze des Kristallkorns vorliegt, die Vergröberung des Kristallkorns unterdrückt und somit die Härte (oder Festigkeit) des Körpers des Gerüsts erhöht.
Das erste Element weist bevorzugt einen Massenanteil von 4 ppm oder mehr und 40.000 ppm oder weniger, bevorzugter 20 ppm oder mehr und 10.000 ppm oder weniger, bezogen auf die Masse des Körpers des Gerüsts auf. Wenn das erste Element in mehreren Arten davon enthalten ist, bedeutet ein Massenanteil des ersten Elements die Summe der Massenanteile der mehreren Arten des Elements. Der Massenanteil des ersten Elements kann mit einem EDX-Gerät (energiedispersiver Röntgenanalysator) bestimmt werden, das im Folgenden beschrieben wird.
(Zweites Element)
Das zweite Element enthält mindestens ein Element, das aus der Gruppe bestehend aus Natrium, Magnesium, Aluminium, Silicium, Kalium, Titan, Chrom, Kupfer, Zink und Zinn ausgewählt ist. Das zweite Element besteht bevorzugt aus mindestens einem Element, das aus der Gruppe bestehend aus Natrium, Magnesium, Aluminium, Silicium, Kalium, Titan, Chrom, Kupfer, Zink und Zinn ausgewählt ist. Es wird angenommen, dass das zweite Element an einer Korngrenze eines Kristallkorns vorliegt, das Nickel und Kobalt enthält. Die gegenwärtigen Erfinder gehen davon aus, dass das zweite Element, das an der Korngrenze des Kristallkorns vorliegt, die Vergröberung des Kristallkorns unterdrückt und somit die Härte (oder Festigkeit) des Körpers des Gerüsts erhöht.
Es wird angenommen, dass das zweite Element, das zusammen mit dem ersten Element im Körper des Gerüsts enthalten ist, die Korngrenzendiffusion des ersten Elements verhindert. Umgekehrt wird angenommen, dass das erste Element, das zusammen mit dem zweiten Element im Körper des Gerüsts enthalten ist, die Korngrenzendiffusion des zweiten Elements verhindert. Mit anderen Worten, gehen die gegenwärtigen Erfinder davon aus, dass die ersten und zweiten Elemente, die zusammen in dem Körper des Gerüsts enthalten sind, die Korngrenzendiffusion der beiden Elemente verhindern und somit die Vergröberung des Kristallkorns wirksam unterdrücken.
Das zweite Element weist bevorzugt einen Massenanteil von 1 ppm oder mehr und 10.000 ppm oder weniger, bevorzugter 1 ppm oder mehr und 5.000 ppm oder weniger, bezogen auf die Masse des Körpers des Gerüstes auf. Wenn das zweite Element in mehreren Arten davon enthalten ist, bedeutet der Massenanteil des zweiten Elements die Summe der Massenanteile der mehreren Arten des Elements. Der Massenanteil des zweiten Elements kann mit dem im Folgenden beschriebenen EDX-Gerät bestimmt werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Ausführungsform kann das erste Element Bor sein und das zweite Element kann mindestens ein Element sein, das aus der Gruppe bestehend aus Natrium, Aluminium, Zink und Zinn ausgewählt ist. Das erste Element kann Eisen sein und das zweite Element kann mindestens ein Element sein, das aus der Gruppe bestehend aus Magnesium, Kupfer, Kalium und Aluminium ausgewählt ist. Das erste Element kann Calcium sein und das zweite Element kann mindestens ein Element sein, das aus der Gruppe bestehend aus Natrium, Zinn, Chrom, Titan und Silicium ausgewählt ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Ausführungsform kann das erste Element Bor und Calcium sein und das zweite Element kann Natrium, Aluminium und Silicium sein. Das erste Element kann Bor und Eisen sein und das zweite Element kann Magnesium und Zinn sein. Das erste Element kann Bor, Eisen und Calcium sein und das zweite Element kann Natrium, Aluminium, Silicium und Zinn sein.
Die ersten und zweiten Element weisen zusammen einen Massenanteil von 5 ppm oder mehr und 50.000 ppm oder weniger, bevorzugt 10 ppm oder mehr und 10.000 ppm oder weniger, bevorzugt 55 ppm oder mehr und 477 ppm oder weniger, bezogen auf die Masse des Körpers des Gerüsts auf. Wenn das erste Element in mehreren Arten davon enthalten ist, bedeutet die Masse des ersten Elements die Summe der Masse der mehreren Arten des Elements. Das zweite Element wird in ähnlicher Weise behandelt.
(Weitere Komponente)
Der Körper des Gerüsts kann, wie oben beschrieben, eine weitere Komponente als konstituierendes Element enthalten, soweit dies nicht eine Funktion und einen Effekt beeinträchtigt, die der vorliegend offenbarte poröse Körper hat. Das Gerüst kann zum Beispiel Kohlenstoff, Wolfram, Phosphor, Silber, Gold, Molybdän, Stickstoff, Schwefel, Fluor, Chlor und dergleichen als weitere Komponente enthalten. Ferner kann der Körper des Gerüsts Sauerstoff als die weitere Komponente in einem Zustand enthalten, bevor der poröse Körper als ein Stromkollektor für eine Luftelektrode einer SOFC oder als ein Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode der SOFC verwendet wird. Der Körper des Gerüsts enthält die weitere Komponente bevorzugt in einer Menge von einzeln 5 Massen-% oder weniger und solche weiteren Komponenten in einer Menge von zusammen 10 Massen-% oder weniger.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Ausführungsform kann der Körper des Gerüsts ferner mindestens ein nichtmetallisches Element, das aus der Gruppe bestehend aus Stickstoff, Schwefel, Fluor und Chlor ausgewählt ist, als ein konstituierendes Element enthalten. Das nichtmetallische Element kann einen Gesamtmassenanteil von 5 ppm oder mehr und 10.000 ppm oder weniger bezogen auf die Masse des Körpers des Gerüstes aufweisen. Bevorzugt weist das nichtmetallische Element einen Gesamtmassenanteil von 10 ppm oder mehr und 8.000 ppm oder weniger bezogen auf die Masse des Körpers des Gerüstes auf.
Der Körper des Gerüsts kann ferner Phosphor als konstituierendes Element enthalten. Der Phosphor kann einen Massenanteil von 5 ppm oder mehr und 50.000 ppm oder weniger bezogen auf die Masse des Körpers des Gerüstes aufweisen. Bevorzugt weist der Phosphor einen Massenanteil von 10 ppm oder mehr und 40.000 ppm oder weniger bezogen auf die Masse des Körpers des Gerüstes auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Ausführungsform kann der Körper des Gerüsts ferner mindestens zwei nichtmetallische Elemente, die aus der Gruppe bestehend aus Stickstoff, Schwefel, Fluor, Chlor und Phosphor ausgewählt sind, als konstituierende Elemente enthalten. Die nichtmetallischen Elemente können einen Gesamtmassenanteil von 5 ppm oder mehr und 50.000 ppm oder weniger bezogen auf die Masse des Körpers des Gerüsts aufweisen. Bevorzugt weisen die nicht-metallischen Elemente einen Gesamtmassenanteil von 10 ppm oder mehr und 10.000 ppm oder weniger bezogen auf die Masse des Körpers des Gerüsts auf.
Wenn der poröse Körper als ein Stromkollektor für eine Luftelektrode oder eine Wasserstoffelektrode einer SOFC verwendet wird, ist er einer hohen Umgebungstemperatur von 700°C oder höher ausgesetzt, wie oben dargelegt wurde. Der Körper des Gerüsts enthält jedoch das oben beschriebene nicht-metallische Element als ein konstituierendes Element und der poröse Körper kann eine angemessene Festigkeit aufrechterhalten.
(Verfahren zur Messung eines Masseanteils der einzelnen Elemente)
Der Massenanteil jedes Elements (z.B. Sauerstoff) im Körper des Gerüsts (in Massen-%) kann wie folgt bestimmt werden: Ein Bild eines Querschnitts des geschnittenen Gerüsts, wie es durch ein Rasterelektronenmikroskop (REM) betrachtet wird, kann mit einem EDX-Gerät, das mit dem REM kombiniert ist, analysiert werden (zum Beispiel ein REM-Bestandteil: Handelsname „SUPRA35VP“, hergestellt von Carl Zeiss Microscopy Co, Ltd. und ein EDX-Bestandteil: Handelsname „octane super“, hergestellt von AMETEK, Inc.), um den Massenanteil jedes Elements, das im Körper des Gerüsts enthalten ist, zu bestimmen. Das EDX-Gerät kann auch zur Bestimmung des Massenanteils von Nickel, Kobalt, dem ersten Element und dem zweiten Element im Körper des Gerüsts verwendet werden. Insbesondere können auf der Grundlage der atomaren Konzentration jedes Elements, die von dem EDX-Gerät detektiert wird, Nickel, Kobalt, das erste Element und das zweite Element in Massen-%, Massenverhältnis und dergleichen in dem Körper des Gerüsts bestimmt werden. Wenn der Körper des Gerüsts Sauerstoff enthält, kann der Massenprozentsatz des Sauerstoffs im Körper des Gerüsts auf die gleiche Weise bestimmt werden. Ob der Körper des Gerüsts ein Oxid vom Spinell-Typ aufweist, das aus Nickel und/oder Kobalt und Sauerstoff besteht, kann ferner bestimmt werden, indem der Querschnitt einem Röntgenstrahl ausgesetzt und sein Beugungsmuster analysiert wird, d.h. durch Röntgendiffraktometrie (XRD).
Ob der Körper des Gerüsts ein Oxid vom Spinell-Typ aufweist, kann beispielsweise unter Verwendung eines Messgeräts wie einem Röntgendiffraktometer (z.B. Handelsname (Modellnummer): „Empyrean“, hergestellt von Spectris, und Analysesoftware: „integrated X-ray powder diffraction software PDXL“) bestimmt werden. Die Messung kann z.B. unter folgenden Bedingungen durchgeführt werden:
(Messbedingungen)

Röntgendiffraktometrie: θ-2θ-Methode
Messsystem: Optischer Spiegel mit kollimiertem Strahl
Scanbereich (2θ): 10° bis 90°
kumulative Zeit: 1 Sekunde/Schritt
Schritt: 0,03°.

«Brennstoffzelle»
Eine Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Brennstoffzelle, die einen Stromkollektor für eine Luftelektrode und einen Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode umfasst. Mindestens einer des Stromkollektors für die Luftelektrode oder des Stromkollektors für die Wasserstoffelektrode enthält den porösen Körper. Der Stromkollektor für die Luftelektrode oder der Stromkollektor für die Wasserstoffelektrode enthält einen porösen Körper mit geeigneter Festigkeit als ein Stromkollektor für eine Brennstoffzelle, wie oben beschrieben. Der Stromkollektor für die Luftelektrode oder der Stromkollektor für die Wasserstoffelektrode eignet sich damit mindestens entweder als Stromkollektor für eine Luftelektrode einer SOFC oder als Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode der SOFC. Für die Brennstoffzelle ist es geeigneter, den porösen Körper als Stromkollektor für die Luftelektrode zu verwenden, da der poröse Körper Nickel, Kobalt, das erste Element und das zweite Element enthält.
8 ist ein schematischer Querschnitt einer Brennstoffzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Eine Brennstoffzelle 150 umfasst einen Stromkollektor 110 für eine Wasserstoffelektrode, einen Stromkollektor 120 für eine Luftelektrode und eine Zelle 100 für die Brennstoffzelle. Die Zelle 100 für die Brennstoffzelle ist zwischen dem Stromkollektor 110 für die Wasserstoffelektrode und dem Stromkollektor 120 für die Luftelektrode angeordnet. Unter einem „Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode" versteht man hierbei einen Stromkollektor auf einer Seite in einer Brennstoffzelle, die Wasserstoff zuführt. Ein „Stromkollektor für eine Luftelektrode" ist ein Stromkollektor auf einer Seite in der Brennstoffzelle, die ein sauerstoffhaltiges Gas (z.B. Luft) zuführt.
9 ist ein schematischer Querschnitt einer Zelle für eine Brennstoffzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Zelle 100 für die Brennstoffzelle enthält eine Luftelektrode 102, eine Wasserstoffelektrode 108, eine Elektrolytschicht 106, die zwischen der Luftelektrode 102 und der Wasserstoffelektrode 108 angeordnet ist, und eine Zwischenschicht 104, die zwischen der Elektrolytschicht 106 und der Luftelektrode 102 angeordnet ist, um eine Reaktion zwischen diesen zu verhindern. Als Luftelektrode wird z.B. ein Oxid von LaSrCo (LSC) verwendet. Als Elektrolytschicht wird z.B. ein mit Y dotiertes Zr-Oxid (YSZ) verwendet. Als Zwischenschicht wird z.B. ein mit Gd dotiertes Ce-Oxid (GDC) verwendet. Als Wasserstoffelektrode wird z.B. eine Mischung aus YSZ und NiO₂ verwendet.
Die Brennstoffzelle 150 umfasst ferner einen ersten Interkonnektor 112 mit einem Brennstoffkanal 114 und einen zweiten Interkonnektor 122 mit einem Oxidationsmittelkanal 124. Der Brennstoffkanal 114 ist ein Kanal für die Zufuhr von Brennstoff (z.B. Wasserstoff) zur Wasserstoffelektrode 108. Der Brennstoffkanal 114 befindet sich auf einer Hauptfläche des ersten Interkonnektors 112, die dem Stromkollektor 110 für die Wasserstoffelektrode zugewandt ist. Der Oxidationsmittelkanal 124 ist ein Kanal für die Zufuhr eines Oxidationsmittels (z.B. Sauerstoff) zur Luftelektrode 102. Der Oxidationsmittelkanal 124 befindet sich auf einer Hauptfläche des zweiten Interkonnektors 122, die dem Stromkollektor 120 für die Luftelektrode zugewandt ist.
«Verfahren zur Herstellung des porösen Körpers»
Der poröse Körper gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann durch entsprechende Anwendung eines konventionellen Verfahrens hergestellt werden. Aus diesem Grund ist, obwohl das Verfahren zur Herstellung des porösen Körpers nicht besonders eingeschränkt sein sollte, das folgende Verfahren bevorzugt:
Das heißt, bevorzugt wird der poröse Körper nach einem Verfahren zur Herstellung eines porösen Körpers hergestellt, umfassend: Ausbilden einer leitfähigen Beschichtungsschicht auf einem Harzformkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur, um einen leitfähigen Harzformkörper zu erhalten (erster Schritt); Beschichten des leitfähigen Harzformkörpers mit einer Nickel-Kobalt-Legierung, um einen Vorläufer des porösen Körpers zu erhalten (zweiter Schritt); und Anwenden einer Wärmebehandlung auf den Vorläufer des porösen Körpers, um eine Harzkomponente in dem leitfähigen Harzformkörper zu verbrennen und so die Harzkomponente zu entfernen, um den porösen Körper zu erhalten (dritter Schritt). Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter einer „Nickel-Kobalt-Legierung“ hierbei eine Legierung verstanden, die Nickel und Kobalt als Hauptbestandteile enthält und ein weiteres Element enthalten kann (z.B. eine Legierung, die Nickel und Kobalt als Hauptbestandteile enthält und auch das erste Element und das zweite Element enthält).
<Erster Schritt>
Zunächst wird eine Platte eines Harzformkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur (im Folgenden auch einfach als „Harzformkörper“ bezeichnet) hergestellt. Als Harzformkörper kann Polyurethanharz, Melaminharz oder dergleichen verwendet werden. Darüber hinaus wird als eine Leitfähigkeit verleihende Behandlung, die dem Harzformkörper Leitfähigkeit verleiht, eine leitfähige Beschichtungsschicht auf einer Oberfläche des Harzformkörpers gebildet. Die Leitfähigkeit verleihende Behandlung kann zum Beispiel das folgende Verfahren sein:

(1) Aufbringen eines leitfähigen Lacks, der Kohlenstoff, leitfähige keramische oder ähnlich leitfähige Partikel und ein Bindemittel enthält, auf den Harzformkörper, Imprägnieren des Harzformkörpers mit dem leitfähigen Lack oder dergleichen, um den leitfähigen Lack in eine Oberfläche des Harzformkörpers einzubringen;
(2) Ausbilden einer Schicht eines leitfähigen Metalls wie Nickel und Kupfer auf einer Oberfläche des Harzformkörpers durch stromloses Beschichten; und
(3) Ausbilden einer Schicht eines leitfähigen Metalls auf einer Oberfläche des Harzformkörpers durch Dampfabscheidung oder Sputtern. Auf diese Weise kann ein leitfähiger Harzformkörper erhalten werden.

<Zweiter Schritt>
Anschließend wird der leitfähige Harzformkörper mit einer Nickel-Kobalt-Legierung beschichtet, um einen Vorläufer des porösen Körpers zu erhalten. Während der leitfähige Harzformkörper durch stromlose Beschichtung mit einer Nickel-Kobalt-Legierung beschichtet werden kann, wird die elektrolytische Beschichtung (sog. Legierungsgalvanisierung) im Hinblick auf die Effizienz bevorzugt verwendet. Bei der galvanischen Beschichtung mit einer Nickel-Kobalt-Legierung wird der leitfähige Harzformkörper als Kathode verwendet.
Die Nickel-Kobalt-Legierungsgalvanisierung kann mit einem bekannten Beschichtungsbad durchgeführt werden. Zum Beispiel kann ein Wattbad, ein Chloridbad, ein Sulfaminsäurebad oder dergleichen verwendet werden. Die Nickel-Kobalt-Legierungsgalvanisierung kann mit einem Beschichtungsbad durchgeführt werden, das beispielsweise die folgende Zusammensetzung aufweist:
(Badzusammensetzung)
Salz (wässrige Lösung): Nickelsulfamat und Kobaltsulfamat (350 bis 450 g/L als Gesamtmenge von Ni und Co)
Anmerkung: Das Verhältnis der Masse von Ni und der Masse von Co wird von Co/(Ni + Co) = 0,2 bis 0,8 durch das Verhältnis der Masse von Co zur Gesamtmasse von Ni und Co wie gewünscht eingestellt.
Salz, das das erste Element als ein konstituierendes Element enthält
Salz, das das zweite Element als konstituierendes Element enthält
Borsäure: 30-40g/L
pH: 4-4,5.
Beispiele des Salzes, das das erste Element als ein konstituierendes Element enthält, sind Na₂B₄O₅(OH)₄·8H₂O, Fe_sO₄ ·7H₂O, und CaSO₄ · 2H₂O.
Beispiele des Salzes, das das zweite Element als ein konstituierendes Element enthält, sind Na₂SO₄, Al₂(SO₄)₃, Na₂SiO₃, MgSO₄, CuSO₄·5H₂O, K₂SO₄, SnSO₄, Cr₂ (SO₄) ₃·nH₂O, Ti (SO₄)₂ und ZnSO₄·7H₂O.
Die elektrolytische Beschichtung mit der Nickel-Kobalt-Legierung kann zum Beispiel durch Elektrolyse unter den folgenden Bedingungen erfolgen:

(Elektrolysebedingungen)
Temperatur: 40-60°C
Stromdichte: 0,5 bis 10 A/dm²
Anode: Unlösliche Anode.

Auf diese Weise kann ein Vorläufer eines porösen Körpers mit einem leitfähigen Harzformkörper erhalten werden, der mit einer Nickel-Kobalt-Legierung beschichtet ist. Wenn ein nichtmetallisches Element wie Stickstoff, Schwefel, Fluor, Chlor und Phosphor hinzugefügt wird, können zusätzlich verschiedene Arten von Additiven in das Beschichtungsbad eingebracht werden, sodass der Vorläufer des porösen Körpers diese enthält. Beispiele für die verschiedenen Arten von Additiven sind unter anderem, aber nicht darauf beschränkt, Natriumnitrat, Natriumsulfat, Natriumfluorid, Natriumchlorid und Natriumphosphat, wobei es ausreichend ist, dass das jeweilige nicht-metallische Element enthalten ist.
<Dritter Schritt>
Anschließend wird der Vorläufer des porösen Körpers einer Wärmebehandlung unterworfen, um eine Harzkomponente in dem leitfähigen Harzformkörper zu verbrennen und die Harzkomponente zu entfernen, um den porösen Körper zu erhalten. Auf diese Weise kann ein poröser Körper mit einem Gerüst mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur erhalten werden. Die Wärmebehandlung zur Entfernung der Harzkomponente kann zum Beispiel bei einer Temperatur von 600°C oder höher in einer Atmosphäre, die eine oxidierenden Atmosphäre ist, wie z.B. Luft, durchgeführt werden.
Der nach dem obigen Verfahren erhaltene poröse Körper hat hierbei einen durchschnittlichen Porendurchmesser, der im Wesentlichen dem des Harzformkörpers entspricht. Dementsprechend kann der durchschnittliche Porendurchmesser des Harzformkörpers, der verwendet wird, um den porösen Körper zu erhalten, abhängig von der Anwendung des porösen Körpers entsprechend ausgewählt werden. Da der poröse Körper eine Porosität aufweist, die letztlich durch die Menge (das Schüttgewicht) des Beschichtungsmetalls bestimmt wird, kann das Schüttgewicht der Nickel-Kobalt-Legierung der Beschichtung in Abhängigkeit von der Porosität, die für den porösen Körper als Endprodukt erforderlich ist, entsprechend ausgewählt werden. Die Porosität und der durchschnittliche Porendurchmesser des Harzformkörpers sind auf die gleiche Weise definiert wie die oben beschriebene Porosität und der durchschnittliche Porendurchmesser des Gerüsts und können auf der Grundlage der oben genannten Berechnungsformel bestimmt werden, wobei der Begriff „Gerüst“ durch den Begriff „Harzformkörper“ ersetzt wird.
Durch die obigen Schritte kann der poröse Körper gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt werden. Der poröse Körper umfasst ein Gerüst mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur und das Gerüst weist einen Körper auf, der Nickel, Kobalt, das erste Element und das zweite Element als konstituierende Elemente enthält. Außerdem weist das Kobalt einen Massenanteil von 0,2 oder mehr und 0,8 oder weniger bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt auf. Das erste Element enthält mindestens ein Element, das aus der Gruppe bestehend aus Bor, Eisen und Calcium ausgewählt ist, das zweite Element enthält mindestens ein Element, das aus der Gruppe bestehend aus Natrium, Magnesium, Aluminium, Silicium, Kalium, Titan, Chrom, Kupfer, Zink und Zinn ausgewählt ist, und die ersten und zweiten Elemente weisen zusammen einen Massenanteil von 5 ppm oder mehr und 50.000 ppm oder weniger bezogen auf den Körper des Gerüstes auf. Der poröse Körper kann somit eine geeignete Festigkeit als ein Stromkollektor für eine Luftelektrode oder eine Wasserstoffelektrode einer Brennstoffzelle aufweisen.
Was oben beschrieben wurde, schließt Merkmale ein, die in den folgenden zusätzlichen Anmerkungen aufgeführt sind.
(Zusätzliche Anmerkung 1)
Poröser Körper, umfassend ein Gerüst mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur,
wobei das Gerüst einen Körper aufweist, der Nickel, Kobalt, ein erstes Element und ein zweites Element als konstituierende Elemente enthält,
das Kobalt einen Massenanteil von 0,2 oder mehr und 0,8 oder weniger bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt aufweist,
das erste Element mindestens ein Element enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Bor, Eisen und Calcium ausgewählt ist,
das zweite Element mindestens ein Element enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Natrium, Magnesium, Aluminium, Silicium, Kalium, Titan, Chrom, Kupfer, Zink und Zinn ausgewählt ist,
die ersten und zweiten Elemente zusammen einen Massenanteil von insgesamt 5 ppm oder mehr und 50.000 ppm oder weniger bezogen auf eine Masse des Körpers des Gerüsts aufweisen.
(Zusätzliche Anmerkung 2)
Poröser Körper gemäß zusätzlicher Anmerkung 1, wobei das Kobalt einen Massenanteil von 0,2 oder mehr und 0,45 oder weniger bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt, aufweist.
(Zusätzliche Anmerkung 3)
Poröser Körper gemäß zusätzlicher Anmerkung 1, wobei die ersten und zweiten Elemente zusammen einen Massenanteil von 55 ppm oder mehr und 477 ppm oder weniger bezogen auf die Masse des Körpers des Gerüsts aufweisen.
(Zusätzliche Anmerkung 4)
Poröser Körper gemäß zusätzlicher Anmerkung 1, wobei in dem Körper des Gerüsts das Nickel und das Kobalt zusammen einen Massenanteil von insgesamt 80 Massen-% oder mehr und weniger als 100 Massen-% aufweisen.
(Zusätzliche Anmerkung 5)
Poröser Körper gemäß zusätzlicher Anmerkung 1, wobei das erste Element Bor ist und das zweite Element mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe bestehend aus Natrium, Aluminium, Zink und Zinn ausgewählt ist.
(Zusätzliche Anmerkung 6)
Poröser Körper gemäß zusätzlicher Anmerkung 1, wobei das erste Element Eisen ist und das zweite Element mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe bestehend aus Magnesium, Kupfer, Kalium und Aluminium ausgewählt ist.
(Zusätzliche Anmerkung 7)
Poröser Körper gemäß zusätzlicher Anmerkung 1, wobei das erste Element Calcium ist und das zweite Element mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe bestehend aus Natrium, Zinn, Chrom, Titan und Silicium ausgewählt ist.
(Zusätzliche Anmerkung 8)
Poröser Körper gemäß zusätzlicher Anmerkung 1, wobei das erste Element Bor und Calcium ist und das zweite Element Natrium, Aluminium und Silicium ist.
(Zusätzliche Anmerkung 9)
Poröser Körper gemäß zusätzlicher Anmerkung 1, wobei das erste Element Bor und Eisen ist und das zweite Element Magnesium und Zinn ist.
(Zusätzliche Anmerkung 10)
Poröser Körper gemäß zusätzlicher Anmerkung 1, wobei das erste Element Bor, Eisen und Calcium ist und das zweite Element Natrium, Aluminium, Silicium und Zinn ist.
BEISPIELE
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf diese beschränkt ist.
«Herstellung des porösen Körpers»
<Proben 1 bis 12>
Poröse Körper für die Proben 1 bis 12 wurden nach dem folgenden Verfahren hergestellt:
(Erster Schritt)
Zunächst wurde eine 1,5 mm dicke Polyurethanharzplatte als Harzformkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur hergestellt. Wenn die Porosität und der durchschnittliche Porendurchmesser dieser Polyurethanharzplatte basierend auf der obigen Formel bestimmt wurden, betrug die Porosität 96% und der durchschnittliche Porendurchmesser 450 µm.
Anschließend wurde der Harzformkörper mit einem leitfähigen Lack (Aufschlämmung mit Ruß) imprägniert und dann mit einer Walze gepresst und getrocknet, um eine leitfähige Beschichtungsschicht auf einer Oberfläche des Harzformkörpers zu bilden. Auf diese Weise wurde ein leitfähiger Harzformkörper erhalten.
(Zweiter Schritt)
Unter Verwendung des leitfähigen Harzformkörpers als Kathode wurde eine elektrolytische Beschichtung mit einer Badzusammensetzung unter den unten angegebenen Elektrolysebedingungen durchgeführt. Als Ergebnis wurden 660 g/m² einer Nickel-Kobalt-Legierung auf dem leitfähigen Harzformkörper abgeschieden, wodurch ein Vorläufer eines porösen Körpers erhalten wurde.
<Badzusammensetzung>
Salz (wässrige Lösung): wässrige Lösung von Nickelsulfamat und Kobaltsulfamat: Die Gesamtmenge von Ni und Co betrug 400 g/L.
Das Massenverhältnis von Co/(Ni + Co) betrug 0,22, 0,58 oder 0,78.
Na₂B₄O₅(OH)₄·8H₂O wurde dem Beschichtungsbad zugesetzt, sodass Bor als erstes Element mit einem in Tabelle 1 angegebenen Massenanteil in einem porösen Körper enthalten war.
Na₂SO₄, Al₂ (SO₄)₃, ZnSO₄ · 7H₂O oder Sn_SO₄ wurden dem Beschichtungsbad zugesetzt, sodass als zweites Element Natrium, Aluminium, Zink oder Zinn mit dem in Tabelle 1 angegebenen Massenanteil in einem porösen Körper enthalten war.
Borsäure: 35 g/L
pH: 4,5.
(Elektrolysebedingungen)
Temperatur: 50°C
Stromdichte: 5 A/dm²
Anode: Unlösliche Anode.
(Dritter Schritt)
Der Vorläufer des porösen Körpers wurde einer Wärmebehandlung unterworfen, um eine Harzkomponente in dem leitfähigen Harzformkörper zu verbrennen und die Harzkomponente zu entfernen, um für jede der Proben 1 bis 12 einen porösen Körper zu erhalten. Die Wärmebehandlung zur Entfernung der Harzkomponente wurde bei einer Temperatur von 650°C in einer Luftatmosphäre durchgeführt.
<Proben 13 bis 24>
Abgesehen davon, dass dem Beschichtungsbad im zweiten Schritt FeSO₄·7H₂O zugesetzt wurde, sodass Eisen als erstes Element mit dem in Tabelle 1 angegebenen Massenanteil in einem porösen Körper enthalten war, und dem Beschichtungsbad MgSO₄, CuSO₄·5H₂O, K₂SO₄ oder Al₂(SO₄)₃ zugesetzt wurde, sodass als zweites Element Magnesium, Kupfer, Kalium oder Aluminium mit dem in Tabelle 1 angegebenen Massenanteil in dem porösen Körper enthalten war, wurden die porösen Körper für die Proben 13 bis 24 auf die gleiche Weise hergestellt wie <Proben 1 bis 12>.
<Proben 25 bis 36>
Abgesehen davon, dass dem Beschichtungsbad im zweiten Schritt CaSO₄·2H₂O zugesetzt wurde, sodass Calcium als erstes Element mit dem in Tabelle 2 angegebenen Massenanteil in einem porösen Körper enthalten war, und dem Beschichtungsbad Na₂SO₄, SnSO₄, Cr₂(SO₄)₃·nH₂O oder Ti(SO₄)₂ zugesetzt wurde, sodass als zweites Element Natrium, Zinn, Chrom oder Titan mit dem in Tabelle 2 angegebenen Massenanteil in dem porösen Körper enthalten war, wurden die porösen Körper für die Proben 25 bis 36 auf die gleiche Weise hergestellt wie <Proben 1 bis 12>.
<Proben 37 bis 39>
Abgesehen davon, dass dem Beschichtungsbad im zweiten Schritt CaSO₄·2H₂O zugesetzt wurde, sodass Calcium als erstes Element mit dem in Tabelle 2 angegebenen Massenanteil in einem porösen Körper enthalten war, und dem Beschichtungsbad Na₂SiO₃ zugesetzt wurde, sodass als zweites Element Silicium und Natrium mit dem in Tabelle 2 angegebenen Massenanteil in dem porösen Körper enthalten waren, wurden die porösen Körper für die Proben 37 bis 39 auf die gleiche Weise hergestellt wie <Proben 1 bis 12>.
<Proben 40 bis 42>
Abgesehen davon, dass dem Beschichtungsbad im zweiten Schritt Na₂B₄O₅(OH)₄·8H₂O und CaSO₄·2H₂O zugesetzt wurden, sodass Bor und Calcium als erstes Element mit dem in Tabelle 3 angegebenen Massenanteil in einem porösen Körper enthalten waren, und dem Beschichtungsbad Al₂(SO₄)₃ und Na₂SiO₃ zugesetzt wurden, sodass als zweites Element Aluminium, Silicium und Natrium mit dem in Tabelle 3 angegebenen Massenanteil in dem porösen Körper enthalten waren, wurden die porösen Körper für die Proben 40 bis 42 auf die gleiche Weise hergestellt wie <Proben 1 bis 12>.
<Proben 43 bis 45>
Abgesehen davon, dass dem Beschichtungsbad im zweiten Schritt Na₂B₄O₅(OH)₄·8H₂O und FeSO₄·7H₂O zugesetzt wurden, sodass Bor und Eisen als erstes Element mit dem in Tabelle 3 angegebenen Massenanteil in einem porösen Körper enthalten waren, und dem Beschichtungsbad MgSO₄ und Sn_SO₄ zugesetzt wurden, sodass als zweites Element Magnesium und Zinn mit dem in Tabelle 3 angegebenen Massenanteil in dem porösen Körper enthalten waren, wurden die porösen Körper für die Proben 43 bis 45 auf die gleiche Weise hergestellt wie <Proben 1 bis 12>.
<Proben 46 bis 48>
Abgesehen davon, dass dem Beschichtungsbad im zweiten Schritt Na₂B₄O₅(OH)₄ · 8H₂O, FeSO₄·7H₂O und CaSO₄·2H₂O zugesetzt wurden, sodass Bor, Eisen und Calcium als erstes Element mit dem in Tabelle 3 angegebenen Massenanteil in einem porösen Körper enthalten waren, und dem Beschichtungsbad Al₂(SO₄)₃, Na₂SiO₃ und Sn_SO₄ zugesetzt wurden, sodass als zweites Element Aluminium, Silicium, Zinn und Natrium mit dem in Tabelle 3 angegebenen Massenanteil in dem porösen Körper enthalten waren, wurden die porösen Körper für die Proben 46 bis 48 auf die gleiche Weise hergestellt wie <Proben 1 bis 12>.
<Proben 101 bis 103>
Abgesehen davon, dass dem Beschichtungsbad im zweiten Schritt keine dem ersten und zweiten Element entsprechenden Salze zugesetzt wurden (siehe Tabelle 4), wurden die porösen Körper für die Proben 101 bis 103 auf die gleiche Weise hergestellt wie <Proben 1 bis 12>. In Tabelle 4 und der nachfolgend beschriebenen Tabelle 5 bedeutet jede Zelle in den Spalten „erstes Element“ und „zweites Element“, die ein „-“ anzeigt, dass das entsprechende Element nicht in einem porösen Körper enthalten ist.
<Proben 104 bis 112>
Abgesehen davon, dass dem Beschichtungsbad im zweiten Schritt kein dem ersten Element entsprechendes Salz zugesetzt wurde und dem Beschichtungsbad SnSO₄, Na₂SO₄ oder Cr₂(SO₄)₃·nH₂O zugesetzt wurde, sodass als zweites Element Zinn, Natrium oder Chrom mit dem in Tabelle 4 angegebenen Massenanteil in einem porösen Körper enthalten war, wurden die porösen Körper für die Proben 104 bis 112 auf die gleiche Weise hergestellt wie <Proben 1 bis 12>.
<Proben 113 bis 121>
Abgesehen davon, dass dem Beschichtungsbad im zweiten Schritt Na₂B₄O₅(OH)₄ · 8H₂O, FeSO₄·7H₂O oder CaSO₄·2H₂O zugesetzt wurde, sodass Bor, Eisen oder Calcium als erstes Element mit dem in Tabelle 5 angegebenen Massenanteil in einem porösen Körper enthalten war und dem Beschichtungsbad kein dem zweiten Element entsprechendes Salz zugesetzt wurde (siehe Tabelle 5), wurden die porösen Körper für die Proben 113 bis 121 auf die gleiche Weise hergestellt wie <Proben 1 bis 12>.
<Proben 122 bis 130>
Abgesehen davon, dass dem Beschichtungsbad im zweiten Schritt Na₂B₄O₅(OH)₄ · 8H₂O, FeSO₄·7H₂O oder CaSO₄·2H₂O zugesetzt wurde, sodass Bor, Eisen oder Calcium als erstes Element mit dem in Tabelle 5 angegebenen Massenanteil in einem porösen Körper enthalten war, und dem Beschichtungsbad Al₂(SO₄)₃ zugesetzt wurde, sodass als zweites Element Aluminium mit dem in Tabelle 5 angegebenen Massenanteil in dem porösen Körper enthalten war, wurden die porösen Körper für die Proben 122 bis 130 auf die gleiche Weise hergestellt wie <Proben 1 bis 12>.
Die porösen Körper für Proben 1 bis 48 und diejenigen für Proben 101 bis 130 wurden somit durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt. Es ist zu beachten, dass die Proben 1 bis 48 Beispielen entsprechen und die Proben 101 bis 130 Vergleichsbeispielen entsprechen.
«Evaluierung der Performance des porösen Körpers»
<Analyse der physikalischen Eigenschaften des porösen Körpers>
Die porösen Körper der Proben 1-48 und diejenigen der Proben 101-130 wurden jeweils hinsichtlich eines Massenanteils von Kobalt im Körper des Gerüsts des porösen Körpers bezogen auf eine Gesamtmasse von Nickel und Kobalt im Körper des Gerüsts des porösen Körpers mit einem EDX-Gerät, das mit dem REM kombiniert ist, untersucht (ein REM-Bestandteil: Handelsname „SUPRA35VP“, hergestellt von Carl Zeiss Microscopy Co, Ltd. und ein EDX-Bestandteil: Handelsname „octane super“, hergestellt von AMETEK, Inc.). Insbesondere wurde zunächst der poröse Körper jeder Probe geschnitten. Anschließend wurde das Gerüst des geschnittenen porösen Körpers im Querschnitt mit dem EDX-Gerät untersucht, um jedes Element nachzuweisen, und der Massenanteil des Kobalts wurde basierend auf dem Atomprozentsatz des Elements bestimmt. Als Ergebnis entsprach der Massenanteil von Kobalt im Körper des Gerüsts des porösen Körpers jeder der Proben 1-48 und der Proben 101-130 bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt im Gerüst dem Massenanteil von Kobalt, der in dem zur Herstellung des porösen Körpers verwendeten Beschichtungsbad bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt enthalten war (d.h. ein Massenverhältnis von Co/(Ni + Co)).
Ferner wurde die obige Berechnungsformel verwendet, um den durchschnittlichen Porendurchmesser und die Porosität des Gerüsts von jedem der porösen Körper der Proben 1-48 und denjenigen der Proben 101-130 zu bestimmen. Als Ergebnis stimmten der durchschnittliche Porendurchmesser und die Porosität mit der Porosität und dem durchschnittlichen Porendurchmesser des Harzformkörpers überein, und die Porosität betrug 96 % und der durchschnittliche Porendurchmesser 450 µm. Außerdem hatten die porösen Körper der Proben 1-48 und diejenigen der Proben 101-130 eine Dicke von 1,4 mm. In jedem der porösen Körper der Proben 1-48 und denjenigen der Proben 101-130 betrug das Gesamtschüttgewicht von Nickel und Kobalt 660 g/m², wie oben dargelegt wurde.
<Evaluierung hinsichtlich der Stromerzeugung>
Ferner wurden die porösen Körper der Proben 1-48 und diejenigen der Proben 101-130 als ein Stromkollektor für eine Luftelektrode und eine von Elcogen AS hergestellte YSZ-Zelle (siehe 9) zusammen zur Herstellung von Brennstoffzellen verwendet (siehe 8) und die Brennstoffzellen wurden hinsichtlich der Stromerzeugung anhand der folgenden Punkte evaluiert:
(Bruch-Evaluierung des Festelektrolyten)
Bruch des Festelektrolyten wurde durch das folgende Verfahren evaluiert. Das bedeutet, nachdem die obige Brennstoffzelle 2.000 Stunden lang betrieben wurde, wurde die YSZ-Zelle visuell daraufhin untersucht, ob Rissbildung und Risse und somit ein Bruch vorhanden waren oder nicht. Das Ergebnis davon ist in den Tabellen 1 bis 5 gezeigt.
(Evaluierung eines Betriebsspannungs-Halteverhältnisses nach 2.000 Stunden Stromerzeugung)

Für jede hergestellte Brennstoffzelle wurden eine anfängliche Betriebsspannung V1 und eine Betriebsspannung V2 nach 2.000 Stunden bestimmt und eine unten angegebene Formel verwendet, um ein Betriebsspannungs-Halteverhältnis nach 2.000 Stunden zu berechnen, und ein Ergebnis davon ist in den folgenden Tabellen 1 bis 5 gezeigt. In Tabelle 5 bedeutet „-“, dass kein Betriebsspannungs-Halteverhältnis messbar war. Die Betriebsspannung V1 wurde dreimal gemessen und das daraus resultierende Ergebnis wurde gemittelt, um als Betriebsspannung V1 verwendet zu werden, und ebenso für Betriebsspannung V2.

\begin{array}{l} Betriebsspannungs - Halteverh \ddot{a} ltnis (%) nach 2,000 Stunden \\ Stromerzeugung = (V2 / V1) \times 100 \end{array}

Tabelle 1

Proben-Nr.	Poröser Körper					Bruch des Festelektrolyten	Betriebsspannungs-Halteverhältnis nach 2.000 Stunden (%)
	Massenanteil von Co in NiCo	Erstes Element		Zweites Element
	Massenanteil von Co in NiCo	Elementsymbol	Massenanteil (ppm)	Elementsymbol	Massenanteil (ppm)
1	0.22	B	50	Na	5	nicht vorhanden	96
2	0.58	B	50	Na	5	nicht vorhanden	92
3	0.78	B	50	Na	5	nicht vorhanden	95
4	0.22	B	60	Al	20	nicht vorhanden	94
5	0.58	B	60	Al	20	nicht vorhanden	92
6	0.78	B	60	Al	20	nicht vorhanden	93
7	0.22	B	50	Zn	5	nicht vorhanden	95
8	0.58	B	50	Zn	5	nicht vorhanden	92
9	0.78	B	50	Zn	5	nicht vorhanden	93
10	0.22	B	50	Sn	15	nicht vorhanden	96
11	0.58	B	50	Sn	15	nicht vorhanden	92
12	0.78	B	50	Sn	15	nicht vorhanden	94
13	0.22	Fe	50	Mg	5	nicht vorhanden	94
14	0.58	Fe	50	Mg	5	nicht vorhanden	90
15	0.78	Fe	50	Mg	5	nicht vorhanden	92
16	0.22	Fe	100	Cu	1	nicht vorhanden	93
17	0.58	Fe	100	Cu	1	nicht vorhanden	91
18	0.78	Fe	100	Cu	1	nicht vorhanden	92
19	0.22	Fe	120	K	15	nicht vorhanden	96
20	0.58	Fe	120	K	15	nicht vorhanden	93
21	0.78	Fe	120	K	15	nicht vorhanden	94
22	0.22	Fe	150	A1	15	nicht vorhanden	94
23	0.58	Fe	150	Al	15	nicht vorhanden	91
24	0.78	Fe	150	Al	15	nicht vorhanden	92

Tabelle 2

Proben-Nr.	Poröser Körper					Bruch des Festelektrolyten	Betriebsspannungs-Halteverhältnis nach 2.000 Stunden (%)
	Massenanteil von Co in NiCo	Erstes Element		Zweites Element
	Massenanteil von Co in NiCo	Elementsymbol	Massenanteil (ppm)	Elementsymbol	Massenanteil (bpm)
25	0.22	Ca	200	Na	2	nicht vorhanden	95
26	0.58	Ca	200	Na	2	nicht vorhanden	93
27	0.78	Ca	200	Na	2	nicht vorhanden	90
28	0.22	Ca	150	Sn	15	nicht vorhanden	97
29	0.58	Ca	150	Sn	15	nicht vorhanden	92
30	0.78	Ca	150	Sn	15	nicht vorhanden	94
31	0.22	Ca	100	Cr	5	nicht vorhanden	96
32 -	0.58	Ca	100	Cr	5	nicht vorhanden	92
33	0.78	Ca	100	Cr	5	nicht vorhanden	93
34	0.22	Ca	200	Ti	2	nicht vorhanden	95
35	0.58	Ca	200	Ti	2	nicht vorhanden	90
36	0.78	Ca	200	Ti	2	nicht vorhanden	92
37	0.22	Ca	200	Si, Na	15 (Si) , 2 (Na)	nicht vorhanden	96
38	0.58	Ca	200	Si, Na	15 (Si) , 2 (Na)	nicht vorhanden	92
39	0.78	Ca	200	Si, Na	15 (Si) , 2 (Na)	nicht vorhanden	94

Tabelle 3

Proben-Nr.	Poröser Körper					Bruch des Festelektrolyten	Betriebsspannungs-Halteverhältnis nach 2.000 Stunden (%)
	Massenanteil von Co in NiCo	Erstes Element		Zweites Element
	Massenanteil von Co in NiCo	Elementsymbol	Massenanteil (ppm)	Elementsymbol	Massenanteil (ppm)
40	0.22	B,	50 (B),	Al,	20 (Al),	nicht vorhanden	94
		B,	50 (B),	Si,	40 (Si),
		Ca	100 (Ca)	Na	2 (Na)
41	0.58	B,	50 (B),	Al,	20 (Al),	nicht vorhanden	92
		B,	50 (B),	Si,	40 (Si),
		Ca	100 (Ca)	Na	2 (Na)
42	0.78	B,	50 (B),	Al,	20 (Al),	nicht vorhanden	93
		B,	50 (B),	Si
		Ca	100 (Ca)	, Na	40 (Si), 2 (Na)
43	0.22	B,	50 (B),	Mg,	10 (Mg),	nicht vorhanden	95
43	0.22	Fe	150 (Fe)	Sn	15 (Sn)	nicht vorhanden	95
44	0.58	B,	50 (B),	Mg,	10 (Mg),	nicht vorhanden	90
44	0.58	Fe	150 (Fe)	Sn	15 (Sn)	nicht vorhanden	90
45	0.78	B,	50 (B),	Mg,	10 (Mg),	nicht vorhanden	92
45	0.78	Fe	150 (Fe)	Sn	15 (Sn)	nicht vorhanden	92
46	0.22	B,	150 (B),	Al,	20 (Al),	nicht vorhanden	97
		Fe,	150 (B),	Si,	40 (Si),
			150 (Fe),	Sn,	15 (Sn),
		Ca	200 (Ca)	Na	2 (Na)
47	0.58	B,	50 (B),	Al,	20 (Al),	nicht vorhanden	92
				Si,	40 (Si),
		Fe,	150 (Fe), 200 (Ca)	Sn,	15 (Sn),
		Ca	150 (Fe), 200 (Ca)	Na	2 (Na)
48	0.78	B, Fe,	50 (B), 150 (Fe),	Al,	20 (Al),	nicht vorhanden	94
		B, Fe,	50 (B), 150 (Fe),	Si,	40 (Si),
		Ca	200 Si	Sn,	15 (Sn),
				Na	2 (Na)

Tabelle 4

Proben-Nr.	Poröser Körper					Bruch des Festelektrolyten	Betriebsspannungs-Halteverhältnis nach 2.000 Stunden (%)
	Massenanteil von Co in NiCo	Erstes Element		Zweites Element
	Massenanteil von Co in NiCo	Elementsymbol	Massenanteil (ppm)	Elementsymbol	Massenanteil (ppm)
101	0.22	-	-	-	-	nicht vorhanden	52
102	0.58	-	-	-	-	nicht vorhanden	50
103	0.78	-	-	-	-	nicht vorhanden	51
104	0.22	-	-	Sn	15	nicht vorhanden	62
105	0.58	-	-	Sn	15	nicht vorhanden	58
106	0.78	-	-	Sn	15	nicht vorhanden	60
107	0.22	-	-	Na	5	nicht vorhanden	53
108	0.58	-	-	Na	5	nicht vorhanden	51
109	0.78	-	-	Na	5	nicht vorhanden	52
110	0.22	-	-	Cr	5	nicht vorhanden	54
111	0.58	-	-	Cr	5	nicht vorhanden	52
112	0.78	-	-	Cr	5	nicht vorhanden	53

Tabelle 5

Proben-Nr.	Poröser Körper					Bruch des Festelektrolyten	Betriebsspannungs-Halteverhältnis nach 2.000 Stunden (%)
	Massenanteil von Co in NiCo	Erstes Element		Zweites Element
	Massenanteil von Co in NiCo	Elementsymbol	Massenanteil (ppm)	Elementsymbol	Massenanteil (ppm)
113	0.22	B	50	-	-	nicht vorhanden	60
114	0.58	B	50	-	-	nicht vorhanden	56
115	0.78	B	50	-	-	nicht vorhanden	57
116	0.22	Fe	50	-	-	nicht vorhanden	61
117	0.58	Fe	50	-	-	nicht vorhanden	57
118	0.78	Fe	50	-	-	nicht vorhanden	58
119	0.22	Ca	200	-	-	nicht vorhanden	59
120	0.58	Ca	200	-	-	nicht vorhanden	55
121	0.78	Ca	200	-	-	nicht vorhanden	57
122	0.22	B	100,000	Al	15	vorhanden	-
123	0.58	B	100,000	Al	15	vorhanden	-
124	0.78	B	100,000	Al	15	vorhanden	-
125	0.22	Fe	100,000	Al	15	vorhanden	-
126	0.58	Fe	100,000	Al	15	vorhanden	-
127	0.78	Fe	100,000	Al	15	vorhanden	-
128	0.22	Ca	100,000	Al	15	vorhanden	-
129	0.58	Ca	100,000	Al	15	vorhanden	-
130	0.78	Ca	100,000	Al	15	vorhanden	-

<Diskussionen>
Gemäß den in den Tabellen 1 bis 3 gezeigten Ergebnissen wurde festgestellt, dass in einem Festelektrolyten, der in einer Brennstoffzelle enthalten ist, kein Bruch beobachtet wird, wenn ein Gerüst einen Körper aufweist, der Nickel, Kobalt, das erste Element und das zweite Element enthält, wobei die ersten und zweiten Elemente zusammen einen Massenanteil von insgesamt 5 ppm oder mehr und 50.000 ppm oder weniger bezogen auf die Masse des Körpers des Gerüsts aufweisen. Ferner wurde festgestellt, dass die Brennstoffzelle nach 2.000 Stunden Stromerzeugung ein Betriebsspannungs-Halteverhältnis von über 90% aufweist und somit zufriedenstellend ist. Insbesondere wenn das Kobalt einen Massenanteil von 0,22 bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt aufweist, ermöglicht dies, dass ein Betriebsspannungs-Halteverhältnis zufriedenstellender ist, als wenn es einen Massenanteil von 0,58 oder 0,78 bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt aufweist.
Somit wurde festgestellt, dass die porösen Körper gemäß den Beispielen eine geeignete Festigkeit als ein Stromkollektor für eine Luftelektrode einer Brennstoffzelle und als ein Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode der Brennstoffzelle aufweisen.
Gemäß den in den Tabellen 4 und 5 gezeigten Ergebnissen wurde keine Rissbildung in einem Festelektrolyten beobachtet, der in einer Brennstoffzelle enthalten war, wenn ein Gerüst einen Körper aufwies, der Nickel und Kobalt enthielt und das erste Element, das zweite Element oder beides nicht enthielt. Allerdings wiesen solche Brennstoffzellen nach 2.000 Stunden Stromerzeugung ein Betriebsspannungs-Halteverhältnis von 62% oder weniger auf (Proben 101 bis 121). Es wird vermutet, dass die Brennstoffzellen der Proben 101 bis 121 einen Stromkollektor für eine Luftelektrode (oder einen porösen Körper) mit relativ geringer Festigkeit aufwiesen und der Kontakt zwischen dem Stromkollektor für die Luftelektrode und einer Zelle für die Brennstoffzelle oder einem Interkonnektor nach 2.000 Stunden Stromerzeugung geschwächt war. Infolgedessen wird angenommen, dass der Kontaktwiderstand zugenommen und das Betriebsspannungs-Halteverhältnis abgenommen hat. Ferner wurde gemäß den in Tabelle 5 gezeigten Ergebnissen Rissbildung in einem in einer Brennstoffzelle enthaltenen Festelektrolyten beobachtet, wenn ein Gerüst einen Körper aufwies, der Nickel, Kobalt, das erste Element und das zweite Element enthielt, wobei die ersten und zweiten Elemente zusammen einen Massenanteil von insgesamt mehr als 50.000 ppm bezogen auf die Masse des Körpers des Gerüsts aufwiesen (Proben 122 bis 130). Da die Brennstoffzellen der Proben 122 bis 130 somit einen gerissenen Festelektrolyten aufwiesen, war nach 2000 Stunden Stromerzeugung kein Betriebsspannungs-Halteverhältnis messbar.
Obwohl Ausführungsformen und Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, wie es oben beschrieben wurde, war es von vornherein vorgesehen, die Konfigurationen der oben beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele auf geeignete Weise zu kombinieren.
Es versteht sich, dass die vorliegend offenbarten Ausführungsformen und Beispiele in jeder Hinsicht illustrativ und nicht einschränkend sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Begriffe der Ansprüche definiert, und nicht durch die oben beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele, und schließt alle Modifikationen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung ein, die den Begriffen der Ansprüche entsprechen.
Bezugszeichenliste

1: Rippe,
2: Knoten,
10: Rahmen,
11: Gerüstkörper,
12: Gerüst,
13: innerer Teil,
14: Pore,
20: Zelle,
30: dreidimensionale Netzwerkstruktur,
100: Zelle für Brennstoffzelle,
102: Luftelektrode,
104: Zwischenschicht,
106: Elektrolytschicht,
108: Wasserstoffelektrode,
110: Stromkollektor für Wasserstoffelektrode,
112: erster Interkonnektor,
114: Brennstoffkanal,
120: Stromkollektor für Luftelektrode,
122: zweiter Interkonnektor,
124: Oxidationsmittelkanal,
150: Brennstoffzelle,
A: virtuelle Ebene.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2019232469 [0001]

Claims

Poröser Körper, umfassend ein Gerüst mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur, wobei das Gerüst einen Körper aufweist, der Nickel, Kobalt, ein erstes Element und ein zweites Element als konstituierende Elemente enthält, das Kobalt einen Massenanteil von 0,2 oder mehr und 0,8 oder weniger bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt aufweist, das erste Element aus mindestens einem Element besteht, das aus der Gruppe bestehend aus Bor, Eisen und Calcium ausgewählt ist, das zweite Element aus mindestens einem Element besteht, das aus der Gruppe bestehend aus Natrium, Magnesium, Aluminium, Silicium, Kalium, Titan, Chrom, Kupfer, Zink und Zinn ausgewählt ist, die ersten und zweiten Elemente zusammen einen Massenanteil von insgesamt 5 ppm oder mehr und 50.000 ppm oder weniger bezogen auf eine Masse des Körpers des Gerüsts aufweisen.
Poröser Körper gemäß Anspruch 1, wobei das Kobalt einen Massenanteil von 0,2 oder mehr und 0,45 oder weniger oder 0,6 oder mehr und 0,8 oder weniger bezogen auf die Gesamtmasse von Nickel und Kobalt aufweist.
Poröser Körper gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Element einen Massenanteil von 4 ppm oder mehr und 40.000 ppm oder weniger bezogen auf die Masse des Körpers des Gerüsts aufweist.
Poröser Körper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite Element einen Massenanteil von 1 ppm oder mehr und 10.000 ppm oder weniger bezogen auf die Masse des Körpers des Gerüsts aufweist.
Poröser Körper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Körper des Gerüsts ferner Sauerstoff als ein konstituierendes Element enthält.
Poröser Körper gemäß Anspruch 5, wobei der Körper des Gerüsts Sauerstoff in einer Menge von 0,1 Massen-% oder mehr und 35 Massen-% oder weniger enthält.
Poröser Körper gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der Körper des Gerüsts ein Oxid vom Spinell-Typ enthält.
Poröser Körper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei, wenn der Körper des Gerüsts im Querschnitt bei einer 3.000-fachen Vergrößerung betrachtet wird, um ein Betrachtungsbild zu erhalten, das Betrachtungsbild in jedem Bereich von 10 Quadrat-µm fünf oder weniger Hohlräume zeigt, die jeweils einen längeren Durchmesser von 1 µm oder mehr aufweisen.
Poröser Körper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Gerüst hohl ist.
Poröser Körper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der poröse Körper ein plattenförmiges äußeres Erscheinungsbild aufweist und eine Dicke von 0,2 mm oder mehr und 2 mm oder weniger aufweist.
Brennstoffzelle umfassend einen Stromkollektor für eine Luftelektrode und einen Stromkollektor für eine Wasserstoffelektrode, wobei mindestens einer des Stromkollektors für die Luftelektrode oder des Stromkollektors für die Wasserstoffelektrode den porösen Körper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 enthält.