JP2005334828A - Hydrogen-permeable membrane and method for producing the same - Google Patents

Hydrogen-permeable membrane and method for producing the same Download PDF

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Kiyotaka Yasuda
清隆 安田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prepare a hydrogen-permeable membrane which is highly flexible and easily processable. <P>SOLUTION: The hydrogen-permeable membrane 1 is composed a hydrogen-permeable metal membrane 2 and a porous thin metal film 3a or 3b applied to at least either surface of the membrane 2. The porous thin metal film 3a or 3b is desirably one formed by electrolytic plating. The hydrogen-permeable metal membrane 2 is desirably made from an amorphous hydrogen storage alloy. The hydrogen-permeable metal membrane 1 is produced by forming the porous thin metal film 3b on a carrier foil 11 by electrolytic plating, forming the hydrogen-permeable metal membrane 2 on the porous thin metal film 3b by a thin-film formation means, and thereafter separating the carrier foil 11 from the resulting assemblage. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、フレキシビリティが高く、加工の容易な水素透過膜及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a hydrogen permeable membrane having high flexibility and easy processing, and a method for manufacturing the same.

水素透過膜としては、従来、主としてパラジウムが検討されてきた。しかしパラジウムは、水素透過のために300℃以上に加熱する必要があり、またパラジウムそのものが高価であることから、工業的な水素精製に利用できるものではない。そこで、パラジウムを薄膜化してその使用量を抑え、強度の低下を多孔質支持体で補うことが提案されている(例えば特許文献1及び2参照)。しかし、それらの提案においては、多孔質支持体として、剛体である金属粉の焼結体やエッチングで孔をあけたステンレス鋼製多孔質体、或いはセラミックス多孔質体が用いられている。従って、フレキシビリティが低く、加工性が劣ってしまう。   Conventionally, palladium has been mainly studied as a hydrogen permeable membrane. However, palladium needs to be heated to 300 ° C. or higher for hydrogen permeation, and since palladium itself is expensive, it cannot be used for industrial hydrogen purification. Accordingly, it has been proposed to reduce the amount of palladium used to reduce the amount of palladium used, and to compensate for the decrease in strength with a porous support (see, for example, Patent Documents 1 and 2). However, in these proposals, a sintered body of a metal powder that is a rigid body, a stainless steel porous body that is perforated by etching, or a ceramic porous body is used as the porous support. Therefore, flexibility is low and processability is inferior.

水素吸蔵合金として知られるLaNi5などの金属間化合物を水素透過膜として利用することも提案されている。しかし、この材料は脆いものであり、クラックが生じやすいので、水素透過膜として利用することは困難である。この材料の強度を高めるための一手段としてアモルファス化することが考えられる。しかし、強度を高めるためにアモルファス膜の膜厚を大きくすると、その時に生じる熱でアモルファスが結晶化してしまい、結局強度を高めることができない。特に、セラミックス多孔質上に水素吸蔵合金のアモルファス膜をスパッタリングで形成しようとすると、セラミックスの有する低熱伝導性に起因して、スパッタリングで発生した熱が逃げずに、アモルファスの結晶化が促進されやすい。 It has also been proposed to use an intermetallic compound such as LaNi 5 known as a hydrogen storage alloy as a hydrogen permeable membrane. However, since this material is brittle and easily cracks, it is difficult to use it as a hydrogen permeable membrane. It is conceivable to make the material amorphous as one means for increasing the strength of the material. However, if the film thickness of the amorphous film is increased in order to increase the strength, the amorphous is crystallized by the heat generated at that time, and consequently the strength cannot be increased. In particular, when an amorphous film of a hydrogen storage alloy is formed on a ceramic porous film by sputtering, the heat generated by sputtering does not escape due to the low thermal conductivity of the ceramic, and amorphous crystallization is likely to be promoted. .

特開平11−267477号公報JP-A-11-267477 特開2000−5580号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2000-5580

従って本発明の目的は、前述した従来技術が有する種々の欠点を解消し得る水素透過膜及びその製造方法を提供することにある。   Accordingly, it is an object of the present invention to provide a hydrogen permeable membrane and a method for manufacturing the same that can eliminate the various disadvantages of the above-described prior art.

本発明は、水素透過性金属膜の少なくとも一面に多孔質金属薄膜が配されてなることを特徴とする水素透過膜を提供することにより前記目的を達成したものである。   The present invention achieves the above object by providing a hydrogen permeable membrane characterized in that a porous metal thin film is disposed on at least one surface of the hydrogen permeable metal membrane.

また本発明は、前記水素透過膜の好ましい製造方法として、キャリア箔上に電解めっきによって前記多孔質金属薄膜を形成し、次いで該多孔質金属薄膜上に、薄膜形成手段によって前記水素透過性金属膜を形成し、然る後、前記キャリア箔を剥離分離することを特徴とする水素透過膜の製造方法を提供するものである。   According to the present invention, as a preferred method for producing the hydrogen permeable film, the porous metal thin film is formed on a carrier foil by electrolytic plating, and then the hydrogen permeable metal film is formed on the porous metal thin film by a thin film forming means. Then, after that, the carrier foil is peeled and separated, and a method for producing a hydrogen permeable membrane is provided.

本発明によれば、フレキシビリティが高く、加工の容易な水素透過膜が得られる。また本発明によれば、パラジウム等の高価な材料からなる水素透過性金属膜を薄くしてその使用量を低減させても、多孔質金属薄膜によって十分な強度が維持される。   According to the present invention, a hydrogen permeable membrane having high flexibility and easy processing can be obtained. Further, according to the present invention, even if the hydrogen-permeable metal film made of an expensive material such as palladium is thinned to reduce the amount of use, sufficient strength is maintained by the porous metal thin film.

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図1には、本発明の水素透過膜の好ましい実施形態の構造が模式的に示されている。本実施形態の水素透過膜1は、水素透過性金属膜2の各面に多孔質金属薄膜3a,3bが配されて構成されている。   The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows the structure of a preferred embodiment of the hydrogen permeable membrane of the present invention. The hydrogen permeable membrane 1 of this embodiment is configured by arranging porous metal thin films 3 a and 3 b on each surface of a hydrogen permeable metal membrane 2.

水素透過性金属膜2としては、水素透過性を有する材料からなるものであればその種類に特に制限はない。例えばパラジウム又はその合金などを用いることができる。これらの材料からなる水素透過性金属膜2は、例えばスパッタリング、イオンプレーティング、電解めっきなどの各種薄膜形成手段によって形成することができる。   The hydrogen permeable metal film 2 is not particularly limited as long as it is made of a material having hydrogen permeability. For example, palladium or an alloy thereof can be used. The hydrogen permeable metal film 2 made of these materials can be formed by various thin film forming means such as sputtering, ion plating, and electrolytic plating.

水素透過性金属膜2としては、水素吸蔵合金として知られる材料を用いることもできる。例えばCaCu5型の結晶構造を有するAB5型合金、ZrV0.4Ni1.5に代表されるラーベス相構造を有するAB2型合金が挙げられる。またAB型合金やMg2Ni等のA2B型合金等も用いることができる。具体的には例えばLaNi5、MmNi5(Mmはミッシュメタルを表す)、及びMmNi5のNiの一部を、Al、Mn、Co、Ti、Cu、Zn、Zr、Cr、Bから選ばれ、少なくともAl、CoおよびMnを含む元素で置換した多元素系合金などが挙げられる。なかでも、一般式MmNiaMnbAlcCod(式中、Mmはミッシュメタルを表し、4.0≦a≦4.7、0.3≦b≦0.65、0.2≦c≦0.5、0<d≦0.35、5.2≦a+b+c+d≦5.5である)で表される低Co水素吸蔵合金が好ましく用いられる。 As the hydrogen permeable metal film 2, a material known as a hydrogen storage alloy can also be used. Examples thereof include an AB 5 type alloy having a CaCu 5 type crystal structure and an AB 2 type alloy having a Laves phase structure typified by ZrV 0.4 Ni 1.5 . Also, AB type alloys and A 2 B type alloys such as Mg 2 Ni can be used. Specifically, for example, LaNi 5 , MmNi 5 (Mm represents Misch metal), and a part of Ni in MmNi 5 are selected from Al, Mn, Co, Ti, Cu, Zn, Zr, Cr, and B, A multi-element alloy substituted with an element containing at least Al, Co, and Mn can be used. Among them, general formula MmNi a Mn b Al c Co d (where Mm represents Misch metal, 4.0 ≦ a ≦ 4.7, 0.3 ≦ b ≦ 0.65, 0.2 ≦ c ≦). 0.5, 0 <d ≦ 0.35, 5.2 ≦ a + b + c + d ≦ 5.5) is preferably used.

水素透過性金属膜2として水素吸蔵合金を用いる場合には、該水素吸蔵合金はアモルファスであることが好ましい。アモルファスの水素吸蔵合金は、結晶質の水素吸蔵合金に比較して、水素吸蔵時の体積変化が小さく耐久性が高いからである。アモルファスの水素吸蔵合金は、例えばスパッタリングによって形成することができる。   When a hydrogen storage alloy is used as the hydrogen permeable metal film 2, the hydrogen storage alloy is preferably amorphous. This is because an amorphous hydrogen storage alloy has a smaller volume change during hydrogen storage and higher durability than a crystalline hydrogen storage alloy. The amorphous hydrogen storage alloy can be formed by sputtering, for example.

水素透過性金属膜2の厚みに特に制限はないが、膜としての機能が損なわれず且つ強度が許す限り薄くすることが経済性の点から好ましい。水素透過性金属膜2が例えばパラジウムやその合金等からなる場合には、該膜2は1〜10μm程度、特に1〜3μm程度の薄層であることが好ましい。一方、水素透過性金属膜が例えば水素吸蔵合金からなる場合には、膜の厚みは3〜50μm、特に3〜15μmであることが好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness of the hydrogen-permeable metal film 2, It is preferable from an economical point of view that the function as a film | membrane is not impaired and it makes it as thin as intensity | strength permits. When the hydrogen permeable metal film 2 is made of, for example, palladium or an alloy thereof, the film 2 is preferably a thin layer of about 1 to 10 μm, particularly about 1 to 3 μm. On the other hand, when the hydrogen permeable metal film is made of, for example, a hydrogen storage alloy, the thickness of the film is preferably 3 to 50 μm, particularly 3 to 15 μm.

水素透過性金属膜2をその両側から挟持する多孔質金属薄膜3a,3bは、水素透過性金属膜2を支持して水素透過膜1に強度を付与するために用いられる。また、水素透過性金属膜2の表面を被覆することで、該金属膜2が被毒されることを防止するためにも用いられる。多孔質金属薄膜3a,3bには、それを貫通し勝つ水素の通過が可能な微細孔が多数形成されている。微細孔の大きさに特に制限はないが、余りにも大きすぎると、該孔を水素透過性金属膜2で閉塞するために該水素透過性金属膜2の厚みを大きくしなくてはならない。従って、微細孔の大きさは0.01〜30μm、特に0.01〜5μm程度であることが好ましい。各多孔質金属薄膜3a,3bにおける微細孔の大きさは同程度でもよく、或いは異なっていてもよい。   The porous metal thin films 3a and 3b sandwiching the hydrogen permeable metal film 2 from both sides are used for supporting the hydrogen permeable metal film 2 and imparting strength to the hydrogen permeable film 1. Further, it is used to prevent the metal film 2 from being poisoned by covering the surface of the hydrogen permeable metal film 2. The porous metal thin films 3a and 3b are formed with a large number of fine holes through which hydrogen can easily pass through. There are no particular restrictions on the size of the fine holes, but if it is too large, the thickness of the hydrogen permeable metal film 2 must be increased in order to close the holes with the hydrogen permeable metal film 2. Accordingly, the size of the micropores is preferably about 0.01 to 30 μm, particularly about 0.01 to 5 μm. The size of the micropores in each porous metal thin film 3a, 3b may be the same or different.

微細孔は、多孔質金属薄膜3a,3bの全域に亘ってほぼ均一に形成されている。多孔質金属薄膜のどの部位をとっても、1mm2の面積中に微細孔が30〜5000個、特に30〜2000個存在していることが、多孔質金属薄膜3a,3bを通じての水素が十分に行われる点から好ましい。同様の理由により、多孔質金属薄膜3a,3bの面積に対する微細孔の面積の総和の割合は1〜15%、特に1〜7%であることが好ましい。これらの値は、各多孔質金属薄膜3a,3bにおいて同程度でもよく、或いは異なっていてもよい。 The micropores are formed substantially uniformly over the entire area of the porous metal thin films 3a and 3b. Any part of the porous metal thin film has 30 to 5000 fine pores in an area of 1 mm 2 , especially 30 to 2000, which means that hydrogen is sufficiently transmitted through the porous metal thin films 3a and 3b. This is preferable. For the same reason, the ratio of the total area of the micropores to the area of the porous metal thin films 3a and 3b is preferably 1 to 15%, particularly 1 to 7%. These values may be the same or different in each porous metal thin film 3a, 3b.

本実施形態の水素透過膜1においては、多孔質金属薄膜3a,3bの厚みを小さくすることができ、それによって水素透過膜1にフレキシビリティを付与できることが特徴の一つになっている。多孔質金属薄膜3a,3bの厚みはそれぞれ1〜50μm程度の範囲で自由にコントロールすることができ、好ましくは2〜10μm程度、特に2〜5μm程度に薄くすることが可能である。このような薄い多孔質金属薄膜は、例えば電解めっきによって容易に形成することができる。この厚みは、各多孔質金属薄膜3a,3bにおいて同程度でもよく、或いは異なっていてもよい。   One feature of the hydrogen permeable membrane 1 of the present embodiment is that the thickness of the porous metal thin films 3a and 3b can be reduced, thereby providing the hydrogen permeable membrane 1 with flexibility. The thickness of each of the porous metal thin films 3a and 3b can be freely controlled within a range of about 1 to 50 μm, preferably about 2 to 10 μm, particularly about 2 to 5 μm. Such a thin porous metal thin film can be easily formed by, for example, electrolytic plating. This thickness may be the same or different in each porous metal thin film 3a, 3b.

多孔質金属薄膜3a,3bを構成する材料に特に制限はないが、該多孔質金属薄膜3a,3bを薄くしても十分な強度が発現する材料から構成されていることが好ましい。そのような材料としては、例えばニッケル、鉄、銅、それらの合金などが挙げられる。特にニッケルは、水素分子の解離に対する触媒作用を有していることから好ましく用いられる。各多孔質金属薄膜3a,3bを構成する材料は同じでもよく、或いは異なっていてもよい。   There are no particular restrictions on the material that forms the porous metal thin films 3a and 3b, but it is preferable that the material be made of a material that exhibits sufficient strength even when the porous metal thin films 3a and 3b are thinned. Examples of such a material include nickel, iron, copper, and alloys thereof. In particular, nickel is preferably used because it has a catalytic action for dissociation of hydrogen molecules. The material which comprises each porous metal thin film 3a, 3b may be the same, or may differ.

水素透過膜1全体の厚みは、そのフレキシビリティや加工性の点から10〜80μm程度、特に10〜30μm程度の薄いものであることが好ましい。斯かる厚みの水素透過膜1はこれを自由な形状に加工することが容易であり、従って様々な形態の水素精製装置に取り付けることができる自由度を有している。また、多孔質金属薄膜3a,3bを有していることで、薄いにもかかわらず十分な強度を有しているので、水素精製の際の差圧に十分に耐えることができる。   The thickness of the entire hydrogen permeable membrane 1 is preferably about 10 to 80 μm, particularly about 10 to 30 μm, from the viewpoint of flexibility and workability. The hydrogen permeable membrane 1 having such a thickness can be easily processed into a free shape, and thus has a degree of freedom to be attached to various forms of hydrogen purifiers. Further, since the porous metal thin films 3a and 3b are provided, the porous metal thin films 3a and 3b have sufficient strength even though they are thin, so that they can sufficiently withstand the differential pressure during hydrogen purification.

次に、本実施形態の水素透過膜1の好ましい製造方法を、図2を参照しながら説明する。本製造方法では、先ずキャリア箔11上に多孔質金属薄膜3b形成し(図2(b)参照)、次いでその上に水素透過性金属膜2を形成し(図2(c)参照)、更にその上に多孔質金属薄膜3aを形成する(図2(d)参照)という工程が行われる。   Next, the preferable manufacturing method of the hydrogen permeable film 1 of this embodiment is demonstrated, referring FIG. In this manufacturing method, first, the porous metal thin film 3b is formed on the carrier foil 11 (see FIG. 2 (b)), and then the hydrogen permeable metal film 2 is formed thereon (see FIG. 2 (c)). A porous metal thin film 3a is formed thereon (see FIG. 2D).

先ず図2(a)に示すようにキャリア箔11を用意する。キャリア箔11は、水素透過膜1を製造するための支持体として用いられるものである。また製造された水素透過膜1をその使用の直前まで支持しておき、該水素透過膜1の取り扱い性を向上させるために用いられるものである。これらの観点から、キャリア箔11は、水素透過膜1の製造工程において及び製造後の搬送工程やアセンブリ工程等においてヨレ等が生じないような強度を有していることが好ましい。従ってキャリア箔11は、その厚みが10〜50μm程度であることが好ましい。   First, a carrier foil 11 is prepared as shown in FIG. The carrier foil 11 is used as a support for manufacturing the hydrogen permeable membrane 1. Further, the manufactured hydrogen permeable membrane 1 is supported until immediately before its use, and is used for improving the handleability of the hydrogen permeable membrane 1. From these viewpoints, it is preferable that the carrier foil 11 has such strength that no twist or the like is generated in the manufacturing process of the hydrogen permeable membrane 1 and in the transport process and the assembly process after the manufacturing. Therefore, the carrier foil 11 preferably has a thickness of about 10 to 50 μm.

キャリア箔11としては導電性を有するものを用いることが好ましい。この場合、導電性を有していれば、キャリア箔11は金属製でなくてもよい。しかし金属製のキャリア箔11を用いることで、水素透過膜1の製造後にキャリア箔11を溶解・製箔してリサイクルできるという利点がある。金属製のキャリア箔11を用いる場合、Cu、Ni、Co、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Ag、Au、Al及びTiのうちの少なくとも1種類の金属を含んでキャリア箔11が構成されていることが好ましい。   It is preferable to use a conductive foil as the carrier foil 11. In this case, the carrier foil 11 may not be made of metal as long as it has conductivity. However, the use of the metal carrier foil 11 has an advantage that the carrier foil 11 can be melted and made after the hydrogen permeable membrane 1 and recycled. When the metal carrier foil 11 is used, the carrier foil 11 is configured to include at least one metal of Cu, Ni, Co, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Ag, Au, Al, and Ti. It is preferable.

多孔質金属薄膜3bに微細孔を多数形成する観点から、キャリア箔11としてアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔(以下、これらを総称して単にアルミニウム箔という)を用い、以下に述べる方法で多孔質金属薄膜3bを形成することが好ましい。アルミニウム箔としては、JIS規格 1N30のAl合金(Al>99.30%、Fe+Si<0.7%)のものを用いることが好ましい。なお、Fe+Siの濃度の下限値はFe+Si>0.01%、特にFe+Si>0.1%である。このAl合金は合金中にAlを主成分としてFe及びSiがAl中に分散析出部として均一に分散しているものである。   From the viewpoint of forming a large number of fine holes in the porous metal thin film 3b, an aluminum foil or an aluminum alloy foil (hereinafter collectively referred to simply as an aluminum foil) is used as the carrier foil 11, and the porous metal thin film is formed by the method described below. Preferably 3b is formed. As the aluminum foil, it is preferable to use a JIS standard 1N30 Al alloy (Al> 99.30%, Fe + Si <0.7%). Note that the lower limit of the Fe + Si concentration is Fe + Si> 0.01%, particularly Fe + Si> 0.1%. This Al alloy is one in which Al is the main component in the alloy and Fe and Si are uniformly dispersed in Al as a dispersion precipitation portion.

アルミニウム箔からなるキャリア箔11上に多孔質金属薄膜3bを形成するに先立ち、キャリア箔11の表面を脱脂しつつ、該キャリア箔11のAl部をエッチングする脱脂・エッチング処理を行う。処理液の組成及び処理条件は例えば次の通りである。なおアルミニウムが両性金属であることから、以下の組成の処理液を用いることで、アルカリ脱脂とエッチングとが同時に行われる。
・NaOH;15〜45g/l
・ロッシェル塩;25〜65g/l
・Na2CO3;25〜65g/l
・液温;20〜60℃、好適には30〜50℃
・処理時間;10〜300秒
・脱脂・エッチング速度1〜1.5μm/min
Prior to forming the porous metal thin film 3b on the carrier foil 11 made of an aluminum foil, a degreasing / etching process is performed to etch the Al portion of the carrier foil 11 while degreasing the surface of the carrier foil 11. The composition of the treatment liquid and the treatment conditions are, for example, as follows. Since aluminum is an amphoteric metal, alkali degreasing and etching are simultaneously performed by using a treatment liquid having the following composition.
NaOH: 15-45 g / l
・ Rochelle salt; 25-65 g / l
・ Na 2 CO 3 ; 25-65 g / l
Liquid temperature: 20-60 ° C, preferably 30-50 ° C
Processing time: 10 to 300 seconds Degreasing Etching rate 1 to 1.5 μm / min

脱脂・エッチングが進行すると、キャリア箔11の表面のアルミニウムが除去されて、アルミニウム中に含まれているFeやSi等の不純物を含む微小な突出部が露出してくる。脱脂・エッチング処理は、この突出部が露出するまで行う。処理時間が長すぎると、Al23が生成してエッチング処理を妨害するので、エッチングが過飽和にならないように留意する。 As the degreasing / etching progresses, the aluminum on the surface of the carrier foil 11 is removed, and minute protrusions containing impurities such as Fe and Si contained in the aluminum are exposed. The degreasing / etching process is performed until this protrusion is exposed. If the treatment time is too long, Al 2 O 3 is generated and interferes with the etching process, so care should be taken not to oversaturate the etching.

脱脂・エッチング処理が完了したら、キャリア箔11を室温において流水で洗浄し、脱脂・エッチング液を除去する。次いで、キャリア箔11に電解めっきを施す。例えばニッケルめっきを行う場合には以下の組成のめっき浴(ワット浴)、或いはスルファミン酸ニッケル浴を用いることができる。
・NiSO4・6H2O;150〜300g/l
・NiCl2・6H2O;50〜250g/l
・H3BO3;30〜40g/l
When the degreasing / etching process is completed, the carrier foil 11 is washed with running water at room temperature to remove the degreasing / etching solution. Next, electrolytic plating is performed on the carrier foil 11. For example, when nickel plating is performed, a plating bath (Watt bath) having the following composition or a nickel sulfamate bath can be used.
NiSO 4 .6H 2 O; 150 to 300 g / l
NiCl 2 .6H 2 O; 50 to 250 g / l
· H 3 BO 3; 30~40g / l

銅めっきを行う場合には以下の組成のめっき浴(CuSO4浴)、或いはピロリン酸銅浴を用いることができる。
・CuSO4・5H2O;150〜350g/l
・H2SO4;50〜250g/l
この場合の電流密度は2〜50A/dm2、特に10〜30A/dm2であることが好ましい。陽極には不溶性電極(DSE)を用いることが好ましい。電源には直流電源を使用する。
When copper plating is performed, a plating bath (CuSO 4 bath) having the following composition or a copper pyrophosphate bath can be used.
CuSO 4 .5H 2 O; 150 to 350 g / l
・ H 2 SO 4 ; 50 to 250 g / l
In this case, the current density is preferably 2 to 50 A / dm 2 , particularly preferably 10 to 30 A / dm 2 . It is preferable to use an insoluble electrode (DSE) for the anode. A DC power source is used as the power source.

電解めっきによってキャリア箔11上に所定厚みの多孔質金属薄膜3bが形成される(図2(b)参照)。多孔質金属薄膜3bに多数の微細孔が形成されるメカニズムは次の通りである。電解めっきの初期段階においては、キャリア箔11の表面に露出している突出部を起点として電析が起こり、めっき金属の金属粒子が生成する。そして生成した金属粒子が成長し、成長した金属粒子同士が連なって更に成長が進行する。この成長の間に金属粒子間に孔が生じる。この孔は金属粒子の成長に伴い埋まっていくが、ミクロ的には金属粒子間に微細孔が存在している。この微細孔は金属薄膜3bを貫通するものとなる。このようにしてキャリア箔11上に多孔質金属薄膜3bが形成される。   A porous metal thin film 3b having a predetermined thickness is formed on the carrier foil 11 by electrolytic plating (see FIG. 2B). The mechanism by which a large number of micropores are formed in the porous metal thin film 3b is as follows. In the initial stage of electroplating, electrodeposition occurs starting from the protrusions exposed on the surface of the carrier foil 11, and metal particles of plated metal are generated. Then, the generated metal particles grow, and the grown metal particles continue to grow further. During this growth, pores are created between the metal particles. These holes are filled with the growth of the metal particles, but microscopically there are fine holes between the metal particles. This fine hole penetrates the metal thin film 3b. In this way, the porous metal thin film 3b is formed on the carrier foil 11.

多孔質金属薄膜3bが形成されたら、図2(c)に示すように、その上に水素透過性金属膜2を形成する。この形成には各種薄膜形成手段を用いることができる。例えば水素透過性金属膜2がパラジウムやパラジウム合金からなる場合には、スパッタリング、イオンプレーティング、電解めっき等によって水素透過性金属膜2を形成することができる。一方、水素透過性金属膜2が水素吸蔵合金からなる場合には、スパッタリングを用いることができる。スパッタリングの成膜条件をコントロールすることで、アモルファスの水素吸蔵合金を形成することができる。この場合、下地となる多孔質金属薄膜3bは、熱伝導性の高い材料である金属材料からなるので、スパッタリングの際に生じる熱が逃げやすく、アモルファスの水素吸蔵合金が結晶化するという不都合を回避することができる。   When the porous metal thin film 3b is formed, the hydrogen permeable metal film 2 is formed thereon as shown in FIG. 2 (c). Various thin film forming means can be used for this formation. For example, when the hydrogen permeable metal film 2 is made of palladium or a palladium alloy, the hydrogen permeable metal film 2 can be formed by sputtering, ion plating, electrolytic plating, or the like. On the other hand, when the hydrogen permeable metal film 2 is made of a hydrogen storage alloy, sputtering can be used. An amorphous hydrogen storage alloy can be formed by controlling the film formation conditions of sputtering. In this case, the porous metal thin film 3b serving as the base is made of a metal material that is a material having high thermal conductivity, so that heat generated during sputtering can easily escape and the inconvenience of crystallization of the amorphous hydrogen storage alloy is avoided. can do.

次いで、水素透過性金属膜2の上に多孔質金属薄膜3aを形成する(図2(d)参照)。これに先立ち、水素透過性金属膜2の上に、導電性ポリマーを含む塗工液を塗布し乾燥させて塗膜を形成する。この塗膜は、多孔質金属薄膜3aに多数の微細孔を形成するためのものである。水素透過性金属膜2の表面は完全に平坦ではなく、ミクロ的には凹凸形状になっている。そのような表面に前記の塗工液を塗布すると、該塗工液は凹部に溜まりやすくなる。この状態で溶媒が揮発すると、塗膜の厚みは不均一になる。つまり凹部に対応する塗膜の厚みは大きく、凸部に対応する塗膜の厚みは小さくなる。本製造方法においては、塗膜の厚みの不均一性を利用して、多孔質金属薄膜3aに多数の微細空隙を形成している。   Next, a porous metal thin film 3a is formed on the hydrogen permeable metal film 2 (see FIG. 2D). Prior to this, a coating liquid containing a conductive polymer is applied on the hydrogen permeable metal film 2 and dried to form a coating film. This coating film is for forming a large number of micropores in the porous metal thin film 3a. The surface of the hydrogen permeable metal film 2 is not completely flat, but is microscopically uneven. When the coating liquid is applied to such a surface, the coating liquid tends to accumulate in the recesses. When the solvent volatilizes in this state, the thickness of the coating film becomes non-uniform. That is, the thickness of the coating film corresponding to the concave portion is large, and the thickness of the coating film corresponding to the convex portion is small. In this manufacturing method, a large number of fine voids are formed in the porous metal thin film 3a by utilizing the nonuniformity of the thickness of the coating film.

導電性ポリマーとしては、その種類に特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。例えばポリフッ化ビリニデン(PVDf)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリアクリルニトリル(PAN)及びポリメチルメタクリレート(PMMA)等が挙げられる。特に、導電性ポリマーはフッ素含有の導電性ポリマーであることが好ましい。フッ素含有ポリマーは、熱的及び化学的安定性が高く、機械的強度に優れているからである。これを考慮すると、フッ素含有ポリマーであるポリフッ化ビリニデンを用いることが特に好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as a conductive polymer, A conventionally well-known thing can be used. Examples thereof include poly (vinylidene fluoride) (PVDf), polyethylene oxide (PEO), polyacrylonitrile (PAN), and polymethyl methacrylate (PMMA). In particular, the conductive polymer is preferably a fluorine-containing conductive polymer. This is because the fluorine-containing polymer has high thermal and chemical stability and excellent mechanical strength. Considering this, it is particularly preferable to use poly (vinylidene fluoride) which is a fluorine-containing polymer.

導電性ポリマーを含む塗工液は、導電性ポリマーが揮発性の有機溶媒に溶解してなるものである。有機溶媒としては、導電性ポリマーとして例えばポリフッ化ビニリデンを用いる場合には、N−メチルピロリジノンなどを用いることができる。   The coating liquid containing a conductive polymer is obtained by dissolving a conductive polymer in a volatile organic solvent. As the organic solvent, for example, when polyvinylidene fluoride is used as the conductive polymer, N-methylpyrrolidinone or the like can be used.

本製造方法において、金属薄膜3aに多数の微細孔が形成されるメカニズムは次のように考えられる。前記の塗膜を構成する導電性ポリマーは、金属ほどではないが電子伝導性を有する。従って塗膜はその厚みに応じて電子伝導性が異なる。その結果、導電性ポリマーを含む塗膜の上に電解めっきによって金属を析出させると、電子伝導性に応じて電析速度に差が生じる。その電析速度の差によって金属薄膜3aに多数の微細孔が形成される。つまり、電析速度の小さい部分、換言すれば塗膜の厚い部分が微細孔になりやすい。   In this manufacturing method, the mechanism by which many fine holes are formed in the metal thin film 3a is considered as follows. The conductive polymer constituting the coating film has electronic conductivity, although not as much as metal. Therefore, the coating film has different electron conductivity depending on its thickness. As a result, when a metal is deposited on the coating film containing a conductive polymer by electrolytic plating, a difference occurs in the deposition rate depending on the electron conductivity. Due to the difference in the deposition rate, a large number of fine holes are formed in the metal thin film 3a. That is, a portion where the electrodeposition rate is low, in other words, a portion where the coating film is thick, tends to be fine holes.

塗工液に含まれる導電性ポリマーの濃度によって微細孔の孔径や存在密度をコントロールできる。例えば導電性ポリマーの濃度が薄い場合には孔径は小さくなる傾向にあり、存在密度も小さくなる傾向にある。逆に、導電性ポリマーの濃度が濃い場合には孔径は大きくなる傾向にある。塗工液における導電性ポリマーの濃度も、微細孔の孔径や存在密度の支配的な要因になる。この観点から、塗工液における導電性ポリマーの濃度は0.05〜5重量%、特に1〜3重量%であることが好ましい。   The pore size and density of the fine pores can be controlled by the concentration of the conductive polymer contained in the coating liquid. For example, when the concentration of the conductive polymer is low, the pore diameter tends to be small and the existence density tends to be small. Conversely, when the concentration of the conductive polymer is high, the pore diameter tends to increase. The concentration of the conductive polymer in the coating liquid is also a dominant factor of the pore size and density of the fine pores. From this viewpoint, the concentration of the conductive polymer in the coating solution is preferably 0.05 to 5% by weight, particularly 1 to 3% by weight.

多孔質金属薄膜3aを形成するためのめっき浴やめっき条件は、先に形成されている多孔質金属薄膜3bのそれと同様とすることができる。   The plating bath and plating conditions for forming the porous metal thin film 3a can be the same as those of the previously formed porous metal thin film 3b.

最後に、図2(d)に示すようにキャリア箔11を多孔質金属薄膜3bから剥離分離する。これによって水素透過膜1が得られる。水素透過膜1をその使用の前まではキャリア箔11から剥離せず、キャリア箔11に支持させておいてもよい。なお、キャリア箔11としてアルミニウム箔を用いた場合には、その脱脂・エッチング処理から多孔質金属薄膜3bの形成の間に、箔の表面が不動態化して酸化被膜が形成される。この酸化被膜が剥離層として作用するので、キャリア箔11の多孔質金属薄膜3bからの剥離は首尾良く行われる。   Finally, as shown in FIG. 2 (d), the carrier foil 11 is peeled and separated from the porous metal thin film 3b. Thereby, the hydrogen permeable membrane 1 is obtained. The hydrogen permeable membrane 1 may be supported on the carrier foil 11 without being peeled off from the carrier foil 11 before use. In the case where an aluminum foil is used as the carrier foil 11, the surface of the foil is passivated and an oxide film is formed between the degreasing and etching processes and the formation of the porous metal thin film 3b. Since this oxide film acts as a peeling layer, the carrier foil 11 is successfully peeled from the porous metal thin film 3b.

このようにして得られた水素透過膜は、水素の分離・精製膜として用いられることはもちろんのこと、水素透過膜電極や各種センサーに適用することができる。   The hydrogen permeable membrane thus obtained can be applied to hydrogen permeable membrane electrodes and various sensors as well as being used as a hydrogen separation / purification membrane.

本発明は前記実施形態に制限されない。例えば図1に示す実施形態においては、水素透過性金属膜2の各面に多孔質金属薄膜3a,3bが形成されていたが、これに代えて水素透過性金属膜の一面にのみ多孔質金属薄膜を形成してもよい。   The present invention is not limited to the embodiment. For example, in the embodiment shown in FIG. 1, the porous metal thin films 3a and 3b are formed on each surface of the hydrogen permeable metal film 2, but instead of this, the porous metal thin film is formed only on one surface of the hydrogen permeable metal film. A thin film may be formed.

また、図2に示す水素透過膜の製造方法においては、キャリア箔11上に形成される多孔質金属薄膜3bの形成方法として、アルミニウム箔の脱脂・エッチング処理に代えて、水素透過性金属膜2上に形成される多孔質金属薄膜3aの形成方法と同様に導電性ポリマーを含む塗工液を用いてもよい。   Further, in the method for producing the hydrogen permeable membrane shown in FIG. 2, as a method for forming the porous metal thin film 3b formed on the carrier foil 11, the hydrogen permeable metal membrane 2 is used in place of the degreasing / etching treatment of the aluminum foil. A coating solution containing a conductive polymer may be used in the same manner as in the method for forming the porous metal thin film 3a formed thereon.

本発明の水素透過膜の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the hydrogen permeable film of this invention. 図1に示す水素透過膜の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the hydrogen permeable film shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 水素透過膜
2 水素透過性金属膜
3a,3b 多孔質金属薄膜
11 キャリア箔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrogen permeable film 2 Hydrogen permeable metal film 3a, 3b Porous metal thin film 11 Carrier foil

Claims (8)

水素透過性金属膜の少なくとも一面に多孔質金属薄膜が配されてなることを特徴とする水素透過膜。   A hydrogen permeable membrane comprising a porous metal thin film disposed on at least one surface of a hydrogen permeable metal membrane. 前記多孔質金属薄膜が電解めっきによって形成されたものである請求項1記載の水素透過膜。   The hydrogen permeable membrane according to claim 1, wherein the porous metal thin film is formed by electrolytic plating. 前記水素透過性金属膜が、パラジウム若しくはパラジウム合金、又は水素吸蔵合金からなる請求項1又は2記載の水素透過膜。   The hydrogen permeable membrane according to claim 1, wherein the hydrogen permeable metal membrane is made of palladium, a palladium alloy, or a hydrogen storage alloy. 前記水素透過性金属膜が、アモルファスの水素吸蔵合金からなる請求項3記載の水素透過膜。   The hydrogen permeable membrane according to claim 3, wherein the hydrogen permeable metal membrane is made of an amorphous hydrogen storage alloy. 前記多孔質金属薄膜の厚みが1〜50μmである請求項1ないし4の何れかに記載の水素透過膜。   The hydrogen permeable membrane according to claim 1, wherein the porous metal thin film has a thickness of 1 to 50 μm. 請求項2記載の水素透過膜の製造方法であって、
キャリア箔上に電解めっきによって前記多孔質金属薄膜を形成し、次いで該多孔質金属薄膜上に、薄膜形成手段によって前記水素透過性金属膜を形成し、然る後、前記キャリア箔を剥離分離することを特徴とする水素透過膜の製造方法。
A method for producing a hydrogen permeable membrane according to claim 2,
The porous metal thin film is formed by electrolytic plating on the carrier foil, and then the hydrogen permeable metal film is formed on the porous metal thin film by a thin film forming means, and then the carrier foil is peeled and separated. A method for producing a hydrogen permeable membrane.
前記キャリア箔としてアルミニウム箔を用い、該アルミニウム箔を脱脂・エッチングした後に前記多孔質金属薄膜を電解めっきによって形成する請求項6記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 6, wherein an aluminum foil is used as the carrier foil, and the porous metal thin film is formed by electrolytic plating after degreasing and etching the aluminum foil. 前記水素透過性金属膜上に導電性ポリマーを含む塗工液を塗布して塗膜を形成し、次いで該塗膜上に電解めっきによって多孔質金属薄膜を更に形成する請求項6又は7記載の製造方法。
The coating liquid containing a conductive polymer is applied on the hydrogen permeable metal film to form a coating film, and then a porous metal thin film is further formed on the coating film by electrolytic plating. Production method.
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