JP2020004527A - 固体高分子形燃料電池および電極製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】白金族元素を不使用の燃料極および空気極を使用した固体高分子形燃料電池を提供する。【解決手段】固体高分子形燃料電池を形成するセル１１は、燃料極１３および空気極１４と、それらの間に位置する固体高分子電解質膜１５と、セパレータ１６，１７とから形成されている。燃料極１３および空気極１４は、少なくとも３種類の遷移金属の各粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を所定面積の薄板状に圧縮した後に焼成して多数の微細な流路を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極である。燃料極１３および空気極１４では、選択された少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択されている。【選択図】図３

Description

本発明は、複数のセルを有するセルスタックを備えた固体高分子形燃料電池に関するとともに、固体高分子形燃料電池のセルを形成する燃料極および空気極の電極製造方法に関する。

固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜を両面から挟持するアノード電極およびカソード電極と、液体燃料を収容する燃料容器と、アノード電極とカソード電極との間に設けられる気液分離性多孔質体からなる燃料気化層と、燃料気化層を両面から挟持する有孔固定板とを有し、カソード電極側に配置した有孔固定板の開口率がアノード電極側に配置した有孔固定板の開口率よりも大きい個体高分子形燃料電池が開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１１−２２２１１９号公報

前記特許文献１に開示の個体高分子形燃料電池のカソード電極およびアノード電極の作成方法は、以下のとおりである。炭素粒子に粒子径が３〜５ｎｍの範囲にある白金微粒子を重量比で５５％担持させた触媒担持炭素微粒子を作り、その触媒担持炭素微粒子１ｇに５重量％ナフィオン溶液を適量加えて攪拌し、カソード電極用の触媒ペーストを作る。カソード電極用の触媒ペーストを基材としてのカーボンペーパー上に８ｍｇ／ｃｍ^２の量で塗布した後、乾燥させて４ｃｍ×４ｃｍのカソード電極を作製する。次に、白金微粒子に替えて粒子径が３〜５ｎｍの範囲にある白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金微粒子（Ｒｕの割合は６０ａｔ％）を重量比で５５％担持させた触媒担持炭素微粒子を作り、その触媒担持炭素微粒子１ｇに５重量％ナフィオン溶液を適量加えて攪拌し、アノード電極用の触媒ペーストを作る。アノード電極用の触媒ペーストを基材としてのカーボンペーパー上に８ｍｇ／ｃｍ^２の量で塗布した後、乾燥させて４ｃｍ×４ｃｍのアノード電極を作製する。

固体高分子形燃料電池の電極触媒として各種の白金担持カーボンが広く利用されている。しかし、白金族元素は、貴金属であり、その生産量に限りがある希少な資源であることから、その使用量を抑えることが求められている。さらに、今後の固体高分子形燃料電池の普及に向けて高価な白金以外の金属を利用した非白金触媒を有する廉価な電極の開発が求められている。

本発明の目的は、白金族元素を利用することなく触媒活性（触媒作用）を有する燃料極および空気極を備え、非白金の燃料極および空気極を使用して十分な電気を発電することができ、負荷に十分な電気エネルギーを供給することができる固体高分子形燃料電池を提供することにある。本発明の他の目的は、白金族元素を利用することなく、廉価に作ることができ、十分な触媒活性（触媒作用）を有する固体高分子形燃料電池の燃料極および空気極を製造する電極製造方法を提供することにある。

前記課題を解決するための本発明の第１の前提は、複数のセルを有するセルスタックを備え、セルが、燃料極および空気極と、燃料極と空気極との間に位置する固体高分子電解質膜と、燃料極の外側と空気極の外側とに位置するセパレータとから形成された固体高分子形燃料電池である。

前記第１の前提における本発明の固体高分子形燃料電池の特徴は、燃料極および空気極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成され、選択された少なくとも３種類のそれら遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を所定面積の薄板状に圧縮した後に焼成して多数の微細な流路を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極であり、燃料極および空気極では、選択された少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択されていることにある。

本発明の固体高分子形燃料電池の一例としては、燃料極および空気極の厚み寸法が、０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にある。

本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、燃料極および空気極が、Ｎｉの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成形されたポーラス構造のアロイ薄板電極であり、ポーラス構造のアロイ薄板電極では、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。

本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、Ｎｉの粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３０％〜５０％の範囲、Ｎｉの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％〜５０％の範囲にあり、Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、燃料極および空気極が、Ｆｅの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成形されたポーラス構造のアロイ薄板電極であり、ポーラス構造のアロイ薄板電極では、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。

本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、Ｆｅの粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３０％〜５０％の範囲、Ｆｅの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％〜５０％の範囲にあり、Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、燃料極および空気極が、Ｃｕの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成形されたポーラス構造のアロイ薄板電極であり、ポーラス構造のアロイ薄板電極では、Ｃｒの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。

本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、Ｃｕの粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３０％〜５０％の範囲、Ｃｕの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％〜５０％の範囲にあり、Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、燃料極および空気極の空隙率が、１５％〜３０％の範囲にあり、燃料極および空気極の密度が、５．０ｇ／ｃｍ^２〜７．０ｇ／ｃｍ^２の範囲にある。

本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、遷移金属の粉体の粒径が、１０μｍ〜２００μｍの範囲にある。

本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例として、燃料極および空気極では、所定面積の薄板状に圧縮した金属粉体混合物の焼成時に最も融点の低い遷移金属の粉体が溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとして他の遷移金属の粉体が接合され、バインダーとなる遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

前記課題を解決するための本発明の第２の前提は、固体高分子形燃料電池のセルを形成する燃料極および空気極を製造する電極製造方法である。

前記第２の前提における本発明の電極製造方法の特徴は、電極製造方法が、各種の遷移金属から選択する少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属を選択する遷移金属選択工程と、遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を作る金属粉体混合物作成工程と、金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を所定圧力で加圧して金属薄板を作る金属薄板作成工程と、金属薄板作成工程によって作られた金属薄板を所定温度で焼成して多数の微細な流路を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極を作るポーラス構造アロイ薄板電極作成工程とを有することにある。

本発明の電極製造方法の一例としては、金属粉体混合物作成工程が、遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属を１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕する。

本発明の電極製造方法の他の一例としては、金属薄板作成工程が、金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を５００Ｍｐａ〜８００Ｍｐａの圧力で加圧し、０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの厚み寸法を有して多数の微細な流路を形成した金属薄板を作る。

本発明の電極製造方法の他の一例としては、ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程が、遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属のうちの融点が最も低い遷移金属の粉体を溶融させる温度で金属薄板を焼成する。

本発明に係る固体高分子形燃料電池によれば、それに使用される燃料極および空気極が各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成され、選択された少なくとも３種類のそれら遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を所定面積の薄板状に圧縮した後に焼成して多数の微細な流路（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極であり、選択された少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択されているから、燃料極や空気極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、燃料極や空気極が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することで、非白金の燃料極および空気極を使用して十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができる。

燃料極および空気極の厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にある固体高分子形燃料電池は、燃料極および空気極の厚み寸法を前記範囲にすることで、燃料極および空気極の電気抵抗を小さくすることができ、燃料極や空電極に電流をスムースに流すことができる。固体高分子形燃料電池は、前記範囲の厚み寸法を有する非白金の燃料極および空気極を使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができる。

燃料極および空気極がＮｉの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成形されたポーラス構造のアロイ薄板電極であり、ポーラス構造のアロイ薄板電極においてＮｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている固体高分子形燃料電池は、ポーラス構造のアロイ薄板電極においてＮｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、Ｎｉの粉体を主成分とした燃料極や空気極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、燃料極や空気極が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するとともに、Ｎｉを主成分とした燃料極および空気極の厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、燃料極や空気極の電気抵抗が小さく、燃料極や空電極に電流がスムースに流れ、非白金の廉価な燃料極および空気極を使用したとしても、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができる。

Ｎｉの粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３０％〜５０％の範囲、Ｎｉの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が２０％〜５０％の範囲にあり、Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある固体高分子形燃料電池は、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているとともに、Ｎｉの粉体の重量比やＮｉの粉体を除く少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比、Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比を前記範囲にすることで、Ｎｉの粉体を主成分とした燃料極や空気極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、燃料極や空気極が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮し、非白金の燃料極および空気極を使用した燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができる。

燃料極および空気極がＦｅの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成形されたポーラス構造のアロイ薄板電極であり、ポーラス構造のアロイ薄板電極においてＦｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている固体高分子形燃料電池は、ポーラス構造のアロイ薄板電極においてＦｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、Ｆｅの粉体を主成分とした燃料極や空気極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、燃料極や空気極が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するとともに、Ｆｅを主成分とした燃料極および空気極の厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、燃料極や空気極の電気抵抗が小さく、燃料極や空電極を電流がスムースに流れ、非白金の廉価な燃料極および空気極を使用したとしても、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができる。

Ｆｅの粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３０％〜５０％の範囲、Ｆｅの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が２０％〜５０％の範囲にあり、Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある固体高分子形燃料電池は、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているとともに、Ｆｅの粉体の重量比やＦｅの粉体を除く少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比、Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比を前記範囲にすることで、Ｆｅの粉体を主成分とした燃料極や空気極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、燃料極や空気極が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮し、非白金の燃料極および空気極を使用した燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができる。

燃料極および空気極がＣｕの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成形されたポーラス構造のアロイ薄板電極であり、ポーラス構造のアロイ薄板電極においてＣｒの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている固体高分子形燃料電池は、ポーラス構造のアロイ薄板電極においてＣｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、Ｃｕの粉体を主成分とした燃料極や空気極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、燃料極や空気極が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するとともに、Ｃｕを主成分とした燃料極および空気極の厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、燃料極や空気極の電気抵抗が小さく、燃料極や空電極を電流がスムースに流れ、非白金の廉価な燃料極および空気極を使用したとしても、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができる。

Ｃｕの粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３０％〜５０％の範囲、Ｃｕの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が２０％〜５０％の範囲にあり、Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある固体高分子形燃料電池は、Ｃｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているとともに、Ｃｕの粉体の重量比やＣｕの粉体を除く少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比、Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比を前記範囲にすることで、Ｃｕの粉体を主成分とした燃料極や空気極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、燃料極や空気極が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮し、非白金の燃料極および空気極を使用した燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができる。

燃料極および空気極の空隙率が１５％〜３０％の範囲にあり、燃料極および空気極の密度が５．０ｇ／ｃｍ^２〜７．０ｇ／ｃｍ^２の範囲にある固体高分子形燃料電池は、燃料極や空気極の空隙率を前記範囲にし、燃料極や空気極の密度を前記範囲にすることで、ポーラス構造のアロイ薄板電極である燃料極および空気極が多数の微細な流路（通路孔）を有する多孔質に成形され、燃料極や空気極の比表面積を大きくすることができ、それら流路をガス（気体）が通流しつつガス（気体）を燃料極や空気極の接触面に広く接触させることが可能となり、燃料極や空気極が白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮することができ、非白金の燃料極および空気極を使用した燃料電池において十分な電気を発電することができるとともに、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができる。

遷移金属の粉体の粒径が１０μｍ〜２００μｍの範囲にある固体高分子形燃料電池は、遷移金属の粒径を前記範囲にすることで、ポーラス構造のアロイ薄板電極である燃料極および空気極が多数の微細な流路（通路孔）を有する多孔質に成形され、燃料極や空気極の比表面積を大きくすることができ、それら流路をガス（気体）が通流しつつガス（気体）を燃料極や空気極の接触面に広く接触させることが可能となり、燃料極や空気極が白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮することができ、非白金の燃料極および空気極を使用した燃料電池において十分な電気を発電することができるとともに、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができる。

所定面積の薄板状に圧縮した前記金属粉体混合物の焼成時に最も融点の低い遷移金属の粉体が溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとして他の遷移金属の粉体が接合され、バインダーとなる遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある固体高分子形燃料電池は、最も融点の低い粉状の金属をバインダーとして他の粉状の金属を接合することで、燃料極および空気極が高い強度を有してその形状を維持することができ、燃料極や空気極に衝撃が加えられたときの燃料極や空気極の破損や損壊を防ぐことができる。固体高分子形燃料電池は、バインダーとなる遷移金属の粉体の重量比を前記範囲にすることで、バインダーとなる遷移金属が溶融したとしても、ポーラス構造のアロイ薄板電極である燃料極および空気極の微細な流路（通路孔）が塞がれることはなく、燃料極や空気極の多孔質構造を維持することができ、燃料極や空気極の触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能であり、非白金の燃料極および空気極を使用した燃料電池において十分な電気を発電することができるとともに、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができる。

本発明に係る固体高分子形燃料電池の燃料極および空気極を製造する電極製造方法によれば、各種の遷移金属から選択する少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属を選択する遷移金属選択工程と、遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を作る金属粉体混合物作成工程と、金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を所定圧力で加圧して金属薄板を作る金属薄板作成工程と、金属薄板作成工程によって作られた金属薄板を所定温度で焼成して多数の微細な流路を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極を作るポーラス構造アロイ薄板電極作成工程とから燃料極および空気極を作るから、白金族元素を利用しない非白金の固体高分子形燃料電池の燃料極および空気極を廉価に作ることができ、触媒活性（触媒作用）を有して触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能な固体高分子形燃料電池の燃料極および空気極を作ることができる。

金属粉体混合物作成工程が遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属を１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕する電極製造方法は、遷移金属を前記範囲の粒径に微粉砕することで、多数の微細な流路（通路孔）を有する多孔質に成形されて比表面積が大きいポーラス構造のアロイ薄板電極である燃料極および空気極を作ることができ、それら流路をガス（気体）が通流しつつガス（気体）を燃料極や空気極の接触面に広く接触させることが可能となり、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮することが可能な固体高分子形燃料電池の燃料極および空気極を作ることができる。電極製造方法は、触媒活性（触媒作用）を有して燃料極および空気極の触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能な固体高分子形燃料電池の燃料極および空気極を廉価に作ることができる。

金属薄板作成工程が金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を５００Ｍｐａ〜８００Ｍｐａの圧力で加圧し、０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの厚み寸法を有して多数の微細な流路を形成した金属薄板を作る電極製造方法は、金属粉体混合物を前記範囲の圧力で加圧（圧縮）することで、厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって多数の微細な流路（通路孔）を有する金属薄板を作ることができ、白金族元素を利用しない非白金のポーラス構造のアロイ薄板電極である燃料極および空気極を廉価に作ることができる。電極製造方法は、触媒活性（触媒作用）を有して燃料極および空気極の触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能な固体高分子形燃料電池の燃料極および空気極を廉価に作ることができる。電極製造方法は、燃料極および空気極の厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であって燃料極や空気極に多数の微細な流路（通路孔）を形成することで、燃料極や空気極の電気抵抗を小さくすることができ、燃料極や空気極を電流がスムースに流れ、燃料電池において十分な電気を発電することができるとともに燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することが可能な燃料極や空気極を作ることができる。

ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程が遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属のうちの融点が最も低い遷移金属の粉体を溶融させる温度で金属薄板を焼成する電極製造方法は、最も融点の低い遷移金属の粉体をバインダーとして他の遷移金属の粉体を接合することで、燃料極および空気極が高い強度を有してその形状を維持することができ、燃料極や空気極に衝撃が加えられたときの燃料極や空気極の破損や損壊を防ぐことが可能な燃料極や空気極を作ることができる。電極製造方法は、燃料極および空気極の形状を維持することができるから、触媒活性（触媒作用）を有して燃料極や空気極の触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能な固体高分子形燃料電池の燃料極および空気極を廉価に作ることができる。

一例として示すセルスタックの斜視図。 セルスタックを形成するセルの一例を示す分解斜視図。 セルの側面図。 一例として示す燃料極および空気極の斜視図。 燃料極および空気極の一例として示す部分拡大正面図。 燃料極および空気極の他の一例として示す部分拡大正面図。 固体高分子形燃料電池の発電を説明する図。 燃料極および空気極の起電圧試験の結果を示す図。 燃料極および空気極のＩ−Ｖ特性試験の結果を示す図。 燃料極および空気極の製造方法を説明する図。

一例として示す固体高分子形燃料電池１０の斜視図である図１等の添付の図面を参照し、本発明に係る固体高分子形燃料電池および固体高分子形燃料電池に使用する燃料極および空気極の製造方法の詳細を説明すると、以下のとおりである。なお、図２は、セルスタック１２を形成するセル１１の一例を示す分解斜視図であり、図３は、セル１１の側面図である。図４は、一例として示す燃料極１３および空気極１４の斜視図であり、図５は、燃料極１３および空気極１４の一例として示す部分拡大正面図である。図６は、燃料極１３および空気極１４の他の一例として示す部分拡大正面図である。

固体高分子形燃料電池１０は、複数のセル１１を有するセルスタック１２（燃料電池スタック）を備え、水素と酸素とを供給することで電気エネルギーを生成する。セルスタック１２では、複数のセル１１（単セル）が一方向へ重なり合って直列に接続されている。セル１１の一例としては、図２に示すように、燃料極１３（アノード）および空気極１４（カソード）と、燃料極１３および空気極１４の間に位置（介在）する固体高分子電解質膜１５（スルホン酸基を有するフッ素系イオン交換膜）と、燃料極１３の厚み方向外側に位置するセパレータ１６（バイポーラプレート）と、空気極１４の厚み方向外側に位置するセパレータ１７（バイポーラプレート）とから形成されている。

それらセパレータ１６，１７には、反応ガス（水素や酸素等）の供給流路が刻設されている（彫り込まれている）。セル１１では、図３に示すように、燃料極１３や空気極１４、固体高分子電解質膜１５が厚み方向へ重なり合って一体化し、膜/電極接合体１８(Membrane Electrode Assembly, MEA)を構成し、膜/電極接合体１８をそれらセパレータ１６，１７が挟み込んでいる。固体高分子電解質膜１５は、プロトン導電性があり、電子導電性がない。燃料極１３とセパレータ１６との間には、ガス拡散層１９が形成され、空気極１４とセパレータ１７との間には、ガス拡散層２０が形成されている。燃料極１３とセパレータ１６との間であってガス拡散層２０の上部および下部には、ガスシール２１が設置されている。空気極１４とセパレータ１７との間であってガス拡散層２０の上部および下部には、ガスシール２２が設置されている。

固体高分子形燃料電池１０（セル１１）に使用する燃料極１３および空気極１４は、前面２３および後面２４を有するとともに、所定の面積および所定の厚み寸法Ｌ１を有し、その平面形状が四角形に成形されている。燃料極１３および空気極１４は、多数の微細な流路２５（通路孔）を有するポーラス構造のアロイ薄板電極２６である。流路２５には、ガス（気体）が通流する。なお、燃料極１３や空気極１４の平面形状に特に制限はなく、四角形の他に、その用途にあわせて円形や楕円形等の他のあらゆる平面形状に成形することができる。

燃料極１３および空気極１４は、粉状に加工された遷移金属の中から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成されている。遷移金属としては、３ｄ遷移金属や４ｄ遷移金属が使用される。３ｄ遷移金属には、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）が使用される。４ｄ遷移金属には、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｇ（銀）が使用される。

燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）では、選択された少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数（物質から電子を取り出すのに必要なエネルギー）の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択されている。Ｔｉの仕事関数は、４．１４（ｅＶ）、Ｃｒの仕事関数は、４．５（ｅＶ）、Ｍｎの仕事関数は、４．１（ｅＶ）、Ｆｅの仕事関数は、４．６７（ｅＶ）、Ｃｏの仕事関数は、５．０（ｅＶ）、Ｎｉの仕事関数は、５．２２（ｅＶ）、Ｃｕの仕事関数は、５．１０（ｅＶ）、Ｚｎの仕事関数は、３．６３（ｅＶ）、Ｎｂの仕事関数は、４．０１（ｅＶ）、Ｍｏの仕事関数は、４．４５（ｅＶ）、Ａｇの仕事関数は、４．３１（ｅＶ）である。なお、白金の仕事関数は、５．６５（ｅＶ）である。

燃料極１３および空気極１４には、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類のそれら遷移金属の粉体（粉状に加工されたＴｉ（チタン）、粉状に加工されたＣｒ（クロム）、粉状に加工されたＭｎ（マンガン）、粉状に加工されたＦｅ（鉄）、粉状に加工されたＣｏ（コバルト）、粉状に加工されたＮｉ（ニッケル）、粉状に加工されたＣｕ（銅）、粉状に加工されたＺｎ（亜鉛）、粉状に加工されたＮｂ（ニオブ）、粉状に加工されたＭｏ（モリブデン）、粉状に加工されたＡｇ（銀））を均一に混合・分散した金属粉体混合物２７（図１０参照）を所定面積の薄板状に圧縮し、その後に所定温度で焼成（焼結）することで、径が異なる多数の微細な流路２５（通路孔）が形成されている。

それら流路２５（通路孔）は、前面２３に開口する複数の通流口２８と後面２４に開口する複数の通流口２８とを有し、燃料極１３および空気極１４の前面２３から後面２４に向かって燃料極１３および空気極１４を貫通している。それら流路２５は、燃料極１３および空気極１４の前面２３と後面２４との間において燃料極１３や空気極１４の厚み方向へ不規則に曲折しながら延びているとともに、燃料極１３や空気極１４の外周縁２９から中心に向かって燃料極１３や空気極１４の径方向へ不規則に曲折しながら延びている。径方向へ隣接して厚み方向へ曲折して延びるそれら流路２５は、径方向において部分的につながり、一方の流路２５と他方の流路２５とが互いに連通している。厚み方向へ隣接して径方向へ曲折して延びるそれら流路２５は、厚み方向において部分的につながり、一方の流路２５と他方の流路２５とが互いに連通している。

それら流路２５（通路孔）の開口面積（開口径）は、厚み方向に向かって一様ではなく、厚み方向に向かって不規則に変化しているとともに、径方向に向かって一様ではなく、径方向に向かって不規則に変化している。それら流路２５は、その開口面積（開口径）が大きくなったり、小さくなったりしながら厚み方向と径方向とへ不規則に開口している。また、前面２３に開口する通流口２８と後面２４に開口する通流口２８とは、その開口面積（開口径）が一様ではなく、その面積が相違している。それら流路２５（通路孔）の開口径や前後面２３，２４の通流口２８の開口径は、１μｍ〜１００μｍの範囲にある。

燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、その厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲、好ましくは、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲にある。燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ未満では、その強度が低下し、衝撃が加えられたときに燃料極１３や空気極１４が容易に破損または損壊し、その形状を維持することができない場合がある。燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）の厚み寸法Ｌ１が０．３ｍｍを超過すると、燃料極１３や空気極１４の電気抵抗が大きくなり、燃料極１３や空気極１４を電流がスムースに流れず、固体高分子形燃料電池１０（セル１１）において十分な電気を発電することができず、燃料電池１０に接続された負荷３０（図７参照）に十分な電気エネルギーを供給することができない。

燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、その厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲、好ましくは、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲にあるから、燃料極１３や空気極１４が高い強度を有してその形状を維持することができ、燃料極１３や空気極１４に衝撃が加えられたときの燃料極１３や空気極１４の破損や損壊を防ぐことができる。さらに、厚み寸法Ｌ１を前記範囲にすることで、燃料極１３および空気極１４の電気抵抗を小さくすることができ、燃料極１３や空気極１４を電流がスムースに流れ、固体高分子形燃料電池１０（セル２２）において十分な電気を発電することができるとともに、燃料電池１０に接続された負荷３０に十分な電気エネルギーを供給することができる。

燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、その空隙率が１５％〜３０％の範囲にあり、その相対密度が７０％〜８５％の範囲にある。燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）の空隙率が１５％未満であって相対密度が８５％を超過すると、燃料極１３や空気極１４に多数の微細な流路２５（通路孔）が形成されず、燃料極１３や空気極１４の比表面積を大きくすることができない。燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）の空隙率が３０％を超過し、相対密度が７０％未満では、流路２５（通路孔）の開口面積（開口径）が必要以上に大きくなり、燃料極１３や空気極１４の強度が低下し、衝撃が加えられたときに燃料極１３や空気極１４が容易に破損または損壊し、その形状を維持することができない場合がある。

燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、その空隙率および相対密度が前記範囲にあるから、燃料極１３や空気極１４が開口面積（開口径）の異なる多数の微細な流路２５（通路孔）を有する多孔質に成形され、燃料極１３や空気極１４の比表面積を大きくすることができ、それら流路２５（通路孔）をガス（気体）が通流しつつガス（気体）を燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）の接触面に広く接触させることができ、燃料極１３や空気極１４の触媒活性（触媒作用）を最大限に利用することができる。

燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、その密度が５．０ｇ／ｃｍ^２〜７．０ｇ／ｃｍ^２の範囲にある。燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）の密度が５．０ｇ／ｃｍ^２未満では、燃料極１３や空気極１４の強度が低下し、衝撃が加えられたときに燃料極１３や空気極１４が容易に破損または損壊し、その形状を維持することができない場合がある。燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）の密度が７．０ｇ／ｃｍ^２を超過すると、燃料極１３や空気極１４に多数の微細な流路２５（通路孔）が形成されず、燃料極１３や空気極１４の比表面積を大きくすることができない。

燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、その密度が前記範囲にあるから、燃料極１３や空気極１４が多数の微細な流路２５（通路孔）を有する多孔質に成形され、燃料極１３や空気極１４の比表面積を大きくすることができ、それら流路２５（通路孔）をガス（気体）が通流しつつガス（気体）を燃料極１３や空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）の接触面に広く接触させることができ、燃料極１３や空気極１４の触媒活性（触媒作用）を最大限に利用することができる。

Ｔｉの粉体（粉状に加工されたＴｉ）やＣｒの粉体（粉状に加工されたＣｒ）、Ｍｎの粉体（粉状に加工されたＭｎ）、Ｆｅの粉体（粉状に加工されたＦｅ）、Ｃｏの粉体（粉状に加工されたＣｏ）、Ｎｉの粉体（粉状に加工されたＮｉ）、Ｃｕの粉体（粉状に加工されたＣｕ）、Ｚｎの粉体（粉状に加工されたＺｎ）、Ｎｂの粉体（粉状に加工されたＮｂ）、Ｍｏの粉体（粉状に加工されたＭｏ）、Ａｇの粉体（粉状に加工されたＡｇ）の粒径は、１０μｍ〜２００μｍの範囲にある。

それら遷移金属の粉体の粒径が１０μｍ未満では、遷移金属によって流路２５（通路孔）が塞がれ、燃料極１３および空気極１４に多数の微細な流路２５を形成することができず、燃料極１３や空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）の比表面積を大きくすることができない。それら遷移金属の粉体の粒径が２００μｍを超過すると、流路２５（通路孔）の開口面積（開口径）が必要以上に大きくなり、燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）に多数の微細な流路２５を形成することができず、燃料極１３や空気極１４の比表面積を大きくすることができない。

燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、それら遷移金属の粉体の粒径が前記範囲にあるから、燃料極１３や空気極１４が多数の微細な流路２５（通路孔）を有する多孔質に成形され、燃料極１３や空気極１４の比表面積を大きくすることができ、それら流路２５をガス（気体）が通流しつつガス（気体）を燃料極１３や空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）の接触面に広く接触させることができ、燃料極１３や空気極１４の触媒活性（触媒作用）を最大限に利用することができる。

遷移金属から形成された燃料極１３および空気極１４の一例としては、粉状に加工されたＮｉ（ニッケル）の粉体を主成分とし、Ｎｉの粉体とＮｉを除く粉状に加工されたその他の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも２種類）の粉体とを均一に混合・分散した金属粉体混合物２７を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物２７を所定温度で焼成することで多数の微細な流路２５（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極２６である。

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とした燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、多数の微細な流路２５（通路孔）を有する多孔質の薄板状に成形され、その厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲、好ましくは、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲にある。Ｎｉの粉体を主成分とした燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。Ｎｉの粉体を主成分とした燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）では、所定面積の薄板状に圧縮した金属粉体混合物２７の焼成時に最も融点の低い遷移金属の粉体が溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとして他の遷移金属の粉体が接合されている。

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とした燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）では、粉状に加工されたＮｉの金属粉体混合物２７の全重量に対する重量比が３０％〜５０％の範囲、Ｎｉを除く粉状に加工された少なくとも１種類の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも１種類）の金属粉体混合物２７の全重量に対する重量比が２０％〜５０％の範囲にあり、Ｎｉを除く粉状に加工された少なくとも他の１種類の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも他の１種類）の金属粉体混合物２７の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある。なお、バインダーとなる遷移金属の粉体の金属粉体混合物２７の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とした燃料極１３および空気極１４の具体例としては、Ｎｉの粉体、Ｃｕの粉体、ＺＮの粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物２７を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物２７を所定温度で焼成することで多数の微細な流路２５（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極２６である。この燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、金属粉体混合物２７の全重量に対するＮｉの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物２７の全重量に対するＣｕの粉体重量比が４２％、金属粉体混合物２７の全重量に対するＺｎの粉体重量比が１０％である。Ｎｉの融点が１４５５℃、Ｃｕの融点が１０８４．５℃、Ｚｎの融点が４１９．８５℃であるから、Ｚｎの粉体が溶融し、溶融したＺｎがバインダーとなってＮｉの粉体とＣｕの粉体とを接合している。

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とした燃料極１３および空気極１４の他の具体例としては、Ｎｉの粉体、Ｍｎの粉体、Ｍｏの粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物２７を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物２７を所定温度で焼成することで多数の微細な流路２５（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極２６である。この燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、金属粉体混合物２７の全重量に対するＮｉの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物２７の全重量に対するＭｎの粉体重量比が７％、金属粉体混合物２７の全重量に対するＭｏの粉体重量比が４５％である。Ｎｉの融点が１４５５℃、Ｍｎの融点が１２４６℃、Ｍｏの融点が２６２３℃であるから、Ｍｎの粉体が溶融し、溶融したＭｎがバインダーとなってＮｉの粉体とＭｏの粉体とを接合している。

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法Ｌ１に成形された燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、燃料極１３および空気極１４が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができるとともに、Ｎｉを主成分とした燃料極１３および空気極１４の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、燃料極１３や空気極１４の電気抵抗を小さくすることができ、燃料極１３や空電極１４を電流がスムースに流れ、固体高分子形燃料電池１０の電極として好適に使用することができる。Ｎｉを主成分とした燃料極１３および空気極１４を使用した固体高分子形燃料電池１０は、燃料極１３や空気極１４が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することで、非白金の燃料極１３および空気極１４を使用して十分な電気を発電することができ、燃料電池１０に接続された負荷３０に十分な電気エネルギーを供給することができる。

遷移金属から形成された燃料極１３および空気極１４の他の一例としては、粉状に加工されたＦｅ（鉄）の粉体を主成分とし、Ｆｅの粉体とＦｅを除く粉状に加工されたその他の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも２種類）の粉体とを均一に混合・分散した金属粉体混合物２７を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物２７を所定温度で焼成することで多数の微細な流路２５（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極２６である。

Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とした燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、多数の微細な流路２５（通路孔）を有する多孔質の薄板状に成形され、その厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲、好ましくは、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲にある。Ｆｅの粉体を主成分とした燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。Ｆｅの粉体を主成分とした燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）では、所定面積の薄板状に圧縮した金属粉体混合物２７の焼成時に最も融点の低い遷移金属の粉体が溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとして他の遷移金属の粉体が接合されている。

Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とした燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）では、粉状に加工されたＦｅの金属粉体混合物２７の全重量に対する重量比が３０％〜５０％の範囲、Ｆｅを除く粉状に加工された少なくとも１種類の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも１種類）の金属粉体混合物２７の全重量に対する重量比が２０％〜５０％の範囲にあり、Ｆｅを除く粉状に加工された少なくとも他の１種類の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも他の１種類）の金属粉体混合物２７の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある。なお、バインダーとなる遷移金属の粉体の金属粉体混合物２７の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とした燃料極１３および空気極１４の具体例としては、Ｆｅの粉体、Ｎｉの粉体、Ｃｕの粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物２７を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物２７を所定温度で焼成することで多数の微細な流路２５（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極２６である。この燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、金属粉体混合物２７の全重量に対するＦｅの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物２７の全重量に対するＮｉの粉体重量比が４８％、金属粉体混合物２７の全重量に対するＣｕの粉体重量比が４％である。Ｆｅの融点が１５３６℃、Ｎｉの融点が１４５５℃、Ｃｕの融点が１０８４．５℃であるから、Ｃｕの粉体が溶融し、溶融したＣｕがバインダーとなってＦｅの粉体とＮｉの粉体とを接合している。

Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とした燃料極１３および空気極１４の他の具体例としては、Ｆｅの粉体、Ｔｉの粉体、Ａｇの粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物２７を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物２７を所定温度で焼成することで多数の微細な流路２５（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極２６である。この燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、金属粉体混合物２７の全重量に対するＦｅの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物２７の全重量に対するＴｉの粉体重量比が４６％、金属粉体混合物２７の全重量に対するＡｇの粉体重量比が６％である。Ｆｅの融点が１５３６℃、Ｔｉの融点が１６６６℃、Ａｇの融点が９６１．９３℃であるから、Ａｇの粉体が溶融し、溶融したＡｇがバインダーとなってＦｅの粉体とＴｉの粉体とを接合している。

Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法Ｌ１に成形された燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、燃料極１３および空気極１４が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができるとともに、Ｆｅを主成分とした燃料極１３および空気極１４の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、燃料極１３や空気極１４の電気抵抗を小さくすることができ、燃料極１３や空電極１４を電流がスムースに流れ、固体高分子形燃料電池１０の電極として好適に使用することができる。Ｆｅを主成分とした燃料極１３および空気極１４を使用した固体高分子形燃料電池１０は、燃料極１３や空気極１４が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することで、非白金の燃料極１３および空気極１４を使用して十分な電気を発電することができ、燃料電池１０に接続された負荷３０に十分な電気エネルギーを供給することができる。

遷移金属から形成された燃料極１３および空気極１４の他の一例としては、粉状に加工されたＣｕ（銅）の粉体を主成分とし、Ｃｕの粉体とＣｕを除く粉状に加工されたその他の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも２種類）の粉体とを均一に混合・分散した金属粉体混合物２７を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物２７を所定温度で焼成することで多数の微細な流路２５（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極２６である。

Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とした燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、多数の微細な流路２５（通路孔）を有する多孔質の薄板状に成形され、その厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲、好ましくは、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲にある。Ｃｕの粉体を主成分とした燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、Ｃｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。Ｃｕの粉体を主成分とした燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）では、所定面積の薄板状に圧縮した金属粉体混合物２７の焼成時に最も融点の低い遷移金属の粉体が溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとして他の遷移金属の粉体が接合されている。

Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とした燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）では、粉状に加工されたＣｕの金属粉体混合物２７の全重量に対する重量比が３０％〜５０％の範囲、Ｃｕを除く粉状に加工された少なくとも１種類の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも１種類）の金属粉体混合物２７の全重量に対する重量比が２０％〜５０％の範囲にあり、Ｃｕを除く粉状に加工された少なくとも他の１種類の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも他の１種類）の金属粉体混合物２７の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある。なお、バインダーとなる遷移金属の粉体の金属粉体混合物２７の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とした燃料極１３および空気極１４の具体例としては、Ｃｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ｚｎの粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物２７を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物２７を所定温度で焼成することで多数の微細な流路２５（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極２６である。この燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、金属粉体混合物２７の全重量に対するＣｕの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物２７の全重量に対するＦｅの粉体重量比が４８％、金属粉体混合物２７の全重量に対するＺｎの粉体重量比が４％である。Ｃｕの融点が１０８４．５℃、Ｆｅの融点が１５３６℃、Ｚｎの融点が４１９．５８℃であるから、Ｚｎの粉体が溶融し、溶融したＺｎがバインダーとなってＣｕの粉体とＦｅの粉体とを接合している。

Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とした燃料極１３および空気極１４の他の具体例としては、Ｃｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ａｇの粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物２７を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物２７を所定温度で焼成することで多数の微細な流路２５（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極２６である。この燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、金属粉体混合物２７の全重量に対するＣｕの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物２７の全重量に対するＦｅの粉体重量比が４６％、金属粉体混合物２７の全重量に対するＡｇの粉体重量比が６％である。Ｃｕの融点が１０８４．５℃、Ｆｅの融点が１５３６℃、Ａｇの融点が９６１．９３℃であるから、Ａｇの粉体が溶融し、溶融したＡｇがバインダーとなってＣｕの粉体とＦｅの粉体とを接合している。

Ｃｕ（銅）の粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法Ｌ１に成形された燃料極１３および空気極１４（ポーラス構造のアロイ薄板電極２６）は、Ｃｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、燃料極１３および空気極１４が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができるとともに、Ｃｕを主成分とした燃料極１３および空気極１４の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、燃料極１３や空気極１４の電気抵抗を小さくすることができ、燃料極１３や空電極１４を電流がスムースに流れ、固体高分子形燃料電池１０の電極として好適に使用することができる。Ｃｕを主成分とした燃料極１３および空気極１４を使用した固体高分子形燃料電池１０は、燃料極１３や空気極１４が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することで、非白金の燃料極１３および空気極１４を使用して十分な電気を発電することができ、燃料電池１０に接続された負荷３０に十分な電気エネルギーを供給することができる。

図７は、固体高分子形燃料電池１０の発電を説明する図であり、図８は、燃料極１３および空気極１４の起電圧試験の結果を示す図である。図９は、燃料極１３および空気極１４のＩ−Ｖ特性試験の結果を示す図である。固体高分子形燃料電池１０では、図７に示すように、燃料極１３に水素（燃料）が供給され、空気極１４に空気（酸素）が供給される。

燃料極１３では、水素がＨ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻の反応（触媒作用）によってプロトン（水素イオン、Ｈ^＋）と電子とに分解される。その後、プロトンが固体高分子電解質膜１５内を通って空気極１４へ移動し、電子が導線３１内を通って空気極１４へ移動する。固体高分子電解質膜１５には、燃料極１３で生成されたプロトンが通流する。空気極１４では、固体高分子電解質膜１５から移動したプロトンと導線３１を移動した電子とが空気中の酸素と反応し、４Ｈ^＋＋Ｏ_２＋４ｅ→２Ｈ_２Ｏの反応によって水が生成される。少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、遷移金属の中から選択された少なくとも３種類の遷移金属から燃料極１３や空気極１４が形成されているから、燃料極１３や空気極１４が優れた触媒活性（触媒作用）を示し、水素がプロトンと電子とに効率よく分解される。

起電圧試験では、水素ガスを注入してから１５分の間、燃料極１３と空気極１４との間（電極間）の電圧（Ｖ）を測定した。図７の起電圧試験の結果を示す図では、横軸に測定時間（ｍｉｎ）を表し、縦軸に燃料極１３と空気極１４との間（電極間）の電圧（Ｖ）を表す。白金族元素を利用した（担持させた）電極（白金電極）を使用した固体高分子形燃料電池では、図７の起電圧試験の結果を示す図から分かるように、電極間の電圧が１．０７９（Ｖ）前後であったのに対し、燃料極１３（非白金電極）および空気極１４（非白金電極）を使用した固体高分子形燃料電池１０では、燃料極１３と空気極１４との間（電極間）の電圧（起電力）が１．０１（Ｖ）〜１．０２（Ｖ）であった。

Ｉ−Ｖ特性試験では、燃料極１３と空気極１４との間（電極間）に負荷３０を接続し、電圧と電流との関係を測定した。図８のＩ−Ｖ特性試験の結果を示す図では、横軸に電流（Ａ）を表し、縦軸に電圧（Ｖ）を表す。燃料極１３（非白金電極）および空気極１４（非白金電極）を使用した固体高分子形燃料電池１０では、図８のＩ−Ｖ特性試験の結果を示す図から分かるように、白金族元素を利用した（担持させた）電極（白金電極）を使用した固体高分子形燃料電池の電圧降下率と大差のない結果が得られた。図７の起電圧試験の結果や図８のＩ−Ｖ特性試験の結果に示すように、白金族元素を利用していない非白金の燃料極１３および空気極１４が電子を放出させて水素イオンとなる反応を促進させる優れた触媒作用を有するとともに、白金を利用した電極と略同様の酸素還元機能（触媒作用）を有することが確認された。

固体高分子形燃料電池１０は、それに使用される燃料極１３および空気極１４が各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成され、選択された少なくとも３種類のそれら遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物２７を所定面積の薄板状に圧縮した後に焼成して多数の微細な流路２５（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極２６であり、選択された少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択されているから、燃料極１３や空気極１４が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、燃料極１３や空気極１４が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することで、非白金の燃料極１３および空気極１４を使用して十分な電気を発電することができ、固体高分子形燃料電池１０に接続された負荷３０に十分な電気エネルギーを供給することができる。

図１０は、燃料極１３および空気極１４の製造方法を説明する図である。燃料極１３（電極）および空気極１４（電極）は、図１０に示すように、遷移金属選択工程Ｓ１、金属粉体混合物作成工程Ｓ２、金属薄板作成工程Ｓ３、ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４を有する電極製造方法によって製造される。遷移金属選択工程Ｓ１では、各種の遷移金属３２から選択する少なくとも３種類の遷移金属３２の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属３２の中から少なくとも３種類の遷移金属３２（Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｇ（銀））を選択する。

遷移金属選択工程Ｓ１において、既述のように、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした燃料極１３や空気極１４では、Ｃｕ（銅）およびＺＮ（亜鉛）を選択し、または、Ｍｎ（マンガン）およびＭｏ（モリブデン）を選択する。Ｆｅ（鉄）を主成分とした燃料極１３や空気極１４では、Ｎｉ（ニッケル）およびＣｕ（銅）を選択し、または、Ｔｉ（チタン）およびＡｇ（銀）を選択する。Ｃｕ（銅）を主成分とした燃料極１３や空気極１４では、Ｆｅ（鉄）およびＺｎ（亜鉛）を選択し、または、Ｆｅ（鉄）およびＡｇ（銀）を選択する。

金属粉体混合物作成工程Ｓ２では、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択された少なくとも３種類の遷移金属３２の粉体３３を均一に混合・分散した金属粉体混合物２７を作る。金属粉体混合物作成工程Ｓ２において、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした燃料極１３や空気極１４では、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＮｉ、Ｃｕ（銅）、ＺＮ（亜鉛）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してＮｉの粉体３３、Ｃｕの粉体３３、Ｚｎの粉体３３を作成する。次に、Ｎｉの粉体３３やＣｕの粉体３３、Ｚｎの粉体３３を混合機に投入して混合機によってＮｉの粉体３３、Ｃｕの粉体３３、Ｚｎの粉体３３を攪拌・混合し、Ｎｉの粉体３３、Ｃｕの粉体３３、Ｚｎの粉体３３が均一に混合・分散した金属粉体混合物２７を作る。

または、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＮｉ（ニッケル）、Ｍｎ（マンガン）、Ｍｏ（モリブデン）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してＮｉの粉体３３、Ｍｎの粉体３３、Ｍｏの粉体３３を作成する。次に、Ｎｉの粉体３３やＭｎの粉体３３、Ｍｏの粉体３３を混合機に投入して混合機によってＮｉの粉体３３、Ｍｎの粉体３３、Ｍｏの粉体３３を攪拌・混合し、Ｎｉの粉体３３、Ｍｎの粉体３３、Ｍｏの粉体３３が均一に混合・分散した金属粉体混合物２７を作る。

金属粉体混合物作成工程Ｓ２において、Ｆｅ（鉄）を主成分とした燃料極１３や空気極１４では、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＦｅ、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してＦｅの粉体３３、Ｎｉの粉体３３、Ｃｕの粉体３３を作成する。次に、Ｆｅの粉体３３やＮｉの粉体３３、Ｃｕの粉体３３を混合機に投入して混合機によってＦｅの粉体３３、Ｎｉの粉体３３、Ｃｕの粉体３３を攪拌・混合し、Ｆｅの粉体３３、Ｎｉの粉体３３、Ｃｕの粉体３３が均一に混合・分散した金属粉体混合物２７を作る。

または、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＦｅ（鉄）、Ｔｉ（チタン）、Ａｇ（銀）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してＦｅの粉体３３、Ｔｉの粉体３３、Ａｇの粉体３３を作成する。次に、Ｆｅの粉体３３やＴｉの粉体３３、Ａｇの粉体３３を混合機に投入して混合機によってＦｅの粉体３３、Ｔｉの粉体３３、Ａｇの粉体３３を攪拌・混合し、Ｆｅの粉体３３、Ｔｉの粉体３３、Ａｇの粉体３３が均一に混合・分散した金属粉体混合物２７を作る。

金属粉体混合物作成工程Ｓ２において、Ｃｕ（銅）を主成分とした燃料極１３や空気極１４では、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＣｕ、Ｆｅ（鉄）、Ｚｎ（亜鉛）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してＣｕの粉体３３、Ｆｅの粉体３３、Ｚｎの粉体３３を作成する。次に、Ｃｕの粉体３３やＦｅの粉体３３、Ｚｎの粉体３３を混合機に投入して混合機によってＣｕの粉体３３、Ｆｅの粉体３３、Ｚｎの粉体３３を攪拌・混合し、Ｃｕの粉体３３、Ｆｅの粉体３３、Ｚｎの粉体３３が均一に混合・分散した金属粉体混合物２７を作る。

または、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＣｕ（銅）、Ｆｅ（鉄）、Ａｇ（銀）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してＣｕの粉体３３、Ｆｅの粉体３３、Ａｇの粉体３３を作成する。次に、Ｃｕの粉体３３やＦｅの粉体３３、Ａｇの粉体３３を混合機に投入して混合機によってＣｕの粉体３３、Ｆｅの粉体３３、Ａｇの粉体３３を攪拌・混合し、Ｃｕの粉体３３、Ｆｅの粉体３３、Ａｇの粉体３３が均一に混合・分散した金属粉体混合物２７を作る。

金属薄板作成工程Ｓ３では、金属粉体混合物作成工程Ｓ２によって作られた金属粉体混合物２７を所定圧力で加圧し、金属粉体混合物２７を所定面積の薄板状に圧縮した金属薄板３４を作る。金属薄板作成工程Ｓ３では、金属粉体混合物２７を金型に入れ、金型をプレス機によって加圧（プレス）するプレス加工によって金属薄板３４を作る。プレス加工時におけるプレス圧（圧力）は、５００Ｍｐａ〜８００Ｍｐａの範囲にある。

プレス圧（圧力）が５００Ｍｐａ未満では、金属薄板３４に形成される流路２５（通路孔）の開口径が大きくなり、金属薄板３４の厚み寸法Ｌ１を０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍにしつつ開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路２５（通路孔）を金属薄板３４に形成することができない。プレス圧（圧力）が８００Ｍｐａを超過すると、金属薄板３４に形成される流路２５（通路孔）の開口径が必要以上に小さくなり、金属薄板３４の厚み寸法Ｌ１を０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍにしつつ開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路２５（通路孔）を金属薄板に形成することができない。電極製造方法は、金属粉体混合物２７を前記範囲の圧力で加圧（圧縮）することで、金属薄板３４の厚み寸法Ｌ１を０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍにしつつ開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路２７（通路孔）を形成した金属薄板３４を作ることができる。

金属薄板作成工程Ｓ３において、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした燃料極１３や空気極１４では、Ｎｉの粉体３３、Ｃｕ（銅）の粉体３３、ＺＮ（亜鉛）粉体３３を混合した金属粉体混合物２７の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物２７をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物２７を所定面積の薄板状に圧縮し、厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路２５（通路孔）を形成した金属薄板３４を作る。

または、Ｎｉの粉体３３、Ｍｎ（マンガン）の粉体３３、Ｍｏ（モリブデン）の粉体３３を混合した金属粉体混合物２７の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物２７をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物２７を所定面積の薄板状に圧縮し、厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路２５（通路孔）を形成した金属薄板３４を作る。

金属薄板作成工程Ｓ３において、Ｆｅ（鉄）を主成分とした燃料極１３や空気極１４では、Ｆｅの粉体３３、Ｎｉ（ニッケル）の粉体３３、Ｃｕ（銅）の粉体３３を混合した金属粉体混合物２７の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物２７をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物２７を所定面積の薄板状に圧縮し、厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路２７（通路孔）を形成した金属薄板３４を作る。

または、Ｆｅの粉体３３、Ｔｉ（チタン）の粉体３３、Ａｇ（銀）の粉体３３を混合した金属粉体混合物２７の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物２７をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物２７を所定面積の薄板状に圧縮し、厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路２７（通路孔）を形成した金属薄板３４を作る。

金属薄板作成工程Ｓ３において、Ｃｕ（銅）を主成分とした燃料極１３や空気極１４では、Ｃｕの粉体３３、Ｆｅ（鉄）の粉体３３、Ｚｎ（亜鉛）の粉体３３を混合した金属粉体混合物２７の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物２７をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物２７を所定面積の薄板状に圧縮し、厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路２５（通路孔）を形成した金属薄板３４を作る。

または、Ｃｕの粉体３３、Ｆｅ（鉄）の粉体３３、Ａｇ（銀）の粉体３３を混合した金属粉体混合物２７の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物27をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物２７を所定面積の薄板状に圧縮し、厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路２５（通路孔）を形成した金属薄板３４を作る。

ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４では、金属薄板作成工程Ｓ３によって作られた金属薄板３４を炉（電気炉等）に投入し、金属薄板３４を炉において所定温度で焼成（焼結）して多数の微細な流路２５（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極２６を作る。ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４では、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択された少なくとも３種類の遷移金属３２のうちの融点が最も低い遷移金属３２の粉体３３を溶融させる温度で金属薄板３４を長時間焼成する。焼成（焼結）時間は、３時間〜６時間である。ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４では、所定面積の薄板状に圧縮した金属薄板３４（金属粉体混合物２７）の焼成時において、最も融点の低い遷移金属３２の粉体３３が溶融し、溶融した遷移金属３２をバインダーとして他の遷移金属３２の粉体３３を接合（固着）する。

ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４において、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした燃料極１３（電極）や空気極１４（電極）では、Ｎｉの粉体３３、Ｃｕ（銅）の粉体３３、ＺＮ（亜鉛）粉体３３を混合した金属粉体混合物２７を圧縮した金属薄板３４を炉において長時間焼成し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路２５（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極２６を作る。Ｎｉの粉体３３、Ｃｕの粉体３３、Ｚｎの粉体３３から形成された金属薄板３４では、Ｚｎの粉体３３を溶融させる温度（例えば、５００℃〜８００℃）で金属薄板３４を焼成し、溶融したＺｎの粉体３３によってＮｉの粉体３３とＣｕの粉体３３とが接合（固着）される。

また、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした燃料極１３や空気極１４では、Ｎｉの粉体３３、Ｍｎ（マンガン）の粉体３３、Ｍｏ（モリブデン）の粉体３３を混合した金属粉体混合物２７を圧縮した金属薄板３４を炉において長時間焼成し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路２５（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極２６を作る。Ｎｉの粉体３３、Ｍｎの粉体３３、Ｍｏの粉体３３から形成された金属薄板３４では、Ｍｎの粉体３３を溶融させる温度（例えば、１２００℃〜１４００℃）で金属薄板３４を焼成し、溶融したＭｎの粉体３３によってＭｎの粉体３３とＭｏの粉体３３とが接合（固着）される。

ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４において、Ｆｅ（鉄）を主成分とした燃料極１３（電極）や空気極１４（電極）では、Ｆｅの粉体３３、Ｎｉ（ニッケル）の粉体３３、Ｃｕ（銅）の粉体３３を混合した金属粉体混合物２７を圧縮した金属薄板３４を炉において長時間焼成し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路２５（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極２６を作る。Ｆｅの粉体３３、Ｎｉの粉体３３、Ｃｕの粉体３３から形成された金属薄板３４では、Ｃｕの粉体３３を溶融させる温度（例えば、１１００℃〜１３００℃）で金属薄板３４を焼成し、溶融したＣｕの粉体３３によってＦｅの粉体３３とＮｉの粉体３３とが接合（固着）される。

また、Ｆｅ（鉄）を主成分とした燃料極１３や空気極１４では、Ｆｅの粉体３３、Ｔｉ（チタン）の粉体３３、Ａｇ（銀）の粉体３３を混合した金属粉体混合物２７を圧縮した金属薄板３４を炉において長時間焼成し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路２５（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極２６を作る。Ｆｅの粉体３３、Ｔｉの粉体３３、Ａｇの粉体３３から形成された金属薄板３４では、Ａｇの粉体３３を溶融させる温度（例えば、１０００℃〜１２００℃）で金属薄板３４を焼成し、溶融したＡｇの粉体３３によってＦｅの粉体３３とＴｉの粉体３３とが接合（固着）される。

ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４において、Ｃｕ（銅）を主成分とした燃料極１３（電極）や空気極１４（電極）では、Ｃｕの粉体３３、Ｆｅ（鉄）の粉体３３、Ｚｎ（亜鉛）の粉体３３を混合した金属粉体混合物２７を圧縮した金属薄板３４を炉において長時間焼成し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路２５（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極２６を作る。Ｃｕの粉体３３、Ｆｅの粉体３３、Ｚｎの粉体３３から形成された金属薄板３４では、Ｚｎの粉体３３を溶融させる温度（例えば、５００℃〜８００℃）で金属薄板３４を焼成し、溶融したＺｎの粉体３３によってＣｕの粉体３３とＦｅの粉体３３とが接合（固着）される。

また、Ｃｕ（銅）を主成分とした燃料極１３や空気極１４では、Ｃｕの粉体３３、Ｆｅ（鉄）の粉体３３、Ａｇ（銀）の粉体３３を混合した金属粉体混合物２７を圧縮した金属薄板３４を炉において長時間焼成し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路２５（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極２６を作る。Ｃｕの粉体３３、Ｆｅの粉体３３、Ａｇの粉体３３から形成された金属薄板３４では、Ａｇの粉体３３を溶融させる温度（例えば、１０００℃〜１１００℃）で金属薄板３４を焼成し、溶融したＡｇの粉体３３によってＣｕの粉体３３とＦｅの粉体３３とが接合（固着）される。

電極製造方法は、遷移金属選択工程Ｓ１や金属粉体混合物作成工程Ｓ２、金属薄板作成工程Ｓ３、ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４によって厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であって多数の微細な流路２５（通路孔）を形成した燃料極１３（電極）や空気極１４（電極）を作ることができ、白金族元素を利用しない非白金の燃料極１３や空気極１４を廉価に作ることができるとともに、触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能であって触媒活性（触媒作用）を有して固体高分子形燃料電池１０に使用する燃料極１３や空気極１４を作ることができる。

電極製造方法は、厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であって多数の微細な流路２５（通路孔）を形成した燃料極１３（電極）や空気極１４（電極）を作ることができるから、燃料極１３や空気極１４の電気抵抗を小さくすることができるとともに、燃料極１３や空気極１４を電流がスムースに流れ、固体高分子形燃料電池１０において十分な電気を発電することが可能であって燃料電池１０に接続された負荷３０に十分な電気エネルギーを供給することが可能な燃料極１３や空気極１４を作ることができる。

１０ 固体高分子形燃料電池
１１ セル
１２ セルスタック
１３ 燃料極（電極）
１４ 空気極（電極）
１５ 固体高分子電解質膜
１６ セパレータ
１７ セパレータ
１８ 膜/電極接合体
１９ ガス拡散層
２０ ガス拡散層
２１ ガスシール
２２ ガスシール
２３ 前面
２４ 後面
２５ 流路（通路孔）
２６ ポーラス構造のアロイ薄板電極
２７ 金属粉体混合物
２８ 通流口
２９ 外周縁
３０ 負荷
３１ 導線
３２ 遷移金属
３３ 粉体
３４ 金属薄板
Ｌ１ 厚み寸法
Ｓ１ 遷移金属選択工程
Ｓ２ 金属粉体混合物作成工程
Ｓ３ 金属薄板作成工程
Ｓ４ ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程

Claims (15)

1. 複数のセルを有するセルスタックを備え、前記セルが、燃料極および空気極と、前記燃料極と前記空気極との間に位置する固体高分子電解質膜と、前記燃料極の外側と前記空気極の外側とに位置するセパレータとから形成された固体高分子形燃料電池において、
   前記燃料極および前記空気極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成され、前記選択された少なくとも３種類のそれら遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を所定面積の薄板状に圧縮した後に焼成して多数の微細な流路を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極であり、前記燃料極および前記空気極では、前記選択された少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択されていることを特徴とする固体高分子形燃料電池。
2. 前記燃料極および前記空気極の厚み寸法が、０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にある請求項１に記載の固体高分子形燃料電池。
3. 前記燃料極および前記空気極が、Ｎｉの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成形されたポーラス構造のアロイ薄板電極であり、前記ポーラス構造のアロイ薄板電極では、前記Ｎｉの仕事関数と該Ｎｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が前記白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている請求項２に記載の固体高分子形燃料電池。
4. 前記Ｎｉの粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３０％〜５０％の範囲、前記Ｎｉの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％〜５０％の範囲にあり、前記Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある請求項３に記載の固体高分子形燃料電池。
5. 前記燃料極および前記空気極が、Ｆｅの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成形されたポーラス構造のアロイ薄板電極であり、前記ポーラス構造のアロイ薄板電極では、前記Ｆｅの仕事関数と該Ｆｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が前記白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている請求項２に記載の固体高分子形燃料電池。
6. 前記Ｆｅの粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３０％〜５０％の範囲、前記Ｆｅの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％〜５０％の範囲にあり、前記Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある請求項５に記載の固体高分子形燃料電池。
7. 前記燃料極および前記空気極が、Ｃｕの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成形されたポーラス構造のアロイ薄板電極であり、前記ポーラス構造のアロイ薄板電極では、前記Ｃｒの仕事関数と該Ｃｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が前記白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている請求項２に記載の固体高分子形燃料電池。
8. 前記Ｃｕの粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３０％〜５０％の範囲、前記Ｃｕの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％〜５０％の範囲にあり、前記Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある請求項７に記載の固体高分子形燃料電池。
9. 前記燃料極および前記空気極の空隙率が、１５％〜３０％の範囲にあり、前記燃料極および前記空気極の密度が、５．０ｇ／ｃｍ^２〜７．０ｇ／ｃｍ^２の範囲にある請求項１ないし請求項８いずれかに記載の固体高分子形燃料電池。
10. 前記遷移金属の粉体の粒径が、１０μｍ〜２００μｍの範囲にある請求項１ないし請求項９いずれかに記載の固体高分子形燃料電池。
11. 前記燃料極および前記空気極では、所定面積の薄板状に圧縮した前記金属粉体混合物の焼成時に最も融点の低い遷移金属の粉体が溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとして他の遷移金属の粉体が接合され、前記バインダーとなる遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある請求項１ないし請求項１０いずれかに記載の固体高分子形燃料電池。
12. 固体高分子形燃料電池のセルを形成する燃料極および空気極を製造する電極製造方法において、
    前記電極製造方法が、各種の遷移金属から選択する少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属を選択する遷移金属選択工程と、前記遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を作る金属粉体混合物作成工程と、前記金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を所定圧力で加圧して金属薄板を作る金属薄板作成工程と、前記金属薄板作成工程によって作られた金属薄板を所定温度で焼成して多数の微細な流路を形成した前記ポーラス構造のアロイ薄板電極を作るポーラス構造アロイ薄板電極作成工程とを有することを特徴とする電極製造方法。
13. 前記金属粉体混合物作成工程が、前記遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属を１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕する請求項１２に記載の電極製造方法。
14. 前記金属薄板作成工程が、前記金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を５００Ｍｐａ〜８００Ｍｐａの圧力で加圧し、０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの厚み寸法を有して多数の微細な流路を形成した金属薄板を作る請求項１２または請求項１３に記載の電極製造方法。
15. 前記ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程が、前記遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属のうちの融点が最も低い遷移金属の粉体を溶融させる温度で前記金属薄板を焼成する請求項１２ないし請求項１４いずれかに記載の電極製造方法。
    

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