JP2020021577A - Polymer electrolyte fuel cell and manufacturing method of electrode - Google Patents
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Abstract
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及び空気極の電極製造方法に関する。 The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell provided with a cell stack having a plurality of cells, and also relates to a method of manufacturing a fuel electrode and an air electrode forming cells of the polymer electrolyte fuel cell.
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及びカソード電極と、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)。 A solid polymer electrolyte membrane; an anode electrode and a cathode electrode sandwiching the solid polymer electrolyte membrane from both sides; a fuel container containing a liquid fuel; and a gas-liquid separating porous provided between the anode electrode and the cathode electrode. Having a fuel vaporization layer composed of a body and a perforated fixing plate sandwiching the fuel vaporization layer from both sides, wherein the aperture ratio of the perforated fixing plate disposed on the cathode electrode side is equal to that of the perforated fixing plate disposed on the anode electrode side. A polymer electrolyte fuel cell having a larger aperture ratio is disclosed (see Patent Document 1).
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及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/cm2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/cm2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。
The method for producing the cathode electrode and the anode electrode of the solid polymer fuel cell disclosed in
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素材を利用した白金レス触媒を有する廉価な燃料極及び空気極の開発が求められている。 Various platinum-supported carbons are widely used as electrode catalysts for polymer electrolyte fuel cells. However, the platinum group element is a noble metal, and is a scarce resource with a limited production amount. Therefore, it is required to reduce the amount of the platinum group element used. Further, development of inexpensive fuel electrodes and air electrodes having a platinum-less catalyst using a material other than expensive platinum is required for the spread of polymer electrolyte fuel cells in the future.
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)を有する燃料極及び空気極を備え、白金レスの燃料極及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及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。 An object of the present invention is to provide a fuel electrode and an air electrode having catalytic activity (catalysis) without using a platinum group element, and to generate sufficient electricity using a platinum-less fuel electrode and an air electrode. An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell capable of supplying sufficient electric energy to a load. Another object of the present invention is to provide an electrode for producing a fuel electrode and an air electrode of a polymer electrolyte fuel cell which can be manufactured at low cost without using a platinum group element and has sufficient catalytic activity (catalysis). It is to provide a manufacturing method.
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、燃料極及び空気極と、燃料極と空気極との間に位置する電極接合体膜と、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。 A first premise of the present invention for solving the above problem is that an electrode assembly including a cell stack having a plurality of cells, wherein the cells are located between a fuel electrode and an air electrode, and between the fuel electrode and the air electrode This is a polymer electrolyte fuel cell formed from a membrane and separators located outside the fuel electrode and outside the air electrode.
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、燃料極及び空気極が、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極であり、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも3種類の遷移金属の遷移金属微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物のアロイ微粒子と、カーボンナノチューブの凝集体又はカーボンナノホーンの凝集体とを含み、遷移金属微粉体混合物では、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、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極では、アロイ微粒子がカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面に担持されていることにある。 The feature of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention on the first premise is that the fuel electrode and the air electrode are carbon nanotube electrodes or carbon nanohorn electrodes, and the carbon nanotube electrodes or carbon nanohorn electrodes are formed from various transition metals. A transition metal fine powder mixture obtained by uniformly mixing and dispersing transition metal fine powders of at least three kinds of selected transition metals is compressed, and then alloy fine particles of an alloy molded product which is baked, and aggregates of carbon nanotubes or carbon nanohorns are formed. The transition metal fine powder mixture, wherein at least three of the various transition metals are selected so that the composite work function of the work functions of the at least three selected transition metals is close to the work function of the platinum group element. Types of transition metals are selected, and for carbon nanotube electrodes or carbon nanohorn electrodes, In the Roy fine particles are carried on the surface or surfaces of the carbon nanohorn carbon nanotubes.
本発明の固体高分子形燃料電池の一例として、カーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面には、カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンの表面から外側へ向かって重なり合うアロイ微粒子によってアロイ微粒子積層ポーラス構造が形成され、固体高分子形燃料電池では、電極接合体膜とアロイ微粒子積層ポーラス構造とが隙間なく重なり合っている。 As an example of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn, an alloy fine particle laminated porous structure is formed by alloy fine particles overlapping outward from the surface of the carbon nanotube or the carbon nanohorn, In the polymer electrolyte fuel cell, the electrode assembly membrane and the alloy fine particle laminated porous structure overlap without any gap.
本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、遷移金属微粉体の粒径が、10μm〜200μmの範囲にあり、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極の厚み寸法が、0.03mm〜0.3mmの範囲にある。 As another example of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, the particle size of the transition metal fine powder is in the range of 10 μm to 200 μm, and the thickness of the carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode is 0.03 mm to 0 μm. 0.3 mm.
本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、遷移金属微粉体混合物が、Ni(ニッケル)の微粉体を主成分とし、遷移金属微粉体混合物では、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の微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されている。 In another example of the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the transition metal fine powder mixture is mainly composed of Ni (nickel) fine powder, and the transition metal fine powder mixture excludes the work function of Ni and Ni. At least two other transition metals excluding Ni fine powder from various transition metals so that the composite work function with the work function of the other at least two transition metals approximates the work function of the platinum group element. Are selected.
本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、遷移金属微粉体混合物の全重量に対するNi(ニッケル)の微粉体の重量比が、30%〜50%の範囲にあり、Niの微粉体を除く1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微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の微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微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。 As another example of the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the weight ratio of the fine powder of Ni (nickel) to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 30% to 50%, The weight ratio of the transition metal fine powder of one transition metal excluding the powder to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 20% to 50%, and at least one other transition metal excluding the Ni fine powder. The weight ratio of the transition metal fine powder of the metal to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 3% to 20%.
本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、遷移金属微粉体混合物が、Fe(鉄)の微粉体を主成分とし、遷移金属微粉体混合物では、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の微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されている。 As another example of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, the transition metal fine powder mixture is mainly composed of Fe (iron) fine powder, and the transition metal fine powder mixture excludes the work function of Fe and Fe. At least two other transition metals excluding the fine powder of Fe from various transition metals so that the work function of the transition metal and the work function of the other at least two transition metals are close to the work function of the platinum group element. Are selected.
本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、遷移金属微粉体混合物の全重量に対するFe(鉄)の微粉体の重量比が、30%〜50%の範囲にあり、Feの微粉体を除く1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微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の微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微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。 As another example of the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the weight ratio of the fine powder of Fe (iron) to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 30% to 50%. The weight ratio of the transition metal fine powder of one type of transition metal excluding the powder to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 20% to 50%, and at least one other transition metal excluding the fine powder of Fe The weight ratio of the metal transition metal powder to the total weight of the transition metal powder mixture is in the range of 3% to 20%.
本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、遷移金属微粉体混合物が、Cu(銅)の微粉体を主成分とし、遷移金属微粉体混合物では、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の微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されている。 In another example of the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the transition metal fine powder mixture mainly contains Cu (copper) fine powder, and the transition metal fine powder mixture excludes the work function of Cu and Cu. At least two other transition metals excluding the fine powder of Cu from various transition metals such that the work function of the other transition metals with the work function of the other at least two transition metals approximates the work function of the platinum group element. Are selected.
本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、遷移金属微粉体混合物の全重量に対するCu(銅)の微粉体の重量比が、30%〜50%の範囲にあり、Cuの微粉体を除く1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微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の微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微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。 As another example of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, the weight ratio of the fine powder of Cu (copper) to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 30% to 50%, and the fine powder of Cu is used. The weight ratio of the transition metal fine powder of one type of transition metal excluding the powder to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 20% to 50%, and at least one other transition excluding the fine powder of Cu. The weight ratio of the metal transition metal fine powder to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 3% to 20%.
本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例として、アロイ成形物では、選択された遷移金属のうちの少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が遷移金属微粉体混合物の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属の遷移金属微粉体をバインダーとしてそれら遷移金属の遷移金属微粉体が接合されている。 As another example of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, in an alloy molding, transition metal fine powder of at least two types of transition metals among the selected transition metals is melted during firing of the transition metal fine powder mixture. The transition metal fine powder of the transition metal is joined using the molten transition metal fine powder of the transition metal as a binder.
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燃料極及び空気極として使用するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーンを製造する電極製造方法である。 A second premise of the present invention for solving the above problems is an electrode manufacturing method for manufacturing a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn used as a fuel electrode and an air electrode of a polymer electrolyte fuel cell.
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種類の遷移金属の遷移金属微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物を作る遷移金属微粉体混合物作成工程と、遷移金属微粉体混合物作成工程によって作られた遷移金属微粉体混合物を所定圧力で加圧して遷移金属微粉体圧縮物を作る遷移金属微粉体圧縮物作成工程と、遷移金属微粉体圧縮物作成工程によって作られた遷移金属微粉体圧縮物を所定温度で焼成してアロイ成形物を作るアロイ成形物作成工程と、カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンを生成し、アロイ成形物作成工程によって作られたアロイ成形物を蒸発させてカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面にアロイ成形物のアロイ微粒子を担持させるアロイ微粒子担持工程とを有することにある。 The feature of the electrode manufacturing method of the present invention on the second premise is that the electrode manufacturing method is such that the work function of at least three types of transition metals selected from various transition metals is close to the work function of a platinum group element. A transition metal selection step of selecting at least three types of transition metals from various transition metals, and a transition metal fine powder of at least three types of transition metals selected in the transition metal selection step. A transition metal fine powder mixture producing step of forming a dispersed transition metal fine powder mixture, and a transition of producing a transition metal fine powder compact by pressing the transition metal fine powder mixture produced by the transition metal fine powder mixture producing step at a predetermined pressure. An alloy for sintering the transition metal fine powder compact produced by the metal fine powder compact production process and the transition metal fine powder compact production process at a predetermined temperature to form an alloy molded product. Forming a molded article, generating carbon nanotubes or carbon nanohorns, evaporating the alloy molded article formed by the alloy molded article forming step, and supporting the alloy fine particles of the alloy molded article on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn. And a step of supporting an alloy fine particle.
本発明の固体高分子形燃料電池の電極製造方法の一例としては、アロイ微粒子担持工程が、カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンの生成と同時にアロイ成形物を蒸発させ、アロイ成形物のアロイ微粒子をカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面に担持させる。 As an example of the method for producing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell of the present invention, the alloy fine particle supporting step is to evaporate an alloy molded product simultaneously with the generation of carbon nanotubes or carbon nanohorns, and to convert the alloy fine particles of the alloy molded product into carbon nanotubes. It is supported on the surface or the surface of the carbon nanohorn.
本発明の固体高分子形燃料電池の電極製造方法の他の一例としては、遷移金属微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。 As another example of the method for manufacturing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the transition metal fine powder mixture preparing step includes the step of preparing at least three types of transition metals selected in the transition metal selection step with a particle size of 10 μm to 200 μm. Finely pulverize.
本発明の固体高分子形燃料電池の電極製造方法の他の一例としては、遷移金属微粉体圧縮物作成工程が、遷移金属微粉体混合物作成工程によって作られた遷移金属微粉体混合物を500Mpa〜800Mpaの圧力で加圧して遷移金属微粉体圧縮物を作る。 As another example of the method for producing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the transition metal fine powder compact production step is performed by using the transition metal fine powder mixture produced by the transition metal fine powder mixture production step at 500 Mpa to 800 Mpa. To produce a compressed transition metal fine powder.
本発明の固体高分子形燃料電池の電極製造方法の他の一例としては、アロイ成形物作成工程が、遷移金属選択工程によって選択された遷移金属のうちの少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体を溶融させる温度で遷移金属微粉体圧縮物を焼成し、溶融した遷移金属の遷移金属微粉体をバインダーとしてそれら遷移金属の遷移金属微粉体を接合する。 As another example of the method for producing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, an alloy molded article forming step includes a transition metal fine powder of at least two kinds of transition metals selected from the transition metals selected in the transition metal selecting step. The transition metal fine powder compact is fired at a temperature at which the body is melted, and the transition metal fine powder of the transition metal is joined using the transition metal fine powder of the molten transition metal as a binder.
本発明の固体高分子形燃料電池の電極製造方法の他の一例としては、アロイ微粒子担持工程が、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を0.03mm〜0.3mmの範囲の厚み寸法に成形し、カーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面から外側へ向かって重なり合うアロイ微粒子によってアロイ微粒子積層ポーラス構造を形成する。 As another example of the method for producing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell of the present invention, the alloy fine particle supporting step comprises forming a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode into a thickness dimension in a range of 0.03 mm to 0.3 mm, An alloy fine particle laminated porous structure is formed by alloy fine particles overlapping outward from the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn.
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及び空気極であるカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極が各種の遷移金属から選択された少なくとも3種類の遷移金属の遷移金属微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物のアロイ微粒子と、カーボンナノチューブの凝集体又はカーボンナノホーンの凝集体とを含み、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、アロイ微粒子がカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面に担持されているから、カーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面にアロイ微粒子を担持したカーボンナノチューブ電極(燃料極及び空気極)又はカーボンナノホーン電極(燃料極及び空気極)が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、白金レスのカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を使用した固体高分子形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、固体高分子形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。固体高分子形燃料電池は、それに使用されるカーボンナノチューブ電極(燃料極及び空気極)又はカーボンナノホーン電極(燃料極及び空気極)が各種の遷移金属から選択された少なくとも3種類の遷移金属の遷移金属微粉体から作られたアロイ微粒子(アロイ成形物)を利用し、高価な白金族元素が利用されていない白金レスであり、固体高分子形燃料電池を廉価に作ることができる。 According to the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode as the fuel electrode and the air electrode used therein is a transition metal of at least three kinds of transition metals selected from various transition metals. At least three selected types including alloy fine particles of an alloy molded product that is fired after compressing a transition metal fine powder mixture in which fine powders are uniformly mixed and dispersed, and an aggregate of carbon nanotubes or an aggregate of carbon nanohorns At least three types of transition metals are selected from various transition metals so that the composite work function of the work function of the transition metal approximates the work function of the platinum group element, and the alloy fine particles are formed on the surface of the carbon nanotube or on the carbon nanohorn. Since it is supported on the surface, the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn A carbon nanotube electrode (fuel electrode and air electrode) or a carbon nanohorn electrode (fuel electrode and air electrode) carrying alloy fine particles on the surface thereof has substantially the same work function as a fuel electrode and an air electrode containing a platinum group element; Can exhibit substantially the same catalytic activity (catalysis) as the fuel electrode and the air electrode containing Pt, and generate sufficient electricity in a polymer electrolyte fuel cell using a platinum-less carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode. In addition, sufficient electric energy can be supplied to the load connected to the polymer electrolyte fuel cell. In the polymer electrolyte fuel cell, the carbon nanotube electrode (fuel electrode and air electrode) or the carbon nanohorn electrode (fuel electrode and air electrode) used therein has at least three types of transition metals selected from various transition metals. Utilizing alloy fine particles (alloy molded product) made of metal fine powder, it is a platinum-less alloy that does not use expensive platinum group elements, and a polymer electrolyte fuel cell can be manufactured at low cost.
カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンの表面から外側へ向かって重なり合うアロイ微粒子によってアロイ微粒子積層ポーラス構造がカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面に形成され、電極接合体膜とアロイ微粒子積層ポーラス構造とが隙間なく重なり合っている固体高分子形燃料電池は、カーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面にアロイ微粒子積層ポーラス構造を形成することで、アロイ微粒子の比表面積を大きくすることができ、アロイ微粒子の触媒作用を十分に利用することができるとともに、アロイ微粒子積層ポーラス構造を有するカーボンナノチューブ電極(燃料極及び空気極)又はカーボンナノホーン電極(燃料極及び空気極)が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、白金レスのカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を使用した固体高分子形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、固体高分子形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。 The alloy fine particle laminated porous structure is formed on the surface of the carbon nanotube or the carbon nanohorn by the alloy fine particles overlapping outward from the surface of the carbon nanotube or the carbon nanohorn, and the electrode assembly film and the alloy fine particle laminated porous structure overlap without any gap. The polymer electrolyte fuel cell that is used can increase the specific surface area of the alloy fine particles by forming a porous structure of the alloy fine particles on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn, and sufficiently enhance the catalytic action of the alloy fine particles. And the carbon nanotube electrode (fuel electrode and air electrode) or the carbon nanohorn electrode (fuel electrode and air electrode) having the porous structure of the alloy fine particles are almost the same as the fuel electrode and air electrode containing a platinum group element. No A polymer electrolyte fuel cell using a platinum-free carbon nanotube electrode or carbon nanohorn electrode that has a function and can exhibit substantially the same catalytic activity (catalysis) as a fuel electrode and an air electrode containing a platinum group element. And sufficient electric energy can be supplied to a load connected to the polymer electrolyte fuel cell.
遷移金属微粉体の粒径が10μm〜200μmの範囲にあり、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極の厚み寸法が0.03mm〜0.3mmの範囲にある固体高分子形燃料電池は、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極の厚み寸法を前記範囲にすることで、カーボンナノチューブ電極(燃料極及び空気極)又はカーボンナノホーン電極(燃料極及び空気極)の電気抵抗を小さくすることができ、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を電流がスムースに流れるから、白金レスのカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を使用した固体高分子形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、固体高分子形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。 The polymer electrolyte fuel cell in which the transition metal fine particles have a particle size in the range of 10 μm to 200 μm and the thickness of the carbon nanotube electrode or carbon nanohorn electrode is in the range of 0.03 mm to 0.3 mm is a carbon nanotube electrode or By setting the thickness dimension of the carbon nanohorn electrode within the above range, the electrical resistance of the carbon nanotube electrode (fuel electrode and air electrode) or the carbon nanohorn electrode (fuel electrode and air electrode) can be reduced, and the carbon nanotube electrode or carbon Since the current flows smoothly through the nanohorn electrode, sufficient electricity can be generated in a polymer electrolyte fuel cell using a platinum-less carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode, and connected to the polymer electrolyte fuel cell. Supply sufficient electrical energy to the Can be paid.
遷移金属微粉体混合物がNi(ニッケル)の微粉体を主成分とし、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の微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されてい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の微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の微粉体が選択されているから、カーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面にアロイ微粒子又はアロイ微粒子積層ポーラス構造を有するカーボンナノチューブ電極(燃料極及び空気極)又はカーボンナノホーン電極(燃料極及び空気極)が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、白金レスのカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を使用した固体高分子形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、固体高分子形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。 The transition metal fine powder mixture is mainly composed of Ni (nickel) fine powder, and the work function of Ni and the work function of at least two types of transition metals other than Ni is a work function of a platinum group element. As an approximation, a polymer electrolyte fuel cell in which transition metal fine powder of at least two other transition metals other than the fine powder of Ni is selected from various transition metals, the work function of Ni and the Ni And at least two other transition metals excluding Ni fine powder from various transition metals so that the work function of the transition metal and the work function of at least two other transition metals other than the above is close to the work function of the platinum group element. Since the fine powder of the transition metal is selected, the carbon nanotube electrode (fuel powder) having the alloy fine particles or the alloy fine particle laminated porous structure is formed on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn. Electrode and air electrode) or a carbon nanohorn electrode (fuel electrode and air electrode) has substantially the same work function as the fuel electrode and air electrode containing a platinum group element, and is substantially the same as the fuel electrode and air electrode containing a platinum group element. It is capable of exhibiting catalytic activity (catalysis), can generate sufficient electricity in a polymer electrolyte fuel cell using a platinum-less carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode, and has a solid polymer fuel cell. Sufficient electrical energy to the load connected to the load.
遷移金属微粉体混合物の全重量に対するNi(ニッケル)の微粉体の重量比が30%〜50%の範囲にあり、Niの微粉体を除く1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微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の微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微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の微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の微粉体が選択されているとともに、Niの微粉体の重量比やNiの微粉体を除く少なくとも1種類の遷移金属の微粉体の重量比、Niの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の微粉体の重量比を前記範囲にすることで、Niの微粉体を主成分としたカーボンナノチューブ電極(燃料極及び空気極)又はカーボンナノホーン電極(燃料極及び空気極)が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮し、白金レスのカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を使用した固体高分子形燃料電池におい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。 The weight ratio of the Ni (nickel) fine powder to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 30% to 50%, and the transition metal fine powder of one type of transition metal fine powder excluding the Ni fine powder The weight ratio of the transition metal fine powder of at least one other transition metal excluding the Ni fine powder to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 20% to 50% with respect to the total weight of the body mixture. Is in the range of 3% to 20%, the composite work function of the work function of Ni and the work function of at least two types of transition metals other than Ni is the work function of the platinum group element. As an approximation, at least two types of transition metal fine powder excluding Ni fine powder are selected from various transition metals, and the weight ratio of Ni fine powder and Ni fine powder are excluded. At least one transition By setting the weight ratio of the fine metal powder and the weight ratio of at least one type of transition metal fine powder other than the fine Ni powder to the above ranges, the carbon nanotube electrode (fuel Electrode and air electrode) or a carbon nanohorn electrode (fuel electrode and air electrode) has substantially the same work function as a fuel electrode and an air electrode containing a platinum group element, and a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode contains a platinum group element. It exhibits substantially the same catalytic activity (catalysis) as the electrode and the air electrode, and can generate sufficient electricity in a polymer electrolyte fuel cell using a platinum-less carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode. Sufficient electric energy can be supplied to the load connected to the molecular fuel cell.
遷移金属微粉体混合物がFe(鉄)の微粉体を主成分とし、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の微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されてい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の微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の微粉体が選択されているから、カーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面にアロイ微粒子又はアロイ微粒子積層ポーラス構造を有するカーボンナノチューブ電極(燃料極及び空気極)又はカーボンナノホーン電極(燃料極及び空気極)が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、白金レスのカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を使用した固体高分子形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、固体高分子形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。 The transition metal fine powder mixture is mainly composed of a fine powder of Fe (iron), and the work function of Fe and the work function of at least two types of transition metals other than Fe is a work function of a platinum group element. As an approximation, a polymer electrolyte fuel cell in which at least two transition metal fine powders other than the fine powder of Fe are selected from among various transition metals, the work function of Fe and Fe And at least two other types of transition metals excluding the fine powder of Fe from various transition metals so that the composite work function with the work function of at least two other types of transition metals other than the above is similar to the work function of the platinum group element. Since the transition metal fine powder is selected, the carbon nanotube electrode (the fuel electrode and the like) having the alloy fine particles or the alloy fine particle laminated porous structure on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn is selected. The air electrode) or the carbon nanohorn electrode (fuel electrode and air electrode) has substantially the same work function as the fuel electrode and the air electrode containing a platinum group element, and has almost the same catalytic activity as the fuel electrode and the air electrode containing a platinum group element. (Catalytic action), and can generate sufficient electricity in a polymer electrolyte fuel cell using a platinum-less carbon nanotube electrode or carbon nanohorn electrode, and can be connected to a polymer electrolyte fuel cell Enough electrical energy to the applied load.
遷移金属微粉体混合物の全重量に対するFe(鉄)の微粉体の重量比が30%〜50%の範囲にあり、Feの微粉体を除く1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微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の微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微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の微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の微粉体が選択されているとともに、Feの微粉体の重量比やFeの微粉体を除く少なくとも1種類の遷移金属の微粉体の重量比、Feの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の微粉体の重量比を前記範囲にすることで、Feの微粉体を主成分としたカーボンナノチューブ電極(燃料極及び空気極)又はカーボンナノホーン電極(燃料極及び空気極)が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮し、白金レスのカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を使用した固体高分子形燃料電池におい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。 The weight ratio of the fine powder of Fe (iron) to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 30% to 50%, and the transition metal fine powder of the transition metal fine powder of one type of transition metal excluding the fine powder of Fe The weight ratio of the transition metal fine powder of at least one other transition metal excluding the Fe fine powder to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 20% to 50% with respect to the total weight of the body mixture. Is in the range of 3% to 20%, the composite work function of the work function of Fe and the work function of at least two types of transition metals other than Fe is the work function of the platinum group element. As an approximation, at least two types of transition metal fine powder except for the fine powder of Fe are selected from various transition metals, and the weight ratio of the fine powder of Fe and the fine powder of Fe are excluded. At least one transition metal By setting the weight ratio of the fine powder and the weight ratio of at least one type of transition metal other than the fine powder of Fe within the above ranges, the carbon nanotube electrode (the fuel electrode and the The air electrode) or the carbon nanohorn electrode (fuel electrode and air electrode) has substantially the same work function as the fuel electrode and the air electrode containing a platinum group element, and the carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode has a fuel electrode containing a platinum group element and It exhibits almost the same catalytic activity (catalysis) as an air electrode, and can generate sufficient electricity in a polymer electrolyte fuel cell using a platinum-less carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode. Sufficient electric energy can be supplied to the load connected to the fuel cell.
遷移金属微粉体混合物がCu(銅)の微粉体を主成分とし、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の微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されてい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の微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の微粉体が選択されているから、カーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面にアロイ微粒子又はアロイ微粒子積層ポーラス構造を有するカーボンナノチューブ電極(燃料極及び空気極)又はカーボンナノホーン電極(燃料極及び空気極)が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、白金レスのカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を使用した固体高分子形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、固体高分子形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。 The transition metal fine powder mixture contains Cu (copper) fine powder as a main component, and the composite work function of the work function of Cu and the work function of at least two types of transition metals other than Cu becomes the work function of the platinum group element. As an approximation, a polymer electrolyte fuel cell in which at least two transition metal fine powders of at least two other transition metals except for the fine powder of Cu are selected from various transition metals, the work function of Cu and the Cu And at least two other types of transition metals excluding the fine powder of Cu from various transition metals so that the work function thereof with the work function of the other at least two types of transition metals other than that of the transition metal approximates the work function of the platinum group element. Since the transition metal fine powder is selected, the carbon nanotube electrode (the fuel electrode and the like) having the alloy fine particles or the alloy fine particle laminated porous structure on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn is selected. The air electrode) or the carbon nanohorn electrode (fuel electrode and air electrode) has substantially the same work function as the fuel electrode and the air electrode containing a platinum group element, and has almost the same catalytic activity as the fuel electrode and the air electrode containing a platinum group element. (Catalytic action), and can generate sufficient electricity in a polymer electrolyte fuel cell using a platinum-less carbon nanotube electrode or carbon nanohorn electrode, and can be connected to a polymer electrolyte fuel cell Enough electrical energy to the applied load.
遷移金属微粉体混合物の全重量に対するCu(銅)の微粉体の重量比が30%〜50%の範囲にあり、Cuの微粉体を除く1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微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の微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微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の微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の微粉体が選択されているとともに、Cuの微粉体の重量比やCuの微粉体を除く少なくとも1種類の遷移金属の微粉体の重量比、Cuの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の微粉体の重量比を前記範囲にすることで、Cuの微粉体を主成分としたカーボンナノチューブ電極(燃料極及び空気極)又はカーボンナノホーン電極(燃料極及び空気極)が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮し、白金レスのカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を使用した固体高分子形燃料電池におい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。 The weight ratio of the fine powder of Cu (copper) to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 30% to 50%, and the transition metal fine powder of the transition metal fine powder of one type of transition metal excluding the fine powder of Cu The weight ratio of the transition metal fine powder of at least one other transition metal excluding the Cu fine powder to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 20% to 50% with respect to the total weight of the body mixture. Is in the range of 3% to 20%, the composite work function of the work function of Cu and the work function of at least two types of transition metals other than Cu is the work function of the platinum group element. As an approximation, at least two types of transition metal fine powder excluding Cu fine powder are selected from various transition metals, and the weight ratio of Cu fine powder and Cu fine powder are excluded. At least one transition metal By setting the weight ratio of the fine powder and the weight ratio of the fine powder of at least one other type of transition metal excluding the fine powder of Cu to the above ranges, the carbon nanotube electrode (fuel electrode and The air electrode) or the carbon nanohorn electrode (fuel electrode and air electrode) has substantially the same work function as the fuel electrode and the air electrode containing a platinum group element, and the carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode has a fuel electrode containing a platinum group element and It exhibits almost the same catalytic activity (catalysis) as an air electrode, and can generate sufficient electricity in a polymer electrolyte fuel cell using a platinum-less carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode. Sufficient electric energy can be supplied to the load connected to the fuel cell.
アロイ成形物において、選択された遷移金属のうちの少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が遷移金属微粉体混合物の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属の遷移金属微粉体をバインダーとしてそれら遷移金属の遷移金属微粉体が接合されている固体高分子形燃料電池は、遷移金属のうちの少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が溶融することでアロイ成形物を作ることができ、アロイ成形物のアロイ微粒子をカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面に担持させることができるとともに、アロイ微粒子積層ポーラス構造をカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面に形成することができるから、カーボンナノチューブ電極(燃料極及び空気極)又はカーボンナノホーン電極(燃料極及び空気極)が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮し、白金レスのカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を使用した固体高分子形燃料電池におい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。 In the alloy molded product, transition metal fine powder of at least two types of transition metals among the selected transition metals is melted at the time of firing the transition metal fine powder mixture, and the transition metal fine powder of the molten transition metal is used as a binder. The polymer electrolyte fuel cell to which the transition metal fine powder of the metal is joined can produce an alloy molded article by melting the transition metal fine powder of at least two kinds of transition metals among the transition metals. Since the alloy fine particles of the molded product can be supported on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn, and the alloy fine particle laminated porous structure can be formed on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn, the carbon nanotube electrode ( Fuel electrode and air electrode) or carbon nanohorn electrode (fuel electrode and air) Electrode) exhibits substantially the same catalytic activity (catalysis) as a fuel electrode containing a platinum group element and an air electrode, and provides sufficient electricity in a polymer electrolyte fuel cell using a platinum-less carbon nanotube electrode or carbon nanohorn electrode. Can be generated, and sufficient electric energy can be supplied to the load connected to the polymer electrolyte fuel cell.
本発明に係る固体高分子形燃料電池の燃料極及び空気極として使用するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーンの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種類の遷移金属の遷移金属微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物を作る遷移金属微粉体混合物作成工程と、遷移金属微粉体混合物作成工程によって作られた遷移金属微粉体混合物を所定圧力で加圧して遷移金属微粉体圧縮物を作る遷移金属微粉体圧縮物作成工程と、遷移金属微粉体圧縮物作成工程によって作られた遷移金属微粉体圧縮物を所定温度で焼成してアロイ成形物を作るアロイ成形物作成工程と、カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンを生成し、アロイ成形物作成工程によって作られたアロイ成形物を蒸発させてカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面にアロイ成形物のアロイ微粒子を担持させるアロイ微粒子担持工程とからカーボンナノチューブ電極(燃料極及び空気極)又はカーボンナノホーン電極(燃料極及び空気極)を作るから、白金族元素を利用しない白金レスの固体高分子形燃料電池に使用するカーボンナノチューブ電極(燃料極及び空気極)又はカーボンナノホーン電極(燃料極及び空気極)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であり、固体高分子形燃料電池において十分な電気を発電することが可能なカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を作ることができる。 According to the method for producing a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode used as the fuel electrode and the air electrode of the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the work function of at least three types of transition metals selected from various transition metals is selected. A transition metal selecting step of selecting at least three types of transition metals from various transition metals so that the synthetic work function approximates the work function of the platinum group element; and at least three types of transition metals selected by the transition metal selecting step. A transition metal fine powder mixture forming step of uniformly mixing and dispersing transition metal fine particles of the transition metal to form a transition metal fine powder mixture; and a transition metal fine powder mixture produced by the transition metal fine powder mixture forming step at a predetermined pressure. Pressurized transition metal fine powder compressed product making process to make transition metal fine powder compressed product, and transition metal fine powder compressed product making process An alloy molded article producing step of firing the compressed transition metal fine powder at a predetermined temperature to form an alloy molded article, and generating carbon nanotubes or carbon nanohorns and evaporating the alloy molded article produced by the alloy molded article producing step. A carbon nanotube electrode (a fuel electrode and an air electrode) or a carbon nanohorn electrode (a fuel electrode and an air electrode) from the alloy fine particle supporting step of supporting the alloy fine particles of the alloy molded article on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn. A carbon nanotube electrode (a fuel electrode and an air electrode) or a carbon nanohorn electrode (a fuel electrode and an air electrode) used for a platinum-free polymer electrolyte fuel cell that does not use a platinum group element can be produced at low cost, and catalytic activity (Catalytic action) enables the catalytic function to be used sufficiently and reliably There, it is possible to make the carbon nanotube electrodes or carbon nanohorn electrode capable of generating sufficient electricity in the solid polymer fuel cell.
アロイ微粒子担持工程が記カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンの生成と同時にアロイ成形物を蒸発させ、アロイ成形物のアロイ微粒子をカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面に担持させる固体高分子形燃料電池の電極製造方法は、カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンを生成しつつアロイ成形物を蒸発させてカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面にアロイ成形物のアロイ微粒子を担持させるから、カーボンナノチューブの表面やカーボンナノホーンの表面にアロイ微粒子を均一に分散させた状態で担持させることができるとともに、カーボンナノチューブの表面やカーボンナノホーンの表面にアロイ微粒子を均一に分散担持させた白金レスのカーボンナノチューブ電極(燃料極及び空気極)又はカーボンナノホーン電極(燃料極及び空気極)を廉価に作ることができ、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優れた触媒活性(触媒作用)を有して固体高分子形燃料電池に好適に使用することが可能なボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を作ることができる。 The alloy fine particle supporting step evaporates the alloy molded product at the same time as the formation of the carbon nanotubes or carbon nanohorns, and manufactures the electrode of a polymer electrolyte fuel cell in which the alloy fine particles of the alloy molded product are supported on the surface of the carbon nanotube or carbon nanohorn. Since the method is to evaporate the alloy molded product while generating carbon nanotubes or carbon nanohorns and to carry the alloy fine particles of the alloy molded product on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn, the method is applied to the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn. A platinum-free carbon nanotube electrode (fuel electrode) in which alloy fine particles can be supported in a state of being uniformly dispersed, and alloy fine particles are uniformly dispersed and supported on the surface of a carbon nanotube or the surface of a carbon nanohorn. And a carbon nanohorn electrode (fuel electrode and air electrode) can be manufactured at low cost, and the catalyst function can be used sufficiently and reliably, and has excellent catalytic activity (catalysis). A bon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode that can be suitably used for a polymer electrolyte fuel cell can be produced.
遷移金属微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固体高分子形燃料電池の電極製造方法は、遷移金属を前記範囲の粒径に微粉砕することでアロイ成形物を作ることができ、そのアロイ成形物を蒸発させてカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面にアロイ成形物のアロイ微粒子を均一に分散担持させた白金レスのカーボンナノチューブ電極(燃料極及び空気極)又はカーボンナノホーン電極(燃料極及び空気極)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優れた触媒活性(触媒作用)を有して固体高分子形燃料電池に好適に使用することが可能なボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を作ることができる。 The method for producing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell, wherein the transition metal fine powder mixture preparing step pulverizes at least three types of transition metals selected in the transition metal selection step to a particle size of 10 μm to 200 μm, comprises: An alloy molded product can be made by finely pulverizing the alloy molded product to a particle size of platinum. An excellent catalyst that can produce a carbon nanotube electrode (a fuel electrode and an air electrode) or a carbon nanohorn electrode (a fuel electrode and an air electrode) at a low cost, and can use the catalyst function sufficiently and reliably. Carbon nanotube electrode or carbohydrate having activity (catalysis) and suitable for use in polymer electrolyte fuel cells A nanohorn electrode can be made.
遷移金属微粉体圧縮物作成工程が遷移金属微粉体混合物作成工程によって作られた遷移金属微粉体混合物を500Mpa〜800Mpaの圧力で加圧して遷移金属微粉体圧縮物を作る固体高分子形燃料電池の電極製造方法は、遷移金属微粉体混合物を前記範囲の圧力で加圧(圧縮)することで、遷移金属微粉体圧縮物を作ることができ、その遷移金属微粉体圧縮物を焼成してアロイ成形物を作ることができるとともに、そのアロイ成形物を蒸発させてカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面にアロイ成形物のアロイ微粒子を均一に分散担持させた白金レスのカーボンナノチューブ電極(燃料極及び空気極)又はカーボンナノホーン電極(燃料極及び空気極)を廉価に作ることができ、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優れた触媒活性(触媒作用)を有して固体高分子形燃料電池に好適に使用することが可能なボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を作ることができる。 A transition polymer fine powder compact is formed by applying a pressure of 500 Mpa to 800 Mpa to the transition metal fine powder mixture produced by the transition metal fine powder mixture production process to produce a transition metal fine powder compact. In the electrode manufacturing method, a transition metal fine powder compact can be produced by pressurizing (compressing) the transition metal fine powder mixture at a pressure within the above range, and firing the transition metal fine powder compact to form an alloy. And a platinum-less carbon nanotube electrode (a fuel electrode and an air Electrode) or carbon nanohorn electrodes (fuel electrode and air electrode) can be made at low cost, and the catalyst function can be used sufficiently and reliably. It can be made suitably carbon nanotube electrodes or carbon nanohorn electrode that can be used in a solid polymer fuel cell having a a possible excellent catalytic activity (catalytic).
アロイ成形物作成工程が遷移金属選択工程によって選択された遷移金属のうちの少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体を溶融させる温度で遷移金属微粉体圧縮物を焼成し、溶融した遷移金属の遷移金属微粉体をバインダーとしてそれら遷移金属の遷移金属微粉体を接合する固体高分子形燃料電池の電極製造方法は、遷移金属のうちの少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が溶融することでアロイ成形物を作ることができ、そのアロイ成形物を蒸発させてカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面にアロイ成形物のアロイ微粒子を均一に分散担持させた白金レスのカーボンナノチューブ電極(燃料極及び空気極)又はカーボンナノホーン電極(燃料極及び空気極)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優れた触媒活性(触媒作用)を有して固体高分子形燃料電池に好適に使用することが可能なボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を作ることができる。 The alloy molded article preparation step is to fire the transition metal fine powder compact at a temperature at which the transition metal fine powder of at least two kinds of transition metals selected from the transition metals selected in the transition metal selection step is melted, The method for manufacturing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell in which the transition metal fine powder of the transition metal is joined with the transition metal fine powder as a binder, the transition metal fine powder of at least two types of transition metals among the transition metals is melted. A platinum-less carbon nanotube electrode (fuel electrode) in which an alloy molded product can be produced by evaporating the alloy molded product and uniformly dispersing and carrying alloy fine particles of the alloy molded product on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn. And air electrode) or carbon nanohorn electrode (fuel electrode and air electrode) at low cost To produce a bon-nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode which can be used sufficiently and reliably and has excellent catalytic activity (catalysis) and can be suitably used for polymer electrolyte fuel cells Can be.
アロイ微粒子担持工程がカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を0.03mm〜0.3mmの範囲の厚み寸法に成形し、カーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面から外側へ向かって重なり合うアロイ微粒子によってアロイ微粒子積層ポーラス構造を形成する固体高分子形燃料電池の電極製造方法は、アロイ成形物を蒸発させてカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面にアロイ微粒子積層ポーラス構造を形成することができ、アロイ微粒子の比表面積を大きくしたアロイ微粉体積層ポーラス構造を有する白金レスのカーボンナノチューブ電極(燃料極及び空気極)又はカーボンナノホーン電極(燃料極及び空気極)を廉価に作ることができる。電極製造方法は、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極の厚み寸法を前記範囲にすることで、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極の電気抵抗を小さくすることができ、電流をスムースに流すことが可能であり、固体高分子形燃料電池において十分な電気を発電することが可能な白金レスのカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を作ることができる。 The alloy fine particle supporting step forms the carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode into a thickness dimension in the range of 0.03 mm to 0.3 mm, and laminates the alloy fine particles by the alloy fine particles overlapping outward from the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn. The method for producing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell that forms a porous structure can form an alloy fine particle-laminated porous structure on the surface of a carbon nanotube or the surface of a carbon nanohorn by evaporating an alloy molded product. A platinum-free carbon nanotube electrode (fuel electrode and air electrode) or carbon nanohorn electrode (fuel electrode and air electrode) having an alloy fine powder laminated porous structure with a large surface area can be manufactured at low cost. The electrode manufacturing method can reduce the electrical resistance of the carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode by setting the thickness dimension of the carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode in the above range, and can flow a current smoothly. A platinum-free carbon nanotube electrode or carbon nanohorn electrode capable of generating sufficient electricity in a polymer electrolyte fuel cell can be produced.
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及び固体高分子形燃料電池に使用するカーボンナノチューブ電極15A(燃料極13A,13B及び空気極14A,14B)又はカーボンナノホーン電極15B(燃料極13A,13B及び空気極14A,14B)の電極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、一例として示すカーボンナノチューブ電極15A,15B(燃料極13A,13B及び空気極14A,14B)又はカーボンナノホーン電極15A,15B(燃料極13A,13B及び空気極14A,14B)の斜視図である。図4では、厚み方向を矢印Xで示し、径方向を矢印Yで示す。
Referring to the accompanying drawings such as FIG. 1 which is a perspective view of a polymer
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発電する(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13A(又は燃料極13B)(カーボンナノチューブ電極15A又はカーボンナノホーン電極15B)と、空気極14A(又は空気極14B)(カーボンナノチューブ電極15A又はカーボンナノホーン電極15B)と、燃料極13A(又は燃料極13B)及び空気極14A(又は空気極14B)の間に位置(介在)する固体高分子電解質膜16(電極接合体膜)(スルホン酸基を有するフッ素系イオン交換膜)と、燃料極13A(又は燃料極13B)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、空気極14A(又は空気極14B)の厚み方向外側に位置するセパレータ18(バイポーラプレート)とから形成されている。
The polymer
それらセパレータ17,18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13A,13Bや空気極14A,14B、固体高分子電解質膜16が厚み方向へ重なり合って一体化し、膜/電極接合体19(Membrane Electrode Assembly, MEA)を構成し、膜/電極接合体19をそれらセパレータ17,18が挟み込んでいる。固体高分子電解質膜16は、プロトン導電性があり、電子導電性がない。燃料極13A(又は燃料極13B)とセパレータ17との間には、ガス拡散層21が形成され、空気極14A(又は空気極14B)とセパレータ18との間には、ガス拡散層22が形成されている。燃料極13A(又は燃料極13B)とセパレータ17との間であってガス拡散層20の上部及び下部には、ガスシール22が設置されている。空気極14A(又は空気極14B)とセパレータ18との間であってガス拡散層21の上部及び下部には、ガスシール23が設置されている。
The
固体高分子形燃料電池16(セル11)に使用する燃料極13A,13B(カーボンナノチューブ電極15A又はカーボンナノホーン電極15B)及び空気極14A,14B(カーボンナノチューブ電極又15Aはカーボンナノホーン電極15B)は、図4に示すように、前面24及び後面25を有するとともに、所定面積及び所定の厚み寸法L1を有し、その平面形状が四角形に成形されている。なお、燃料極13A(又は燃料極13B)や空気極14A(又は空気極14B)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、多角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13A,13B(カーボンナノチューブ電極15A又はカーボンナノホーン電極15B)及び空気極14A,14B(カーボンナノチューブ電極15A,15B又はカーボンナノホーン電極15A,15B)は、アロイ成形物42(合金成形物)のアロイ微粒子26(合金微粒子)と、金属電極薄板27又はカーボン電極薄板28と、所定面積のカーボンナノチューブ29の凝集体30(凝集板)又は所定面積のカーボンナノホーン31の凝集体32(凝集板)とから形成されている。アロイ成形物42(合金成形物)(図14参照)は、粉状に加工(微粉砕)された各種の遷移金属38から選択された少なくとも3種類の遷移金属38の遷移金属微粉体39を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40(図14参照)を圧縮した後に焼成(焼結)することから作られている。
The
なお、アロイ成形物42(合金成形物)を微粉砕して粒径が10μm〜200μmのアロイ微粉体43(合金微粉体)とし、カーボンナノチューブ電極13A又はカーボンナノホーン電極13Aがアロイ微粉体43のアロイ微粒子26(合金微粒子)と、金属電極薄板27又はカーボン電極薄板28と、所定面積のカーボンナノチューブ29の凝集体30(凝集板)又は所定面積のカーボンナノホーン31の凝集体32(凝集板)とから形成される場合がある。 The alloy compact 42 (alloy compact) is finely pulverized into an alloy fine powder 43 (alloy fine powder) having a particle size of 10 μm to 200 μm. From the fine particles 26 (alloy fine particles), the metal electrode thin plate 27 or the carbon electrode thin plate 28 and the aggregate 30 of carbon nanotubes 29 (aggregate plate) of a predetermined area or the aggregate 32 of carbon nanohorns 31 (aggregate plate) of a predetermined area. May be formed.
遷移金属38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。遷移金属38の遷移金属微粉体39には、粉状に加工(微粉砕)されたTi(チタン)微粉体、粉状に加工(微粉砕)されたCr(クロム)微粉体、粉状に加工(微粉砕)されたMn(マンガン)微粉体、粉状に加工(微粉砕)されたFe(鉄)微粉体、粉状に加工(微粉砕)されたCo(コバルト)微粉体、粉状に加工(微粉砕)されたNi(ニッケル)微粉体、粉状に加工(微粉砕)されたCu(銅)微粉体、粉状に加工(微粉砕)されたZn(亜鉛)微粉体、粉状に加工(微粉砕)されたNb(ニオブ)微粉体、粉状に加工(微粉砕)されたMo(モリブデン)微粉体、粉状に加工されたAg(銀)微粉体が使用される。
As the transition metal 38, a 3d transition metal or a 4d transition metal is used. As the 3d transition metal, Ti (titanium), Cr (chromium), Mn (manganese), Fe (iron), Co (cobalt), Ni (nickel), Cu (copper), and Zn (zinc) are used. Nb (niobium), Mo (molybdenum), and Ag (silver) are used as the 4d transition metal. The transition metal
Tiの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたTi)やCrの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたCr)、Mnの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたMn)、Feの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたFe)、Coの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたCo)、Niの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたNi)、Cuの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたCu)、Znの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたZn)、Nbの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたNb)、Moの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたMo)、Agの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたAg)は、それらの粒径が10μm〜200μmの範囲にある。 Fine powder of Ti (Ti processed into a powder (finely pulverized)), fine powder of Cr (Cr processed into a powder (fine pulverized)), and fine powder of Mn (processed into a powder (pulverized)) Mn), fine powder of Fe (Fe that has been processed (pulverized) into powder), fine powder of Co (Co that has been processed (pulverized) into powder), and fine powder of Ni (processed into powder ( Ni) finely pulverized), fine powder of Cu (Cu finely processed (finely pulverized)), fine powder of Zn (Zn finely processed (finely pulverized)), fine powder of Nb (powder Nb processed into a shape (finely pulverized), Mo fine powder (Mo processed into a fine powder (finely pulverized)), and Ag fine powder (Ag processed into a powder shape (finely pulverized)) Is in the range of 10 μm to 200 μm.
遷移金属微粉体混合物40(アロイ成形物42)では、選択された少なくとも3種類の遷移金属38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38の中から少なくとも3種類の遷移金属38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。 In the transition metal fine powder mixture 40 (alloy molded product 42), the work function of at least three kinds of selected transition metals 38 (energy required to extract electrons from the substance) is the work function of the platinum group element. , At least three types of transition metals 38 are selected from among the transition metals 38. The work function of Ti is 4.14 (eV), the work function of Cr is 4.5 (eV), the work function of Mn is 4.1 (eV), and the work function of Fe is 4.67 (eV). ), The work function of Co is 5.0 (eV), the work function of Ni is 5.22 (eV), the work function of Cu is 5.10 (eV), and the work function of Zn is 3.63. (EV), the work function of Nb is 4.01 (eV), the work function of Mo is 4.45 (eV), and the work function of Ag is 4.31 (eV). The work function of platinum is 5.65 (eV).
遷移金属微粉体混合物40の一例としては、粉状に加工(微粉砕)されたNi(ニッケル)の微粉体を主成分とし、Niの微粉体とNiを除く粉状に加工(微粉砕)されたその他の少なくとも2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2種類)の遷移金属微粉体39とを均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40である。
As an example of the transition metal
主成分となるNi(ニッケル)の微粉体とNiを除く他の少なくとも2種類の遷移金属38の遷移金属微粉体39とを混合した遷移金属微粉体混合物40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38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38の中からNiの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属38の遷移金属微粉体39が選択されている。
A transition metal
Niの微粉体を主成分としたアロイ成形物42では、選択された遷移金属38のうちの少なくとも2種類の遷移金属38の遷移金属微粉体39が遷移金属微粉体混合物40の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属38の遷移金属微粉体39をバインダーとしてそれら遷移金属38の遷移金属微粉体39が接合されている。なお、Niを主成分としたアロイ成形物42を微粉砕して作られたアロイ微粉体43は、Niの微粉体を主成分とした遷移金属微粉体混合物40を圧縮した後に焼成することから作られたアロイ成形物42を微粉砕した粒径が10μm〜200μmの微粉砕物である。
In the alloy molded
Ni(ニッケル)の微粉体を主成分とした遷移金属微粉体混合物40では、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するNiの微粉体の重量比が30%〜50%の範囲にあり、Niの微粉体を除く1種類の遷移金属38の遷移金属微粉体39(Ti(チタン)微粉体、Cr(クロム)微粉体、Mn(マンガン)微粉体、Fe(鉄)微粉体、Co(コバルト)微粉体、Cu(銅)微粉体、Zn(亜鉛)微粉体、Nb(ニオブ)微粉体、Mo(モリブデン)微粉体、Ag(銀)微粉体のうちの少なくとも1種類)の遷移金属微粉体混合物40の全重量に対する重量比が20%〜50%の範囲にあり、Niの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属38の遷移金属微粉体39(Ti(チタン)微粉体、Cr(クロム)微粉体、Mn(マンガン)微粉体、Fe(鉄)微粉体、Co(コバルト)微粉体、Cu(銅)微粉体、Zn(亜鉛)微粉体、Nb(ニオブ)微粉体、Mo(モリブデン)微粉体、Ag(銀)微粉体のうちの他の少なくとも1種類)の遷移金属微粉体混合物40の全重量に対する重量比が3%〜20%の範囲にある。
In the transition metal
Ni(ニッケル)を主成分としたアロイ成形物42の具体例としては、Niの微粉体、Cuの微粉体、ZNの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した後に焼成したアロイ成形物42である。また、Niを主成分としたアロイ微粉体42(Niを主成分とした合金微粉体)の具体例としては、Niの微粉体、Cuの微粉体、ZNの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した後に焼成してアロイ成形物42を作り、そのアロイ成形物42を微粉砕した粒径が10μm〜200μmの微粉砕物である。
As a specific example of the alloy molded
このアロイ成形物42(アロイ微粉体43)は、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するNiの微粉体の重量比が48%、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するCuの微粉体の重量比が42%、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するZnの微粉体の重量比が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の微粉体及びCuの微粉体が溶融し、溶融したZn及びCuの微粉体がバインダーとなってNiの微粉体を接合している。
The alloy molded product 42 (alloy fine powder 43) has a weight ratio of the Ni fine powder to the total weight of the transition metal
Ni(ニッケル)を主成分としたアロイ成形物42の他の具体例としては、Niの微粉体、Mnの微粉体、Moの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した後に焼成したアロイ成形物42である。また、Niを主成分としたアロイ微粉体43(Niを主成分とした合金微粉体)の他の具体例としては、Niの微粉体、Mnの微粉体、Moの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した後に焼成してアロイ成形物42を作り、そのアロイ成形物42を微粉砕した粒径が10μm〜200μmの微粉砕物である。
As another specific example of the alloy molded
このアロイ成形物42(アロイ微粉体)は、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するNiの微粉体の重量比が48%、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するMnの微粉体の重量比が7%、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するMoの微粉体の重量比が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の微粉体及びNiの微粉体が溶融し、溶融したMn及びNiの微粉体がバインダーとなってMoの微粉体を接合している。
In the alloy molded product 42 (alloy fine powder), the weight ratio of the Ni fine powder to the total weight of the transition metal
遷移金属微粉体混合物40の他の一例としては、粉状に加工(微粉砕)されたFe(鉄)の微粉体を主成分とし、Feの微粉体とFeを除く粉状に加工(微粉砕)されたその他の少なくとも2種類の遷移金属38(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)の遷移金属微粉体39とを均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40である。
As another example of the transition metal
主成分となるFe(鉄)の微粉体とFeを除く他の少なくとも2種類の遷移金属38の遷移金属微粉体39とを混合した遷移金属微粉体混合物40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38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38の中からFeの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属38の遷移金属微粉体39が選択されている。
A transition metal
Feの微粉体を主成分としたアロイ成形物42では、選択された遷移金属38のうちの少なくとも2種類の遷移金属38の遷移金属微粉体39が遷移金属微粉体混合物40の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属38の遷移金属微粉体39をバインダーとしてそれら遷移金属38の遷移金属微粉体39が接合されている。なお、Feを主成分としたアロイ成形物42を微粉砕して作られたアロイ微粉体43は、Feの微粉体を主成分とした遷移金属微粉体混合物40を圧縮した後に焼成することから作られたアロイ成形物42を微粉砕した粒径が10μm〜200μmの微粉砕物である。
In the
Fe(鉄)の微粉体を主成分とした遷移金属微粉体混合物40では、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するFeの微粉体の重量比が30%〜50%の範囲にあり、Feの微粉体を除く1種類の遷移金属38の遷移金属微粉体39(Ti(チタン)微粉体、Cr(クロム)微粉体、Mn(マンガン)微粉体、Co(コバルト)微粉体、Ni(ニッケル)微粉体、Cu(銅)微粉体、Zn(亜鉛)微粉体、Nb(ニオブ)微粉体、Mo(モリブデン)微粉体、Ag(銀)微粉体のうちの少なくとも1種類)の遷移金属微粉体混合物40の全重量に対する重量比が20%〜50%の範囲にあり、Feの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属38の遷移金属微粉体39(Ti(チタン)微粉体、Cr(クロム)微粉体、Mn(マンガン)微粉体、Co(コバルト)微粉体、Ni(ニッケル)微粉体、Cu(銅)微粉体、Zn(亜鉛)微粉体、Nb(ニオブ)微粉体、Mo(モリブデン)微粉体、Ag(銀)微粉体のうちの他の少なくとも1種類)の遷移金属微粉体混合物40の全重量に対する重量比が3%〜20%の範囲にある。
In the transition metal
Fe(鉄)を主成分としたアロイ成形物42の具体例としては、Feの微粉体、Niの微粉体、Cuの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した後に焼成したアロイ成形物42である。また、Fe(鉄)を主成分としたアロイ微粉体42(Feを主成分とした合金微粉体)の具体例としては、Feの微粉体、Niの微粉体、Cuの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した後に焼成してアロイ成形物42を作り、そのアロイ成形物42を微粉砕した粒径が10μm〜200μmの微粉砕物である。
As a specific example of the alloy molded
このアロイ成形物42(アロイ微粉体43)は、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するFeの微粉体の重量比が48%、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するNiの微粉体の重量比が48%、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するCuの微粉体の重量比が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の微粉体及びNiの微粉体が溶融し、溶融したCu及びNiの微粉体がバインダーとなってFeの微粉体を接合している。
The alloy molded product 42 (alloy fine powder 43) has a weight ratio of Fe fine powder to the total weight of the transition metal
Fe(鉄)を主成分としたアロイ成形物42の他の具体例としては、Feの微粉体、Tiの微粉体、Agの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した後に焼成したアロイ成形物42である。また、Feを主成分としたアロイ微粉体43(Feを主成分とした合金微粉体)の他の具体例としては、Feの微粉体、Tiの微粉体、Agの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した後に焼成してアロイ成形物42を作り、そのアロイ成形物42を微粉砕した粒径が10μm〜200μmの微粉砕物である。
As another specific example of the alloy molded
このアロイ成形物42(アロイ微粉体43)は、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するFeの微粉体の重量比が48%、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するTiの微粉体の重量比が46%、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するAgの微粉体の重量比が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の微粉体及びFeの微粉体が溶融し、溶融したAg及びFeの微粉体がバインダーとなってTiの微粉体を接合している。
The alloy molded product 42 (alloy fine powder 43) has a weight ratio of Fe fine powder to the total weight of the transition metal
遷移金属微粉体混合物40の他の一例としては、粉状に加工(微粉砕)されたCu(銅)の微粉体を主成分とし、Cuの微粉体とCuを除く粉状に加工(微粉砕)されたその他の少なくとも2種類の遷移金属38(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)の遷移金属微粉体39とを均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40である。
As another example of the transition metal
主成分となるCu(銅)の微粉体とCuを除く他の少なくとも2種類の遷移金属38の遷移金属微粉体39とを混合した遷移金属微粉体混合物40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38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38の中からCuの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属38の遷移金属微粉体39が選択されている。
A transition metal fine-
Cuの微粉体を主成分としたアロイ成形物42では、選択された遷移金属38のうちの少なくとも2種類の遷移金属38の遷移金属微粉体39が遷移金属微粉体混合物40の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属38の遷移金属微粉体39をバインダーとしてそれら遷移金属38の遷移金属微粉体39が接合されている。なお、Cuを主成分としたアロイ成形物42を微粉砕して作られたアロイ微粉体43は、Cuの微粉体を主成分とした遷移金属微粉体混合物40を圧縮した後に焼成することから作られたアロイ成形物42を微粉砕した粒径が10μm〜200μmの微粉砕物である。
In the alloy molded
Cu(銅)の微粉体を主成分とした遷移金属微粉体混合物40では、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するCuの微粉体の重量比が30%〜50%の範囲にあり、Cuの微粉体を除く1種類の遷移金属38の遷移金属微粉体39(Ti(チタン)微粉体、Cr(クロム)微粉体、Mn(マンガン)微粉体、Fe(鉄)微粉体、Co(コバルト)微粉体、Ni(ニッケル)微粉体、Zn(亜鉛)微粉体、Nb(ニオブ)微粉体、Mo(モリブデン)微粉体、Ag(銀)微粉体のうちの少なくとも1種類)の遷移金属微粉体混合物40の全重量に対する重量比が20%〜50%の範囲にあり、Cuの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属38の遷移金属微粉体39(Ti(チタン)微粉体、Cr(クロム)微粉体、Mn(マンガン)微粉体、Fe(鉄)微粉体、Co(コバルト)微粉体、Ni(ニッケル)微粉体、Zn(亜鉛)微粉体、Nb(ニオブ)微粉体、Mo(モリブデン)微粉体、Ag(銀)微粉体のうちの他の少なくとも1種類)の遷移金属微粉体混合物40の全重量に対する重量比が3%〜20%の範囲にある。
In the transition metal
Cu(銅)を主成分としたアロイ成形物42の具体例としては、Cuの微粉体、Feの微粉体、Znの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した後に焼成したアロイ成形物42である。また、Cu(銅)を主成分としたアロイ微粉体43(Cuを主成分とした合金微粉体)の具体例としては、Cuの微粉体、Feの微粉体、Znの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した後に焼成してアロイ成形物42を作り、そのアロイ成形物42を微粉砕した粒径が10μm〜200μmの微粉砕物である。
As a specific example of the alloy molded
このアロイ成形物42(アロイ微粉体43)は、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するCuの微粉体の重量比が48%、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するFeの微粉体の重量比が48%、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するZnの微粉体の重量比が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の微粉体及びCuの微粉体が溶融し、溶融したZn及びCuの微粉体がバインダーとなってFeの微粉体を接合している。
This alloy molded product 42 (alloy fine powder 43) has a weight ratio of Cu fine powder to the total weight of the transition metal
Cu(銅)を主成分としたアロイ成形物42の他の具体例としては、Cuの微粉体、Feの微粉体、Agの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した後に焼成したアロイ成形物42である。また、Cuを主成分としたアロイ微粉体43(Cuを主成分とした合金微粉体)の他の具体例としては、Cuの微粉体、Feの微粉体、Agの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した後に焼成してアロイ成形物42を作り、そのアロイ成形物42を微粉砕した粒径が10μm〜200μmの微粉砕物である。
As another specific example of the alloy molded
このアロイ成形物42(アロイ微粉体43)は、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するCuの微粉体の重量比が48%、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するFeの微粉体の重量比が46%、遷移金属微粉体混合物40の全重量に対するAgの微粉体の重量比が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の微粉体及びCuの微粉体が溶融し、溶融したAg及びCuの微粉体がバインダーとなってFeの微粉体を接合している。
This alloy molded product 42 (alloy fine powder 43) has a weight ratio of Cu fine powder to the total weight of the transition metal
金属電極薄板27は、前面及び後面を有するとともに、所定面積及び0.02〜0.2mmの厚み寸法を有する。金属電極薄板27は、導電性の金属(銀や銅、鉄、又は、導電性の合金)を薄板状に成形したものであり、その平面形状が四角形に成形されている。金属電極薄板27には、気体や液体が通流する微細な多数の流路(微細貫通孔)が形成されている。なお、金属電極薄板27の平面形状に特に制限はなく、四角形の他に、円形や楕円形、多角形等の他のあらゆる平面形状に成形することができる。 The metal electrode thin plate 27 has a front surface and a rear surface, and has a predetermined area and a thickness of 0.02 to 0.2 mm. The metal electrode thin plate 27 is formed by forming a conductive metal (silver, copper, iron, or a conductive alloy) into a thin plate shape, and has a square shape in plan view. In the metal electrode thin plate 27, a large number of fine channels (fine through holes) through which gas and liquid flow are formed. The planar shape of the metal electrode thin plate 27 is not particularly limited, and may be formed into any other planar shape such as a circle, an ellipse, and a polygon in addition to a square.
カーボン電極薄板28は、前面及び後面を有するとともに、所定面積及び0.02〜0.2mmの厚み寸法を有し、その平面形状が四角形に成形されている。カーボン電極薄板28には、気体や液体が通流する微細な多数の流路(微細貫通孔)が形成されている。なお、カーボン電極板28の平面形状に特に制限はなく、四角形の他に、円形や楕円形、多角形等の他のあらゆる平面形状に成形することができる。 The carbon electrode thin plate 28 has a front surface and a rear surface, has a predetermined area and a thickness of 0.02 to 0.2 mm, and is formed in a quadrangular planar shape. In the carbon electrode thin plate 28, a large number of fine channels (fine through holes) through which gas and liquid flow are formed. The planar shape of the carbon electrode plate 28 is not particularly limited, and may be formed into any other planar shape such as a circle, an ellipse, and a polygon in addition to a square.
カーボン電極薄板28の一例としては、数μm〜数10μmのカーボングラファイト(黒鉛)粉末と導電性バインダー(導電性結合材)とを冷間静水圧プレスによって成形した後、約3000℃で黒鉛化したシート状の電極材を使用する。カーボン電極薄板28の他の一例としては、数μm〜数10μmのカーボングラファイト(黒鉛)粉末と導電性バインダー(導電性結合材)とを押出型から押し出し成形した後、約3000℃で黒鉛化したシート状の電極材を使用する。カーボン電極薄板28としては、ガラス状カーボンを使用することもできる。 As an example of the carbon electrode thin plate 28, carbon graphite (graphite) powder of several μm to several tens μm and a conductive binder (conductive binder) are formed by cold isostatic pressing and then graphitized at about 3000 ° C. Use a sheet-like electrode material. As another example of the carbon electrode thin plate 28, carbon graphite (graphite) powder of several μm to several tens of μm and a conductive binder (conductive binder) are extruded from an extrusion mold and then graphitized at about 3000 ° C. Use a sheet-like electrode material. As the carbon electrode thin plate 28, glassy carbon can also be used.
カーボンナノチューブ29の凝集体30は、微細な多数の流路(微細貫通孔)が形成された金属電極薄板27の両面(前後面)に固着(成長)し、又は、微細な多数の流路(微細貫通孔)が形成されたカーボン電極薄板28の両面(前後面)に固着(成長)している。カーボンナノチューブ29の表面には、図6に示すように、アロイ成形物42のアロイ微粒子26(アロイ成形物42を蒸発させたアロイ微粒子26)又はアロイ成形物42を微粉砕したアロイ微粉体43のアロイ微粒子26(アロイ微粉体43を蒸発させたアロイ微粒子26)が満遍なく均一に分散した状態で担持されている。アロイ微粒子26を担持したカーボンナノチューブ29には、気体や液体が通流する多数の微細な開口が形成されている。アロイ微粒子26は、レーザー蒸発法によってカーボンナノチューブ29の表面に担持されている。固体高分子形燃料電池10(セル11)では、固体高分子電解質膜16とカーボンナノチューブ29の表面及びアロイ微粒子26とが隙間なく重なり合い、固体高分子電解質膜16とカーボンナノチューブ29の表面及びアロイ微粒子26とが隙間なく密着している。
The aggregate 30 of the
カーボンナノホーン31の凝集体32は、微細な多数の流路(微細貫通孔)が形成された金属電極薄板27の両面(前後面)に固着(成長)し、又は、微細な多数の流路(微細貫通孔)が形成されたカーボン電極薄板28の両面(前後面)に固着(成長)している。カーボンナノホーン31の表面には、図7に示すように、アロイ成形物42のアロイ微粒子26(アロイ成形物42を蒸発させたアロイ微粒子26)又はアロイ成形物42を微粉砕したアロイ微粉体43のアロイ微粒子26(アロイ微粉体43を蒸発させたアロイ微粒子26)が満遍なく均一に分散した状態で担持されている。アロイ微粒子26を担持したカーボンナノホーン31には、気体や液体が通流する多数の微細な開口が形成されている。アロイ微粒子26は、レーザー蒸発法によってカーボンナノホーン31の表面に担持されている。固体高分子形燃料電池10(セル11)では、固体高分子電解質膜16とカーボンナノホーン31の表面及びアロイ微粒子26とが隙間なく重なり合い、固体高分子電解質膜16とカーボンナノホーン31の表面及びアロイ微粒子26とが隙間なく密着している。
The aggregates 32 of the
図5は、一例として示すカーボンナノチューブ電極15A(燃料極13A及び空気極14A)又はカーボンナノホーン電極15A(燃料極13A及び空気極14A)の部分拡大正面図であり、図6は、アロイ微粒子26を担持した一例として示すカーボンナノチューブ29の概念図である。図7は、アロイ微粒子26を担持した一例として示すカーボンナノホーン31の概念図である。
FIG. 5 is a partially enlarged front view of a
燃料極13A(カーボンナノチューブ電極15A又はカーボンナノホーン電極15A)及び空気極14A(カーボンナノチューブ電極15A又はカーボンナノホーン電極15A)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13A及び空気極14A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13A及び空気極14Aが容易に破損又は損壊し、その形状を維持することができない場合がある。燃料極13A(カーボンナノチューブ電極15A又はカーボンナノホーン電極15A)及び空気極14A(カーボンナノチューブ電極15A又はカーボンナノホーン電極15A)の厚み寸法L1が0.3mmを超過すると、燃料極13A及び空気極14Aの電気抵抗が大きくなり、燃料極13A及び空気極14Aに電流がスムースに流れず、燃料極13A及び空気極15Aが固体高分子形燃料電池10に使用されたときに燃料電池10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37に十分な電気エネルギーを供給することができない。
The
燃料極13A(カーボンナノチューブ電極15A又はカーボンナノホーン電極15A)及び空気極14A(カーボンナノチューブ電極15A又はカーボンナノホーン電極15A)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13A及び空気極14A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13A及び空気極14Aに衝撃が加えられたときの燃料極13A及び空気極14A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13A(カーボンナノチューブ電極15A又はカーボンナノホーン電極15A)及び空気極14A(カーボンナノチューブ電極15A又はカーボンナノホーン電極15A)の電気抵抗を小さくすることができ、燃料極13A及び空気極14Aに電流がスムースに流れ、燃料極13A及び空気極14Aが固体高分子形燃料電池10に使用されたときに燃料電池10におい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37に十分な電気エネルギーを供給することができる。
The
図8は、他の一例として示すカーボンナノチューブ電極15B(燃料極13B及び空気極14B)又はカーボンナノホーン電極15B(燃料極13B及び空気極14B)の部分拡大正面図であり、図9は、アロイ微粒子26を担持した他の一例として示すカーボンナノチューブ29の概念図である。図10は、アロイ微粒子26を担持した他の一例として示すカーボンナノホーン31の概念図である。
FIG. 8 is a partially enlarged front view of a
図8に示すカーボンナノチューブ電極15B(燃料極13B及び空気極14B)又はカーボンナノホーン電極15B(燃料極13B及び空気極14B)が図5の電極15A(燃料極13A及び空気極14A)と異なるところは、カーボンナノチューブ29の表面から外側へ向かって重なり合うアロイ微粒子26によってアロイ微粒子積層ポーラス構造33がカーボンナノチューブ29の表面に形成されている点、カーボンナノホーン31の表面から外側へ向かって重なり合うアロイ微粒子26によってアロイ微粒子積層ポーラス構造33がカーボンナノホーン31の表面に形成されている点にあり、その他の構成は図5のカーボンナノチューブ電極15A又はカーボンナノホーン電極15Aのそれらと同一であるから、図5〜図7と同一の符号を付すとともに、図5〜図7の電極15A(燃料極13A及び空気極14A)の説明を援用することで、この電極15B(燃料極13B及び空気極14B)のその他の構成の詳細な説明は省略する。
The difference between the
燃料極13B(カーボンナノチューブ電極15B又はカーボンナノホーン電極15B)及び空気極14B(カーボンナノチューブ電極15B又はカーボンナノホーン電極15B)は、図5の燃料極13A及び空気極14Aと同様に、前面24及び後面25を有するとともに、所定の面積及び所定の厚み寸法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13B及び空気極14Bは、アロイ成形物42(合金成形物)のアロイ微粒子26(合金微粒子)と、金属電極薄板27又はカーボン電極薄板28と、所定面積のカーボンナノチューブ29の凝集体30(凝集板)又は所定面積のカーボンナノホーン31の凝集体32(凝集板)とから形成されている。
The
なお、燃料極13B及び空気極14Bがアロイ成形物42を微粉砕した粒径が10μm〜200μmのアロイ微粉体43(合金微粉体)のアロイ微粒子26(合金微粒子)と、金属電極薄板27又はカーボン電極薄板28と、所定面積のカーボンナノチューブ29の凝集体30(凝集板)又は所定面積のカーボンナノホーン31の凝集体32(凝集板)とから形成される場合がある。
The
カーボンナノチューブ29の凝集体30は、厚み寸法が0.02〜0.2mmであって微細な多数の流路(微細孔)が形成された金属電極薄板27の両面に固着し、又は、厚み寸法が0.02〜0.2mmであって微細な多数の流路(微細孔)が形成されたカーボン電極薄板28の両面に固着している。カーボンナノチューブ29の表面には、図9に示すように、アロイ成形物42のアロイ微粒子26(アロイ成形物42を蒸発させたアロイ微粒子26)又はアロイ成形物42を微粉砕したアロイ微粉体43のアロイ微粒子26(アロイ微粉体43を蒸発させたアロイ微粒子26)が担持され、カーボンナノチューブ29の表面から外側へ向かって重なり合うそれらアロイ微粒子26によってアロイ微粒子積層ポーラス構造33が形成されている。
The aggregate 30 of the
カーボンナノホーン31の凝集体32は、厚み寸法が0.02〜0.2mmであって微細な多数の流路(微細孔)が形成された金属電極薄板27の両面に固着し、又は、厚み寸法が0.02〜0.2mmであって微細な多数の流路(微細孔)が形成されたカーボン電極薄板28の両面に固着している。カーボンナノホーン31の表面には、図10に示すように、アロイ成形物42のアロイ微粒子26(アロイ成形物42を蒸発させたアロイ微粒子26)又はアロイ成形物42を微粉砕したアロイ微粉体43のアロイ微粒子26(アロイ微粉体43を蒸発させたアロイ微粒子26)が担持され、カーボンナノホーン31の表面から外側へ向かって重なり合うそれらアロイ微粒子26によってアロイ微粒子積層ポーラス構造33が形成されている。
The aggregate 32 of the
アロイ微粉体26(合金微粉体)は、アロイ成形物42(合金成形物)を微粉砕することから作られている。アロイ成形物42は、粉状に加工(微粉砕)された各種の遷移金属38から選択された少なくとも3種類の遷移金属38の微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した後に焼成(焼結)することから作られている。遷移金属38や遷移金属微粉体混合物40、アロイ成形物42、アロイ微粉体43は、図5の燃料極13A及び空気極14Aのそれらと同一である。遷移金属微粉体38の粒径やアロイ微粉体43の粒径、燃料極13B及び空気極14Bの厚み寸法L1は、図5の燃料極13A及び空気極14Aのそれらと同一である。
The alloy fine powder 26 (alloy fine powder) is made by finely pulverizing an alloy molded product 42 (alloy molded product). The
固体高分子形燃料電池10(セル11)では、固体高分子電解質膜16とカーボンナノチューブ29の表面及びアロイ微粒子積層ポーラス構造33とが隙間なく重なり合い、固体高分子電解質膜16とカーボンナノチューブ29の表面及びアロイ微粒子積層ポーラス構造33とが隙間なく密着している。また、固体高分子電解質膜16とカーボンナノホーン31の表面及びアロイ微粒子積層ポーラス構造33とが隙間なく重なり合い、固体高分子電解質膜16とカーボンナノホーン31の表面及びアロイ微粒子積層ポーラス構造33とが隙間なく密着している。
In the polymer electrolyte fuel cell 10 (cell 11), the solid
アロイ微粒子積層ポーラス構造33には、径が異なる多数の微細な流路34(通路孔)が形成されている。それら流路34(通路孔)には、気体(水素ガスや酸素ガス)または液体(水)が通流する。それら流路34(通路孔)は、カーボンナノチューブ電極15B又はカーボンナノホーン電極15Bの前面の側に開口する複数の通流口35と電極10Bの後面の側に開口する複数の通流口35とを有し、カーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31に向かってアロイ微粒子積層ポーラス構造33を貫通している。それら流路34は、アロイ微粒子積層ポーラス構造33の様々な方向(厚み方向や縦横方向)へ不規則に曲折しながら延びている。それら流路34は、アロイ微粒子積層ポーラス構造33の内部において部分的につながり、一方の流路34と他方の流路34とが互いに連通している。それら流路34(通路孔)の開口面積(開口径)は、アロイ微粒子積層ポーラス構造33の内部において一様ではなく、不規則に変化している。
A large number of fine flow paths 34 (passage holes) having different diameters are formed in the alloy fine particle laminated
アロイ微粒子積層ポーラス構造は33、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。アロイ微粒子積層ポーラス構造33の空隙率が15%未満であって相対密度が85%を超過すると、アロイ微粒子積層ポーラス構造33に多数の微細な流路34(通路孔)が形成されず、アロイ微粒子積層ポーラス構造33の比表面積を大きくすることができない。アロイ微粒子積層ポーラス構造33の空隙率が30%を超過し、相対密度が70%未満では、流路34(通路孔)の開口面積(開口径)が必要以上に大きくなり、アロイ微粒子積層ポーラス構造33の強度が低下し、衝撃が加えられたときにアロイ微粒子積層ポーラス構造33が容易に破損又は損壊し、その形態を維持することができない場合がある。
The alloy fine particle laminated
アロイ微粒子積層ポーラス構造33は、その空隙率及び相対密度が前記範囲にあるから、アロイ微粒子積層ポーラス構造33が開口面積(開口径)の異なる多数の微細な流路34(通路孔)を有し、アロイ微粒子積層ポーラス構造33の比表面積を大きくすることができ、それら流路34(通路孔)を気体や液体が通流しつつ気体や液体をアロイ微粒子積層ポーラス構造33の接触面(アロイ微粒子26(合金微粒子)の表面)に広く接触させることができる。
Since the porosity and the relative density of the alloy fine particle laminated
図11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12は、燃料極13A,13B(カーボンナノチューブ電極15A,15B又はカーボンナノホーン電極15A,15B)及び空気極14A,14B(カーボンナノチューブ電極15A,15B又はカーボンナノホーン電極15A,15B)の起電圧試験の結果を示す図である。図13は、燃料極13A,13B(カーボンナノチューブ電極15A,15B又はカーボンナノホーン電極15A,15B)及び空気極13A,13B(カーボンナノチューブ電極15A,15B又はカーボンナノホーン電極15A,15B)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11に示すように、燃料極13A,13Bに水素(燃料)が供給され、空気極14A,14Bに空気(酸素)が供給される。
FIG. 11 is a diagram illustrating power generation by the polymer
燃料極13A又は燃料極13Bでは、水素がH2→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16内を通って空気極14A又は空気極14Bへ移動し、電子が導線36内を通って空気極14A又は空気極14Bへ移動する。固体高分子電解質膜16には、燃料極13A又は燃料極13Bで生成されたプロトンが通流する。空気極14A又は空気極14Bでは、固体高分子電解質膜16から移動したプロトンと導線36を移動した電子とが空気中の酸素と反応し、4H++O2+4e→2H2Oの反応によって水が生成される。
At the
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、遷移金属の中から少なくとも3種類の遷移金属が選択され、選択された少なくとも3種類の遷移金属から作られたアロイ成形物43のアロイ微粒子26がカーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31の表面に担持され又はアロイ微粒子積層ポーラス構造33がカーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31の表面に形成され、又は、アロイ成形物42を微粉砕したアロイ微粉体43のアロイ微粒子26がカーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31の表面に担持され又はアロイ微粒子積層ポーラス構造33がカーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31の表面に担持され、アロイ微粒子26又はアロイ微粒子積層ポーラス構造33が燃料極13A,13B(カーボンナノチューブ電極15A,15B又はカーボンナノホーン電極15A,15B)及び空気極14A,14B(カーボンナノチューブ電極15A,15B又はカーボンナノホーン電極15A,15B)を構成するから、燃料極13A,13Bや空気極14A,14B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。
At least three transition metals are selected from the transition metals such that the work function of the work functions of the at least three transition metals is close to the work function of the platinum group element, and the selected at least three transition metals are selected. The alloy
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13A又は燃料極13Bと空気極14A又は空気極14Bとの間(電極間)の電圧(V)を測定した。図12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13A又は燃料極13Bと空気極14A又は空気極14B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)燃料極及び空気極(白金電極)を使用した固体高分子形燃料電池では、図12の起電圧試験の結果を示す図から分かるように、燃料極と空気極との電圧が1.079(V)前後であった。それに対し、燃料極13A(白金レス電極)又は燃料極13B(白金レス電極)及び空気極14A(白金レス電極)又は空気極14B(白金レス電極)を使用した固体高分子形燃料電池10では、燃料極13A又は燃料極13Bと空気極14A又は空気極14Bとの間(電極間)の電圧(起電力)が1.04(V)〜1.03(V)であった。
In the electromotive voltage test, the voltage (V) between the
I−V特性試験では、燃料極13A又は燃料極13Bと空気極14A又は空気極14Bとの間(電極間)に負荷37を接続し、電圧と電流との関係を測定した。図13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13A(白金レス電極)又は燃料極13B(白金レス電極)及び空気極14A(白金レス電極)又は空気極14B(白金レス電極)を使用した固体高分子形燃料電池10では、図13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)燃料極(白金電極)及び空気極(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12の起電圧試験の結果や図13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白金レスの燃料極13A,13B(カーボンナノチューブ電極15A,15B又はカーボンナノホーン電極15A,15B)及び空気極14A,14B(カーボンナノチューブ電極15A,15B又はカーボンナノホーン電極15A,15B)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、白金を利用した燃料極及び空気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。
In the IV characteristic test, a
固体高分子形燃料電池10は、それに使用される燃料極13A及び空気極14Aであるカーボンナノチューブ電極15A又はカーボンナノホーン電極15Aが各種の遷移金属から選択された少なくとも3種類の遷移金属の遷移金属微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物42(又はアロイ微粉体43)のアロイ微粒子26(合金微粒子)と、金属電極薄板27又はカーボン電極薄板28と、カーボンナノチューブ29の凝集体30又はカーボンナノホーン31の凝集体32とから形成され、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とともに、アロイ微粒子26がカーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面に均一に分散した状態で担持されているから、カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ微粒子26を担持したカーボンナノチューブ電極15A(燃料極13A及び空気極14A)又はカーボンナノホーン電極15A(燃料極及13A及び空気極14A)が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、白金レスのカーボンナノチューブ電極15A又はカーボンナノホーン電極15Aを使用した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できるとともに、固体高分子形燃料電池10に接続された負荷37に十分な電気エネルギーを供給することができる。
The polymer
カーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31の表面から外側へ向かって重なり合うアロイ微粒子26によってアロイ微粒子積層ポーラス構造33がカーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面に形成され、固体高分子電解質膜16(電極接合体膜)とカーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31の表面およびアロイ微粒子積層ポーラス構造33とが隙間なく重なり合っている固体高分子形燃料電池10は、カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ微粒子積層ポーラス構造33を形成することで、アロイ微粒子26の比表面積を大きくすることができ、アロイ微粒子26の触媒作用を十分に利用することができるとともに、アロイ微粒子積層ポーラス構造33を有するカーボンナノチューブ電極15B(燃料極及13B及び空気極14B)又はカーボンナノホーン電極15B(燃料極13B及び空気極14B)が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、白金レスのカーボンナノチューブ電極15B又はカーボンナノホーン電極15Bを使用した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できるとともに、固体高分子形燃料電池10に接続された負荷37に十分な電気エネルギーを供給することができる。
The alloy fine particles layered
固体高分子形燃料電池10は、それに使用されるカーボンナノチューブ電極15A,15B(燃料極13A,13B及び空気極14A,14B)又はカーボンナノホーン電極15A,15B(燃料極13A,13B及び空気極14A,14B)が各種の遷移金属から選択された少なくとも3種類の遷移金属の遷移金属微粉体から作られたアロイ微粒子26(アロイ成形物42)を利用し、高価な白金族元素が利用されていない白金レスであり、固体高分子形燃料電池10を廉価に作ることができる。
The polymer
遷移金属微粉体混合物がNi(ニッケル)の微粉体を主成分とした固体高分子形燃料電池10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の微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の微粉体が選択されているから、カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ微粒子26又はアロイ微粒子積層ポーラス構造33を有するカーボンナノチューブ電極15A,15B(燃料極13A,13B及び空気極14A,14B)又はカーボンナノホーン電極15A,15B(燃料極13A,13B及び空気極14A,14B)が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、白金レスのカーボンナノチューブ電極15A,15B又はカーボンナノホーン電極15A,15Bを使用した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できるとともに、固体高分子形燃料電池10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。
The polymer
遷移金属微粉体混合物がFe(鉄)の微粉体を主成分とした固体高分子形燃料電池10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の微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の微粉体が選択されているから、カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ微粒子26又はアロイ微粒子積層ポーラス構造33を有するカーボンナノチューブ電極15A,15B(燃料極13A,13B及び空気極14A,14B)又はカーボンナノホーン電極15A,15B(燃料極13A,13B及び空気極14A,14B)が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、白金レスのカーボンナノチューブ電極15A,15B又はカーボンナノホーン電極15A,15Bを使用した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できるとともに、固体高分子形燃料電池10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。
The polymer
遷移金属微粉体混合物がCu(銅)の微粉体を主成分とした固体高分子形燃料電池10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の微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の微粉体が選択されているから、カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ微粒子26又はアロイ微粒子積層ポーラス構造33を有するカーボンナノチューブ電極15A,15B(燃料極13A,13B及び空気極14A,14B)又はカーボンナノホーン電極15A,15B(燃料極13A,13B及び空気極14A,14B)が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、白金レスのカーボンナノチューブ電極15A,15B又はカーボンナノホーン電極15A,15Bを使用した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できるとともに、固体高分子形燃料電池10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。
The polymer
図14は、カーボンナノチューブ電極15A,15B又はカーボンナノホーン電極15A,15Bの製造方法を説明する図である。電極15A,15Bは、図14に示すように、遷移金属選択工程S1、遷移金属微粉体混合物作成工程S2、遷移金属微粉体圧縮物作成工程S3、アロイ成形物作成工程S4、アロイ微粒子担持工程S5を有する電極製造方法によって製造される。なお、アロイ成形物作成工程S4とアロイ微粒子担持工程S5との間にアロイ微粉体作成工程S6が行われる場合がある。
FIG. 14 is a diagram illustrating a method of manufacturing the
遷移金属選択工程S1では、各種の遷移金属38から選択する少なくとも3種類の遷移金属38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38の中から少なくとも3種類の遷移金属38(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。 In the transition metal selection step S1, the various transition metals 38 are selected from various transition metals 38 so that the composite work function of the work functions of at least three types of transition metals 38 selected from the various transition metals 38 approximates the work function of the platinum group element. At least three types of transition metals 38 (Ti (titanium), Cr (chromium), Mn (manganese), Fe (iron), Co (cobalt), Ni (nickel), Cu (copper), Zn (zinc), Nb ( Niobium), Mo (molybdenum), Ag (silver)).
遷移金属選択工程S1において、既述のように、Ni(ニッケル)を主成分とした遷移金属微粉体混合物40(アロイ微粒子26やアロイ微粒子積層ポーラス構造33)では、Cu(銅)及びZN(亜鉛)を選択し、又は、Mn(マンガン)及びMo(モリブデン)を選択する。Fe(鉄)を主成分とした遷移金属微粉体混合物40(アロイ微粒子26やアロイ微粒子積層ポーラス構造33)では、Ni(ニッケル)及びCu(銅)を選択し、又は、Ti(チタン)及びAg(銀)を選択する。Cu(銅)を主成分とした遷移金属微粉体混合物49(アロイ微粒子26やアロイ微粒子積層ポーラス構造33)では、Fe(鉄)及びZn(亜鉛)を選択し、又は、Fe(鉄)及びAg(銀)を選択する。
In the transition metal selection step S1, as described above, in the transition metal fine powder mixture 40 (alloy
遷移金属微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38の遷移金属微粉体39を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を作る。遷移金属微粉体混合物作成工程S2において、Ni(ニッケル)を主成分とした遷移金属微粉体混合物40(アロイ微粒子26やアロイ微粒子積層ポーラス構造33)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の微粉体39、Cuの微粉体39、Znの微粉体39を作成する。次に、Niの微粉体39やCuの微粉体39、Znの微粉体39を混合機に投入して混合機によってNiの微粉体39、Cuの微粉体39、Znの微粉体39を攪拌・混合し、Niの微粉体39、Cuの微粉体39、Znの微粉体39が均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を作る。
In the transition metal fine powder mixture preparation step S2, a transition metal
又は、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の微粉体39、Mnの微粉体39、Moの微粉体39を作成する。次に、Niの微粉体39やMnの微粉体39、Moの微粉体39を混合機に投入して混合機によってNiの微粉体39、Mnの微粉体39、Moの微粉体39を攪拌・混合し、Niの微粉体39、Mnの微粉体39、Moの微粉体39が均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を作る。
Alternatively, each of Ni (nickel), Mn (manganese), and Mo (molybdenum) selected in the transition metal selection step S1 is finely pulverized to a particle diameter of 10 μm to 200 μm by a fine pulverizer to obtain a
遷移金属微粉体混合物作成工程S2において、Fe(鉄)を主成分とした遷移金属微粉体混合物40(アロイ微粒子26やアロイ微粒子積層ポーラス構造33)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の微粉体39、Niの微粉体39、Cuの微粉体39を作成する。次に、Feの微粉体39やNiの微粉体39、Cuの微粉体39を混合機に投入して混合機によってFeの微粉体39、Niの微粉体39、Cuの微粉体39を攪拌・混合し、Feの微粉体39、Niの微粉体39、Cuの微粉体39が均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を作る。
In the transition metal fine powder mixture preparing step S2, in the transition metal fine powder mixture 40 (alloy
又は、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の微粉体39、Tiの微粉体39、Agの微粉体39を作成する。次に、Feの微粉体39やTiの微粉体39、Agの微粉体39を混合機に投入して混合機によってFeの微粉体39、Tiの微粉体39、Agの微粉体39を攪拌・混合し、Feの微粉体39、Tiの微粉体39、Agの微粉体39が均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を作る。
Alternatively, each of Fe (iron), Ti (titanium), and Ag (silver) selected in the transition metal selection step S1 is finely pulverized to a particle size of 10 μm to 200 μm by a fine pulverizer, and the fine powder of
遷移金属微粉体混合物作成工程S2において、Cu(銅)を主成分とした遷移金属微粉体混合物40(アロイ微粒子26やアロイ微粒子積層ポーラス構造33)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の微粉体39、Feの微粉体39、Znの微粉体39を作成する。次に、Cuの微粉体39やFeの微粉体39、Znの微粉体39を混合機に投入して混合機によってCuの微粉体39、Feの微粉体39、Znの微粉体39を攪拌・混合し、Cuの微粉体39、Feの微粉体39、Znの微粉体39が均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を作る。
In the transition metal fine powder mixture preparation step S2, in the transition metal fine powder mixture 40 (alloy
又は、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の微粉体39、Feの微粉体39、Agの微粉体39を作成する。次に、Cuの微粉体39やFeの微粉体39、Agの微粉体39を混合機に投入して混合機によってCuの微粉体39、Feの微粉体39、Agの微粉体39を攪拌・混合し、Cuの微粉体39、Feの微粉体39、Agの微粉体39が均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を作る。
Alternatively, each of Cu (copper), Fe (iron), and Ag (silver) selected in the transition metal selection step S1 is finely pulverized to a particle diameter of 10 μm to 200 μm by a fine pulverizer, and the Cu
遷移金属微粉体圧縮物作成工程S3では、遷移金属微粉体混合物作成工程S2によって作られた遷移金属微粉体混合物40を所定圧力で加圧し、遷移金属微粉体混合物40を圧縮した所定面積及び所定厚みの遷移金属微粉体圧縮物41を作る。遷移金属微粉体圧縮物作成工程S3では、遷移金属微粉体混合物40を所定の金型に入れ、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遷移金属微粉体圧縮物41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。
In the transition metal fine powder compressed material producing step S3, the transition metal
プレス圧(圧力)が500Mpa未満では、遷移金属微粉体混合物40を十分に圧縮することができず、所定面積及び所定厚みの遷移金属微粉体圧縮物41を作ることができない。プレス圧(圧力)が800Mpaを超過すると、アロイ成形物作成工程S4によって作られるアロイ成形物42の硬度が必要以上に高くなり、アロイ微粒子担持工程S5においてアロイ成形物42をスムースに蒸発させることができず、アロイ微粉体作成工程S6において所期する粒径のアロイ微粉体43を作ることができない。電極製造方法は、遷移金属微粉体混合物40を前記範囲の圧力で加圧(圧縮)することで、所定硬度の遷移金属微粉体圧縮物41を作ることができ、その遷移金属微粉体圧縮物41を焼成して所定硬度のアロイ成形物42を作ることができ、アロイ成形物42をスムースに蒸発させることができるとともに、アロイ成形物42を微粉砕した所定粒径のアロイ微粉体43を作ることができる。
If the pressing pressure (pressure) is less than 500 MPa, the transition metal
遷移金属微粉体圧縮物作成工程S3において、Ni(ニッケル)を主成分とした遷移金属微粉体混合物40では、Niの微粉体39、Cu(銅)の微粉体39、ZN(亜鉛)微粉体39を混合した遷移金属微粉体混合物40の所定量を金型に投入し、その遷移金属微粉体混合物40をプレス加工によって加圧して遷移金属微粉体混合物40を圧縮した所定面積及び所定厚みの遷移金属微粉体圧縮物41を作る。又は、Niの微粉体39、Mn(マンガン)の微粉体39、Mo(モリブデン)の微粉体39を混合した遷移金属微粉体混合物40の所定量を金型に投入し、その遷移金属微粉体混合物40をプレス加工によって加圧して遷移金属微粉体混合物40を圧縮した所定面積及び所定厚みの遷移金属微粉体圧縮物41を作る。
In the transition metal fine powder compact creation step S3, in the transition metal
遷移金属微粉体圧縮物作成工程S3において、Fe(鉄)を主成分とした遷移金属微粉体混合物40では、Feの微粉体39、Ni(ニッケル)の微粉体39、Cu(銅)の微粉体39を混合した遷移金属微粉体混合物40の所定量を金型に投入し、その遷移金属微粉体混合物40をプレス加工によって加圧して遷移金属微粉体混合物40を圧縮した所定面積及び所定厚みの遷移金属微粉体圧縮物41を作る。又は、Feの微粉体39、Ti(チタン)の微粉体39、Ag(銀)の微粉体39を混合した遷移金属微粉体混合物40の所定量を金型に投入し、その遷移金属微粉体混合物40をプレス加工によって加圧して遷移金属微粉体混合物40を圧縮した所定面積及び所定厚みの遷移金属微粉体圧縮物41を作る。
In the transition metal fine powder compact creation step S3, in the transition metal
遷移金属微粉体圧縮物作成工程S3において、Cu(銅)を主成分とした遷移金属微粉体混合物40では、Cuの微粉体39、Fe(鉄)の微粉体39、Zn(亜鉛)の微粉体39を混合した遷移金属微粉体混合物40の所定量を金型に投入し、その遷移金属微粉体混合物40をプレス加工によって加圧(圧縮)して遷移金属微粉体混合物40を圧縮した所定面積及び所定厚みの遷移金属微粉体圧縮物41を作る。又は、Cuの微粉体39、Fe(鉄)の微粉体39、Ag(銀)の微粉体39を混合した遷移金属微粉体混合物40の所定量を金型に投入し、その遷移金属微粉体混合物40をプレス加工によって加圧して遷移金属微粉体混合物40を圧縮した所定面積及び所定厚みの遷移金属微粉体圧縮物41を作る。
In the transition metal fine powder compact creation step S3, in the transition metal
アロイ成形物作成工程S4では、遷移金属微粉体圧縮物作成工程S3によって作られた遷移金属微粉体圧縮物41を炉(蒸気過熱炉や電気炉等)に投入し、遷移金属微粉体圧縮物41を炉において所定温度で焼成(焼結)し、開口径が1μm〜100μmの範囲の多数の微細な流路(通路孔)を形成したポーラス構造のアロイ成形物42を作る。アロイ成形物作成工程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38うちの少なくとも2種類の遷移金属38を溶融させる温度で遷移金属微粉体圧縮物41を長時間焼成する。焼成(焼結)時間は、3時間〜6時間である。アロイ成形物作成工程S4では、所定面積及び所定厚みに圧縮された遷移金属微粉体圧縮物41の焼成時において、少なくとも2種類の遷移金属38の微粉体39が溶融し、溶融した遷移金属38の微粉体39をバインダーとして他の遷移金属38の微粉体39を接合(固着)する。
In the alloy molded product creation step S4, the transition metal fine powder compact 41 created in the transition metal fine powder compact creation step S3 is charged into a furnace (a steam superheater, an electric furnace, or the like), and the transition metal fine powder compact 41 is placed. Is fired (sintered) at a predetermined temperature in a furnace to produce an alloy molded
アロイ成形物作成工程S4において、Ni(ニッケル)を主成分とした遷移金属微粉体圧縮物41では、Niの微粉体39、Cu(銅)の微粉体39、ZN(亜鉛)微粉体39を混合した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物41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(通路孔)を形成したポーラス構造のアロイ成形物42を作る。Niの微粉体39、Cuの微粉体39、Znの微粉体39から形成されたアロイ成形物42では、Zn及びCuの微粉体39を溶融させる温度(例えば、1100℃〜1200℃)で遷移金属微粉体圧縮物41を焼成(焼結)し、溶融したZn及びCuの微粉体39によってNiの微粉体39が接合(固着)される。
In the alloy molded article preparation step S4, in the transition metal fine powder compact 41 mainly composed of Ni (nickel), Ni
また、アロイ成形物作成工程S4において、Ni(ニッケル)を主成分とした遷移金属微粉体圧縮物41では、Niの微粉体39、Mn(マンガン)の微粉体39、Mo(モリブデン)の微粉体39を混合した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物41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(通路孔)を形成したポーラス構造のアロイ成形物42を作る。Niの微粉体39、Mnの微粉体39、Moの微粉体39から形成されたアロイ成形物42では、Mn及びNiの微粉体39を溶融させる温度(例えば、1460℃〜1500℃)で遷移金属微粉体圧縮物41を焼成し、溶融したMn及びNiの微粉体39によってMoの微粉体39が接合(固着)される。
Further, in the alloy molded article preparation step S4, the transition metal fine powder compact 41 mainly composed of Ni (nickel) contains Ni
アロイ成形物作成工程S4において、Fe(鉄)を主成分とした遷移金属微粉体圧縮物41では、Feの微粉体39、Ni(ニッケル)の微粉体39、Cu(銅)の微粉体39を混合した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物41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(通路孔)を形成したポーラス構造のアロイ成形物42を作る。Feの微粉体39、Niの微粉体39、Cuの微粉体39から形成されたアロイ成形物42では、Cu及びNiの微粉体39を溶融させる温度(例えば、1460℃〜1500℃)で遷移金属微粉体圧縮物41を焼成し、溶融したCu及びNiの微粉体39によってFeの微粉体39が接合(固着)される。
In the alloy molded article preparation step S4, in the transition metal fine powder compact 41 mainly containing Fe (iron), the
また、アロイ成形物作成工程S4において、Fe(鉄)を主成分とした遷移金属微粉体圧縮物41では、Feの微粉体39、Ti(チタン)の微粉体39、Ag(銀)の微粉体39を混合した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物41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(通路孔)を形成したポーラス構造のアロイ成形物42を作る。Feの微粉体39、Tiの微粉体39、Agの微粉体39から形成されたアロイ成形物42では、Ag及びFeの微粉体39を溶融させる温度(例えば、1540℃〜1600℃)で遷移金属微粉体圧縮物41を焼成し、溶融したAg及びFeの微粉体39によってTiの微粉体39が接合(固着)される。
Further, in the alloy molded article preparation step S4, the transition metal fine powder compact 41 containing Fe (iron) as a main component has a
アロイ成形物作成工程S4において、Cu(銅)を主成分とした遷移金属微粉体圧縮物41では、Cuの微粉体39、Fe(鉄)の微粉体39、Zn(亜鉛)の微粉体39を混合した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物41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(通路孔)を形成したポーラス構造のアロイ成形物42を作る。Cuの微粉体39、Feの微粉体39、Znの微粉体39から形成されたアロイ成形物42では、Zn及びCuの微粉体39を溶融させる温度(例えば、1090℃〜1200℃)で遷移金属微粉体圧縮物41を焼成し、溶融したZn及びCuの微粉体39によってFeの微粉体39が接合(固着)される。
In the alloy molded article preparation step S4, the transition metal fine powder compact 41 containing Cu (copper) as a main component is composed of Cu
また、アロイ成形物作成工程S4において、Cu(銅)を主成分とした遷移金属微粉体圧縮物41では、Cuの微粉体39、Fe(鉄)の微粉体39、Ag(銀)の微粉体39を混合した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物41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(通路孔)を形成したポーラス構造のアロイ成形物42を作る。Cuの微粉体39、Feの微粉体39、Agの微粉体39から形成されたアロイ成形物42では、Ag及びCuの微粉体39を溶融させる温度(例えば、1090℃〜1200℃)で遷移金属微粉体圧縮物41を焼成し、溶融したAg及びCuの微粉体39によってFeの微粉体39が接合(固着)される。
Further, in the alloy molded article preparation step S4, the transition metal fine powder compact 41 containing Cu (copper) as a main component includes the Cu
アロイ微粒子担持工程S5では、アロイ成形物作成工程S4によって作られたアロイ成形物42をレーザー蒸発法によって蒸発させ、カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ成形物42のアロイ微粒子26を担持させる。アロイ微粒子26は、カーボンナノチューブ29の表面に均一に分散した状態でカーボンナノチューブ29の表面に担持され、カーボンナノホーン31の表面に均一に分散した状態でカーボンナノホーン31の表面に担持される。カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ微粒子26を担持させることでカーボンナノチューブ電極15A又はカーボンナノホーン電極15Aが作られる。アロイ微粒子担持工程S5では、カーボンナノチューブ電極15A又はカーボンナノホーン電極15Aが0.03mm〜0.3mmの範囲の厚み寸法L1に成形される。
In the alloy fine particle supporting step S5, the alloy molded
アロイ微粒子26の担持方法としては、金属電極薄板27の両面(前後面)又はカーボン電極薄板28の両面(前後面)にレーザー蒸発法によってカーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31を生成した(成長させた)後、レーザー蒸発法によってアロイ成形物26を蒸発させ、カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ成形物42のアロイ微粒子26を担持させる場合、又は、金属電極薄板27の両面(前後面)又はカーボン電極薄板28の両面(前後面)にレーザー蒸発法によってカーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31を生成すると(成長させると)同時に、レーザー蒸発法によってアロイ成形物42を蒸発させ、カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ成形物42のアロイ微粒子26を担持させる場合がある。
As a method for supporting the alloy
また、アロイ微粒子担持工程S5では、アロイ成形物作成工程によって作られたアロイ成形物42をレーザー蒸発法によって蒸発させ、カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ成形物42のアロイ微粒子26を担持させつつ、カーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31の表面から外側へ向かって重なり合うアロイ微粒子26によってアロイ微粒子積層ポーラス構造33を形成する。アロイ微粒子26は、カーボンナノチューブ29の表面に均一に分散した状態でカーボンナノチューブ29の表面に担持されて重なり合い、カーボンナノホーン31の表面に均一に分散した状態でカーボンナノホーン31の表面に担持されて重なり合ってアロイ微粒子積層ポーラス構造33を形成する。カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面に多数のアロイ微粒子26からなるアロイ微粒子積層ポーラス構造33を形成することでカーボンナノチューブ電極15B又はカーボンナノホーン電極15Bが作られる。アロイ微粒子積層ポーラス構造33を形成するアロイ微粒子担持工程S5では、カーボンナノチューブ電極15B又はカーボンナノホーン電極15Bが0.03mm〜0.3mmの範囲の厚み寸法L1に成形される。
Further, in the alloy fine particle supporting step S5, the alloy molded
アロイ微粒子積層ポーラス構造33を形成する方法としては、金属電極薄板27の両面(前後面)又はカーボン電極薄板28の両面(前後面)にレーザー蒸発法によってカーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31を生成した(成長させた)後、レーザー蒸発法によってアロイ成形物42を蒸発させ、カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ成形物42のアロイ微粒子26を担持させてアロイ微粒子積層ポーラス構造33を形成する場合、又は、金属電極薄板27の両面(前後面)又はカーボン電極薄板28の両面(前後面)にレーザー蒸発法によってカーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31を生成すると(成長させると)同時に、レーザー蒸発法によってアロイ成形42物を蒸発させ、カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ成形物42のアロイ微粒子26を担持させてアロイ微粒子積層ポーラス構造33を形成する場合がある。
As a method for forming the alloy fine particle laminated
なお、アロイ成形物作成工程S4とアロイ微粒子担持工程S5との間にアロイ微粉体作成工程S6が行われる場合、アロイ微粉体作成工程S6では、アロイ成形物作成工程S4によって作られたアロイ成形物42を微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕してアロイ微粉体43を作る。Ni(ニッケル)を主成分としたアロイ微粉体43(Niを主成分とした合金微粉体)の一例としては、Niの微粉体39、Cuの微粉体39、ZNの微粉体39を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物41を焼成してアロイ成形物42を作り、そのアロイ成形物42を微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕した微粉砕物である。Ni(ニッケル)を主成分としたアロイ微粉体43の他の一例としては、Niの微粉体39、Mnの微粉体39、Moの微粉体39を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物41を焼成してアロイ成形物42を作り、そのアロイ成形物42を微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕した微粉砕物である。
When the alloy fine powder making step S6 is performed between the alloy molded article making step S4 and the alloy fine particle supporting step S5, in the alloy fine powder making step S6, the alloy molded article made in the alloy molded article making
Fe(鉄)を主成分としたアロイ微粉体43(Feを主成分とした合金微粉体)の一例としては、Feの微粉体39、Niの微粉体39、Cuの微粉体39を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物41を焼成してアロイ成形物42を作り、そのアロイ成形物42を微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕した微粉砕物である。Fe(鉄)を主成分としたアロイ微粉体43の他の一例としては、Feの微粉体39、Tiの微粉体39、Agの微粉体39を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物41を焼成してアロイ成形物42を作り、そのアロイ成形物42を微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕した微粉砕物である。
As an example of the alloy
Cu(銅)を主成分としたアロイ微粉体43(Cuを主成分とした合金微粉体)の一例としては、Cuの微粉体39、Feの微粉体39、Znの微粉体39を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物41を焼成してアロイ成形物42を作り、そのアロイ成形物42を微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕した微粉砕物である。Cu(銅)を主成分としたアロイ微粉体43の他の一例としては、Cuの微粉体39、Feの微粉体39、Agの微粉体39を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物41を焼成してアロイ成形物42を作り、そのアロイ成形物42を微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕した微粉砕物である。
As an example of the alloy
アロイ微粉体作成工程S6の後に行われるアロイ微粒子担持工程S5では、アロイ微粉体作成工程S6によって作られたアロイ微粉体43をレーザー蒸発法によって蒸発させ、カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ微粉体43のアロイ微粒子26を担持させる。アロイ微粒子26は、カーボンナノチューブ29の表面に均一に分散した状態でカーボンナノチューブ29の表面に担持され、カーボンナノホーン31の表面に均一に分散した状態でカーボンナノホーン31の表面に担持される。カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ微粒子43を担持させることでカーボンナノチューブ電極15B又はカーボンナノホーン電極15Bが作られる。アロイ微粒子担持工程S5では、カーボンナノチューブ電極15B又はカーボンナノホーン電極15Bが0.03mm〜0.3mmの範囲の厚み寸法L1に成形される。
In the alloy fine particle supporting step S5 performed after the alloy fine powder forming step S6, the alloy
アロイ微粒子26の担持方法としては、金属電極薄板27の両面(前後面)又はカーボン電極薄板28の両面(前後面)にレーザー蒸発法によってカーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31を生成した(成長させた)後、レーザー蒸発法によってアロイ微粉体43を蒸発させ、カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ微粉体43のアロイ微粒子26を担持させる場合、又は、金属電極薄板27の両面(前後面)又はカーボン電極薄板28の両面(前後面)にレーザー蒸発法によってカーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31を生成すると(成長させると)同時に、レーザー蒸発法によってアロイ微粉体43を蒸発させ、カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ微粉体43のアロイ微粒子26を担持させる場合がある。
As a method for supporting the alloy
また、アロイ微粒子担持工程S5では、アロイ微粉体作成工程S6によって作られたアロイ微粉体43をレーザー蒸発法によって蒸発させ、カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ微粉体43のアロイ微粒子26を担持させつつ、カーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31の表面から外側へ向かって重なり合うアロイ微粒子26によってアロイ微粒子積層ポーラス構造33を形成する。アロイ微粒子26は、カーボンナノチューブ29の表面に均一に分散した状態でカーボンナノチューブ29の表面に担持されて重なり合い、カーボンナノホーン31の表面に均一に分散した状態でカーボンナノホーン31の表面に担持されて重なり合ってアロイ微粒子積層ポーラス構造33を形成する。カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面に多数のアロイ微粒子26からなるアロイ微粒子積層ポーラス構造33を形成することでカーボンナノチューブ電極15B又はカーボンナノホーン電極15Bが作られる。アロイ微粒子積層ポーラス構造33を形成するアロイ微粒子担持工程S5では、カーボンナノチューブ電極15B又はカーボンナノホーン電極15Bが0.03mm〜0.3mmの範囲の厚み寸法L1に成形される。
In the alloy fine powder supporting step S5, the alloy
アロイ微粒子積層ポーラス構造を形成する方法としては、金属電極薄板27の両面(前後面)又はカーボン電極薄板28の両面(前後面)にレーザー蒸発法によってカーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31を生成した(成長させた)後、レーザー蒸発法によってアロイ微粉体43を蒸発させ、カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ微粉体43のアロイ微粒子26を担持させてアロイ微粒子積層ポーラス構造33を形成する場合、又は、金属電極薄板27の両面(前後面)又はカーボン電極薄板31の両面(前後面)にレーザー蒸発法によってカーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31を生成すると(成長させると)同時に、レーザー蒸発法によってアロイ微粉体43を蒸発させ、カーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ微粉体43のアロイ微粒子26を担持させてアロイ微粒子積層ポーラス構造33を形成する場合がある。
As a method of forming the alloy fine particle laminated porous structure,
電極製造方法は、各種の遷移金属38から選択する少なくとも3種類の遷移金属38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38の中から少なくとも3種類の遷移金属38を選択する遷移金属選択工程S1と、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38の遷移金属微粉体39を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物40を作る遷移金属微粉体混合物作成工程S2と、遷移金属微粉体混合物作成工程S2によって作られた遷移金属微粉体混合物40を所定圧力で加圧して遷移金属微粉体圧縮物41を作る遷移金属微粉体圧縮物作成工程S3と、遷移金属微粉体圧縮物作成工程S3によって作られた遷移金属微粉体圧縮物41を所定温度で焼成してアロイ成形物42を作るアロイ成形物作成工程S4と、カーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31を生成し、アロイ成形物作成工程S4によって作られたアロイ成形物43を蒸発させてカーボンナノチューブ29の表面又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ成形物43のアロイ微粒子26を担持させるアロイ微粒子担持工程S5との各工程によってカーボンナノチューブ電極15A,15B又はカーボンナノホーン電極15A,15Bを作ることができるから、白金族元素を利用しない白金レスの電極15A,15Bを廉価に作ることができ、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優れた触媒活性(触媒作用)を有して固体高分子形燃料電池10に好適に使用することが可能な白金レスの電極15A,15Bを廉価に作ることができる。
The electrode manufacturing method includes at least three of the various transition metals 38 such that the composite work function of the work functions of the at least three types of transition metals 38 selected from the various transition metals 38 approximates the work function of the platinum group element. Transition metal selection step S1 for selecting one kind of transition metal 38, and transition metal
電極製造方法は、金属電極薄板27の両面(前後面)又はカーボン電極薄板28の両面(前後面)にカーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31が固着され、カーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ微粒子26が担持され、又は、カーボンナノチューブ29又はカーボンナノホーン31の表面にアロイ微粒子積層ポーラス構造33が形成された厚み寸法L1が0.03mm〜0.3mmのカーボンナノチューブ電極15A,15B又はカーボンナノホーン電極15A,15Bを作ることができるから、電極15A,15Bの電気抵抗を低くすることができ、電極15A,15Bに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固体高分子形燃料電池10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電極15A,15Bを廉価に作ることができる
In the electrode manufacturing method,
10 固体高分子形燃料電池
11 セル
12 セルスタック
13A 燃料極(電極)
13B 燃料極(電極)
14A 空気極(電極)
14A 空気極(電極)
15A カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極
15B カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極
16 固体高分子電解質膜(電極接合体膜)
17 セパレータ
18 セパレータ
19 膜/電極接合体
20 ガス拡散層
21 ガス拡散層
22 ガスシール
23 ガスシール
24 前面
25 後面
26 アロイ微粉体
27 金属電極薄板
28 カーボン電極薄板
29 カーボンナノチューブ
30 凝集体(凝集板)
31 カーボンナノホーン
32 凝集体(凝集板)
33 アロイ微粒子積層ポーラス構造
34 流路
35 通流口
36 導線
37 負荷
38 遷移金属
39 遷移金属微粉体(微粉体)
40 遷移金属微粉体混合物
41 遷移金属微粉体圧縮物
42 アロイ成形物
43 アロイ微粉体
L1 厚み寸法
S1 遷移金属選択工程
S2 遷移金属微粉体混合物作成工程
S3 遷移金属微粉体圧縮物作成工程
S4 アロイ成形物作成工程
S5 アロイ微粒子担持工程
S6 アロイ微粉体作成工程
13B Fuel electrode (electrode)
14A air electrode (electrode)
14A air electrode (electrode)
15A Carbon nanotube electrode or
17
31 Carbon nanohorn 32 Aggregate (aggregate plate)
33 Alloy fine particle laminated
Claims (16)
前記燃料極及び前記空気極が、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極であり、前記カーボンナノチューブ電極又は前記カーボンナノホーン電極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも3種類の遷移金属の遷移金属微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物のアロイ微粒子と、カーボンナノチューブの凝集体又はカーボンナノホーンの凝集体とを含み、前記遷移金属微粉体混合物では、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、前記カーボンナノチューブ電極又は前記カーボンナノホーン電極では、前記アロイ微粒子がカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面に担持されていることを特徴とする固体高分子形燃料電池。 The fuel cell further includes a cell stack having a plurality of cells, wherein the cells include a fuel electrode and an air electrode, an electrode assembly film located between the fuel electrode and the air electrode, and a fuel electrode and an air electrode. In a polymer electrolyte fuel cell formed from an outer and a separator located on the outside,
The fuel electrode and the air electrode are a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode, and the carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode is a transition metal fine powder of at least three types of transition metals selected from various transition metals. An alloy molded article obtained by compressing a homogeneously mixed / dispersed transition metal fine powder mixture and then baked is included, and includes an aggregate of carbon nanotubes or an aggregate of carbon nanohorns. At least three types of transition metals are selected from the various transition metals so that the calculated work function of the work functions of the at least three types of transition metals approximates the work function of the platinum group element; Alternatively, in the carbon nanohorn electrode, the alloy fine particles are Polymer electrolyte fuel cell characterized by being carried on the surface or surfaces of the carbon nanohorn nanotubes.
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種類の遷移金属の遷移金属微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物を作る遷移金属微粉体混合物作成工程と、前記遷移金属微粉体混合物作成工程によって作られた遷移金属微粉体混合物を所定圧力で加圧して遷移金属微粉体圧縮物を作る遷移金属微粉体圧縮物作成工程と、前記遷移金属微粉体圧縮物作成工程によって作られた遷移金属微粉体圧縮物を所定温度で焼成してアロイ成形物を作るアロイ成形物作成工程と、カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンを生成し、前記アロイ成形物作成工程によって作られたアロイ成形物を蒸発させて前記カーボンナノチューブの表面又は前記カーボンナノホーンの表面に該アロイ成形物のアロイ微粒子を担持させるアロイ微粒子担持工程とを有することを特徴とする固体高分子形燃料電池の電極製造方法。 In an electrode manufacturing method for manufacturing a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn used as a fuel electrode and an air electrode of a polymer electrolyte fuel cell,
The electrode manufacturing method may include at least three types of transition metals such that a composite work function of work functions of at least three types of transition metals selected from various types of transition metals approximates a work function of a platinum group element. Transition metal selecting step of selecting a transition metal of the above, and transition metal fine powder for uniformly mixing and dispersing transition metal fine powders of at least three types of transition metals selected in the transition metal selecting step. A mixture preparation step, a transition metal fine powder compact to produce a transition metal fine powder compact by pressing the transition metal fine powder mixture produced by the transition metal fine powder mixture preparation step at a predetermined pressure, and the transition metal An alloy molded product producing step of firing the transition metal fine powder compact produced by the fine powder compact produced process at a predetermined temperature to form an alloy molded product; An alloy fine particle carrier for generating a tube or a carbon nanohorn, evaporating the alloy molded product formed in the alloy molded product forming step, and carrying the alloy fine particles of the alloy molded product on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn. And a process for producing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell.
The alloy fine particle supporting step forms the carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode into a thickness dimension in a range of 0.03 mm to 0.3 mm, and overlaps outward from the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn. The method for manufacturing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 11 to 15, wherein the alloy fine particles form an alloy fine particle laminated porous structure.
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