JP2020139188A - 電気分解装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】白金族金属の含有量が少ないにもかかわらず、優れた触媒活性を有する陽極及び陰極を備えた、電気分解装置を提供する。【解決手段】電気分解装置１０を形成する陽極１１及び陰極１２は、各種の白金族金属から選択された少なくとも１種類の少量の白金族金属とＦｅ−Ｎｉパーマロイとから形成され、選択された少なくとも１種類の白金族金属を微粉砕した白金族金属微粉体及びＦｅ−Ｎｉパーマロイを微粉砕したパーマロイ微粉体に所定のバインダーを均一に混合・分散しつつ所定の気孔形成材を均一に混合・分散し、それら微粉体にバインダー及び気孔形成材を混合した微粉体混合物を所定面積の薄板状に成形した後、所定面積の薄板状に成形した微粉体混合成形物を脱脂・焼結することで、多数の微細な連続気孔が満遍なく形成されたマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極であり、連続気泡を画成するパーマロイ溶融物の表面に白金族金属微粉体が露出している。【選択図】図１
Description
本発明は、電気を利用して所定の水溶液を化学分解する電気分解装置に関する。
反応管と、反応管内に収容された触媒体と、流体入口及び流体出口を有する筒状体とを備え、流体入口と流体出口とが筒状体の内部を流路として互いに連通し、反応管が流路内に配置され、触媒体が軸線を反応管の長手方向に平行にする向きに反応管に挿入され、触媒体が一定の軸線に沿って延在する基材と脱水素触媒を含む脱水素触媒層とを備え、基材が軸線を中心として回転する方向にねじれながら軸線に沿って延在する板状部を含み、板状部の表面上に脱水素触媒層が設けられている水素発生装置が開示されている（特許文献１参照）。
前記特許文献１に開示の水素発生装置の触媒体は、金属の成形体の表面を陽極酸化して金属の酸化物を含む金属酸化物膜を形成する工程と、金属酸化物膜に脱水素触媒を担持させる工程とから作られる。金属酸化物膜に脱水素触媒を担持させる工程では、 ヘキサクロロ白金（ＩＶ）酸イオンを含む酸性の塩化白金水溶液を金属酸化物膜と接触させることによって金属酸化物膜にヘキサクロロ白金（ＩＶ）酸イオンを付着させるとともに、ヘキサクロロ白金（ＩＶ）酸イオンが付着している金属酸化物膜を焼成して金属酸化物膜に脱水素触媒として白金を担持させる。
電気分解装置の陽極及び陰極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、その使用を抑えることが求められている。さらに、今後の電気分解装置の普及に向けて高価な白金の含有量を極力少なくするとともに、少ない量の白金とともに白金以外の金属を使用した陽極や陰極の開発が求められている。
本発明の目的は、白金族金属の含有量を極力少なくすることができ、白金族金属の含有量が少ないにもかかわらず、優れた触媒活性（触媒作用）を有する陽極及び陰極を備え、その陽極及び陰極を使用して電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる電気分解装置を提供することにある。
前記課題を解決するための本発明の電気分解装置は、陽極及び陰極と、陽極と陰極との間に位置してそれら極を接合する電極接合体膜とを備え、陽極及び陰極が、各種の白金族金属から選択された少なくとも１種類の少量の白金族金属とＦｅ−Ｎｉパーマロイとから形成され、陽極及び陰極は、選択された少なくとも１種類の白金族金属を微粉砕した白金族金属微粉体及びＦｅ−Ｎｉパーマロイを微粉砕したパーマロイ微粉体に所定のバインダーを均一に混合・分散しつつ所定の気孔形成材を均一に混合・分散し、それら微粉体にバインダー及び気孔形成材を混合した微粉体混合物を所定面積の薄板状に成形した後、所定面積の薄板状に成形した微粉体混合成形物を脱脂・焼結することで、多数の微細な連続気孔が満遍なく形成されたマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極であり、パーマロイ微粉体が溶融結合したパーマロイ溶融物に白金族金属微粉体が固定されているとともに、連続気泡を画成するパーマロイ溶融物の表面に白金族金属微粉体が露出し、マイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極である陽極及び陰極に電気を通電し、陽極で酸化反応を起こすとともに陰極で還元反応を起こすことで所定の水溶液を化学分解することを特徴とする。
本発明の電気分解装置の一例として、陽極及び陰極では、パーマロイ微粉体の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＦｅの含有率とＮｉの含有率とが決定されている。
本発明の電気分解装置の他の一例としては、陽極及び陰極に形成された連続気泡が、陽極及び陰極の前面と後面との間で厚み方向へ不規則に曲折しながら延びているとともに、陽極及び陰極の中心と外周縁との間で径方向へ不規則に曲折しながら延びている。
本発明の電気分解装置の他の一例としては、径方向へ隣接して厚み方向へ曲折して延びるそれら連続気泡が、径方向において部分的に繋がって一方の連続気泡と他方の連続気泡とが互いに連通し、厚み方向へ隣接して径方向へ曲折して延びるそれら連続気泡が、厚み方向において部分的に繋がって一方の連続気泡と他方の連続気泡とが互いに連通し、それら連続気泡の平均径が、厚み方向に向かって一様ではなく、厚み方向に向かって不規則に変化しているとともに、径方向に向かって一様ではなく、径方向に向かって不規則に変化している。
本発明の電気分解装置の他の一例としては、陽極及び陰極に形成された連続気孔の平均径が、１μｍ〜１００μｍの範囲にあるとともに、±０．１μｍ〜±５μｍの範囲で変化している。
本発明の電気分解装置の他の一例としては、陽極及び陰極の厚み寸法が、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲にある。
本発明の電気分解装置の他の一例としては、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＦｅの含有率が、４５％〜５５％の範囲、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＮｉの含有率が、４５％〜５５％の範囲にあり、白金族金属微粉体とパーマロイ微粉体とを混合した微粉体混合物の全重量に対する白金族金属微粉体の重量比が、４重量％〜１０重量％の範囲、白金族金属微粉体とパーマロイ微粉体とを混合した微粉体混合物の全重量に対するパーマロイ微粉体の重量比が、９０重量％〜９６重量％の範囲にある。
本発明の電気分解装置の他の一例としては、陽極及び陰極に成形された連続気泡の気孔率が、４５％〜５５％の範囲にある。
本発明の電気分解装置の他の一例としては、陽極及び陰極の密度が、６．０ｇ／ｃｍ２〜８．０ｇ／ｃｍ２の範囲にある。
本発明の電気分解装置の他の一例としては、パーマロイ微粉体の粒径が、１μｍ〜１００μｍの範囲にあり、白金族金属微粉体の粒径が、５０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲にある。
本発明に係る電気分解装置によれば、それに使用される陽極及び陰極が、各種の白金族金属から選択された少なくとも１種類の少量の白金族金属とＦｅ−Ｎｉパーマロイとから形成され、選択された少なくとも１種類の白金族金属を微粉砕した白金族金属微粉体及びＦｅ−Ｎｉパーマロイを微粉砕したパーマロイ微粉体に所定のバインダーを均一に混合・分散しつつ所定の気孔形成材を均一に混合・分散し、それら微粉体にバインダー及び気孔形成材を混合した微粉体混合物を所定面積の薄板状に成形した後、所定面積の薄板状に成形した微粉体混合成形物を脱脂・焼結することで、多数の微細な連続気孔が満遍なく形成されたマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極であり、パーマロイ微粉体が溶融結合したパーマロイ溶融物に白金族金属微粉体が固定されているとともに、連続気泡を画成するパーマロイ溶融物の表面に白金族金属微粉体が露出しているから、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイを使用することで、白金族金属の含有量を極力少なくすることができるとともに、パーマロイ溶融物の表面に露出する白金族金属の触媒活性を利用するとともにＦｅ−Ｎｉパーマロイの触媒活性を利用した燃料極及び空気極を使用して電気分解装置において電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
陽極及び陰極において、パーマロイ微粉体の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＦｅ（鉄）の含有率とＮｉ（ニッケル）の含有率とが決定されている電気分解装置は、パーマロイ微粉体の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＦｅやＮｉの含有率が決定されているから、白金族金属の含有量が少ないにもかかわらず、陽極及び陰極が白金族金属を担持した電極と略同一の仕事関数を備え、陽極及び陰極が白金族金属を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を発揮し、パーマロイ溶融物の表面に露出する白金族金属の触媒活性を利用するとともにＦｅ−Ｎｉパーマロイの触媒活性を利用した陽極及び陰極を使用して電気分解装置において電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
陽極及び陰極に形成された連続気泡が陽極及び陰極の前面と後面との間で厚み方向へ不規則に曲折しながら延びているとともに、陽極及び陰極の中心と外周縁との間で径方向へ不規則に曲折しながら延びている電気分解装置は、それら連続気泡が厚み方向及び径方向へ不規則に曲折しながら延びているから、陽極及び陰極の比表面積を大きくすることができ、それら連続気孔を液体（水）が通流することで液体を陽極及び陰極の接触面に広範囲に接触させることができ、陽極及び陰極の触媒作用を最大限に利用することができる。電気分解装置は、それに使用する陽極及び陰極が優れた触媒活性（触媒作用）を有するとともに、陽極及び陰極において液体（水）を広範囲に接触させ、陽極及び陰極の触媒作用を最大限に利用することができるから、その陽極及び陰極を使用した電気分解装置において電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
径方向へ隣接して厚み方向へ曲折して延びるそれら連続気泡が径方向において部分的に繋がって一方の連続気泡と他方の連続気泡とが互いに連通し、厚み方向へ隣接して径方向へ曲折して延びるそれら連続気泡が厚み方向において部分的に繋がって一方の連続気泡と他方の連続気泡とが互いに連通し、それら連続気泡の平均径が厚み方向に向かって一様ではなく、厚み方向に向かって不規則に変化しているとともに、径方向に向かって一様ではなく、径方向に向かって不規則に変化している電気分解装置は、径方向及び厚み方向において一方の連続気泡と他方の連続気泡とが互いに連通し、それら連続気泡の平均径が厚み方向及び径方向に向かって不規則に変化しているから、陽極及び陰極の比表面積を大きくすることができ、それら連続気孔を液体（水）が通流することで液体を陽極及び陰極の接触面に広範囲に接触させることができ、陽極及び陰極の触媒作用を最大限に利用することができる。電気分解装置は、それに使用する陽極及び陰極が優れた触媒活性（触媒作用）を有するとともに、陽極及び陰極において液体（水）を広範囲に接触させ、陽極及び陰極の触媒作用を最大限に利用することができるから、その陽極及び陰極を使用した電気分解装置において電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
陽極及び陰極に形成された連続気孔の平均径が１μｍ〜１００μｍの範囲にあるとともに、±０．１μｍ〜±５μｍの範囲で変化している電気分解装置は、陽極及び陰極に形成された連続気孔の平均径が１〜１００μｍの範囲にあるとともに±０．１μｍ〜±５μｍの範囲で変化しているから、陽極及び陰極の単位体積当たりに多数の連続気孔が形成され、陽極及び陰極の比表面積を大きくすることができ、それら気孔を液体（水）が通流することで液体を陽極及び陰極の接触面に広範囲に接触させることができ、陽極及び陰極の触媒作用を最大限に利用することができる。電気分解装置は、それに使用する陽極及び陰極が優れた触媒活性（触媒作用）を有するとともに、陽極及び陰極において液体（水）を広範囲に接触させ、陽極及び陰極の触媒作用を最大限に利用することができるから、その陽極及び陰極を使用した電気分解装置において電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
陽極及び陰極の厚み寸法が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲にある電気分解装置は、陽極及び陰極の厚み寸法を前記範囲にすることで、陽極及び陰極の電気抵抗を小さくすることができ、陽極及び陰極に電流をスムースに流すことができる。電気分解装置は、それに使用する陽極及び陰極が白金族元素を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を有するとともに、陽極及び陰極に電流がスムースに流れる（プロトン導電性がある）から、陽極及び陰極を使用した電気分解装置において電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＦｅの含有率が４５％〜５５％の範囲、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＮｉの含有率が４５％〜５５％の範囲にあり、白金族金属微粉体とパーマロイ微粉体とを混合した微粉体混合物の全重量に対する白金族金属微粉体の重量比が４重量％〜１０重量％の範囲、白金族金属微粉体とパーマロイ微粉体とを混合した微粉体混合物の全重量に対するパーマロイ微粉体の重量比が９０重量％〜９６重量％の範囲にある電気分解装置は、パーマロイ微粉体の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−ＮｉパーマロイにおけるＦｅ及びＮｉの含有率を前記範囲で定めているから、白金族元素の含有量が少ないにもかかわらず、陽極及び陰極が白金族元素を担持した電極と略同一の仕事関数を備え、電気分解装置に使用する陽極及び陰極に白金族元素を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を発揮させることができる。電気分解装置は、微粉体混合物の全重量に対する白金族金属微粉体の重量比が前記範囲にあり、陽極及び陰極における高価な白金族金属の含有量が少ないから、陽極及び陰極の材料費を低減させることができ、電気分解装置を廉価に作ることができる。電気分解装置は、陽極及び陰極が白金族金属を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を発揮するから、陽極及び陰極を使用した電気分解装置において電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
陽極及び陰極に成形された連続気泡の気孔率が４５％〜５５％の範囲にある電気分解装置は、陽極及び陰極の気孔率を前記範囲にすることで、陽極及び陰極が多数の微細な連続気孔を有する多孔質（平均径が１μｍ〜１００μｍの微細な連続気孔が満遍なく均一に形成されたマイクロポーラス構造）に形成され、陽極及び陰極の比表面積を大きくすることができ、それら連続気孔を液体（水）が通流しつつ液体を陽極及び陰極の接触面に広範囲に接触させることが可能となり、陽極及び陰極の触媒作用を最大限に利用することができるとともに、電気分解装置に使用する陽極及び陰極に白金族金属を担持した電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮させることができる。
陽極及び陰極の密度が６．０ｇ／ｃｍ２〜８．０ｇ／ｃｍ２の範囲にある電気分解装置は、陽極及び陰極の密度を前記範囲にすることで、陽極及び陰極が多数の微細な連続気孔を有する多孔質（平均径が１μｍ〜１００μｍの微細な連続気孔が満遍なく均一に形成されたマイクロポーラス構造）に形成され、陽極及び陰極の比表面積を大きくすることができ、それら連続気孔を液体（水）が通流しつつ液体を陽極及び陰極の接触面に広範囲に接触させることが可能となり、陽極及び陰極の触媒作用を最大限に利用することができるとともに、電気分解装置に使用する陽極及び陰極に白金族金属を担持した電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮させることができる。
パーマロイ微粉体の粒径が１μｍ〜１００μｍの範囲にあり、白金族金属微粉体の粒径が５０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲にある電気分解装置は、パーマロイ微粉体の粒径を前記範囲にすることで、陽極及び陰極が多数の微細な連続気孔を有する多孔質（平均径が１μｍ〜１００μｍの微細な連続気孔が満遍なく均一に形成されたマイクロポーラス構造）に形成され、陽極及び陰極の比表面積を大きくすることができ、それら連続気孔を液体（水）が通流しつつ液体を陽極及び陰極の接触面に広範囲に接触させることが可能となり、陽極及び陰極の触媒作用を最大限に利用することができるとともに、電気分解装置に使用する陽極及び陰極に白金族金属を担持した電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮させることができる。
一例として示す電気分解装置１０の側面図である図１等の添付の図面を参照し、本発明に係る電気分解装置及び電気分解装置に使用する陽極及び陰極の製造方法の詳細を説明すると、以下のとおりである。なお、図２は、一例として示す陽極１１及び陰極１２の斜視図であり、図３は、陽極１１及び陰極１２の一例として示す部分拡大図である。図２では、厚み方向を矢印Ｘで示し、径方向を矢印Ｙで示す。
電気分解装置１０（水素ガス発生装置）は、陽極１１（アノード）と、陰極１２（カソード）と、陽極１１及び陰極１２の間に位置（介在）する固体高分子電解質膜１３（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、陽極給電部材１４及び陰極給電部材１５と、陽極用貯水槽１６及び陰極用貯水槽１７と、陽極主電極１８及び陰極主電極１９とから形成されている。
電気分解装置１０は、陽極１１及び陰極１２に電気を通電し、陽極１１で酸化反応を起こすとともに陰極１２で還元反応を起こすことで所定の水溶液を化学分解する。電気分解装置１０では、陽極１１及び陰極１２、固体高分子電解質膜１３が厚み方向へ重なり合って一体化し、膜/電極接合体２０ (Membrane Electrode Assembly, MEA)を構成し、膜/電極接合体２０を陽極給電部材１４と陰極給電部材１５とが挟み込んでいる。膜/電極接合体２０では、ホットプレスによって固体高分子電解質膜１３の一方の面に陽極１１の面が隙間なく密着し、固体高分子電解質膜１３の他方の面に陰極１２の面が隙間なく密着している。固体高分子電解質膜１３は、プロトン導電性があり、電子導電性がない。
陽極給電部材１４は、陽極１１の外側に位置して陽極１１に密着し、陽極１１に＋の電流を給電する。陽極用貯水槽１６は、陽極給電部材１４の外側に位置して陽極給電部材１４に密着している。陽極主電極１８は、陽極用貯水槽１６の外側に位置して陽極給電部材１４に＋の電流を給電する。陰極給電部材１５は、陰極１２の外側に位置して陰極１２に密着し、陰極１２に−の電流を給電する。陰極用貯水槽１７は、陰極給電部材１５の外側に位置して陰極給電部材１５に密着している。陰極主電極１９は、陰極用貯水槽１７の外側に位置して陰極給電部材１５に−の電流を給電する。
電気分解装置１０（水素ガス発生装置）に使用する陽極１１及び陰極１２は、前面２１及び後面２２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。陽極１１及び陰極１２は、多数の微細な気孔２３（連続かつ独立通路孔）を有する多孔質（マイクロポーラス構造）の薄板状発泡金属電極２４である。気孔２３には、水溶液（液体）が通流する。なお、陽極１１や陰極１２の平面形状に特に制限はなく、四角形の他に、その用途にあわせて円形や楕円形等の他のあらゆる平面形状に成形することができる。
陽極１１及び陰極１２（マイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極２４）は、粉状に微粉砕（粉砕加工）された白金族金属４９と、粉状に微粉砕（粉砕加工）されたＦｅ−Ｎｉパーマロイ５０とから形成されている。白金族金属４９としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｂ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）を使用することができる。白金族金属４９には、それらのうちの少なくとも１種類が使用される。
白金族金属４９の白金族金属微粉体５１（微粉状に粉砕加工されたＰｔ（白金）、微粉状に粉砕加工されたＰｂ（パラジウム）、微粉状に粉砕加工されたＲｈ（ロジウム）、微粉状に粉砕加工されたＲｕ（ルテニウム）、微粉状に粉砕加工されたＩｒ（イリジウム）、微粉状に粉砕加工されたＯｓ（オスミウム））とＦｅ−Ｎｉパーマロイ５０のパーマロイ微粉体５２（微粉状に粉砕加工されたＦｅ−Ｎｉパーマロイ５２）とに所定のバインダー５３（紛状の樹脂系バインダー）を混合し、白金族金属微粉体５１とパーマロイ微粉体５２とバインダー５３とを均一に混合・分散した微粉体混合物５５を作り、更に、微粉体混合物５５に所定の気孔形成材５４（発泡剤）を混合し、気孔形成材５４を均一に混合・分散した微粉体混合物５５を作る。作成した微粉体混合物５５を所定面積の薄板状に成形（押出成形又は射出成形）して薄板状の微粉体混合成形物５６を作り、作成した微粉体混合成形物５６を脱脂及び所定温度で焼結（焼成）することから陽極１１及び陰極１２（薄板状発泡金属電極２４）が作られている（図９参照）。白金族金属微粉体５１は、パーマロイ微粉体５２が溶融結合したパーマロイ溶融物に固定されているとともに、連続気泡２３を画成かつ囲繞するパーマロイ溶融物の表面に露出している。
陽極１１及び陰極１２では、パーマロイ微粉体５２の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ５０におけるＦｅの含有率（重量比）とＮｉの含有率（重量比）とが決定されている。具体的には、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ５０におけるＦｅ（鉄）の含有率が４５％〜５５％の範囲、好ましくは、４９％〜５１％の範囲にあり、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ５０におけるＮｉ（ニッケル）の含有率が４５％〜５５％の範囲、好ましくは、４９％〜５１％の範囲にある。
なお、白金の仕事関数は、５．６５（ｅＶ）、Ｆｅの仕事関数は、４．６７（ｅＶ）であり、Ｎｉの仕事関数は、５．２２（ｅＶ）である。Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ５０におけるＦｅの含有率及びＦｅ−Ｎｉパーマロイ５０におけるＮｉの含有率が前記範囲外になると、パーマロイ微粉体５２の仕事関数を白金族元素の仕事関数に近似させることができず、微粉体混合物５５を成形した微粉体混合成形物５６を脱脂・焼結（焼成）して作られた陽極１１及び陰極１２（薄板状発泡金属電極２４）が白金族元素を担持した電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができない。
白金族金属微粉体５１とパーマロイ微粉体５２とを混合した微粉体混合物５５の全重量（１００％）に対する白金族金属微粉体５１の重量比（含有率）は、４重量％〜１０重量％の範囲、好ましくは、５重量％〜８重量％の範囲にあり、白金族金属微粉体５１とパーマロイ微粉体５２とを混合した微粉体混合物５５の全重量（１００％）に対するパーマロイ微粉体５２の重量比（含有率）は、９０重量％〜９６重量％の範囲、好ましくは、９２重量％〜９５重量％の範囲にある。白金族金属微粉体５１とパーマロイ微粉体５２とを混合した微粉体混合物５５の全重量に対する白金族金属微粉体５１の重量比、白金族金属微粉体５１とパーマロイ微粉体５２とを混合した微粉体混合物５５の全重量に対するパーマロイ微粉体５２の重量比が前記範囲外になると、微粉体混合物５５を成形した微粉体混合成形物５６を脱脂・焼結（焼成）して作られた陽極１１及び陰極１２（薄板状発泡金属電極２４）が白金族元素を担持した電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができない。
陽極１１及び陰極１２（薄板状発泡金属電極２４）には、径が異なる多数の微細な連続気孔２３（連続通気孔）が形成されている。陽極１１及び陰極１２は、多数の微細な連続気孔２３が形成されているから、その比表面積が大きい。陽極１１及び陰極１２（薄板状発泡金属電極２４）に形成されたそれら連続気孔２３は、陽極１１及び陰極１２の前面２１に開口する複数の通流口２５と、陽極１１及び陰極１２の後面２２に開口する複数の通流口２５とを有し、陽極１１及び陰極１２の前面２１から後面２２に向かって陽極１１及び陰極１２をその厚み方向に貫通しているとともに、陽極１１及び陰極１２の中心から外周縁２６に向かってその径方向に貫通している。
それら連続気孔２３は、陽極１１及び陰極１２の前面２１と後面２２との間において陽極１１及び陰極１２の厚み方向へ不規則に曲折しながら延びているとともに、陽極１１及び陰極１２の外周縁２６から中心に向かって陽極１１及び陰極１２の径方向へ不規則に曲折しながら延びている。径方向へ隣接して厚み方向へ曲折して延びるそれら連続気孔２３（連続通気孔）は、径方向において部分的につながり、一方の気孔２３と他方の気孔２３とが互いに連通している。厚み方向へ隣接して径方向へ曲折して延びるそれら連続気孔２３（連続通気孔）は、厚み方向において部分的につながり、一方の気孔２３と他方の気孔２３とが互いに連通している。
それら連続気孔２３の平均径（開口面積）は、厚み方向に向かって一様ではなく、厚み方向に向かって不規則に変化しているとともに、径方向に向かって一様ではなく、径方向に向かって不規則に変化している。それら連続気孔２３は、その平均径（開口面積）が大きくなったり、小さくなったりしながら厚み方向と径方向とへ不規則に開口している。また、陽極１１及び陰極１２の前面２１に開口する通流口２５と後面２２に開口する通流口２５とは、その平均径（開口面積）が一様ではなく、その平均径がすべて相違している。それら連続気孔２３の平均径（開口面積）や前後面２１，２２の通流口２５の平均径（開口面積）は、１μｍ〜１００μｍの範囲、好ましくは、４５μｍ〜５５μｍの範囲にあり、±０．１μｍ〜±５μｍ（連続気孔２３の平均径の変化幅）の範囲で変化している。
電気分解装置１０は、それに使用する陽極１１及び陰極１２に厚み方向や径方向へ不規則に曲折しながら延びる複数の連続気孔２３（連続通気孔）が形成され、その気孔２３の平均径が１〜１００μｍの範囲（好ましくは、４５μｍ〜５５μｍの範囲）にあり、連続気孔２３の平均径の変化幅が±０．１μｍ〜±５μｍの範囲にあるから、陽極１１及び陰極１２の単位体積当たりに多数の連続気孔２３が形成され、陽極１１及び陰極１２の比表面積を大きくすることができ、それら気孔２３を液体（水）が通流しつつ液体を陽極１１及び陰極１２のそれら気孔２３における接触面に広範囲に接触させることができ、陽極１１及び陰極１２の触媒活性（触媒作用）を有効かつ最大限に利用することができる。
陽極１１及び陰極１２（マイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極２４）は、その厚み寸法Ｌ１が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲にある。陽極１１及び陰極１２の厚み寸法Ｌ１が０．０５ｍｍ未満では、陽極１１及び陰極１２の強度が低下し、衝撃が加えられたときに陽極１１及び陰極１２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。陽極１１及び陰極１２の厚み寸法Ｌ１が０．５ｍｍを超過すると、陽極１１及び陰極１２の電気抵抗が大きくなり、陽極１１及び陰極１２に電流がスムースに流れず（プロトン導電性が低く）、陽極１１及び陰極１２が電気分解装置１０に使用されたときに電気分解装置１０において電気分解を効率よく行うことができず、短時間に多量の水素ガスを発生させることができない。
電気分解装置１０は、それに使用する陽極１１及び陰極１２の厚み寸法Ｌ１が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲にあるから、陽極１１及び陰極１２が高い強度を有してその形状を維持することができ、陽極１１及び陰極１２に衝撃が加えられたときの陽極１１及び陰極１２の破損や損壊を防ぐことができる。更に、陽極１１及び陰極１２の電気抵抗を小さくすることができ、陽極１１及び陰極１２に電流がスムースに流れ（プロトン導電性が高く）、陽極１１及び陰極１２が電気分解装置１０に使用されたときに電気分解装置１０において電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
陽極１１及び陰極１２（マイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極２４）は、その気孔率が４５％〜５５％の範囲にある。陽極１１及び陰極１２の気孔率が４５％未満では、陽極１１及び陰極１２に多数の微細な連続気孔２３（連続通気孔）が形成されず、陽極１１及び陰極１２の比表面積を大きくすることができない。陽極１１及び陰極１２の気孔率が５５％を超過すると、連続気孔２３（連続通気孔）の平均径（開口面積）や前後面２１，２２の通流口２５の平均径（開口面積）が必要以上に大きくなり、陽極１１及び陰極１２の強度が低下し、衝撃が加えられたときに陽極１１及び陰極１２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とともに、陽極１１及び陰極１２の触媒作用が低下し、陽極１１及び陰極１２が十分な触媒活性を発揮することができず、陽極１１及び陰極１２の触媒活性（触媒作用）を有効に利用することができない。
電気分解装置１０は、それに使用する陽極１１及び陰極１２の気孔率が前記範囲にあるから、陽極１１及び陰極１２が平均径（開口面積）の異なる多数の微細な連続気孔２３（平均径が１〜１００μｍの範囲、好ましくは、４５μｍ〜５５μｍの範囲の連続気孔２３）や平均径（開口面積）の異なる多数の微細な前後面２１，２２の通流口２５（平均径が１〜１００μｍの範囲、好ましくは、４５μｍ〜５５μｍの範囲の通流口２５）を有する多孔質（マイクロポーラス構造）に成形され、陽極１１及び陰極１２の比表面積を大きくすることができ、それら気孔２３を液体（水）が通流しつつ液体を陽極１１及び陰極１２のそれら気孔２３における接触面に広く接触させることができる。更に、陽極１１及び陰極１２の触媒作用が向上し、陽極１１及び陰極１２に優れた触媒活性を発揮させることができ、陽極１１及び陰極１２が電気分解装置１０に使用されたときに電気分解装置１０において電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
陽極１１及び陰極１２（マイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極２４）は、その密度が６．０ｇ／ｃｍ２〜８．０ｇ／ｃｍ２の範囲、好ましくは、６．５ｇ／ｃｍ２〜７．５ｇ／ｃｍ２の範囲にある。陽極１１及び陰極１２の密度が６．０ｇ／ｃｍ２（６．５ｇ／ｃｍ２）未満では、陽極１１及び陰極１２の強度が低下し、衝撃が加えられたときに陽極１１及び陰極１２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とともに、陽極１１及び陰極１２の触媒作用が低下し、陽極１１及び陰極１２が十分な触媒活性を発揮することができず、陽極１１及び陰極１２の触媒活性（触媒作用）を有効に利用することができない。陽極１１及び陰極１２の密度が８．０ｇ／ｃｍ２（７．５ｇ／ｃｍ２）を超過すると、陽極１１及び陰極１２に多数の微細な連続気孔２３や多数の微細な通流口２５が形成されず、陽極１１及び陰極１２の比表面積を大きくすることができないとともに、陽極１１及び陰極１２の触媒作用が低下し、陽極１１及び陰極１２が十分な触媒活性を発揮することができず、陽極１１及び陰極１２の触媒活性（触媒作用）を有効に利用することができない。
電気分解装置１０は、それに使用する陽極１１及び陰極１２の密度が前記範囲にあるから、陽極１１及び陰極１２が平均径（開口面積）の異なる多数の微細な連続気孔２３（平均径が１〜１００μｍの範囲、好ましくは、４５μｍ〜５５μｍの範囲の連続気孔２３）や平均径（開口面積）の異なる多数の微細な前後面２１，２２の通流口２５（平均径が１〜１００μｍの範囲、好ましくは、４５μｍ〜５５μｍの範囲の通流口２５）を有する多孔質（マイクロポーラス構造）に成形され、陽極１１及び陰極１２の比表面積を大きくすることができ、それら気孔２３を液体（水）が通流しつつ液体を陽極１１及び陰極１２のそれら気孔２３における接触面に広く接触させることができ、陽極１１及び陰極１２の触媒作用を有効かつ最大限に利用することができる。更に、陽極１１及び陰極１２の触媒作用が向上し、陽極１１及び陰極１２に優れた触媒活性を発揮させることができ、陽極１１及び陰極１２が電気分解装置１０に使用されたときに電気分解装置１０において電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
パーマロイ微粉体５２（粉状に加工されたＦｅ−Ｎｉパーマロイ５０）の粒径は、１μｍ〜１００μｍの範囲、好ましくは、３０μｍ〜６０μｍの範囲にある。白金族金属微粉体５１（Ｐｔの微粉体（粉状に加工されたＰｔ）、Ｐｂの微粉状（粉状に加工されたＰｂ）、Ｒｈの微粉状（粉状に加工されたＲｈ）、Ｒｕの微粉状（粉状に加工されたＲｕ）、Ｉｒの微粉状（粉状に加工されたＩｒ）、Ｏｓの微粉状（粉状に加工されたＯｓ））の粒径は、５０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲にある。
パーマロイ微粉体５２の粒径が１μｍ未満では、パーマロイ微粉体４２によって連続気孔２３（連続通気孔）が塞がれ、陽極１１及び陰極１２に多数の微細な連続気孔２３を形成することができず、陽極１１及び陰極１２の比表面積を大きくすることができないとともに、陽極１１及び陰極１２の触媒作用が低下し、陽極１１及び陰極１２が十分な触媒活性を発揮することができず、陽極１１及び陰極１２の触媒活性（触媒作用）を有効に利用することができない。パーマロイ微粉体５２の粒径が１００μｍを超過すると、連続気孔２３の平均径（開口面積）や前後面２１，２２の通流口２５の平均径（開口面積）が必要以上に大きくなり、陽極１１及び陰極１２に多数の微細な連続気孔２３を形成することができず、陽極１１及び陰極１２の比表面積を大きくすることができないとともに、陽極１１及び陰極１２の触媒作用が低下し、陽極１１及び陰極１２が十分な触媒活性を発揮することができず、陽極１１及び陰極１２の触媒活性（触媒作用）を有効に利用することができない。
電気分解装置１０は、陽極１１及び陰極１２を形成するパーマロイ微粉体５２の粒径が前記範囲にあるから、陽極１１や陰極１２が平均径（開口面積）の異なる多数の微細な連続気孔２３（平均径が１〜１００μｍの範囲、好ましくは、４５μｍ〜５５μｍの範囲の連続気孔２３）や平均径（開口面積）の異なる多数の微細な前後面２１，２２の通流口２５（平均径が１〜１００μｍの範囲、好ましくは、４５μｍ〜５５μｍの範囲の通流口２５）を有する多孔質（マイクロポーラス構造）に成形され、陽極１１や陰極１２の比表面積を大きくすることができ、それら気孔２３を液体（水）が通流しつつ液体を陽極１１及び陰極１２のそれら気孔２３における接触面に広く接触させることができるとともに、陽極１１及び陰極１２の触媒活性（触媒作用）を有効かつ最大限に利用することができる。更に、陽極１１及び陰極１２の触媒作用が向上し、陽極１１及び陰極１２に優れた触媒活性を発揮させることができ、陽極１１及び陰極１２が電気分解装置１０に使用されたときに電気分解装置１０において電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
陽極１１及び陰極１２（マイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極２４）に使用する白金族金属３１の具体例としては、図９に示すように、粉状に加工された白金４９（Ｐｔ）の白金族金属微粉体５１（粒径：５０ｎｍ〜８０ｎｍ）が使用されている。白金４９とＦｅ−Ｎｉパーマロイ５０の微粉体５１，５２とに所定のバインダー５３及び所定の気孔形成材５４（発泡剤）を均一に混合・分散した微粉体混合物５５を作り、その微粉体混合物５５を押出成形又は射出成形によって所定面積の薄板状に成形して薄板状の微粉体混合成形物５６を作り、その微粉体混合成形物５６を脱脂するとともに所定温度で焼結（焼成）することで、多数の微細な連続気孔２３（平均径が１〜１００μｍの範囲、好ましくは、４５μｍ〜５５μｍの範囲の連続気孔２３）が形成されているとともに、パーマロイ微粉体５２が溶融結合したパーマロイ溶融物に白金族金属微粉体５１が固定され、連続気泡２３を画成かつ囲繞するパーマロイ溶融物の表面に白金族金属微粉体５２が露出するマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極２４に成形される。
図４は、電気分解装置１０を使用した電気分解の一例を説明する図であり、図５は、電気分解装置１０を利用した水素ガス生成システム２７の一例を示す図である。図４に示す電気分解では、水（水溶液）を電気分解し、水素と酸素とを発生させているが、水（Ｈ２Ｏ）の他に、電気分解装置１０を使用してＮａＯＨ水溶液、Ｈ２ＳＯ４水溶液、ＮａＣｌ水溶液、ＡｇＮＯ３水溶液、ＣｕＳＯ４水溶液の電気分解が行われる。
電気分解装置１０における水の電気分解では、図４に矢印で示すように、陽極用貯水槽１６及び陰極用貯水槽１７に水（Ｈ２Ｏ）が給水され、陽極主電極１８に電源から＋の電流が給電されるとともに、陰極主電極１９に電源から−の電流が給電される。陽極主電極１８に給電された＋の電流が陽極給電部材１４から陽極１１（アノード）に給電され、陰極主電極１９に給電された−の電流が陰極給電部材１５から陰極１２（カソード）に給電される。
陽極１１（電極）では、２Ｈ２Ｏ→４Ｈ＋＋４ｅ−＋Ｏ２の陽極反応（触媒作用）によって酸素が生成され、陰極１２（電極）では、４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２の陰極反応（触媒作用）によって水素が生成される。プロトン（水素イオン：Ｈ＋）は、固体高分子電解質膜１３内を通って陽極１１から陰極１２（電極）へ移動する。固体高分子電解質膜１２には、陽極１１で生成されたプロトンが通流する。
電気分解装置１０は、陽極１１（電極）や陰極１２（電極）がＰｔ３１（白金）（白金族金属）を微粉砕した白金族金属微粉体３７（粒径：５０ｎｍ〜８０ｎｍ）を含み、更に、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ３２を微粉砕したパーマロイ微粉体３４の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ３２におけるＦｅの含有率（重量比）とＮｉの含有率（重量比）とが決定されているから、陽極１１及び陰極１２が白金族元素（白金）を担持した電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素（白金）を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を示し、水の電気分解が効率よく進行する。
なお、ＮａＯＨ水溶液の電気分解では、陽極１１において４ＯＨ−→２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２＋４ｅ−の陽極反応（触媒作用）が起こり、陰極１２において２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→２ＯＨ−＋Ｈ２の陰極反応（触媒作用）が起こる。Ｈ２ＳＯ４水溶液の電気分解では、陽極１１において２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−の陽極反応（触媒作用）が起こり、陰極１２において２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２の陰極反応（触媒作用）が起こる。
ＮａＣｌ水溶液の電気分解では、陽極１１において２Ｃｌ−→Ｃｌ２＋２ｅ−の陽極反応（触媒作用）が起こり、陰極１２において２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→２ＯＨ−＋Ｈ２の陰極反応（触媒作用）が起こる。ＡｇＮＯ３水溶液の電気分解では、陽極１１において２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−の陽極反応（触媒作用）が起こり、陰極１２においてＡｇ＋＋ｅ−→Ａｇの陰極反応（触媒作用）が起こる。ＣｕＳＯ４水溶液の電気分解では、陽極１１において２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−の陽極反応（触媒作用）が起こり、陰極１２においてＣｕ２＋＋２ｅ−→Ｃｕの陰極反応（触媒作用）が起こる。
水素ガス生成システム２７は、電気分解装置１０と、電気分解装置１０の陽極１１と陰極１２とに電気を給電する直流電源２８と、水（純水）を貯水する貯水タンク２９と、水（純水）を給水する給水ポンプ３０と、酸素気液分離器３１と、水（純水）を給水する２台の循環ポンプ３２，３３と、水素気液分離器３４と、水素を貯めるボンベ３５（水素タンク）とから形成されている。
水素ガス生成システム２７は、貯水タンク２９に貯水された水（純水）が給水ポンプ３０によって酸素気液分離器３１に給水され、酸素気液分離器３１から流出した水が電気分解装置１０に給水される。直流電源２８から電気分解装置１０に電気が給電され、電気分解装置１０において電気分解が行われることで水が水素と酸素とに分解される。酸素は、酸素気液分離器３１に流入し、気液分離された後、大気に放出される。酸素気液分離器３１において気液分離された水は循環ポンプ３２によって再び電気分解装置１０に給水される。水素は、水素気液分離器３４に流入し、気液分離された後、ボンベ３５（水素タンク）に流入する。水素気液分離器３４おいて気液分離された水は循環ポンプ３３によって再び電気分解装置１０に給水される。
電気分解装置１０（水素ガス生成システム２７）は、それに使用される陽極１１及び陰極１２が各種の白金族金属から選択された少なくとも１種類の少量の白金族金属４９（白金４９）とＦｅ−Ｎｉパーマロイ５０とから形成され、選択された少なくとも１種類の白金族金属４９を微粉砕した白金族金属微粉体５１及びＦｅ−Ｎｉパーマロイ５０を微粉砕したパーマロイ微粉体５２に所定のバインダー５３を均一に混合・分散しつつ所定の気孔形成材５４を均一に混合・分散し、それら微粉体５１，５２にバインダー５３及び気孔形成材５４を混合した微粉体混合物５５を所定面積の薄板状に成形した後、所定面積の薄板状に成形した微粉体混合成形物５６を脱脂・焼結することで、多数の微細な連続気孔２３が満遍なく均一に形成されたマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極２４であり、パーマロイ微粉体５２が溶融結合したパーマロイ溶融物に白金族金属微粉体５１が固定されているとともに、連続気泡２３を画成かつ囲繞するパーマロイ溶融物の表面に白金族金属微粉体５１が露出し、更に、パーマロイ微粉体５２の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ５０におけるＦｅの含有率（重量比）とＮｉの含有率（重量比）とが決定されているから、陽極１１や陰極１２が白金族金属（白金）を担持した電極と略同一の仕事関数を備え、陽極１１や陰極１２が優れた触媒活性（触媒作用）を有し、陽極１１や陰極１２が白金族金属（白金）を担持した電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することで、その陽極１１及び陰極１２を使用して電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
電気分解装置１０（水素ガス生成システム２７）は、それに使用する陽極１１及び陰極１２がＦｅ−Ｎｉパーマロイ５０を主成分とし、白金族金属４９の含有量が少ないから、陽極１１や陰極１２の材料費を低減させることができ、電気分解装置１０（水素ガス生成システム２７）を廉価に作ることができるとともに、電気分解装置１０（水素ガス生成システム２７）の運転コストを下げることができる。
図６は、空気極３８（陽極１１）及び燃料極３７（陰極１２）を使用した固体高分子形燃料電池３６の側面図であり、図７は、陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）の起電圧試験の結果を示す図である。図８は、陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）のＩ−Ｖ特性試験の結果を示す図である。図６では、負荷４８が接続された状態を示しているが、起電圧試験では、負荷４８が存在せず、無負荷である。起電圧試験及びＩ−Ｖ特性試験では、図６に示す固体高分子形燃料電池３６に電気分解装置１０において使用した陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）を使用し、無負荷においてその起電圧を測定し、固体高分子形燃料電池３６に負荷４８を接続し、そのＩ−Ｖ特性を測定した。
固体高分子形燃料電池３６は、図６に示すように、燃料極３７（陰極１２）及び空気極３８（陽極１１）と、燃料極３７及び空気極３８の間に位置（介在）する固体高分子電解質膜３９（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３７の厚み方向外側に位置するセパレータ４０（バイポーラプレート）と、空気極３８の厚み方向外側に位置するセパレータ４１（バイポーラプレート）とから形成されている。
それらセパレータ４０，４１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）。燃料極３７や空気極３８、固体高分子電解質膜３９が厚み方向へ重なり合って一体化し、膜/電極接合体４２(Membrane Electrode Assembly, MEA)を構成し、膜/電極接合体４２をそれらセパレータ４０，４１が挟み込んでいる。固体高分子電解質膜３９は、プロトン導電性があり、電子導電性がない。
燃料極３７とセパレータ４０との間には、ガス拡散層４３が形成され、空気極３８とセパレータ４１との間には、ガス拡散層４４が形成されている。燃料極３７とセパレータ４０との間であってガス拡散層４３の上部及び下部には、ガスシール４５が設置されている。空気極３８とセパレータ４１との間であってガス拡散層４４の上部及び下部には、ガスシール４６が設置されている。
固体高分子形燃料電池３６では、燃料極３７（陰極１２）に水素（燃料）が供給され、空気極３８（陽極１１）に空気（酸素）が供給される。燃料極３７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３９内を通って燃料極３７から空気極３８へ移動し、電子が導線４７内を通って空気極３８へ移動する。固体高分子電解質膜３９には、燃料極３７で生成されたプロトンが通流する。空気極３８では、固体高分子電解質膜３９から移動したプロトンと導線４７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。
固体高分子形燃料電池３６は、燃料極３７（陰極１２）及び空気極３８（陽極１２）がＰｔ３１（白金）（白金族金属）を微粉砕した白金族金属微粉体３７（粒径：５０ｎｍ〜８０ｎｍ）を含み、更に、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ５０を微粉砕したパーマロイ微粉体５２の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ５０におけるＦｅの含有率（重量比）とＮｉの含有率（重量比）とが決定されているから、燃料極３７及び空気極３８が白金族元素（白金）を担持した電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素（白金）を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を示し、水素がプロトンと電子とに効率よく分解される。
起電圧試験では、水素ガスを注入してから１５分の間、電極（燃料極３７や空気極３８）と電極（燃料極３７や空気極３８）との間（電極間）の電圧（Ｖ）を測定した。図７の起電圧試験の結果を示す図では、横軸に測定時間（ｍｉｎ）を表し、縦軸に電極（燃料極３７や空気極３８）と電極（燃料極３７や空気極３８）との間（電極間）の電圧（Ｖ）を表す。燃料極３７（陰極１２）及び空気極３８（陽極１１）を使用した固体高分子形燃料電池３６では、図７に示すように、電極間の電圧が１．０７（Ｖ）〜１．０８８（Ｖ）であった。
Ｉ−Ｖ特性試験では、電極（燃料極３７や空気極３８）と電極（燃料極３７や空気極３８）との間（電極間）に負荷４８を接続し、電圧と電流との関係を測定した。図８のＩ−Ｖ特性試験の結果を示す図では、横軸に電流（Ａ）を表し、縦軸に電圧（Ｖ）を表す。燃料極３７（陰極１２）及び空気極３８（陽極１１）を使用した固体高分子形燃料電池３６では、図８に示すように、緩やかな電圧降下が認められた。図７の起電圧試験の結果や図８のＩ−Ｖ特性試験の結果に示すように、燃料極３７（陰極１２）及び空気極３８（陽極１２）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、優れた酸素還元機能（触媒作用）を有することが確認された。
図９は、電気分解装置１０及び固体高分子形燃料電池３６に使用する陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）の製造方法を説明する図である。陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）は、図９に示すように、含有率決定工程Ｓ１、微粉体作成工程Ｓ２、微粉体混合物作成工程Ｓ３、微粉体混合成形物作成工程Ｓ４、薄板状発泡金属電極作成工程Ｓ５を有する電極製造方法によって製造される。電極製造方法では、白金族金属４９とＦｅ−Ｎｉパーマロイ５０とを原料として陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）を製造する。なお、白金族金属４９として白金４９（Ｐｔ）が使用されたものとする。
含有率決定工程Ｓ１では、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ５０を微粉砕したパーマロイ微粉体５２の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ５０におけるＦｅ（鉄）の含有率とＮｉ（ニッケル）の含有率とを決定する。Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ５０におけるＦｅの含有率は、４５％〜５５％の範囲、好ましくは、４９％〜５１％の範囲で決定され、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ５０におけるＮｉの含有率は、４５％〜５５％の範囲、好ましくは、４９％〜５１％の範囲で決定される。
微粉体作成工程Ｓ２では、各種の白金族金属の中から選択された少なくとも１種類の白金族金属４９（白金４９）を微粉砕して白金族金属微粉体５１を作り、含有率決定工程Ｓ１によって決定した含有率のＦｅ及びＮｉから形成されたＦｅ−Ｎｉパーマロイ５０を微粉砕してパーマロイ微粉体５２を作る。微粉砕機によって白金４９（Ｐｔ）を５０ｎｍ〜８０ｎｍの粒径に微粉砕し、粒径が５０ｎｍ〜８０ｎｍの白金族金属微粉体５１を作り、微粉砕機によってＦｅ−Ｎｉパーマロイ５０を１μｍ〜１００μｍの粒径、好ましくは、３０μｍ〜６０μｍの粒径に微粉砕し、粒径が１μｍ〜１００μｍ、好ましくは、粒径が３０μｍ〜６０μｍのパーマロイ微粉体５１を作る。
電極製造方法は、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ５０を１μｍ〜１００μｍの粒径、好ましくは、３０μｍ〜６０μｍの粒径に微粉砕することで、多数の微細な連続気孔２３（連続通気孔）を有する多孔質に成形されて比表面積が大きいマイクロポーラス構造かつ薄板状発泡金属電極２４を作ることができ、それら連続気孔２３を液体（水）や気体（酸素及び水素）が通流しつつ液体を液体（水）や気体（酸素及び水素）陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）のそれら気孔２３における接触面に広範囲に接触させることが可能な陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）を作ることができる。
微粉体混合物作成工程Ｓ３では、微粉体作成工程Ｓ２によって作成した白金族金属微粉体５１及びパーマロイ微粉体５２に所定のバインダー５３及び所定の気孔形成材５４を加え、白金族金属微粉体５１及びパーマロイ微粉体５２にバインダー５３と気孔形成材５４とを均一に混合・分散して微粉体混合物５５を作る。微粉体混合物作成工程Ｓ３によって作られた微粉体混合物５５では、白金族金属微粉体５１とパーマロイ微粉体５２とを混合した微粉体混合物５５の全重量（１００％）に対する白金族金属微粉体５１の重量比（含有率）を４重量％〜１０重量％の範囲、好ましくは、５重量％〜８重量％の範囲で決定し、白金族金属微粉体５１とパーマロイ微粉体５２とを混合した微粉体混合物５５の全重量（１００％）に対するパーマロイ微粉体５２の重量比（含有率）を９０重量％〜９６重量％の範囲、好ましくは、９２重量％〜９５重量％の範囲で決定する。電極製造方法は、白金族金属微粉体５１とパーマロイ微粉体５２とを混合した微粉体混合物５５の全重量に対する白金族金属微粉体５１の重量比が前記範囲にあるから、高価な白金族金属４９（白金４９）の含有量が少なく、陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）を廉価に作ることができる。
微粉体混合物作成工程Ｓ３では、決定した重量比の白金４９（Ｐｔ）の白金族金属微粉体５１と決定した重量比のＦｅ−Ｎｉパーマロイ５０のパーマロイ微粉体５２とバインダー５３（粉状の樹脂系バインダー）とを混合機又は攪拌機に投入し、混合機又は攪拌機によって白金４９の白金族金属微粉体５１、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ５０のパーマロイ微粉体５２、バインダー５３を攪拌・混合し、白金族金属微粉体５１、パーマロイ微粉体５２、バインダー５３が均一に混合・分散した微粉体混合物５５（発泡金属成形材）を作る。次に、微粉体混合物５５に所定量の気孔形成材５４（粉体の発泡剤）を混入（添加）する。所定量の気孔形成材５４を混合機又は攪拌機に投入し、混合機又は攪拌機によって微粉体混合物５５に気孔形成材５４を均一に混合・分散させた微粉体混合物５５（発泡金属成形材料）を作る。気孔形成材５４（粉体の発泡剤）の混入量（添加量）によって陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）に形成される連続気孔２５の平均径や気孔率が決まる。
微粉体混合成形物作成工程Ｓ４では、微粉体混合物作成工程Ｓ３によって作られた微粉体混合物５５（発泡金属成形材料）を射出成形機（図示せず）又は押出成形機（図示せず）に投入し、微粉体混合物５５を射出成形機によって射出成形し、又は、微粉体混合物５５を押出成形機によって押し出し成形し、微粉体混合物５５を所定面積の薄板状（厚み寸法Ｌ１が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲）に成形した微粉体混合成形物５６（発泡金属成形物）を作る。
薄板状発泡金属電極作成工程Ｓ５では、微粉体混合成形物作成工程Ｓ４の射出成形又は押出成形によって作られた微粉体混合成形物５６（発泡金属成形物）を脱脂し、脱脂した微粉体混合成形物５６を焼成炉（燃焼炉、電気炉等）に投入し、微粉体混合成形物５６を焼成炉において所定温度で所定時間焼結（焼成）し、多数の微細な連続気孔２３（連続通気孔）が満遍なく均一に形成され、溶融結合したパーマロイ微粉体５２のパーマロイ溶融物に白金族金属微粉体５１が固定されているとともに、連続気泡２３を画成かつ囲繞するパーマロイ溶融物の表面に白金族金属微粉体５１が露出するマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極２４（厚み寸法Ｌ１が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）を作る。
焼結（焼成）温度は、９００℃〜１４００℃である。焼結（焼成）時間は、２時間〜６時間である。薄板状発泡金属電極作成工程Ｓ５では、所定面積の薄板状に成形した微粉体混合成形物５６（発泡金属成形物）の焼結時において、微粉体混合成形物５６の内部において気孔形成材５４（粉体の発泡剤）が発泡した後、気孔形成材５４が微粉体混合成形物５６の内部から消失し、多数の微細な連続気孔２３（連続通気孔）が形成されたマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極２４（厚み寸法Ｌ１が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）が製造される。
電極製造方法は、射出成形又は押出成形によって白金族金属４９（白金４９）の白金族金属微粉体５１とＦｅ−Ｎｉパーマロイ５０のパーマロイ微粉体５２とがバインダー５３を介して連結され、射出成形又は押出成形によって作られた微粉体混合成形物５６（発泡金属成形物）を脱脂した後、所定温度で焼結（焼成）することで、多数の微細な連続気孔２３（連続通気孔）を有するマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極２４（厚み寸法Ｌ１が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７））を作ることができるとともに、高い強度を有して形状を維持することができ、衝撃が加えられたときの破損や損壊を防ぐことが可能な白金族金属少含有の陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）を作ることができる。電極製造方法は、厚み寸法が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲の陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）を作ることができるから、電気抵抗が小さく電流をスムースに流すことが可能（プロトン導電性がある）な陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）を作ることができる。
電極製造方法は、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ５０を微粉砕したパーマロイ微粉体５２の仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ５０におけるＦｅ（鉄）の含有率とＮｉ（ニッケル）の含有率とを決定する含有率決定工程Ｓ１と、各種の白金族金属の中から選択された少なくとも１種類の白金族金属４９（白金４９）を微粉砕して白金族金属微粉体５１（白金４９の白金族金属微粉体５１）を作り、含有率決定工程によって決定した含有率のＦｅ及びＮｉから形成されたＦｅ−Ｎｉパーマロイ５０を微粉砕してパーマロイ微粉体５２を作る微粉体作成工程Ｓ２と、微粉体作成工程Ｓ２によって作成した白金族金属微粉体５１及びパーマロイ微粉体５２に所定のバインダー５３及び所定の気孔形成材５４を加え、白金族金属微粉体５１及びパーマロイ微粉体５２にバインダー５３と気孔形成材５４とを均一に混合・分散して微粉体混合物５５（発泡金属成形材料）を作る微粉体混合物作成工程Ｓ３と、微粉体混合物作成工程Ｓ３によって作成した微粉体混合物５５を薄板状に成形（押出成形又は射出成形）して微粉体混合成形物５６（発泡金属成形材料）を作る微粉体混合成形物作成工程Ｓ４と、微粉体混合成形物作成工程Ｓ４によって作成した微粉体混合成形物５６を脱脂するとともに微粉体混合成形物５６を所定温度で焼結し、多数の微細な連続気孔２３が満遍なく均一に形成され、溶融結合したパーマロイ微粉体５２のパーマロイ溶融物に白金族金属微粉体５１が固定されているとともに、連続気泡２３を画成かつ囲繞するパーマロイ溶融物の表面に白金族金属微粉体５１が露出するマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極２４を作る薄板状発泡金属電極作成工程Ｓ５との各工程によって陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）を製造するから、それら工程Ｓ１〜Ｓ５によって厚み寸法Ｌ１が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲であって多数の微細な連続気孔２３（連続通気孔）を形成した陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）（マイクロポーラス構造薄板状発泡金属電極２４）を製造することができ、陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）を廉価に作ることができる。
電極製造方法は、白金族元素（白金）を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を発揮することができるとともに、優れた触媒活性（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って、電気分解装置１０及び固体高分子形燃料電池３６に好適に使用することが可能な白金族金属少含有の陽極１１（空気極３８）及び陰極１２（燃料極３７）を作ることができる。電極製造方法は、それによって作られた陽極１１及び陰極１２が白金族元素を担持した電極と略同様の優れた触媒活性（触媒作用）を発揮するから、電気分解装置１０において電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることが可能な白金族金属少含有の陽極１１及び陰極１２を作ることができる。
１０ 電気分解装置
１１ 陽極（電極）
１２ 陰極（電極）
１３ 固体高分子電解質膜
１４ 陽極給電部材
１５ 陰極給電部材
１６ 陽極用貯水槽
１７ 陰極用貯水槽
１８ 陽極主電極
１９ 陰極主電極
２０ 膜/電極接合体
２１ 前面
２２ 後面
２３ 連続気孔（連続通気孔）
２４ マイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極
２５ 通流口
２６ 外周縁
２７ 水素ガス生成システム
２８ 直流電源
２９ 貯水タンク
３０ 給水ポンプ
３１ 酸素気液分離器
３２ 循環ポンプ
３３ 循環ポンプ
３４ 水素気液分離器
３５ ボンベ
３６ 固体高分子形燃料電池
３７ 燃料極
３８ 空気極
３９ 固体高分子電解質膜
４０ セパレータ
４１ セパレータ
４２ 膜/電極接合体
４３ ガス拡散層
４４ ガス拡散層
４５ ガスシール
４６ ガスシール
４７ 導線
４８ 負荷
４９ 白金族金属（白金）
５０ Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ
５１ 白金族金属微粉体
５２ パーマロイ微粉体
５３ バインダー
５４ 気孔形成材（発泡剤）
５５ 微粉体混合物
５６ 微粉体混合成形物（発泡金属成形物）
Ｌ１ 厚み寸法
Ｓ１ 含有率決定工程
Ｓ２ 微粉体作成工程
Ｓ３ 微粉体混合物作成工程
Ｓ４ 微粉体混合成形物作成工程
Ｓ５ 薄板状発泡金属電極作成工程
１１ 陽極（電極）
１２ 陰極（電極）
１３ 固体高分子電解質膜
１４ 陽極給電部材
１５ 陰極給電部材
１６ 陽極用貯水槽
１７ 陰極用貯水槽
１８ 陽極主電極
１９ 陰極主電極
２０ 膜/電極接合体
２１ 前面
２２ 後面
２３ 連続気孔（連続通気孔）
２４ マイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極
２５ 通流口
２６ 外周縁
２７ 水素ガス生成システム
２８ 直流電源
２９ 貯水タンク
３０ 給水ポンプ
３１ 酸素気液分離器
３２ 循環ポンプ
３３ 循環ポンプ
３４ 水素気液分離器
３５ ボンベ
３６ 固体高分子形燃料電池
３７ 燃料極
３８ 空気極
３９ 固体高分子電解質膜
４０ セパレータ
４１ セパレータ
４２ 膜/電極接合体
４３ ガス拡散層
４４ ガス拡散層
４５ ガスシール
４６ ガスシール
４７ 導線
４８ 負荷
４９ 白金族金属（白金）
５０ Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ
５１ 白金族金属微粉体
５２ パーマロイ微粉体
５３ バインダー
５４ 気孔形成材（発泡剤）
５５ 微粉体混合物
５６ 微粉体混合成形物（発泡金属成形物）
Ｌ１ 厚み寸法
Ｓ１ 含有率決定工程
Ｓ２ 微粉体作成工程
Ｓ３ 微粉体混合物作成工程
Ｓ４ 微粉体混合成形物作成工程
Ｓ５ 薄板状発泡金属電極作成工程
Claims (10)
- 陽極及び陰極と、前記陽極と前記陰極との間に位置してそれら極を接合する電極接合体膜とを備え、
前記陽極及び前記陰極が、各種の白金族金属から選択された少なくとも１種類の少量の白金族金属とＦｅ−Ｎｉパーマロイとから形成され、
前記陽極及び前記陰極は、前記選択された少なくとも１種類の白金族金属を微粉砕した白金族金属微粉体及び前記Ｆｅ−Ｎｉパーマロイを微粉砕したパーマロイ微粉体に所定のバインダーを均一に混合・分散しつつ所定の気孔形成材を均一に混合・分散し、それら微粉体に前記バインダー及び前記気孔形成材を混合した微粉体混合物を所定面積の薄板状に成形した後、前記所定面積の薄板状に成形した前記微粉体混合成形物を脱脂・焼結することで、多数の微細な連続気孔が満遍なく形成されたマイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極であり、
前記パーマロイ微粉体が溶融結合したパーマロイ溶融物に前記白金族金属微粉体が固定されているとともに、前記連続気泡を画成する前記パーマロイ溶融物の表面に前記白金族金属微粉体が露出し、前記マイクロポーラス構造の薄板状発泡金属電極である前記陽極及び前記陰極に電気を通電し、該陽極で酸化反応を起こすとともに該陰極で還元反応を起こすことで所定の水溶液を化学分解することを特徴とする電気分解装置。 - 前記陽極及び前記陰極では、前記パーマロイ微粉体の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Ｆｅ−Ｎｉパーマロイにおける前記Ｆｅの含有率と前記Ｎｉの含有率とが決定されている請求項１に記載の電気分解装置。
- 前記陽極及び前記陰極に形成された連続気泡が、該陽極及び該陰極の前面と後面との間で厚み方向へ不規則に曲折しながら延びているとともに、該陽極及び該陰極の中心と外周縁との間で径方向へ不規則に曲折しながら延びている請求項１又は請求項２に記載の電気分解装置。
- 前記径方向へ隣接して前記厚み方向へ曲折して延びるそれら連続気泡が、前記径方向において部分的に繋がって一方の連続気泡と他方の連続気泡とが互いに連通し、前記厚み方向へ隣接して前記径方向へ曲折して延びるそれら連続気泡が、前記厚み方向において部分的に繋がって一方の連続気泡と他方の連続気泡とが互いに連通し、それら連続気泡の平均径が、前記厚み方向に向かって一様ではなく、該厚み方向に向かって不規則に変化しているとともに、前記径方向に向かって一様ではなく、該径方向に向かって不規則に変化している請求項３に記載の電気分解装置。
- 前記陽極及び前記陰極に形成された連続気孔の平均径が、１μｍ〜１００μｍの範囲にあるとともに、±０．１μｍ〜±５μｍの範囲で変化している請求項４に記載の電気分解装置。
- 前記陽極及び前記陰極の厚み寸法が、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲にある請求項１ないし請求項５いずれかに記載の電気分解装置。
- 前記Ｆｅ−Ｎｉパーマロイにおける前記Ｆｅの含有率が、４５％〜５５％の範囲、前記Ｆｅ−Ｎｉパーマロイにおける前記Ｎｉの含有率が、４５％〜５５％の範囲にあり、前記白金族金属微粉体と前記パーマロイ微粉体とを混合した微粉体混合物の全重量に対する前記白金族金属微粉体の重量比が、４重量％〜１０重量％の範囲、前記白金族金属微粉体と前記パーマロイ微粉体とを混合した微粉体混合物の全重量に対する前記パーマロイ微粉体の重量比が、９０重量％〜９６重量％の範囲にある請求項１ないし請求項６いずれかに記載の電気分解装置。
- 前記陽極及び前記陰極に成形された連続気泡の気孔率が、４５％〜５５％の範囲にある請求項１ないし請求項７いずれかに記載の電気分解装置。
- 前記陽極及び前記陰極の密度が、６．０ｇ／ｃｍ２〜８．０ｇ／ｃｍ２の範囲にある請求項１ないし請求項８いずれかに記載の電気分解装置。
- 前記パーマロイ微粉体の粒径が、１μｍ〜１００μｍの範囲にあり、前記白金族金属微粉体の粒径が、５０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲にある請求項１ないし請求項９いずれかに記載の電気分解装置。
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