JP7179314B2 - 電気分解装置の陽極及び陰極の製造方法 - Google Patents

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の陽極及び陰極の製造方法に関する。

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）。

特開２０１６－５５２５１号公報

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。

電気分解装置の電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、今後の電気分解装置の普及に向けて高価な白金以外の金属を利用した非白金触媒を有する廉価な電極の開発が求められている。

本発明の目的は、白金族元素を利用することなく触媒活性（触媒作用）を有する陽極及び陰極を備え、非白金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の陽極及び陰極の製造方法を提供することにある。

前記課題を解決するための本発明の前提は、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た電気分解装置の陽極及び陰極の製造方法である。

前記前提における本発明の特徴は、陽極及び陰極の製造方法が、所定の金属の仕事関数の合成仕事関数が白金の仕事関数（５．６５ｅＶ）に近似するように選択されたオーステナイト系ステンレスであるＳＵＳ３０４（仕事関数：４．７ｅＶ）とＳＵＳ３１６（仕事関数：４．８５ｅＶ）とＳＵＳ３４０（仕事関数：４．７６ｅＶ）とのうちの少なくとも１つと、Ｎｉ（仕事関数：５．２２ｅＶ）と、Ｃｕ（仕事関数：５．１０ｅＶ）とを原料とし、ＳＵＳ３０４とＳＵＳ３１６とＳＵＳ３４０とのうちの少なくとも１つを微粉砕して１０μｍ～２００μｍの粒径のステンレスアロイ微粉体を作り、Ｎｉを微粉砕して１０μｍ～２００μｍの粒径のＮｉメタル微粉体を作るとともに、Ｃｕを微粉砕して１０μｍ～２００μｍの粒径のＣｕメタル微粉体を作る金属微粉体作成工程と、ステンレスアロイ微粉体とＮｉメタル微粉体とＣｕメタル微粉体とを混合したアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物の全重量に対するステンレスアロイ微粉体の重量比を４７～４９％の範囲とし、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物の全重量に対するＮｉメタル微粉体の重量比を４７～４９％の範囲とするとともに、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物の全重量に対するＣｕメタル微粉体の重量比を２～６％の範囲とする微粉体重量比決定工程と、重量比のステンレスアロイ微粉体と重量比のＮｉメタル微粉体と重量比のＣｕメタル微粉体とを攪拌・混合し、ステンレスアロイ微粉体とＮｉメタル微粉体とＣｕメタル微粉体とが均一に混合・分散したアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物を作るアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物作成工程と、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物を金型に入れ、金型をプレス機によって５００Ｍｐａ～８００Ｍｐａの範囲のプレス圧で加圧し、厚み寸法が０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの薄板状に圧縮された所定面積のアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物を作るアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物作成工程と、アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物を炉に投入し、最も融点の低いＣｕメタル微粉体を溶融させる温度でアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物を炉において３時間～６時間焼成し、多数の微細な流路及び多数の微細な通流口を形成したポーラス構造の陽極及び陰極である遷移金属薄板電極を作る遷移金属薄板電極作成工程とを有することにある。

本発明の陽極及び陰極の製造方法の一例としては、陽極及び陰極であるポーラス構造の遷移金属薄板電極の空隙率が、１５％～３０％の範囲にある。

本発明の陽極及び陰極の製造方法の他の一例としては、陽極及び陰極であるポーラス構造の遷移金属薄板電極の密度が、５．０ｇ／ｃｍ^２～７．０ｇ／ｃｍ^２の範囲にある。

本発明の陽極及び陰極の製造方法の他の一例として、陽極及び陰極の製造方法では、所定面積の薄板状に圧縮したアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物の焼成時に最も融点の低いＣｕメタル微粉体が溶融し、溶融したＣｕメタル微粉体をバインダーとしてステンレスアロイ微粉体とＮｉメタル微粉体とが接合されている。

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所定の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選択されたオーステナイト系ステンレスとＮｉとＣｕとを原料とし、陽極及び陰極がオーステナイト系ステンレスから作られたステンレスアロイ微粉体とＮｉから作られたＮｉメタル微粉体とＣｕから作られたＣｕメタル微粉体とを均一に混合・分散したアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物を所定面積の薄板状に圧縮した後に焼成して多数の微細な流路（通路孔）を形成したポーラス構造の遷移金属薄板電極であり、ステンレスアロイ微粉体とＮｉメタル微粉体とＣｕメタル微粉体と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、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物の全重量に対するステンレスアロイ微粉体の重量比とＮｉメタル微粉体の重量比とＣｕメタル微粉体の重量比とが決定されているから、陽極や陰極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、陽極や陰極が優れた触媒活性（触媒作用）を有し、陽極や陰極が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することで、非白金の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。電気分解装置は、陽極及び陰極がオーステナイト系ステンレスとＮｉとＣｕとを原料とし、高価な白金族元素が使用されておらず、陽極及び陰極が非白金の電極であるから、電気分解装置を廉価に作ることができる。

遷移金属微粉体混合物の全重量に対するＳＵＳ３０４アロイ微粉体の重量比が４７～４９％の範囲にあり、遷移金属微粉体混合物の全重量に対するＮｉメタル微粉体の重量比が４７～４９％の範囲にあり、遷移金属微粉体混合物の全重量に対するＣｕメタル微粉体の重量比が２～６％の範囲にある電気分解装置は、遷移金属微粉体混合物の全重量に対するＳＵＳ３０４アロイ微粉体の重量比やＮｉメタル微粉体の重量比、Ｃｕメタル微粉体の重量比を前記範囲にすることで、ＳＵＳ３０４アロイ微粉体とＮｉメタル微粉体とＣｕメタル微粉体との仕事関数の合成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、陽極及び陰極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、陽極や陰極が優れた触媒活性（触媒作用）を有し、陽極や陰極が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することで、非白金の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。

陽極及び陰極であるポーラス構造の遷移金属薄板電極の厚み寸法が０．０３ｍｍ～０．３ｍｍ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、陽極や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、陽極及び陰極が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を有するとともに、陽極及び陰極に電流がスムースに流れるから、非白金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。

陽極及び陰極であるポーラス構造の遷移金属薄板電極の空隙率が１５％～３０％の範囲にある電気分解装置は、遷移金属薄板電極の空隙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流路（通路孔）を有する多孔質に成型され、陽極及び陰極の比表面積を大きくすることができ、それら流路を液体が通流しつつ液体を陽極や陰極のそれら流路における接触面に広く接触させることが可能となり、陽極や陰極が白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮し、非白金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。

陽極及び陰極であるポーラス構造の遷移金属薄板電極の密度が５．０ｇ／ｃｍ^２～７．０ｇ／ｃｍ^２の範囲にある電気分解装置は、遷移金属薄板電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流路（通路孔）を有する多孔質に成型され、陽極及び陰極の比表面積を大きくすることができ、それら流路を液体が通流しつつ液体を陽極や陰極のそれら流路における接触面に広く接触させることが可能となり、陽極や陰極が白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮し、非白金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。

ステンレスアロイ微粉体とＮｉメタル微粉体とＣｕメタル微粉体との粒径が１０μｍ～２００μｍの範囲にある電気分解装置は、ステンレスアロイ微粉体やＮｉメタル微粉体、Ｃｕメタル微粉体と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流路（通路孔）を有する多孔質に成型され、陽極及び陰極の比表面積を大きくすることができ、それら流路を液体が通流しつつ液体を陽極や陰極のそれら流路における接触面に広く接触させることが可能となり、陽極や陰極が白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮し、非白金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。

所定面積の薄板状に圧縮した金属微粉体混合物の焼成時に最も融点の低いＣｕメタル微粉体が溶融し、溶融したＣｕメタル微粉体をバインダーとしてステンレスアロイ微粉体とＮｉメタル微粉体とが接合されている電気分解装置は、最も融点のＣｕメタル微粉体をバインダーとしてステンレスアロイ微粉体とＮｉメタル微粉体とを接合することで、多数の微細な流路（通路孔）を有するポーラス構造であるにもかかわらず、陽極や陰極が高い強度を有してその形状を維持することができるから、陽極や陰極の触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能であって優れた触媒活性（触媒作用）を有する非白金の陽極や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。

オーステナイト系ステンレスがＳＵＳ３０４とＳＵＳ３１６とＳＵＳ３４０とのうちの少なくとも１つであり、ステンレスアロイ微粉体がＳＵＳ３０４アロイ微粉体とＳＵＳ３１６アロイ微粉体とＳＵＳ３４０アロイ微粉体とのうちの少なくとも１つである電気分解装置は、それに使用される陽極及び陰極が所定の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選択されたＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３４０のうちの少なくとも１つとＮｉとＣｕとを原料とし、陽極及び陰極がＳＵＳ３０４アロイ微粉体、ＳＵＳ３１６アロイ微粉体、ＳＵＳ３４０アロイ微粉体のうちの少なくとも１つとＮｉメタル微粉体とＣｕメタル微粉体とを均一に混合・分散したアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物を所定面積の薄板状に圧縮した後に焼成して多数の微細な流路（通路孔）を形成したポーラス構造の遷移金属薄板電極であり、ステンレスアロイ微粉体とＮｉメタル微粉体とＣｕメタル微粉体と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、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物の全重量に対するステンレスアロイ微粉体の重量比とＮｉメタル微粉体の重量比とＣｕメタル微粉体の重量比とが決定されているから、陽極や陰極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、陽極や陰極が優れた触媒活性（触媒作用）を有し、陽極や陰極が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することで、非白金の燃料極及び空気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。

一例として示す電気分解装置の側面図。 一例として示す陽極及び陰極の斜視図。 陽極及び陰極の一例として示す部分拡大正面図。 陽極及び陰極の他の一例として示す部分拡大正面図。 電気分解装置を使用した電気分解の一例を説明する図。 電気分解装置を利用した水素ガス発生システムの一例を示す図。 空気極（陽極）及び燃料極（陰極）を使用した固体高分子形燃料電池の側面図。 陽極及び陰極の起電圧試験の結果を示す図。 陽極及び陰極のＩ－Ｖ特性試験の結果を示す図。 陽極及び陰極の製造方法を説明する図。

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正面図である。図４は、陽極１１及び陰極１２の他の一例として示す部分拡大正面図である。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。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、多数の微細な流路２３（通路孔）を有するポーラス構造の遷移金属薄板電極２４である。流路２３（通路孔）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（ポーラス構造の遷移金属薄板電極２４）は、所定の金属（遷移金属）の仕事関数（物質から電子を取り出すのに必要なエネルギー）の合成仕事関数が白金の仕事関数（５．６５ｅＶ）に近似するように選択されたオーステナイト系ステンレス４９（アロイ遷移金属）とＮｉ５０（ニッケル）（メタル遷移金属）とＣｕ５１（銅）（メタル遷移金属）とを原料としている。

オーステナイト系ステンレス４９には、ＳＵＳ３０４とＳＵＳ３１６とＳＵＳ３４０とのうちの少なくとも１つが使用されている。オーステナイト系ステンレス４９としては、ＳＵＳ３０４を使用することが好ましいが、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３４０、ＳＵＳ３０４＋ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４＋ＳＵＳ３４０、ＳＵＳ３０４＋ＳＵＳ３１６＋ＳＵＳ３４０のいずれかを使用することもできる。ＳＵＳ３０４の仕事関数は、４．７（ｅＶ）、ＳＵＳ３１６の仕事関数は、４．８５（ｅＶ）、ＳＵＳ３４０の仕事関数は、４．７６（ｅＶ）、Ｎｉ３２の仕事関数は、５．２２（ｅＶ）であり、Ｃｕ３３の仕事関数は、５．１０（ｅＶ）である。

陽極１１及び陰極１２は、オーステナイト系ステンレス４９を微粉砕したステンレスアロイ微粉体５２（微粉状のオーステナイト系ステンレス）とＮｉ５０を微粉砕したＮｉメタル微粉体５３（微粉状のＮｉ）とＣｕ５１を微粉砕したＣｕメタル微粉体５４（微粉状のＣｕ）とを均一に混合・分散したアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５を所定面積の薄板状に圧縮してアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物５６とし、そのアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物５６を焼成することから作られている（図１０参照）。

ステンレスアロイ微粉体５２には、ＳＵＳ３０４アロイ微粉体とＳＵＳ３１６アロイ微粉体とＳＵＳ３４０アロイ微粉体とのうちの少なくとも１つが使用されている。ステンレスアロイ微粉体５２としては、ＳＵＳ３０４を微粉砕したＳＵＳ３０４アロイ微粉体（微粉状のＳＵＳ３０４）を使用することが好ましいが、ＳＵＳ３１６を微粉砕したＳＵＳ３１６アロイ微粉体（微粉状のＳＵＳ３１６）、ＳＵＳ３４０を微粉砕したＳＵＳ３４０アロイ微粉体（微粉状のＳＵＳ３４０）、ＳＵＳ３０４アロイ微粉体＋ＳＵＳ３１６アロイ微粉体、ＳＵＳ３０４アロイ微粉体＋ＳＵＳ３４０アロイ微粉体、ＳＵＳ３０４アロイ微粉体＋ＳＵＳ３１６アロイ微粉体＋ＳＵＳ３４０アロイ微粉体のいずれかを使用することもできる。

陽極１１及び陰極１２（ポーラス構造の遷移金属薄板電極２４）では、所定面積の薄板状に圧縮したアロイ・メタル金属微粉体混合物５５の焼成時に最も融点の低いＣｕメタル微粉体５４が溶融し、溶融したＣｕメタル微粉体５４をバインダーとしてステンレスアロイ微粉体５２とＮｉメタル微粉体５３とが接合されている。なお、オーステナイト系ステンレス４９（ＳＵＳ３０４とＳＵＳ３１６とＳＵＳ３４０とのうちの少なくとも１つ）の融点は、１４００～１４５０℃、Ｎｉ５０の融点は、１４５５℃であり、Ｃｕ５１の融点は、１０８４．５℃である。

陽極１１及び陰極１２（ポーラス構造の遷移金属薄板電極２４）では、ステンレスアロイ微粉体５２（ＳＵＳ３０４アロイ微粉体とＳＵＳ３１６アロイ微粉体とＳＵＳ３４０アロイ微粉体とのうちの少なくとも１つ）の仕事関数とＮｉメタル微粉体５３の仕事関数とＣｕメタル微粉体５４の仕事関数との合成仕事関数が白金の仕事関数に近似するように、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５の全重量に対するステンレスアロイ微粉体５２の重量比が決定され、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５の全重量に対するＮｉメタル微粉体５３の重量比が決定されているとともに、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５の全重量に対するＣｕメタル微粉体５４の重量比が決定されている。

アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５の全重量（１００％）に対するステンレスアロイ微粉体５２の重量比は、４７～４９％の範囲、好ましくは、４８％である。アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５の全重量（１００％）に対するＮｉメタル微粉体５３の重量比は、４７～４９％の範囲、好ましくは、４８％である。アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５の全重量（１００％）に対するＣｕメタル微粉体５４の重量比は、２～６％の範囲、好ましくは、４％である。

ステンレスアロイ微粉体５２の重量比やＮｉメタル微粉体５３の重量比、Ｃｕメタル微粉体５４の重量比が前記範囲外になると、それら微粉体５２～５４の合成仕事関数を白金の仕事関数に近似させることができないとともに、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５を圧縮した後に焼成して作られた陽極１１及び陰極１２が白金を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができない。

電気分解装置１０は、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５の全重量に対するステンレスアロイ微粉体５２の重量比やＮｉメタル微粉体５３の重量比、Ｃｕメタル微粉体５４の重量比を前記範囲にすることで、ステンレスアロイ微粉体５２とＮｉメタル微粉体５３とＣｕメタル微粉体５４との仕事関数の合成仕事関数を白金の仕事関数に近似させることができ、陽極１１及び陰極１２が白金を含む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が白金を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することで、非白金の陽極１１や陰極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。

陽極１１及び陰極１２（ポーラス構造の遷移金属薄板電極２４）には、径が異なる多数の微細な流路２３（通路孔）が形成されている。陽極１１及び陰極１２は、多数の微細な流路２３（通路孔）が形成されているから、それらの比表面積が大きい。それら流路２３（通路孔）は、前面２１に開口する複数の通流口２５と後面２２に開口する複数の通流口２５とを有し、陽極１１や陰極１２の前面２１の通流口２５と後面２２の通流口２５との間において前面２１から後面２２に向かって陽極１１や陰極１２を貫通している。

それら流路２３は、陽極１１や陰極１２の前面２１と後面２２との間において陽極１１や陰極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や陰極１２の外周縁２６から中心に向かって陽極１１や陰極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流路２３は、径方向において部分的につながり、一方の流路２３と他方の流路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流路２３は、厚み方向において部分的につながり、一方の流路２３と他方の流路２３とが互いに連通している。

それら流路２３（通路孔）の開口面積（開口径）は、厚み方向に向かって一様ではなく、厚み方向に向かって不規則に変化しているとともに、径方向に向かって一様ではなく、径方向に向かって不規則に変化している。それら流路２３は、その開口面積（開口径）が大きくなったり、小さくなったりしながら厚み方向と径方向とへ不規則に開口している。また、前面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、その開口面積（開口径）が一様ではなく、その面積がすべて相違している。それら流路２３（通路孔）の開口径や前後面２１，２２に開口する通流口２５の開口径は、１μｍ～１００μｍの範囲にある。

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流路２３（通路孔）が形成されているから、陽極１１や陰極１２の比表面積が大きく、それら流路２３（通路孔）を水溶液（液体）が通流しつつ水溶液（液体）を陽極１１及び陰極１２のそれら流路２３における接触面に広く接触させることができ、陽極１１や陰極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（ポーラス構造の遷移金属薄板電極２４）は、それらの厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの範囲、好ましくは、０．０５ｍｍ～０．１ｍｍの範囲にある。陽極１１及び陰極１２の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ未満では、それらの強度が低下し、衝撃が加えられたときに陽極１１や陰極１２が容易に破損又は損壊し、それら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０．３ｍｍを超過すると、陽極１１や陰極１２の電気抵抗が大きくなり、陽極１１や陰極１２に電流がスムースに流れず、電気分解装置１０において効率よく電気分解を行うことができず、電気分解装置１０において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、陽極１１及び陰極１２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、陽極１１や陰極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や陰極１２に衝撃が加えられたときの陽極１１や陰極１２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、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や陰極１２を電流がスムースに流れ、電気分解装置１０において効率よく電気分解を行うことができ、電気分解装置１０において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（ポーラス構造の遷移金属薄板電極２４）は、その空隙率が１５％～３０％の範囲、好ましくは、２０％～２５％の範囲にあり、その相対密度が７０％～８５％の範囲、好ましくは、７５％～８０％の範囲にある。陽極１１及び陰極１２の空隙率が１５％未満であって相対密度が８５％を超過すると、陽極１１や陰極１２に開口面積（開口径）の異なる多数の微細な流路２３（通路孔）や開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面２１，２２の通流口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（ポーラス構造の遷移金属薄板電極２４）の空隙率が３０％を超過し、相対密度が７０％未満では、流路２３（通路孔）や通流口２５の開口面積（開口径）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や陰極１２が容易に破損または損壊し、その形状を維持することができない場合がある。

電気分解装置１０は、それに使用する陽極１１及び陰極１２の空隙率及び相対密度が前記範囲にあるから、陽極１１や陰極１２が開口面積（開口径）の異なる多数の微細な流路２３（通路孔）や開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面２１，２２の通流口２５を有する多孔質に成形され、陽極１１や陰極１２の比表面積を大きくすることができ、それら流路２３（通路孔）を水溶液（液体）が通流しつつ水溶液（液体）を陽極１１及び陰極１２のそれら流路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や陰極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。

電気分解装置１０は、陽極１１（遷移金属薄板電極２４）及び陰極１２（遷移金属薄板電極２４）の空隙率や相対密度を前記範囲にすることで、陽極１１及び陰極１２が開口面積（開口径）の異なる多数の微細な流路２３（通路孔）や開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面２１，２２の通流口２５を有する多孔質に成型され、陽極１１及び陰極１２の比表面積を大きくすることができ、それら流路２３を水溶液（液体）が通流しつつ水溶液（液体）を陽極１１や陰極１２のそれら流路２３における接触面に広く接触させることが可能となり、陽極１１や陰極１２が白金を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮し、非白金の陽極１１や陰極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。

陽極１１及び陰極１２（ポーラス構造の遷移金属薄板電極２４）は、その密度が５．０ｇ／ｃｍ^２～７．０ｇ／ｃｍ^２の範囲、好ましくは、５．５ｇ／ｃｍ^２～６．５ｇ／ｃｍ^２の範囲にある。陽極１１及び陰極１２の密度が５．０ｇ／ｃｍ^２未満では、陽極１１や陰極１２の強度が低下し、衝撃が加えられたときに陽極１１や陰極１２が容易に破損または損壊し、その形状を維持することができない場合がある。陽極１１及び陰極１２の密度が７．０ｇ／ｃｍ^２を超過すると、陽極１１や陰極１２に多数の微細な流路２３（通路孔）や多数の微細な通流口２５が形成されず、陽極１１や陰極１２の比表面積を大きくすることができず、陽極１１や陰極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（遷移金属薄板電極２４）及び陰極１２（遷移金属薄板電極２４）の密度が前記範囲にあるから、陽極１１や陰極１２が開口面積（開口径）の異なる多数の微細な流路２３（通路孔）や開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面２１，２２の通流口２５を有する多孔質に成形され、陽極１１や陰極１２の比表面積を大きくすることができ、それら流路２３（通路孔）を水溶液（液体）が通流しつつ水溶液（液体）を陽極１１及び陰極１２のそれら流路２３における接触面に広く接触させることができ、陽極１１や陰極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。

電気分解装置１０は、陽極１１（遷移金属薄板電極２４）及び陰極１２（遷移金属薄板電極２４）の密度を前記範囲にすることで、陽極１１及び陰極１２が開口面積（開口径）の異なる多数の微細な流路２３（通路孔）や開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面２１，２２の通流口２５を有する多孔質に成型され、陽極１１及び陰極１２の比表面積を大きくすることができ、それら流路２３を水溶液（液体）が通流しつつ水溶液（液体）を陽極１１や陰極１２のそれら流路２３における接触面に広く接触させることが可能となり、陽極１１や陰極１２が白金を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮し、非白金の陽極１１や陰極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。

ステンレスアロイ微粉体５２（ＳＵＳ３０４アロイ微粉体とＳＵＳ３１６アロイ微粉体とＳＵＳ３４０アロイ微粉体とのうちの少なくとも１つ）の粒径やＮｉメタル微粉体５３の粒径、Ｃｕメタル微粉体５４の粒径は、１０μｍ～２００μｍの範囲にある。ステンレスアロイ微粉体５２やＮｉメタル微粉体５３、Ｃｕメタル微粉体５４の粒径が１０μｍ未満では、それら微粉体５２～５３によって流路２３（通路孔）や通流口２５が塞がれ、陽極１１や陰極１２に多数の微細な流路２３や多数の微細な通流口２５を形成することができず、陽極１１や陰極１２の比表面積を大きくすることができず、陽極１１や陰極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。

ステンレスアロイ微粉体５２やＮｉメタル微粉体５３、Ｃｕメタル微粉体５４の粒径が２００μｍを超過すると、流路２３（通路孔）の開口面積（開口径）や前後面２１，２２の通流口２５の開口面積（開口径）が必要以上に大きくなり、陽極１１及び陰極１２に多数の微細な流路２３や多数の微細な通流口２５を形成することができず、陽極１１や陰極１２の比表面積を大きくすることができず、陽極１１や陰極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を形成するステンレスアロイ微粉体５２やＮｉメタル微粉体５３、Ｃｕメタル微粉体５４の粒径が前記範囲にあるから、陽極１１や陰極１２が開口面積（開口径）の異なる多数の微細な流路２３（通路孔）や開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面２１，２２の通流口２５を有する多孔質に成型され、陽極１１や陰極１２の比表面積を大きくすることができ、それら流路２３を水溶液（液体）が通流しつつ水溶液（液体）を陽極１１や陰極１２のそれら流路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や陰極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。

図５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６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５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（Ｈ_２Ｏ）の他に、電気分解装置１０を使用してＮａＯＨ水溶液、Ｈ_２ＳＯ_４水溶液、ＮａＣｌ水溶液、ＡｇＮＯ_３水溶液、ＣｕＳＯ_４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５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（Ｈ_２Ｏ）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、２Ｈ_２Ｏ→４Ｈ^＋＋４ｅ^－＋Ｏ_２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^－→２Ｈ_２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）の仕事関数の合成仕事関数が白金の仕事関数に近似するように選択されたオーステナイト系ステンレス４９（アロイ遷移金属）とＮｉ５０（メタル遷移金属）とＣｕ５１（メタル遷移金属）とを原料として陽極１１及び陰極１２が作られ、ステンレスアロイ微粉体５２（ＳＵＳ３０４アロイ微粉体とＳＵＳ３１６アロイ微粉体とＳＵＳ３４０アロイ微粉体とのうちの少なくとも１つ）とＮｉメタル微粉体５３とＣｕメタル微粉体５４との仕事関数の合成仕事関数が白金の仕事関数に近似するように、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５の全重量に対するステンレスアロイ微粉体５２の重量比とＮｉメタル微粉体５３の重量比とＣｕメタル微粉体５４の重量比とが決定されているから、陽極１１や陰極１２が白金を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金を含む電極と略同様の触媒活性（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。

なお、ＮａＯＨ水溶液の電気分解では、陽極１１において４ＯＨ^－→２Ｈ_２Ｏ＋Ｏ_２＋４ｅ^－の陽極反応（触媒作用）が起こり、陰極１２において２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→２ＯＨ^－＋Ｈ_２の陰極反応（触媒作用）が起こる。Ｈ_２ＳＯ_４水溶液の電気分解では、陽極１１において２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ^－の陽極反応（触媒作用）が起こり、陰極１２において２Ｈ^＋＋２ｅ^－→Ｈ_２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^－→Ｃｌ_２＋２ｅ^－の陽極反応（触媒作用）が起こり、陰極１２において２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→２ＯＨ^－＋Ｈ_２の陰極反応（触媒作用）が起こる。ＡｇＮＯ_３水溶液の電気分解では、陽極１１において２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋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。ＣｕＳＯ_４水溶液の電気分解では、陽極１１において２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ^－の陽極反応（触媒作用）が起こり、陰極１２においてＣｕ^２＋＋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の陽極と陰極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３５４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が所定の金属の仕事関数の合成仕事関数が白金の仕事関数に近似するように選択されたオーステナイト系ステンレス４９（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３４０のうちの少なくとも１つ）とＮｉ５０とＣｕ５１とを原料とし、陽極１１及び陰極１２がオーステナイト系ステンレス４９から作られたステンレスアロイ微粉体５２（ＳＵＳ３０４アロイ微粉体とＳＵＳ３１６アロイ微粉体とＳＵＳ３４０アロイ微粉体とのうちの少なくとも１つ）とＮｉ５０から作られたＮｉメタル微粉体５３とＣｕ５１から作られたＣｕメタル微粉体５４とを均一に混合・分散したアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５を所定面積の薄板状に圧縮した後に焼成して多数の微細な流路２３（通路孔）や多数の微細な通流口２５を形成したポーラス構造の遷移金属薄板電極２４であり、ステンレスアロイ微粉体５２とＮｉメタル微粉体５３とＣｕメタル微粉体５４との仕事関数の合成仕事関数が白金の仕事関数に近似するように、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５の全重量に対するステンレスアロイ微粉体５２の重量比とＮｉメタル微粉体５３の重量比とＣｕメタル微粉体５４の重量比とが決定されているから、陽極１１や陰極１２が白金を含む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が白金を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することで、非白金の陽極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は、陽極１１及び陰極１２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、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や陰極１２に電流をスムースに流すことができ、陽極１１や陰極１２を利用して電気分解を確実に行うことができる。

電気分解装置１０は、陽極１１及び陰極１２がオーステナイト系ステンレス４９（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３４０のうちの少なくとも１つ）とＮｉ５０とＣｕ５１とを原料とし、陽極１１及び陰極１２がオーステナイト系ステンレス４９から作られたステンレスアロイ微粉体５２（ＳＵＳ３０４アロイ微粉体とＳＵＳ３１６アロイ微粉体とＳＵＳ３４０アロイ微粉体とのうちの少なくとも１つ）とＮｉ５０から作られたＮｉメタル微粉体５３とＣｕ５１から作られたＣｕメタル微粉体５４とを均一に混合・分散したアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５を所定面積の薄板状に圧縮した後に焼成して作られているから、高価な白金が使用されておらず、陽極１１及び陰極１２が非白金の電極であり、陽極１１及び陰極１２を使用した電気分解装置１０を廉価に作ることができる。

図７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８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９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７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７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７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Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ^－の反応（触媒作用）によってプロトン（水素イオン、Ｈ^＋）と電子とに分解される。その後、プロトンが固体高分子電解質膜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^＋＋Ｏ_２＋４ｅ→２Ｈ_２Ｏ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）や空気極３８（陽極１２）の仕事関数の合成仕事関数が白金の仕事関数に近似するように選択されたオーステナイト系ステンレス３１（アロイ遷移金属）とＮｉ３２（メタル遷移金属）とＣｕ３３（メタル遷移金属）とを原料として燃料極３７（陰極１２）及び空気極３８（陽極１２）が作られ、ステンレスアロイ微粉体３４とＮｉメタル微粉体３５とＣｕメタル微粉体３６との仕事関数の合成仕事関数が白金の仕事関数に近似するように、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物３７の全重量に対するステンレスアロイ微粉体３４の重量比とＮｉメタル微粉体３５の重量比とＣｕメタル微粉体３６の重量比とが決定されているから、燃料極３７（陰極１２）や空気極３８（陽極１２）が白金を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金を含む電極と略同様の触媒活性（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。白金を利用した（担持させた）電極（白金電極）を使用した固体高分子形燃料電池では、図７の起電圧試験の結果を示す図から分かるように、電極間の電圧が１．０７９（Ｖ）前後であった。それに対し、非白金の電極（燃料極３７や空気極３８）を使用した固体高分子形燃料電池３６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）の電圧（起電力）が１．０４（Ｖ）～１．０２（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（非白金電極）及び空気極３８（非白金電極）を使用した固体高分子形燃料電池３６では、図８のＩ－Ｖ特性試験の結果を示す図から分かるように、白金族元素を利用した（担持させた）電極（白金電極）を使用した固体高分子形燃料電池の電圧降下率と大差のない結果が得られた。図７の起電圧試験の結果や図８のＩ－Ｖ特性試験の結果に示すように、白金族元素を利用していない非白金の燃料極３７（陰極１２）及び空気極３８（陽極１１）が電子を放出させて水素イオンとなる反応を促進させる優れた触媒作用を有するとともに、白金を利用した電極と略同様の酸素還元機能（触媒作用）を有することが確認された。

図１０は、電気分解装置１０に使用する陽極１１及び陰極１２の製造方法を説明する図である。陽極１１（電極）及び陰極１２（電極）は、図１０に示すように、金属微粉体作成工程Ｓ１、微粉体重量比決定工程Ｓ２、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物作成工程Ｓ３、アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物作成工程Ｓ４、遷移金属薄板電極作成工程Ｓ５を有する電極製造方法によって製造される。電極製造方法は、所定の金属の仕事関数の合成仕事関数が白金の仕事関数に近似するように選択されたオーステナイト系ステンレス４９（ＳＵＳ３０４とＳＵＳ３１６とＳＵＳ３４０とのうちの少なくとも１つ）（アロイ遷移金属）とＮｉ５０（メタル遷移金属）とＣｕ５１（メタル遷移金属）とを原料として陽極１１（電極）及び陰極１２（電極）を製造する。

金属微粉体作成工程Ｓ１では、オーステナイト系ステンレス４９を微粉砕してステンレスアロイ微粉体５２（ＳＵＳ３０４アロイ微粉体（微粉状のＳＵＳ３０４）とＳＵＳ３１６アロイ微粉体（微粉状のＳＵＳ３１６）とＳＵＳ３４０アロイ微粉体（微粉状のＳＵＳ３４０）とのうちの少なくとも１つ）を作り、Ｎｉ５０を微粉砕してＮｉメタル微粉体５３（微粉状のＮｉ）を作るとともに、Ｃｕ５１を微粉砕してＣｕメタル微粉体５４（微粉状のＣｕ）を作る。

金属微粉体作成工程Ｓ１では、微粉砕機によってオーステナイト系ステンレス４９（ＳＵＳ３０４とＳＵＳ３１６とＳＵＳ３４０とのうちの少なくとも１つ）を１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕し、微粉砕機によってＮｉ５０を１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕するとともに、微粉砕機によってＣｕ５１を１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕する。

電極製造方法は、オーステナイト系ステンレス４９やＮｉ５０、Ｃｕ５１を１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕することで、開口面積（開口径）の異なる多数の微細な流路２３（通路孔）及び開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面２１，２２の通流口２５を有する多孔質に成型されて比表面積が大きいポーラス構造の遷移金属薄板電極２４を作ることができ、それら流路２３を水溶液（液体）が通流しつつ水溶液（液体）を陽極１１及び陰極１２のそれら流路２３における接触面に広く接触させることが可能な非白金の陽極１１及び陰極１２を作ることができる。

微粉体重量比決定工程Ｓ２では、金属微粉体作成工程Ｓ１によって作られたオーステナイトアロイ微粉体５３とＮｉメタル微粉体５３とＣｕメタル微粉体５４との仕事関数の合成仕事関数が白金の仕事関数に近似するように、後記するアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５の全重量に対するオーステナイトアロイ微粉体５２の重量比を決定し、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５の全重量に対するＮｉメタル微粉体５３の重量比を決定するとともに、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５の全重量に対するＣｕメタル微粉体５４の重量比を決定する。

微粉体重量比決定工程Ｓ２では、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５の全重量（１００％）に対するステンレスアロイ微粉体５２の重量比を４７～４９％の範囲（好ましくは４８％）で決定し、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５の全重量（１００％）に対するＮｉメタル微粉体５３の重量比を４７～４９％の範囲（好ましくは４８％）で決定するとともに、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５の全重量（１００％）に対するＣｕメタル微粉体５４の重量比を２～６％の範囲（好ましくは２％）で決定する。

電極製造方法は、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５の全重量に対するステンレスアロイ微粉体５２の重量比やＮｉメタル微粉体５３の重量比、Ｃｕメタル微粉体５４の重量比を前記範囲において決定することで、ステンレスアロイ微粉体５２とＮｉメタル微粉体５３とＣｕメタル微粉体５４との仕事関数の合成仕事関数を白金の仕事関数に近似させることができ、陽極１１（電極）及び陰極１２（電極）が白金を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、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な電気分解装置１０の非白金の陽極１１及び陰極１２を作ることができる。

アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物作成工程Ｓ３では、微粉体重量比決定工程Ｓ２によって決定した重量比のステンレスアロイ微粉体５２と微粉体重量比決定工程Ｓ２によって決定した重量比のＮｉメタル微粉体５３と微粉体重量比決定工程Ｓ２によって決定した重量比のＣｕメタル微粉体５４とを混合機に投入し、混合機によってステンレスアロイ微粉体５２、Ｎｉメタル微粉体５３、Ｃｕメタル微粉体５４を攪拌・混合し、ステンレスアロイ微粉体５２、Ｎｉメタル微粉体５３、Ｃｕメタル微粉体５４が均一に混合・分散したアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５を作る。

アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物作成工程Ｓ４では、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物作成工程Ｓ３によって作られたアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５を所定圧力で加圧し、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５を所定面積の薄板状に圧縮したアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物５６を作る。アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物作成工程Ｓ４では、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５を金型に入れ、金型をプレス機によって加圧（プレス）するプレス加工によってアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物５６を作る。

プレス加工時におけるプレス圧（圧力）は、５００Ｍｐａ～８００Ｍｐａの範囲にある。プレス圧（圧力）が５００Ｍｐａ未満では、アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物５５（遷移金属薄板電極２４）に形成される流路２３（通路孔）や通流口２５の開口面積（開口径）が大きくなり、アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物５６（遷移金属薄板電極２４）の厚み寸法Ｌ１を０．０３ｍｍ～０．３ｍｍ（好ましくは、０．０５ｍｍ～０．１ｍｍ）にしつつ開口径が１μｍ～１００μｍの範囲の多数の微細な流路２３（通路孔）や多数の微細な通流口２５をアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物５６（遷移金属薄板電極２４）に形成することができない。

プレス圧（圧力）が８００Ｍｐａを超過すると、アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物５５（遷移金属薄板電極２４）に形成される流路２３（通路孔）や通流口２５の開口面積（開口径）が必要以上に小さくなり、アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物５６（遷移金属薄板電極２４）の厚み寸法Ｌ１を０．０３ｍｍ～０．３ｍｍ（好ましくは、０．０５ｍｍ～０．１ｍｍ）にしつつ開口径が１μｍ～１００μｍの範囲の多数の微細な流路２３（通路孔）や多数の微細な通流口２５をアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物５６（遷移金属薄板電極２４）に形成することができない。

電極製造方法は、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物５５を前記範囲の圧力で加圧（圧縮）することで、アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物５５（遷移金属薄板電極２４）の厚み寸法Ｌ１を０．０３ｍｍ～０．３ｍｍ（好ましくは、０．０５ｍｍ～０．１ｍｍ）にしつつ開口径が１μｍ～１００μｍの範囲の多数の微細な流路２３（通路孔）や多数の微細な通流口２５を形成したアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物５６（遷移金属薄板電極２４）を形成することができる。電極製造方法は、厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの範囲（好ましくは、０．０５ｍｍ～０．１ｍｍの範囲）の陽極１１（電極）及び陰極１２（電極）を作ることができるから、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な固体高分子形燃料電池１０の非白金の陽極１１及び陰極１２を作ることができる。

遷移金属薄板電極作成工程Ｓ５では、アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物作成工程Ｓ４によって作られたアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物５６を炉（電気炉）に投入し、アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物５６を炉において所定温度で焼成（焼結）して多数の微細な流路２３（通路孔）や多数の微細な通流口２５を形成したポーラス構造の遷移金属薄板電極２４（陽極１１及び陰極１２）を作る。

遷移金属薄板電極作成工程Ｓ５では、最も融点の低いＣｕメタル微粉体５４を溶融させる温度でアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物５６を長時間焼成する。焼成（焼結）時間は、３時間～６時間である。遷移金属薄板電極作成工程Ｓ５では、所定面積の薄板状に圧縮したアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物５６の焼成時において、最も融点の低いＣｕメタル微粉体５４が溶融し、溶融したＣｕメタル微粉体５４をバインダーとしてステンレスアロイ微粉体５２とＮｉメタル微粉体５３とを接合（固着）する。

電極製造方法は、金属微粉体作成工程Ｓ１や微粉体重量比決定工程Ｓ２、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物作成工程Ｓ３、アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物作成工程Ｓ４、遷移金属薄板電極作成工程Ｓ５の各工程によって厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの範囲（好ましくは、０．０５ｍｍ～０．１ｍｍの範囲）であって多数の微細な流路２３（通路孔）や多数の微細な通流口２５を形成した陽極１１（電極）及び陰極１２（電極）を製造することができ、白金族元素を使用しない非白金の陽極１１及び陰極１２を廉価に作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な陽極１１及び陰極１２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（電極）及び陰極１２（電極）が白金を含む電極と略同様の触媒活性（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可能であって短時間に多量の水素ガスを発生させることが可能な非白金の陽極１１及び陰極１２を作ることができる。電極製造方法は、最も融点のＣｕメタル微粉体５４をバインダーとしてステンレスアロイ微粉体５２とＮｉメタル微粉体５３とを接合することで、多数の微細な流路２３（通路孔）や多数の微細な通流口２５を有するポーラス構造の遷移金属薄板電極２４（陽極１１及び陰極１２）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非白金の陽極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 流路（通路孔）
２４ ポーラス構造の遷移金属薄板電極
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 オーステナイト系ステンレス（アロイ遷移金属）
５０ Ｎｉ（メタル遷移金属）
５１ Ｃｕ（メタル遷移金属）
５２ ステンレスアロイ微粉体
５３ Ｎｉメタル微粉体
５４ Ｃｕメタル微粉体
５５ アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物
５６ アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物
Ｌ１ 厚み寸法
Ｓ１ 金属微粉体作成工程
Ｓ２ 微粉体重量比決定工程
Ｓ３ アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物作成工程
Ｓ４ アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物作成工程
Ｓ５ 遷移金属薄板電極作成工程

Claims (4)

1. 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た電気分解装置の前記陽極及び前記陰極の製造方法において、
   前記陽極及び前記陰極の製造方法が、所定の金属の仕事関数の合成仕事関数が白金の仕事関数（５．６５ｅＶ）に近似するように選択されたオーステナイト系ステンレスであるＳＵＳ３０４（仕事関数：４．７ｅＶ）とＳＵＳ３１６（仕事関数：４．８５ｅＶ）とＳＵＳ３４０（仕事関数：４．７６ｅＶ）とのうちの少なくとも１つと、Ｎｉ（仕事関数：５．２２ｅＶ）と、Ｃｕ（仕事関数：５．１０ｅＶ）とを原料とし、
   前記ＳＵＳ３０４と前記ＳＵＳ３１６と前記ＳＵＳ３４０とのうちの少なくとも１つを微粉砕して１０μｍ～２００μｍの粒径のステンレスアロイ微粉体を作り、前記Ｎｉを微粉砕して１０μｍ～２００μｍの粒径のＮｉメタル微粉体を作るとともに、前記Ｃｕを微粉砕して１０μｍ～２００μｍの粒径のＣｕメタル微粉体を作る金属微粉体作成工程と、
   前記ステンレスアロイ微粉体と前記Ｎｉメタル微粉体と前記Ｃｕメタル微粉体とを混合したアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物の全重量に対する該ステンレスアロイ微粉体の重量比を４７～４９％の範囲とし、前記アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物の全重量に対する前記Ｎｉメタル微粉体の重量比を４７～４９％の範囲とするとともに、前記アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物の全重量に対する前記Ｃｕメタル微粉体の重量比を２～６％の範囲とする微粉体重量比決定工程と、
   前記重量比のステンレスアロイ微粉体と前記重量比のＮｉメタル微粉体と前記重量比のＣｕメタル微粉体とを攪拌・混合し、前記ステンレスアロイ微粉体と前記Ｎｉメタル微粉体と前記Ｃｕメタル微粉体とが均一に混合・分散したアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物を作るアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物作成工程と、
   前記アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物を金型に入れ、前記金型をプレス機によって５００Ｍｐａ～８００Ｍｐａの範囲のプレス圧で加圧し、厚み寸法が０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの薄板状に圧縮された所定面積のアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物を作るアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物作成工程と、
   前記アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物を炉に投入し、最も融点の低い前記Ｃｕメタル微粉体を溶融させる温度で前記アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物を前記炉において３時間～６時間焼成し、多数の微細な流路及び多数の微細な通流口を形成したポーラス構造の陽極及び陰極である遷移金属薄板電極を作る遷移金属薄板電極作成工程とを有することを特徴とする陽極及び陰極の製造方法。
2. 前記陽極及び前記陰極であるポーラス構造の遷移金属薄板電極の空隙率が、１５％～３０％の範囲にある請求項１に記載の陽極及び陰極の製造方法 。
3. 前記陽極及び前記陰極であるポーラス構造の遷移金属薄板電極の密度が、５．０ｇ／ｃｍ^２～７．０ｇ／ｃｍ^２の範囲にある 請求項１又は請求項２に記載の陽極及び陰極の製造方法。
4. 前記陽極及び前記陰極の製造方法では、所定面積の薄板状に圧縮した前記アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物の焼成時に最も融点の低い前記Ｃｕメタル微粉体が溶融し、溶融したＣｕメタル微粉体をバインダーとして前記ステンレスアロイ微粉体と前記Ｎｉメタル微粉体とが接合されている請求項１ないし請求項３いずれかに記載の陽極及び陰極の製造方法。
   
   
   

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