JP7199080B2 - 電気分解装置及び電極製造方法 - Google Patents
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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とともに、電気分解装置に使用する陽極及び陰極の電極製造方法に関する。
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）。
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、白金レス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。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）を有する電気分解装置の陽極及び陰極を製造する電極製造方法を提供することにある。
前記課題を解決するための本発明の第１の前提は、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電気分解装置である。
前記第１の前提における本発明の電気分解装置の第１の特徴は、陽極及び陰極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物を微粉砕したアロイ粉体と、アロイ粉体を両面に担持させた所定面積のカーボン電極板とから形成され、金属粉体混合物が、Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とし、金属粉体混合物では、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の粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されていることにある。
前記第１の特徴を有する本発明の電気分解装置の一例としては、金属粉体混合物の全重量に対するＮｉ（ニッケル）の粉体の重量比が、３０％～５０％の範囲にあり、Ｎｉの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％～５０％の範囲にあり、Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％～２０％の範囲にある。
前記第１の前提における本発明の電気分解装置の第２の特徴は、陽極及び陰極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物を微粉砕したアロイ粉体と、アロイ粉体を両面に担持させた所定面積のカーボン電極板とから形成され、金属粉体混合物が、Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とし、金属粉体混合物では、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の粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されていることにある。
前記第２の特徴を有する本発明の電気分解装置の一例としては、金属粉体混合物の全重量に対するＦｅ（鉄）の粉体の重量比が、３０％～５０％の範囲にあり、Ｆｅの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％～５０％の範囲にあり、Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％～２０％の範囲にある。
前記第１の前提における本発明の電気分解装置の第３の特徴は、陽極及び陰極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物を微粉砕したアロイ粉体と、アロイ粉体を両面に担持させた所定面積のカーボン電極板とから形成され、金属粉体混合物が、Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とし、金属粉体混合物では、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の粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されていることにある。
前記第３の特徴を有する本発明の電気分解装置の一例としては、金属粉体混合物の全重量に対するＣｕ（銅）の粉体の重量比が、３０％～５０％の範囲にあり、Ｃｕの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％～５０％の範囲にあり、前記Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％～２０％の範囲にある請求項５に記載の電気分解装置。
前記第１～第３の特徴を有する本発明の電気分解装置の一例として、カーボン電極板の両面には、カーボン電極板の厚み方向へ重なるアロイ粉体によってアロイ粉体積層ポーラス構造物が形成され、電気分解装置では、電極接合体膜とアロイ粉体積層ポーラス構造物とが隙間なく重なり合っている。
前記第１～第３の特徴を有する本発明の電気分解装置の他の一例としては、遷移金属の粉体の粒径が、１０μｍ～２００μｍの範囲にあり、アロイ粉体の粒径が、１０μｍ～２００μｍの範囲にあり、カーボン電極板の厚み寸法が、０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの範囲にある。
前記課題を解決するための本発明の第２の前提は、電気分解装置に使用する陽極及び陰極を製造する電極製造方法である。
前記第２の前提における本発明の電極製造方法の第１の特徴は、電極製造方法が、Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とし、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の粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体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Ｎｉ（ニッケル）の粉体と遷移金属選択工程によって選択された少なくとも２種類の遷移金属の粉体とを均一に混合・分散した金属粉体混合物を作る金属粉体混合物作成工程と、金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を所定圧力で加圧して金属粉体圧縮物を作る金属粉体圧縮物作成工程と、金属粉体圧縮物作成工程によって作られた金属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、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微粉砕してアロイ粉体を作るアロイ粉体作成工程と、アロイ粉体作成工程によって作られたアロイ粉体を所定面積のカーボン電極板の両面に担持させるアロイ粉体担持工程とを有することにある。
前記第２の前提における本発明の電極製造方法の第２の特徴は、電極製造方法が、Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とし、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の粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体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Ｆｅ（鉄）の粉体と遷移金属選択工程によって選択された少なくとも２種類の遷移金属の粉体とを均一に混合・分散した金属粉体混合物を作る金属粉体混合物作成工程と、金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を所定圧力で加圧して金属粉体圧縮物を作る金属粉体圧縮物作成工程と、金属粉体圧縮物作成工程によって作られた金属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、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微粉砕してアロイ粉体を作るアロイ粉体作成工程と、アロイ粉体作成工程によって作られたアロイ粉体を所定面積のカーボン電極板の両面に担持させるアロイ粉体担持工程とを有することにある。
前記第２の前提における本発明の電極製造方法の第３の特徴は、電極製造方法が、Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とし、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の粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体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Ｃｕ（銅）の粉体と遷移金属選択工程によって選択された少なくとも２種類の遷移金属の粉体とを均一に混合・分散した金属粉体混合物を作る金属粉体混合物作成工程と、金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を所定圧力で加圧して金属粉体圧縮物を作る金属粉体圧縮物作成工程と、金属粉体圧縮物作成工程によって作られた金属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、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微粉砕してアロイ粉体を作るアロイ粉体作成工程と、アロイ粉体作成工程によって作られたアロイ粉体を所定面積のカーボン電極板の両面に担持させるアロイ粉体担持工程とを有することにある。
前記第１～第３の特徴を有する本発明の電極製造方法の一例としては、金属粉体混合物作成工程が、遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属を１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕し、アロイ粉体作成工程が、アロイ成形物を１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕する。
前記第１～第３の特徴を有する本発明の電極製造方法の他の一例としては、金属粉体圧縮物作成工程が、金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を５００Ｍｐａ～８００Ｍｐａの圧力で加圧して金属粉体圧縮物を作る。
前記第１～第３の特徴を有する本発明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種類の遷移金属を溶融させる温度で金属粉体圧縮物を焼成し、溶融した遷移金属をバインダーとしてそれら遷移金属の粉体を接合する。
前記第１～第３の特徴を有する本発明の電極製造方法の他の一例としては、アロイ粉体担持工程が、０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの厚み寸法のカーボン電極板の両面にアロイ粉体を担持させ、カーボン電極板の厚み方向へ重なるアロイ粉体によってカーボン電極板の両面にアロイ粉体積層ポーラス構造物を形成する。
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種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物を微粉砕したアロイ粉体と、アロイ粉体を両面に担持させた所定面積のカーボン電極板とから形成され、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から、アロイ粉体を有する白金レスの陽極及び陰極が白金族元素を含む陽極及び陰極と略同一の仕事関数を備え、白金レスの陽極及び陰極が白金族元素を含む陽極及び陰極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮し、白金レス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、電気分解装置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。
カーボン電極板の厚み方向へ重なるアロイ粉体によってカーボン電極板の両面にアロイ粉体積層ポーラス構造物が形成され、電極接合体膜とアロイ粉体積層ポーラス構造物とが隙間なく重なり合っている電気分解装置は、カーボン電極板の両面にアロイ粉体積層ポーラス構造物を形成することで、アロイ粉体の比表面積を大きくすることができ、アロイ粉体の触媒作用を十分に利用することができるとともに、アロイ粉体積層ポーラス構造物を有する陽極及び陰極が白金族元素を含む陽極及び陰極と略同一の仕事関数を備え、白金レスの陽極及び陰極が白金族元素を含む陽極及び陰極と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮し、白金レス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、電気分解装置において短時間に多量の水素ガスを確実に発生させることができる。
遷移金属の粉体の粒径が１０μｍ～２００μｍの範囲にあり、アロイ粉体の粒径が１０μｍ～２００μｍの範囲にあり、カーボン電極板の厚み寸法が０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの範囲にある電気分解装置は、カーボン電極板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、陽極及び陰極を電流がスムースに流れるから、白金レス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、電気分解装置において短時間に多量の水素ガスを確実に発生させることができる。
金属粉体混合物がＮｉ（ニッケル）の粉体を主成分とし、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の粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている電気分解装置は、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、アロイ粉体又はアロイ粉体積層ポーラス構造物を有する陽極及び陰極が白金族元素を含む陽極及び陰極と略同一の仕事関数を備え、Ｎｉの粉体を主成分とした白金レスの陽極及び陰極が白金族元素を含む陽極及び陰極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮し、白金レス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、電気分解装置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。
金属粉体混合物の全重量に対するＮｉ（ニッケル）の粉体の重量比が３０％～５０％の範囲にあり、Ｎｉの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が２０％～５０％の範囲にあり、Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３％～２０％の範囲にある電気分解装置は、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているとともに、Ｎｉの粉体の重量比やＮｉの粉体を除く少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比、Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比を前記範囲にすることで、Ｎｉの粉体を主成分とした陽極及び陰極が白金族元素を含む陽極及び陰極と略同一の仕事関数を備え、Ｎｉの粉体を主成分とした白金レスの陽極及び陰極が白金族元素を含む陽極及び陰極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮し、白金レス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、電気分解装置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。
金属粉体混合物がＦｅ（鉄）の粉体を主成分とし、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の粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている電気分解装置は、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、アロイ粉体又はアロイ粉体積層ポーラス構造物を有する陽極及び陰極が白金族元素を含む陽極及び陰極と略同一の仕事関数を備え、Ｆｅの粉体を主成分とした白金レスの陽極及び陰極が白金族元素を含む陽極及び陰極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮し、白金レス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、電気分解装置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。
金属粉体混合物の全重量に対するＦｅ（鉄）の粉体の重量比が３０％～５０％の範囲にあり、Ｆｅの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が２０％～５０％の範囲にあり、Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３％～２０％の範囲にある電気分解装置は、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているとともに、Ｆｅの粉体の重量比やＦｅの粉体を除く少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比、Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比を前記範囲にすることで、Ｆｅの粉体を主成分とした陽極及び陰極が白金族元素を含む陽極及び陰極と略同一の仕事関数を備え、Ｆｅの粉体を主成分とした白金レスの陽極及び陰極が白金族元素を含む陽極及び陰極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮し、白金レス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、電気分解装置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。
金属粉体混合物がＣｕ（銅）の粉体を主成分とし、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の粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている電気分解装置は、Ｃｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、アロイ粉体又はアロイ粉体積層ポーラス構造物を有する陽極及び陰極が白金族元素を含む陽極及び陰極と略同一の仕事関数を備え、Ｃｕの粉体を主成分とした白金レスの陽極及び陰極が白金族元素を含む陽極及び陰極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮し、白金レス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、電気分解装置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。
金属粉体混合物の全重量に対するＣｕ（銅）の粉体の重量比が３０％～５０％の範囲にあり、Ｃｕの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が２０％～５０％の範囲にあり、Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３％～２０％の範囲にある電気分解装置は、Ｃｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているとともに、Ｃｕの粉体の重量比やＣｕの粉体を除く少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比、Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比を前記範囲にすることで、Ｃｕの粉体を主成分とした陽極及び陰極が白金族元素を含む陽極及び陰極と略同一の仕事関数を備え、Ｃｕの粉体を主成分とした白金レスの陽極及び陰極が白金族元素を含む陽極及び陰極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮し、白金レス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、電気分解装置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。
選択された遷移金属のうちの少なくとも２種類の遷移金属が金属粉体混合物の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとしてそれら遷移金属の粉体が接合されている電気分解装置は、遷移金属のうちの少なくとも２種類の遷移金属が溶融することでアロイ成形物を作ることができるとともに、アロイ成形物を微粉砕したアロイ粉体を作ることができるから、アロイ粉体又はアロイ粉体積層ポーラス構造物を備えた陽極及び陰極が白金族元素を含む陽極及び陰極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮し、白金レス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、電気分解装置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。
本発明に係る電気分解装置の陽極及び陰極を製造する電極製造方法によれば、各種の遷移金属から選択する少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属を選択する遷移金属選択工程と、遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を作る金属粉体混合物作成工程と、金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を所定圧力で加圧して金属粉体圧縮物を作る金属粉体圧縮物作成工程と、金属粉体圧縮物作成工程によって作られた金属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、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微粉砕してアロイ粉体を作るアロイ粉体作成工程と、アロイ粉体作成工程によって作られたアロイ粉体を所定面積のカーボン電極板の両面に担持させるアロイ粉体担持工程とから陽極及び陰極を作るから、白金族元素を利用しない白金レスの電気分解装置の陽極及び陰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、電気分解装置において短時間に多量の水素ガスを発生させることが可能な陽極及び陰極を作ることができる。
金属粉体混合物作成工程が遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属を１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕し、アロイ粉体作成工程がアロイ成形物を１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕する電気分解装置の電極製造方法は、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るとともに、アロイ成形物を前記範囲の粒径に微粉砕することでアロイ粉体又はアロイ粉体積層ポーラス構造物を有する白金レスの陽極及び陰極を作ることができ、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）を有して電気分解装置に好適に使用することが可能な陽極及び陰極を作ることができる。
金属粉体圧縮物作成工程が金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を５００Ｍｐａ～８００Ｍｐａの圧力で加圧して金属粉体圧縮物を作る電気分解装置の電極製造方法は、金属粉体混合物を前記範囲の圧力で加圧（圧縮）することで、金属粉体圧縮物を作ることができ、その金属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、アロイ成形物を微粉砕したアロイ粉体又はアロイ粉体積層ポーラス構造物を有して電気分解装置に好適に使用することが可能な白金レスの陽極及び陰極を作ることができる。
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種類の遷移金属を溶融させる温度で金属粉体圧縮物を焼成し、溶融した遷移金属をバインダーとしてそれら遷移金属の粉体を接合する電気分解装置の電極製造方法は、遷移金属のうちの少なくとも２種類の遷移金属が溶融することでアロイ成形物を作ることができるとともに、アロイ成形物を微粉砕したアロイ粉体を作ることができ、アロイ粉体又はアロイ粉体積層ポーラス構造物を有して電気分解装置に好適に使用することが可能な白金レスの陽極及び陰極を作ることができる。電極製造方法は、遷移金属のうちの少なくとも２種類の遷移金属をバインダーとして遷移金属の粉体を接合するから、陽極及び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、破損や損壊を防ぐことが可能な電気分解装置の陽極及び陰極を作ることができる。
アロイ粉体担持工程が０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの厚み寸法のカーボン電極板の両面にアロイ粉体を担持させ、カーボン電極板の厚み方向へ重なるアロイ粉体によってカーボン電極板の両面にアロイ粉体積層ポーラス構造物を形成する電気分解装置の電極製造方法は、アロイ粉体の比表面積を大きくしたアロイ粉体積層ポーラス構造物を有する白金レスの陽極及び陰極を作ることができるとともに、カーボン電極板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、電流をスムースに流すことが可能であり、電気分解装置において短時間に多量の水素ガスを発生させることが可能な陽極及び陰極を作ることができる。
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１１Ａ及び陰極１２Ａの斜視図であり、図３は、陽極１１Ａ及び陰極１２Ａの一例として示す部分拡大正面図である。図４は、図３のＡ－Ａ線端面図である。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１１Ａ又は陽極１１Ｂ（アノード）と、陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ（カソード）と、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ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１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂに電気を通電し、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂで酸化反応を起こすとともに陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ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１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ、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１１Ａ又は陽極１１Ｂの外側に位置して陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂに密着し、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ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１２Ａ又は陰極１２Ｂの外側に位置して陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂに密着し、陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ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１１Ａ及び陰極１２Ａは、図２に示すように、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を有し、その平面形状が四角形に成形されている。なお、陽極１１Ａ（陽極１１Ｂを含む）や陰極１２Ａ（陰極１２Ｂを含む）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。
陽極１１Ａ及び陰極１２Ａは、アロイ粉体２３（合金粉体）と所定面積のカーボン電極板２４（カーボン電極薄板）とから形成されている。アロイ粉体２３は、アロイ成形物（合金成形物）（図１２参照）を微粉砕することから作られている。アロイ粉体２３は、その粒径が１０μｍ～２００μｍの範囲にある。アロイ成形物は、粉状に加工（微粉砕）された各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物（図１２参照）を圧縮した後に焼成（焼結）することから作られている。遷移金属としては、３ｄ遷移金属や４ｄ遷移金属が使用される。３ｄ遷移金属には、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）が使用される。４ｄ遷移金属には、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｇ（銀）が使用される。
遷移金属の粉体には、粉状に加工（微粉砕）されたＴｉ（チタン）粉体、粉状に加工（微粉砕）されたＣｒ（クロム）粉体、粉状に加工（微粉砕）されたＭｎ（マンガン）粉体、粉状に加工（微粉砕）されたＦｅ（鉄）粉体、粉状に加工（微粉砕）されたＣｏ（コバルト）粉体、粉状に加工（微粉砕）されたＮｉ（ニッケル）粉体、粉状に加工（微粉砕）されたＣｕ（銅）粉体、粉状に加工（微粉砕）されたＺｎ（亜鉛）粉体、粉状に加工（微粉砕）されたＮｂ（ニオブ）粉体、粉状に加工（微粉砕）されたＭｏ（モリブデン）粉体、粉状に加工されたＡｇ（銀）粉体が使用される。
Ｔｉの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＴｉ）やＣｒの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＣｒ）、Ｍｎの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＭｎ）、Ｆｅの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＦｅ）、Ｃｏの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＣｏ）、Ｎｉの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＮｉ）、Ｃｕの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＣｕ）、Ｚｎの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＺｎ）、Ｎｂの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＮｂ）、Ｍｏの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＭｏ）、Ａｇの粉体（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。
金属粉体混合物では、選択された少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数（物質から電子を取り出すのに必要なエネルギー）の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択されている。Ｔｉの仕事関数は、４．１４（ｅＶ）、Ｃｒの仕事関数は、４．５（ｅＶ）、Ｍｎの仕事関数は、４．１（ｅＶ）、Ｆｅの仕事関数は、４．６７（ｅＶ）、Ｃｏの仕事関数は、５．０（ｅＶ）、Ｎｉの仕事関数は、５．２２（ｅＶ）、Ｃｕの仕事関数は、５．１０（ｅＶ）、Ｚｎの仕事関数は、３．６３（ｅＶ）、Ｎｂの仕事関数は、４．０１（ｅＶ）、Ｍｏの仕事関数は、４．４５（ｅＶ）、Ａｇの仕事関数は、４．３１（ｅＶ）である。なお、白金の仕事関数は、５．６５（ｅＶ）である。
金属粉体混合物の一例としては、粉状に加工（微粉砕）されたＮｉ（ニッケル）の粉体を主成分とし、Ｎｉの粉体とＮｉを除く粉状に加工（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）の粉体とを均一に混合・分散した金属粉体混合物である。
主成分となるＮｉ（ニッケル）の粉体とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とを混合した金属粉体混合物は、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。Ｎｉの粉体を主成分としたアロイ成形物では、選択された遷移金属のうちの少なくとも２種類の遷移金属が金属粉体混合物の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとしてそれら遷移金属の粉体が接合されている。Ｎｉを主成分としたアロイ粉体２３は、Ｎｉの粉体を主成分とした金属粉体混合物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を微粉砕した粒径が１０μｍ～２００μｍの微粉砕物である。
Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とした金属粉体混合物では、金属粉体混合物の全重量に対するＮｉの粉体の重量比が３０％～５０％の範囲にあり、Ｎｉの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体（Ｔｉ（チタン）粉体、Ｃｒ（クロム）粉体、Ｍｎ（マンガン）粉体、Ｆｅ（鉄）粉体、Ｃｏ（コバルト）粉体、Ｃｕ（銅）粉体、Ｚｎ（亜鉛）粉体、Ｎｂ（ニオブ）粉体、Ｍｏ（モリブデン）粉体、Ａｇ（銀）粉体のうちの少なくとも１種類）の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が２０％～５０％の範囲にあり、Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体（Ｔｉ（チタン）粉体、Ｃｒ（クロム）粉体、Ｍｎ（マンガン）粉体、Ｆｅ（鉄）粉体、Ｃｏ（コバルト）粉体、Ｃｕ（銅）粉体、Ｚｎ（亜鉛）粉体、Ｎｂ（ニオブ）粉体、Ｍｏ（モリブデン）粉体、Ａｇ（銀）粉体のうちの他の少なくとも１種類）の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３％～２０％の範囲にある。
Ｎｉ（ニッケル）を主成分としたアロイ粉体２３（Ｎｉを主成分とした合金粉体）の具体例としては、Ｎｉの粉体、Ｃｕの粉体、ＺＮの粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成してアロイ成形物を作り、そのアロイ成形物を微粉砕した粒径が１０μｍ～２００μｍの微粉砕物である。このアロイ粉体２３は、金属粉体混合物の全重量に対するＮｉの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物の全重量に対するＣｕの粉体重量比が４２％、金属粉体混合物の全重量に対するＺｎの粉体重量比が１０％である。Ｎｉの融点が１４５５℃、Ｃｕの融点が１０８４．５℃、Ｚｎの融点が４１９．８５℃であるから、Ｚｎの粉体及びＣｕの粉体が溶融し、溶融したＺｎ及びＣｕがバインダーとなってＮｉの粉体を接合している。
Ｎｉ（ニッケル）を主成分としたアロイ粉体２３の他の具体例としては、Ｎｉの粉体、Ｍｎの粉体、Ｍｏの粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成してアロイ成形物を作り、そのアロイ成形物を微粉砕した粒径が１０μｍ～２００μｍの微粉砕物である。このアロイ粉体２３は、金属粉体混合物の全重量に対するＮｉの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物の全重量に対するＭｎの粉体重量比が７％、金属粉体混合物の全重量に対するＭｏの粉体重量比が４５％である。Ｎｉの融点が１４５５℃、Ｍｎの融点が１２４６℃、Ｍｏの融点が２６２３℃であるから、Ｍｎの粉体及びＮｉの粉体が溶融し、溶融したＭｎ及びＮｉがバインダーとなってＭｏの粉体を接合している。
金属粉体混合物の他の一例としては、粉状に加工（微粉砕）されたＦｅ（鉄）の粉体を主成分とし、Ｆｅの粉体とＦｅを除く粉状に加工（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Ｃｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも２種類）の粉体とを均一に混合・分散した金属粉体混合物である。
主成分となるＦｅ（鉄）の粉体とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とを混合した金属粉体混合物は、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。Ｆｅの粉体を主成分としたアロイ成形物では、選択された遷移金属のうちの少なくとも２種類の遷移金属が金属粉体混合物の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとしてそれら遷移金属の粉体が接合されている。Ｆｅを主成分としたアロイ粉体２３は、Ｆｅの粉体を主成分とした金属粉体混合物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を微粉砕した粒径が１０μｍ～２００μｍの微粉砕物である。
Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とした金属粉体混合物では、金属粉体混合物の全重量に対するＦｅの粉体の重量比が３０％～５０％の範囲にあり、Ｆｅの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体（Ｔｉ（チタン）粉体、Ｃｒ（クロム）粉体、Ｍｎ（マンガン）粉体、Ｃｏ（コバルト）粉体、Ｎｉ（ニッケル）粉体、Ｃｕ（銅）粉体、Ｚｎ（亜鉛）粉体、Ｎｂ（ニオブ）粉体、Ｍｏ（モリブデン）粉体、Ａｇ（銀）粉体のうちの少なくとも１種類）の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が２０％～５０％の範囲にあり、Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体（Ｔｉ（チタン）粉体、Ｃｒ（クロム）粉体、Ｍｎ（マンガン）粉体、Ｃｏ（コバルト）粉体、Ｎｉ（ニッケル）粉体、Ｃｕ（銅）粉体、Ｚｎ（亜鉛）粉体、Ｎｂ（ニオブ）粉体、Ｍｏ（モリブデン）粉体、Ａｇ（銀）粉体のうちの他の少なくとも１種類）の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３％～２０％の範囲にある。
Ｆｅ（鉄）を主成分としたアロイ粉体２３（Ｆｅを主成分とした合金粉体）の具体例としては、Ｆｅの粉体、Ｎｉの粉体、Ｃｕの粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成してアロイ成形物を作り、そのアロイ成形物を微粉砕した粒径が１０μｍ～２００μｍの微粉砕物である。このアロイ粉体２３は、金属粉体混合物の全重量に対するＦｅの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物の全重量に対するＮｉの粉体重量比が４８％、金属粉体混合物の全重量に対するＣｕの粉体重量比が４％である。Ｆｅの融点が１５３６℃、Ｎｉの融点が１４５５℃、Ｃｕの融点が１０８４．５℃であるから、Ｃｕの粉体及びＮｉの粉体が溶融し、溶融したＣｕ及びＮｉがバインダーとなってＦｅの粉体を接合している。
Ｆｅ（鉄）を主成分としたアロイ粉体２３の他の具体例としては、Ｆｅの粉体、Ｔｉの粉体、Ａｇの粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成してアロイ成形物を作り、そのアロイ成形物を微粉砕した粒径が１０μｍ～２００μｍの微粉砕物である。このアロイ粉体２３は、金属粉体混合物の全重量に対するＦｅの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物の全重量に対するＴｉの粉体重量比が４６％、金属粉体混合物の全重量に対するＡｇの粉体重量比が６％である。Ｆｅの融点が１５３６℃、Ｔｉの融点が１６６６℃、Ａｇの融点が９６１．９３℃であるから、Ａｇの粉体及びＦｅの粉体が溶融し、溶融したＡｇ及びＦｅがバインダーとなってＴｉの粉体を接合している。
金属粉体混合物の他の一例としては、粉状に加工（微粉砕）されたＣｕ（銅）の粉体を主成分とし、Ｃｕの粉体とＣｕを除く粉状に加工（微粉砕）されたその他の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも２種類）の粉体とを均一に混合・分散した金属粉体混合物である。
主成分となるＣｕ（銅）の粉体とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とを混合した金属粉体混合物は、Ｃｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。Ｃｕの粉体を主成分としたアロイ成形物では、選択された遷移金属のうちの少なくとも２種類の遷移金属が金属粉体混合物の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとしてそれら遷移金属の粉体が接合されている。Ｃｕを主成分としたアロイ粉体２３は、Ｃｕの粉体を主成分とした金属粉体混合物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を微粉砕した粒径が１０μｍ～２００μｍの微粉砕物である。
Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とした金属粉体混合物では、金属粉体混合物の全重量に対するＣｕの粉体の重量比が３０％～５０％の範囲にあり、Ｃｕの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体（Ｔｉ（チタン）粉体、Ｃｒ（クロム）粉体、Ｍｎ（マンガン）粉体、Ｆｅ（鉄）粉体、Ｃｏ（コバルト）粉体、Ｎｉ（ニッケル）粉体、Ｚｎ（亜鉛）粉体、Ｎｂ（ニオブ）粉体、Ｍｏ（モリブデン）粉体、Ａｇ（銀）粉体のうちの少なくとも１種類）の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が２０％～５０％の範囲にあり、Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体（Ｔｉ（チタン）粉体、Ｃｒ（クロム）粉体、Ｍｎ（マンガン）粉体、Ｆｅ（鉄）粉体、Ｃｏ（コバルト）粉体、Ｎｉ（ニッケル）粉体、Ｚｎ（亜鉛）粉体、Ｎｂ（ニオブ）粉体、Ｍｏ（モリブデン）粉体、Ａｇ（銀）粉体のうちの他の少なくとも１種類）の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３％～２０％の範囲にある。
Ｃｕ（銅）を主成分としたアロイ粉体２３（Ｃｕを主成分とした合金粉体）の具体例としては、Ｃｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ｚｎの粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成してアロイ成形物を作り、そのアロイ成形物を微粉砕した粒径が１０μｍ～２００μｍの微粉砕物である。このアロイ粉体２３は、金属粉体混合物の全重量に対するＣｕの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物の全重量に対するＦｅの粉体重量比が４８％、金属粉体混合物の全重量に対するＺｎの粉体重量比が４％である。Ｃｕの融点が１０８４．５℃、Ｆｅの融点が１５３６℃、Ｚｎの融点が４１９．５８℃であるから、Ｚｎの粉体及びＣｕの粉体が溶融し、溶融したＺｎ及びＣｕがバインダーとなってＦｅの粉体を接合している。
Ｃｕ（銅）を主成分としたアロイ粉体２３の他の具体例としては、Ｃｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ａｇの粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成してアロイ成形物を作り、そのアロイ成形物を微粉砕した粒径が１０μｍ～２００μｍの微粉砕物である。このアロイ粉体２３は、金属粉体混合物の全重量に対するＣｕの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物の全重量に対するＦｅの粉体重量比が４６％、金属粉体混合物の全重量に対するＡｇの粉体重量比が６％である。Ｃｕの融点が１０８４．５℃、Ｆｅの融点が１５３６℃、Ａｇの融点が９６１．９３℃であるから、Ａｇの粉体及びＣｕの粉体が溶融し、溶融したＡｇ及びＣｕがバインダーとなってＦｅの粉体を接合している。
カーボン電極板２４は、前面２５及び後面２６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、カーボン電極板２４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。カーボン電極板２４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。カーボン電極板２４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。カーボン電極板２４としては、ガラス状カーボンを使用することもできる。
カーボン電極板２４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。カーボン電極板２４の前面２５の全域及び後面２６の全域（両面の全域）には、図４に示すように、既述の複数のアロイ粉体２３が担持されている。カーボン電極板２４の前面２５の全域及び後面２６の全域は、アロイ粉体２３によって被覆されている。アロイ粉体２３は、カーボン電極板２４の前面２５の全域及び後面２６の全域（両面）に導電性バインダー（導電性結合材）やプラズマ溶射によって担持される。なお、電気分解装置１０（水素ガス発生装置）では、固体高分子電解質膜１３とカーボン電極板２４の両面（前後面２５，２６）に担持された複数のアロイ粉体２３とが隙間なく重なり合い、固体高分子電解質膜１３とそれらアロイ粉体２３とが隙間なく密着している。
カーボン電極板２４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カーボン電極板２４（陽極１１Ａ，１１Ｂ及び陰極１２Ａ，１２Ｂ）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。カーボン電極板２４の厚み寸法Ｌ１が０．３ｍｍを超過すると、カーボン電極板２４（陽極１１Ａ，１１Ｂ及び陰極１２Ａ，１２Ｂ）の電気抵抗が大きくなり、カーボン電極板２４（陽極１１Ａ，１１Ｂ及び陰極１２Ａ，１２Ｂ）に電流がスムースに流れず、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ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、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。
カーボン電極板２４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、カーボン電極板２４（陽極１１Ａ，１１Ｂ及び陰極１２Ａ，１２Ｂ）が高い強度を有してその形状を維持することができ、カーボン電極板２４に衝撃が加えられたときのカーボン電極板２４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、カーボン電極板２４（陽極１１Ａ，１１Ｂ及び陰極１２Ａ，１２Ｂ）の電気抵抗を小さくすることができ、カーボン電極板２４（陽極１１Ａ，１１Ｂ及び陰極１２Ａ，１２Ｂ）に電流がスムースに流れ、陽極１１Ａ（又は陽極１１Ｂ）及び陰極１２Ａ（又は陰極１２Ｂ）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、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。
図５は、他の一例として示す陽極１１Ｂ及び陰極１２Ｂの部分拡大正面図であり、図６は、図５のＢ－Ｂ線端面図である。図５に示す陽極１１Ｂ及び陰極１２Ｂが図３の陽極１１Ａ及び陰極１２Ａと異なるところは、カーボン電極板２４の厚み方向へ重なる複数のアロイ粉体２３によってアロイ粉体積層ポーラス構造物２７がカーボン電極板２４の前面２５及び後面２６（両面）に形成されている点にあり、その他の構成は図３の陽極１１Ａ及び陰極１２Ａと同一であるから、図３と同一の符号を付すとともに、図３の陽極１１Ａ及び陰極１２Ａの説明を援用することで、この陽極１１Ｂ及び陰極１２Ｂのその他の構成の詳細な説明は省略する。
陽極１１Ｂ及び陰極１２Ｂは、図３のそれらと同様に、電気分解装置１０（水素ガス発生装置）のアノード及びカソードとして使用される（図１参照）。陽極１１Ｂ及び陰極１２Ｂは、前面２１及び後面２２を有するとともに、所定面積及び所定の厚み寸法を有し、その平面形状が四角形に成形されている。陽極１１Ｂ及び陰極１２Ｂは、アロイ粉体２３（合金粉体）と、両面（前後面２５，２６）にアロイ粉体２３を担持させた所定面積のカーボン電極板２４とから形成されている。
カーボン電極板２４の前面２５の全域と後面２６の全域（両面の全域）とには、カーボン電極板２４の厚み方向へ重なり合った（積層された）複数のアロイ粉体２３によってアロイ粉体積層ポーラス構造物２７が形成されている。カーボン電極板２４の前面２５の全域及び後面２６の全域は、アロイ粉体２３によって被覆されている。アロイ粉体２３は、アロイ成形物（合金成形物）を微粉砕することから作られている。アロイ成形物は、粉状に加工（微粉砕）された各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成（焼結）することから作られている。
遷移金属や金属粉体混合物、アロイ成形物、アロイ粉体２３は、図３の陽極１１Ａ及び陰極１２Ａのそれらと同一である。遷移金属粉体の粒径やアロイ粉体２３の粒径、カーボン電極板２４の厚み寸法Ｌ１は、図３の陽極１１Ａ及び陰極１２Ａのそれらと同一である。なお、電気分解装置１０では、固体高分子電解質膜１３とカーボン電極板２４の両面（前後面２５，２６）に担持された複数のアロイ粉体２３によって形成されたアロイ粉体積層ポーラス構造物２７とが隙間なく重なり合い、固体高分子電解質膜１３とアロイ粉体積層ポーラス構造物２７とが隙間なく密着している。
アロイ粉体積層ポーラス構造物２７には、径が異なる多数の微細な流路２８（通路孔）が形成されている。それら流路２８（通路孔）には、水（水溶液）が通流する。それら流路２８（通路孔）は、カーボン電極板２４の前面２５の側に開口する複数の通流口２９とカーボン電極板２４の後面２６の側に開口する複数の通流口２９とを有し、陽極１１Ｂ及び陰極１２Ｂの前面２５に向かってアロイ粉体積層ポーラス構造物２７を貫通しているとともに、陽極１１Ｂ及び陰極１２Ｂの後面２６に向かってアロイ粉体積層ポーラス構造物２７を貫通している。
それら流路２８は、カーボン電極板２４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、カーボン電極板２４の外周縁から中心に向かってカーボン電極板２４の径方向へ不規則に曲折しながら延びている。カーボン電極板２４の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２８は、径方向において部分的につながり、一方の流路２８と他方の流路２８とが互いに連通している。カーボン電極板２４の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２８は、厚み方向において部分的につながり、一方の流路２８と他方の流路２８とが互いに連通している。
それら流路２８（通路孔）の開口面積（開口径）は、カーボン電極板２４の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、カーボン電極板２４の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２８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２５に開口する通流口２９と後面２６に開口する通流口２９とは、その開口面積（開口径）が一様ではなく、その面積が相違している。それら流路２８（通路孔）の開口径や通流口２９の開口径は、１μｍ～１００μｍの範囲にある。
アロイ粉体積層ポーラス構造物２７は、その空隙率が１５％～３０％の範囲にあり、その相対密度が７０％～８５％の範囲にある。アロイ粉体積層ポーラス構造物２７の空隙率が１５％未満であって相対密度が８５％を超過すると、アロイ粉体積層ポーラス構造物２７に多数の微細な流路２８（通路孔）が形成されず、アロイ粉体積層ポーラス構造物２７の比表面積を大きくすることができない。アロイ粉体積層ポーラス構造物２７の空隙率が３０％を超過し、相対密度が７０％未満では、流路２８（通路孔）の開口面積（開口径）が必要以上に大きくなり、アロイ粉体積層ポーラス構造物２７の強度が低下し、衝撃が加えられたときにアロイ粉体積層ポーラス構造物２７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。
アロイ粉体積層ポーラス構造物２７は、その空隙率及び相対密度が前記範囲にあるから、アロイ粉体積層ポーラス構造物２７が開口面積（開口径）の異なる多数の微細な流路２８（通路孔）を有する多孔質となり、アロイ粉体積層ポーラス構造物２７の比表面積を大きくすることができ、それら流路２８（通路孔）を水（水溶液）が通流しつつ水（水溶液）をアロイ粉体積層ポーラス構造物２７の接触面（アロイ粉体２３の表面）に広く接触させることができる。
アロイ粉体積層ポーラス構造物２７は、その密度が５．０ｇ／ｃｍ２～７．０ｇ／ｃｍ２の範囲にある。アロイ粉体積層ポーラス構造物２７の密度が５．０ｇ／ｃｍ２未満では、アロイ粉体積層ポーラス構造物２７の強度が低下し、衝撃が加えられたときにアロイ粉体積層ポーラス構造物２７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。アロイ粉体積層ポーラス構造物２７の密度が７．０ｇ／ｃｍ２を超過すると、アロイ粉体積層ポーラス構造物２７に多数の微細な流路２８（通路孔）が形成されず、アロイ粉体積層ポーラス構造物２７の比表面積を大きくすることができない。
カーボン電極板２４の両面（前後面２５，２６）に形成されたアロイ粉体積層ポーラス構造物２７は、その密度が前記範囲にあるから、アロイ粉体積層ポーラス構造物２７が多数の微細な流路２８（通路孔）を有する多孔質に成形され、アロイ粉体積層ポーラス構造物２７の比表面積を大きくすることができ、それら流路２８（通路孔）を水（水溶液）が通流しつつ水（水溶液）をアロイ粉体積層ポーラス構造物２７の接触面（アロイ粉体２３の表面）に広く接触させることができる。
それら遷移金属の粉体の粒径が１０μｍ未満では、遷移金属の粉体によって流路２８（通路孔）が塞がれ、アロイ粉体積層ポーラス構造物２７に多数の微細な流路２８を形成することができず、アロイ粉体積層ポーラス構造物２７の比表面積を大きくすることができない。それら遷移金属の粉体の粒径が２００μｍを超過すると、流路２８（通路孔）の開口面積（開口径）が必要以上に大きくなり、アロイ粉体積層ポーラス構造物２７に多数の微細な流路２８を形成することができず、アロイ粉体積層ポーラス構造物２７の比表面積を大きくすることができない。それら遷移金属の粉体の粒径が前記範囲にあるから、アロイ粉体積層ポーラス構造物２７が多数の微細な流路２８（通路孔）を有する多孔質に成形され、アロイ粉体積層ポーラス構造物２７の比表面積を大きくすることができ、それら流路２８を水（水溶液）が通流しつつ水（水溶液）をアロイ粉体積層ポーラス構造物２７の接触面（アロイ粉体２３の表面）に広く接触させることができる。
図７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８は、電気分解装置１０を利用した水素ガス生成システム３０の一例を示す図である。図７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７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１１Ａ又は陽極１１Ｂ（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１２Ａ又は陰極１２Ｂ（カソード）に給電される。
陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ（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１２Ａ又は陰極１２Ｂ（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又は陽極１１Ｂから陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ（電極）へ移動する。固体高分子電解質膜１２には、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂで生成されたプロトンが通流する。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、遷移金属の中から選択された少なくとも３種類の遷移金属から陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ（電極）や陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ（電極）が形成されているから、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂや陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂが優れた触媒活性（触媒作用）を示し、電気分解装置１０において効率よく電気分解が行われ、短時間に多量の水素ガスが発生する。
なお、ＮａＯＨ水溶液の電気分解では、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂにおいて４ＯＨ－→２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２＋４ｅ－の陽極反応（触媒作用）が起こり、陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ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１１Ａ又は陽極１１Ｂにおいて２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ－の陽極反応（触媒作用）が起こり、陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ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１１Ａ又は陽極１１Ｂにおいて２Ｃｌ－→Ｃｌ２＋２ｅ－の陽極反応（触媒作用）が起こり、陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ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１１Ａ又は陽極１１Ｂにおいて２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ－の陽極反応（触媒作用）が起こり、陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ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１１Ａ又は陽極１１Ｂにおいて２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ－の陽極反応（触媒作用）が起こり、陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ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３０は、電気分解装置１０と、電気分解装置１０の陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及びと陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂとに電気を給電する直流電源３１と、水（純水）を貯水する貯水タンク３２と、水（純水）を給水する給水ポンプ３３と、酸素気液分離器３４と、水（純水）を給水する２台の循環ポンプ３５，３６と、水素気液分離器３７と、水素を貯めるボンベ３８（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３０は、貯水タンク３２に貯水された水（純水）が給水ポンプ３３によって酸素気液分離器３４に給水され、酸素気液分離器３４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３１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３４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３４において気液分離された水は循環ポンプ３５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３７に流入し、気液分離された後、ボンベ３８（水素タンク）に流入する。水素気液分離器３７において気液分離された水は循環ポンプ３６によって再び電気分解装置１０に給水される。
図９は、燃料極４０（陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ）及び空気曲４１（陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ）を使用した固体高分子形燃料電池３９の側面図であり、図１０は、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ（空気極４１）及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ（燃料極４０）の起電圧試験の結果を示す図である。図１１は、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ（空気極４１）及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ（燃料極４０）のＩ－Ｖ特性試験の結果を示す図である。
図９では、負荷５０接続された状態を示しているが、起電圧試験では、負荷５０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９に示す固体高分子形燃料電池３９に電気分解装置１０において使用した陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ（空気極４１）及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ（燃料極４０）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３９に負荷５０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３９は、図９に示すように、燃料極４０（陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ）及び空気極４１（陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ）と、燃料極４０及び空気極４１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、燃料極４０の厚み方向外側に位置するセパレータ４２（バイポーラプレート）と、空気極４１の厚み方向外側に位置するセパレータ４３（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４２，４３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４０や空気極４１、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４４(Membrane Electrode Assembly, MEA)を構成し、膜/電極接合体４４をそれらセパレータ４２，４３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。燃料極４０とセパレータ４２との間には、ガス拡散層４５が形成され、空気極４１とセパレータ４３との間には、ガス拡散層４６が形成されている。燃料極４０とセパレータ４２との間であってガス拡散層４５の上部及び下部には、ガスシール４７が設置されている。空気極４１とセパレータ４３との間であってガス拡散層４６の上部及び下部には、ガスシール４８が設置されている。
固体高分子形燃料電池３９では、燃料極４０（陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ）に水素（燃料）が供給され、空気極４１（陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ）に空気（酸素）が供給される。燃料極４０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１３内を通って燃料極４０から空気極４１へ移動し、電子が導線４９内を通って空気極４１へ移動する。固体高分子電解質膜１３には、燃料極４０で生成されたプロトンが通流する。空気極４１では、固体高分子電解質膜１３から移動したプロトンと導線４９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。少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、遷移金属の中から選択された少なくとも３種類の遷移金属から燃料極４０（陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ）や空気極４１（陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ）が形成されているから、燃料極４０（陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ）や空気極４１（陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ）が優れた触媒活性（触媒作用）を示し、水素がプロトンと電子とに効率よく分解される。
起電圧試験では、水素ガスを注入してから１５分の間、燃料極４０（陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ）と空気極４１（陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ）との間（電極間）の電圧（Ｖ）を測定した。図１０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４０（陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ）と空気極４１（陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ）との間（電極間）の電圧（Ｖ）を表す。白金族元素を利用した（担持させた）電極（白金電極）を使用した場合、固体高分子形燃料電池３９では、図１０の起電圧試験の結果を示す図から分かるように、電極間の電圧が１．０７９（Ｖ）前後であったのに対し、燃料極４０（白金レス電極）及び空気極４１（白金レス電極）を使用した固体高分子形燃料電池３９では、燃料極４０（陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ）と空気極４１（陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ）との間（電極間）の電圧（起電力）が１．０１（Ｖ）～１．０２（Ｖ）であった。
Ｉ－Ｖ特性試験では、燃料極４０（陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ）と空気極４１（陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ）との間（電極間）に負荷５０を接続し、電圧と電流との関係を測定した。図１１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４０（白金レス電極）及び空気極４１（白金レス電極）を使用した固体高分子形燃料電池３９では、図１１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１０の起電圧試験の結果や図１１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４０（陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ）及び空気極４１（陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ）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。
電気分解装置１０は、それに使用される陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂが各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物を微粉砕したアロイ粉体２３と、アロイ粉体２３を両面（前後面２５，２６）に担持させた所定面積のカーボン電極板２４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から、アロイ粉体２３又はアロイ粉体積層ポーラス構造物２７を有する白金レスの陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂが白金族元素を含む陽極及び陰極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む陽極及び陰極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、白金レスの陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂを使用した電気分解装置１０において電気分解を効率よく行うことができるとともに、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。
電気分解装置１０は、カーボン電極板２４の厚み寸法が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１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂの電気抵抗を小さくすることができ、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂに電流をスムースに流すことができ、白金レスの陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂを利用して電気分解を確実に行うことができる。
Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とし、カーボン電極板２４の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの範囲にある陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂを使用した電気分解装置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の粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂが白金族元素を含む陽極及び陰極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む陽極及び陰極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができるとともに、カーボン電極板２４の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの範囲にあるから、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂの電気抵抗を小さくすることができ、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂを電流がスムースに流れ、白金レスの陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂを使用した電気分解装置１０において電気分解を効率よく行うことができ、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。
Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とし、カーボン電極板２４の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの範囲にある陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂを使用した電気分解装置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の粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂが白金族元素を含む陽極及び陰極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む陽極及び陰極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができるとともに、カーボン電極板２４の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの範囲にあるから、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂの電気抵抗を小さくすることができ、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂを電流がスムースに流れ、白金レスの陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂを使用した電気分解装置１０において電気分解を効率よく行うことができ、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。
Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とし、カーボン電極板２４の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの範囲にある陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂを使用した電気分解装置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の粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂが白金族元素を含む陽極及び陰極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む陽極及び陰極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができるとともに、カーボン電極板２４の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの範囲にあるから、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂの電気抵抗を小さくすることができ、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂを電流がスムースに流れ、白金レスの陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂを使用した電気分解装置１０において電気分解を効率よく行うことができ、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。
図１２は、電気分解装置１０に使用する陽極１１Ａ，１１Ｂ及び陰極１２Ａ，１２Ｂの製造方法を説明する図である。陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ（電極）及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ（電極）は、図１２に示すように、遷移金属選択工程Ｓ１、金属粉体混合物作成工程Ｓ２、金属粉体圧縮物作成工程Ｓ３、アロイ成形物作成工程Ｓ４、アロイ粉体作成工程Ｓ５、アロイ粉体担持工程Ｓ６を有する電極製造方法によって製造される。
遷移金属選択工程Ｓ１では、各種の遷移金属５１から選択する少なくとも３種類の遷移金属５１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５１の中から少なくとも３種類の遷移金属５１（Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｇ（銀））を選択する。
遷移金属選択工程Ｓ１において、既述のように、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした金属粉体混合物５３（アロイ粉体２３やアロイ粉体積層ポーラス構造物２７）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）を主成分とした金属粉体混合物５３（アロイ粉体２３やアロイ粉体積層ポーラス構造物２７）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）を主成分とした金属粉体混合物５３（アロイ粉体２３やアロイ粉体積層ポーラス構造物２７）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。
金属粉体混合物作成工程Ｓ２では、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択された少なくとも３種類の遷移金属５１の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物５３を作る。金属粉体混合物作成工程Ｓ２において、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした金属粉体混合物５３（アロイ粉体２３やアロイ粉体積層ポーラス構造物２７）では、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＮｉ、Ｃｕ（銅）、ＺＮ（亜鉛）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕してＮｉの粉体５２、Ｃｕの粉体５２、Ｚｎの粉体５２を作成する。次に、Ｎｉの粉体５２やＣｕの粉体５２、Ｚｎの粉体５２を混合機に投入して混合機によってＮｉの粉体５２、Ｃｕの粉体５２、Ｚｎの粉体５２を攪拌・混合し、Ｎｉの粉体５２、Ｃｕの粉体５２、Ｚｎの粉体５２が均一に混合・分散した金属粉体混合物５３を作る。
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の粉体５２、Ｍｎの粉体５２、Ｍｏの粉体５２を作成する。次に、Ｎｉの粉体５２やＭｎの粉体５２、Ｍｏの粉体５２を混合機に投入して混合機によってＮｉの粉体５２、Ｍｎの粉体５２、Ｍｏの粉体５２を攪拌・混合し、Ｎｉの粉体５２、Ｍｎの粉体５２、Ｍｏの粉体５２が均一に混合・分散した金属粉体混合物５３を作る。
金属粉体混合物作成工程Ｓ２において、Ｆｅ（鉄）を主成分とした金属粉体混合物５３（アロイ粉体２３やアロイ粉体積層ポーラス構造物２７）では、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＦｅ、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕してＦｅの粉体５２、Ｎｉの粉体５２、Ｃｕの粉体５２を作成する。次に、Ｆｅの粉体５２やＮｉの粉体５２、Ｃｕの粉体５２を混合機に投入して混合機によってＦｅの粉体５２、Ｎｉの粉体５２、Ｃｕの粉体５２を攪拌・混合し、Ｆｅの粉体５２、Ｎｉの粉体５２、Ｃｕの粉体５２が均一に混合・分散した金属粉体混合物５３を作る。
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の粉体５２、Ｔｉの粉体５２、Ａｇの粉体５２を作成する。次に、Ｆｅの粉体５２やＴｉの粉体５２、Ａｇの粉体５２を混合機に投入して混合機によってＦｅの粉体５２、Ｔｉの粉体５２、Ａｇの粉体５２を攪拌・混合し、Ｆｅの粉体５２、Ｔｉの粉体５２、Ａｇの粉体５２が均一に混合・分散した金属粉体混合物５３を作る。
金属粉体混合物作成工程Ｓ２において、Ｃｕ（銅）を主成分とした金属粉体混合物５３（アロイ粉体２３やアロイ粉体積層ポーラス構造物２７）では、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＣｕ、Ｆｅ（鉄）、Ｚｎ（亜鉛）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕してＣｕの粉体５２、Ｆｅの粉体５２、Ｚｎの粉体５２を作成する。次に、Ｃｕの粉体５２やＦｅの粉体５２、Ｚｎの粉体５２を混合機に投入して混合機によってＣｕの粉体５２、Ｆｅの粉体５２、Ｚｎの粉体５２拌・混合し、Ｃｕの粉体５２、Ｆｅの粉体５２、Ｚｎの粉体５２が均一に混合・分散した金属粉体混合物５３を作る。
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の粉体５２、Ｆｅの粉体５２、Ａｇの粉体５２を作成する。次に、Ｃｕの粉体５２やＦｅの粉体５２、Ａｇの粉体５２を混合機に投入して混合機によってＣｕの粉体５２、Ｆｅの粉体５２、Ａｇの粉体５２を攪拌・混合し、Ｃｕの粉体５２、Ｆｅの粉体５２、Ａｇの粉体５２が均一に混合・分散した金属粉体混合物５３を作る。
金属粉体圧縮物作成工程Ｓ３では、金属粉体混合物作成工程Ｓ２によって作られた金属粉体混合物５３を所定圧力で加圧し、金属粉体混合物５３を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物５４を作る。金属粉体圧縮物作成工程Ｓ３では、金属粉体混合物５３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金属粉体圧縮物５４を作る。プレス加工時におけるプレス圧（圧力）は、５００Ｍｐａ～８００Ｍｐａの範囲にある。
プレス圧（圧力）が５００Ｍｐａ未満では、金属粉体混合物５３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金属粉体圧縮物５４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５５の硬度が必要以上に高くなり、アロイ粉体作成工程Ｓ５によって所期する粒径のアロイ粉体２３を作ることができない。電極製造方法は、金属粉体混合物５３を前記範囲の圧力で加圧（圧縮）することで、所定硬度の金属粉体圧縮物５４を作ることができ、その金属粉体圧縮物５４を焼成して所定硬度のアロイ成形物５５を作ることができるとともに、アロイ成形物５５を微粉砕した所定粒径のアロイ粉体２３を作ることができる。
金属粉体圧縮物作成工程Ｓ３において、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした金属粉体圧縮物５４では、Ｎｉの粉体５２、Ｃｕ（銅）の粉体５２、ＺＮ（亜鉛）粉体５２を混合した金属粉体混合物５３の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物５３をプレス加工によって加圧して金属粉体混合物５３を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物５４を作る。又は、Ｎｉの粉体５２、Ｍｎ（マンガン）の粉体５２、Ｍｏ（モリブデン）の粉体５２を混合した金属粉体混合物５３の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物５３をプレス加工によって加圧して金属粉体混合物５３を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物５４を作る。
金属粉体圧縮物作成工程Ｓ３において、Ｆｅ（鉄）を主成分とした金属粉体圧縮物５４では、Ｆｅの粉体５２、Ｎｉ（ニッケル）の粉体５２、Ｃｕ（銅）の粉体５２を混合した金属粉体混合物５３の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物５３をプレス加工によって加圧して金属粉体混合物５３を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物５４を作る。又は、Ｆｅの粉体５２、Ｔｉ（チタン）の粉体５２、Ａｇ（銀）の粉体５２を混合した金属粉体混合物５３の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物５３をプレス加工によって加圧して金属粉体混合物５３を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物５４を作る。
金属粉体圧縮物作成工程Ｓ３において、Ｃｕ（銅）を主成分とした金属粉体圧縮物５４では、Ｃｕの粉体５２、Ｆｅ（鉄）の粉体５２、Ｚｎ（亜鉛）の粉体５２を混合した金属粉体混合物５３の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物５３をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物５３を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物５４を作る。又は、Ｃｕの粉体５２、Ｆｅ（鉄）の粉体５２、Ａｇ（銀）の粉体５２を混合した金属粉体混合物５３の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物５３をプレス加工によって加圧して金属粉体混合物５３を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物５４を作る。
アロイ成形物作成工程Ｓ４では、金属粉体圧縮物作成工程Ｓ３によって作られた金属粉体圧縮物５４を炉（蒸気過熱炉や電気炉等）に投入し、金属粉体圧縮物５４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５５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５１のうちの少なくとも２種類の遷移金属５１を溶融させる温度で金属粉体圧縮物５４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金属粉体圧縮物５４の焼成時において、少なくとも２種類の遷移金属５１の粉体５２が溶融し、溶融した遷移金属５１をバインダーとして他の遷移金属５１の粉体５２を接合（固着）する。
アロイ成形物作成工程Ｓ４において、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした金属粉体圧縮物５４では、Ｎｉの粉体５２、Ｃｕ（銅）の粉体５２、ＺＮ（亜鉛）粉体５２を混合した金属粉体混合物５３を圧縮した金属粉体圧縮物５４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５５を作る。Ｎｉの粉体５２、Ｃｕの粉体５２、Ｚｎの粉体５２から形成されたアロイ成形物５５では、Ｚｎ及びＣｕの粉体５２を溶融させる温度（例えば、１１００℃～１２００℃）で金属粉体圧縮物５４を焼成（焼結）し、溶融したＺｎ及びＣｕの粉体５２によってＮｉの粉体５２が接合（固着）される。
アロイ成形物作成工程Ｓ４において、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした金属粉体圧縮物５４では、Ｎｉの粉体５２、Ｍｎ（マンガン）の粉体５２、Ｍｏ（モリブデン）の粉体５２を混合した金属粉体混合物５３を圧縮した金属粉体圧縮物５４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５５を作る。Ｎｉの粉体５２、Ｍｎの粉体５２、Ｍｏの粉体５２から形成されたアロイ成形物５５では、Ｍｎ及びＮｉの粉体５２を溶融させる温度（例えば、１４６０℃～１５００℃）で金属粉体圧縮物５４を焼成し、溶融したＭｎ及びＮｉの粉体５２によってＭｏの粉体５２が接合（固着）される。
アロイ成形物作成工程Ｓ４において、Ｆｅ（鉄）を主成分とした金属粉体圧縮物５４では、Ｆｅの粉体５２、Ｎｉ（ニッケル）の粉体５２、Ｃｕ（銅）の粉体５２を混合した金属粉体混合物５３を圧縮した金属粉体圧縮物５４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５５を作る。Ｆｅの粉体５２、Ｎｉの粉体５２、Ｃｕの粉体５２から形成されたアロイ成形物５５では、Ｃｕ及びＮｉの粉体５２を溶融させる温度（例えば、１４６０℃～１５００℃）で金属粉体圧縮物５４を焼成し、溶融したＣｕ及びＮｉの粉体５２によってＦｅの粉体５２が接合（固着）される。
アロイ成形物作成工程Ｓ４において、Ｆｅ（鉄）を主成分とした金属粉体圧縮物５４では、Ｆｅの粉体５２、Ｔｉ（チタン）の粉体５２、Ａｇ（銀）の粉体５２を混合した金属粉体混合物５３を圧縮した金属粉体圧縮物５４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５５を作る。Ｆｅの粉体５２、Ｔｉの粉体５２、Ａｇの粉体５２から形成されたアロイ成形物５５では、Ａｇ及びＦｅの粉体５２を溶融させる温度（例えば、１５４０℃～１６００℃）で金属粉体圧縮物５４を焼成し、溶融したＡｇ及びＦｅの粉体５２によってＴｉの粉体５２が接合（固着）される。
アロイ成形物作成工程Ｓ４において、Ｃｕ（銅）を主成分とした金属粉体圧縮物５４では、Ｃｕの粉体５２、Ｆｅ（鉄）の粉体５２、Ｚｎ（亜鉛）の粉体５２を混合した金属粉体混合物５３を圧縮した金属粉体圧縮物５４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５５を作る。Ｃｕの粉体５２、Ｆｅの粉体５２、Ｚｎの粉体５２から形成されたアロイ成形物５５では、Ｚｎ及びＣｕの粉体５２を溶融させる温度（例えば、１０９０℃～１２００℃）で金属粉体圧縮物５４を焼成し、溶融したＺｎ及びＣｕの粉体５２によってＦｅの粉体５２が接合（固着）される。
アロイ成形物作成工程Ｓ４において、Ｃｕ（銅）を主成分とした金属粉体圧縮物５４では、Ｃｕの粉体５２、Ｆｅ（鉄）の粉体５２、Ａｇ（銀）の粉体５２を混合した金属粉体混合物５３を圧縮した金属粉体圧縮物５４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５５を作る。Ｃｕの粉体５２、Ｆｅの粉体５２、Ａｇの粉体５２から形成されたアロイ成形物５５では、Ａｇ及びＣｕの粉体５２を溶融させる温度（例えば、１０９０℃～１２００℃）で金属粉体圧縮物５４を焼成し、溶融したＡｇ及びＣｕの粉体５２によってＦｅの粉体５２が接合（固着）される。
アロイ粉体作成工程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５５を微粉砕機によって１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕してアロイ粉体２３を作る。Ｎｉ（ニッケル）を主成分としたアロイ粉体２３（Ｎｉを主成分とした合金粉体）の一例としては、Ｎｉの粉体５２、Ｃｕの粉体５２、ＺＮの粉体５２を均一に混合・分散した金属粉体混合物５３を圧縮した金属粉体圧縮物５４を焼成してアロイ成形物５５を作り、そのアロイ成形物５５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粉体２３の他の一例としては、Ｎｉの粉体５２、Ｍｎの粉体５２、Ｍｏの粉体５２を均一に混合・分散した金属粉体混合物５３を圧縮した金属粉体圧縮物５４を焼成してアロイ成形物５５を作り、そのアロイ成形物５５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粉体２３（Ｆｅを主成分とした合金粉体）の一例としては、Ｆｅの粉体５２、Ｎｉの粉体５２、Ｃｕの粉体５２を均一に混合・分散した金属粉体混合物５３を圧縮した金属粉体圧縮物５４を焼成してアロイ成形物５５を作り、そのアロイ成形物５５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粉体２３の他の一例としては、Ｆｅの粉体５２、Ｔｉの粉体５２、Ａｇの粉体５２を均一に混合・分散した金属粉体混合物５３を圧縮した金属粉体圧縮物５４を焼成してアロイ成形物５５を作り、そのアロイ成形物５５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粉体２３（Ｃｕを主成分とした合金粉体）の一例としては、Ｃｕの粉体５２、Ｆｅの粉体５２、Ｚｎの粉体５２を均一に混合・分散した金属粉体混合物５３を圧縮した金属粉体圧縮物５４を焼成してアロイ成形物５５を作り、そのアロイ成形物５５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粉体２３の他の一例としては、Ｃｕの粉体５２、Ｆｅの粉体５２、Ａｇの粉体５２を均一に混合・分散した金属粉体混合物５３を圧縮した金属粉体圧縮物５４を焼成してアロイ成形物５５を作り、そのアロイ成形物５５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。
アロイ粉体担持工程Ｓ６では、アロイ粉体作成工程Ｓ５によって作られた複数のアロイ粉体２３を所定面積及び０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの厚み寸法Ｌ１のカーボン電極板２４の前面２５の全域と後面２６の全域（両面の全域）とに担持させる。又は、アロイ粉体担持工程Ｓ６では、複数のアロイ粉体２３をカーボン電極板２４の厚み方向へ重なり合うように（積層するように）、それらアロイ粉体２３を所定面積及び０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの厚み寸法Ｌ１のカーボン電極板２４の前面２５の全域と後面２６の全域（両面の全域）とに担持させ、カーボン電極板２４の厚み方向へ重なり合う（積層した）複数のアロイ粉体２３によって既述のアロイ粉体積層ポーラス構造物２７を形成する。アロイ粉体担持工程Ｓ６では、アロイ粉体２３をカーボン電極板２４の両面（前後面２５，２６）に導電性バインダー（導電性結合材）やプラズマ溶射によって担持する。
電気分解装置１０に使用する陽極１１Ａ，１１Ｂ及び陰極１２Ａ，１２Ｂの電極製造方法は、各種の遷移金属５１から選択する少なくとも３種類の遷移金属５１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５１の中から少なくとも３種類の遷移金属５１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５１の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物５３を作る金属粉体混合物作成工程Ｓ２と、金属粉体混合物作成工程Ｓ２によって作られた金属粉体混合物５３を所定圧力で加圧して金属粉体圧縮物５４を作る金属粉体圧縮物作成工程Ｓ３と、金属粉体圧縮物作成工程Ｓ３によって作られた金属粉体圧縮物５４を所定温度で焼成してアロイ成形物５５を作るアロイ成形物作成工程Ｓ４と、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５５を微粉砕してアロイ粉体２３を作るアロイ粉体作成工程Ｓ５と、アロイ粉体作成工程Ｓ５によって作られたアロイ粉体２３を所定面積のカーボン電極板２４の両面（前後面２５，２６）に担持させるアロイ粉体担持工程Ｓ６との各工程によって陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂを製造するから、白金族元素を利用しない白金レスの陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂ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）を有して電気分解装置１０に好適に使用することが可能な陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂを作ることができる。
電気分解装置１０に使用する陽極１１Ａ，１１Ｂ及び陰極１２Ａ，１２Ｂの電極製造方法は、厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの範囲のカーボン電極板２４の前面２５の全域と後面２６の全域とにアロイ粉体２３を担持させ、複数のアロイ粉体２３を備えた陽極１１Ａ及び陰極１２Ａ、又は、複数のアロイ粉体２３が重なり合ったアロイ粉体積層ポーラス構造物２７が形成された陽極１１Ｂ及び陰極１２Ｂを作ることができるから、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂの電気抵抗を低くすることができ、陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂに電流がスムースに流れ、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、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可能な陽極１１Ａ又は陽極１１Ｂ及び陰極１２Ａ又は陰極１２Ｂを作ることができる。
１０ 電気分解装置
１１Ａ 陽極（電極）
１１Ｂ 陽極（電極）
１２Ａ 陰極（電極）
１２Ｂ 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 アロイ粉体
２４ カーボン電極板
２５ 前面
２６ 後面
２７ アロイ粉体積層ポーラス構造物
２８ 流路（通路孔）
２９ 通流口
３０ 水素ガス生成システム
３１ 直流電源
３２ 貯水タンク
３３ 給水ポンプ
３４ 酸素気液分離器
３５ 循環ポンプ
３６ 循環ポンプ
３７ 水素気液分離器
３８ ボンベ
３９ 固体高分子形燃料電池
４０ 燃料極
４１ 空気極
４２ セパレータ
４３ セパレータ
４４ 膜/電極接合体
４５ ガス拡散層
４６ ガス拡散層
４７ ガスシール
４８ ガスシール
４９ 導線
５０ 負荷
５１ 遷移金属
５２ 粉体
５３ 金属粉体混合物
５４ 金属粉体圧縮物
５５ アロイ成形物
Ｌ１ 厚み寸法
Ｓ１ 遷移金属選択工程
Ｓ２ 金属粉体混合物作成工程
Ｓ３ 金属粉体圧縮物作成工程
Ｓ４ アロイ成形物作成工程
Ｓ５ アロイ粉体作成工程
Ｓ６ アロイ粉体担持工程
１１Ａ 陽極（電極）
１１Ｂ 陽極（電極）
１２Ａ 陰極（電極）
１２Ｂ 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 アロイ粉体
２４ カーボン電極板
２５ 前面
２６ 後面
２７ アロイ粉体積層ポーラス構造物
２８ 流路（通路孔）
２９ 通流口
３０ 水素ガス生成システム
３１ 直流電源
３２ 貯水タンク
３３ 給水ポンプ
３４ 酸素気液分離器
３５ 循環ポンプ
３６ 循環ポンプ
３７ 水素気液分離器
３８ ボンベ
３９ 固体高分子形燃料電池
４０ 燃料極
４１ 空気極
４２ セパレータ
４３ セパレータ
４４ 膜/電極接合体
４５ ガス拡散層
４６ ガス拡散層
４７ ガスシール
４８ ガスシール
４９ 導線
５０ 負荷
５１ 遷移金属
５２ 粉体
５３ 金属粉体混合物
５４ 金属粉体圧縮物
５５ アロイ成形物
Ｌ１ 厚み寸法
Ｓ１ 遷移金属選択工程
Ｓ２ 金属粉体混合物作成工程
Ｓ３ 金属粉体圧縮物作成工程
Ｓ４ アロイ成形物作成工程
Ｓ５ アロイ粉体作成工程
Ｓ６ アロイ粉体担持工程
Claims (15)
- 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電気分解装置において、
前記陽極及び前記陰極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物を微粉砕したアロイ粉体と、前記アロイ粉体を両面に担持させた所定面積のカーボン電極板とから形成され、前記金属粉体混合物が、Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とし、前記金属粉体混合物では、前記Ｎｉの仕事関数と該Ｎｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が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前記Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されていることを特徴とする電気分解装置。 - 前記金属粉体混合物の全重量に対する前記Ｎｉ（ニッケル）の粉体の重量比が、３０％～５０％の範囲にあり、前記Ｎｉの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％～５０％の範囲にあり、前記Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％～２０％の範囲にある請求項１に記載の電気分解装置。
- 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電気分解装置において、
前記陽極及び前記陰極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物を微粉砕したアロイ粉体と、前記アロイ粉体を両面に担持させた所定面積のカーボン電極板とから形成され、前記金属粉体混合物が、Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とし、前記金属粉体混合物では、前記Ｆｅの仕事関数と該Ｆｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が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前記Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されていることを特徴とする電気分解装置。 - 前記金属粉体混合物の全重量に対する前記Ｆｅ（鉄）の粉体の重量比が、３０％～５０％の範囲にあり、前記Ｆｅの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％～５０％の範囲にあり、前記Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％～２０％の範囲にある請求項３に記載の電気分解装置。
- 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電気分解装置において、
前記陽極及び前記陰極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物を微粉砕したアロイ粉体と、前記アロイ粉体を両面に担持させた所定面積のカーボン電極板とから形成され、前記金属粉体混合物が、Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とし、前記金属粉体混合物では、前記Ｃｕの仕事関数と該Ｃｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が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前記Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されていることを特徴とする電気分解装置。 - 前記金属粉体混合物の全重量に対する前記Ｃｕ（銅）の粉体の重量比が、３０％～５０％の範囲にあり、前記Ｃｕの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％～５０％の範囲にあり、前記Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％～２０％の範囲にある請求項５に記載の電気分解装置。
- 前記カーボン電極板の両面には、該カーボン電極板の厚み方向へ重なる前記アロイ粉体によってアロイ粉体積層ポーラス構造物が形成され、前記電気分解装置では、前記電極接合体膜と前記アロイ粉体積層ポーラス構造物とが隙間なく重なり合っている請求項１ないし請求項６いずれかに記載の電気分解装置。
- 前記遷移金属の粉体の粒径が、１０μｍ～２００μｍの範囲にあり、前記アロイ粉体の粒径が、１０μｍ～２００μｍの範囲にあり、前記カーボン電極板の厚み寸法が、０．０３ｍｍ～０．３ｍｍ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。
- 電気分解装置に使用する陽極及び陰極を製造する電極製造方法において、
前記電極製造方法が、Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とし、前記Ｎｉの仕事関数と該Ｎｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が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前記Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体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前記Ｎｉ（ニッケル）の粉体と該遷移金属選択工程によって選択された少なくとも２種類の遷移金属の粉体とを均一に混合・分散した金属粉体混合物を作る金属粉体混合物作成工程と、前記金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を所定圧力で加圧して金属粉体圧縮物を作る金属粉体圧縮物作成工程と、前記金属粉体圧縮物作成工程によって作られた金属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、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微粉砕してアロイ粉体を作るアロイ粉体作成工程と、前記アロイ粉体作成工程によって作られたアロイ粉体を所定面積のカーボン電極板の両面に担持させるアロイ粉体担持工程とを有することを特徴とする電気分解装置の電極製造方法。 - 電気分解装置に使用する陽極及び陰極を製造する電極製造方法において、
前記電極製造方法が、Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とし、前記Ｆｅの仕事関数と該Ｆｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が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前記Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体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前記Ｆｅ（鉄）の粉体と該遷移金属選択工程によって選択された少なくとも２種類の遷移金属の粉体とを均一に混合・分散した金属粉体混合物を作る金属粉体混合物作成工程と、前記金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を所定圧力で加圧して金属粉体圧縮物を作る金属粉体圧縮物作成工程と、前記金属粉体圧縮物作成工程によって作られた金属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、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微粉砕してアロイ粉体を作るアロイ粉体作成工程と、前記アロイ粉体作成工程によって作られたアロイ粉体を所定面積のカーボン電極板の両面に担持させるアロイ粉体担持工程とを有することを特徴とする電気分解装置の電極製造方法。 - 電気分解装置に使用する陽極及び陰極を製造する電極製造方法において、
前記電極製造方法が、Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とし、前記Ｃｕの仕事関数と該Ｃｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が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前記Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体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前記Ｃｕ（銅）の粉体と該遷移金属選択工程によって選択された少なくとも２種類の遷移金属の粉体とを均一に混合・分散した金属粉体混合物を作る金属粉体混合物作成工程と、前記金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を所定圧力で加圧して金属粉体圧縮物を作る金属粉体圧縮物作成工程と、前記金属粉体圧縮物作成工程によって作られた金属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、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微粉砕してアロイ粉体を作るアロイ粉体作成工程と、前記アロイ粉体作成工程によって作られたアロイ粉体を所定面積のカーボン電極板の両面に担持させるアロイ粉体担持工程とを有することを特徴とする電気分解装置の電極製造方法。 - 前記金属粉体混合物作成工程が、前記遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属を１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕し、前記アロイ粉体作成工程が、前記アロイ成形物を１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕する請求項９ないし請求項１１いずれかに記載の電気分解装置の電極製造方法。
- 前記金属粉体圧縮物作成工程が、前記金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を５００Ｍｐａ～８００Ｍｐａの圧力で加圧して前記金属粉体圧縮物を作る請求項９ないし請求項１２いずれかに記載の電気分解装置の電極製造方法。
- 前記アロイ成形物作成工程が、前記遷移金属選択工程によって選択された遷移金属のうちの少なくとも２種類の遷移金属を溶融させる温度で前記金属粉体圧縮物を焼成し、溶融した遷移金属をバインダーとしてそれら遷移金属の粉体を接合する請求項９ないし請求項１３いずれかに記載の電気分解装置の電極製造方法。
- 前記アロイ粉体担持工程が、０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの厚み寸法の前記カーボン電極板の両面に前記アロイ粉体を担持させ、前記カーボン電極板の厚み方向へ重なる前記アロイ粉体によって該カーボン電極板の両面にアロイ粉体積層ポーラス構造物を形成する請求項９ないし請求項１４いずれかに記載の電気分解装置の電極製造方法。
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