JP7230826B2 - 多孔体、それを含む集電体および燃料電池 - Google Patents
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本出願は、2018年6月21日出願の日本出願第2018-118044号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
本開示の一態様に係る燃料電池は、上記集電体を含む。
[本開示の効果]
本発明者らは、高温環境下で高い導電性を維持することができる多孔体を検討した。その過程で、三次元網目状構造を有する骨格中のニッケルおよびコバルトが特定の質量比で存在する場合、多孔体は、高温環境下における使用にもかかわらず優れた導電性を維持することを知見した。これにより、本開示に係る多孔体に到達した。
[1]本開示の一態様に係る多孔体は、骨格が一体的に連続した三次元網目状構造を有する多孔体であって、上記骨格は、外殻と、中空又は導電性材料の一方または双方を含む芯部と、を備え、上記外殻は、ニッケルとコバルトとを含み、上記ニッケルおよび上記コバルトの合計質量に対する上記コバルトの質量比率が0.2以上0.4以下または0.6以上0.8以下である。このような特徴を有する多孔体は、高温環境下で高い導電性を維持することができる。
以下、本開示の一実施形態(以下、「本実施形態」とも記す)について説明する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。本明細書において「A~B」という形式の表記は、範囲の上限下限(すなわちA以上B以下)を意味し、Aにおいて単位の記載がなく、Bにおいてのみ単位が記載されている場合、Aの単位とBの単位とは同じである。
本実施形態に係る多孔体は、図1に示すように、骨格が一体的に連続した三次元網目状構造を有する多孔体であって、上記骨格は、外殻と、中空又は導電性材料の一方または双方を含む芯部と、を備え、上記外殻は、ニッケルとコバルトとを含み、上記ニッケルおよび上記コバルトの合計質量に対する上記コバルトの質量比率が0.2以上0.4以下または0.6以上0.8以下である。このような特徴を有する多孔体は、高温環境下で高い導電性を維持することができる。
多孔体は、図3に示すように、骨格12と気孔部14を有する三次元網目状構造を有する。三次元網目構造の詳細については、後述する。骨格12は、ニッケルとコバルトとを含む外殻11、およびこの外殻11に囲まれた中空又は導電性材料の一方または双方を含む芯部13とからなる。骨格12は、後述する支柱部およびノード部を形成している。
多孔体の見かけの密度(g/cm3)=M(g)/V(cm3)
M:多孔体の質量[g]
V:多孔体における外観の形状の体積[cm3]。
気孔率(%)=[1-{M/(V×d)}]×100
M:多孔体の質量[g]
V:多孔体における外観の形状の体積[cm3]
d:多孔体を構成する金属の密度[g/cm3]。
平均気孔径(μm)=25400μm/nc。
多孔体は、三次元網目状構造を有する骨格を備える。本実施形態において「三次元網目状構造」とは、それを構成する金属成分(たとえばニッケルおよびコバルトからなる合金など)が立体的に網目状に広がっている構造を意味する。三次元網目状構造は、骨格によって形成される。以下、三次元網目状構造について詳細に説明する。
三次元網目状構造30は、フレーム部10を備えると把握することもできるし、セル部20を備えると把握することもできる。
骨格の外殻は、上述のとおりニッケルとコバルトとを含む、外殻は、本開示の多孔体が有する作用効果に影響を与えない限り、ニッケルおよびコバルト以外の添加元素および不可避不純物を含むことを除外するものではない。しかしながらニッケル-コバルト合金は、外殻における主成分であることが好ましい。ここで外殻における「主成分」とは、骨格において占める質量割合が最も多い成分をいう。より具体的には、外殻における含有量が50質量%を超える成分をいう。
外殻は、ニッケルおよびコバルトの合計質量に対するコバルトの質量比率が0.2以上0.4以下または0.6以上0.8以下である。このような組成を有する骨格の外殻を備える多孔体をSOFCの集電体などに用いた場合、上述のように、酸化によってNixCo3-xO4(ただし、0.6≦x≦1.2または1.8≦x≦2.4)、典型的にはNiCo2O4またはNi2CoO4の化学式で示されるスピネル型酸化物が外殻中に生成される。外殻の酸化によりCoCo2O4の化学式で示されるスピネル型酸化物が生成される場合もある。スピネル型酸化物は、高い導電性を示し、もって多孔体は、高温環境下での使用によって外殻の全体が酸化された場合にも高い導電性を維持することができる。
ここで、上記外殻は、さらに窒素、硫黄、フッ素、塩素からなる群から選ばれた少なくとも1つの添加元素を含んでおり、上記添加元素は、5ppm以上10000ppm以下である。より好ましくは、10ppm以上8000ppm以下である。また、上記外殻は、添加元素としてリンを含んでいてもよく、その場合の上記添加元素は、5ppm以上50000ppm以下である。より好ましくは、10ppm以上40000ppm以下である。
外殻は、さらに酸素を含むことが好ましい。具体的には、酸素は、上記外殻において0.1質量%以上35質量%以下含まれることがより好ましい。外殻中の酸素は、たとえば多孔体をSOFCの集電体として用いた後に検出され得る。すなわち多孔体を700℃以上の高温に曝した後の状態で、酸素は、上記外殻において0.1質量%以上35質量%以下含まれることが好ましい。酸素は、上記外殻において10~30質量%であることがより好ましく、25~28質量%であることがさらに好ましい。
外殻は、本開示の多孔体が有する作用効果に影響を与えない限り、上述のように不可避不純物を含むことができる。外殻は、不可避不純物の成分としてたとえばケイ素、マグネシウム、炭素、スズ、アルミニウム、ナトリウム、鉄、タングステン、チタン、ホウ素、銀、金、クロム、モリブデンなどが含まれていてもよい。これらの成分は、たとえば後述する製造方法において混入が不可避となる不可避不純物として含まれる場合がある。たとえば不可避不純物の一例として、後述の導電化処理により形成される導電被覆層に含まれる元素などを挙げることができる。さらに外殻は、不可避不純物の成分として上述の酸素が、多孔体をSOFCの集電体として用いる前の状態において含まれていてもよい。外殻中において不可避不純物は、これら単独で5質量%以下であることが好ましく、これらの合計で10質量%以下であることが好ましい。
測定条件は、たとえば次のとおりとすればよい。
X線回折法: θ-2θ法
測定系: 平行ビーム光学系ミラー
スキャン範囲(2θ): 10~90°、積算時間: 1秒/ステップ、ステップ: 0.03°。
本実施形態に係る集電体は、上述した多孔体を含む。上記多孔体は、上述したように高温環境下で高い導電性を維持することができる。そのため上記集電体は、たとえば作動時に700℃以上の高温となるSOFCの集電体材料として好適に用いることができる。
本実施形態に係る燃料電池40は、図13に示すように、カソード41と、カソード側集電体44と、アノード42と、アノード側集電体45と、カソード41とアノード42の間に介在する固体電解質層43とを含む。また、カソード側集電体44およびアノード側集電体45上にはそれぞれ固体電解質層43に対向するようにカソード側セパレータ46とアノード側セパレータ47が配置されている。カソード41に酸化剤を供給するための酸化剤流路48はカソード側セパレータ46によって形成され、アノード42に燃料を供給するための燃料流路49はアノード側セパレータ47によって形成されている。
本実施形態に係る多孔体は、従来公知の手法を適宜用いることにより製造することができる。このため上記多孔体の製造方法は、特に制限されるべきではないが、次の方法とすることが好ましい。
まず、三次元網目状構造を有する樹脂成形体(以下、単に「樹脂成形体」とも記す)のシートを準備する。樹脂成形体としてポリウレタン樹脂、メラミン樹脂などを用いることができる。さらに、樹脂成形体に導電性を付与する導電化処理として、樹脂成形体の表面に導電被覆層を形成する。この導電化処理としては、たとえばカーボン、導電性セラミックなどの導電性粒子およびバインダーを含有した導電性塗料を塗布、含浸などの手段により樹脂成形体の表面に含ませること、無電解めっき法によってニッケルおよび銅などの導電性金属による層を樹脂成形体の表面に形成すること、蒸着法またはスパッタリング法によって導電性金属による層を樹脂成形体の表面に形成することなどを挙げることができる。これにより、導電性樹脂成形体を得ることができる。
次に、上記導電性樹脂成形体上にニッケル-コバルト合金めっきを行なうことにより多孔体前駆体を得る。ニッケル-コバルト合金めっきの方法は、無電解めっきを適用することもできるが、効率の観点から電解めっき(所謂ニッケル-コバルト合金の電気めっき)を用いることが好ましい。ニッケル-コバルト合金の電解めっきでは、導電性樹脂成形体をカソードとして用いる。
塩(水溶液): スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルト: NiおよびCoの合計量として350~450g/L(ただしNi/Coの質量比については、所望するNiおよびCoの合計質量に対するCoの質量比率により、Co/(Ni+Co)=0.2~0.4またはCo/(Ni+Co)=0.6~0.8から調整する)
ホウ酸: 30~40g/L
pH: 4~4.5。
温度: 40~60℃
電流密度: 0.5~10A/dm2
アノード: 不溶性陽極。
続いて、上記多孔体前駆体に対して熱処理を行なって、導電性樹脂成形体中の樹脂成分を焼却し、これを除去することにより多孔体を得る。これにより、三次元網目状構造を有する骨格を備えた多孔体を得ることができる。上記樹脂成分を除去するための熱処理の温度および雰囲気は、たとえば600℃以上とし、大気などの酸化性雰囲気とすればよい。
<試料1-1>
以下の手順で試料1-1の多孔体を作製した。
まず三次元網目状構造を有する樹脂成形体として1.5mm厚のポリウレタン樹脂製シートを準備した。このポリウレタン樹脂製シートの気孔率および平均気孔径を上述の計算式に基づいて求めたところ、上記気孔率は96%であり、上記平均気孔径は450μmであった。
上記導電性樹脂成形体をカソードとし、下記の浴組成および電解条件の下でニッケル-コバルト合金の電解めっきを行なった。これにより、導電性樹脂成形体上にニッケル-コバルト合金を660g/m2付着させ、もって多孔体前駆体を得た。
塩(水溶液): スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルト: NiおよびCoの合計量として400g/L(ただしCo/(Ni+Co)の質量比は、0.1
ホウ酸: 35g/L
pH: 4.5。
温度: 50℃
電流密度: 5A/dm2
アノード: 不溶性陽極。
上記多孔体前駆体に対して熱処理を行なって、導電性樹脂成形体中の樹脂成分を焼却し、これを除去することにより試料1の多孔体を得た。上記樹脂成分を除去するための熱処理の温度を650℃とし、その雰囲気を大気雰囲気とした。
第2工程において用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.2とし、それ以外を試料1-1と同じとすることにより、試料1-2の多孔体を作製した。
第2工程において用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.33とし、それ以外を試料1-1と同じとすることにより、試料1-3の多孔体を作製した。
第2工程において用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.4とし、それ以外を試料1-1と同じとすることにより、試料1-4の多孔体を作製した。
第2工程において用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.5とし、それ以外を試料1-1と同じとすることにより、試料1-5の多孔体を作製した。
第2工程において用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.6とし、それ以外を試料1-1と同じとすることにより、試料1-6の多孔体を作製した。
第2工程において用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.67とし、それ以外を試料1-1と同じとすることにより、試料1-7の多孔体を作製した。
第2工程において用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.8とし、それ以外を試料1-1と同じとすることにより、試料1-8の多孔体を作製した。
第2工程において用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.9とし、それ以外を試料1-1と同じとすることにより、試料1-9の多孔体を作製した。
<多孔体の物性分析>
上述の方法により得た試料1-1~試料1-9の多孔体に関し、これらのニッケルおよびコバルトの合計質量に対するコバルトの質量比率を、それぞれ上記ICP-MS装置(商品名:「ICPMS-2030」、株式会社島津製作所製)を用いて調べた。
具体的には、各試料の多孔体を王水に溶解し、この溶液中の金属の組成を上記ICP-MS装置を用いて調べた。その結果、試料1-1~試料1-9の多孔体の骨格の外殻におけるニッケルおよびコバルトの合計質量に対するコバルトの質量比率はいずれも、これらを作製するのに用いためっき浴に含まれるニッケルおよびコバルトの合計質量に対するコバルトの質量比率(Co/(Ni+Co)の質量比)と一致した。
さらに高温環境下での導電性を評価するため、試料1-1~試料1-9の多孔体に対し、その電気抵抗率を次の方法を用いて測定した。
表1によれば、外殻におけるニッケルおよびコバルトの合計質量に対するコバルトの質量比率が0.2以上0.4以下または0.6以上0.8以下である試料1-2、試料1-3、試料1-4、試料1-6、試料1-7および試料1-8の多孔体は、上記質量比率を満たさない試料1-1、試料1-5および試料1-9の多孔体に比し、高温環境下において高い導電性が維持されることが分かった。
試料1-3の多孔体について、大気雰囲気下で800℃の熱処理を500時間行なった時点における多孔体の断面を電子顕微鏡(商品名:「SUPRA35VP」、カールツァイスマイクロスコピー株式会社製)を用いて撮影した。その顕微鏡像(電子顕微鏡像)を図10~12に示す。上記電子顕微鏡に付帯するEDX装置(商品名:「octane super」、アメテック株式会社製)を用い、上記断面に現れた多孔体の骨格の外殻の厚み方向の外側部(図10における+位置)、厚み方向の中心部(図11における+位置)、および厚み方向の内側部(図12における+位置)を被測定部として、それぞれ組成分析を行なった。結果を表2に示す。表2において炭素(C)が検出されている理由は、焼却された樹脂成分の残留物によるものと考えられる。アルミニウム(Al)が検出された理由は、その詳細は不明であるが、多孔体の断面の形成時に研磨砥粒残渣が混入したためであると考えられる。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.33とし、それ以外を試料1-1と同じとした。また、めっき浴中に硝酸ナトリウムを添加することにより添加元素としての窒素をそれぞれ、3ppm、5ppm、9000ppm、11000ppm添加し、試料2-1~試料2-4の多孔体を作製した。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.66とし、それ以外を試料1-1と同じとした。まためっき浴中に硝酸ナトリウムを添加することにより添加元素としての窒素をそれぞれ、3ppm、5ppm、9000ppm、11000ppm添加し、試料2-5~試料2-8の多孔体を作製した。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.33とし、それ以外を試料1-1と同じとした。また、めっき浴中に硫酸ナトリウムを添加することにより添加元素としての硫黄をそれぞれ、3ppm、5ppm、9000ppm、11000ppm添加し、試料3-1~試料3-4の多孔体を作製した。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.66とし、それ以外を試料1-1と同じとした。また、めっき浴中に硫酸ナトリウムを添加することにより添加元素としての硫黄をそれぞれ、3ppm、5ppm、9000ppm、11000ppm添加し、試料3-5~試料3-8の多孔体を作製した。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.33とし、それ以外を試料1-1と同じとした。また、めっき浴中にリン酸ナトリウムを添加することにより添加元素としてのリンをそれぞれ、3ppm、5ppm、50000ppm、55000ppm添加し、試料4-1~試料4-4の多孔体を作製した。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.66とし、それ以外を試料1-1と同じとした。また、めっき浴中にリン酸ナトリウムを添加することにより添加元素としてのリンをそれぞれ、3ppm、5ppm、50000ppm、55000ppm添加し、試料4-5~試料4-8の多孔体を作製した。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.33とし、それ以外を試料1-1と同じとした。また、めっき浴中にフッ化ナトリウムを添加することにより添加元素としてのフッ素をそれぞれ、3ppm、5ppm、9000ppm、11000ppm添加し、試料5-1~試料5-4の多孔体を作製した。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.66とし、それ以外を試料1-1と同じとした。また、めっき浴中にフッ化ナトリウムを添加することにより添加元素としてのフッ素をそれぞれ、3ppm、5ppm、9000ppm、11000ppm添加し、試料5-5~試料5-8の多孔体を作製した。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.33とし、それ以外を試料1-1と同じとした。また、めっき浴中に塩化ナトリウムを添加することにより添加元素としての塩素をそれぞれ、3ppm、5ppm、9000ppm、11000ppm添加し、試料6-1~試料6-4の多孔体を作製した。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.66とし、それ以外を試料1-1と同じとした。また、めっき浴中に塩化ナトリウムを添加することにより添加元素としての塩素をそれぞれ、3ppm、5ppm、9000ppm、11000ppm添加し、試料6-5~試料6-8の多孔体を作製した。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.33とし、それ以外を試料1-1と同じとした。また、めっき浴中に塩化ナトリウムを添加することにより添加元素としての塩素を2ppm、めっき浴中にリン酸ナトリウムを添加することにより添加元素としてのリンを1ppm添加し、添加元素の合計の濃度が3ppmの試料7-1の多孔体を作製した。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.33とし、それ以外を試料1-1と同じとした。また、めっき浴中に塩化ナトリウムを添加することにより添加元素としての塩素を2ppm、めっき浴中にリン酸ナトリウムを添加することにより添加元素としてのリンを3ppm添加し、添加元素の合計の濃度が5ppmの試料7-2の多孔体を作製した。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.33とし、それ以外を試料1-1と同じとした。また、めっき浴中に硝酸ナトリウムを添加することにより添加元素としての窒素を2ppm、めっき浴中に硫酸ナトリウムを添加することにより添加元素としての硫黄を3ppm添加し、添加元素の合計の濃度が5ppmの試料7-3の多孔体を作製した。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.33とし、それ以外を試料1-1と同じとした。また、めっき浴中にフッ化ナトリウムを添加することにより添加元素としてのフッ素を10000ppm、めっき浴中にリン酸ナトリウムを添加することにより添加元素としてのリンを30000ppm、めっき浴中に硫酸ナトリウムを添加することにより添加元素としての硫黄を10000ppm添加し、添加元素の合計の濃度が50000ppmの試料7-4の多孔体を作製した。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.33とし、それ以外を試料1-1と同じとした。また、めっき浴中にフッ化ナトリウムを添加することにより添加元素としてのフッ素を5000ppm、めっき浴中にリン酸ナトリウムを添加することにより添加元素としてのリンを30000ppm、めっき浴中に硫酸ナトリウムを添加することにより添加元素としての硫黄を20000ppm添加し、添加元素の合計の濃度が55000ppmの試料7-5の多孔体を作製した。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.66とし、それ以外を試料1-1と同じとした。また、めっき浴中に塩化ナトリウムを添加することにより添加元素としての塩素を2ppm、めっき浴中にリン酸ナトリウムを添加することにより添加元素としてのリンを1ppm添加し、添加元素の合計の濃度が3ppmの試料7-6の多孔体を作製した。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.66とし、それ以外を試料1-1と同じとした。また、めっき浴中に塩化ナトリウムを添加することにより添加元素としての塩素を2ppm、めっき浴中にリン酸ナトリウムを添加することにより添加元素としてのリンを3ppm添加し、添加元素の合計の濃度が5ppmの試料7-7の多孔体を作製した。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.66とし、それ以外を試料1-1と同じとした。また、めっき浴中に硝酸ナトリウムを添加することにより添加元素としての窒素を2ppm、めっき浴中に硫酸ナトリウムを添加することにより添加元素としての硫黄を3ppm添加し、添加元素の合計の濃度が5ppmの試料7-8の多孔体を作製した。
上記実施例1の第2工程に用いる浴組成に関し、スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルトに含まれるNiおよびCoの合計量を400g/Lとし、Co/(Ni+Co)の質量比を0.66とし、それ以外を試料1-1と同じとした。また、めっき浴中にフッ化ナトリウムを添加することにより添加元素としてのフッ素を10000ppm、めっき浴中にリン酸ナトリウムを添加することにより添加元素としてのリンを45000ppm、めっき浴中に硫酸ナトリウムを添加することにより添加元素としての硫黄を5000ppm添加し、添加元素の合計の濃度が60000ppmの試料7-9の多孔体を作製した。
<多孔体のクリープ特性>
上述の方法により得た試料2-1~試料7-9の多孔体において、各試料にSUS430製のブロックを載せることにより0.2MPaの荷重をかけながら、大気雰囲気下、800℃で1000時間熱処理を行った。評価としては、熱処理前後の各試料の厚みの変化率を株式会社テクロック社のデジタルシックネスゲージを用いて測定した。厚みの変化率が5%未満を良品(判定:A)、5%以上を不良品(判定:B)、割れたものを測定不能(判定:C)とした。その結果を、表3~表8にそれぞれ示す。
表3、表4、表6および表7によれば、添加元素が1つの場合、添加元素の濃度が少なくとも5ppm以上10000ppm以下の範囲であれば、上記クリープ特性は良好であり、高温環境下において高い強度が維持されることが分かった。また、表5によれば、添加元素としてのリンの濃度が少なくとも5ppm以上50000ppm以下の範囲であれば、上記クリープ特性は良好であり、高温環境下において高い強度が維持されることが分かった。また、表8によれば、添加元素が複数含まれている場合、添加元素の合計の濃度が少なくとも5ppm以上50000ppm以下の範囲であれば、上記クリープ特性は良好であり、高温環境下において高い強度が維持されることが分かった。
2 ノード部
10 フレーム部
11 外殻
12 骨格
13 芯部
14 気孔部
20 セル部
30 三次元網目状構造
40 燃料電池
41 カソード
42 アノード
43 固体電解質層
44 カソード側集電体
45 アノード側集電体
46 カソード側セパレータ
47 アノード側セパレータ
48 酸化剤流路
49 燃料流路
A 仮想平面
t 厚み
Claims (12)
- 骨格が一体的に連続した三次元網目状構造を有する多孔体であって、
前記骨格は、外殻と、中空である芯部と、を備え、
前記外殻は、ニッケルとコバルトとを含み、前記ニッケルおよび前記コバルトの合計質量に対する前記コバルトの質量比率が0.2以上0.4以下または0.6以上0.8以下である、多孔体。 - 前記外殻は、さらに窒素、硫黄、フッ素、塩素からなる群から選ばれる少なくとも1つの添加元素を含み、前記添加元素は、5ppm以上10000ppm以下である、請求項1に記載の多孔体。
- 前記外殻は、さらに添加元素としてリンを含み、前記添加元素は、5ppm以上50000ppm以下である、請求項1に記載の多孔体。
- 前記外殻は、さらに窒素、硫黄、フッ素、塩素、リンからなる群から選ばれる少なくとも2つ以上の添加元素を含み、前記添加元素の合計が、5ppm以上50000ppm以下である、請求項1に記載の多孔体。
- 前記外殻は、さらに酸素を含む、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の多孔体。
- 前記酸素は、0.1質量%以上35質量%以下である、請求項5に記載の多孔体。
- 前記外殻は、スピネル型酸化物を含む、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の多孔体。
- 前記外殻の断面を3000倍の倍率で観察することにより観察像を得た場合、前記観察像の任意の10μm四方の領域において現われる長径1μm以上の空隙の数が5個以下である、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の多孔体。
- 前記多孔体は、シート状の外観を有し、厚みが0.2mm以上2mm以下である、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の多孔体。
- 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の多孔体を含む、集電体。
- 請求項10に記載の集電体を含む、燃料電池。
- 前記ニッケルおよび前記コバルトの合計質量に対する前記コバルトの質量比率が0.2以上0.4以下または0.6以上0.72以下である、請求項1に記載の多孔体。
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