JP7355034B2 - 多孔体、それを含む燃料電池、およびそれを含む水蒸気電解装置 - Google Patents

多孔体、それを含む燃料電池、およびそれを含む水蒸気電解装置 Download PDF

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Description

本開示は、多孔体、それを含む燃料電池、およびそれを含む水蒸気電解装置に関する。本出願は、２０１９年５月２２日に出願した日本特許出願である特願２０１９－０９６１０７号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
従来から金属多孔体等の多孔体は、気孔率が高く、もって表面積が大きいことから、電池用電極、触媒担持体、金属複合材、フィルターなどの様々な用途に利用されている。
特開平１１－１５４５１７号公報 特開２０１２－１３２０８３号公報 特開２０１２－１４９２８２号公報
本開示の一態様に係る多孔体は、三次元網目状構造を有する骨格を備えた多孔体であって、
上記骨格の本体は、構成元素としてニッケルとコバルトとを含み、
上記骨格の本体は、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割合が０．２以上０．８以下である。
本開示の一態様に係る燃料電池は、空気極用集電体および水素極用集電体を備える燃料電池であって、上記空気極用集電体または上記水素極用集電体の少なくとも一方は、上記多孔体を含む。
本開示の一態様に係る水蒸気電解装置は、空気極用集電体および水素極用集電体を備える水蒸気電解装置であって、上記空気極用集電体または上記水素極用集電体の少なくとも一方は、上記多孔体を含む。
図１は、本開示の一態様に係る多孔体における骨格の部分断面の概略を示す概略部分断面図である。 図２は、図１のＡ－Ａ線断面図である。 図３Ａは、本開示の一態様に係る多孔体の三次元網目状構造を説明するため、多孔体におけるセル部の１つに着目した拡大模式図である。 図３Ｂは、セル部の形状の一態様を示す模式図である。 図４Ａは、セル部の形状の他の態様を示す模式図である。 図４Ｂは、セル部の形状のさらに他の態様を示す模式図である。 図５は、接合した２つのセル部の態様を示す模式図である。 図６は、接合した４つのセル部の態様を示す模式図である。 図７は、複数のセル部が接合することによって形成された三次元網目状構造の一態様を示す模式図である。 図８は、本開示の一態様に係る燃料電池を示す模式断面図である。 図９は、本開示の一態様に係る燃料電池用セルを示す模式断面図である。 図１０は、本開示の一態様に係る水蒸気電解装置を示す模式断面図である。 図１１は、本開示の一態様に係る水蒸気電解装置用セルを示す模式断面図である。
[本開示が解決しようとする課題]
このような金属多孔体の製造方法としては、たとえば特開平１１－１５４５１７号公報（特許文献１）において、発泡樹脂などに導電性を付与する処理を施した後、この発泡樹脂上に金属からなる電気めっき層を形成し、必要に応じて発泡樹脂を焼却し、除去することによって金属多孔体を製造する方法が開示されている。
さらに特開２０１２－１３２０８３号公報（特許文献２）には、耐酸化性および耐食性の特性を備えた金属多孔体として、ニッケル－スズ合金を主成分とする骨格を有する金属多孔体が開示されている。特開２０１２－１４９２８２号公報（特許文献３）には、高い耐食性を備えた金属多孔体として、ニッケル－クロム合金を主成分とする骨格を有する金属多孔体が開示されている。
このように金属多孔体等の多孔体は様々なものが知られているが、これを電池用電極の集電体、特に固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）の電極の集電体（例えば、空気極用集電体、水素極用集電体）として用いる場合、更なる改善の余地がある。
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池の空気極用集電体および水素極用集電体として適度な強度を有する多孔体、それを含む燃料電池、およびそれを含む水蒸気電解装置を提供することを目的とする。
[本開示の効果]
上記によれば、燃料電池の空気極用集電体および水素極用集電体として適度な強度を有する多孔体、それを含む燃料電池、およびそれを含む水蒸気電解装置を提供することができる。
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
［１］本開示の一態様に係る多孔体は、三次元網目状構造を有する骨格を備えた多孔体であって、
上記骨格の本体は、構成元素としてニッケルとコバルトとを含み、
上記骨格の本体は、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割合が０．２以上０．８以下である。このような特徴を有する多孔体は、燃料電池の空気極用集電体および水素極用集電体として適度な強度を有することができる。
［２］上記骨格の本体は、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割合が０．４を超えて０．６未満である。このような特徴を有する多孔体は、燃料電池の空気極用集電体および水素極用集電体として更に適度な強度を有することができる。
［３］上記骨格の本体は、窒素、硫黄、フッ素および塩素からなる群から選ばれる少なくとも１つの非金属元素を構成元素として更に含み、上記非金属元素は、その含有割合の合計が上記骨格の本体に対して５ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下である。この場合、高温環境下で高い導電性を維持しながらも適度な強度を確保することができる。
［４］上記骨格の本体は、構成元素としてリンを更に含み、上記リンは、その含有割合が上記骨格の本体に対して５ｐｐｍ以上５００００ｐｐｍ以下である。この場合、高温環境下で高い導電性を維持しながらも適度な強度を確保することができる。
［５］上記骨格の本体は、窒素、硫黄、フッ素、塩素およびリンからなる群から選ばれる少なくとも２つの非金属元素を構成元素として更に含み、上記非金属元素は、その含有割合の合計が上記骨格の本体に対して５ｐｐｍ以上５００００ｐｐｍ以下である。この場合、高温環境下で高い導電性を維持しながらも適度な強度を確保することができる。
［６］上記骨格の本体は、構成元素としてさらに酸素を含むことが好ましい。この態様は、多孔体が使用により酸化された状態にあることを意味するが、このような状態においても多孔体は、高温環境下で高い導電性を維持することができる。
［７］上記酸素は、上記骨格の本体において０．１質量％以上３５質量％以下含まれることが好ましい。この場合、高温環境下で高い導電性をより効果的に維持することができる。
［８］上記骨格の本体は、スピネル型酸化物を含むことが好ましい。この場合も、高温環境下で高い導電性をより効果的に維持することができる。
［９］上記骨格の本体は、その断面を３０００倍の倍率で観察することにより観察像を得た場合、上記観察像の任意の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個以下であることが好ましい。これにより、強度を十分に向上させることができる。
［１０］上記骨格は、中空であることが好ましい。これにより、多孔体を軽量とすることができ、かつ必要な金属量を低減することができる。
［１１］上記多孔体は、シート状の外観を有し、厚みが０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。これにより従来に比べ、厚みの薄い空気極用集電体および水素極用集電体を形成可能となり、もって必要な金属量を低減することができる。
［１２］本開示の一態様に係る燃料電池は、空気極用集電体および水素極用集電体を備える燃料電池であって、上記空気極用集電体または上記水素極用集電体の少なくとも一方は、上記多孔体を含む。このような特徴を有する燃料電池は、高温環境下で高い導電性を維持することができ、もって効率よく発電することができる。
［１３］本開示の一態様に係る水蒸気電解装置は、空気極用集電体および水素極用集電体を備える水蒸気電解装置であって、上記空気極用集電体または上記水素極用集電体の少なくとも一方は、上記多孔体を含む。このような特徴を有する水蒸気電解装置は、電解時の抵抗が下がり、もって効率よく水蒸気の電解を行うことができる。
［本開示の実施形態の詳細］
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。
≪多孔体≫
本実施形態に係る多孔体は、三次元網目状構造を有する骨格を備えた多孔体である。上記骨格の本体は、構成元素としてニッケルとコバルトとを含む。上記骨格の本体は、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割合が０．２以上０．８以下である。このような特徴を有する多孔体は、燃料電池の空気極用集電体および水素極用集電体として適度な強度を有することができる。ここで、本実施形態における「多孔体」としては、たとえば、金属からなる多孔体、当該金属の酸化物からなる多孔体、金属および当該金属の酸化物を含む多孔体が挙げられる。
骨格の本体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割合が０．２以上である多孔体では、強度が高く、ＳＯＦＣスタック化時に変形したとしても骨格に割れが起きにくい傾向がある。また、骨格の本体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割合が０．８以下である多孔体では、当該多孔体を空気極用集電体または水素極用集電体として燃料電池を製造しても、燃料電池の構成部材である固体電解質が割れにくい傾向がある。
上述のような事情を考慮した結果、上記骨格の本体における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割合が０．２以上０．８以下であるとき、上記骨格を備える多孔体は燃料電池の空気極用集電体および水素極用集電体として適度な強度を有することを本発明者らが初めて見いだした。
上記多孔体は、その外観がシート状、直方体状、球状および円柱状などの各種の形状を有することができる。なかでも多孔体は、シート状の外観を有し、厚みが０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。多孔体の厚みは、０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下であることがより好ましい。多孔体の厚みが２ｍｍ以下であることより、従来に比べ厚みの薄い多孔体となっており必要な金属量を低減することができる。多孔体の厚みが０．２ｍｍ以上であることより必要な強度を備えることができる。上記厚みは、たとえば市販のデジタルシックネスゲージによって測定が可能である。
＜骨格＞
多孔体は、上述のとおり三次元網目状構造を有する骨格を備える。骨格の本体は、構成元素としてニッケルとコバルトとを含む。上記骨格の本体は、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割合が０．２以上０．８以下である。
骨格は、図１に示すように、気孔部１４を有する三次元網目状構造を有する。ここで三次元網目状構造の詳細については、後述する。骨格１２は、構成元素としてニッケルとコバルトとを含む本体１１（以下、「骨格本体１１」と記載する場合がある。）、およびこの骨格本体１１に囲まれた中空の内部１３からなる。骨格本体１１は、後述する支柱部およびノード部を形成している。このように骨格は、中空であることが好ましい。
さらに骨格１２は、図２に示すように、その長手方向に直交する断面の形状が三角形であることが好ましい。しかし骨格１２の断面形状は、これに限定されるべきではない。骨格１２の断面形状は、四角形、六角形などの三角形以外の多角形であってもよい。さらに、骨格１２の断面形状が円形であってもよい。
すなわち骨格１２は、骨格本体１１に囲まれた内部１３が中空の筒形状を有し、長手方向に直交する断面が三角形またはその他の多角形、あるいは円形であることが好ましい。骨格１２は、筒形状であるので骨格本体１１において筒の内側面をなす内壁、および筒の外側面をなす外壁を有している。骨格１２は、骨格本体１１に囲まれた内部１３が中空であることにより、多孔体を非常に軽量とすることができる。ただし骨格は、中空であることに限定されず、中実であってもよい。この場合、多孔体の強度を向上することができる。
骨格は、ニッケルおよびコバルトの合計の目付量が２００ｇ／ｍ２以上１０００ｇ／ｍ２以下であることが好ましい。上記目付量は、２５０ｇ／ｍ２以上９００ｇ／ｍ２以下であることがより好ましい。後述するように、上記目付量は、導電性を付与する導電化処理を施した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ときなどに、その量を適宜調整することができる。例えば、上記多孔体がシート状の外観を有している場合、上記目付量は次式で求めることができる。
目付量（ｇ／ｍ２）＝Ｍ（ｇ）／Ｓ（ｍ２）
Ｍ：骨格の質量［ｇ］
Ｓ：骨格における外観の主面の面積［ｍ２］
上述したニッケルおよびコバルトの合計の目付量を、骨格の単位体積当たりの質量（骨格の見かけの密度）に換算すると次のとおりとなる。すなわち上記骨格の見かけの密度は、０．１４ｇ／ｃｍ３以上０．７５ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましく、０．１８ｇ／ｃｍ３以上０．６５ｇ／ｃｍ３以下であることがより好ましい。ここで「骨格の見かけの密度」は、次式で定義される。
骨格の見かけの密度（ｇ／ｃｍ３）＝Ｍ（ｇ）／Ｖ（ｃｍ３）
Ｍ：骨格の質量［ｇ］
Ｖ：骨格における外観の形状の体積［ｃｍ３］
骨格は、その気孔率が４０％以上９８％以下であることが好ましく、４５％以上９８％以下であることがより好ましく、５０％以上９８％以下であることが最も好ましい。骨格の気孔率が４０％以上であることにより、多孔体を非常に軽量なものとすることができ、かつ多孔体の表面積を大きくすることができる。骨格の気孔率が９８％以下であることにより、多孔体に十分な強度を備えさせることができる。
骨格の気孔率は、次式で定義される。
気孔率（％）＝［１－｛Ｍ／（Ｖ×ｄ）｝］×１００
Ｍ：骨格の質量［ｇ］
Ｖ：骨格における外観の形状の体積［ｃｍ３］
ｄ：骨格を構成する金属の密度［ｇ／ｃｍ３］
骨格は、その平均気孔径が６０μｍ以上３５００μｍ以下であることが好ましい。骨格の平均気孔径が６０μｍ以上であることにより、多孔体の強度を高めることができる。骨格の平均気孔径が３５００μｍ以下であることにより、多孔体の曲げ性（曲げ加工性）を高めることができる。これらの観点から、骨格の平均気孔径は６０μｍ以上１０００μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以上８５０μｍ以下であることが最も好ましい。
骨格の平均気孔径は、次の方法により求めることができる。すなわち、まず顕微鏡を用いて骨格の表面を３０００倍の倍率で拡大した観察像を少なくとも１０視野準備し、この１０視野のそれぞれにおいて後述するセル部における１インチ（２５．４ｍｍ＝２５４００μｍ）あたりの気孔の数を求める。さらに、この１０視野における気孔の数を平均値（ｎｃ）とした上で、これを次式に代入することより算出される数値を、骨格の平均気孔径とする。
平均気孔径（μｍ）＝２５４００μｍ／ｎｃ
ここで、上記骨格の気孔率および平均気孔径と、多孔体の気孔率および平均気孔径とは、同じものを指す。
骨格の本体は、その断面を３０００倍の倍率で観察することにより観察像を得た場合、上記観察像の任意の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個以下であることが好ましい。この空隙の数は、３個以下であることがより好ましい。これにより多孔体の強度を十分に向上させることができる。さらに骨格の本体は、上記空隙の数が５個以下であることにより、微粉を焼結してなる成形体とは異なることが理解される。観察される空隙の数の下限は、たとえば０個である。ここで「空隙の数」とは、骨格本体の断面における複数（例えば、１０か所）の「１０μｍ四方の領域」をそれぞれ観察することにより求められる空隙の数平均を意味する。
骨格の断面の観察は、電子顕微鏡を用いることにより行うことができる。具体的には、１０視野において骨格本体の断面の観察を行なうことにより、上述の「空隙の数」を求めることが好ましい。骨格本体の断面は、骨格の長手方向に直交する断面であってもよく、骨格の長手方向と平行な断面であってもよい。観察像において空隙は、色のコントラスト（明暗の差）によってその他と区別することができる。空隙の長径の上限は制限されるべきではないが、たとえば１００００μｍである。
骨格本体は、その平均厚みが１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。ここで「骨格本体の厚み」とは、上記骨格の内部の中空との界面である内壁から骨格の外側の外壁までの最短距離を意味し、その平均値を「骨格本体の平均厚み」とする。骨格本体の厚みは、骨格の断面を電子顕微鏡で観察することにより求めることができる。
骨格本体の平均厚みは、具体的には以下の方法により求めることができる。まずシート状の多孔体を、骨格本体の断面が現れるように切断する。切断された断面を一つ選択し、これを３０００倍の倍率で拡大して電子顕微鏡により観察することにより観察像を得る。次に、この観察像に現れた１個の骨格を形成する多角形（たとえば、図２の三角形）のうちの任意の１辺の厚みを、その１辺の中央部において測定し、これを骨格本体の厚みとする。さらに、このような測定を１０枚（１０視野）の観察像に対して行なうことにより、１０点の骨格本体の厚みを得る。最後に、これらの平均値を算出することにより、骨格本体の平均厚みを求めることができる。
（三次元網目状構造）
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、立体的な網目状の構造を意味する。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、図７に示すように、セル部２０を基本の単位としており、複数のセル部２０が接合することによって形成される。セル部２０は、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、支柱部１と、複数の支柱部１を繋ぐノード部２とを備える。支柱部１とノード部２とは、便宜上その用語について分けて説明されるが、両者の間に明確な境界はない。すなわち三次元網目状構造３０は、複数の支柱部１と複数のノード部２とが一体となってセル部２０が形成され、このセル部２０を構成単位として形成される。以下、理解を容易にするため、図３Ａのセル部を図３Ｂの正十二面体に見立てて説明する。
まず支柱部１およびノード部２は、それぞれが複数存在することによって、平面状の多角形構造体であるフレーム部１０を形成する。図３Ｂにおいて、フレーム部１０の多角形構造体は正五角形であるが、三角形、四角形、六角形などの正五角形以外の多角形であってもよい。ここでフレーム部１０の構造について、複数の支柱部１と複数のノード部２とによって平面多角形状の孔が形成されていると把握することもできる。本実施形態において、平面多角形状の孔の孔径は、フレーム部１０によって画定する平面多角形状の孔に外接する円の直径を意味する。フレーム部１０は、その複数が組み合わせられることによって、立体状の多面体構造体であるセル部２０を形成する。このとき、１個の支柱部１および１個のノード部２は、複数のフレーム部１０で共有される。
支柱部１は、上述した図２の模式図で示すように、中空の筒形状を有し、断面が三角形であることが好ましいが、これに限定されるべきではない。支柱部１は、断面形状が四角形、六角形などの三角形以外の多角形、あるいは円形であってもよい。ノード部２の形状は、頂点を有するようなシャープエッジの形状であってもよいし、当該頂点が面取りされているような平面状であってもよいし、当該頂点にアールが付与されたような曲面状であってもよい。
セル部２０の多面体構造体は、図３Ｂにおいて十二面体であるが、立方体、二十面体（図４Ａ）、切頂二十面体（図４Ｂ）などの他の多面体であってもよい。ここでセル部２０の構造について、複数のフレーム部１０のそれぞれによって画定する仮想平面Ａによって囲まれた立体状の空間（気孔部１４）が形成されていると把握することもできる。本実施形態において、上記立体状の空間の孔径（以下、「気孔径」とも記す。）は、セル部２０によって画定する上記立体状の空間に外接する球の直径と把握することができる。ただし、本実施形態における多孔体の気孔径は、便宜的に上述した計算式に基づいて算出される。すなわちセル部２０によって画定する立体状の空間の孔径（気孔径）は、上記骨格の気孔率および平均気孔径と同じものを指す。
セル部２０は、これが複数組み合わせられることによって三次元網目状構造３０を形成する（図５～図７）。このとき、フレーム部１０は２つのセル部２０で共有されている。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。
多孔体は、上述したように平面多角形状の孔（フレーム部）と立体状の空間（セル部）とを形成する三次元網目状構造を有している。このため平面状の孔のみを有する二次元網目状構造体（たとえばパンチングメタル、メッシュなど）と明確に区別することができる。さらに多孔体は、複数の支柱部と複数のノード部とが一体となって三次元網目状構造を形成しているため、構成単位である繊維同士が絡み合わされて形成された不織布などのような構造体と明確に区別することができる。多孔体は、このような三次元網目状構造を有することから、連通気孔を有することができる。
本実施形態において三次元網目状構造は、上述の構造に限定されない。たとえばセル部は、その大きさおよび平面的形状がそれぞれ異なる複数のフレーム部によって形成されていてもよい。さらに三次元網目状構造は、その大きさおよび立体的形状がそれぞれ異なる複数のセル部によって形成されていてもよい。三次元網目状構造は、平面多角形状の孔が形成されていないフレーム部を一部に含んでいてもよいし、立体状の空間が形成されていないセル部（内部が中実であるセル部）を一部に含んでいてもよい。
（ニッケルおよびコバルト）
骨格の本体は、上述のとおり構成元素としてニッケルとコバルトとを含む。骨格の本体は、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第３の成分を含むことを除外するものではない。しかしながら骨格の本体は、金属成分としては上記の２成分（ニッケルおよびコバルト）からなることが好ましい。具体的には、骨格の本体は、ニッケルおよびコバルトからなるニッケル－コバルト合金を含むことが好ましい。特に、ニッケル－コバルト合金は、骨格の本体における主成分であることが好ましい。ここで骨格の本体における「主成分」とは、骨格の本体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、骨格の本体における含有割合が５０質量％を超える成分をいう。
骨格の本体におけるニッケルおよびコバルトの合計の含有割合は、たとえば多孔体をＳＯＦＣの空気極用集電体または水素極用集電体として用いる前の状態、すなわち多孔体を７００℃以上の高温に曝す前の状態において、８０質量％以上であることが好ましく、９０質量％以上であることがより好ましく、９５質量％以上であることが最も好ましい。ニッケルおよびコバルトの合計の含有割合は、１００質量％であってもよい。ニッケルおよびコバルトの合計の含有割合が１００質量％である場合、骨格の本体の組成は、Ｎｉ１－ｎＣｏｎ（ただし、０．２≦ｎ≦０．８）の化学式で表すことができる。
ニッケルおよびコバルトは、その合計の含有割合が高いほど、多孔体をＳＯＦＣの空気極用集電体および水素極用集電体などに用いた場合、生成される酸化物がニッケルおよびコバルトの少なくとも一方と酸素とからなるスピネル型酸化物となる割合が高まる傾向がある。これにより多孔体は、高温環境下で使用された場合にも高い導電性を維持することができる。
（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割合）
骨格の本体は、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割合が０．２以上０．８以下である。このような組成を有する骨格を備える多孔体をＳＯＦＣの空気極用集電体または水素極用集電体などに用いた場合、上述のように、酸化によってＮｉ３－ｘＣｏｘＯ４（ただし、０．６≦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骨格中に生成される。骨格本体の酸化により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骨格本体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。
上記骨格の本体は、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割合が０．４を超え０．６未満であることが好ましい。上記骨格の本体において、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割合が０．４を超え０．６未満である場合、上記多孔体は強度が更に高く、ＳＯＦＣのスタック化時に変形したとしても骨格の本体に割れが更に起きにくい傾向がある。また、上記骨格の本体において、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割合が０．４を超え０．６未満である場合、当該多孔体を空気極用集電体または水素極用集電体として燃料電池を製造しても、燃料電池の構成部材である固体電解質が割れにくい傾向がある。
（酸素）
骨格の本体は、構成元素としてさらに酸素を含むことが好ましい。具体的には、酸素は、上記骨格の本体において０．１質量％以上３５質量％以下含まれることがより好ましい。骨格本体中の酸素は、たとえば多孔体をＳＯＦＣの空気極用集電体または水素極用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、上記骨格の本体において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、上記骨格の本体において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。
上記骨格の本体において構成元素として酸素が０．１質量％以上３５質量％以下含まれる場合、多孔体が７００℃以上の高温に曝されたという熱履歴を伺い知ることができる。さらに、多孔体がＳＯＦＣの空気極用集電体または水素極用集電体などに用いられることにより７００℃以上の高温に曝され、骨格中にニッケルおよびコバルトの少なくとも一方、ならびに酸素からなるスピネル型酸化物が生成された場合、上記骨格の本体には構成元素として酸素が０．１質量％以上３５質量％以下含まれる傾向がある。
すなわち骨格の本体は、スピネル型酸化物を含むことが好ましい。これにより多孔体は、酸化された場合にも高い導電性をより効果的に維持することができる。上記骨格の本体において酸素の含有割合が上述の範囲を外れる場合、多孔体は、酸化された場合において高い導電性をより効果的に維持する性能が、所望のとおりに得られない傾向がある。
（第３の成分）
骨格の本体は、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、上述のように第３の成分を構成元素として含むことができる。骨格は、第３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、リン、ホウ素、銀、金、クロム、モリブデン、窒素、硫黄、フッ素、及び塩素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。さらに骨格の本体は、第３の成分として上述の酸素が、多孔体をＳＯＦＣの空気極用集電体または水素極用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。骨格本体中において第３の成分は、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。
本実施形態の一側面において、上記骨格の本体は、窒素、硫黄、フッ素、及び塩素からなる群より選ばれる少なくとも１つの非金属元素を構成元素としてさらに含んでいてもよい。上記非金属元素は、その含有割合の合計が上記骨格の本体に対して５ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下であってもよい。好ましくは、上記非金属元素はその含有割合の合計が上記骨格の本体に対して１０ｐｐｍ以上８０００ｐｐｍ以下である。
また、上記骨格の本体は、構成元素としてリンを更に含んでいてもよい。このとき、リンの含有割合は、上記骨格の本体に対して５ｐｐｍ以上５００００ｐｐｍ以下であってもよい。好ましくは、上記リンはその含有割合が上記骨格の本体に対して１０ｐｐｍ以上４００００ｐｐｍ以下である。
本実施形態の他の一側面において、上記骨格の本体は、窒素、硫黄、フッ素、塩素、及びリンからなる群より選ばれる少なくとも２つの非金属元素を構成元素として更に含んでいてもよい。上記非金属元素は、その含有割合の合計が上記骨格の本体に対して５ｐｐｍ以上５００００ｐｐｍ以下であってもよい。好ましくは、上記非金属元素は、その含有割合の合計が上記骨格の本体に対して１０ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下である。
上記多孔体を燃料電池の空気極用集電体または水素極用集電体として用いた場合、上述のように７００℃以上の高温環境に曝されるが、上記骨格の本体が上述の非金属元素を構成元素として含んでいることにより、適度な強度を維持することができる。
（各元素の含有割合の測定方法）
骨格の本体における各元素（例えば酸素）の含有割合（質量％）については、切断された骨格の断面の観察像（電子顕微鏡像）に対し、電子顕微鏡（ＳＥＭ）に付帯のＥＤＸ装置（たとえばＳＥＭ部分：商品名「ＳＵＰＲＡ３５ＶＰ」、カールツァイスマイクロスコピー株式会社製、ＥＤＸ部分：商品名「ｏｃｔａｎｅ ｓｕｐｅｒ」、アメテック株式会社製）を用いて分析することにより求めることができる。上記ＥＤＸ装置により、骨格の本体におけるニッケルおよびコバルトの含有割合を求めることも可能である。具体的には、上記ＥＤＸ装置により検出された各元素の原子濃度に基づいて、骨格の本体における酸素、ニッケルおよびコバルトの質量％、質量比などをそれぞれ求めることができる。さらに、上記骨格の本体がニッケルおよびコバルトの少なくとも一方、ならびに酸素からなるスピネル型酸化物を有するか否かについては、上記断面に対してＸ線を照射し、その回折パターンを解析するＸ線回折（ＸＲＤ）法を用いることによって特定することができる。
上記骨格の本体がスピネル型酸化物を有するか否かを特定する測定装置については、たとえばＸ線回折装置（たとえば商品名（型番）：「Ｅｍｐｙｒｅａｎ」、スペクトリス株式会社製、解析ソフト：「統合粉末Ｘ線解析ソフトウェアＰＤＸＬ」）を用いることができる。測定条件は、たとえば次のとおりとすればよい。
（測定条件）
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°。
≪燃料電池≫
本実施形態に係る燃料電池は、空気極用集電体および水素極用集電体を備える燃料電池である。上記空気極用集電体または上記水素極用集電体の少なくとも一方は、上記の多孔体を含む。上記空気極用集電体または水素極用集電体は、上述のように燃料電池用の集電体として適度な強度を有する多孔体を含む。そのため上記空気極用集電体または水素極用集電体は、ＳＯＦＣの空気極用集電体または水素極用集電体の少なくとも一方として好適である。上記燃料電池は、多孔体がニッケルおよびコバルトを含むため、上記多孔体を空気極用集電体として用いることがより好適である。
図８は、本開示の一態様に係る燃料電池を示す模式断面図である。燃料電池１５０は、水素極用集電体１１０と、空気極用集電体１２０と、燃料電池用セル１００とを備える。上記燃料電池用セル１００は、上記水素極用集電体１１０と、上記空気極用集電体１２０との間に設けられている。ここで「水素極用集電体」とは、燃料電池において水素を供給する側の集電体を意味する。「空気極用集電体」とは、燃料電池において酸素を含むガス（例えば、空気）を供給する側の集電体を意味する。
図９は、本開示の一態様に係る燃料電池用セルを示す模式断面図である。上記燃料電池用セル１００は、空気極１０２と、水素極１０８と、上記空気極１０２と上記水素極１０８との間に設けられている電解質層１０６と、上記電解質層１０６と上記空気極１０２との反応を防ぐため、それらの間に設けられる中間層１０４とを備える。空気極としては、例えば、ＬａＳｒＣｏの酸化物（ＬＳＣ）が用いられる。電解質層としては、例えば、ＹがドープされたＺｒの酸化物（ＹＳＺ）が用いられる。中間層としては、例えば、ＧｄがドープされたＣｅの酸化物（ＧＤＣ）が用いられる。水素極としては、例えば、ＹＳＺとＮｉＯ２との混合体が用いられる。
上記燃料電池１５０は、燃料流路１１４を有する第一インターコネクタ１１２と、酸化剤流路１２４を有する第二インターコネクタ１２２とを更に備える。燃料流路１１４は、水素極１０８に燃料（例えば、水素）を供給するための流路である。燃料流路１１４は、第一インターコネクタ１１２における主面であって水素極用集電体１１０と向かい合っている主面に設けられている。酸化剤流路１２４は、空気極１０２に酸化剤（例えば、酸素）を供給するための流路である。酸化剤流路１２４は、第二インターコネクタ１２２における主面であって空気極用集電体１２０と向かい合っている主面に設けられている。
≪水蒸気電解装置≫
本実施形態に係る水蒸気電解装置（「水蒸気電気分解装置」ともいう。）は、空気極用集電体および水素極用集電体を備える水蒸気電解装置であり、上記燃料電池と同様の構造を備える。上記空気極用集電体または上記水素極用集電体の少なくとも一方は、上記の多孔体を含む。上記空気極用集電体または水素極用集電体は、上述のように水蒸気電解装置用の集電体として適度な強度を有する多孔体を含む。そのため上記空気極用集電体または水素極用集電体は、水蒸気電解装置の空気極用集電体または水素極用集電体の少なくとも一方として好適である。上記水蒸気電解装置は、多孔体がニッケルおよびコバルトを含むため、上記多孔体を空気極用集電体として用いることがより好適であり、一例として抵抗が下がり電解電圧が下がる効果がある。
図１０は、本開示の一態様に係る水蒸気電解装置を示す模式断面図である。水蒸気電解装置２５０は、水素極用集電体２１０と、空気極用集電体２２０と、水蒸気電解装置用セル２００とを備える。上記水蒸気電解装置用セル２００は、上記水素極用集電体２１０と、上記空気極用集電体２２０との間に設けられている。ここで「水素極用集電体」とは、水蒸気電解装置において水素が発生する側の集電体を意味する。「空気極用集電体」とは、水蒸気電解装置において水蒸気を含むガス（例えば、加湿空気）を供給する側の集電体を意味する。上記空気極用集電体は、水蒸気電解装置において酸素が発生する側の集電体と把握することもできる。また、本実施形態の一側面において、上記水蒸気を含むガスは、水素極用集電体の側から供給されてもよい。
図１１は、本開示の一態様に係る水蒸気電解装置用セルを示す模式断面図である。上記水蒸気電解装置用セル２００は、空気極２０２と、水素極２０８と、上記空気極２０２と上記水素極２０８との間に設けられている電解質層２０６と、上記電解質層２０６と上記空気極２０２との反応を防ぐため、それらの間に設けられる中間層２０４とを備える。空気極としては、例えば、ＬａＳｒＣｏの酸化物（ＬＳＣ）が用いられる。電解質層としては、例えば、ＹがドープされたＺｒの酸化物（ＹＳＺ）が用いられる。中間層としては、例えば、ＧｄがドープされたＣｅの酸化物（ＧＤＣ）が用いられる。水素極としては、例えば、ＹＳＺとＮｉＯ２との混合体が用いられる。
上記水蒸気電解装置２５０は、水素流路２１４を有する第一インターコネクタ２１２と、水蒸気流路２２４を有する第二インターコネクタ２２２とを更に備える。水素流路２１４は、水素極２０８からの水素を回収するための流路である。水素流路２１４は、第一インターコネクタ２１２における主面であって水素極用集電体２１０と向かい合っている主面に設けられている。水蒸気流路２２４は、空気極２０２に水蒸気（例えば、加湿空気）を供給するための流路である。水蒸気流路２２４は、第二インターコネクタ２２２における主面であって空気極用集電体２２０と向かい合っている主面に設けられている。
≪多孔体の製造方法≫
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。
すなわち、三次元網目状構造を有する樹脂成形体に導電被覆層を形成することにより導電性樹脂成形体を得る工程（第１工程）と、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工程（第２工程）と、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工程（第３工程）とを含む多孔体の製造方法により、多孔体を製造することが好ましい。
＜第１工程＞
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、たとえば以下の方法を挙げることができる。
（１）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、
（２）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、
（３）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。これにより、導電性樹脂成形体を得ることができる。
＜第２工程＞
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。
ニッケル－コバルト合金の電解めっきに用いるめっき浴としては、公知のものを使用することができる。たとえばワット浴、塩化浴、スルファミン酸浴などを用いることができる。ニッケル－コバルト合金の電解めっきの浴組成および電解条件は、たとえば以下の例を挙げることができる。
（浴組成）
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の質量割合により、Ｃｏ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）＝０．２～０．８（好ましくは、０．４を超えて０．６未満）から調整する。
ホウ酸： ３０～４０ｇ／Ｌ
ｐＨ： ４～４．５。
（電解条件）
温度： ４０～６０℃
電流密度： ０．５～１０Ａ／ｄｍ２
アノード： 不溶性陽極。
以上により、導電性樹脂成形体上にニッケル－コバルト合金がめっきされた多孔体前駆体を得ることができる。また、窒素、硫黄、フッ素、塩素、リンといった非金属元素を添加する場合は、めっき浴中に各種添加物を投入することで、多孔体前駆体中に含有させることができる。各種添加物の例として、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、フッ化ナトリウム、塩化ナトリウム、リン酸ナトリウムが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されるものではなく、各非金属元素が含まれていればよい。
＜第３工程＞
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。
ここで上記の方法により得た多孔体の平均気孔径は、樹脂成形体の平均気孔径とほぼ等しくなる。このため多孔体を適用する用途に応じ、多孔体を得るために用いる樹脂成形体の平均気孔径を適宜選択すればよい。多孔体の気孔率は、最終的にはめっきされる金属量（目付量）で決定されるため、最終製品である多孔体において求められる気孔率に応じ、めっきするニッケル－コバルト合金の目付量を適宜選択すればよい。樹脂成形体の気孔率および平均気孔径は、上述した骨格の気孔率および平均気孔径と同様に定義され、かつ「骨格」を「樹脂成形体」に読み替えて適用することにより、上述の計算式に基づいて求めることができる。
以上の工程を経ることより、本実施形態に係る多孔体を製造することができる。上記多孔体は、三次元網目構造を有する骨格を備え、上記骨格の本体は、構成元素としてニッケルとコバルトとを含む。さらに骨格の本体は、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割合が０．２以上０．８以下となる。もって多孔体は、燃料電池の空気極用集電体または水素極用集電体として適度な強度を有することができる。さらに上記多孔体は、水蒸気電解装置の空気極用集電体または水素極用集電体として適度な強度を有することができる。
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［実験１］
≪多孔体の作製≫
＜試料１－１＞
以下の手順で試料１－１の多孔体を作製した。
（第１工程）
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。
次に、導電性塗料（カーボンブラックを含むスラリー）を上記樹脂成形体に含浸し、その後ロールで絞って乾燥させることにより、樹脂成形体の表面に導電被覆層を形成した。これにより導電性樹脂成形体を得た。
（第２工程）
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金属ニッケルを６６０ｇ／ｍ２付着させ、もって多孔体前駆体を得た。
〈浴組成〉
塩（水溶液）：スルファミン酸ニッケル（すなわち、Ｃｏ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）の質量比は、０（０質量％））、Ｎｉの量として４００ｇ／Ｌ
ホウ酸： ３５ｇ／Ｌ
ｐＨ： ４．５。
〈電解条件〉
温度： ５０℃
電流密度： ５Ａ／ｄｍ２
アノード： 不溶性陽極。
（第３工程）
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１－１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。
＜試料１－２＞
第２工程において用いる浴組成を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の水溶液とした。このとき、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０．０５（５質量％）とした。上記浴組成以外は、試料１－１と同じとすることにより、試料１－２のニッケル－コバルト合金の多孔体を作製した。
＜試料１－３＞
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とした。このとき、Ｃｏ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）の質量比を０．１５（１５質量％）とした。それ以外は、試料１－２と同じとすることにより、試料１－３のニッケル－コバルト合金の多孔体を作製した。
＜試料１－４＞
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とした。このとき、Ｃｏ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）の質量比を０．２１（２１質量％）とした。それ以外は、試料１－２と同じとすることにより、試料１－４のニッケル－コバルト合金の多孔体を作製した。
＜試料１－５＞
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とした。このとき、Ｃｏ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）の質量比を０．２５（２５質量％）とした。それ以外は、試料１－２と同じとすることにより、試料１－５のニッケル－コバルト合金の多孔体を作製した。
＜試料１－６＞
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とした。このとき、Ｃｏ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）の質量比を０．３５（３５質量％）とした。それ以外は、試料１－２と同じとすることにより、試料１－６のニッケル－コバルト合金の多孔体を作製した。
＜試料１－７＞
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とした。このとき、Ｃｏ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）の質量比を０．４１（４１質量％）とした。それ以外は、試料１－２と同じとすることにより、試料１－７のニッケル－コバルト合金の多孔体を作製した。
＜試料１－８＞
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とした。このとき、Ｃｏ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）の質量比を０．４５（４５質量％）とした。それ以外は、試料１－２と同じとすることにより、試料１－８のニッケル－コバルト合金の多孔体を作製した。
＜試料１－９＞
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とした。このとき、Ｃｏ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）の質量比を０．５（５０質量％）とした。それ以外は、試料１－２と同じとすることにより、試料１－９のニッケル－コバルト合金の多孔体を作製した。
＜試料１－１０＞
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とした。このとき、Ｃｏ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）の質量比を０．５９（５９質量％）とした。それ以外は、試料１－２と同じとすることにより、試料１－１０のニッケル－コバルト合金の多孔体を作製した。
＜試料１－１１＞
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とした。このとき、Ｃｏ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）の質量比を０．６５（６５質量％）とした。それ以外は、試料１－２と同じとすることにより、試料１－１１のニッケル－コバルト合金の多孔体を作製した。
＜試料１－１２＞
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とした。このとき、Ｃｏ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）の質量比を０．７５（７５質量％）とした。それ以外は、試料１－２と同じとすることにより、試料１－１２のニッケル－コバルト合金の多孔体を作製した。
＜試料１－１３＞
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とした。このとき、Ｃｏ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）の質量比を０．８５（８５質量％）とした。それ以外は、試料１－２と同じとすることにより、試料１－１３のニッケル－コバルト合金の多孔体を作製した。
＜試料１－１４＞
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とした。このとき、Ｃｏ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）の質量比を０．９５（９５質量％）とした。それ以外は、試料１－２と同じとすることにより、試料１－１４のニッケル－コバルト合金の多孔体を作製した。
＜試料１－１５＞
第２工程において用いる浴組成をスルファミン酸コバルトの水溶液とした。すなわち、Ｃｏ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）の質量比は１（１００質量％）であった。このとき、スルファミン酸コバルトに含まれるＣｏの量を４００ｇ／Ｌとした。上記浴組成以外は、試料１－１と同じとすることにより、試料１－１５の金属コバルトの多孔体を作製した。
以上の手順で、試料１－１～試料１－１５の多孔体を得た。ここで、試料１－４～試料１－１２は実施例に相当し、試料１－１～試料１－３および試料１－１３～試料１－１５は比較例に相当する。
≪多孔体の性能評価≫
＜多孔体の物性分析＞
上述の方法により得た試料１－１～試料１－１５の多孔体に関し、これらの骨格の本体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割合を、それぞれ上記ＳＥＭに付帯のＥＤＸ装置（ＳＥＭ部分：商品名「ＳＵＰＲＡ３５ＶＰ」、カールツァイスマイクロスコピー株式会社製、ＥＤＸ部分：商品名「ｏｃｔａｎｅ ｓｕｐｅｒ」、アメテック株式会社製）を用いて調べた。具体的には、まず各試料の多孔体を切断した。次に切断された多孔体の骨格の断面を、上記ＥＤＸ装置によって観察し、検出された各元素の原子濃度に基づいて当該コバルトの質量割合を求めた。その結果、試料１－１～試料１－１５の多孔体の骨格本体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割合はいずれも、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割合（Ｃｏ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）の質量比）と一致した。
さらに試料１－１～試料１－１５の多孔体に対し、上述した計算式に従って骨格の平均気孔径および気孔率を求めた。その結果、上記樹脂成形体の気孔率および平均気孔径と一致し、気孔率は９６％であり、平均気孔径は４５０μｍであった。さらに試料１－１～試料１－１５の多孔体は、厚みが１．４ｍｍであった。試料１－１～試料１－１５の多孔体においてニッケルおよびコバルトの合計の目付量は、上述のとおり６６０ｇ／ｍ２である。
＜発電評価＞
さらに試料１－１～試料１－１５の多孔体を空気極用集電体として、エルコーゲン社製のＹＳＺセル（図９）と共に燃料電池を作製し（図８）、以下の評価項目で発電評価を行った。
（固体電解質の割れの評価）
以下の手順で、固体電解質の割れを評価した。すなわち、ＹＳＺセルを目視にて確認し、ひび割れおよびクラックの有無を確認することで、割れの有無を確認した。その結果を表１に示す。
（初期ＯＣＶの評価）
作製した燃料電池について、市販の電圧計を用いて完成直後の開路電圧（初期ＯＣＶ）を測定した。その結果を表１に示す。
（発電１０００時間後の空気極用集電体における骨格の割れの評価）
作製した燃料電池について、発電１０００時間後の空気極用集電体をＳＥＭで観察し、空気極用集電体における骨格の割れを、以下の基準で評価した。結果を表１示す。
評価基準
Ａ：骨格に亀裂が認められなかった。
Ｂ：骨格にわずかに亀裂が認められた。
Ｃ：骨格の一部が破断していた。
（発電１０００時間後の作動電圧維持率の評価）
作製した燃料電池について、初期の作動電圧Ｖ１と１０００時間後の作動電圧Ｖ２とを求め、下記の式により１０００時間後の作動電圧維持率を求め、その結果を下記の表１に示した。表１中、「－」は、当該作動電圧維持率が測定できなかったことを示す。なお、それぞれの作動電圧Ｖ１、Ｖ２は、３回測定しその結果を平均することで求めた。
発電１０００時間後の作動電圧維持率（％）＝（Ｖ２／Ｖ１）×１００
（発電１０００時間後の多孔体における酸素含有割合の評価）
発電１０００時間後の多孔体における酸素含有割合を以下の手順で求めた。まず、作製した燃料電池について発電１０００時間後の多孔体（空気極用集電体）をＳＥＭで観察し、切断された多孔体の骨格の断面の観察像（電子顕微鏡像）を得た。得られた観察増に対してＳＥＭに付帯のＥＤＸ装置（商品名「ｏｃｔａｎｅ ｓｕｐｅｒ」、アメテック株式会社製）を用いて分析することで、上記多孔体における酸素含有割合を求めた。結果を表１に示す。
Figure 0007355034000001
＜考察＞
表１によれば、骨格の本体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割合が０．８を超えている試料１－１３～試料１－１５の多孔体を空気極用集電体として含む燃料電池では、多孔体が硬すぎて、固体電解質の割れが観察された。一方、当該コバルトの質量割合が０．８以下である試料１－１～試料１－１２の多孔体を空気極用集電体として含む燃料電池では、固体電解質の割れは観察されなかった。
また、骨格の本体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割合が０．２未満である試料１－１～試料１－３の多孔体を空気極用集電体として含む燃料電池では、発電後１０００時間後に当該多孔体の骨格の一部が破断していた。一方、当該コバルトの質量割合が０．２以上である試料１－４～試料１－１５の多孔体を空気極用集電体として含む燃料電池では、発電後１０００時間後に当該多孔体の骨格を観察しても亀裂は確認できなかった。
以上の点を考慮すると、骨格の本体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割合が０．２以上０．８以下である試料１－４～試料１－１２の多孔体は、上記質量割合を満たさない試料１－１～試料１－３および試料１－１３～試料１－１５の多孔体に比し、燃料電池の空気極用集電体または水素極用集電体として適度な強度を有する多孔体であることが分かった。
また、骨格の本体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割合が０．２以上０．８以下である試料１－４～試料１－１２の多孔体を電極として含む燃料電池は、発電後１０００時間後の作動電圧維持率が８０％を超えており、良好であることが分かった。
［実験２］
以下、非金属元素として窒素、硫黄、リン、フッ素、塩素を添加した実施例について説明する。
≪多孔体の作製≫
＜試料２－１～試料２－４＞
上記実験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０．４２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、非金属元素である窒素をそれぞれ、３ｐｐｍ、５ｐｍ、９０００ｐｐｍ、１１０００ｐｐｍ含有する試料２－１～試料２－４の多孔体を作製した。
＜試料２－５～試料２－８＞
上記実験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０．５８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、非金属元素である窒素をそれぞれ、３ｐｐｍ、５ｐｍ、９０００ｐｐｍ、１１０００ｐｐｍ含有する試料２－５～試料２－８の多孔体を作製した。
＜試料３－１～試料３－４＞
上記実験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０．４２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、非金属元素である硫黄をそれぞれ、３ｐｐｍ、５ｐｍ、９０００ｐｐｍ、１１０００ｐｐｍ含有する試料３－１～試料３－４の多孔体を作製した。
＜試料３－５～試料３－８＞
上記実験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０．５８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、非金属元素である硫黄をそれぞれ、３ｐｐｍ、５ｐｍ、９０００ｐｐｍ、１１０００ｐｐｍ含有する試料３－５～試料３－８の多孔体を作製した。
＜試料４－１～試料４－４＞
上記実験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０．４２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、非金属元素であるリンをそれぞれ、３ｐｐｍ、５ｐｍ、５００００ｐｐｍ、５５０００ｐｐｍ含有する試料４－１～試料４－４の多孔体を作製した。
＜試料４－５～試料４－８＞
上記実験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０．５８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、非金属元素であるリンをそれぞれ、３ｐｐｍ、５ｐｍ、５００００ｐｐｍ、５５０００ｐｐｍ含有する試料４－５～試料４－８の多孔体を作製した。
＜試料５－１～試料５－４＞
上記実験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０．４２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、非金属元素であるフッ素をそれぞれ、３ｐｐｍ、５ｐｍ、９０００ｐｐｍ、１１０００ｐｐｍ含有する試料５－１～試料５－４の多孔体を作製した。
＜試料５－５～試料５－８＞
上記実験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０．５８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、非金属元素であるフッ素をそれぞれ、３ｐｐｍ、５ｐｍ、９０００ｐｐｍ、１１０００ｐｐｍ含有する試料５－５～試料５－８の多孔体を作製した。
＜試料６－１～試料６－４＞
上記実験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０．４２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、非金属元素である塩素をそれぞれ、３ｐｐｍ、５ｐｍ、９０００ｐｐｍ、１１０００ｐｐｍ含有する試料６－１～試料６－４の多孔体を作製した。
＜試料６－５～試料６－８＞
上記実験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０．５８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、非金属元素である塩素をそれぞれ、３ｐｐｍ、５ｐｍ、９０００ｐｐｍ、１１０００ｐｐｍ含有する試料６－５～試料６－８の多孔体を作製した。
＜試料７－１＞
上記実験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０．４２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及びリン酸ナトリウムを添加することにより、非金属元素である塩素及びリンをそれぞれ２ｐｐｍ及び１ｐｐｍ含有する試料７－１の多孔体を作製した。すなわち、当該多孔体における非金属元素の含有割合は、その合計が３ｐｐｍであった。
＜試料７－２＞
上記実験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０．４２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及びリン酸ナトリウムを添加することにより、非金属元素である塩素及びリンをそれぞれ２ｐｐｍ及び３ｐｐｍ含有する試料７－２の多孔体を作製した。すなわち、当該多孔体における非金属元素の含有割合は、その合計が５ｐｐｍであった。
＜試料７－３＞
上記実験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０．４２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及び硫酸ナトリウムを添加することにより、非金属元素である窒素及び硫黄をそれぞれ２ｐｐｍ及び３ｐｐｍ含有する試料７－３の多孔体を作製した。すなわち、当該多孔体における非金属元素の含有割合は、その合計が５ｐｐｍであった。
＜試料７－４＞
上記実験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０．４２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、リン酸ナトリウム及び硫酸ナトリウムを添加することにより非金属元素であるフッ素、リン及び硫黄をそれぞれ１００００ｐｐｍ、３００００ｐｐｍ及び１００００ｐｐｍ含有する試料７－４の多孔体を作製した。すなわち、当該多孔体における非金属元素の含有割合は、その合計が５００００ｐｐｍであった。
＜試料７－５＞
上記実験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０．４２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、リン酸ナトリウム及び硫酸ナトリウムを添加することにより、非金属元素であるフッ素、リン及び硫黄をそれぞれ５０００ｐｐｍ、３００００ｐｐｍ及び２００００ｐｐｍ含有する試料７－５の多孔体を作製した。すなわち、当該多孔体における非金属元素の含有割合は、その合計が５５０００ｐｐｍであった。
＜試料７－６＞
上記実験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０．５８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及びリン酸ナトリウムを添加することにより、非金属元素である塩素及びリンをそれぞれ２ｐｐｍ及び１ｐｐｍ含有する試料７－６の多孔体を作製した。すなわち、当該多孔体における非金属元素の含有割合は、その合計が３ｐｐｍであった。
＜試料７－７＞
上記実験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０．５８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及びリン酸ナトリウムを添加することにより、非金属元素である塩素及びリンをそれぞれ２ｐｐｍ及び３ｐｐｍ含有する試料７－７の多孔体を作製した。すなわち、当該多孔体における非金属元素の含有割合は、その合計が５ｐｐｍであった。
＜試料７－８＞
上記実験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０．５８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及び硫酸ナトリウムを添加することにより、非金属元素である窒素及び硫黄をそれぞれ２ｐｐｍ及び３ｐｐｍ含有する試料７－８の多孔体を作製した。すなわち、当該多孔体における非金属元素の含有割合は、その合計が５ｐｐｍであった。
＜試料７－９＞
上記実験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０．５８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、リン酸ナトリウム及び硫酸ナトリウムを添加することにより、非金属元素であるフッ素、リン及び硫黄をそれぞれ１００００ｐｐｍ、４５０００ｐｐｍ及び５０００ｐｐｍ含有する試料７－９の多孔体を作製した。すなわち、当該多孔体における非金属元素の含有割合は、その合計が６００００ｐｐｍであった。
≪多孔体の性能評価≫
＜多孔体の物性分析＞
上述の方法により得た試料２－１～試料７－９の多孔体に関し、これらの骨格の本体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割合を、それぞれ上記ＳＥＭに付帯のＥＤＸ装置（ＳＥＭ部分：商品名「ＳＵＰＲＡ３５ＶＰ」、カールツァイスマイクロスコピー株式会社製、ＥＤＸ部分：商品名「ｏｃｔａｎｅ ｓｕｐｅｒ」、アメテック株式会社製）を用いて調べた。具体的には、まず各試料の多孔体を切断した。次に切断された多孔体の骨格の断面を、上記ＥＤＸ装置によって観察し、検出された各元素の原子濃度に基づいて当該コバルトの質量割合を求めた。その結果、試料２－１～試料７－９の多孔体の骨格本体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割合はいずれも、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割合（Ｃｏ／（Ｎｉ＋Ｃｏ）の質量比）と一致した。また、試料２－１～試料７－９の多孔体の骨格本体における非金属元素の含有割合についても同様に上記ＳＥＭに付帯のＥＤＸ装置を用いて調べた。
さらに試料２－１～試料７－９の多孔体に対し、上述した計算式に従って骨格の平均気孔径および気孔率を求めた。その結果、上記樹脂成形体の気孔率および平均気孔径と一致し、気孔率は９６％であり、平均気孔径は４５０μｍであった。さらに試料２－１～試料７－９の多孔体は、厚みが１．４ｍｍであった。試料２－１～試料７－９の多孔体においてニッケルおよびコバルトの合計の目付量は、上述のとおり６６０ｇ／ｍ２である。
＜発電評価＞
さらに試料２－１～試料７－９の多孔体を空気極用集電体として、エルコーゲン社製のＹＳＺセル（図９）と共に燃料電池を作製し（図８）、以下の評価項目で発電評価を行った。
（固体電解質の割れの評価）
以下の手順で、固体電解質の割れを評価した。すなわち、ＹＳＺセルを目視にて確認し、ひび割れおよびクラックの有無を確認することで、割れの有無を確認した。その結果を表２～表４に示す。
（発電１０００時間後の作動電圧維持率の評価）
作製した燃料電池について、初期の作動電圧Ｖ１と１０００時間後の作動電圧Ｖ２とを求め、下記の式により１０００時間後の作動電圧維持率を求め、その結果を下記の表２～表４に示した。表２～表４中、「－」は、当該作動電圧維持率が測定できなかったことを示す。なお、それぞれの作動電圧Ｖ１、Ｖ２は、３回測定しその結果を平均することで求めた。
発電１０００時間後の作動電圧維持率（％）＝（Ｖ２／Ｖ１）×１００
Figure 0007355034000002
Figure 0007355034000003
Figure 0007355034000004
＜考察＞
表２～表４の結果によれば、非金属元素が窒素、硫黄、フッ素および塩素からなる群から選ばれる少なくとも１つである場合、多孔体の骨格本体における非金属元素の含有割合が少なくとも５ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下の範囲であれば、燃料電池中に含まれている固体電解質に割れが観察されないことが分かった。さらに、当該燃料電池は、発電後１０００時間後の作動電圧維持率が９０％を超えており良好であることがわかった。
また、表３によれば、非金属元素がリンである場合、多孔体の骨格本体におけるリンの含有割合が少なくとも５ｐｐｍ以上５００００ｐｐｍ以下の範囲であれば、燃料電池中に含まれている固体電解質に割れが観察されないことが分かった。さらに、当該燃料電池は、発電後１０００時間後の作動電圧維持率が９０％を超えており良好であることがわかった。
表４における試料７－１～試料７－９によれば、非金属元素が複数含まれている場合、非金属元素の含有割合の合計が少なくとも５ｐｐｍ以上５００００ｐｐｍ以下の範囲であれば、燃料電池中に含まれている固体電解質に割れが観察されないことが分かった。さらに、当該燃料電池は、発電後１０００時間後の作動電圧維持率が９０％を超えており良好であることがわかった。
以上のように本発明の実施形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態および各実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 支柱部、 ２ ノード部、 １０ フレーム部、 １１ 骨格本体、 １２ 骨格、 １３ 内部、 １４ 気孔部、 ２０ セル部、 ３０ 三次元網目状構造、 １００ 燃料電池用セル、 １０２ 空気極、 １０４ 中間層、 １０６ 電解質層、 １０８ 水素極、 １１０ 水素極用集電体、 １１２ 第一インターコネクタ、 １１４ 燃料流路、 １２０ 空気極用集電体、 １２２ 第二インターコネクタ、 １２４ 酸化剤流路、 １５０ 燃料電池、 ２００ 水蒸気電解装置用セル、 ２０２ 空気極、 ２０４ 中間層、 ２０６ 電解質層、 ２０８ 水素極、 ２１０ 水素極用集電体、 ２１２ 第一インターコネクタ、 ２１４ 水素流路、 ２２０ 空気極用集電体、 ２２２ 第二インターコネクタ、 ２２４ 水蒸気流路、 ２５０ 水蒸気電解装置、 Ａ 仮想平面

Claims (11)

  1. 三次元網目状構造を有する骨格を備えた多孔体であって、
    前記骨格の本体は、構成元素としてニッケルとコバルトとを含み、
    前記骨格の本体は、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割合が０．４を超えて０．６未満であり、
    前記骨格の本体は、窒素、硫黄、フッ素および塩素からなる群から選ばれる少なくとも１つの非金属元素を構成元素として更に含み、前記非金属元素は、その含有割合の合計が前記骨格の本体に対して５ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下である、多孔体。
  2. 前記骨格の本体は、構成元素としてリンを更に含み、前記リンは、その含有割合が前記骨格の本体に対して５ｐｐｍ以上５００００ｐｐｍ以下である、請求項１に記載の多孔体。
  3. 前記骨格の本体は、窒素、硫黄、フッ素、塩素およびリンからなる群から選ばれる少なくとも２つの非金属元素を構成元素として更に含み、前記非金属元素は、その含有割合の合計が前記骨格の本体に対して５ｐｐｍ以上５００００ｐｐｍ以下である、請求項１に記載の多孔体。
  4. 前記骨格の本体は、構成元素としてさらに酸素を含む、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の多孔体。
  5. 前記酸素は、前記骨格の本体において０．１質量％以上３５質量％以下含まれる、請求項４に記載の多孔体。
  6. 前記骨格の本体は、スピネル型酸化物を含む、請求項４または請求項５に記載の多孔体。
  7. 前記骨格の本体は、その断面を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６のいずれか一項に記載の多孔体。
  8. 前記骨格は、中空である、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の多孔体。
  9. 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のいずれか一項に記載の多孔体。
  10. 空気極用集電体および水素極用集電体を備える燃料電池であって、
    前記空気極用集電体または前記水素極用集電体の少なくとも一方は、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の多孔体を含む、燃料電池。
  11. 空気極用集電体および水素極用集電体を備える水蒸気電解装置であって、
    前記空気極用集電体または前記水素極用集電体の少なくとも一方は、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の多孔体を含む、水蒸気電解装置。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021131689A1 (ja) * 2019-12-24 2021-07-01 住友電気工業株式会社 多孔体、およびそれを含む燃料電池
WO2024070083A1 (ja) * 2022-09-28 2024-04-04 住友電気工業株式会社 多孔体、多孔質集電体、およびそれらを備える固体酸化物形燃料電池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005056619A (ja) 2003-08-08 2005-03-03 Mitsubishi Materials Corp 固体電解質型燃料電池の酸素極集電体
WO2017022542A1 (ja) 2015-08-04 2017-02-09 住友電気工業株式会社 金属多孔体、燃料電池、及び金属多孔体の製造方法
JP2017507452A (ja) 2013-12-26 2017-03-16 リサーチ インスティチュート オブ インダストリアル サイエンス アンド テクノロジー 固体酸化物形燃料電池用空気極集電体及びこれを含む固体酸化物形燃料電池
JP2018147583A (ja) 2017-03-01 2018-09-20 住友電気工業株式会社 プロトン伝導体、固体電解質層、セル構造体、およびそれを備える水蒸気電解セルならびに燃料電池

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11154517A (ja) 1997-11-21 1999-06-08 Inoac Corporation:Kk 二次電池用金属多孔体及びその製造方法
JP5759169B2 (ja) 2010-12-24 2015-08-05 住友電気工業株式会社 高耐食性を有する金属多孔体及びその製造方法
JP5691107B2 (ja) 2011-01-17 2015-04-01 富山住友電工株式会社 高耐食性を有する金属多孔体及びその製造方法
JP6080088B2 (ja) * 2011-10-27 2017-02-15 住友電気工業株式会社 多孔質集電体及びこれを用いた燃料電池
KR101499588B1 (ko) * 2012-07-12 2015-03-06 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극 및 이의 제조방법
JP6300315B2 (ja) * 2014-03-31 2018-03-28 住友電気工業株式会社 燃料電池用集電体及び燃料電池
JP6434723B2 (ja) * 2014-07-01 2018-12-05 住友電気工業株式会社 膜電極複合体、膜電極複合体の製造方法、燃料電池及び燃料電池の製造方法
JP2017033917A (ja) * 2015-08-04 2017-02-09 住友電気工業株式会社 金属多孔体、燃料電池、及び金属多孔体の製造方法
EP3458191B1 (en) * 2016-05-17 2023-12-06 University of Houston System Three-dimensional porous nise2 foam-based hybrid catalysts for ultra-efficient hydrogen evolution reaction in water splitting
EP3654428A4 (en) * 2017-07-14 2021-04-07 Sumitomo Electric Industries, Ltd. POROUS METAL BODY, SOLID OXIDE FUEL CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAID POROUS METAL BODY
JP6555326B2 (ja) 2017-11-24 2019-08-07 マツダ株式会社 運転支援装置
US20210020958A1 (en) * 2018-03-29 2021-01-21 Battelle Energy Alliance, Llc Electrochemical cells comprising three-dimensional (3d) electrodes including a 3d architectured material, related systems, methods for forming the 3d architectured material, and related methods of forming hydrogen
KR20210021891A (ko) * 2018-06-21 2021-03-02 스미토모덴키고교가부시키가이샤 다공체, 그것을 포함하는 집전체 및 연료 전지

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005056619A (ja) 2003-08-08 2005-03-03 Mitsubishi Materials Corp 固体電解質型燃料電池の酸素極集電体
JP2017507452A (ja) 2013-12-26 2017-03-16 リサーチ インスティチュート オブ インダストリアル サイエンス アンド テクノロジー 固体酸化物形燃料電池用空気極集電体及びこれを含む固体酸化物形燃料電池
WO2017022542A1 (ja) 2015-08-04 2017-02-09 住友電気工業株式会社 金属多孔体、燃料電池、及び金属多孔体の製造方法
JP2018147583A (ja) 2017-03-01 2018-09-20 住友電気工業株式会社 プロトン伝導体、固体電解質層、セル構造体、およびそれを備える水蒸気電解セルならびに燃料電池

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