WO2020045643A1 - 電極 - Google Patents

電極 Download PDF

Info

Publication number
WO2020045643A1
WO2020045643A1 PCT/JP2019/034190 JP2019034190W WO2020045643A1 WO 2020045643 A1 WO2020045643 A1 WO 2020045643A1 JP 2019034190 W JP2019034190 W JP 2019034190W WO 2020045643 A1 WO2020045643 A1 WO 2020045643A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fine powder
alloy
metal
electrode
transition metal
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/034190
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
正己 奥山
鈴木　健治
Original Assignee
株式会社グラヴィトン
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社グラヴィトン filed Critical 株式会社グラヴィトン
Publication of WO2020045643A1 publication Critical patent/WO2020045643A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/84—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/85—Chromium, molybdenum or tungsten
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/04—Mixing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08—Heat treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C22C30/02—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent containing copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to an electrode used as an anode or a cathode.
  • a fuel cell electrode including a platinum catalyst in which platinum is supported on nitrogen-doped carbon obtained by firing a porous metal complex (PCP / MOF) containing zinc as a low-boiling metal (see Patent Document 1). Since this fuel cell electrode uses a porous metal complex (PCP / MOF) containing zinc, which is a low boiling point metal, as a raw material for production, the catalyst carrier is an NDC having a large specific surface area and containing almost no metal derived from the raw material. And a highly active platinum catalyst can be obtained by supporting a small amount of platinum. Further, since no metal derived from a porous metal complex (PCP / MOF), which is a raw material for production, is contained, firing conditions can be freely set. That is, by changing the organic compound linker of the porous metal complex (PCP / MOF) used as a raw material and adjusting the firing temperature, it is possible to control the nitrogen content and crystallinity in the obtained NDC.
  • PCP / MOF porous metal complex
  • platinum-supported carbons are widely used as electrode catalysts for polymer electrolyte fuel cells.
  • the platinum group element is a noble metal and is a scarce resource with a limited production amount. Therefore, it is required to reduce the amount of the platinum group element used. Further, with the spread of polymer electrolyte fuel cells in the future, development of inexpensive electrodes having a non-platinum catalyst using a metal other than expensive platinum is required.
  • An object of the present invention is to provide an electrode which can be produced at low cost without using a platinum group element and which can exhibit substantially the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing a platinum group element, and an electrode of the electrode. It is to provide a manufacturing method. Another object of the present invention is to enable a fuel cell to generate sufficient electricity, supply sufficient electric energy to a load connected to the fuel cell, and efficiently perform electrolysis in a hydrogen gas generator. An object of the present invention is to provide an electrode which can be performed well and can generate a large amount of hydrogen gas, and a method for manufacturing the electrode.
  • a first premise of the present invention for solving the above problem is an electrode used as an anode or a cathode.
  • the feature of the electrode of the present invention based on the first premise is that the electrode is made of austenitic stainless steel, Ni and Cu selected such that the work function of a predetermined metal is close to the work function of a platinum group element.
  • Alloy metal transition metal powder obtained by uniformly mixing and dispersing stainless alloy fine powder obtained by finely pulverizing austenitic stainless steel, Ni metal fine powder obtained by finely pulverizing Ni, and Cu metal fine powder obtained by finely pulverizing Cu.
  • a porous alloy / metal transition metal thin plate electrode in which the mixture is compressed into a thin plate having a predetermined area and then fired to form a large number of fine channels.
  • the work function of the fine powder the Ni metal fine powder, and the work function of the Cu metal fine powder approximates the work function of the platinum group element, In the weight ratio of the weight ratio of Ni metal fine powder of stainless steel alloy fine powder relative to the total weight of the Roy metal transition metal fine powder mixture and the Cu metal fine powder weight ratio and it is determined.
  • the weight ratio of the stainless alloy fine powder to the total weight of the alloy / metal transition metal powder mixture is in the range of 47 to 49%, and the total weight of the alloy / metal transition metal powder mixture is And the weight ratio of the Cu metal fine powder to the total weight of the alloy-metal transition metal fine powder mixture is in the range of 2 to 6%.
  • the thickness of the alloy-metal transition metal sheet electrode having a porous structure is in the range of 0.03 mm to 0.3 mm.
  • the porosity of the alloy-metal transition metal sheet electrode having a porous structure is in the range of 15% to 30%.
  • the density of the porous metal-metal transition metal plate electrode having a porous structure is in the range of 5.0 g / cm 2 to 7.0 g / cm 2 .
  • the particle size of the stainless alloy fine powder, the Ni metal fine powder, and the Cu metal fine powder is in the range of 10 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • a Cu metal fine powder having the lowest melting point during firing of an alloy-metal transition metal fine powder mixture compressed into a thin plate having a predetermined area is used.
  • the stainless alloy fine powder and the Ni metal fine powder are joined by using the melted and molten Cu metal fine powder as a binder.
  • austenitic stainless steel is at least one of SUS304, SUS316, and SUS340
  • the stainless alloy fine powder is SUS304 alloy fine powder, SUS316 alloy fine powder, and SUS340 alloy fine powder. And at least one of the body.
  • a second premise of the present invention for solving the above-mentioned problem is an electrode manufacturing method for manufacturing an electrode used as an anode or a cathode.
  • the feature of the electrode manufacturing method of the present invention based on the second premise is that the electrode manufacturing method is an austenitic stainless steel selected such that a composite work function of a work function of a predetermined metal is close to a work function of a platinum group element.
  • austenitic stainless steel is finely pulverized to produce fine stainless alloy powder
  • Ni is finely pulverized to produce Ni metal fine powder
  • Cu is finely pulverized to produce Cu metal fine powder.
  • Fine powder preparation step so that the composite work function of the work function of the stainless alloy fine powder, Ni metal fine powder and Cu metal fine powder produced by the metal fine powder preparation step approximates the work function of the platinum group element
  • a fine powder weight ratio determining step for determining the weight ratio of the stainless alloy fine powder, the Ni metal fine powder, and the Cu metal fine powder
  • An alloy / metal transition metal fine powder mixture forming step of mixing and dispersing a stainless alloy fine powder, a Ni metal fine powder, and a Cu metal fine powder in a weight ratio determined by the determining step, Pressing the alloy-metal transition metal fine powder mixture produced by the alloy-metal transition metal fine powder mixture preparation process at a predetermined pressure to produce an alloy-metal transition metal fine powder compressed product Process and a compacted alloy-metal transition metal powder produced by the compressed metal-metal transition metal powder compact production process.
  • the weight ratio of the stainless alloy fine powder to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture is determined in the range of 47 to 49%
  • the weight ratio of the Ni metal fine powder to the total weight of the metal transition metal fine powder mixture is determined in the range of 47 to 49%
  • the weight ratio of the Cu metal fine powder to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture is 2%. Determine in the range of 66%.
  • the alloy / metal transition metal fine powder forming step includes finely pulverizing austenitic stainless steel to a particle size of 10 ⁇ m to 200 ⁇ m and finely pulverizing Ni to a particle size of 10 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • Cu is finely pulverized to a particle size of 10 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the alloy-metal transition metal fine powder compact creation step is a step in which the alloy-metal transition metal fine powder mixture created by the alloy-metal transition metal fine powder mixture creation step is 500 MPa.
  • a compressed alloy metal transition metal powder having a thickness of 0.03 mm to 0.3 mm and a large number of fine channels is formed by pressurizing at a pressure of 800 MPa.
  • the alloy metal transition metal thin plate electrode making step firing the alloy metal transition metal fine powder compact at a temperature to melt the lowest melting point Cu metal fine powder, The stainless alloy fine powder and the Ni metal fine powder are joined using the melted Cu metal fine powder as a binder.
  • the austenitic stainless steel is at least one of SUS304, SUS316 and SUS340
  • the stainless alloy fine powder is SUS304 alloy fine powder, SUS316 alloy fine powder, and SUS340 alloy fine powder. And at least one of the body.
  • austenitic stainless steel and Ni and Cu selected so that the composite work function of the work function of a predetermined metal is close to the work function of a platinum group element are used as raw materials, and an austenitic stainless steel is used.
  • An alloy-metal transition metal fine powder mixture obtained by uniformly mixing and dispersing a prepared stainless alloy fine powder, a Ni metal fine powder made of Ni (nickel), and a Cu metal fine powder made of Cu (copper).
  • the stainless steel was compared to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture. Since the weight ratio of the alloy fine powder, the weight ratio of the Ni metal fine powder, and the weight ratio of the Cu metal fine powder are determined, the electrode has substantially the same work function as the electrode containing the platinum group element, A non-platinum anode that can exhibit substantially the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing, can sufficiently and reliably utilize its catalytic function, and has excellent catalytic activity (catalysis) Alternatively, it can be suitably used as a cathode.
  • the electrode is a non-platinum electrode made of austenitic stainless steel, Ni and Cu, does not use expensive platinum group elements, and can be manufactured at low cost. Since the electrode exhibits substantially the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing a platinum group element, by using the electrode for the fuel cell, it is possible to generate sufficient electricity in the fuel cell, It is possible to supply sufficient electric energy to the load connected to the battery, and to use the electrodes in the hydrogen gas generator to efficiently perform electrolysis in the hydrogen gas generator. Hydrogen gas can be generated.
  • the weight ratio of the fine stainless alloy powder to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture is in the range of 47 to 49%, and the weight ratio of the Ni metal fine powder to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture is 47%.
  • the electrode in which the weight ratio of the Cu metal fine powder to the total weight of the alloy-metal transition metal fine powder mixture is in the range of 2 to 6% corresponds to the total weight of the alloy-metal transition metal fine powder mixture.
  • the catalyst Since the catalyst exhibits substantially the same catalytic activity (catalysis) as the electrode, by using the electrode in the fuel cell, it is possible to generate sufficient electricity in the fuel cell, and to supply sufficient electricity to the load connected to the fuel cell.
  • the hydrogen gas generator can efficiently perform electrolysis and generate a large amount of hydrogen gas in a short time.
  • the electric resistance of the electrode can be reduced by setting the thickness of the electrode in the above range.
  • a current can be smoothly passed through the electrode.
  • Electrodes have almost the same catalytic activity (catalysis) as electrodes containing platinum group elements, and current flows smoothly through them.
  • Catalysis catalytic activity
  • the porosity of the porous alloy-metal transition metal sheet electrode is in the range of 15% to 30%
  • the porosity of the alloy-metal transition metal sheet electrode is set in the above range
  • the porous metal-alloy transition metal sheet electrode has the above porosity.
  • the transition metal sheet electrode is formed into a porous body having a large number of fine channels (passage holes), and the specific surface area of the transition metal sheet electrode can be increased.
  • the liquid can be brought into wide contact with the contact surface of the alloy / metal transition metal thin plate electrode, and the catalyst activity (catalytic action) substantially similar to that of the platinum group element can be surely exhibited.
  • the electrode can be used as a non-platinum anode or cathode which can utilize its catalytic function sufficiently and reliably and has excellent catalytic activity (catalytic activity).
  • An electrode having a density of the porous metal-metal transition metal sheet electrode having a porous structure in the range of 5.0 g / cm 2 to 7.0 g / cm 2 is obtained by setting the density of the alloy-metal transition metal sheet electrode within the above range.
  • An alloy-metal transition metal sheet electrode having a porous structure is formed into a porous material having a large number of fine channels (passage holes), and the specific surface area of the transition metal sheet electrode can be increased. Allows the gas or liquid to come into wide contact with the contact surface of the alloy-metal transition metal thin plate electrode while flowing, and can reliably exhibit the same catalytic activity (catalytic action) as the platinum group element.
  • the electrode can be used as a non-platinum anode or cathode which can utilize its catalytic function sufficiently and reliably and has excellent catalytic activity (catalytic activity).
  • Electrodes having a particle size of stainless alloy fine powder, Ni metal fine powder, and Cu metal fine powder in the range of 10 ⁇ m to 200 ⁇ m have the particle size of stainless alloy fine powder, Ni metal fine powder, and Cu metal fine powder within the above range.
  • the alloy-metal transition metal sheet electrode having a porous structure is formed into a porous material having a large number of fine channels (passage holes), and the specific surface area of the alloy-metal transition metal sheet electrode can be increased.
  • the gas and liquid can flow through the flow path, allowing the gas and liquid to come into wide contact with the contact surface of the alloy / metal transition metal thin plate electrode, ensuring the same catalytic activity (catalysis) as the platinum group element.
  • the electrode can be used as a non-platinum anode or cathode which can utilize its catalytic function sufficiently and reliably and has excellent catalytic activity (catalytic activity).
  • the Cu metal fine powder having the lowest melting point is melted during firing of the alloy-metal transition metal fine powder mixture compressed into a thin plate having a predetermined area, and the molten Cu metal fine powder is melted.
  • An electrode in which a stainless alloy fine powder and a Ni metal fine powder are joined as a binder is formed by joining a stainless alloy fine powder and a Ni metal fine powder with a Cu metal fine powder having the highest melting point as a binder, thereby forming a large number of fine particles. It is possible to make a porous metal-metal transition metal plate electrode with a flow path (passage hole) and to maintain its shape with high strength when the electrode is impacted.
  • the electrode can be prevented from being damaged or damaged. Since the electrode can maintain its shape, it can use its catalytic function sufficiently and reliably, and is suitably used as a non-platinum anode or cathode having excellent catalytic activity (catalytic activity). be able to.
  • the weight ratio of the stainless alloy fine powder, the weight ratio of the Ni metal fine powder, and the weight ratio of the Cu metal fine powder with respect to the total weight of the alloy-metal transition metal fine powder mixture are approximated to the work function of the platinum group element. Since the electrode is determined, the electrode has substantially the same work function as the electrode containing the platinum group element, and can exhibit substantially the same catalytic activity (catalysis) as the electrode containing the platinum group element. Suitable for use as a non-platinum anode or cathode that can be used sufficiently and reliably and has excellent catalytic activity (catalysis) It can be.
  • austenitic stainless steel and Ni and Cu selected so that the work function of the work function of a predetermined metal is close to the work function of a platinum group element are used as raw materials, Finely pulverizing stainless steel to produce fine stainless alloy powder, finely pulverizing Ni to produce fine Ni metal powder, and finely pulverizing Cu to produce fine Cu metal powder
  • the weight ratio of the stainless alloy fine powder and the Ni metal so that the work function of the work functions of the stainless alloy fine powder, the Ni metal fine powder, and the Cu metal fine powder produced by the process approximates the work function of the platinum group element.
  • Rukoto can, can make an excellent catalytic activity capable of utilizing sufficiently and reliably catalytic function with a (catalytic) electrode (anode or cathode).
  • the method for manufacturing an electrode is to produce an electrode capable of generating sufficient electricity in a fuel cell because the electrode produced by the electrode exhibits substantially the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing a platinum group element.
  • a non-platinum electrode capable of efficiently performing electrolysis in a hydrogen gas generator and generating a large amount of hydrogen gas in a short time can be produced.
  • the weight ratio of the stainless alloy fine powder to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture is determined in the range of 47 to 49%, and the alloy / metal transition metal fine powder mixture is determined.
  • the weight ratio of the Cu metal fine powder to the total weight of the alloy-metal transition metal fine powder mixture is determined in the range of 2 to 6%.
  • the electrode manufacturing method to be determined is to determine the weight ratio of the stainless alloy fine powder, the weight ratio of the Ni metal fine powder, and the weight ratio of the Cu metal fine powder in the above range with respect to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture.
  • the work function of the platinum group element is calculated by combining the work function of stainless alloy fine powder, Ni metal fine powder and Cu metal fine powder. It can be approximated, has substantially the same work function as an electrode containing a platinum group element, can exhibit almost the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing a platinum group element, and has excellent catalytic activity (catalyst)
  • An electrode (anode or cathode) capable of sufficiently and reliably utilizing the catalytic function having the action (1) can be produced.
  • the method for manufacturing an electrode is to produce an electrode capable of generating sufficient electricity in a fuel cell because the electrode produced by the electrode exhibits substantially the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing a platinum group element.
  • a non-platinum electrode capable of efficiently performing electrolysis in a hydrogen gas generator and generating a large amount of hydrogen gas in a short time can be produced.
  • An electrode manufacturing method in which a metal fine powder preparation step pulverizes austenitic stainless steel to a particle size of 10 ⁇ m to 200 ⁇ m, finely pulverizes Ni to a particle size of 10 ⁇ m to 200 ⁇ m, and finely pulverizes Cu to a particle size of 10 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • a metal alloy having a porous structure having a large specific surface area by finely pulverizing austenitic stainless steel, Ni, or Cu to a particle diameter in the above range, thereby forming a porous body having a large number of fine channels (passage holes).
  • transition metal sheet electrodes It is possible to make transition metal sheet electrodes, and it is possible to make the gas and liquid flow widely through the flow path of the gas and liquid to the contact surface of the alloy / transition metal sheet electrode.
  • An electrode anode or cathode capable of reliably exhibiting substantially the same catalytic activity (catalytic action) can be produced, and has excellent catalytic activity (catalytic action). Function can be made non-platinum electrodes that can be utilized sufficiently and reliably.
  • the alloy / transition metal fine powder compact creation step is performed by applying a pressure of 500 Mpa to 800 Mpa to the alloy / metal transition metal fine powder mixture produced in the alloy / transition metal fine powder mixture creation step, and applying a pressure of 0.03 mm to 0.3 mm.
  • the method for producing an alloy-metal transition metal fine powder compact having a large number of fine channels with a thickness dimension of the thickness is performed by pressurizing (compressing) the alloy-metal transition metal fine powder mixture under a pressure in the above range. ), It is possible to produce an alloy / metal transition metal fine powder compact having a thickness of 0.03 mm to 0.3 mm and a large number of fine channels (passage holes), using a platinum group element.
  • Non-platinum porous metal-metal transition metal electrode with non-platinum structure can be manufactured at low cost, has excellent catalytic activity (catalytic action), and uses the catalytic function sufficiently and reliably You can make the electrode (anode or cathode) capable.
  • the electrode manufacturing method an electrode having a thickness in the range of 0.03 mm to 0.3 mm can be formed, so that the electric resistance can be reduced and an electrode (anode or anode) capable of flowing a current smoothly can be obtained. Cathode).
  • the alloy / metal transition metal thin plate electrode making process involves firing the alloy / metal transition metal fine powder compact at a temperature at which the Cu metal fine powder having the lowest melting point is melted, and using the molten Cu metal fine powder as a binder to form a stainless alloy fine powder.
  • An electrode manufacturing method for joining a Ni metal fine powder involves forming a large number of fine channels (passage holes) by joining a stainless alloy fine powder and a Ni metal fine powder using a Cu metal fine powder having the highest melting point as a binder.
  • An alloy-metal transition metal thin plate electrode with a porous structure that has a high strength can maintain its shape with high strength, and can prevent damage or damage when an impact is applied. Can be made.
  • An electrode manufacturing method wherein the austenitic stainless steel is at least one of SUS304, SUS316, and SUS340, and the stainless alloy fine powder is at least one of SUS304 alloy fine powder, SUS316 alloy fine powder, and SUS340 alloy fine powder.
  • the stainless steel fine powder made from at least one of SUS304, SUS316, and SUS340 selected so that the work function of the work function of a predetermined metal is close to the work function of a platinum group element, and Ni and Cu.
  • the electrodes are manufactured by the steps of powder compact production process and alloy / metal transition metal sheet electrode production process, non-platinum electrodes that do not use platinum group elements can be produced at low cost, and excellent catalytic activity ( It is possible to produce an electrode (anode or cathode) that has a catalytic action) and can utilize the catalytic function sufficiently and reliably.
  • FIG. 3 is a partially enlarged front view showing an example of an electrode.
  • FIG. 9 is a partially enlarged front view showing another example of an electrode.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing an example of a cell using electrodes.
  • FIG. 4 is a side view of a cell using electrodes. The figure explaining the electric power generation of the polymer electrolyte fuel cell using the electrode. The figure which shows the result of the electromotive force test of an electrode. The figure which shows the result of the IV characteristic test of an electrode. The figure explaining the electrolysis of the hydrogen gas generator using an electrode.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a method for manufacturing an electrode.
  • FIG. 1 is a perspective view of the electrode 10 shown as an example.
  • FIG. 2 is a partially enlarged front view showing an example of the electrode 10
  • FIG. 3 is a partially enlarged front view shown as another example of the electrode 10.
  • the thickness direction is indicated by an arrow X
  • the radial direction is indicated by an arrow Y.
  • the electrode 10 is used as an anode (anode fuel electrode 21) or a cathode (cathode air electrode 22).
  • the electrode 10 has a front surface 11 and a rear surface 12, has a predetermined area and a predetermined thickness L1, and has a square planar shape.
  • the electrode 10 is an alloy-metal transition metal thin plate electrode 14 having a porous structure (porous) having a number of fine channels 13 (passage holes). Gas or liquid flows through the flow path 13 (passage hole).
  • the planar shape of the electrode 10 is not particularly limited, and can be formed into any other planar shape such as a circle, an ellipse, and a polygon according to the application in addition to a square.
  • the electrode 10 (alloy metal transition metal thin plate electrode 14 having a porous structure) has a work function of a predetermined metal (transition metal) (energy required to extract electrons from a substance) having a work function of a platinum group element.
  • a predetermined metal transition metal
  • Austenitic stainless steel 42 alloy transition metal
  • Ni43 nickel
  • metal transition metal metal transition metal
  • Cu44 copper
  • metal transition metal selected as a raw material.
  • SUS304, SUS316 and SUS340 is used for the austenitic stainless steel 42.
  • SUS304 is preferably used, but any of SUS316, SUS340, SUS304 + SUS316, SUS304 + SUS340, SUS304 + SUS316 + SUS340 can also be used.
  • the work function of SUS304 is 4.7 (eV)
  • the work function of SUS316 is 4.85 (eV)
  • the work function of SUS340 is 4.76 (eV)
  • the work function of Ni is 5.22 (eV).
  • the work function of Cu is 5.10 (eV).
  • the electrode 10 is made of fine stainless steel alloy powder 45 (fine austenitic stainless steel) obtained by finely pulverizing austenitic stainless steel 42, fine Ni powder 46 (fine Ni powder) obtained by finely pulverizing Ni43, and Cu metal obtained by finely pulverizing Cu44.
  • -It is made by firing the compressed metal transition metal fine powder 49 (see FIG. 10).
  • the stainless alloy fine powder 45 at least one of SUS304 alloy fine powder, SUS316 alloy fine powder, and SUS340 alloy fine powder is used.
  • As the stainless alloy fine powder 45 it is preferable to use SUS304 alloy fine powder (fine powder SUS304) obtained by finely pulverizing SUS304.
  • SUS316 alloy fine powder fine powder SUS316 obtained by finely pulverizing SUS316 and SUS340 are preferably used. Any of crushed SUS340 alloy fine powder (fine SUS340), SUS304 alloy fine powder + SUS316 alloy fine powder, SUS304 alloy fine powder + SUS340 alloy fine powder, SUS304 alloy fine powder + SUS316 alloy fine powder + SUS340 alloy fine powder Can also.
  • the Cu metal fine powder 47 having the lowest melting point is melted when the alloy metal fine powder mixture 48 compressed into a thin plate having a predetermined area is melted and melted.
  • the stainless alloy fine powder 45 and the Ni metal fine powder 46 are joined.
  • the melting points of the austenitic stainless steels 42 are 1400 to 1450 ° C, the melting point of Ni43 is 1455 ° C, and the melting point of Cu44 is 1084.5 ° C.
  • the work function of the stainless alloy fine powder 45 (at least one of SUS304 alloy fine powder, SUS316 alloy fine powder, and SUS340 alloy fine powder) and Ni Stainless alloy fine powder relative to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture 48 so that the composite work function of the work function of the metal fine powder 46 and the work function of the Cu metal fine powder 47 approximates the work function of the platinum group element.
  • the weight ratio of the body 45 is determined, the weight ratio of the Ni metal fine powder 46 to the total weight of the alloy / metal transition metal powder mixture 48 is determined, and the weight ratio of the Ni / metal transition metal powder mixture 48 to the total weight of the alloy / metal transition metal powder mixture 48 is determined.
  • the weight ratio of the Cu metal fine powder 47 is determined.
  • the weight ratio of the stainless alloy fine powder 45 to the total weight (100%) of the alloy / metal transition metal fine powder mixture 48 is in the range of 47 to 49%, and preferably 48%.
  • the weight ratio of the Ni metal fine powder 46 to the total weight (100%) of the alloy / metal transition metal fine powder mixture 48 is in the range of 47 to 49%, preferably 48%.
  • the weight ratio of the Cu metal fine powder 47 to the total weight (100%) of the alloy-metal transition metal fine powder mixture 48 is in the range of 2 to 6%, preferably 4%.
  • the work function of the fine powders 45 to 47 is reduced to the work function of the platinum group element.
  • the electrode 10 formed by compressing and firing the alloy-metal transition metal fine powder mixture 48 exhibits substantially the same catalytic activity (catalytic action) as the electrode containing the platinum group element. Can not.
  • a large number of fine channels 13 (passage holes) having different diameters are formed in the electrode 10 (porous structure alloy / metal transition metal thin plate electrode 14).
  • the electrode 10 has a large specific surface area because a large number of fine channels 13 (passage holes) are formed.
  • Each of the flow paths 13 (passage holes) has a plurality of flow openings 15 opening to the front surface 11 and a plurality of flow openings 17 opening to the rear surface 12.
  • the electrode 10 penetrates from the front surface 11 toward the rear surface 12 between the electrode 10 and the twelve flow openings 17.
  • the flow paths 13 extend between the front surface 11 and the rear surface 12 of the electrode 10 while bending irregularly in the thickness direction of the electrode 10, and extend from the outer peripheral edge 16 of the electrode 10 toward the center. It extends while bending in the direction irregularly.
  • the flow paths 13 that are adjacent to each other in the radial direction and that bend in the thickness direction are partially connected in the radial direction, and the one flow path 13 and the other flow path 13 communicate with each other.
  • the flow paths 13 that are adjacent to each other in the thickness direction and bent in the radial direction are partially connected in the thickness direction, and one flow path 13 and the other flow path 13 communicate with each other.
  • the opening areas (opening diameters) of the flow paths 13 are not uniform in the thickness direction, are irregularly changed in the thickness direction, and are not uniform in the radial direction. , Changing irregularly in the radial direction.
  • the channels 13 are irregularly opened in the thickness direction and the radial direction while the opening area (opening diameter) is increased or decreased. Further, the opening area (opening diameter) of the opening 15 on the front surface 11 and the opening 15 on the rear surface 12 are not uniform, and the areas are all different.
  • the opening diameters of the flow paths 13 (passage holes) and the opening diameters of the flow openings 15 on the front and rear surfaces 11 and 12 are in the range of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the electrode 10 (porous structure alloy / metal transition metal sheet electrode 14) has a thickness L1 in the range of 0.03 mm to 0.3 mm, preferably in the range of 0.05 mm to 0.1 mm. If the thickness L1 of the electrode 10 is less than 0.03 mm, the strength is reduced, and the electrode 10 may be easily damaged or damaged when an impact is applied, and the shape may not be maintained. When the thickness L1 of the electrode 10 exceeds 0.3 mm, the electric resistance of the electrode 10 increases, the current does not flow smoothly to the electrode 10, and when the electrode 10 is used in the polymer electrolyte fuel cell 18, Sufficient electricity cannot be generated in the battery 18, and sufficient electric energy cannot be supplied to the load 30 connected to the fuel cell 18. In addition, when the electrode 10 is used in the hydrogen gas generator 31, electrolysis cannot be performed efficiently, and the hydrogen gas generator 31 cannot generate a large amount of hydrogen gas in a short time.
  • the thickness of the electrode 10 is in the range of 0.03 mm to 0.3 mm, preferably 0.05 mm to 0.1 mm. Has high strength and can maintain its shape, and can prevent damage or damage to the electrode 10 when an impact is applied to the electrode 10. Further, the electric resistance of the electrode 10 can be reduced, the current flows smoothly through the electrode 10, and the fuel cell 18 generates sufficient electricity when the electrode 10 ⁇ / b> A is used in the polymer electrolyte fuel cell 18. Thus, sufficient electric energy can be supplied to the load 30 connected to the fuel cell 18. Further, when the electrode 10 is used in the hydrogen gas generator 31, electrolysis can be efficiently performed, and the hydrogen gas generator 31 can generate a large amount of hydrogen gas in a short time.
  • the porosity of the electrode 10 is in the range of 15% to 30%, preferably 20% to 25%, and the relative density thereof is 70% to 85%. %, Preferably in the range of 75% to 80%. If the porosity of the electrode 10 is less than 15% and the relative density exceeds 85%, a large number of fine channels 13 (passage holes) and opening areas (opening diameters) having different opening areas (opening diameters) are formed in the electrode 10. The flow openings 15 of the many fine front and rear surfaces 11 and 12 differing from each other are not formed, and the specific surface area of the electrode 10 cannot be increased.
  • the opening area (opening diameter) of the flow path 13 (passage hole) and the opening area (opening) of the flow opening 15 of the front and rear surfaces 11 and 12 are increased.
  • the diameter of the electrode 10 becomes larger than necessary, the strength of the electrode 10 is reduced, and the electrode 10 may be easily damaged or damaged when an impact is applied, and the shape may not be maintained.
  • the electrode 10 Since the porosity and the relative density of the electrode 10 (alloy-metal transition metal thin plate electrode 14 having a porous structure) are within the above-mentioned ranges, the electrode 10 has a large number of fine channels 13 (passages) having different opening areas (opening diameters). (Pores) and a large number of fine front and rear surfaces 11, 12 having different opening areas (opening diameters).
  • the gas or the liquid can be brought into wide contact with the contact surfaces of the flow path 13 of the electrode 10 while the gas or the liquid flows through the passage hole).
  • the electrode 10 (alloy metal transition metal thin plate electrode 14 having a porous structure) has a density in the range of 5.0 g / cm 2 to 7.0 g / cm 2 , preferably 5.5 g / cm 2 to 6.5 g / cm 2. cm 2 .
  • the density of the electrode 10 is less than 5.0 g / cm 2 , the strength of the electrode 10 is reduced, and the electrode 10 is easily damaged or damaged when an impact is applied, and the shape may not be maintained. . If the density of the electrode 10 exceeds 7.0 g / cm 2 , a large number of fine channels 13 (passage holes) are not formed in the electrode 10 and the specific surface area of the electrode 10 cannot be increased.
  • the electrode 10 (alloy-metal transition metal thin plate electrode 14 having a porous structure) has a density within the above range, the electrode 10 has a large number of fine channels 13 (passage holes) and openings having different opening areas (opening diameters).
  • the electrode 10 is formed into a porous shape having a large number of fine front and rear surfaces 11 and 12 having different areas (opening diameters), and the specific surface area of the electrode 10 can be increased.
  • the gas or liquid can be brought into wide contact with the contact surface of the electrode 10 in the flow path 13 while the gas or liquid flows.
  • the particle size of the stainless alloy fine powder 45 (at least one of SUS304 alloy fine powder, SUS316 alloy fine powder, and SUS340 alloy fine powder), the Ni metal fine powder 46, and the Cu metal fine powder 47 , In the range of 10 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the flow path 13 (passage hole) is closed by the fine powders 45 to 47, and the opening area ( A large number of fine flow paths 13 (passage holes) having different opening diameters and a large number of fine front and rear surfaces 11 and 12 having different opening areas (opening diameters) cannot be formed, and the electrode 10 ( The specific surface area of the porous metal-metal transition metal plate electrode 14) having a porous structure cannot be increased.
  • the opening area (opening diameter) of the flow path 13 (passage hole) and the flow openings of the front and rear surfaces 11 and 12 are increased.
  • the opening area (opening diameter) of the electrode 15 becomes unnecessarily large, and a large number of fine flow channels 13 (passage holes) having different opening areas (opening diameters) and a large number of fine flow paths having different opening areas (opening diameters) are formed in the electrode 10.
  • the flow openings 15 of the front and rear surfaces 11 and 12 cannot be formed, and the specific surface area of the electrode 10 (porous structure alloy / metal transition metal thin plate electrode 14) cannot be increased.
  • the electrode 10 has an opening area (
  • the electrode 10 is formed into a porous material having a large number of fine flow paths 13 (passage holes) having different opening diameters and a large number of fine front and rear surfaces 11 and 12 having different opening areas (opening diameters).
  • the specific surface area can be increased, and the gas or the liquid can be made to widely contact the contact surface of the electrode 10 in the flow channel 13 while the gas or the liquid flows through the flow channel.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view showing an example of the cell 17 using the electrode 10
  • FIG. 5 is a side view of the cell 17 using the electrode 10.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the power generation of the polymer electrolyte fuel cell 18 using the electrode 10
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the result of an electromotive force test of the electrode 10.
  • FIG. 8 is a diagram showing a result of an IV characteristic test of the electrode 10.
  • a fuel electrode 19 (anode) using the electrode 10
  • an air electrode 20 (cathode) using the electrode 10
  • a fuel electrode 19 and air A solid polymer electrolyte membrane 21 interposed between the poles 20 (a pole assembly membrane) (fluorine-based ion exchange membrane), a separator 22 (bipolar plate) positioned outside the fuel electrode 19 in the thickness direction, and a thickness outside the air electrode 20
  • a separator 23 (bipolar plate) positioned at A supply channel for a reaction gas (hydrogen, oxygen, or the like) is formed (engraved) in the separators 22 and 23.
  • the fuel electrode 19, the air electrode 20, and the solid polymer electrolyte membrane 21 are overlapped and integrated in the thickness direction to form a membrane / electrode assembly 24 (Membrane Electrode Assembly, MEA).
  • MEA Membrane Electrode Assembly
  • the membrane / electrode assembly 24 is sandwiched between the separators 22 and 23.
  • a plurality of cells 17 overlap in one direction and are connected in series to form a cell stack (fuel cell stack).
  • the solid polymer electrolyte membrane 21 has proton conductivity and does not have electronic conductivity.
  • a gas diffusion layer 25 is formed between the fuel electrode 19 and the separator 22, and a gas diffusion layer 26 is formed between the air electrode 20 and the separator 23.
  • a gas seal 27 is provided between the fuel electrode 19 and the separator 22 and above and below the gas diffusion layer 26.
  • a gas seal 28 is provided between the air electrode 20 and the separator 23 and above and below the gas diffusion layer 26.
  • hydrogen (fuel) is supplied to the fuel electrode 19 (electrode 10), and air (oxygen) is supplied to the air electrode 20 (electrode 10).
  • hydrogen is decomposed into protons (hydrogen ions, H + ) and electrons by a reaction (catalysis) of H 2 ⁇ 2H + + 2e ⁇ .
  • the protons move to the air electrode 20 (electrode 10) through the solid polymer electrolyte membrane 21, and the electrons move to the air electrode 20 through the conductive wire 29.
  • Protons generated at the fuel electrode 19 flow through the solid polymer electrolyte membrane 21.
  • the protons transferred from the solid polymer electrolyte membrane 21 and the electrons transferred on the conductive wire 29 react with oxygen in the air, and water is generated by the reaction of 4H + + O 2 + 4e ⁇ 2H 2 O.
  • the fuel electrode 19 (electrode 10) and the air electrode 20 (electrode 10) are made of austenitic stainless steel 42 (alloy transition metal) and Ni 43 (alloy transition metal) whose work functions are selected so that the combined work function is close to the work function of a platinum group element.
  • stainless steel alloy fine powder 45 at least one of SUS304 alloy fine powder, SUS316 alloy fine powder, SUS340 alloy fine powder
  • Ni metal fine powder 46 using metal transition metal
  • Cu44 metal
  • the weight ratio of the stainless alloy fine powder 45 to the total weight of the alloy-metal transition metal fine powder mixture 48 and Ni and the work function of the work function of Ni and Cu metal fine powder 47 approximate the work function of the platinum group element.
  • the electrode 10 is made of an austenitic stainless steel 42 (at least one of SUS304, SUS316, and SUS340) (alloy transition) selected such that the work function of a predetermined metal is close to the work function of a platinum group element.
  • stainless steel alloy fine powder 45 (SUS304 alloy fine powder, SUS316 alloy fine powder, SUS340 alloy fine powder, and SUS340 alloy fine powder) made of austenitic stainless steel 42 using metal, Ni43 (metal transition metal) and Cu44 (metal transition metal) as raw materials. Alloy metal transition metal fine powder obtained by uniformly mixing and dispersing at least one of the above), Ni metal fine powder 46 made of Ni43 (nickel) and Cu metal fine powder 47 made of Cu44 (copper).
  • Alloy metal transition metal thin plate electrode 14 having a porous structure having a flow path 13 formed therein.
  • the work function of the stainless alloy fine powder 45, Ni metal fine powder 46, and Cu metal fine powder 47 is a platinum group element.
  • the weight ratio of the stainless alloy fine powder 45, the weight ratio of the Ni metal fine powder 46, and the weight ratio of the Cu metal fine powder 47 to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture 48 are Since it is determined, the electrode 10 has substantially the same work function as the electrode containing the platinum group element, and can exhibit substantially the same catalytic activity (catalysis) as the electrode containing the platinum group element. Can be used sufficiently and reliably, and can be suitably used as a non-platinum anode or cathode having excellent catalytic activity (catalysis).
  • the electrode 10 (alloy-metal transition metal thin plate electrode 14 having a porous structure) exhibits almost the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing a platinum group element
  • the electrode 10 is formed of a polymer electrolyte fuel cell 21. In this case, sufficient electricity can be generated in the fuel cell 21, and sufficient electric energy can be supplied to the load 30 connected to the fuel cell 21.
  • the electrode 10 is made of austenitic stainless steel, Ni and Cu, does not use expensive platinum group elements, and has a non-platinum fuel electrode 19 (anode) used in the polymer electrolyte fuel cell 21.
  • the cathode 20 (cathode) can be manufactured at low cost.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the electrolysis of the hydrogen gas generator 31 using the electrode 10.
  • an anode 32 anode
  • a cathode 33 cathode
  • an anode 32 and a cathode 33 a solid polymer electrolyte membrane 34 (electrode assembly membrane) (fluorine-based ion exchange membrane)
  • anode power supply member 35 and a cathode power supply member 36 an anode water reservoir 37 and a cathode water reservoir 38
  • An anode main electrode 39 and a cathode main electrode 40 An anode main electrode 39 and a cathode main electrode 40.
  • the anode 32, the cathode 33, and the solid polymer electrolyte membrane 34 are overlapped and integrated in the thickness direction to form a membrane / electrode assembly 41 (Membrane Electrode Assembly, MEA). 41 is sandwiched between an anode power supply member 35 and a cathode power supply member 36.
  • the solid polymer electrolyte membrane 34 has proton conductivity and does not have electron conductivity.
  • the anode power supply member 35 is located outside the anode 32 and is in close contact with the anode 32, and supplies a positive current to the anode 32.
  • the anode water storage tank 37 is located outside the anode power supply member 35 and is in close contact with the anode power supply member 35.
  • the anode main electrode 39 is located outside the anode water storage tank 37 and supplies a positive current to the anode power supply member 35.
  • the cathode power supply member 36 is located outside the cathode 33 and is in close contact with the cathode 33, and supplies a negative current to the cathode 33.
  • the cathode water tank 38 is located outside the cathode power supply member 36 and is in close contact with the cathode power supply member 36.
  • the cathode main electrode 40 is located outside the cathode water storage tank 38 and supplies a negative current to the cathode power supply member 36.
  • water H 2 O
  • cathode water storage tank 38 water (H 2 O) is supplied to the anode water storage tank 37 and the cathode water storage tank 38 as shown by arrows in FIG.
  • a negative current is supplied from the power supply to the cathode main electrode 40.
  • the + current supplied to the anode main electrode 39 is supplied from the anode power supply member 35 to the anode 32 (anode), and the-current supplied to the cathode main electrode 40 is supplied from the cathode power supply member 36 to the cathode 33 (cathode). Is done.
  • the electrode 10 was made from an austenitic stainless steel 42 using austenitic stainless steel 42, Ni 43 and Cu 44 selected such that the composite work function of the work function of a predetermined metal was close to the work function of a platinum group element.
  • An alloy / transition metal fine powder mixture 48 obtained by uniformly mixing and dispersing a stainless alloy fine powder 45, a Ni metal fine powder 46 made of Ni43 (nickel) and a Cu metal fine powder 47 made of Cu44 (copper) is used.
  • An alloy / transition metal thin plate electrode 14 having a porous structure in which a large number of fine channels 13 are formed after being compressed into a thin plate having a predetermined area, and is a stainless alloy fine powder 45, a Ni metal fine powder 46, and a Cu metal fine powder.
  • the electrode 10 is made of an electrode containing a platinum group element.
  • An excellent catalyst that has substantially the same work function can exhibit substantially the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing a platinum group element, and can sufficiently and reliably utilize its catalytic function. It can be suitably used as a non-platinum anode 32 or cathode 33 having activity (catalysis).
  • the electrode 10 (alloy / transition metal thin plate electrode 14 having a porous structure) exhibits substantially the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing a platinum group element, the electrode 10 is used for the hydrogen gas generator 31.
  • electrolysis can be efficiently performed in the hydrogen gas generator 31, and a large amount of hydrogen gas can be generated in a short time.
  • the electrode 10 uses austenitic stainless steel, Ni and Cu as raw materials, does not use expensive platinum group elements, and makes the non-platinum anode 32 and the cathode 33 used in the hydrogen gas generator 31 at low cost. be able to.
  • FIG. 10 is a view for explaining a method of manufacturing the electrode 10.
  • the electrode 10 includes a metal fine powder forming step S1, a fine powder weight ratio determining step S2, an alloy / metal transition metal fine powder mixture forming step S3, and an alloy / metal transition metal fine powder compact forming step S4. And an alloy / metal transition metal sheet electrode manufacturing step S5.
  • the electrode manufacturing method includes an austenitic stainless steel 42 (at least one of SUS304, SUS316 and SUS340) (alloy) selected such that the work function of a predetermined metal is close to the work function of a platinum group element.
  • the electrode 10 is manufactured using a transition metal), Ni43 (metal transition metal) and Cu44 (metal transition metal) as raw materials.
  • the austenitic stainless steel 42 is finely pulverized and finely divided into stainless alloy fine powder 45 (SUS304 alloy fine powder (fine powder SUS304), SUS316 alloy fine powder (fine powder SUS316) and SUS340 alloy fine powder ( And fine powder SUS340), and finely pulverize Ni43 to produce fine Ni metal powder 46 (fine Ni) and finely pulverize Cu44 to fine Cu metal powder 47 (fine powder).
  • stainless alloy fine powder 45 SUS304 alloy fine powder (fine powder SUS304), SUS316 alloy fine powder (fine powder SUS316) and SUS340 alloy fine powder ( And fine powder SUS340)
  • the austenitic stainless steel 42 (at least one of SUS304, SUS316 and SUS340) is finely pulverized to a particle size of 10 ⁇ m to 200 ⁇ m by a fine pulverizer, and Ni43 is reduced to 10 ⁇ m to While pulverizing to a particle size of 200 ⁇ m, Cu44 is finely pulverized to a particle size of 10 ⁇ m to 200 ⁇ m by a pulverizer.
  • the electrode is manufactured by finely pulverizing austenitic stainless steel 42, Ni43, and Cu44 to a particle size of 10 ⁇ m to 200 ⁇ m, thereby forming a porous material having a large number of fine channels 13 (passage holes) and a large specific surface area.
  • An alloy-metal transition metal thin plate electrode 14 having a porous structure can be produced, and gas and liquid are passed through the flow passages 13 while passing gas and liquid through the flow passages 13 of the electrode 10 (alloy-transition metal thin plate electrode 14).
  • the electrode 10 that can be brought into wide contact with the contact surface can be produced.
  • the work function of the work function of the austenitic alloy fine powder 45, the Ni metal fine powder 46, and the Cu metal fine powder 47 produced in the metal fine powder preparation step is the work function of the platinum group element.
  • the weight ratio of the austenitic alloy fine powder 45 to the total weight of the alloy-metal transition metal fine powder mixture 48 is determined so as to approximate In addition to determining the weight ratio, the weight ratio of the Cu metal fine powder 47 to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture 48 is determined.
  • the weight ratio of the stainless alloy fine powder 45 to the total weight (100%) of the alloy / metal transition metal fine powder mixture 48 is determined in the range of 47 to 49% (preferably 48%)
  • the weight ratio of the Ni metal fine powder 46 to the total weight (100%) of the alloy / metal transition metal fine powder mixture 48 is determined in the range of 47 to 49% (preferably 48%).
  • the weight ratio of the Cu metal fine powder 47 to the total weight (100%) of the mixture 48 is determined in the range of 2 to 6% (preferably 2%).
  • the weight ratio of the stainless alloy fine powder 45, the weight ratio of the Ni metal fine powder 46, and the weight ratio of the Cu metal fine powder 47 to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture 48 are determined within the above ranges. This makes it possible to approximate the work function of the stainless alloy fine powder 45, the Ni metal fine powder 46, and the work function of the Cu metal fine powder 47 to the work function of the platinum group element. It has the same work function, can exhibit almost the same catalytic activity (catalytic action) as an electrode containing a platinum group element, has excellent catalytic activity (catalytic action), and uses the catalytic function sufficiently and reliably Electrode 10 (anode or cathode) can be made.
  • the stainless alloy fine powder 45 having the weight ratio determined in the fine powder weight ratio determining step, the Ni metal fine powder 46 having the weight ratio determined in the fine powder weight ratio determining step, and the fine powder are used.
  • the Cu metal fine powder 47 having the weight ratio determined in the body weight ratio determining step is charged into a mixer, and the stainless alloy fine powder 45, the Ni metal fine powder 46, and the Cu metal fine powder 47 are stirred and mixed by the mixer, An alloy / metal transition metal fine powder mixture 48 in which the stainless alloy fine powder 45, the Ni metal fine powder 46, and the Cu metal fine powder 47 are uniformly mixed and dispersed is prepared.
  • the alloy / metal transition metal fine powder compressed material producing step S4 the alloy / metal transition metal fine powder mixture 48 produced in the alloy / metal transition metal fine powder mixture producing step S3 is pressurized at a predetermined pressure, and the alloy / metal transition metal A compressed alloy / metal transition metal powder 49 is prepared by compressing the fine powder mixture 48 into a thin plate having a predetermined area.
  • the alloy / metal transition metal fine powder compressed material preparation step S4 the alloy / metal transition metal fine powder mixture 48 is put into a mold, and the metal / metal transition metal fine powder is pressed by a press machine. A compressed body 49 is made.
  • the press pressure (pressure) during the press working is in the range of 500 MPa to 800 MPa.
  • the opening area (opening diameter) of the flow channel 13 (passage hole) formed in the compressed alloy-metal transition metal fine powder 49 (alloy-metal transition metal thin plate electrode 14) is large.
  • the opening diameter of the compressed alloy-metal transition metal fine powder 49 (alloy-metal transition metal thin plate electrode 14) is set to a thickness L1 of 0.03 mm to 0.3 mm (preferably 0.05 mm to 0.1 mm).
  • a large number of fine channels 13 (passage holes) in the range of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m cannot be formed in the compressed alloy-metal transition metal fine powder 49 (alloy-metal transition metal sheet electrode 14).
  • the opening area (opening diameter) of the flow path 13 (passage hole) formed in the compressed alloy-metal transition metal fine powder 49 (alloy-metal transition metal thin plate electrode 14) is reduced.
  • the thickness L1 of the compressed alloy / metal transition metal fine powder 49 (alloy / metal transition metal thin plate electrode 14) becomes 0.03 mm to 0.3 mm (preferably 0.05 mm to 0.1 mm).
  • a large number of fine channels 13 (passage holes) having an opening diameter in the range of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m cannot be formed in the alloy-metal transition metal fine powder compact 49 (alloy-metal transition metal thin plate electrode 14).
  • the alloy / metal transition metal fine powder mixture 48 is pressurized (compressed) at a pressure within the above range to form the alloy / metal transition metal fine powder compressed material 49 (alloy / metal transition metal thin plate electrode 14).
  • the compressed metal transition metal powder 49 (alloy / metal transition metal thin plate electrode 14) can be formed.
  • the electrode manufacturing method since the electrode 10 having a thickness L1 in the range of 0.03 mm to 0.3 mm (preferably in the range of 0.05 mm to 0.1 mm) can be produced, the electric resistance can be reduced. Thus, the electrode 10 (anode or cathode) capable of flowing a current smoothly can be manufactured.
  • the alloy / metal transition metal fine powder compact 49 produced in the alloy / metal transition metal fine powder compact forming step is charged into a furnace (electric furnace), The transition metal fine powder compact 49 is fired (sintered) at a predetermined temperature in a furnace to form an alloy metal transition metal thin plate electrode 14 (electrode 10) having a porous structure in which a number of fine channels 13 (passage holes) are formed. create.
  • the alloy / metal transition metal thin plate electrode forming step S5 the alloy / metal transition metal fine powder compact 49 is fired for a long time at a temperature at which the Cu metal fine powder 47 having the lowest melting point is melted.
  • the firing (sintering) time is 3 hours to 6 hours.
  • the Cu metal fine powder 47 having the lowest melting point was melted and melted when the pressed alloy / metal transition metal fine powder 49 compressed into a thin plate having a predetermined area was fired.
  • the stainless alloy fine powder 45 and the Ni metal fine powder 46 are joined (fixed).
  • the electrode manufacturing method includes a metal fine powder preparation step S1, a fine powder weight ratio determination step S2, an alloy / metal transition metal fine powder mixture preparation step S3, an alloy / metal transition metal fine powder compressed product preparation step S4, an alloy / metal transition metal
  • the thickness L1 is in the range of 0.03 mm to 0.3 mm (preferably in the range of 0.05 mm to 0.1 mm) due to each step of the thin plate electrode forming step S5, and a large number of fine channels 13 (passage holes).
  • a non-platinum electrode 10 anode or cathode
  • the catalyst has excellent catalytic activity (catalytic action).
  • the electrode 10 (anode or cathode) that can use the function sufficiently and reliably can be manufactured.
  • the electrode 10 produced thereby exhibits substantially the same catalytic activity (catalysis) as the electrode containing the platinum group element, it is possible to generate sufficient electricity in the polymer electrolyte fuel cell 18.
  • a non-platinum electrode 10 capable of supplying sufficient electric energy to a load 30 connected to the polymer electrolyte fuel cell 18 can be manufactured, and the hydrogen gas generator 31 can efficiently perform electrolysis.
  • a non-platinum electrode 10 that can be performed well and can generate a large amount of hydrogen gas in a short time can be manufactured.
  • the stainless alloy fine powder 45 and the Ni metal fine powder 45 are joined with the Cu metal fine powder 47 having the highest melting point as a binder to form a porous structure having a large number of fine channels 13 (passage holes).
  • the alloy-metal transition metal thin plate electrode 14 (electrode 10) can be made, can maintain a shape with high strength, and can be prevented from being damaged or damaged when subjected to an impact.
  • a platinum electrode 10 can be made.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

【課題】白金族元素を利用することなく、廉価に作ることができ、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができる電極を提供する。 【解決手段】電極１０は、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、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を形成したポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極である。電極１０では、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。

Description

電極
　本発明は、陽極又は陰極として使用する電極に関する。
　低沸点金属である亜鉛を含む多孔性金属錯体（ＰＣＰ／ＭＯＦ）を焼成した窒素ドープカーボンに白金を担持させた白金触媒を含む燃料電池電極が開示されている（特許文献１参照）。この燃料電池電極は、低沸点金属である亜鉛を含む多孔性金属錯体（ＰＣＰ／ＭＯＦ）を製造原料として用いるため、原料由来の金属をほとんど含まず、大きな比表面積を有するＮＤＣである触媒担持体を得ることができ、少量の白金担持により高活性な白金触媒を得ることができる。さらに、製造原料である多孔性金属錯体（ＰＣＰ／ＭＯＦ）由来の金属が含まれていないため、焼成条件を自由に設定できる。すなわち、原料として用いる多孔性金属錯体（ＰＣＰ／ＭＯＦ）の有機化合物リンカーの変更や焼成温度の調節により、得られるＮＤＣ中の含窒素量や結晶化度をコントロールすることが可能となる。
特開２０１８－２３９２９号公報
　固体高分子形燃料電池の電極触媒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、今後の固体高分子形燃料電池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、廉価に作ることができ、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができる電極及びその電極の電極製造方法を提供することにある。本発明の他の目的は、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、水素ガス発生装置において電気分解を効率よく行うことができ、多量の水素ガスを発生させることができる電極及びその電極の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、陽極又は陰極として使用する電極である。
　前記第１の前提における本発明の電極の特徴は、電極が、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、オーステナイト系ステンレスを微粉砕したステンレスアロイ微粉体とＮｉを微粉砕したＮｉメタル微粉体とＣｕを微粉砕した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を形成したポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極であり、ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極では、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ことにある。
　本発明の電極の一例としては、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が、４７～４９％の範囲にあり、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が、４７～４９％の範囲にあり、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が、２～６％の範囲にある。
　本発明の電極の他の一例としては、ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極の厚み寸法が、０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの範囲にある。
　本発明の電極の他の一例としては、ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極の空隙率が、１５％～３０％の範囲にある。
　本発明の電極の他の一例としては、ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極の密度が、５．０ｇ／ｃｍ２～７．０ｇ／ｃｍ２の範囲にある。
　本発明の電極の他の一例としては、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。
　本発明の電極の他の一例として、ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極では、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。
　本発明の電極の他の一例としては、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。
　前記課題を解決するための本発明の第２の前提は、陽極又は陰極として使用する電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特徴は、電極製造方法が、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、オーステナイト系ステンレスを微粉砕してステンレスアロイ微粉体を作り、Ｎｉを微粉砕してＮｉメタル微粉体を作るとともに、Ｃｕを微粉砕してＣｕメタル微粉体を作る金属微粉体作成工程と、金属微粉体作成工程によって作られた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、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を決定する微粉体重量比決定工程と、微粉体重量比決定工程によって決定した重量比の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・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作成工程によって作られたアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物を所定圧力で加圧してアロイ・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作成工程によって作られたアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物を所定温度で焼成して多数の微細な流路を形成したポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極を作るアロイ・メタル遷移金属薄板電極作成工程とを有することにある。
　本発明の電極製造方法の一例として、微粉体重量比決定工程では、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％の範囲で決定し、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％の範囲で決定する。
　本発明の電極製造方法の他の一例としては、アロイ・メタル遷移金属微粉体作成工程が、オーステナイト系ステンレスを１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕し、Ｎｉを１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕するとともに、Ｃｕを１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕する。
　本発明の電極製造方法の他の一例としては、アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物作成工程が、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物作成工程によって作られたアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物を５００Ｍｐａ～８００Ｍｐａの圧力で加圧し、０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの厚み寸法を有して多数の微細な流路を形成したアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物を作る。
　本発明の電極製造方法の他の一例としては、アロイ・メタル遷移金属薄板電極作成工程が、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焼成し、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メタル微粉体とを接合する。
　本発明の電極製造方法の他の一例としては、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。
　本発明に係る電極によれば、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、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（ニッケル）から作られたＮｉメタル微粉体とＣｕ（銅）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を形成したポーラス構造のアロイ・メタル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、電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、そ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又は陰極として好適に使用することができる。電極は、それ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、非白金の電極であり、それを廉価に作ることができる。電極は、それが白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するから、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、水素ガス発生装置において電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
　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が４７～４９％の範囲にあり、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が４７～４９％の範囲にあり、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が２～６％の範囲にある電極は、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、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を白金族元素の仕事関数に近似させることができ、電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、そ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又は陰極として好適に使用することができる。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やＮｉメタル微粉体の重量比、Ｃｕメタル微粉体の重量比が前記範囲にある電極は、それが白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するから、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、水素ガス発生装置において電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
　ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極の厚み寸法が０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの範囲にある電極は、電極の厚み寸法を前記範囲にすることで、電極の電気抵抗を小さくすることができ、電極に電流をスムースに流すことができる。電極は、それ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、それに電流がスムースに流れるから、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、水素ガス発生装置において電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
　ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極の空隙率が１５％～３０％の範囲にある電極は、アロイ・メタル遷移金属薄板電極の空隙率を前記範囲にすることで、ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電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、遷移金属薄板電極の比表面積を大きくすることができ、それら流路を気体や液体が通流しつつ気体や液体をアロイ・メタル遷移金属薄板電極の接触面に広く接触させることが可能となり、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮することができる。電極は、そ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又は陰極として好適に使用することができる。
　ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極の密度が５．０ｇ／ｃｍ２～７．０ｇ／ｃｍ２の範囲にある電極は、アロイ・メタル遷移金属薄板電極の密度を前記範囲にすることで、ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電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、遷移金属薄板電極の比表面積を大きくすることができ、それら流路を気体や液体が通流しつつ気体や液体をアロイ・メタル遷移金属薄板電極の接触面に広く接触させることが可能となり、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮することができる。電極は、そ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又は陰極として好適に使用することができる。
　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の範囲にある電極は、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、ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電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、アロイ・メタル遷移金属薄板電極の比表面積を大きくすることができ、それら流路を気体や液体が通流しつつ気体や液体をアロイ・メタル遷移金属薄板電極の接触面に広く接触させることが可能となり、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮することができる。電極は、そ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又は陰極として好適に使用することができる。
　ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極において、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極は、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のアロイ・メタル遷移金属薄板電極を作ることができるとともに、電極が高い強度を有してその形状を維持することができ、電極に衝撃が加えられたときの電極の破損や損壊を防ぐことができる。電極は、その形状を維持することができるから、そ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又は陰極として好適に使用することができる。
　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つである電極は、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、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を形成したポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極であり、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、電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、そ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又は陰極として好適に使用することができる。
　本発明に係る電極製造方法によれば、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、オーステナイト系ステンレスを微粉砕してステンレスアロイ微粉体を作り、Ｎｉを微粉砕してＮｉメタル微粉体を作るとともに、Ｃｕを微粉砕してＣｕメタル微粉体を作る金属微粉体作成工程と、金属微粉体作成工程によって作られた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、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を決定する微粉体重量比決定工程と、微粉体重量比決定工程によって決定した重量比の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・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作成工程によって作られたアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物を所定圧力で加圧してアロイ・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作成工程によって作られたアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物を所定温度で焼成して多数の微細な流路を形成したポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極を作るアロイ・メタル遷移金属薄板電極作成工程との各工程によって電極を製造するから、白金族元素を使用しない非白金の電極を廉価に作ることができ、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極（陽極又は陰極）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電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）を発揮するから、燃料電池において十分な電気を発電することが可能な電極を作ることができ、水素ガス発生装置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電極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において、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％の範囲で決定し、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の全重量に対するステンレス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おいて決定することで、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を白金族元素の仕事関数に近似させることができ、白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、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極（陽極又は陰極）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電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）を発揮するから、燃料電池において十分な電気を発電することが可能な電極を作ることができ、水素ガス発生装置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電極を作ることができる。
　金属微粉体作成工程がオーステナイト系ステンレスを１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕し、Ｎｉを１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕するとともに、Ｃｕ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やＮｉ、Ｃｕを前記範囲の粒径に微粉砕することで、多数の微細な流路（通路孔）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アロイ・メタル遷移金属薄板電極を作ることができ、それら流路を気体や液体が通流しつつ気体や液体をアロイ・遷移金属薄板電極の接触面に広く接触させることが可能となり、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を確実に発揮することが可能な電極（陽極又は陰極）を作ることができ、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非白金の電極を作ることができる。
　アロイ・遷移金属微粉体圧縮物作成工程がアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物作成工程によって作られたアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物を５００Ｍｐａ～８００Ｍｐａの圧力で加圧し、０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの厚み寸法を有して多数の微細な流路を形成したアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物を作る電極製造方法は、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物を前記範囲の圧力で加圧（圧縮）することで、厚み寸法が０．０３ｍｍ～０．３ｍｍであって多数の微細な流路（通路孔）を有するアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物を作ることができ、白金族元素を使用しない非白金のポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極を廉価に作ることができ、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極（陽極又は陰極）を作ることができる。電極製造方法は、電極の厚み寸法が０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの範囲の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電極（陽極又は陰極）を作ることができる。
　アロイ・メタル遷移金属薄板電極作成工程が最も融点の低い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焼成し、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メタル微粉体とを接合する電極製造方法は、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のアロイ・メタル遷移金属薄板電極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電極を作ることができる。
　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、ステンレスアロイ微粉体として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つを利用しつつ、金属微粉体作成工程、微粉体重量比決定工程、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物作成工程、アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物作成工程、アロイ・メタル遷移金属薄板電極作成工程との各工程によって電極を製造するから、白金族元素を使用しない非白金の電極を廉価に作ることができ、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極（陽極又は陰極）を作ることができる。
一例として示す電極の斜視図。 電極の一例として示す部分拡大正面図。 電極の他の一例として示す部分拡大正面図。 電極を使用したセルの一例を示す分解斜視図。 電極を使用したセルの側面図。 電極を使用した固体高分子形燃料電池の発電を説明する図。 電極の起電圧試験の結果を示す図。 電極のＩ－Ｖ特性試験の結果を示す図。 電極を使用した水素ガス発生装置の電気分解を説明する図。 電極の製造方法を説明する図。
　一例として示す電極１０の斜視図である図１等の添付の図面を参照し、本発明に係る電極の詳細を説明すると、以下のとおりである。なお、図２は、電極１０の一例として示す部分拡大正面図であり、図３は、電極１０の他の一例として示す部分拡大正面図である。図１では、厚み方向を矢印Ｘで示し、径方向を矢印Ｙで示す。
　電極１０は、陽極（アノード燃料極２１）又は陰極（カソード空気極２２）として使用され、固体高分子形燃料電池１８の燃料極１９（触媒電極）や空気極２０（触媒電極）（図６参照）、水素ガス発生装置３１の陽極３２（電極触媒）や陰極３３（電極触媒）（図９参照）として利用される。電極１０は、前面１１及び後面１２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。電極１０は、多数の微細な流路１３（通路孔）を有するポーラス構造（多孔質）のアロイ・メタル遷移金属薄板電極１４である。流路１３（通路孔）には、気体又は液体が通流する。なお、電極１０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。
　電極１０（ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）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４２（アロイ遷移金属）とＮｉ４３（ニッケル）（メタル遷移金属）とＣｕ４４（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４２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４２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）、Ｎｉの仕事関数は、５．２２（ｅＶ）であり、Ｃｕの仕事関数は、５．１０（ｅＶ）である。
　電極１０は、オーステナイト系ステンレス４２を微粉砕したステンレスアロイ微粉体４５（微粉状のオーステナイト系ステンレス）とＮｉ４３を微粉砕したＮｉメタル微粉体４６（微粉状のＮｉ）とＣｕ４４を微粉砕したＣｕメタル微粉体４７（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４８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４９とし、そのアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物４９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４５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４５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。
　電極１０（ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）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４８の焼成時に最も融点の低いＣｕメタル微粉体４７が溶融し、溶融したＣｕメタル微粉体４７をバインダーとしてステンレスアロイ微粉体４５とＮｉメタル微粉体４６とが接合されている。なお、オーステナイト系ステンレス４２（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３４０）の融点は、１４００～１４５０℃、Ｎｉ４３の融点は、１４５５℃であり、Ｃｕ４４の融点は、１０８４．５℃である。
　電極１０（ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）では、ステンレスアロイ微粉体４５（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４６の仕事関数とＣｕメタル微粉体４７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、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物４８の全重量に対するステンレスアロイ微粉体４５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４８の全重量に対するＮｉメタル微粉体４６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４８の全重量に対するＣｕメタル微粉体４７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４８の全重量（１００％）に対するステンレスアロイ微粉体４５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４８の全重量（１００％）に対するＮｉメタル微粉体４６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４８の全重量（１００％）に対するＣｕメタル微粉体４７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４５の重量比やＮｉメタル微粉体４６の重量比、Ｃｕメタル微粉体４７の重量比が前記範囲外になると、それら微粉体４５～４７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ないとともに、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物４８を圧縮した後に焼成して作られた電極１０が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができない。
　電極１０（ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）には、径が異なる多数の微細な流路１３（通路孔）が形成されている。電極１０は、多数の微細な流路１３（通路孔）が形成されているから、その比表面積が大きい。それら流路１３（通路孔）は、前面１１に開口する複数の通流口１５と後面１２に開口する複数の通流口１７とを有し、電極１０の前面１１の通流口１５と後面１２の通流口１７との間において前面１１から後面１２に向かって電極１０を貫通している。
　それら流路１３は、電極１０の前面１１と後面１２との間において電極１０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、電極１０の外周縁１６から中心に向かって電極１０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１３は、径方向において部分的につながり、一方の流路１３と他方の流路１３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１３は、厚み方向において部分的につながり、一方の流路１３と他方の流路１３とが互いに連通している。
　それら流路１３（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１３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１１に開口する通流口１５と後面１２に開口する通流口１５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１３（通路孔）の開口径や前後面１１，１２の通流口１５の開口径は、１μｍ～１００μｍの範囲にある。
　電極１０（ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）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。電極１０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電極１０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。電極１０の厚み寸法Ｌ１が０．３ｍｍを超過すると、電極１０の電気抵抗が大きくなり、電極１０に電流がスムースに流れず、電極１０が固体高分子形燃料電池１８に使用されたときに燃料電池１８において十分な電気を発電することができず、燃料電池１８に接続された負荷３０に十分な電気エネルギーを供給することができない。また、電極１０が水素ガス発生装置３１に使用されたときに電気分解を効率よく行うことができず、水素ガス発生装置３１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。
　電極１０（ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）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、電極１０が高い強度を有してその形状を維持することができ、電極１０に衝撃が加えられたときの電極１０の破損や損壊を防ぐことができる。さらに、電極１０の電気抵抗を小さくすることができ、電極１０に電流がスムースに流れ、電極１０Ａが固体高分子形燃料電池１８に使用されたときに燃料電池１８において十分な電気を発電することができ、燃料電池１８に接続された負荷３０に十分な電気エネルギーを供給することができる。また、電極１０が水素ガス発生装置３１に使用されたときに電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置３１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。
　電極１０（ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）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。電極１０の空隙率が１５％未満であって相対密度が８５％を超過すると、電極１０に開口面積（開口径）の異なる多数の微細な流路１３（通路孔）や開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面１１，１２の通流口１５が形成されず、電極１０の比表面積を大きくすることができない。電極１０の空隙率が３０％を超過し、相対密度が７０％未満では、流路１３（通路孔）の開口面積（開口径）や前後面１１，１２の通流口１５の開口面積（開口径）が必要以上に大きくなり、電極１０の強度が低下し、衝撃が加えられたときに電極１０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。
　電極１０（ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）は、その空隙率及び相対密度が前記範囲にあるから、電極１０が開口面積（開口径）の異なる多数の微細な流路１３（通路孔）や開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面１１，１２の通流口１５を有する多孔質に成型され、電極１０の比表面積を大きくすることができ、それら流路１３（通路孔）を気体や液体が通流しつつ気体や液体を電極１０のそれら流路１３における接触面に広く接触させることができる。
　電極１０（ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）は、その密度が５．０ｇ／ｃｍ２～７．０ｇ／ｃｍ２の範囲、好ましくは、５．５ｇ／ｃｍ２～６．５ｇ／ｃｍ２の範囲にある。電極１０の密度が５．０ｇ／ｃｍ２未満では、電極１０の強度が低下し、衝撃が加えられたときに電極１０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。電極１０の密度が７．０ｇ／ｃｍ２を超過すると、電極１０に多数の微細な流路１３（通路孔）が形成されず、電極１０の比表面積を大きくすることができない。
　電極１０（ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）は、その密度が前記範囲にあるから、電極１０が開口面積（開口径）の異なる多数の微細な流路１３（通路孔）や開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面１１，１２の通流口１５を有する多孔質に成型され、電極１０の比表面積を大きくすることができ、それら流路１３（通路孔）を気体や液体が通流しつつ気体や液体を電極１０のそれら流路１３における接触面に広く接触させることができる。
　ステンレスアロイ微粉体４５（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４６の粒径、Ｃｕメタル微粉体４７の粒径は、１０μｍ～２００μｍの範囲にある。ステンレスアロイ微粉体４５やＮｉメタル微粉体４６、Ｃｕメタル微粉体４７の粒径が１０μｍ未満では、それら微粉体４５～４７によって流路１３（通路孔）が塞がれ、電極１０に開口面積（開口径）の異なる多数の微細な流路１３（通路孔）や開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面１１，１２の通流口１５を形成することができず、電極１０（ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）の比表面積を大きくすることができない。ステンレスアロイ微粉体４５やＮｉメタル微粉体４６、Ｃｕメタル微粉体４７の粒径が２００μｍを超過すると、流路１３（通路孔）の開口面積（開口径）や前後面１１，１２の通流口１５の開口面積（開口径）が必要以上に大きくなり、電極１０に開口面積（開口径）の異なる多数の微細な流路１３（通路孔）や開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面１１，１２の通流口１５を形成することができず、電極１０（ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）の比表面積を大きくすることができない。
　電極１０（ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）は、ステンレスアロイ微粉体４５やＮｉメタル微粉体４６、Ｃｕメタル微粉体４７の粒径が前記範囲にあるから、電極１０が開口面積（開口径）の異なる多数の微細な流路１３（通路孔）や開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面１１，１２の通流口１５を有する多孔質に成型され、電極１０の比表面積を大きくすることができ、それら流路を気体や液体が通流しつつ気体や液体を電極１０のそれら流路１３における接触面に広く接触させることができる。
　図４は、電極１０を使用したセル１７の一例を示す分解斜視図であり、図５は、電極１０を使用したセル１７の側面図である。図６は、電極１０を使用した固体高分子形燃料電池１８の発電を説明する図であり、図７は、電極１０の起電圧試験の結果を示す図である。図８は、電極１０のＩ－Ｖ特性試験の結果を示す図である。
　電極１０を使用したセル１７の一例としては、図４に示すように、電極１０を使用した燃料極１９（アノード）と、電極１０を使用した空気極２０（カソード）と、燃料極１９及び空気極２０に介在する固体高分子電解質膜２１極接合体膜）（フッ素系イオン交換膜）と、燃料極１９の厚み方向外側に位置するセパレータ２２（バイポーラプレート）と、空気極２０の厚み方向外側に位置するセパレータ２３（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２２，２３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）。
　セル１７では、図５に示すように、燃料極１９や空気極２０、固体高分子電解質膜２１が厚み方向へ重なり合って一体化し、膜/電極接合体 ２４(Membrane Electrode Assembly, MEA)を構成し、膜/電極接合体２４をそれらセパレータ２２，２３が挟み込んでいる。固体高分子形燃料電池１８では、複数のセル１７（単セル）が一方向へ重なり合って直列につながれてセルスタック（燃料電池スタック）を形成する。固体高分子電解質膜２１は、プロトン導電性があり、電子導電性がない。
　燃料極１９とセパレータ２２との間には、ガス拡散層２５が形成され、空気極２０とセパレータ２３との間には、ガス拡散層２６が形成されている。燃料極１９とセパレータ２２との間であってガス拡散層２６の上部及び下部には、ガスシール２７が設置されている。空気極２０とセパレータ２３との間であってガス拡散層２６の上部及び下部には、ガスシール２８が設置されている。
　固体高分子形燃料電池１８では、図６に示すように、燃料極１９（電極１０）に水素（燃料）が供給され、空気極２０（電極１０）に空気（酸素）が供給される。燃料極１９（電極１０）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２１内を通って空気極２０（電極１０）へ移動し、電子が導線２９内を通って空気極２０へ移動する。固体高分子電解質膜２１には、燃料極１９で生成されたプロトンが通流する。空気極２０では、固体高分子電解質膜２１から移動したプロトンと導線２９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。
　燃料極１９（電極１０）や空気極２０（電極１０）は、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４２（アロイ遷移金属）とＮｉ４３（メタル遷移金属）とＣｕ４４（メタル遷移金属）とを原料とし、ステンレスアロイ微粉体４５（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４６とＣｕメタル微粉体４７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４８の全重量に対するステンレスアロイ微粉体４５の重量比とＮｉメタル微粉体４６の重量比とＣｕメタル微粉体４７の重量比とが決定されているから、燃料極１９や空気極２０が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素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、燃料極１９（電極１０）や空気極２０（電極１０）との間の電圧（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、縦軸に燃料極１９（電極１０）や空気極２０（電極１０）との間の電圧（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に示すように、電極間の電圧が１．０７９（Ｖ）前後であったのに対し、電極１０（非白金電極）を使用した固体高分子形燃料電池２１では、燃料極１９（電極１０）や空気極２０（電極１０）との間の電圧（起電力）が１．０４（Ｖ）～１．０２（Ｖ）であった。
　Ｉ－Ｖ特性試験では、燃料極１９（電極１０）や空気極２０（電極１０）との間に負荷３０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。電極１０（非白金電極）を使用した固体高分子形燃料電池２１では、図８のＩ－Ｖ特性試験の結果を示す図に示すように、白金を担持させた電極（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電極１０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。
　電極１０は、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４２（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Ｎｉ４３（メタル遷移金属）とＣｕ４４（メタル遷移金属）とを原料とし、オーステナイト系ステンレス４２から作られたステンレスアロイ微粉体４５（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Ｎｉ４３（ニッケル）から作られたＮｉメタル微粉体４６とＣｕ４４（銅）から作られたＣｕメタル微粉体４７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４８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１３を形成したポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極１４であり、ステンレスアロイ微粉体４５とＮｉメタル微粉体４６とＣｕメタル微粉体４７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４８の全重量に対するステンレスアロイ微粉体４５の重量比とＮｉメタル微粉体４６の重量比とＣｕメタル微粉体４７の重量比とが決定されているから、電極１０が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、そ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として好適に使用することができる。
　電極１０（ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）は、それが白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するから、電極１０を固体高分子形燃料電池２１に使用することで、燃料電池２１において十分な電気を発電することができ、燃料電池２１に接続された負荷３０に十分な電気エネルギーを供給することができる。電極１０は、それ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、固体高分子形燃料電池２１に使用する非白金の燃料極１９（アノード）や空気極２０（カソード）を廉価に作ることができる。
　図９は、電極１０を使用した水素ガス発生装置３１の電気分解を説明する図である。電極１０を使用した水素ガス発生装置３１の一例としては、図９に示すように、電極１０を使用した陽極３２（アノード）と、電極１０を使用した陰極３３（カソード）と、陽極３２及び陰極３３の間に介在する固体高分子電解質膜３４（電極接合体膜）（フッ素系イオン交換膜）と、陽極給電部材３５及び陰極給電部材３６と、陽極用貯水槽３７及び陰極用貯水槽３８と、陽極主電極３９及び陰極主電極４０とから形成されている。
　水素ガス発生装置３１では、陽極３２や陰極３３、固体高分子電解質膜３４が厚み方向へ重なり合って一体化し、膜/電極接合体４１ (Membrane Electrode Assembly, MEA)を構成し、膜/電極接合体４１を陽極給電部材３５と陰極給電部材３６とが挟み込んでいる。固体高分子電解質膜３４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３５は、陽極３２の外側に位置して陽極３２に密着し、陽極３２に＋の電流を給電する。陽極用貯水槽３７は、陽極給電部材３５の外側に位置して陽極給電部材３５に密着している。陽極主電極３９は、陽極用貯水槽３７の外側に位置して陽極給電部材３５に＋の電流を給電する。陰極給電部材３６は、陰極３３の外側に位置して陰極３３に密着し、陰極３３に－の電流を給電する。陰極用貯水槽３８は、陰極給電部材３６の外側に位置して陰極給電部材３６に密着している。陰極主電極４０は、陰極用貯水槽３８の外側に位置して陰極給電部材３６に－の電流を給電する。
　水素ガス発生装置３１では、図９に矢印で示すように、陽極用貯水槽３７及び陰極用貯水槽３８に水（Ｈ２Ｏ）が給水され、陽極主電極３９に電源から＋の電流が給電されるとともに、陰極主電極４０に電源から－の電流が給電される。陽極主電極３９に給電された＋の電流が陽極給電部材３５から陽極３２（アノード）に給電され、陰極主電極４０に給電された－の電流が陰極給電部材３６から陰極３３（カソード）に給電される。
　陽極３２（電極１０）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３３（電極１０）では、４Ｈ＋＋４ｅ－→２Ｈ２の陰極反応（触媒作用）によって酸素が生成される。プロトン（水素イオン：Ｈ＋）は、固体高分子電解質膜３４内を通って陰極３３（電極１０）へ移動する。固体高分子電解質膜３４には、陽極３２で生成されたプロトンが通流する。
　電極１０は、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４２とＮｉ４３とＣｕ４４とを原料とし、オーステナイト系ステンレス４２から作られたステンレスアロイ微粉体４５とＮｉ４３（ニッケル）から作られたＮｉメタル微粉体４６とＣｕ４４（銅）から作られたＣｕメタル微粉体４７とを均一に混合・分散したアロイ・遷移金属微粉体混合物４８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１３を形成したポーラス構造のアロイ・遷移金属薄板電極１４であり、ステンレスアロイ微粉体４５とＮｉメタル微粉体４６とＣｕメタル微粉体４７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・遷移金属微粉体混合物４８の全重量に対するステンレスアロイ微粉体４５の重量比とＮｉメタル微粉体４６の重量比とＣｕメタル微粉体４７の重量比とが決定されているから、電極１０が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、そ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３２や陰極３３として好適に使用することができる。
　電極１０（ポーラス構造のアロイ・遷移金属薄板電極１４）は、それが白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するから、電極１０を水素ガス発生装置３１に使用することで、水素ガス発生装置３１において電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。電極１０は、それ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、水素ガス発生装置３１に使用する非白金の陽極３２や陰極３３を廉価に作ることができる。
　図１０は、電極１０の製造方法を説明する図である。電極１０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、アロイ・メタル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４２（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Ｎｉ４３（メタル遷移金属）とＣｕ４４（メタル遷移金属）とを原料として電極１０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４２を微粉砕してステンレスアロイ微粉体４５（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、Ｎｉ４３を微粉砕してＮｉメタル微粉体４６（微粉状のＮｉ）を作るとともに、Ｃｕ４４を微粉砕してＣｕメタル微粉体４７（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４２（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Ｎｉ４３を１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕するとともに、微粉砕機によってＣｕ４４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４２やＮｉ４３、Ｃｕ４４を１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕することで、多数の微細な流路１３（通路孔）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アロイ・メタル遷移金属薄板電極１４を作ることができ、それら流路１３を気体や液体が通流しつつ気体や液体を電極１０（アロイ・遷移金属薄板電極１４）のそれら流路１３における接触面に広く接触させることが可能な電極１０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によって作られたオーステナイトアロイ微粉体４５とＮｉメタル微粉体４６とＣｕメタル微粉体４７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４８の全重量に対するオーステナイトアロイ微粉体４５の重量比を決定し、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物４８の全重量に対するＮｉメタル微粉体４６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４８の全重量に対するＣｕメタル微粉体４７の重量比を決定する。
　微粉体重量比決定工程では、アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物４８の全重量（１００％）に対するステンレスアロイ微粉体４５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４８の全重量（１００％）に対するＮｉメタル微粉体４６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４８の全重量（１００％）に対するＣｕメタル微粉体４７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４８の全重量に対するステンレスアロイ微粉体４５の重量比やＮｉメタル微粉体４６の重量比、Ｃｕメタル微粉体４７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４５とＮｉメタル微粉体４６とＣｕメタル微粉体４７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、白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、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極１０（陽極又は陰極）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によって決定した重量比のステンレスアロイ微粉体４５と微粉体重量比決定工程によって決定した重量比のＮｉメタル微粉体４６と微粉体重量比決定工程によって決定した重量比のＣｕメタル微粉体４７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４５、Ｎｉメタル微粉体４６、Ｃｕメタル微粉体４７を攪拌・混合し、ステンレスアロイ微粉体４５、Ｎｉメタル微粉体４６、Ｃｕメタル微粉体４７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４８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４８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４８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４９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４８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４９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４９（アロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）に形成される流路１３（通路孔）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４９（アロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）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１３（通路孔）をアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物４９（アロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）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４９（アロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）に形成される流路１３（通路孔）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４９（アロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）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１３（通路孔）をアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物４９（アロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）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４８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４９（アロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）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１３（通路孔）を形成したアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物４９（アロイ・メタル遷移金属薄板電極１４）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）の電極１０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電極１０（陽極又は陰極）を作ることができる。
　アロイ・メタル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によって作られたアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物４９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４９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１３（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極１４（電極１０）を作る。
　アロイ・メタル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４７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４９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・メタル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４９の焼成時において、最も融点の低いＣｕメタル微粉体４７が溶融し、溶融したＣｕメタル微粉体４７をバインダーとしてステンレスアロイ微粉体４５とＮｉメタル微粉体４６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、アロイ・メタル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１３（通路孔）を形成した電極１０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電極１０（陽極又は陰極）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電極１０（陽極又は陰極）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電極１０が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するから、固体高分子形燃料電池１８において十分な電気を発電することが可能であって固体高分子形燃料電池１８に接続された負荷３０に十分な電気エネルギーを供給することが可能な非白金の電極１０を作ることができ、水素ガス発生装置３１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電極１０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４７をバインダーとしてステンレスアロイ微粉体４５とＮｉメタル微粉体４５とを接合することで、多数の微細な流路１３（通路孔）を有するポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極１４（電極１０）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電極１０を作ることができる。
　１０　　電極
　１１　　前面
　１２　　後面
　１３　　流路（通路孔）
　１４　　ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極
　１５　　通流口
　１６　　外周縁
　１７　　セル
　１８　　固体高分子形燃料電池
　１９　　燃料極
　２０　　空気極
　２１　　固体高分子電解質膜
　２２　　セパレータ（バイポーラプレート）
　２３　　セパレータ（バイポーラプレート）
　２４　　膜/電極接合体
　２５　　ガス拡散層
　２６　　ガス拡散層
　２７　　ガスシール
　２８　　ガスシール
　２９　　導線
　３０　　負荷
　３１　　水素ガス発生装置
　３２　　陽極
　３３　　陰極
　３４　　固体高分子電解質膜
　３５　　陽極給電部材
　３６　　陰極給電部材
　３７　　陽極用貯水槽
　３８　　陰極用貯水槽
　３９　　陽極主電極
　４０　　陰極主電極
　４１　　膜/電極接合体
　４２　　オーステナイト系ステンレス
　４３　　Ｎｉ（ニッケル）
　４４　　Ｃｕ（銅）
　４５　　ステンレスアロイ微粉体
　４６　　Ｎｉメタル微粉体
　４７　　Ｃｕメタル微粉体
　４８　　アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物
　４９　　アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物
 

Claims (14)

  1. 　陽極又は陰極として使用する電極において、
    　前記電極が、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、前記オーステナイト系ステンレスを微粉砕したステンレスアロイ微粉体と前記Ｎｉを微粉砕したＮｉメタル微粉体と前記Ｃｕを微粉砕した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を形成したポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極であり、
    　前記ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極では、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、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ステンレスアロイ微粉体の重量比と前記Ｎｉメタル微粉体の重量比と前記Ｃｕメタル微粉体の重量比とが決定されていることを特徴とする電極。
  2. 　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ステンレスアロイ微粉体の重量比が、４７～４９％の範囲にあり、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が、４７～４９％の範囲にあり、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が、２～６％の範囲にある請求項１に記載の電極。
  3. 　前記ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極の厚み寸法が、０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの範囲にある請求項１又は請求項２記載の電極。
  4. 　前記ポーラス構造のアロイ・メタル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ないし請求項３いずれかに記載の電極。
  5. 　前記ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極の密度が、５．０ｇ／ｃｍ２～７．０ｇ／ｃｍ２の範囲にある請求項１ないし請求項４いずれかに記載の電極。
  6. 　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メタル微粉体との粒径が、１０μｍ～２００μｍの範囲にある請求項１ないし請求項５いずれかに記載の電極。
  7. 　前記ポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極では、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混合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６いずれかに記載の電極。
  8. 　前記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、前記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つである請求項１ないし請求項７いずれかに記載の電極。
  9. 　陽極又は陰極として使用する電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、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、前記オーステナイト系ステンレスを微粉砕してステンレスアロイ微粉体を作り、前記Ｎｉを微粉砕してＮｉメタル微粉体を作るとともに、前記Ｃｕを微粉砕してＣｕメタル微粉体を作る金属微粉体作成工程と、前記金属微粉体作成工程によって作られた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、該ステンレスアロイ微粉体の重量比と該Ｎｉメタル微粉体の重量比と該Ｃｕメタル微粉体の重量比とを決定する微粉体重量比決定工程と、前記微粉体重量比決定工程によって決定した重量比の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・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作成工程によって作られたアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物を所定圧力で加圧してアロイ・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作成工程によって作られたアロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物を所定温度で焼成して多数の微細な流路を形成したポーラス構造のアロイ・メタル遷移金属薄板電極を作るアロイ・メタル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電極製造方法。
  10. 　前記微粉体重量比決定工程では、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ステンレスアロイ微粉体の重量比を４７～４９％の範囲で決定し、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％の範囲で決定するとともに、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％の範囲で決定する請求項９に記載の電極製造方法。
  11. 　前記アロイ・メタル遷移金属微粉体作成工程が、前記オーステナイト系ステンレスを１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕し、前記Ｎｉを１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕するとともに、前記Ｃｕを１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕する請求項９又は請求項１０に記載の電極製造方法。
  12. 　前記アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物作成工程が、前記アロイ・メタル遷移金属微粉体混合物作成工程によって作られたアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物を５００Ｍｐａ～８００Ｍｐａの圧力で加圧し、前記０．０３ｍｍ～０．３ｍｍの厚み寸法を有して多数の微細な流路を形成した前記アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物を作る請求項９ないし請求項１１いずれかに記載の電極製造方法。
  13. 　前記アロイ・メタル遷移金属薄板電極作成工程が、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アロイ・メタル遷移金属微粉体圧縮物を焼成し、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メタル微粉体とを接合する請求項９ないし請求項１２いずれかに記載の電極製造方法。
  14. 　前記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、前記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つである請求項９ないし請求項１３いずれかに記載の電極製造方法。
PCT/JP2019/034190 2018-08-30 2019-08-30 電極 WO2020045643A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-161213 2018-08-30
JP2018161213A JP2020035650A (ja) 2018-08-30 2018-08-30 電極

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020045643A1 true WO2020045643A1 (ja) 2020-03-05

Family

ID=69642774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/034190 WO2020045643A1 (ja) 2018-08-30 2019-08-30 電極

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2020035650A (ja)
WO (1) WO2020045643A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5724633B2 (ja) * 1974-07-26 1982-05-25
JP2017095746A (ja) * 2015-11-20 2017-06-01 鈴木　健治 水素生成装置および給湯システム
JP2017098004A (ja) * 2015-11-20 2017-06-01 株式会社健明 燃料電池用電極材料、およびその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5724633B2 (ja) * 1974-07-26 1982-05-25
JP2017095746A (ja) * 2015-11-20 2017-06-01 鈴木　健治 水素生成装置および給湯システム
JP2017098004A (ja) * 2015-11-20 2017-06-01 株式会社健明 燃料電池用電極材料、およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020035650A (ja) 2020-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019244840A1 (ja) 電極
WO2020080530A1 (ja) 電極及び電極製造方法
JP7281157B2 (ja) 固体高分子形燃料電池及び電極製造方法
Justi et al. The DSK system of fuel cell electrodes
JP7171024B2 (ja) 固体高分子形燃料電池の燃料極及び空気極の製造方法
WO2020017623A1 (ja) 電極及び電極製造方法
JP7171027B2 (ja) 固体高分子形燃料電池の燃料極及び空気極の製造方法
WO2020045643A1 (ja) 電極
JP7281158B2 (ja) 固体高分子形燃料電池及び電極製造方法
Bonifácio et al. High Performance Carbon Supported Palladium Catalyst in Anodes of Proton Exchange Membrane Fuel Cell.
JP2020004527A (ja) 固体高分子形燃料電池および電極製造方法
JP7199080B2 (ja) 電気分解装置及び電極製造方法
JP7171030B2 (ja) 電気分解装置の陽極及び陰極の製造方法
WO2020059783A1 (ja) 電極
JP2020064786A (ja) 固体高分子形燃料電池
JP7193111B2 (ja) カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極及び電極製造方法
JP7179314B2 (ja) 電気分解装置の陽極及び陰極の製造方法
JP7235284B2 (ja) 固体高分子形燃料電池
JP7141695B2 (ja) 電気分解装置の陽極及び陰極の製造方法
KR101355543B1 (ko) 메탈폼의 제조방법 및 이 메탈폼이 구비된 전기화학 스택
JP2020087812A (ja) 電極及び電極製造方法
JP2020002397A (ja) 電気分解装置および電極製造方法
KR100610262B1 (ko) 퍼플루오루화된 이오노머 분말을 첨가한 전극막접합체의제조방법
JP2020019980A (ja) 電気分解装置及び電極製造方法
JP4872194B2 (ja) 液体燃料直接型燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19856289

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 11-06-2021)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19856289

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1