WO2020059783A1 - Electrode - Google Patents
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Abstract
[Problem] To provide an electrode that can be produced inexpensively without using a platinum group element, and that can exhibit approximately the same catalytic activity (catalytic action) as the electrode including a platinum group element. [Solution] This electrode 10 is an alloy-metal transition metal thin sheet electrode of a porous structure in which austenitic stainless steel, a ferroalloy, and Cu selected so that the combined work function approximates the work function of a platinum group element are used as raw materials. An alloy-metal transition metal fine powder mixture obtained by uniformly mixing and dispersing a stainless steel alloy fine powder, a ferroalloy fine powder, and a Cu metal fine powder is compressed into the form of a thin plate of prescribed area, and subsequently baked to form a large number of fine channels. With the electrode 10, the weight ratio of the stainless steel alloy fine powder, the weight ratio of the ferroalloy 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 determined so that the combined work function of the of the work functions of the stainless steel alloy fine powder, the ferroalloy fine powder, and the Cu metal fine powder approximates the work function of a platinum group element.
Description
本発明は、陽極又は陰極として使用する電極に関する。
The present invention relates to an electrode used as an anode or a cathode.
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。
(4) 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.
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。
白金 Various platinum-supported carbons are widely used as electrode catalysts for polymer electrolyte fuel cells. However, 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.
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。
SUMMARY OF THE INVENTION 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.
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。
第 A first premise of the present invention for solving the above problem is an electrode used as an anode or a cathode.
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フェロアロイと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フェロアロイを微粉砕したフェロアロイ微粉体と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フェロアロイ微粉体と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フェロアロイ微粉体の重量比と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。
The feature of the electrode of the present invention on the first premise is that the electrode is an austenitic stainless steel, a ferroalloy, and Cu which are selected so that the work function of a predetermined metal is close to the work function of a platinum group element. Alloy-metal transition metal fine powder mixture obtained by uniformly mixing and dispersing stainless alloy fine powder obtained by finely pulverizing austenitic stainless steel, ferroalloy fine powder obtained by finely pulverizing ferroalloy, and Cu metal fine powder obtained by finely pulverizing Cu. This is a porous alloy-metal transition metal thin plate electrode in which a large number of fine channels are formed by compressing and compressing into a thin plate having a predetermined area. Work function of the powder, ferroalloy fine powder and Cu metal fine powder To approximate the is to the weight ratio of the weight ratio and Cu metal fine powder in a weight ratio and ferroalloys fine powder of stainless steel alloy fine powder relative to the total weight of the alloy metal transition metal fine powder mixtures are determined.
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フェロ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Ｃｕメタル微粉体の重量比が、２～６％の範囲にある。
As an example of the electrode of the present invention, 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 The weight ratio of the ferroalloy fine powder to the alloy is in the range of 47 to 49%, 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%.
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。
As another example of the electrode of the present invention, 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.
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。
と し て As another example of the electrode of the present invention, the porosity of the alloy-metal transition metal sheet electrode having a porous structure is in the range of 15% to 30%.
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。
As another example of the electrode of the present invention, 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 .
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フェロアロイ微粉体とＣｕメタル微粉体との粒径が、１０μｍ～２００μｍの範囲にある。
と し て As another example of the electrode of the present invention, the particle size of the stainless alloy fine powder, the ferroalloy fine powder, and the Cu metal fine powder is in the range of 10 μm to 200 μm.
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フェロアロイ微粉体とが接合されている。
As another example of the electrode of the present invention, in an alloy-metal transition metal thin plate electrode having a porous structure, 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 ferroalloy fine powder are joined with the melted and melted Cu metal fine powder as a binder.
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、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３４０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、ＳＵＳ３１６アロイ微粉体、ＳＵＳ３４０アロイ微粉体のうちの少なくとも１つであり、フェロアロイが、フェロニッケル（ＦｅＮｉ）、フェロモリブデン（ＦｅＭｏ）、フェロマンガン（ＦｅＭｎ）、フェロクロム（ＦｅＣｒ）、フェロシリコン（ＦｅＳｉ）、フェロチタン（ＦｅＴｉ）、フェロボロン（ＦｅＢ）、フェロマグネシウム（ＦｅＭｇ）、フェロニオブ（ＦｅＮｂ）、フェロパナジウム（ＦｅＶ）、フェロタングステン（ＦｅＷ）のうちの少なくとも１つであり、フェロアロイ微粉体が、フェロニッケル微粉体、フェロモリブデン微粉体、フェロマンガン微粉体、フェロクロム微粉体、フェロシリコン微粉体、フェロチタン微粉体、フェロボロン微粉体、フェロマグネシウム微粉体、フェロニオブ微粉体、フェロパナジウム微粉体、フェロタングステン微粉体のうちの少なくとも１つである。
As another example of the electrode of the present invention, the austenitic stainless steel is at least one of SUS304, SUS316, and SUS340, and the stainless alloy fine powder is SUS304 alloy fine powder, SUS316 alloy fine powder, SUS340 alloy fine powder. Wherein the ferroalloy is ferronickel (FeNi), ferromolybdenum (FeMo), ferromanganese (FeMn), ferrochrome (FeCr), ferrosilicon (FeSi), ferrotitanium (FeTi), ferroboron (FeB ), Ferromagnesium (FeMg), ferroniobium (FeNb), ferropanadium (FeV), and ferrotungsten (FeW), wherein the ferroalloy fine powder is ferronickel fine powder, ferro nickel fine powder, At least one of fine particles of ribene, fine powder of ferromanganese, fine powder of ferrochrome, fine powder of ferrosilicon, fine powder of ferrotitanium, fine powder of ferroboron, fine powder of ferromagnesium, fine powder of ferroniobium, fine powder of ferropanadium, and fine powder of ferrotungsten One.
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。
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.
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フェロアロイと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、フェロアロイを微粉砕してフェロアロイ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フェロアロイ微粉体と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フェロアロイ微粉体の重量比と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フェロアロイ微粉体と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。
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. Using ferroalloy and Cu as raw materials, austenitic stainless steel is finely pulverized to produce fine stainless alloy powder, ferroalloy is finely pulverized to produce ferroalloy fine powder, and Cu is finely pulverized to produce Cu metal fine powder. A stainless steel alloy, a ferroalloy fine powder, and a work function of a Cu metal fine powder produced in the body preparation step and the metal fine powder preparation step are combined so that the work function of the stainless alloy is close to the work function of the platinum group element. Fine powder weight ratio which determines the weight ratio of fine powder, ferroalloy fine powder and Cu metal fine powder Alloy / metal transition metal to form an alloy / metal transition metal powder mixture by mixing and dispersing stainless alloy fine powder, ferroalloy fine powder, and Cu metal fine powder in the weight ratio determined by the constant step and the fine powder weight ratio determining step. The alloy metal transition metal fine powder compact is formed by pressing the alloy metal transition metal fine powder mixture produced by the fine powder mixture production process and the alloy metal transition metal fine powder mixture production process at a predetermined pressure. A number of fine channels were formed by firing the alloy metal transition metal fine powder compact produced by the transition metal fine powder compact production process and the alloy metal transition metal fine powder compact production process at a predetermined temperature. And forming an alloy-metal transition metal sheet electrode having a porous structure.
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フェロアロイ微粉体の重量比を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。
As one example of the electrode manufacturing method of the present invention, in the fine powder weight ratio determining step, 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 ferroalloy fine powder to the total weight of the metal transition metal fine powder mixture is determined in the range of 47 to 49%, and the weight ratio of the Cu metal fine powder to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture is 2 to 50%. Determine in the range of 6%.
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、フェロアロイを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。
As another example of the electrode manufacturing method of the present invention, the alloy / metal transition metal fine powder preparation step includes finely pulverizing austenitic stainless steel to a particle size of 10 μm to 200 μm and finely pulverizing ferroalloy to a particle size of 10 μm to 200 μm. At the same time, Cu is finely pulverized to a particle size of 10 μm to 200 μm.
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。
As another example of the electrode manufacturing method of the present invention, 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.
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フェロアロイ微粉体とを接合する。
As another example of the electrode manufacturing method of the present invention, 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 ferroalloy fine powder are joined with the molten Cu metal fine powder as a binder.
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、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３４０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、ＳＵＳ３１６アロイ微粉体、ＳＵＳ３４０アロイ微粉体のうちの少なくとも１つであり、フェロアロイが、フェロニッケル（ＦｅＮｉ）、フェロモリブデン（ＦｅＭｏ）、フェロマンガン（ＦｅＭｎ）、フェロクロム（ＦｅＣｒ）、フェロシリコン（ＦｅＳｉ）、フェロチタン（ＦｅＴｉ）、フェロボロン（ＦｅＢ）、フェロマグネシウム（ＦｅＭｇ）、フェロニオブ（ＦｅＮｂ）、フェロパナジウム（ＦｅＶ）、フェロタングステン（ＦｅＷ）のうちの少なくとも１つであり、フェロアロイ微粉体が、フェロニッケル微粉体、フェロモリブデン微粉体、フェロマンガン微粉体、フェロクロム微粉体、フェロシリコン微粉体、フェロチタン微粉体、フェロボロン微粉体、フェロマグネシウム微粉体、フェロニオブ微粉体、フェロパナジウム微粉体、フェロタングステン微粉体のうちの少なくとも１つである。
As another example of the electrode manufacturing method of the present invention, the austenitic stainless steel is at least one of SUS304, SUS316, and SUS340, and the stainless alloy fine powder is SUS304 alloy fine powder, SUS316 alloy fine powder, SUS340 alloy. At least one of fine powders, wherein the ferroalloy is ferronickel (FeNi), ferromolybdenum (FeMo), ferromanganese (FeMn), ferrochrome (FeCr), ferrosilicon (FeSi), ferrotitanium (FeTi), ferroboron (FeB), ferromagnesium (FeMg), ferroniobium (FeNb), ferropanadium (FeV), and ferrotungsten (FeW), wherein the ferroalloy fine powder is ferronickel fine powder. At least one of ferromolybdenum fine powder, ferromanganese fine powder, ferrochrome fine powder, ferrosilicon fine powder, ferrotitanium fine powder, ferroboron fine powder, ferromagnesium fine powder, ferroniob fine powder, ferropanadium fine powder, and ferrotungsten fine powder. One.
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フェロアロイとＣｕ（銅）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フェロアロイから作られたフェロアロイ微粉体とＣｕから作られたＣｕメタル微粉体とを均一に混合・分散したアロイ・メタル遷移金属微粉体混合物を所定面積の薄板状に圧縮した後に焼成して多数の微細な流路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フェロアロイ微粉体と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フェロアロイ微粉体の重量比と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フェロアロイと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。
According to the electrode of the present invention, an austenitic stainless steel, a ferroalloy, and Cu (copper), which are 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. Alloy-metal transition metal fine powder mixture obtained by uniformly mixing and dispersing a stainless alloy fine powder made of austenitic stainless steel, a ferroalloy fine powder made of a ferroalloy, and a Cu metal fine powder made of Cu, into a thin plate having a predetermined area. This is a porous metal-metal transition metal sheet electrode with a porous structure in which a large number of fine channels are formed by firing after compressing into a shape, and the work of synthesizing the work function of stainless alloy fine powder, ferroalloy fine powder, and Cu metal fine powder. So that the function approximates the work function of the platinum group element, based on the total weight of the alloy-metal transition metal powder mixture. Since the weight ratio of the fine powder of the stainless steel, the weight ratio of the fine powder of the ferroalloy, and the weight ratio of the fine powder of the Cu metal 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, ferroalloy, 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.
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フェロ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フェロアロイ微粉体の重量比、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フェロアロイ微粉体と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フェロアロイ微粉体の重量比、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。
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 fine ferroalloy powder to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture is 47 to 49%. An electrode in the range of 49% and the weight ratio of the Cu metal fine powder to the total weight of the alloy-metal transition metal fine powder mixture in the range of 2 to 6% is based on the total weight of the alloy-metal transition metal fine powder mixture. By setting the weight ratio of the stainless alloy fine powder, the weight ratio of the ferroalloy fine powder, and the weight ratio of the Cu metal fine powder to the above ranges, the work of synthesizing the work function of the stainless alloy fine powder, the ferroalloy fine powder, and the Cu metal fine powder. The function can be approximated to the work function of the platinum group element. Can exhibit substantially the same catalytic activity (catalytic action) as an element-containing electrode, can utilize its catalytic function sufficiently and reliably, and has excellent catalytic activity (catalytic action). It can be suitably used as an anode or a cathode. Electrodes in which the weight ratio of stainless alloy fine powder, the weight ratio of ferroalloy fine powder, and the weight ratio of Cu metal fine powder with respect to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture are within the above-mentioned range are electrodes containing a platinum group element. Since the catalyst exhibits substantially the same catalytic activity (catalysis) as that of the fuel cell, sufficient electricity can be generated in the fuel cell by using the electrode in the fuel cell, and sufficient electric energy is supplied to the load connected to the fuel cell. By using the electrode in a hydrogen gas generator, electrolysis can be efficiently performed in the hydrogen gas generator, and a large amount of hydrogen gas can be generated in a short time.
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。
In the case of an electrode in which the thickness of the porous metal-metal transition metal plate electrode having a porous structure is in the range of 0.03 mm to 0.3 mm, the electric resistance of the electrode can be reduced by setting the thickness of the electrode in the above range. In addition, 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. By using electrodes in fuel cells, sufficient electricity can be generated in fuel cells. Power generation can be performed, sufficient electric energy can be supplied to the load connected to the fuel cell, and the electrode is used for the hydrogen gas generator, so that the electrolysis can be performed efficiently in the hydrogen gas generator. And a large amount of hydrogen gas can be generated in a short time.
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。
In the case where 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, and 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).
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。
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).
ステンレスアロイ微粉体とフェロアロイ微粉体と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フェロアロイ微粉体、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。
For an electrode in which the particle size of the stainless alloy fine powder, the ferroalloy fine powder, and the Cu metal fine powder is in the range of 10 μm to 200 μm, the particle size of the stainless alloy fine powder, the ferroalloy fine powder, and the Cu metal fine powder is in the above range. As a result, the porous metal-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 metal-alloy transition metal thin-plate electrode can be increased. Gas and liquid can be brought into wide contact with the contact surface of the alloy / metal transition metal thin plate electrode while gas and liquid flow through the flow path, and the catalyst activity (catalytic action) almost similar to that of platinum group elements can be reliably exhibited. can do. 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).
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フェロアロイ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フェロアロイ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。
In an alloy-metal transition metal thin plate electrode having a porous structure, 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 ferroalloy fine powder are joined as a binder is formed by joining a stainless alloy fine powder and a ferroalloy fine powder with a Cu metal fine powder having the highest melting point as a binder, thereby forming a large number of fine flow paths. In addition to making a porous alloy-metal transition metal thin plate electrode having a (passage hole), the electrode has high strength and can maintain its shape. 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.
オーステナイト系ステンレスがＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３４０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、ＳＵＳ３１６アロイ微粉体、ＳＵＳ３４０アロイ微粉体のうちの少なくとも１つであり、フェロアロイがフェロニッケル（ＦｅＮｉ）、フェロモリブデン（ＦｅＭｏ）、フェロマンガン（ＦｅＭｎ）、フェロクロム（ＦｅＣｒ）、フェロシリコン（ＦｅＳｉ）、フェロチタン（ＦｅＴｉ）、フェロボロン（ＦｅＢ）、フェロマグネシウム（ＦｅＭｇ）、フェロニオブ（ＦｅＮｂ）、フェロパナジウム（ＦｅＶ）、フェロタングステン（ＦｅＷ）のうちの少なくとも１つであり、フェロアロイ微粉体がフェロニッケル微粉体、フェロモリブデン微粉体、フェロマンガン微粉体、フェロクロム微粉体、フェロシリコン微粉体、フェロチタン微粉体、フェロボロン微粉体、フェロマグネシウム微粉体、フェロニオブ微粉体、フェロパナジウム微粉体、フェロタングステン微粉体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つとフェロニッケル（ＦｅＮｉ）、フェロモリブデン（ＦｅＭｏ）、フェロマンガン（ＦｅＭｎ）、フェロクロム（ＦｅＣｒ）、フェロシリコン（ＦｅＳｉ）、フェロチタン（ＦｅＴｉ）、フェロボロン（ＦｅＢ）、フェロマグネシウム（ＦｅＭｇ）、フェロニオブ（ＦｅＮｂ）、フェロパナジウム（ＦｅＶ）、フェロタングステン（ＦｅＷ）のうちの少なくとも１つと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つとフェロニッケル微粉体、フェロモリブデン微粉体、フェロマンガン微粉体、フェロクロム微粉体、フェロシリコン微粉体、フェロチタン微粉体、フェロボロン微粉体、フェロマグネシウム微粉体、フェロニオブ微粉体、フェロパナジウム微粉体、フェロタングステン微粉体のうちの少なくとも１つと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つとフェロニッケル微粉体、フェロモリブデン微粉体、フェロマンガン微粉体、フェロクロム微粉体、フェロシリコン微粉体、フェロチタン微粉体、フェロボロン微粉体、フェロマグネシウム微粉体、フェロニオブ微粉体、フェロパナジウム微粉体、フェロタングステン微粉体のうちの少なくとも１つと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フェロアロイ微粉体の重量比と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。
The austenitic stainless steel is at least one of SUS304, SUS316 and SUS340, the stainless alloy fine powder is at least one of SUS304 alloy fine powder, SUS316 alloy fine powder and SUS340 alloy fine powder, and the ferroalloy is ferronickel. (FeNi), ferromolybdenum (FeMo), ferromanganese (FeMn), ferrochrome (FeCr), ferrosilicon (FeSi), ferrotitanium (FeTi), ferroboron (FeB), ferromagnesium (FeMg), ferroniobium (FeNb), ferro At least one of panadium (FeV) and ferrotungsten (FeW), wherein the ferroalloy fine powder is ferronickel fine powder, ferromolybdenum fine powder, ferromanganese fine powder, The electrode, which is at least one of ferrochrome fine powder, ferrosilicon fine powder, ferrotitanium fine powder, ferroboron fine powder, ferromagnesium fine powder, ferroniob fine powder, ferropanadium fine powder, and ferrotungsten fine powder, has a predetermined metal property. And at least one of SUS304, SUS316, and SUS340 selected so that the work function of the work function is close to the work function of the platinum group element, and ferronickel (FeNi), ferromolybdenum (FeMo), and ferromanganese (FeMn) , Ferrochrome (FeCr), ferrosilicon (FeSi), ferrotitanium (FeTi), ferroboron (FeB), ferromagnesium (FeMg), ferroniob (FeNb), ferropanadium (FeV), ferrotungsten (FeW) SUS304 alloy fine powder, SUS316 alloy fine powder, SUS340 alloy fine powder and at least one of ferronickel fine powder, ferromolybdenum fine powder, ferromanganese fine powder, ferrochrome fine powder, ferromagnetic powder An alloy in which at least one of silicon fine powder, ferrotitanium fine powder, ferroboron fine powder, ferromagnesium fine powder, ferroniobium fine powder, ferropanadium fine powder, ferrotungsten fine powder and Cu metal fine powder are uniformly mixed and dispersed. -A metal alloy having a porous structure in which a metal transition metal fine powder mixture is compressed into a thin plate having a predetermined area and then fired to form a large number of fine channels.-Metal transition metal thin plate electrodes, SUS304 alloy fine powder, SUS316 alloy fine powder Body, SUS340 alloy At least one of the fine powders, ferronickel fine powder, ferromolybdenum fine powder, ferromanganese fine powder, ferrochrome fine powder, ferrosilicon fine powder, ferrotitanium fine powder, ferroboron fine powder, ferromagnesium fine powder, ferroniob fine powder, The total alloy-metal transition metal powder mixture is adjusted so that the work function of the work function of at least one of ferropanadium fine powder and ferrotungsten fine powder and the Cu metal fine powder is close to the work function of the platinum group element. Since the weight ratio of the fine powder of the stainless alloy, the weight ratio of the fine powder of the ferroalloy, and the weight ratio of the fine powder of Cu metal to the weight are determined, the electrode has substantially the same work function as the electrode containing the platinum group element. Can exhibit substantially the same catalytic activity (catalysis) as electrodes containing group-elements. The medium functionality can be suitably used as an anode or a cathode of the non-platinum having a catalytic activity (catalytic) excellent be possible to utilize sufficiently and reliably.
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フェロアロイとＣｕ（銅）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、フェロアロイを微粉砕してフェロアロイ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フェロアロイ微粉体と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フェロアロイ微粉体の重量比と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フェロアロイ微粉体と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。
According to the electrode manufacturing method of the present invention, austenitic stainless steel, ferroalloy, and Cu (copper), which are selected so that the work function of a predetermined metal is close to the work function of a platinum group element, are used as raw materials. A fine powder of austenitic stainless steel to produce fine powder of stainless alloy, a fine powder of ferroalloy to produce fine powder of ferroalloy, and a fine powder of Cu to produce fine powder of Cu metal; The weight ratio of the fine powder of the stainless alloy and the ferroalloy are adjusted so that the work function of the work function of the fine powder of the stainless alloy, the fine powder of the ferroalloy, and the fine powder of the Cu metal produced by the body forming process is close to the work function of the platinum group element. Fine powder weight ratio determining step of determining the weight ratio of the fine powder and the weight ratio of the Cu metal fine powder, and determining the fine powder weight ratio An alloy-metal transition metal fine powder mixture producing step of mixing and dispersing a stainless alloy fine powder, a ferroalloy fine powder, and a Cu metal fine powder having a weight ratio determined by the above process, Pressing the alloy / metal transition metal fine powder mixture produced by the metal / transition metal fine powder mixture production process at a predetermined pressure to produce an alloy / metal transition metal fine powder compact; , Alloy-metal transition metal fine powder compacts produced by the process of making compressed metal-metal transition metal powder compacts are baked at a predetermined temperature to form a number of fine channels, forming a porous alloy-metal transition metal sheet. Since the electrodes are manufactured by the steps of making the alloy / metal transition metal sheet electrode making the electrodes, the platinum group element is used. A non-platinum electrode that is not used can be produced at low cost, and an electrode (anode or cathode) having excellent catalytic activity (catalysis) and capable of fully and reliably utilizing the catalytic function 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. Thus, 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.
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フェロアロイ微粉体の重量比を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フェロアロイ微粉体の重量比、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フェロアロイ微粉体と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。
In the step of preparing the alloy / metal transition metal fine powder mixture, 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. And 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 is to determine the weight ratio of the stainless alloy fine powder, the ferroalloy fine powder, the weight ratio of the Cu metal fine powder to the total weight of the alloy-metal transition metal fine powder mixture, and the weight ratio of the Cu metal fine powder within the above range. The work function of the alloy fine powder, ferroalloy fine powder, and Cu metal fine powder Function, and has almost the same work function as an electrode containing a platinum group element, and can exhibit almost the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing a platinum group element, and has excellent catalytic activity. It is possible to produce an electrode (anode or cathode) that has (catalysis) and can utilize the catalytic function sufficiently and reliably. 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. Thus, 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.
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、フェロアロイを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フェロアロイ、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。
An electrode manufacturing method in which a metal fine powder preparation step pulverizes austenitic stainless steel to a particle size of 10 μm to 200 μm, finely pulverizes ferroalloy to a particle size of 10 μm to 200 μm, and finely pulverizes Cu to a particle size of 10 μm to 200 μm. Is a metal alloy having a porous structure having a large specific surface area by finely pulverizing austenitic stainless steel, ferroalloy, or Cu to a particle diameter in the above range, thereby forming a porous body having a large number of fine channels (passage holes). 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 excellent catalytic activity (catalytic action) can be obtained. The catalytic function can make a non-platinum electrodes that can be utilized sufficiently and reliably with a use).
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。
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. According to 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).
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フェロアロイ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フェロアロイ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。
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 ferroalloy fine powder is a method of joining a stainless alloy fine powder and a ferroalloy fine powder using a Cu metal fine powder having the highest melting point as a binder, thereby forming a porous material having a large number of fine channels (passage holes). To be able to make an alloy-metal transition metal thin plate electrode with a structure, to maintain the shape with high strength, and to make an electrode capable of preventing breakage and damage when subjected to impact Can be.
オーステナイト系ステンレスがＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３４０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、ＳＵＳ３１６アロイ微粉体、ＳＵＳ３４０アロイ微粉体のうちの少なくとも１つであり、フェロアロイがフェロニッケル（ＦｅＮｉ）、フェロモリブデン（ＦｅＭｏ）、フェロマンガン（ＦｅＭｎ）、フェロクロム（ＦｅＣｒ）、フェロシリコン（ＦｅＳｉ）、フェロチタン（ＦｅＴｉ）、フェロボロン（ＦｅＢ）、フェロマグネシウム（ＦｅＭｇ）、フェロニオブ（ＦｅＮｂ）、フェロパナジウム（ＦｅＶ）、フェロタングステン（ＦｅＷ）のうちの少なくとも１つであり、フェロアロイ微粉体がフェロニッケル微粉体、フェロモリブデン微粉体、フェロマンガン微粉体、フェロクロム微粉体、フェロシリコン微粉体、フェロチタン微粉体、フェロボロン微粉体、フェロマグネシウム微粉体、フェロニオブ微粉体、フェロパナジウム微粉体、フェロタングステン微粉体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つとフェロニッケル（ＦｅＮｉ）、フェロモリブデン（ＦｅＭｏ）、フェロマンガン（ＦｅＭｎ）、フェロクロム（ＦｅＣｒ）、フェロシリコン（ＦｅＳｉ）、フェロチタン（ＦｅＴｉ）、フェロボロン（ＦｅＢ）、フェロマグネシウム（ＦｅＭｇ）、フェロニオブ（ＦｅＮｂ）、フェロパナジウム（ＦｅＶ）、フェロタングステン（ＦｅＷ）のうちの少なくとも１つと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、フェロアロイ微粉体としてフェロニッケル微粉体、フェロモリブデン微粉体、フェロマンガン微粉体、フェロクロム微粉体、フェロシリコン微粉体、フェロチタン微粉体、フェロボロン微粉体、フェロマグネシウム微粉体、フェロニオブ微粉体、フェロパナジウム微粉体、フェロタングステン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。
The austenitic stainless steel is at least one of SUS304, SUS316 and SUS340, the stainless alloy fine powder is at least one of SUS304 alloy fine powder, SUS316 alloy fine powder and SUS340 alloy fine powder, and the ferroalloy is ferronickel. (FeNi), ferromolybdenum (FeMo), ferromanganese (FeMn), ferrochrome (FeCr), ferrosilicon (FeSi), ferrotitanium (FeTi), ferroboron (FeB), ferromagnesium (FeMg), ferroniobium (FeNb), ferro At least one of panadium (FeV) and ferrotungsten (FeW), wherein the ferroalloy fine powder is ferronickel fine powder, ferromolybdenum fine powder, ferromanganese fine powder, The electrode manufacturing method is at least one of ferrochrome fine powder, ferrosilicon fine powder, ferrotitanium fine powder, ferroboron fine powder, ferromagnesium fine powder, ferroniob fine powder, ferropanadium fine powder, and ferrotungsten fine powder. And at least one of SUS304, SUS316, and SUS340 selected so that the work function of the metal of the metal of the present invention is close to the work function of the platinum group element, and ferronickel (FeNi), ferromolybdenum (FeMo), and ferromanganese ( FeMn), ferrochrome (FeCr), ferrosilicon (FeSi), ferrotitanium (FeTi), ferroboron (FeB), ferromagnesium (FeMg), ferroniobium (FeNb), ferropanadium (FeV), ferrotungsten (Fe ) And Cu as raw materials, at least one of SUS304 alloy fine powder, SUS316 alloy fine powder, and SUS340 alloy fine powder as stainless alloy fine powder, and ferronickel fine powder as ferroalloy fine powder. , Ferromolybdenum fine powder, ferromanganese fine powder, ferrochrome fine powder, ferrosilicon fine powder, ferrotitanium fine powder, ferroboron fine powder, ferromagnesium fine powder, ferroniob fine powder, ferropanadium fine powder, ferrotungsten fine powder Using at least one of them, a metal fine powder preparation step, a fine powder weight ratio determining step, an alloy / metal transition metal fine powder mixture preparation step, an alloy / metal transition metal fine powder compaction preparation step, an alloy / metal transition metal sheet Each step of the electrode making process As a result, non-platinum electrodes that do not use platinum group elements can be manufactured at low cost, and have excellent catalytic activity (catalytic action) and can fully and reliably utilize the catalytic function. Electrode (anode or cathode).
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。
The details of the electrode according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings such as FIG. 1 which 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, and FIG. 3 is a partially enlarged front view shown as another example of the electrode 10. In FIG. 1, the thickness direction is indicated by an arrow X, and the radial direction is indicated by an arrow Y.
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。
The electrode 10 is used as an anode (anode fuel electrode 21) or a cathode (cathode air electrode 22). The fuel electrode 19 (catalyst electrode) and the air electrode 20 (catalyst electrode) of the polymer electrolyte fuel cell 18 (see FIG. 6) ), And used as an anode 32 (electrode catalyst) and a cathode 33 (electrode catalyst) of the hydrogen gas generator 31 (see FIG. 9). 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.
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（５．６５ｅＶ）に近似するように選択されたオーステナイト系ステンレス４２（アロイ遷移金属）とフェロアロイ４３（合金鉄）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。
The electrode 10 (alloy metal transition metal thin plate electrode 14 having a porous structure) has a work function of a predetermined metal (energy required for extracting electrons from a substance) having a work function of a platinum group element (5.65 eV). ) Are selected from austenitic stainless steel 42 (alloy transition metal), ferroalloy 43 (alloy iron), and Cu44 (copper) (metal transition metal). For the austenitic stainless steel 42, at least one of SUS304, SUS316 and SUS340 is used. As 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.
フェロアロイ４３には、フェロニッケル（ＦｅＮｉ）、フェロモリブデン（ＦｅＭｏ）、フェロマンガン（ＦｅＭｎ）、フェロクロム（ＦｅＣｒ）、フェロシリコン（ＦｅＳｉ）、フェロチタン（ＦｅＴｉ）、フェロボロン（ＦｅＢ）、フェロマグネシウム（ＦｅＭｇ）、フェロニオブ（ＦｅＮｂ）、フェロパナジウム（ＦｅＶ）、フェロタングステン（ＦｅＷ）のうちの少なくとも１つが使用されている。フェロアロイ４３としては、フェロニッケル（ＦｅＮｉ）又はフェロモリブデン（ＦｅＭｏ）を使用することが好ましいが、他の１種類又はそれらの組み合わせを使用することもできる。
Ferroalloy 43 includes ferronickel (FeNi), ferromolybdenum (FeMo), ferromanganese (FeMn), ferrochrome (FeCr), ferrosilicon (FeSi), ferrotitanium (FeTi), ferroboron (FeB), and ferromagnesium (FeMg). , Ferroniobium (FeNb), ferropanadium (FeV), and ferrotungsten (FeW). As the ferroalloy 43, it is preferable to use ferronickel (FeNi) or ferromolybdenum (FeMo), but it is also possible to use another type or a combination thereof.
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）とフェロアロイ４３を微粉砕したフェロアロイ微粉体４６（微粉状のフェロアロイ）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）。
The electrode 10 is made of a stainless alloy fine powder 45 (fine austenitic stainless steel) obtained by finely pulverizing the austenitic stainless steel 42, a ferroalloy fine powder 46 (fine powdered ferroalloy) obtained by finely pulverizing the ferroalloy 43, and a Cu metal obtained by finely pulverizing Cu 44. An alloy-metal transition metal fine powder mixture 48 in which fine powder 47 (fine powder Cu) is uniformly mixed and dispersed is compressed into a thin plate having a predetermined area to form an alloy-metal transition metal fine powder compressed product 49, and the alloy is formed. -It is made by firing the compressed metal transition metal fine powder 49 (see FIG. 10).
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。
As 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. However, SUS316 alloy fine powder (fine 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.
フェロアロイ微粉体４６には、フェロニッケル微粉体、フェロモリブデン微粉体、フェロマンガン微粉体、フェロクロム微粉体、フェロシリコン微粉体、フェロチタン微粉体、フェロボロン微粉体、フェロマグネシウム微粉体、フェロニオブ微粉体、フェロパナジウム微粉体、フェロタングステン微粉体のうちの少なくとも１つが使用されている。フェロアロイ微粉体４６としては、フェロニッケル微粉体又はフェロモリブデン微粉体を使用することが好ましいが、他の１種類又はそれらの組み合わせを使用することもできる。
Ferroalloy fine powder 46 includes ferronickel fine powder, ferromolybdenum fine powder, ferromanganese fine powder, ferrochrome fine powder, ferrosilicon fine powder, ferrotitanium fine powder, ferroboron fine powder, ferromagnesium fine powder, ferroniob fine powder, At least one of a fine powder of vanadium and a fine powder of ferrotungsten are used. As the ferroalloy fine powder 46, it is preferable to use a ferronickel fine powder or a ferromolybdenum fine powder, but it is also possible to use another type or a combination thereof.
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とフェロアロイ微粉体４６とが接合されている。なお、Ｃｕ４４の融点は、１０８４．５℃である。
In the electrode 10 (alloy metal transition metal thin plate electrode 14 having a porous structure), 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 ferroalloy fine powder 46 are joined using the obtained Cu metal fine powder 47 as a binder. The melting point of Cu44 is 1084.5 ° C.
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、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）の仕事関数とフェロアロイ微粉体４６（フェロニッケル微粉体、フェロモリブデン微粉体、フェロマンガン微粉体、フェロクロム微粉体、フェロシリコン微粉体、フェロチタン微粉体、フェロボロン微粉体、フェロマグネシウム微粉体、フェロニオブ微粉体、フェロパナジウム微粉体、フェロタングステン微粉体のうちの少なくとも１つ）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の全重量に対するフェロアロイ微粉体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。
In the electrode 10 (alloy metal transition metal thin plate electrode 14 having a porous structure), 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 the ferroalloy fine powder Body 46 (ferronickel fine powder, ferromolybdenum fine powder, ferromanganese fine powder, ferrochrome fine powder, ferrosilicon fine powder, ferrotitanium fine powder, ferroboron fine powder, ferromagnesium fine powder, ferroniob fine powder, ferropanadium fine powder, The alloy / metal transition metal fine powder mixture 48 so that the composite work function of the work function of at least one of the ferrotungsten fine powder) and the work function of the Cu metal fine powder 47 approximates the work function of the platinum group element. Stainless steel alloy for the total weight of The weight ratio of the fine powder 45 is determined, the weight ratio of the ferroalloy fine powder 46 to the total weight of the alloy-metal transition metal fine powder mixture 48 is determined, and the weight ratio of the alloy-metal transition metal fine powder mixture 48 to the total weight is determined. The weight ratio of the Cu metal fine powder 47 is determined.
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％）に対するフェロアロイ微粉体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の重量比やフェロアロイ微粉体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。
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 ferroalloy 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%. When the weight ratio of the stainless alloy fine powder 45, the weight ratio of the ferroalloy fine powder 46, and the weight ratio of the Cu metal fine powder 47 are out of the above ranges, the composite work function of the fine powders 45 to 47 becomes the work function of the platinum group element. In addition to being unable to approximate, the electrode 10 formed by compressing and firing the alloy / metal transition metal fine powder mixture 48 exhibits substantially the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing a platinum group element. Can not.
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。
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.
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。
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.
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。
The opening areas (opening diameters) of the flow paths 13 (passage holes) 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 μm to 100 μm.
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。
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.
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。
The thickness of the electrode 10 (alloy metal transition metal thin plate electrode 14 having a porous structure) 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.
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。
The porosity of the electrode 10 (alloy metal transition metal thin plate electrode 14 having a porous structure) 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) are not formed in the electrode 10, and the specific surface area of the electrode 10 may be increased. Can not. When the porosity of the electrode 10 exceeds 30% and the relative density is less than 70%, 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.
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。
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).
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。
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 . When 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.
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。
Since 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.
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）の粒径やフェロアロイ微粉体４６（フェロニッケル微粉体、フェロモリブデン微粉体、フェロマンガン微粉体、フェロクロム微粉体、フェロシリコン微粉体、フェロチタン微粉体、フェロボロン微粉体、フェロマグネシウム微粉体、フェロニオブ微粉体、フェロパナジウム微粉体、フェロタングステン微粉体のうちの少なくとも１つ）の粒径、Ｃｕメタル微粉体４７の粒径は、１０μｍ～２００μｍの範囲にある。
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) and ferroalloy fine powder 46 (ferronickel fine powder, ferromolybdenum fine powder, ferromanganese fine powder) Body, ferrochrome fine powder, ferrosilicon fine powder, ferrotitanium fine powder, ferroboron fine powder, ferromagnesium fine powder, ferroniob fine powder, ferropanadium fine powder, ferrotungsten fine powder), particle size of Cu) The particle size of the metal fine powder 47 is in the range of 10 μm to 200 μm.
ステンレスアロイ微粉体４５やフェロアロイ微粉体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に多数の微細な流路１３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やフェロアロイ微粉体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に多数の微細な流路１３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。
When the particle diameter of the stainless alloy fine powder 45, the ferroalloy fine powder 46, and the Cu metal fine powder 47 is less than 10 μm, the flow path 13 (passage hole) is closed by the fine powders 45 to 47, and the electrode 10 has many fine particles. The flow path 13 cannot be formed, and the specific surface area of the electrode 10 (porous alloy / metal transition metal thin plate electrode 14) cannot be increased. If the particle diameter of the stainless alloy fine powder 45, the ferroalloy fine powder 46, or the Cu metal fine powder 47 exceeds 200 μm, the opening area (opening diameter) of the flow passage 13 (passage hole) and the flow openings 15 of the front and rear surfaces 11, 12 are increased. The opening area (opening diameter) of the electrode 10 becomes unnecessarily large, so that a large number of fine channels 13 cannot be formed in the electrode 10, and the specific surface area of the electrode 10 (alloy / metal transition metal thin plate electrode 14 having a porous structure) Cannot be increased.
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やフェロアロイ微粉体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。
In the electrode 10 (alloy metal transition metal thin plate electrode 14 having a porous structure), since the particle diameters of the stainless alloy fine powder 45, the ferroalloy fine powder 46, and the Cu metal fine powder 47 are within the above ranges, the electrode 10 has an opening area (open area). It is molded into a porous structure having a large number of fine flow paths 13 (passage holes) having different diameters and a large number of fine front and rear surfaces 11 and 12 having different opening areas (opening diameters). The surface area can be increased, and the gas and the liquid can be brought into wide contact with the contact surface of the electrode 10 in the flow channel 13 while the gas and the liquid flow through the flow channel.
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。
FIG. 4 is an exploded perspective view showing an example of the cell 17 using the electrode 10, and 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, and 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.
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）。
As an example of the cell 17 using the electrode 10, as shown in FIG. 4, 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 And 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.
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。
In the cell 17, as shown in FIG. 5, 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). , The membrane / electrode assembly 24 is sandwiched between the separators 22 and 23. In the polymer electrolyte fuel cell 18, a plurality of cells 17 (single cells) 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.
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。
ガ ス 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.
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。
In the polymer electrolyte fuel cell 18, as shown in FIG. 6, hydrogen (fuel) is supplied to the fuel electrode 19 (electrode 10), and air (oxygen) is supplied to the air electrode 20 (electrode 10). At the fuel electrode 19 (electrode 10), hydrogen is decomposed into protons (hydrogen ions, H + ) and electrons by a reaction (catalysis) of H 2 → 2H + + 2e − . Thereafter, 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. At the air electrode 20, 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.
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）とフェロアロイ４３（合金鉄）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）とフェロアロイ微粉体４６（フェロニッケル微粉体、フェロモリブデン微粉体、フェロマンガン微粉体、フェロクロム微粉体、フェロシリコン微粉体、フェロチタン微粉体、フェロボロン微粉体、フェロマグネシウム微粉体、フェロニオブ微粉体、フェロパナジウム微粉体、フェロタングステン微粉体のうちの少なくとも１つ）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の重量比とフェロアロイ微粉体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。
The fuel electrode 19 (electrode 10) and the air electrode 20 (electrode 10) are made of an austenitic stainless steel 42 (alloy transition metal) and a ferroalloy 43, which are selected so that the composite work function of the work function is close to the work function of a platinum group element. (Alloy iron) and Cu44 (metal transition metal) as raw materials, stainless steel fine powder 45 (at least one of SUS304 alloy fine powder, SUS316 alloy fine powder, SUS340 alloy fine powder) and ferroalloy fine powder 46 ( Ferronickel fine powder, Ferromolybdenum fine powder, Ferromanganese fine powder, Ferrochrome fine powder, Ferrosilicon fine powder, Ferrotitanium fine powder, Ferroboron fine powder, Ferromagnesium fine powder, Ferroniob fine powder, Ferropanadium fine powder, Ferrotungsten fine powder At least one of the bodies) 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 the ferroalloy fine powder are set such that the work function of the work function with the u-metal fine powder 47 is close to the work function of the platinum group element. Since the weight ratio of the body 46 and the weight ratio of the Cu metal fine powder 47 are determined, the fuel electrode 19 and the air electrode 20 have substantially the same work function as the electrode containing the platinum group element and contain the platinum group element. The catalyst exhibits catalytic activity (catalysis) substantially similar to that of an electrode, and hydrogen is efficiently decomposed into protons and electrons.
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１．０３（Ｖ）～１．０１（Ｖ）であった。
In the electromotive voltage test, the voltage (V) between the fuel electrode 19 (electrode 10) and the air electrode 20 (electrode 10) was measured for 15 minutes after hydrogen gas was injected. In the diagram showing the result of the electromotive force test in FIG. 7, the horizontal axis represents the measurement time (min), and the vertical axis represents the voltage (V) between the fuel electrode 19 (electrode 10) and the air electrode 20 (electrode 10). Represents In a polymer electrolyte fuel cell using an electrode (platinum electrode) utilizing (supporting) platinum, as shown in FIG. 7 showing the result of the electromotive force test, the voltage between the electrodes is 1.079 ( V), on the other hand, in the polymer electrolyte fuel cell 21 using the electrode 10 (non-platinum electrode), the voltage between the fuel electrode 19 (electrode 10) and the air electrode 20 (electrode 10) ( Electromotive force) was 1.03 (V) to 1.01 (V).
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。
In the IV characteristic test, a load 30 was connected between the fuel electrode 19 (electrode 10) and the air electrode 20 (electrode 10), and the relationship between voltage and current was measured. In FIG. 8 showing the results of the IV characteristic test, the horizontal axis represents current (A), and the vertical axis represents voltage (V). In the polymer electrolyte fuel cell 21 using the electrode 10 (non-platinum electrode), an electrode (platinum electrode) carrying platinum was used, as shown in FIG. 8 showing the result of the IV characteristic test. The result was not much different from the voltage drop rate of the polymer electrolyte fuel cell. As shown in the result of the electromotive force test in FIG. 7 and the result of the IV characteristic test in FIG. 8, the non-platinum electrode 10 that does not use a platinum group element emits electrons to generate hydrogen ions. It has been confirmed that it has a catalytic action to promote and has substantially the same oxygen reduction function (catalytic action) as an electrode using platinum.
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）とフェロアロイ４３（フェロニッケル（ＦｅＮｉ）、フェロモリブデン（ＦｅＭｏ）、フェロマンガン（ＦｅＭｎ）、フェロクロム（ＦｅＣｒ）、フェロシリコン（ＦｅＳｉ）、フェロチタン（ＦｅＴｉ）、フェロボロン（ＦｅＢ）、フェロマグネシウム（ＦｅＭｇ）、フェロニオブ（ＦｅＮｂ）、フェロパナジウム（ＦｅＶ）、フェロタングステン（ＦｅＷ）のうちの少なくとも１つ）（合金鉄）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）とフェロアロイ４３から作られたフェロアロイ微粉体４６（フェロニッケル微粉体、フェロモリブデン微粉体、フェロマンガン微粉体、フェロクロム微粉体、フェロシリコン微粉体、フェロチタン微粉体、フェロボロン微粉体、フェロマグネシウム微粉体、フェロニオブ微粉体、フェロパナジウム微粉体、フェロタングステン微粉体のうちの少なくとも１つ）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とフェロアロイ微粉体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の重量比とフェロアロイ微粉体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。
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. Metal) and ferroalloy 43 (ferronickel (FeNi), ferromolybdenum (FeMo), ferromanganese (FeMn), ferrochrome (FeCr), ferrosilicon (FeSi), ferrotitanium (FeTi), ferroboron (FeB), ferromagnesium (FeMg) ), Ferroniobium (FeNb), ferropanadium (FeV), and ferrotungsten (FeW)) (alloy iron) and Cu44 (metal transition metal) as raw materials, and stainless steel made from austenitic stainless steel 42. A B Fine powder 45 (at least one of SUS304 alloy fine powder, SUS316 fine powder and SUS340 fine powder) and ferroalloy fine powder 46 (ferronickel fine powder, ferromolybdenum fine powder, ferroalloy fine powder) made of ferroalloy 43 At least one of manganese fine powder, ferrochrome fine powder, ferrosilicon fine powder, ferrotitanium fine powder, ferroboron fine powder, ferromagnesium fine powder, ferroniob fine powder, ferropanadium fine powder, ferrotungsten fine powder) and Cu44 ( An alloy / metal transition metal fine powder mixture 48 in which a Cu metal fine powder 47 made of copper) is uniformly mixed and dispersed, is compressed into a thin plate having a predetermined area, and then fired to form a large number of fine channels 13. Alloy-Metal Transition Metal Sheet Electrode with Improved Porous Structure 1 The alloy / metal transition metal fine powder mixture 48 is prepared such that the work function of the stainless steel alloy fine powder 45, the ferroalloy fine powder 46, and the Cu metal fine powder 47 is close to the work function of the platinum group element. Since the weight ratio of the stainless alloy fine powder 45, the weight ratio of the ferroalloy fine powder 46, and the weight ratio of the Cu metal fine powder 47 to the total weight are determined, the electrode 10 has substantially the same work as the electrode containing the platinum group element. It has a function and can exhibit almost the same catalytic activity (catalytic action) as an electrode containing a platinum group element. ) Can be suitably used as a non-platinum anode or cathode.
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フェロアロイと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。
Since 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, ferroalloy, and Cu, does not use an expensive platinum group element, and has a non-platinum fuel electrode 19 (anode) used for the polymer electrolyte fuel cell 21. The cathode 20 (cathode) can be manufactured at low cost.
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。
FIG. 9 is a diagram for explaining the electrolysis of the hydrogen gas generator 31 using the electrode 10. As an example of the hydrogen gas generator 31 using the electrode 10, as shown in FIG. 9, an anode 32 (anode) using the electrode 10, a cathode 33 (cathode) using the electrode 10, an anode 32 and a cathode 33, a solid polymer electrolyte membrane 34 (electrode assembly membrane) (fluorine-based ion exchange membrane), an 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.
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。
In the hydrogen gas generator 31, 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.
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。
In the hydrogen gas generator 31, 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. At the same time, 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.
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。
At the anode 32 (electrode 10), oxygen is generated by the anodic reaction (catalysis) of 2H 2 O → 4H + + 4e − + O 2 , and at the cathode 33 (electrode 10), the cathode reaction of 4H + + 4e − → 2H 2 ( Oxygen is generated by the catalytic action. Protons (hydrogen ions: H + ) move through the solid polymer electrolyte membrane 34 to the cathode 33 (electrode 10). Protons generated at the anode 32 flow through the solid polymer electrolyte membrane 34.
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とフェロアロイ４３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とフェロアロイ４３から作られたフェロアロイ微粉体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とフェロアロイ微粉体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の重量比とフェロアロイ微粉体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。
The electrode 10 is made of an austenitic stainless steel 42 using austenitic stainless steel 42, ferroalloy 43, and Cu 44, which are 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. An alloy / transition metal fine powder mixture 48 in which a ferroalloy fine powder 46 made of ferroalloy 43 and a ferroalloy fine powder 46 made of ferroalloy 43 and a Cu metal fine powder 47 made of Cu44 (copper) are uniformly mixed and dispersed to a predetermined area. Alloy / transition metal thin plate electrode 14 having a porous structure in which a large number of fine channels 13 are formed by being compressed and then fired into a thin plate of stainless steel alloy fine powder 45, ferroalloy fine powder 46, Cu metal fine powder 47 Alloy and transition metal so that the work function of the alloy Since the weight ratio of the stainless alloy fine powder 45, the weight ratio of the ferroalloy fine powder 46, and the weight ratio of the Cu metal fine powder 47 to the total weight of the powder mixture 48 are determined, the electrode 10 is an electrode containing a platinum group element. It has substantially the same work function as that of an electrode containing a platinum group element and can exhibit substantially the same catalytic activity (catalysis) as that of an electrode containing a platinum group element. It can be suitably used as the non-platinum anode 32 or cathode 33 having catalytic activity (catalytic action).
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４２とフェロアロイ４３とＣｕ４４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。
Since 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. Thus, 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 is made of an austenitic stainless steel 42, a ferroalloy 43, and Cu44, does not use an expensive platinum group element, and uses a non-platinum anode 32 and a cathode 33 used for the hydrogen gas generator 31 at low cost. Can be made.
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）とフェロアロイ４３（フェロニッケル（ＦｅＮｉ）、フェロモリブデン（ＦｅＭｏ）、フェロマンガン（ＦｅＭｎ）、フェロクロム（ＦｅＣｒ）、フェロシリコン（ＦｅＳｉ）、フェロチタン（ＦｅＴｉ）、フェロボロン（ＦｅＢ）、フェロマグネシウム（ＦｅＭｇ）、フェロニオブ（ＦｅＮｂ）、フェロパナジウム（ＦｅＶ）、フェロタングステン（ＦｅＷ）のうちの少なくとも１つ）（合金鉄）とＣｕ４４（メタル遷移金属）とを原料として電極１０を製造する。
FIG. 10 is a view for explaining a method of manufacturing the electrode 10. As shown in FIG. 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. Transition metal) and ferroalloy 43 (ferronickel (FeNi), ferromolybdenum (FeMo), ferromanganese (FeMn), ferrochrome (FeCr), ferrosilicon (FeSi), ferrotitanium (FeTi), ferroboron (FeB), ferromagnesium ( The electrode 10 is manufactured using at least one of FeMg), ferroniobium (FeNb), ferropanadium (FeV), and ferrotungsten (FeW) (alloy iron) and Cu44 (metal transition metal) as raw materials.
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）、ＳＵＳ３１６アロイ微粉体（微粉状のＳＵＳ３１６）、ＳＵＳ３４０アロイ微粉体（微粉状のＳＵＳ３４０）のうちの少なくとも１つ）を作り、フェロアロイ４３を微粉砕してフェロアロイ微粉体４６（フェロニッケル微粉体、フェロモリブデン微粉体、フェロマンガン微粉体、フェロクロム微粉体、フェロシリコン微粉体、フェロチタン微粉体、フェロボロン微粉体、フェロマグネシウム微粉体、フェロニオブ微粉体、フェロパナジウム微粉体、フェロタングステン微粉体のうちの少なくとも１つ）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、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３４０のうちの少なくとも１つ）を１０μｍ～２００μｍの粒径に微粉砕し、微粉砕機によってフェロアロイ４３（フェロニッケル（ＦｅＮｉ）、フェロモリブデン（ＦｅＭｏ）、フェロマンガン（ＦｅＭｎ）、フェロクロム（ＦｅＣｒ）、フェロシリコン（ＦｅＳｉ）、フェロチタン（ＦｅＴｉ）、フェロボロン（ＦｅＢ）、フェロマグネシウム（ＦｅＭｇ）、フェロニオブ（ＦｅＮｂ）、フェロパナジウム（ＦｅＶ）、フェロタングステン（ＦｅＷ）のうちの少なくとも１つ）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。
In the metal fine powder preparation step S1, 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 ( At least one of finely powdered SUS 340), and ferroalloy 43 is finely pulverized to obtain a ferroalloy fine powder 46 (ferronickel fine powder, ferromolybdenum fine powder, ferromanganese fine powder, ferrochrome fine powder, ferrosilicon fine powder). , Ferro-titanium fine powder, ferroboron fine powder, ferro-magnesium fine powder, ferroniob fine powder, ferropanadium fine powder, ferrotungsten fine powder) and finely pulverizing Cu 44 to obtain fine Cu metal powder 47. (Pulverized Make a u). In the metal fine powder preparation step S1, the austenitic stainless steel 42 (at least one of SUS304, SUS316 and SUS340) is finely pulverized to a particle size of 10 μm to 200 μm by a fine pulverizer, and the ferroalloy 43 (ferronickel) is pulverized by the fine pulverizer. (FeNi), ferromolybdenum (FeMo), ferromanganese (FeMn), ferrochrome (FeCr), ferrosilicon (FeSi), ferrotitanium (FeTi), ferroboron (FeB), ferromagnesium (FeMg), ferroniobium (FeNb), ferro At least one of panadium (FeV) and ferrotungsten (FeW)) is finely pulverized to a particle size of 10 μm to 200 μm, and Cu44 is finely pulverized by a fine pulverizer to a particle size of 10 μm to 200 μm.
電極製造方法は、オーステナイト系ステンレス４２やフェロアロイ４３、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。
The electrode is manufactured by finely pulverizing austenitic stainless steel 42, ferroalloy 43, and Cu44 to a particle diameter of 10 μm to 200 μm, thereby forming a porous body having a large number of fine channels 13 (passage holes) and a specific surface area. An alloy-metal transition metal thin plate electrode 14 having a large porous structure can be formed, and gas or liquid flows through the flow passages 13 while the gas or liquid flows 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 in can be manufactured.
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とフェロアロイ微粉体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の全重量に対するフェロアロイ微粉体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。
In the fine powder weight ratio determining step S2, the work function of the work function of the austenitic alloy fine powder 45, the ferroalloy fine powder 46, and the Cu metal fine powder 47 produced in the fine metal powder preparation step is changed to the work function of the platinum group element. To approximate, the weight ratio of the austenitic alloy fine powder 45 to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture 48 was determined, and the weight ratio of the ferroalloy fine powder 46 to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture 48 was determined. 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 is determined.
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％）に対するフェロアロイ微粉体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。
In the fine powder weight ratio determining step, 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 ferroalloy 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%), and the alloy / metal transition metal fine powder mixture is determined. The weight ratio of the Cu metal fine powder 47 to the total weight (100%) of the 48 is determined in the range of 2 to 6% (preferably 2%).
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の重量比やフェロアロイ微粉体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とフェロアロイ微粉体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。
In the electrode manufacturing method, the weight ratio of the stainless alloy fine powder 45, the weight ratio of the ferroalloy 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. Thus, the work function of the stainless alloy fine powder 45, the ferroalloy fine powder 46, and the Cu metal fine powder 47 can be approximated to the work function of the platinum group element, and is substantially the same as the electrode containing the platinum group element. It has a 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. The electrode 10 (anode or cathode) that can be manufactured can be produced.
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フェロアロイ微粉体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、フェロアロイ微粉体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、フェロアロイ微粉体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。
In the alloy / metal transition metal fine powder mixture preparation step S3, the stainless alloy fine powder 45 having the weight ratio determined in the fine powder weight ratio determining step, the ferroalloy 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 weight ratio determining step is put into a mixer, and the stainless alloy fine powder 45, the ferroalloy fine powder 46, and the Cu metal fine powder 47 are stirred and mixed by the mixer to form a stainless alloy. An alloy-metal transition metal fine powder mixture 48 in which the fine powder 45, the ferroalloy fine powder 46, and the Cu metal fine powder 47 are uniformly mixed and dispersed is prepared.
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。
In 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. In 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.
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 The press pressure (pressure) during the press working is in the range of 500 MPa to 800 MPa. When the pressing pressure (pressure) is less than 500 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). However, a large number of fine channels 13 (passage holes) in the range of 1 μm to 100 μm cannot be formed in the compressed alloy-metal transition metal fine powder 49 (alloy-metal transition metal sheet electrode 14).
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。
When the pressing pressure (pressure) exceeds 800 MPa, 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). However, a large number of fine channels 13 (passage holes) having an opening diameter in the range of 1 μm to 100 μm cannot be formed in the alloy-metal transition metal fine powder compact 49 (alloy-metal transition metal thin plate electrode 14).
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。
In the electrode manufacturing method, 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). An alloy having a large number of fine flow passages 13 (passage holes) having an opening diameter in a range of 1 μm to 100 μm while having a thickness L1 of 0.03 mm to 0.3 mm (preferably 0.05 mm to 0.1 mm). The compressed metal transition metal powder 49 (alloy / metal transition metal thin plate electrode 14) can be formed. According to 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.
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。
In the alloy / metal transition metal thin plate electrode forming step S5, 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.
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とフェロアロイ微粉体４６とを接合（固着）する。
In 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. In the alloy / metal transition metal thin plate electrode forming step S5, 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 ferroalloy fine powder 46 are joined (fixed) using the Cu metal fine powder 47 as a binder.
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。
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). Can be manufactured, a non-platinum electrode 10 (anode or cathode) not using a platinum group element can be produced at low cost, and 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.
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。
According to the electrode manufacturing method, since 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 produced, 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.
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とフェロアロイ微粉体４６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。
The electrode manufacturing method is a method of joining a stainless alloy fine powder 45 and a ferroalloy fine powder 46 using a Cu metal fine powder 47 having the highest melting point as a binder to form a porous alloy having a large number of fine flow channels 13 (passage holes). Non-platinum that can make the metal transition metal sheet electrode 14 (electrode 10), maintain its shape with high strength, and prevent breakage and damage when subjected to impact Electrode 10 can be made.
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 フェロアロイ（合金鉄）
４４ Ｃｕ（銅）
４５ ステンレスアロイ微粉体
４６ フェロアロイ微粉体
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 DESCRIPTION OFSYMBOLS 10 Electrode 11 Front 12 Rear 13 Channel (passage hole)
14 Alloy / Metal Transition Metal Sheet Electrode withPorous Structure 15 Flow Port 16 Outer Edge 17 Cell 18 Solid Polymer Fuel Cell 19 Fuel Electrode 20 Air Electrode 21 Solid Polymer Electrolyte Membrane 22 Separator (Bipolar Plate)
23 Separator (bipolar plate)
24 Membrane /electrode assembly 25 Gas diffusion layer 26 Gas diffusion layer 27 Gas seal 28 Gas seal 29 Conductor 30 Load 31 Hydrogen gas generator 32 Anode 33 Cathode 34 Solid polymer electrolyte membrane 35 Anode power supply member 36 Cathode power supply member 37 For anode Water storage tank 38 Water storage tank for cathode 39 Anode main electrode 40 Cathode main electrode 41 Membrane / electrode assembly 42 Austenitic stainless steel 43 Ferroalloy (alloy iron)
44 Cu (copper)
45 Fine powder ofstainless alloy 46 Fine powder of ferroalloy 47 Fine powder of Cu metal 48 Mixture of fine powder of alloy and metal transition metal 49 Compressed material of fine alloy and metal transition metal
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 フェロアロイ（合金鉄）
４４ Ｃｕ（銅）
４５ ステンレスアロイ微粉体
４６ フェロアロイ微粉体
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 DESCRIPTION OF
14 Alloy / Metal Transition Metal Sheet Electrode with
23 Separator (bipolar plate)
24 Membrane /
44 Cu (copper)
45 Fine powder of
Claims (14)
- 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フェロアロイと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フェロアロイを微粉砕したフェロアロイ微粉体と前記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フェロアロイ微粉体と前記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フェロアロイ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。 In an electrode used as an anode or a cathode,
The electrode is made of an austenitic stainless steel, a ferroalloy, and Cu selected so that the work function of a predetermined metal is close to the work function of a platinum group element, and the austenitic stainless steel is finely pulverized. After compressing the alloy / metal transition metal fine powder mixture obtained by uniformly mixing and dispersing the alloy fine powder, the ferroalloy fine powder obtained by finely pulverizing the ferroalloy and the Cu metal fine powder obtained by finely pulverizing the Cu into a thin plate having a predetermined area. It is an alloy-metal transition metal thin plate electrode with a porous structure in which many fine channels are formed by firing.
In the alloy-metal transition metal sheet electrode having the porous structure, the work function of the stainless alloy fine powder, the ferroalloy fine powder, and the work function of the Cu metal fine powder approximates the work function of the platinum group element, An electrode, wherein the weight ratio of the stainless alloy fine powder, the weight ratio of the ferroalloy fine powder, and the weight ratio of the Cu metal fine powder to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture are determined. . - 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フェロ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。 The weight ratio of the stainless alloy fine powder to the total weight of the alloy-metal transition metal fine powder mixture is in the range of 47 to 49%, and the ferroalloy fine powder is relative to the total weight of the alloy-metal transition metal fine powder mixture. The weight ratio of the Cu metal fine powder to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture is in a range of 2% to 6% in a weight ratio of 47% to 49%. electrode.
- 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。 (3) The electrode according to (1) or (2), wherein the thickness of the alloy-metal transition metal sheet electrode having the porous structure is in a range of 0.03 mm to 0.3 mm.
- 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。 The electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein the porosity of the alloy-metal transition metal sheet electrode having the porous structure is in a range of 15% to 30%.
- 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。 The electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the density of the porous alloy-metal transition metal sheet electrode having a porous structure is in a range of 5.0 g / cm 2 to 7.0 g / cm 2 .
- 前記ステンレスアロイ微粉体と前記フェロアロイ微粉体と前記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。 (6) The electrode according to any one of (1) to (5), wherein the stainless steel alloy fine powder, the ferroalloy fine powder, and the Cu metal fine powder have a particle size in a range of 10 μm to 200 μm.
- 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フェロアロイ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。 In the porous metal-alloy transition metal sheet electrode having the porous structure, the Cu metal fine powder having the lowest melting point is melted when the alloy-metal transition metal fine powder mixture compressed into a thin plate having a predetermined area is melted. The electrode according to any one of claims 1 to 6, wherein the stainless alloy fine powder and the ferroalloy fine powder are bonded to each other using the fine powder as a binder.
- 前記オーステナイト系ステンレスが、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３４０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、ＳＵＳ３１６アロイ微粉体、ＳＵＳ３４０アロイ微粉体のうちの少なくとも１つであり、前記フェロアロイが、フェロニッケル（ＦｅＮｉ）、フェロモリブデン（ＦｅＭｏ）、フェロマンガン（ＦｅＭｎ）、フェロクロム（ＦｅＣｒ）、フェロシリコン（ＦｅＳｉ）、フェロチタン（ＦｅＴｉ）、フェロボロン（ＦｅＢ）、フェロマグネシウム（ＦｅＭｇ）、フェロニオブ（ＦｅＮｂ）、フェロパナジウム（ＦｅＶ）、フェロタングステン（ＦｅＷ）のうちの少なくとも１つであり、前記フェロアロイ微粉体が、フェロニッケル微粉体、フェロモリブデン微粉体、フェロマンガン微粉体、フェロクロム微粉体、フェロシリコン微粉体、フェロチタン微粉体、フェロボロン微粉体、フェロマグネシウム微粉体、フェロニオブ微粉体、フェロパナジウム微粉体、フェロタングステン微粉体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。 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 ferroalloy includes ferronickel (FeNi), ferromolybdenum (FeMo), ferromanganese (FeMn), ferrochrome (FeCr), ferrosilicon (FeSi), ferrotitanium (FeTi), ferroboron (FeB), ferromagnesium (FeMg), At least one of ferroniobium (FeNb), ferropanadium (FeV), and ferrotungsten (FeW), wherein the ferroalloy fine powder is ferronickel fine powder, ferromolybdenum fine powder It is at least one of ferromanganese fine powder, ferrochrome fine powder, ferrosilicon fine powder, ferrotitanium fine powder, ferroboron fine powder, ferromagnesium fine powder, ferroniob fine powder, ferropanadium fine powder, and ferrotungsten fine powder. The electrode according to any one of claims 1 to 7.
- 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フェロアロイと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、前記フェロアロイを微粉砕してフェロアロイ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フェロアロイ微粉体と前記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フェロアロイ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フェロアロイ微粉体と前記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。 In an electrode manufacturing method for manufacturing an electrode used as an anode or a cathode,
The electrode manufacturing method, using an austenitic stainless steel, ferroalloy and Cu as raw materials selected such that the composite work function of the work function of a predetermined metal is close to the work function of a platinum group element, and pulverizing the austenitic stainless steel A fine powder of stainless steel, and finely pulverizing the ferroalloy to produce a fine powder of ferroalloy; The weight ratio of the stainless alloy fine powder and the weight ratio of the stainless steel alloy fine powder, the ferroalloy fine powder, and the Cu metal fine powder are adjusted so that the composite work function of the work function is close to the work function of the platinum group element. A fine powder weight ratio determining step of determining the weight ratio of the ferroalloy fine powder and the weight ratio of the Cu metal fine powder, An alloy-metal transition metal fine powder for forming an alloy-metal transition metal fine powder mixture in which the stainless alloy fine powder, the ferroalloy fine powder, and the Cu metal fine powder having a weight ratio determined by the powder weight ratio determining step are mixed and dispersed. Alloy / metal transition metal fine powder compressed product by pressurizing the alloy / metal transition metal fine powder mixture produced by the above-mentioned alloy / metal transition metal fine powder mixture production process at a predetermined pressure. A transition metal fine powder compact production step, and firing of the alloy metal transition metal fine powder compact produced by the alloy metal transition metal fine powder compact production step at a predetermined temperature to form a large number of fine channels. Alloy-metal transition metal sheet electrode making process for making a porous metal-alloy transition metal sheet electrode having a modified structure Electrode manufacturing method according to claim. - 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フェロアロイ微粉体の重量比を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。 In the fine powder weight ratio determining step, a weight ratio of the stainless alloy fine powder to the total weight of the alloy / metal transition metal fine powder mixture is determined in a range of 47 to 49%, and the alloy / metal transition metal fine powder mixture is determined. And the weight ratio of the Cu metal fine powder to the total weight of the alloy-metal transition metal fine powder mixture is 2 to 6%. The electrode manufacturing method according to claim 9, wherein the range is determined by a range.
- 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、前記フェロアロイを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。 The alloy / metal transition metal fine powder forming step includes finely pulverizing the austenitic stainless steel to a particle size of 10 μm to 200 μm, finely pulverizing the ferroalloy to a particle size of 10 μm to 200 μm, and reducing the Cu to a size of 10 μm to 200 μm. The electrode manufacturing method according to claim 9 or 10, wherein the electrode is finely pulverized to a particle size.
- 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。 The alloy / metal transition metal fine powder compressed material producing step pressurizes the alloy / metal transition metal fine powder mixture produced in the alloy / metal transition metal fine powder mixture producing step at a pressure of 500 MPa to 800 MPa. The electrode manufacturing method according to any one of claims 9 to 11, wherein the alloy / metal transition metal fine powder compact having a large number of fine channels having a thickness of 03 mm to 0.3 mm is produced.
- 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フェロアロイ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。 The alloy / metal transition metal thin plate electrode forming step comprises 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 the stainless steel. 13. The electrode manufacturing method according to claim 9, wherein the alloy fine powder and the ferroalloy fine powder are joined.
- 前記オーステナイト系ステンレスが、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３４０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、ＳＵＳ３１６アロイ微粉体、ＳＵＳ３４０アロイ微粉体のうちの少なくとも１つであり、前記フェロアロイが、フェロニッケル（ＦｅＮｉ）、フェロモリブデン（ＦｅＭｏ）、フェロマンガン（ＦｅＭｎ）、フェロクロム（ＦｅＣｒ）、フェロシリコン（ＦｅＳｉ）、フェロチタン（ＦｅＴｉ）、フェロボロン（ＦｅＢ）、フェロマグネシウム（ＦｅＭｇ）、フェロニオブ（ＦｅＮｂ）、フェロパナジウム（ＦｅＶ）、フェロタングステン（ＦｅＷ）のうちの少なくとも１つであり、前記フェロアロイ微粉体が、フェロニッケル微粉体、フェロモリブデン微粉体、フェロマンガン微粉体、フェロクロム微粉体、フェロシリコン微粉体、フェロチタン微粉体、フェロボロン微粉体、フェロマグネシウム微粉体、フェロニオブ微粉体、フェロパナジウム微粉体、フェロタングステン微粉体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。 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 ferroalloy includes ferronickel (FeNi), ferromolybdenum (FeMo), ferromanganese (FeMn), ferrochrome (FeCr), ferrosilicon (FeSi), ferrotitanium (FeTi), ferroboron (FeB), ferromagnesium (FeMg), At least one of ferroniobium (FeNb), ferropanadium (FeV), and ferrotungsten (FeW), wherein the ferroalloy fine powder is ferronickel fine powder, ferromolybdenum fine powder It is at least one of ferromanganese fine powder, ferrochrome fine powder, ferrosilicon fine powder, ferrotitanium fine powder, ferroboron fine powder, ferromagnesium fine powder, ferroniob fine powder, ferropanadium fine powder, and ferrotungsten fine powder. 14. The method for producing an electrode according to claim 9.
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