特開 2019-220340 電極

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-220340(P2019-220340A)

(43)【公開日】2019年12月26日

(54)【発明の名称】電極

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/90 20060101AFI20191129BHJP

   B01J 37/04 20060101ALI20191129BHJP

   B01J 37/08 20060101ALI20191129BHJP

   B01J 35/04 20060101ALI20191129BHJP

   B01J 23/80 20060101ALI20191129BHJP

   B01J 23/889 20060101ALI20191129BHJP

   B01J 23/755 20060101ALI20191129BHJP

   B01J 23/89 20060101ALI20191129BHJP

   H01M 4/86 20060101ALI20191129BHJP

   H01M 4/88 20060101ALI20191129BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20191129BHJP

【ＦＩ】

   H01M4/90 M

   B01J37/04 101

   B01J37/08

   B01J35/04 B

   B01J23/80 M

   B01J23/889 M

   B01J23/755 M

   B01J23/89 M

   H01M4/86 M

   H01M4/88 K

   H01M8/10 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】50

(21)【出願番号】特願2018-116700(P2018-116700)

(22)【出願日】2018年6月20日

(71)【出願人】

【識別番号】518218896

【氏名又は名称】株式会社グラヴィトン

(74)【代理人】

【識別番号】100108442

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 義孝

(72)【発明者】

【氏名】奥山 正己

【テーマコード（参考）】

4G169

5H018

5H126

【Ｆターム（参考）】

4G169AA02

4G169AA08

4G169BB02A

4G169BB02B

4G169BC29A

4G169BC29C

4G169BC31A

4G169BC31B

4G169BC32B

4G169BC35B

4G169BC50B

4G169BC59B

4G169BC62B

4G169BC66A

4G169BC66B

4G169BC68A

4G169BC68B

4G169CC32

4G169DA05

4G169EA14

4G169EB15X

4G169EB15Y

4G169EB17Y

4G169EB18X

4G169EB18Y

4G169FA01

4G169FB07

4G169FB30

4G169FB32

4G169FB70

4G169FC05

4G169FC08

5H018AA06

5H018BB01

5H018BB03

5H018BB12

5H018EE02

5H018EE04

5H018HH01

5H018HH03

5H018HH04

5H018HH05

5H018HH08

5H018HH09

5H126BB06

(57)【要約】

【課題】白金族元素を利用することなく、廉価に作ることができ、触媒活性（触媒作用）を有して陽極または陰極として使用することが可能な電極を提供する。
【解決手段】電極１０は、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成され、選択された少なくとも３種類のそれら遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの厚み寸法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薄板電極である。電極１０では、選択された少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アノードまたはカソードとして使用する電極において、
前記電極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成され、選択された少なくとも３種類のそれら遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を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薄板電極であり、前記ポーラス構造のアロイ薄板電極の厚み寸法が、０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあり、前記ポーラス構造のアロイ薄板電極では、選択された少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択されていることを特徴とする電極。

【請求項2】

前記ポーラス構造のアロイ薄板電極が、Ｎｉの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型され、前記ポーラス構造のアロイ薄板電極では、前記Ｎｉの仕事関数と該Ｎｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が前記白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている請求項１に記載の電極。

【請求項3】

前記Ｎｉの粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３０％〜５０％の範囲、前記Ｎｉの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％〜５０％の範囲にあり、前記Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある請求項２に記載の電極。

【請求項4】

前記ポーラス構造のアロイ薄板電極が、Ｆｅの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型され、前記ポーラス構造のアロイ薄板電極では、前記Ｆｅの仕事関数と該Ｆｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が前記白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている請求項１に記載の電極。

【請求項5】

前記Ｆｅの粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３０％〜５０％の範囲、前記Ｆｅの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％〜５０％の範囲にあり、前記Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある請求項４に記載の電極。

【請求項6】

前記ポーラス構造のアロイ薄板電極が、Ｃｕの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型され、前記ポーラス構造のアロイ薄板電極では、前記Ｃｕの仕事関数と該Ｃｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が前記白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている請求項１に記載の電極。

【請求項7】

前記Ｃｕの粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３０％〜５０％の範囲、前記Ｃｕの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％〜５０％の範囲にあり、前記Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある請求項６に記載の電極。

【請求項8】

前記ポーラス構造のアロイ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７いずれかに記載の電極。

【請求項9】

前記ポーラス構造のアロイ薄板電極の密度が、５．０ｇ／ｃｍ^２〜７．０ｇ／ｃｍ^２の範囲にある請求項１ないし請求項８いずれかに記載の電極。

【請求項10】

前記遷移金属の粉体の粒径が、１０μｍ〜２００μｍの範囲にある請求項１ないし請求項９いずれかに記載の電極。

【請求項11】

前記ポーラス構造のアロイ薄板電極では、所定面積の薄板状に圧縮した前記金属粉体混合物の焼成時に最も融点の低い遷移金属の粉体が溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとして他の遷移金属の粉体が接合されている請求項１ないし請求項１０いずれかに記載の電極。

【請求項12】

前記バインダーとなる遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある請求項１１に記載の電極。

【請求項13】

前記電極が、各種の遷移金属から選択する少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属を選択する遷移金属選択工程と、前記遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を作る金属粉体混合物作成工程と、前記金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を所定圧力で加圧して金属薄板を作る金属薄板作成工程と、前記金属薄板作成工程によって作られた金属薄板を所定温度で焼成して多数の微細な流路を形成した前記ポーラス構造のアロイ薄板電極を作るポーラス構造アロイ薄板電極作成工程とによって製造されている請求項１ないし請求項１２いずれかに記載の電極。

【請求項14】

前記金属粉体混合物作成工程が、前記遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属を１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕する請求項１３に記載の電極。

【請求項15】

前記金属薄板作成工程が、前記金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を５００Ｍｐａ〜８００Ｍｐａの圧力で加圧し、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金属薄板を作る請求項１３または請求項１４に記載の電極。

【請求項16】

前記ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程が、前記遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属のうちの融点が最も低い遷移金属の粉体を溶融させる温度で前記金属薄板を焼成する請求項１３ないし請求項１５いずれかに記載の電極。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、陽極または陰極として使用する電極に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８−２３９２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【0005】

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、触媒活性（触媒作用）を有して陽極または陰極として使用することが可能な電極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、十分な水素ガスを発生させることができる電極を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するための本発明の前提は、アノードまたはカソードとして使用する電極である。

【0007】

前記前提における本発明の特徴は、電極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成され、選択された少なくとも３種類のそれら遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を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薄板電極であり、ポーラス構造のアロイ薄板電極の厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあり、ポーラス構造のアロイ薄板電極では、選択された少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択されていることにある。

【0008】

本発明の一例としては、ポーラス構造のアロイ薄板電極が、Ｎｉの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型され、ポーラス構造のアロイ薄板電極では、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。

【0009】

本発明の他の一例としては、Ｎｉの粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３０％〜５０％の範囲、Ｎｉの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％〜５０％の範囲にあり、Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

【0010】

本発明の他の一例としては、ポーラス構造のアロイ薄板電極が、Ｆｅの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型され、ポーラス構造のアロイ薄板電極では、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。

【0011】

本発明の他の一例としては、Ｆｅの粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３０％〜５０％の範囲、Ｆｅの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％〜５０％の範囲にあり、Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

【0012】

本発明の他の一例としては、ポーラス構造のアロイ薄板電極が、Ｃｕの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型され、ポーラス構造のアロイ薄板電極では、Ｃｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。

【0013】

本発明の他の一例としては、Ｃｕの粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３０％〜５０％の範囲、Ｃｕの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％〜５０％の範囲にあり、Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

【0014】

本発明の他の一例としては、ポーラス構造のアロイ薄板電極の空隙率が、１５％〜３０％の範囲にある。

【0015】

本発明の他の一例としては、ポーラス構造のアロイ薄板電極の密度が、５．０ｇ／ｃｍ^２〜７．０ｇ／ｃｍ^２の範囲にある。

【0016】

本発明の他の一例としては、遷移金属の粉体の粒径が、１０μｍ〜２００μｍの範囲にある。

【0017】

本発明の他の一例として、ポーラス構造のアロイ薄板電極では、所定面積の薄板状に圧縮した金属粉体混合物の焼成時に最も融点の低い遷移金属の粉体が溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとして他の遷移金属の粉体が接合されている。

【0018】

本発明の他の一例としては、バインダーとなる遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

【0019】

本発明の他の一例としては、電極が、各種の遷移金属から選択する少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属を選択する遷移金属選択工程と、遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を作る金属粉体混合物作成工程と、金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を所定圧力で加圧して金属薄板を作る金属薄板作成工程と、金属薄板作成工程によって作られた金属薄板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薄板電極を作るポーラス構造アロイ薄板電極作成工程とによって製造されている。

【0020】

本発明の他の一例としては、金属粉体混合物作成工程が、遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属を１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕する。

【0021】

本発明の他の一例としては、金属薄板作成工程が、金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を５００Ｍｐａ〜８００Ｍｐａの圧力で加圧し、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金属薄板を作る。

【0022】

本発明の他の一例としては、ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程が、遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属のうちの融点が最も低い遷移金属の粉体を溶融させる温度で金属薄板を焼成する。

【発明の効果】

【0023】

本発明に係る電極によれば、それが各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成され、選択された少なくとも３種類のそれら遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を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（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極であり、選択された少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択されているから、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置等の陽極または陰極として好適に使用することができる。電極は、それが各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の陽極または陰極を廉価に作ることができる。電極は、ポーラス構造のアロイ薄板電極の厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、電極の電気抵抗が低く、電極をプロトンがスムースに移動することができ、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、電気分解を効率よく行うことができ、十分な水素ガスを発生させることができる。

【0024】

ポーラス構造のアロイ薄板電極がＮｉの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型され、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている電極は、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置等の陽極また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Ｎｉの粉体と各種の遷移金属から選択されたＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の陽極または陰極を廉価に作ることができる。電極は、Ｎｉを主成分としたポーラス構造のアロイ薄板電極の厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、電極の電気抵抗が低く、電極をプロトンがスムースに移動することができ、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、電気分解を効率よく行うことができ、十分な水素ガスを発生させることができる。

【0025】

Ｎｉの粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３０％〜５０％の範囲、Ｎｉの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が２０％〜５０％の範囲にあり、Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある電極は、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているとともに、Ｎｉの粉体の重量比やＮｉの粉体を除く少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比、Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比を前記範囲にすることで、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、電気分解装置や燃料電池等の陽極または陰極として好適に使用することができる。電極は、前記重量比のＮｉの粉体と各種の遷移金属から選択されたＮｉを除く前記重量比の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の陽極または陰極を廉価に作ることができる。

【0026】

ポーラス構造のアロイ薄板電極がＦｅの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型され、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている電極は、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置等の陽極また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Ｆｅの粉体と各種の遷移金属から選択されたＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の陽極または陰極を廉価に作ることができる。電極は、Ｆｅを主成分としたポーラス構造のアロイ薄板電極の厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、電極の電気抵抗が低く、電極をプロトンがスムースに移動することができ、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、電気分解を効率よく行うことができ、十分な水素ガスを発生させることができる。

【0027】

Ｆｅの粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３０％〜５０％の範囲、Ｆｅの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が２０％〜５０％の範囲にあり、Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある電極は、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているとともに、Ｆｅの粉体の重量比やＦｅの粉体を除く少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比、Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比を前記範囲にすることで、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置等の陽極または陰極として好適に使用することができる。電極は、前記重量比のＦｅの粉体と各種の遷移金属から選択されたＦｅを除く前記重量比の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の陽極または陰極を廉価に作ることができる。

【0028】

ポーラス構造のアロイ薄板電極がＣｕの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型され、Ｃｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている電極は、Ｃｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置等の陽極また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Ｃｕの粉体と各種の遷移金属から選択されたＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の陽極または陰極を廉価に作ることができる。電極は、Ｃｕを主成分としたポーラス構造のアロイ薄板電極の厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、電極の電気抵抗が低く、電極をプロトンがスムースに移動することができ、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、電気分解を効率よく行うことができ、十分な水素ガスを発生させることができる。

【0029】

Ｃｕの粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３０％〜５０％の範囲、Ｃｕの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が２０％〜５０％の範囲にあり、Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある電極は、Ｃｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているとともに、Ｃｕの粉体の重量比やＣｕの粉体を除く少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比、Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比を前記範囲にすることで、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置等の陽極または陰極として好適に使用することができる。電極は、前記重量比のＣｕの粉体と各種の遷移金属から選択されたＣｕを除く前記重量比の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の陽極または陰極を廉価に作ることができる。

【0030】

ポーラス構造のアロイ薄板電極の空隙率が１５％〜３０％の範囲にある電極は、アロイ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触媒活性（触媒作用）を有する非白金の陽極または陰極として好適に使用することができる。

【0031】

ポーラス構造のアロイ薄板電極の密度が５．０ｇ／ｃｍ^２〜７．０ｇ／ｃｍ^２の範囲にある電極は、アロイ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触媒活性（触媒作用）を有する非白金の陽極または陰極として好適に使用することができる。

【0032】

遷移金属の粉体の粒径が１０μｍ〜２００μｍの範囲にある電極は、遷移金属の粒径を前記範囲にすることで、ポーラス構造のアロイ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触媒活性（触媒作用）を有する非白金の陽極または陰極として好適に使用することができる。

【0033】

所定面積の薄板状に圧縮した金属粉体混合物の焼成時に最も融点の低い遷移金属の粉体が溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとして他の遷移金属の粉体が接合されている電極は、最も融点の低い粉状の金属をバインダーとして他の粉状の金属を接合することで、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触媒活性（触媒作用）を有する非白金の陽極または陰極として好適に使用することができる。

【0034】

バインダーとなる遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある電極は、バインダーとなる遷移金属の粉体の重量比を前記範囲にすることで、バインダーとなる遷移金属が溶融したとしても、ポーラス構造のアロイ薄板電極の微細な流路（通路孔）が塞がれることはなく、アロイ薄板電極の多孔質構造を維持することができ、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触媒活性（触媒作用）を有する非白金の陽極または陰極として好適に使用することができる。

【0035】

各種の遷移金属から選択する少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属を選択する遷移金属選択工程と、遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を作る金属粉体混合物作成工程と、金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を所定圧力で加圧して金属薄板を作る金属薄板作成工程と、金属薄板作成工程によって作られた金属薄板を所定温度で焼成して多数の微細な流路（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極を作るポーラス構造アロイ薄板電極作成工程とによって製造されている電極は、遷移金属選択工程や金属粉体混合物作成工程、金属薄板作成工程、ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程によって白金族元素を利用しない非白金の電極を廉価に作ることができ、触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能であって触媒活性（触媒作用）を有して陽極または陰極として使用することが可能な非白金の電極を作ることができる。

【0036】

金属粉体混合物作成工程が遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属を１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕する電極は、遷移金属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可能な電極を作ることができる。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触媒活性（触媒作用）を有して陽極または陰極として使用することが可能な非白金のポーラス構造のアロイ薄板電極を作ることができる。

【0037】

金属薄板作成工程が金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を５００Ｍｐａ〜８００Ｍｐａの圧力で加圧し、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金属薄板を作る電極は、金属粉体混合物を前記範囲の圧力で加圧（圧縮）することで、厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって多数の微細な流路（通路孔）を有する金属薄板を作ることができ、白金族元素を利用しない非白金のポーラス構造のアロイ薄板電極を廉価に作ることができる。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触媒活性（触媒作用）を有して陽極または陰極として使用することが可能な非白金のポーラス構造のアロイ薄板電極を作ることができる。電極は、その厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であって多数の微細な流路（通路孔）を形成することで、電極の電気抵抗を低くすることができるとともに、電極をプロトンがスムースに移動することができ、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可能な電極を作ることができる。電極は、それを水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、十分な水素ガスを発生させることが可能な電極を作ることができる。

【0038】

ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程が遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属のうちの融点が最も低い遷移金属の粉体を溶融させる温度で金属薄板を焼成する電極は、最も融点の低い遷移金属の粉体をバインダーとして他の遷移金属の粉体を接合することで、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、不用意な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。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触媒活性（触媒作用）を有する非白金の陽極または陰極として好適に使用することが可能な電極を作ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】一例として示す電極の斜視図。

【図2】電極の一例として示す部分拡大正面図。

【図3】電極の他の一例として示す部分拡大正面図。

【図4】電極を使用したセルの一例を示す分解斜視図。

【図5】電極を使用したセルの側面図。

【図6】電極を使用した燃料電池（固体高分子形燃料電池）の発電を説明する図。

【図7】電極の起電圧試験の結果を示す図。

【図8】電極のＩ−Ｖ特性試験の結果を示す図。

【図9】電極を使用した水素ガス発生装置の電気分解を説明する図。

【図10】電極１０の製造方法を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0040】

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。

【0041】

電極１０は、陽極（アノード）または陰極（カソード）として使用され、燃料電池２０の電極（触媒）（図６参照）や水素ガス発生装置２９の電極（触媒）（図９参照）として利用される。電極１０は、前面１２および後面１３を有するとともに、所定の面積および所定の厚み寸法Ｌ１を有し、その平面形状が円形に成型されている。電極１０は、多数の微細な流路１４（通路孔）を有するポーラス構造のアロイ薄板電極１５である。流路１４には、気体または液体が通流する。なお、電極１０の平面形状に特に制限はなく、円形の他に、他のあらゆる平面形状に成型することができる。

【0042】

電極１０は、粉状に加工された遷移金属の中から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成されている。遷移金属としては、３ｄ遷移金属や４ｄ遷移金属が使用される。３ｄ遷移金属には、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）が使用される。４ｄ遷移金属には、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｇ（銀）が使用される。

【0043】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）では、選択された少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数（物質から電子を取り出すのに必要なエネルギー）の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択されている。Ｔｉの仕事関数は、４．１４（ｅＶ）、Ｃｒの仕事関数は、４．５（ｅＶ）、Ｍｎの仕事関数は、４．１（ｅＶ）、Ｆｅの仕事関数は、４．６７（ｅＶ）、Ｃｏの仕事関数は、５．０（ｅＶ）、Ｎｉの仕事関数は、５．２２（ｅＶ）、Ｃｕの仕事関数は、５．１０（ｅＶ）、Ｚｎの仕事関数は、３．６３（ｅＶ）、Ｎｂの仕事関数は、４．０１（ｅＶ）、Ｍｏの仕事関数は、４．４５（ｅＶ）、Ａｇの仕事関数は、４．３１（ｅＶ）である。なお、白金の仕事関数は、５．６５（ｅＶ）である。

【0044】

電極１０は、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類のそれら遷移金属の粉体（粉状に加工されたＴｉ（チタン）、粉状に加工されたＣｒ（クロム）、粉状に加工されたＭｎ（マンガン）、粉状に加工されたＦｅ（鉄）、粉状に加工されたＣｏ（コバルト）、粉状に加工されたＮｉ（ニッケル）、粉状に加工されたＣｕ（銅）、粉状に加工されたＺｎ（亜鉛）、粉状に加工されたＮｂ（ニオブ）、粉状に加工されたＭｏ（モリブデン）、粉状に加工されたＡｇ（銀））を均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮して金属薄板１１とし、その金属薄板１１を焼成することから作られている（図１０参照）。電極１０には、径が異なる多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されている。電極１０は、多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されているから、その比表面積が大きい。

【0045】

それら流路１４（通路孔）は、前面１２に開口する複数の通流口１７と後面１３に開口する複数の通流口１７とを有し、電極１０の前面１２から後面１３に向かって電極１０を貫通している。それら流路１４は、電極１０の前面１２と後面１３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１８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１４は、径方向において部分的につながり、一方の流路１４と他方の流路１４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１４は、厚み方向において部分的につながり、一方の流路１４と他方の流路１４とが互いに連通している。

【0046】

それら流路１４（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１４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１２に開口する通流口１７と後面１３に開口する通流口１７とは、その開口面積（開口径）が一様ではなく、その面積が相違している。それら流路１４（通路孔）の開口径や前後面１２，１３の通流口１７の開口径は、１μｍ〜１００μｍの範囲にある。

【0047】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）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（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）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が容易に破損または損壊し、その形状を維持することができない場合がある。電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）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をプロトンがスムースに移動することができず、電極１０が燃料電池２０に使用されたときに燃料電池２０において十分な電気を発電することができず、燃料電池２０に接続された負荷２８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２９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２９において十分な水素ガスを発生させることができない。

【0048】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極）は、その厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍ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の電気抵抗が低く、電極１０をプロトンがスムースに移動することができ、電極１０を燃料電池２０に使用することで、燃料電池２０において十分な電気を発電することができ、燃料電池２０に接続された負荷２８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を水素ガス発生装置２９に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置２９において十分な水素ガスを発生させることができる。

【0049】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）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（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）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１４（通路孔）が形成されず、電極１０の比表面積を大きくすることができない。電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）の空隙率が３０％を超過し、相対密度が７０％未満では、流路１４（通路孔）の開口面積（開口径）や前後面１２，１３の通流口１７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が容易に破損または損壊し、その形状を維持することができない場合がある。

【0050】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、その空隙率およ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１４（通路孔）や開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面１２，１３の通流口１７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１４（通路孔）を気体や液体が通流しつつ気体や液体を電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）の接触面に広く接触させることができる。

【0051】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、その密度が５．０ｇ／ｃｍ^２〜７．０ｇ／ｃｍ^２の範囲、好ましくは、５．５ｇ／ｃｍ^２〜６．５ｇ／ｃｍ^２の範囲にある。電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）の密度が５．０ｇ／ｃｍ^２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が容易に破損または損壊し、その形状を維持することができない場合がある。電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）の密度が７．０ｇ／ｃｍ^２を超過すると、電極１０に多数の微細な流路１４（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。

【0052】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）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１４（通路孔）や開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面１２，１３の通流口１７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１４（通路孔）を気体や液体が通流しつつ気体や液体を電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）の接触面に広く接触させることができる。

【0053】

Ｔｉの粉体（粉状に加工されたＴｉ）やＣｒの粉体（粉状に加工されたＣｒ）、Ｍｎの粉体（粉状に加工されたＭｎ）、Ｆｅの粉体（粉状に加工されたＦｅ）、Ｃｏの粉体（粉状に加工されたＣｏ）、Ｎｉの粉体（粉状に加工されたＮｉ）、Ｃｕの粉体（粉状に加工されたＣｕ）、Ｚｎの粉体（粉状に加工されたＺｎ）、Ｎｂの粉体（粉状に加工されたＮｂ）、Ｍｏの粉体（粉状に加工されたＭｏ）、Ａｇの粉体（粉状に加工されたＡｇ）の粒径は、１０μｍ〜２００μｍの範囲にある。

【0054】

それら遷移金属の粉体の粒径が１０μｍ未満では、遷移金属によって流路１４（通路孔）が塞がれ、電極１０に多数の微細な流路１４を形成することができず、電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）の比表面積を大きくすることができない。それら遷移金属の粉体の粒径が２００μｍを超過すると、流路１４（通路孔）の開口面積（開口径）や前後面１２，１３の通流口１７の開口面積（開口径）が必要以上に大きくなり、電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）に多数の微細な流路１４を形成することができず、電極１０の比表面積を大きくすることができない。

【0055】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、それら遷移金属の粉体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１４（通路孔）や開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面１２，１３の通流口１７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１４を気体や液体が通流しつつ気体や液体を電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）の接触面に広く接触させることができる。

【0056】

図４は、電極１０を使用したセル１９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１９の側面図である。図６は、電極１０を使用した燃料電池２０（固体高分子形燃料電池）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。

【0057】

電極１０を使用したセル１９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２１（アノード）と、電極１０を使用した空気極２２（カソード）と、燃料極２１および空気極２２の間に介在する固体高分子電解質膜２３（フッ素系イオン交換膜）と、燃料極２１の厚み方向外側に位置するセパレータ２４ａ（バイポーラプレート）と、空気極２２の厚み方向外側に位置するセパレータ２４ｂ（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２４ａ，２４ｂ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）。

【0058】

セル１９では、図５に示すように、燃料極２１や空気極２２、固体高分子電解質膜２３が厚み方向へ重なり合って一体化し、膜/電極接合体 (Membrane Electrode Assembly, MEA)を構成し、膜/電極接合体をそれらセパレータ２４ａ，２４ｂが挟み込んでいる。燃料電池２０（固体高分子形燃料電池）では、複数のセル１９（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２３は、プロトン導電性があり、電子導電性がない。

【0059】

燃料極２１とセパレータ２４ａとの間には、ガス拡散層２５ａが形成され、空気極２２とセパレータ２４ｂとの間には、ガス拡散層２５ｂが形成されている。燃料極２１とセパレータ２４ａとの間であってガス拡散層２５の上部および下部には、ガスシール２６ａが設置されている。空気極２２とセパレータ２４ｂとの間であってガス拡散層２５ｂの上部および下部には、ガスシール２６ｂが設置されている。

【0060】

燃料電池２０（固体高分子形燃料電池）では、図６に示すように、燃料極２１（電極１０）に水素（燃料）が供給され、空気極２２（電極１０）に空気（酸素）が供給される。燃料極２１（電極１０）では、水素がＨ_２→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２３内を通って空気極２２（電極１０）へ移動し、電子が導線２７内を通って空気極２２へ移動する。固体高分子電解質膜２３には、燃料極２１で生成されたプロトンが通流する。空気極２２（電極１０）では、固体高分子電解質膜２３から移動したプロトンと導線２７を移動した電子とが空気中の酸素と反応し、４Ｈ^＋＋Ｏ_２＋４ｅ→２Ｈ_２Ｏの反応によって水が生成される。少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、遷移金属の中から選択された少なくとも３種類の遷移金属から燃料極２１（電極１０）や空気極２２（電極１０）が形成されているから、燃料極２１や空気極２２が優れた触媒活性（触媒作用）を示し、水素がプロトンと電子とに効率よく分解される。

【0061】

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２１（電極１０）や空気極２２（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２１（電極１０）や空気極２２（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）を使用した燃料電池２０では、燃料極２１（電極１０）や空気極２２（電極１０）との間の電圧（起電力）が１．０１（Ｖ）〜１．０２（Ｖ）であった。

【0062】

Ｉ−Ｖ特性試験では、燃料極２１（電極１０）や空気極２２（電極１０）との間に負荷を接続し、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）を使用した燃料電池では、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。

【0063】

電極１０は、それが各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成され、選択された少なくとも３種類のそれら遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物１６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１４（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極１５であり、選択された少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択されているから、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池２０の燃料極２１（アノード）や空気極２２（カソード）として好適に使用することができる。

【0064】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、それが各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の燃料極２１（アノード）や空気極２２（カソード）を廉価に作ることができる。電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、その厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、電極１０の電気抵抗が低く、電極１０をプロトンがスムースに移動することができ、電極１０を燃料電池２０に使用することで、燃料電池２０において十分な電気を発電することができ、燃料電池２０に接続された負荷２８に十分な電気エネルギーを供給することができる。

【0065】

図９は、電極１０を使用した水素ガス発生装置２９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２９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３０（アノード）と、電極１０を使用した陰極３１（カソード）と、陽極３０および陰極３１の間に介在する固体高分子電解質膜３２（フッ素系イオン交換膜）と、陽極給電部材３３ａおよび陰極給電部材３３ｂと、陽極用貯水槽３４ａおよび陰極用貯水槽３４ｂと、陽極主電極３５ａおよび陰極主電極３５ｂとから形成されている。

【0066】

水素ガス発生装置２９では、陽極３０や陰極３１、固体高分子電解質膜３２が厚み方向へ重なり合って一体化し、膜/電極接合体 (Membrane Electrode Assembly, MEA)を構成し、膜/電極接合体を陽極給電部材３３ａと陰極給電部材３３ｂとが挟み込んでいる。固体高分子電解質膜３２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３３ａは、陽極３０の外側に位置して陽極３０に密着し、陽極３０に＋の電流を給電する。陽極用貯水槽３４ａは、陽極給電部材３３ａの外側に位置して陽極給電部材３３ａに密着している。陽極主電極３５ａは、陽極用貯水槽３４ａの外側に位置して陽極給電部材３３ａに＋の電流を給電する。陰極給電部材３３ｂは、陰極３１の外側に位置して陰極３１に密着し、陰極３１に−の電流を給電する。陰極用貯水槽３４ｂは、陰極給電部材３３ｂの外側に位置して陰極給電部材３３ｂに密着している。陰極主電極３５ｂは、陰極用貯水槽３４ｂの外側に位置して陰極給電部材３３ｂに−の電流を給電する。

【0067】

水素ガス発生装置２０では、図９に矢印で示すように、陽極用貯水槽３４ａおよび陰極用貯水槽３４ｂに水（Ｈ_２Ｏ）が給水され、陽極主電極３５ａに電源から＋の電流が給電されるとともに、陰極主電極３５ｂに電源から−の電流が給電される。陽極主電極３５ａに給電された＋の電流が陽極給電部材３３ａから陽極３０（アノード）に給電され、陰極主電極３５ｂに給電された−の電流が陰極給電部材３３ｂから陰極３１（カソード）に給電される。陽極３０（電極１０）では、２Ｈ_２Ｏ→４Ｈ^＋＋４ｅ⁻＋Ｏ_２の陽極反応（触媒作用）によって酸素が生成され、陰極３１（電極１０）では、４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２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３２内を通って陰極３１（電極１０）へ移動する。固体高分子電解質膜３２には、陽極３０で生成されたプロトンが通流する。少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、遷移金属の中から選択された少なくとも３種類の遷移金属から陽極３０（電極１０）や陰極３１（電極１０）が形成されているから、陽極３０や陰極３１が優れた触媒活性（触媒作用）を示す。

【0068】

遷移金属から形成された電極１０の一例としては、粉状に加工されたＮｉ（ニッケル）の粉体を主成分とし、Ｎｉの粉体とＮｉを除く粉状に加工されたその他の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも２種類）の粉体とを均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物１６を焼成することで多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されたポーラス構造金属薄板１５である。

【0069】

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、多数の微細な流路１４（通路孔）を有する多孔質の薄板状に成型され、その厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲、好ましくは、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲にある。Ｎｉの粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。Ｎｉの粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）では、所定面積の薄板状に圧縮した金属粉体混合物１６の焼成時に最も融点の低い遷移金属の粉体が溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとして他の遷移金属の粉体が接合されている。

【0070】

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）では、粉状に加工されたＮｉの金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が３０％〜５０％の範囲、Ｎｉを除く粉状に加工された少なくとも１種類の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも１種類）の金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が２０％〜５０％の範囲にあり、Ｎｉを除く粉状に加工された少なくとも他の１種類の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも他の１種類）の金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある。なお、バインダーとなる遷移金属の粉体の金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

【0071】

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とした電極１０の具体例としては、Ｎｉの粉体、Ｃｕ（銅）の粉体、ＺＮ（亜鉛）の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物１６を焼成することで多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極１５である。この電極１０は、金属粉体混合物１６の全重量に対するＮｉの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＣｕの粉体重量比が４２％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＺｎの粉体重量比が１０％である。Ｎｉの融点が１４５５℃、Ｃｕの融点が１０８４．５℃、Ｚｎの融点が４１９．８５℃であるから、Ｚｎの粉体が溶融し、溶融したＺｎがバインダーとなってＮｉの粉体とＣｕの粉体とを接合している。

【0072】

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とした電極１０の他の具体例としては、Ｎｉの粉体、Ｍｎ（マンガン）の粉体、Ｍｏ（モリブデン）の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物１６を焼成することで多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極１５である。この電極１０は、金属粉体混合物１６の全重量に対するＮｉの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＭｎの粉体重量比が７％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＭｏの粉体重量比が４５％である。Ｎｉの融点が１４５５℃、Ｍｎの融点が１２４６℃、Ｍｏの融点が２６２３℃であるから、Ｍｎの粉体が溶融し、溶融したＭｎがバインダーとなってＮｉの粉体とＭｏの粉体とを接合している。

【0073】

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型された電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池２０や水素ガス発生装置２９等の燃料極２０、陽極３０（アノード）または空気極２１、陰極３１（カソード）として好適に使用することができる。

【0074】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、それがＮｉの粉体と各種の遷移金属から選択されたＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の燃料極２０、陽極３０や空気極２１、陰極３１を廉価に作ることができる。Ｎｉを主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、その厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、電極１０の電気抵抗が低く、電極１０をプロトンがスムースに移動することができ、電極１０を燃料電池２０に使用することで、燃料電池２０において十分な電気を発電することができ、燃料電池２０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１０を水素ガス発生装置２９に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置２９において十分な水素ガスを発生させることができる。

【0075】

遷移金属から形成された電極１０の他の一例としては、粉状に加工されたＦｅ（鉄）の粉体を主成分とし、Ｆｅの粉体とＦｅを除く粉状に加工されたその他の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも２種類）の粉体とを均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物１６を焼成することで多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極１５である。

【0076】

Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、多数の微細な流路１４（通路孔）を有する多孔質の薄板状に成型され、その厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲、好ましくは、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲にある。Ｆｅの粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。Ｆｅの粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）では、所定面積の薄板状に圧縮した金属粉体混合物１６の焼成時に最も融点の低い遷移金属の粉体が溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとして他の遷移金属の粉体が接合されている。

【0077】

Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とした電極１０では、粉状に加工されたＦｅの金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が３０％〜５０％の範囲、Ｆｅを除く粉状に加工された少なくとも１種類の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも１種類）の金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が２０％〜５０％の範囲にあり、Ｆｅを除く粉状に加工された少なくとも他の１種類の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも他の１種類）の金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある。なお、バインダーとなる遷移金属の粉体の金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

【0078】

Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とした電極１０の具体例としては、Ｆｅの粉体、Ｎｉ（ニッケル）の粉体、Ｃｕ（銅）の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物１６を焼成することで多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極１５である。この電極１０は、金属粉体混合物１６の全重量に対するＦｅの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＮｉの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＣｕの粉体の重量比が４％である。Ｆｅの融点が１５３６℃、Ｎｉの融点が１４５５℃、Ｃｕの融点が１０８４．５℃であるから、Ｃｕの粉体が溶融し、溶融したＣｕがバインダーとなってＦｅの粉体とＮｉの粉体とを接合している。

【0079】

Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とした電極１０の他の具体例としては、Ｆｅの粉体、Ｔｉ（チタン）の粉体、Ａｇ（銀）の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物１６を焼成することで多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極１５である。この電極１０は、金属粉体混合物１６の全重量に対するＦｅの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＴｉの粉体重量比が４６％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＡｇの粉体重量比が６％である。Ｆｅの融点が１５３６℃、Ｔｉの融点が１６６６℃、Ａｇの融点が９６１．９３℃であるから、Ａｇの粉体が溶融し、溶融したＡｇがバインダーとなってＦｅの粉体とＴｉの粉体とを接合している。

【0080】

Ｆｅの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型された電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池２０や水素ガス発生装置２９等の燃料極２０、陽極３０（アノード）または空気極２１、陰極３１（カソード）として好適に使用することができる。

【0081】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、それがＦｅの粉体と各種の遷移金属から選択されたＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の燃料極２０、陽極３０や空気極２１、陰極３１を廉価に作ることができる。Ｆｅを主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、その厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、電極１０の電気抵抗が低く、電極１０をプロトンがスムースに移動することができ、電極１０を燃料電池２０に使用することで、燃料電池２０において十分な電気を発電することができ、燃料電池２０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１０を水素ガス発生装置２９に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置２９において十分な水素ガスを発生させることができる。

【0082】

遷移金属から形成された電極１０の他の一例としては、粉状に加工されたＣｕ（銅）の粉体を主成分とし、Ｃｕの粉体とＣｕを除く粉状に加工されたその他の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも２種類）の粉体とを均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物１６を焼成することで多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極１５である。

【0083】

Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、多数の微細な流路１４（通路孔）を有する多孔質の薄板状に成型され、その厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲、好ましくは、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲にある。Ｃｕの粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、Ｃｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。Ｃｕの粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）では、所定面積の薄板状に圧縮した金属粉体混合物１６の焼成時に最も融点の低い遷移金属の粉体が溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとして他の遷移金属の粉体が接合されている。

【0084】

Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とした電極１０では、粉状に加工されたＣｕの金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が３０％〜５０％の範囲、Ｃｕを除く粉状に加工された少なくとも１種類の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも１種類）の金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が２０％〜５０％の範囲にあり、Ｃｕを除く粉状に加工された少なくとも他の１種類の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも他の１種類）の金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある。なお、バインダーとなる遷移金属の粉体の金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

【0085】

Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とした電極１０の具体例としては、Ｃｕの粉体、Ｆｅ（鉄）の粉体、Ｚｎ（亜鉛）の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物１６を焼成することで多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極１５である。この電極１０は、金属粉体混合物１６の全重量に対するＣｕの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＦｅの粉体重量比が４８％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＺｎの粉体重量比が４％である。Ｃｕの融点が１０８４．５℃、Ｆｅの融点が１５３６℃、Ｚｎの融点が４１９．５８℃であるから、Ｚｎの粉体が溶融し、溶融したＺｎがバインダーとなってＣｕの粉体とＦｅの粉体とを接合している。

【0086】

Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とした電極１０の具体例としては、Ｃｕの粉体、Ｆｅ（鉄）の粉体、Ａｇ（銀）の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物１６を焼成することで多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極１５である。この電極１０は、金属粉体混合物１６の全重量に対するＣｕの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＦｅの粉体重量比が４６％、金属粉体混合物 ８の全重量に対するＡｇの粉体重量比が６％である。Ｃｕの融点が１０８４．５℃、Ｆｅの融点が１５３６℃、Ａｇの融点が９６１．９３℃であるから、Ａｇの粉体が溶融し、溶融したＡｇがバインダーとなってＣｕの粉体とＦｅの粉体とを接合している。

【0087】

Ｃｕの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型された電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、Ｃｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池２０や水素ガス発生装置２９等の燃料極２０、陽極３０（アノード）または空気極２１、陰極３１（カソード）として好適に使用することができる。

【0088】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、それがＣｕの粉体と各種の遷移金属から選択されたＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の燃料極２０、陽極３０や空気極２１、陰極３１を廉価に作ることができる。Ｃｕを主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、その厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、電極の電気抵抗が低く、電極をプロトンがスムースに移動することができ、電極１０を燃料電池２０に使用することで、燃料電池２０において十分な電気を発電することができ、燃料電池２０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１０を水素ガス発生装置２９に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置２９において十分な水素ガスを発生させることができる。

【0089】

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、遷移金属選択工程Ｓ１、金属粉体混合物作成工程Ｓ２、金属薄板作成工程Ｓ３、ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４を有する電極製造方法によって製造される。遷移金属選択工程Ｓ１では、各種の遷移金属３６から選択する少なくとも３種類の遷移金属３６の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属３６の中から少なくとも３種類の遷移金属３６（Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｇ（銀））を選択する。

【0090】

遷移金属選択工程Ｓ１において、既述のように、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした電極１０では、Ｃｕ（銅）およびＺＮ（亜鉛）を選択し、または、Ｍｎ（マンガン）およびＭｏ（モリブデン）を選択する。Ｆｅ（鉄）を主成分とした電極１０では、Ｎｉ（ニッケル）およびＣｕ（銅）を選択し、または、Ｔｉ（チタン）およびＡｇ（銀）を選択する。Ｃｕ（銅）を主成分とした電極１０では、Ｆｅ（鉄）およびＺｎ（亜鉛）を選択し、または、Ｆｅ（鉄）およびＡｇ（銀）を選択する。

【0091】

金属粉体混合物作成工程Ｓ２では、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択された少なくとも３種類の遷移金属３６の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を作る。金属粉体混合物作成工程Ｓ２において、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした電極１０では、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＮｉ、Ｃｕ（銅）、ＺＮ（亜鉛）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してＮｉの粉体、Ｃｕの粉体、Ｚｎの粉体を作成する。次に、Ｎｉの粉体やＣｕの粉体、Ｚｎの粉体を混合機に投入して混合機によってＮｉの粉体、Ｃｕの粉体、Ｚｎの粉体を攪拌・混合し、Ｎｉの粉体、Ｃｕの粉体、Ｚｎの粉体が均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を作る。または、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＮｉ（ニッケル）、Ｍｎ（マンガン）、Ｍｏ（モリブデン）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してＮｉの粉体、Ｍｎの粉体、Ｍｏの粉体を作成する。次に、Ｎｉの粉体やＭｎの粉体、Ｍｏの粉体を混合機に投入して混合機によってＮｉの粉体、Ｍｎの粉体、Ｍｏの粉体を攪拌・混合し、Ｎｉの粉体、Ｍｎの粉体、Ｍｏの粉体が均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を作る。

【0092】

金属粉体混合物作成工程Ｓ２において、Ｆｅ（鉄）を主成分とした電極１０では、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＦｅ、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してＦｅの粉体、Ｎｉの粉体、Ｃｕの粉体を作成する。次に、Ｆｅの粉体やＮｉの粉体、Ｃｕの粉体を混合機に投入して混合機によってＦｅの粉体、Ｎｉの粉体、Ｃｕの粉体を攪拌・混合し、Ｆｅの粉体、Ｎｉの粉体、Ｃｕの粉体が均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を作る。または、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＦｅ（鉄）、Ｔｉ（チタン）、Ａｇ（銀）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してＦｅの粉体、Ｔｉの粉体、Ａｇの粉体を作成する。次に、Ｆｅの粉体やＴｉの粉体、Ａｇの粉体を混合機に投入して混合機によってＦｅの粉体、Ｔｉの粉体、Ａｇの粉体を攪拌・混合し、Ｆｅの粉体、Ｔｉの粉体、Ａｇの粉体が均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を作る。

【0093】

金属粉体混合物作成工程Ｓ２において、Ｃｕ（銅）を主成分とした電極１０では、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＣｕ、Ｆｅ（鉄）、Ｚｎ（亜鉛）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してＣｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ｚｎの粉体を作成する。次に、Ｃｕの粉体やＦｅの粉体、Ｚｎの粉体を混合機に投入して混合機によってＣｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ｚｎの粉体を攪拌・混合し、Ｃｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ｚｎの粉体が均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を作る。または、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＣｕ（銅）、Ｆｅ（鉄）、Ａｇ（銀）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してＣｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ａｇの粉体を作成する。次に、Ｃｕの粉体やＦｅの粉体、Ａｇの粉体を混合機に投入して混合機によってＣｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ａｇの粉体を攪拌・混合し、Ｃｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ａｇの粉体が均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を作る。

【0094】

金属薄板作成工程Ｓ３では、金属粉体混合物作成工程Ｓ２によって作られた金属粉体混合物１６を所定圧力で加圧し、金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮した金属薄板１１を作る。金属薄板作成工程Ｓ３では、金属粉体混合物１６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金属薄板１１を作る。プレス加工時におけるプレス圧（圧力）は、５００Ｍｐａ〜８００Ｍｐａの範囲にある。プレス圧（圧力）が５００Ｍｐａ未満では、金属薄板１１に形成される流路１４（通路孔）の開口面積（開口径）が大きくなり、金属薄板１１の厚み寸法を０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍにしつつ開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を金属薄板１１に形成することができない。プレス圧（圧力）が８００Ｍｐａを超過すると、金属薄板１１に形成される流路１４（通路孔）の開口面積（開口径）が必要以上に小さくなり、金属薄板１１の厚み寸法を０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍにしつつ開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を金属薄板１１に形成することができない。電極製造方法は、金属粉体混合物１６を前記範囲の圧力で加圧（圧縮）することで、金属薄板１１の厚み寸法を０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍにしつつ開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成した金属薄板１１を作ることができる。

【0095】

金属薄板作成工程Ｓ３において、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした電極１０では、Ｎｉの粉体、Ｃｕ（銅）の粉体、ＺＮ（亜鉛）粉体を混合した金属粉体混合物１６の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物１６をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成した金属薄板１１を作る。または、Ｎｉの粉体、Ｍｎ（マンガン）の粉体、Ｍｏ（モリブデン）の粉体を混合した金属粉体混合物１６の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物１６をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成した金属薄板１１を作る。

【0096】

金属薄板作成工程Ｓ３において、Ｆｅ（鉄）を主成分とした電極１０では、Ｆｅの粉体、Ｎｉ（ニッケル）の粉体、Ｃｕ（銅）の粉体を混合した金属粉体混合物１６の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物１６をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成した金属薄板１１を作る。または、Ｆｅの粉体、Ｔｉ（チタン）の粉体、Ａｇ（銀）の粉体を混合した金属粉体混合物１６の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物１６をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成した金属薄板１１を作る。

【0097】

金属薄板作成工程Ｓ３において、Ｃｕ（銅）を主成分とした電極１０では、Ｃｕの粉体、Ｆｅ（鉄）の粉体、Ｚｎ（亜鉛）の粉体を混合した金属粉体混合物１６の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物１６をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成した金属薄板１１を作る。または、Ｃｕの粉体、Ｆｅ（鉄）の粉体、Ａｇ（銀）の粉体を混合した金属粉体混合物１６の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物１６をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成した金属薄板１１を作る。

【0098】

ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４では、金属薄板作成工程Ｓ３によって作られた金属薄板１１を炉（電気炉）に投入し、金属薄板１１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１４（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極１５（電極１０）を作る。ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４では、遷移金属選択工程Ｓ３によって選択された少なくとも３種類の遷移金属３６のうちの融点が最も低い遷移金属３６の粉体を溶融させる温度で金属薄板１１を長時間焼成する。焼成（焼結）時間は、３時間〜６時間である。ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４では、所定面積の薄板状に圧縮した金属薄板１１（金属粉体混合物１６）の焼成時において、最も融点の低い遷移金属３６の粉体が溶融し、溶融した遷移金属３６をバインダーとして他の遷移金属３６の粉体を接合（固着）する。

【0099】

ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４において、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした電極１０では、Ｎｉの粉体、Ｃｕ（銅）の粉体、ＺＮ（亜鉛）粉体を混合した金属粉体混合物１６を圧縮した金属薄板１１を炉（電気炉）において長時間焼成し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極１５（電極１０）を作る。Ｎｉの粉体、Ｃｕの粉体、Ｚｎの粉体から形成された金属薄板１１では、Ｚｎの粉体を溶融させる温度（例えば、５００℃〜８００℃）で金属薄板１１を焼成し、溶融したＺｎの粉体によってＮｉの粉体とＣｕの粉体とが接合（固着）される。

【0100】

また、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした電極１０では、Ｎｉの粉体、Ｍｎ（マンガン）の粉体、Ｍｏ（モリブデン）の粉体を混合した金属粉体混合物１６を圧縮した金属薄板１１を炉（電気炉）において長時間焼成し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極１５（電極１０）を作る。Ｎｉの粉体、Ｍｎの粉体、Ｍｏの粉体から形成された金属薄板１１では、Ｍｎの粉体を溶融させる温度（例えば、１２００℃〜１４００℃）で金属薄板１１を焼成し、溶融したＭｎの粉体によってＭｎの粉体とＭｏの粉体とが接合（固着）される。

【0101】

ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４において、Ｆｅ（鉄）を主成分とした電極１０では、Ｆｅの粉体、Ｎｉ（ニッケル）の粉体、Ｃｕ（銅）の粉体を混合した金属粉体混合物１６を圧縮した金属薄板１１を炉（電気炉）において長時間焼成し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極１５（電極１０）を作る。Ｆｅの粉体、Ｎｉの粉体、Ｃｕの粉体から形成された金属薄板１１では、Ｃｕの粉体を溶融させる温度（例えば、１１００℃〜１３００℃）で金属薄板１１を焼成し、溶融したＣｕの粉体によってＦｅの粉体とＮｉの粉体とが接合（固着）される。

【0102】

また、Ｆｅ（鉄）を主成分とした電極１０では、Ｆｅの粉体、Ｔｉ（チタン）の粉体、Ａｇ（銀）の粉体を混合した金属粉体混合物１６を圧縮した金属薄板１１を炉（電気炉）において長時間焼成し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極１５（電極１０）を作る。Ｆｅの粉体、Ｔｉの粉体、Ａｇの粉体から形成された金属薄板１１では、Ａｇの粉体を溶融させる温度（例えば、１０００℃〜１２００℃）で金属薄板１１を焼成し、溶融したＡｇの粉体によってＦｅの粉体とＴｉの粉体とが接合（固着）される。

【0103】

ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４において、Ｃｕ（銅）を主成分とした電極１０では、Ｃｕの粉体、Ｆｅ（鉄）の粉体、Ｚｎ（亜鉛）の粉体を混合した金属粉体混合物１６を圧縮した金属薄板１１を炉（電気炉）において長時間焼成し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極１５（電極１０）を作る。Ｃｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ｚｎの粉体から形成された金属薄板１１では、Ｚｎの粉体を溶融させる温度（例えば、５００℃〜８００℃）で金属薄板１１を焼成し、溶融したＺｎの粉体によってＣｕの粉体とＦｅの粉体とが接合（固着）される。

【0104】

また、Ｃｕ（銅）を主成分とした電極１０では、Ｃｕの粉体、Ｆｅ（鉄）の粉体、Ａｇ（銀）の粉体を混合した金属粉体混合物１６を圧縮した金属薄板１１を炉（電気炉）において長時間焼成し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極１５（電極１０）を作る。Ｃｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ａｇの粉体から形成された金属薄板１１では、Ａｇの粉体を溶融させる温度（例えば、１０００℃〜１１００℃）で金属薄板１１を焼成し、溶融したＡｇの粉体によってＣｕの粉体とＦｅの粉体とが接合（固着）される。

【0105】

電極製造方法は、遷移金属選択工程Ｓ１や金属粉体混合物作成工程Ｓ２、金属薄板作成工程Ｓ３、ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４によって厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であって多数の微細な流路１４（通路孔）を形成した電極１０を作ることができ、白金族元素を利用しない非白金の燃料極２０、陽極３０や空気極２１、陰極３１を廉価に作ることができるとともに、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触媒活性（触媒作用）を有して燃料極２０、陽極３０や空気極２１、陰極３１として使用することが可能な非白金の電極１０を作ることができる。

【0106】

電極製造方法は、厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であって多数の微細な流路１４（通路孔）を形成した電極１０を作ることができるから、電極１０の電気抵抗を低くすることができるとともに、電極１０をプロトンがスムースに移動することができ、燃料電池２０において十分な電気を発電することが可能であって燃料電池２０に接続された負荷２８に十分な電気エネルギーを供給することが可能な電極１０を作ることができる。電極製造方法は、水素ガス発生装置２９において電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置２９において十分な水素ガスを発生させることが可能な電極１０を作ることができる。

【符号の説明】

【0107】

１０ 電極
１１ 金属薄板
１２ 前面
１３ 後面
１４ 流路（通路孔）
１５ ポーラス構造のアロイ薄板電極
１６ 金属粉体混合物
１７ 通流口
１８ 外周縁
１９ セル
２０ 燃料電池
２１ 燃料極
２２ 空気極
２３ 固体高分子電解質膜
２４ａ，ｂ セパレータ（バイポーラプレート）
２５ａ，ｂ ガス拡散層
２６ａ，ｂ ガスシール
２７ 導線
２８ 負荷
２９ 水素ガス発生装置
３０ 陽極
３１ 陰極
３２ 固体高分子電解質膜
３３ａ 陽極給電部材
３３ｂ 陰極給電部材
３４ａ 陽極用貯水槽
３４ｂ 陰極用貯水槽
３５ａ 陽極主電極
３５ｂ 陰極主電極
３６ 遷移金属

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【手続補正書】

【提出日】2019年6月18日

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、陽極または陰極として使用する電極に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８−２３９２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【0005】

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、触媒活性（触媒作用）を有して陽極または陰極として使用することが可能な電極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、十分な水素ガスを発生させることができる電極を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するための本発明の前提は、アノードまたはカソードとして使用する電極である。

【0007】

前記前提における本発明の特徴は、電極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成され、選択された少なくとも３種類のそれら遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を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薄板電極であり、ポーラス構造のアロイ薄板電極の厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあり、ポーラス構造のアロイ薄板電極では、選択された少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択されていることにある。

【0008】

本発明の一例としては、ポーラス構造のアロイ薄板電極が、Ｎｉの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型され、ポーラス構造のアロイ薄板電極では、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。

【0009】

本発明の他の一例としては、Ｎｉの粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３０％〜５０％の範囲、Ｎｉの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％〜５０％の範囲にあり、Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

【0010】

本発明の他の一例としては、ポーラス構造のアロイ薄板電極が、Ｆｅの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型され、ポーラス構造のアロイ薄板電極では、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。

【0011】

本発明の他の一例としては、Ｆｅの粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３０％〜５０％の範囲、Ｆｅの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％〜５０％の範囲にあり、Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

【0012】

本発明の他の一例としては、ポーラス構造のアロイ薄板電極が、Ｃｕの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型され、ポーラス構造のアロイ薄板電極では、Ｃｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。

【0013】

本発明の他の一例としては、Ｃｕの粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３０％〜５０％の範囲、Ｃｕの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％〜５０％の範囲にあり、Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

【0014】

本発明の他の一例としては、ポーラス構造のアロイ薄板電極の空隙率が、１５％〜３０％の範囲にある。

【0015】

本発明の他の一例としては、ポーラス構造のアロイ薄板電極の密度が、５．０ｇ／ｃｍ^２〜７．０ｇ／ｃｍ^２の範囲にある。

【0016】

本発明の他の一例としては、遷移金属の粉体の粒径が、１０μｍ〜２００μｍの範囲にある。

【0017】

本発明の他の一例として、ポーラス構造のアロイ薄板電極では、所定面積の薄板状に圧縮した金属粉体混合物の焼成時に最も融点の低い遷移金属の粉体が溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとして他の遷移金属の粉体が接合されている。

【0018】

本発明の他の一例としては、バインダーとなる遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

【0019】

本発明の他の一例としては、電極が、各種の遷移金属から選択する少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属を選択する遷移金属選択工程と、遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を作る金属粉体混合物作成工程と、金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を所定圧力で加圧して金属薄板を作る金属薄板作成工程と、金属薄板作成工程によって作られた金属薄板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薄板電極を作るポーラス構造アロイ薄板電極作成工程とによって製造されている。

【0020】

本発明の他の一例としては、金属粉体混合物作成工程が、遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属を１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕する。

【0021】

本発明の他の一例としては、金属薄板作成工程が、金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を５００Ｍｐａ〜８００Ｍｐａの圧力で加圧し、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金属薄板を作る。

【0022】

本発明の他の一例としては、ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程が、遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属のうちの融点が最も低い遷移金属の粉体を溶融させる温度で金属薄板を焼成する。

【発明の効果】

【0023】

本発明に係る電極によれば、それが各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成され、選択された少なくとも３種類のそれら遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を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（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極であり、選択された少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択されているから、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置等の陽極または陰極として好適に使用することができる。電極は、それが各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の陽極または陰極を廉価に作ることができる。電極は、ポーラス構造のアロイ薄板電極の厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、電極の電気抵抗が低く、電極をプロトンがスムースに移動することができ、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、電気分解を効率よく行うことができ、十分な水素ガスを発生させることができる。

【0024】

ポーラス構造のアロイ薄板電極がＮｉの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型され、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている電極は、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置等の陽極また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Ｎｉの粉体と各種の遷移金属から選択されたＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の陽極または陰極を廉価に作ることができる。電極は、Ｎｉを主成分としたポーラス構造のアロイ薄板電極の厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、電極の電気抵抗が低く、電極をプロトンがスムースに移動することができ、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、電気分解を効率よく行うことができ、十分な水素ガスを発生させることができる。

【0025】

Ｎｉの粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３０％〜５０％の範囲、Ｎｉの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が２０％〜５０％の範囲にあり、Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある電極は、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているとともに、Ｎｉの粉体の重量比やＮｉの粉体を除く少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比、Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比を前記範囲にすることで、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、電気分解装置や燃料電池等の陽極または陰極として好適に使用することができる。電極は、前記重量比のＮｉの粉体と各種の遷移金属から選択されたＮｉを除く前記重量比の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の陽極または陰極を廉価に作ることができる。

【0026】

ポーラス構造のアロイ薄板電極がＦｅの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型され、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている電極は、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置等の陽極また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Ｆｅの粉体と各種の遷移金属から選択されたＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の陽極または陰極を廉価に作ることができる。電極は、Ｆｅを主成分としたポーラス構造のアロイ薄板電極の厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、電極の電気抵抗が低く、電極をプロトンがスムースに移動することができ、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、電気分解を効率よく行うことができ、十分な水素ガスを発生させることができる。

【0027】

Ｆｅの粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３０％〜５０％の範囲、Ｆｅの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が２０％〜５０％の範囲にあり、Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある電極は、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているとともに、Ｆｅの粉体の重量比やＦｅの粉体を除く少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比、Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比を前記範囲にすることで、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置等の陽極または陰極として好適に使用することができる。電極は、前記重量比のＦｅの粉体と各種の遷移金属から選択されたＦｅを除く前記重量比の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の陽極または陰極を廉価に作ることができる。

【0028】

ポーラス構造のアロイ薄板電極がＣｕの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型され、Ｃｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている電極は、Ｃｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置等の陽極また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Ｃｕの粉体と各種の遷移金属から選択されたＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の陽極または陰極を廉価に作ることができる。電極は、Ｃｕを主成分としたポーラス構造のアロイ薄板電極の厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、電極の電気抵抗が低く、電極をプロトンがスムースに移動することができ、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、電気分解を効率よく行うことができ、十分な水素ガスを発生させることができる。

【0029】

Ｃｕの粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３０％〜５０％の範囲、Ｃｕの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が２０％〜５０％の範囲にあり、Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある電極は、Ｃｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているとともに、Ｃｕの粉体の重量比やＣｕの粉体を除く少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比、Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の重量比を前記範囲にすることで、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置等の陽極または陰極として好適に使用することができる。電極は、前記重量比のＣｕの粉体と各種の遷移金属から選択されたＣｕを除く前記重量比の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の陽極または陰極を廉価に作ることができる。

【0030】

ポーラス構造のアロイ薄板電極の空隙率が１５％〜３０％の範囲にある電極は、アロイ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触媒活性（触媒作用）を有する非白金の陽極または陰極として好適に使用することができる。

【0031】

ポーラス構造のアロイ薄板電極の密度が５．０ｇ／ｃｍ^２〜７．０ｇ／ｃｍ^２の範囲にある電極は、アロイ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触媒活性（触媒作用）を有する非白金の陽極または陰極として好適に使用することができる。

【0032】

遷移金属の粉体の粒径が１０μｍ〜２００μｍの範囲にある電極は、遷移金属の粒径を前記範囲にすることで、ポーラス構造のアロイ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触媒活性（触媒作用）を有する非白金の陽極または陰極として好適に使用することができる。

【0033】

所定面積の薄板状に圧縮した金属粉体混合物の焼成時に最も融点の低い遷移金属の粉体が溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとして他の遷移金属の粉体が接合されている電極は、最も融点の低い粉状の金属をバインダーとして他の粉状の金属を接合することで、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触媒活性（触媒作用）を有する非白金の陽極または陰極として好適に使用することができる。

【0034】

バインダーとなる遷移金属の粉体の金属粉体混合物の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある電極は、バインダーとなる遷移金属の粉体の重量比を前記範囲にすることで、バインダーとなる遷移金属が溶融したとしても、ポーラス構造のアロイ薄板電極の微細な流路（通路孔）が塞がれることはなく、アロイ薄板電極の多孔質構造を維持することができ、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触媒活性（触媒作用）を有する非白金の陽極または陰極として好適に使用することができる。

【0035】

各種の遷移金属から選択する少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属を選択する遷移金属選択工程と、遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を作る金属粉体混合物作成工程と、金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を所定圧力で加圧して金属薄板を作る金属薄板作成工程と、金属薄板作成工程によって作られた金属薄板を所定温度で焼成して多数の微細な流路（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極を作るポーラス構造アロイ薄板電極作成工程とによって製造されている電極は、遷移金属選択工程や金属粉体混合物作成工程、金属薄板作成工程、ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程によって白金族元素を利用しない非白金の電極を廉価に作ることができ、触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能であって触媒活性（触媒作用）を有して陽極または陰極として使用することが可能な非白金の電極を作ることができる。

【0036】

金属粉体混合物作成工程が遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属を１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕する電極は、遷移金属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可能な電極を作ることができる。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触媒活性（触媒作用）を有して陽極または陰極として使用することが可能な非白金のポーラス構造のアロイ薄板電極を作ることができる。

【0037】

金属薄板作成工程が金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を５００Ｍｐａ〜８００Ｍｐａの圧力で加圧し、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金属薄板を作る電極は、金属粉体混合物を前記範囲の圧力で加圧（圧縮）することで、厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって多数の微細な流路（通路孔）を有する金属薄板を作ることができ、白金族元素を利用しない非白金のポーラス構造のアロイ薄板電極を廉価に作ることができる。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触媒活性（触媒作用）を有して陽極または陰極として使用することが可能な非白金のポーラス構造のアロイ薄板電極を作ることができる。電極は、その厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であって多数の微細な流路（通路孔）を形成することで、電極の電気抵抗を低くすることができるとともに、電極をプロトンがスムースに移動することができ、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可能な電極を作ることができる。電極は、それを水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、十分な水素ガスを発生させることが可能な電極を作ることができる。

【0038】

ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程が遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属のうちの融点が最も低い遷移金属の粉体を溶融させる温度で金属薄板を焼成する電極は、最も融点の低い遷移金属の粉体をバインダーとして他の遷移金属の粉体を接合することで、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、不用意な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。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触媒活性（触媒作用）を有する非白金の陽極または陰極として好適に使用することが可能な電極を作ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】一例として示す電極の斜視図。

【図2】電極の一例として示す部分拡大正面図。

【図3】電極の他の一例として示す部分拡大正面図。

【図4】電極を使用したセルの一例を示す分解斜視図。

【図5】電極を使用したセルの側面図。

【図6】電極を使用した燃料電池（固体高分子形燃料電池）の発電を説明する図。

【図7】電極の起電圧試験の結果を示す図。

【図8】電極のＩ−Ｖ特性試験の結果を示す図。

【図9】電極を使用した水素ガス発生装置の電気分解を説明する図。

【図10】電極１０の製造方法を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0040】

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。

【0041】

電極１０は、陽極（アノード）または陰極（カソード）として使用され、燃料電池２０の電極（触媒）（図６参照）や水素ガス発生装置２９の電極（触媒）（図９参照）として利用される。電極１０は、前面１２および後面１３を有するとともに、所定の面積および所定の厚み寸法Ｌ１を有し、その平面形状が円形に成型されている。電極１０は、多数の微細な流路１４（通路孔）を有するポーラス構造のアロイ薄板電極１５である。流路１４には、気体または液体が通流する。なお、電極１０の平面形状に特に制限はなく、円形の他に、他のあらゆる平面形状に成型することができる。

【0042】

電極１０は、粉状に加工された遷移金属の中から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成されている。遷移金属としては、３ｄ遷移金属や４ｄ遷移金属が使用される。３ｄ遷移金属には、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）が使用される。４ｄ遷移金属には、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｇ（銀）が使用される。

【0043】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）では、選択された少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数（物質から電子を取り出すのに必要なエネルギー）の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択されている。Ｔｉの仕事関数は、４．１４（ｅＶ）、Ｃｒの仕事関数は、４．５（ｅＶ）、Ｍｎの仕事関数は、４．１（ｅＶ）、Ｆｅの仕事関数は、４．６７（ｅＶ）、Ｃｏの仕事関数は、５．０（ｅＶ）、Ｎｉの仕事関数は、５．２２（ｅＶ）、Ｃｕの仕事関数は、５．１０（ｅＶ）、Ｚｎの仕事関数は、３．６３（ｅＶ）、Ｎｂの仕事関数は、４．０１（ｅＶ）、Ｍｏの仕事関数は、４．４５（ｅＶ）、Ａｇの仕事関数は、４．３１（ｅＶ）である。なお、白金の仕事関数は、５．６５（ｅＶ）である。

【0044】

電極１０は、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類のそれら遷移金属の粉体（粉状に加工されたＴｉ（チタン）、粉状に加工されたＣｒ（クロム）、粉状に加工されたＭｎ（マンガン）、粉状に加工されたＦｅ（鉄）、粉状に加工されたＣｏ（コバルト）、粉状に加工されたＮｉ（ニッケル）、粉状に加工されたＣｕ（銅）、粉状に加工されたＺｎ（亜鉛）、粉状に加工されたＮｂ（ニオブ）、粉状に加工されたＭｏ（モリブデン）、粉状に加工されたＡｇ（銀））を均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮して金属薄板１１とし、その金属薄板１１を焼成することから作られている（図１０参照）。電極１０には、径が異なる多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されている。電極１０は、多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されているから、その比表面積が大きい。

【0045】

それら流路１４（通路孔）は、前面１２に開口する複数の通流口１７と後面１３に開口する複数の通流口１７とを有し、電極１０の前面１２から後面１３に向かって電極１０を貫通している。それら流路１４は、電極１０の前面１２と後面１３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１８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１４は、径方向において部分的につながり、一方の流路１４と他方の流路１４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１４は、厚み方向において部分的につながり、一方の流路１４と他方の流路１４とが互いに連通している。

【0046】

それら流路１４（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１４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１２に開口する通流口１７と後面１３に開口する通流口１７とは、その開口面積（開口径）が一様ではなく、その面積が相違している。それら流路１４（通路孔）の開口径や前後面１２，１３の通流口１７の開口径は、１μｍ〜１００μｍの範囲にある。

【0047】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）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（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）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が容易に破損または損壊し、その形状を維持することができない場合がある。電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）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をプロトンがスムースに移動することができず、電極１０が燃料電池２０に使用されたときに燃料電池２０において十分な電気を発電することができず、燃料電池２０に接続された負荷２８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２９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２９において十分な水素ガスを発生させることができない。

【0048】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極）は、その厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍ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の電気抵抗が低く、電極１０をプロトンがスムースに移動することができ、電極１０を燃料電池２０に使用することで、燃料電池２０において十分な電気を発電することができ、燃料電池２０に接続された負荷２８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を水素ガス発生装置２９に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置２９において十分な水素ガスを発生させることができる。

【0049】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）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（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）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１４（通路孔）が形成されず、電極１０の比表面積を大きくすることができない。電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）の空隙率が３０％を超過し、相対密度が７０％未満では、流路１４（通路孔）の開口面積（開口径）や前後面１２，１３の通流口１７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が容易に破損または損壊し、その形状を維持することができない場合がある。

【0050】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、その空隙率およ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１４（通路孔）や開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面１２，１３の通流口１７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１４（通路孔）を気体や液体が通流しつつ気体や液体を電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）の接触面に広く接触させることができる。

【0051】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、その密度が５．０ｇ／ｃｍ^２〜７．０ｇ／ｃｍ^２の範囲、好ましくは、５．５ｇ／ｃｍ^２〜６．５ｇ／ｃｍ^２の範囲にある。電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）の密度が５．０ｇ／ｃｍ^２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が容易に破損または損壊し、その形状を維持することができない場合がある。電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）の密度が７．０ｇ／ｃｍ^２を超過すると、電極１０に多数の微細な流路１４（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。

【0052】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）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１４（通路孔）や開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面１２，１３の通流口１７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１４（通路孔）を気体や液体が通流しつつ気体や液体を電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）の接触面に広く接触させることができる。

【0053】

Ｔｉの粉体（粉状に加工されたＴｉ）やＣｒの粉体（粉状に加工されたＣｒ）、Ｍｎの粉体（粉状に加工されたＭｎ）、Ｆｅの粉体（粉状に加工されたＦｅ）、Ｃｏの粉体（粉状に加工されたＣｏ）、Ｎｉの粉体（粉状に加工されたＮｉ）、Ｃｕの粉体（粉状に加工されたＣｕ）、Ｚｎの粉体（粉状に加工されたＺｎ）、Ｎｂの粉体（粉状に加工されたＮｂ）、Ｍｏの粉体（粉状に加工されたＭｏ）、Ａｇの粉体（粉状に加工されたＡｇ）の粒径は、１０μｍ〜２００μｍの範囲にある。

【0054】

それら遷移金属の粉体の粒径が１０μｍ未満では、遷移金属によって流路１４（通路孔）が塞がれ、電極１０に多数の微細な流路１４を形成することができず、電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）の比表面積を大きくすることができない。それら遷移金属の粉体の粒径が２００μｍを超過すると、流路１４（通路孔）の開口面積（開口径）や前後面１２，１３の通流口１７の開口面積（開口径）が必要以上に大きくなり、電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）に多数の微細な流路１４を形成することができず、電極１０の比表面積を大きくすることができない。

【0055】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、それら遷移金属の粉体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１４（通路孔）や開口面積（開口径）の異なる多数の微細な前後面１２，１３の通流口１７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１４を気体や液体が通流しつつ気体や液体を電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）の接触面に広く接触させることができる。

【0056】

図４は、電極１０を使用したセル１９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１９の側面図である。図６は、電極１０を使用した燃料電池２０（固体高分子形燃料電池）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。

【0057】

電極１０を使用したセル１９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２１（アノード）と、電極１０を使用した空気極２２（カソード）と、燃料極２１および空気極２２の間に介在する固体高分子電解質膜２３（フッ素系イオン交換膜）と、燃料極２１の厚み方向外側に位置するセパレータ２４ａ（バイポーラプレート）と、空気極２２の厚み方向外側に位置するセパレータ２４ｂ（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２４ａ，２４ｂ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）。

【0058】

セル１９では、図５に示すように、燃料極２１や空気極２２、固体高分子電解質膜２３が厚み方向へ重なり合って一体化し、膜/電極接合体 (Membrane Electrode Assembly, MEA)を構成し、膜/電極接合体をそれらセパレータ２４ａ，２４ｂが挟み込んでいる。燃料電池２０（固体高分子形燃料電池）では、複数のセル１９（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２３は、プロトン導電性があり、電子導電性がない。

【0059】

燃料極２１とセパレータ２４ａとの間には、ガス拡散層２５ａが形成され、空気極２２とセパレータ２４ｂとの間には、ガス拡散層２５ｂが形成されている。燃料極２１とセパレータ２４ａとの間であってガス拡散層２５の上部および下部には、ガスシール２６ａが設置されている。空気極２２とセパレータ２４ｂとの間であってガス拡散層２５ｂの上部および下部には、ガスシール２６ｂが設置されている。

【0060】

燃料電池２０（固体高分子形燃料電池）では、図６に示すように、燃料極２１（電極１０）に水素（燃料）が供給され、空気極２２（電極１０）に空気（酸素）が供給される。燃料極２１（電極１０）では、水素がＨ_２→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２３内を通って空気極２２（電極１０）へ移動し、電子が導線２７内を通って空気極２２へ移動する。固体高分子電解質膜２３には、燃料極２１で生成されたプロトンが通流する。空気極２２（電極１０）では、固体高分子電解質膜２３から移動したプロトンと導線２７を移動した電子とが空気中の酸素と反応し、４Ｈ^＋＋Ｏ_２＋４ｅ→２Ｈ_２Ｏの反応によって水が生成される。少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、遷移金属の中から選択された少なくとも３種類の遷移金属から燃料極２１（電極１０）や空気極２２（電極１０）が形成されているから、燃料極２１や空気極２２が優れた触媒活性（触媒作用）を示し、水素がプロトンと電子とに効率よく分解される。

【0061】

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２１（電極１０）や空気極２２（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２１（電極１０）や空気極２２（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）を使用した燃料電池２０では、燃料極２１（電極１０）や空気極２２（電極１０）との間の電圧（起電力）が１．０１（Ｖ）〜１．０２（Ｖ）であった。

【0062】

Ｉ−Ｖ特性試験では、燃料極２１（電極１０）や空気極２２（電極１０）との間に負荷を接続し、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）を使用した燃料電池では、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。

【0063】

電極１０は、それが各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成され、選択された少なくとも３種類のそれら遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物１６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１４（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極１５であり、選択された少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択されているから、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池２０の燃料極２１（アノード）や空気極２２（カソード）として好適に使用することができる。

【0064】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、それが各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の燃料極２１（アノード）や空気極２２（カソード）を廉価に作ることができる。電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、その厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、電極１０の電気抵抗が低く、電極１０をプロトンがスムースに移動することができ、電極１０を燃料電池２０に使用することで、燃料電池２０において十分な電気を発電することができ、燃料電池２０に接続された負荷２８に十分な電気エネルギーを供給することができる。

【0065】

図９は、電極１０を使用した水素ガス発生装置２９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２９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３１（アノード）と、電極１０を使用した陰極３０（カソード）と、陽極３１および陰極３０の間に介在する固体高分子電解質膜３２（フッ素系イオン交換膜）と、陽極給電部材３３ｂおよび陰極給電部材３３ａと、陽極用貯水槽３４ｂおよび陰極用貯水槽３４ａと、陽極主電極３５ｂおよび陰極主電極３５ａとから形成されている。

【0066】

水素ガス発生装置２９では、陽極３１や陰極３０、固体高分子電解質膜３２が厚み方向へ重なり合って一体化し、膜/電極接合体 (Membrane Electrode Assembly, MEA)を構成し、膜/電極接合体を陽極給電部材３３ｂと陰極給電部材３３ａとが挟み込んでいる。固体高分子電解質膜３２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３３ｂは、陽極３１の外側に位置して陽極３１に密着し、陽極３１に＋の電流を給電する。陽極用貯水槽３４ｂは、陽極給電部材３３ｂの外側に位置して陽極給電部材３３ｂに密着している。陽極主電極３５ｂは、陽極用貯水槽３４ｂの外側に位置して陽極給電部材３３ｂに＋の電流を給電する。陰極給電部材３３ａは、陰極３０の外側に位置して陰極３０に密着し、陰極３０に−の電流を給電する。陰極用貯水槽３４ａは、陰極給電部材３３ａの外側に位置して陰極給電部材３３ａに密着している。陰極主電極３５ａは、陰極用貯水槽３４ａの外側に位置して陰極給電部材３３ａに−の電流を給電する。

【0067】

水素ガス発生装置２０では、図９に矢印で示すように、陽極用貯水槽３４ｂおよび陰極用貯水槽３４ａに水（Ｈ_２Ｏ）が給水され、陽極主電極３５ｂに電源から＋の電流が給電されるとともに、陰極主電極３５ａに電源から−の電流が給電される。陽極主電極３５ｂに給電された＋の電流が陽極給電部材３３ｂから陽極３１（アノード）に給電され、陰極主電極３５ａに給電された−の電流が陰極給電部材３３ａから陰極３０（カソード）に給電される。陽極３１（電極１０）では、２Ｈ_２Ｏ→４Ｈ^＋＋４ｅ⁻＋Ｏ_２の陽極反応（触媒作用）によって酸素が生成され、陰極３０（電極１０）では、４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２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３２内を通って陰極３０（電極１０）へ移動する。固体高分子電解質膜３２には、陽極３１で生成されたプロトンが通流する。少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、遷移金属の中から選択された少なくとも３種類の遷移金属から陽極３１（電極１０）や陰極３０（電極１０）が形成されているから、陽極３１や陰極３０が優れた触媒活性（触媒作用）を示す。

【0068】

遷移金属から形成された電極１０の一例としては、粉状に加工されたＮｉ（ニッケル）の粉体を主成分とし、Ｎｉの粉体とＮｉを除く粉状に加工されたその他の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも２種類）の粉体とを均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物１６を焼成することで多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されたポーラス構造金属薄板１５である。

【0069】

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、多数の微細な流路１４（通路孔）を有する多孔質の薄板状に成型され、その厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲、好ましくは、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲にある。Ｎｉの粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。Ｎｉの粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）では、所定面積の薄板状に圧縮した金属粉体混合物１６の焼成時に最も融点の低い遷移金属の粉体が溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとして他の遷移金属の粉体が接合されている。

【0070】

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）では、粉状に加工されたＮｉの金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が３０％〜５０％の範囲、Ｎｉを除く粉状に加工された少なくとも１種類の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも１種類）の金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が２０％〜５０％の範囲にあり、Ｎｉを除く粉状に加工された少なくとも他の１種類の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも他の１種類）の金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある。なお、バインダーとなる遷移金属の粉体の金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

【0071】

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とした電極１０の具体例としては、Ｎｉの粉体、Ｃｕ（銅）の粉体、ＺＮ（亜鉛）の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物１６を焼成することで多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極１５である。この電極１０は、金属粉体混合物１６の全重量に対するＮｉの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＣｕの粉体重量比が４２％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＺｎの粉体重量比が１０％である。Ｎｉの融点が１４５５℃、Ｃｕの融点が１０８４．５℃、Ｚｎの融点が４１９．８５℃であるから、Ｚｎの粉体が溶融し、溶融したＺｎがバインダーとなってＮｉの粉体とＣｕの粉体とを接合している。

【0072】

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とした電極１０の他の具体例としては、Ｎｉの粉体、Ｍｎ（マンガン）の粉体、Ｍｏ（モリブデン）の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物１６を焼成することで多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極１５である。この電極１０は、金属粉体混合物１６の全重量に対するＮｉの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＭｎの粉体重量比が７％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＭｏの粉体重量比が４５％である。Ｎｉの融点が１４５５℃、Ｍｎの融点が１２４６℃、Ｍｏの融点が２６２３℃であるから、Ｍｎの粉体が溶融し、溶融したＭｎがバインダーとなってＮｉの粉体とＭｏの粉体とを接合している。

【0073】

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型された電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、Ｎｉの仕事関数とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池２０や水素ガス発生装置２９等の燃料極２０、陽極３１（アノード）または空気極２１、陰極３０（カソード）として好適に使用することができる。

【0074】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、それがＮｉの粉体と各種の遷移金属から選択されたＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の燃料極２０、陽極３１や空気極２１、陰極３０を廉価に作ることができる。Ｎｉを主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、その厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、電極１０の電気抵抗が低く、電極１０をプロトンがスムースに移動することができ、電極１０を燃料電池２０に使用することで、燃料電池２０において十分な電気を発電することができ、燃料電池２０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１０を水素ガス発生装置２９に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置２９において十分な水素ガスを発生させることができる。

【0075】

遷移金属から形成された電極１０の他の一例としては、粉状に加工されたＦｅ（鉄）の粉体を主成分とし、Ｆｅの粉体とＦｅを除く粉状に加工されたその他の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも２種類）の粉体とを均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物１６を焼成することで多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極１５である。

【0076】

Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、多数の微細な流路１４（通路孔）を有する多孔質の薄板状に成型され、その厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲、好ましくは、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲にある。Ｆｅの粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。Ｆｅの粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）では、所定面積の薄板状に圧縮した金属粉体混合物１６の焼成時に最も融点の低い遷移金属の粉体が溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとして他の遷移金属の粉体が接合されている。

【0077】

Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とした電極１０では、粉状に加工されたＦｅの金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が３０％〜５０％の範囲、Ｆｅを除く粉状に加工された少なくとも１種類の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも１種類）の金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が２０％〜５０％の範囲にあり、Ｆｅを除く粉状に加工された少なくとも他の１種類の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＣｕ（銅）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも他の１種類）の金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある。なお、バインダーとなる遷移金属の粉体の金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

【0078】

Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とした電極１０の具体例としては、Ｆｅの粉体、Ｎｉ（ニッケル）の粉体、Ｃｕ（銅）の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物１６を焼成することで多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極１５である。この電極１０は、金属粉体混合物１６の全重量に対するＦｅの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＮｉの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＣｕの粉体の重量比が４％である。Ｆｅの融点が１５３６℃、Ｎｉの融点が１４５５℃、Ｃｕの融点が１０８４．５℃であるから、Ｃｕの粉体が溶融し、溶融したＣｕがバインダーとなってＦｅの粉体とＮｉの粉体とを接合している。

【0079】

Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とした電極１０の他の具体例としては、Ｆｅの粉体、Ｔｉ（チタン）の粉体、Ａｇ（銀）の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物１６を焼成することで多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極１５である。この電極１０は、金属粉体混合物１６の全重量に対するＦｅの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＴｉの粉体重量比が４６％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＡｇの粉体重量比が６％である。Ｆｅの融点が１５３６℃、Ｔｉの融点が１６６６℃、Ａｇの融点が９６１．９３℃であるから、Ａｇの粉体が溶融し、溶融したＡｇがバインダーとなってＦｅの粉体とＴｉの粉体とを接合している。

【0080】

Ｆｅの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型された電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、Ｆｅの仕事関数とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池２０や水素ガス発生装置２９等の燃料極２０、陽極３１（アノード）または空気極２１、陰極３０（カソード）として好適に使用することができる。

【0081】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、それがＦｅの粉体と各種の遷移金属から選択されたＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の燃料極２０、陽極３１や空気極２１、陰極３０を廉価に作ることができる。Ｆｅを主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、その厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、電極１０の電気抵抗が低く、電極１０をプロトンがスムースに移動することができ、電極１０を燃料電池２０に使用することで、燃料電池２０において十分な電気を発電することができ、燃料電池２０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１０を水素ガス発生装置２９に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置２９において十分な水素ガスを発生させることができる。

【0082】

遷移金属から形成された電極１０の他の一例としては、粉状に加工されたＣｕ（銅）の粉体を主成分とし、Ｃｕの粉体とＣｕを除く粉状に加工されたその他の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも２種類）の粉体とを均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物１６を焼成することで多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極１５である。

【0083】

Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、多数の微細な流路１４（通路孔）を有する多孔質の薄板状に成型され、その厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲、好ましくは、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲にある。Ｃｕの粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、Ｃｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている。Ｃｕの粉体を主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）では、所定面積の薄板状に圧縮した金属粉体混合物１６の焼成時に最も融点の低い遷移金属の粉体が溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとして他の遷移金属の粉体が接合されている。

【0084】

Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とした電極１０では、粉状に加工されたＣｕの金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が３０％〜５０％の範囲、Ｃｕを除く粉状に加工された少なくとも１種類の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも１種類）の金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が２０％〜５０％の範囲にあり、Ｃｕを除く粉状に加工された少なくとも他の１種類の遷移金属（粉状のＴｉ（チタン）、粉状のＣｒ（クロム）、粉状のＭｎ（マンガン）、粉状のＦｅ（鉄）、粉状のＣｏ（コバルト）、粉状のＮｉ（ニッケル）、粉状のＺｎ（亜鉛）、粉状のＮｂ（ニオブ）、粉状のＭｏ（モリブデン）、粉状のＡｇ（銀）のうちの少なくとも他の１種類）の金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある。なお、バインダーとなる遷移金属の粉体の金属粉体混合物１６の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある。

【0085】

Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とした電極１０の具体例としては、Ｃｕの粉体、Ｆｅ（鉄）の粉体、Ｚｎ（亜鉛）の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物１６を焼成することで多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極１５である。この電極１０は、金属粉体混合物１６の全重量に対するＣｕの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＦｅの粉体重量比が４８％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＺｎの粉体重量比が４％である。Ｃｕの融点が１０８４．５℃、Ｆｅの融点が１５３６℃、Ｚｎの融点が４１９．５８℃であるから、Ｚｎの粉体が溶融し、溶融したＺｎがバインダーとなってＣｕの粉体とＦｅの粉体とを接合している。

【0086】

Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とした電極１０の具体例としては、Ｃｕの粉体、Ｆｅ（鉄）の粉体、Ａｇ（銀）の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、その金属粉体混合物１６を焼成することで多数の微細な流路１４（通路孔）が形成されたポーラス構造のアロイ薄板電極１５である。この電極１０は、金属粉体混合物１６の全重量に対するＣｕの粉体の重量比が４８％、金属粉体混合物１６の全重量に対するＦｅの粉体重量比が４６％、金属粉体混合物 ８の全重量に対するＡｇの粉体重量比が６％である。Ｃｕの融点が１０８４．５℃、Ｆｅの融点が１５３６℃、Ａｇの融点が９６１．９３℃であるから、Ａｇの粉体が溶融し、溶融したＡｇがバインダーとなってＣｕの粉体とＦｅの粉体とを接合している。

【0087】

Ｃｕの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型された電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、Ｃｕの仕事関数とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されているから、白金族元素と略同一の仕事関数を備え、白金族元素と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池２０や水素ガス発生装置２９等の燃料極２０、陽極３１（アノード）または空気極２１、陰極３０（カソード）として好適に使用することができる。

【0088】

電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、それがＣｕの粉体と各種の遷移金属から選択されたＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されておらず、非白金の燃料極２０、陽極３１や空気極２１、陰極３０を廉価に作ることができる。Ｃｕを主成分とした電極１０（ポーラス構造のアロイ薄板電極１５）は、その厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、電極の電気抵抗が低く、電極をプロトンがスムースに移動することができ、電極１０を燃料電池２０に使用することで、燃料電池２０において十分な電気を発電することができ、燃料電池２０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１０を水素ガス発生装置２９に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置２９において十分な水素ガスを発生させることができる。

【0089】

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、遷移金属選択工程Ｓ１、金属粉体混合物作成工程Ｓ２、金属薄板作成工程Ｓ３、ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４を有する電極製造方法によって製造される。遷移金属選択工程Ｓ１では、各種の遷移金属３６から選択する少なくとも３種類の遷移金属３６の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属３６の中から少なくとも３種類の遷移金属３６（Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｇ（銀））を選択する。

【0090】

遷移金属選択工程Ｓ１において、既述のように、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした電極１０では、Ｃｕ（銅）およびＺＮ（亜鉛）を選択し、または、Ｍｎ（マンガン）およびＭｏ（モリブデン）を選択する。Ｆｅ（鉄）を主成分とした電極１０では、Ｎｉ（ニッケル）およびＣｕ（銅）を選択し、または、Ｔｉ（チタン）およびＡｇ（銀）を選択する。Ｃｕ（銅）を主成分とした電極１０では、Ｆｅ（鉄）およびＺｎ（亜鉛）を選択し、または、Ｆｅ（鉄）およびＡｇ（銀）を選択する。

【0091】

金属粉体混合物作成工程Ｓ２では、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択された少なくとも３種類の遷移金属３６の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を作る。金属粉体混合物作成工程Ｓ２において、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした電極１０では、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＮｉ、Ｃｕ（銅）、ＺＮ（亜鉛）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してＮｉの粉体、Ｃｕの粉体、Ｚｎの粉体を作成する。次に、Ｎｉの粉体やＣｕの粉体、Ｚｎの粉体を混合機に投入して混合機によってＮｉの粉体、Ｃｕの粉体、Ｚｎの粉体を攪拌・混合し、Ｎｉの粉体、Ｃｕの粉体、Ｚｎの粉体が均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を作る。または、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＮｉ（ニッケル）、Ｍｎ（マンガン）、Ｍｏ（モリブデン）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してＮｉの粉体、Ｍｎの粉体、Ｍｏの粉体を作成する。次に、Ｎｉの粉体やＭｎの粉体、Ｍｏの粉体を混合機に投入して混合機によってＮｉの粉体、Ｍｎの粉体、Ｍｏの粉体を攪拌・混合し、Ｎｉの粉体、Ｍｎの粉体、Ｍｏの粉体が均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を作る。

【0092】

金属粉体混合物作成工程Ｓ２において、Ｆｅ（鉄）を主成分とした電極１０では、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＦｅ、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してＦｅの粉体、Ｎｉの粉体、Ｃｕの粉体を作成する。次に、Ｆｅの粉体やＮｉの粉体、Ｃｕの粉体を混合機に投入して混合機によってＦｅの粉体、Ｎｉの粉体、Ｃｕの粉体を攪拌・混合し、Ｆｅの粉体、Ｎｉの粉体、Ｃｕの粉体が均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を作る。または、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＦｅ（鉄）、Ｔｉ（チタン）、Ａｇ（銀）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してＦｅの粉体、Ｔｉの粉体、Ａｇの粉体を作成する。次に、Ｆｅの粉体やＴｉの粉体、Ａｇの粉体を混合機に投入して混合機によってＦｅの粉体、Ｔｉの粉体、Ａｇの粉体を攪拌・混合し、Ｆｅの粉体、Ｔｉの粉体、Ａｇの粉体が均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を作る。

【0093】

金属粉体混合物作成工程Ｓ２において、Ｃｕ（銅）を主成分とした電極１０では、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＣｕ、Ｆｅ（鉄）、Ｚｎ（亜鉛）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してＣｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ｚｎの粉体を作成する。次に、Ｃｕの粉体やＦｅの粉体、Ｚｎの粉体を混合機に投入して混合機によってＣｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ｚｎの粉体を攪拌・混合し、Ｃｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ｚｎの粉体が均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を作る。または、遷移金属選択工程Ｓ１によって選択されたＣｕ（銅）、Ｆｅ（鉄）、Ａｇ（銀）のそれぞれを微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してＣｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ａｇの粉体を作成する。次に、Ｃｕの粉体やＦｅの粉体、Ａｇの粉体を混合機に投入して混合機によってＣｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ａｇの粉体を攪拌・混合し、Ｃｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ａｇの粉体が均一に混合・分散した金属粉体混合物１６を作る。

【0094】

金属薄板作成工程Ｓ３では、金属粉体混合物作成工程Ｓ２によって作られた金属粉体混合物１６を所定圧力で加圧し、金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮した金属薄板１１を作る。金属薄板作成工程Ｓ３では、金属粉体混合物１６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金属薄板１１を作る。プレス加工時におけるプレス圧（圧力）は、５００Ｍｐａ〜８００Ｍｐａの範囲にある。プレス圧（圧力）が５００Ｍｐａ未満では、金属薄板１１に形成される流路１４（通路孔）の開口面積（開口径）が大きくなり、金属薄板１１の厚み寸法を０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍにしつつ開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を金属薄板１１に形成することができない。プレス圧（圧力）が８００Ｍｐａを超過すると、金属薄板１１に形成される流路１４（通路孔）の開口面積（開口径）が必要以上に小さくなり、金属薄板１１の厚み寸法を０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍにしつつ開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を金属薄板１１に形成することができない。電極製造方法は、金属粉体混合物１６を前記範囲の圧力で加圧（圧縮）することで、金属薄板１１の厚み寸法を０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍにしつつ開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成した金属薄板１１を作ることができる。

【0095】

金属薄板作成工程Ｓ３において、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした電極１０では、Ｎｉの粉体、Ｃｕ（銅）の粉体、ＺＮ（亜鉛）粉体を混合した金属粉体混合物１６の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物１６をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成した金属薄板１１を作る。または、Ｎｉの粉体、Ｍｎ（マンガン）の粉体、Ｍｏ（モリブデン）の粉体を混合した金属粉体混合物１６の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物１６をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成した金属薄板１１を作る。

【0096】

金属薄板作成工程Ｓ３において、Ｆｅ（鉄）を主成分とした電極１０では、Ｆｅの粉体、Ｎｉ（ニッケル）の粉体、Ｃｕ（銅）の粉体を混合した金属粉体混合物１６の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物１６をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成した金属薄板１１を作る。または、Ｆｅの粉体、Ｔｉ（チタン）の粉体、Ａｇ（銀）の粉体を混合した金属粉体混合物１６の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物１６をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成した金属薄板１１を作る。

【0097】

金属薄板作成工程Ｓ３において、Ｃｕ（銅）を主成分とした電極１０では、Ｃｕの粉体、Ｆｅ（鉄）の粉体、Ｚｎ（亜鉛）の粉体を混合した金属粉体混合物１６の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物１６をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成した金属薄板１１を作る。または、Ｃｕの粉体、Ｆｅ（鉄）の粉体、Ａｇ（銀）の粉体を混合した金属粉体混合物１６の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物１６をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物１６を所定面積の薄板状に圧縮し、厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであって開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成した金属薄板１１を作る。

【0098】

ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４では、金属薄板作成工程Ｓ３によって作られた金属薄板１１を炉（電気炉）に投入し、金属薄板１１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１４（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極１５（電極１０）を作る。ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４では、遷移金属選択工程Ｓ３によって選択された少なくとも３種類の遷移金属３６のうちの融点が最も低い遷移金属３６の粉体を溶融させる温度で金属薄板１１を長時間焼成する。焼成（焼結）時間は、３時間〜６時間である。ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４では、所定面積の薄板状に圧縮した金属薄板１１（金属粉体混合物１６）の焼成時において、最も融点の低い遷移金属３６の粉体が溶融し、溶融した遷移金属３６をバインダーとして他の遷移金属３６の粉体を接合（固着）する。

【0099】

ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４において、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした電極１０では、Ｎｉの粉体、Ｃｕ（銅）の粉体、ＺＮ（亜鉛）粉体を混合した金属粉体混合物１６を圧縮した金属薄板１１を炉（電気炉）において長時間焼成し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極１５（電極１０）を作る。Ｎｉの粉体、Ｃｕの粉体、Ｚｎの粉体から形成された金属薄板１１では、Ｚｎの粉体を溶融させる温度（例えば、５００℃〜８００℃）で金属薄板１１を焼成し、溶融したＺｎの粉体によってＮｉの粉体とＣｕの粉体とが接合（固着）される。

【0100】

また、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした電極１０では、Ｎｉの粉体、Ｍｎ（マンガン）の粉体、Ｍｏ（モリブデン）の粉体を混合した金属粉体混合物１６を圧縮した金属薄板１１を炉（電気炉）において長時間焼成し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極１５（電極１０）を作る。Ｎｉの粉体、Ｍｎの粉体、Ｍｏの粉体から形成された金属薄板１１では、Ｍｎの粉体を溶融させる温度（例えば、１２００℃〜１４００℃）で金属薄板１１を焼成し、溶融したＭｎの粉体によってＭｎの粉体とＭｏの粉体とが接合（固着）される。

【0101】

ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４において、Ｆｅ（鉄）を主成分とした電極１０では、Ｆｅの粉体、Ｎｉ（ニッケル）の粉体、Ｃｕ（銅）の粉体を混合した金属粉体混合物１６を圧縮した金属薄板１１を炉（電気炉）において長時間焼成し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極１５（電極１０）を作る。Ｆｅの粉体、Ｎｉの粉体、Ｃｕの粉体から形成された金属薄板１１では、Ｃｕの粉体を溶融させる温度（例えば、１１００℃〜１３００℃）で金属薄板１１を焼成し、溶融したＣｕの粉体によってＦｅの粉体とＮｉの粉体とが接合（固着）される。

【0102】

また、Ｆｅ（鉄）を主成分とした電極１０では、Ｆｅの粉体、Ｔｉ（チタン）の粉体、Ａｇ（銀）の粉体を混合した金属粉体混合物１６を圧縮した金属薄板１１を炉（電気炉）において長時間焼成し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極１５（電極１０）を作る。Ｆｅの粉体、Ｔｉの粉体、Ａｇの粉体から形成された金属薄板１１では、Ａｇの粉体を溶融させる温度（例えば、１０００℃〜１２００℃）で金属薄板１１を焼成し、溶融したＡｇの粉体によってＦｅの粉体とＴｉの粉体とが接合（固着）される。

【0103】

ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４において、Ｃｕ（銅）を主成分とした電極１０では、Ｃｕの粉体、Ｆｅ（鉄）の粉体、Ｚｎ（亜鉛）の粉体を混合した金属粉体混合物１６を圧縮した金属薄板１１を炉（電気炉）において長時間焼成し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極１５（電極１０）を作る。Ｃｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ｚｎの粉体から形成された金属薄板１１では、Ｚｎの粉体を溶融させる温度（例えば、５００℃〜８００℃）で金属薄板１１を焼成し、溶融したＺｎの粉体によってＣｕの粉体とＦｅの粉体とが接合（固着）される。

【0104】

また、Ｃｕ（銅）を主成分とした電極１０では、Ｃｕの粉体、Ｆｅ（鉄）の粉体、Ａｇ（銀）の粉体を混合した金属粉体混合物１６を圧縮した金属薄板１１を炉（電気炉）において長時間焼成し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路１４（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ薄板電極１５（電極１０）を作る。Ｃｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ａｇの粉体から形成された金属薄板１１では、Ａｇの粉体を溶融させる温度（例えば、１０００℃〜１１００℃）で金属薄板１１を焼成し、溶融したＡｇの粉体によってＣｕの粉体とＦｅの粉体とが接合（固着）される。

【0105】

電極製造方法は、遷移金属選択工程Ｓ１や金属粉体混合物作成工程Ｓ２、金属薄板作成工程Ｓ３、ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程Ｓ４によって厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であって多数の微細な流路１４（通路孔）を形成した電極１０を作ることができ、白金族元素を利用しない非白金の燃料極２０、陽極３１や空気極２１、陰極３０を廉価に作ることができるとともに、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触媒活性（触媒作用）を有して燃料極２０、陽極３１や空気極２１、陰極３０として使用することが可能な非白金の電極１０を作ることができる。

【0106】

電極製造方法は、厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であって多数の微細な流路１４（通路孔）を形成した電極１０を作ることができるから、電極１０の電気抵抗を低くすることができるとともに、電極１０をプロトンがスムースに移動することができ、燃料電池２０において十分な電気を発電することが可能であって燃料電池２０に接続された負荷２８に十分な電気エネルギーを供給することが可能な電極１０を作ることができる。電極製造方法は、水素ガス発生装置２９において電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置２９において十分な水素ガスを発生させることが可能な電極１０を作ることができる。

【符号の説明】

【0107】

１０ 電極
１１ 金属薄板
１２ 前面
１３ 後面
１４ 流路（通路孔）
１５ ポーラス構造のアロイ薄板電極
１６ 金属粉体混合物
１７ 通流口
１８ 外周縁
１９ セル
２０ 燃料電池
２１ 燃料極
２２ 空気極
２３ 固体高分子電解質膜
２４ａ，ｂ セパレータ（バイポーラプレート）
２５ａ，ｂ ガス拡散層
２６ａ，ｂ ガスシール
２７ 導線
２８ 負荷
２９ 水素ガス発生装置
３０ 陰極
３１ 陽極
３２ 固体高分子電解質膜
３３ａ 陰極給電部材
３３ｂ 陽極給電部材
３４ａ 陰極用貯水槽
３４ｂ 陽極用貯水槽
３５ａ 陰極主電極
３５ｂ 陽極主電極
３６ 遷移金属

【手続補正2】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アノードまたはカソードとして使用する電極において、
前記電極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属から形成され、選択された少なくとも３種類のそれら遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を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薄板電極であり、前記ポーラス構造のアロイ薄板電極の厚み寸法が、０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあり、前記ポーラス構造のアロイ薄板電極では、選択された少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択されていることを特徴とする電極。

【請求項2】

前記ポーラス構造のアロイ薄板電極が、Ｎｉの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型され、前記ポーラス構造のアロイ薄板電極では、前記Ｎｉの仕事関数と該Ｎｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が前記白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中からＮｉの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている請求項１に記載の電極。

【請求項3】

前記Ｎｉの粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３０％〜５０％の範囲、前記Ｎｉの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％〜５０％の範囲にあり、前記Ｎｉの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある請求項２に記載の電極。

【請求項4】

前記ポーラス構造のアロイ薄板電極が、Ｆｅの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型され、前記ポーラス構造のアロイ薄板電極では、前記Ｆｅの仕事関数と該Ｆｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が前記白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中からＦｅの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている請求項１に記載の電極。

【請求項5】

前記Ｆｅの粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３０％〜５０％の範囲、前記Ｆｅの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％〜５０％の範囲にあり、前記Ｆｅの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある請求項４に記載の電極。

【請求項6】

前記ポーラス構造のアロイ薄板電極が、Ｃｕの粉体を主成分として０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲の厚み寸法に成型され、前記ポーラス構造のアロイ薄板電極では、前記Ｃｕの仕事関数と該Ｃｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が前記白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中からＣｕの粉体を除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体が選択されている請求項１に記載の電極。

【請求項7】

前記Ｃｕの粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３０％〜５０％の範囲、前記Ｃｕの粉体を除く１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、２０％〜５０％の範囲にあり、前記Ｃｕの粉体を除く他の少なくとも１種類の遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある請求項６に記載の電極。

【請求項8】

前記ポーラス構造のアロイ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７いずれかに記載の電極。

【請求項9】

前記ポーラス構造のアロイ薄板電極の密度が、５．０ｇ／ｃｍ^２〜７．０ｇ／ｃｍ^２の範囲にある請求項１ないし請求項８いずれかに記載の電極。

【請求項10】

前記遷移金属の粉体の粒径が、１０μｍ〜２００μｍの範囲にある請求項１ないし請求項９いずれかに記載の電極。

【請求項11】

前記ポーラス構造のアロイ薄板電極では、所定面積の薄板状に圧縮した前記金属粉体混合物の焼成時に最も融点の低い遷移金属の粉体が溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとして他の遷移金属の粉体が接合されている請求項１ないし請求項１０いずれかに記載の電極。

【請求項12】

前記バインダーとなる遷移金属の粉体の前記金属粉体混合物の全重量に対する重量比が、３％〜２０％の範囲にある請求項１１に記載の電極。

【請求項13】

前記電極が、各種の遷移金属から選択する少なくとも３種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属を選択する遷移金属選択工程と、前記遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を作る金属粉体混合物作成工程と、前記金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を所定圧力で加圧して金属薄板を作る金属薄板作成工程と、前記金属薄板作成工程によって作られた金属薄板を所定温度で焼成して多数の微細な流路を形成した前記ポーラス構造のアロイ薄板電極を作るポーラス構造アロイ薄板電極作成工程とによって製造されている請求項１ないし請求項１２いずれかに記載の電極。

【請求項14】

前記金属粉体混合物作成工程が、前記遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属を１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕する請求項１３に記載の電極。

【請求項15】

前記金属薄板作成工程が、前記金属粉体混合物作成工程によって作られた金属粉体混合物を５００Ｍｐａ〜８００Ｍｐａの圧力で加圧し、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金属薄板を作る請求項１３または請求項１４に記載の電極。

【請求項16】

前記ポーラス構造アロイ薄板電極作成工程が、前記遷移金属選択工程によって選択された少なくとも３種類の遷移金属のうちの融点が最も低い遷移金属の粉体を溶融させる温度で前記金属薄板を焼成する請求項１３ないし請求項１５いずれかに記載の電極。