特開 2020-13722 固体高分子形燃料電池及び電極製造方法

(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2020-13722(P2020-13722A)

(43)【公開日】2020年1月23日

(54)【発明の名称】固体高分子形燃料電池及び電極製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/90 20060101AFI20191220BHJP

   H01M 4/96 20060101ALI20191220BHJP

   H01M 8/10 20160101ALI20191220BHJP

   H01M 8/1004 20160101ALI20191220BHJP

   C25B 11/12 20060101ALI20191220BHJP

   C25B 11/06 20060101ALI20191220BHJP

【ＦＩ】

   H01M4/90 M

   H01M4/96

   H01M4/96 M

   H01M8/10 101

   H01M8/1004

   C25B11/12

   C25B11/06 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2018-135915(P2018-135915)

(22)【出願日】2018年7月19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

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 健治

【テーマコード（参考）】

4K011

5H018

5H126

【Ｆターム（参考）】

4K011AA02

4K011AA23

4K011AA33

4K011AA35

4K011AA40

4K011BA03

4K011BA08

4K011CA04

4K011DA01

5H018AA06

5H018BB01

5H018BB03

5H018BB11

5H018BB12

5H018EE02

5H018EE04

5H018EE10

5H018HH00

5H018HH01

5H018HH03

5H018HH05

5H018HH09

5H126AA02

5H126BB06

5H126EE03

5H126EE22

(57)【要約】

【課題】白金族元素を利用することなく触媒活性（触媒作用）を有する燃料極及び空気極を備え、白金レスの燃料極及び空気極を使用して十分な電気を発電することができる固体高分子形燃料電池を提供する。
【解決手段】固体高分子形燃料電池を形成するセル１１は、燃料極１３Ａ及び空気極１４Ａと、それら極１３Ａ，１４Ａの間に位置する固体高分子電解質膜１５と、燃料極１３Ａの外側と空気極１４Ａの外側とに位置するセパレータ１６，１７とから形成されている。燃料極１３Ａ及び空気極１４Ａは、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物を微粉砕したアロイ粉体２５と、アロイ粉体２５を両面に担持させた所定面積のカーボン電極板２６とから形成され、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３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のセルを有するセルスタックを備え、前記セルが、燃料極及び空気極と、前記燃料極と前記空気極との間に位置する電極接合体膜と、前記燃料極の外側と前記空気極の外側とに位置するセパレータとから形成された固体高分子形燃料電池において、
前記燃料極及び前記空気極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物を微粉砕したアロイ粉体と、前記アロイ粉体を両面に担持させた所定面積のカーボン電極板とから形成され、前記金属粉体混合物では、前記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固体高分子形燃料電池。

【請求項2】

前記カーボン電極板の両面には、該カーボン電極板の厚み方向へ重なる前記アロイ粉体によってアロイ粉体積層ポーラス構造物が形成され、前記固体高分子形燃料電池では、前記電極接合体膜と前記アロイ粉体積層ポーラス構造物とが隙間なく重なり合っている請求項１に記載の固体高分子形燃料電池。

【請求項3】

前記遷移金属の粉体の粒径が、１０μｍ〜２００μｍの範囲にあり、前記アロイ粉体の粒径が、１０μｍ〜２００μｍの範囲にあり、前記カーボン電極板の厚み寸法が、０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にある請求項１又は請求項２に記載の固体高分子形燃料電池。

【請求項4】

前記金属粉体混合物が、Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とし、前記金属粉体混合物では、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前記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ないし請求項３いずれかに記載の固体高分子形燃料電池。

【請求項5】

前記金属粉体混合物の全重量に対する前記Ｎｉ（ニッケル）の粉体の重量比が、３０％〜５０％の範囲にあり、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４に記載の固体高分子形燃料電池。

【請求項6】

前記金属粉体混合物が、Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とし、前記金属粉体混合物では、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前記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ないし請求項３いずれかに記載の固体高分子形燃料電池。

【請求項7】

前記金属粉体混合物の全重量に対する前記Ｆｅ（鉄）の粉体の重量比が、３０％〜５０％の範囲にあり、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６に記載の固体高分子形燃料電池。

【請求項8】

前記金属粉体混合物が、Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とし、前記金属粉体混合物では、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前記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ないし請求項３いずれかに記載の固体高分子形燃料電池。

【請求項9】

前記金属粉体混合物の全重量に対する前記Ｃｕ（銅）の粉体の重量比が、３０％〜５０％の範囲にあり、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８に記載の固体高分子形燃料電池。

【請求項10】

前記アロイ成形物では、前記選択された遷移金属のうちの少なくとも２種類の遷移金属が金属粉体混合物の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとしてそれら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９いずれかに記載の固体高分子形燃料電池。

【請求項11】

固体高分子形燃料電池のセルを形成する燃料極及び空気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、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粉体圧縮物を作る金属粉体圧縮物作成工程と、前記金属粉体圧縮物作成工程によって作られた金属粉体圧縮物を所定温度で焼成してアロイ成形物を作るアロイ成形物作成工程と、前記アロイ成形物作成工程によって作られたアロイ成形物を微粉砕してアロイ粉体を作るアロイ粉体作成工程と、前記アロイ粉体作成工程によって作られたアロイ粉体を所定面積のカーボン電極板の両面に担持させるアロイ粉体担持工程とを有することを特徴とする固体高分子形燃料電池の電極製造方法。

【請求項12】

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の粒径に微粉砕し、前記アロイ粉体作成工程が、前記アロイ成形物を１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕する請求項１１に記載の固体高分子形燃料電池の電極製造方法。

【請求項13】

前記金属粉体圧縮物作成工程が、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の圧力で加圧して前記金属粉体圧縮物を作る請求項１１又は請求項１２に記載の固体高分子形燃料電池の電極製造方法。

【請求項14】

前記アロイ成形物作成工程が、前記遷移金属選択工程によって選択された遷移金属のうちの少なくとも２種類の遷移金属を溶融させる温度で前記金属粉体圧縮物を焼成し、溶融した遷移金属をバインダーとしてそれら遷移金属の粉体を接合する請求項１１ないし請求項１３いずれかに記載の固体高分子形燃料電池の電極製造方法。

【請求項15】

前記アロイ粉体担持工程が、０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの厚み寸法の前記カーボン電極板の両面に前記アロイ粉体を担持させ、前記カーボン電極板の厚み方向へ重なる前記アロイ粉体によって該カーボン電極板の両面にアロイ粉体積層ポーラス構造物を形成する請求項１１ないし請求項１４いずれかに記載の固体高分子形燃料電池の電極製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数のセルを有するセルスタックを備えた固体高分子形燃料電池に関するとともに、固体高分子形燃料電池のセルを形成する燃料極及び空気極の電極製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜を両面から挟持するアノード電極及びカソード電極と、液体燃料を収容する燃料容器と、アノード電極とカソード電極との間に設けられる気液分離性多孔質体からなる燃料気化層と、燃料気化層を両面から挟持する有孔固定板とを有し、カソード電極側に配置した有孔固定板の開口率がアノード電極側に配置した有孔固定板の開口率よりも大きい個体高分子形燃料電池が開示されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−２２２１１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前記特許文献１に開示の個体高分子形燃料電池のカソード電極及びアノード電極の作成方法は、以下のとおりである。炭素粒子に粒子径が３〜５ｎｍの範囲にある白金微粒子を重量比で５５％担持させた触媒担持炭素微粒子を作り、その触媒担持炭素微粒子１ｇに５重量％ナフィオン溶液を適量加えて攪拌し、カソード電極用の触媒ペーストを作る。カソード電極用の触媒ペーストを基材としてのカーボンペーパー上に８ｍｇ／ｃｍ^２の量で塗布した後、乾燥させて４ｃｍ×４ｃｍのカソード電極を作製する。次に、白金微粒子に替えて粒子径が３〜５ｎｍの範囲にある白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金微粒子（Ｒｕの割合は６０ａｔ％）を重量比で５５％担持させた触媒担持炭素微粒子を作り、その触媒担持炭素微粒子１ｇに５重量％ナフィオン溶液を適量加えて攪拌し、アノード電極用の触媒ペーストを作る。アノード電極用の触媒ペーストを基材としてのカーボンペーパー上に８ｍｇ／ｃｍ^２の量で塗布した後、乾燥させて４ｃｍ×４ｃｍのアノード電極を作製する。

【0005】

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。

【0006】

本発明の目的は、白金族元素を利用することなく触媒活性（触媒作用）を有する燃料極及び空気極を備え、白金レスの燃料極及び空気極を使用して十分な電気を発電することができ、負荷に十分な電気エネルギーを供給することができる固体高分子形燃料電池を提供することにある。本発明の他の目的は、白金族元素を利用することなく、廉価に作ることができ、十分な触媒活性（触媒作用）を有する固体高分子形燃料電池の燃料極及び空気極を製造する電極製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するための本発明の第１の前提は、複数のセルを有するセルスタックを備え、セルが、燃料極及び空気極と、燃料極と空気極との間に位置する電極接合体膜と、燃料極の外側と空気極の外側とに位置するセパレータとから形成された固体高分子形燃料電池である。

【0008】

前記第１の前提における本発明の固体高分子形燃料電池の特徴は、燃料極及び前記空気極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物を微粉砕したアロイ粉体と、アロイ粉体を両面に担持させた所定面積のカーボン電極板とから形成され、金属粉体混合物では、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。

【0009】

本発明の固体高分子形燃料電池の一例としては、カーボン電極板の厚み方向へ重なるアロイ粉体によってアロイ粉体積層ポーラス構造物がカーボン電極板の両面に形成され、固体高分子形燃料電池では、電極接合体膜とアロイ粉体積層ポーラス構造物とが隙間なく重なり合っている。

【0010】

本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、遷移金属の粉体の粒径が、１０μｍ〜２００μｍの範囲にあり、アロイ粉体の粒径が、１０μｍ〜２００μｍの範囲にあり、カーボン電極板の厚み寸法が、０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にある。

【0011】

本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、金属粉体混合物が、Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とし、金属粉体混合物では、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。

【0012】

本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、金属粉体混合物の全重量に対するＮｉ（ニッケル）の粉体の重量比が、３０％〜５０％の範囲にあり、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。

【0013】

本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、金属粉体混合物が、Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とし、金属粉体混合物では、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。

【0014】

本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、金属粉体混合物の全重量に対するＦｅ（鉄）の粉体の重量比が、３０％〜５０％の範囲にあり、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。

【0015】

本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、金属粉体混合物が、Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とし、金属粉体混合物では、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。

【0016】

本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例としては、金属粉体混合物の全重量に対するＣｕ（銅）の粉体の重量比が、３０％〜５０％の範囲にあり、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。

【0017】

本発明の固体高分子形燃料電池の他の一例として、アロイ成形物では、選択された遷移金属のうちの少なくとも２種類の遷移金属が金属粉体混合物の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとしてそれら遷移金属の粉体が接合されている。

【0018】

前記課題を解決するための本発明の第２の前提は、固体高分子形燃料電池のセルを形成する燃料極及び空気極を製造する電極製造方法である。

【0019】

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、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粉体圧縮物を作る金属粉体圧縮物作成工程と、金属粉体圧縮物作成工程によって作られた金属粉体圧縮物を所定温度で焼成してアロイ成形物を作るアロイ成形物作成工程と、アロイ成形物作成工程によって作られたアロイ成形物を微粉砕してアロイ粉体を作るアロイ粉体作成工程と、アロイ粉体作成工程によって作られたアロイ粉体を所定面積のカーボン電極板の両面に担持させるアロイ粉体担持工程とを有することにある。

【0020】

本発明の固体高分子形燃料電池の電極製造方法の一例としては、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の粒径に微粉砕し、アロイ粉体作成工程が、アロイ成形物を１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕する。

【0021】

本発明の固体高分子形燃料電池の電極製造方法の他の一例としては、金属粉体圧縮物作成工程が、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の圧力で加圧して金属粉体圧縮物を作る。

【0022】

本発明の固体高分子形燃料電池の電極製造方法の他の一例としては、アロイ成形物作成工程が、遷移金属選択工程によって選択された遷移金属のうちの少なくとも２種類の遷移金属を溶融させる温度で金属粉体圧縮物を焼成し、溶融した遷移金属をバインダーとしてそれら遷移金属の粉体を接合する。

【0023】

本発明の固体高分子形燃料電池の電極製造方法の他の一例としては、アロイ粉体担持工程が、０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの厚み寸法のカーボン電極板の両面にアロイ粉体を担持させ、カーボン電極板の厚み方向へ重なるアロイ粉体によってカーボン電極板の両面にアロイ粉体積層ポーラス構造物を形成する。

【発明の効果】

【0024】

本発明に係る固体高分子形燃料電池によれば、それに使用される燃料極及び空気極が各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物を微粉砕したアロイ粉体と、アロイ粉体を両面に担持させた所定面積のカーボン電極板とから形成され、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、アロイ粉体を有する白金レスの燃料極及び空気極が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、白金レスの燃料極及び空気極を使用した固体高分子形燃料電池において十分な電気を発電することができるとともに、固体高分子形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。

【0025】

カーボン電極板の厚み方向へ重なるアロイ粉体によってカーボン電極板の両面にアロイ粉体積層ポーラス構造物が形成され、電極接合体膜とアロイ粉体積層ポーラス構造物とが隙間なく重なり合っている固体高分子形燃料電池は、カーボン電極板の両面にアロイ粉体積層ポーラス構造物を形成することで、アロイ粉体の比表面積を大きくすることができ、アロイ粉体の触媒作用を十分に利用することができるとともに、アロイ粉体積層ポーラス構造物を有する燃料極及び空気極が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、白金レスの燃料極及び空気極を使用した固体高分子形燃料電池において十分な電気を発電することができるとともに、固体高分子形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。

【0026】

遷移金属の粉体の粒径が１０μｍ〜２００μｍの範囲にあり、アロイ粉体の粒径が１０μｍ〜２００μｍの範囲にあり、カーボン電極板の厚み寸法が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にある固体高分子形燃料電池は、カーボン電極板の厚み寸法を前記範囲にすることで、燃料極及び空気極の電気抵抗を小さくすることができ、燃料極及び空気極を電流がスムースに流れるから、白金レスの燃料極及び空気極を使用した固体高分子形燃料電池において十分な電気を発電することができるとともに、固体高分子形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。

【0027】

金属粉体混合物がＮｉ（ニッケル）の粉体を主成分とし、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固体高分子形燃料電池は、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、アロイ粉体又はアロイ粉体積層ポーラス構造物を有する燃料極及び空気極が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、白金レスの燃料極及び空気極を使用した固体高分子形燃料電池において十分な電気を発電することができるとともに、固体高分子形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。

【0028】

金属粉体混合物の全重量に対するＮｉ（ニッケル）の粉体の重量比が３０％〜５０％の範囲にあり、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％の範囲にある固体高分子形燃料電池は、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、Ｎｉの粉体を主成分とした燃料極及び空気極が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、燃料極や空気極が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮し、白金レスの燃料極及び空気極を使用した固体高分子形燃料電池において十分な電気を発電することができ、固体高分子形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。

【0029】

金属粉体混合物がＦｅ（鉄）の粉体を主成分とし、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固体高分子形燃料電池は、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、アロイ粉体又はアロイ粉体積層ポーラス構造物を有する燃料極及び空気極が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、白金レスの燃料極及び空気極を使用した固体高分子形燃料電池において十分な電気を発電することができるとともに、固体高分子形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。

【0030】

金属粉体混合物の全重量に対するＦｅ（鉄）の粉体の重量比が３０％〜５０％の範囲にあり、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％の範囲にある固体高分子形燃料電池は、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、Ｆｅの粉体を主成分とした燃料極及び空気極が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、燃料極や空気極が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮し、白金レスの燃料極及び空気極を使用した固体高分子形燃料電池において十分な電気を発電することができ、固体高分子形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。

【0031】

金属粉体混合物がＣｕ（銅）の粉体を主成分とし、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固体高分子形燃料電池は、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、アロイ粉体又はアロイ粉体積層ポーラス構造物を有する燃料極及び空気極が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、白金レスの燃料極及び空気極を使用した固体高分子形燃料電池において十分な電気を発電することができるとともに、固体高分子形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。

【0032】

金属粉体混合物の全重量に対するＣｕ（銅）の粉体の重量比が３０％〜５０％の範囲にあり、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％の範囲にある固体高分子形燃料電池は、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、Ｃｕの粉体を主成分とした燃料極及び空気極が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、燃料極や空気極が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮し、白金レスの燃料極及び空気極を使用した固体高分子形燃料電池において十分な電気を発電することができ、固体高分子形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。

【0033】

選択された遷移金属のうちの少なくとも２種類の遷移金属が金属粉体混合物の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属をバインダーとしてそれら遷移金属の粉体が接合されている固体高分子形燃料電池は、遷移金属のうちの少なくとも２種類の遷移金属が溶融することでアロイ成形物を作ることができるとともに、アロイ成形物を微粉砕したアロイ粉体を作ることができるから、アロイ粉体又はアロイ粉体積層ポーラス構造物を備えた燃料極や空気極が白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮し、白金レスの燃料極及び空気極を使用した固体高分子形燃料電池において十分な電気を発電することができ、固体高分子形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。

【0034】

本発明に係る固体高分子形燃料電池の燃料極及び空気極を製造する電極製造方法によれば、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粉体圧縮物を作る金属粉体圧縮物作成工程と、金属粉体圧縮物作成工程によって作られた金属粉体圧縮物を所定温度で焼成してアロイ成形物を作るアロイ成形物作成工程と、アロイ成形物作成工程によって作られたアロイ成形物を微粉砕してアロイ粉体を作るアロイ粉体作成工程と、アロイ粉体作成工程によって作られたアロイ粉体を所定面積のカーボン電極板の両面に担持させるアロイ粉体担持工程とから燃料極及び空気極を作るから、白金族元素を利用しない白金レスの固体高分子形燃料電池の燃料極及び空気極を廉価に作ることができ、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であり、固体高分子形燃料電池において十分な電気を発電することが可能な燃料極及び空気極を作ることができる。

【0035】

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の粒径に微粉砕し、アロイ粉体作成工程がアロイ成形物を１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕する固体高分子形燃料電池の電極製造方法は、遷移金属を前記範囲の粒径に微粉砕することでアロイ成形物を作ることができるとともに、アロイ成形物を前記範囲の粒径に微粉砕することでアロイ粉体又はアロイ粉体積層ポーラス構造物を有する白金レスの燃料極及び空気極を作ることができ、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優れた触媒活性（触媒作用）を有して固体高分子形燃料電池に好適に使用することが可能な燃料極及び空気極を作ることができる。

【0036】

金属粉体圧縮物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の圧力で加圧して金属粉体圧縮物を作る固体高分子形燃料電池の電極製造方法は、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、金属粉体圧縮物を作ることができ、その金属粉体圧縮物を焼成してアロイ成形物を作ることができるとともに、アロイ成形物を微粉砕したアロイ粉体又はアロイ粉体積層ポーラス構造物を有して固体高分子形燃料電池に好適に使用することが可能な白金レスの燃料極及び空気極を作ることができる。

【0037】

アロイ成形物作成工程が遷移金属選択工程によって選択された遷移金属のうちの少なくとも２種類の遷移金属を溶融させる温度で金属粉体圧縮物を焼成し、溶融した遷移金属をバインダーとしてそれら遷移金属の粉体を接合する固体高分子形燃料電池の電極製造方法は、遷移金属のうちの少なくとも２種類の遷移金属が溶融することでアロイ成形物を作ることができるとともに、アロイ成形物を微粉砕したアロイ粉体を作ることができ、アロイ粉体又はアロイ粉体積層ポーラス構造物を有して固体高分子形燃料電池に好適に使用することが可能な白金レスの燃料極及び空気極を作ることができる。電極製造方法は、遷移金属のうちの少なくとも２種類の遷移金属をバインダーとして遷移金属の粉体を接合するから、燃料極及び空気極が高い強度を有してその形状を維持することができ、破損や損壊を防ぐことが可能な固体高分子形燃料電池の燃料極や空気極を作ることができる。

【0038】

アロイ粉体担持工程が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの厚み寸法のカーボン電極板の両面にアロイ粉体を担持させ、カーボン電極板の厚み方向へ重なるアロイ粉体によってカーボン電極板の両面にアロイ粉体積層ポーラス構造物を形成する固体高分子形燃料電池の電極製造方法は、アロイ粉体の比表面積を大きくしたアロイ粉体積層ポーラス構造物を有する白金レスの燃料極及び空気極を作ることができるとともに、カーボン電極板の厚み寸法を前記範囲にすることで、燃料極及び空気極の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であり、固体高分子形燃料電池において十分な電気を発電することが可能な燃料極及び空気極を作ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】一例として示す固体高分子形燃料電池の斜視図。

【図2】セルスタックを形成するセルの一例を示す分解斜視図。

【図3】セルの側面図。

【図4】一例として示す燃料極及び空気極の斜視図。

【図5】燃料極及び空気極の一例として示す部分拡大正面図。

【図6】図５のＡ−Ａ線端面図。

【図7】他の一例として示す燃料極及び空気極の部分拡大正面図。

【図8】図７のＢ−Ｂ線端面図。

【図9】固体高分子形燃料電池の発電を説明する図。

【図10】燃料極及び空気極の起電圧試験の結果を示す図。

【図11】燃料極及び空気極のＩ−Ｖ特性試験の結果を示す図。

【図12】固体高分子形燃料電池に使用する燃料極及び空気極の電極製造方法を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0040】

一例として示す固体高分子形燃料電池１０の斜視図である図１等の添付の図面を参照し、本発明に係る固体高分子形燃料電池及び固体高分子形燃料電池に使用する燃料極及び空気極の電極製造方法の詳細を説明すると、以下のとおりである。なお、図２は、セルスタックを形成するセル１１の一例を示す分解斜視図であり、図３は、セル１１の側面図である。図４は、一例として示す燃料極１３Ａ及び空気極１４Ａの斜視図であり、図５は、燃料極１３Ａ及び空気極１４Ａの一例として示す部分拡大正面図である。図６は、図５のＡ−Ａ線端面図である。図４では、厚み方向を矢印Ｘで示し、径方向を矢印Ｙで示す。

【0041】

固体高分子形燃料電池１０は、複数のセル１１を有するセルスタック１２（燃料電池スタック）を備え、水素と酸素とを供給することで発電する（電気エネルギーを生成する）。セルスタック１２では、複数のセル１１（単セル）が一方向へ重なり合って直列に接続されている。セル１１の一例としては、図２に示すように、燃料極１３Ａ（又は燃料極１３Ｂ）（アノード）と、空気極１４Ａ（又は空気極１４Ｂ）（カソード）と、燃料極１３Ａ（又は燃料極１３Ｂ）及び空気極１４Ａ（又は空気極１４Ｂ）の間に位置（介在）する固体高分子電解質膜１５（電極接合体膜）（スルホン酸基を有するフッ素系イオン交換膜）と、燃料極１３Ａ（又は燃料極１３Ｂ）の厚み方向外側に位置するセパレータ１６（バイポーラプレート）と、空気極１４Ａ（又は空気極１４Ｂ）の厚み方向外側に位置するセパレータ１７（バイポーラプレート）とから形成されている。

【0042】

それらセパレータ１６，１７には、反応ガス（水素や酸素等）の供給流路が刻設されている（彫り込まれている）。セル１１では、図３に示すように、燃料極１３や空気極１４、固体高分子電解質膜１５が厚み方向へ重なり合って一体化し、膜/電極接合体１８(Membrane Electrode Assembly, MEA)を構成し、膜/電極接合体１８をそれらセパレータ１６，１７が挟み込んでいる。固体高分子電解質膜１５は、プロトン導電性があり、電子導電性がない。燃料極１３Ａ（又は燃料極１３Ｂ）とセパレータ１６との間には、ガス拡散層１９が形成され、空気極１４Ａ（又は空気極１４Ｂ）とセパレータ１７との間には、ガス拡散層２０が形成されている。燃料極１３Ａ（又は燃料極１３Ｂ）とセパレータ１６との間であってガス拡散層２０の上部及び下部には、ガスシール２１が設置されている。空気極１４Ａ（又は空気極１４Ｂ）とセパレータ１７との間であってガス拡散層２０の上部及び下部には、ガスシール２２が設置されている。

【0043】

固体高分子形燃料電池１０（セル１１）に使用する燃料極１３Ａ及び空気極１４Ａは、前面２３及び後面２４を有するとともに、所定面積及び所定の厚み寸法を有し、その平面形状が四角形に成形されている。なお、燃料極１３Ａ（又は燃料極１３Ｂ）や空気極１４（又は空気極１４Ｂ）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。

【0044】

燃料極１３Ａ及び空気極１４Ａは、アロイ粉体２５（合金粉体）と所定面積のカーボン電極板２６（カーボン電極薄板）とから形成されている。アロイ粉体２５は、アロイ成形物３７（合金成形物）（図１２参照）を微粉砕することから作られている。アロイ粉体２５は、その粒径が１０μｍ〜２００μｍの範囲にある。アロイ成形物３７は、粉状に加工（微粉砕）された各種の遷移金属３８から選択された少なくとも３種類の遷移金属３８の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物３４（図１２参照）を圧縮した後に焼成（焼結）することから作られている。遷移金属３８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。

【0045】

遷移金属３８の粉体には、粉状に加工（微粉砕）されたＴｉ（チタン）粉体、粉状に加工（微粉砕）されたＣｒ（クロム）粉体、粉状に加工（微粉砕）されたＭｎ（マンガン）粉体、粉状に加工（微粉砕）されたＦｅ（鉄）粉体、粉状に加工（微粉砕）されたＣｏ（コバルト）粉体、粉状に加工（微粉砕）されたＮｉ（ニッケル）粉体、粉状に加工（微粉砕）されたＣｕ（銅）粉体、粉状に加工（微粉砕）されたＺｎ（亜鉛）粉体、粉状に加工（微粉砕）されたＮｂ（ニオブ）粉体、粉状に加工（微粉砕）されたＭｏ（モリブデン）粉体、粉状に加工されたＡｇ（銀）粉体が使用される。

【0046】

Ｔｉの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＴｉ）やＣｒの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＣｒ）、Ｍｎの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＭｎ）、Ｆｅの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＦｅ）、Ｃｏの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＣｏ）、Ｎｉの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＮｉ）、Ｃｕの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＣｕ）、Ｚｎの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＺｎ）、Ｎｂの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＮｂ）、Ｍｏの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＭｏ）、Ａｇの粉体（粉状に加工（微粉砕）されたＡｇ）は、それらの粒径が１０μｍ〜２００μｍの範囲にある。

【0047】

金属粉体混合物３４では、選択された少なくとも３種類の遷移金属３８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３８の中から少なくとも３種類の遷移金属３８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。

【0048】

金属粉体混合物３４の一例としては、粉状に加工（微粉砕）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（微粉砕）されたその他の少なくとも２種類の遷移金属３８（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３４である。

【0049】

主成分となるＮｉ（ニッケル）の粉体とＮｉを除く他の少なくとも２種類の遷移金属３８の粉体とを混合した金属粉体混合物３４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３８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３８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３８の粉体が選択されている。Ｎｉの粉体を主成分としたアロイ成形物３７では、選択された遷移金属３８のうちの少なくとも２種類の遷移金属３８が金属粉体混合物３４の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属３８をバインダーとしてそれら遷移金属３８の粉体が接合されている。Ｎｉを主成分としたアロイ粉体２５は、Ｎｉの粉体を主成分とした金属粉体混合物３４を圧縮した後に焼成することから作られたアロイ成形物３７を微粉砕した粒径が１０μｍ〜２００μｍの微粉砕物である。

【0050】

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とした金属粉体混合物３４では、金属粉体混合物３４の全重量に対するＮｉの粉体の重量比が３０％〜５０％の範囲にあり、Ｎｉの粉体を除く１種類の遷移金属３８の粉体（Ｔｉ（チタン）粉体、Ｃｒ（クロム）粉体、Ｍｎ（マンガン）粉体、Ｆｅ（鉄）粉体、Ｃｏ（コバルト）粉体、Ｃｕ（銅）粉体、Ｚｎ（亜鉛）粉体、Ｎｂ（ニオブ）粉体、Ｍｏ（モリブデン）粉体、Ａｇ（銀）粉体のうちの少なくとも１種類）の金属粉体混合物３４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３８の粉体（Ｔｉ（チタン）粉体、Ｃｒ（クロム）粉体、Ｍｎ（マンガン）粉体、Ｆｅ（鉄）粉体、Ｃｏ（コバルト）粉体、Ｃｕ（銅）粉体、Ｚｎ（亜鉛）粉体、Ｎｂ（ニオブ）粉体、Ｍｏ（モリブデン）粉体、Ａｇ（銀）粉体のうちの他の少なくとも１種類）の金属粉体混合物３４の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある。

【0051】

Ｎｉ（ニッケル）を主成分としたアロイ粉体２５（Ｎｉを主成分とした合金粉体）の具体例としては、Ｎｉの粉体、Ｃｕの粉体、ＺＮの粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を圧縮した後に焼成してアロイ成形物３７を作り、そのアロイ成形物３７を微粉砕した粒径が１０μｍ〜２００μｍの微粉砕物である。このアロイ粉体２５は、金属粉体混合物３４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３４の全重量に対するＣｕの粉体重量比が４２％、金属粉体混合物３４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の粉体及びＣｕの粉体が溶融し、溶融したＺｎ及びＣｕがバインダーとなってＮｉの粉体を接合している。

【0052】

Ｎｉ（ニッケル）を主成分としたアロイ粉体２５の他の具体例としては、Ｎｉの粉体、Ｍｎの粉体、Ｍｏの粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を圧縮した後に焼成してアロイ成形物３７を作り、そのアロイ成形物３７を微粉砕した粒径が１０μｍ〜２００μｍの微粉砕物である。このアロイ粉体２５は、金属粉体混合物３４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３４の全重量に対するＭｎの粉体重量比が７％、金属粉体混合物３４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の粉体及びＮｉの粉体が溶融し、溶融したＭｎ及びＮｉがバインダーとなってＭｏの粉体を接合している。

【0053】

金属粉体混合物３４の他の一例としては、粉状に加工（微粉砕）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（微粉砕）されたその他の少なくとも２種類の遷移金属３８（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３４である。

【0054】

主成分となるＦｅ（鉄）の粉体とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属３８の粉体とを混合した金属粉体混合物３４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３８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３８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３８の粉体が選択されている。Ｆｅの粉体を主成分としたアロイ成形物３７では、選択された遷移金属３８のうちの少なくとも２種類の遷移金属３８が金属粉体混合物３４の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属３８をバインダーとしてそれら遷移金属３８の粉体が接合されている。Ｆｅを主成分としたアロイ粉体２５は、Ｆｅの粉体を主成分とした金属粉体混合物３４を圧縮した後に焼成することから作られたアロイ成形物３７を微粉砕した粒径が１０μｍ〜２００μｍの微粉砕物である。

【0055】

Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とした金属粉体混合物３４では、金属粉体混合物３４の全重量に対するＦｅの粉体の重量比が３０％〜５０％の範囲にあり、Ｆｅの粉体を除く１種類の遷移金属３８の粉体（Ｔｉ（チタン）粉体、Ｃｒ（クロム）粉体、Ｍｎ（マンガン）粉体、Ｃｏ（コバルト）粉体、Ｎｉ（ニッケル）粉体、Ｃｕ（銅）粉体、Ｚｎ（亜鉛）粉体、Ｎｂ（ニオブ）粉体、Ｍｏ（モリブデン）粉体、Ａｇ（銀）粉体のうちの少なくとも１種類）の金属粉体混合物３４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３８の粉体（Ｔｉ（チタン）粉体、Ｃｒ（クロム）粉体、Ｍｎ（マンガン）粉体、Ｃｏ（コバルト）粉体、Ｎｉ（ニッケル）粉体、Ｃｕ（銅）粉体、Ｚｎ（亜鉛）粉体、Ｎｂ（ニオブ）粉体、Ｍｏ（モリブデン）粉体、Ａｇ（銀）粉体のうちの他の少なくとも１種類）の前記金属粉体混合物３４の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある。

【0056】

Ｆｅ（鉄）を主成分としたアロイ粉体２５（Ｆｅを主成分とした合金粉体）の具体例としては、Ｆｅの粉体、Ｎｉの粉体、Ｃｕの粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を圧縮した後に焼成してアロイ成形物３７を作り、そのアロイ成形物３７を微粉砕した粒径が１０μｍ〜２００μｍの微粉砕物である。このアロイ粉体２５は、金属粉体混合物３４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３４の全重量に対するＮｉの粉体重量比が４８％、金属粉体混合物３４の全重量に対するＣｕの粉体重量比が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の粉体及びＮｉの粉体が溶融し、溶融したＣｕ及びＮｉがバインダーとなってＦｅの粉体を接合している。

【0057】

Ｆｅ（鉄）を主成分としたアロイ粉体２５の他の具体例としては、Ｆｅの粉体、Ｔｉの粉体、Ａｇの粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を圧縮した後に焼成してアロイ成形物３７を作り、そのアロイ成形物３７を微粉砕した粒径が１０μｍ〜２００μｍの微粉砕物である。このアロイ粉体２５は、金属粉体混合物３４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３４の全重量に対するＴｉの粉体重量比が４６％、金属粉体混合物３４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の粉体及びＦｅの粉体が溶融し、溶融したＡｇ及びＦｅがバインダーとなってＴｉの粉体を接合している。

【0058】

金属粉体混合物３４の他の一例としては、粉状に加工（微粉砕）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（微粉砕）されたその他の遷移金属３８（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３４である。

【0059】

主成分となるＣｕ（銅）の粉体とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属３８の粉体とを混合した金属粉体混合物３４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３８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３８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３８の粉体が選択されている。Ｃｕの粉体を主成分としたアロイ成形物３７では、選択された遷移金属３８のうちの少なくとも２種類の遷移金属３８が金属粉体混合物３４の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属３８をバインダーとしてそれら遷移金属３８の粉体が接合されている。Ｃｕを主成分としたアロイ粉体２５は、Ｃｕの粉体を主成分とした金属粉体混合物３４を圧縮した後に焼成することから作られたアロイ成形物３７を微粉砕した粒径が１０μｍ〜２００μｍの微粉砕物である。

【0060】

Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とした金属粉体混合物３４では、金属粉体混合物３４の全重量に対するＣｕの粉体の重量比が３０％〜５０％の範囲にあり、Ｃｕの粉体を除く１種類の遷移金属３８の粉体（Ｔｉ（チタン）粉体、Ｃｒ（クロム）粉体、Ｍｎ（マンガン）粉体、Ｆｅ（鉄）粉体、Ｃｏ（コバルト）粉体、Ｎｉ（ニッケル）粉体、Ｚｎ（亜鉛）粉体、Ｎｂ（ニオブ）粉体、Ｍｏ（モリブデン）粉体、Ａｇ（銀）粉体のうちの少なくとも１種類）の金属粉体混合物３４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３８の粉体（Ｔｉ（チタン）粉体、Ｃｒ（クロム）粉体、Ｍｎ（マンガン）粉体、Ｆｅ（鉄）粉体、Ｃｏ（コバルト）粉体、Ｎｉ（ニッケル）粉体、Ｚｎ（亜鉛）粉体、Ｎｂ（ニオブ）粉体、Ｍｏ（モリブデン）粉体、Ａｇ（銀）粉体のうちの他の少なくとも１種類）の金属粉体混合物３４の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある。

【0061】

Ｃｕ（銅）を主成分としたアロイ粉体２５（Ｃｕを主成分とした合金粉体）の具体例としては、Ｃｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ｚｎの粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を圧縮した後に焼成してアロイ成形物３７を作り、そのアロイ成形物３７を微粉砕した粒径が１０μｍ〜２００μｍの微粉砕物である。このアロイ粉体２５は、金属粉体混合物３４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３４の全重量に対するＦｅの粉体重量比が４８％、金属粉体混合物３４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の粉体及びＣｕの粉体が溶融し、溶融したＺｎ及びＣｕがバインダーとなってＦｅの粉体を接合している。

【0062】

Ｃｕ（銅）を主成分としたアロイ粉体２５の他の具体例としては、Ｃｕの粉体、Ｆｅの粉体、Ａｇの粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を圧縮した後に焼成してアロイ成形物３７を作り、そのアロイ成形物３７を微粉砕した粒径が１０μｍ〜２００μｍの微粉砕物である。このアロイ粉体２５は、金属粉体混合物３４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３４の全重量に対するＦｅの粉体重量比が４６％、金属粉体混合物３４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の粉体及びＣｕの粉体が溶融し、溶融したＡｇ及びＣｕがバインダーとなってＦｅの粉体を接合している。

【0063】

カーボン電極板２６は、前面２７及び後面２８を有するとともに、所定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。なお、カーボン電極板２６の平面形状に特に制限はなく、四角形の他に、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。カーボン電極板２６の一例としては、数μｍ〜数１０μｍのカーボングラファイト（黒鉛）粉末と導電性バインダー（導電性結合材）とを冷間静水圧プレスによって成形した後、約３０００℃で黒鉛化したシート状の電極材を使用する。カーボン電極板２６の他の一例としては、数μｍ〜数１０μｍのカーボングラファイト（黒鉛）粉末と導電性バインダー（導電性結合材）とを押出型から押し出し成形した後、約３０００℃で黒鉛化したシート状の電極材を使用する。カーボン電極板２６としては、ガラス状カーボンを使用することもできる。

【0064】

カーボン電極板２６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。カーボン電極板２６の前面２７の全域及び後面２８の全域（両面の全域）には、図６に示すように、既述の複数のアロイ粉体２５が担持されている。カーボン電極板２６の前面２７の全域及び後面２８の全域は、アロイ粉体２５によって被覆されている。アロイ粉体２５は、カーボン電極板２６の前面２７の全域及び後面２８の全域（両面）に導電性バインダー（導電性結合材）やプラズマ溶射によって担持される。なお、固体高分子形燃料電池１０（セル１１）では、固体高分子電解質膜１５とカーボン電極板２６の両面（前後面２７，２８）に担持された複数のアロイ粉体２５とが隙間なく重なり合い、固体高分子電解質膜１５とそれらアロイ粉体２５とが隙間なく密着している。

【0065】

カーボン電極板２６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カーボン電極板２６（燃料極１３Ａ，１３Ｂ及び空気極１４Ａ，１４Ｂ）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。カーボン電極板２６の厚み寸法Ｌ１が０．３ｍｍを超過すると、カーボン電極板２６（燃料極１３Ａ，１３Ｂ及び空気極１４Ａ，１４Ｂ）の電気抵抗が大きくなり、カーボン電極板２６（燃料極１３Ａ，１３Ｂ及び空気極１４Ａ，１４Ｂ）に電流がスムースに流れず、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂが固体高分子形燃料電池１０に使用されたときに燃料電池１０において十分な電気を発電することができず、燃料電池１０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ない。

【0066】

カーボン電極板２６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、カーボン電極板２６（燃料極１３Ａ，１３Ｂ及び空気極１４Ａ，１４Ｂ）が高い強度を有してその形状を維持することができ、カーボン電極板２６に衝撃が加えられたときのカーボン電極板２６の破損や損壊を防ぐことができる。さらに、厚み寸法Ｌ１を前記範囲にすることで、カーボン電極板２６（燃料極１３Ａ，１３Ｂ及び空気極１４Ａ，１４Ｂ）の電気抵抗を小さくすることができ、カーボン電極板２６（燃料極１３Ａ，１３Ｂ及び空気極１４Ａ，１４Ｂ）に電流がスムースに流れ、燃料極１３Ａ（又は燃料極１３Ｂ）及び空気極１４Ａ（又は空気極１４Ｂ）が固体高分子形燃料電池１０に使用されたときに燃料電池１０において十分な電気を発電することができ、燃料電池１０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。

【0067】

図７は、他の一例として示す燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ｂの部分拡大正面図であり、図８は、図７のＢ−Ｂ線端面図である。図７に示す燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ｂが図４の燃料極１３Ａ及び空気極１４Ａと異なるところは、カーボン電極板２６の厚み方向へ重なる複数のアロイ粉体２５によってアロイ粉体積層ポーラス構造物２９がカーボン電極板２６の前面２７及び後面２８（両面）に形成されている点にあり、その他の構成は図４の燃料極１３Ａ及び空気極１４Ａと同一であるから、図４と同一の符号を付すとともに、図４の燃料極１３Ａ及び空気極１４Ａの説明を援用することで、この燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ｂのその他の構成の詳細な説明は省略する。

【0068】

燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ｂは、図４のそれらと同様に、固体高分子形燃料電池１０（セル１１）のアノード及びカソードとして使用される（図１参照）。燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ｂは、前面２３及び後面２４を有するとともに、所定面積及び所定の厚み寸法を有し、その平面形状が四角形に成形されている。燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ｂは、アロイ粉体２５（合金粉体）と、両面（前後面２７，２８）にアロイ粉体２５を担持させた所定面積のカーボン電極板２６とから形成されている。

【0069】

カーボン電極板２６の前面２７の全域と後面２８の全域（両面の全域）とには、カーボン電極板２６の厚み方向へ重なり合った（積層された）複数のアロイ粉体２５によってアロイ粉体積層ポーラス構造物２９が形成されている。アロイ粉体２５は、アロイ成形物３７（合金成形物）を微粉砕することから作られている。アロイ成形物３７は、粉状に加工（微粉砕）された各種の遷移金属３８から選択された少なくとも３種類の遷移金属３８の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を圧縮した後に焼成（焼結）することから作られている。

【0070】

遷移金属３８や金属粉体混合物３４、アロイ成形物３７、アロイ粉体２５は、図４の燃料極１３Ａ及び空気極１４Ａのそれらと同一である。遷移金属粉体の粒径やアロイ粉体２５の粒径、カーボン電極板２６の厚み寸法Ｌ１は、図４の燃料極１３Ａ及び空気極１４Ａのそれらと同一である。なお、固体高分子形燃料電池１０（セル１１）では、固体高分子電解質膜１５とカーボン電極板２６の両面（前後面２７，２８）に担持された複数のアロイ粉体２５によって形成されたアロイ粉体積層ポーラス構造物２９とが隙間なく重なり合い、固体高分子電解質膜１５とアロイ粉体積層ポーラス構造物２９とが隙間なく密着している。

【0071】

アロイ粉体積層ポーラス構造物２９には、径が異なる多数の微細な流路３０（通路孔）が形成されている。それら流路３０（通路孔）には、気体（水素ガスや酸素ガス）又は液体（水）が通流する。それら流路３０（通路孔）は、カーボン電極板２６の前面２７の側に開口する複数の通流口３１とカーボン電極板２６の後面２８の側に開口する複数の通流口３１とを有し、燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ｂの前面２７に向かってアロイ粉体積層ポーラス構造物２９を貫通しているとともに、燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ｂの後面２８に向かってアロイ粉体積層ポーラス構造物２９を貫通している。

【0072】

それら流路３０は、カーボン電極板２６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、カーボン電極板２６の外周縁から中心に向かってカーボン電極板２６の径方向へ不規則に曲折しながら延びている。カーボン電極板２６の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３０は、径方向において部分的につながり、一方の流路３０と他方の流路３０とが互いに連通している。カーボン電極板２６の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３０は、厚み方向において部分的につながり、一方の流路３０と他方の流路３０とが互いに連通している。

【0073】

それら流路３０（通路孔）の開口面積（開口径）は、カーボン電極板２６の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、カーボン電極板２６の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３０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２７に開口する通流口３１と後面２８に開口する通流口３１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３０（通路孔）の開口径や通流口３１の開口径は、１μｍ〜１００μｍの範囲にある。

【0074】

アロイ粉体積層ポーラス構造物２９は、その空隙率が１５％〜３０％の範囲にあり、その相対密度が７０％〜８５％の範囲にある。アロイ粉体積層ポーラス構造物２９の空隙率が１５％未満であって相対密度が８５％を超過すると、アロイ粉体積層ポーラス構造物２９に多数の微細な流路３０（通路孔）が形成されず、アロイ粉体積層ポーラス構造物２９の比表面積を大きくすることができない。アロイ粉体積層ポーラス構造物２９の空隙率が３０％を超過し、相対密度が７０％未満では、流路３０（通路孔）の開口面積（開口径）が必要以上に大きくなり、アロイ粉体積層ポーラス構造物２９の強度が低下し、衝撃が加えられたときにアロイ粉体積層ポーラス構造物２９が容易に破損又は損壊し、その形態を維持することができない場合がある。

【0075】

アロイ粉体積層ポーラス構造物２９は、その空隙率及び相対密度が前記範囲にあるから、アロイ粉体積層ポーラス構造物２９が開口面積（開口径）の異なる多数の微細な流路３０（通路孔）を有する多孔質となり、アロイ粉体積層ポーラス構造物２９の比表面積を大きくすることができ、それら流路３０（通路孔）を気体や液体が通流しつつ気体や液体をアロイ粉体積層ポーラス構造物２９の接触面（アロイ粉体２５の表面）に広く接触させることができる。

【0076】

アロイ粉体積層ポーラス構造物２９は、その密度が５．０ｇ／ｃｍ^２〜７．０ｇ／ｃｍ^２の範囲にある。アロイ粉体積層ポーラス構造物２９の密度が５．０ｇ／ｃｍ^２未満では、アロイ粉体積層ポーラス構造物２９の強度が低下し、衝撃が加えられたときにアロイ粉体積層ポーラス構造物２９が容易に破損又は損壊し、その形態を維持することができない場合がある。アロイ粉体積層ポーラス構造物２９の密度が７．０ｇ／ｃｍ^２を超過すると、アロイ粉体積層ポーラス構造物２９に多数の微細な流路３０（通路孔）が形成されず、アロイ粉体積層ポーラス構造物２９の比表面積を大きくすることができない。

【0077】

カーボン電極板２６の両面（前後面２７，２８）に形成されたアロイ粉体積層ポーラス構造物２９は、その密度が前記範囲にあるから、アロイ粉体積層ポーラス構造物２９が多数の微細な流路３０（通路孔）を有する多孔質に成形され、アロイ粉体積層ポーラス構造物２９の比表面積を大きくすることができ、それら流路３０（通路孔）を気体や液体が通流しつつ気体や液体をアロイ粉体積層ポーラス構造物２９の接触面（アロイ粉体２５の表面）に広く接触させることができる。

【0078】

それら遷移金属３８の粉体の粒径が１０μｍ未満では、遷移金属３８ｎお粉体によって流路３０（通路孔）が塞がれ、アロイ粉体積層ポーラス構造物２９に多数の微細な流路３０を形成することができず、アロイ粉体積層ポーラス構造物２９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３８の粉体の粒径が２００μｍを超過すると、流路３０（通路孔）の開口面積（開口径）が必要以上に大きくなり、アロイ粉体積層ポーラス構造物２９に多数の微細な流路３０を形成することができず、アロイ粉体積層ポーラス構造物２９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３８の粉体の粒径が前記範囲にあるから、アロイ粉体積層ポーラス構造物２９が多数の微細な流路３０（通路孔）を有する多孔質に成形され、アロイ粉体積層ポーラス構造物２９の比表面積を大きくすることができ、それら流路３０を気体や液体が通流しつつ気体や液体をアロイ粉体積層ポーラス構造物２９の接触面（アロイ粉体２５の表面）に広く接触させることができる。

【0079】

図９は、固体高分子形燃料電池１０の発電を説明する図であり、図１０は、燃料極１３Ａ，１３Ｂ及び空気極１４Ａ，１４Ｂの起電圧試験の結果を示す図である。図１１は、燃料極１３Ａ，１３Ｂ及び空気極１４Ａ，１４ＢのＩ−Ｖ特性試験の結果を示す図である。固体高分子形燃料電池１０では、図９に示すように、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂに水素（燃料）が供給され、空気極１４Ａ又は空気極Ｂに空気（酸素）が供給される。

【0080】

燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ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１５内を通って空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂへ移動し、電子が導線３２内を通って空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂへ移動する。固体高分子電解質膜１５には、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂで生成されたプロトンが通流する。空気極１４Ａ又は空気極Ｂでは、固体高分子電解質膜１５から移動したプロトンと導線３２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３８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３８の中から選択された少なくとも３種類の遷移金属３８から燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂや空気極１４Ａ又は空気極Ｂが形成されているから、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂや空気極１４Ａ又は空気極Ｂ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。

【0081】

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１３Ａ又は燃料極１３Ｂと空気極１４Ａ又は空気極Ｂとの間（電極間）の電圧（Ｖ）を測定した。図１０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１３Ａ又は燃料極１３Ｂと空気極１４Ａ又は空気極Ｂとの間（電極間）の電圧（Ｖ）を表す。白金族元素を利用した（担持させた）燃料極及び空気極（白金電極）を使用した固体高分子形燃料電池では、図１０の起電圧試験の結果を示す図から分かるように、燃料極と空気極との電圧が１．０７９（Ｖ）前後であった。それに対し、燃料極１３Ａ（白金レス電極）又は燃料極１３Ｂ（白金レス電極）及び空気極１４Ａ（白金レス電極）又は空気極Ｂ（白金レス電極）を使用した固体高分子形燃料電池１０では、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂと空気極１４Ａ又は空気極Ｂとの間（電極間）の電圧（起電力）が１．０１（Ｖ）〜１．０２（Ｖ）であった。

【0082】

Ｉ−Ｖ特性試験では、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂと空気極１４Ａ又は空気極Ｂとの間（電極間）に負荷３３を接続し、電圧と電流との関係を測定した。図１１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。燃料極１３Ａ（白金レス電極）又は燃料極１３Ｂ（白金レス電極）及び空気極１４Ａ（白金レス電極）又は空気極Ｂ（白金レス電極）を使用した固体高分子形燃料電池１０では、図１１のＩ−Ｖ特性試験の結果を示す図から分かるように、白金族元素を利用した（担持させた）燃料極（白金電極）及び空気極（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１０の起電圧試験の結果や図１１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白金レスの燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極Ｂ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優れた触媒作用を有するとともに、白金を利用した燃料極及び空気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。

【0083】

固体高分子形燃料電池１０は、それに使用される燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂが各種の遷移金属３８から選択された少なくとも３種類の遷移金属３８の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を圧縮した後に焼成したアロイ成形物３７を微粉砕したアロイ粉体２５と、アロイ粉体２５を両面に担持させた所定面積のカーボン電極板２６とから形成され、選択された少なくとも３種類の遷移金属３８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３８の中から少なくとも３種類の遷移金属３８が選択されているから、アロイ粉体２５又はアロイ粉体積層ポーラス構造物２９を有する白金レスの燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極Ｂが白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、白金レスの燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極Ｂを使用した固体高分子形燃料電池１０において十分な電気を発電することができるとともに、固体高分子形燃料電池１０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。

【0084】

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とし、カーボン電極板２６の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にある燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂ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３８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３８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３８の粉体が選択されているから、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂが白金族元素を含む燃料極及び空気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とともに、カーボン電極板２６の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂの電気抵抗を小さくすることができ、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂを電流がスムースに流れ、固体高分子形燃料電池１０の電極として好適に使用することができる。

【0085】

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とし、カーボン電極板２６の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にある燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂを使用した固体高分子形燃料電池１０は、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂが白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することで、白金レスの燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂを使用して十分な電気を発電することができ、燃料電池１０に接続された負荷３２に十分な電気エネルギーを供給することができる。

【0086】

Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とし、カーボン電極板２６の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にある燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂ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３８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３８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３８の粉体が選択されているから、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂが白金族元素を含む燃料極及び空気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とともに、カーボン電極板２６の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂの電気抵抗を小さくすることができ、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂを電流がスムースに流れ、固体高分子形燃料電池１０の電極として好適に使用することができる。

【0087】

Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とし、カーボン電極板２６の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にある燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂを使用した固体高分子形燃料電池１０は、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂが白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することで、白金レスの燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂを使用して十分な電気を発電することができ、燃料電池１０に接続された負荷３２に十分な電気エネルギーを供給することができる。

【0088】

Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とし、カーボン電極板２６の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にある燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂ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３８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３８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３８の粉体が選択されているから、白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同一の仕事関数を備え、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂが白金族元素を含む燃料極及び空気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とともに、カーボン電極板２６の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるから、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂの電気抵抗を小さくすることができ、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂを電流がスムースに流れ、固体高分子形燃料電池１０の電極として好適に使用することができる。

【0089】

Ｃｕ（銅）の粉体を主成分とし、カーボン電極板２６の厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にある燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂを使用した固体高分子形燃料電池１０は、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂが白金族元素を含む燃料極及び空気極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することで、白金レスの燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂを使用して十分な電気を発電することができ、燃料電池１０に接続された負荷３２に十分な電気エネルギーを供給することができる。

【0090】

図１２は、固体高分子形燃料電池１０に使用する燃料極１３Ａ，１３Ｂ及び空気極１４Ａ，１４Ｂの電極製造方法を説明する図である。燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂは、図１２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、金属粉体圧縮物作成工程Ｓ３、アロイ成形物作成工程Ｓ４、アロイ粉体作成工程Ｓ５、アロイ粉体担持工程Ｓ６を有する電極製造方法によって製造される。

【0091】

遷移金属選択工程Ｓ１では、各種の遷移金属３８から選択する少なくとも３種類の遷移金属３８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３８の中から少なくとも３種類の遷移金属３８（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。

【0092】

遷移金属選択工程Ｓ１において、既述のように、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした金属粉体混合物３４（アロイ粉体２５やアロイ粉体積層ポーラス構造物２９）では、Ｃｕ（銅）及びＺＮ（亜鉛）を選択し、又は、Ｍｎ（マンガン）及びＭｏ（モリブデン）を選択する。Ｆｅ（鉄）を主成分とした金属粉体混合物３４（アロイ粉体２５やアロイ粉体積層ポーラス構造物２９）では、Ｎｉ（ニッケル）及びＣｕ（銅）を選択し、又は、Ｔｉ（チタン）及びＡｇ（銀）を選択する。Ｃｕ（銅）を主成分とした金属粉体混合物３４（アロイ粉体２５やアロイ粉体積層ポーラス構造物２９）では、Ｆｅ（鉄）及びＺｎ（亜鉛）を選択し、又は、Ｆｅ（鉄）及びＡｇ（銀）を選択する。

【0093】

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３８の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を作る。金属粉体混合物作成工程Ｓ２において、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした金属粉体混合物３４（アロイ粉体２５やアロイ粉体積層ポーラス構造物２９）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３５、Ｃｕの粉体３５、Ｚｎの粉体３５を作成する。次に、Ｎｉの粉体３５やＣｕの粉体３５、Ｚｎの粉体３５を混合機に投入して混合機によってＮｉの粉体３５、Ｃｕの粉体３５、Ｚｎの粉体３５を攪拌・混合し、Ｎｉの粉体３５、Ｃｕの粉体３５、Ｚｎの粉体３５が均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を作る。

【0094】

又は、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３５、Ｍｎの粉体３５、Ｍｏの粉体３５を作成する。次に、Ｎｉの粉体３５やＭｎの粉体３５、Ｍｏの粉体３５を混合機に投入して混合機によってＮｉの粉体３５、Ｍｎの粉体３５、Ｍｏの粉体３５を攪拌・混合し、Ｎｉの粉体３５、Ｍｎの粉体３５、Ｍｏの粉体３５が均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を作る。

【0095】

金属粉体混合物作成工程Ｓ２において、Ｆｅ（鉄）を主成分とした金属粉体混合物３４（アロイ粉体２５やアロイ粉体積層ポーラス構造物２９）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３５、Ｎｉの粉体３５、Ｃｕの粉体３５を作成する。次に、Ｆｅの粉体３５やＮｉの粉体３５、Ｃｕの粉体３５を混合機に投入して混合機によってＦｅの粉体３５、Ｎｉの粉体３５、Ｃｕの粉体３５を攪拌・混合し、Ｆｅの粉体３５、Ｎｉの粉体３５、Ｃｕの粉体３５が均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を作る。

【0096】

又は、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３５、Ｔｉの粉体３５、Ａｇの粉体３５を作成する。次に、Ｆｅの粉体３５やＴｉの粉体３５、Ａｇの粉体３５を混合機に投入して混合機によってＦｅの粉体３５、Ｔｉの粉体３５、Ａｇの粉体３５を攪拌・混合し、Ｆｅの粉体３５、Ｔｉの粉体３５、Ａｇの粉体３５が均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を作る。

【0097】

金属粉体混合物作成工程Ｓ２において、Ｃｕ（銅）を主成分とした金属粉体混合物３４（アロイ粉体２５やアロイ粉体積層ポーラス構造物２９）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３５、Ｆｅの粉体３５、Ｚｎの粉体３５を作成する。次に、Ｃｕの粉体３５やＦｅの粉体３５、Ｚｎの粉体３５を混合機に投入して混合機によってＣｕの粉体３５、Ｆｅの粉体３５、Ｚｎの粉体３５を攪拌・混合し、Ｃｕの粉体３５、Ｆｅの粉体３５、Ｚｎの粉体３５が均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を作る。

【0098】

又は、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３５、Ｆｅの粉体３５、Ａｇの粉体３５を作成する。次に、Ｃｕの粉体３５やＦｅの粉体３５、Ａｇの粉体３５を混合機に投入して混合機によってＣｕの粉体３５、Ｆｅの粉体３５、Ａｇの粉体３５を攪拌・混合し、Ｃｕの粉体３５、Ｆｅの粉体３５、Ａｇの粉体３５が均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を作る。

【0099】

金属粉体圧縮物作成工程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３４を所定圧力で加圧し、金属粉体混合物３４を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物３６を作る。金属粉体圧縮物作成工程Ｓ３では、金属粉体混合物３４を所定の金型に入れ、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粉体圧縮物３６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。

【0100】

プレス圧（圧力）が５００Ｍｐａ未満では、金属粉体混合物３４を十分に圧縮することができず、所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物３６を作ることができない。プレス圧（圧力）が８００Ｍｐａを超過すると、アロイ成形物作成工程Ｓ４によって作られるアロイ成形物３７の硬度が必要以上に高くなり、アロイ粉体作成工程Ｓ５によって所期する粒径のアロイ粉体２５を作ることができない。電極製造方法は、金属粉体混合物３４を前記範囲の圧力で加圧（圧縮）することで、所定硬度の金属粉体圧縮物３６を作ることができ、その金属粉体圧縮物３６を焼成して所定硬度のアロイ成形物３７を作ることができるとともに、アロイ成形物３７を微粉砕した所定粒径のアロイ粉体２５を作ることができる。

【0101】

金属粉体圧縮物作成工程Ｓ３において、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした金属粉体圧縮物３６では、Ｎｉの粉体３５、Ｃｕ（銅）の粉体３５、ＺＮ（亜鉛）粉体３５を混合した金属粉体混合物３４の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物３４をプレス加工によって加圧して金属粉体混合物３４を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物３６を作る。又は、Ｎｉの粉体３５、Ｍｎ（マンガン）の粉体３５、Ｍｏ（モリブデン）の粉体３５を混合した金属粉体混合物３４の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物３４をプレス加工によって加圧して金属粉体混合物３４を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物３６を作る。

【0102】

金属粉体圧縮物作成工程Ｓ３において、Ｆｅ（鉄）を主成分とした金属粉体圧縮物３６では、Ｆｅの粉体３５、Ｎｉ（ニッケル）の粉体３５、Ｃｕ（銅）の粉体３５を混合した金属粉体混合物３４の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物３４をプレス加工によって加圧して金属粉体混合物３４を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物３６を作る。又は、Ｆｅの粉体３５、Ｔｉ（チタン）の粉体３５、Ａｇ（銀）の粉体３５を混合した金属粉体混合物３４の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物３４をプレス加工によって加圧して金属粉体混合物３４を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物３６を作る。

【0103】

金属粉体圧縮物作成工程Ｓ３において、Ｃｕ（銅）を主成分とした金属粉体圧縮物３６では、Ｃｕの粉体３５、Ｆｅ（鉄）の粉体３５、Ｚｎ（亜鉛）の粉体３５を混合した金属粉体混合物３４の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物３４をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物３４を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物３６を作る。又は、Ｃｕの粉体３５、Ｆｅ（鉄）の粉体３５、Ａｇ（銀）の粉体３５を混合した金属粉体混合物３４の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物３４をプレス加工によって加圧して金属粉体混合物３４を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物３６を作る。

【0104】

アロイ成形物作成工程Ｓ４では、金属粉体圧縮物作成工程Ｓ３によって作られた金属粉体圧縮物３６を炉（蒸気過熱炉や電気炉等）に投入し、金属粉体圧縮物３６を炉において所定温度で焼成（焼結）し、開口径が１μｍ〜１００μｍの範囲の多数の微細な流路（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ成形物３７を作る。アロイ成形物作成工程Ｓ４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３８のうちの少なくとも２種類の遷移金属３８を溶融させる温度で金属粉体圧縮物３６を長時間焼成する。焼成（焼結）時間は、３時間〜６時間である。アロイ成形物作成工程Ｓ４では、所定面積及び所定厚みに圧縮された金属粉体圧縮物３６の焼成時において、少なくとも２種類の遷移金属３８の粉体３５が溶融し、溶融した遷移金属３８をバインダーとして他の遷移金属３８の粉体３５を接合（固着）する。

【0105】

アロイ成形物作成工程Ｓ４において、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした金属粉体圧縮物３６では、Ｎｉの粉体３５、Ｃｕ（銅）の粉体３５、ＺＮ（亜鉛）粉体３５を混合した金属粉体混合物３４を圧縮した金属粉体圧縮物３６を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（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ成形物３７を作る。Ｎｉの粉体３５、Ｃｕの粉体３５、Ｚｎの粉体３５から形成されたアロイ成形物３７では、Ｚｎ及びＣｕの粉体３５を溶融させる温度（例えば、１１００℃〜１２００℃）で金属粉体圧縮物３６を焼成（焼結）し、溶融したＺｎ及びＣｕの粉体３５によってＮｉの粉体３５が接合（固着）される。

【0106】

アロイ成形物作成工程Ｓ４において、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした金属粉体圧縮物３６では、Ｎｉの粉体３５、Ｍｎ（マンガン）の粉体３５、Ｍｏ（モリブデン）の粉体３５を混合した金属粉体混合物３４を圧縮した金属粉体圧縮物３６を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（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ成形物３７を作る。Ｎｉの粉体３５、Ｍｎの粉体３５、Ｍｏの粉体３５から形成されたアロイ成形物３７では、Ｍｎ及びＮｉの粉体３５を溶融させる温度（例えば、１４６０℃〜１５００℃）で金属粉体圧縮物３６を焼成し、溶融したＭｎ及びＮｉの粉体３５によってＭｏの粉体３５が接合（固着）される。

【0107】

アロイ成形物作成工程Ｓ４において、Ｆｅ（鉄）を主成分とした金属粉体圧縮物３６では、Ｆｅの粉体３５、Ｎｉ（ニッケル）の粉体３５、Ｃｕ（銅）の粉体３５を混合した金属粉体混合物３４を圧縮した金属粉体圧縮物３６を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（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ成形物３７を作る。Ｆｅの粉体３５、Ｎｉの粉体３５、Ｃｕの粉体３５から形成されたアロイ成形物３７では、Ｃｕ及びＮｉの粉体３５を溶融させる温度（例えば、１４６０℃〜１５００℃）で金属粉体圧縮物３６を焼成し、溶融したＣｕ及びＮｉの粉体３５によってＦｅの粉体３５が接合（固着）される。

【0108】

アロイ成形物作成工程Ｓ４において、Ｆｅ（鉄）を主成分とした金属粉体圧縮物３６では、Ｆｅの粉体３５、Ｔｉ（チタン）の粉体３５、Ａｇ（銀）の粉体３５を混合した金属粉体混合物３４を圧縮した金属粉体圧縮物３６を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（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ成形物３７を作る。Ｆｅの粉体３５、Ｔｉの粉体３５、Ａｇの粉体３５から形成されたアロイ成形物３７では、Ａｇ及びＦｅの粉体３５を溶融させる温度（例えば、１５４０℃〜１６００℃）で金属粉体圧縮物３６を焼成し、溶融したＡｇ及びＦｅの粉体３５によってＴｉの粉体３５が接合（固着）される。

【0109】

アロイ成形物作成工程Ｓ４において、Ｃｕ（銅）を主成分とした金属粉体圧縮物３６では、Ｃｕの粉体３５、Ｆｅ（鉄）の粉体３５、Ｚｎ（亜鉛）の粉体３５を混合した金属粉体混合物３４を圧縮した金属粉体圧縮物３６を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（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ成形物３７を作る。Ｃｕの粉体３５、Ｆｅの粉体３５、Ｚｎの粉体３５から形成されたアロイ成形物３７では、Ｚｎ及びＣｕの粉体３５を溶融させる温度（例えば、１０９０℃〜１２００℃）で金属粉体圧縮物３６を焼成し、溶融したＺｎ及びＣｕの粉体３５によってＦｅの粉体３５が接合（固着）される。

【0110】

アロイ成形物作成工程Ｓ４において、Ｃｕ（銅）を主成分とした金属粉体圧縮物３６では、Ｃｕの粉体３５、Ｆｅ（鉄）の粉体３５、Ａｇ（銀）の粉体３５を混合した金属粉体混合物３４を圧縮した金属粉体圧縮物３６を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（通路孔）を形成したポーラス構造のアロイ成形物３７を作る。Ｃｕの粉体３５、Ｆｅの粉体３５、Ａｇの粉体３５から形成されたアロイ成形物３７では、Ａｇ及びＣｕの粉体３５を溶融させる温度（例えば、１０９０℃〜１２００℃）で金属粉体圧縮物３６を焼成し、溶融したＡｇ及びＣｕの粉体３５によってＦｅの粉体３５が接合（固着）される。

【0111】

アロイ粉体作成工程Ｓ５では、アロイ成形物作成工程Ｓ４によって作られたアロイ成形物３７を微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕してアロイ粉体２５を作る。Ｎｉ（ニッケル）を主成分としたアロイ粉体２５（Ｎｉを主成分とした合金粉体）の一例としては、Ｎｉの粉体３５、Ｃｕの粉体３５、ＺＮの粉体３５を均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を圧縮した金属粉体圧縮物３６を焼成してアロイ成形物３７を作り、そのアロイ成形物３７を微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕した微粉砕物である。Ｎｉ（ニッケル）を主成分としたアロイ粉体２５の他の一例としては、Ｎｉの粉体３５、Ｍｎの粉体３５、Ｍｏの粉体３５を均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を圧縮した金属粉体圧縮物３６を焼成してアロイ成形物３７を作り、そのアロイ成形物３７を微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕した微粉砕物である。

【0112】

Ｆｅ（鉄）を主成分としたアロイ粉体２５（Ｆｅを主成分とした合金粉体）の一例としては、Ｆｅの粉体３５、Ｎｉの粉体３５、Ｃｕの粉体３５を均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を圧縮した金属粉体圧縮物３６を焼成してアロイ成形物３７を作り、そのアロイ成形物３７を微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕した微粉砕物である。Ｆｅ（鉄）を主成分としたアロイ粉体２５の他の一例としては、Ｆｅの粉体３５、Ｔｉの粉体３５、Ａｇの粉体３５を均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を圧縮した金属粉体圧縮物３６を焼成してアロイ成形物３７を作り、そのアロイ成形物３７を微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕した微粉砕物である。

【0113】

Ｃｕ（銅）を主成分としたアロイ粉体２５（Ｃｕを主成分とした合金粉体）の一例としては、Ｃｕの粉体３５、Ｆｅの粉体３５、Ｚｎの粉体３５を均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を圧縮した金属粉体圧縮物３６を焼成してアロイ成形物３７を作り、そのアロイ成形物３７を微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕した微粉砕物である。Ｃｕ（銅）を主成分としたアロイ粉体２５の他の一例としては、Ｃｕの粉体３５、Ｆｅの粉体３５、Ａｇの粉体３５を均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を圧縮した金属粉体圧縮物３６を焼成してアロイ成形物３７を作り、そのアロイ成形物３７を微粉砕機によって１０μｍ〜２００μｍの粒径に微粉砕した微粉砕物である。

【0114】

アロイ粉体担持工程Ｓ６では、アロイ粉体作成工程Ｓ５によって作られた複数のアロイ粉体２５を所定面積及び０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの厚み寸法Ｌ１のカーボン電極板２６の前面２７の全域と後面２８の全域（両面の全域）とに担持させる。又は、アロイ粉体担持工程Ｓ６では、複数のアロイ粉体２５をカーボン電極板２６の厚み方向へ重なり合うように（積層するように）、それらアロイ粉体２５を所定面積及び０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの厚み寸法Ｌ１のカーボン電極板２６の前面２７の全域と後面２８の全域（両面の全域）とに担持させ、カーボン電極板２６の厚み方向へ重なり合う（積層した）複数のアロイ粉体２５によって既述のアロイ粉体積層ポーラス構造物２９を形成する。アロイ粉体担持工程Ｓ６では、アロイ粉体２５をカーボン電極板２６の両面（前後面２７，２８）に導電性バインダー（導電性結合材）やプラズマ溶射によって担持する。

【0115】

固体高分子形燃料電池１０に使用する燃料極１３Ａ，１３Ｂ及び空気極１４Ａ，１４Ｂの電極製造方法は、各種の遷移金属３８から選択する少なくとも３種類の遷移金属３８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３８の中から少なくとも３種類の遷移金属３８を選択する遷移金属選択工程Ｓ１と、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３８の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物３４を作る金属粉体混合物作成工程Ｓ２と、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３４を所定圧力で加圧して金属粉体圧縮物３６を作る金属粉体圧縮物作成工程Ｓ３と、金属粉体圧縮物作成工程Ｓ３によって作られた金属粉体圧縮物３６を所定温度で焼成してアロイ成形物３７を作るアロイ成形物作成工程Ｓ４と、アロイ成形物作成工程Ｓ４によって作られたアロイ成形物３７を微粉砕してアロイ粉体２５を作るアロイ粉体作成工程Ｓ５と、アロイ粉体作成工程Ｓ５によって作られたアロイ粉体２５を所定面積のカーボン電極板２６の両面（前後面２７，２８）に担持させるアロイ粉体担持工程Ｓ６との各工程によって燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂを製造するから、白金族元素を利用しない白金レスの燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂ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優れた触媒活性（触媒作用）を有して固体高分子形燃料電池１０に好適に使用することが可能な燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂを作ることができる。

【0116】

固体高分子形燃料電池１０に使用する燃料極１３Ａ，１３Ｂ及び空気極１４Ａ，１４Ｂの電極製造方法は、厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲のカーボン電極板２６の前面２７の全域と後面２８の全域とにアロイ粉体２５を担持させ、複数のアロイ粉体２５を備えた燃料極１３Ａ及び空気極１４Ａ、又は、複数のアロイ粉体２５が重なり合ったアロイ粉体積層ポーラス構造物２９が形成された燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ｂを作ることができるから、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂの電気抵抗を低くすることができ、燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂに電流がスムースに流れ、固体高分子形燃料電池１０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１０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燃料極１３Ａ又は燃料極１３Ｂ及び空気極１４Ａ又は空気極１４Ｂを作ることができる。

【符号の説明】

【0117】

１０ 固体高分子形燃料電池
１１ セル
１２ セルスタック
１３Ａ 燃料極（電極）
１３Ｂ 燃料極（電極）
１４Ａ 空気極（電極）
１４Ａ 空気極（電極）
１５ 固体高分子電解質膜（電極接合体膜）
１６ セパレータ
１７ セパレータ
１８ 膜/電極接合体
１９ ガス拡散層
２０ ガス拡散層
２１ ガスシール
２２ ガスシール
２３ 前面
２４ 後面
２５ アロイ粉体
２６ カーボン電極板
２７ 前面
２８ 後面
２９ アロイ粉体積層ポーラス構造物
３０ 流路（通路孔）
３１ 通流口
３２ 導線
３３ 負荷
３４ 金属粉体混合物
３５ 粉体
３６ 金属粉体圧縮物
３７ アロイ成形物
３８ 遷移金属
Ｌ１ 厚み寸法
Ｓ１ 遷移金属選択工程
Ｓ２ 金属粉体混合物作成工程
Ｓ３ 金属粉体圧縮物作成工程
Ｓ４ アロイ成形物作成工程
Ｓ５ アロイ粉体作成工程
Ｓ６ アロイ粉体担持工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】