特開 2020-13723 電極及び電極製造方法

(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2020-13723(P2020-13723A)

(43)【公開日】2020年1月23日

(54)【発明の名称】電極及び電極製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/90 20060101AFI20191220BHJP

   H01M 4/86 20060101ALI20191220BHJP

   H01M 4/88 20060101ALI20191220BHJP

   B01J 23/755 20060101ALI20191220BHJP

   B01J 23/80 20060101ALI20191220BHJP

   B01J 23/889 20060101ALI20191220BHJP

   B01J 23/89 20060101ALI20191220BHJP

   B01J 37/04 20060101ALI20191220BHJP

   B01J 37/08 20060101ALI20191220BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20191220BHJP

【ＦＩ】

   H01M4/90 M

   H01M4/86 M

   H01M4/88 K

   B01J23/755 M

   B01J23/80 M

   B01J23/889 M

   B01J23/89 M

   B01J37/04 101

   B01J37/08

   H01M8/10 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】31

(21)【出願番号】特願2018-135920(P2018-135920)

(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）】

4G169

5H018

5H126

【Ｆターム（参考）】

4G169AA03

4G169AA08

4G169BA08A

4G169BA08B

4G169BB02A

4G169BB02B

4G169BC31A

4G169BC31B

4G169BC32B

4G169BC35B

4G169BC50B

4G169BC59B

4G169BC62B

4G169BC66A

4G169BC66B

4G169BC68A

4G169BC68B

4G169CC32

4G169EB18X

4G169EB18Y

4G169FA04

4G169FA05

4G169FB07

4G169FB30

4G169FB70

4G169FC08

5H018AA06

5H018BB01

5H018BB03

5H018BB11

5H018BB12

5H018EE02

5H018EE04

5H018EE05

5H018EE10

5H018HH01

5H018HH03

5H018HH05

5H018HH09

5H126BB06

(57)【要約】

【課題】白金族元素を利用することなく、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができる電極を提供する。
【解決手段】電極１０Ａ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１３と、アロイ粉体１３を両面に担持させた所定面積のカーボン電極板１４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、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。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

陽極又は陰極として使用する電極において、
前記電極が、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電極。

【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ている請求項１に記載の電極。

【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に記載の電極。

【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いずれかに記載の電極。

【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に記載の電極。

【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いずれかに記載の電極。

【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に記載の電極。

【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いずれかに記載の電極。

【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に記載の電極。

【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いずれかに記載の電極。

【請求項11】

陽極又は陰極として使用する電極を製造する電極製造方法において、
前記電極製造方法が、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いずれかに記載の電極製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、陽極又は陰極として使用する電極に関するとともに、陽極又は陰極として使用する電極を製造する電極製造方法に関する。

【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、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができる電極及びその電極の電極製造方法を提供することにある。本発明の他の目的は、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、水素ガス発生装置において電気分解を効率よく行うことができ、多量の水素ガスを発生させることができる電極及びその電極の電極製造方法を提供することにある。

【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第１の前提は、陽極又は陰極として使用する電極である。

【0007】

前記第１の前提における本発明の電極の特徴は、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。

【0008】

本発明の電極の一例として、カーボン電極板の両面には、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形成されている。

【0009】

本発明の電極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。

【0010】

本発明の電極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。

【0011】

本発明の電極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。

【0012】

本発明の電極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。

【0013】

本発明の電極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。

【0014】

本発明の電極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。

【0015】

本発明の電極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。

【0016】

本発明の電極の他の一例として、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。

【0017】

前記課題を解決するための本発明の第２の前提は、陽極又は陰極として使用する電極を製造する電極製造方法である。

【0018】

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。

【0019】

本発明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。

【0020】

本発明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。

【0021】

本発明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。

【0022】

本発明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】

【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電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置の電極として好適に使用することができる。電極は、アロイ成形物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いない白金レスであり、電極を廉価に作ることができる。電極は、それが白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するから、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、多量の水素ガスを発生させることができる。

【0024】

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ている電極は、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電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置の電極として好適に使用することができる。電極は、アロイ粉体積層ポーラス構造物を形成した電極が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するから、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、多量の水素ガスを発生させることができる。

【0025】

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の範囲にある電極は、カーボン電極板の厚み寸法を前記範囲にすることで、電極の電気抵抗を小さくすることができ、電極に電流をスムースに流すことができる。電極は、電流がスムースに流れるから、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、多量の水素ガスを発生させることができる。

【0026】

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、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電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置の電極として好適に使用することができる。電極は、アロイ成形物が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いない白金レスであり、電極を廉価に作ることができる。電極は、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するから、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、多量の水素ガスを発生させることができる。

【0027】

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、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電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、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、多量の水素ガスを発生させることができる。

【0028】

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、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電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置の電極として好適に使用することができる。電極は、アロイ成形物が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いない白金レスであり、電極を廉価に作ることができる。電極は、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するから、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、多量の水素ガスを発生させることができる。

【0029】

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、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電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、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、多量の水素ガスを発生させることができる。

【0030】

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、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電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置の電極として好適に使用することができる。電極は、アロイ成形物が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いない白金レスであり、電極を廉価に作ることができる。電極は、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するから、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、多量の水素ガスを発生させることができる。

【0031】

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、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電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、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、多量の水素ガスを発生させることができる。

【0032】

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電極は、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する電極を作ることができる。電極は、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電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、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、多量の水素ガスを発生させることができる。

【0033】

本発明に係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の各工程によって電極を製造するから、白金族元素を利用しない白金レス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優れた触媒活性（触媒作用）を有して燃料電池や水素ガス発生装置に好適に使用することが可能な電極を作ることができる。

【0034】

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電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）を有して燃料電池や水素ガス発生装置に好適に使用することが可能な電極を作ることができる。

【0035】

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する白金レスの電極を作ることができる。

【0036】

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する白金レスの電極を作ることができる。

【0037】

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電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、電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な白金レスの電極を作ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】一例として示す電極の斜視図。

【図2】電極の部分拡大正面図。

【図3】図２のＡ−Ａ線端面図。

【図4】他の一例として示す電極の部分拡大正面図。

【図5】図４のＢ−Ｂ線端面図。

【図6】電極を使用したセルの一例を示す分解斜視図。

【図7】電極を使用したセルの側面図。

【図8】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9】電極の起電圧試験の結果を示す図。

【図10】電極のＩ−Ｖ特性試験の結果を示す図。

【図11】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12】電極の製造方法を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0039】

一例として示す電極１０Ａ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１０Ａの部分拡大正面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線端面図である。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。

【0040】

電極１０Ａは、陽極（アノード）又は陰極（カソード）として使用され、燃料電池２１の電極（触媒）（図６参照）や水素ガス発生装置３０の電極（触媒）（図１１参照）として利用される。電極１０Ａは、前面１１及び後面１２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、電極１０Ａ（電極１０Ｂを含む）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。

【0041】

電極１０Ａは、アロイ粉体１３（合金粉体）と所定面積のカーボン電極板１４とから形成されている。アロイ粉体１３は、アロイ成形物４２（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１３は、その粒径が１０μｍ〜２００μｍの範囲にある。アロイ成形物４２は、粉状に加工（微粉砕）された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４０（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。

【0042】

遷移金属の粉体には、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。

【0043】

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。

【0044】

金属粉体混合物４０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。

【0045】

金属粉体混合物４０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（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４０である。

【0046】

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種類の遷移金属の粉体とを混合した金属粉体混合物４０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。

【0047】

Ｎｉの粉体を主成分としたアロイ成形物４２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４０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。Ｎｉを主成分としたアロイ粉体１３は、Ｎｉの粉体を主成分とした金属粉体混合物４０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４２を微粉砕した粒径が１０μｍ〜２００μｍの微粉砕物である。

【0048】

Ｎｉ（ニッケル）の粉体を主成分とした金属粉体混合物４０では、金属粉体混合物４０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４０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（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４０の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある。

【0049】

Ｎｉ（ニッケル）を主成分としたアロイ粉体１３（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４０を圧縮した後に焼成してアロイ成形物４２を作り、そのアロイ成形物４２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１３は、金属粉体混合物４０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４０の全重量に対するＣｕの粉体重量比が４２％、金属粉体混合物４０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。

【0050】

Ｎｉ（ニッケル）を主成分としたアロイ粉体１３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４０を圧縮した後に焼成してアロイ成形物４２を作り、そのアロイ成形物４２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１３は、金属粉体混合物４０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４０の全重量に対するＭｎの粉体重量比が７％、金属粉体混合物４０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。

【0051】

金属粉体混合物４０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（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４０である。

【0052】

主成分となるＦｅ（鉄）の粉体とＦｅを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とを混合した金属粉体混合物４０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。

【0053】

Ｆｅの粉体を主成分としたアロイ成形物４２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４０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。Ｆｅを主成分としたアロイ粉体１３は、Ｆｅの粉体を主成分とした金属粉体混合物４０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４２を微粉砕した粒径が１０μｍ〜２００μｍの微粉砕物である。

【0054】

Ｆｅ（鉄）の粉体を主成分とした金属粉体混合物４０では、金属粉体混合物４０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４０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（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４０の全重量に対する重量比が３％〜２０％の範囲にある。

【0055】

Ｆｅ（鉄）を主成分としたアロイ粉体１３（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４０を圧縮した後に焼成してアロイ成形物４２を作り、そのアロイ成形物４２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１３は、金属粉体混合物４０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４０の全重量に対するＮｉの粉体重量比が４８％、金属粉体混合物４０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。

【0056】

Ｆｅ（鉄）を主成分としたアロイ粉体１３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４０を圧縮した後に焼成してアロイ成形物４２を作り、そのアロイ成形物４２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１３は、金属粉体混合物４０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４０の全重量に対するＴｉの粉体重量比が４６％、金属粉体混合物４０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。

【0057】

金属粉体混合物４０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（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４０である。

【0058】

主成分となるＣｕ（銅）の粉体とＣｕを除く他の少なくとも２種類の遷移金属の粉体とを混合した金属粉体混合物４０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。

【0059】

Ｃｕの粉体を主成分としたアロイ成形物４２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４０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。Ｃｕを主成分としたアロイ粉体は、Ｃｕの粉体を主成分とした金属粉体混合物４０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４２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４０では、金属粉体混合物４０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４０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（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４０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１３（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４０を圧縮した後に焼成してアロイ成形物４２を作り、そのアロイ成形物４２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１３は、金属粉体混合物４０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４０の全重量に対するＦｅの粉体重量比が４８％、金属粉体混合物４０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１３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４０を圧縮した後に焼成してアロイ成形物４２を作り、そのアロイ成形物４２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１３は、金属粉体混合物４０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４０の全重量に対するＦｅの粉体重量比が４６％、金属粉体混合物４０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１４は、前面１５及び後面１６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１４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１４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１４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１４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１４は、その厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲、好ましくは、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲にある。カーボン電極板１４の前面１５の全域及び後面１６の全域（両面の全域）には、図３に示すように、既述の複数のアロイ粉体１３が担持されている。アロイ粉体１３は、カーボン電極板１４の前面１５の全域及び後面１６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。

【0065】

カーボン電極板１４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１４（電極１０Ａ（または電極１０Ｂ））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１４の厚み寸法Ｌ１が０．３ｍｍを超過すると、カーボン電極板１４（電極１０Ａ（または電極１０Ｂ））の電気抵抗が大きくなり、カーボン電極板１４（電極１０Ａ（または電極１０Ｂ））に電流がスムースに流れず、電極１０Ａ（または電極１０Ｂ）が燃料電池２１に使用されたときに燃料電池２１において十分な電気を発電することができず、燃料電池２１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。また、電極１０Ａ（または電極１０Ｂ）が水素ガス発生装置３０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３０において短時間に多量の水素ガスを発生させることができない。

【0066】

カーボン電極板１４は、その厚み寸法Ｌ１が０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲、好ましくは、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲にあるから、カーボン電極板１４（電極１０Ａ（または電極１０Ｂ））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１４に衝撃が加えられたときのカーボン電極板１４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１４（電極１０Ａ（または電極１０Ｂ））の電気抵抗を小さくすることができ、カーボン電極板１４（電極１０Ａ（または電極１０Ｂ））に電流がスムースに流れ、電極１０Ａが燃料電池２１に使用されたときに燃料電池２１において十分な電気を発電することができ、燃料電池２１に接続された負荷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１０Ａが水素ガス発生装置３０に使用されたときに電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置３０において短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。

【0067】

図４は、他の一例として示す電極１０Ｂの部分拡大正面図であり、図５は、図４のＢ−Ｂ線端面図である。電極１０Ｂが図１の電極１０Ａと異なるところは、カーボン電極板１４の厚み方向へ重なる複数のアロイ粉体１３によってアロイ粉体積層ポーラス構造物１７がカーボン電極板１４の前面１５及び後面１６（両面）に形成されている点にあり、その他の構成は図１の電極１０Ａと同一であるから、図１と同一の符号を付すとともに、図１の電極１０Ａの説明を援用することで、この電極１０Ｂのその他の構成の詳細な説明は省略する。

【0068】

電極１０Ｂは、陽極（アノード）又は陰極（カソード）として使用され、燃料電池２１の電極（触媒）（図６参照）や水素ガス発生装置３０の電極（触媒）（図１１参照）として利用される。電極１０Ｂは、前面１１及び後面１２を有するとともに、所定の面積及び所定の厚み寸法を有し、その平面形状が四角形に成形されている。電極１０Ｂは、アロイ粉体１３（合金粉体）と、両面（前後面１５，１６）にアロイ粉体１３を担持させた所定面積のカーボン電極板１４とから形成されている。

【0069】

カーボン電極板１４の前面１５の全域と後面１６の全域（両面の全域）とには、カーボン電極板１４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１３によってアロイ粉体積層ポーラス構造物１７が形成されている。アロイ粉体１３は、アロイ成形物４２（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４２は、粉状に加工（微粉砕）された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４０を圧縮した後に焼成（焼結）することから作られている。遷移金属や金属粉体混合物４０、アロイ成形物４２、アロイ粉体１３は、図１の電極１０Ａ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１３の粒径、カーボン電極板１４の厚み寸法Ｌ１は、図１の電極１０Ａのそれらと同一である。

【0070】

アロイ粉体積層ポーラス構造物１７には、径が異なる多数の微細な流路１８（通路孔）が形成されている。それら流路１８（通路孔）には、気体（水素ガスや酸素ガス）または液体（水）が通流する。それら流路１８（通路孔）は、カーボン電極板１４の前面１５の側に開口する複数の通流口１９とカーボン電極板１４の後面１６の側に開口する複数の通流口１９とを有し、電極１０Ｂの前面１１に向かってアロイ粉体積層ポーラス構造物１７を貫通しているとともに、電極１０Ｂの後面１２に向かってアロイ粉体積層ポーラス構造物１７を貫通している。

【0071】

それら流路１８は、カーボン電極板１４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１４の外周縁から中心に向かってカーボン電極板１４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１４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１８は径方向において部分的につながり、一方の流路１８と他方の流路１８とが互いに連通している。カーボン電極板１４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１８は厚み方向において部分的につながり、一方の流路１８と他方の流路１８とが互いに連通している。

【0072】

それら流路１８（通路孔）の開口面積（開口径）は、カーボン電極板１４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１４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１８は、その開口面積（開口径）が大きくなったり、小さくなったりしながら厚み方向と径方向とへ不規則に開口している。また、前面１１に開口する通流口１９と後面１２に開口する通流口１９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１８（通路孔）の開口径や通流口１９の開口径は、１μｍ〜１００μｍの範囲にある。

【0073】

アロイ粉体積層ポーラス構造物１７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１７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１７に多数の微細な流路１８（通路孔）が形成されず、アロイ粉体積層ポーラス構造物１７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１７の空隙率が３０％を超過し、相対密度が７０％未満では、流路１８（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１７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１７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。

【0074】

アロイ粉体積層ポーラス構造物１７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１７が開口面積（開口径）の異なる多数の微細な流路１８（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１７の比表面積を大きくすることができ、それら流路１８（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１７の接触面（アロイ粉体１３の表面）に広く接触させることができる。

【0075】

アロイ粉体積層ポーラス構造物１７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１７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１７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１７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１７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１７に多数の微細な流路１８（通路孔）が形成されず、アロイ粉体積層ポーラス構造物１７の比表面積を大きくすることができない。

【0076】

カーボン電極板１４の両面（前後面１５，１６）に形成されたアロイ粉体積層ポーラス構造物１７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１７が多数の微細な流路１８（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１７の比表面積を大きくすることができ、それら流路１８（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１７の接触面（アロイ粉体１３の表面）に広く接触させることができる。

【0077】

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１８（通路孔）が塞がれ、アロイ粉体積層ポーラス構造物１７に多数の微細な流路１８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１７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１８（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１７に多数の微細な流路１８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１７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前記範囲にあるから、アロイ粉体積層ポーラス構造物１７が多数の微細な流路１８（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１７の比表面積を大きくすることができ、それら流路１８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１７の接触面（アロイ粉体１３の表面）に広く接触させることができる。

【0078】

図６は、電極１０Ａ，１０Ｂを使用したセル２０の一例を示す分解斜視図であり、図７は、電極１０Ａ，１０Ｂを使用したセル２０の側面図である。図８は、電極１０Ａ，１０Ｂを使用した燃料電池２１（固体高分子形燃料電池）の発電を説明する図であり、図９は、電極１０Ａ，１０Ｂの起電圧試験の結果を示す図である。図１０は、電極１０Ａ，１０ＢのＩ−Ｖ特性試験の結果を示す図である。

【0079】

電極１０Ａ又は電極１０Ｂを使用したセル２０の一例としては、図６に示すように、電極１０Ａ又は電極１０Ｂを使用した燃料極２２（アノード）と、電極１０Ａ又は電極１０Ｂを使用した空気極２３（カソード）と、燃料極２２及び空気極２３の間に介在する固体高分子電解質膜２４（スルホン酸基を有するフッ素系イオン交換膜）と、燃料極２２の厚み方向外側に位置するセパレータ２５ａ（バイポーラプレート）と、空気極２３の厚み方向外側に位置するセパレータ２５ｂ（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２５ａ，２５ｂ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）。

【0080】

セル２０では、図７に示すように、燃料極２２や空気極２３、固体高分子電解質膜２４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２５ａ，２５ｂが挟み込んでいる。固体高分子電解質膜２４と燃料極２２（電極１０Ａ又は電極１０Ｂ）及び空気極２３（電極１０Ａ又は電極１０Ｂ）とは、ホットプレスによって積層され＠、固体高分子電解質膜２４とアロイ粉体１３とが隙間なく重なり合い、固体高分子電解質膜２４とアロイ粉体１３とが隙間なく密着し、又は、固体高分子電解質膜２４とアロイ粉体積層ポーラス構造物１７とが隙間なく重なり合い、固体高分子電解質膜２４とアロイ粉体積層ポーラス構造物１７とが隙間なく密着している。燃料電池２１（固体高分子形燃料電池）では、複数のセル２０（単セル）が一方向へ重なり合い、それらセル２０が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２５は、プロトン導電性があり、電子導電性がない。

【0081】

燃料極２２とセパレータ２５ａとの間には、ガス拡散層２６ａが形成され、空気極２３とセパレータ２５ｂとの間には、ガス拡散層２６ｂが形成されている。燃料極２２とセパレータ２５ａとの間であってガス拡散層２６ａの上部及び下部には、ガスシール２７ａが設置されている。空気極２３とセパレータ２５ｂとの間であってガス拡散層２６ｂの上部及び下部には、ガスシール２７ｂが設置されている。

【0082】

燃料電池２１（固体高分子形燃料電池）では、図８に示すように、燃料極２２（電極１０Ａ又は電極１０Ｂ）に水素（燃料）が供給され、空気極２３（電極１０Ａ又は電極１０Ｂ）に空気（酸素）が供給される。燃料極２２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２４内を通って空気極２３に移動し、電子が導線２８内を通って空気極２３に移動する。固体高分子電解質膜２４には、燃料極２２で生成されたプロトンが通流する。空気極２３では、固体高分子電解質膜２４から移動したプロトンと導線２８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。

【0083】

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、遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択され、選択された少なくとも３種類の遷移金属から作られたアロイ粉体１３がカーボン電極板１４の両面（前後面１５，１６）に担持され、アロイ粉体１３やアロイ粉体積層ポーラス構造物１７が燃料極２２（電極１０Ａ又は電極１０Ｂ）や空気極２３（電極１０Ａ又は電極１０Ｂ）を構成するから、燃料極２２や空気極２３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。

【0084】

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２２と空気極２３との間（電極１０Ａの間や電極１０Ｂの間）の電圧（Ｖ）を測定した。図９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）電極（白金電極）を使用した固体高分子形燃料電池では、起電圧試験の結果を示す図９から分かるように、燃料極と空気極との間の電圧が１．０７９（Ｖ）前後であった。それに対し、燃料極２２（白金レスの電極１０Ａ，１０Ｂ）及び空気極２３（白金レスの電極１０Ａ，１０Ｂ）を使用した固体高分子形燃料電池２１では、燃料極２２と空気極２３との間の電圧（起電力）が１．０１（Ｖ）〜１．０２（Ｖ）であった。

【0085】

Ｉ−Ｖ特性試験では、燃料極２２と空気極２３との間（電極１０Ａの間や電極１０Ｂの間）に負荷２９を接続し、電圧と電流との関係を測定した。図１０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２２（白金レスの電極１０Ａ，１０Ｂ）及び空気極２３（白金レスの電極１０Ａ，１０Ｂ）を使用した固体高分子形燃料電池２１では、Ｉ−Ｖ特性試験の結果を示す図１０から分かるように、白金族元素を利用した（担持させた）電極（白金電極）を使用した固体高分子形燃料電池の電圧降下率と大差のない結果が得られた。図９の起電圧試験の結果や図１０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２２及び空気極２３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。

【0086】

図１１は、電極１０Ａ，１０Ｂを使用した水素ガス発生装置３０の電気分解を説明する図である。電極１０Ａ，１０Ｂを使用した水素ガス発生装置３０の一例は、図１１に示すように、電極１０Ａ又は電極１０Ｂを使用した陽極３１（アノード）と、電極１０Ａ又は電極１０Ｂを使用した陰極３２（カソード）と、陽極３１及び陰極３２の間に介在する固体高分子電解質膜３３（スルホン酸基を有するフッ素 系イオン交換膜）と、陽極給電部材３４及び陰極給電部材３５と、陽極用貯水槽３６及び陰極用貯水槽３７と、陽極主電極３８及び陰極主電極３９とから形成されている。水素ガス発生装置３０は、陽極３１及び陰極３２に電気を通電し、陽極３１で酸化反応を起こすとともに陰極３２で還元反応を起こすことで水を化学分解する。

【0087】

水素ガス発生装置３０では、陽極３１や陰極３２、固体高分子電解質膜３３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３４と陰極給電部材３５とが挟み込んでいる。固体高分子電解質膜３３と陽極３１（電極１０Ａ又は電極１０Ｂ）及び陰極３２（電極１０Ａ又は電極１０Ｂ）とは、ホットプレスによって積層され、固体高分子電解質膜３３とアロイ粉体１３とが隙間なく重なり合い、又は、固体高分子電解質膜２２とアロイ粉体積層ポーラス構造物１７とが隙間なく重なり合っている。固体高分子電解質膜３３は、プロトン導電性があり、電子導電性がない。

【0088】

陽極給電部材３４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３６は、陽極給電部材３４の外側に位置して陽極給電部材３４に密着している。陽極主電極３８は、陽極用貯水槽３６の外側に位置して陽極給電部材３４に＋の電流を給電する。陰極給電部材３５は、陰極３２の外側に位置して陰極３２に密着し、陰極３２に−の電流を給電する。陰極用貯水槽３７は、陰極給電部材３５の外側に位置して陰極給電部材３５に密着している。陰極主電極３９は、陰極用貯水槽３７の外側に位置して陰極給電部材３５に−の電流を給電する。

【0089】

水素ガス発生装置３０における水の電気分解では、図１１に矢印で示すように、陽極用貯水槽３６及び陰極用貯水槽３７に水（Ｈ_２Ｏ）が給水され、陽極主電極３８に電源から＋の電流が給電されるとともに、陰極主電極３９に電源から−の電流が給電される。陽極主電極３８に給電された＋の電流が陽極給電部材３４から陽極３１（アノード）に給電され、陰極主電極３９に給電された−の電流が陰極給電部材３５から陰極３２（カソード）に給電される。

【0090】

陽極３１（電極１０Ａ又は電極１０Ｂ）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３２（電極１０Ａ又は電極１０Ｂ）では、４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２の陰極反応（触媒作用）によって水素が生成される。プロトン（水素イオン：Ｈ^＋）は、固体高分子電解質膜３３内を通って陽極３１から陰極３２に移動する。固体高分子電解質膜３３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、遷移金属の中から少なくとも３種類の遷移金属が選択され、選択された少なくとも３種類の遷移金属から作られたアロイ粉体１３がカーボン電極板１４の両面（前後面１５，１６）に担持され、アロイ粉体１３やアロイ粉体積層ポーラス構造物１７が陽極３１（電極１０Ａ又は電極１０Ｂ）や陰極３２（電極１０Ａ又は電極１０Ｂ）を構成するから、陽極３１や陰極３２が優れた触媒活性（触媒作用）を示し、水素ガス発生装置３０において効率よく電気分解が行われ、短時間に多量の水素ガスが発生する。

【0091】

電極１０Ａは、それが各種の遷移金属から選択された少なくとも３種類の遷移金属の粉体を均一に混合・分散した金属粉体混合物４０を圧縮した後に焼成したアロイ成形物４２を微粉砕したアロイ粉体１３と、アロイ粉体１３を両面（前後面１５，１６）に担持させた所定面積のカーボン電極板１４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１３を有する電極１０Ａが白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池２１や水素ガス発生装置３０の電極１０Ａとして好適に使用することができる。

【0092】

電極１０Ａは、それが白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するから、電極１０Ａを燃料電池２１に使用することで、燃料電池２１において十分な電気を発電することができ、燃料電池２１に接続された負荷２９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１０Ａを水素ガス発生装置３０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３０において多量の水素ガスを発生させることができる。

【0093】

カーボン電極板１４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１３によってカーボン電極板１４の両面（前後面１５，１６）にアロイ粉体積層ポーラス構造物１７が形成されている電極１０Ｂは、カーボン電極板１４の両面にアロイ粉体積層ポーラス構造物１７を形成することで、アロイ粉体積層ポーラス構造物１７（アロイ粉体１３）の比表面積を大きくすることができ、アロイ粉体１３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１７を有する電極１０Ｂが白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池２１や水素ガス発生装置３０の電極１０Ｂとして好適に使用することができる。

【0094】

電極１０Ｂは、アロイ粉体積層ポーラス構造物１７を形成した電極１０Ｂが白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するから、電極１０Ｂを燃料電池２１に使用することで、燃料電池２１において十分な電気を発電することができ、燃料電池２１に接続された負荷２９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１０Ｂを水素ガス発生装置３０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３０において多量の水素ガスを発生させることができる。電極１０Ａや電極１０Ｂは、アロイ粉体１３やアロイ粉体積層ポーラス構造物１７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いない白金レスであり、それら電極１０Ａ，１０Ｂを廉価に作ることができる。

【0095】

金属粉体混合物４０（アロイ粉体１３やアロイ粉体積層ポーラス構造物１７）がＮｉ（ニッケル）の粉体を主成分とした電極１０Ａや電極１０Ｂ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１３又はアロイ粉体積層ポーラス構造物１７を有する電極１０Ａ，１０Ｂが白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池２１や水素ガス発生装置３０の電極１０Ａ，１０Ｂとして好適に使用することができる。

【0096】

金属粉体混合物４０（アロイ粉体１３やアロイ粉体積層ポーラス構造物１７）がＮｉ（ニッケル）の粉体を主成分とした電極１０Ａや電極１０Ｂは、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するから、電極１０Ａや電極１０Ｂを燃料電池２１に使用することで、燃料電池２１において十分な電気を発電することができ、燃料電池２１に接続された負荷２９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１０Ａや電極１０Ｂを水素ガス発生装置３０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３０において多量の水素ガスを発生させることができる。電極１０Ａや電極１０Ｂは、アロイ粉体１３又はアロイ粉体積層ポーラス構造物１７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いない白金レスであり、電極１０Ａ，１０Ｂを廉価に作ることができる。

【0097】

金属粉体混合物４０（アロイ粉体１３やアロイ粉体積層ポーラス構造物１７）がＦｅ（鉄）の粉体を主成分とした電極１０Ａや電極１０Ｂ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１３又はアロイ粉体積層ポーラス構造物１７を有する電極１０Ａ，１０Ｂが白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池２１や水素ガス発生装置３０の電極１０Ａ，１０Ｂとして好適に使用することができる。

【0098】

金属粉体混合物４０（アロイ粉体１３やアロイ粉体積層ポーラス構造物１７）がＦｅ（鉄）の粉体を主成分とした電極１０Ａや電極１０Ｂは、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するから、電極１０Ａや電極１０Ｂを燃料電池２１に使用することで、燃料電池２１において十分な電気を発電することができ、燃料電池２１に接続された負荷２９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１０Ａや電極１０Ｂを水素ガス発生装置３０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３０において多量の水素ガスを発生させることができる。電極１０Ａや電極１０Ｂは、アロイ粉体１３又はアロイ粉体積層ポーラス構造物１７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いない白金レスであり、電極１０Ａ，１０Ｂを廉価に作ることができる。

【0099】

金属粉体混合物４０（アロイ粉体１３やアロイ粉体積層ポーラス構造物１７）がＣｕ（銅）の粉体を主成分とした電極１０Ａや電極１０Ｂ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１３又はアロイ粉体積層ポーラス構造物１７を有する電極１０Ａ，１０Ｂが白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮することができ、燃料電池２１や水素ガス発生装置３０の電極１０Ａ，１０Ｂとして好適に使用することができる。

【0100】

金属粉体混合物４０（アロイ粉体１３やアロイ粉体積層ポーラス構造物１７）がＣｕ（銅）の粉体を主成分とした電極１０Ａや電極１０Ｂは、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性（触媒作用）を発揮するから、電極１０Ａや電極１０Ｂを燃料電池２１に使用することで、燃料電池２１において十分な電気を発電することができ、燃料電池２１に接続された負荷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１０Ａや電極１０Ｂを水素ガス発生装置３０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３０において多量の水素ガスを発生させることができる。電極１０Ａや電極１０Ｂは、アロイ粉体１３又はアロイ粉体積層ポーラス構造物１７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いない白金レスであり、電極１０Ａ，１０Ｂを廉価に作ることができる。

【0101】

図１２は、電極１０Ａ，１０Ｂの製造方法を説明する図である。電極１０Ａや電極１０Ｂは、図１１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。

【0102】

遷移金属選択工程Ｓ１では、各種の遷移金属４１から選択する少なくとも３種類の遷移金属４１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４１（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。

【0103】

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４０（アロイ粉体１３やアロイ粉体積層ポーラス構造物１７）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４０（アロイ粉体１３やアロイ粉体積層ポーラス構造物１７）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４０（アロイ粉体１３やアロイ粉体積層ポーラス構造物１７）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。

【0104】

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４１の粉体４２を均一に混合・分散した金属粉体混合物４０を作る。金属粉体混合物作成工程において、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とした金属粉体混合物４０（アロイ粉体１３やアロイ粉体積層ポーラス構造物１７）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４２、Ｃｕの粉体４２、Ｚｎの粉体４２を作成する。次に、Ｎｉの粉体４２やＣｕの粉体４２、Ｚｎの粉体４２を混合機に投入して混合機によってＮｉの粉体４２、Ｃｕの粉体４２、Ｚｎの粉体４２を攪拌・混合し、Ｎｉの粉体４２、Ｃｕの粉体４２、Ｚｎの粉体４２が均一に混合・分散した金属粉体混合物４０を作る。

【0105】

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４２、Ｍｎの粉体４２、Ｍｏの粉体４２を作成する。次に、Ｎｉの粉体４２やＭｎの粉体４２、Ｍｏの粉体４２を混合機に投入して混合機によってＮｉの粉体４２、Ｍｎの粉体４２、Ｍｏの粉体４２を攪拌・混合し、Ｎｉの粉体４２、Ｍｎの粉体４２、Ｍｏの粉体４２が均一に混合・分散した金属粉体混合物４０を作る。

【0106】

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４０（アロイ粉体１３やアロイ粉体積層ポーラス構造物１７）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４２、Ｎｉの粉体４２、Ｃｕの粉体４２を作成する。次に、Ｆｅの粉体４２やＮｉの粉体４２、Ｃｕの粉体４２を混合機に投入して混合機によってＦｅの粉体４２、Ｎｉの粉体４２、Ｃｕの粉体４２を攪拌・混合し、Ｆｅの粉体４２、Ｎｉの粉体４２、Ｃｕの粉体４２が均一に混合・分散した金属粉体混合物３０を作る。

【0107】

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４２、Ｔｉの粉体４２、Ａｇの粉体４２を作成する。次に、Ｆｅの粉体４２やＴｉの粉体４２、Ａｇの粉体４２を混合機に投入して混合機によってＦｅの粉体４２、Ｔｉの粉体４２、Ａｇの粉体４２を攪拌・混合し、Ｆｅの粉体４２、Ｔｉの粉体４２、Ａｇの粉体４２が均一に混合・分散した金属粉体混合物４０を作る。

【0108】

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４０（アロイ粉体１３やアロイ粉体積層ポーラス構造物１７）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４２、Ｆｅの粉体４２、Ｚｎの粉体４２を作成する。次に、Ｃｕの粉体４２やＦｅの粉体４２、Ｚｎの粉体４２を混合機に投入して混合機によってＣｕの粉体４２、Ｆｅの粉体４２、Ｚｎの粉体４２を攪拌・混合し、Ｃｕの粉体４２、Ｆｅの粉体４２、Ｚｎの粉体４２が均一に混合・分散した金属粉体混合物４０を作る。

【0109】

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４２、Ｆｅの粉体４２、Ａｇの粉体４２を作成する。次に、Ｃｕの粉体４２やＦｅの粉体４２、Ａｇの粉体４２を混合機に投入して混合機によってＣｕの粉体４２、Ｆｅの粉体４２、Ａｇの粉体４２を攪拌・混合し、Ｃｕの粉体４２、Ｆｅの粉体４２、Ａｇの粉体４２が均一に混合・分散した金属粉体混合物４０を作る。

【0110】

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４０を所定圧力で加圧し、金属粉体混合物４０を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物４３を作る。金属粉体圧縮物作成工程Ｓ３では、金属粉体混合物４０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４３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。

【0111】

プレス圧（圧力）が５００Ｍｐａ未満では、金属粉体混合物４０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４３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４４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１３を作ることができない。電極製造方法は、金属粉体混合物４０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４３を作ることができ、その金属粉体圧縮物４３を焼成して所定硬度のアロイ成形物４４を作ることができるとともに、アロイ成形物４４を微粉砕した所定粒径のアロイ粉体１３を作ることができる。

【0112】

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４１では、Ｎｉの粉体４２、Ｃｕ（銅）の粉体４２、ＺＮ（亜鉛）粉体４２を混合した金属粉体混合物４０の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物４０をプレス加工によって加圧して金属粉体混合物４０を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物４３を作る。又は、Ｎｉの粉体４２、Ｍｎ（マンガン）の粉体４２、Ｍｏ（モリブデン）の粉体４２を混合した金属粉体混合物４０の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物４０をプレス加工によって加圧して金属粉体混合物４０を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物４３を作る。

【0113】

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４１では、Ｆｅの粉体４２、Ｎｉ（ニッケル）の粉体４２、Ｃｕ（銅）の粉体４２を混合した金属粉体混合物４０の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物４０をプレス加工によって加圧して金属粉体混合物４０を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物４３を作る。又は、Ｆｅの粉体４２、Ｔｉ（チタン）の粉体４２、Ａｇ（銀）の粉体４２を混合した金属粉体混合物４０の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物４０をプレス加工によって加圧して金属粉体混合物４０を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物４３を作る。

【0114】

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４１では、Ｃｕの粉体４２、Ｆｅ（鉄）の粉体４２、Ｚｎ（亜鉛）の粉体４２を混合した金属粉体混合物４０の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物４０をプレス加工によって加圧（圧縮）して金属粉体混合物４０を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物４３を作る。又は、Ｃｕの粉体４２、Ｆｅ（鉄）の粉体４２、Ａｇ（銀）の粉体４２を混合した金属粉体混合物４０の所定量を金型に投入し、その金属粉体混合物４０をプレス加工によって加圧して金属粉体混合物４０を圧縮した所定面積及び所定厚みの金属粉体圧縮物４３を作る。

【0115】

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４３を炉（蒸気過熱炉や電気炉等）に投入し、金属粉体圧縮物４３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４４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４１うちの少なくとも２種類の遷移金属４１を溶融させる温度で金属粉体圧縮物４３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４３の焼成時において、少なくとも２種類の遷移金属４１の粉体４２が溶融し、溶融した遷移金属４１をバインダーとして他の遷移金属４１の粉体４２を接合（固着）する。

【0116】

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４１では、Ｎｉの粉体４２、Ｃｕ（銅）の粉体４２、ＺＮ（亜鉛）粉体４２を混合した金属粉体混合物４０を圧縮した金属粉体圧縮物４３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４４を作る。Ｎｉの粉体４２、Ｃｕの粉体４２、Ｚｎの粉体４２から形成されたアロイ成形物４４では、Ｚｎ及びＣｕの粉体４２を溶融させる温度（例えば、１１００℃〜１２００℃）で金属粉体圧縮物４３を焼成（焼結）し、溶融したＺｎ及びＣｕの粉体４２によってＮｉの粉体４２が接合（固着）される。

【0117】

また、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４３では、Ｎｉの粉体４２、Ｍｎ（マンガン）の粉体４２、Ｍｏ（モリブデン）の粉体４２を混合した金属粉体混合物４０を圧縮した金属粉体圧縮物４３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４４を作る。Ｎｉの粉体４２、Ｍｎの粉体４２、Ｍｏの粉体４２から形成されたアロイ成形物４４では、Ｍｎ及びＮｉの粉体４２を溶融させる温度（例えば、１４６０℃〜１５００℃）で金属粉体圧縮物４３を焼成し、溶融したＭｎ及びＮｉの粉体４２によってＭｏの粉体４２が接合（固着）される。

【0118】

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４１では、Ｆｅの粉体４２、Ｎｉ（ニッケル）の粉体４２、Ｃｕ（銅）の粉体４２を混合した金属粉体混合物４０を圧縮した金属粉体圧縮物４３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４４を作る。Ｆｅの粉体４２、Ｎｉの粉体４２、Ｃｕの粉体４２から形成されたアロイ成形物４４では、Ｃｕ及びＮｉの粉体４２を溶融させる温度（例えば、１４６０℃〜１５００℃）で金属粉体圧縮物４３を焼成し、溶融したＣｕ及びＮｉの粉体４２によってＦｅの粉体４２が接合（固着）される。

【0119】

また、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４１では、Ｆｅの粉体４２、Ｔｉ（チタン）の粉体４２、Ａｇ（銀）の粉体４２を混合した金属粉体混合物４０を圧縮した金属粉体圧縮物４３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４４を作る。Ｆｅの粉体４２、Ｔｉの粉体４２、Ａｇの粉体４２から形成されたアロイ成形物４４では、Ａｇ及びＦｅの粉体４２を溶融させる温度（例えば、１５４０℃〜１６００℃）で金属粉体圧縮物４３を焼成し、溶融したＡｇ及びＦｅの粉体４２によってＴｉの粉体４２が接合（固着）される。

【0120】

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４１では、Ｃｕの粉体４２、Ｆｅ（鉄）の粉体４２、Ｚｎ（亜鉛）の粉体４２を混合した金属粉体混合物４０を圧縮した金属粉体圧縮物４３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４４を作る。Ｃｕの粉体４２、Ｆｅの粉体４２、Ｚｎの粉体４２から形成されたアロイ成形物４４では、Ｚｎ及びＣｕの粉体４２を溶融させる温度（例えば、１０９０℃〜１２００℃）で金属粉体圧縮物４３を焼成し、溶融したＺｎ及びＣｕの粉体４２によってＦｅの粉体４２が接合（固着）される。

【0121】

また、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４１では、Ｃｕの粉体４２、Ｆｅ（鉄）の粉体４２、Ａｇ（銀）の粉体４２を混合した金属粉体混合物４０を圧縮した金属粉体圧縮物４３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４４を作る。Ｃｕの粉体４２、Ｆｅの粉体４２、Ａｇの粉体４２から形成されたアロイ成形物４４では、Ａｇ及びＣｕの粉体４２を溶融させる温度（例えば、１０９０℃〜１２００℃）で金属粉体圧縮物４３を焼成し、溶融したＡｇ及びＣｕの粉体４２によってＦｅの粉体４２が接合（固着）される。

【0122】

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４４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１３を作る。Ｎｉ（ニッケル）を主成分としたアロイ粉体１３（Ｎｉを主成分とした合金粉体）の一例としては、Ｎｉの粉体４２、Ｃｕの粉体４２、ＺＮの粉体４２を均一に混合・分散した金属粉体混合物４０を圧縮した金属粉体圧縮物４３を焼成してアロイ成形物４４を作り、そのアロイ成形物４４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１３の他の一例としては、Ｎｉの粉体４２、Ｍｎの粉体４２、Ｍｏの粉体４２を均一に混合・分散した金属粉体混合物４０を圧縮した金属粉体圧縮物４３を焼成してアロイ成形物４４を作り、そのアロイ成形物４４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。

【0123】

Ｆｅ（鉄）を主成分としたアロイ粉体１３（Ｆｅを主成分とした合金粉体）の一例としては、Ｆｅの粉体４２、Ｎｉの粉体４２、Ｃｕの粉体４２を均一に混合・分散した金属粉体混合物４０を圧縮した金属粉体圧縮物４３を焼成してアロイ成形物４４を作り、そのアロイ成形物４４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１３の他の一例としては、Ｆｅの粉体４２、Ｔｉの粉体４２、Ａｇの粉体４２を均一に混合・分散した金属粉体混合物４０を圧縮した金属粉体圧縮物４３を焼成してアロイ成形物４４を作り、そのアロイ成形物４４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。

【0124】

Ｃｕ（銅）を主成分としたアロイ粉体１３（Ｃｕを主成分とした合金粉体）の一例としては、Ｃｕの粉体４２、Ｆｅの粉体４２、Ｚｎの粉体４２を均一に混合・分散した金属粉体混合物４０を圧縮した金属粉体圧縮物４３を焼成してアロイ成形物４４を作り、そのアロイ成形物４４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１３の他の一例としては、Ｃｕの粉体４２、Ｆｅの粉体４２、Ａｇの粉体４２を均一に混合・分散した金属粉体混合物４０を圧縮した金属粉体圧縮物４３を焼成してアロイ成形物４４を作り、そのアロイ成形物４４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。

【0125】

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１３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１４の前面１５の全域と後面１６の全域（両面の全域）とに担持させる。また、アロイ粉体担持工程Ｓ６では、複数のアロイ粉体１３をカーボン電極板１４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１３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１４の前面１５の全域と後面１６の全域（両面の全域）とに担持させ、カーボン電極板１４の厚み方向へ重なり合う（積層した）複数のアロイ粉体１３によって既述のアロイ粉体積層ポーラス構造物１７を形成する。アロイ粉体担持工程Ｓ６では、アロイ粉体１３をカーボン電極板１４の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する。

【0126】

電極製造方法は、各種の遷移金属４１から選択する少なくとも３種類の遷移金属４１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４１の中から少なくとも３種類の遷移金属４１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４１の粉体４２を均一に混合・分散した金属粉体混合物４０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４０を所定圧力で加圧して金属粉体圧縮物４３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４３を所定温度で焼成してアロイ成形物４４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４４を微粉砕してアロイ粉体１３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１３を所定面積のカーボン電極板１４の両面（前後面１５，１６）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電極１０Ａ又は電極１０Ｂを製造するから、白金族元素を利用しない白金レスの電極１０Ａ，１０Ｂ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）を有して燃料電池２１や水素ガス発生装置３０に好適に使用することが可能な電極１０Ａ，１０Ｂを作ることができる。

【0127】

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１４の前面１５の全域と後面１６の全域とにアロイ粉体１３を担持させ、複数のアロイ粉体１３を備えた電極１０Ａ又は複数のアロイ粉体１３が重なり合ったアロイ粉体積層ポーラス構造物１７が形成された電極１０Ｂを作ることができるから、電極１０Ａ，１０Ｂの電気抵抗を低くすることができ、電極１０Ａ，１０Ｂに電流がスムースに流れ、燃料電池２１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２１に接続された負荷２９に十分な電気エネルギーを供給することが可能な電極１０Ａや電極１０Ｂを作ることができるとともに、水素ガス発生装置３０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３０において短時間に多量の水素ガスを発生させることが可能な電極１０Ａや電極１０Ｂを作ることができる。

【符号の説明】

【0128】

１０Ａ 電極
１０Ｂ 電極
１１ 前面
１２ 後面
１３ アロイ粉体（合金粉体）
１４ カーボン電極板
１５ 前面
１６ 後面
１７ アロイ粉体積層ポーラス構造物
１８ 流路
１９ 通流口
２０ セル
２１ 燃料電池
２２ 燃料極
２３ 空気極
２４ 固体高分子電解質膜（スルホン酸基を有するフッ素系イオン交換膜）
２５ａ セパレータ（バイポーラプレート）
２５ｂ セパレータ（バイポーラプレート）
２６ａ ガス拡散層
２６ｂ ガス拡散層
２７ａ ガスシール
２７ｂ ガスシール
２８ 導線
２９ 負荷
３０ 水素ガス発生装置
３１ 陽極
３２ 陰極
３３ 固体高分子電解質膜（スルホン酸基を有するフッ素系イオン交換膜）
３４ 陽極給電部材
３５ 陰極給電部材
３６ 陽極用貯水槽
３７ 陰極用貯水槽
３８ 陽極主電極
３９ 陰極主電極
４０ 金属粉体混合物
４１ 遷移金属
４２ 粉体
４３ 金属粉体圧縮物
４４ アロイ成形物（合金成形物）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】