特許 7355040 金属多孔体シート、燃料電池及び水電解装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-25

(45)【発行日】2023-10-03

(54)【発明の名称】金属多孔体シート、燃料電池及び水電解装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0232 20160101AFI20230926BHJP

   H01M 8/0247 20160101ALI20230926BHJP

   H01M 8/0258 20160101ALI20230926BHJP

   H01M 8/026 20160101ALI20230926BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20230926BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20230926BHJP

   C25B 11/032 20210101ALI20230926BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20230926BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0232

H01M8/0247

H01M8/0258

H01M8/026

C25B1/04

C25B9/00 A

C25B11/032

H01M8/12 101

H01M8/12 102A

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020566008

(86)(22)【出願日】2020-04-06

(86)【国際出願番号】 JP2020015526

(87)【国際公開番号】W WO2020235237

(87)【国際公開日】2020-11-26

【審査請求日】2022-09-21

(31)【優先権主張番号】P 2019096228

(32)【優先日】2019-05-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】沼田 昂真

(72)【発明者】

【氏名】真嶋 正利

(72)【発明者】

【氏名】小川 光靖

(72)【発明者】

【氏名】東野 孝浩

(72)【発明者】

【氏名】奥野 一樹

(72)【発明者】

【氏名】俵山 博匡

【審査官】守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／０５７８７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－１８７８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１６８４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１３４８３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０２

Ｈ０１Ｍ ８／１２

Ｃ２５Ｂ ９／００

Ｃ２５Ｂ １／００

Ｃ２５Ｂ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属多孔体シートであって、
三次元網目状構造の骨格を有する金属多孔体により形成されており、
溝が形成された主面を有しており、
前記溝の深さは、前記金属多孔体シートの厚さの１０パーセント以上であり、
平面視において、前記溝の面積は、前記主面の面積の１０パーセント以上であり、
前記主面に形成されている溝は、全て、平面視において同一方向に延在している、金属多孔体シート。

【請求項2】

前記溝の深さは、前記金属多孔体シートの厚さの３０パーセント以上９０パーセント以下である、請求項１に記載の金属多孔体シート。

【請求項3】

平面視において、前記溝の面積は、前記主面の面積の３０パーセント以上９０パーセント以下である、請求項１又は請求項２に記載の金属多孔体シート。

【請求項4】

前記溝は、断面視において互いに対向する第１側面及び第２側面を有し、
前記第１側面と前記第２側面との間の距離は、前記主面から離れるにしたがって小さくなっている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の金属多孔体シート。

【請求項5】

金属多孔体シートであって、
三次元網目状構造の骨格を有する金属多孔体により形成されており、
溝が形成された主面を有しており、
前記溝の深さは、前記金属多孔体シートの厚さの１０パーセント以上であり、
平面視において、前記溝の面積は、前記主面の面積の１０パーセント以上であり、
前記溝は、平面視において第１方向に沿う複数の列をなすように配置されており、
前記列に属する前記溝の深さの各々は、前記第１方向における一方側から前記第１方向における他方側に向かうにしたがって大きくなっている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属多孔体シート。

【請求項6】

金属多孔体シートであって、
三次元網目状構造の骨格を有する金属多孔体により形成されており、
溝が形成された主面を有しており、
前記溝の深さは、前記金属多孔体シートの厚さの１０パーセント以上であり、
平面視において、前記溝の面積は、前記主面の面積の１０パーセント以上であり、
前記溝は、平面視において同心円状に配列されている、金属多孔体シート。

【請求項7】

金属多孔体シートであって、
三次元網目状構造の骨格を有する金属多孔体により形成されており、
溝が形成された主面を有しており、
前記溝の深さは、前記金属多孔体シートの厚さの１０パーセント以上であり、
平面視において、前記溝の面積は、前記主面の面積の１０パーセント以上であり、
前記溝は、平面視において円形形状の底部を有している穴であり、格子状に配列されている、金属多孔体シート。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の前記金属多孔体シートと、
前記主面と対向配置されたインターコネクタとを備える、燃料電池。

【請求項9】

前記金属多孔体シートは、前記溝に交差する方向に沿ってガスが供給されるように配置
されている、請求項８に記載の燃料電池。

【請求項10】

前記金属多孔体シートは、前記溝と平行な方向に沿ってガスが供給されるように配置さ
れている、請求項８に記載の燃料電池。

【請求項11】

請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の前記金属多孔体シートと、
前記主面と対向配置されたインターコネクタとを備える、水電解装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、金属多孔体シート、燃料電池及び水電解装置に関する。本出願は、２０１９年５月２２日に出願した日本特許出願である特願２０１９－０９６２２８号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。

【背景技術】

【0002】

燃料電池の一種として、従来から、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）が知られている。固体酸化物形燃料電池は、一般的に、第１インターコネクタと、第１インターコネクタ上に配置された燃料極集電体（ガス拡散層）と、燃料極集電体上に配置された燃料極と、燃料極上に配置された固体電解質と、固体電解質上に配置された酸素極と、酸素極上に配置された酸素極集電体と、酸素極集電体上に配置された第２インターコネクタとを有している（以下においては、第１インターコネクタ及び第２インターコネクタを「インターコネクタ」といい、燃料極集電体及び酸素極集電体を「集電体」という）。

【0003】

例えば、特許文献１（特開２０１７－３３９１８号公報）においては、集電体として、三次元網目状構造の骨格を有する金属多孔体を適用することが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－３３９１８号公報

【発明の概要】

【0005】

本開示の金属多孔体シートは、三次元網目状構造の骨格を有する金属多孔体により形成されており、溝が形成された主面を有している。溝の深さは、金属多孔体シートの厚さの１０パーセント以上である。平面視において、溝の面積は、主面の面積の１０パーセント以上である。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、金属多孔体シート１０の斜視図である。

【図2】図２は、図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。

【図3】図３は、金属多孔体シート１０の内部構造を示す模式図である。

【図4】図４は、金属多孔体シート１０の内部構造を示す拡大断面図である。

【図5】図５は、図４のＶ－Ｖにおける断面図である。

【図6】図６は、金属多孔体シート１０の製造方法を示す工程図である。

【図7】図７は、燃料電池１００の分解斜視図である。

【図8】図８は、水電解装置２００の断面図である。

【図9】図９は、実施例における圧力損失の評価方法を説明するための第１説明図である。

【図10】図１０は、実施例における圧力損失の評価方法を説明するための第２説明図である。

【図11A】図１１Ａは、第１変形例に係る金属多孔体シート１０の断面図である。

【図11B】図１１Ｂは、第２変形例に係る金属多孔体シート１０の断面図である。

【図12A】図１２Ａは、第３変形例に係る金属多孔体シート１０の平面図である。

【図12B】図１２Ｂは、第４変形例に係る金属多孔体シート１０の平面図である。

【図12C】図１２Ｃは、第５変形例に係る金属多孔体シート１０の平面図である。

【図12D】図１２Ｄは、第６変形例に係る金属多孔体シート１０の平面図である。

【図12E】図１２Ｅは、第７変形例に係る金属多孔体シート１０の平面図である。

【図13】図１３は、金属多孔体シート１０Ａの平面図である。

【図14】図１４は、図１３におけるＸＩＶ－ＸＩＶにおける断面図である。

【図15】図１５は、水電解装置３００の単位セルの模式的な断面図である。

【図16】図１６は、金属多孔体シート１０Ａを用いた水電解装置３００の効果を説明するための模式図である。

【図17】図１７は、変形例に係る金属多孔体シート１０Ａの断面図である。

【図18】図１８は、金属多孔体シート１０Ｂの断面図である。

【図19】図１９は、金属多孔体シート１０Ｃの断面図である。

【図20】図２０は、金属多孔体シート１０Ｄの断面図である。

【図21】図２１は、金属多孔体シート１０Ｅの平面図である。

【図22】図２２は、金属多孔体シート１０Ｆの平面図である。

【図23】図２３は、金属多孔体シート１０Ｇの平面図である。

【図24】図２４は、金属多孔体シート１０Ｈの平面図である。

【図25】図２５は、金属多孔体シート１０Ｉの平面図である。

【図26】図２６は、金属多孔体シート１０Ｊの平面図である。

【図27】図２７は、金属多孔体シート１０Ｋの平面図である。

【図28】図２８は、金属多孔体シート１０Ｌの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

［本開示が解決しようとする課題］
固体酸化物形燃料電池においては、集電体にガスを均一に流すために、集電体と対向するインターコネクタの主面に溝を形成することがある。インターコネクタは、例えば、鉄（Ｆｅ）－クロム（Ｃｒ）合金で形成されている。鉄－クロム合金は難加工性の合金であるため、機械加工により上記の溝を形成することが困難である。また、上記の溝は、例えばエッチングにより形成することが可能であるが、製造コストが増大してしまう。

【0008】

上記の溝を形成しない場合（すなわち、集電体に対向しているインターコネクタの面が平坦である場合）、ガスは、集電体の内部のみを通ることになるため、ガスの流通に伴う圧力損失が大きくなる。

【0009】

本開示の目的は、ガスの流通に伴う圧力損失の増大を抑制しつつ、製造コストの低減が可能な金属多孔体シートを提供することである。

【0010】

［本開示の効果］
本開示の金属多孔体シートによると、ガスの流通に伴う圧力損失の増大を抑制しつつ、製造コストの低減が可能である。

【0011】

［本開示の実施形態の説明］
まず、本開示の実施形態を列記して説明する。

【0012】

（１）一実施形態に係る金属多孔体シートは、三次元網目状構造の骨格を有する金属多孔体により形成されており、溝が形成された主面を有している。溝の深さは、金属多孔体シートの厚さの１０パーセント以上である。平面視において、溝の面積は、主面の面積の１０パーセント以上である。

【0013】

上記の金属多孔体シートによると、ガスの流通に伴う圧力損失の増大を抑制しつつ、製造コストの低減が可能である。

【0014】

（２）上記の金属多孔体シートでは、溝の深さは、金属多孔体シートの厚さの３０パーセント以上９０パーセント以下であってもよい。この場合、ガスの流通に伴う圧力損失の増大をさらに抑制しつつ、燃料電池集電体中におけるガスの流れの均一性を高めることが可能である。

【0015】

（３）上記の金属多孔体シートでは、平面視において、溝の面積は、主面の面積の３０パーセント以上９０パーセント以下であってもよい。この場合、ガスの流通に伴う圧力損失の増大をさらに抑制しつつ、金属多孔体シート中におけるガスの流れの均一性を高めることができる。

【0016】

（４）上記の金属多孔体シートでは、溝は、断面視において互いに対向する第１側面及び第２側面を有していてもよい。第１側面と第２側面との間の距離は、主面から離れるにしたがって小さくなっていてもよい。

【0017】

（５）上記の金属多孔体シートでは、溝は、平面視において第１方向に沿う複数の列をなすように配置されていてもよい。列に属する溝の深さの各々は、第１方向における一方側から第１方向における他方側に向かうにしたがって大きくなっていてもよい。

【0018】

（６）一実施形態に係る燃料電池は、上記の金属多孔体シートと、上記の金属多孔体シートの主面に対向配置されるインターコネクタとを備える。

【0019】

上記の燃料電池によると、ガスの流通に伴う圧力損失の増大を抑制しつつ、製造コストの低減が可能である。

【0020】

（７）上記の燃料電池では、金属多孔体シートは、溝に交差する方向に沿ってガスが供給されるように配置されていてもよい。この場合、金属多孔体シートにより均一にガスを流すことが可能となる。

【0021】

（８）上記の燃料電池では、金属多孔体シートは、溝と平行な方向に沿ってガスが供給されるように配置されていてもよい。この場合、ガスの流通に伴う圧力損失の増大をさらに抑制することが可能となる。

【0022】

（９）一実施形態に係る水電解装置は、上記の金属多孔体シートと、上記の金属多孔体シートの主面に対向配置されるインターコネクタとを備える。

【0023】

上記の水電解装置によると、水素発生極及び酸素発生極中における水溶液の流れの均一性を向上させることができるとともに、水溶液が水素発生極及び酸素発生極を通過する際の圧力損失を低減することができる。その結果、水素ガス及び酸素ガスを発生させる際に水素発生極と酸素発生極との間に印加される電圧を下げることが可能になる。

【0024】

［本開示の実施形態の詳細］
次に、本開示の実施形態の詳細を、図面を参酌しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。

【0025】

（第１実施形態に係る金属多孔体シートの構成）
以下に、第１実施形態に係る金属多孔体シート（以下においては、「金属多孔体シート１０」という）の構成を説明する。

【0026】

図１は、金属多孔体シート１０の斜視図である。金属多孔体シート１０は、例えば、燃料電池用集電体である。金属多孔体シート１０は、水電解装置用の電極であってもよい。図１に示されるように、金属多孔体シート１０は、シート状の形状を有している。金属多孔体シート１０は、第１主面１０ａと、第２主面１０ｂとを有している。第１主面１０ａ及び第２主面１０ｂは、金属多孔体シート１０を構成する複数の面のうち、他の面によりも面積が相対的に大きい一対の面である。金属多孔体シート１０は、平面視において、矩形形状を有している。以下において、平面視とは、第１主面１０ａに直交する方向から金属多孔体シート１０を見た場合をいう。

【0027】

図２は、図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。図２に示されるように、第１主面１０ａには、溝１０ｃが形成されている。第１主面１０ａは、溝１０ｃにおいて、第２主面１０ｂ側に向かって窪んでいる。すなわち、周囲よりも第２主面１０ｂ側に窪んでいる第１主面１０ａの部分が、溝１０ｃである。

【0028】

金属多孔体シート１０は、厚さＴを有している。厚さＴは、第１主面１０ａと第２主面１０ｂとの間の距離である。溝１０ｃは、深さＤを有している。深さＤは、溝１０ｃが形成されていない部分の第１主面１０ａと第２主面１０ｂに最も近い位置にある溝１０ｃの底部との間の距離である。深さＤは、厚さＴの１０パーセント以上である。深さＤは、厚さＴの３０パーセント以上であることが好ましい。深さＤは、厚さＴの９０パーセント以下である。

【0029】

図１に示されるように、溝１０ｃは、平面視において、第１方向ＤＲ１に沿って延在している。溝１０ｃは、第２方向ＤＲ２に沿って間隔を空けながら、複数形成されている。第２方向ＤＲ２は、第１方向ＤＲ１と直交する方向である。

【0030】

図２に示されるように、溝１０ｃは、第１方向ＤＲ１に直交する断面視において、矩形形状を有している。溝１０ｃは、側面１０ｃａと、側面１０ｃｂとを有している。側面１０ｃａ及び側面１０ｃｂは、第２方向ＤＲ２において、互いに対向している。側面１０ｃａと側面１０ｃｂとの間の距離を、溝１０ｃの幅Ｗとする。幅Ｗは、１ｍｍ以上であることが好ましい。幅Ｗは、５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。幅Ｗは、２５ｍｍ以上であってもよい。

【0031】

ある溝１０ｃの側面１０ｃａと第２方向ＤＲ２において当該溝１０ｃの隣にある溝１０ｃの側面１０ｃｂとの間の距離の最小値を、ピッチＰという。ピッチＰは、例えば一定である。

【0032】

平面視において、溝１０ｃの総面積を、第１面積とする。平面視において、第１主面１０ａの面積を、第２面積という。第１面積は、第２面積の１０パーセント以上である。第１面積は、第２面積の３０パーセント以上であることが好ましい。第１面積は、第２面積の９０パーセント以下である。以下においては、第２面積に対する第１面積の比率を、溝割合ということがある。

【0033】

図３は、金属多孔体シート１０の内部構造を示す模式図である。金属多孔体シート１０は、図３に示されるように、金属多孔体により形成されている。金属多孔体は、三次元網目状構造を有する骨格１１を有している。

【0034】

図４は、金属多孔体シート１０の内部構造を示す拡大断面図である。図５は、図４のＶ－Ｖにおける断面図である。図４及び図５に示されるように、骨格１１は、中空の筒状形状を有している。すなわち、骨格１１は、骨格本体１１ａと、骨格本体１１ａによって画された内部空間１１ｂとを有している。骨格本体１１ａは、金属材料で形成されている。金属材料は、例えばニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金である。骨格本体１１ａは、延在方向に交差する断面視において、三角形形状を有している。なお、三角形形状は、数学的に厳密な三角形形状である必要はない。骨格１１は、中実になっていてもよい。

【0035】

金属多孔体中においては、骨格１１の間にある空間が、気孔になっている。金属多孔体中における気孔率は、例えば、４０パーセント以上９８パーセント以下である。なお、金属多孔体中の気孔率は、｛金属多孔体の見かけ体積－（金属多孔体の重量÷骨格を構成する金属材料の密度）｝÷金属多孔体の見かけ体積×１００により算出される。

【0036】

なお、上記の例の他、金属多孔体シート１０は、内部に気孔が形成された材料の焼結体により形成されてもよい。

【0037】

（第１実施形態に係る金属多孔体シートの製造方法）
以下に、金属多孔体シート１０の製造方法を説明する。

【0038】

図６は、金属多孔体シート１０の製造方法を示す工程図である。金属多孔体シート１０の製造方法は、図６に示されるように、金属多孔体形成工程Ｓ１と、溝形成工程Ｓ２とを有している。金属多孔体形成工程Ｓ１は、ベース多孔体準備工程Ｓ１１と、導電化処理工程Ｓ１２と、めっき工程Ｓ１３と、後処理工程Ｓ１４とを有している。

【0039】

ベース多孔体準備工程Ｓ１１においては、ベース多孔体の準備が行われる。ベース多孔体は、例えば発泡ウレタン、発泡スチレン等の樹脂材料で形成されている多孔体である。ベース多孔体は、シート状の形状を有している。

【0040】

導電化処理工程Ｓ１２においては、ベース多孔体の表面に、導電被覆層が形成される。導電被覆層は、金属材料、炭素材料等の導電性材料で形成されている。導電化処理工程Ｓ１２は、導電被覆層の材質に応じて、スパッタリング、めっき法等により適宜行われる。

【0041】

めっき工程Ｓ１３においては、ベース多孔体の表面に（すなわち、導電被覆層上に）、骨格本体１１ａを構成する材料が形成される。めっき工程Ｓ１３は、例えば、電気めっき法により行われる。

【0042】

後処理工程Ｓ１４においては、ベース多孔体の除去が行われる。後処理工程Ｓ１４においては、第１熱処理と、第２熱処理とが行われる。第１熱処理は、ベース多孔体を酸化により除去するための熱処理である。第１熱処理は、酸化性雰囲気下において行われる。この際、ベース多孔体が酸化により除去されるとともにベース多孔体の表面に形成されていた骨格本体１１ａが酸化される。第１熱処理前にベース多孔体が存在していた空間は、第１熱処理後には、骨格１１の内部空間１１ｂになる。第２熱処理は、第１熱処理において酸化された骨格本体１１ａを還元するための還元性雰囲気下での熱処理である。以上により、三次元網目状構造を有する骨格１１を有するシート状の金属多孔体が形成される。

【0043】

金属多孔体形成工程Ｓ１において形成されたシート状の金属多孔体は、第１主面１０ａと、第２主面１０ｂとを有している。溝形成工程Ｓ２においては、第１主面１０ａに、溝１０ｃが形成される。溝１０ｃの形成は、第１主面１０ａに対して、金型を押し付けることにより行われる。金型は、溝１０ｃの形状に対応した凸部を有しているため、金型を第１主面１０ａに押し付けることにより、当該凸部の形状が第１主面１０ａに転写され、溝１０ｃが形成される。以上により、金属多孔体シート１０が形成される。

【0044】

（第１実施形態に係る燃料電池の構成）
以下に、第１実施形態に係る燃料電池（以下においては、「燃料電池１００」という）の構成を説明する。

【0045】

図７は、燃料電池１００の分解斜視図である。図７に示されるように、燃料電池１００は、平板型の固体酸化物形燃料電池である。

【0046】

燃料電池１００は、インターコネクタ２０と、燃料極集電体３０と、燃料極４０と、固体電解質５０と、酸素極６０と、酸素極集電体７０と、インターコネクタ８０とを有している。燃料電池１００は、図示されていないが、インターコネクタ２０、燃料極集電体３０、燃料極４０、固体電解質５０、酸素極６０、酸素極集電体７０及びインターコネクタ８０を含む単セル構造を積層することにより構成されたセルスタックを有している。

【0047】

インターコネクタ２０は、平板状の部材である。インターコネクタ２０は、例えば、鉄－クロム合金で形成されている。インターコネクタ２０の燃料極集電体３０側の面は、平坦である（溝が形成されていない）。インターコネクタ２０上には、燃料極集電体３０が配置されている。燃料極集電体３０には、金属多孔体シート１０が用いられている。燃料極集電体３０は、第１主面１０ａがインターコネクタ２０と対向するように配置されている。

【0048】

燃料極４０は、シート状の多孔体である。燃料極４０を構成する多孔体は、例えばジルコニア（ＺｒＯ_２）及びニッケルの混合物により形成されている。燃料極４０は、燃料極集電体３０上（より具体的には、第２主面１０ｂ上）に配置されている。

【0049】

固体電解質５０は、酸素イオンを透過させるシート状部材である。固体電解質５０は、例えば安定化ジルコニア（ＹＳＺ）により形成されている。固体電解質５０は、燃料極４０上に配置されている。

【0050】

酸素極６０は、平板状の多孔体である。酸素極６０を構成する多孔体は、例えば、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ_３（ランタンストロンチウムマンガナイト）、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等により形成されている。酸素極６０は、固体電解質５０上に配置されている。

【0051】

酸素極集電体７０には金属多孔体シート１０が用いられている。酸素極集電体７０は、第２主面１０ｂが酸素極６０と対向するように、酸素極６０上に配置されている。インターコネクタ８０は、平板状の部材である。インターコネクタ８０は、例えば、鉄－クロム合金で形成されている。インターコネクタ８０は、酸素極集電体７０の第１主面１０ａと対向するように、酸素極集電体７０上に配置されている。インターコネクタ２０の燃料極集電体３０側の面は、平坦である（溝が形成されていない）。図示されていないが、インターコネクタ８０は、インターコネクタ２０に電気的に接続されている。

【0052】

燃料極集電体３０には、水素（Ｈ_２）ガスが供給される。好ましくは、燃料極集電体３０は、溝１０ｃと水素ガスの供給方向とが交差するように配置されている。さらに好ましくは、燃料極集電体３０は、溝１０ｃと水素ガスの供給方向とが直交するように配置されている。燃料極集電体３０は、溝１０ｃと水素ガスの供給方向とが平行になるように配置されていてもよい。

【0053】

酸素極集電体７０には、酸素（Ｏ_２）ガスが供給される。好ましくは、酸素極集電体７０は、溝１０ｃと酸素ガスの供給方向とが交差するように配置されている。さらに好ましくは、酸素極集電体７０は、溝１０ｃと酸素ガスの供給方向とが直交するように配置されている。酸素極集電体７０は、溝１０ｃと水素ガスの供給方向とが平行になるように配置されていてもよい。

【0054】

酸素イオンは、固体電解質５０を介して、酸素極６０から燃料極４０へと移動する。燃料極４０に到達した酸素イオンは、燃料極集電体３０を介して燃料極４０に供給された水素ガスと反応し、水（Ｈ_２Ｏ）及び電子を発生させる。発生した電子は、インターコネクタ２０、インターコネクタ８０及び酸素極集電体７０を介して酸素極６０に供給され、酸素極集電体７０を介して酸素極６０に供給された酸素ガスをイオン化する。以上の反応が繰り返されることにより、燃料電池１００は、発電を行う。

【0055】

（第１実施形態に係る水電解装置の構成）
以下に、第１実施形態に係る水電解装置（以下においては、「水電解装置２００」という）の構成を説明する。

【0056】

水電解装置２００は、例えば、アルカリ水電解装置である。図８は、水電解装置２００の断面図である。図８に示されるように、水電解装置２００は、インターコネクタ１１０と、水素発生極１２０と、隔膜１３０と、酸素発生極１４０と、インターコネクタ１５０とを有している。

【0057】

インターコネクタ１１０は、平板状の部材であり、例えば、鉄－クロム合金で形成されている。インターコネクタ１１０の水素発生極１２０側の面は、平坦である（溝が形成されていない）。インターコネクタ１１０上には、水素発生極１２０が配置されている。水素発生極１２０には、金属多孔体シート１０が用いられている。水素発生極１２０は、第１主面１０ａがインターコネクタ１１０と対向するように配置されている。

【0058】

水素発生極１２０上には、隔膜１３０が配置されている。隔膜１３０は、Ｈ^＋（水素イオン）を透過させる材料により形成されている。隔膜１３０上には、酸素発生極１４０が配置されている。酸素発生極１４０には、金属多孔体シート１０が用いられている。酸素発生極１４０は、第２主面１０ｂが隔膜１３０と対向するように隔膜１３０上に配置されている。インターコネクタ１５０は、平板状の部材であり、例えば鉄－クロム合金で形成されている。インターコネクタ１５０は、酸素発生極１４０の第１主面１０ａと対向するように、酸素発生極１４０上に配置されている。なお、図示されていないが、インターコネクタ１５０は、インターコネクタ１１０に電気的に接続されている。

【0059】

水電解装置２００の動作時には、水素発生極１２０における電位が酸素発生極１４０における電位よりも低くなるようにインターコネクタ１１０とインターコネクタ１５０との間に電圧が印加される。水電解装置２００の動作時には、水素発生極１２０及び酸素発生極１４０にアルカリ水溶液が供給される。アルカリ水溶液は、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液である。アルカリ水溶液は、溝１０ｃと交差する方向に沿って水素発生極１２０及び酸素発生極１４０に供給されてもよく、溝１０ｃと平行な方向に沿って供給されてもよい。

【0060】

水電解装置２００の動作時には、酸素発生極１４０において、アルカリ水溶液中に含まれる水酸化物イオンが酸化されることにより、酸素ガスが発生する。酸素発生極１４０からは、隔膜１３０を介して水素イオンが水素発生極１２０へと移動する。水素発生極１２０においては、当該水素イオンが還元されることにより、水素ガスが発生する。このような反応が繰り返されることにより、水素発生極１２０及び酸素発生極１４０において、水素ガス及び酸素ガスが発生する。

【0061】

（実施例）
以下に、金属多孔体シート１０及び燃料電池１００の実施例を説明する。

【0062】

図９は、実施例における圧力損失の評価方法を説明するための第１説明図である。図１０は、実施例における圧力損失の評価方法を説明するための第２説明図である。図９及び図１０に示されるように、実施例における圧力損失の評価においては、金属多孔体シート１０の一方端側から水素ガスを金属多孔体シート１０に供給するとともに、金属多孔体シート１０の他方端側から当該水素ガスを排出させた。圧力損失の評価において、水素ガスの流量は、０．５Ｌ／分とされた。圧力損失の評価において、水素ガスの温度は、８００℃とされた。

【0063】

実施例における圧力損失の評価は、水素ガスの供給方向が溝１０ｃと平行な場合（図９の場合）及び水素ガスの供給方向が溝１０ｃと直交する場合（図１０の場合）に関して行った。圧力損失の評価は、金属多孔体シート１０に供給される水素ガスの圧力に対する金属多孔体シート１０から排出された水素ガスの圧力の比率により、評価された。圧力損失は、サンプル１における圧力損失（以下においては、「基準圧力損失」という）の８０パーセント未満の場合に、良好であると評価された。

【0064】

表１には、圧力損失の評価に供されたサンプルの詳細が示されている。表１に示されるように、サンプル１には溝１０ｃが形成されておらず、サンプル２～サンプル２５には溝１０ｃが形成された。サンプル１～サンプル２５の厚さＴは、全て５００μｍとされた。

【0065】

サンプル２～サンプル１３においては、金属多孔体シート１０は、水素ガスの供給方向と溝１０ｃとが平行になるように配置された。サンプル１４～サンプル２５において、金属多孔体シート１０は、水素ガスの供給方向と溝１０ｃとが直交するように配置された。

【0066】

サンプル２～サンプル６及びサンプル１４～サンプル１８においては、幅Ｗ及び溝割合を一定とした上で、厚さＴに対する深さＤの割合を８パーセント以上９６パーセント以下の範囲で変化させた。なお、サンプル２～サンプル６及びサンプル１４～サンプル１８においては、幅Ｗ及び溝割合が一定となっているため、ピッチＰも一定になっている。

【0067】

サンプル７～サンプル１１及びサンプル１９～サンプル２３においては、厚さＴに対する深さＤの割合及び幅Ｗを一定とした上で、溝割合を８パーセント以上９１パーセント以下の範囲で変化させた。なお、サンプル７～サンプル１１及びサンプル１９～サンプル２３においては、幅Ｗが一定になっている一方で、溝割合を変化させているため、溝割合の変化に比例して、ピッチＰも変化している。

【0068】

サンプル１２、サンプル１３、サンプル２４及びサンプル２５においては、厚さＴに対する深さＤの割合及び溝割合を一定とした上で、幅Ｗ及びピッチＰを変化させた。

【0069】

サンプル２、サンプル１４及びサンプル１９においては、圧力損失が、基準圧力損失の８０パーセント以上１００パーセント未満になっていた。サンプル１、サンプル２、サンプル１４及びサンプル１９以外のサンプルにおいては、圧力損失が、基準圧力損失の８０パーセント未満となっていた。この比較から、厚さＴに対する深さＤの割合が１０パーセント以上とするとともに、溝割合を１０パーセント以上とすることにより、圧力損失を低減できることが明らかになった。

【0070】

サンプル２～サンプル６及びサンプル１４～サンプル１８においては、厚さＴに対する深さＤの割合が大きくなるほど圧力損失が減少していた。サンプル１２、サンプル１３、サンプル２４及びサンプル２５においては、幅Ｗ及びピッチＰを変化させても、圧力損失が変化していなかった。サンプル７～サンプル１１及びサンプル１９～サンプル２３においては、溝割合が大きくなるほど、圧力損失が減少していた。

【0071】

表１には、さらに、サンプル１～サンプル２５を燃料極集電体３０及び酸素極集電体７０に用いた燃料電池１００における出力が示されている。燃料電池１００の出力は、サンプル１を燃料極集電体３０及び酸素極集電体７０に用いた燃料電池１００の出力（以下においては、「基準出力」という）の１．１５倍を超えている場合に、良好であると評価した。なお、燃料電池１００の出力の高低は、ガス（水素ガス及び酸素ガス）が金属多孔体シート１０（燃料極集電体３０及び酸素極集電体７０）中において均一に流れているか否かの指標となる。

【0072】

表１に示されるように、サンプル２を用いた燃料電池１００の出力及びサンプル１４を用いた燃料電池１００の出力は、基準出力の１．１５倍以下であった。サンプル６を用いた燃料電池１００の出力、サンプル７を用いた燃料電池１００の出力、サンプル１１を用いた燃料電池１００の出力、サンプル１９を用いた燃料電池１００の出力及びサンプル２３を用いた燃料電池１００の出力は、基準出力の１．１５倍以下であった。

【0073】

サンプル１、サンプル２、サンプル６、サンプル７、サンプル１１、サンプル１４、サンプル１９及びサンプル２３以外のサンプルを用いた燃料電池１００の出力は、基準出力の１．１５倍を超えていた。この比較から、厚さＴに対する深さＤの割合を１０パーセント以上９０パーセント以下にするとともに、溝割合を１０パーセント以上９０パーセント以下とすることにより、圧力損失を低減しつつ、金属多孔体シート１０中におけるガスの流れの均一性の向上が可能になることが明らかにされた。

【0074】

サンプル３～サンプル５、サンプル８～サンプル１０、サンプル１２及びサンプル１３における圧力損失は、それぞれ、サンプル１５～サンプル１７、サンプル２０～サンプル２２、サンプル２４及びサンプル２５における圧力損失よりも小さくなっていた。この比較から、金属多孔体シート１０（燃料極集電体３０及び酸素極集電体７０）を、溝１０ｃがガス（水素ガス及び酸素ガス）の供給方向と平行になるように配置することにより、圧力損失のさらなる低減が可能であることが明らかになった。

【0075】

サンプル３～サンプル５、サンプル８～サンプル１０、サンプル１２及びサンプル１３を用いた燃料電池１００の出力は、それぞれ、サンプル１５～サンプル１７、サンプル２０～サンプル２２、サンプル２４及びサンプル２５を用いた燃料電池１００の出力よりも小さくなっていた。この比較から、金属多孔体シート１０（燃料極集電体３０及び酸素極集電体７０）を、溝１０ｃがガス（水素ガス及び酸素ガス）の供給方向と交差するように配置することにより、金属多孔体シート１０（燃料極集電体３０及び酸素極集電体７０）中におけるガスの流れの均一性のさらなる向上が可能になることが明らかにされた。

【0076】

【表1】

【0077】

（第１実施形態に係る金属多孔体シート、燃料電池及び水電解装置の効果）
以下に、金属多孔体シート１０及び燃料電池１００の効果を説明する。

【0078】

金属多孔体シート１０を構成している金属多孔体は、三次元網目状構造を有する骨格１１により形成されているため、変形能が高い。そのため、第１主面１０ａに金型を押し当てて金型の凸部の形状を転写することにより、溝１０ｃを容易に形成することができる。このように、金属多孔体シート１０によると、製造コストの低減が可能となる。

【0079】

金属多孔体シート１０においては、深さＤが厚さＴの１０パーセント以上となっているとともに、溝割合が１０パーセント以上となっているため、ガスが金属多孔体シート１０を通過する際の圧力損失を低減することができる。

【0080】

金属多孔体シート１０においては、深さＤを厚さＴの３０パーセント以上とすることにより、ガスが金属多孔体シート１０を通過する際の圧力損失をさらに低減することができる。金属多孔体シート１０において、溝比率を３０パーセント以上とすることにより、ガスが金属多孔体シート１０を通過する際の圧力損失をさらに低減することができる。

【0081】

金属多孔体シート１０において、深さＤを厚さＴの９０パーセント以下とすることにより、金属多孔体シート１０中におけるガスの流れの均一性を向上させることができる。金属多孔体シート１０において、溝比率を９０パーセント以下とすることにより、金属多孔体シート１０中におけるガスの流れの均一性を向上させることができる。

【0082】

燃料電池１００において、金属多孔体シート１０（燃料極集電体３０及び酸素極集電体７０）を、ガス（水素ガス及び酸素ガス）の供給方向が溝１０ｃと交差するように配置することにより、金属多孔体シート１０（燃料極集電体３０及び酸素極集電体７０）中におけるガスの流れの均一性をさらに向上させることができる。

【0083】

燃料電池１００において、金属多孔体シート１０（燃料極集電体３０及び酸素極集電体７０）を、ガス（水素ガス及び酸素ガス）の供給方向が溝１０ｃと平行になるように配置することにより、ガス（水素ガス及び酸素ガス）が金属多孔体シート１０（燃料極集電体３０及び酸素極集電体７０）を通過する際の圧力損失をさらに低減することができる。

【0084】

水電解装置２００は、金属多孔体シートを水素発生極１２０及び酸素発生極１４０として用いることにより、水素発生極１２０及び酸素発生極１４０中におけるアルカリ水溶液の流れの均一性を向上させることができるとともに、アルカリ水溶液が水素発生極１２０及び酸素発生極１４０を通過する際の圧力損失を低減することができる。その結果、水電解装置２００は、水素ガス及び酸素ガスを発生させる際に水素発生極１２０と酸素発生極１４０との間に印加される電圧を下げることができる。

【0085】

（溝の断面形状に関する変形例）
図１１Ａは、第１変形例に係る金属多孔体シート１０の断面図である。図１１Ａに示されるように、溝１０ｃの断面形状は、矩形形状に限られない。溝１０ｃの断面形状は、半円形状（図１１Ａ参照）であってもよい。図１１Ｂは、第２変形例に係る金属多孔体シート１０の断面図である。図１１Ｂに示されるように、隣り合って配置されている２つの溝１０ｃの断面形状は、互いに異なっていてもよい。

【0086】

（溝の平面形状に関する変形例）
図１２Ａは、第３変形例に係る金属多孔体シート１０の平面図である。図１２Ａに示されるように、隣り合って配置される２つの溝１０ｃの幅Ｗは互いに異なっていてもよい。

【0087】

図１２Ｂは、第４変形例に係る金属多孔体シート１０の平面図である。図１２Ｂに示されるように、溝１０ｃは、同心円状に形成されていてもよい。図１２Ｃは、第５変形例に係る金属多孔体シート１０の平面図である。溝１０ｃは、渦巻き状に形成されていてもよい。

【0088】

図１２Ｄは、第６変形例に係る金属多孔体シート１０の平面図である。図１２Ｅは、第７変形例に係る金属多孔体シート１０の平面図である。図１２Ｄ及び図１２Ｅに示されるように、溝１０ｃは、放射状に形成されていてもよい。図１２Ｅに示されるように、金属多孔体シート１０は、平面視において、矩形形状以外の形状を有していてもよい。具体的には、金属多孔体シート１０は、平面視において、円形形状を有していてもよい。

【0089】

（第２実施形態に係る金属多孔体シートの構成）
以下に、第２実施形態に係る金属多孔体シート（以下においては、「金属多孔体シート１０Ａ」という）の構成を説明する。ここでは、金属多孔体シート１０の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0090】

図１３は、金属多孔体シート１０Ａの平面図である。図１４は、図１３におけるＸＩＶ－ＸＩＶにおける断面図である。図１３及び図１４に示されるように、溝１０ｃは、平面視において円形形状の底部１０ｅを有する穴である。溝１０ｃは、平面視において、格子状（より具体的には正方格子状）に配列されている。このことを別の観点から言えば、溝１０ｃは、第１方向ＤＲ１に沿って複数の列をなすように配列されている。溝１０ｃは、これらの点に関して、金属多孔体シート１０Ａの構成は、金属多孔体シート１０の構成と異なっている。なお、溝１０ｃに平面視において円形形状の有底穴が含まれるとされていることから明らかなように、幅Ｗに対する溝１０ｃの長さＬ（図１３参照、幅Ｗの方向に直交している方向における溝１０ｃの長さ）は、特に限定されていない。

【0091】

（第２実施形態に係る水電解装置）
以下に、第２実施形態に係る水電解装置（以下においては、「水電解装置３００」とする）の構成を説明する。

【0092】

図１５は、水電解装置３００の単位セルの模式的な断面図である。図１５の上下は、それぞれ鉛直上方及び鉛直下方に対応している。図１５に示されるように、水電解装置３００の単位セルは、水素発生極３１０及び酸素発生極３２０と、隔膜３３０と、複極板３４０と、板バネ３５０ａ及び板バネ３５０ｂと、フレーム３６０ａ及びフレーム３６０ｂとを有している。水電解装置３００は、この単位セルを複数配列することにより構成されている。

【0093】

水素発生極３１０及び酸素発生極３２０は、それぞれ、金属多孔体シート１０Ａと、支持体３７０とを有している。水素発生極３１０と酸素発生極３２０との間には、隔膜３３０が挟み込まれている。隔膜３３０は、水酸化物イオン（又は水素イオン）を透過させる膜である。水素発生極３１０に含まれる金属多孔体シート１０Ａの第２主面１０ｂ及び酸素発生極３２０に含まれる金属多孔体シート１０Ａの第２主面１０ｂは、隔膜３３０と対向している。水素発生極３１０に含まれる金属多孔体シート１０Ａ及び酸素発生極３２０に含まれる金属多孔体シート１０Ａは、例えば、第１方向ＤＲ１が鉛直方向に沿うように配置されている。

【0094】

支持体３７０は、例えば、エキスパンドメタルである。支持体３７０には、厚さ方向に沿って支持体３７０を貫通している開口が形成されている。支持体３７０は、水素発生極３１０に含まれる金属多孔体シート１０Ａの第１主面１０ａ上及び酸素発生極３２０に含まれる金属多孔体シート１０Ａの第１主面１０ａ上に配置されている。支持体３７０の開口からは、溝１０ｃが露出している。

【0095】

フレーム３６０ａには、開口部３６０ａａが形成されている。開口部３６０ａａは、厚さ方向に沿ってフレーム３６０ａを貫通している。フレーム３６０ａには、穴３６０ａｂ及び穴３６０ａｃが形成されている。穴３６０ａｂは、開口部３６０ａａから鉛直下方に向かって延びており、開口部３６０ａａとフレーム３６０ａの外部とを接続している。穴３６ａｃは、開口部３６０ａａから鉛直上方に向かって延びており、開口部３６０ａａとフレーム３６０ａの外部とを接続している。

【0096】

フレーム３６０ｂには、開口部３６０ｂａが形成されている。開口部３６０ｂａは、厚さ方向に沿ってフレーム３６０ｂを貫通している。フレーム３６０ｂには、穴３６０ｂｂ及び穴３６０ｂｃが形成されている。穴３６０ｂｂは、開口部３６０ｂａから鉛直下方に向かって延びており、開口部３６０ｂａとフレーム３６０ｂの外部とを接続している。穴３６ａｃは、開口部３６０ｂａから鉛直上方に向かって延びており、開口部３６０ｂａとフレーム３６０ｂの外部とを接続している。

【0097】

フレーム３６０ａ及びフレーム３６０ｂは、開口部３６０ａａ及び開口部３６０ｂａが互いに重なるように配置されている。隔膜３３０は、開口部３６０ａａ及び開口部３６０ｂａから露出するように、フレーム３６０ａ及びフレーム３６０ｂに挟み込まれている。

【0098】

フレーム３６０ａ及びフレーム３６０ｂは、２枚の複極板３４０により挟み込まれている。複極板３４０は、隣り合う単位セルを電気的に接続している。図示されていないが、複極板３４０は、水電解装置３００の終端部において、電源に電気的に接続されている。複極板３４０は、水素発生極３１０（酸素発生極３２０）に含まれている支持体３７０に対向するように配置されている。

【0099】

隔膜３３０、複極板３４０及び開口部３６０ａａにより画される空間内には、水素発生極３１０が配置されている。隔膜３３０、複極板３４０及び開口部３６０ｂａにより画される空間内には、酸素発生極３２０が配置されている。

【0100】

複極板３４０と水素発生極３１０に含まれている支持体３７０との間には、板バネ３５０ａが配置されている。複極板３４０と酸素発生極３２０に含まれている支持体３７０との間には、板バネ３５０ｂが配置されている。その結果、水素発生極３１０に含まれている金属多孔体シート１０Ａ及び酸素発生極３２０に含まれている金属多孔体シート１０Ａが隔膜３３０に押し付けられる。

【0101】

穴３６０ａｂから隔膜３３０、複極板３４０及び開口部３６０ａａにより画される空間内に、アルカリ水溶液が供給される。穴３６０ｂｂから隔膜３３０、複極板３４０及び開口部３６０ｂａにより画される空間内に、アルカリ水溶液が供給される。これにより、隔膜３３０、複極板３４０及び開口部３６０ａａにより画される空間内及び隔膜３３０、複極板３４０及び開口部３６０ｂａにより画される空間内が、電解液としてのアルカリ水溶液により満たされる。このアルカリ水溶液は、例えば、水酸化カリウム水溶液である。

【0102】

水電解装置３００の動作時には、水素発生極３１０における電位が酸素発生極３２０における電位よりも低くなるように、単位セルの両端にある複極板３４０の間に電圧が印加される。これにより、水素発生極３１０において、アルカリ水溶液中の水が還元され、水素ガスが発生する。水素発生極３１０において発生した水素ガスは、アルカリ水溶液とともに、隔膜３３０、複極板３４０及び開口部３６０ａａにより画される空間から穴３６０ａｃを通って排出される。また、この際、アルカリ水溶液中の水酸化物イオンが、隔膜３３０を通って、水素発生極３１０側から酸素発生極３２０側に移動する。

【0103】

酸素発生極３２０側へと移動してきた水酸化物イオンは、酸素発生極３２０において酸化される。これにより、酸素発生極３２０において、酸素ガスが発生する。酸素発生極３２０において発生した酸素ガスは、アルカリ水溶液とともに、隔膜３３０、複極板３４０及び開口部３６０ｂａにより画される空間から穴３６０ｂｃを通って排出される。このような反応が継続することにより、水電解装置３００は水素ガス及び酸素ガスを生成する。

【0104】

（第２実施形態に係る金属多孔体シート及び水電解装置の効果）
以下に、金属多孔体シート１０Ａ及び水電解装置３００の効果を説明する。

【0105】

図１６は、金属多孔体シート１０Ａを用いた水電解装置３００の効果を説明するための模式図である。図１６に示されるように、水素発生極３１０（酸素発生極３２０）に含まれる金属多孔体シート１０Ａの内部では、電解液の電解に伴い、水素ガス（酸素ガス）が発生する。この水素ガス（酸素ガス）は、泡Ｂとなる。

【0106】

泡Ｂは、浮力の作用により鉛直上方に向かって移動して、溝１０ｃに達する。溝１０ｃに達した泡Ｂは、溝１０ｃを通って、金属多孔体シート１０Ａの外部に放出される。金属多孔体シート１０Ａにおいては、泡Ｂが金属多孔体シート１０Ａの外部に放出されやすくなっている結果、発生した泡Ｂが水素発生極３１０（酸素発生極３２０）における反応の妨げになりにくい。このように、金属多孔体シート１０Ａを水電解装置３００に適用することにより、水電解を行う際の電解電圧を低下させることができる。また、溝１０ｃの第２主面１０ｂ側には底部１０ｅがあるため、溝１０ｃに達した泡Ｂは、第２主面１０ｂ側から放出されにくい。そのため、金属多孔体シート１０Ａを水電解装置３００に適用することにより、隔膜３３０の近傍に泡Ｂがたまってしまうことを抑制できる。

【0107】

なお、上記においては、水電解装置３００に金属多孔体シート１０Ａを適用したが、水電解装置３００には、金属多孔体シート１０が適用されてもよい。また、上記においては、金属多孔体シート１０Ａを水電解装置３００に適用したが、金属多孔体シート１０Ａは、燃料電池１００又は水電解装置２００に適用されてもよい。

【0108】

（変形例）
図１７は、変形例に係る金属多孔体シート１０Ａの断面図である。図１７に示されるように、溝１０ｃの深さＤは、第１方向ＤＲ１における一方側（図中左側）から第１方向ＤＲ１における他方側（図中右側）に向かうにしたがって、大きくなっていてもよい。変形例に係る金属多孔体シート１０Ａは、水電解装置３００に適用する際、第１方向ＤＲ１における一方側が鉛直下方に対応するとともに、第１方向ＤＲ１における他方側が鉛直上方に対応するように配置されることが好ましい。これにより、鉛直上方に位置する溝１０ｃほど深さＤが大きくなるため、泡Ｂが金属多孔体シート１０Ａの外部にさらに放出されやすくなる。

【0109】

（第３実施形態、第４実施形態及び第５実施形態）
以下に、第３実施形態に係る金属多孔体シート、第４実施形態に係る金属多孔体シート及び第５実施形態に係る金属多孔体シート（以下においては、それぞれ、「金属多孔体シート１０Ｂ」、「金属多孔体シート１０Ｃ」及び「金属多孔体シート１０Ｄ」とする）を説明する。ここでは、金属多孔体シート１０と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0110】

図１８は、金属多孔体シート１０Ｂの断面図である。図１８に示されるように、金属多孔体シート１０Ｂにおいて、溝１０ｃの断面形状は、三角形形状である。金属多孔体シート１０Ｂにおいて、側面１０ｃａと側面１０ｃｂとの間の距離は、第１主面１０ａ側から第２主面１０ｂ側に向かうにしたがって小さくなっている。なお、金属多孔体シート１０Ｂにおいて、幅Ｗは、第１主面１０ａにおける側面１０ｃａと側面１０ｃｂとの間の距離である。

【0111】

図１９は、金属多孔体シート１０Ｃの断面図である。図１９に示されるように、金属多孔体シート１０Ｃにおいて、溝１０ｃの底面は、第２主面１０ｂ側に向かって凸の曲線により構成されている。この曲線は、例えば、半円である。

【0112】

図２０は、金属多孔体シート１０Ｄの断面図である。図２０に示されるように、金属多孔体シート１０Ｄにおいて、側面１０ｃａと側面１０ｃｂとの間の距離は、第１主面１０ａ側から第２主面１０ｂ側に向かうにしたがって小さくなっている。金属多孔体シート１０Ｄにおいて、幅Ｗは、第１主面１０ａにおける側面１０ｃａと側面１０ｃｂとの間の距離である。最も底面側における側面１０ｃａと側面１０ｃｂとの間の距離を、幅Ｗ１とする。幅Ｗ１は、幅Ｗよりも小さい。

【0113】

（第６実施形態）
以下に、第６実施形態に係る金属多孔体シート（以下においては「金属多孔体シート１０Ｅ」とする）を説明する。ここでは、金属多孔体シート１０と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0114】

図２１は、金属多孔体シート１０Ｅの平面図である。図２１に示されるように、溝１０ｃは、第１主面１０ａを構成する各辺に対して傾斜するように延在している。第１主面１０ａを構成する辺を、第１辺１０ｆａ、第２辺１０ｆｂ、第３辺１０ｆｃ及び第４辺１０ｆｄとする。第１辺１０ｆａ及び第２辺１０ｆｂは、第１方向ＤＲ１に沿っている。第３辺及び第４辺１０ｆｄは、第２方向ＤＲ２に沿っている。

【0115】

第３辺１０ｆｃから第４辺１０ｆｄに向かう方向を第３方向ＤＲ３とし、第４辺１０ｆｄから第３辺１０ｆｃに向かう方向を第４方向ＤＲ４とする。第１辺１０ｆａから第２辺１０ｆｂに向かう方向を第５方向ＤＲ５とし、第２辺１０ｆｂから第１辺１０ｆａに向かう方向を第６方向ＤＲ６とする。溝１０ｃは、第２辺１０ｆｂから離れるにしたがって第３辺１０ｆｃに近づくように傾斜している（第１辺１０ｆａから離れるにしたがって第４辺１０ｆｄに近づくように傾斜している）。

【0116】

（第７実施形態）
以下に、第７実施形態に係る金属多孔体シート（以下においては「金属多孔体シート１０Ｆ」とする）を説明する。ここでは、金属多孔体シート１０と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0117】

図２２は、金属多孔体シート１０Ｆの平面図である。図２２に示されるように、金属多孔体シート１０Ｆの第１主面１０ａには、さらに、溝１０ｄが形成されている。溝１０ｄは、溝１０ｃと直交する方向に沿って延在している。溝１０ｄのピッチは、ピッチＰに等しい。溝１０ｄの幅は、幅Ｗに等しい。

【0118】

（第８実施形態）
以下に、第８実施形態に係る金属多孔体シート（以下においては「金属多孔体シート１０Ｇ」とする）を説明する。ここでは、金属多孔体シート１０と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0119】

図２３は、金属多孔体シート１０Ｇの平面図である。図２３に示されるように、第３辺１０ｆｃ側から第４辺１０ｆｄ側に向かうにしたがって、幅Ｗが大きくなっている。第３辺１０ｆｃにおける幅Ｗを幅Ｗ２とし、第４辺１０ｆｄにおける幅Ｗを幅Ｗ３とする。幅Ｗ３は、幅Ｗ２よりも大きい。溝１０ｃの深さＤは、第３辺１０ｆｃ側から第４辺１０ｆｄ側に向かうにしたがって、小さくなっていてもよい。第３辺１０ｆｃにおける深さＤを深さＤ１とし、第４辺１０ｆｄにおける深さを深さＤ２とする。深さＤ２は、深さＤ１よりも大きくてもよい。

【0120】

（第９実施形態）
以下に、第９実施形態に係る金属多孔体シート（以下においては「金属多孔体シート１０Ｈ」とする）を説明する。ここでは、金属多孔体シート１０と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0121】

図２４は、金属多孔体シート１０Ｈの平面図である。図２４に示されるように、金属多孔体シート１０Ｈにおいて、溝１０ｃは、平面視において楕円形状の有底穴である。この楕円形状の長軸は、第１方向ＤＲ１に沿っている。溝１０ｃは、平面視において、格子状（具体的には、正方格子状）に配列されている。

【0122】

溝１０ｃは、第１方向ＤＲ１に沿う複数の列をなすように配列されている。第１方向ＤＲ１に沿う列に含まれる複数の溝１０ｃの各々は、第４辺１０ｆｄに近い位置に配置されているものほど、幅Ｗが大きくなっている。第１方向ＤＲ１に沿う列に含まれる複数の溝１０ｃのうちの最も第３辺１０ｆｃ側に配置されている溝１０ｃの幅Ｗを幅Ｗ４とし、第１方向ＤＲ１に沿う列に含まれる複数の溝１０ｃのうちの最も第４辺１０ｆｄ側に配置されている溝１０ｃの幅Ｗを幅Ｗ５とする。幅Ｗ５は、幅Ｗ４よりも大きい。

【0123】

第１方向ＤＲ１に沿う列に含まれる複数の溝１０ｃの各々は、第４辺１０ｆｄに近い位置に配置されているものほど、深さＤが小さくなっている。第１方向ＤＲ１に沿う列に含まれる複数の溝１０ｃのうちの最も第３辺１０ｆｃ側に配置されている溝１０ｃの深さＤを深さＤ３とし、第１方向ＤＲ１に沿う列に含まれる複数の溝１０ｃのうちの最も第４辺１０ｆｄ側に配置されている溝１０ｃの深さＤを深さＤ４とする。深さＤ４は、深さＤ３よりも大きくてもよい。

【0124】

（第１０実施形態）
以下に、第１０実施形態に係る金属多孔体シート（以下においては、「金属多孔体シート１０Ｉ」とする）を説明する。ここでは、金属多孔体シート１０Ｅと異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0125】

図２５は、金属多孔体シート１０Ｉの平面図である。図２５に示されるように、金属多孔体シート１０Ｉの第１主面１０ａには、さらに、溝１０ｄが形成されている。溝１０ｄは、溝１０ｃと直交する方向に沿って延在している。溝１０ｄのピッチは、ピッチＰに等しい。溝１０ｄの幅は、幅Ｗに等しい。

【0126】

（第１１実施形態）
以下に、第１１実施形態に係る金属多孔体シート（以下においては金属多孔体シート１０Ｊ」とする）を説明する。ここでは、金属多孔体シート１０と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0127】

図２６は、金属多孔体シート１０Ｊの平面図である。図２６に示されるように、金属多孔体シート１０Ｊにおいて、溝１０ｃは、平面視において正方形の有底穴である。正方形の対角線は、それぞれ第１方向ＤＲ１及び第２方向ＤＲ２に沿っている。溝１０ｃは、平面視において、格子状（具体的には、千鳥格子状）に配列されている。このことを別の観点から言えば、金属多孔体シート１０Ｉにおいて溝１０ｃ及び溝１０ｄが形成されている位置と溝１０ｃ及び溝１０ｄが形成されていない位置とを反転させることにより、金属多孔体シート１０Ｊの構造が得られる。なお、金属多孔体シート１０Ｊにおいて、幅Ｗは、正方形形状の対辺の間の距離である。

【0128】

（第１２実施形態）
以下に、第１２実施形態に係る金属多孔体シート（以下においては、「金属多孔体シート１０Ｋ」とする）を説明する。ここでは、金属多孔体シート１０Ｉと異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0129】

図２７は、金属多孔体シート１０Ｋの平面図である。図２７に示されるように、金属多孔体シート１０Ｋにおいて、溝１０ｃ及び溝１０ｄは、互いに交差しているが、直交していない。隣り合う２つの溝１０ｃ（溝１０ｄ）の間の第１方向ＤＲ１における距離を、ピッチＰ１とする。隣り合う２つの溝１０ｃ（溝１０ｄ）の間の第２方向ＤＲ２における距離を、ピッチＰ２とする。ピッチＰ２は、ピッチＰ１よりも大きい。

【0130】

以下に、第１３実施形態に係る金属多孔体シート（以下においては、「金属多孔体シート１０Ｌ」とする）を説明する。ここでは、金属多孔体シート１０と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0131】

図２８は、金属多孔体シート１０Ｌの平面図である。図２８に示されるように、金属多孔体シート１０Ｌにおいて、溝１０ｃは、平面視において菱形の有底穴である。菱形は、第１対角線と、第１対角線よりも長い第２対角線とを有している。第１対角線及び第２対角線は、それぞれ第１方向ＤＲ１及び第２方向ＤＲ２に沿っている。溝１０ｃは、平面視において、格子状（具体的には、千鳥格子状）に配列されている。このことを別の観点から言えば、金属多孔体シート１０Ｋにおいて溝１０ｃ及び溝１０ｄが形成されている位置と溝１０ｃ及び溝１０ｄが形成されていない位置とを反転させることにより、金属多孔体シート１０Ｌの構造が得られる。金属多孔体シート１０Ｌにおいて、溝１０ｃは、幅Ｗ６と、幅Ｗ７とを有している。幅Ｗ６及び幅Ｗ７は、それぞれ、第１対角線及び第２対角線の長さに等しい。すなわち、幅Ｗ７は、幅Ｗ６よりも大きい。

【0132】

（実施例）
以下に、金属多孔体シート１０Ａ～金属多孔体シート１０Ｌ及びそれらの金属多孔体シートを用いた燃料電池１００の実施例を説明する。金属多孔体シート１０Ａ～金属多孔体シート１０Ｌを用いた燃料電池における圧力損失及び出力は、金属多孔体シート１０を用いた燃料電池１００と同様の方法により評価された。

【0133】

表２及び表３には、圧力損失の評価に供されたサンプルの詳細が示されている。表２及び表３に示されるように、サンプル２６～サンプル５８には溝１０ｃが形成された。サンプル２６～サンプル５８の厚さＴは、全て５００μｍとされた。表２及び表３には、各サンプルにおける溝割合、厚さＴに対する深さＤの割合及びその他の溝形状の特徴が示されている。また、表２及び表３には、各サンプルにおける圧力損失（サンプル１に対する相対値）及び出力が示されている。

【0134】

【表2】

【0135】

【表3】

【0136】

今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0137】

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ，１０Ｉ，１０Ｊ，１０Ｋ，１０Ｌ 金属多孔体シート、１０ａ 第１主面、１０ｂ 第２主面、１０ｃ 溝、１０ｄ 溝、１０ｃａ，１０ｃｂ 側面、１０ｅ 底部、１０ｆａ 第１辺、１０ｆｂ 第２辺、１０ｆｃ 第３辺、１０ｆｄ 第４辺、１１ 骨格、１１ａ 骨格本体、１１ｂ 内部空間、２０ インターコネクタ、３０ 燃料極集電体、４０ 燃料極、５０ 固体電解質、６０ 酸素極、７０ 酸素極集電体、８０ インターコネクタ、１００ 燃料電池、１１０ インターコネクタ、１２０ 水素発生極、１３０ 隔膜、１４０ 酸素発生極、１５０ インターコネクタ、２００ 水電解装置、３００ 水電解装置、３１０ 水素発生極、３２０ 酸素発生極、３３０ 隔膜、３４０ 複極板、３５０ａ 板バネ３５０ｂ 板バネ、３６０ａ フレーム、３６０ｂ フレーム、３６０ａａ 開口部、３６０ａｂ 穴、３６０ａｃ 穴、３６０ｂａ 開口部、３６０ｂｂ 穴、３６０ｂｃ 穴、３７０ 支持体、Ｄ，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ 深さ、ＤＲ１ 第１方向、ＤＲ２ 第２方向、ＤＲ３ 第３方向、ＤＲ４ 第４方向、ＤＲ５ 第５方向、ＤＲ６ 第６方向、Ｐ，Ｐ１，Ｐ２ ピッチ、Ｓ１ 金属多孔体形成工程、Ｓ２ 溝形成工程、Ｓ１１ ベース多孔体準備工程、Ｓ１２ 導電化処理工程、Ｓ１３ めっき工程、Ｓ１４ 後処理工程、Ｔ 厚さ、Ｗ，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５，Ｗ６，Ｗ７ 幅、Ｌ 長さ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図12D】

【図12E】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】