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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-21
(45)【発行日】2024-10-29
(54)【発明の名称】多孔質複合体
(51)【国際特許分類】
C22C 1/08 20060101AFI20241022BHJP
B22F 1/00 20220101ALI20241022BHJP
B22F 7/04 20060101ALI20241022BHJP
C25B 11/031 20210101ALI20241022BHJP
C22C 19/03 20060101ALN20241022BHJP
C22C 19/05 20060101ALN20241022BHJP
C25B 1/04 20210101ALN20241022BHJP
C25B 9/00 20210101ALN20241022BHJP
C25B 11/061 20210101ALN20241022BHJP
C25B 11/075 20210101ALN20241022BHJP
【ＦＩ】
C22C1/08 D
B22F1/00 M
B22F7/04 F
C25B11/031
C22C19/03 Z
C22C19/05 Z
C25B1/04
C25B9/00 A
C25B11/061
C25B11/075
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2024523450
(86)(22)【出願日】2024-01-15
(86)【国際出願番号】 JP2024000812
【審査請求日】2024-05-10
【早期審査対象出願】
(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】奥野 一樹
(72)【発明者】
【氏名】東野 孝浩
(72)【発明者】
【氏名】俵山 博匡
(72)【発明者】
【氏名】細江 晃久
【審査官】國方 康伸
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０２３／１８１６１３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１９／１６７４３３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０９２８０８１１（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２０２４－００２５９２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２２Ｆ １／００－ ８／００
Ｃ２２Ｃ １／０８－ １／１０
Ｃ２５Ｂ １／００－１５／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第一主面を有する基材と、前記第一主面の少なくとも一部に設けられるニッケル層と、を備え、
前記基材は、ニッケル多孔体、または、ニッケルメッシュ構造体からなり、
前記ニッケル多孔体は、三次元網目状構造の骨格を有し、前記骨格の内部は中空であり、
前記ニッケルメッシュ構造体は、ニッケルワイヤーから構成される織布もしくは不織布、または、打ち抜きシートであり、
前記ニッケル層のＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａは、５μｍ以下である、多孔質複合体。
【請求項2】
前記ニッケル層は、内部に複数の気孔を有し、前記ニッケル層の平均開口径は、０．１μｍ以上５０μｍ以下である、請求項１に記載の多孔質複合体。
【請求項3】
前記ニッケル層の平均厚さは、０．５μｍ以上１００μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の多孔質複合体。
【請求項4】
前記ニッケル層は、内部に複数の気孔を有し、前記ニッケル層の気孔率は、４０％以上７５％以下である、請求項１または請求項２に記載の多孔質複合体。
【請求項5】
前記多孔質複合体の平均厚さは、５０μｍ以上５００μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の多孔質複合体。
【請求項6】
前記基材の平均開口径は、５０μｍ以上８００μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の多孔質複合体。
【請求項7】
前記基材の断面気孔率は、５０％以上９５％以下である、請求項１または請求項２に記載の多孔質複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、多孔質複合体に関する。
【背景技術】
【0002】
水素は、貯蔵、輸送に適し、環境負荷も小さいため、高効率なクリーンエネルギーとして関心を集めている。水素の大半は、化石燃料の水蒸気改質により製造されているが、環境への負荷を低減する観点から、水電解による水素製造の重要性が高まってきている。水電解には電力の消費を伴うため、高効率な水素製造システムを実現するために、水電解方式についても様々な改良が試みられている。
【0003】
近年、アニオン交換膜を用いたＡＥＭ（Ａｎｉｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）型水電解が注目されている（たとえば、特許文献１）。現在主流となっているアルカリ水電解やＰＥＭ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）型水電解と比較すると、ＡＥＭ型水電解のメリットは、アルカリ水電解に比べ電流密度を増加でき、装置をコンパクト化できること、またＰＥＭ型水電解で必須とされている貴金属触媒が不要になることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０２２－２６４１３号公報
【発明の概要】
【0005】
本開示の複合多孔質体は、
第一主面を有する基材と、
前記第一主面の少なくとも一部に設けられるニッケル層と、を備え、
前記基材は、三次元網目状構造を有するニッケル多孔体、または、ニッケルメッシュ構造体からなり、
前記ニッケル層のＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａは、５μｍ以下である、多孔質複合体である。
第一主面を有する基材と、
前記第一主面の少なくとも一部に設けられるニッケル層と、を備え、
前記基材は、三次元網目状構造を有するニッケル多孔体、または、ニッケルメッシュ構造体からなり、
前記ニッケル層のＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａは、５μｍ以下である、多孔質複合体である。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【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］
ＡＥＭ型水電解では、アニオン交換膜と、導電性の多孔体からなる電極とが隣り合って配置されている。多孔体の表面が粗いと、アニオン交換膜に多孔体表面の凸部が刺さってしまい、微短絡したり、アニオン交換膜に貫通孔ができて酸素や水素がクロスリークしたりするなど不具合が生じる可能性がある。この不具合を避けるために、アニオン交換膜を厚くする方策が考えられる。しかし、アニオン交換膜を厚くすると、水電解セルの抵抗が高くなるため水電解時の電圧が上がり、電力消費量が増加してしまう。このため、アニオン交換膜の不具合を生じさせないために、表面粗さが低減された電極を提供できる技術が求められている。
ＡＥＭ型水電解では、アニオン交換膜と、導電性の多孔体からなる電極とが隣り合って配置されている。多孔体の表面が粗いと、アニオン交換膜に多孔体表面の凸部が刺さってしまい、微短絡したり、アニオン交換膜に貫通孔ができて酸素や水素がクロスリークしたりするなど不具合が生じる可能性がある。この不具合を避けるために、アニオン交換膜を厚くする方策が考えられる。しかし、アニオン交換膜を厚くすると、水電解セルの抵抗が高くなるため水電解時の電圧が上がり、電力消費量が増加してしまう。このため、アニオン交換膜の不具合を生じさせないために、表面粗さが低減された電極を提供できる技術が求められている。
【0008】
［本開示の効果］
本開示によれば、ＡＥＭ型水電解装置の電極として用いられ、表面粗さが低減された多孔質複合体を提供することが可能である。
本開示によれば、ＡＥＭ型水電解装置の電極として用いられ、表面粗さが低減された多孔質複合体を提供することが可能である。
【0009】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示の多孔質複合体は、
第一主面を有する基材と、
前記第一主面の少なくとも一部に設けられるニッケル層と、を備え、
前記基材は、三次元網目状構造を有するニッケル多孔体、または、ニッケルメッシュ構造体からなり、
前記ニッケル層のＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａは、５μｍ以下である、多孔質複合体である。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示の多孔質複合体は、
第一主面を有する基材と、
前記第一主面の少なくとも一部に設けられるニッケル層と、を備え、
前記基材は、三次元網目状構造を有するニッケル多孔体、または、ニッケルメッシュ構造体からなり、
前記ニッケル層のＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａは、５μｍ以下である、多孔質複合体である。
【0010】
本開示によれば、ＡＥＭ型水電解装置の電極として用いられ、表面粗さが低減された多孔質複合体を提供することが可能である。本開示において、ＩＳＯ ２５１７８は、より詳細にはＩＳＯ ２５１７８－２：２０１２である。
【0011】
（２）上記（１）において、前記ニッケル層は、内部に複数の気孔を有し、
前記ニッケル層の平均開口径は、０．１μｍ以上５０μｍ以下であってもよい。
前記ニッケル層の平均開口径は、０．１μｍ以上５０μｍ以下であってもよい。
【0012】
これによると、ニッケル層の表面の平滑性が向上し、アニオン交換膜に刺さりにくくなる。
【0013】
（３）上記（１）または（２）において、前記ニッケル層の平均厚さは、０．５μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。
【0014】
これによると、多孔質複合体を電極として用いたＡＥＭ型水電解装置において、ニッケル層自体の強度が維持される。また、多孔質複合体の基材部分とアニオン交換膜との間において、電解液および発生するガス等の物質輸送がスムーズになり、ＡＥＭ型水電解装置の電解効率が向上する。
【0015】
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、
前記ニッケル層は、内部に複数の気孔を有し、
前記ニッケル層の気孔率は、４０％以上７５％以下であってもよい。
前記ニッケル層は、内部に複数の気孔を有し、
前記ニッケル層の気孔率は、４０％以上７５％以下であってもよい。
【0016】
これによると、多孔質複合体を電極として用いたＡＥＭ型水電解装置において、多孔質複合体の基材部分とアニオン交換膜との間において、電解液および発生するガス等の物質輸送がスムーズになり、ＡＥＭ型水電解装置の電解効率が向上する。
【0017】
（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、前記多孔質複合体の平均厚さは、５０μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。
【0018】
これによると、多孔質複合体を電極として用いたＡＥＭ型水電解装置において、電解セル内での電解液やガス等の物質輸送がスムーズになり、かつ、電解装置の小型化や、電解セル内での物質輸送の均一性が向上し、ＡＥＭ型水電解装置の電解効率が向上する。
【0019】
（６）上記（１）から（５）のいずれかにおいて、前記基材の平均開口径は、５０μｍ以上８００μｍ以下であってもよい。
【0020】
これによると、多孔質複合体を電極として用いたＡＥＭ型水電解装置において、電解セル内での電解液やガス等の物質輸送がスムーズになり、ＡＥＭ型水電解装置の電解効率が向上する。
【0021】
（７）上記（１）から（６）のいずれかにおいて、前記基材の断面気孔率は、５０％以上９５％以下であってもよい。
【0022】
これによると、多孔質複合体を電極として用いたＡＥＭ型水電解装置において、電解セル内での電解液やガス等の物質輸送がスムーズになり、ＡＥＭ型水電解装置の電解効率が向上する。
【0023】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の多孔質複合体の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
本開示の多孔質複合体の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
【0024】
本開示において「Ａ～Ｂ」という形式の表記は、Ａ以上Ｂ以下を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。
【0025】
本開示において、数値範囲下限及び上限として、それぞれ１つ以上の数値が記載されている場合は、下限に記載されている任意の１つの数値と、上限に記載されている任意の１つの数値との組み合わせも開示されているものとする。
【0026】
［実施形態１：多孔質複合体］
本開示の一実施形態（以下「実施形態１」とも記す。）に係る多孔質複合体は、
第一主面を有する基材と、
該第一主面の少なくとも一部に設けられるニッケル層と、を備え、
該基材は、三次元網目状構造を有するニッケル多孔体、または、ニッケルメッシュ構造体からなり、
該ニッケル層のＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａは、５μｍ以下である、多孔質複合体である。
本開示の一実施形態（以下「実施形態１」とも記す。）に係る多孔質複合体は、
第一主面を有する基材と、
該第一主面の少なくとも一部に設けられるニッケル層と、を備え、
該基材は、三次元網目状構造を有するニッケル多孔体、または、ニッケルメッシュ構造体からなり、
該ニッケル層のＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａは、５μｍ以下である、多孔質複合体である。
【0027】
実施形態１の多孔質複合体において、ニッケル層のＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａは５μｍ以下であり、表面の凹凸が低減されている。ニッケル層の算術平均高さＳａが５μｍ以下であることにより、ＡＥＭ型水電解など、多孔質複合体をアニオン交換膜との接触がある用途に用いた場合において、多孔質複合体の表面の凸部がアニオン交換膜に刺さることが抑制され、微短絡したり、アニオン交換膜に貫通孔ができて酸素や水素がクロスリークしたりするなど不具合の発生が抑制される。
【0028】
さらに、ニッケル層の算術平均高さＳａが５μｍ以下であることにより、多孔質複合体の表面の凸部がアニオン交換膜に刺さることが抑制され、アニオン交換膜の薄型化に寄与し、ひいては電解効率の向上につながる。
【0029】
ＡＥＭ型水電解には、触媒をアニオン交換膜に塗布するＣＣＭ方式と、触媒を導電性の多孔体からなる電極に塗布するＣＣＳ方式がある。ＣＣＳ方式では、触媒と、電解反応に寄与するアニオン交換膜との接触面積を増加させることが、電解性能を向上に寄与する。
【0030】
実施形態１の多孔質複合体において、ニッケル層の算術平均高さＳａが５μｍ以下であることにより、ニッケル層に触媒を塗布して触媒層を形成した場合において、触媒層の表面の凹凸も低減される。よって、実施形態１の多孔質複合体のニッケル層に触媒を塗布した状態で、ＣＣＳ方式のＡＥＭ型水電解に用いると、触媒と、アニオン交換膜との接触面積を増加させることが可能である。
【0031】
＜多孔質複合体の構造＞
図１に示されるように、実施形態１の多孔質複合体３０は、第一主面１を有する基材５と、第一主面１の少なくとも一部に設けられるニッケル層２０と、を備える。
図１に示されるように、実施形態１の多孔質複合体３０は、第一主面１を有する基材５と、第一主面１の少なくとも一部に設けられるニッケル層２０と、を備える。
【0032】
多孔質複合体の平均厚さの下限は、多孔質複合体を電極として用いたＡＥＭ型水電解装置において、電解セル内での物質輸送をスムーズに行うことができるという観点から、５０μｍ以上でもよく、１００μｍ以上でもよく、または、１５０μｍ以上でもよい。多孔質複合体の平均厚さの上限は、電解装置の小型化や、電解セル内での物質輸送の均一性向上の観点から、５００μｍ以下でもよく、４００μｍ以下でもよく、または、３００μｍ以下でもよい。多孔質複合体の平均厚さは、５０μｍ以上５００μｍ以下でもよく、１００μｍ以上４００μｍ以下でもよく、または、１５０μｍ以上３００μｍ以下でもよい。
【0033】
本開示において、多孔質複合体の平均厚さは、以下の方法により測定される。多孔質複合体の任意の５箇所において、市販のデジタルシックネスゲージ（株式会社テクロック社）を用いて、それぞれの厚さを測定する。５箇所の厚さの平均を算出する。本開示において、該平均が多孔質複合体の平均厚さに該当する。
【0034】
＜基材＞
実施形態１の多孔質複合体３０において、基材５は三次元網目状構造を有するニッケル多孔体１０、または、ニッケルメッシュ構造体からなる。基材５は、全体として、第一主面１と、第一主面１と反対側の第二主面２と、を含むシート状の外観を有している。
実施形態１の多孔質複合体３０において、基材５は三次元網目状構造を有するニッケル多孔体１０、または、ニッケルメッシュ構造体からなる。基材５は、全体として、第一主面１と、第一主面１と反対側の第二主面２と、を含むシート状の外観を有している。
【0035】
≪ニッケル多孔体≫
図２は、ニッケル多孔体１０の代表的な構成例を説明する図である。図３は、図２に示されるニッケル多孔体１０の断面を拡大視した拡大模式図である。図３に示されるように、ニッケル多孔体１０は、三次元網目状構造の骨格１１を有している。三次元網目状構造の骨格１１によって、ニッケル多孔体１０の内部に気孔部１４が形成されている。
図２は、ニッケル多孔体１０の代表的な構成例を説明する図である。図３は、図２に示されるニッケル多孔体１０の断面を拡大視した拡大模式図である。図３に示されるように、ニッケル多孔体１０は、三次元網目状構造の骨格１１を有している。三次元網目状構造の骨格１１によって、ニッケル多孔体１０の内部に気孔部１４が形成されている。
【0036】
ニッケル多孔体１０の骨格１１は、骨格本体部１２によって構成され、骨格１１の内部１３は中空になっている。骨格１１によって形成されている気孔部１４の少なくとも一部は、隣接する気孔部１４と連通する連通気孔となっている。
【0037】
ニッケル多孔体１０は、ニッケルを８０質量％以上含んでもよい。本開示において、ニッケル多孔体１０の組成は、骨格本体部１２の組成を意味する。すなわち、ニッケル多孔体１０の骨格本体部１２は、ニッケルを８０質量％以上含むとも表現することができる。ニッケル多孔体１０は、ニッケル以外の他の成分を含むことができる。他の成分は、鉄、コバルト、クロム、リン、ホウ素、および、炭素からなる群より選ばれる少なくとも１種とすることができる。ニッケル多孔体１０の他の成分の合計含有率は、０．１質量％以上２０質量％以下でもよい。ニッケル多孔体１０の他の成分の合計含有率は、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析法で測定される。
【0038】
【0039】
≪ニッケルメッシュ構造体≫
ニッケルメッシュ構造体としては、織布、不織布、打ち抜きシート等を採用できる。ニッケルメッシュ構造体は、ニッケルを８０質量％以上含んでもよい。ニッケルメッシュ構造体は、ニッケル以外の他の成分を含むことができる。他の成分は、鉄、コバルト、クロム、リン、ホウ素、および、炭素からなる群より選ばれる少なくとも１種とすることができる。ニッケルメッシュ構造体の他の成分の合計含有率は、０．１質量％以上２０質量％以下でもよい。ニッケルメッシュ構造体の他の成分の合計含有率は、ＩＣＰ発光分光分析法で測定される。
ニッケルメッシュ構造体としては、織布、不織布、打ち抜きシート等を採用できる。ニッケルメッシュ構造体は、ニッケルを８０質量％以上含んでもよい。ニッケルメッシュ構造体は、ニッケル以外の他の成分を含むことができる。他の成分は、鉄、コバルト、クロム、リン、ホウ素、および、炭素からなる群より選ばれる少なくとも１種とすることができる。ニッケルメッシュ構造体の他の成分の合計含有率は、０．１質量％以上２０質量％以下でもよい。ニッケルメッシュ構造体の他の成分の合計含有率は、ＩＣＰ発光分光分析法で測定される。
【0040】
≪基材の平均開口径≫
基材５の平均開口径は、多孔質複合体を電極として用いたＡＥＭ型水電解装置において、基材中の電解液やガス等の物質輸送効率を向上させ、電解セル内での物質輸送をスムーズにする観点から、５０μｍ以上８００μｍ以下でもよく、１００μｍ以上７００μｍ以下でもよく、または、１５０μｍ以上６００μｍ以下でもよい。
基材５の平均開口径は、多孔質複合体を電極として用いたＡＥＭ型水電解装置において、基材中の電解液やガス等の物質輸送効率を向上させ、電解セル内での物質輸送をスムーズにする観点から、５０μｍ以上８００μｍ以下でもよく、１００μｍ以上７００μｍ以下でもよく、または、１５０μｍ以上６００μｍ以下でもよい。
【0041】
本開示において、基材５がニッケル多孔体の場合、基材５の平均開口径は、以下の手順で測定される。
手順Ａ１：多孔質複合体３０を主面の法線と平行な仮想平面に沿って切断し、主面の法線に沿う基材５の断面を露出させる。
手順Ａ１：多孔質複合体３０を主面の法線と平行な仮想平面に沿って切断し、主面の法線に沿う基材５の断面を露出させる。
【0042】
手順Ａ２：基材５の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて、視野内で基材５の開口構造が撮影できる適当な倍率で観察して、基材５の断面のＳＥＭ像を得る。基材５とニッケル層２０との境界は、ＳＥＭ像において確認できる。該境界の位置は、基材５の第一主面１の位置に相当する。
【0043】
手順Ａ３：基材５の断面のＳＥＭ像において、基材を厚み方向に４等分する３本の仮想直線を引く。仮想直線をニッケル層側から順に仮想直線Ｌ１、仮想直線Ｌ２、仮想直線Ｌ３とする。仮想直線Ｌ１、仮想直線Ｌ２、仮想直線Ｌ３のそれぞれの長さは、視野を横断する長さとする。
【0044】
手順Ａ４：仮想直線Ｌ１、仮想直線Ｌ２および仮想直線Ｌ３のそれぞれにおいて、仮想直線が横切る気孔部の数Ｎ１（個）および気孔部の長さの合計ＬＴ（μｍ）を測定する。３本の仮想直線のそれぞれにおいて、ＬＴ（μｍ）／Ｎ１（個）を算出する。３本の仮想直線のＬＴ（μｍ）／Ｎ１（個）の平均Ａ１を算出する。
【0045】
手順Ａ５：手順Ａ２のＳＥＭ像を互いに重複しない３箇所で取得し、それぞれのＳＥＭ像に基づき、手順Ａ３および手順Ａ４を行い、平均Ａ１を算出する。３つの平均Ａ１の平均Ａ２を算出する。本開示において、該平均Ａ２が基材５の平均開口径に該当する。
【0046】
図５は、実施形態１の多孔質複合体の断面のＳＥＭ像の一例である。図５において、直線ＬＳ１が基材５の第一主面を示し、直線ＬＳ２が基材５の第二主面を示す。図５には、仮想直線Ｌ１、仮想直線Ｌ２および仮想直線Ｌ３が白色の直線で示されている。図５において、仮想直線Ｌ１が横切る気孔部の数は１４個であり、気孔部の長さの合計は１７２７μｍである。仮想直線Ｌ２が横切る気孔部の数は１２個であり、気孔部の長さの合計は１７０１μｍである。仮想直線Ｌ３が横切る気孔部の数は１４個であり、気孔部の長さの合計は１８１５μｍである。これらに基づくと、図５に示される基材５の平均開口径は、１３１．１μｍと算出される。図５において、気孔部は矢印で挟まれる領域、および、矢印と測定領域の外縁とに挟まれる領域に相当する。気孔部の長さは、仮想直線上の黒色の直線の長さに相当する。骨格１１の内部の中空は、気孔部として測定しない。
【0047】
同一の多孔質複合体では、上記の基材の平均開口径の測定を、測定領域を変更して行っても、測定結果にほとんどばらつきがないことが確認されている。基材はシート状であるため、断面ＳＥＭ像では、基材５とニッケル層２０との境界に若干のうねりが存在する場合がある。このような場合、断面ＳＥＭ像に示される直線ＬＳ１は、基材５とニッケル層２０との境界と正確には一致しないが、直線ＬＳ１がほぼ基材５とニッケル層２０との境界に位置している限り、基材５の平均開口径の測定結果に、ほとんど影響を与えないことが確認されている。
【0048】
本開示において、基材５がニッケルメッシュ構造体の場合、基材５の平均開口径は、以下の手順で測定される。多孔質複合体３０を主面の法線と平行な仮想平面に沿って切断し、主面の法線に沿う基材５の断面を露出させる。基材５の断面を、走査型電子顕微鏡を用いて、視野内で基材５の開口構造が撮影できる適当な倍率で観察して、基材５の断面のＳＥＭ像を得る。図６は、ニッケルメッシュ構造体の断面のＳＥＭ像を模式的に示す図である。
【0049】
ニッケルメッシュ構造体の断面のＳＥＭ像において、メッシュを構成する金属ワイヤー１６の断面のもっとも太い部分を横切る仮想直線Ｌ６１を１本引く。仮想直線が横切る気孔部１４の数Ｎ１（個）および気孔部１４の長さの合計ＬＴ（μｍ）を測定し、ＬＴ（μｍ）／Ｎ１（個）を算出する。
【0050】
ニッケルメッシュ構造体の断面のＳＥＭ像を互いに重複しない３箇所で取得し、それぞれのＳＥＭ像に基づき、上記の手順でＬＴ（μｍ）／Ｎ１（個）を算出する。３つのＬＴ（μｍ）／Ｎ１（個）の平均を算出する。本開示において、該平均が基材５の平均開口径に該当する。
【0051】
同一の多孔質複合体では、上記の基材の平均開口径の測定を、測定領域を変更して行っても、測定結果にほとんどばらつきがないことが確認されている。
【0052】
≪基材の断面気孔率≫
基材５の断面気孔率の下限は、多孔質複合体３０の圧損を低減する観点、および、電解セル内での電解液やガス等の物質輸送をスムーズにし、ＡＥＭ型水電解装置の電解効率を向上させるから、５０％以上でもよく、５５％以上でもよく、または、６５％以上でもよい。基材５の断面気孔率の上限は、適当な圧縮耐力を確保する観点から、９５％以下でもよく、８５％以下でもよく、または、７５％以下でもよい。基材５の断面気孔率は、５０％以上９５％以下でもよく、５５％以上８５％以下でもよく、または、６５％以上７５％以下でもよい。
基材５の断面気孔率の下限は、多孔質複合体３０の圧損を低減する観点、および、電解セル内での電解液やガス等の物質輸送をスムーズにし、ＡＥＭ型水電解装置の電解効率を向上させるから、５０％以上でもよく、５５％以上でもよく、または、６５％以上でもよい。基材５の断面気孔率の上限は、適当な圧縮耐力を確保する観点から、９５％以下でもよく、８５％以下でもよく、または、７５％以下でもよい。基材５の断面気孔率は、５０％以上９５％以下でもよく、５５％以上８５％以下でもよく、または、６５％以上７５％以下でもよい。
【0053】
本開示において、基材５の断面気孔率は、以下の手順で測定される。
手順Ｂ１：多孔質複合体３０を主面の法線と平行な仮想平面に沿って切断し、主面の法線に沿う基材５の断面を露出させる。
手順Ｂ１：多孔質複合体３０を主面の法線と平行な仮想平面に沿って切断し、主面の法線に沿う基材５の断面を露出させる。
【0054】
手順Ｂ２：基材５の断面を、走査型電子顕微鏡を用いて基材５の多孔質構造が撮影できる適当な倍率で観察して、ＳＥＭ像を得る。
【0055】
手順Ｂ３：基材５の断面のＳＥＭ像中に、基材５の断面気孔率を測定するために十分な大きさの領域を含む矩形の測定領域を設ける。画像処理ソフトウエアを用いて、測定領域全体の面積ＳＡに対する気孔部の面積Ｓ１の百分率（Ｓ１／ＳＡ）×１００を求める。
【0056】
手順Ｂ４：手順Ｂ２のＳＥＭ像を互いに重複しない３箇所で取得し、それぞれのＳＥＭ像に基づき、手順Ｂ３を行い、百分率（Ｓ１／ＳＡ）×１００を求める。３つの百分率（Ｓ１／ＳＡ）×１００の平均を算出する。本開示において、該平均が基材５の断面気孔率に該当する。
【0057】
同一の多孔質複合体では、上記の基材の断面気孔率の測定を、測定領域を変更して行っても、測定結果にほとんどばらつきがないことが確認されている。
【0058】
≪基材の平均厚さ≫
基材５の平均厚さは、例えば、０．０４ｍｍ以上０．５ｍｍ以下でもよく、または、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下でもよい。基材５の平均厚さの測定方法は以下の通りである。基材５の平均開口径の測定方法の手順Ａ１および手順Ａ２と同一の方法で、基材５の断面のＳＥＭ像を得る。ＳＥＭ画像において、基材５の第一主面１から第二主面２までの距離を任意の５箇所で測定する。５箇所の距離の平均を算出する。本開示において、該平均が基材５の平均厚さに該当する。
基材５の平均厚さは、例えば、０．０４ｍｍ以上０．５ｍｍ以下でもよく、または、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下でもよい。基材５の平均厚さの測定方法は以下の通りである。基材５の平均開口径の測定方法の手順Ａ１および手順Ａ２と同一の方法で、基材５の断面のＳＥＭ像を得る。ＳＥＭ画像において、基材５の第一主面１から第二主面２までの距離を任意の５箇所で測定する。５箇所の距離の平均を算出する。本開示において、該平均が基材５の平均厚さに該当する。
【0059】
同一の多孔質複合体では、上記の基材の平均厚さの測定を、測定領域を変更して行っても、測定結果にほとんどばらつきがないことが確認されている。
【0060】
＜ニッケル層＞
実施形態１の多孔質複合体３０において、ニッケル層２０の表面は、多孔質複合体３０をＣＣＳ方式のＡＥＭ型水電解に用いる場合に、触媒が塗布される面である。図１では、第一主面１の全面にニッケル層２０が設けられているが、これに限定されない。多孔質複合体３０を、ニッケル層２０に触媒を塗布した状態で、ＣＣＳ方式のＡＥＭ型水電解に用いる場合に、アニオン交換膜と対向する領域に触媒が存在することができる限り、ニッケル層２０の設けられる領域は、第一主面１の一部であってもよい。
実施形態１の多孔質複合体３０において、ニッケル層２０の表面は、多孔質複合体３０をＣＣＳ方式のＡＥＭ型水電解に用いる場合に、触媒が塗布される面である。図１では、第一主面１の全面にニッケル層２０が設けられているが、これに限定されない。多孔質複合体３０を、ニッケル層２０に触媒を塗布した状態で、ＣＣＳ方式のＡＥＭ型水電解に用いる場合に、アニオン交換膜と対向する領域に触媒が存在することができる限り、ニッケル層２０の設けられる領域は、第一主面１の一部であってもよい。
【0061】
ニッケル層２０は、ニッケルを８０質量％以上含んでもよい。ニッケル層２０は、ニッケル以外の他の成分を含むことができる。他の成分は、鉄、コバルト、クロム、リン、ホウ素、および、炭素からなる群より選ばれる少なくとも１種とすることができる。ニッケル層２０の他の成分の合計含有率は、０．０１質量％以上２０質量％以下でもよい。ニッケル層２０の他の成分の含有率は、ＩＣＰ発光分光分析法で測定される。
【0062】
ニッケル層２０は、ニッケル焼結体からなることができる。
【0063】
≪ニッケル層の算術平均高さＳａ≫
ニッケル層２０のＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａの上限は、５μｍ以下であり、４μｍ以下でもよく、または、３μｍ以下でもよい。ニッケル層２０の算術平均高さＳａの下限は特に制限されず、０μｍ以上でもよく、または、製造上の観点から０．５μｍ以上でもよい。ニッケル層２０の算術平均高さＳａは、０μｍ以上５μｍ以下でもよく、０μｍ以上４μｍ以下でもよく、または、０．５μｍ以上５μｍ以下でもよい。ニッケル層２０の算術平均高さＳａが５μｍを超えると、多孔質複合体の表面の凸部がアニオン交換膜に刺さる可能性がある。また、ニッケル層２０の表面に深い穴が存在し、ニッケル層に触媒を塗布した場合に、深い穴に埋まった触媒が機能できずに触媒のロスが生じる可能性がある。また、ニッケル層に触媒を塗布して形成された触媒層自体に穴が開き、穴の空いた部分が触媒として機能しない可能性がある。
ニッケル層２０のＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａの上限は、５μｍ以下であり、４μｍ以下でもよく、または、３μｍ以下でもよい。ニッケル層２０の算術平均高さＳａの下限は特に制限されず、０μｍ以上でもよく、または、製造上の観点から０．５μｍ以上でもよい。ニッケル層２０の算術平均高さＳａは、０μｍ以上５μｍ以下でもよく、０μｍ以上４μｍ以下でもよく、または、０．５μｍ以上５μｍ以下でもよい。ニッケル層２０の算術平均高さＳａが５μｍを超えると、多孔質複合体の表面の凸部がアニオン交換膜に刺さる可能性がある。また、ニッケル層２０の表面に深い穴が存在し、ニッケル層に触媒を塗布した場合に、深い穴に埋まった触媒が機能できずに触媒のロスが生じる可能性がある。また、ニッケル層に触媒を塗布して形成された触媒層自体に穴が開き、穴の空いた部分が触媒として機能しない可能性がある。
【0064】
本開示において、ＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａは、以下の手順で測定される。ニッケル層２０の表面を、表面の凹凸構造を観察できる適当な倍率で、レーザー顕微鏡で観察する。測定領域は視野全体とする。ニッケル層２０の表面とは、ニッケル層２０の基材５の第一主面１と対向する主面と反対側の主面であり、図１において第三主面３として示される。該測定領域のＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａを測定する。測定には、キーエンス社製レーザー顕微鏡「ＶＫ－Ｘ３０００」（商標）を用いる。互いに重複しない３つの測定領域で算術平均高さＳａを測定する。３つの測定領域の算術平均高さＳａの平均を算出する。本開示において、該平均がニッケル層２０の算術平均高さＳａに該当する。
【0065】
同一の多孔質複合体では、上記のニッケル層の算術平均高さＳａの測定を、測定領域を変更して行っても、測定結果にほとんどばらつきがないことが確認されている。
【0066】
≪ニッケル層の平均開口径≫
実施形態１の多孔質複合体３０において、ニッケル層２０は、内部に複数の気孔を有していてもよい。ニッケル層２０の平均開口径の下限は、多孔質複合体を電極として用いたＡＥＭ型水電解装置において、電解セル内での電解液やガス等の物質輸送をスムーズにする観点から、０．１μｍ以上でもよく、１μｍ以上でもよく、または、２μｍ以上でもよい。ニッケル層２０の平均開口径の上限は、ニッケル層の表面の平滑性が向上し、孔質複合体の表面の凸部が、対向するアニオン交換膜に刺さることが抑制される、および、ニッケル層に塗布して形成される触媒層の表面の平滑性を維持することができるという観点から、５０μｍ以下でもよく、２５μｍ以下でもよく、または、１０μｍ以下でもよい。ニッケル層２０の平均開口径は、０．１μｍ以上５０μｍ以下でもよく、１μｍ以上２５μｍ以下でもよく、または、２μｍ以上１０μｍ以下でもよい。
実施形態１の多孔質複合体３０において、ニッケル層２０は、内部に複数の気孔を有していてもよい。ニッケル層２０の平均開口径の下限は、多孔質複合体を電極として用いたＡＥＭ型水電解装置において、電解セル内での電解液やガス等の物質輸送をスムーズにする観点から、０．１μｍ以上でもよく、１μｍ以上でもよく、または、２μｍ以上でもよい。ニッケル層２０の平均開口径の上限は、ニッケル層の表面の平滑性が向上し、孔質複合体の表面の凸部が、対向するアニオン交換膜に刺さることが抑制される、および、ニッケル層に塗布して形成される触媒層の表面の平滑性を維持することができるという観点から、５０μｍ以下でもよく、２５μｍ以下でもよく、または、１０μｍ以下でもよい。ニッケル層２０の平均開口径は、０．１μｍ以上５０μｍ以下でもよく、１μｍ以上２５μｍ以下でもよく、または、２μｍ以上１０μｍ以下でもよい。
【0067】
本開示において、ニッケル層２０の平均開口径は、以下の手順で測定される。
手順Ｃ１：多孔質複合体３０を主面の法線と平行な仮想平面に沿って切断し、主面の法線に沿うニッケル層２０の断面を露出させる。
手順Ｃ１：多孔質複合体３０を主面の法線と平行な仮想平面に沿って切断し、主面の法線に沿うニッケル層２０の断面を露出させる。
【0068】
手順Ｃ２：ニッケル層２０の断面を、ＳＥＭを用いて、視野内でニッケル層２０の開口構造が撮影できる適当な倍率で観察して、ニッケル層２０の断面のＳＥＭ像を得る。基材５とニッケル層２０との境界は、ＳＥＭ像において確認できる。該境界の位置は、基材５の第一主面１の位置に相当する。
【0069】
手順Ｃ３：ニッケル層２０の断面のＳＥＭ像において、ニッケル層を厚み方向に４等分する３本の仮想直線を引く。仮想直線を基材側から順に仮想直線Ｌ１１、仮想直線Ｌ１２、仮想直線Ｌ１３とする。
【0070】
手順Ｃ４：仮想直線Ｌ１１、仮想直線Ｌ１２および仮想直線Ｌ１３のそれぞれにおいて、仮想直線が横切る気孔の数Ｎ１１（個）および気孔の長さの合計ＬＴ１（μｍ）を測定する。３本の仮想直線のそれぞれにおいて、ＬＴ１（μｍ）／Ｎ１１（個）を算出する。３本の仮想直線のＬＴ１（μｍ）／Ｎ１１（個）の平均Ａ１１を算出する。
【0071】
手順Ｃ５：手順Ｃ２のＳＥＭ像を互いに重複しない３箇所で取得し、それぞれのＳＥＭ像に基づき、手順Ｃ３および手順Ｃ４を行い、平均Ａ１１を算出する。３つの平均Ａ１１の平均Ａ１２を算出する。本開示において、該平均Ａ１２がニッケル層２０の平均開口径に該当する。
【0072】
図７は、実施形態１の多孔質複合体のニッケル層の断面のＳＥＭ像の一例である。図７において、直線ＬＳ３がニッケル層の表面を示し、直線ＬＳ４が基材５とニッケル層との境界を示す。図７には、仮想直線Ｌ１１、仮想直線Ｌ１２および仮想直線Ｌ１３が白色の直線で示されている。図７において、仮想直線Ｌ１３が横切る気孔の数は、７個であり、気孔の長さの合計は１８．４μｍである。同様に、仮想直線Ｌ１２が横切る気孔の数は７個であり、気孔の長さの合計は２２．４μｍである。仮想直線Ｌ１１が横切る気孔の数は１２個であり、気孔の長さの合計は３５．２μｍである。これらに基づくと、図７に示されるニッケル層２０の平均開口径は、２．９μｍと算出される。図７において、気孔は矢印で挟まれる領域、および、矢印と測定領域の外縁とに挟まれる領域に相当する。気孔の長さは、仮想直線上の黒色の直線の長さに相当する。
【0073】
同一の多孔質複合体では、上記のニッケル層の平均開口径の測定を、測定領域を変更して行っても、測定結果にほとんどばらつきがないことが確認されている。
【0074】
≪ニッケル層の気孔率≫
実施形態１の多孔質複合体３０において、ニッケル層２０は、内部に複数の気孔を有していてもよい。ニッケル層２０の気孔率の下限は、多孔質複合体を電極として用いたＡＥＭ型水電解装置において、多孔質複合体の基材部分とアニオン交換膜との間における、電解液および発生するガス等の物質輸送をスムーズにし、ＡＥＭ型水電解装置の電解効率を向上させる観点から、４０％以上でもよく、４５％以上でもよく、または、５５％以上でもよい。ニッケル層２０の気孔率の上限は、圧縮に対する適当な耐力を持たせるため、７５％以下でもよく、７０％以下でもよく、または、６５％以下でもよい。ニッケル層２０の気孔率は、４０％以上７５％以下でもよく、４５％以上７０％以下でもよく、または、５５％以上６５％以下でもよい。
実施形態１の多孔質複合体３０において、ニッケル層２０は、内部に複数の気孔を有していてもよい。ニッケル層２０の気孔率の下限は、多孔質複合体を電極として用いたＡＥＭ型水電解装置において、多孔質複合体の基材部分とアニオン交換膜との間における、電解液および発生するガス等の物質輸送をスムーズにし、ＡＥＭ型水電解装置の電解効率を向上させる観点から、４０％以上でもよく、４５％以上でもよく、または、５５％以上でもよい。ニッケル層２０の気孔率の上限は、圧縮に対する適当な耐力を持たせるため、７５％以下でもよく、７０％以下でもよく、または、６５％以下でもよい。ニッケル層２０の気孔率は、４０％以上７５％以下でもよく、４５％以上７０％以下でもよく、または、５５％以上６５％以下でもよい。
【0075】
本開示において、ニッケル層２０の気孔率は、以下の手順で測定される。
手順Ｄ１：多孔質複合体３０を主面の法線と平行な仮想平面に沿って切断し、主面の法線に沿うニッケル層２０の断面を露出させる。
手順Ｄ１：多孔質複合体３０を主面の法線と平行な仮想平面に沿って切断し、主面の法線に沿うニッケル層２０の断面を露出させる。
【0076】
手順Ｄ２：ニッケル層２０の断面を、走査型電子顕微鏡を用いてニッケル層２０の気孔を撮影できる適当な倍率で観察して、ＳＥＭ像を得る。
【0077】
手順Ｄ３：ニッケル層２０の断面のＳＥＭ中に、ニッケル層２０の気孔率を測定するために十分な大きさの領域を含む矩形の測定領域を設ける。画像処理ソフトウエアを用いて、各測定領域全体の面積ＳＡ１に対する気孔の面積Ｓ１１の百分率（Ｓ１１／ＳＡ１）×１００を求める。
【0078】
手順Ｄ４：手順Ｄ２のＳＥＭ像を互いに重複しない３箇所で取得し、それぞれのＳＥＭ像に基づき、手順Ｄ３を行い、百分率（Ｓ１１／ＳＡ１）×１００を求める。３つの百分率（Ｓ１１／ＳＡ１）×１００の平均を算出する。本開示において、該平均がニッケル層２０の気孔率に該当する。
【0079】
同一の多孔質複合体では、上記のニッケル層の気孔率の測定を、測定領域を変更して行っても、測定結果にほとんどばらつきがないことが確認されている。
【0080】
≪ニッケル層の平均厚さ≫
ニッケル層２０の平均厚さの下限は、ニッケル層自体の強度を維持する観点から、０．５μｍ以上でもよく、５μｍ以上でもよく、１０μｍ以上でもよく、２０μｍ以上でもよく、または、３０μｍ以上でもよい。ニッケル層２０の平均厚さの上限は、多孔質複合体の基材部分とアニオン交換膜との間において、電解液および発生するガス等の物質輸送をスムーズにする観点から、１００μｍ以下でもよく、９０μｍ以下でもよく、または、８０μｍ以下でもよい。ニッケル層２０の平均厚さは、０．５μｍ以上１００μｍ以下でもよく、５μｍ以上１００μｍ以下でもよく、１０μｍ以上１００μｍ以下でもよく、２０μｍ以上９０μｍ以下でもよく、または、３０μｍ以上８０μｍ以下でもよい。
ニッケル層２０の平均厚さの下限は、ニッケル層自体の強度を維持する観点から、０．５μｍ以上でもよく、５μｍ以上でもよく、１０μｍ以上でもよく、２０μｍ以上でもよく、または、３０μｍ以上でもよい。ニッケル層２０の平均厚さの上限は、多孔質複合体の基材部分とアニオン交換膜との間において、電解液および発生するガス等の物質輸送をスムーズにする観点から、１００μｍ以下でもよく、９０μｍ以下でもよく、または、８０μｍ以下でもよい。ニッケル層２０の平均厚さは、０．５μｍ以上１００μｍ以下でもよく、５μｍ以上１００μｍ以下でもよく、１０μｍ以上１００μｍ以下でもよく、２０μｍ以上９０μｍ以下でもよく、または、３０μｍ以上８０μｍ以下でもよい。
【0081】
ニッケル層２０の平均厚さの測定方法は以下の通りである。ニッケル層２０の平均開口径の測定方法の手順Ｃ１および手順Ｃ２と同一の方法で、ニッケル層２０の断面のＳＥＭ像を得る。ＳＥＭ画像において、ニッケル層２０の表面から、ニッケル層２０と基材５との境界までの距離を任意の５箇所で測定する。５箇所の距離の平均を算出する。本開示において、該平均がニッケル層２０の平均厚さに該当する。
【0082】
同一の多孔質複合体では、上記のニッケル層の平均厚さの測定を、測定領域を変更して行っても、測定結果にほとんどばらつきがないことが確認されている。
【0083】
＜多孔質複合体の製造方法＞
実施形態１の多孔質複合体の製造方法の一例について説明する。多孔質複合体の製造方法は、基材材料を準備する工程と、ニッケル微多孔シートを準備する工程と、基材材料とニッケル微多孔シートとを積層した状態で、ロールプレスをして積層体を得る工程と、積層体を加熱することにより、多孔質複合体を得る工程と、を備えることができる。
実施形態１の多孔質複合体の製造方法の一例について説明する。多孔質複合体の製造方法は、基材材料を準備する工程と、ニッケル微多孔シートを準備する工程と、基材材料とニッケル微多孔シートとを積層した状態で、ロールプレスをして積層体を得る工程と、積層体を加熱することにより、多孔質複合体を得る工程と、を備えることができる。
【0084】
≪基材材料を準備する工程≫
基材材料として、三次元網目状構造を有するニッケル多孔体、または、ニッケルメッシュ構造体を準備する。ニッケル多孔体、または、ニッケルメッシュ構造体は、全体としてシート形状のものを用いる。
基材材料として、三次元網目状構造を有するニッケル多孔体、または、ニッケルメッシュ構造体を準備する。ニッケル多孔体、または、ニッケルメッシュ構造体は、全体としてシート形状のものを用いる。
【0085】
ニッケル多孔体の平均気孔径は５０μｍ以上５０００μｍ以下でもよく、１００μｍ以上１０００μｍ以下でもよく、２００μｍ以上７００μｍ以下でもよい。
【0086】
ニッケル多孔体の平均気孔径は、下記の式［１］で定義される。式［１］中、ｎｃは、ニッケル多孔体の主面を顕微鏡等で少なくとも１０視野観察し、１インチ（２５．４ｍｍ＝２５４００μｍ）あたりの気孔部の数を平均した数である。
平均気孔径＝２５４００μｍ／ｎｃ 式［１］
なお、気孔部の数の測定は、ＪＩＳ Ｋ６４００－１：２００４ 附属書１（参考）による軟質発泡材料の気孔の数（セル数）の求め方に準じて行う。
平均気孔径＝２５４００μｍ／ｎｃ 式［１］
なお、気孔部の数の測定は、ＪＩＳ Ｋ６４００－１：２００４ 附属書１（参考）による軟質発泡材料の気孔の数（セル数）の求め方に準じて行う。
【0087】
ニッケル多孔体としては、例えば、住友電気工業株式会社製の「ニッケルセルメット」（商標）を準備することができる。
【0088】
ニッケルメッシュ構造体としては、例えば、ニッケルワイヤーを平織したものを準備することができる。
【0089】
≪ニッケル微多孔シートを準備する工程≫
ニッケル微多孔シートは、以下の手順で準備することができる。ニッケル粉末と、バインダーと、純水とを混合して、スラリーを得る。スラリーを支持体へ塗工する。支持体としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）シートを用いることができる。支持体に塗工したスラリーを乾燥させた後、シートから剥離して、ニッケルグリーンシートを得る。乾燥条件は、例えば、大気中、８０℃で３０分とすることができる。
ニッケル微多孔シートは、以下の手順で準備することができる。ニッケル粉末と、バインダーと、純水とを混合して、スラリーを得る。スラリーを支持体へ塗工する。支持体としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）シートを用いることができる。支持体に塗工したスラリーを乾燥させた後、シートから剥離して、ニッケルグリーンシートを得る。乾燥条件は、例えば、大気中、８０℃で３０分とすることができる。
【0090】
ニッケルグリーンシートを焼結することにより、ニッケル微多孔シートを得る。焼結条件は、例えば、水素雰囲気中、９００℃で１０分とすることができる。ニッケル微多孔シートの厚さは、例えば、０．５μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。
【0091】
≪積層体を得る工程≫
次に、基材材料とニッケル微多孔シートとを積層した状態で、ロールプレスをして積層体を得る。ロールプレスの条件は、基材材料およびニッケル微多孔シートの厚さをもとに適当なロールギャップを設定すればよい。例えばロールギャップを、多孔質複合体の所望の厚さの８０％程度とすることができる。
次に、基材材料とニッケル微多孔シートとを積層した状態で、ロールプレスをして積層体を得る。ロールプレスの条件は、基材材料およびニッケル微多孔シートの厚さをもとに適当なロールギャップを設定すればよい。例えばロールギャップを、多孔質複合体の所望の厚さの８０％程度とすることができる。
【0092】
≪多孔質複合体を得る工程≫
次に、積層体を加熱することにより、多孔質複合体を得る。加熱条件は、例えば、水素雰囲気中、９００℃で１０分とすることができる。これにより、基材とニッケル微多孔シートとが接合した多孔質複合体を得ることができる。
次に、積層体を加熱することにより、多孔質複合体を得る。加熱条件は、例えば、水素雰囲気中、９００℃で１０分とすることができる。これにより、基材とニッケル微多孔シートとが接合した多孔質複合体を得ることができる。
【実施例】
【0093】
本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。
【0094】
［試料１～試料１８］
＜多孔質複合体の作製＞
≪基材材料を準備する工程≫
基材材料として、三次元網目状構造を有するニッケル多孔体（ニッケル含有率９９．９質量％、表１において「Ｎｉ多孔体」と記す。）、または、ニッケルメッシュ構造体（ニッケル含有率９９．９質量％、表１において「Ｎｉメッシュ構造体」と記す。）を準備した。各試料で用いた基材材料の種類、基材材料の平均孔径、および、基材材料の厚さは、表１に示される通りである。
＜多孔質複合体の作製＞
≪基材材料を準備する工程≫
基材材料として、三次元網目状構造を有するニッケル多孔体（ニッケル含有率９９．９質量％、表１において「Ｎｉ多孔体」と記す。）、または、ニッケルメッシュ構造体（ニッケル含有率９９．９質量％、表１において「Ｎｉメッシュ構造体」と記す。）を準備した。各試料で用いた基材材料の種類、基材材料の平均孔径、および、基材材料の厚さは、表１に示される通りである。
【0095】
≪ニッケル微多孔シートを準備する工程≫
ニッケル粉末と、バインダーと、純水とを混合して、スラリーを得た。各試料で用いたニッケル粉末の平均粒径は、表１に示される通りである。ニッケル粉末の平均粒径は、Ｆｉｓｈｅｒ ｓｕｂ ｓｉｅｖｅ ｓｉｚｅｒ法で測定される値である。バインダーとしては、キシダ化学社製の「ポリビニルアルコール５００」（商標）を用いた。ニッケル粉末と、バインダーとの混合比率は、乾燥時の質量基準で、ニッケル粉末：バインダー＝９５：５となるようにした。ニッケル粉末と、バインダーとの混合物に、純水を添加しスラリーを得た。
ニッケル粉末と、バインダーと、純水とを混合して、スラリーを得た。各試料で用いたニッケル粉末の平均粒径は、表１に示される通りである。ニッケル粉末の平均粒径は、Ｆｉｓｈｅｒ ｓｕｂ ｓｉｅｖｅ ｓｉｚｅｒ法で測定される値である。バインダーとしては、キシダ化学社製の「ポリビニルアルコール５００」（商標）を用いた。ニッケル粉末と、バインダーとの混合比率は、乾燥時の質量基準で、ニッケル粉末：バインダー＝９５：５となるようにした。ニッケル粉末と、バインダーとの混合物に、純水を添加しスラリーを得た。
【0096】
スラリーを、ＰＴＦＥシートからなる支持体へ塗工した。塗工には、アプリケーターを用いた。支持体に塗工したスラリーを乾燥させた後、シートから剥離して、ニッケルグリーンシートを得た。乾燥条件は、大気中、８０℃で３０分とした。
【0097】
必要に応じてニッケルグリーンシートにロールプレスを行った後、これを焼結することにより、ニッケル微多孔シートを得た。焼結条件は、水素雰囲気中、９００℃で１０分とした。各試料のニッケル微多孔シートの厚さは、表１の「ニッケル微多孔シート 厚さ」欄に記載の通りである。
【0098】
≪積層体を得る工程≫
次に、基材材料とニッケル微多孔シートとを積層した状態で、ロールプレスをして積層体を得た。各試料において、ロールプレスの際のロールギャップは、表１の「ロールギャップ」欄に記載の通りである。
次に、基材材料とニッケル微多孔シートとを積層した状態で、ロールプレスをして積層体を得た。各試料において、ロールプレスの際のロールギャップは、表１の「ロールギャップ」欄に記載の通りである。
【0099】
≪多孔質複合体を得る工程≫
次に、積層体を加熱することにより、多孔質複合体を得た。加熱条件は、水素雰囲気中、９００℃で１０分とした。
次に、積層体を加熱することにより、多孔質複合体を得た。加熱条件は、水素雰囲気中、９００℃で１０分とした。
【0100】
【表1】
【0101】
［多孔質複合体の測定］
各試料の複合多孔質体において、基材の平均開口径、基材の断面気孔率、ニッケル層のＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａ、ニッケル層の平均開口径、ニッケル層の平均厚さ、ニッケル層の気孔率、および、多孔質複合体の平均厚さを測定した。具体的な測定方法は、実施形態１に記載の通りである。結果を表２に示す。
各試料の複合多孔質体において、基材の平均開口径、基材の断面気孔率、ニッケル層のＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａ、ニッケル層の平均開口径、ニッケル層の平均厚さ、ニッケル層の気孔率、および、多孔質複合体の平均厚さを測定した。具体的な測定方法は、実施形態１に記載の通りである。結果を表２に示す。
【0102】
【表2】
【0103】
［評価］
試料１～試料９、試料１１～試料１３および試料１５～試料１８の複合多孔質体は、ニッケル層のＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａが５μｍ以下であり、実施例に該当する。試料１０および試料１４の複合多孔質体は、ニッケル層のＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａが５μｍ超であり、比較例に該当する。
試料１～試料９、試料１１～試料１３および試料１５～試料１８の複合多孔質体は、ニッケル層のＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａが５μｍ以下であり、実施例に該当する。試料１０および試料１４の複合多孔質体は、ニッケル層のＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａが５μｍ超であり、比較例に該当する。
【0104】
試料１～試料９、試料１１～試料１３および試料１５～試料１８の複合多孔質体は、算術平均高さＳａが５μｍ以下であり、表面の凹凸が低減されている。このため、試料１～試料９、試料１１～試料１３および試料１５～試料１８の複合多孔質体をアニオン交換膜との接触がある用途に用いた場合において、多孔質複合体の表面の凸部がアニオン交換膜に刺さることが抑制され、微短絡したり、アニオン交換膜に貫通孔ができて酸素や水素がクロスリークしたりするなど不具合の発生が抑制される。更に、試料１～試料９、試料１１～試料１３および試料１５～試料１８の複合多孔質体のニッケル層に触媒を塗布して触媒層を形成した場合において、触媒層の表面の凹凸も低減される。よって、試料１～試料９、試料１１～試料１３および試料１５～試料１８の多孔質複合体を、ニッケル層に触媒を塗布した状態で、ＣＣＳ方式のＡＥＭ型水電解装置の電極として用いると、触媒と、アニオン交換膜との接触面積を増加させることが可能であり、ＡＥＭ型水電解装置の電解性能が向上する。
【0105】
以上のように本開示の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形したりすることも当初から予定している。
今回開示された実施の形態および実施例はすべ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の形態および実施例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、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
今回開示された実施の形態および実施例はすべ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の形態および実施例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、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0106】
１ 第一主面、２ 第二主面、３ 第三主面、５ 基材、１０ ニッケル多孔体、１１ 骨格、１２ 骨格本体部、１３ 骨格の内部、１４ 気孔部、１６ 金属ワイヤー、２０ ニッケル層、３０ 多孔質複合体。
【要約】
第一主面を有する基材と、前記第一主面の少なくとも一部に設けられるニッケル層と、を備え、前記基材は、三次元網目状構造を有するニッケル多孔体、または、ニッケルメッシュ構造体からなり、前記ニッケル層のＩＳＯ ２５１７８に規定される算術平均高さＳａは、５μｍ以下である、多孔質複合体である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
