镍合金多孔体的制造方法 |
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| 申请号 | CN201680010206.X | 申请日 | 2016-01-22 | 公开(公告)号 | CN107208294B | 公开(公告)日 | 2019-07-30 |
| 申请人 | 住友电气工业株式会社; 富山住友电工株式会社; | 发明人 | 奥野一树; 东野孝浩; 粟津知之; 真岛正利; 西村淳一; 塚本贤吾; 土田齐; 齐藤英敏; | ||||
| 摘要 | 一种镍 合金 多孔体的制造方法，包括：将含有体积平均粒径为10μm以下的镍和添加金属的镍合金粉末的涂料涂布在具有三维网状结构的 树脂 形成体的骨架的表面上的步骤；对涂布了所述涂料的所述树脂形成体的所述骨架的表面 镀 镍的步骤；去除所述树脂形成体的步骤；以及通 过热 处理使所述添加金属扩散到镍中的步骤。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种镍合金多孔体的制造方法，包括： |
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| 说明书全文 | 镍合金多孔体的制造方法技术领域背景技术[0002] 以往，多孔金属体已经用于电池集电体、过滤器和催化剂载体等各种用途中。因此，作为多孔金属体的制造技术，可列举如下所述的诸多公知文献。 [0003] 日本特开平07-150270号公报(专利文献1)提出了一种高强度的多孔金属体，其通过将包含属于元素周期表的第II至VI族的元素的氧化物、碳化物、氮化物等的强化用微粒的涂料，涂布在具有连通孔的三维网状树脂的骨架的表面上，进一步在该涂料的涂膜上形成Ni合金或Cu合金的金属镀层，然后，通过进行热处理将微粒分散在金属镀层中而得到。然而，由于强化用微粒分散在作为基层的金属镀层中，导致该多孔金属体的断裂强度高，从而断裂伸长率低，在弯曲、挤压等塑性变形加工时会比较弱、且会断裂，而成为课题。 [0004] 日本特公昭38-17554号公报(专利文献2)，日本特开平09-017432 号公报(专利文献3)以及日本特开2001-226723号公报(专利文献4) 均提出了多孔金属体，其通过将由金属或金属氧化物粉末和树脂组成的浆料涂布或喷涂到三维网状树脂上，干燥后，进行烧结处理而获得。然而，通过烧结法制造的多孔金属体，由于烧结金属或金属氧化物的粉末使其相互之间形成骨架，所以即使粉末粒径减小，在骨架截面中仍会产生不少的空隙。结果，即使通过设计单一金属或合金种类获得具有断裂强度较高的多孔金属体，如上述那样，由于断裂伸长率低，在弯曲、挤压等塑性变形加工时会比较弱、且会断裂，而成为课题。 [0005] 日本特开平08-013129号公报(专利文献5)和日本特开平 08-232003(专利文献6)均提出了通过扩散浸透法获得的多孔金属体，其中以具有导电性的三维网状树脂用作衬底，通过电镀法形成的Ni多孔体被埋在Cr或Al和NH4Cl的粉末中，并在Ar或H2气体氛围中进行热处理。然而，扩散浸透法的低生产性导致高成本，并且能够与Ni 多孔体形成合金的元素限于Cr和Al，这些都是课题。 [0006] 日本特开2013-133504号公报(专利文献7)提出了一种多孔体的制造方法，其中，当对具有三维网状结构的树脂形成体的表面进行导电化处理时，在碳涂料中混合金属粉末进行涂布，然后将所希望的金属电镀，进行热处理，得到均质的合金多孔体。 [0007] 现有技术文献 [0008] 专利文献 [0009] 专利文献1：日本特开平07-150270号公报 [0010] 专利文献2：日本特公昭38-17554号公报 [0011] 专利文献3：日本特开平09-017432号公报 [0012] 专利文献4：日本特开2001-226723号公报 [0013] 专利文献5：日本特开平08-013129号公报 [0014] 专利文献6：日本特开平08-232003号公报 [0015] 专利文献7：日本特开2013-133504号公报 发明内容[0016] 本发明要解决的课题 [0017] 根据专利文献7中描述的方法，可以制备多孔金属体，其适合于电池集电体、过滤器、催化剂载体等，在强度和韧性方面优异，且低成本、并可对应于宽范围的材质。 [0018] 然而，作为本发明人等的努力研究的结果，已经发现，在专利文献7描述的方法中，在添加金属的含量小(例如约5质量％以下)的情况下，从容易进行浓度控制的观点出发，仍存在改善的余地。作为对其原因进一步研究的结果，已经发现如下现象，当通过燃烧除去树脂形成体时，在树脂形成体的表面上附着有金属粒子，并没有被金属镀层吸收。在这种现象中，比起金属粒子扩散到金属镀层中，保留了金属粒子的树脂形成体的收缩更早，并且一部分金属粒子从金属镀层剥离而不扩散地残留于骨架的内侧表面。特别是，在Cr系氧化物粒子的热处理中，这种现象被发现更为显著。 [0019] 参考图3A至图3C详细描述上述现象。 [0020] 图3A～图3C显示通过专利文献7中记载的方法制造多孔金属体时，各制造步骤中的树脂形成体骨架的截面示意图。 [0021] 首先，为了对树脂形成体1的表面进行导电化处理，将含有金属粉末2的碳涂料，涂布到树脂形成体1的表面(参照图3A)。由此，树脂形成体1的表面被赋予了导电性。随后，通过电镀涂覆所需的金属。由此，如图3B所示，在树脂形成体1的表面上形成金属镀层3。随后，为了除去树脂形成体1，进行热处理。此时，如3C所示，观察到树脂形成体1收缩，并且已经粘附到树脂形成体1的表面上的金属粒子2当中的一部分，仍附着于树脂形成体1，并且没有被金属镀层3 吸收。 [0022] 基于该原因，添加金属粒子的量，必须大于多孔金属体期望的合金浓度所需的量。 [0023] 因此，本发明的目的是提供一种镍合金多孔体的制造方法，其中，即使在添加到镍中的金属的浓度低的情况下，也容易控制浓度，且添加金属可以均匀地扩散到多孔体中。 [0024] 根据本发明的实施方式的镍合金多孔体的制造方法如下： [0025] (1)一种镍合金多孔体的制造方法，包括： [0026] 将含有镍和添加金属的镍合金粉末的涂料涂布在具有三维网状结构的树脂形成体的骨架的表面上的步骤； [0027] 对涂布了所述涂料的所述树脂形成体的所述骨架的表面镀镍的步骤； [0028] 去除所述树脂形成体的步骤；以及 [0029] 通过热处理使所述添加金属扩散到镍中的步骤。 [0031] 图1A是表示在本发明的实施方式的镍合金多孔体的制造方法中将涂料涂布到树脂形成体的骨架表面的状态下的骨架截面的示意图。 [0032] 图1B是表示在本发明的实施方式的镍合金多孔体的制造方法中的树脂形成体的骨架的表面镀镍的状态下的骨架截面的示意图。 [0033] 图1C是表示本发明的实施方式的镍合金多孔体的制造方法中的除去树脂形成体的步骤中的骨架截面的状态的示意图。 [0035] 图2B是表示用电子显微镜观察实施例1中制造的镍合金多孔体2 的骨架的截面的结果的照片。 [0036] 图2C是表示用电子显微镜观察实施例1中制造的镍合金多孔体3 的骨架的截面的结果的照片。 [0037] 图2D是表示用电子显微镜观察实施例1中制造的镍合金多孔体4 的骨架的截面的结果的照片。 [0038] 图2E是表示用电子显微镜观察比较例1中制造的镍合金多孔体9 的骨架的截面的结果的照片。 [0039] 图2F是表示用电子显微镜观察比较例1中制造的镍合金多孔体10 的骨架的截面的结果的照片。 [0040] 图2G是表示用电子显微镜观察比较例1中制造的镍合金多孔体 11的骨架的截面的结果的照片。 [0041] 图2H是表示用电子显微镜观察比较例1中制造的镍合金多孔体 12的骨架的截面的结果的照片。 [0042] 图3A是表示在现有的合金多孔体的制造方法中在树脂形成体的骨架的表面涂布了涂料的状态下的骨架截面的示意图。 [0043] 图3B是表示现有的合金多孔体的制造方法中在树脂形成体的骨架表面镀镍的状态下的骨架截面的示意图。 [0044] 图3C是表示现有的合金多孔体的制造方法中除去树脂形成体的步骤中的骨架截面的状态的示意图。 [0045] 图4是现有的水分解装置的示意图。 [0046] 图5是表示本发明的实施方式的使用了多孔金属体的水分解装置的示意图。 具体实施方式[0047] (本发明的实施方式的说明) [0048] 首先，列举和说明本发明的实施方式。 [0049] (1)本发明的实施方式的一种镍合金多孔体的制造方法，包括： [0050] 将含有镍和添加金属的镍合金粉末的涂料涂布在具有三维网状结构的树脂形成体的骨架的表面上的步骤； [0051] 对涂布了所述涂料的所述树脂形成体的所述骨架的表面镀镍的步骤； [0052] 去除所述树脂形成体的步骤；以及 [0053] 通过热处理使所述添加金属扩散到镍中的步骤。 [0054] 根据(1)所述的发明，可以提供一种镍合金多孔体的制造方法，其中，即使在添加到镍的金属的浓度低的情况下，也容易控制浓度，并且添加金属可以均匀地扩散到多孔体中。 [0055] (2)根据(1)所述的镍合金多孔体的制造方法，优选，所述添加金属是从由Cr,Sn,Co,Cu,Al,Ti,Mn,Fe,Mo以及W构成的组中选出的至少一种金属。 [0056] 根据(2)所述的发明，从由Al，Ti，Cr，Mn，Fe，Co，Cu，Mo， Sn和W构成的组中选出的至少一种添加金属，可以均匀地分布在镍多孔体中，并且可以容易地控制其浓度。 [0057] (3)根据(1)或(2)所述的镍合金多孔体的制造方法，优选，所述镍合金粉末的至少表面被氧化。 [0058] 根据(3)所述的发明，可以减小镍合金粉末的粒径，使添加金属容易扩散到镍层中。 [0059] (4)根据(1)至(3)中任意一项所述的镍合金多孔体的制造方法，优选，含有所述镍合金粉末的涂料还含有碳粉末。 [0060] 根据(4)所述的发明，能够更加提高树脂形成体的表面的导电性，且更容易进行镀镍。 [0061] (本发明的实施方式的详细说明) [0063] 参照图1A至1C详细说明根据本发明的实施方式的镍合金多孔体的制造方法。 [0064] 图1A～图1C是表示本发明的实施方式的镍合金多孔体的制造方法制造镍合金多孔体时的制造步骤中的树脂形成体的骨架截面的状态的示意图。 [0065] 首先，准备作为镍合金多孔体的基材的树脂形成体1。为了赋予树脂形成体1的骨架表面导电性，在树脂形成体1的骨架的表面上涂布含有导电性粉末的涂料。作为导电性粉末，使用添加到镍多孔体中的金属与镍的合金粉末4(参照图1A)。随后，在树脂形成体1的骨架的表面上形成镀镍层3。由于树脂形成体1的骨架的表面是导电的，所以可以通过电镀形成镀镍层3。由此，如图1B所示，在树脂形成体1的骨架表面，形成由镍合金粉末4形成的层和镀镍层3。 [0066] 然后，进行热处理以除去树脂形成体。此时，树脂形成体的骨架表面的镍合金粉末4迅速地扩散到镀镍层3中。因此，当树脂形成体1 开始收缩时，镍合金粉末4不会附着在树脂形成体1的表面随之移动，而是保留在镍镀层1中(参照1C)。 [0067] 也就是说，在现有的方法中，开始扩散到金属镀层中之前，树脂形成体的骨架表面上的金属粉末被拉到树脂形成体的骨架表面，并不包含在金属镀层中(参照3C)，而在根据本发明的实施方式的镍合金多孔体的制造方法中不会发生这种现象，并且可以更加有效地使用所有的镍合金粉末。 [0068] 如上所述，本发明的实施方式的镍合金多孔体的制造方法包括将含有镍合金粉末的涂料，涂布在树脂形成体的骨架表面上的步骤，镀镍的步骤，除去树脂形成体的步骤，以及将镍合金粉末扩散至镍中的步骤。 [0069] 下面详细说明每个步骤。 [0070] (涂布含有镍合金粉末的涂料的步骤) [0071] -树脂形成体- [0072] 作为具有三维网状结构的树脂形成体，可以使用树脂泡沫，无纺布，毛毡，织物等，还可以根据需要组合使用。此外，构成树脂形成体的材料没有特别限制，但优选可以镀金属后通过燃烧处理除去的材料。此外，从树脂形成体的处理，特别是片状体的观点出发，具有高刚性的材料会折断，因此优选具有柔软性的材料。 [0073] 在本发明的实施方式的镍合金多孔体的制造方法中，优选使用树脂泡沫作为具有三维网状结构的树脂形成体。树脂泡沫可以是已知的或市售的树脂泡沫，只要它是多孔的即可。例如，可列举：聚氨酯泡沫、苯乙烯泡沫等。其中，特别是从高孔隙率的观点考虑，优选聚氨酯泡沫。泡沫状树脂的厚度、孔隙率和平均孔径没有特别限制，可以视用途适当确定。 [0074] -镍合金粉末- [0075] 使用体积平均粒径为10μm以下的镍合金粉末，用于对树脂形成体的骨架表面进行导电化处理。为了将所述镍合金粉末添加到粘合剂或溶剂中来制造涂料，镍合金粉末优选具有较小的体积平均粒径，更优选体积平均粒径为3μm以下。此外，体积平均粒径可以根据所使用的树脂形成体的骨架的直径作适当选择。 [0076] 在所述镍合金粉末中，与镍形成合金的添加金属没有特别限制，可以视目的选择所希望的金属。例如，优选使用从由Cr，Sn，Co，Cu， Al，Ti，Mn，Fe，Mo和W构成的组中选择的至少一种金属。 [0077] 在本发明的实施方式的镍合金多孔体的制造方法中，所述镍合金粉末可以形成镍与添加金属完全均质的合金，或者可以是混合型粉末、核壳型粉末或复合型的复合粉末。在本发明中，所有这些类型的粉末都称为镍合金粉末。 [0078] 混合型粉末是指在镍粒子内部存在添加金属的多个单体粒子的粉末，或者在镍粒子内部存在层状添加金属的粉末。此外，核壳型粉末是指单体的添加金属的表面涂覆有镍的粉末。 [0079] 复合型粉末是指例如具有由添加金属和镍合金构成的核壳结构的粉末，或在核壳结构中部分存在粒子状或层状添加金属等的状态的粉末。 [0080] 在任何镍合金粉末中，使用镍合金粒子的大部分表面由镍或均质镍合金构成的粉末，使得镍合金粒子容易扩散到镀镍层中。 [0081] 这样的镍合金粉末可以通过粉碎镍合金的粉碎法、雾化法等获得。 [0082] 优选地，镍合金粉末的至少表面被氧化。 [0083] 在通过粉碎镍与添加金属的合金，来制造镍合金粉末的情况下，作为材料的镍合金被氧化的状态更容易粉碎，并且可以获得体积平均粒径较小的镍合金粉末。通过使用这样的小粒径的镍合金粉末，添加金属可以容易地扩散到镍中。此外，关于通过将氧化状态的镍合金粉碎得到的镍合金粉末，处于至少表面被氧化的状态，但在添加金属扩散到镍中的热处理步骤中可以还原。或者，也可以另外进行在还原氛围中进行热处理，还原金属氧化物的步骤。 [0084] -碳粉末- [0085] 在镍合金粉末的至少表面被氧化且不是导电粉末的情况下，优选进一步加入碳粉末使用。由此，可以提高上述涂料的导电性。与上述镍合金粉末同样地，碳粉末的体积平均粒径优选为10μm以下，更优选为3μm以下。此外，可以根据树脂形成体的骨架的直径作适当选择。 [0087] -涂料- [0088] 可以通过将所述镍合金粉末和必要时的碳粉末，添加到粘合剂中，混合制造导电涂料。 [0089] 为了对所述树脂形成体的骨架表面进行导电化处理，所述涂料可以涂布于所述树脂形成体的骨架表面。涂布涂料的方法没有特别限制，例如，可列举浸渍法或通过使用刷子等的涂布方法。由此，在树脂形成体的骨架的表面上形成导电性涂层。 [0090] 所述导电性涂层可以连续地形成于所述树脂形成体的骨架的表面。此外，导电性涂层的涂布重量没有特别限制，通常可以为约0.1g/m2～300g/m2，优选为约1g/m2～100g/m2。 [0091] (镀镍的步骤) [0092] 在镀镍的步骤中，可以使用公知的镀法，并且优选使用电镀法。除了电镀处理以外，如果通过无电解镀处理和/或溅射处理来增加镀膜的厚度，则可以不需要进行电镀处理。然而，从生产性和成本的观点来看，这是不优选。因此，如上所述，通过采用对树脂形成体进行导电化处理，然后通过电镀法形成镀镍层的方法，可以以高生产性和低成本制作。此外，可以获得高稳定性的镍合金多孔体，其中骨架截面的空隙率小于1％。 [0093] 此外，镀层可以成为多层，但形成镀镍层作为最初的镀层。由此，能够容易地将镍合金粒子扩散到镀镍层中。可以根据目的在镀镍层之上适当地形成金属镀层。 [0094] 镀镍层可以使得导电涂层不暴露的程度形成在导电涂层上。镍镀层的涂层重量没有特别限制，可以根据镍合金多孔体的厚度适当选择。为了实现强度和孔隙率，每1mm厚度的涂层重量通常可以为约100 g/m2至600g/m2，更优选为约200g/m2至500g/m2。 [0095] (除去树脂形成体的步骤) [0096] 使通过上述步骤获得的树脂与金属的复合体在空气中进行热处理，可以除去树脂形成体。 [0097] 热处理温度优选为700℃～1200℃。当热处理温度为700℃以上时，可以除去树脂形成体，并且使镍合金粉末容易扩散到镀镍层中。当热处理温度为1200℃以下时，可以抑制镍过度氧化。从这些观点出发，热处理温度更优选为750℃～1100℃，进一步优选为800℃～1050℃。 [0098] 此外，热处理时间可以根据热处理温度适当变化。例如，在800℃进行热处理的情况下，可以在约10分钟～30分钟内令人满意地除去树脂形成体。 [0099] (通过热处理扩散添加金属的步骤) [0100] 进行该步骤以更均匀地扩散包含在镀镍层中的添加金属。 [0101] 热处理温度和热处理时间可以根据添加金属适当选择。例如，在使用镍铬合金粉末或镍钨粉末制造镍合金多孔体的情况下，可以在 1100℃下进行30分钟以上的热处理。在使用镍与锡、钴、铜、铝、钛、锰、铁或钼的合金粉末的情况下，可以在1000℃下进行15分钟以上的热处理。 [0102] 此外，当通过使用H2气体等在还原氛围中进行热处理时，可以还原镍合金粉末或镍合金氧化物粉末和镀镍层。此外，包含在导电性涂层中的碳粉末在高温下用作强还原剂，以还原镍合金粉末或镍合金氧化物粉末和镀镍层。 [0103] 此外，在适用于添加金属种类的最佳时间内、最佳温度下进行热处理，使用碳粉末时，能够进行还原镍合金(金属中的氧浓度降低)，通过热扩散而形成合金、以及晶粒的粗化。结果，镍合金多孔体的强度和韧性得到提高，并且可以获得即使对于伴随弯曲、挤压等塑性变形的加工也不会破裂的强韧的镍合金多孔体。 [0104] 实施例 [0105] 以下基于实施例更详细地说明本发明。然而，这些实施例是例示，本发明的多孔金属体不限于此。本发明的范围由权利要求表示，并且包括与权利要求书相同的含义和范围内的所有变更。 [0106] (实施例1) [0107] (树脂形成体的导电化处理) [0108] 首先，作为具有三维网状结构的树脂形成体，准备厚度为1.5mm 的聚氨酯泡沫片(孔径0.45mm)。随后，将100g体积平均粒径为10μm 的石墨，20g体积平均粒径为0.1μm的炭黑，100g的表1所示的体积平均粒径的镍合金氧化物粉末，分散在0.5L的10％丙烯酸酯树脂水溶液中，以该比率制造了粘性涂料。 [0109] 作为所述镍合金氧化物粉末，使用了镍铬合金氧化物粉末、镍钴合金氧化物粉末、镍锡合金氧化物粉末、以及镍铜合金氧化物粉末。此外，各镍合金氧化物粉末，将通过氧化各镍合金粉末获得的物质进行粉碎、分级，使其体积平均粒径为0.5μm～1.5μm而使用。 [0110] 随后，通过将所述聚氨酯泡沫片连续地浸渍在所述涂料中并用辊挤压，然后干燥，进行导电化处理，在具有三维网状结构的树脂形成体的表面上形成了导电性涂层。用增稠剂调节导电性涂料的粘度，涂料的涂布重量以合金粉末换算为20g/m2。涂布重量如表1所示。 [0111] (镀镍步骤) [0112] 在经过导电化处理的具有三维网状结构的树脂形成体的骨架表面上以300g/m2通过电镀形成镀镍层。使用氨基磺酸镍镀液，作为电镀液。 [0113] (除去树脂形成体的步骤) [0114] 空气中在800℃下进行15分钟的热处理，通过燃烧除去树脂形成体，在还原性氢氛围中在1000℃下进行15分钟的热处理，来还原氧化的多孔金属体。 [0115] (扩散添加金属的步骤) [0116] 氢氛围中在1100℃下进行30分钟的热处理，将添加金属充分地扩散到镍中。 [0117] 以这种方式制造镍合金多孔体1～4。 [0118] <评价> [0119] 图2A至图2D示出了通过电子显微镜(SEM)观察如上所述获得的镍合金多孔体1～4的骨架截面的结果。如图2A至2D所示，在各镍合金多孔体1～4中，确认了添加金属粒子没有残留在镍合金多孔体的骨架的内表面上，添加金属均匀地扩散到了镍中。 [0120] (实施例2) [0121] 与实施例1同样地制作了镍合金多孔体5～8，不同之处在于，使用镍铬合金粉末、镍钴合金粉末、镍锡合金粉末、以及镍铜合金粉末，代替实施例1中的镍铬合金氧化物粉末、镍钴合金氧化物粉末、镍锡合金氧化物粉末、以及镍铜合金氧化物粉末。镍合金粉末的体积平均粒径和涂层重量示于表1中。 [0122] 与实施例1同样通过电子显微镜观察了镍合金多孔体5～8的骨架的截面，结果确认了添加金属粒子不会残留在镍合金多孔体的骨架的内表面上，并且添加金属均匀地扩散到镍中。 [0123] (比较例1) [0124] 与实施例1同样地制作了镍合金多孔体9～12，不同之处在于，使用氧化铬粉末、氧化钴粉末、氧化锡粉末、以及氧化铜粉末，代替实施例1中的镍铬合金氧化物粉末、镍钴合金氧化物粉末、镍锡合金氧化物粉末、以及镍铜合金氧化物粉末。对各氧化金属粉末，使用了使各金属粉末氧化并粉碎·分级的物质。各氧化金属粉末的体积平均粒径和涂层重量示于表1中。 [0125] 图2E～图2H表示与实施例1同样地通过电子显微镜观察了镍合金多孔体9～12的骨架截面的结果。如图2E至图2H所示，在多孔金属体9～12中，已确认了一部分添加金属粒子残留于镍合金多孔体的骨架的内表面。 [0126] (比较例2) [0127] 与实施例1同样地制作了镍合金多孔体13～16，不同之处在于，使用铬粉末、钴粉末、锡粉末、以及铜粉末，代替在实施例1中的镍铬合金氧化物粉末、镍钴合金氧化物粉末、镍锡合金氧化物粉末、以及镍铜合金氧化物粉末。 [0128] 与实施例1同样地通过电子显微镜观察了镍合金多孔体13～16的骨架的截面，结果确认了一部分添加金属粒子残留在镍合金多孔体的骨架的内表面上。 [0129] (表1) [0130] [0132] 图4是现有的水分解装置的示意图。集电体6设置在离子渗透膜5 的两端。离子渗透膜5主要透过氢或氧。集电体6在与离子渗透膜接触侧，具有由不锈钢制的波型板、有槽的碳结构等构成的气体通道。水蒸气被引入该气体通道内。例如，分解后的氢离子透过离子渗透膜5 并从相反侧的气体通道排出，并且分解后的氧与未分解的水蒸气都直接排出。 [0133] 图5是示出根据本发明的实施方式的使用多孔金属体的水分解装置的示意图。除了气体通道由多孔金属体7构成与图4的现有的水分解装置不同以外，其他都具有相同的结构。通过这样由多孔金属体7 构成的集电体6的气体通道，与现有装置相比，可以更有效率地通过水分解制造氢。 [0134] (1)在碱性电解法中，将阳极和阴极浸渍在强碱性水溶液中，通过施加电压对水进行电解。通过使用多孔金属体作为电极，水与电极的接触面积增大，能够提高水电解效率。多孔金属体的孔径优选为 100μm～5000μm。当孔径小于100μm时，产生的氢·氧的气泡的去除变得不令人满意，并且水和电极接触的面积减小，效率降低。此外，当孔径大于5000μm时，电极的表面积减小，所以效率降低。基于同样的观点，更优选为400μm～4000μm。 [0135] 由于较大的电极区域可能导致弯曲(deflection)等，所以多孔金属体的厚度和金属含量可以根据设备规模进行适当选择。为了确保气泡的去除和表面积，可以组合具有不同孔径的多个多孔金属体来使用。 [0136] (2)在PEM法中，使用固体高分子电解质膜电解水。将阳极和阴极配置在固体高分子电解质膜的两面，并且通过在向阳极侧供水的同时施加电压，通过水电解产生氢离子。氢离子通过固体高分子电解质膜向阴极侧移动，在阴极侧作为氢取出。工作温度约为100℃。与由氢和氧发电并排出水的固体高分子型燃料电池，具有相同的结构但以完全相反的方式工作。由于阳极侧和阴极侧完全分离，所以具有可以取出高纯度的氢的优点。阳极和阴极都需要使水·氢气通过电极，所以需要导电性多孔体作为电极。 [0137] 本发明的多孔金属体具有高孔隙率和良好的导电性，因此可适用于固体高分子型燃料电池，同样地也可适用于PEM方式的水电解。多孔金属体的孔径优选为100μm～5000μm。当孔径小于100μm时，产生的氢·氧的气泡的去除变得不令人满意，并且水和固体高分子电解质接触的面积减小，效率降低。此外，当孔径大于5000μm时，保水性差，水在充分反应之前通过，效率降低。从同样的观点出发，孔径更优选为400μm～4000μm。 [0138] 多孔金属体的厚度和金属含量可以根据设备规模进行适当选择。当孔隙率过小时，用于供水的压力损失增加。因此，优选调整厚度和金属含量，使得孔隙率为30％以上。此外，在该方法中，由于固体高分子电解质和电极的导通为压接，所以需要调整金属含量，使得在施加压力期间由于变形/蠕变引起的电阻的增加在实际使用中没有问题的范围内。金2 属含量优选为400g/m 以上。此外，为了确保孔隙率并实现电连接，可以组合具有不同孔径的多个多孔金属体来使用。 [0139] (3)在SOEC法中，通过使用固体氧化物电解质膜电解水，根据电解质膜是质子传导性还是氧离子传导性，其结构不同。在氧离子传导膜中，由于在供给水蒸气的阴极侧产生氢，所以氢纯度降低。因此，从制氢的观点出发，优选使用质子传导膜。将阳极和阴极配置在质子传导膜的两侧，并且通过在向阳极侧引入水蒸气的同时施加电压，通过电解水产生氢离子。氢离子通过固体氧化物电解质膜向阴极侧移动，仅氢在阴极侧被取出。工作温度约为600℃至800℃。与由氢和氧产生电力并排出水的固体氧化物型燃料电池具有相同的结构，以完全相反的方式工作。阳极和阴极都需要使水蒸气·氢气通过电极，所以需要导电并特别地在阳极侧能够承受高温氧化气氛的多孔体，作为电极。 [0140] 本发明的多孔金属体具有高孔隙率，良好的导电性，高抗氧化性·耐热性，因此与可适用于固体氧化物型燃料电池同样，可适用于 SOEC方式的水电解。优选使用添加了Cr等的具有高抗氧化性的金属的Ni合金作为成为氧化氛围侧的电极。多孔金属体的孔径优选为 100μm～5000μm。当孔径小于100μm时，水蒸气、产生的氢的流动不能令人满意，并且水蒸气与固体氧化物电解质接触的面积减小，效率降低。此外，当孔径大于5000μm时，由于压力损失过低，水蒸气在充分反应之前通过，效率降低。基于同样的观点，孔径更优选为400μm ～ 4000μm。 [0141] 多孔金属体的厚度和金属含量可以根据设备规模进行适当选择。当孔隙率过小时，供给水蒸气时的压力损失增加。因此，优选调整厚度和金属含量，使得孔隙率为30％以上。此外，在该方法中，由于固体氧化物电解质和电极的导通成为压接，所以需要调整金属含量，使得在施加压力期间由于变形/蠕变引起的电阻的增加在实际使用中没有问题的范2 围内。金属含量优选为400g/m以上。此外，为了确保孔隙率并进行电连接，可以组合具有不同孔径的多个多孔金属体来使用。 [0142] -附录- [0143] (水分解装置) [0144] 一种水分解装置，包括： [0145] 具有镍合金多孔体的集电体；以及 [0146] 离子渗透膜，其两端具有所述集电体， [0147] 所述镍合金多孔体由以下步骤制造: [0148] 将含有镍和添加金属的镍合金粉末的涂料涂布在具有三维网状结构的树脂形成体的骨架的表面上的步骤； [0149] 对涂布了所述涂料的所述树脂形成体的所述骨架的表面镀镍的步骤； [0150] 去除所述树脂形成体的步骤；以及 [0151] 通过热处理使所述添加金属扩散到镍中的步骤；。 [0152] (水分解法) [0153] 一种水分解方法，包括： [0154] 准备包括镍合金多孔体的集电体的步骤， [0155] 形成在其两端具有所述集电体的离子渗透膜的步骤；以及 [0156] 将水蒸气引入所述集电体，并取出透过了所述离子渗透膜的氢的步骤，[0157] 所述镍合金多孔体由以下步骤制造: [0158] 将含有镍和添加金属的镍合金粉末的涂料涂布在具有三维网状结构的树脂形成体的骨架的表面上的步骤； [0159] 对涂布了所述涂料的所述树脂形成体的所述骨架的表面镀镍的步骤； [0160] 去除所述树脂形成体的步骤；以及 [0161] 通过热处理使所述添加金属扩散到镍中的步骤。 [0162] 工业适用性 [0164] 标记说明 [0165] 1 树脂形成体的截面 [0166] 2 金属粉末 [0167] 3 镀镍层 [0168] 4 合金粉末 [0169] 5 离子渗透膜 [0170] 6 集电体 [0171] 7 多孔金属体 |
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