CN111183237B 金属多孔体、燃料电池和金属多孔体的制造方法 （富山住友电工株式会社）

2020.03.05PCT/JP2019/0264872019.07.03WO2020/049851JA2020.03.12根据本公开的一个方面的金属多孔体是呈化铬(Cr2O3)层作为最外层并且包括位于氧化铬22.根据权利要求1所述的金属多孔体，其中所述金属多孔体的孔隙率为60％以上98%4.根据权利要求1或2所述的金属多孔体，其中所述骨架的铬含量为5质量％以上45质5.根据权利要求1或2所述的金属多孔体，其中所述骨架6.一种燃料电池，该燃料电池包括根据权利要求1至制备包括具有三维网状结构并且包含镍作为主要成分的骨架的多孔体，所述制备包通过将碳粉涂布到包括具有三维网状结构的骨架的树脂成形进行镀镍以用镍镀覆由此具有导电性的所述树脂成形体的所述骨在除去所述树脂成形体后，在包含水蒸气的还原性气氛中进行形成至少包含镍和铬的合金以获得金属多孔体，所述形成包括将3[0002]一种制造具有高孔隙率和大表面积的金属多孔体的常规已知方法涉及在诸如树蚀性的已知金属多孔体的实例包括具有镍铬合金[0004]日本专利特开No.2012-149282(专利文献1)教导了一种制造包含镍和铬的合金的[0005]日本专利特开No.08-013129(专利文献2)教导了一种制造包含镍和铬的合金的金[0018]制备包括具有三维网状结构并且包含镍作为主要成分的骨架的多孔体，制备包4[0026]图3为示意性地示出了根据本公开的实施方案的示例性金属多孔体的局部截面的[0027]图4为聚氨酯发泡树脂的照片，聚氨酯发泡树脂为包括具有三维网状结构的骨架金属多孔体代替用作燃料电池的气体扩散层的碳结构体或SUS结构体。通过包括具有高孔[0034]包括镍-铬合金骨架的金属多孔体具有高的耐腐蚀性，因此可用作燃料电池的气[0036]为了解决这个问题，本发明的发明人研究了使用通过与专利文献2教导的方法相5同的扩散渗透制造的金属多孔体作为燃料电池的气体扩散层。该研究发现了改[0039]本公开能够提供一种具有优异的耐腐蚀性并且包括具有高度疏水表面的骨架的[0052](3)优选地，根据上述(1)或(2)所述的金属多孔体的平均孔径为50μm以上5000μm611限定了孔部分14，孔部分14为将金属多孔体10的表面连接到金属多孔体10内部的连通[0069]图2为根据本公开的实施方案的金属多孔体10的具有三维网状结构的骨架11的截[0070]骨架11可以包含至少含有镍(Ni)和铬(Cr)的合金，并且可为与铁(Fe)的固溶架11中的铬可以作为与镍的合金Cr2Ni3架11的金属成分的固溶体存在。5质量％以上时，可以提供具有优异的耐腐蚀性并且在强酸性气氛中不会使镍溶出的金属伸强度的金属多孔体。从这些观点出发，骨架11的铬含量优选为约10质量％以上约45质[0072]骨架11的铁含量优选为约50ppm以上约5000ppm以下，更优选为约100ppm以上约7碳化铬层122形成在氧化铬层121的更靠近骨架内部的一侧)，并且碳化铬层122的厚度为下使氧化铬层121的厚度增加。从这些观点出发，碳化铬层122的厚度[0078]可以通过能量色散X射线光谱(EDX)、X射线荧光(XRF)和/或X射线衍射(XRD)分析[0079]可以根据金属多孔体的用途适当地选择根据本公开的实施方案的金属多孔体10[0085]可以根据金属多孔体的用途适当地选择根据本公开的实施方案的金属多孔体10个视野中对金属多孔体10的表面进行观察；对每英寸(25.4mm＝25400μm)的孔部分是轻质的并且具有高强度。从这些观点出发，金属多孔体10的厚度更优选为0.3mm以上8多孔体10可以在燃料电池中起到气体扩散层和[0094]参考图5，包括根据本实施方案的金属多孔体10的燃料电池40具有由多个单电池膜42的一侧相对的一侧上设置有气体扩散层44b。催化剂层43a和气体扩散层44a的组合构[0096]参考图6，当在单电池41中将氢气引入到氢电极46中并且将氧气引入到氧电极47[0098]根据本公开的实施方案的金属多孔体的制造方法包括下述制备步骤和合金形成9[0109]制备步骤是制备包括具有三维网状结构并且包含镍作为主要成分的骨架的多孔[0111]可以(例如)通过如下方式获得包括具有三维网状结构并且包含镍作为主要成分[0113]首先，制备包括具有三维网状结构的骨架的片状的树脂成形体(在下文中可简称至温度为约600℃以上约800℃以下，优选为约600℃以上约700℃以下，从而进行树脂成形的无定形碳的粉末和/或碳的粉末可以残留在包含镍作为主要成分的多孔体的骨架(镀镍镍作为主要成分的多孔体的骨架中残留的碳的量为0.7质量％以上时，在下述合金形成步[0122]可以通过在包含水蒸汽(H2O)的还原性气氛中对包含镍作为主要成分的多孔体进2Ni3含量和高Cr2O3含量的金属多孔体。惰性气体的气氛中或在与热处理中产生的气体具有相同组成的气体的气氛中加热至约800℃以上约1100℃以下的温度。[0128]当使用铁炉或不锈钢炉进行铬扩散渗透时，可形成多孔体的骨架与铁和/或锰的[0135]作为包括具有三维网状结构的骨架的树脂成形体，使用宽度为1m并且厚度为[0136]将粒径为0.01μm以上0.20μm以下的作为无定形碳的炭黑(100g)分散在0.5L的[0139]通过电镀使镍以500g/m2的量附着到树脂成形体的骨架的所得导电化表面上。因热到1000℃,该还原性气氛由通过向H2和N2的混合气体(裂化氨气)中添加水蒸汽(H2O)制成[0151]通过EDX分析和/或XRD分析测量金属多孔体N