金属多孔体、燃料电池以及制造金属多孔体的方法技术

一种金属多孔体包括由骨架组成的三维网状结构，该金属多孔体具有包括一对主面和将该对主面彼此连接的端面的平板状外形，其中骨架包括由镍或者镍合金组成的主金属层以及主金属层的表面上的氧化物层，其中氧化物层没有布置在金属多孔体的一对主面中包括的主金属层的表面的一部分上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属多孔体、燃料电池以及制造金属多孔体的方法
本专利技术涉及金属多孔体、燃料电池以及制造金属多孔体的方法。本申请要求2015年9月10日在日本专利局提交的日本专利申请号2015-178157以及2016年1月28日在日本专利局提交的日本专利申请号2016-014148的优先权，二者的全部内容在此通过引用并入本文。
技术介绍
包括用作电解质的离子交换膜的聚合物电解质燃料电池(PEFC)在实际应用中用于热电联产，并且以PEFC作为动力的汽车正在投入实际使用。聚合物电解质燃料电池具有包括阳极、膜和阴极的基本结构。该膜是离子交换膜，主要使用包含砜基的含氟交换膜。这种膜的特性的提高促进了聚合物电解质燃料电池的实际使用。聚合物电解质燃料电池被用于多层结构体中，该多层结构体通过层叠各自包括在阳极和阴极的各个背面侧上布置的气体扩散层和隔板的电池而获得(例如，专利文献1)。考虑到例如性能、通过蒸发去除系统中形成的水和寿命，运行温度在约70℃至约110℃的范围内。较高的运行温度导致放电特性的改善。对于热电联产，虽然有利地获得了高温废热，但是其寿命比低温下短。作为气体扩散层，通常使用包括形成为无纺布状态的碳纤维的碳纸，并且用作集电体。槽形成在用作也作为气体扩散层的隔板的碳板中，从而便于气体的供给和排出。如上所述，碳纸和槽通常组合用作气体扩散层。碳纸也用于抑制膜电极组件(MEA)进入隔板的槽中。引用列表专利文献专利文献1：日本特开2011-129265号公报
技术实现思路
问题的解决方案根据本专利技术实施方式的金属多孔体包括由骨架组成的三维网状结构，该金属多孔体具有平板状外形，该平板状外形包括一对主面和将该一对主面彼此连接的端面，其中骨架包括由镍或者镍合金组成的主金属层，和主金属层的表面上的氧化物层，其中氧化物层没有布置在金属多孔体的一对主面中包括的主金属层的表面的一部分上。附图说明图1是根据本专利技术实施方式的燃料电池的结构的实例的示意图。图2是图解实施例中制造的金属多孔体1～3的耐腐蚀性的评价结果的图表。图3是图解实施例中制造的电池A～D的发电特性的评价结果的图表。实施方式的描述[本公开解决的问题]在用作聚合物电解质燃料电池的隔板的碳板中形成的槽的气孔率取决于槽被布置在碳中的程度，实际上约为50％。也就是说，槽被布置在碳板表面的约1/2面积内。每个槽具有矩形形状和约500μm的宽度。为了在低压下将气体均匀地供给到MEA，优选更宽和更深的槽，并且每单位面积的槽的比例更高是优选的。然而，在隔板中布置大量的槽导致隔板的导电性降低，从而降低电池特性。隔板的导电性对电池特性有很大的影响。因此，优选地，从电池特性的观点来看，槽具有较低的比例并且较浅。具有较小宽度的大量槽的布置均匀地向MEA供给气体。然而，由于在集成单个电池期间施加的压力，使用较小的宽度导致MEA容易进入槽中，从而导致MEA的变形以及作为槽的功能的劣化。使用大量更大尺寸的电池导致这些有害影响变得更加突出。也就是说，随着电极尺寸、电池数量和所需负载的增加，这些有害影响变得更加突出。如上所述，尽管从气体供给的观点来看，优选在隔板中布置的槽的比例较高，但是从电特性的观点来看，优选较低比例的槽。此外，要求槽具有高精度，并且用于形成槽的工艺复杂，因此提高了隔板的成本。另外，槽被布置在一个方向上；因此，例如，当槽被水堵塞时，气体的移动受到抑制。为了解决这个问题，本专利技术人已经研究了使用具有三维网状结构的金属多孔体作为气体扩散层。具有三维网状结构的金属多孔体具有非常高的气孔率，因此降低了压力损失。然而，因为由镍构成的传统金属多孔体具有比碳材料更低的耐腐蚀性，所以在这方面还有改进的空间。已经报道了由镍和锡或铬的合金组成的金属多孔体，其具有比由镍组成的金属多孔体更高的耐腐蚀性。多孔镍-锡合金体和多孔镍-铬合金体具有比由镍构成的金属多孔体更高的耐腐蚀性，但是不具有与碳材料相当的耐腐蚀性。当金属多孔体不被用于总是放电的燃料电池中，而是被用于经受间歇放电(其中放电被暂停一段时间，然后再次执行)的燃料电池中时，用作气体扩散层的金属多孔体的耐腐蚀性变得尤其成问题。原因如下。在聚合物电解质燃料电池中，在正常放电期间将含水蒸汽的氢供给至阳极以形成氢离子。氢离子通过离子交换膜向阴极迁移，通过电化学反应形成水，并排出体系外。然而，当通过停止供给氢和空气而暂停放电时，留在气体扩散层中的形成的水逆向流动以与离子交换膜接触。此时，在气体扩散层由金属材料构成，并且金属即使以极少量溶解在形成的水中的情况下，形成的水对离子交换膜有不利影响，降低了膜的保水特性，从而降低了放电特性。因此，经常暂停的燃料电池的气体扩散层需要具有更严格的耐腐蚀性。鉴于上述问题，本专利技术的目标是提供一种具有良好耐腐蚀性并且可被用作燃料电池的气体扩散层的金属多孔体。[本公开的有利效果]根据本专利技术，可以提供具有良好耐腐蚀性并可被用作燃料电池的气体扩散层的金属多孔体。[本专利技术实施方式的描述]首先列举并且说明本专利技术的实施方式。(1)根据本专利技术一方面的金属多孔体包括由骨架组成的三维网状结构，金属多孔体具有包括一对主面和将一对主面彼此连接的端面的平板状外形，其中骨架包括：由镍或者镍合金组成的主金属层；和主金属层的表面上的氧化物层，其中氧化物层没有布置在金属多孔体的一对主面中包括的主金属层的表面的一部分上。根据项目(1)中所述的本专利技术，可以提供具有良好耐腐蚀性并且可被用作燃料电池的气体扩散层的金属多孔体。在根据本专利技术实施方式的金属多孔体中，“金属多孔体的一对主面”指的是金属多孔体的外形形状的一对主面，骨架的截面部分位于该主面上。(2)在根据本专利技术实施方式的项目(1)中所述的金属多孔体中，骨架包括在氧化物层的表面上布置的导电层。根据项目(2)中所述的专利技术，可以提供包括具有导电表面的骨架的金属多孔体。(3)在根据本专利技术实施方式的项目(2)中所述的金属多孔体中，导电层包含碳粉末和粘合剂。根据项目(3)中所述的专利技术，可以提供具有良好耐腐蚀性并且包括在骨架的表面上具有良好附着力的导电层的金属多孔体。(4)在根据本专利技术实施方式的项目(2)或者(3)中所述的金属多孔体中，导电层包含银。根据项目(4)中所述的专利技术，可以提供包括在骨架的表面上具有更高导电性的导电层的金属多孔体。(5)在根据本专利技术实施方式的项目(1)至(4)的任一项中所述的金属多孔体中，镍合金包含镍以及铬、锡和钨的至少一种。(6)在根据本专利技术实施方式的项目(1)至(5)的任一项中所述的金属多孔体中，氧化物层由氧化镍组成。根据项目(5)或者(6)中所述的专利技术，可以提供包括具有更高耐腐蚀性的骨架的金属多孔体。(7)根据本专利技术实施方式的燃料电池包括项目(1)至(6)的任一项中所述的金属多孔体，金属多孔体作为气体扩散层。根据项目(7)中所述的专利技术，可以提供具有大的每体积发电量的高功率燃料电池。(8)一种制造根据本专利技术实施方式的金属多孔体的方法，金属多孔体为根据上述项目(1)的金属多孔体，该方法包括：提供具有由骨架组成的三维网状结构的多孔体的准备步骤，多孔体具有包括一对主面和将一对主面彼此连接的端面的平板状外形，骨架包括由镍或者镍合金组成的主金属层；通过在氧化气氛中加热多孔体在主金属层的表面上形成氧化物层的热处理步骤；以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属多孔体，其包括：由骨架组成的三维网状结构，所述金属多孔体具有包括一对主面和将所述一对主面彼此连接的端面的平板状外形，其中所述骨架包括：由镍或者镍合金组成的主金属层；和所述主金属层的表面上的氧化物层，其中所述氧化物层没有布置在所述金属多孔体的所述一对主面中包括的所述主金属层的所述表面的一部分上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.10 JP 2015-178157;2016.01.28 JP 2016-014141.一种金属多孔体，其包括：由骨架组成的三维网状结构，所述金属多孔体具有包括一对主面和将所述一对主面彼此连接的端面的平板状外形，其中所述骨架包括：由镍或者镍合金组成的主金属层；和所述主金属层的表面上的氧化物层，其中所述氧化物层没有布置在所述金属多孔体的所述一对主面中包括的所述主金属层的所述表面的一部分上。2.根据权利要求1所述的金属多孔体，其中所述骨架包括在所述氧化物层的表面上布置的导电层。3.根据权利要求2所述的金属多孔体，其中所述导电层包含碳粉末和粘合剂。4.根据权利要求2或者3所述的金属多孔体，其中所述导电层包含银。5.根据权利要求1至4的任一项所述的金属多孔体，其中所述镍合金包含镍以及铬、锡和钨的至少一种。6.根据权利要求1至5的任一项所述的金属多孔体，其中所述氧化物层由氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥野一树，东野孝浩，真岛正利，粟津知之，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP