金属多孔体、燃料电池以及制造金属多孔体的方法技术

本申请提供了一种金属多孔体，其具有三维网状结构骨架并且至少含有镍和锡，其中镍的含有率为50质量％以上，锡的含有率为5质量％以上25质量％以下，并且该金属多孔体的厚度为0.10mm以上0.50mm以下。

【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。本申请要求于2016年1月28日提交的日本专利申请No.2016-014150的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
在现有技术中，用于在树脂多孔体(如发泡树脂)的表面上形成金属层的方法是公知的用于制造具有高孔隙率和大表面积的金属多孔体的方法。例如，日本未审查专利申请公开No.11-154517(专利文献1)公开了一种用于制造金属多孔体的方法。该方法包括对树脂多孔体进行导电处理，并在树脂多孔体上形成由金属制成的电镀层，而且根据需要，将树脂多孔体烧除。日本未审查专利申请公开No.2012-132083(专利文献2)公开了一种由镍-锡合金制成的金属多孔体。该金属多孔体具有抗氧化性、耐腐蚀性和高孔隙率，并且起到了用于电化学设备(如各种电池、电容器和燃料电池)的集电体的作用。此外，日本未审查专利申请公开No.2012-149282(专利文献3)公开了一种由镍-铬合金制成的金属多孔体作为具有高耐腐蚀性的金属多孔体。这些金属多孔体作为(例如)用于镍-镉电池和镍-氢电池的镍电极的活性材料支持体而被广泛地投入实际应用。由于在涉及二次电池的应用中使用金属多孔体的目的是增加电池的容量密度，因而所使用的金属多孔体的孔隙率高达约95％，并因此对活性材料具有良好的结合性。引用列表专利文献专利文献1：日本未审查专利申请公开No.11-154517专利文献2：日本未审查专利申请公开No.2012-132083专利文献3：日本未审查专利申请公开No.2012-149282专利
技术实现思路
解决问题的手段为了解决上述问题，本专利技术采用以下构成。具体而言，根据本专利技术实施方案的金属多孔体具有三维网状结构骨架并且至少含有镍(Ni)和锡(Sn)。镍的含量为50质量％以上，锡的含量为5质量％以上25质量％以下。金属多孔体的厚度为0.10mm以上0.50mm以下。附图简要说明[图1]图1示出了根据本专利技术实施方案的燃料电池的示例性结构的示意图。[图2]图2示出了实施例1中制造的金属多孔体No.1的X射线衍射光谱图。[图3]图3示出了比较例1中制造的金属多孔体No.23的X射线衍射光谱图。具体实施方式[本专利技术要解决的问题]近年来，对于电池、电容器、燃料电池和其他设备的更高功率和更高容量(更小尺寸)的需求日益增加。燃料电池包括通常由碳结构体或不锈钢(SUS)结构体形成的气体扩散层。碳结构体或SUS结构体包括用作气体通道的通路。各通路的宽度为约500μm，并形成连续的线路。这些通路占碳结构体或SUS结构体的与电解质接触的表面面积的约一半。因此气体扩散层的孔隙率为约50％。由于如上所述的气体扩散层不具有如此高的孔隙率并会引起大的压降，因而气体扩散层阻碍了燃料电池具有小尺寸和高功率。本专利技术的专利技术人已经研究了使用具有三维网状结构骨架的金属多孔体代替碳结构体或SUS结构体而作为气体扩散层。其结果是，具有三维网状结构骨架的金属多孔体具有非常高的孔隙率并且可以降低压降。然而，现有的金属多孔体的厚度相对较大并使燃料电池的体积增大。因此，存在进一步增加燃料电池的容量和体积功率密度的改进空间。鉴于上述问题，本专利技术涉及金属多孔体，其能够使燃料电池具有小尺寸和高功率，并且适合用作气体扩散层。[本专利技术的有益效果]本专利技术可提供一种金属多孔体，其能够使燃料电池具有小尺寸和高功率，并且适合用作气体扩散层。[本专利技术实施方案的说明]首先，将列举并说明本专利技术的实施方案。(1)根据本专利技术实施方案的金属多孔体为具有三维网状结构骨架并且至少含有镍(Ni)和锡(Sn)的金属多孔体。镍的含量为50质量％以上。锡的含量为5质量％以上25质量％以下。金属多孔体的厚度为0.10mm以上0.50mm以下。下文中，将“具有三维网状结构骨架的金属多孔体”也简称为“金属多孔体”。三维网状结构是指具有连通孔的结构，例如无纺布状结构或海绵状结构。由于(1)中所描述的金属多孔体含有Ni和Sn，因而该金属多孔体具有非常高的耐腐蚀性。因此，当将金属多孔体用作高分子电解质燃料电池(PEFC)的气体扩散层时，Ni不会从金属多孔体中浸出。虽然在高分子电解质燃料电池的运行期间，由膜电极组件(MEA)产生强酸，但是(1)中所描述的金属多孔体对强酸具有耐腐蚀性。(1)中所描述的金属多孔体的孔隙率足够高并且厚度比现有的金属多孔体更小。因此，当将(1)中所描述的金属多孔体用作燃料电池中的气体扩散层时，该金属多孔体能够使燃料电池具有小尺寸和高功率。在根据本专利技术实施方案的金属多孔体中，锡的含量为5质量％以上25质量％以下，并且剩余金属成分优选为镍。金属多孔体可以含有其他金属成分作为不可避免的杂质。金属多孔体可以有意地含有其他成分，只要不破坏高耐腐蚀性(其为本专利技术的金属多孔体的有益效果)即可。有意地添加到金属多孔体中的金属的实例包括铬(Cr)、铝(Al)、钛(Ti)、铜(Cu)、钴(Co)、钨(W)、铁(Fe)、锰(Mn)、银(Ag)、金(Au)、磷(P)和硼(B)。应注意的是，镍的含量为50质量％以上，并且镍为金属多孔体的主要成分。(2)根据本专利技术实施方案的金属多孔体为(1)中所描述的金属多孔体，其中该金属多孔体的孔隙率为51％以上90％以下。当将(2)中所描述的金属多孔体用作燃料电池中的气体扩散层时，其为能够提高气体扩散性的金属多孔体。(3)根据本专利技术实施方案的金属多孔体为(1)或(2)中所描述的金属多孔体，其中该金属多孔体还包含铬(Cr)。铬的含量为1质量％以上5质量％以下。(3)中所描述的金属多孔体具有较高的耐腐蚀性。(4)根据本专利技术实施方案的燃料电池为包括(1)至(3)中任一项所描述的金属多孔体作为气体扩散层的燃料电池。(4)中所描述的燃料电池为具有高功率并且每单位体积产生大发电量的小型燃料电池。(5)根据本专利技术实施方案的制造金属多孔体的方法为制造具有三维网状结构骨架并且至少含有镍(Ni)和锡(Sn)的金属多孔体的方法。该方法包括：通过将含有锡粉末的导电材料涂布于具有三维网状结构骨架的树脂成形体的骨架的表面上，使得所述金属多孔体的锡含量为5质量％以上25质量％以下，从而对所述树脂成形体的所述骨架的表面进行导电处理的步骤；通过在所述树脂成形体上形成镍覆层，使得所述金属多孔体的镍含量为50质量％以上，从而形成树脂结构体的步骤；通过从所述树脂结构体中除去所述树脂成形体，从而形成含有镍和锡的多孔体的步骤；通过在1000℃以上加热所述多孔体5分钟以上，从而使锡和镍扩散的步骤；以30℃/分钟以上的速率将经过加热的所述多孔体至少冷却至所述多孔体的温度为550℃以下的步骤；以及将经过冷却的所述多孔体轧制成厚度为0.10mm以上0.50mm以下的步骤。(5)中所描述的制造金属多孔体的方法能够制造(1)至(3)中任一项所描述的金属多孔体。由于(5)中所描述的制造金属多孔体的方法使用含有锡粉末的导电材料对树脂成形体的骨架的表面进行导电处理，因而不再需要形成锡覆层的后续步骤。其结果是，能够以低成本制造金属多孔体。(6)根据本专利技术实施方案的制造金属多孔体的方法为制造具有三维网状结构骨架并且至少含有镍(Ni)和锡(Sn)的金属多孔体的方法。该方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属多孔体，其具有三维网状结构骨架并且至少包含镍和锡，其中镍的含量为50质量％以上，锡的含量为5质量％以上25质量％以下，并且所述金属多孔体的厚度为0.10mm以上0.50mm以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.28 JP 2016-0141501.一种金属多孔体，其具有三维网状结构骨架并且至少包含镍和锡，其中镍的含量为50质量％以上，锡的含量为5质量％以上25质量％以下，并且所述金属多孔体的厚度为0.10mm以上0.50mm以下。2.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51％以上90％以下。3.根据权利要求1或2所述的金属多孔体，其中所述金属多孔体还包含铬，并且铬的含量为1质量％以上5质量％以下。4.一种燃料电池，其包括根据权利要求1至3中任一项所述的金属多孔体作为气体扩散层。5.一种制造金属多孔体的方法，该金属多孔体具有三维网状结构骨架并且至少包含镍和锡，所述方法包括：通过将含有锡粉末的导电材料涂布于具有三维网状结构骨架的树脂成形体的骨架的表面上，使得所述金属多孔体的锡含量为5质量％以上25质量％以下，从而对所述树脂成形体的所述骨架的表面进行导电处理的步骤；通过在所述树脂成形体上形成镍覆层，使得所述金属多孔体的镍含量为50质量％以上，从而形成树脂结构体的步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫元一成，粟津知之，真岛正利，奥野一树，东野孝浩，
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