氧化物分散金属多孔体、电解电极以及氢制造装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种氧化物分散金属多孔体，该氧化物分散金属多孔体包括多孔金属骨架和担载在金属骨架中的氧化物颗粒。

Oxide dispersed metal porous body, electrolytic electrode and hydrogen manufacturing device

The invention provides an oxide dispersed metal porous body, which comprises a porous metal framework and oxide particles supported in the metal framework.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氧化物分散金属多孔体、电解电极以及氢制造装置
本专利技术涉及氧化物分散金属多孔体、电解电极以及氢制造装置。本申请要求基于2017年4月24日递交的日本专利申请No.2017-085698的优先权，该申请的全部内容通过引用方式并入本文。
技术介绍
氢适合存储和运输，并且还具有小的环境负荷。因此，氢作为高效的清洁能源而受到关注。大部分氢通过化石燃料的水蒸汽重整制造。然而，为了减轻环境负荷，通过水电解制造氢变得越来越重要。因为水电解涉及电力的消耗，所以也尝试了电解电极的各种改进以实现高效氢制造体系(参见日本专利待审查公开No.2016-148074(专利文献1)、日本专利待审查公开No.2016-204732(专利文献2)、日本专利待审查公开No.2017-057470(专利文献3)和WO2015/064644(专利文献4))。例如，一种氢制造装置，该装置包括：层叠体，其中在一对电极之间夹有隔膜；以及被构造为将层叠体存储在其中的电解槽。作为层叠体的结构，通常采用其中隔膜与电极接触的零间隙结构。可在不与隔膜接触的各电极的表面上设置肋状结构，以确保用于释放气泡的空间。当使用多个电极时，通常采用涉及串联连接的双极型。引文列表专利文献PTL1：日本专利待审查公开No.2016-148074PTL2：日本专利待审查公开No.2016-204732PTL3：日本专利待审查公开No.2017-057470PTL4：WO2015/064644
技术实现思路
本专利技术的一个方面涉及一种氧化物分散金属多孔体，该氧化物分散金属多孔体包括多孔金属骨架和担载在金属骨架中的氧化物颗粒。本专利技术的另一方面涉及一种包括上述氧化物分散金属多孔体的电解电极。本专利技术的又一方面涉及一种氢制造装置，该装置包括：被构造为存储碱性水溶液的电解槽；各自浸入碱性水溶液中的阳极和阴极；以及被构造为在阳极和阴极之间施加电压的电源，其中阳极和阴极中的至少一者为上述电解电极。本专利技术的还又一方面涉及一种氢制造装置，该装置包括：阳极；阴极；布置在阳极和阴极之间的电解质膜；以及被构造为在阳极和阴极之间施加电压的电源，其中阳极和阴极中的至少一者为上述电解电极。附图说明图1为示出了氧化物分散金属多孔体的骨架的一部分的示例性结构的示意图。图2为示意性地示出了图1中的骨架的一部分的截面的截面图。图3为示出了氢制造装置的示例性基本结构的示意图。图4示出了表示具有三维网状结构的示例性金属多孔体基材的的照片。图5示出了表示具有三维网状结构的示例性金属多孔体基材的的SEM照片。具体实施方式[本公开要解决的问题]用于一般水电解提出的电解电极具有二维结构和较小的表面积。因此，水电解的效率的改善是有限的。还考虑使用具有二维结构的多孔体，例如膨胀金属或冲压金属。然而，通过水分解产生的气体残留在具有二维结构的多孔体的细孔中，从而用于促进电解反应的有效表面积易于减小。[本公开的有利效果]根据本专利技术的氧化物分散金属多孔体，可以提供具有优异亲水性和优异氢制造能力的电解电极以及包括该电解电极的氢制造装置。[实施方案的描述]首先，列举并且描述本专利技术的实施方案的内容。(1)根据本专利技术的一个实施方案的氧化物分散金属多孔体包括多孔金属骨架和担载在金属骨架中的氧化物颗粒。由于氧化物颗粒担载在金属骨架中，因此改善了金属多孔体的亲水性。在水电解期间，水易于渗透氧化物分散金属多孔体，并且通过水电解产生的诸如氢、氧之类的气体的气泡易于从氧化物分散金属多孔体的细孔(例如，如下所述的开口103、气孔101等)中释放。因此，对于电解反应，可有效地利用金属骨架的表面积，从而改善水电解的效率。(2)多孔金属骨架优选具有三维网状结构。因此，氧化物分散金属多孔体或包含该金属多孔体的电解电极的表面积显著增加。尽管在这种金属多孔体中细孔的体积大，但是气体易于从细孔中释放。(3)氧化物分散金属多孔体的孔隙率优选为70体积％以上。因此，金属多孔体或包含该金属多孔体的电解电极的表面积进一步显著地增加。(4)氧化物分散金属多孔体的开口直径优选为100μm至2000μm。因此，气体更易于从细孔释放。(5)氧化物颗粒优选为不均匀地担载在金属骨架的表层部分。因此，氧化物分散金属多孔体的亲水性进一步改善。例如，氧化物颗粒可包含在被覆金属骨架的表面的至少一部分的镀层中。(6)氧化物颗粒的平均粒径优选为0.1μm以上10μm以下。这是因为氧化物颗粒易于混入或担载在金属骨架中。(7)氧化物分散金属多孔体的每单位面积的质量优选为200g/m2至1500g/m2，并且更优选为600g/m2至1500g/m2。也就是说，氧化物分散金属多孔体的外观为片状形式的形状，并且该形状的每单位面积的质量优选为200g/m2至1500g/m2，并且更优选为600g/m2至1500g/m2。这是因为可获得具有高强度和大表面积的轻质氧化物分散金属多孔体或包含该金属多孔体的电解电极。应当注意，氧化物分散金属多孔体的单位面积是指当从其主表面的法线方向观察具有片状形式的形状的氧化物分散金属多孔体时，氧化物分散金属多孔体的投影面积的单位面积(同样适用于以下描述)。(8)氧化物分散金属多孔体的每单位面积担载的氧化物颗粒的量优选为10g/m2至100g/m2，并且更优选为15g/m2至50g/m2。也就是说，氧化物分散金属多孔体的外观为片状形式的形状，并且该形状的每单位面积担载的氧化物颗粒的量优选为10g/m2至100g/m2，并且更优选为15g/m2至50g/m2。这是因为改善亲水性的效果和用于促进电解反应的电极面积之间的平衡得以改善。例如，可由使用酸将金属多孔体熔融之后剩余的未熔融氧化物残留物的重量测定每单位面积担载的氧化物颗粒的量。(9)氧化物分散金属多孔体的厚度T优选为0.1mm至10mm，更优选为0.3mm至5mm，并且进一步优选为1.4mm至5mm。也就是说，氧化物分散金属多孔体的外观为片状形式的形状，并且该形状的厚度优选为0.1mm至10mm，厚度更优选为0.3mm至5mm，并且厚度进一步优选为1.4mm至5mm。这是因为，易于确保高孔隙率，并且也促进了气体从细孔的释放。此外，可设计具有高容积效率的氢制造装置。应当注意，厚度T(例如)为氧化物分散金属多孔体的任意十个位置的厚度的平均值。例如，可使用数字测厚仪测量厚度。(10)氧化物颗粒可为任何无机氧化物颗粒。例如，可使用选自由氧化铁、氧化镍、氧化铬、氧化钛、氧化铝、氧化锆、氧化铈、氧化钴、氧化钼、氧化钌、氧化铱、氧化锡和氧化硅组成的组中的至少一种。只要氧化物在电解期间是稳定的，就不用询问氧化物的价态。这是因为这些氧化物在电解期间不易于还原，并且具有高稳定性。其中，氧化铬、氧化钛、氧化铝、氧化锆和氧化铈更不易于还原。可单独使用一种类型的氧化物颗粒，或者可组合使用多种类型的氧化物颗粒。...

【技术保护点】
1.一种氧化物分散金属多孔体，其包括多孔金属骨架和担载在所述金属骨架中的氧化物颗粒。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170424 JP 2017-0856981.一种氧化物分散金属多孔体，其包括多孔金属骨架和担载在所述金属骨架中的氧化物颗粒。


2.根据权利要求1所述的氧化物分散金属多孔体，其中所述金属骨架具有三维网状结构。


3.根据权利要求1或2所述的氧化物分散金属多孔体，其中所述氧化物分散金属多孔体的孔隙率为70体积％以上。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的氧化物分散金属多孔体，其中所述氧化物分散金属多孔体的开口直径为100μm至2000μm。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的氧化物分散金属多孔体，其中所述氧化物颗粒不均匀地担载在所述金属骨架的表层部分中。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的氧化物分散金属多孔体，其中所述氧化物颗粒的平均粒径为0.1μm以上10μm以下。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的氧化物分散金属多孔体，其中所述氧化物分散金属多孔体的外观为片状形式的形状，并且所述形状的每单位面积的质量为200g/m2至1500g/m2。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的氧化物分散金属多孔体，其中所述氧化物分散金属多孔体的外...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥野一树，真岛正利，东野孝浩，俵山博匡，光岛重德，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，国立大学法人横浜国立大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP