金属多孔体、燃料电池和金属多孔体的制造方法技术

根据本公开的一个方面的金属多孔体是呈片状的金属多孔体，其包括具有三维网状结构的骨架，其中骨架包含至少含有镍(Ni)和铬(Cr)的合金，骨架11为与铁(Fe)的固溶体，骨架包括氧化铬(Cr

Manufacturing methods of metal porous bodies, fuel cells and metal porous bodies

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属多孔体、燃料电池和金属多孔体的制造方法
本公开涉及金属多孔体、燃料电池和制造金属多孔体的方法。本申请要求在2018年9月7日递交的日本专利申请No.2018-168102的优先权，该申请的全部公开内容通过引用方式并入本文。
技术介绍
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脂泡沫之类的树脂多孔体的表面上形成金属层。例如，可以通过对包括具有三维网状结构的骨架的树脂成形体进行导电化处理以使骨架的表面具有导电性，然后进行电镀以在骨架上形成金属层，然后根据需要烧除树脂成形体来制造金属多孔体。金属多孔体具有多种应用，并且一些应用要求骨架具有高耐腐蚀性。具有高耐腐蚀性的已知金属多孔体的实例包括具有镍铬合金骨架的金属多孔体。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金属多孔体的方法，其中该方法涉及制备包括镍骨架的金属多孔体(在下文中也称为“镍多孔体”)，然后进行镀覆以在骨架的表面上形成铬层，随后进行热处理以扩散铬。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属多孔体的方法，该方法将镍多孔体包埋到包含Al、Cr和NH4Cl或它们的化合物的粉末中，然后在充满Ar气体、H2气体和/或等的气氛中进行热处理以引发扩散渗透。引用列表专利文献专利文献1：日本专利特开No.2012-149282专利文献2：日本专利特开No.08-013129
技术实现思路
根据本公开的一个方面的金属多孔体为一种金属多孔体，该金属多孔体呈片状且包括具有三维网状结构的骨架，其中骨架包含至少含有镍(Ni)和铬(Cr)的合金，骨架11为与铁(Fe)的固溶体，骨架包括氧化铬(Cr2O3)层作为最外层并且包括位于氧化铬层下方的碳化铬层，氧化铬层的厚度为0.1μm以上3μm以下，并且碳化铬层的厚度为0.1μm以上1μm以下。根据本公开的一个方面的制造金属多孔体的方法包括：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，制备包括：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体的骨架的表面，从而对树脂成形体的骨架的表面进行导电化处理；进行镀镍以用镍镀覆由此具有导电性的树脂成形体的骨架的表面；随后通过在氧化性气氛中的热处理除去树脂成形体；以及在除去树脂成形体后，在包含水蒸汽的还原性气氛中进行热处理以降低残留在镍中的碳的量；以及形成至少包含镍和铬的合金以获得金属多孔体，该形成包括将多孔体包埋到包含铬(Cr)、氧化铝(Al2O3)和氯化铵(NH4Cl)的粉末中，然后进行热处理以引发铬对骨架的扩散渗透。附图说明图1为根据本公开的实施方案的示例性金属多孔体的示意图。图2为根据本公开的实施方案的示例性金属多孔体的截面照片。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放大图。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的示例性树脂成形体。图5为根据本公开的实施方案的燃料电池的示意图。图6为示出了图5所示的单电池的结构的截面示意图。具体实施方式[本公开要解决的问题]近年来，对于诸如燃料电池之类的各种电池以及诸如电容器之类的蓄电装置，已经要求功率和容量的进一步提高(小型化)。作为燃料电池的气体扩散层，通常使用碳结构体和/或不锈钢(SUS)结构体。碳结构体和SUS结构体各自都具有作为气体通道的凹槽。各凹槽均具有宽度为约500μm的连续的线性形状。凹槽占据碳结构体或SUS结构体和电解质之间的边界的约一半的面积，因此气体扩散层的孔隙率为约50％。常规燃料电池中包括的这种气体扩散层并不具有非常高的孔隙率且具有大的压力损失，因此常规燃料电池不能同时具有减小的尺寸和提高的功率。为了解决这个问题，本专利技术的专利技术人研究了通过包括具有三维网状结构的骨架的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。通过包括具有高孔隙率的金属多孔体作为气体扩散层，燃料电池可以具有增强的气体扩散性能和更高的气体利用效率。例如，在包括金属多孔体作为气体扩散层的高分子电解质燃料电池(PEFC)中，金属多孔体暴露于由膜电极组件(MEA)产生的强酸中，因此需要具有高的耐腐蚀性。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体扩散层。与通过专利文献1教导的方法相同，在通过镀覆制造金属多孔体时，从环境的观点出发，需要使用三价铬镀液。然而，当使用三价铬镀液时，成膜速率低至约0.3μm/h，因此需要很长时间来制造铬合金比率为20％以上的金属多孔体。因此，在生产率方面存在改进的空间。为了解决这个问题，本专利技术的专利技术人研究了使用通过与专利文献2教导的方法相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。该研究发现了改进的空间；当将金属多孔体用作气体扩散层时，由于发电而产生的水(H2O)需要从孔部分快速排出。鉴于上述情况而设计了本公开，并且本专利技术的目的是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金属多孔体。[本公开的有利效果]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金属多孔体。[实施方案的描述]首先将对本公开的各个方面进行描述。(1)根据本公开的一个方面的多孔体为呈片状且包括具有三维网状结构的骨架的金属多孔体，其中骨架包含至少含有镍(Ni)和铬(Cr)的合金，骨架11为与铁(Fe)的固溶体，骨架包括氧化铬(Cr2O3)层作为最外层并且包括位于氧化铬层下方的碳化铬层，氧化铬层的厚度为0.1μm以上3μm以下，并且碳化铬层的厚度为0.1μm以上1μm以下。根据上述(1)的方面，以低成本提供了一种金属多孔体，该金属多孔体具有优异的耐腐蚀性并且具有更少的附着在其骨架的表面上的微粒。(2)优选地，根据上述(1)所述的金属多孔体的孔隙率为60％以上98％以下。根据上述(2)的公开，提供了具有非常高的孔隙率的金属多孔体。(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5000μm以下。根据上述(3)的公开，提供了一种金属多孔体，当该金属多孔体用作燃料电池的气体扩散层时，表现出更强的气体扩散性能并且有效地排出由于发电而产生的水。(4)根据本专利技术的一个方面的燃料电池为包括根据上述(1)至(3)中任一项所述的金属多孔体作为气体扩散层的燃料电池。根据上述(4)的公开，提供了一种小型的高功率燃料电池。(5)根据本公开的一个方面的制造金属多孔体的方法包括：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，该制备包括：<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属多孔体，该金属多孔体呈片状且包括具有三维网状结构的骨架，/n其中/n所述骨架包含至少含有镍和铬的合金，所述骨架11为与铁的固溶体，/n所述骨架包括氧化铬层作为最外层并且包括位于所述氧化铬层下方的碳化铬层，/n所述氧化铬层的厚度为0.1μm以上3μm以下，并且/n所述碳化铬层的厚度为0.1μm以上1μm以下。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180907 JP 2018-1681021.一种金属多孔体，该金属多孔体呈片状且包括具有三维网状结构的骨架，
其中
所述骨架包含至少含有镍和铬的合金，所述骨架11为与铁的固溶体，
所述骨架包括氧化铬层作为最外层并且包括位于所述氧化铬层下方的碳化铬层，
所述氧化铬层的厚度为0.1μm以上3μm以下，并且
所述碳化铬层的厚度为0.1μm以上1μm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60％以上98％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的平均孔径为50μm以上5000μm以下。


4.一种燃料电池，该燃料电池包括根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：土田齐，西村淳一，马渊精治，
申请(专利权)人：富山住友电工株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP