金属多孔体、燃料电池和金属多孔体的制造方法技术

提供了一种金属多孔体，该金属多孔体包括三维网状结构的骨架，其中金属多孔体具有片状的外观，骨架为至少包含镍和铬的合金，并且骨架固溶有铁，且在1cm

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.2018-168091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。作为具有高耐腐蚀性的已知金属多孔体的实例，可以列举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专利技术内容根据本公开的一个方面的一种金属多孔体为包括三维网状结构的骨架的金属多孔体，其中金属多孔体具有片状的外观，骨架为至少包含镍(Ni)和铬(Cr)的合金，并且骨架固溶有铁(Fe)，并且在1cm2的金属多孔体的外部表观面积中，附着在骨架的表面的氧化铝(Al2O3)粉末的数量为10个以下。根据本公开的一个方面的燃料电池为包括气体扩散层的燃料电池，其中气体扩散层为上述金属多孔体。根据本公开的一个方面的制造金属多孔体的方法为制造根据本公开上述方面的金属多孔体的方法，该方法包括：准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；通过将多孔体包埋到至少包含铬(Cr)、氧化铝(Al2O3)粉末和氯化铵(NH4Cl)的粉末中，并且进行热处理以引发铬对骨架的扩散渗透，从而至少使镍和铬合金化以形成金属多孔体；以及除去附着在金属多孔体的骨架的表面的氧化铝粉末，以使在1cm2的所述金属多孔体的外部表观面积中，附着在金属多孔体的骨架的表面的氧化铝粉末为10个以下。附图说明图1为示出了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为示出了根据本公开的实施方案的示例性金属多孔体的截面的照片；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，聚氨酯发泡树脂作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为示出了在测定附着在金属多孔体的骨架表面的氧化铝粉末的数量的方法中，在金属多孔体上限定测定点A至I的示例性状态的示意图；图6为示出了当将气体供给到金属多孔体时，测定压力损失的装置的概要的图；图7为示出了实施例中的金属多孔体No.1的截面的照片；图8为示出了比较例中的金属多孔体No.A的截面的照片。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，已经要求进一步提高功率和容量(小型化)。作为燃料电池的气体扩散层，通常使用碳结构体或不锈钢(SUS)结构体。碳结构体或SUS结构体形成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％。因为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，所以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，本专利技术人研究了使用包括三维网状结构的骨架的金属多孔体代替作为燃料电池的气体扩散层的碳结构体或SUS结构体。通过使用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，当金属多孔体用作高分子电解质燃料电池(PEFC)中的气体扩散层时，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。因为包括镍-铬合金骨架的金属多孔体具有高的耐腐蚀性，所以该金属多孔体可用作燃料电池的气体扩散层。在如专利文献1的方法中所述通过使用镀覆法制造金属多孔体时，考虑到环境，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，在提高生产率方面存在改进的空间。为了解决这个问题，本专利技术人详细研究了骨架的表面状态，以便使用如专利文献2中描述的方法的扩散渗透法制造的金属多孔体作为燃料电池的气体扩散层。结果发现，非常少量的Cr粉末、氧化铝粉末、碳化硅粉末等没有扩散而是残留在骨架的表面上。如果粉末残留在骨架的表面上，即使是非常少的量，也可能在燃料电池运行后引起气体的压力损失。鉴于上述问题，本公开的目的在于廉价地提供耐腐蚀性优异并且附着到骨架的表面的微细颗粒较少的金属多孔体。[本公开的有利效果]根据本公开，可以廉价地提供耐腐蚀性优异并且附着到骨架表面的微细颗粒较少的金属多孔体。[实施方案的描述]首先，将给出本公开的各个方面的描述。(1)根据本公开的一个方面的金属多孔体为包括三维网状结构的骨架的金属多孔体，其中金属多孔体具有片状的外观，骨架为至少包含镍(Ni)和铬(Cr)的合金，并且骨架固溶有铁(Fe)，并且在1cm2的金属多孔体的外部表观面积中，附着在骨架的表面的氧化铝(Al2O3)粉末的数量为10个以下。根据上述方面(1)，可以廉价地提供耐腐蚀性优异并且附着到骨架的表面的微细颗粒较少的金属多孔体。(2)优选地，在根据上述方面(1)所述的金属多孔体中，骨架包括氧化铬(Cr2O3)层和碳化铬层，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1μm以上20μm以下。根据上述(2)的方面，可以提供一种由于在骨架的表面存在氧化铬而具有高疏水性的金属多孔体。(3)优选地，在根据上述方面(1)所述的金属多孔体中，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以上且小于1μm。根据上述方面(3)，可以提供骨架具有优异的韧性和高疏水性的金属多孔体。(4)优选地，根据上述方面(1)至(3)中任一项所述的金属多孔体的孔隙率为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属多孔体，该金属多孔体包括三维网状结构的骨架，/n其中所述金属多孔体具有片状的外观，/n所述骨架为至少包含镍和铬的合金，并且所述骨架固溶有铁，并且/n在1cm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180907 JP 2018-1680911.一种金属多孔体，该金属多孔体包括三维网状结构的骨架，
其中所述金属多孔体具有片状的外观，
所述骨架为至少包含镍和铬的合金，并且所述骨架固溶有铁，并且
在1cm2的所述金属多孔体的外部表观面积中，附着在所述骨架的表面的氧化铝粉末的数量为10个以下。


2.根据权利要求1所述的金属多孔体，其中
所述骨架包括氧化铬层和碳化铬层，
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1μm以上20μm以下。


3.根据权利要求1所述的金属多孔体，其中
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以上且小于1μm。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的金属多孔体，其中
所述金属多孔体的孔隙率为60％以上98％以下。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的金属多孔体，其中
所述金属多孔体的平均孔径为50μm以上5000μm以下。


6.一种燃料电池，该燃料电池包括气体扩散层，
其中所述气体扩散层为根据权利要求1至5中任一项所述的金属多孔体。


7.一种制造根据权利要求1至5中任一...

【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