JP2020021576A - Carbon nanotube electrode or carbon nanohorn electrode and electrode manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アノード又はカソードとして使用するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極に関するとともに、アノード又はカソードとして使用するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を製造する電極製造方法に関する。 The present invention relates to a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode used as an anode or a cathode, and to an electrode manufacturing method for manufacturing a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode used as an anode or a cathode.
燃料電池用膜電極接合体に用いられる触媒電極として、白金を担持させたカーボンナノチューブを用いる燃料電池の製造方法が開示されている(特許文献1参照)。この製造方法は、複数のカーボンナノチューブを基板の表面に対して垂直に成長させた後、カーボンナノチューブに触媒金属塩溶液を滴下して乾燥・焼成還元することにより、複数のカーボンナノチューブに触媒金属(白金触媒)を担持させたカーボンナノチューブ電極を製造する。 A method of manufacturing a fuel cell using platinum-supported carbon nanotubes as a catalyst electrode used in a fuel cell membrane electrode assembly is disclosed (see Patent Document 1). In this manufacturing method, after a plurality of carbon nanotubes are grown perpendicular to the surface of the substrate, a catalyst metal salt solution is dropped on the carbon nanotubes, dried and calcined and reduced, so that the catalyst metal ( A carbon nanotube electrode carrying a platinum catalyst is produced.
前記特許文献1に開示のカーボンナノチューブ電極はカーボンナノチューブに白金を担持させているが、白金族元素は貴金属であり、その生産量に限りがある希少な資源であることから、その使用量を抑えることが求められている。さらに、今後の固体高分子形燃料電池の普及に向けて高価な白金以外の金属を利用した白金レス触媒を有する廉価なカーボンナノチューブ電極の開発が求められている。
Although the carbon nanotube electrode disclosed in
本発明の目的は、白金族元素を利用することなく、廉価に作ることができ、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができるカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極及びその電極の電極製造方法を提供することにある。本発明の他の目的は、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、水素ガス発生装置において電気分解を効率よく行うことができ、多量の水素ガスを発生させることができるカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極及びその電極の電極製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn that can be manufactured at low cost without using a platinum group element and that can exhibit substantially the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing a platinum group element. An object of the present invention is to provide an electrode and a method for manufacturing the electrode. Another object of the present invention is to enable a fuel cell to generate sufficient electricity, supply sufficient electric energy to a load connected to the fuel cell, and efficiently perform electrolysis in a hydrogen gas generator. An object of the present invention is to provide a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode which can be performed well and can generate a large amount of hydrogen gas, and a method of manufacturing the electrode.
前記課題を解決するための本発明の第1の前提は、アノード又はカソードとして使用するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極である。 A first premise of the present invention for solving the above problems is a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode used as an anode or a cathode.
前記第1の前提における本発明の電極の特徴は、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも3種類の遷移金属の遷移金属微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物のアロイ微粒子と、カーボンナノチューブの凝集体又はカーボンナノホーンの凝集体とを含み、遷移金属微粉体混合物では、選択された少なくとも3種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも3種類の遷移金属が選択され、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極では、アロイ微粒子がカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面に担持されていることにある。 The feature of the electrode of the present invention based on the first premise is that the carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode is formed by uniformly mixing and dispersing transition metal fine powders of at least three types of transition metals selected from various transition metals. Alloy fine particles of an alloy molded product obtained by compressing and firing a metal fine powder mixture, and an aggregate of carbon nanotubes or an aggregate of carbon nanohorns. At least three types of transition metals are selected from various transition metals so that the work function of the platinum group element is similar to the work function of the platinum group element. On the surface of the carbon nanohorn
本発明の電極の一例として、カーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面には、カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンの表面から外側へ向かって重なり合うアロイ微粒子によってアロイ微粒子積層ポーラス構造が形成されている。 As an example of the electrode of the present invention, an alloy fine particle laminated porous structure is formed on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn by alloy fine particles overlapping outward from the surface of the carbon nanotube or the carbon nanohorn.
本発明の電極の他の一例としては、遷移金属微粉体の粒径が10μm〜200μmの範囲にあり、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極の厚み寸法が0.03mm〜0.3mmの範囲にある。 As another example of the electrode of the present invention, the particle size of the transition metal fine powder is in the range of 10 μm to 200 μm, and the thickness dimension of the carbon nanotube electrode or carbon nanohorn electrode is in the range of 0.03 mm to 0.3 mm.
本発明の電極の他の一例としては、遷移金属微粉体混合物がNi(ニッケル)の微粉体を主成分とし、遷移金属微粉体混合物では、Niの仕事関数とNiを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からNiの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されている。 As another example of the electrode of the present invention, the transition metal fine powder mixture is mainly composed of Ni (nickel) fine powder. In order to make the work function of the transition metal and the work function of the transition metal similar to the work function of the platinum group element, at least two types of transition metal fine particles of the transition metal other than the fine Ni powder are used. Selected.
本発明の電極の他の一例としては、遷移金属微粉体混合物の全重量に対するNi(ニッケル)の微粉体の重量比が30%〜50%の範囲にあり、Niの微粉体を除く1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微粉体混合物の全重量に対する重量比が20%〜50%の範囲にあり、Niの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微粉体混合物の全重量に対する重量比が3%〜20%の範囲にある。 As another example of the electrode of the present invention, the weight ratio of the fine powder of Ni (nickel) to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 30% to 50%, and one type excluding the fine powder of Ni is used. The weight ratio of the transition metal fine powder of the transition metal to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 20% to 50%, and the transition metal fine powder of at least one other transition metal excluding the Ni fine powder is used. The weight ratio of the transition metal fine powder mixture to the total weight is in the range of 3% to 20%.
本発明の電極の他の一例としては、遷移金属微粉体混合物がFe(鉄)の微粉体を主成分とし、遷移金属微粉体混合物では、Feの仕事関数とFeを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からFeの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されている。 As another example of the electrode of the present invention, the transition metal fine powder mixture is mainly composed of Fe (iron) fine powder, and in the transition metal fine powder mixture, the work function of Fe and at least two other types except for Fe are included. In order to make the work function of the transition metal work function close to the work function of the platinum group element, at least two types of transition metal fine particles of the transition metal other than the fine powder of Fe are selected from various transition metals. Selected.
本発明の電極の他の一例としては、遷移金属微粉体混合物の全重量に対するFe(鉄)の微粉体の重量比が30%〜50%の範囲にあり、Feの微粉体を除く1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微粉体混合物の全重量に対する重量比が20%〜50%の範囲にあり、Feの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微粉体混合物の全重量に対する重量比が3%〜20%の範囲にある。 As another example of the electrode of the present invention, the weight ratio of the fine powder of Fe (iron) to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 30% to 50%, and one type of powder excluding the fine powder of Fe is used. The weight ratio of the transition metal fine powder of the transition metal to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 20% to 50%, and the transition metal fine powder of at least one other transition metal excluding the fine powder of Fe is used. The weight ratio of the transition metal fine powder mixture to the total weight is in the range of 3% to 20%.
本発明の電極の他の一例としては、遷移金属微粉体混合物がCu(銅)の微粉体を主成分とし、遷移金属微粉体混合物では、Cuの仕事関数と該Cuを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からCuの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されている。 As another example of the electrode of the present invention, the transition metal fine powder mixture is mainly composed of Cu (copper) fine powder, and the transition metal fine powder mixture has a work function of Cu and at least two types other than the Cu. Transition metal fine powder of at least two other transition metals other than the fine powder of Cu from various transition metals so that the work function of the transition metal and the work function of the transition metal approximate the work function of the platinum group element. Is selected.
本発明の電極の他の一例としては、遷移金属微粉体混合物の全重量に対するCu(銅)の微粉体の重量比が30%〜50%の範囲にあり、Cuの微粉体を除く1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微粉体混合物の全重量に対する重量比が20%〜50%の範囲にあり、Cuの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微粉体混合物の全重量に対する重量比が3%〜20%の範囲にある。 As another example of the electrode of the present invention, the weight ratio of the fine powder of Cu (copper) to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 30% to 50%, and one type excluding the fine powder of Cu is used. The weight ratio of the transition metal fine powder of the transition metal to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 20% to 50%, and the transition metal fine powder of at least one other transition metal excluding the Cu fine powder is used. The weight ratio of the transition metal fine powder mixture to the total weight is in the range of 3% to 20%.
本発明の電極の他の一例として、アロイ成形物では、選択された遷移金属のうちの少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が遷移金属微粉体混合物の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属の遷移金属微粉体をバインダーとしてそれら遷移金属の遷移金属微粉体が接合されている。 As another example of the electrode of the present invention, in an alloy molded product, transition metal fine powder of at least two kinds of transition metals among the selected transition metals is melted during firing of the transition metal fine powder mixture, and the molten transition metal is melted. The transition metal fine powder of these transition metals is joined using the transition metal fine powder as a binder.
前記課題を解決するための本発明の第2の前提は、アノード又はカソードとして使用するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を製造する電極製造方法である。 A second premise of the present invention for solving the above problem is an electrode manufacturing method for manufacturing a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode used as an anode or a cathode.
前記第2の前提における本発明の電極製造方法の特徴は、電極製造方法が、各種の遷移金属から選択する少なくとも3種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも3種類の遷移金属を選択する遷移金属選択工程と、遷移金属選択工程によって選択された少なくとも3種類の遷移金属の遷移金属微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物を作る遷移金属微粉体混合物作成工程と、遷移金属微粉体混合物作成工程によって作られた遷移金属微粉体混合物を所定圧力で加圧して遷移金属微粉体圧縮物を作る遷移金属微粉体圧縮物作成工程と、遷移金属微粉体圧縮物作成工程によって作られた遷移金属微粉体圧縮物を所定温度で焼成してアロイ成形物を作るアロイ成形物作成工程と、カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンを生成し、アロイ成形物作成工程によって作られたアロイ成形物を蒸発させてカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面にアロイ成形物のアロイ微粒子を担持させるアロイ微粒子担持工程とを有することにある。 The feature of the electrode manufacturing method of the present invention on the second premise is that the electrode manufacturing method is such that the work function of at least three types of transition metals selected from various transition metals is close to the work function of a platinum group element. A transition metal selection step of selecting at least three types of transition metals from various transition metals, and a transition metal fine powder of at least three types of transition metals selected in the transition metal selection step. A transition metal fine powder mixture producing step of forming a dispersed transition metal fine powder mixture, and a transition of producing a transition metal fine powder compact by pressing the transition metal fine powder mixture produced by the transition metal fine powder mixture producing step at a predetermined pressure. An alloy for sintering the transition metal fine powder compact produced by the metal fine powder compact production process and the transition metal fine powder compact production process at a predetermined temperature to form an alloy molded product. Forming a molded article, generating carbon nanotubes or carbon nanohorns, evaporating the alloy molded article formed by the alloy molded article forming step, and supporting the alloy fine particles of the alloy molded article on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn. And a step of supporting an alloy fine particle.
本発明の電極製造方法の一例としては、アロイ微粒子担持工程がカーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンの生成と同時にアロイ成形物を蒸発させ、アロイ成形物のアロイ微粒子をカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面に担持させる。 As an example of the electrode manufacturing method of the present invention, the alloy fine particle supporting step evaporates the alloy molded product simultaneously with the generation of the carbon nanotube or carbon nanohorn, and supports the alloy fine particles of the alloy molded product on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn. Let it.
本発明の電極製造方法の他の一例としては、遷移金属微粉体混合物作成工程が遷移金属選択工程によって選択された少なくとも3種類の遷移金属を10μm〜200μmの粒径に微粉砕する。 As another example of the electrode manufacturing method of the present invention, at least three types of transition metals selected in the transition metal selection step in the transition metal fine powder mixture preparation step are finely pulverized to a particle size of 10 μm to 200 μm.
本発明の電極製造方法の他の一例としては、遷移金属微粉体圧縮物作成工程が遷移金属微粉体混合物作成工程によって作られた遷移金属微粉体混合物を500Mpa〜800Mpaの圧力で加圧して遷移金属微粉体圧縮物を作る。 As another example of the electrode manufacturing method of the present invention, the transition metal fine powder compact is prepared by pressing the transition metal fine powder mixture produced by the transition metal fine powder mixture production step at a pressure of 500 MPa to 800 MPa. Make compressed powder.
本発明の電極製造方法の他の一例としては、アロイ成形物作成工程が遷移金属選択工程によって選択された遷移金属のうちの少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体を溶融させる温度で遷移金属微粉体圧縮物を焼成し、溶融した遷移金属の遷移金属微粉体をバインダーとしてそれら遷移金属の遷移金属微粉体を接合する。 As another example of the electrode manufacturing method of the present invention, the alloy molding preparation step is performed at a temperature at which a transition metal fine powder of at least two kinds of transition metals selected from the transition metals selected in the transition metal selection step is melted. The compressed fine powder is fired, and the transition metal fine powder of the transition metal is joined using the transition metal fine powder of the molten transition metal as a binder.
本発明に係るカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極によれば、それが各種の遷移金属から選択された少なくとも3種類の遷移金属の遷移金属微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物のアロイ微粒子と、カーボンナノチューブの凝集体又はカーボンナノホーンの凝集体とを含み、選択された少なくとも3種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも3種類の遷移金属が選択され、アロイ成形物のアロイ微粒子がカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面に担持されているから、アロイ微粒子を有するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置の電極として好適に使用することができる。カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、遷移金属微粉体混合物(アロイ成形物)が各種の遷移金属から選択された少なくとも3種類の遷移金属の遷移金属微粉体から形成され、高価な白金族元素が利用されていない白金レスであり、電極を廉価に作ることができる。カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、それが白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮するから、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。 According to the carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode according to the present invention, it compresses a transition metal fine powder mixture obtained by uniformly mixing and dispersing transition metal fine powders of at least three types of transition metals selected from various transition metals. Alloy particles of an alloy molded product fired and fired, and an aggregate of carbon nanotubes or an aggregate of carbon nanohorns, wherein the work function of at least three selected transition metals is a work function of a platinum group element. Since at least three types of transition metals are selected from various transition metals, and the alloy fine particles of the alloy molded product are supported on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn, the alloy has alloy fine particles. An electrode in which the carbon nanotube electrode or carbon nanohorn electrode contains a platinum group element Includes substantially the same work function, it is possible to exert electrode substantially the same catalytic activity containing a platinum group element (catalysis), it can be suitably used as an electrode for fuel cells and hydrogen gas generator. The carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode is made of a transition metal fine powder mixture (alloy molded product) formed of transition metal fine powder of at least three types of transition metals selected from various transition metals, and utilizes an expensive platinum group element. It is platinum-free, and the electrodes can be manufactured at low cost. Since carbon nanotube electrodes or carbon nanohorn electrodes exhibit almost the same catalytic activity (catalysis) as electrodes containing platinum group elements, sufficient electricity is generated in fuel cells by using the electrodes in fuel cells. In addition to supplying sufficient electric energy to the load connected to the fuel cell, the electrode can be used for a hydrogen gas generator, so that electrolysis can be performed efficiently. A large amount of hydrogen gas can be generated.
カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンの表面から外側へ向かって重なり合うアロイ微粒子によってアロイ微粒子積層ポーラス構造がカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面に形成されているカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、カーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面にアロイ微粒子積層ポーラス構造を形成することで、アロイ微粒子の比表面積を大きくすることができ、アロイ微粒子の触媒作用を十分に利用することができるとともに、アロイ微粒子積層ポーラス構造を有するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置の電極として好適に使用することができる。カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、アロイ微粒子積層ポーラス構造を形成した電極が白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮するから、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。 A carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode in which an alloy fine particle laminated porous structure is formed on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn by the alloy fine particles overlapping outward from the surface of the carbon nanotube or the carbon nanohorn is a surface of the carbon nanotube or By forming the alloy fine particle laminated porous structure on the surface of the carbon nanohorn, the specific surface area of the alloy fine particles can be increased, and the catalytic action of the alloy fine particles can be sufficiently utilized, and the alloy fine particle laminated porous structure is provided. A carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode has substantially the same work function as an electrode containing a platinum group element, and can exhibit almost the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing a platinum group element. It can be suitably used as an electrode of a battery and a hydrogen gas generator. Since the carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode has almost the same catalytic activity (catalysis) as the electrode formed with the alloy fine particle laminated porous structure and the electrode containing the platinum group element, by using the electrode in a fuel cell, Sufficient electricity can be generated in the fuel cell, and sufficient electric energy can be supplied to the load connected to the fuel cell.Electrolysis can be performed efficiently by using the electrodes in a hydrogen gas generator. And a large amount of hydrogen gas can be generated in a short time.
遷移金属微粉体の粒径が10μm〜200μmの範囲にあり、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極の厚み寸法が0.03mm〜0.3mmの範囲にあるカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極の厚み寸法を前記範囲にすることで、電極の電気抵抗を小さくすることができ、電極に電流をスムースに流すことができる。カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、電流がスムースに流れるから、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。 The transition metal fine powder has a particle size in the range of 10 μm to 200 μm, and the carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode has a thickness in the range of 0.03 mm to 0.3 mm. Alternatively, by setting the thickness dimension of the carbon nanohorn electrode in the above range, the electric resistance of the electrode can be reduced, and the current can flow smoothly through the electrode. Since the carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode allows a current to flow smoothly, sufficient electricity can be generated in the fuel cell by using the electrode in the fuel cell, and sufficient electricity can be supplied to the load connected to the fuel cell. By supplying energy and using the electrode in a hydrogen gas generator, electrolysis can be performed efficiently, and a large amount of hydrogen gas can be generated in a short time.
遷移金属微粉体混合物がNi(ニッケル)の微粉体を主成分とし、Niの仕事関数とNiを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からNiの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されているカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、Niの仕事関数とNiを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からNiの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されているから、アロイ微粒子又はアロイ微粒子積層ポーラス構造を有するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置の電極として好適に使用することができる。カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、遷移金属微粉体混合物(アロイ成形物)がNiの微粉体と各種の遷移金属から選択されたNiの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されていない白金レスであり、電極を廉価に作ることができる。カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮するから、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。 The transition metal fine powder mixture is mainly composed of Ni (nickel) fine powder, and the composite work function of the work function of Ni and the work function of at least two types of transition metals other than Ni is the work function of the platinum group element. As an approximation, a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode in which transition metal fine powders of at least two other transition metals other than the fine powder of Ni are selected from various transition metals, the work function of Ni and At least two other types of transition metals excluding fine Ni powder from various transition metals so that the composite work function with the work function of at least two types of transition metals other than Ni approximates the work function of the platinum group element. Since the transition metal fine powder of the transition metal is selected, a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn having an alloy fine particle or an alloy fine particle laminated porous structure is used. The electrode has almost the same work function as an electrode containing a platinum group element, and can exhibit almost the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing a platinum group element. As an electrode of a fuel cell or a hydrogen gas generator, It can be suitably used. The carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode is made of a transition metal of a transition metal fine powder mixture (alloy molded product) of at least two types of transition metals other than Ni fine powder and Ni fine powder selected from various transition metals. It is made of fine powder and does not use expensive platinum group elements, and is platinum-free, so that electrodes can be manufactured at low cost. Since carbon nanotube electrodes or carbon nanohorn electrodes exhibit almost the same catalytic activity (catalysis) as electrodes containing platinum group elements, sufficient electricity can be generated in fuel cells by using the electrodes in fuel cells. Can supply sufficient electric energy to the load connected to the fuel cell, and can use the electrodes in a hydrogen gas generator to perform the electrolysis efficiently, and to produce a large amount of electricity in a short time. Hydrogen gas can be generated.
遷移金属微粉体混合物の全重量に対するNi(ニッケル)の微粉体の重量比が30%〜50%の範囲にあり、Niの微粉体を除く1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微粉体混合物の全重量に対する重量比が20%〜50%の範囲にあり、Niの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微粉体混合物の全重量に対する重量比が3%〜20%の範囲にあるカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、Niの仕事関数とNiを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からNiの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されているとともに、Niの微粉体の重量比やNiの微粉体を除く少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の重量比、Niの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の重量比を前記範囲にすることで、アロイ微粒子又はアロイ微粒子積層ポーラス構造を有するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。 The weight ratio of the fine powder of Ni (nickel) to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 30% to 50%, and the transition metal fine powder of the transition metal fine powder of one type of transition metal excluding the fine powder of Ni The weight ratio of the transition metal fine powder of at least one other transition metal excluding the Ni fine powder to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 20% to 50% with respect to the total weight of the body mixture. Is in the range of 3% to 20%, the composite work function of the work function of Ni and the work function of at least two types of transition metals other than Ni has a work function of a platinum group element. Is selected from among various transition metals, transition metal fine powders of at least two other transition metals excluding the fine powder of Ni are selected, and the weight ratio of the fine powder of Ni and The weight ratio of the transition metal fine powder of at least one type of transition metal excluding the fine powder of i and the weight ratio of the transition metal fine powder of at least one other type of transition metal excluding the fine powder of Ni are within the above ranges. A carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode having a porous structure of alloy fine particles or alloy fine particles has substantially the same work function as an electrode containing a platinum group element, and has substantially the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing a platinum group element. By using the electrodes in the fuel cell, sufficient electricity can be generated in the fuel cell, and sufficient electric energy can be supplied to the load connected to the fuel cell. By using the electrodes in a hydrogen gas generator, electrolysis can be performed efficiently and a large amount of hydrogen gas can be generated in a short time.
遷移金属微粉体混合物がFe(鉄)の微粉体を主成分とし、Feの仕事関数とFeを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からFeの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されているカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、Feの仕事関数とFeを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からFeの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されているから、アロイ微粒子又はアロイ微粒子積層ポーラス構造を有するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置の電極として好適に使用することができる。カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、遷移金属微粉体混合物(アロイ成形物)がFeの微粉体と各種の遷移金属から選択されたFeの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されていない白金レスであり、電極を廉価に作ることができる。カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮するから、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。 The transition metal fine powder mixture is mainly composed of fine powder of Fe (iron), and the composite work function of the work function of Fe and the work function of at least two types of transition metals other than Fe is the work function of the platinum group element. As an approximation, a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode in which transition metal fine powders of at least two other transition metals other than the fine powder of Fe are selected from various transition metals, the work function of Fe and At least two other types of transition metals excluding the fine powder of Fe so that the composite work function with the work function of at least two types of transition metals other than Fe approximates the work function of the platinum group element. Since the transition metal fine powder of the transition metal is selected, a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode having an alloy fine particle or an alloy fine particle laminated porous structure is used. It has substantially the same work function as an electrode containing a gold group element and can exhibit almost the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing a platinum group element, and is suitable as an electrode of a fuel cell or a hydrogen gas generator. Can be used. The carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode is made of a transition metal of a transition metal fine powder mixture (alloy molding) other than a fine powder of Fe and a fine powder of Fe selected from various transition metals except at least two types of transition metals. It is made of fine powder and does not use expensive platinum group elements, and is platinum-free, so that electrodes can be manufactured at low cost. Since carbon nanotube electrodes or carbon nanohorn electrodes exhibit almost the same catalytic activity (catalysis) as electrodes containing platinum group elements, sufficient electricity can be generated in fuel cells by using the electrodes in fuel cells. Can supply sufficient electric energy to the load connected to the fuel cell, and can use the electrodes in a hydrogen gas generator to perform the electrolysis efficiently, and to produce a large amount of electricity in a short time. Hydrogen gas can be generated.
遷移金属微粉体混合物の全重量に対するFe(鉄)の微粉体の重量比が30%〜50%の範囲にあり、Feの微粉体を除く1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微粉体混合物の全重量に対する重量比が20%〜50%の範囲にあり、Feの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微粉体混合物の全重量に対する重量比が3%〜20%の範囲にあるカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、Feの仕事関数とFeを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からFeの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されているとともに、Feの微粉体の重量比やFeの微粉体を除く少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の重量比、Feの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の重量比を前記範囲にすることで、アロイ微粒子又はアロイ微粒子積層ポーラス構造を有するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。 The weight ratio of the fine powder of Fe (iron) to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 30% to 50%, and the transition metal fine powder of the transition metal fine powder of one type of transition metal excluding the fine powder of Fe The weight ratio of the transition metal fine powder of at least one other transition metal excluding the Fe fine powder to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 20% to 50% with respect to the total weight of the body mixture. Is in the range of 3% to 20%, the combined work function of the work function of Fe and the work function of at least two types of transition metals other than Fe is a work function of a platinum group element. The transition metal fine powder of at least two other transition metals excluding the fine powder of Fe is selected from various transition metals, and the weight ratio of the fine powder of Fe and the Fe By setting the weight ratio of the transition metal fine powder of at least one type of transition metal excluding the powder and the weight ratio of the transition metal fine powder of at least one other transition metal excluding the fine powder of Fe to the above ranges, A carbon nanotube electrode or carbon nanohorn electrode having a porous structure of fine particles or alloy fine particles has substantially the same work function as an electrode containing a platinum group element and exhibits almost the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing a platinum group element. By using the electrode in a fuel cell, it is possible to generate sufficient electricity in the fuel cell, supply sufficient electric energy to a load connected to the fuel cell, and When used in a hydrogen gas generator, electrolysis can be performed efficiently, and a large amount of hydrogen gas can be generated in a short time.
遷移金属微粉体混合物がCu(銅)の微粉体を主成分とし、Cuの仕事関数とCuを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からCuの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されているカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、Cuの仕事関数とCuを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からCuの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されているから、アロイ微粒子又はアロイ微粒子積層ポーラス構造を有するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、燃料電池や水素ガス発生装置の電極として好適に使用することができる。カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、遷移金属微粉体混合物(アロイ成形物)がCuの微粉体と各種の遷移金属から選択されたCuの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されていない白金レスであり、電極を廉価に作ることができる。カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮するから、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。 The transition metal fine powder mixture contains Cu (copper) fine powder as a main component, and the composite work function of the work function of Cu and the work function of at least two types of transition metals other than Cu becomes the work function of the platinum group element. As an approximation, a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode in which transition metal fine powders of at least two other transition metals other than the fine powder of Cu are selected from various transition metals, the work function of Cu and At least two other types of transition metals excluding the fine powder of Cu from various transition metals so that the composite work function with the work function of at least two types of transition metals other than Cu approximates the work function of the platinum group element. Since the transition metal fine powder of the transition metal is selected, a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode having an alloy fine particle or an alloy fine particle laminated porous structure is used. It has substantially the same work function as an electrode containing a gold group element and can exhibit almost the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing a platinum group element, and is suitable as an electrode of a fuel cell or a hydrogen gas generator. Can be used. The carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode is made of a transition metal of a transition metal fine powder mixture (alloy molded product) other than at least two types of transition metals other than a fine powder of Cu and a fine powder of Cu selected from various transition metals. It is made of fine powder and does not use expensive platinum group elements, and is platinum-free, so that electrodes can be manufactured at low cost. Since carbon nanotube electrodes or carbon nanohorn electrodes exhibit almost the same catalytic activity (catalysis) as electrodes containing platinum group elements, sufficient electricity can be generated in fuel cells by using the electrodes in fuel cells. Can supply sufficient electric energy to the load connected to the fuel cell, and can use the electrodes in a hydrogen gas generator to perform the electrolysis efficiently, and to produce a large amount of electricity in a short time. Hydrogen gas can be generated.
遷移金属微粉体混合物の全重量に対するCu(銅)の微粉体の重量比が30%〜50%の範囲にあり、Cuの微粉体を除く1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微粉体混合物の全重量に対する重量比が20%〜50%の範囲にあり、Cuの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の遷移金属微粉体混合物の全重量に対する重量比が3%〜20%の範囲にあるカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、Cuの仕事関数とCuを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からCuの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されているとともに、Cuの微粉体の重量比やCuの微粉体を除く少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の重量比、Cuの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属の遷移金属微粉体の重量比を前記範囲にすることで、アロイ微粒子又はアロイ微粒子積層ポーラス構造を有するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。 The transition metal fine powder of the transition metal fine powder of one type of transition metal excluding the fine powder of Cu, wherein the weight ratio of the fine powder of Cu (copper) to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 30% to 50%. The weight ratio of the transition metal fine powder of at least one other transition metal excluding Cu fine powder to the total weight of the transition metal fine powder mixture is in the range of 20% to 50% with respect to the total weight of the body mixture. Is in the range of 3% to 20%, the combined work function of the work function of Cu and the work function of at least two types of transition metals other than Cu is a work function of a platinum group element. The transition metal fine powder of at least two other transition metals excluding the fine powder of Cu is selected from various transition metals, and the weight ratio of the fine powder of Cu and the Cu By setting the weight ratio of the transition metal fine powder of at least one type of transition metal excluding powder and the weight ratio of the transition metal fine powder of at least one other transition metal excluding the fine powder of Cu to the above ranges, A carbon nanotube electrode or carbon nanohorn electrode having a porous structure of fine particles or alloy fine particles has substantially the same work function as an electrode containing a platinum group element and exhibits almost the same catalytic activity (catalysis) as an electrode containing a platinum group element. By using the electrode in a fuel cell, it is possible to generate sufficient electricity in the fuel cell, supply sufficient electric energy to a load connected to the fuel cell, and When used in a hydrogen gas generator, electrolysis can be performed efficiently, and a large amount of hydrogen gas can be generated in a short time.
アロイ成形物において、選択された遷移金属のうちの少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が遷移金属微粉体混合物の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属の遷移金属微粉体をバインダーとしてそれら遷移金属の遷移金属微粉体が接合されているカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、遷移金属のうちの少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が溶融することでアロイ成形物を作ることができるとともに、アロイ成形物のアロイ微粒子を作ることができ、アロイ微粒子又はアロイ微粒子積層ポーラス構造を有するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を作ることができる。カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極は、アロイ微粒子又はアロイ微粒子積層ポーラス構造を有するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極が白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、電極を燃料電池に使用することで、燃料電池において十分な電気を発電することができ、燃料電池に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極を水素ガス発生装置に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。 In the alloy molded product, transition metal fine powder of at least two types of transition metals among the selected transition metals is melted at the time of firing the transition metal fine powder mixture, and the transition metal fine powder of the molten transition metal is used as a binder. The carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode to which the transition metal fine powder of the metal is joined can form an alloy molded product by melting the transition metal fine powder of at least two kinds of transition metals among the transition metals. In addition, alloy fine particles of an alloy molded product can be produced, and a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode having an alloy fine particle or an alloy fine particle laminated porous structure can be produced. A carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode has a work function that is substantially the same as an electrode containing a platinum group element, and a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode having an alloy fine particle or an alloy fine particle laminated porous structure is substantially the same as an electrode containing a platinum group element. The same catalytic activity (catalysis) can be exhibited, and by using the electrode in the fuel cell, sufficient electricity can be generated in the fuel cell, and sufficient electric energy can be supplied to the load connected to the fuel cell. By using the electrode in a hydrogen gas generator, the electrolysis can be performed efficiently, and a large amount of hydrogen gas can be generated in a short time.
本発明に係る電極製造方法によれば、各種の遷移金属から選択する少なくとも3種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも3種類の遷移金属を選択する遷移金属選択工程と、遷移金属選択工程によって選択された少なくとも3種類の遷移金属の遷移金属微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物を作る遷移金属微粉体混合物作成工程と、遷移金属微粉体混合物作成工程によって作られた遷移金属微粉体混合物を所定圧力で加圧して遷移金属微粉体圧縮物を作る遷移金属微粉体圧縮物作成工程と、遷移金属微粉体圧縮物作成工程によって作られた遷移金属微粉体圧縮物を所定温度で焼成してアロイ成形物を作るアロイ成形物作成工程と、カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンを生成し、アロイ成形物作成工程によって作られたアロイ成形物を蒸発させてカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面にアロイ成形物のアロイ微粒子を担持させるアロイ微粒子担持工程との各工程によってカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を作ることができるから、白金族元素を利用しない白金レスの電極を廉価に作ることができ、触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能であって優れた触媒活性(触媒作用)を有して燃料電池や水素ガス発生装置に好適に使用することが可能な白金レスの電極を作ることができる。 According to the electrode manufacturing method of the present invention, various transition metals are selected so that the composite work function of the work functions of at least three types of transition metals selected from various transition metals approximates the work function of the platinum group element. A transition metal selecting step of selecting at least three types of transition metals from the above, and a transition for producing a transition metal fine powder mixture in which transition metal fine powders of at least three types of transition metals selected in the transition metal selecting step are uniformly mixed and dispersed. A transition metal fine powder compressed product forming step of pressing the transition metal fine powder mixture produced by the transition metal fine powder mixture preparation process at a predetermined pressure to produce a transition metal fine powder compressed product; An alloy molded article producing step of firing the transition metal fine powder compact produced at the predetermined step at a predetermined temperature to produce an alloy molded article; An alloy fine particle supporting step of generating an alloy or a carbon nanohorn, and evaporating the alloy molded product formed in the alloy molded product forming step to support the alloy fine particles of the alloy molded product on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn. Since a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode can be made by each process, a platinum-less electrode that does not use a platinum group element can be made at a low cost, and the catalyst function can be used sufficiently and reliably. A platinum-less electrode having excellent catalytic activity (catalytic action) and suitable for use in fuel cells and hydrogen gas generators can be produced.
アロイ微粒子担持工程がカーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンの生成と同時にアロイ成形物を蒸発させ、アロイ成形物のアロイ微粒子をカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面に担持させる電極製造方法は、カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンを生成しつつアロイ成形物を蒸発させてカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面にアロイ成形物のアロイ微粒子を担持させるから、カーボンナノチューブの表面やカーボンナノホーンの表面にアロイ微粒子を均一に分散させた状態で担持させることができ、カーボンナノチューブやカーボンナノホーンの表面にアロイ微粒子を均一に担持させた白金レスの電極を廉価に作ることができ、触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能であって優れた触媒活性(触媒作用)を有して燃料電池や水素ガス発生装置に好適に使用することが可能な白金レスの電極を作ることができる。 The method for supporting an alloy fine particle evaporates an alloy molded product at the same time as the generation of carbon nanotubes or carbon nanohorns, and the method of manufacturing an electrode for supporting the alloy fine particles of the alloy molded product on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn is a carbon nanotube or carbon nanohorn. Since the alloy molded product was evaporated while generating the alloy fine particles of the alloy molded product on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn, the alloy fine particles were uniformly dispersed on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn. It is possible to make a platinum-less electrode in which alloy fine particles are uniformly supported on the surface of carbon nanotubes or carbon nanohorns at low cost, and it is possible to use the catalyst function sufficiently and reliably. It can be made of platinum-less electrode that can be suitably used for fuel cells and hydrogen gas generator has an excellent catalytic activity (catalytic).
遷移金属微粉体混合物作成工程が遷移金属選択工程によって選択された少なくとも3種類の遷移金属を10μm〜200μmの粒径に微粉砕する電極製造方法は、遷移金属を前記範囲の粒径に微粉砕することでアロイ成形物を作ることができるとともに、アロイ成形物のアロイ微粒子を担持させたアロイ微粒子又はアロイ微粒子積層ポーラス構造を有するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を作ることができ、触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能であって優れた触媒活性(触媒作用)を有して燃料電池や水素ガス発生装置に好適に使用することが可能な白金レスの電極を作ることができる。 The electrode manufacturing method in which the transition metal fine powder mixture preparation step pulverizes at least three kinds of transition metals selected in the transition metal selection step into a particle diameter of 10 μm to 200 μm, comprises pulverizing the transition metal to a particle diameter in the above range. In addition to making an alloy molded product by doing so, it is possible to produce an alloy fine particle carrying an alloy fine particle of the alloy molded product or a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode having an alloy fine particle laminated porous structure, and to have a sufficient catalytic function. It is possible to produce a platinum-less electrode that can be reliably used and has excellent catalytic activity (catalysis) and can be suitably used for a fuel cell or a hydrogen gas generator.
遷移金属微粉体圧縮物作成工程が遷移金属微粉体混合物作成工程によって作られた遷移金属微粉体混合物を500Mpa〜800Mpaの圧力で加圧して遷移金属微粉体圧縮物を作る電極製造方法は、遷移金属微粉体混合物を前記範囲の圧力で加圧(圧縮)することで、遷移金属微粉体圧縮物を作ることができ、その遷移金属微粉体圧縮物を焼成してアロイ成形物を作ることができるとともに、アロイ成形物のアロイ微粒子を担持させたアロイ微粒子又はアロイ微粒子積層ポーラス構造を有するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を作ることができ、触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能であって優れた触媒活性(触媒作用)を有して燃料電池や水素ガス発生装置に好適に使用することが可能な白金レスの電極を作ることができる。 The transition metal fine powder compact production step is a transition metal fine powder compact produced by the transition metal fine powder mixture production step, is pressurized at a pressure of 500 to 800 MPa to produce a transition metal fine powder compact. By pressing (compressing) the fine powder mixture at a pressure in the above range, a transition metal fine powder compact can be produced, and the transition metal fine powder compact can be fired to form an alloy molded product. It is possible to produce an alloy fine particle carrying an alloy fine particle of an alloy molded product or a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode having an alloy fine particle-laminated porous structure, and it is possible to utilize the catalytic function sufficiently and reliably. Platinum-less electrode that has suitable catalytic activity (catalysis) and can be suitably used for fuel cells and hydrogen gas generators Rukoto can.
アロイ成形物作成工程が遷移金属選択工程によって選択された遷移金属のうちの少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体を溶融させる温度で遷移金属微粉体圧縮物を焼成し、溶融した遷移金属の遷移金属微粉体をバインダーとしてそれら遷移金属の遷移金属微粉体を接合する電極製造方法は、遷移金属のうちの少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が溶融することでアロイ成形物を作ることができ、アロイ成形物のアロイ微粒子を担持させたアロイ微粒子又はアロイ微粒子積層ポーラス構造を有するカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を作ることができるとともに、触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能であって優れた触媒活性(触媒作用)を有して燃料電池や水素ガス発生装置に好適に使用することが可能な白金レスの電極を作ることができる。 The alloy molded article preparation step is performed by firing the transition metal fine powder compact at a temperature at which the transition metal fine powder of at least two types of transition metals selected from the transition metals selected in the transition metal selection step is melted. An electrode manufacturing method for joining transition metal fine powders of transition metals using transition metal fine powder as a binder is to form an alloy molded product by melting transition metal fine powders of at least two types of transition metals among the transition metals. It is possible to produce a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode having an alloy fine particle or an alloy fine particle-laminated porous structure carrying alloy fine particles of an alloy molded product, and it is possible to utilize the catalytic function sufficiently and reliably. Has excellent catalytic activity (catalysis) and is suitable for use in fuel cells and hydrogen gas generators Door can make the platinum-less of the electrode as possible.
アロイ微粒子担持工程がカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を0.03mm〜0.3mmの範囲の厚み寸法に成形し、カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンの表面から外側へ向かって重なり合うアロイ微粒子によってアロイ微粒子積層ポーラス構造を形成する電極製造方法は、アロイ成形物を蒸発させてカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面にアロイ微粒子積層ポーラス構造を形成することができ、アロイ粉体の比表面積を大きくしたアロイ粉体積層ポーラス構造物を有する白金レスのカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極を作ることができる。電極製造方法は、電極の厚み寸法を前記範囲にすることで、電極の電気抵抗を小さくすることができ、電流をスムースに流すことが可能な白金レスの電極を作ることができる。 The alloy fine particle laminating step forms a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode to a thickness in the range of 0.03 mm to 0.3 mm, and the alloy fine particle laminated porous structure is formed by alloy fine particles overlapping outward from the surface of the carbon nanotube or carbon nanohorn. The method for producing an electrode is capable of forming an alloy fine particle laminated porous structure on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn by evaporating the alloy molded product, and increasing the specific surface area of the alloy powder. A platinum-less carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode having a porous structure can be produced. According to the electrode manufacturing method, by setting the thickness of the electrode in the above range, the electric resistance of the electrode can be reduced, and a platinum-less electrode capable of flowing a current smoothly can be manufactured.
一例として示すカーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bの斜視図である図1等の添付の図面を参照し、本発明に係るカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極の詳細を説明すると、以下のとおりである。なお、図2は、一例として示すカーボンナノチューブ電極10A又はカーボンナノホーン電極10Aの部分拡大正面図であり、図3は、アロイ微粒子19を担持した一例として示すカーボンナノチューブ15の概念図である。図4は、アロイ微粒子19を担持した一例として示すカーボンナノホーン16の概念図である。図1では、厚み方向を矢印Xで示し、径方向を矢印Yで示す。
The details of the carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings such as FIG. It is as follows. 2 is a partially enlarged front view of the
カーボンナノチューブ電極10A又はカーボンナノホーン電極10Aは、アノード(陽極)又はカソード(陰極)として使用され、燃料電池24の電極10A(触媒)(図10参照)や水素ガス発生装置37の電極10A(触媒)(図13参照)として利用される。カーボンナノチューブ電極10A又はカーボンナノホーン電極10Aは、前面11及び後面12を有するとともに、所定面積及び所定の厚み寸法L1を有し、その平面形状が四角形に成形されている。なお、カーボンナノチューブ電極10A又はカーボンナノホーン電極10A(カーボンナノチューブ電極10B又はカーボンナノホーン電極10Bを含む)の平面形状に特に制限はなく、四角形の他に、その用途にあわせて円形や楕円形、多角形等の他のあらゆる平面形状に成形することができる。
The
カーボンナノチューブ電極10A又はカーボンナノホーン電極10Aは、アロイ成形物52(合金成形物)のアロイ微粒子19(合金微粒子)と、所定面積の金属電極薄板13又は所定面積のカーボン電極薄板14と、金属電極薄板13又はカーボン電極薄板14と、所定面積のカーボンナノチューブ15の凝集体17(凝集板)又は所定面積のカーボンナノホーン16の凝集体18(凝集板)とから形成されている。アロイ成形物52(合金成形物)(図14参照)は、粉状に加工(微粉砕)された各種の遷移金属48から選択された少なくとも3種類の遷移金属48の遷移金属微粉体49を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50(図14参照)を圧縮した後に焼成(焼結)することから作られている。
The
なお、アロイ成形物52(合金成形物)を微粉砕して粒径が10μm〜200μmのアロイ微粉体53(合金微粉体)(図14参照)とし、カーボンナノチューブ電極10A又はカーボンナノホーン電極10Aがアロイ微粉体53のアロイ微粒子19(合金微粒子)と、所定面積の金属電極薄板13又は所定面積のカーボン電極薄板14と、所定面積のカーボンナノチューブ15の凝集体17(凝集板)又は所定面積のカーボンナノホーン16の凝集体18(凝集板)とから形成される場合がある。
The alloy molded product 52 (alloy molded product) is finely pulverized into an alloy fine powder 53 (alloy fine powder) having a particle size of 10 μm to 200 μm (see FIG. 14), and the
遷移金属48としては、3d遷移金属や4d遷移金属が使用される。3d遷移金属には、Ti(チタン)、Cr(クロム)、Mn(マンガン)、Fe(鉄)、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Zn(亜鉛)が使用される。4d遷移金属には、Nb(ニオブ)、Mo(モリブデン)、Ag(銀)が使用される。遷移金属48の遷移金属微粉体49には、粉状に加工(微粉砕)されたTi(チタン)微粉体、粉状に加工(微粉砕)されたCr(クロム)微粉体、粉状に加工(微粉砕)されたMn(マンガン)微粉体、粉状に加工(微粉砕)されたFe(鉄)微粉体、粉状に加工(微粉砕)されたCo(コバルト)微粉体、粉状に加工(微粉砕)されたNi(ニッケル)微粉体、粉状に加工(微粉砕)されたCu(銅)微粉体、粉状に加工(微粉砕)されたZn(亜鉛)微粉体、粉状に加工(微粉砕)されたNb(ニオブ)微粉体、粉状に加工(微粉砕)されたMo(モリブデン)微粉体、粉状に加工されたAg(銀)微粉体が使用される。
As the
Tiの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたTi)やCrの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたCr)、Mnの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたMn)、Feの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたFe)、Coの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたCo)、Niの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたNi)、Cuの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたCu)、Znの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたZn)、Nbの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたNb)、Moの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたMo)、Agの微粉体(粉状に加工(微粉砕)されたAg)は、それらの粒径が10μm〜200μmの範囲にある。 Fine powder of Ti (Ti processed into a powder (finely pulverized)), fine powder of Cr (Cr processed into a powder (fine pulverized)), and fine powder of Mn (processed into a powder (pulverized)) Mn), fine powder of Fe (Fe that has been processed (pulverized) into powder), fine powder of Co (Co that has been processed (pulverized) into powder), and fine powder of Ni (processed into powder ( Ni) finely pulverized), fine powder of Cu (Cu finely processed (finely pulverized)), fine powder of Zn (Zn finely processed (finely pulverized)), fine powder of Nb (powder Nb processed into a shape (finely pulverized), Mo fine powder (Mo processed into a fine powder (finely pulverized)), and Ag fine powder (Ag processed into a powder shape (finely pulverized)) Is in the range of 10 μm to 200 μm.
遷移金属微粉体混合物50(アロイ成形物52)では、選択された少なくとも3種類の遷移金属48の仕事関数(物質から電子を取り出すのに必要なエネルギー)の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、遷移金属48の中から少なくとも3種類の遷移金属48が選択されている。Tiの仕事関数は、4.14(eV)、Crの仕事関数は、4.5(eV)、Mnの仕事関数は、4.1(eV)、Feの仕事関数は、4.67(eV)、Coの仕事関数は、5.0(eV)、Niの仕事関数は、5.22(eV)、Cuの仕事関数は、5.10(eV)、Znの仕事関数は、3.63(eV)、Nbの仕事関数は、4.01(eV)、Moの仕事関数は、4.45(eV)、Agの仕事関数は、4.31(eV)である。なお、白金の仕事関数は、5.65(eV)である。
In the transition metal fine powder mixture 50 (alloy molding 52), the work function of at least three kinds of selected transition metals 48 (energy required to extract electrons from a substance) is a work function of a platinum group element. , At least three types of
遷移金属微粉体混合物50の一例としては、粉状に加工(微粉砕)されたNi(ニッケル)の微粉体を主成分とし、Niの微粉体とNiを除く粉状に加工(微粉砕)されたその他の少なくとも2種類の遷移金属48(粉状のTi(チタン)、粉状のCr(クロム)、粉状のMn(マンガン)、粉状のFe(鉄)、粉状のCo(コバルト)、粉状のCu(銅)、粉状のZn(亜鉛)、粉状のNb(ニオブ)、粉状のMo(モリブデン)、粉状のAg(銀)のうちの少なくとも2種類)の遷移金属微粉体49とを均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50である。
As an example of the transition metal
主成分となるNi(ニッケル)の微粉体とNiを除く他の少なくとも2種類の遷移金属48の遷移金属微粉体49とを混合した遷移金属微粉体混合物50は、Niの仕事関数とNiを除く他の少なくとも2種類の遷移金属48の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属48の中からNiの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属48の遷移金属微粉体49が選択されている。
A transition metal
Niの微粉体を主成分としたアロイ成形物52では、選択された遷移金属48のうちの少なくとも2種類の遷移金属48の遷移金属微粉体49が遷移金属微粉体混合物50の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属48の遷移金属微粉体49をバインダーとしてそれら遷移金属48の遷移金属微粉体49が接合されている。なお、Niを主成分としたアロイ成形物52を微粉砕して作られたアロイ微粉体53は、Niの微粉体を主成分とした遷移金属微粉体混合物50を圧縮した後に焼成することから作られたアロイ成形物53を微粉砕した粒径が10μm〜200μmの微粉砕物である。
In the alloy molded
Ni(ニッケル)の微粉体を主成分とした遷移金属微粉体混合物50では、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するNiの微粉体の重量比が30%〜50%の範囲にあり、Niの微粉体を除く1種類の遷移金属48の遷移金属微粉体49(Ti(チタン)微粉体、Cr(クロム)微粉体、Mn(マンガン)微粉体、Fe(鉄)微粉体、Co(コバルト)微粉体、Cu(銅)微粉体、Zn(亜鉛)微粉体、Nb(ニオブ)微粉体、Mo(モリブデン)微粉体、Ag(銀)微粉体のうちの少なくとも1種類)の遷移金属微粉体混合物50の全重量に対する重量比が20%〜50%の範囲にあり、Niの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属48の遷移金属微粉体49(Ti(チタン)微粉体、Cr(クロム)微粉体、Mn(マンガン)微粉体、Fe(鉄)微粉体、Co(コバルト)微粉体、Cu(銅)微粉体、Zn(亜鉛)微粉体、Nb(ニオブ)微粉体、Mo(モリブデン)微粉体、Ag(銀)微粉体のうちの他の少なくとも1種類)の遷移金属微粉体混合物50の全重量に対する重量比が3%〜20%の範囲にある。
In the transition metal
Ni(ニッケル)を主成分としたアロイ成形物52の具体例としては、Niの微粉体、Cuの微粉体、ZNの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した後に焼成したアロイ成形物52である。また、Niを主成分としたアロイ微粉体52(Niを主成分とした合金微粉体)の具体例としては、Niの微粉体、Cuの微粉体、ZNの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した後に焼成してアロイ成形物52を作り、そのアロイ成形物52を微粉砕した粒径が10μm〜200μmの微粉砕物である。
As a specific example of the alloy molded
このアロイ成形物52(アロイ微粉体)は、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するNiの微粉体の重量比が48%、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するCuの微粉体の重量比が42%、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するZnの微粉体の重量比が10%である。Niの融点が1455℃、Cuの融点が1084.5℃、Znの融点が419.85℃であるから、Znの微粉体及びCuの微粉体が溶融し、溶融したZn及びCuの微粉体がバインダーとなってNiの微粉体を接合している。
In the alloy molded product 52 (alloy fine powder), the weight ratio of the Ni fine powder to the total weight of the transition metal
Ni(ニッケル)を主成分としたアロイ成形物の他の具体例としては、Niの微粉体、Mnの微粉体、Moの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した後に焼成したアロイ成形物52である。また、Niを主成分としたアロイ微粉体52(Niを主成分とした合金微粉体)の他の具体例としては、Niの微粉体、Mnの微粉体、Moの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した後に焼成してアロイ成形物52を作り、そのアロイ成形物52を微粉砕した粒径が10μm〜200μmの微粉砕物である。
As another specific example of an alloy molded product mainly containing Ni (nickel), a transition metal
このアロイ成形物52(アロイ微粉体)は、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するNiの微粉体の重量比が48%、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するMnの微粉体の重量比が7%、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するMoの微粉体の重量比が45%である。Niの融点が1455℃、Mnの融点が1246℃、Moの融点が2623℃であるから、Mnの微粉体及びNiの微粉体が溶融し、溶融したMn及びNiの微粉体がバインダーとなってMoの微粉体を接合している。
In the alloy molded product 52 (alloy fine powder), the weight ratio of the Ni fine powder to the total weight of the transition metal
遷移金属微粉体混合物50の他の一例としては、粉状に加工(微粉砕)されたFe(鉄)の微粉体を主成分とし、Feの微粉体とFeを除く粉状に加工(微粉砕)されたその他の少なくとも2種類の遷移金属48(粉状のTi(チタン)、粉状のCr(クロム)、粉状のMn(マンガン)、粉状のCo(コバルト)、粉状のNi(ニッケル)、粉状のCu(銅)、粉状のZn(亜鉛)、粉状のNb(ニオブ)、粉状のMo(モリブデン)、粉状のAg(銀)のうちの少なくとも2種類)の遷移金属微粉体49とを均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50である。
As another example of the transition metal
主成分となるFe(鉄)の微粉体とFeを除く他の少なくとも2種類の遷移金属48の遷移金属微粉体49とを混合した遷移金属微粉体混合物50は、Feの仕事関数とFeを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属48の中からFeの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属48の遷移金属微粉体49が選択されている。
A transition metal fine-
Feの微粉体を主成分としたアロイ成形物52では、選択された遷移金属48のうちの少なくとも2種類の遷移金属48の遷移金属微粉体49が遷移金属微粉体混合物49の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属48の遷移金属微粉体49をバインダーとしてそれら遷移金属48の遷移金属微粉体49が接合されている。なお、Feを主成分としたアロイ成形物52を微粉砕して作られたアロイ微粉体53は、Feの微粉体を主成分とした遷移金属微粉体混合物50を圧縮した後に焼成することから作られたアロイ成形物52を微粉砕した粒径が10μm〜200μmの微粉砕物である。
In the
Fe(鉄)の微粉体を主成分とした遷移金属微粉体混合物50では、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するFeの微粉体の重量比が30%〜50%の範囲にあり、Feの微粉体を除く1種類の遷移金属48の遷移金属微粉体49(Ti(チタン)微粉体、Cr(クロム)微粉体、Mn(マンガン)微粉体、Co(コバルト)微粉体、Ni(ニッケル)微粉体、Cu(銅)微粉体、Zn(亜鉛)微粉体、Nb(ニオブ)微粉体、Mo(モリブデン)微粉体、Ag(銀)微粉体のうちの少なくとも1種類)の遷移金属微粉体混合物50の全重量に対する重量比が20%〜50%の範囲にあり、Feの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属48の遷移金属微粉体49(Ti(チタン)微粉体、Cr(クロム)微粉体、Mn(マンガン)微粉体、Co(コバルト)微粉体、Ni(ニッケル)微粉体、Cu(銅)微粉体、Zn(亜鉛)微粉体、Nb(ニオブ)微粉体、Mo(モリブデン)微粉体、Ag(銀)微粉体のうちの他の少なくとも1種類)の遷移金属微粉体混合物50の全重量に対する重量比が3%〜20%の範囲にある。
In the transition metal
Fe(鉄)を主成分としたアロイ成形物52の具体例としては、Feの微粉体、Niの微粉体、Cuの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した後に焼成したアロイ成形物52である。また、Fe(鉄)を主成分としたアロイ微粉体52(Feを主成分とした合金微粉体)の具体例としては、Feの微粉体、Niの微粉体、Cuの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した後に焼成してアロイ成形物52を作り、そのアロイ成形物52を微粉砕した粒径が10μm〜200μmの微粉砕物である。
As a specific example of the alloy molded
このアロイ成形物52(アロイ微粉体)は、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するFeの微粉体の重量比が48%、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するNiの微粉体の重量比が48%、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するCuの微粉体の重量比が4%である。Feの融点が1536℃、Niの融点が1455℃、Cuの融点が1084.5℃であるから、Cuの微粉体及びNiの微粉体が溶融し、溶融したCu及びNiの微粉体がバインダーとなってFeの微粉体を接合している。
In this alloy molded product 52 (alloy fine powder), the weight ratio of the fine Fe powder to the total weight of the transition metal
Fe(鉄)を主成分としたアロイ成形物52の他の具体例としては、Feの微粉体、Tiの微粉体、Agの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した後に焼成したアロイ成形物52である。また、Feを主成分としたアロイ微粉体53(Feを主成分とした合金微粉体)の他の具体例としては、Feの微粉体、Tiの微粉体、Agの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した後に焼成してアロイ成形物52を作り、そのアロイ成形物52を微粉砕した粒径が10μm〜200μmの微粉砕物である。
As another specific example of the alloy molded
このアロイ成形物52(アロイ微粉体)は、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するFeの微粉体の重量比が48%、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するTiの微粉体の重量比が46%、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するAgの微粉体の重量比が6%である。Feの融点が1536℃、Tiの融点が1666℃、Agの融点が961.93℃であるから、Agの微粉体及びFeの微粉体が溶融し、溶融したAg及びFeの微粉体がバインダーとなってTiの微粉体を接合している。
In the alloy molded product 52 (alloy fine powder), the weight ratio of the fine Fe powder to the total weight of the transition metal
遷移金属微粉体混合物50の他の一例としては、粉状に加工(微粉砕)されたCu(銅)の微粉体を主成分とし、Cuの微粉体とCuを除く粉状に加工(微粉砕)されたその他の少なくとも2種類の遷移金属48(粉状のTi(チタン)、粉状のCr(クロム)、粉状のMn(マンガン)、粉状のFe(鉄)、粉状のCo(コバルト)、粉状のNi(ニッケル)、粉状のZn(亜鉛)、粉状のNb(ニオブ)、粉状のMo(モリブデン)、粉状のAg(銀)のうちの少なくとも2種類)の遷移金属微粉体49とを均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50である。
As another example of the transition metal
主成分となるCu(銅)の微粉体とCuを除く他の少なくとも2種類の遷移金属48の遷移金属微粉体49とを混合した遷移金属微粉体混合物50は、Cuの仕事関数とCuを除く他の少なくとも2種類の遷移金属48の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属48の中からCuの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属48の遷移金属微粉体49が選択されている。
A transition metal
Cuの微粉体を主成分としたアロイ成形物52では、選択された遷移金属48のうちの少なくとも2種類の遷移金属48の遷移金属微粉体49が遷移金属微粉体混合物50の焼成時に溶融し、溶融した遷移金属48の遷移金属微粉体49をバインダーとしてそれら遷移金属48の遷移金属微粉体49が接合されている。なお、Cuを主成分としたアロイ成形物52を微粉砕して作られたアロイ微粉体53は、Cuの微粉体を主成分とした遷移金属微粉体混合物50を圧縮した後に焼成することから作られたアロイ成形物53を微粉砕した粒径が10μm〜200μmの微粉砕物である。
In the alloy molded
Cu(銅)の微粉体を主成分とした遷移金属微粉体混合物50では、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するCuの微粉体の重量比が30%〜50%の範囲にあり、Cuの微粉体を除く1種類の遷移金属48の遷移金属微粉体49(Ti(チタン)微粉体、Cr(クロム)微粉体、Mn(マンガン)微粉体、Fe(鉄)微粉体、Co(コバルト)微粉体、Ni(ニッケル)微粉体、Zn(亜鉛)微粉体、Nb(ニオブ)微粉体、Mo(モリブデン)微粉体、Ag(銀)微粉体のうちの少なくとも1種類)の遷移金属微粉体混合物50の全重量に対する重量比が20%〜50%の範囲にあり、Cuの微粉体を除く他の少なくとも1種類の遷移金属48の遷移金属微粉体49(Ti(チタン)微粉体、Cr(クロム)微粉体、Mn(マンガン)微粉体、Fe(鉄)微粉体、Co(コバルト)微粉体、Ni(ニッケル)微粉体、Zn(亜鉛)微粉体、Nb(ニオブ)微粉体、Mo(モリブデン)微粉体、Ag(銀)微粉体のうちの他の少なくとも1種類)の遷移金属微粉体混合物50の全重量に対する重量比が3%〜20%の範囲にある。
In the transition metal
Cu(銅)を主成分としたアロイ成形物52の具体例としては、Cuの微粉体、Feの微粉体、Znの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した後に焼成したアロイ成形物52である。また、Cu(銅)を主成分としたアロイ微粉体53(Cuを主成分とした合金微粉体)の具体例としては、Cuの微粉体、Feの微粉体、Znの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した後に焼成してアロイ成形物52を作り、そのアロイ成形物52を微粉砕した粒径が10μm〜200μmの微粉砕物である。
As a specific example of the alloy molded
このアロイ成形物52(アロイ微粉体53)は、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するCuの微粉体の重量比が48%、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するFeの微粉体の重量比が48%、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するZnの微粉体の重量比が4%である。Cuの融点が1084.5℃、Feの融点が1536℃、Znの融点が419.58℃であるから、Znの微粉体及びCuの微粉体が溶融し、溶融したZn及びCuの微粉体がバインダーとなってFeの微粉体を接合している。
In the alloy molded product 52 (alloy fine powder 53), the weight ratio of the Cu fine powder to the total weight of the transition metal
Cu(銅)を主成分としたアロイ成形物52の他の具体例としては、Cuの微粉体、Feの微粉体、Agの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した後に焼成したアロイ成形物52である。また、Cuを主成分としたアロイ微粉体53(Cuを主成分とした合金微粉体)の他の具体例としては、Cuの微粉体、Feの微粉体、Agの微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した後に焼成してアロイ成形物52を作り、そのアロイ成形物52を微粉砕した粒径が10μm〜200μmの微粉砕物である。
As another specific example of the alloy molded
このアロイ成形物52(アロイ微粉体53)は、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するCuの微粉体の重量比が48%、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するFeの微粉体の重量比が46%、遷移金属微粉体混合物50の全重量に対するAgの微粉体の重量比が6%である。Cuの融点が1084.5℃、Feの融点が1536℃、Agの融点が961.93℃であるから、Agの微粉体及びCuの微粉体が溶融し、溶融したAg及びCuの微粉体がバインダーとなってFeの微粉体を接合している。
In the alloy molded product 52 (alloy fine powder 53), the weight ratio of the Cu fine powder to the total weight of the transition metal
金属電極薄板13は、前面及び後面を有するとともに、所定面積及び0.02〜0.2mmの厚み寸法を有する。金属電極薄板13は、導電性の金属(銀や銅、鉄、又は、導電性の合金)を薄板状に成形したものであり、その平面形状が四角形に成形されている。金属電極薄板13には、気体や液体が通流する微細な多数の流路(微細貫通孔)が形成されている。なお、金属電極薄板13の平面形状に特に制限はなく、四角形の他に、円形や楕円形、多角形等の他のあらゆる平面形状に成形することができる。
The metal electrode
カーボン電極薄板14は、前面及び後面を有するとともに、所定面積及び0.02〜0.2mmの厚み寸法を有し、その平面形状が四角形に成形されている。カーボン電極薄板14には、気体や液体が通流する微細な多数の流路(微細貫通孔)が形成されている。なお、カーボン電極板14の平面形状に特に制限はなく、四角形の他に、円形や楕円形、多角形等の他のあらゆる平面形状に成形することができる。
The carbon electrode
カーボン電極薄板14の一例としては、数μm〜数10μmのカーボングラファイト(黒鉛)粉末と導電性バインダー(導電性結合材)とを冷間静水圧プレスによって成形した後、約3000℃で黒鉛化したシート状の電極材を使用する。カーボン電極薄板14の他の一例としては、数μm〜数10μmのカーボングラファイト(黒鉛)粉末と導電性バインダー(導電性結合材)とを押出型から押し出し成形した後、約3000℃で黒鉛化したシート状の電極材を使用する。カーボン電極薄板14としては、ガラス状カーボンを使用することもできる。
As an example of the carbon electrode
カーボンナノチューブ15の凝集体17は、微細な多数の流路(微細貫通孔)が形成された金属電極薄板13の両面(前後面)に固着(成長)し、又は、微細な多数の流路(微細貫通孔)が形成されたカーボン電極薄板14の両面(前後面)に固着(成長)している。カーボンナノチューブ15の表面には、図3に示すように、アロイ成形物のアロイ微粒子19(アロイ成形物を蒸発させたアロイ微粒子19)又はアロイ成形物を微粉砕したアロイ微粉体のアロイ微粒子19(アロイ微粉体を蒸発させたアロイ微粒子19)が満遍なく均一に分散した状態で担持されている。アロイ微粒子19を担持したカーボンナノチューブ15には、気体や液体が通流する多数の微細な開口が形成されている。
The aggregates 17 of the
カーボンナノホーン16の凝集体18は、微細な多数の流路(微細貫通孔)が形成された金属電極薄板13の両面(前後面)に固着(成長)し、又は、微細な多数の流路(微細貫通孔)が形成されたカーボン電極薄板14の両面(前後面)に固着(成長)している。カーボンナノホーン16の表面には、図4に示すように、アロイ成形物のアロイ微粒子19(アロイ成形物を蒸発させたアロイ微粒子19)又はアロイ成形物を微粉砕したアロイ微粉体のアロイ微粒子19(アロイ微粉体を蒸発させたアロイ微粒子19)が満遍なく均一に分散した状態で担持されている。アロイ微粒子19を担持したカーボンナノホーン16には、気体や液体が通流する多数の微細な開口が形成されている。
The aggregates 18 of the
カーボンナノチューブ電極10A(カーボンナノチューブ15の凝集体17)又はカーボンナノホーン電極10A(カーボンナノホーン16の凝集体18)は、その厚み寸法L1が0.03mm〜0.3mmの範囲、好ましくは、0.05mm〜0.1mmの範囲にある。カーボンナノチューブ電極10A又はカーボンナノホーン電極10Aの厚み寸法L1が0.03mm未満では、その強度が低下し、衝撃が加えられたときに電極10Aが容易に破損又は損壊し、その形状を維持することができない場合がある。カーボンナノチューブ電極10A又はカーボンナノホーン電極10Aの厚み寸法L1が0.3mmを超過すると、電極10Aの電気抵抗が大きくなり、電極10Aに電流がスムースに流れず、電極10Aが燃料電池24に使用されたときに燃料電池24において十分な電気を発電することができず、燃料電池24に接続された負荷に十分な電気エネルギーを供給することができない。また、電極10Aが水素ガス発生装置37に使用されたときに電気分解を効率よく行うことができず、水素ガス発生装置37において短時間に多量の水素ガスを発生させることができない。
The
カーボンナノチューブ電極10A(カーボンナノチューブ15の凝集体17)又はカーボンナノホーン電極10A(カーボンナノホーン16の凝集体18)は、その厚み寸法L1が0.03mm〜0.3mmの範囲、好ましくは、0.05mm〜0.1mmの範囲にあるから、電極10Aが高い強度を有してその形状を維持することができ、電極10Aに衝撃が加えられたときの電極10Aの破損や損壊を防ぐことができる。さらに、厚み寸法L1を前記範囲にすることで、カーボンナノチューブ電極10A又はカーボンナノホーン電極10Aの電気抵抗を小さくすることができ、電極10Aに電流がスムースに流れ、電極10Aが燃料電池24に使用されたときに燃料電池24において十分な電気を発電することができ、燃料電池24に接続された負荷36に十分な電気エネルギーを供給することができる。また、電極10Aが水素ガス発生装置37に使用されたときに電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置37において短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。
The
図5は、他の一例として示すカーボンナノチューブ電極10B又はカーボンナノホーン電極10Bの部分拡大正面図であり、図6は、アロイ微粒子19を担持した他の一例として示すカーボンナノチューブ15の概念図である。図7は、アロイ微粒子19を担持した他の一例として示すカーボンナノホーン16の概念図である。
FIG. 5 is a partially enlarged front view of a
図5に示すカーボンナノチューブ電極10B又はカーボンナノホーン電極10Bが図2の電極10Aと異なるところは、カーボンナノチューブ15の表面から外側へ向かって重なり合うアロイ微粒子19によってアロイ微粒子積層ポーラス構造20がカーボンナノチューブ15の表面に形成されている点、カーボンナノホーン16の表面から外側へ向かって重なり合うアロイ微粒子19によってアロイ微粒子積層ポーラス構造20がカーボンナノホーン16の表面に形成されている点にあり、その他の構成は図2のカーボンナノチューブ電極10A又はカーボンナノホーン電極10Aのそれらと同一であるから、図2と同一の符号を付すとともに、図2の電極10Aの説明を援用することで、この電極10Bのその他の構成の詳細な説明は省略する。
The difference between the
カーボンナノチューブ電極10B又はカーボンナノホーン電極10Bは、図2の電極10Aと同様に、アノード(陽極)又はカソード(陰極)として使用され、燃料電池24の電極10B(触媒)(図10参照)や水素ガス発生装置37の電極10B(触媒)(図13参照)として利用される。カーボンナノチューブ電極10B又はカーボンナノホーン電極10Bは、前面11及び後面12を有するとともに、所定の面積及び所定の厚み寸法L1を有し、その平面形状が四角形に成形されている。
The
カーボンナノチューブ電極10B又はカーボンナノホーン電極10Bは、アロイ成形物52(合金成形物)のアロイ微粒子19(合金微粒子)と、所定面積の金属電極薄板13又は所定面積のカーボン電極薄板14と、所定面積のカーボンナノチューブ15の凝集体17(凝集板)又は所定面積のカーボンナノホーン16の凝集体18(凝集板)とから形成されている。なお、カーボンナノチューブ電極10B又はカーボンナノホーン電極10Bがアロイ成形物52を微粉砕した粒径が10μm〜200μmのアロイ微粉体53(合金微粉体)のアロイ微粒子19(合金微粒子)と、所定面積の金属電極薄板13又は所定面積のカーボン電極薄板14と、所定面積のカーボンナノチューブ15の凝集体17(凝集板)又は所定面積のカーボンナノホーン16の凝集体18(凝集板)とから形成される場合がある。
The
カーボンナノチューブ15の凝集体17は、厚み寸法が0.02〜0.2mmであって微細な多数の流路(微細孔)が形成された金属電極薄板13の両面(前後面)に固着し、又は、厚み寸法が0.02〜0.2mmであって微細な多数の流路(微細孔)が形成されたカーボン電極薄板14の両面(前後面)に固着している。カーボンナノチューブ15の表面には、図6に示すように、アロイ成形物52のアロイ微粒子19(アロイ成形物52を蒸発させたアロイ微粒子19)又はアロイ成形物52を微粉砕したアロイ微粉体53のアロイ微粒子19(アロイ微粉体53を蒸発させたアロイ微粒子19)が担持され、カーボンナノチューブ15の表面から外側へ向かって重なり合うそれらアロイ微粒子19によってアロイ微粒子積層ポーラス構造20が形成されている。
The aggregates 17 of the
カーボンナノホーン16の凝集体18は、厚み寸法が0.02〜0.2mmであって微細な多数の流路(微細孔)が形成された金属電極薄板13の両面(前後面)に固着し、又は、厚み寸法が0.02〜0.2mmであって微細な多数の流路(微細孔)が形成されたカーボン電極薄板14の両面(前後面)に固着している。カーボンナノホーン16の表面には、図7に示すように、アロイ成形物52のアロイ微粒子19(アロイ成形物52を蒸発させたアロイ微粒子19)又はアロイ成形物52を微粉砕したアロイ微粉体53のアロイ微粒子19(アロイ微粉体53を蒸発させたアロイ微粒子19)が担持され、カーボンナノホーン16の表面から外側へ向かって重なり合うそれらアロイ微粒子19によってアロイ微粒子積層ポーラス構造20が形成されている。
The aggregate 18 of the
アロイ微粉体53(合金微粉体)は、アロイ成形物52(合金成形物)を微粉砕することから作られている。アロイ成形物52は、粉状に加工(微粉砕)された各種の遷移金属48から選択された少なくとも3種類の遷移金属微粉体49を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した後に焼成(焼結)することから作られている。遷移金属48や遷移金属微粉体混合物50、アロイ成形物52、アロイ微粉体53は、図2の電極10Aのそれらと同一である。遷移金属微粉体49の粒径やアロイ微粉体53の粒径、電極10Bの厚み寸法L1は、図2の電極10Aのそれらと同一である。
The alloy fine powder 53 (alloy fine powder) is made by finely pulverizing the alloy molded product 52 (alloy molded product). The alloy molded
アロイ微粒子積層ポーラス構造20には、径が異なる多数の微細な流路21(通路孔)が形成されている。それら流路21(通路孔)には、気体(水素ガスや酸素ガス)または液体(水)が通流する。それら流路21(通路孔)は、カーボンナノチューブ電極10B又はカーボンナノホーン電極10Bの前面11の側に開口する複数の通流口22と電極10Bの後面12の側に開口する複数の通流口22とを有し、カーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16に向かってアロイ微粒子積層ポーラス構造20を貫通している。それら流路21は、アロイ微粒子積層ポーラス構造20の様々な方向(厚み方向や縦横方向)へ不規則に曲折しながら延びている。それら流路21は、アロイ微粒子積層ポーラス構造20の内部において部分的につながり、一方の流路21と他方の流路21とが互いに連通している。それら流路21(通路孔)の開口面積(開口径)は、アロイ微粒子積層ポーラス構造20の内部において一様ではなく、不規則に変化している。
A large number of fine channels 21 (passage holes) having different diameters are formed in the porous alloy particle laminated
アロイ微粒子積層ポーラス構造20は、その空隙率が15%〜30%の範囲にあり、その相対密度が70%〜85%の範囲にある。アロイ微粒子積層ポーラス構造20の空隙率が15%未満であって相対密度が85%を超過すると、アロイ微粒子積層ポーラス構造20に多数の微細な流路21(通路孔)が形成されず、アロイ微粒子積層ポーラス構造20の比表面積を大きくすることができない。アロイ微粒子積層ポーラス構造20の空隙率が30%を超過し、相対密度が70%未満では、流路21(通路孔)の開口面積(開口径)が必要以上に大きくなり、アロイ微粒子積層ポーラス構造20の強度が低下し、衝撃が加えられたときにアロイ微粒子積層ポーラス構造20が容易に破損又は損壊し、その形態を維持することができない場合がある。
The porosity of the alloy fine particle laminated
アロイ微粒子積層ポーラス構造20は、その空隙率及び相対密度が前記範囲にあるから、アロイ微粒子積層ポーラス構造20が開口面積(開口径)の異なる多数の微細な流路21(通路孔)を有し、アロイ微粒子積層ポーラス構造20の比表面積を大きくすることができ、それら流路21(通路孔)を気体や液体が通流しつつ気体や液体をアロイ微粒子積層ポーラス構造20の接触面(アロイ微粒子19(合金微粒子)の表面)に広く接触させることができる。
Since the porosity and the relative density of the alloy fine particle laminated
図8は、カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bを使用したセル23の一例を示す分解斜視図であり、図9は、カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bを使用したセル23の側面図である。図10は、カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bを使用した燃料電池(固体高分子形燃料電池)の発電を説明する図であり、図11は、カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bの起電圧試験の結果を示す図である。図12は、カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10BのI−V特性試験の結果を示す図である。
FIG. 8 is an exploded perspective view showing an example of a
カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bを使用したセル23の一例としては、図8に示すように、電極10A,10Bを使用した燃料極25(アノード)と、電極10A,10Bを使用した空気極26(カソード)と、燃料極25及び空気極26の間に介在する固体高分子電解質膜27(電極接合体膜)(スルホン酸基を有するフッ素系イオン交換膜)と、燃料極25の厚み方向外側に位置するセパレータ28(バイポーラプレート)と、空気極26の厚み方向外側に位置するセパレータ29(バイポーラプレート)とから形成されている。それらセパレータ28,29には、反応ガス(水素や酸素等)の供給流路が刻設されている(彫り込まれている)。
As an example of the
セル23では、図9に示すように、燃料極25や空気極26、固体高分子電解質膜27が厚み方向へ重なり合って一体化し、膜/電極接合体30(Membrane Electrode Assembly, MEA)を構成し、膜/電極接合体30をそれらセパレータ28,29が挟み込んでいる。固体高分子電解質膜27と燃料極25(カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10B)及び空気極26(カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10B)とは、ホットプレスによって積層され、固体高分子電解質膜と27カーボンナノホーン15の凝集体17(アロイ微粒子19又はアロイ微粒子積層ポーラス構造20)又はカーボンナノホーン16の凝集体18(アロイ微粒子19又はアロイ微粒子積層ポーラス構造20)とが隙間なく重なり合い、カーボンナノホーン15の凝集体17(アロイ微粒子19又はアロイ微粒子積層ポーラス構造20)又はカーボンナノホーン16の凝集体18(アロイ微粒子19又はアロイ微粒子積層ポーラス構造20)とが隙間なく密着している。燃料電池24(固体高分子形燃料電池)では、複数のセル23(単セル)が一方向へ重なり合い、それらセル23が直列につながれてセルスタック(燃料電池スタック)を形成する。
In the
固体高分子電解質膜27(電極接合体膜)は、プロトン導電性があり、電子導電性がない。燃料極25とセパレータ28との間には、ガス拡散層31が形成され、空気極26とセパレータ29との間には、ガス拡散層32が形成されている。燃料極25とセパレータ28との間であってガス拡散層31の上部及び下部には、ガスシール33が設置されている。空気極26とセパレータ29との間であってガス拡散層32の上部及び下部には、ガスシール34が設置されている。
The solid polymer electrolyte membrane 27 (electrode assembly membrane) has proton conductivity and no electronic conductivity. A
燃料電池24(固体高分子形燃料電池)では、図10に示すように、燃料極25(カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10B)に水素(燃料)が供給され、空気極26(カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10B)に空気(酸素)が供給される。燃料極25では、水素がH2→2H++2e−の反応(触媒作用)によってプロトン(水素イオン、H+)と電子とに分解される。その後、プロトンが固体高分子電解質膜27内を通って空気極26に移動し、電子が導線35内を通って空気極26に移動する。固体高分子電解質膜27には、燃料極25で生成されたプロトンが通流する。空気極26では、固体高分子電解質膜27から移動したプロトンと導線35を移動した電子とが空気中の酸素と反応し、4H++O2+4e→2H2Oの反応によって水が生成される。
In the fuel cell 24 (polymer electrolyte fuel cell), as shown in FIG. 10, hydrogen (fuel) is supplied to a fuel electrode 25 (
少なくとも3種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、遷移金属の中から少なくとも3種類の遷移金属が選択され、選択された少なくとも3種類の遷移金属から作られたアロイ成形物のアロイ微粒子19がカーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16の表面に担持され又はアロイ微粒子積層ポーラス構造20がカーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16の表面に形成され、又は、アロイ成形物を微粉砕したアロイ微粉体のアロイ微粒子がカーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16の表面に担持され又はアロイ微粒子積層ポーラス構造20がカーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16の表面に形成され、アロイ微粒子19又はアロイ微粒子積層ポーラス構造20が燃料極25(電極10A又は電極10B)や空気極26(電極10A又は電極10B)を構成するから、燃料極25や空気極26が優れた触媒活性(触媒作用)を示し、水素がプロトンと電子とに効率よく分解される。
At least three transition metals are selected from the transition metals such that the work function of the work functions of the at least three transition metals is close to the work function of the platinum group element, and the selected at least three transition metals are selected. The alloy
起電圧試験では、水素ガスを注入してから15分の間、燃料極25と空気極26との間(電極10Aの間や電極10Bの間)の電圧(V)を測定した。図11の起電圧試験の結果を示す図では、横軸に測定時間(min)を表し、縦軸に電極間の電圧(V)を表す。白金族元素を利用した(担持させた)電極(白金電極)を使用した固体高分子形燃料電池では、起電圧試験の結果を示す図11から分かるように、燃料極と空気極との間の電圧が1.079(V)前後であった。それに対し、燃料極25(白金レスの電極10A,10B)及び空気極26(白金レスの電極10A,10B)を使用した固体高分子形燃料電池24では、燃料極25と空気極26との間の電圧(起電力)が1.04(V)〜1.03(V)であった。
In the electromotive voltage test, the voltage (V) between the
I−V特性試験では、燃料極25と空気極26との間(電極10Aの間や電極10Bの間)に負荷36を接続し、電圧と電流との関係を測定した。図12のI−V特性試験の結果を示す図では、横軸に電流(A)を表し、縦軸に電圧(V)を表す。燃料極25(白金レスの電極10A,10B)及び空気極26(白金レスの電極10A,10B)を使用した固体高分子形燃料電池24では、I−V特性試験の結果を示す図12から分かるように、白金族元素を利用した(担持させた)電極(白金電極)を使用した固体高分子形燃料電池の電圧降下率と大差のない結果が得られた。図11の起電圧試験の結果や図12のI−V特性試験の結果に示すように、白金族元素を利用していない白金レスの燃料極25及び空気極26が電子を放出させて水素イオンとなる反応を促進させる優れた触媒作用を有するとともに、白金を利用した電極と略同様の酸素還元機能(触媒作用)を有することが確認された。
In the IV characteristic test, a
図13は、カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bを使用した水素ガス発生装置37の電気分解を説明する図である。カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bを使用した水素ガス発生装置37の一例は、図13に示すように、電極10A又は電極10Bを使用した陽極38(アノード)と、電極10A又は電極10Bを使用した陰極39(カソード)と、陽極38及び陰極39の間に介在する固体高分子電解質膜40(電極接合体膜)(スルホン酸基を有するフッ素 系イオン交換膜)と、陽極給電部材41及び陰極給電部材42と、陽極用貯水槽43及び陰極用貯水槽44と、陽極主電極45及び陰極主電極46とから形成されている。水素ガス発生装置37は、陽極38及び陰極39に電気を通電し、陽極38で酸化反応を起こすとともに陰極39で還元反応を起こすことで水を化学分解する。
FIG. 13 is a diagram for explaining the electrolysis of the
水素ガス発生装置37では、陽極38や陰極39、固体高分子電解質膜40が厚み方向へ重なり合って一体化し、膜/電極接合体47 (Membrane Electrode Assembly, MEA)を構成し、膜/電極接合体47を陽極給電部材41と陰極給電部材42とが挟み込んでいる。固体高分子電解質膜40と陽極38(カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10B)及び陰極39(カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10B)とは、ホットプレスによって積層され、固体高分子電解質膜40とカーボンナノチューブ15の凝集体17(アロイ微粒子19又はアロイ微粒子積層ポーラス構造20)又はカーボンナノホーン16の凝集体18(アロイ微粒子19又はアロイ微粒子積層ポーラス構造20)とが隙間なく重なり合い、カーボンナノチューブ15の凝集体17(アロイ微粒子19又はアロイ微粒子積層ポーラス構造20)又はカーボンナノホーン16の凝集体18(アロイ微粒子19又はアロイ微粒子積層ポーラス構造20)とが隙間なく密着している。
In the
陽極給電部材41は、陽極38の外側に位置して陽極38に密着し、陽極38に+の電流を給電する。陽極用貯水槽43は、陽極給電部材41の外側に位置して陽極給電部材41に密着している。陽極主電極45は、陽極用貯水槽43の外側に位置して陽極給電部材41に+の電流を給電する。陰極給電部材42は、陰極39の外側に位置して陰極39に密着し、陰極39に−の電流を給電する。陰極用貯水槽44は、陰極給電部材42の外側に位置して陰極給電部材42に密着している。陰極主電極46は、陰極用貯水槽44の外側に位置して陰極給電部材42に−の電流を給電する。
The anode
水素ガス発生装置37における水の電気分解では、図13に矢印に示すように、陽極用貯水槽43及び陰極用貯水槽44に水(H2O)が給水され、陽極主電極45に電源から+の電流が給電されるとともに、陰極主電極46に電源から−の電流が給電される。陽極主電極45に給電された+の電流が陽極給電部材41から陽極38(アノード)に給電され、陰極主電極46に給電された−の電流が陰極給電部材42から陰極39(カソード)に給電される。
In the electrolysis of water in the
陽極38(カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10B)では、2H2O→4H++4e−+O2の陽極反応(触媒作用)によって酸素が生成され、陰極39(カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10B)では、4H++4e−→2H2の陰極反応(触媒作用)によって水素が生成される。プロトン(水素イオン:H+)は、固体高分子電解質膜40内を通って陽極38から陰極39に移動する。固体高分子電解質膜40には、陽極38で生成されたプロトンが通流する。
At the anode 38 (
少なくとも3種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、遷移金属の中から少なくとも3種類の遷移金属が選択され、選択された少なくとも3種類の遷移金属から作られたアロイ成形物のアロイ微粒子19がカーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16の表面に担持され又はアロイ微粒子積層ポーラス構造20がカーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16の表面に形成され、又は、アロイ成形物を微粉砕したアロイ微粉体のアロイ微粒子19がカーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16の表面に担持され又はアロイ微粒子積層ポーラス構造20がカーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16の表面に形成され、アロイ微粒子19又はアロイ微粒子積層ポーラス構造20が陽極38(電極10A又は電極10B)や陰極39(電極10A又は電極10B)を構成するから、陽極38や陰極39が優れた触媒活性(触媒作用)を示し、水素ガス発生装置37において効率よく電気分解が行われ、短時間に多量の水素ガスが発生する。
At least three transition metals are selected from the transition metals such that the work function of the work functions of the at least three transition metals is close to the work function of the platinum group element, and the selected at least three transition metals are selected. The alloy
カーボンナノチューブ電極10A又はカーボンナノホーン電極10Aは、それが各種の遷移金属から選択された少なくとも3種類の遷移金属の遷移金属微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物(又はアロイ成形物を微粉砕したアロイ微粉体)のアロイ微粒子19と、金属電極薄板13又はカーボン電極薄板14の両面(前後面)に固着したカーボンナノチューブ15の凝集体17又はカーボンナノホーン16の凝集体18とから形成され、選択された少なくとも3種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中から少なくとも3種類の遷移金属が選択され、アロイ成形物のアロイ微粒子19がカーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面に担持されているから、アロイ微粒子19を有するカーボンナノチューブ電極10A又はカーボンナノホーン電極10Aが白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、燃料電池24や水素ガス発生装置37の電極10Aとして好適に使用することができる。
The
カーボンナノチューブ電極10A又はカーボンナノホーン電極10Aは、カーボンナノチューブ15の凝集体17又はカーボンナノホーン16の凝集体18にアロイ微粒子19が担持された電極10Aが白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮するから、電極10Aを燃料電池24に使用することで、燃料電池24において十分な電気を発電することができ、燃料電池24に接続された負荷36に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極10Aを水素ガス発生装置37に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置37において短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。カーボンナノチューブ電極10A又はカーボンナノホーン電極10Aは、遷移金属微粉体混合物(アロイ成形物)が各種の遷移金属から選択された少なくとも3種類の遷移金属の遷移金属微粉体から形成され、高価な白金族元素が利用されていない白金レスであり、電極10Aを廉価に作ることができる。
The
カーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16の表面から外側へ向かって重なり合うアロイ微粒子19によってアロイ微粒子積層ポーラス構造20がカーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面に形成されているカーボンナノチューブ電極10B又はカーボンナノホーン電極10Bは、カーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面にアロイ微粒子積層ポーラス構造20を形成することで、アロイ微粒子19の比表面積を大きくすることができ、アロイ微粒子19の触媒作用を十分に利用することができるとともに、アロイ微粒子積層ポーラス構造20を有するカーボンナノチューブ電極10B又はカーボンナノホーン電極10Bが白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、燃料電池24や水素ガス発生装置37の電極として好適に使用することができる。
A
カーボンナノチューブ電極10B又はカーボンナノホーン電極10Bは、カーボンナノチューブ15の凝集体17又はカーボンナノホーン16の凝集体18にアロイ微粒子積層ポーラス構造20を形成した電極10Bが白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮するから、電極10Bを燃料電池24に使用することで、燃料電池24において十分な電気を発電することができ、燃料電池24に接続された負荷36に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極10Bを水素ガス発生装置37に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置37において短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。カーボンナノチューブ電極10B又はカーボンナノホーン電極10Bは、遷移金属微粉体混合物(アロイ成形物)が各種の遷移金属から選択された少なくとも3種類の遷移金属の遷移金属微粉体から形成され、高価な白金族元素が利用されていない白金レスであり、電極10Bを廉価に作ることができる。
The
遷移金属微粉体混合物(アロイ微粉体19やアロイ微粒子積層ポーラス構造20)がNi(ニッケル)の微粉体を主成分としたカーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bは、Niの仕事関数とNiを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からNiの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されているから、アロイ微粒子19又はアロイ微粒子積層ポーラス構造20を有するカーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bが白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、燃料電池24や水素ガス発生装置37の電極として好適に使用することができる。
The
遷移金属微粉体混合物(アロイ微粉体19やアロイ微粒子積層ポーラス構造20)がNi(ニッケル)の微粉体を主成分としたカーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bは、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮するから、電極10A,10Bを燃料電池24に使用することで、燃料電池24において十分な電気を発電することができ、燃料電池24に接続された負荷36に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極10A,10Bを水素ガス発生装置37に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置37において多量の水素ガスを発生させることができる。カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bは、遷移金属微粉体混合物(アロイ成形物)がNiの微粉体と各種の遷移金属から選択されたNiの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されていない白金レスであり、電極10A,10Bを廉価に作ることができる。
The
遷移金属微粉体混合物(アロイ微粉体19やアロイ微粒子積層ポーラス構造20)がFe(鉄)の微粉体を主成分としたカーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bは、Feの仕事関数とFeを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からFeの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されているから、アロイ微粒子19又はアロイ微粒子積層ポーラス構造20を有するカーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bが白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、燃料電池24や水素ガス発生装置37の電極として好適に使用することができる。
The
遷移金属微粉体混合物(アロイ微粉体19やアロイ微粒子積層ポーラス構造29)がFe(鉄)の微粉体を主成分としたカーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bは、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮するから、電極10A,10Bを燃料電池24に使用することで、燃料電池24において十分な電気を発電することができ、燃料電池24に接続された負荷36に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極10A,10Bを水素ガス発生装置37に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置37において多量の水素ガスを発生させることができる。カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bは、遷移金属微粉体混合物(アロイ成形物)がFeの微粉体と各種の遷移金属から選択されたFeの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されていない白金レスであり、電極10A,10Bを廉価に作ることができる。
The
遷移金属微粉体混合物(アロイ微粉体19やアロイ微粒子積層ポーラス構造20)がCu(銅)の微粉体を主成分としたカーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bは、Cuの仕事関数とCuを除く他の少なくとも2種類の遷移金属の仕事関数との合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属の中からCuの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体が選択されているから、アロイ微粒子19又はアロイ微粒子積層ポーラス構造20を有するカーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bが白金族元素を含む電極と略同一の仕事関数を備え、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮することができ、燃料電池25や水素ガス発生装置37の電極として好適に使用することができる。
The
遷移金属微粉体混合物(アロイ微粉体19やアロイ微粒子積層ポーラス構造20)がCu(銅)の微粉体を主成分としたカーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bは、白金族元素を含む電極と略同様の触媒活性(触媒作用)を発揮するから、電極10A,10Bを燃料電池24に使用することで、燃料電池24において十分な電気を発電することができ、燃料電池24に接続された負荷36に十分な電気エネルギーを供給することができるとともに、電極10A,10Bを水素ガス発生装置37に使用することで、電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置37において多量の水素ガスを発生させることができる。カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bは、遷移金属微粉体混合物(アロイ成形物)がCuの微粉体と各種の遷移金属から選択されたCuの微粉体を除く他の少なくとも2種類の遷移金属の遷移金属微粉体とから形成され、高価な白金族元素が利用されていない白金レスであり、電極10A,10Bを廉価に作ることができる。
The
図14は、カーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bの製造方法を説明する図である。電極10A,10Bは、図14に示すように、遷移金属選択工程S1、遷移金属微粉体混合物作成工程S2、遷移金属微粉体圧縮物作成工程S3、アロイ成形物作成工程S4、アロイ微粒子担持工程S5を有する電極製造方法によって製造される。なお、アロイ成形物作成工程S4とアロイ微粒子担持工程S5との間にアロイ微粉体作成工程S6が行われる場合がある。
FIG. 14 is a diagram illustrating a method of manufacturing the
遷移金属選択工程S1では、各種の遷移金属48から選択する少なくとも3種類の遷移金属48の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属48の中から少なくとも3種類の遷移金属48(Ti(チタン)、Cr(クロム)、Mn(マンガン)、Fe(鉄)、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Zn(亜鉛)、Nb(ニオブ)、Mo(モリブデン)、Ag(銀))を選択する。
In the transition metal selection step S1, the
遷移金属選択工程S1において、既述のように、Ni(ニッケル)を主成分とした遷移金属微粉体混合物50(アロイ微粒子19やアロイ微粒子積層ポーラス構造20)では、Cu(銅)及びZN(亜鉛)を選択し、又は、Mn(マンガン)及びMo(モリブデン)を選択する。Fe(鉄)を主成分とした遷移金属微粉体混合物50(アロイ微粒子19やアロイ微粒子積層ポーラス構造20)では、Ni(ニッケル)及びCu(銅)を選択し、又は、Ti(チタン)及びAg(銀)を選択する。Cu(銅)を主成分とした遷移金属微粉体混合物50(アロイ微粒子19やアロイ微粒子積層ポーラス構造20)では、Fe(鉄)及びZn(亜鉛)を選択し、又は、Fe(鉄)及びAg(銀)を選択する。
In the transition metal selection step S1, as described above, in the transition metal fine powder mixture 50 (alloy
遷移金属微粉体混合物作成工程S2では、遷移金属選択工程S1によって選択された少なくとも3種類の遷移金属48の遷移金属微粉体49を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を作る。遷移金属微粉体混合物作成工程S2において、Ni(ニッケル)を主成分とした遷移金属微粉体混合物50(アロイ微粒子19やアロイ微粒子積層ポーラス構造20)では、遷移金属選択工程S1によって選択されたNi、Cu(銅)、ZN(亜鉛)のそれぞれを微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕してNiの微粉体49、Cuの微粉体49、Znの微粉体49を作成する。次に、Niの微粉体49やCuの微粉体49、Znの微粉体49を混合機に投入して混合機によってNiの微粉体49、Cuの微粉体49、Znの微粉体49を攪拌・混合し、Niの微粉体49、Cuの微粉体49、Znの微粉体49が均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を作る。
In the transition metal fine powder mixture preparation step S2, a transition metal
又は、遷移金属選択工程S1によって選択されたNi(ニッケル)、Mn(マンガン)、Mo(モリブデン)のそれぞれを微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕してNiの微粉体49、Mnの微粉体49、Moの微粉体49を作成する。次に、Niの微粉体49やMnの微粉体49、Moの微粉体49を混合機に投入して混合機によってNiの微粉体49、Mnの微粉体49、Moの微粉体49を攪拌・混合し、Niの微粉体49、Mnの微粉体49、Moの微粉体49が均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を作る。
Alternatively, each of Ni (nickel), Mn (manganese), and Mo (molybdenum) selected in the transition metal selection step S1 is finely pulverized by a fine pulverizer to a particle size of 10 μm to 200 μm, and the Ni
遷移金属微粉体混合物作成工程S2において、Fe(鉄)を主成分とした遷移金属微粉体混合物50(アロイ微粒子19やアロイ微粒子積層ポーラス構造20)では、遷移金属選択工程S1によって選択されたFe、Ni(ニッケル)、Cu(銅)のそれぞれを微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕してFeの微粉体49、Niの微粉体49、Cuの微粉体49を作成する。次に、Feの微粉体49やNiの微粉体49、Cuの微粉体49を混合機に投入して混合機によってFeの微粉体48、Niの微粉体49、Cuの微粉体49を攪拌・混合し、Feの微粉体49、Niの微粉体49、Cuの微粉体49が均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を作る。
In the transition metal fine powder mixture preparing step S2, in the transition metal fine powder mixture 50 (alloy
又は、遷移金属選択工程S1によって選択されたFe(鉄)、Ti(チタン)、Ag(銀)のそれぞれを微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕してFeの微粉体49、Tiの微粉体49、Agの微粉体49を作成する。次に、Feの微粉体49やTiの微粉体49、Agの微粉体49を混合機に投入して混合機によってFeの微粉体49、Tiの微粉体49、Agの微粉体49を攪拌・混合し、Feの微粉体49、Tiの微粉体49、Agの微粉体49が均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を作る。
Alternatively, each of Fe (iron), Ti (titanium), and Ag (silver) selected in the transition metal selection step S1 is finely pulverized to a particle size of 10 μm to 200 μm by a fine pulverizer, and the fine powder of
遷移金属微粉体混合物作成工程S2において、Cu(銅)を主成分とした遷移金属微粉体混合物50(アロイ微粒子19やアロイ微粒子積層ポーラス構造20)では、遷移金属選択工程S1によって選択されたCu、Fe(鉄)、Zn(亜鉛)のそれぞれを微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕してCuの微粉体49、Feの微粉体49、Znの微粉体49を作成する。次に、Cuの微粉体49やFeの微粉体49、Znの微粉体49を混合機に投入して混合機によってCuの微粉体49、Feの微粉体49、Znの微粉体49を攪拌・混合し、Cuの微粉体49、Feの微粉体49、Znの微粉体49が均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を作る。
In the transition metal fine powder mixture preparing step S2, in the transition metal fine powder mixture 50 (alloy
又は、遷移金属選択工程S1によって選択されたCu(銅)、Fe(鉄)、Ag(銀)のそれぞれを微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕してCuの微粉体49、Feの微粉体49、Agの微粉体49を作成する。次に、Cuの微粉体49やFeの微粉体49、Agの微粉体49を混合機に投入して混合機によってCuの微粉体49、Feの微粉体49、Agの微粉体49を攪拌・混合し、Cuの微粉体49、Feの微粉体49、Agの微粉体49が均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を作る。
Alternatively, each of Cu (copper), Fe (iron), and Ag (silver) selected in the transition metal selection step S1 is finely pulverized to a particle size of 10 μm to 200 μm by a fine pulverizer, and the Cu
遷移金属微粉体圧縮物作成工程S3では、遷移金属微粉体混合物作成工程S2によって作られた遷移金属微粉体混合物50を所定圧力で加圧し、遷移金属微粉体混合物50を圧縮した所定面積及び所定厚みの遷移金属微粉体圧縮物51を作る。遷移金属微粉体圧縮物作成工程S3では、遷移金属微粉体混合物50を所定の金型に入れ、金型をプレス機によって加圧(プレス)するプレス加工によって遷移金属微粉体圧縮物51を作る。プレス加工時におけるプレス圧(圧力)は、500Mpa〜800Mpaの範囲にある。
In the transition metal fine powder compressed material producing step S3, the transition metal
プレス圧(圧力)が500Mpa未満では、遷移金属微粉体混合物50を十分に圧縮することができず、所定面積及び所定厚みの遷移金属微粉体圧縮物51を作ることができない。プレス圧(圧力)が800Mpaを超過すると、アロイ成形物作成工程S4によって作られるアロイ成形物52の硬度が必要以上に高くなり、アロイ微粒子担持工程S5においてアロイ成形物52をスムースに蒸発させることができず、アロイ微粉体作成工程S6において所期する粒径のアロイ微粉体53を作ることができない。電極製造方法は、遷移金属微粉体混合物50を前記範囲の圧力で加圧(圧縮)することで、所定硬度の遷移金属微粉体圧縮物51を作ることができ、その遷移金属微粉体圧縮物51を焼成して所定硬度のアロイ成形物52を作ることができ、アロイ成形物52をスムースに蒸発させることができるとともに、アロイ成形物52を微粉砕した所定粒径のアロイ微粉体53を作ることができる。
When the pressing pressure (pressure) is less than 500 MPa, the transition metal
遷移金属微粉体圧縮物作成工程S3において、Ni(ニッケル)を主成分とした遷移金属微粉体混合物50では、Niの微粉体49、Cu(銅)の微粉体49、ZN(亜鉛)微粉体49を混合した遷移金属微粉体混合物50の所定量を金型に投入し、その遷移金属微粉体混合物50をプレス加工によって加圧して遷移金属微粉体混合物50を圧縮した所定面積及び所定厚みの遷移金属微粉体圧縮物51を作る。又は、Niの微粉体49、Mn(マンガン)の微粉体49、Mo(モリブデン)の微粉体49を混合した遷移金属微粉体混合物50の所定量を金型に投入し、その遷移金属微粉体混合物50をプレス加工によって加圧して遷移金属微粉体混合物50を圧縮した所定面積及び所定厚みの遷移金属微粉体圧縮物51を作る。
In the transition metal fine powder compact creation step S3, in the transition metal
遷移金属微粉体圧縮物作成工程S3において、Fe(鉄)を主成分とした遷移金属微粉体混合物で50は、Feの微粉体49、Ni(ニッケル)の微粉体49、Cu(銅)の微粉体49を混合した遷移金属微粉体混合物50の所定量を金型に投入し、その遷移金属微粉体混合物50をプレス加工によって加圧して遷移金属微粉体混合物50を圧縮した所定面積及び所定厚みの遷移金属微粉体圧縮物51を作る。又は、Feの微粉体48、Ti(チタン)の微粉体49、Ag(銀)の微粉体49を混合した遷移金属微粉体混合物50の所定量を金型に投入し、その遷移金属微粉体混合物50をプレス加工によって加圧して遷移金属微粉体混合物50を圧縮した所定面積及び所定厚みの遷移金属微粉体圧縮物51を作る。
In the transition metal fine powder compressed product preparation step S3, the transition metal
遷移金属微粉体圧縮物作成工程S3において、Cu(銅)を主成分とした遷移金属微粉体混合物50では、Cuの微粉体49、Fe(鉄)の微粉体49、Zn(亜鉛)の微粉体49を混合した遷移金属微粉体混合物50の所定量を金型に投入し、その遷移金属微粉体混合物50をプレス加工によって加圧(圧縮)して遷移金属微粉体混合物50を圧縮した所定面積及び所定厚みの遷移金属微粉体圧縮物51を作る。又は、Cuの微粉体49、Fe(鉄)の微粉体49、Ag(銀)の微粉体49を混合した遷移金属微粉体混合物50の所定量を金型に投入し、その遷移金属微粉体混合物50をプレス加工によって加圧して遷移金属微粉体混合物50を圧縮した所定面積及び所定厚みの遷移金属微粉体圧縮物51を作る。
In the transition metal fine powder compact creation step S3, in the transition metal
アロイ成形物作成工程S4では、遷移金属微粉体圧縮物作成工程S3によって作られた遷移金属微粉体圧縮物51を炉(蒸気過熱炉や電気炉等)に投入し、遷移金属微粉体圧縮物51を炉において所定温度で焼成(焼結)し、開口径が1μm〜100μmの範囲の多数の微細な流路(通路孔)を形成したポーラス構造のアロイ成形物52を作る。アロイ成形物作成工程S4では、遷移金属選択工程S1によって選択された少なくとも3種類の遷移金属48うちの少なくとも2種類の遷移金属48を溶融させる温度で遷移金属微粉体圧縮物51を長時間焼成する。焼成(焼結)時間は、3時間〜6時間である。アロイ成形物作成工程S4では、所定面積及び所定厚みに圧縮された遷移金属微粉体圧縮物51の焼成時において、少なくとも2種類の遷移金属48の微粉体49が溶融し、溶融した遷移金属48の微粉体49をバインダーとして他の遷移金属48の微粉体49を接合(固着)する。
In the alloy molded product preparation step S4, the transition metal fine powder compact 51 produced in the transition metal fine powder compact production step S3 is put into a furnace (steam superheating furnace, electric furnace, or the like), and the transition metal fine powder compact 51 is placed. Is fired (sintered) at a predetermined temperature in a furnace to produce an alloy molded
アロイ成形物作成工程S4において、Ni(ニッケル)を主成分とした遷移金属微粉体圧縮物51では、Niの微粉体49、Cu(銅)の微粉体49、ZN(亜鉛)微粉体49を混合した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物51を炉において長時間焼成し、開口径が1μm〜100μmの範囲の多数の微細な流路(通路孔)を形成したポーラス構造のアロイ成形物52を作る。Niの微粉体49、Cuの微粉体49、Znの微粉体49から形成されたアロイ成形物52では、Zn及びCuの微粉体49を溶融させる温度(例えば、1100℃〜1200℃)で遷移金属微粉体圧縮物51を焼成(焼結)し、溶融したZn及びCuの微粉体49によってNiの微粉体49が接合(固着)される。
In the alloy molded article preparation step S4, in the transition metal fine powder compact 51 mainly composed of Ni (nickel), Ni
また、アロイ成形物作成工程S4において、Ni(ニッケル)を主成分とした遷移金属微粉体圧縮物51では、Niの微粉体49、Mn(マンガン)の微粉体49、Mo(モリブデン)の微粉体49を混合した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物51を炉において長時間焼成し、開口径が1μm〜100μmの範囲の多数の微細な流路(通路孔)を形成したポーラス構造のアロイ成形物52を作る。Niの微粉体49、Mnの微粉体49、Moの微粉体49から形成されたアロイ成形物52では、Mn及びNiの微粉体49を溶融させる温度(例えば、1460℃〜1500℃)で遷移金属微粉体圧縮物51を焼成し、溶融したMn及びNiの微粉体49によってMoの微粉体49が接合(固着)される。
Further, in the alloy molded article preparation step S4, the transition metal fine powder compact 51 mainly composed of Ni (nickel) has a
アロイ成形物作成工程S4において、Fe(鉄)を主成分とした遷移金属微粉体圧縮物51では、Feの微粉体49、Ni(ニッケル)の微粉体49、Cu(銅)の微粉体49を混合した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物51を炉において長時間焼成し、開口径が1μm〜100μmの範囲の多数の微細な流路(通路孔)を形成したポーラス構造のアロイ成形物52を作る。Feの微粉体49、Niの微粉体49、Cuの微粉体49から形成されたアロイ成形物52では、Cu及びNiの微粉体49を溶融させる温度(例えば、1460℃〜1500℃)で遷移金属微粉体圧縮物51を焼成し、溶融したCu及びNiの微粉体49によってFeの微粉体49が接合(固着)される。
In the alloy molded article preparation step S4, in the transition metal fine powder compact 51 mainly containing Fe (iron), the
また、アロイ成形物作成工程S4において、Fe(鉄)を主成分とした遷移金属微粉体圧縮物51では、Feの微粉体49、Ti(チタン)の微粉体49、Ag(銀)の微粉体49を混合した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物51を炉において長時間焼成し、開口径が1μm〜100μmの範囲の多数の微細な流路(通路孔)を形成したポーラス構造のアロイ成形物52を作る。Feの微粉体49、Tiの微粉体49、Agの微粉体49から形成されたアロイ成形物52では、Ag及びFeの微粉体49を溶融させる温度(例えば、1540℃〜1600℃)で遷移金属微粉体圧縮物51を焼成し、溶融したAg及びFeの微粉体49によってTiの微粉体49が接合(固着)される。
Further, in the alloy molded article preparation step S4, in the compressed transition metal
アロイ成形物作成工程S4において、Cu(銅)を主成分とした遷移金属微粉体圧縮物51では、Cuの微粉体49、Fe(鉄)の微粉体49、Zn(亜鉛)の微粉体49を混合した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物51を炉において長時間焼成し、開口径が1μm〜100μmの範囲の多数の微細な流路(通路孔)を形成したポーラス構造のアロイ成形物52を作る。Cuの微粉体49、Feの微粉体49、Znの微粉体49から形成されたアロイ成形物52では、Zn及びCuの微粉体49を溶融させる温度(例えば、1090℃〜1200℃)で遷移金属微粉体圧縮物51を焼成し、溶融したZn及びCuの微粉体49によってFeの微粉体49が接合(固着)される。
In the alloy molded article preparation step S4, the transition metal fine powder compact 51 containing Cu (copper) as a main component includes a Cu
また、アロイ成形物作成工程S4において、Cu(銅)を主成分とした遷移金属微粉体圧縮物51では、Cuの微粉体49、Fe(鉄)の微粉体49、Ag(銀)の微粉体49を混合した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物51を炉において長時間焼成し、開口径が1μm〜100μmの範囲の多数の微細な流路(通路孔)を形成したポーラス構造のアロイ成形物52を作る。Cuの微粉体49、Feの微粉体49、Agの微粉体49から形成されたアロイ成形物52では、Ag及びCuの微粉体49を溶融させる温度(例えば、1090℃〜1200℃)で遷移金属微粉体圧縮物51を焼成し、溶融したAg及びCuの微粉体49によってFeの微粉体49が接合(固着)される。
Further, in the alloy molded article preparation step S4, the transition metal fine powder compact 51 containing Cu (copper) as a main component, the Cu
アロイ微粒子担持工程S5では、アロイ成形物作成工程S4によって作られたアロイ成形物52をレーザー蒸発法によって蒸発させ、カーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面にアロイ成形物52のアロイ微粒子19を担持させる。アロイ微粒子19は、カーボンナノチューブ15の表面に均一に分散した状態でカーボンナノチューブ15の表面に担持され、カーボンナノホーン16の表面に均一に分散した状態でカーボンナノホーン16の表面に担持される。カーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面にアロイ微粒子19を担持させることでカーボンナノチューブ電極10A又はカーボンナノホーン電極10Aが作られる。アロイ微粒子担持工程S5では、カーボンナノチューブ電極10A又はカーボンナノホーン電極10Aが0.03mm〜0.3mmの範囲の厚み寸法L1に成形される。
In the alloy fine-particle supporting step S5, the alloy molded
アロイ微粒子19の担持方法としては、金属電極薄板13の両面(前後面)又はカーボン電極薄板14の両面(前後面)にレーザー蒸発法によってカーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16を生成した(成長させた)後、レーザー蒸発法によってアロイ成形物52を蒸発させ、カーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面にアロイ成形物52のアロイ微粒子19を担持させる場合、又は、金属電極薄板13の両面(前後面)又はカーボン電極薄板14の両面(前後面)にレーザー蒸発法によってカーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16を生成すると(成長させると)同時に、レーザー蒸発法によってアロイ成形物52を蒸発させ、カーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面にアロイ成形物52のアロイ微粒子19を担持させる場合がある。
As a method for supporting the alloy
また、アロイ微粒子担持工程S5では、アロイ成形物作成工程によって作られたアロイ成形物52をレーザー蒸発法によって蒸発させ、カーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面にアロイ成形物52のアロイ微粒子19を担持させつつ、カーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16の表面から外側へ向かって重なり合うアロイ微粒子19によってアロイ微粒子積層ポーラス構造20を形成する。アロイ微粒子19は、カーボンナノチューブ15の表面に均一に分散した状態でカーボンナノチューブ15の表面に担持されて重なり合い、カーボンナノホーン16の表面に均一に分散した状態でカーボンナノホーン16の表面に担持されて重なり合ってアロイ微粒子積層ポーラス構造20を形成する。カーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面に多数のアロイ微粒子19からなるアロイ微粒子積層ポーラス構造20を形成することでカーボンナノチューブ電極10B又はカーボンナノホーン電極10Bが作られる。アロイ微粒子積層ポーラス構造20を形成するアロイ微粒子担持工程S5では、カーボンナノチューブ電極10B又はカーボンナノホーン電極10Bが0.03mm〜0.3mmの範囲の厚み寸法L1に成形される。
In the alloy fine particle supporting step S5, the alloy molded
アロイ微粒子積層ポーラス構造20を形成する方法としては、金属電極薄板13の両面(前後面)又はカーボン電極薄板14の両面(前後面)にレーザー蒸発法によってカーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16を生成した(成長させた)後、レーザー蒸発法によってアロイ成形物52を蒸発させ、カーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面にアロイ成形物52のアロイ微粒子19を担持させてアロイ微粒子積層ポーラス構造20を形成する場合、又は、金属電極薄板13の両面(前後面)又はカーボン電極薄板14の両面(前後面)にレーザー蒸発法によってカーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16を生成すると(成長させると)同時に、レーザー蒸発法によってアロイ成形物52を蒸発させ、カーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面にアロイ成形物52のアロイ微粒子19を担持させてアロイ微粒子積層ポーラス構造20を形成する場合がある。
As a method of forming the alloy fine particle laminated
なお、アロイ成形物作成工程S4とアロイ微粒子担持工程S5との間にアロイ微粉体作成工程S6が行われる場合、アロイ微粉体作成工程S6では、アロイ成形物作成工程S4によって作られたアロイ成形物52を微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕してアロイ微粉体53を作る。Ni(ニッケル)を主成分としたアロイ微粉体52(Niを主成分とした合金微粉体)の一例としては、Niの微粉体49、Cuの微粉体49、ZNの微粉体49を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物51を焼成してアロイ成形物52を作り、そのアロイ成形物52を微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕した微粉砕物である。Ni(ニッケル)を主成分としたアロイ微粉体53の他の一例としては、Niの微粉体48、Mnの微粉体49、Moの微粉体49を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物51を焼成してアロイ成形物52を作り、そのアロイ成形物52を微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕した微粉砕物である。
When the alloy fine powder making step S6 is performed between the alloy molded article making step S4 and the alloy fine particle supporting step S5, in the alloy fine powder making step S6, the alloy molded article made in the alloy molded article making
Fe(鉄)を主成分としたアロイ微粉体53(Feを主成分とした合金微粉体)の一例としては、Feの微粉体49、Niの微粉体49、Cuの微粉体49を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物51を焼成してアロイ成形物52を作り、そのアロイ成形物52を微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕した微粉砕物である。Fe(鉄)を主成分としたアロイ微粉体53の他の一例としては、Feの微粉体49、Tiの微粉体49、Agの微粉体49を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物51を焼成してアロイ成形物52を作り、そのアロイ成形物52を微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕した微粉砕物である。
As an example of the alloy
Cu(銅)を主成分としたアロイ微粉体53(Cuを主成分とした合金微粉体)の一例としては、Cuの微粉体49、Feの微粉体49、Znの微粉体49を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物51を焼成してアロイ成形物52を作り、そのアロイ成形物52を微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕した微粉砕物である。Cu(銅)を主成分としたアロイ微粉体53の他の一例としては、Cuの微粉体49、Feの微粉体49、Agの微粉体49を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を圧縮した遷移金属微粉体圧縮物51を焼成してアロイ成形物52を作り、そのアロイ成形物52を微粉砕機によって10μm〜200μmの粒径に微粉砕した微粉砕物である。
As an example of an alloy
アロイ微粉体作成工程S6の後に行われるアロイ微粒子担持工程S5では、アロイ微粉体作成工程S6によって作られたアロイ微粉体53をレーザー蒸発法によって蒸発させ、カーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面にアロイ微粉体53のアロイ微粒子19を担持させる。アロイ微粒子19は、カーボンナノチューブ15の表面に均一に分散した状態でカーボンナノチューブ15の表面に担持され、カーボンナノホーン16の表面に均一に分散した状態でカーボンナノホーン16の表面に担持される。カーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面にアロイ微粒子19を担持させることでカーボンナノチューブ電極10B又はカーボンナノホーン電極10Bが作られる。アロイ微粒子担持工程S5では、カーボンナノチューブ電極10B又はカーボンナノホーン電極10Bが0.03mm〜0.3mmの範囲の厚み寸法L1に成形される。
In the alloy fine particle supporting step S5 performed after the alloy fine powder forming step S6, the alloy
アロイ微粒子19の担持方法としては、金属電極薄板13の両面(前後面)又はカーボン電極薄板14の両面(前後面)にレーザー蒸発法によってカーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16を生成した(成長させた)後、レーザー蒸発法によってアロイ微粉体53を蒸発させ、カーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面にアロイ微粉体53のアロイ微粒子19を担持させる場合、又は、金属電極薄板13の両面(前後面)又はカーボン電極薄板14の両面(前後面)にレーザー蒸発法によってカーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16を生成すると(成長させると)同時に、レーザー蒸発法によってアロイ微粉体53を蒸発させ、カーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面にアロイ微粉体53のアロイ微粒子19を担持させる場合がある。
As a method for supporting the alloy
また、アロイ微粒子担持工程S5では、アロイ微粉体作成工程S6によって作られたアロイ微粉体53をレーザー蒸発法によって蒸発させ、カーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面にアロイ微粉体53のアロイ微粒子19を担持させつつ、カーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16の表面から外側へ向かって重なり合うアロイ微粒子19によってアロイ微粒子積層ポーラス構造20を形成する。アロイ微粒子19は、カーボンナノチューブ15の表面に均一に分散した状態でカーボンナノチューブ15の表面に担持されて重なり合い、カーボンナノホーン16の表面に均一に分散した状態でカーボンナノホーン16の表面に担持されて重なり合ってアロイ微粒子積層ポーラス構造20を形成する。カーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面に多数のアロイ微粒子19からなるアロイ微粒子積層ポーラス構造20を形成することでカーボンナノチューブ電極10B又はカーボンナノホーン電極10Bが作られる。アロイ微粒子積層ポーラス構造20を形成するアロイ微粒子担持工程S5では、カーボンナノチューブ電極10B又はカーボンナノホーン電極10Bが0.03mm〜0.3mmの範囲の厚み寸法に成形される。
In the alloy fine particle supporting step S5, the alloy
アロイ微粒子積層ポーラス構造を形成する方法としては、金属電極薄板13の両面(前後面)又はカーボン電極薄板14の両面(前後面)にレーザー蒸発法によってカーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16を生成した(成長させた)後、レーザー蒸発法によってアロイ微粉体53を蒸発させ、カーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面にアロイ微粉体53のアロイ微粒子19を担持させてアロイ微粒子積層ポーラス構造20を形成する場合、又は、金属電極薄板13の両面(前後面)又はカーボン電極薄板14の両面(前後面)にレーザー蒸発法によってカーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16を生成すると(成長させると)同時に、レーザー蒸発法によってアロイ微粉体53を蒸発させ、カーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面にアロイ微粉体53のアロイ微粒子19を担持させてアロイ微粒子積層ポーラス構造20を形成する場合がある。
As a method for forming the porous structure of the alloy fine particles,
電極製造方法は、各種の遷移金属48から選択する少なくとも3種類の遷移金属48の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、各種の遷移金属48の中から少なくとも3種類の遷移金属48を選択する遷移金属選択工程と、遷移金属選択工程によって選択された少なくとも3種類の遷移金属48の遷移金属微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物50を作る遷移金属微粉体混合物作成工程と、遷移金属微粉体混合物作成工程によって作られた遷移金属微粉体混合物50を所定圧力で加圧して遷移金属微粉体圧縮物51を作る遷移金属微粉体圧縮物作成工程と、遷移金属微粉体圧縮物作成工程によって作られた遷移金属微粉体圧縮物51を所定温度で焼成してアロイ成形物52を作るアロイ成形物作成工程と、カーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16を生成し、アロイ成形物作成工程によって作られたアロイ成形物52を蒸発させてカーボンナノチューブ15の表面又はカーボンナノホーン16の表面にアロイ成形物52のアロイ微粒子19を担持させるアロイ微粒子担持工程との各工程によってカーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bを作ることができるから、白金族元素を利用しない白金レスの電極10A,10Bを廉価に作ることができ、触媒機能を十分かつ確実に利用することが可能であって優れた触媒活性(触媒作用)を有して燃料電池24や水素ガス発生装置37に好適に使用することが可能な白金レスの電極10A,10Bを廉価に作ることができる。
The electrode manufacturing method includes at least three of the
電極製造方法は、金属電極薄板13の両面(前後面)又はカーボン電極薄板14の両面(前後面)にカーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16が固着され、カーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16の表面にアロイ微粒子19が担持され、又は、カーボンナノチューブ15又はカーボンナノホーン16の表面にアロイ微粒子19を積層した積層ポーラス構造20が形成された厚み寸法L1が0.03mm〜0.3mmのカーボンナノチューブ電極10A,10B又はカーボンナノホーン電極10A,10Bを作ることができるから、電極10A,10Bの電気抵抗を低くすることができ、電極10A,10Bに電流がスムースに流れ、燃料電池24において十分な電気を発電することが可能であって燃料電池24に接続された負荷36に十分な電気エネルギーを供給することが可能な電極10A,10Bを作ることができるとともに、水素ガス発生装置37において電気分解を効率よく行うことができ、水素ガス発生装置37において短時間に多量の水素ガスを発生させることが可能な電極10A,10Bを廉価に作ることができる。
The electrode manufacturing method is such that
10A カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極
10B カーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極
11 前面
12 後面
13 金属電極薄板
14 カーボン電極薄板
15 カーボンナノチューブ
16 カーボンナノホーン
17 凝集体(凝集板)
18 凝集体(凝集板)
19 アロイ微粒子
20 アロイ微粒子積層ポーラス構造
21 流路
22 通流口
23 セル
24 燃料電池(固体高分子形燃料電池)
25 燃料極
26 空気極
27 固体高分子電解質膜(電極接合体膜)
28 セパレータ(バイポーラプレート)
29 セパレータ(バイポーラプレート)
30 膜/電極接合体
31 ガス拡散層
32 ガス拡散層
33 ガスシール
34 ガスシール
35 導線
36 負荷
37 水素ガス発生装置
38 陽極
39 陰極
40 固体高分子電解質膜(電極接合体膜)
41 陽極給電部材
42 陰極給電部材
43 陽極用貯水槽
44 陰極用貯水槽
45 陽極主電極
46 陰極主電極
47 膜/電極接合体
48 遷移金属
49 遷移金属微粉体
50 遷移金属微粉体混合物
51 遷移金属微粉体圧縮物
52 アロイ成形物(合金成形物)
53 アロイ微粉体(合金微粉体)
18 Aggregates (aggregate plates)
DESCRIPTION OF
25
28 Separator (bipolar plate)
29 Separator (bipolar plate)
41 Anode
53 Alloy fine powder (alloy fine powder)
Claims (16)
前記カーボンナノチューブ電極又は前記カーボンナノホーン電極が、各種の遷移金属から選択された少なくとも3種類の遷移金属の遷移金属微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物を圧縮した後に焼成したアロイ成形物のアロイ微粒子と、カーボンナノチューブの凝集体又はカーボンナノホーンの凝集体とを含み、前記遷移金属微粉体混合物では、前記選択された少なくとも3種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中から少なくとも3種類の遷移金属が選択され、前記カーボンナノチューブ電極又は前記カーボンナノホーン電極では、前記アロイ微粒子がカーボンナノチューブの表面又はカーボンナノホーンの表面に担持されていることを特徴とするカーボンナノチューブ電極又はカーボンナノホーン電極。 In a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode used as an anode or a cathode,
An alloy molding in which the carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode is compressed and baked after transition metal fine powder mixture in which transition metal fine powders of at least three kinds of transition metals selected from various transition metals are uniformly mixed and dispersed. Alloy fine particles, and aggregates of carbon nanotubes or aggregates of carbon nanohorns. In the transition metal fine powder mixture, the work function of the selected at least three transition metals is a platinum group element. At least three types of transition metals are selected from the various transition metals to approximate the work function of the carbon nanotube electrode or the carbon nanohorn electrode, and the alloy fine particles are formed on the surface of the carbon nanotube or on the carbon nanohorn. Carbohydrate characterized by being carried on the surface Nanotube electrode or carbon nanohorn electrode.
前記電極製造方法が、各種の遷移金属から選択する少なくとも3種類の遷移金属の仕事関数の合成仕事関数が白金族元素の仕事関数に近似するように、前記各種の遷移金属の中から少なくとも3種類の遷移金属を選択する遷移金属選択工程と、前記遷移金属選択工程によって選択された少なくとも3種類の遷移金属の遷移金属微粉体を均一に混合・分散した遷移金属微粉体混合物を作る遷移金属微粉体混合物作成工程と、前記遷移金属微粉体混合物作成工程によって作られた遷移金属微粉体混合物を所定圧力で加圧して遷移金属微粉体圧縮物を作る遷移金属微粉体圧縮物作成工程と、前記遷移金属微粉体圧縮物作成工程によって作られた遷移金属微粉体圧縮物を所定温度で焼成してアロイ成形物を作るアロイ成形物作成工程と、カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンを生成し、前記アロイ成形物作成工程によって作られたアロイ成形物を蒸発させて前記カーボンナノチューブの表面又は前記カーボンナノホーンの表面に該アロイ成形物のアロイ微粒子を担持させるアロイ微粒子担持工程とを有することを特徴とする電極製造方法。 In an electrode manufacturing method for manufacturing a carbon nanotube electrode or a carbon nanohorn electrode used as an anode or a cathode,
The electrode manufacturing method may include at least three types of transition metals such that a composite work function of work functions of at least three types of transition metals selected from various types of transition metals approximates a work function of a platinum group element. Transition metal selecting step of selecting a transition metal of the above, and transition metal fine powder for uniformly mixing and dispersing transition metal fine powders of at least three types of transition metals selected in the transition metal selecting step. A mixture preparation step, a transition metal fine powder compact to produce a transition metal fine powder compact by pressing the transition metal fine powder mixture produced by the transition metal fine powder mixture preparation step at a predetermined pressure, and the transition metal An alloy molded product producing step of firing the transition metal fine powder compact produced by the fine powder compact produced process at a predetermined temperature to form an alloy molded product; An alloy fine particle carrier for generating a tube or a carbon nanohorn and evaporating the alloy molded product produced in the alloy molded product making step to carry alloy fine particles of the alloy molded product on the surface of the carbon nanotube or the surface of the carbon nanohorn. And an electrode manufacturing method.
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