金属多孔体、金属多孔体的制造方法和燃料电池

摘要

本发明的目的在于以低价提供一种金属多孔体，该金属多孔体可用于燃料电池等的电极，并且具有优异的耐腐蚀性。本发明提供了一种燃料电池用片状金属多孔体，其中该金属多孔体至少包含镍、锡和铬，该金属多孔体的至少一个表面的铬浓度为3质量％至50质量％。更优选的是金属多孔体的一个表面上的铬的浓度高于另一个表面上的铬的浓度。

权利要求

1.一种金属多孔体，其为片状的金属多孔体，至少包含镍、锡和铬，其中所述金属多孔体的至少一个表面的铬浓度为3质量％至50质量％，其中一个表面的铬浓度高于另一个表面的铬浓度，所述金属多孔体的具有低铬浓度一侧的表面的铬浓度在0质量％以上并且小于具有高铬浓度的一侧表面的铬浓度的一半。

2.根据权利要求1所述的金属多孔体，其中所述金属多孔体为燃料电池用金属多孔体。

3.一种制造燃料电池用金属多孔体的方法，包括：

通过在至少包含镍的片状金属多孔体上镀锡而形成锡镀层的步骤；以及通过在已经形成有所述锡镀层的金属多孔体的至少一个表面上镀铬而形成铬镀层的步骤，其中一个表面的铬浓度高于另一个表面的铬浓度，

所述金属多孔体的至少一个表面的铬浓度为3质量％至50质量％，所述金属多孔体的具有低铬浓度一侧的表面的铬浓度在0质量％以上并且小于具有高铬浓度的一侧表面的铬浓度的一半。

4.根据权利要求3所述的制造金属多孔体的方法，还包括：对其上已经形成有所述铬镀层的金属多孔体进行热处理的步骤，或对所述铬镀层形成前的包含镍和锡的金属多孔体进行热处理的步骤。

5.一种制造燃料电池用金属多孔体的方法，包括：

通过在至少包含锡的片状金属多孔体上镀镍而形成镍镀层的步骤；以及通过在已经形成有所述镍镀层的金属多孔体的至少一个表面上镀铬而形成铬镀层的步骤，其中一个表面的铬浓度高于另一个表面的铬浓度，

所述金属多孔体的至少一个表面的铬浓度为3质量％至50质量％，所述金属多孔体的具有低铬浓度一侧的表面的铬浓度在0质量％以上并且小于具有高铬浓度的一侧表面的铬浓度的一半。

6.根据权利要求5所述的制造金属多孔体的方法，还包括：对其上已经形成有所述铬镀层的金属多孔体进行热处理的步骤，或对所述铬镀层形成前的包含镍和锡的金属多孔体进行热处理的步骤。

7.一种燃料电池，其包括根据权利要求1所述的金属多孔体，所述金属多孔体被用作集电体。

说明书

金属多孔体、金属多孔体的制造方法和燃料电池

技术领域

[0001] 本发明涉及金属多孔体、金属多孔体的制造方法和使用金属多孔体的燃料电池，所述金属多孔体(例如)能够用作各种电池、电容器、燃料电池等的集电体。

背景技术

[0002] 作为用于制造具有高孔隙率和大表面积的金属多孔体的方法，已知的方法是在诸如树脂泡沫之类的树脂多孔体的表面上形成金属层。例如，日本未审查专利申请公开No.11-154517(专利文献1)描述了一种制备金属多孔体的方法，其中对树脂多孔体进行导电处理，在其上形成由金属构成的电镀层，并且根据需要，通过燃烧除去树脂多孔体。

[0003] 此外，日本未审查专利申请公开No.2012-132083(专利文献2)提出将由镍-锡合金构成的金属多孔体作为具有耐氧化性、耐腐蚀性和高孔隙度并且适合作为各种电池、电容器、燃料电池等的集电体的金属多孔体。此外，日本未审查专利申请公开No.2012-149282(专利文献3)提出将由镍-铬合金构成的金属多孔体作为具有高耐腐蚀性的金属多孔体。

[0004] 引用列表

[0005] 专利文献

[0006] 专利文献1：日本未审查专利申请公开No.11-154517

[0007] 专利文献2：日本未审查专利申请公开No.2012-132083

[0008] 专利文献3：日本未审查专利申请公开No.2012-149282

发明内容

[0009] 技术问题

[0010] 近年来，对各种电池、电容器和燃料电池的更高输出和更高容量(小型化)等的需求日益增加，因此，也需要改善构成集电体的金属多孔体的耐氧化性和耐腐蚀性。特别地，将现有的金属多孔体用于燃料电池的电极的情况下，由于膜电极组件(MEA)产生强酸，所以需要进一步提高耐腐蚀性。

[0011] 鉴于上述问题，本发明的目的在于廉价地提供一种金属多孔体，该金属多孔体可用于燃料电池的电极并且具有优异的耐腐蚀性。

[0012] 解决问题的手段

[0013] 为了解决上述问题，本发明采用以下结构。

[0014] 即，(1)根据本发明的实施方案提供了一种燃料电池用金属多孔体，其为片状的金属多孔体，至少包含镍、锡和铬，其中所述金属多孔体的至少一个表面的铬浓度为3质量％至50质量％。

[0015] 在结构(1)中，除了镍(Ni)、锡(Sn)和铬(Cr)之外，在金属多孔体中允许有意地或不可避免地加入一种或多种添加元素，只要能够解决上述问题即可。此外，在本发明的实施方案中，金属多孔体的表面是指当从金属多孔体的一个表面来看时，能够肉眼确定的金属多孔体的骨架的表面。此外，该骨架的表面是指从骨架的最外层表面到0.1μm至10μm的深度范围内的区域。

[0016] (3)根据本发明的另一实施方案，提供了一种用于制造燃料电池用金属多孔体的方法，包括：通过在至少包含镍的片状金属多孔体上镀锡而形成锡镀层的步骤；以及通过在已经形成有所述锡镀层的金属多孔体的至少一个表面上镀铬而形成铬镀层的步骤。

[0017] (4)根据本发明的另一实施方案，提供了一种用于制造燃料电池用金属多孔体的方法，包括：通过在至少包含锡的片状金属多孔体上镀镍而形成镍镀层的步骤；以及通过在已经形成有所述镍镀层的金属多孔体的至少一个表面上镀铬而形成铬镀层的步骤。

[0018] 发明的有益效果

[0019] 根据本发明，能够廉价地提供一种金属多孔体，该金属多孔体可用于燃料电池的电极并且具有优异的耐腐蚀性。

具体实施方式

[0020] 首先，列举并描述了本发明实施方案的内容。

[0021] (1)根据本发明的实施方案，提供了一种燃料电池用金属多孔体，其为片状的金属多孔体，至少包含镍、锡和铬，其中所述金属多孔体的至少一个表面的铬浓度为3质量％至50质量％。

[0022] 根据在(1)中描述的发明，能够廉价地提供这样一种金属多孔体，该金属多孔体具有优异的耐腐蚀性并且甚至可以在暴露于高腐蚀性酸的环境下(例如在燃料电池的电极中)使用。

[0023] (2)此外，在金属多孔体中，一个表面的铬浓度优选高于另一个表面的铬浓度。

[0024] 在(2)中描述的片状金属多孔体中，一个表面和另一个表面之间存在铬浓度差，通过使得铬浓度高的表面位于与MEA接触一侧而将金属多孔体置于燃料电池中，能够呈现出由于铬而产生的耐腐蚀性。此外，与在金属多孔体的两个表面上增加铬浓度的情况下相比，能够降低铬的添加量，因此，能够提供更廉价的金属多孔体。

[0025] (3)根据本发明的另一实施方案，提供了一种用于制造燃料电池用金属多孔体的方法，包括：通过在至少包含镍的片状金属多孔体上镀锡而形成锡镀层的步骤；以及通过在已经形成有所述锡镀层的金属多孔体的至少一个表面上镀铬而形成铬镀层的步骤。

[0026] (4)根据本发明的另一实施方案，提供了一种用于制造燃料电池用金属多孔体的方法，包括：通过在至少包含锡的片状金属多孔体上镀镍而形成镍镀层的步骤；以及通过在已经形成有所述镍镀层的金属多孔体的至少一个表面上镀铬而形成铬镀层的步骤。

[0027] 根据在(3)或(4)中描述的发明，可制造一种能够解决上述问题的金属多孔体。

[0028] (5)此外，根据本发明实施方案的用于制造金属多孔体的方法优选包括：对其上已经形成有铬镀层的金属多孔体进行热处理的步骤，或对铬镀层形成前的包含镍和锡的金属多孔体进行热处理的步骤。

[0029] 通过对金属多孔体进行热处理来扩散镍和锡，或镍、锡和铬，能够在金属多孔体的骨架中获得均匀的耐腐蚀性。

[0030] (6)根据本发明的另一实施方案，燃料电池包括在(1)或(2)中描述的金属多孔体，该金属多孔体被用作集电体。

[0031] 由于金属多孔体的高孔隙率，因此其具有优异的气体扩散能力，此外，金属多孔体的至少一个表面由具有高耐腐蚀性的金属构成。因此，在使用金属多孔体作为集电体的燃料电池中，能够有效地扩散气体使其与催化剂接触。

[0032] 此外，即使在燃料电池使用过程中的强酸性环境下，金属多孔体也不会被腐蚀，并且可以长期使用。

[0033] [本发明实施方案的详细描述]

[0034] 下面将描述根据本发明实施方案的金属多孔体的具体例子。本发明的范围并不限制于这些例子，而是由随附的权利要求书确定，并且旨在包括权利要求的等同含义和范围内的所有变形。

[0035] (金属多孔体)

[0036] 根据本发明实施方案的燃料电池用金属多孔体是片状的，并且该金属多孔体的骨架至少包含镍、锡和铬，其中所述金属多孔体的至少一个表面的铬浓度为3质量％至50质量％。

[0037] 如上所述，由于金属多孔体的至少一个表面由包含铬的合金构成，所以呈现出非常高的耐腐蚀性。因此，该金属多孔体甚至适合用在下述应用中：金属多孔体在使用过程中暴露于高腐蚀性酸中，例如燃料电池的集电体中。

[0038] 当金属多孔体的两个表面的铬浓度均小于3质量％时，不能呈现足够的耐腐蚀性，这是不期望的。当铬浓度大于50质量％时，电阻增加，这也是不期望的。从这个观点来看，金属多孔体的至少一个表面的铬浓度优选为5质量％至45质量％，更优选为7质量％至40质量％。

[0039] 金属多孔体的至少一个表面的铬浓度需要在上述范围内。当然，金属多孔体的两个表面的铬浓度均可在上述范围内。然而，如上所述，由于铬具有优异的耐腐蚀性，但是也具有高的电阻，所以优选将金属多孔体配置为一个表面的铬浓度高于另一个表面的铬浓度。由此，通过铬浓度高一侧的表面来呈现高的耐腐蚀性，而通过降低具有低铬浓 度的相对侧表面的电阻能够提高集电性能。此外，在燃料电池中，在各电池(将金属多孔体置于每个电池中使得具有高铬浓度的表面面向MEA)以串联堆叠的形式连接的情况下，以金属多孔体的具有高铬浓度的一侧突出的方式发生翘曲。因此，降低了短路的风险，这是有利的。

[0040] 从上述观点来看，优选地，金属多孔体的具有低铬浓度一侧的表面的铬浓度在0质量％以上并且小于具有高铬浓度的一侧表面的铬浓度的一半。

[0041] 此外，片状金属多孔体优选具有三维网状结构。在这种情况下，能够容易地将金属多孔体的孔隙率(孔隙度)设置成很大的值。此外，在将金属多孔体用作燃料电池的集电体的情况下，能够改善气体扩散性能。

[0042] (制造金属多孔体的方法)

[0043] 通过制造金属多孔体的方法提供了根据本发明实施方案的燃料电池用金属多孔体，该方法包括：通过在至少包含镍的片状金属多孔体上镀锡而形成锡镀层的步骤；以及通过在已经形成有锡镀层的金属多孔体的至少一个表面上镀铬而形成铬镀层的步骤。

[0044] 此外，通过制造燃料电池用金属多孔体的方法提供了根据本发明实施方案的燃料电池用金属多孔体，该方法包括：通过在至少包含锡的片状金属多孔体的表面上镀镍而形成镍镀层的步骤；以及通过在已经形成有所述镍镀层的金属多孔体的至少一个表面上镀铬而形成铬镀层的步骤。

[0045] 如上所述，在根据本发明实施方案的用于制造燃料电池用金属多孔体的方法中，通过镀覆工艺形成了各金属镀层，并且最后进行镀铬。即，在进行镀铬之前的金属多孔体可以是已被镀锡的包含镍的金属多孔体或已被镀镍的包含锡的金属多孔体。

[0046] 值得注意的是，包含镍的金属多孔体和包含锡的金属多孔体可以分别在骨架内部具有树脂成形体。

[0047] 以下将更详细地描述各个步骤。

[0048] (包含镍的金属多孔体的制备)

[0049] 首先，制备包含镍的金属多孔体并成型为片材。根据本发明实施方案的金属多孔体适合被用作燃料电池等的集电体，因此优选为片状。只要金属多孔体是片状的即可，其可以是四边形的或圆形的。

[0050] 可以使用已知的或市售可得的材料作为包含镍的金属多孔体。市售可得的材料适合使用(例如)由Sumitomo Electric Industries,Ltd.制造的Celmet(注册商标)。

[0051] 此外，例如，能够以以下方式制造包含镍的金属多孔体。

[0052] -作为基材的树脂成形体的制备-

[0053] 首先，准备多孔树脂成形体作为基材。可选择任何树脂作为树脂成形体用材料，并且适合使用聚氨酯、三聚氰胺、聚丙烯、聚乙烯等树脂泡沫成形体。虽然表示成树脂泡沫成形体，但是可选择具有任何形状的树脂成形体，只要其具有连续的孔(相互连接的孔)即可。例如，具有其中树脂纤维相互缠绕的类似无纺布形状的物体能够代替树脂泡沫成形体使用。

[0054] 如上所述，对树脂成形体没有特别限制，只要其为具有相互连接的孔的多孔体即可，但是优选具有三维网状结构。这使得制备具有三维网状结构的金属多孔体成为可能。

[0055] 聚氨酯泡沫和三聚氰胺泡沫具有高孔隙率、孔的相互连接性能和优异的热分解性能，因此能够适合作为树脂成形体使用。就孔的均匀性、容易获得性等方面而言，并且进一步从能够获得具有小孔径的树脂成形体的观点来看，优选聚氨酯泡沫。

[0056] 在许多情况下，在泡沫制造过程中，树脂成形体具有诸如发泡剂和未反应的单体之类的残留物，因此为了随后的步骤，优选进行清洗处理。树脂成形体具有作为骨架的三维网状结构，因此，总体上，具有连续的孔。在垂直于骨架延伸方向的横截面上，聚氨酯泡沫的骨架基本上呈三角形。

[0057] 优选地，树脂成形体的孔隙率为80％至98％，并且孔径为50至500μm。

[0058] 孔隙率由以下公式定义：

[0059] 孔隙率＝(1-(多孔材料的重量[g]/(多孔材料的体积[cm3]×材料密 度)))×100[％]

[0060] 此外，孔径是通过以下方法确定的：利用照相显微镜等获得树脂成形体的放大表面，计算每英寸(25.4mm)的孔的数目作为小室的数目，并通过以下公式获得平均值：平均孔径＝25.4mm/小室的数目。

[0061] 对树脂成形体的孔隙率并没有特别地限制，但是可根据预期用途来适当地选择，并且通常为60％至98％且优选为80％至96％。

[0062] 对树脂成形体的厚度并没有特别地限制，但是可根据预期用途来适当地选择，并且通常为150μm至5,000μm，优选为200μm至2,000μm，且更优选为300μm至1,200μm。

[0063] -向树脂成形体的表面赋予导电性-

[0064] 为了通过电镀在树脂成形体的表面上形成镍镀层，树脂成形体的表面需要具有导电性。因此，通过预先对树脂成形体的表面进行导电处理来形成导电覆层是优选的。

[0065] 对导电处理并没有特别地限制，只要其能够在树脂成形体的表面上提供具有导电性的层即可，并且可选择任何方法，例如，诸如镍之类的导电性金属的化学镀、气相沉积、溅射、或包含碳等导电性颗粒的导电性涂料的涂布。

[0066] 利用了镍的化学镀处理的具体例子包括这样的方法，其中将树脂成形体浸入已知的化学镀镍浴(诸如含有次磷酸钠的硫酸镍水溶液)中。此外，根据需要，将树脂成形体浸入镀浴之前，可将树脂成形体浸入含有少量钯离子的活化液(由JAPAN KANIGEN株式会社生产的清洗液)中。

[0067] 利用了镍的溅射处理的具体例子包括这样的方法，其中将树脂成形体固定于基板支架，然后在引入惰性气体的同时，通过在基板支架与靶(镍)之间施加直流电压，从而使电离的惰性气体与镍撞击并使溅射出的镍颗粒沉积于树脂成形体的表面上。

[0068] 涂布诸如碳颗粒之类的导电性涂料的具体例子包括这样的方法，其中将导电性粉末(例如，诸如不锈钢之类的金属材料的粉末，或诸如结晶性石墨或无定形炭黑之类的碳粉)和粘结剂的混合物涂布到树脂成形体的表面上。

[0069] 对导电覆层的被覆重量(在树脂成形体上的沉积量)没有特别限制。例如，在使用镍作为导电覆层的情况下，被覆重量通常为5g/m2至15g/m2并且优选为7g/m2至10g/m2。

[0070] -镍镀层的形成-

[0071] 为了在树脂成形体的表面上形成镍镀层，可使用已知的镀覆工艺，特别地，优选使用电镀工艺。如果通过上述化学镀处理和/或溅射处理增加了镀膜的厚度，那么可能不需要形成镍镀层。然而，从生产率和成本的观点来看，这是不期望的。因此，优选采用如下方法：如上所述，首先对具有相互连接的孔的多孔树脂成形体进行导电处理，然后通过电镀工艺来形成镍镀层。

[0072] 电镀镍处理可以以通常的方式进行。作为镀浴，可使用已知的或市售可得的镀浴。其例子包括：瓦特(Watt's)浴、氯化物浴和氨基磺酸盐浴。将通过化学镀、溅射等在树脂成形体的表面上形成了导电覆层的树脂成形体浸入镀浴中，并在将树脂成形体与阴极连接且将镍对电极板与阳极连接的情况下，使直流电流或脉冲间歇电流通过其间。由此，可在导电覆层上进一步形成镍镀层。

[0073] 镍镀层可在不使导电覆层露出的程度上形成，对其被覆重量没有特别限制。镍的被覆重量通常约为100g/m2至1,000g/m2且优选约为200g/m2至800g/m2。

[0074] (锡镀层的形成)

[0075] 在包含镍的金属多孔体的表面上形成锡镀层，其中该包含镍的金属多孔体是市售可得的或如上所述而获得的。值得注意的是，包含镍的金属多孔体可包括作为基材的树脂成形体，或树脂成形体可能已经通过进行热处理等而被除去。

[0076] 为了在包含镍的金属多孔体的表面上形成锡镀层，可使用已知的镀覆工艺。作为镀锡浴，可使用已知的或市售可得的镀浴。其例子包括：硫酸盐浴、有机酸浴和碱浴。将包含镍的金属多孔体浸入镀锡浴中，并在将金属多孔体与阴极连接且将锡对电极板与阳极连接的情况下，使直流电流或脉冲间歇电流通过其间。由此，可在金属多孔体的表面上形成锡镀层。

[0077] 对锡镀层的被覆重量(锡沉积量)没有特别限制，优选为金属多孔体的总被覆重量的5质量％至25质量％，且更优选为10质量％至20质量％。

[0078] 此外，为了改善镀锡对包含镍的金属多孔体的密合性，期望的是通过在即将镀锡之前进行冲击镀镍来清洗金属多孔体并且在未干燥的湿润状态下将金属多孔体放入镀锡溶液中。由此，可以增强锡镀层的密合性。

[0079] 用于冲击镀镍的条件(例如)可设置如下。即，制备组成包含240g/L的氯化镍和125ml/L的盐酸(比重约为1.18)的伍德(Wood)冲击镍浴，将其温度调节至室温，并使用镍或碳作为阳极。

[0080] 以这样的方式，可以获得包含镍和锡的金属多孔体。通过在金属多孔体的至少一个表面上进行镀铬，可以获得根据本发明实施方案的燃料电池用金属多孔体。

[0081] 以上已经描述了用于获得包含镍和锡的金属多孔体的方法，其中制备了包含镍的金属多孔体并在包含镍的金属多孔体的表面上进行镀锡。也可以通过制备包含锡的金属多孔体并在包含锡的金属多孔体的表面上进行镀镍来获得包含镍和锡的金属多孔体。以下将简略地描述制备包含锡的金属多孔体并在包含锡的金属多孔体的表面上进行镀镍的方法。

[0082] (包含锡的金属多孔体的制备)

[0083] 与包含镍的金属多孔体相同，包含锡的金属多孔体优选具有三维网状结构。为了获得这样的金属多孔体，正如制造包含镍的金属多孔体的情况那样，首先，准备作为基材的树脂成形体，并将树脂成形体的表面进行导电处理。然后，在已经进行导电处理的树脂成形体的表面上形成锡镀层，而不是形成镍镀层。用于形成锡镀层的条件可以设置成与上述在包含镍的金属多孔体的表面上形成锡镀层的情况下的条件相同。

[0084] (镍镀层的形成)

[0085] 随后，通过在如上所述制造的包含锡的金属多孔体的表面上形成镍镀层，可以获得包含镍和锡的金属多孔体。用于形成镍镀层的条 件可以设置成与上述在已经经过导电处理的金属多孔体的表面上形成镍镀层的情况下的条件相同。

[0086] (铬镀层的形成)

[0087] 在包含镍和锡的金属多孔体的表面上形成铬镀层，该包含镍和锡的金属多孔体是通过在包含镍的金属多孔体的表面上形成锡镀层或在包含锡的金属多孔体的表面上形成镍镀层而获得的。可以使用已知的镀覆工艺作为用于形成铬镀层的方法，虽然对该方法没有特别限制，但是优选使用电镀工艺。如果通过溅射处理增加了镀膜的厚度，则可能不需要使用电镀处理。然而，从生产率和成本的观点来看，这是不期望的。

[0088] 此外，形成铬镀层使得金属多孔体的至少一个表面的铬浓度为3质量％至50质量％。可这样形成铬镀层，使得在片状金属多孔体的两侧上的表面的铬浓度在上述范围内。然而，如上所述，优选这样形成铬镀层，使得金属多孔体的一个表面的铬浓度高于另一个表面的铬浓度。为了将金属多孔体的至少一个表面的铬浓度设置在上述范围内，例如，可在将铬电极仅置于附着有铬的一侧的情况下进行镀覆来形成铬镀层。在金属多孔体的每侧的表面上都形成铬镀层的情况下，可通过在镀槽中将铬电极放置在金属多孔体的两侧来进行镀覆。在仅在金属多孔体的一个表面上形成铬镀层的情况下，可通过在镀槽中将铬电极仅放置在金属多孔体的一侧来进行镀覆。此外，在仅在金属多孔体的一侧形成铬镀层的情况下，优选停止搅拌镀液。

[0089] 可以通过已知的镀铬工艺来形成铬镀层。可以使用已知的或市售可得的镀浴作为镀浴。其例子包括：六价铬浴和三价铬浴。将设置有锡镀层的树脂成形体浸入铬镀浴中并与阴极连接，将充当对电极的铬板与阳极连接，并使直流电流或脉冲间歇电流通过其间。由此，可以形成铬镀层。

[0090] (热处理)

[0091] 根据本发明实施方案的用于制备金属多孔体的方法优选包括：对其上已经形成有铬镀层的金属多孔体进行热处理的步骤，或对铬镀层形成前的包含镍和锡的金属多孔体进行热处理的步骤。由此，金属 扩散至金属多孔体的骨架里面，并且能够抑制耐腐蚀性的变化。

[0092] 可以在惰性气氛(减压、氮气、氩气等)或在还原性气氛(氢气)下进行热处理。如果热处理温度太低，扩散将会花费很长时间。如果热处理温度太高，将会发生软化并且可能通过其自身的重量破坏多孔结构。因此，优选地，在900℃至1,300℃的范围内进行热处理。此外，优选在还原性气氛下进行热处理。热处理温度的范围更优选为1,000℃至1,300℃，且仍更优选为1,100℃至1,250℃。

[0093] 此外，在充当基材的树脂成形体仍然留在金属多孔体的骨架的中心的情况下，在该热处理步骤中通过燃烧除去树脂成形体。

[0094] (燃料电池)

[0095] 根据本发明实施方案的燃料电池使用根据本发明实施方案的金属多孔体作为集电体。以下将以高分子电解质燃料电池(PEFC)结构为例，描述根据本发明实施方案的燃料电池。

[0096] 根据本发明实施方案的高分子电解质燃料电池具有这样的基本结构，其中金属多孔体作为气体扩散层和集电体设置在包含高分子电极膜和催化剂电极的膜电极组件的(MEA)两侧上。向一个金属多孔体供给充当燃料的氢气，向另一个金属多孔体供给氧气。可将碳纸放置在MEA和金属多孔体之间。

[0097] 在MEA中，按以下方式放置金属多孔体，使得具有3质量％至50质量％的铬浓度的表面面向催化剂电极侧。由此，金属多孔体呈现对强酸(在使用过程中由高分子电极膜中产生)的耐腐蚀性，并且能够抑制腐蚀。

[0098] 实施例

[0099] 以下将基于实施例更加详细地描述本发明。然而，实施例仅仅是示例性的并且本发明的金属多孔体并不限于此。本发明的范围是由随附的权利要求书确定的，并且旨在包括权利要求的等同含义和范围内的所有变形。

[0100] [实施例1]

[0101] (具有三维网状结构的树脂成形体的导电处理)

[0102] 使用厚度为1.5mm的聚氨酯片材作为具有三维网状结构的树脂 成形体。为了赋予聚氨酯片材的表面导电性，制备导电性涂料，其中在导电性涂料中将100g粒径为0.01至0.2μm的炭黑(例如，无定形碳)分散在0.5L的10％丙烯酸酯树脂的水溶液中。将聚氨酯片材连续浸入涂料中并用辊进行挤压，随后干燥。以这样的方式，对聚氨酯片材进行导电处理。由此，在聚氨酯片材(具有三维网状结构的片状树脂成形体)的表面上形成了导电覆层。

[0103] (镀镍)

[0104] 通过以300g/m2的被覆重量进行镀镍，在聚氨酯片材(其表面已经进行了如上所述的导电处理)上形成镍镀层。使用氨基磺酸镍镀液作为镀液。氨基磺酸盐浴是具有450g/L的氨基磺酸镍浓度和30g/L的硼酸浓度的水溶液，并且调节其pH至4。然后，在55℃的温度下和20ASD(A/dm2)的电流密度下进行镀镍。由此，获得了包含镍的金属多孔体。

[0105] (镀锡)

[0106] 通过以56g/m2的被覆重量进行镀锡，在如上所述制备的包含镍的金属多孔体的表面上形成锡镀层。所使用的镀锡溶液具有这样的组成：相对于1,000g的水，包含55g/L的硫酸亚锡、100g/L的硫酸、100g/L的甲酚磺酸、2g/L的明胶和1g/L的β-萘酚。此外，将镀浴的温度设置为20℃，并且将阳极电流密度设置为1A/dm2。

[0107] (树脂成形体的除去)

[0108] 通过在1,000℃下对包含镍和锡的金属多孔体加热15分钟，通过燃烧除去基材(聚氨酯片材)。由于此时金属多孔体被部分氧化，所以在还原性(氢气)气氛中，在1,000℃下进一步进行还原处理20分钟。

[0109] (镀铬)

[0110] 以25g/m2的被覆重量在如上所述制备的包含镍和锡的金属多孔体的一个表面上形成铬镀层。由此，获得了金属多孔体1。此时，当使用组分分析仪(NitonXL3t-700，由Thermo Fisher Scientific Inc制造)通过荧光X-射线分析进行测量时，金属多孔体1的一个表面的铬浓度为30质量％。当以同样的方式进行测量时，金属多孔体1的相对面 的铬浓度为3.7质量％。

[0111] 使用三价铬镀液作为镀铬溶液。此外，将镀浴的温度设置为30℃，并且将阳极电流密度设置为12A/dm2。

[0112] [实施例2]

[0113] 按照与实施例1相同的方式制造金属多孔体2，不同之处在于：以5g/m2的被覆重量来形成铬镀层，并且金属多孔体的一个表面的铬浓度为4.1质量％。金属多孔体2的相对面的铬浓度为1.3质量％。

[0114] [实施例3]

[0115] 按照与实施例1相同的方式制造金属多孔体3，不同之处在于：以10g/m2的被覆重量来形成铬镀层，并且金属多孔体的一个表面的铬浓度为11质量％。金属多孔体3的相对面的铬浓度为1.7质量％。

[0116] [实施例4]

[0117] 按照与实施例1相同的方式制造金属多孔体4，不同之处在于：以18g/m2的被覆重量来形成铬镀层，并且金属多孔体的一个表面的铬浓度为21质量％。金属多孔体4的相对面的铬浓度为2.2质量％。

[0118] [实施例5]

[0119] 按照与实施例1相同的方式制造金属多孔体5，不同之处在于：以65g/m2的被覆重量来形成铬镀层，并且金属多孔体的一个表面的铬浓度为49质量％。金属多孔体5的相对面的铬浓度为4.3质量％。

[0120] [实施例6]

[0121] 对按照与实施例1相同的方式制造的金属多孔体1进一步进行以下热处理。

[0122] (热处理)

[0123] 通过在氢气气氛中，在1,100℃下对金属多孔体1进行加热而获得了金属多孔体6。在热处理中，将在1,100℃下的保持时间设置为30分钟。金属多孔体6的一个表面的铬浓度为26质量％。金属多孔体6的相对面的铬浓度为3.1质量％。

[0124] [比较例1]

[0125] 按照与实施例1相同的方式制造金属多孔体7，不同之处在于：以2g/m2的被覆重量来形成铬镀层，并且金属多孔体的一个表面的铬浓度为1.6质量％。金属多孔体7的相对面的铬浓度为0.3质量％。

[0126] [比较例2]

[0127] 按照与实施例1相同的方式制造金属多孔体8，不同之处在于：以97g/m2的被覆重量来形成铬镀层，并且金属多孔体的一个表面的铬浓度为54质量％。金属多孔体8的相对面的铬浓度为2.8质量％。

[0128] (燃料电池的评价)

[0129] 使用在实施例1至6和比较例1和2中制造的金属多孔体1至8，按照下述方式制造每个高分子电解质燃料电池。

[0130] 首先，制备催化剂电极部分的大小为5cm×5cm的MEA，将大小为5cm×5cm的碳纸(已经经过防水加工)放在其两侧，并将大小为5cm×5cm的金属多孔体放在其外侧，使得铬板侧面向MEA。整体用碳成形壳覆盖。因此，获得了燃料电池1至8。

[0131] 使按照上述方式制造的燃料电池1至8在0.2A/cm2的恒定电流密度下，在80℃的温度下运行100小时，并检查电压。此外，为了评价耐腐蚀性，在运行100小时后，将燃料电池拆卸，并通过用能量色散X-射线能谱分析(EDX；由Hitachi制造的S-3400N)对碳纸的Celmet侧的表面进行面扫描(mapping)，检查镍、锡和铬是否发生了溶出。在15kV的加速电压下进行EDX分析。其结果示于下表I中。

[0132] [表I]

[0133]