阅读说明：本技术 氧化物分散金属多孔体、电解电极以及氢制造装置 (Porous oxide-dispersed metal body, electrolytic electrode, and hydrogen production device ) 是由 奥野一树 真岛正利 东野孝浩 俵山博匡 光岛重德 于 2018-04-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种氧化物分散金属多孔体,该氧化物分散金属多孔体包括多孔金属骨架和担载在金属骨架中的氧化物颗粒。(The present invention provides an oxide-dispersed metal porous body including a porous metal skeleton and oxide particles supported in the metal skeleton.)

氧化物分散金属多孔体、电解电极以及氢制造装置

技术领域

本发明涉及氧化物分散金属多孔体、电解电极以及氢制造装置。本申请要求基于2017年4月24日递交的日本专利申请No.2017-085698的优先权，该申请的全部内容通过引用方式并入本文。

背景技术

氢适合存储和运输，并且还具有小的环境负荷。因此，氢作为高效的清洁能源而受到关注。大部分氢通过化石燃料的水蒸汽重整制造。然而，为了减轻环境负荷，通过水电解制造氢变得越来越重要。因为水电解涉及电力的消耗，所以也尝试了电解电极的各种改进以实现高效氢制造体系(参见日本专利待审查公开No.2016-148074(专利文献1)、日本专利待审查公开No.2016-204732(专利文献2)、日本专利待审查公开No.2017-057470(专利文献3)和WO2015/064644(专利文献4))。

例如，一种氢制造装置，该装置包括：层叠体，其中在一对电极之间夹有隔膜；以及被构造为将层叠体存储在其中的电解槽。作为层叠体的结构，通常采用其中隔膜与电极接触的零间隙结构。可在不与隔膜接触的各电极的表面上设置肋状结构，以确保用于释放气泡的空间。当使用多个电极时，通常采用涉及串联连接的双极型。

引文列表

专利文献

PTL1：日本专利待审查公开No.2016-148074

PTL2：日本专利待审查公开No.2016-204732

PTL3：日本专利待审查公开No.2017-057470

PTL4：WO2015/064644

发明内容

本发明的一个方面涉及一种氧化物分散金属多孔体，该氧化物分散金属多孔体包括多孔金属骨架和担载在金属骨架中的氧化物颗粒。

本发明的另一方面涉及一种包括上述氧化物分散金属多孔体的电解电极。

本发明的又一方面涉及一种氢制造装置，该装置包括：被构造为存储碱性水溶液的电解槽；各自浸入碱性水溶液中的阳极和阴极；以及被构造为在阳极和阴极之间施加电压的电源，其中阳极和阴极中的至少一者为上述电解电极。

本发明的还又一方面涉及一种氢制造装置，该装置包括：阳极；阴极；布置在阳极和阴极之间的电解质膜；以及被构造为在阳极和阴极之间施加电压的电源，其中阳极和阴极中的至少一者为上述电解电极。

附图说明

图1为示出了氧化物分散金属多孔体的骨架的一部分的示例性结构的示意图。

图2为示意性地示出了图1中的骨架的一部分的截面的截面图。

图3为示出了氢制造装置的示例性基本结构的示意图。

图4示出了表示具有三维网状结构的示例性金属多孔体基材的的照片。

图5示出了表示具有三维网状结构的示例性金属多孔体基材的的SEM照片。

具体实施方式

[本公开要解决的问题]

用于一般水电解提出的电解电极具有二维结构和较小的表面积。因此，水电解的效率的改善是有限的。还考虑使用具有二维结构的多孔体，例如膨胀金属或冲压金属。然而，通过水分解产生的气体残留在具有二维结构的多孔体的细孔中，从而用于促进电解反应的有效表面积易于减小。

[本公开的有利效果]

根据本发明的氧化物分散金属多孔体，可以提供具有优异亲水性和优异氢制造能力的电解电极以及包括该电解电极的氢制造装置。

[实施方案的描述]

首先，列举并且描述本发明的实施方案的内容。

(1)根据本发明的一个实施方案的氧化物分散金属多孔体包括多孔金属骨架和担载在金属骨架中的氧化物颗粒。由于氧化物颗粒担载在金属骨架中，因此改善了金属多孔体的亲水性。在水电解期间，水易于渗透氧化物分散金属多孔体，并且通过水电解产生的诸如氢、氧之类的气体的气泡易于从氧化物分散金属多孔体的细孔(例如，如下所述的开口103、气孔101等)中释放。因此，对于电解反应，可有效地利用金属骨架的表面积，从而改善水电解的效率。

(2)多孔金属骨架优选具有三维网状结构。因此，氧化物分散金属多孔体或包含该金属多孔体的电解电极的表面积显著增加。尽管在这种金属多孔体中细孔的体积大，但是气体易于从细孔中释放。

(3)氧化物分散金属多孔体的孔隙率优选为70体积％以上。因此，金属多孔体或包含该金属多孔体的电解电极的表面积进一步显著地增加。

(4)氧化物分散金属多孔体的开口直径优选为100μm至2000μm。因此，气体更易于从细孔释放。

(5)氧化物颗粒优选为不均匀地担载在金属骨架的表层部分。因此，氧化物分散金属多孔体的亲水性进一步改善。例如，氧化物颗粒可包含在被覆金属骨架的表面的至少一部分的镀层中。

(6)氧化物颗粒的平均粒径优选为0.1μm以上10μm以下。这是因为氧化物颗粒易于混入或担载在金属骨架中。

(7)氧化物分散金属多孔体的每单位面积的质量优选为200g/m²至1500g/m²，并且更优选为600g/m²至1500g/m²。也就是说，氧化物分散金属多孔体的外观为片状形式的形状，并且该形状的每单位面积的质量优选为200g/m²至1500g/m²，并且更优选为600g/m²至1500g/m²。这是因为可获得具有高强度和大表面积的轻质氧化物分散金属多孔体或包含该金属多孔体的电解电极。

应当注意，氧化物分散金属多孔体的单位面积是指当从其主表面的法线方向观察具有片状形式的形状的氧化物分散金属多孔体时，氧化物分散金属多孔体的投影面积的单位面积(同样适用于以下描述)。

(8)氧化物分散金属多孔体的每单位面积担载的氧化物颗粒的量优选为10g/m²至100g/m²，并且更优选为15g/m²至50g/m²。也就是说，氧化物分散金属多孔体的外观为片状形式的形状，并且该形状的每单位面积担载的氧化物颗粒的量优选为10g/m²至100g/m²，并且更优选为15g/m²至50g/m²。这是因为改善亲水性的效果和用于促进电解反应的电极面积之间的平衡得以改善。例如，可由使用酸将金属多孔体熔融之后剩余的未熔融氧化物残留物的重量测定每单位面积担载的氧化物颗粒的量。

(9)氧化物分散金属多孔体的厚度T优选为0.1mm至10mm，更优选为0.3mm至5mm，并且进一步优选为1.4mm至5mm。也就是说，氧化物分散金属多孔体的外观为片状形式的形状，并且该形状的厚度优选为0.1mm至10mm，厚度更优选为0.3mm至5mm，并且厚度进一步优选为1.4mm至5mm。这是因为，易于确保高孔隙率，并且也促进了气体从细孔的释放。此外，可设计具有高容积效率的氢制造装置。应当注意，厚度T(例如)为氧化物分散金属多孔体的任意十个位置的厚度的平均值。例如，可使用数字测厚仪测量厚度。

(10)氧化物颗粒可为任何无机氧化物颗粒。例如，可使用选自由氧化铁、氧化镍、氧化铬、氧化钛、氧化铝、氧化锆、氧化铈、氧化钴、氧化钼、氧化钌、氧化铱、氧化锡和氧化硅组成的组中的至少一种。只要氧化物在电解期间是稳定的，就不用询问氧化物的价态。这是因为这些氧化物在电解期间不易于还原，并且具有高稳定性。其中，氧化铬、氧化钛、氧化铝、氧化锆和氧化铈更不易于还原。可单独使用一种类型的氧化物颗粒，或者可组合使用多种类型的氧化物颗粒。

在本发明的另一个实施方案中，各个氧化物颗粒优选为包括选自由氧化铁、氧化镍、氧化铬、氧化钛、氧化铝、氧化锆、氧化铈、氧化钴、氧化钼、氧化钌、氧化铱、氧化锡和氧化硅组成的组中的至少一种。此外，上述氧化物颗粒更优选为包括选自由氧化铬、氧化钛、氧化铝、氧化锆和氧化铈组成的组中的至少一种。

(11)根据本发明的一个实施方案的电解电极包括上述氧化物分散金属多孔体。因此，在水电解中可表现出高的氢制造能力。

(12)根据本发明的一个实施方案的氢制造装置包括：被构造为存储碱性水溶液的电解槽；各自浸入电解槽内的碱性水溶液中的阳极和阴极；以及被构造为在阳极和阴极之间施加电压的电源，其中阳极和阴极中的至少一者为上述电解电极。根据该氢制造装置，可高效地制造氢。

(13)根据本发明的一个实施方案的氢制造装置包括：阳极；阴极；布置在阳极和阴极之间的电解质膜；以及被构造为在阳极和阴极之间施加电压的电源，其中阳极和阴极中的至少一者为上述电解电极。根据该氢制造装置，可高效地制造氢。电解质膜可为高分子电解质膜或者可为固体氧化物电解质膜。

[本发明的实施方案的详述]

以下将具体描述本发明的实施方案。应当注意，本发明由权利要求的权项限定，而不是由以下内容限定，并且旨在包括与权利要求的权项等同的范围和含义内的任何修改。在此，在本说明书中，表述“A至B”表示范围的下限至上限(即，A以上B以下)。当A后没有描述单位而仅B后描述有单位时，A的单位与B的单位相同。

在下文中，将参考图1至图3进行说明。图1为示出了氧化物分散金属多孔体的骨架的一部分的示例性结构的示意图。图2为示意性地示出了图1中的骨架的一部分的截面的截面图。图3为示出了氢制造装置的示例性基本结构的示意图。应当注意，在各图中，未示出氧化物颗粒。

(氧化物分散金属多孔体)

例如，氧化物分散金属多孔体包括金属多孔体基材和在金属多孔体基材的表面上形成的镀层。在本文中，术语“金属多孔体基材”是指包括金属骨架的基材。上述金属骨架限定二维孔(例如，下述开口)或三维空间(例如，下述气孔)。镀层包含分散的氧化物颗粒。在这种情况下，氧化物颗粒不均匀地担载在金属骨架(例如，下述纤维部分102)的表层部分。也就是说，可以理解，氧化物颗粒作为镀层的一部分担载在金属骨架中。此外，上述氧化物颗粒可担载在镀层的表面上。例如，可通过以下方法形成包含分散的氧化物颗粒的镀层(在下文中，称作“氧化物分散镀层”)。

首先，准备其中分散有氧化物颗粒的镀浴。优选对镀浴进行搅拌以充分分散氧化物颗粒。例如，当在形成镍镀层时，包含氨基磺酸镍的一般镀浴可用作镀浴。优选对镀浴进行搅拌以使液流撞击金属多孔体基材的表面。

添加到镀浴中的氧化物颗粒的量优选为50g/L至500g/L，更优选为100g/L至300g/L，并且进一步优选为200g/L至300g/L。因此，可形成其中混入足够量的氧化物颗粒的氧化物分散镀层，并且可充分避免过多的氧化物颗粒堵塞金属多孔体基材的细孔。

根据激光衍射型粒径分布获得的以体积为基准的氧化物颗粒的平均粒径优选为0.1μm以上10μm以下，更优选为0.1μm以上3μm以下，并且进一步优选为0.1μm以上1μm以下。也就是说，氧化物颗粒的平均粒径优选为0.1μm以上10μm以下，更优选为0.1μm以上3μm以下，并且进一步优选为0.1μm以上1μm以下。当平均粒径落入该范围内时，易于抑制由镀液中的氧化物颗粒的团聚引起的沉淀，也充分地避免了过大的氧化物颗粒堵塞金属多孔体基材的细孔，并且易于在镀层中混入氧化物颗粒。上述平均粒径可通过(例如)由HORIBA提供的激光衍射型粒度分布测定装置Partica LA-960(商品名)进行测定。将目标粉末与溶剂(如水)混合，并且随后使用超声波等进行分散。设定适当的折射率以测定粒度分布并且计算平均粒径。

然后，可将金属多孔体基材浸入正在搅拌以分散氧化物颗粒的镀浴中，从而在金属多孔体基材的表面上形成氧化物颗粒分散镀层。此外，优选为在搅拌镀浴的同时进行镀覆处理。为了充分保证其中担载的氧化物颗粒的量，并且获得轻质的、廉价的氧化物分散金属多孔体，金属多孔体基材的每单位表面积的用于镀覆的金属的量(氧化物颗粒分散镀层的量)优选为100g/m²至700g/m²，更优选为150g/m²至400g/m²，并且进一步优选为150g/m²至300g/m²。用于镀覆的金属的量通过下式确定：{(进行镀覆处理后的氧化物分散金属多孔体的质量(g))-(进行镀覆处理前的金属多孔体基材的质量(g))}/(进行镀覆处理前的金属多孔体基材的表面积(m²))。

对于金属多孔体基材，可使用网状物、膨胀金属、冲压金属、具有三维网状结构的金属多孔体等。其中，具有三维网状结构的金属多孔体优选用作金属多孔体基材，这是因为可使电极表面变大。金属多孔体基材的材料可为任何材料，只要该材料在电解质溶液中是稳定的即可。材料的实例包括镍或镍合金、铝或铝合金、不锈钢、铁等。对于金属多孔体基材的材料，优选不锈钢、铁、镍等。特别优选在碱中具有宽的稳定电位范围的镍。

以下进一步说明性地描述了包含具有三维网状结构的金属多孔体基材的氧化物分散金属多孔体。

三维网状骨架(例如)为具有无纺布状结构或海绵状结构的金属骨架，并且具有由骨架限定的多个气孔。在本实施方案的另一方面中，还可以理解的是，三维网状骨架具有由下述纤维部分102限定的多个气孔101。这样的金属骨架和由该骨架包围的气孔构成一个小室(cell)。金属多孔体基材的外观可为诸如片状、立方体状、球状或圆柱状等的形状。此外，氧化物分散金属多孔体的外观可为诸如片状、立方体状、球状或圆柱状等的形状。

如图1所示，例如，一个小室可表示为正十二面体模型。气孔101由纤维状或棒状的金属部分(纤维部分102)限定。多个气孔101三维地进行连接(未示出)。通过连续延伸的纤维部分102形成小室的骨架。在该小室中，形成了由纤维部分102包围的大体上为五边形的开口(或窗口)103。相邻的小室彼此连通，在相邻的小室之间共享一个开口103。也就是说，金属多孔体的骨架通过纤维部分102形成，该纤维部分102在限定了多个连续的气孔101的同时形成网状网络。具有这种结构的骨架称作“三维网状骨架”。

如图2所示，纤维部分102中可设置有空腔102a，即，纤维部分102可以是中空的。具有这种中空骨架的金属多孔体虽然具有体积大的三维结构，但却非常轻质。应当注意，虽然在图中未示出，但氧化物分散金属多孔体的纤维部分102具有两层结构，该两层结构包括金属多孔体基材的金属骨架和氧化物分散镀层。此外，应该至少在金属骨架的与其面向空腔102a的表面相反的表面上形成氧化物分散镀层。

可通过(例如)用金属被覆具有连通孔的由树脂构成的多孔体(在下文中，也称作“树脂多孔体”)而形成金属多孔体基材。例如，可通过镀覆法、气相法(气相沉积、等离子体化学气相沉积、溅射等)、涂布金属膏等进行用金属被覆。由于用金属进行的被覆，形成了三维网状骨架。在上述方法中，优选将镀覆法用于用金属进行的被覆。

作为镀覆法，可采用任何方法，只要通过该方法可在树脂多孔体的表面(包括其在内部空间侧的表面)上形成金属层即可。作为镀覆法，可采用已知的镀覆法，例如电镀法或熔融盐镀覆法。通过镀覆法，形成了与树脂多孔体的形状相对应的三维网状金属多孔体。也就是说，可根据树脂多孔体的气孔直径(小室直径)控制获得的金属多孔体的开口直径和气孔直径(小室直径)。

当使用电镀法进行镀覆处理时，期望的是在电镀之前在树脂多孔体的表面上形成导电层。可通过无电镀、气相沉积、溅射等在树脂多孔体的表面上形成导电层，可通过涂布导电剂等在树脂多孔体的表面上形成导电层，或者可通过将树脂多孔体浸渍到包含导电剂的分散液中从而在树脂多孔体的表面上形成导电层。

树脂多孔体没有特别的限制，只要树脂多孔体具有连通孔即可。树脂发泡体、由树脂构成的无纺布等可用于树脂多孔体。其中，树脂发泡体是优选的，因为在金属多孔体中易于形成连通孔。作为用于诸如树脂发泡体等的多孔体的树脂，优选采用在金属被覆后，在保留具有三维网状结构的金属骨架的同时可通过分解或熔融除去的树脂。在这种情况下，骨架(纤维部分)102可以是中空的。树脂的实例包括：热固性树脂，例如热固性聚氨酯和三聚氰胺树脂；热塑性树脂，例如烯烃树脂(聚乙烯、聚丙烯等)和热塑性聚氨酯；等。其中，优选使用热固性聚氨酯等，因为易于形成具有更均匀的尺寸或形状的气孔。

在通过分解或熔融除去骨架中的树脂后，可通过洗涤除去骨架中残留的成分(树脂、分解的材料、未反应的单体等)。可通过在根据需要适当地施加电压的同时进行加热而除去树脂。此外，可在经镀覆的多孔体浸渍入熔融盐镀浴中的状态下，在施加电压的同时进行加热。通过金属被覆后如此除去树脂，获得在骨架内部形成空腔的金属多孔体基材。此外，金属多孔体基材具有与树脂发泡体的形状对应的三维网状结构。应当注意，市售金属多孔体基材的实例包括或铜或镍的这两者均由住友电气工业株式会社提供(图4和图5)。

当金属多孔体基材的外观为片状形式的形状时，该形状的每单位面积的质量优选为200g/m²至1000g/m²，并且更优选为300g/m²至500g/m²。

金属多孔体基材的平均气孔直径没有特别限定。例如，金属多孔体基材中的平均气孔直径可为100μm至4000μm，可为100μm至3000μm，可为200μm至1000μm，或者可为500μm至1000μm。上述平均气孔直径可通过与用于确定在下述氧化物分散金属多孔体中的气孔101的直径(平均气孔直径)相同的方法进行确定。

然后，(例如)如下对氧化物分散金属多孔体的开口直径D进行确定。首先，从氧化物分散金属多孔体具有的开口103中选择任意一个开口103a。对包含在选定开口103a中的最大正圆C(参见图2)的直径Dp和可包含开口103a的最小正圆的直径进行测量，并且随后确定其平均值。将该平均值视为开口103a的开口直径Da。同样，对氧化物分散金属多孔体的多个(例如，九个)任意其它开口103b至103j的各开口直径Db至Dj进行确定。将这十个开口103a至103j的各自的开口直径Da至Dj的平均值视为开口直径D。

具体而言，在氧化物分散金属多孔体的主表面的SEM照片中，确定包括十个以上开口103整体的区域R。例如，从包括在区域R中的开口103中，随机选择十个开口103，并且通过上述方法计算开口103a至103j的各自的开口直径Da至Dj。将计算出的开口103a至103j的开口直径Da至Dj的平均值视为开口直径D。

氧化物分散金属多孔体的开口直径D优选为100μm至2000μm，并且更优选为400μm至1000μm。也就是说，氧化物分散金属多孔体的开口直径优选为100μm至2000μm，并且开口直径更优选为400μm至1000μm。例如，可通过以下方法确定开口直径D。在氧化物分散金属多孔体的主表面的SEM照片中，选择适于测量的开口，测量十个以上位置处的开口直径，并且确定其平均值，从而确定开口直径D。

虽然氧化物分散金属多孔体的孔隙率P没有特别的限制，但为了改善气体的释放，孔隙率P优选为70体积％以上，更优选为80体积％以上，并且特别优选为85体积％以上。也就是说，氧化物分散金属多孔体的孔隙率优选为70体积％以上，孔隙率更优选为80体积％以上，并且孔隙率特别优选为85体积％以上。孔隙率P小于100体积％，可为99.5体积％以下，或可为99体积％以下。这些下限值和上限值可适当地组合。孔隙率(体积％)由下式确定：{1-(金属多孔体的表观比重/金属的实际比重)}×100。

氧化物分散金属多孔体中气孔101的直径(也称作“小室直径”或“平均气孔直径”)V1没有特别的限制。例如，气孔直径V1可为100μm至4000μm，可为200μm至1000μm，或者可为500μm至1000μm。例如，如下对气孔直径V1进行确定。首先，从氧化物分散金属多孔体的气孔101中选择任意一个气孔101a。对包含在选定气孔101a中的最大球体的直径和可包含气孔101a的最小球体S的直径(参见图1)进行测量，并且随后确定其平均值。将该平均值视为气孔101a的气孔直径Va。同样，对氧化物分散金属多孔体中具有的多个(例如，九个)任何其它气孔101b至101j的各自的气孔直径Vb至Vj进行确定。将这十个气孔101a至101j的气孔直径Va至Vj的平均值视为气孔直径V1。

具体而言，在氧化物分散金属多孔体的主表面的SEM照片中，确定包括十个以上的气孔101整体的区域V。例如，从区域V包含的气孔101中随机选择十个气孔101，并且通过上述方法计算气孔101a至101j的各自的气孔直径Va至Vj。将计算出的气孔101a至101j的气孔直径Va至Vj的平均值视为气孔直径V1。

当各气孔的形状不是真球状并且具有特定的纵横比时，本发明的气孔直径(小室直径)V1是指在V1最大的方向上测量的数值。

氧化物分散金属多孔体的比表面积(BET比表面积)也没有特别的限制。金属多孔体的比表面积(例如)可为100m²/m³至9000m²/m³，或者可为200m²/m³至6000m²/m³。

氧化物分散金属多孔体的开口103的密度d也没有特别的限制。特别地，对于电阻而言，密度d优选为10/2.54cm至100/2.54cm，并且更优选为30/2.54cm至80/2.54cm。应当注意，密度d是指当在氧化物分散金属多孔体的表面上画出长度为1英寸(＝2.54cm)的直线时，直线上的开口103的数量。在此，当直线在位于直线的端部的开口内终止时，不对该开口进行计数。

氧化物分散金属多孔体的骨架(纤维部分)102的宽度Wf也没有特别的限制。特别地，对于集电性而言，宽度Wf优选为3μm至500μm，并且更优选为10μm至500μm。

然后，对包括将上述氧化物分散金属多孔体作为电解电极的氢制造装置进行以下说明。

氢制造方法大致分为：[1]使用碱性水溶液的碱性水电解法；[2]PEM法(高分子电解质膜法)；和[3]SOEC法(固体氧化物电解电池法)。在每种方法中，可将上述金属多孔体用作电解电极(在下文中，也简称作“电极”)。

[1]碱性水电解法

在碱性水电解法中，将阳极和阴极浸入碱性水溶液(优选为强碱性水溶液)中并且在阳极和阴极之间施加电压，从而电解水。在这种情况下，上述电极可用于电极中的至少一者。在阳极，将氢氧根离子氧化以生成氧和水。在阴极，将氢离子还原以生成氢。因为电极对于水的润湿性大并且表面积大，所以各种离子与电极之间的接触面积大，由此水的电解效率得以改善。此外，因为电极具有优异的导电性，所以水的电解效率得以进一步改善。此外，因为电极的孔隙率高，所以生成的氢和氧可立即释放。为了改善气泡释放性、保水性和电连接，可通过层叠具有不同气孔直径的多个氧化物分散金属多孔体构造一个电极。

为了防止生成的氢和氧混合，优选在阳极和阴极之间布置隔膜(分隔器)。隔膜的材料没有特别的限制，只要该材料具有润湿性、离子透过性、耐碱性、非导电性、非透气性、热稳定性等即可。这种分隔器的材料的实例包括：用钛酸钾浸渍的氟树脂；聚锑酸盐；聚砜；亲水化聚苯硫醚；聚偏二氟乙烯；聚四氟乙烯等。当堆叠使用多个各自由阳极、阴极和分隔器构成的电池时，优选为在电池之间布置分隔器(例如上述中的一种)以防止短路。

碱性水溶液的溶解物质也没有特别的限制。其实例包括碱金属(锂、钠、钾、铷、铯或钫)或碱土金属(钙、锶、钡或镭)的氢氧化物等。其中，因为可获得强碱性水溶液，所以优选为碱金属的氢氧化物(特别是NaOH或KOH)。碱性水溶液的浓度也没有特别的限制，并且从电解效率的观点来看可为20质量％至40质量％。操作温度(例如)为约50℃至90℃，并且电流密度(例如)为约0.1A/cm²至0.3A/cm²。

[2]PEM法

在PEM法中，使用高分子电解质膜电解水。具体而言，在PEM法中，在高分子电解质膜的各表面设置阳极和阴极，将水引入阳极，并且在阳极和阴极之间施加电压，从而电解水。在这种情况下，上述电极也可用于电极中的至少一者。在PEM法中，通过作为电解质膜的高分子电解质膜将阳极侧和阴极侧彼此完全分隔开。因此，与碱性水电解法相比，可方便地提取高纯度的氢。此外，因为上述电极具有大的表面积，对于水具有大的润湿性，并且具有优异的导电性，所以该电极适合作为采用PEM法的氢制造装置(PEM型氢制造装置)的阳极。

在本文中，由PEM型氢制造装置制造的质子通过高分子电解质膜移动到阴极，并且在阴极侧作为氢被提取。PEM型氢制造装置的操作温度为约100℃。作为高分子电解质膜，可使用通常用于固体高分子燃料电池或PEM型氢制造装置的具有质子传导性的高分子，如全氟磺酸盐聚合物。在一些方法中，可使用具有阴离子传导性的膜。当阴极包括上述电极时，所制造的氢可立即释放。

[3]SOEC法

在SOEC法(也称作“水蒸汽电解法”)中，使用固体氧化物电解质膜电解水蒸气。具体而言，在SOEC法中，将阳极和阴极布置在固体氧化物电解质膜的各表面上，将水蒸气引入到电极中的一者中，并且在阳极和阴极之间施加电压，由此电解水蒸气。

在SOEC法中，要引入水蒸气的电极根据固体氧化物电解质膜是具有质子传导性还是具有氧化物离子传导性而不同。一方面，当固体氧化物电解质膜具有氧化物离子传导性时，将水蒸气引入到阴极。水蒸气在阴极被电解，并且生成质子和氧化物离子。生成的质子在阴极被还原而未改性，并且作为氢被提取。氧化物离子通过固体氧化物电解质膜移动到阳极，随后在阳极被氧化，并且作为氧被提取。另一方面，当固体氧化物电解质膜具有质子传导性时，将水蒸气引入阳极。水蒸气在阳极被电解，并且生成质子和氧化物离子。生成的质子通过固体氧化物电解质膜移动到阴极，随后在阴极被还原，并且作为氢被提取。氧化物离子在阳极被氧化而未改性，并且作为氧被提取。

当上述电极用作引入水蒸气的电极时，水蒸气的电解效率得以改善，因为上述电极具有大的表面积和对于水的大的润湿性，因此水蒸气和电极之间的接触面积也大。此外，因为上述电极具有优异的导电性，所以水蒸气的电解效率得以进一步改善。

<付记>

以上描述包括以下附加列举的特征。

(付记1)

一种氧化物分散金属多孔体，包括多孔金属骨架和担载在金属骨架中的氧化物颗粒。

(付记2)

根据付记1所述的氧化物分散金属多孔体，其中金属骨架具有三维网状结构。

(付记3)

根据付记1或2所述的氧化物分散金属多孔体，其中氧化物分散金属多孔体的孔隙率为70体积％以上。

(付记4)

根据付记1至3中任一项所述的氧化物分散金属多孔体，其中氧化物分散金属多孔体的开口直径为100μm至2000μm。

(付记5)

根据付记1至4中任一项所述的氧化物分散金属多孔体，其中氧化物颗粒不均匀地担载在金属骨架的表层部分中。

(付记6)

根据付记1至5中任一项所述的氧化物分散金属多孔体，其中氧化物颗粒的粒径为0.1μm以上10μm以下。

(付记7)

根据付记1至6中任一项所述的氧化物分散金属多孔体，其中每单位面积的质量为200g/m²至1500g/m²。

(付记8)

根据付记1至7中任一项所述的氧化物分散金属多孔体，其中每单位面积担载的氧化物颗粒的量为10g/m²至100g/m²。

(付记9)

根据付记1至8中任一项所述的氧化物分散金属多孔体，其中氧化物分散金属多孔体的厚度为0.1mm至10mm。

(付记10)

根据付记1至9中任一项所述的氧化物分散金属多孔体，其中各个氧化物颗粒包括选自由氧化铁、氧化镍、氧化铬、氧化钛、氧化铝、氧化锆、氧化铈、氧化钴、氧化钼、氧化钌、氧化铱、氧化锡和氧化硅组成的组中的至少一种。

(付记11)

一种电解电极，其包括付记1至10中所述的氧化物分散金属多孔体。

(付记12)

一种氢制造装置，包括：

被构造为存储碱性水溶液的电解槽；

各自浸入碱性水溶液中的阳极和阴极；以及

被构造为在阳极和阴极之间施加电压的电源，其中

阳极和阴极中的至少一者为付记11中所述的电解电极。

(付记13)

一种氢制造装置，包括：

阳极；

阴极；

布置在阳极和阴极之间的电解质膜；以及

被构造为在阳极和阴极之间施加电压的电源，其中

阳极和阴极中的至少一者为付记11中所述的电解电极。

[实施例]

接下来，将基于实施例对本发明进行更具体地描述。然而，以下实施例不限制本发明。

[实施例1]

按以下步骤制作氧化物分散金属多孔体。

作为金属多孔体基材，使用每单位面积的质量为300g/m²、厚度为1.4mm并且平均气孔直径为500μm的由镍构成的金属多孔体(由住友电气工业株式会社提供的)。制备包含氨基磺酸镍的镀浴，并且将200g/L的平均粒径为1μm的氧化镍粉末添加到镀浴中。该镀浴用于在搅拌镀浴的同时在金属多孔体基材的表面上进行镀镍。经镀覆的金属多孔体(电解电极A)的每单位面积的质量为600g/m²。

[实施例2]

进行与实施例1相同的操作以获得每单位面积的质量为600g/m²的经镀覆的金属多孔体(电解电极B)，不同之处在于，将200g/L的平均粒径为1μm的氧化钛粉末代替氧化镍添加到镀浴中。

[实施例3]

进行与实施例1相同的操作以获得每单位面积的质量为600g/m²的经镀覆的金属多孔体(电解电极C)，不同之处在于，将200g/L的平均粒径为1μm的氧化铝粉末代替氧化镍添加到镀浴中。

[实施例4]

进行与实施例1相同的操作以获得每单位面积的质量为600g/m²的经镀覆的金属多孔体(电解电极D)，不同之处在于，将200g/L的平均粒径为1μm的氧化锆粉末代替氧化镍添加到镀浴中。

[实施例5]

进行与实施例1相同的操作以获得每单位面积的质量为600g/m²的经镀覆的金属多孔体(电解电极E)，不同之处在于，将200g/L的平均粒径为1μm的氧化铈粉末代替氧化镍添加到镀浴中。

[实施例6]

进行与实施例1相同的操作以获得每单位面积的质量为600g/m²的经镀覆的金属多孔体(电解电极F)，不同之处在于，将200g/L的平均粒径为1μm的氧化钴粉末代替氧化镍添加到镀浴中。

[实施例7]

进行与实施例1相同的操作以获得每单位面积的质量为600g/m²的经镀覆的金属多孔体(电解电极G)，不同之处在于，将200g/L的平均粒径为1μm的氧化钼粉末代替氧化镍添加到镀浴中。

[实施例8]

进行与实施例1相同的操作以获得每单位面积的质量为600g/m²的经镀覆的金属多孔体(电解电极H)，不同之处在于，将200g/L的平均粒径为1μm的氧化铱粉末代替氧化镍添加到镀浴中。

[实施例9]

进行与实施例1相同的操作以获得每单位面积的质量为600g/m²的经镀覆的金属多孔体(电解电极I)，不同之处在于，将200g/L的平均粒径为1μm的氧化钌粉末代替氧化镍添加到镀浴中。

[实施例10]

进行与实施例1相同的操作以获得每单位面积的质量为600g/m²的经镀覆的金属多孔体(电解电极J)，不同之处在于，将200g/L的平均粒径为1μm的氧化硅粉末代替氧化镍添加到镀浴中。

[比较例1]

进行与实施例1相同的操作以获得每单位面积的质量为600g/m²的经镀覆的金属多孔体(电解电极R)，不同之处在于，使用其中没有添加氧化物颗粒的镀浴。

<亲水性的评价>

在各电解电极的表面上滴加电解质溶液(浓度为7M的KOH水溶液)，液滴的直径为约1mm。测定直至电解质溶液完全渗透的时间。结果，在比较例1的电极中，直至电解质溶液完全渗透需要11秒，而在实施例1至实施例10的各电极中，直至电解质溶液完全渗透需要大约1秒。这可能是因为，通过其中分散有氧化物颗粒的镀层，金属多孔体的亲水性得以改善。

<氢制造能力的评价>

组装如图3所示的氢制造装置200，并且用与上述相同的电解质溶液205填充容器204。在电解质溶液205中，进行线性扫描伏安法，并且使用测定仪器206找出电压和与氢的生成相对应的电流之间的关系。将测试温度设定为30℃。将电位扫描范围设定为-0.1V至-1.5V(相对于Hg/HgO参比电极203)。用于电解电极的工件201的尺寸为10mm见方。对于对电极202，使用尺寸为40mm见方的上述金属多孔体基材。电极之间的距离为20mm。表1中示出了-1.4V(相对于Hg/HgO电极)时的电流值。

[表1]

如表1所示，实施例1至实施例10的各电解电极A至电解电极J的电流值高于比较例1的电解电极R的电流值。也就是说，实施例1至实施例10的各电解电极A至电解电极J的氢制造能力高于比较例1的电解电极R的氢制造能力。由以上结果证明，通过其中分散有氧化物颗粒的镀层，电解电极的氢制造能力得以改善。

工业实用性

根据本发明的金属多孔体可用作各种类型的电解电极。

附图标记列表

101：气孔；102：纤维部分；102a：空腔；103：开口；200：氢制造装置；201：工件；202：对电极；203：参比电极；204：容器；205：电解质溶液；206：测定仪器。