本發(fā)明涉及多孔集電體、燃料電池和制造多孔集電體的方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種具有良好導(dǎo)電性和耐腐蝕性的多孔集電體。

背景技術(shù)：

例如，燃料電池中的固體氧化物燃料電池(在下文中稱為SOFC)包括由固體氧化物形成的固體電解質(zhì)層和堆積在固體電解質(zhì)層的兩側(cè)上的電極層。

SOFC需要在比聚合物電解質(zhì)燃料電池(PEFC)和磷酸燃料電池(PAFC)運(yùn)行的溫度高的溫度下運(yùn)行。然而，近年來(lái)SOFC已經(jīng)受到矚目，因?yàn)镾OFC可以以高的效率運(yùn)行，并且可以使用生物燃料或者類似物。

每個(gè)電極在其表面上都具有多孔集電體，以便于收集和提取在電極中生成的電子。要堆積在每個(gè)電極上的集電體優(yōu)選地由多孔導(dǎo)電材料形成，該多孔導(dǎo)電材料具有高導(dǎo)電性并且也具有大孔隙率，以便于保持空氣或燃料氣體的流動(dòng)性。

引用列表

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本未審查的專利申請(qǐng)公開號(hào)2002-280026

專利文獻(xiàn)2：日本未審查的專利申請(qǐng)公開號(hào)2013-078716

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

這種SOFC通常在從600℃至1000℃的高溫下運(yùn)行。因?yàn)檠蹼x子O^2-在空氣電極中生成，所以空氣電極側(cè)上的集電體暴露于非常強(qiáng)的氧化環(huán)境(腐蝕性環(huán)境)。因?yàn)槿绱?，多孔集電體需要具有高耐熱性和高耐氧化性。為了滿足這些要求，例如，通常使用諸如Pt和Ag的貴金屬、諸如鉻鎳鐵合金的金屬，或者碳。然而，當(dāng)使用這些貴金屬和諸如鉻鎳鐵合金的材料時(shí)，因?yàn)橘Y源問題，出現(xiàn)了與高生產(chǎn)成本相關(guān)的問題。當(dāng)由碳材料形成多孔體時(shí)，出現(xiàn)了與低氣體流動(dòng)性和低導(dǎo)電性相關(guān)的問題。

廉價(jià)并且具有高導(dǎo)電性的鎳多孔基材可被用作集電體的材料。然而，難以在燃料電池的腐蝕性環(huán)境中使用簡(jiǎn)單的鎳物質(zhì)。

為了克服上述缺點(diǎn)，用耐腐蝕材料涂布鎳多孔基材的表面，使得鎳多孔基材具有期望的耐腐蝕性。具體而言，如果可以用相對(duì)廉價(jià)的銀涂布鎳多孔基材，則有望降低生產(chǎn)成本和改進(jìn)集電體的導(dǎo)電性。

然而，鎳和銀通常不形成固溶體。即使將銀層形成在鎳多孔基材的表面上，剝離強(qiáng)度或者類似也很低，這使其難以被用作燃料電池的電極。

提出本發(fā)明是為了解決前述問題。本發(fā)明的目標(biāo)是通過(guò)在由鎳多孔基材形成的集電體上形成具有高強(qiáng)度的銀層，提供一種廉價(jià)的多孔集電體，該多孔集電體具有高度耐久性。

問題的解決方案

在本發(fā)明中，多孔集電體被提供在燃料電池中的第一集電體和第二集電體的至少一個(gè)中，該燃料電池包括固體電解質(zhì)層、固體電解質(zhì)層的一側(cè)上的第一電極層、另一側(cè)上的第二電極層、第一電極層的一側(cè)上的第一集電體和第二電極層的另一側(cè)上的第二集電體。多孔集電體包括鎳多孔基材和形成在鎳多孔基材的表面上的銀層，該鎳多孔基材為具有連續(xù)孔的多孔基材，并且在該鎳多孔基材中包含鎳和錫(Sn)的合金層至少形成在多孔基材的表面上。

發(fā)明的有利效果

可以以低成本提供具有高導(dǎo)電性能和高耐腐蝕性的集電體。

附圖說(shuō)明

圖1是包括根據(jù)本發(fā)明的集電體的燃料電池的實(shí)例示意性結(jié)構(gòu)的截面圖。

圖2是圖解形成多孔集電體的實(shí)例多孔基材的顯微鏡圖像。

圖3是圖解通過(guò)使用圖2中圖解的多孔基材形成的集電體的結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖4是沿圖3中的線IV-IV選取的截面圖。

圖5是圖解制造圖3中的集電體的過(guò)程的圖。

圖6是表示包括具有銀層的集電體的燃料電池與包括不具有銀層的集電體的燃料電池的發(fā)電性能之間的比較的表。

圖7是錫(Sn)-銀(Ag)的相圖。

圖8是鎳(Ni)-銀(Ag)的相圖。

圖9圖解了Ni-3wt％Sn多孔集電體的XRD分析結(jié)果。

圖10圖解了Ni-5wt％Sn多孔集電體的XRD分析結(jié)果。

圖11圖解了Ni-8wt％Sn多孔集電體的XRD分析結(jié)果。

圖12圖解了Ni-16wt％Sn多孔集電體的XRD分析結(jié)果。

具體實(shí)施方式

[本發(fā)明實(shí)施方式的概述]

在該實(shí)施方式中，多孔集電體被提供在燃料電池中的第一集電體和第二集電體的至少一個(gè)中，該燃料電池包括固體電解質(zhì)層、固體電解質(zhì)層的一側(cè)上的第一電極層、另一側(cè)上的第二電極層、第一電極層的一側(cè)上的第一集電體和第二電極層的另一側(cè)上的第二集電體。該多孔集電體包括鎳多孔基材和在鎳多孔基材的表面上形成的銀層，該鎳多孔基材是具有連續(xù)孔的多孔基材，并且在該鎳多孔基材中至少在多孔基材的表面上形成有包含鎳和錫(Sn)的合金層。根據(jù)該實(shí)施方式的鎳多孔基材可以僅由鎳形成，或者可以由主要由鎳組成的材料形成。

如圖8中圖解的相圖中所示，鎳和銀通常不形成固溶體。相比之下，錫和銀彼此高度相容，并且可以形成固溶體，如圖7中圖解的相圖所示。鎳和錫也彼此高度相容，因此鎳、錫和銀互相溶解以形成合金層。在該實(shí)施方式中，通過(guò)利用這些金屬的相容性，將銀層形成在鎳多孔基材中的孔的表面上。

以上構(gòu)造允許具有足夠強(qiáng)度的銀層形成在鎳多孔基材的表面上，普通的電鍍或者類似工藝不能賦予該鎳多孔基材足以用于燃料電池應(yīng)用的結(jié)合強(qiáng)度。銀層的形成顯著地改進(jìn)了鎳多孔基材的耐腐蝕性。因?yàn)殂y具有高導(dǎo)電性，所以集電體也具有高導(dǎo)電性。因此，包括該集電體的燃料電池也具有高性能。

含錫合金層可以至少形成在鎳多孔基材的表面上。即，鎳多孔基材可以全部由錫合金形成，或者含錫合金層可以僅形成在鎳多孔基材的表面上。

全部鎳多孔基材和含錫合金層可以包含除了錫之外的合金成分。例如，也可以形成包含鉻(Cr)、W(鎢)、鈷(Co)、銅(Cu)、鐵(Fe)、錳(Mn)和/或類似的合金層以便于改進(jìn)耐腐蝕性。

在該實(shí)施方式中，至少在燃料電池的運(yùn)行溫度將這些金屬的固溶體層形成在含錫合金層和銀層之間的界面處及其附近。因此，可以在燃料電池的運(yùn)行溫度在含錫合金層上形成具有足夠強(qiáng)度的銀層。

優(yōu)選地設(shè)定含錫合金層中錫的百分比為5至20質(zhì)量％，更優(yōu)選設(shè)定為5至16質(zhì)量％以及更優(yōu)選設(shè)定為5至10質(zhì)量％。當(dāng)錫的百分比小于5質(zhì)量％時(shí)，不能保證含錫合金層和銀層之間足夠的結(jié)合強(qiáng)度。當(dāng)錫的百分比大于20質(zhì)量％時(shí)，含錫合金層具有低韌性，這引起處理難度。

隨著含錫合金層中錫的百分比增加，原料成本增加。隨著含錫合金層中錫的百分比增加，更容易在合金層中生成Ni₃Sn₂——硬的、脆的固溶體，這使得鎳多孔基材以及多孔集電體易碎(引起形成難度)。

此外，關(guān)于含錫合金層中錫的百分比，可以在用于制造合金層的熱處理期間在合金層中生成除了以上Ni₃Sn₂的各種固溶體，并且難以使得含錫合金層的任何部分中的錫的百分比完全均勻。因此，當(dāng)熱處理之前含錫合金層中錫的百分比小時(shí)，取決于可能部分地?zé)o法保證含錫合金層和銀層之間足夠的結(jié)合強(qiáng)度的部分，熱處理之前含錫合金層中錫的百分比可能小于5質(zhì)量％。

如上所述，考慮例如取決于該部分的錫的百分比變化，優(yōu)選地設(shè)定含錫合金層中錫的百分比(平均值)為8至16質(zhì)量％，并且更優(yōu)選設(shè)定為8至10質(zhì)量％。

圖9、10、11和12分別圖解了Ni-3wt％Sn多孔集電體、Ni-5wt％Sn多孔集電體、Ni-8wt％Sn多孔集電體和Ni-16wt％Sn多孔集電體的XRD(X射線衍射)分析結(jié)果。在圖9至12中，橫軸表示X射線的入射角2θ(deg)，縱軸表示衍射強(qiáng)度(cps)。

通過(guò)用于制造以下描述的多孔集電體8a和9a的方法制造圖9至12的XRD分析中使用的Ni-Sn多孔集電體。

根據(jù)圖9、圖10和圖11，對(duì)于Ni-3wt％Sn多孔集電體、Ni-5wt％Sn多孔集電體和Ni-8wt％Sn多孔集電體，發(fā)現(xiàn)了歸因于鎳(Ni)、Ni₃Sn和NiO的X射線衍射峰，而未發(fā)現(xiàn)歸因于Ni₃Sn₂的X射線衍射峰。

根據(jù)圖12，對(duì)于Ni-16wt％Sn多孔集電體，發(fā)現(xiàn)了歸因于鎳(Ni)和NiSn的X射線衍射峰，但是未發(fā)現(xiàn)歸因于Ni₃Sn₂的X射線衍射峰。

如上所述，發(fā)現(xiàn)了當(dāng)Ni-Sn多孔集電體中錫的百分比為16wt％以下時(shí)，Ni-Sn多孔集電體的含錫合金層中不存在Ni₃Sn₂(即使存在Ni₃Sn₂，也太小而不能被XRD分析探測(cè)到)。

銀層優(yōu)選地形成為1μm至50μm的厚度。當(dāng)銀層具有小于1μm的厚度時(shí)，趨于形成針孔，不能保證足夠的耐腐蝕性。當(dāng)銀層具有大于50μm的厚度時(shí)，難以在鎳多孔基材的表面上形成銀層。此外，由于低的孔隙率，存在抑制氣體流動(dòng)性的風(fēng)險(xiǎn)。使用大于50μm的厚度的銀層增加了制造成本。

因?yàn)殂y是昂貴的材料，所以期望的是減少使用的銀的量至最低的可能量，以便于降低制造成本。因?yàn)樵谠搶?shí)施方式中含錫合金層和銀層之間的結(jié)合強(qiáng)度高，所以通過(guò)設(shè)定銀層的厚度為50μm以下可以減少在制造期間使用的銀的量。即使在該實(shí)施方式中將銀層的厚度設(shè)定為1μm以上和30μm以下，或者1μm以上和小于10μm，也可以保證含錫合金層和銀層之間足夠的結(jié)合強(qiáng)度。

為了充當(dāng)集電體，優(yōu)選地設(shè)定多孔集電體的孔隙率為30％至98％。當(dāng)孔隙率小于30％時(shí)，氣體流阻太大以致不能供應(yīng)足夠量的氣體進(jìn)入電極層。當(dāng)多孔集電體的孔隙率大于98％時(shí)，不能保證集電體本身的強(qiáng)度。

優(yōu)選地設(shè)定連續(xù)孔的平均孔徑大小為0.2至5mm。當(dāng)平均孔徑大小為小于0.2mm時(shí)，氣體擴(kuò)散被抑制。當(dāng)平均孔徑大小為大于5mm時(shí)，氣體容易經(jīng)過(guò)連續(xù)孔并且擴(kuò)散作用增強(qiáng)，這使得氣體難以到達(dá)電極的表面。

鎳多孔基材不限于任何特定形式。例如，具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鎳多孔基材可被用作鎳多孔基材。可以形成具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔基材以具有大的孔隙率，并且包括具有均勻孔徑大小的孔。由于這些性質(zhì)，氣體流阻減小，并且燃料電池的效率提高。

具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鎳多孔基材可以包括，例如，包括外殼的骨架以及包含中空材料和導(dǎo)電材料的一種或者二者的核心。骨架可以具有一體連續(xù)的結(jié)構(gòu)。

在另一實(shí)施方式中，燃料電池包括多孔集電體。這種燃料電池包括集電體，因此具有高導(dǎo)電性能和高耐腐蝕性。

通過(guò)以下方法可以制造根據(jù)該實(shí)施方式的多孔集電體，該方法包括：形成包含鎳的多孔基材的鎳多孔基材形成步驟；用錫涂布鎳多孔基材的錫涂布步驟；在錫涂布步驟中用錫涂布的鎳多孔基材上形成銀層的銀層形成步驟；以及溶解鎳多孔基材中的至少一部分銀層的銀層溶解步驟。

通過(guò)前述步驟，具有高結(jié)合強(qiáng)度的銀層可被形成在鎳多孔基材的表面上。

[實(shí)施方式的具體描述]

以下將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式。

圖1圖解了包括根據(jù)本實(shí)施方式的多孔集電體的燃料電池的示范性電池結(jié)構(gòu)。盡管圖1圖解了單一電池結(jié)構(gòu)，但是燃料電池包括在厚度方向上堆疊的多個(gè)電池，導(dǎo)電隔板設(shè)置在相鄰電池之間，以便于提高發(fā)電的電壓。

燃料電池101包括通過(guò)堆疊作為空氣電極的第一電極層3和作為燃料電極的第二電極層4使得第一電極層3和第二電極層4夾住固體電解質(zhì)層2形成的薄膜電極組件5。作為固體電解質(zhì)層2，例如，由摻釔的鋯酸鋇(BZY)、摻釔的鈰酸鋇(BCY)等等形成的固體電解質(zhì)可被用于固體氧化物燃料電池中。例如，在聚合物電解質(zhì)燃料電池中可以使用由全氟磺酸形成的聚合物薄膜。

第一電極層3和第二電極層4由催化劑、導(dǎo)電材料等等形成，并且被堆疊和一體地形成在固體電解質(zhì)層上。在該實(shí)施方式中，第一電極層3和第二電極層4被形成在除去固體電解質(zhì)層的邊界之外的預(yù)定矩形區(qū)域中。

包括根據(jù)該實(shí)施方式的第一多孔集電體8a和第一盤狀集電體8b的第一集電體6被設(shè)置在薄膜電極組件5的一側(cè)上。包括第二多孔集電體9a和第二盤狀集電體9b的第二集電體7被設(shè)置在另一側(cè)上。在該實(shí)施方式中，盤狀集電體8b和9b由盤狀導(dǎo)電材料——比如不銹鋼或者碳——形成。在盤狀集電體8b和9b的各自的內(nèi)表面上形成有槽或者類似物以提供第一氣體通道10和第二氣體通道11，氣體通過(guò)其流動(dòng)。

多孔集電體8a和9a由導(dǎo)電多孔基材形成，并且允許流經(jīng)氣體通道10和11的氣體擴(kuò)散進(jìn)入電極層3和4和對(duì)電極層3和4起作用。電極層3和4被電連接至盤狀集電體8b和9b以在其間建立電連續(xù)性。

在燃料電池101中，多孔集電體8a和9a以及盤狀集電體8b和9b被堆疊在薄膜電極組件5的兩側(cè)上，并且利用襯墊15和16密封沒有電極層的外圍。

將作為氧化劑的含氧空氣引入第一氣體通道10，并且將氧通過(guò)第一多孔集電體8a供應(yīng)至第一電極層3。將作為燃料的含氫燃料氣體引入第二氣體通道11，并且將氫通過(guò)第二多孔集電體9a供應(yīng)至第二電極層4。

第二電極層4產(chǎn)生反應(yīng)H₂→2H⁺+2e^-。第一電極層3產(chǎn)生反應(yīng)1/2O₂+2H⁺+2e^-→H₂O。利用該配置，氫離子從第二電極層4通過(guò)電解質(zhì)層2移動(dòng)至第一電極層3，并且電子從第二電極層4通過(guò)第二多孔集電體9a、第二盤狀集電體9b、第一盤狀集電體8b和第一多孔集電體8a流動(dòng)至第一電極層3，由此獲得電力。利用加熱設(shè)備(未示出)將燃料電池101加熱至預(yù)定溫度。

在圖1中，為了容易理解，以大于實(shí)際厚度的尺寸繪制了第一電極層3和第二電極層4的厚度。盡管第一氣體通道10和第二氣體通道11被繪制為連續(xù)的大空間，但是在盤狀的集電體8b和9b的各自的內(nèi)表面上形成有預(yù)定寬度的槽或者類似物。

如圖2中圖解的，根據(jù)該實(shí)施方式的第一多孔集電體8a和第二多孔集電體9a由具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔基材60形成。如圖3和4中圖解的，根據(jù)該實(shí)施方式的多孔基材60由鎳-錫合金形成并且具有骨架50，該骨架50具有外殼50a和包含中空材料和導(dǎo)電材料的一個(gè)或者二者的核心50b。骨架50具有一體連續(xù)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

由鎳-錫合金形成的多孔基材60具有包括三維連續(xù)結(jié)構(gòu)的三角棱柱骨架50。骨架50具有一體連續(xù)的結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)分支部分51在節(jié)點(diǎn)部分53處相交。因?yàn)槎嗫谆?0形成為具有連續(xù)孔52的多孔狀態(tài)，所以氣體可以平滑地流經(jīng)連續(xù)孔52并且可以對(duì)電極層3和4起作用。

因?yàn)槎嗫准婓w8a和9a與電極相接觸地堆疊，所以它們處于腐蝕性環(huán)境下。具體而言，第一多孔集電體8a被配置為與作為空氣電極的第一電極層3接觸，因此需要由抗腐蝕材料形成。因此，在該實(shí)施方式中，銀層55被形成在由鎳-錫合金形成的多孔基材60的表面上。

以下將參考圖5描述制造多孔集電體8a和9a的方法。

可以通過(guò)使用多種方法形成由Ni-Sn合金制成的多孔基材60。例如，Ni-Sn合金的多孔基材60可以通過(guò)包括以下步驟的方法形成：對(duì)具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的樹脂多孔基材57進(jìn)行導(dǎo)電處理以形成表面導(dǎo)電層(未示出)的步驟；如圖5(a)中所圖解的，在導(dǎo)電層上形成Ni涂布層58的Ni涂布層形成步驟；在Ni涂布層58上形成Sn涂布層59的Sn涂布層形成步驟；如圖5(b)中所圖解的，在至少包含氧的氣氛中去除樹脂多孔基材的基材去除步驟；和如圖5(c)中所圖解的，在從300℃至1100℃的溫度下在還原氣氛中通過(guò)加熱作用使Ni涂布層58和Sn涂布層59擴(kuò)散以形成合金的擴(kuò)散步驟。該方法可以依次包括以下步驟：Ni涂布層形成步驟；基材去除步驟；還原在基材去除步驟中氧化的Ni涂布層的步驟；Sn涂布層形成步驟；和擴(kuò)散步驟。在該實(shí)施方式中，全部多孔基材被指定為Ni-Sn合金層60a，但是也可僅僅在Ni涂布層的表面上形成具有預(yù)定厚度的Ni-Sn合金層60a。通過(guò)形成進(jìn)一步包含不同于Sn——例如，鉻(Cr)的成分的合金，也可改進(jìn)多孔基材本身的耐腐蝕性。

具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的樹脂可以是樹脂泡沫、非紡織織物、氈、紡織織物等等的形式。盡管具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的樹脂不限于任何具體的材料，但是樹脂優(yōu)選地由可以在——例如，金屬涂布之后——通過(guò)進(jìn)行加熱等等去除的材料形成。優(yōu)選地使用柔性材料，以便于保證可加工性和可操作性。具體而言，具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的樹脂優(yōu)選地是樹脂泡沫的形式。樹脂泡沫處于一種具有連續(xù)孔的多孔狀態(tài)，并且可以使用已知的樹脂泡沫。例如，可以使用聚氨酯泡沫樹脂、苯乙烯泡沫樹脂等等。泡沫樹脂的孔的形式、孔隙率、尺寸等等不受限制，可以根據(jù)應(yīng)用適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。

此外，在該實(shí)施方式中，如圖5(d)中圖解的，銀層55被形成在由Ni-Sn合金60a形成的多孔基材60的表面上?？梢酝ㄟ^(guò)用銀糊劑浸漬多孔基材60并且去除溶劑成分來(lái)形成銀層55。優(yōu)選地使用包含異丙醇或者類似物以調(diào)節(jié)粘度等等的銀糊劑。在該實(shí)施方式中，具有大約5μm的厚度t的銀層55被形成在多孔基材60上，其中骨架的平均厚度T為大約10μm。形成銀層55的工藝不限于浸漬方法，銀層55也可通過(guò)濺射方法或者其他方法形成。

如圖5(e)中圖解的，通過(guò)將具有銀層55的多孔基材60加熱至燃料電池的運(yùn)行溫度，在銀層55與多孔基材60之間的界面處或其附近形成固溶體層55a，其中銀成分和Ni-Sn合金成分形成固溶體。因此，堅(jiān)固的銀層55可被形成在由Ni-Sn合金形成的多孔基材60的表面上。

由具有銀層55的多孔基材60形成的多孔集電體8a和9a具有高耐腐蝕性，并且可被堆疊在第一電極層上。銀層55的存在減小了電阻率并且導(dǎo)致電極層3和4與盤狀集電體8b和9b之間的電阻減小。這也可以提高發(fā)電效率。

因?yàn)橥ㄟ^(guò)由多孔基材60形成多孔集電體8a和9a可以將孔隙率設(shè)定為大的值，所以可以增大作用在電極層3和4上的氣體的流速。此外，孔的尺寸可被設(shè)定為均一的值，使得氣體可以均勻地作用在電極層上。這可以提高發(fā)電效率。

多孔集電體8a和9a的孔隙率可被設(shè)定為30％至98％。孔隙率優(yōu)選地被設(shè)定為40％至96％，以及更優(yōu)選地被設(shè)定為50％至92％。低孔隙率導(dǎo)致低氣體擴(kuò)散，這阻礙了氣體均勻地作用在電極層上。相比之下，過(guò)大的孔隙率導(dǎo)致金屬多孔層的低強(qiáng)度。

在多孔基材60中，金屬電鍍重量可被設(shè)定為300至1000g/m²。金屬電鍍重量?jī)?yōu)選地被設(shè)定為350至800g/m²，并且更優(yōu)選地設(shè)定為400至750g/m²。低的金屬電鍍重量導(dǎo)致低強(qiáng)度和低電導(dǎo)率，因此導(dǎo)致電極層和集電體之間的電阻增大，并導(dǎo)致集電效率降低。相反，過(guò)大的金屬電鍍重量導(dǎo)致小的孔隙率以及大的氣體流阻，這阻礙了氣體充分地作用在電極層上。

可以根據(jù)燃料電池等等的形式設(shè)定孔基材60的厚度。為了保證氣體進(jìn)入第一電極層3的擴(kuò)散性，厚度可被設(shè)定為100至2000μm。多孔基材60的厚度更優(yōu)選地被設(shè)定為120至1500μm，再優(yōu)選地設(shè)定為300至1500μm。當(dāng)多孔集電體8a和9a的厚度太小時(shí)，氣體擴(kuò)散性降低，氣體不能均勻地作用在電極層3和4上。當(dāng)多孔集電體8a和9a的厚度太大時(shí)，電池大，并且燃料電池的體積能量密度低。

在該實(shí)施方式中，通過(guò)擠壓電極層3和4與盤狀集電體8b和9b的內(nèi)表面之間的多孔集電體8a和9a，由具有1.4mm的厚度的多孔基材60形成的多孔集電體8a和9a部分地變形。由此使得多孔集電體8a和9a與這些構(gòu)件的表面緊密接觸，并且電連接至這些構(gòu)件。因此，也可顯著地減小電極層3和4與盤狀集電體8b和9b之間的接觸電阻。

因?yàn)榈诙姌O層4附近的腐蝕環(huán)境與第一電極層附近的腐蝕環(huán)境相比較不嚴(yán)重，所以僅由鎳形成的多孔基材或者由Ni-Sn形成并且不具有銀層55的多孔基材60可被用作第二多孔集電體9a，其事實(shí)上將被堆疊在第二電極層4上。

也有可能取決于至少一部分銀層被溶解在與錫合金化的鎳多孔基材中的溫度，在銀層溶解步驟中“使涂層錫與鎳多孔基材合金化”。在這種情況下，可以省略錫合金化步驟。

[性能測(cè)試的概述]

對(duì)具有銀層的Ni-Sn多孔集電體被用作第一多孔集電體(空氣電極)的燃料電池和不具有銀層的Ni-Sn多孔集電體被用作第一多孔集電體(空氣電極)的燃料電池進(jìn)行了關(guān)于發(fā)電性能的比較測(cè)試。進(jìn)行了在Ni上形成銀層的嘗試，但是銀層容易剝離，這使其難以用作比較目標(biāo)。

[多孔基材的制造]

圖2至圖4中圖解的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的金屬多孔基材被用作多孔基材。通過(guò)實(shí)施方式的概述中描述的工藝，形成具有1.4μm的厚度、95％的孔隙率和0.45μm的孔徑大小的Ni-Sn合金多孔基材以及與多孔集電體中的鎳多孔基材具有相同結(jié)構(gòu)的鎳多孔基材。

[在多孔基材上形成銀層]

通過(guò)浸漬方法利用銀糊劑涂布Ni-Sn合金多孔基材。將涂布層的厚度(t)設(shè)定為5μm。作為銀糊劑，使用可從Kyoto Elex Co.,Ltd.購(gòu)得的Ag糊劑(DD-1240)和異丙醇的混合物。進(jìn)行了利用銀糊劑涂布Ni多孔基材的嘗試，但是涂布層從Ni多孔基材的表面剝離。

[燃料電池的結(jié)構(gòu)]

制造具有圖1中圖解的結(jié)構(gòu)和以下成分的燃料電池A和燃料電池B。

燃料電池A

固體電解質(zhì)層的材料：釔摻雜的鈰酸鋇(BCY)

第一電極層(空氣電極)的材料：鑭鐵系材料(LSCF)

第二電極層(燃料電極)的材料：Ni-BCY

第一多孔集電體的結(jié)構(gòu)：Ni-Sn合金多孔基材+銀層

第二多孔集電體的材料：Ni多孔基材

燃料電池B

固體電解質(zhì)層的材料：釔摻雜的鈰酸鋇(BCY)

第一電極層(空氣電極)的材料：鑭鐵系材料(LSCF)

第二電極層(燃料電極)的材料：Ni-BCY

第一多孔集電體的材料：Ni-Sn合金多孔基材

第二多孔集電體的材料：Ni多孔基材

[測(cè)試條件]

通過(guò)在800℃加熱燃料電池并且引起H₂流動(dòng)來(lái)還原多孔集電體。此后，當(dāng)在800℃加熱燃料電池時(shí)，將H₂以0.5L/min供應(yīng)至第二電極層(燃料電極)，并且將空氣以1L/min供應(yīng)至第一電極層(空氣電極)，并測(cè)量發(fā)電性能。

[測(cè)試結(jié)果]

圖6示出包括具有銀層的多孔集電體的燃料電池A的發(fā)電性能(輸出)高于包括沒有銀層的多孔集電體的燃料電池B的發(fā)電性能。因此，銀涂層55的形成改進(jìn)了多孔集電體8a的耐腐蝕性和導(dǎo)電性。在測(cè)量的中間暫停燃料電池B的發(fā)電性能的測(cè)量，因?yàn)槎嗫准婓w被氧化了，這抑制了發(fā)電性能的測(cè)量。

在完成測(cè)試之后，取出具有銀層55的多孔集電體，并且研究橫截面結(jié)構(gòu)。該研究表明在Ni-Sn多孔基材的表面上一部分銀糊劑層55呈現(xiàn)為固溶體的形式。因此，可以推測(cè)在燃料電池的運(yùn)行環(huán)境中形成了具有耐腐蝕性和足夠強(qiáng)度的銀層。

本發(fā)明的范圍不限于以上實(shí)施方式。本文所述的實(shí)施方式在任何方面僅僅是為了說(shuō)明性的目的，不應(yīng)理解為限制性的。本發(fā)明的范圍不由以上所述的含義，而是由權(quán)利要求表示，并且意欲包括該含義和權(quán)利要求的等價(jià)物的范圍內(nèi)的全部修改。

燃料電池被圖解為本發(fā)明的實(shí)施方式中的實(shí)施例，并且本發(fā)明的多孔集電體也優(yōu)選地被用作蓄熱材料、包含高溫氣氛的爐中使用的集塵過(guò)濾器、用于各種電化學(xué)設(shè)備的電極(例如，電鍍?cè)O(shè)備的電極或者電池的電極)、催化劑載體等等。在這些應(yīng)用中，可以使用“包括鎳多孔基材的多孔金屬體，該鎳多孔基材為具有連續(xù)孔的多孔基材，并且其中包含鎳和錫(Sn)的合金層被至少形成在多孔基材的表面上，和形成在鎳多孔基材的表面上的銀層”。

工業(yè)實(shí)用性

可以以低成本提供具有高耐腐蝕性和高導(dǎo)電性的集電體。

附圖標(biāo)記列表

2 固體電解質(zhì)層

3 第一電極層(空氣電極)

4 第二電極層(燃料電極)

5 薄膜電極組件

6 第一集電體(在空氣電極側(cè))

7 第二集電體(在燃料電極側(cè))

8a 第一多孔集電體

8b 第一盤狀集電體

9a 第二多孔集電體

9b 第二盤狀集電體

10 第一氣體通道

11 第二氣體通道

15 襯墊

16 襯墊

50 骨架

50a 外殼

50b 核心

51 分支部分

52 連續(xù)孔

53 節(jié)點(diǎn)部分

55 銀層

55a 固溶體層

60 多孔基材

60a 合金層

101 燃料電池