具有降低氫過(guò)壓和/或低自放電的電極合金制造技術(shù)

一種具有降低的氫過(guò)壓以及其它所需運(yùn)行參數(shù)的電化學(xué)儲(chǔ)氫合金，它包括：以原子百分比為基礎(chǔ)，１４－２２％的釩；２８－３９％的鎳；７－１５％的鈦；１５－３４％的鋯；和至少一種選出自下列組的元素，包括：０．０１－７％的鉻；０．０１－７的鈷；０．０１－７％的鐵；０．０１－３．６％的錳，和０．０１－２．７％的鋁，其中釩與鋯的原子比是在１∶２．２６－１∶０．６８的范圍內(nèi)。一種具有降低自放電率的電化學(xué)儲(chǔ)氫合金，它包括一具有不均勻無(wú)序微觀結(jié)構(gòu)的合金，這是由于合金元素相互溶解度的變化造成的。（*該技術(shù)在2012年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及可再充電電化學(xué)電池。特別是，專利技術(shù)涉及具有由多組分電化學(xué)儲(chǔ)氫合金制成負(fù)電極的可再充電電池和電池組。裝有本專利技術(shù)合金的電池的特征在于在使用條件下，它具有優(yōu)良的電化學(xué)特性，低氫過(guò)壓和/或低自放電率。采用再充電儲(chǔ)氫負(fù)電極的二次電池是一種無(wú)環(huán)境危害的、高能量密度的電化學(xué)電源，該儲(chǔ)氫電池是以不同于鉛酸、鎳-鎘或其它電池系統(tǒng)的方式運(yùn)行。可再充電儲(chǔ)氫電化學(xué)電池或電池組采用了一種能夠可逆地電化學(xué)儲(chǔ)氫的負(fù)電極。儲(chǔ)氫電池雖然可以采用其它正極材料，但通常使用氫氧化鎳材料作為正電極。負(fù)極和正極是用堿性電解質(zhì)加以間隔，適用的隔離部件，如薄膜，也可用來(lái)放置在電極之間。當(dāng)對(duì)氫電化學(xué)電池施加一定電位時(shí)，負(fù)電極材料(M)通過(guò)氫的電化學(xué)吸收和氫氧根離子的電化學(xué)放出而充電在放電時(shí)，所儲(chǔ)的氫釋放形成水分子并放出電子在本專利技術(shù)的可逆的(二次)電池中，反應(yīng)是可逆的。在二次電池的正電極上所發(fā)生的反應(yīng)也是可逆的。例如，在用于氫可再充電二次電池的通常氫氧化鎳正電極上的反應(yīng)是采用電化學(xué)可再充電儲(chǔ)氫負(fù)電極的二次電池相對(duì)于常用的二次電池和電池組，如鎳-鎘電池，鉛-酸電池和鋰電池，提供了重要的優(yōu)點(diǎn)。首先，儲(chǔ)氫二次電池不含鎘、鉛或鋰，因此，它不會(huì)對(duì)用戶或?qū)Νh(huán)境產(chǎn)生危害。其次，具有儲(chǔ)氫負(fù)電極的電化學(xué)電池提供了較具有鉛或鎘負(fù)電極電池顯著更高的比充電容量。因此，儲(chǔ)氫電池的能量密度比常用系統(tǒng)高是完全可能的，從而使儲(chǔ)氫電池特別適用于許多商業(yè)場(chǎng)合。在現(xiàn)有技術(shù)中公知有各種各樣的儲(chǔ)氫合金，包括電化學(xué)的和熱的。一種類型的儲(chǔ)氫合金是AB2儲(chǔ)氫合金。現(xiàn)有參考文獻(xiàn)只教導(dǎo)說(shuō)，基本C14和C15型Laves相AB2材料，具有(1)一種或多種下述元素TiZr和Hf;和(2)Ni，通常還具有一種或多種附加金屬。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中并沒(méi)有指出能部分取代Ti、Zr和/或Hf;或Ni的各種的各個(gè)金屬之間的局部金相、化學(xué)或電化學(xué)關(guān)系，也沒(méi)有指出任何局部，如內(nèi)相，的組成或局部組成差異對(duì)于催化特性和催化特性的關(guān)鍵因素的影響，如電子的運(yùn)行作用。最早的AB2儲(chǔ)氫材料是熱儲(chǔ)氫合金。在熱儲(chǔ)氫合金中，對(duì)于氫化和脫氫的驅(qū)動(dòng)力是熱和壓力驅(qū)動(dòng)力。而與此相反，電化學(xué)儲(chǔ)氫合金是以離子介質(zhì)通過(guò)電子轉(zhuǎn)換方式來(lái)進(jìn)行氫化和脫氫的。A.Pebler和E.A.Gulbransen，239TransactionsoftheMetallurgicalSociety，1593-1600(1967)，首先報(bào)道了AB2類材料的組成是二元的ZrCr2，ZrV2和ZrMo2。另外，J.J.Reilly和R.H.Miswall，7 Inorganic Chem.2254(1968)，在題為“氫與鎂和鎳合金的反應(yīng)以及Mg2NiH4的形成”中，報(bào)道了Mg-Ni熱儲(chǔ)氫合金也是AB2熱儲(chǔ)氫合金，它們也是通過(guò)壓力和溫度驅(qū)動(dòng)方式來(lái)氫化和脫氫，而不是用外部電路進(jìn)行電子轉(zhuǎn)換的。F.H.M.Spit，J.W.Drivjer和S.Radelar，14 Scripta Metallurgica 1071-1076(1980)，在題為“通過(guò)金屬玻璃Ni64Zr36并通過(guò)相關(guān)的結(jié)晶化合物來(lái)吸附氫”中描述了ZrNi類二元熱儲(chǔ)氫AB2合金，以及在ZrNi2二元系統(tǒng)中氣相氫吸附和解吸的熱力學(xué)。接著，Spit等人在Zeitschrift Fur Physikaisch Chemie Neue Floge Bd.225-232(1979)的題為“在無(wú)定形Ni(Zr，Ti)合金中的氫吸附”中報(bào)道了在Zr36.3Ni63.7和Ti29Zr9Ni62中熱儲(chǔ)氫方式的氣相氫吸附和解吸的動(dòng)力學(xué)。還公開(kāi)了鋯-錳二元AB2熱儲(chǔ)氫合金，例如，F(xiàn).pourarian，H.Fuji，M.E.Wallace，V.K.Shina和H.Kevin Smith，85J.Phys.Chem3105-3111，在題為“非化學(xué)計(jì)量的ZrMn2氫化物的穩(wěn)定性和磁性”中所公開(kāi)的，Pourarian等人描述了通式為ZrMn2+X其中X＝0.6，0.8和1.8的非化學(xué)計(jì)量氫化物的類型。而H.Fuji，F(xiàn).Pourarian，V.K.Shina和W.E.Wallace，85J.Phys.Chem 3112，在題為“Zr1-xTixMn2氫化物的磁性、結(jié)晶特性和儲(chǔ)氫特性“中描述了(Zr Ti)-錳三元儲(chǔ)氫合金。H.Buchner，6 Prog.Energy Combust.Sci 331-346，在題為“金屬氫化物技術(shù)的展望”中描述了在汽車應(yīng)用中用來(lái)熱儲(chǔ)氫的錳-鎳二元AB2熱儲(chǔ)氫合金。A.Suzuki和N.Nishimiya，19 Mat.Res.Bull.1559-1571(1984)，在題為“Zr(NixMn1-x)2-H2系統(tǒng)的熱力學(xué)特性”中還描述了鋯、鎳、錳三元AB2熱儲(chǔ)氫合金，Suzuki等人描述了Zr(NixMn1-x)2系統(tǒng)，其x＝0.2，0.5和0.8。以O(shè)tta Bernauer和Klaus Ziegler在1981年12月29日申請(qǐng)的德國(guó)申請(qǐng)DE3151712為基礎(chǔ)并轉(zhuǎn)讓給Daimler BenzAG的德國(guó)專利說(shuō)明書(shū)DE3151712C1，在名稱為“采用鐵和/或鋁取代釩并任選鎳的鈦基儲(chǔ)氫合金”中描述了六組分AB2熱儲(chǔ)氫合金。Bernauer等人的關(guān)鍵性指導(dǎo)就在在六組分Ti-Zr-Mn-Cr-V-Ni合金中，釩可以部分地由Fe和/或Al所取代以得到較低成本的熱儲(chǔ)氫合金;Ni可以部分地由Fe所取代以進(jìn)一步降低合金的成本;并且在合金中使用Fe不會(huì)損害其特性。特別是，Bernauer等人描述了熱儲(chǔ)氫合金，它所具有的組成是Ti1-aZraMn2-xCrx-y(V2Ni1-z)y，其中a是0-0.33，x是0.2-1.0，y是在0.2和x之間，和z是0.3-0.9。該專利公開(kāi)了Ni可部分地由Co和/或Cu取代，并且Ti的1-5原子%可由強(qiáng)氧吸收劑，如鑭和其它稀土，來(lái)取代。它進(jìn)一步還公開(kāi)了，釩的20原子%以內(nèi)可由A1取代，在這種情況下，不超過(guò)30原子%的釩可由Fe和A1取代，并且Ni原子可由Fe原子取代。以O(shè)tta Bernauer和Klaus Ziegler于1980年6月25日申請(qǐng)的德國(guó)申請(qǐng)DE3023770和于1980年8月21日申請(qǐng)的德國(guó)申請(qǐng)DE3031471為基礎(chǔ)并轉(zhuǎn)讓給Daimler Benz AG的德國(guó)專利說(shuō)明書(shū)DE3023770 C2，在名稱為“具有六角形結(jié)構(gòu)并用作儲(chǔ)氫材料的鈦錳釩基Laves相材料”中也指出了上述通式的多組分AB2熱儲(chǔ)氫合金。該專利的關(guān)鍵性指導(dǎo)就在于在六組分Ti-Zr-Mn-Cr-V-Ni合金中的鎳可部分地由Co和/或Cu來(lái)取代以得到較低成本的儲(chǔ)氫合金。尤其是，在DE3023770中所公開(kāi)的合金具有通式為Ti1-aZraMn2-xCrx-y(V2M1-2)y，其中M是一種或多種下列元素Ni，Co和Cu;a是0.0-0.3;x是0.2-1.0;y是在0.2和x值之間;和V與總的Ni，Co和Cu的比是在9∶1和3∶2之間。Gamo，Moriwaki，Yamashita和FuKuda，Matsushita電氣工業(yè)公司的美國(guó)專利號(hào)4，153，484和4，228，145，在名稱為“儲(chǔ)氫材料”中公開(kāi)了用于熱儲(chǔ)氫的C14型Laves相類材料，這些材料是通過(guò)氣態(tài)氫來(lái)氫化的，并通過(guò)放出本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種電化學(xué)儲(chǔ)氫合金，它包括：以原子百分比為基礎(chǔ)：１４－２２％的釩；２８－３９％的鎳；７－１５％的鈦；１５－３４％的鋯；和至少一種選自下列組的成分，包括：０．０１－７％的鉻；０．０１－７％的鈷；０．０１－７％的鐵；０．０１－３．６％的錳；和０．０１－２．７％的鋁。

【技術(shù)特征摘要】
...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：MA費(fèi)特申科，SR奧夫辛斯基，梶田廣造，廣田正之，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：雙向電池公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：US[美國(guó)]