具有高存储容量的金属氢化物电池物质制造技术

本发明专利技术公开了一种氢存储物质，该物质包括能与氢形成氢化物的含镁金属化合物。所述金属化合物包括镁和三价金属的合金，所述三价金属选自Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ和稀土元素组成的组。优选地，该金属化合物包括钪－镁合金。在一个优选的实施方案中，所述氢存储物质还包括一种催化活性物质。此外，还公开了一种电化学活性物质，及包括上述氢存储物质的电化学电池。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氢存储物质，包括能与氢形成氢化物的含镁金属化合物。本专利技术还涉及一种包括该氢存储物质的电化学电池。再充电电池放电后可以再回到其起始状态以重新使用。再充电电池被广泛地使用在便携式电子设备中，如电话、随身听和计算机。已知类型的再充电电池是所谓的再充电金属氢化物电池，该电池每单位体积具有相当高的存储容量。这样一种金属氢化物电池的例子是包括LaNi5作为电化学活性物质的电池，更具体地说是作为负极。在放电条件下，所述负极包括LaNi5，而在充电条件下氢被所述电解质吸收，从而产生LaNi5H6。这种类型电池的缺点是每单位重量具有相当低的存储容量。后者是由所述金属氢化物的高密度引起，所述密度约为7g/cm3。一段时间以来人们直接研究具有低密度的合适的金属氢化物，该金属氢化物能作为氢存储物质。在理论上，镁特别适宜于氢的吸收。然而，镁充电和放电时的温度为400℃。镁-镍合金看起来更适宜于作为用作电化学电池中的氢存储物质，因为这些合金可以在较低的温度下用于氢吸收。使用镁-镍氢化物作为氢存储物质也被公开在JP-56114801中。根据后者公开的内容，所述物质能在高温下以稳定的方式存储氢。虽然镁-镍氢化物能吸收大量的氢，但是其不适宜于用作电化学电池的电化学活性物质。其中一个原因是由于氢吸收和氢释放的动力较低。为了将氢吸收和氢释放的动力提高到一足够高的水平并防止腐蚀，加入到镁-镍合金中镍的数量要很大，但是相对于已知的LaNi5物质所得到的改进效果并不大。本专利技术的目的是提供一种氢存储物质，该氢存储物质可以被用在电化学电池中并包括能与氢形成氢化物的含镁金属化合物，其单位重量具有高存储容量。最后，本专利技术的目的是提供一种如前序部分中所述的氢存储物质，其特征在于所述金属化合物包括镁和三价金属的合金，所述三价金属选自Sc、Y、La和稀土元素组成的组。看起来镁和上面所述三价金属的一种形成的合金与氢在室温下容易充电和放电。此外，镁和三价金属形成的合金以重量计的存储容量大大地高于LaNi5以重量计的存储容量，所述三价金属选自由Sc、Y、La和稀土元素组成的组。因此，所述合金在电化学电池中可有利地作为氢存储物质。由于再充电电池被广泛地应用在便携式电子设备中，以重量计的存储容量是最重要的。在一个具体的实施方案中，所述金属化合物包括一种选自钪-镁、钆-镁和钇-镁组的合金。在上面所述的镁合金组中，镁与三价金属钪、钆和钇形成的合金具有很低的密度并因此具有很高的单位重量存储容量。优选地，所述金属化合物包括钪-镁合金。钪-镁合金在室温下能可逆地吸收氢。单位重量所述合金吸收氢的数量以单位重量计其存储容量是已知的LaNi5Hx单位重量存储容量的4倍以上，显示了改进的效果。RU-2072113公开了吸收氢的AB5型合金，包括镧和镍，还含有少量的钪。实际上，该物质完全不同于本专利技术所述的氢存储物质，因为后者主要涉及镁-钪合金而不存在任何镧或镍。有利地，所述钪-镁合金包括1-50at.％(原子百分比)钪和50-99at.％镁，更有利地为15-40at.％钪和60-85at.％镁，及优选地为30-40at.％钪和60-70at.％镁。在所述合金中不同成分的具体数量取决于其动力和存储容量这两个彼此对立因素之间的平衡。象上面已经提到的，镁具有高存储容量。通过加入钪可以提高所述合金充电和放电的动力。优选地，所述钪-镁合金包括Sc0.35Mg0.65Hx。所述合金在氢存储容量与动力之间提供了一个很好的平衡。在一个优选的实施方案中，根据本专利技术的氢存储物质包括一定数量的催化活性物质。所述催化活性物质增加了所述氢存储物质吸收氢的动力。有利地，所述催化活性物质包括至少一种选自由钯、铂、钴、镍、铑或铱组成的组中的金属，和/或一种化学式为DE3的物质，D是至少一种选自Cr、Mo和W组的元素，而E是至少一种选自Ni和Co组的元素。优选地，所述催化活性物质包括钯、铂或铑。通过几个数量对比试验，发现向所述合金中例如加入仅仅0.6at.％的钯便增加了氢吸收的速度。加入1.2at.％钯会产生更好的氢吸收效果。此外，本专利技术涉及一种电化学活性物质，其特征在于所述物质包括根据本专利技术上面所描述的氢存储物质。根据本专利技术的氢存储物质能有利地用在燃料电池中。经过退火处理后，坩埚中的钼在旋转车床上以机械方式被移走。通过XRD测量小球的顶端和低端以检查其均匀性。实施方案3所述钪-镁合金的容量测量具有15-30mgSc1-xMgx粉和135-120mgNi粉的压缩小球被附在镍容器中。所述小球在2M KOH溶液中被电解地充电和放电，所述小球在一个室中与Pt反电极相对设置，所述室通过玻璃料与所述反电极分离。参考电极(Hg/HgO)的端头被放置在距离所述小球几毫米远的地方。在所述小球和所述参考电极之间的势差被测量。库仑数被用来计量所述小球的充电和放电量。所述充电电流密度是350mA/g。所述放电电流密度是7-70mA/g(0.02C-0.2C速度)。所述测量在25℃下进行。实施方案4用实施方案2的方法制备两个合金样品并根据实施方案3测量。第一种合金包括29.9mg Sc0.3Mg0.65Hx的小球，而第二种合金包括14.1mg Sc0.347Mg0.647Pd0.006Hx的小球。第一种合金在经过几次充电和放电的两循环之后显示了3.5mAh/g的单位重量容量，而第二种合金在同样条件下显示980mAh/g的单位重量容量。权利要求1.一种包括含镁金属化合物的氢存储物质，所述含镁金属化合物能与氢形成氢化物，其特征在于，所述金属化合物包括镁与三价金属的合金，所述三价金属选自Sc、Y、La和稀土元素组成的组。2.如权利要求1所述的氢存储物质，其特征在于，所述金属化合物包括选自钪-镁、钆-镁和钇-镁组成的组的合金。3.如权利要求1或2所述的氢存储物质，其特征在于，所述金属化合物包括钪-镁合金。4.如权利要求3所述的氢存储物质，其特征在于，所述钪-镁合金包括1-50at.％钪和50-99at.％镁。5.如权利要求3或4所述的氢存储物质，其特征在于，所述钪-镁合金包括15-40at.％钪和60-85at.％镁。6.如权利要求3-5所述的氢存储物质，其特征在于，所述钪-镁合金包括30-40at.％钪和60-70at.％镁。7.如前述权利要求的一个或多个所述的氢存储物质，其特征在于，所述钪-镁合金包括Sc0.35Mg0.65Hx。8.如前述权利要求的一个或多个所述的氢存储物质，其特征在于，所述氢存储物质包括一定数量的催化活性物质。9.如前述权利要求的一个或多个所述的氢存储物质，其特征在于，所述催化活性物质包括至少一种选自由钯、铂、钴、镍、铑或铱组成的组中的金属，和/或一种化学式为DE3的物质，D是至少一种选自Cr、Mo和W组的元素，而E是至少一种选自Ni和Co组的元素。10.如前述权利要求的一个或多个所述的氢存储物质，其特征在于，所述催化活性物质包括钯、铂或铑。11.一种电化学活性物质，其特征在于，所述物质包括一种如权利要求1-10中一项或多项所述的氢存储物质。12.一种至少包括正极和负极的电化学电池，其特征在于，所述负极包括一种如权利要求1-10中一项或多项所述的氢存储物质。13.由至少一个电化学电池供能的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括含镁金属化合物的氢存储物质，所述含镁金属化合物能与氢形成氢化物，其特征在于，所述金属化合物包括镁与＊金属的合金，所述三价金属选自Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ和稀土元素组成的组。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：M欧维尔凯克，AM扬纳，PHL诺滕，
申请(专利权)人：皇家菲利浦电子有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]