高性能氢化物电极材料及其制法制造技术

本发明专利技术是关于储氢材料及其制法，尤其是关于以氢化物作为负极的用途及制法。该储氢材料包括三类。（１）Ｔｉ↓［ａ］Ｚｒ↓［ｂ］Ｃｒ↓［ｃ］Ｍｎ↓［ｄ］Ｎｉ↓［２－ｃ－ｄ］Ｍｘ，Ｍ＝Ｖ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｐｄ，Ｍｇ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｂｉ，Ｚｎ，Ｃｅ，Ｙ等元素，Ｏ＜ａ＜１．２，Ｏ＜ｂ＜１．０，Ｏ＜Ｃ＜１，Ｏ＜ｄ＜１，Ｏ≤Ｘ≤０．６，１．０＜ａ＋ｂ＜２．０。（２）ＭｍＮｉ↓［５－ａ－ｂ］Ａｌ↓［ａ］Ｃｏ↓［ｂ］Ｍ↓［ｘ］，Ｍ＝Ｍｎ，Ｆｅ，Ｚｒ，Ｖ，Ｓｎ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｓｉ，Ｍｍ是稀土元素的混合物，０＜ａ＜１．０，０＜ｂ＜０．９，０．１＜ａ＋ｂ＜１．５，Ｏ＜ｘ＜０．５。（３）Ｍ↓［ｘ］′Ｍ↓［１－ｘ］″Ｎｉ↓［ｙ］，Ｍ′＝第一类材料，Ｍ″＝第二类材料，０＜ｘ＜１，０≤ｙ≤０．２。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于储氢材料及其制法，尤其关于以氢化物作为负极的用途及制法。使用储氢材料作为负电极的可充电式电池与传统的可充电式电池如镍镉或铅酸等有很大的差异。储氢材料作为负电极须具备电化学可逆吸氢及放氢反应的特性，通常正电极采用氢氧化镍材料作为搭配，正电极与负电极间须用特殊析材料作为隔离，并且以硷性溶液作为电解液。对电池充电时，负电极会有吸氢反应发生，现以化学反应式表示如下.........(1)其中M表示储氢材料，M-H为其氢化物；反之，放电时负电极便进行放氢反应.........(2)综合上述反应式(1)和(2)得知负电极经历充放电后刚好进行可逆反应，如下所示................(3)同理，在正电极也会有可逆反应产生，现以氢氧化镍材料的正电极做说明，其反应式如下所示，(充电)...(4)(放电)......(5)亦即可逆反应为.........(6)结合方程式(3)及(6)可得知以储氢材料作为负电极的可充电式电池的可充电式电池的整体反应。.......(7)值得一提的是电解液在此电池反应期间几乎呈稳定状态。这种负电极采用储氢材料的可充电式电池比传统镍镉电池、铅酸电池有下列优点高能量密度、可深度放电、耐过充电、无记忆效应、高充电效率、可快速充电。因此这种电池(俗称镍氢电池或镍氢化物电池)更适合于商业用途。并非所有的储氢材料都可应用在负电极上，例如Ti-Zr-Mn-C-V系统的储氢材料便不具有电化学可逆反应的特性，再如(V1-xTix)3Ni1-yMy，其中M代表Cr、Mn、Fe，0.05≤X≤0.8，且0≤y≤0.2，此系统材料抗腐蚀性不佳且价格高，因此不具有电化学应用的价值。目前应用在负电极的储氢材料主要有二大系列也即钛系(简称AB2)或镧系(简称AB5)，钛系主要是由美国Ovonic电池公司所发展，此系列典型的组成如下(TiV2-xNix)1-yMy，其中0.2≤x≤1.0，0≤y≤0.2，M＝Al，Zr，Ti2-xZrxV4-yNiy，其中0≤x≤1.5，0.6≤y≤3.5Ti1-xCrxV2-yNiy其中0＜x≤0.75，0.2≤y≤1.0，以及(Ti2-xZrxV4-yNiy)1-zCrz，其中0≤x≤1.5，0.6≤y≤3.5，0≤z≤0.2，此系列材料应用在负电极所展现的特点是高电容量密度，易于加工制造，但却仍有不少缺陷，尤其是自放电高，放电电压易于下降。至于镧系方面正快速发展中，典型的组成如下MmNi5－(x＋y)MnxAly，其中Mm代表稀土元素混合物，0＜x＜1，0＜y＜1，0.2≤x＋y≤1，MmNi5－(x＋y＋z)MnxCoyAlz，其中Mm代表稀土元素混合物，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1，0.2≤x＋y＋z＜2。镧系氢化物电极表现出下列特点放电电压平稳，自放电少；然而，制造过程较复杂及易于老化衰退是其缺点。本技术的目的是实现高性能氢化物电极材料及其制法，该氢化物电极材料具有高电容量密度，放电电压平稳，自放电少，易于加工制造，材料稳定等优点。本专利技术的材料用以储存氢气及氧化物电极，其化学组成表示如下第一类TiaZrbCrcMndNi2-c-dMx其中M＝V，Mo，Al，Si，Cu，Nb，Fe，Co，Pd，Mg，Pr，Nd，Bi，Zn，Ce，Y等元素。而且0＜a＜1.2，0＜b＜1.0，0＜C＜1，0＜d＜1。0≤X≤0.6、1.0＜a＋b＜2.0。第二类MmNi5-a-bAlaCobMx其中M＝Mn，Fe，Zr，V，Sn，Mg，Sr，Si。Mm是La，Ce，Nd，Pr，Sm等稀土元素的混合物，其中La重量百分比为30-70％。而且0＜a＜1.0，0＜b＜0.9，0.1＜a＋b＜1.5，0＜x＜0.5。第三类M′xM″1-xNiy其中M′＝第一类材料，M″＝第二类材料，而且0＜x＜1，0≤y≤0.2。上述第一类材料是以电感，电弧或电浆方法在真空或惰性气体气氛之下熔炼，熔炼所得的合金经挤压成碎块再吸氢及放氢以达细粉比，此细粉材料可用以制造氢化物电极所须的活性物质。上述第二类材料除了可以按第一类的方式制作外，也可以用机械合金法或还原扩散法制造。机械合金法就是将组成元素按成份添加混合后，在含氢惰性气氛之下进行高能球磨，完成后便可得所须活动物质的粉末；还原扩散法是将粉末状组成元素按成份添加并添加少许还原剂一起混合后，在惰性气氛下进行高温烧结，烧结后的产物含有还原剂等杂质需经水洗去除杂质，所得泥浆状产物再经真空干燥变成粉末状活性物质。第三类活性物质是选用第一及第二类材料的细粉按比例并添加少许镍粉，一起在含氢气的惰性气氛下球磨混合，便可得粉状活性物质。电极除了活性物质外，还包括导电基材，本专利技术阐示氢化物电极制法有二种干式辗压法及湿式涂覆法。干式辗压法是以镍编织网作导电基材，将活性物质粉末直接辗压附着在镍编织网上，然后在含氢气的惰性气氛之下进行高温烧结热处理制成氢化物电极。湿式涂覆法首先将活性物质粉末和结合剂调制成泥浆状，接着将泥浆涂覆在镀镍打孔网、镍纤维网或镍泡棉网等导电基材上，再经干燥，去除水份，然后辗压使导电基材、结合剂紧密结合，这样便得氢化物电极。下面，本专利技术进行详细叙述。本专利技术阐示的三类材料，都具有可逆吸放氢的能力，尤其是作为负电极的活性物质；本专利技术也关于这些材料在电化学上的应用。第一类材料包括Ti，Zr，Cr，Mn，Ni元素，当然它还可再添加一些其它元素、如V，Mo，Si，Cu，Nb，Fe，Co，Pd，Mg，Pr，Nd，Bi，Zn，Ce，Y等元素；此类材料的合金成份可用化学式表示如下TiaZrbCrcMndNi2-c-dMx其中M＝V，Mo，Al，Si，Cu，Nb，Fe，Co，Pd，Mg，Pr，Nd，Bi，Zn，Ce，Y等元素。同时a、b、c、d及X界定范围如下0＜a＜1.2，0＜b＜1.0，0＜c＜1，0＜d＜1，0≤X≤0.6，1.0＜a＋b＜2.0。该专利技术的第二类材料含有Ni，Al，Co，La，Ce，Nd，Pr及Sm等元素，并且可再添加Mn、Fe、Zr、V、Sn、Mg、Sr、及Si等元素，此类材料合金的化学组成可表示为MmNi5-a-bAlaCobMx其中M＝Mn，Fe，Zr，V，Sn，Mg，Sr，Si。Mm是La，Ce，Nd，Pr，Sm等稀土元素的混合物，其中La重量百分比为30-70％，而且0＜a＜1.0，0＜b＜0.9，0.1＜a＋b＜1.5，0＜x＜0.5。第三类材料是将第一类与第二类材料，必要时添加Ni一起球磨混合而成，其示性式表示如下M′xM″1-xNiy其中M′＝上述第一类材料，也即Ti-Zr-Cr-Mn-Ni系列，M″＝上述第二类材料，也即Mm-Ni-Al-Co系列；而且0＜x＜1，0≤y≤0.2。本专利技术也揭示了合金材料的提炼方法，同时也提供氢化物电极的制造方法。第一类材料可采用电感(induction)，电弧(arc)或电浆(plasma)等三种方式加热提炼，其真空度须控制在10-1毫米汞柱(torr)以下，温度加热至1300至1700℃，维持20至75分钟，然后静置1.5至5小时，使其冷却，便得此材料的块状合金；接着粉末制造是先将块状合金压成直径10cm以下的碎块，放入耐压30kg/cm2，耐温500℃的容器中，此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种储氢材料，其特征在于该储氢材料的元素组成如下所示：，等元素，而且０＜ａ＜１．２，０＜ｂ＜１．０，０＜Ｃ＜１，０＜ｄ＜１，０≤Ｘ≤０．６、１．０＜ａ＋ｂ＜２．０。２、一种储氢材料，其特征在于该储氢材料的元素组成如下所示：，重量百分比为３０－７０％，而且０＜ａ＜１．０，０＜ｂ＜０．９，０．１＜ａ＋ｂ＜１．５，０＜ｘ＜０．５。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪进勇，
申请(专利权)人：汪进勇，陈荣宏，陈荣文，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]