氢化物电池用的储氢材料制造技术

本发明专利技术涉及下列四个群族氢气贮存材料及其电化学应用，特殊氢化物电极材料的化学组成，以及选择氢化物电极的简单而有效的方法。ＴｉａＺｒｂ Ｎｉｃ Ｃｒｄ Ｖｅ Ｍｘ其中Ｍ＝Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｐｄ及稀土金属，而且０．１≤ａ≤１．３，０．１≤ｂ≤１．３，０．２≤ｃ≤１．９５，０．１≤ｄ≤１．４，０．１≤ｅ≤２．４，ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝３，０≤ｘ≤０．２；当ｘ＝０时，ａ＋ｂ≠０．５且ｄ≥０．２５，及３－ａ－ｂ－ｃ－ｄ≤１．４。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术系有关一种氢气储藏材料及它们的电化学应用，更特定地，本专利技术为多种蓄电池用，系有关一种特殊氢化物电极材料的化学成分及组成，本专利技术也进一步提供一种简单但却极为有效的方法，用以选择有用的氢化物电极材料。氢气在室温下通常可用笨重的钢筒在高压气体状态储存，或以低温液体状态储存。钢简储存法因为高压关系而有安全上的问题，而且其储气量很少，低于1％重量百分比。液态储藏法则涉及超低温，需经过困难的冷冻液化过程，浪费许多能量。而且由于无法保证热隔绝，液态氢会自然气化而逃逸，因此无法储存很久。一种比较可行储存法是用储氢合金材料将氢气吸附变成固态氢化物此过程既简单又安全。可用下列两个可逆化学反应之一种来达成任务。上二式中，M为固态氢储存材料。MH为其固态氢化物。e-为电子，OH-为氢氧根离子。方程式(1)是一种固体-气体的化学反应，具有储存热能的功用。方程式(2)则为一种电化学反应，可作蓄电用。这两个方程式中，充氢或充电时，氢气可被储存，而其逆反应中放氢或放电时，氢气可被释出。并不是任何金属、合金都可以储存氢气。另方面并不是任何可藉方程式(1)储存氢气的材料可以适用于方程式(2)方法储存氢气及蓄电。例如美国专利第4,160,014号公开的材料Ti-Zr-Mn-Cr-V合金虽可适用方程式(1)储藏氢气，但却不能适用于电化学作用供作电池用。另一个例子是公布于日本专利昭55-91950号中的材料(V1-x Tix)3Ni1-y My，式中M＝Cr、Mn、Fe，且0.05≤x≤0.8，0≤y≤0.2。这些材料限制其化学组成原子比例为Ni＋M＝25％，且M的原子百分比需在5％以下，Ti＋V＝75％。这个限制导致致这些储氢材料的氢化物中，有些太过安定以致在常温或低温不能放出氢气，价格太高或有被溶液浸蚀的忧虑，所以这些材料不能适用于电化学应用。在许多公开的氢气储存材料中，仅有少许曾被作电化学应用的试验。这些例子包括美国专利第3,824,131、4,112,199和4,551,400号。其中，本专利技术者系第4,551,400号专利中有关氢气储存及氢化物电极材料部分专利技术人。该专利中所公开的材料在性能方面远优于上述其他专利中所列举者。本专利技术者所专利技术而公布于美国专利第4,551,400号的材料包括下列三个族群族(a)Ti V2-x Nix，式中0.2≤x≤1.0族(b)Yi2-x Zrx V4-y Niy，式中0≤x≤1.50，0.6≤y≤3.50此式可改写为如下Ti1-x’Zrx’V2-y’Niy’，式中0≤x’≤0.75，0.3≤Y’≤1.75族(c)Ti1-x Crx V2-y Niy，式中0.2≤x≤0.75，0.3≤Y≤1.0这些材料性能虽然优于其他先前专利技术，但其一方面皆系由TiV2型合金演变而来可视为准TiV2型合金，且另一方面它们的化学成分原子百分比又有下列限制族(a)Ti＝33.3％，V＋Ni＝66.7％族(b)Ti＋Zr＝33.3％，V＋Ni＝66.7％族(c)Ti＋Cr＝33.3％，V＋Ni＝66.7％上述诸限制导致这些材料存有一项或多项弱点，包括高成本、短寿命、低容电量或低发电率。要发展良好的氢气储存材料并适合于电化学应用并不是一项简单容易的任务。到目前为止，没有一篇科学论文或专利文献曾提出发表一个简易而有效的方法去指引有关此方面的研究。所以长期以来，人们只好一直沿用尝试错误法去做试验。结果无数的人力、物力、财力及时间浪费了，而其进展却极其有限。一种良好的氢气储存材料可供氢化物电极应用者，至少需具备下列性质.储存氢气量优良。.良好的催化剂以供氢气在电极中容易被氧化。.在碱性溶液中，抗蚀能力高。.氢气在该材料结构内的游动率高。.其氢气平衡压力的范围适合。.制作成本不能太贵。为了适合上述条件，本专利技术依据热力学、动力学及电化学原理提供一个简易方法，用以选取一个良好的储存氢气又可供电化学应用的材料。本专利技术也同时公开新颖优良的氢化物电极材料之化学组成及其制作方法。本专利技术揭露下列四个群族材料以供氢气储存及氢化物电极应用第一族Tia Zrb Nic Crb Mx，其中M＝Al、Si、Mn、Fe、Co、Cu、Nb、Ag、Pd及稀土金属，而且0.1≤a≤1.4，0.1≤b≤1.3，0.25≤c≤1.95，0.1≤d≤1.4，a＋b＋c＋d＝3，0≤x≤0.2，第二族Tia Crb Zrc Nid V3-a-b-c-d Mx，其中M＝Al、Si、V、Mn、Fe、Co、Cu、Nb、Ag、Pd及稀土金属，而且0.1≤a≤1.3，0.1≤b≤1.2，0.1≤c≤1.3，0.2≤d≤1.95，0.4≤a＋b＋c＋d≤2.9，0≤x≤0.2，第三族Tia Zrb Nic V3-a-b-c Mx，其中M=Al、Si、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Nb、Ag、Pd及稀土金属，而且0.1≤a≤1.3，0.1≤b≤1.3，0.25≤c≤1.95，0≤x≤0.2，0.6≤a＋b＋c≤2.9，第四族Tia Mnb Vc Nid Mx，其中M＝Al、Si、Cr、Fe、Co、Cu、Nb、Zr、Ag、Pd及稀土金属，而且0.1≤a≤1.6，0.1≤b≤1.6，0.1≤c≤1.7，0.2≤d≤2.0，a＋b＋c＋d＝3，0≤x≤0.2。上述专利技术所公开的材料可用电弧法，感应法或电浆法等在惰性气体保护下加热熔融制造之。这些材料储存氢气的方法也在本专利技术中加以说明。本专利技术也揭露一种方法，用以选取一种材料供氢气储存及电化学应用，这个方法可用两个步骤说明步骤1.该材料AaBbCc……至少含有原子百分比在5％至85％间的镍金属。原子百分比最好在15％至45％之间。步骤2.该材料AaBbCc……中，选取适当的原子数比a，b，c……使该合金之氢化物生成热(Heat of Hydride formation)的理论计算值在-3.5至-9.0Kcal/moleH间；最好是在-4.5至-8.5Kcal/moleH间，氢化物生成热(Hh)可依入列公式计算之。Hh＝/(a＋b＋c＋…)＋k----(3)公式(3)Hh(A)、Hh(B)、Hh(c)…等系分别为金属A、B、C…等的氢化物的生成热，以Kcal/moleH为单位。又k是一个常数，其值与该金属合金Aa、Bb、Cc…本身的生成热，以及各成分金属A、B、C、…等氢化物的混合热有密切关系。在计算中，可令k值分别等于0.5、-0.2及-1.5对应a＋b＋c＋…等于2、3、或6。在实用上，k值可以为零而忽略之。金属元素的氢化物生成热可由科学文献中查到若干代表性者列举如下Mg-9.0；Ti-15.0；V-7.0；Cr-1.81；Mn-2.0Fe4.0；Co4.0；Ni2.0；Al-1.38；Y-2.70Zr-1.95；Nb-9.0；Pd-4.0；Mo-1.0；Ca-21.0稀土元素-25.0，皆以Kcal/moleH为单位。本专利技术所揭露之四群族储氢材料---可逆性吸收/放出氢气的材料，特别是可供电化学应用作为蓄电池负极的材料。第一族材料主要是钛(Ti)、镍(Ni)、锆(Zr)、铬(Cr)等四种元素的合金，此外，这一族材料尚可加入些许的其他元素，例如铝(Al)、钒(V)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、铌(Nb)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用以储存氢气及制备氢化物电极的材料，此材料具有下列化学组成：Ｔｉａ Ｚｒｂ Ｎｉｃ Ｃｒｄ Ｖｅ Ｍｘ其中Ｍ＝Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｐｄ及稀土金属，而且０．１≤ａ≤１．３，０．１≤ｂ≤１．３，０．２≤ｃ ≤１．９５，０．１≤ｄ≤１．４，０．１≤ｅ≤２．４，ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝３，０≤ｘ≤０．２；当ｘ＝０时，ａ＋ｂ≠０．５且ｄ≥０．２５，及３－ａ－ｂ－ｃ－ｄ≤１．４。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：洪国修，
申请(专利权)人：洪国治，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]