【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到新型的非晶态金属合金电极，以及这种电极在能量贮存装置中的用途。更准确地说，本专利技术涉及到能够可逆贮存氢的非晶态金属合金电极的用途，以及把它们运用于在酸性条件下工作的电能贮存装置之中。在近代，矿物燃料的不足促使人们思考利用其它能源在经济方面的可行性。其中一种方案就是考虑把氢作为燃料的经济性，同任何一种化学物质相比，氢的单位重量能量密度是最高的。已经制定了许多计划，以便经济地利用这种元素，但是，目前的技术尚未取得促使世界经济有惊人变化的地位。然而，氢是一种引人注目的燃料和能源，从本质上说它是无污染的，氢燃烧的主要副产品是H2O，并且可以从容易得到的、非常丰富的原材料中制取氢。众所周知，虽然氢可以以压缩气体的形式，或是在低温下以液体的形式贮存起来，但仍需要其它的低能密集贮存和更方便的方法，以便使氢作为能源得到更广泛的利用。大家知道，某些金属和金属合金能够在它们的晶格中可逆的贮存氢，这种特征可以得到利用。首先把金属或金属合金置于高压氢之中，使浸透金属或金属合金中，其后，通过使达到饱和的金属或合金经受温度或压力的改变而回收所贮存的氢。金属能够可逆贮存氢的一个实例就是钯，每个钯原子最多可以吸入0.6个氢原子。可逆贮氢合金的一个实例可参见“科学”杂志，1981.12.4，214卷，4525期，1081页，由R.L.Cohen和J.H.Wernick所著的《贮氢材料性能和可能性》一文，文中报导了诸如LaNi5一类的合金在气相中吸氢的能力。根据Bronoel等人所著的《一种新的贮氢电极》一文，见“国际氢能”杂志，1976，1卷，251-254页，LaNi5型...
【技术保护点】
由耐酸的，实质上为非晶金属合金组成的可逆贮氢电极，其特征在于非晶合金有如下形式：ＡａＭｂＭ′ｃ其中，Ａ至少是从以下一组元素中所选出的一种金属，这些元素为Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｈｇ和Ｐｔ；Ｍ至少是从以下一组元素中所选出的一种 金属，这些元素为Ｐｂ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｇａ和Ｍｎ；Ｍ′至少是从以下一组元素中所选出的一种金属，这些元素为Ｃａ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ和稀土金属；其 中，ａ的范围是约从０．００５到０．８０；ｂ的范围是约从零到０．７０；ｃ的范围是约从０．０８到０．９５。
【技术特征摘要】
US 1985-4-1 718,256。本发明的目的在于由非晶态金属合金构成的一种可逆贮氢电极，其非晶态合金有如下形式AaMbM′c其中，A至少是从以下一组元素中所选出的一种金属，这些元素为Pd、Ag、Au、Cu、Hg和Pt;M至少是从以下一组元素中所选出的一种金属，这些元素为Pb、Ru、Cr、Mo、Si、W、Ni、Al、Sn、Co、Fe、Zn、Cd、Ga和Mn;M′至少是从以下一组元素中所选出的一种元素，这些元素是Ca、Mg、Ti、Y、Zr、Hf、Nb、V、Ta和稀土;其中，a的范围是约从0.005到0.80;b的范围是约从0到0.70;c的范围是约从0.08到0.95。本发明还涉及到一种贮能装置，该装置的组成包括一个工作电极、一个与工作电极绝缘的对立电极、同工作电极和对立电极相接触的酸性电解质，以及从其中聚集电流的装置;工作电极是由有以下形式的非晶态金属合金构成的AaMbM′c其中，A至少是从以下一组元素中所选出的一种金属，这些元素为Pd、Ag、Au、Cu、Hg和Pt;M至少是从以下一组元素中所选出的一种金属，这些元素为Pb、Ru、Cr、Mo、Si、W、Ni、Al、Sn、Co、Fe、Zn、Cd、Ga和Mn;M′至少是从以下一组元素中所选出的元素之一，这组元素是Ca、Mg、Ti、Y、Zr、Hf、Nb、V、Ta和稀土;其中，a的范围是约从0.005到0.08;b的范围是约从0到0.70;c的范围是约从0.08到0.95。根据本发明，这里提供有以下形式的非晶态金属合金构成的新型电极AaMbM′c其中，A至少是从以下一组元素中所选出的一种金属，这些元素为Pd、Ag、Au、Cu、Hg和Pt;M至少是从以下一组元素中所选出的一种金属，这些元素为Pb、Ru、Cr、Mo、Si、W、Ni、Al、Sn、Co、Fe、Zn、Cd、Ga和Mn;M′至少是从以下一组元素中所选出的元素之一，这组元素是Ca、Mg、Ti、Y、Zr、Hf、Nb、V、Ta和稀土;其中，a的范围是约从0.005到0.80;b的范围是约从0到0.70;c的范围是约从0.08到0.95。在标题为《用于可逆贮氢的非晶金属合金的成分》这一共同未决的专利申请USSN 717429中，更全面地介绍了类似的成分，在这里把该项申请作为参照内容。A最好是Pd、Ag或Cu;M至少是从Mn、Fe、Ru、Pb、Cr、Mo和W一组金属中选出的一种元素;而M′最好是Ti、Mg、Ta或是由它们的综合。如果这些成分是用于强酸环境中(采用强氧化性酸)，那么最好的选择是M至少包括元素Ru、Pb、Cr、W和Mo中的一种。在这当中所提到的成分实质上是非晶金属合金，这里对非晶金属合金所用“实质上”这一术语指的是采用X射线衍射进行分析时金属合金中至少要有50%为非晶态。较好的情况是通过X射线衍射分析，金属合金中至少有80%为非晶态;最佳的情况是约100%为非晶态。这里所用的“非晶态金属合金”这一名词指的是含金属的非晶态合金，这种合金也可以含有非金属元素。正象这里所谈到的，这些成分很容易作为电极用于酸性贮能装置中。可以单独使用上述非晶态金属合金制成电极，或是同衬底材料一起制成电极。非晶态金属合金的条状物可以制成单独的贮氢电极;这里成分已予公开的粉状压实物可制成块状贮氢电极;在任一形状衫底上沉积这些合金成分，可制成任一所要求形状的、可能的贮氢电极。这里所谈到的电极也可以由共同未决的专利申请USSN 717428中所介绍的结构组成。这项专利申请的标题为《改进了的可逆贮氢用非晶态金属合金成分》。这类改进成分的特征在于，其成分是分层次的，使合金中A组分相当大量地集中在活性表面上，以增加吸氢量和放氢量，而把合金中的其它组分M和M′安排在内部，使它们起到有效的块状贮氢材料的作用。电极也可能至少包含两层，外层是有AaMbMc′形式的、上述非晶金属合金，而内层可由已知的块状贮氢材料组成，块状贮氢材料可以是结晶态的、非晶态的或是它们的组合体。这类电极可以采用能制作这样材料的任何标准技术来制备。关于制作非晶态金属合金电极，可采用多种物理的和化学的方法制成所需的成分，如电子束沉积、离子注入、化学还原、热分解、离子群沉积、离子镀液体淬火、固态扩散、利用高频和直流喷镀以形成其中组分。一种或多种方法可以综合使用，以有利于制成上述复合结构电极。合金中的A组份可以集中在电极表面，首先制成没有成分A的电极，然后把成分A沉积在已制成电极的表面，合成体退火形成所要求的非晶态金属合金电极。为保证这种非晶态金属合金电极具有满意的贮氢性能，应规定在这类电极所暴露的环境中，合金的温度不能达到或超过它的晶体化温度。在上述电极中以杂质存在的其它元素予期不会严重损害这类电极可逆贮氢的能力。因此，存在诸如O、N、C、S、Se、Te、B、P、Ge、Sb、As和Ar一类的痕量杂质，予料它们对这类电极的制备和性能也不会是非常有害的。这类电极的特征在于它们可在酸性环境中使用，在这种环境下具有高的贮能密度、深度释放能力、并能抵抗由于氧化造成的性能退化现象。所谓“酸性”环境指的是这样一种环境，PH值为中性或酸性，即等于或小于7。这类电极易于与其它贮氢电极相区分的特点是能在酸性环境中工作。目前仅有少数以酸性介质为基础的贮能系统，铅-酸电池是这种系统中的一个典型，酸性贮能装置之所以很少，是因为大多数材料在酸性介质中都被腐蚀，尚未见到上述的以非晶态金属合金为电极的酸性贮能装置。通常，已知的贮氢用非晶态金属合金并不同时具备其他必要性能、如耐蚀性，以保证它们在酸性环境中的使用。这里介绍的采用了非晶态材料的电极在酸性环境中则是稳定的，既耐腐蚀、又抗氧化。这里所谈到的电极还具有高的能量密度，所谓高能密度指的是电极中合金的每个原子贮存相当大量氢的能力，以及按照合金的重量和体积来说，有效地贮存相当高的能量的本领。结晶态的钯是一种已知的贮氢材料，以单位重量的充电量计算，钯的贮能密度约为139毫安一小时/克，以单位体积充电量计算约为1668毫安一小时/厘米3。对这里所介绍的电极测出了能量密度，按单位重量的充电量计算是从约56毫安一小时/克到更高约480毫安一小时/克，按单位体积充电量计算是从约517毫安一小时/厘米3到更高约4680毫安一小时/厘米3。有高能密度的同类电极还能把能量全部释放和再充入，而电极的能力并不过分退化。所谓全部释放指的是电极释放出能量后，电池电压基本上为零。与其它推荐用于碱性介质的贮氢电极材料不同，适用碱性介质的材料如LaNi5和Ni-Ti不可能全部释放能量。而不致产生贮氢电极的某些钝化，重复充/放循环过程会加深如Ni-Ti-类电极材料的钝化，直到它们不再具备贮氢的能力。兼备高能密度、深度释放能力、及其在酸性环境中的耐腐蚀和抗钝化性能，使这类电极成为用于贮能装置的理...
【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔A坦霍弗，乔纳森H哈里斯，
申请(专利权)人：标准石油公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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