|
початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2120156
Невпорядкованих сплавів для електрохімічного акумулювання ВОДНЮ І ОСЕРЕДОК для електрохімічного акумулювання ВОДНЮ
Ім'я винахідника: Стенфорд Р.Овшінскі (US); Майкл А.Фетченко (US)
Ім'я патентовласника: Оувонік Беттері Компані, Інк. (US)
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1993.08.25
Винахід відноситься до сплавів для електрохімічного акумулювання водню і акумулятори на їх основі. Технічним результатом є поліпшення робочих характеристик. Невпорядкований сплав для електрохімічного акумулювання водню і електрохімічна комірка, що має позитивний електрод, прокладку і негативний електрод, що містить цей сплав, де сплав має склад (основний сплав) a Co b Mn c Al d Fe c La f Mo g , де основний сплав є невпорядкований багатокомпонентний сплав, який має принаймні одну структуру, обирану з групи, що складається з аморфної, микрокристаллической, полікристалічний, з відсутнім далеким композиційним порядком щодо складу, з трьома або більше фазами згаданої полікристалічної структури, і будь-яку комбінацію цих структур, b становить до 7 , 5 атм.%, c - 0,1 - 8,5 атм.%, d - до 2,5 атм.%, e - 0,1 - 6,5 атм.%, f - до 4,5 атм. %, g - до 6,5 атм.%, b + c + d + e + f + g> 0 і a + b + c + d + e + f + g = 100 атм. %.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід є частковим продовженням заявки на патент США N 07/746015.
Винахід відноситься до сплавів для електрохімічного акумулювання водню і до перезаряджається електрохімічним осередкам, які використовують ці сплави.
Більш конкретно, винахід відноситься до перезаряджається осередкам і батареям, які мають негативні електроди, що складаються з багатокомпонентних сплавів для електрохімічного акумулювання водню. Осередки, які включають ці сплави, мають робочі характеристики, такі як щільність енергії, утримуваний заряд, число циклів і характеристики при низькій температурі, які значно перевершують відомі акумуляторні осередки, які використовують сплави для акумулювання водню.
Перезаряджаються осередки, які використовують нікель-гідроксидні позитивний електрод і акумулює водень анод, утворений гидридом металу ( "метал-гидридні осередку"), є відомими з літератури.
Коли електричний потенціал прикладають між електролітом і метал-гідридним електродом в метал-гидридной осередку, матеріал негативного електрода (М) заряджається шляхом електрохімічної адсорбції водню і електрохімічної еволюції іона гідроксилу; при розряді розчинений водень виділяється, утворюючи молекули води і виділяючи електрон 
Реакції, які мають місце на позитивних пластинах нікель метал-гідридний осередки, є і оборотними. Більшість метал-гідридних осередків використовують нікельгідроксідний позитивний електрод. Наступні реакції заряду і розряду мають місце на нікель-гідроксидні позитивних пластинах 
В метал-гидридной осередку, що має нікель-гідроксидні позитивний електрод і анод, який акумулює водень, електроди зазвичай розділені прокладкою з нетканого або валяного матеріалу, нейлону або поліпропілену. Електроліт зазвичай є водним розчином лугу, наприклад, 20-45% вагових гідроксиду калію.
Перші сплави, що акумулюють водень, які були досліджені в якості матеріалів для електродів батарей, були TiNi і LaNi 5. Багато років було проведено в дослідженнях цих простих бінарних інтерметалевих з'єднань, оскільки вони, як відомо, мають відповідну міцність водневого зв'язку для використання в електрохімічних застосуваннях. Незважаючи на численні спроби, проте, як виявили дослідники, ці интерметаллические з'єднання повинні виключно нестабільними і не можуть мати ніякої електрохімічної цінності через безліч шкідливих властивостей, таких як повільний розряд, окислення, корозія, погана динаміка і поганий каталіз. Ці прості сплави для застосування в батареях відображають традиційне пристрасть розробників батарей до використання з'єднань простих елементів в кристалічних матеріалах, таких як NiCd, NaS, LiMS, ZnBr, NiFe, NiZn і Pb-кислота. У порядку удосконалення електрохімічних властивостей бінарних інтерметалевих з'єднань, зберігаючи в той же час ефективність акумулювання водню, перші дослідження почали модифікувати TiNi і LaNi 5 системи.
Модифікація TiNi і LaNi 5 була ініційована Стенфорда Р. Овшінскім з Energy Conversion Devices (ECD) Trog, Michigan, USA. Овшінскій і його співробітники в ECD виявили, що надія на прості, відносно чисті сполуки була головним недоліком відомих робіт. У попередній роботі було визначено, що каталітична дія залежить від поверхневих реакцій на ділянках з порушеннями кристалічної структури. Щодо чисті сполуки, як виявлено, мають відносно малу щільність ділянок акумулювання водню, і доступний тип ділянок зустрічається випадково і не створюється в обсязі матеріалу. Таким чином, ефективність акумулювання водню і подальшого виходу водню для утворення води, як визначено, є істотно меншим ніж те, яке могло б бути можливим, якби більша кількість і різноманітність активних ділянок було доступно.
Овшінскій вперше виявив, що число поверхневих ділянок могло б бути суттєво збільшено шляхом створення аморфної плівки, яка схожа на поверхню бажаних щодо чистих матеріалів. Як пояснив Овшінскій і кодування оптичної інформації, 42 Journal De Physique at C4-1096 (Octobre 1981):
Аморфність є вихідним терміном, що належать до відсутності доказів за допомогою дифракції рентгенівських променів періодичності далекого порядку, і не є достатнім описом матеріалу. Для розуміння аморфних матеріалів повинні розглядатися кілька важливих факторів: тип хімічного зв'язку число зв'язків, що виникають через локального порядку, що є їх координацією, і вплив всього локального оточення як хімічного, так і геометричного, на що виникають різні конфігурації. Аморфність не визначається безладною упаковкою атомів, що розглядаються як тверді сфери або аморфне тверде тіло, єдино що містить атоми, розташовані безладно. Аморфні матеріали повинні розглядатися як є що складаються з взаємодіє матриці, електронні конфігурації якої утворюються силами вільної енергії, і вони можуть бути конкретно визначені хімічної природою і координацією складових атомів. Використовуючи елементи з валентними електронами на різних орбітальних і різні технології приготування, можна обійти звичайні релаксаційні процеси, які відображають умови рівноваги, і завдяки тривимірної свободу аморфного стану створити абсолютно нові типи аморфних матеріалів - хімічно модифіковані матеріали ...
Тільки розуміючи аморфність як засіб для введення поверхневих ділянок в плівку, є можливим отримати "безлад" не тільки в аморфних матеріалах, а й і в кристалічних матеріалах; "Безлад", який бере до уваги повний спектр ефектів локального порядку, таких як пористість, топологія, кристалітів, характеристики ділянок та відстані між ділянками. Таким чином, чим шукати модифікації матеріалів, які давали б впорядковані матеріали, що мають максимальну кількість випадково створених поверхневих нерегулярностей, група Овшінского в ECD початку конструювання "невпорядкованих матеріалів", де бажані нерегулярності можуть бути створені на замовлення. Дивись патент США N 4623597, опис якого включається шляхом згадки.
Термін "невпорядкований", як він тут використовується, використовується для позначення терміна, як він використовується в літературі, в такий спосіб.
Невпорядкований напівпровідник може бути в декількох структурних станах. Цей структурний фактор становить нову змінну, за допомогою якої фізичні властивості (матеріалу) ... можуть контролюватися. Більш того, структурна невпорядкованість відкриває можливість отримання в метастабільних станів нових потягів і сумішей, яка далеко перевершує межі термодинамічної рівноваги. Отже, ми зазначаємо таке як подальшу видатну особливість. У багатьох невпорядкованих (матеріалах) ... є можливість контролювати параметр ближнього порядку і тим самим досягати різких змін у фізичних властивостях цих матеріалів, включаючи отримання нових координаційних чисел для елементів: SR Ovshinsky, Форма безладу, 32 Journal of Non - Crystalline Solids at 22 (1979) (підкреслення додано).
"Близький порядок" цих невпорядкованих матеріалів далі був пояснений Овшінскім в "Хімічна основа аморфності: структура та функція", 26: 8 - 9 rev. Roum. Phys. at 893 - 903 (1981):
Близький порядок не зберігається ... Справді, коли кристалічна симетрія порушена стає неможливим зберігати той же самий ближній порядок. Причиною для цього є те, що ближній порядок контролюється силовими полями електронних орбіталей, отже, оточення має фундаментально відрізнятися, в відповідних кристалічних і аморфних твердих тілах. Іншими словами, існує взаємодія локальних хімічних зв'язків з їх найближчим оточенням, яке визначає електричні, хімічні і фізичні властивості матеріалу, і вони ніколи не можуть бути тими ж самими в аморфних матеріалах, якими вони є в кристалічних матеріалах. . . Орбітальні взаємини, які можуть бути в тривимірному просторі в аморфних, але не кристалічних матеріалах, є базою для нових геометрій, багато з яких є істотно антікрісталліческімі по природі. Руйнування зв'язків і зміщення атомів можуть бути адекватною причиною для виникнення аморфності в однокомпонентних матеріалах. Але, щоб досить зрозуміти аморфність, необхідно зрозуміти тривимірні співвідношення, існуючі в аморфному стані, для чого існують вони, які викликають внутрішню топологію, несумісну з трансляційної симетрією кристалічної решітки ... Що є важливим у аморфному стані, так це факт що можна створити нескінченну безліч матеріалів, які не мають ніяких кристалічних відповідностей, і навіть таких, які є початково подібними за хімічним складом. Просторові і енергетичні співвідношення цих атомів можуть бути абсолютно різними в аморфній і кристалічній формі, навіть не дивлячись на те, що хімічні елементи можуть бути одними і тими ж ...
Близький або локальний порядок розглянуто в виданому Овшінскому патенті США N 4520039 під назвою "Композиційно змінювані матеріали і спосіб синтезу матеріалів", зміст якого включається шляхом згадки. Цей патент обговорює як невпорядковані матеріали не вимагають ніякого періодичного локального порядку, і як, використовуючи технології Овшінского, є можливим просторове і орієнтаційна розташування подібних або різних атомів, або груп атомів з такою збільшеною точністю і контролем локальних конфігурацій, що є можливим отримання якісно нових явищ . Крім того, патент обговорює, що використовуються атоми не обов'язково повинні бути обмежені атомами "d-оболонки" або "f-оболонки", але можуть бути будь-яким атомом, в якому контрольовані аспекти взаємодії з локальним оточенням відіграють значну роль фізично, електрично або хімічно, так щоб впливати на фізичні властивості і, отже, на функції матеріалів. Ці технології дають в результаті кошти синтезу нових матеріалів, які є неврегульованими в декількох різних сенсах одночасно.
Шляхом отримання метал-гідридних сплавів з таких невпорядкованих матеріалів Овшінскій і його група були здатні сильно збільшити характеристики оборотного акумулювання кисню, необхідні для ефективних і економічних програм в батареях, і виробляти батареї, що мають велику щільність акумулюється енергії, ефективну оборотність, високий електричний коефіцієнт корисної дії , об'ємне розчинення водню без структурної зміни або отруєння, велике число циклів і здатність глибокого розряду.
Вдосконалені характеристики цих сплавів є результатом конструювання локального хімічного порядку, і отже, локального структурного порядку шляхом введення обраних модифікують елементів в початкову матрицю. Невпорядковані метал-гидридні сплави мають суттєво збільшену щільність каталітично активних ділянок і акумулюють ділянок в порівнянні з простими, впорядкованими кристалічними матеріалами. Ці додаткові ділянки є відповідальними за підвищену ефективність електрохімічного заряду / розряду і збільшення ємності зберігання електричної енергії. Природа і кількість акумулюють ділянок можуть навіть бути задані незалежно від каталітично активних ділянок. Більш конкретно, ці сплави конструюються, щоб зробити можливим об'ємне розчинення диссоційованих атомів водню з міцністю зв'язків в межах оборотності, придатної для використання при повторних застосуваннях батарей.
Грунтуючись на піонерських принципах, описаних вище, були отримані деякі з найбільш ефективних матеріалів для електрохімічного акумулювання водню. Це активні матеріали, типу Ti-V-Zr-Ni, такі як описані в патенті США N 4551400 ( "патент 400"), виданому Sapru, Hong, Fetcenko u Venkatesan, опис якого включається шляхом згадки. Ці матеріали можна зупинити утворюють гідриди в порядку акумулювання водню. Всі матеріали, використані в патенті 400, використовують вихідний склад Ti- V - Ni, де хоча б один з Ti, V і Ni присутній з хоча б одним або більше з Cr, Zr і Al. Матеріали патенту 400 є багатофазними матеріалами, які можуть містити, але є обмеженими цим, одну або більше фаз AB 2 з кристалічними структурами, типу C 14 і C 15. Наступні формули є конкретно описаними в патенті 400:
(TiV 2-x Ni x)1-y M y,
де
x складає між 0,2 і 1,0;
y становить між 0,0 і 0,2; і M-Al або Zr,
Ti 2-x Zr x V4-y Ni y,
де
Zr частково заміщений Ti;
x складає між 0,0 і 1,5;
y становить між 0,6 і 3,5, і
Ti 1-x Cr x V2-y Ni y,
де
Cr частково заміщений Ti;
x складає між 0,0 і 0,75;
y становить між 0,2 і 1,0.
Інші Ti - V - Zr - Ni сплави можуть і бути використані для акумуляторної негативного електрода з розчиненням водню. Іншим таким сімейством матеріалів є ті, що описані в патенті США N 4728586 ( "патент 586"), виданому Venkatesan, Reichman u Fetcenko на "Сплави для електрохімічного акумулювання водню з підвищеним утримуванням заряду і електрохімічна комірка з підвищеним утримуванням заряду", опис якого включається шляхом згадки. Патент 586 описує конкретний підклас цих Ti - V - Ni - Zr сплавів, що включають Ti, V, Zr, Ni і п'ятий компонент, Cr.
Найкращим втіленням сплаву патенту 586 є склад
(Ti 2-x Zr x V4-y Ni y)1-z Cr z,
де x становить від 0,00 до 1,5;
y становить від 0,6 до 3,5;
z є ефективною кількістю, меншим ніж 0,20.
Ці сплави можуть розглядатися стехіометрично як містять 80 атм. % Вмісту V - Ti - Zr - Ni і до 20 атм.% Cr, де відношення (Ti + Zr + Cr + необов'язкові модифікатори) до (Ni + V + необов'язкові модифікатори) становить між 0,40 і 0,67. Патент 586 розглядає можливість добавок і модифікаторів, поряд з Ti, V, Zr, Ni u Cr компонентами сплавів, і в цілому обговорює конкретні добавки і модифікатори, кількості і взаємодії цих модифікаторів і конкретні переваги, які могли б очікуватися від них.
Сімейство V - Ti - Zr - Ni сплавів, описане в патенті 586, має істотно більш високу швидкість розряду, ніж описані раніше сплави. Це є результатом істотно більш високих площ поверхні на межі поділу метал / електроліт для електродів, зроблених з V - Ti - Zr - Ni матеріалів. Коефіцієнт шорсткості поверхні (загальна площа поверхні, поділена на геометричну площу поверхні) V - Ti - Zr - Ni сплавів становить приблизно 10000. Це значення вказує на дуже високу площу поверхні і підтверджується істотно високою швидкістю розряду цих матеріалів. Характерна шорсткість поверхні кордону розділу метал / електроліт є результатом невпорядкованою природи матеріалу. Оскільки всі складові елементи і як і багато його сплави і фази, представлені в обсязі металу, вони і представлені на поверхнях і в тріщинах, які утворюються на межі поділу метал / електроліт. Таким чином, характерна шорсткість поверхні є важливою спостерігається рисою фізичних і хімічних властивостей вихідних металів, і як і сплавів і кристалографічних фаз сплавів, в лужному середовищі. Ці мікроскопічні хімічні, фізичні та кристалографічні параметри індивідуальних фаз в матеріалі сплаву, який акумулює водень, є, як передбачається, важливими при визначенні макроскопічних електрохімічних характеристик.
На додаток до фізичну природу їх шорсткою поверхні, виявлено, що V - Ti - Zr - Ni сплави прагнуть досягти стаціонарного поверхневого складу і розміру часток. Стаціонарний склад поверхні характеризується відносно високою концентрацією металевого нікелю. Ці спостереження узгоджуються з відносно високою швидкістю видалення при осадженні оксидів титану і цирконію з поверхні і з більш повільною швидкістю солюбилизации нікелю, що забезпечує рівень пористості поверхні. Отримана в результаті поверхню, мабуть, має більш високу концентрацію нікелю, ніж було б можна очікувати від об'ємного складу негативного електрода, який акумулює водень. Нікель в металевому стані є каталізатором і провідником електрики, надаючи ці властивості поверхні. В результаті поверхня негативного електрода, який акумулює водень, є найкращим каталізатором і провідником, ніж була б поверхню, яка містить більш високу концентрацію ізолюючих оксидів.
Поверхня негативного електрода, яка має проводять і каталітичні компоненти, такі як металевий нікель, каталізує численні стадії реакції заряду і розряду.
На противагу сплавів на основі Ti - V - Zr - Ni, описаних вище, сплави, типу AB 5, зазвичай розглядаються як "впорядковані" матеріали, які мають іншу хімію і мікроструктуру і проявляють інші електрохімічні характеристики в порівнянні з Ti - V - Zr - Ni сплавами. Однак аналізи виявили, що, хоча ранні сплави AB 5 могли б бути впорядкованими матеріалами, розроблені порівняно недавно сплави AB 5 такими не є. Характеристики ранніх упорядкованих матеріалів AB 5 є поганими. Однак використовувані в даний час сплави AB 5 мають високий рівень модифікації (тобто, число і кількість модифікуючих елементів зросла) і характеристики сплавів AB 5 значно покращився. Це викликано безладом, внесеним модифікатором, і, як і їх електричними і хімічними властивостями. Це еволюція сплавів типу AB 5 від конкретного класу "упорядкованих" матеріалів до сучасних багатокомпонентним, багатофазним "неврегульованим" сплавів, які є сьогодні дуже схожими на Ti - V - Zr - Ni сплави, представлена в наступних патентах: (i) патент США N 3874928 ; (Ii) патент США N 4214043; (Iii) патент США N 4107395; (Iv) патент США N 4107405; (V) патент США N 4112199; (Vi) патент США N 4125688; (Vii) патент США 4214043; (Viii) патент США N 4216274; (Ix) патент США N 4487817; (X) патент США N 4605603; (Xii) патент США N 4696873; і (xiii) патент США N 4699856. (Ці посилання широко обговорюються в патенті США N 5096667, і це обговорення конкретно включається шляхом згадки).
Попросту кажучи, в сплавах AB 5, подібно металам Ti - V - Zr - Ni, при зростанні рівня модифікації роль спочатку упорядкованого основного сплаву стає роллю другого плану в порівнянні з властивостями і безладом, пов'язаних з конкретними модифікаторами. Крім того, аналіз сучасних багатокомпонентних сплавів AB 5 показує, що сучасні системи сплавів AB 5 є модифікованими, слідуючи напрямами, визначеними для систем AB 2. Таким чином, сильно модифіковані сплави AB 5 є ідентичними сплавами AB 2 в тому, що обидва є неврегульованими матеріалами, які характеризуються багатокомпонентної і безліччю фаз, і вже не існує значної різниці між цими двома типами багатокомпонентних, багатофазних сплавів.
Хоча, як відомо з літератури, що акумулюють водень сплави часто містять різні індивідуальні модифікатори і комбінації модифікаторів для поліпшення їх робочих характеристик, не існує чіткого вчення про роль кожного індивідуального модифікатора, взаємодії кожного модифікатора з іншими компонентами сплаву або про вплив кожного модифікатора на конкретні робочі параметри . Оскільки сильно модифіковані сплави AB 5 аналізувалися в контексті вивчення добре впорядкованих кристалічних матеріалів, вплив цих модифікаторів, зокрема, не було ясно зрозуміле.
Відомі з літератури акумулюють водень сплави, як правило, дозволяють поліпшувати робочі параметри, такі як число циклів, швидкість розряду, розрядна напруга, поляризація, саморозряд, ємність при низькій температурі і напруга при низькій температурі. Однак відомі з літератури сплави дають осередки, які проявляють кількісне покращення в одній або двох робочих характеристиках за рахунок кількісного погіршення в інших робочих характеристиках. Часто одержувані робочі характеристики цих осередків є, часом, тільки трохи кращими, ніж порівнянні характеристики інших видів осередків, таких як Ni - Cd осередки. Таким чином, всі осередки, вироблені із сплавів, відомих з літератури, є осередками для спеціальних цілей, їх робочі характеристики як хороші так і погані, є інженерний компроміс, і, отже, конструюються тільки для передбачуваного використання осередку.
Однією з цілей даного винаходу є акумулюють водень сплави, які проявляють поліпшені робочі характеристики без погіршення інших робочих характеристик.
Іншою метою даного винаходу є акумулюють водень сплави, які виявляють значно поліпшені робочі характеристики в порівнянні з іншими видами сплавів.
Ця та інші цілі даного винаходу задовольняються акумулюють водень сплавами, що мають склад:
(Основний Сплав) a CO b Mn c Al d Fe e La f Mo g , де Основний Сплав являє собою невпорядкований багатокомпонентний сплав, сплав, який має принаймні одну структуру, обирану з групи, що складається з: аморфної; микрокристаллической; полікристалічної (з відсутнім композиційним дальнім порядком, з трьома або більше фазами згаданої полікристалічної структури), і будь-якій комбінації цих структур; b становить від 0 до 7,5 атм.%, переважно, від 4 до 7 атм.%; c становить від 0,1 до 8,5 атм.%, переважно від 6 до 8 атм.%; d становить від 0 до 2,5 атм.%, переважно від 0,1 до 2 атм.%; e становить від 0,1 до 6 атм.%, переважно від 1 до 3 атм.% або від 5,3 до 6 атм.%; f становить від 0 до 4,5 атм.%, переважно від 1 до 4 атм.%, g становить від 0 до 6,5 атм.%, переважно від 0,1 до 6 атм. %, Найбільш переважно приблизно 6 атм.%; b + c + d + e + f + g> 0; і a + b + c + d + e + f + g = 100 атм.%.
Ще інші цілі даного винаходу задовольняються за допомогою металгідридних осередки, що містить негативний електрод, який складається зі сплавів, описаних вище.
 |
 |
 |
 |
Фіг. 1 - 4 показують залежності ємності від числа циклів, тиску від кількості циклів і тиску від позамежного струму для різних втілень даного винаходу.
Матеріали на основі невпорядкованих метал-гідридних сплавів даного винаходу конструюють для отримання незвичайних дво- і тривимірних конфігурацій шляхом варіювання тривимірних взаємодій складових атомів і їх різних орбіталей. Безлад в цих сплавах відбувається через композиційних, позиційних і трансляційних відносин, і як від безладу, створюваного за допомогою кількості, положення і розміру кристалітів атомів, які не є обмеженими звичайної кристалічної симетрією в їхній свободі взаємодії. Цей безлад може бути атомної природи в формі композиційного або конфігураційного безладу, створюваного в усьому обсязі або в різних областях матеріалу. Ці невпорядковані сплави мають менше порядку, ніж високоупорядоченние кристалічні структури, які забезпечують однофазні матеріали, такі як використовувані в багатьох електродних сплавах, відомих з літератури. Типами невпорядкованих структур, які створюють локальні структурні хімічні оточення для поліпшених характеристик акумулювання водню даного винаходу, є багатокомпонентні полікристалічні матеріали з відсутнім далеким композиційним порядком: микрокристаллические матеріали; аморфні матеріали, що мають одну або більше фаз; багатофазні матеріали, що містять як аморфну так і кристалічні фази, або їх суміші.
Каркасом для неупорядкованих метал-гідридних сплавів є вихідна матриця з одного або більше елементів. Вихідні елементи вибирають, як правило, є гідрідообразующімі, і вони можуть бути елементами з малим атомним вагою. Зразковими елементами вихідної матриці можуть бути LaNi або TiNi. Елементи вихідної матриці модифікують шляхом включення обраних модифікують елементів, які можуть бути або не бути гідрідообразующімі.
Ми виявили за допомогою численних аналізів, що незалежно від вихідних матеріалів вихідної матриці, коли вводяться численні модифікують елементи, такі як ті, що описані в даному винаході, отриманий в результаті невпорядкований матеріал має чудові електрохімічні властивості через зростання кількості і спектру каталітично активних ділянок акумулюють водень. Зокрема многоорбітальние модифікатори, наприклад, перехідні елементи, забезпечують сильно зросла кількість акумулюють ділянок через доступних різноманітних конфігурацій зв'язку, даючи таким чином, в результаті збільшення щільності енергії. Модифікація, яка дає в результаті нерівноважний матеріал, який має високу ступінь безладу, забезпечує унікальні конфігурації зв'язку, перекривання орбіталей і, таким чином, спектр ділянок з вільними зв'язками. Через різних ступенів перекривання орбіталей і невпорядкованою структури значну кількість структурних перебудов здійснюється під час циклів заряд / розряд, або в періоди спокою, даючи в результаті велика кількість циклів і довгий час зберігання.
Акумулювання водню та інші електрохімічні характеристики невпорядкованих електродні матеріали можуть контрольовано змінюватися в залежності від типу і кількості матеріалу вихідної матриці і модифікують елементів, які обирають для отримання матеріалів негативного електрода. Сплави для негативних електродів даного винаходу є стійкими по відношенню до деградації шляхом отруєння, через збільшення кількості селективно конструюються акумулюють і каталітично активних ділянок, які вносять і внесок у велике число циклів. і деякі з ділянок, що створюються в матеріалі, можуть зв'язуватися і протистояти отруєння без впливу на ділянки, активні по відношенню до водню. Матеріали, отримані таким чином, мають дуже низький саморозряд, а отже - і гарний час зберігання.
Як він використовується тут, термін "Основний Сплав" відноситься до неупорядкованого сплаву, має основний сплав (як цей термін описаний в патенті 400), який є неврегульованим багатокомпонентним сплавом, що має принаймні одну структуру, обирану з групи, що складається з аморфної, микрокристаллической , полікристалічний (з відсутнім далеким композиційним порядком і з трьома або більше фазами згаданої полікристалічної структури) і будь-якої комбінації цих структур. Терміни "аморфна", "мікрокристалічна" і "полікристалічна" використовуються як визначено в патенті США N 4623597, виданому Sapru, et al., Зміст якого включається шляхом згадки. Сплави даного винаходу не обмежуються ніякої конкретної структурою. Ці матеріали класифікуються як такі, що неупорядковану структуру і укладають матеріали, які зазвичай згадуються за допомогою інших різноманітних термінів, таких як AB, AB 2, AB 5, LaNi 5, мішметалл, C 14, C 15, фаза Лавеса і так далі. Найкращий склад цього Основного Металу містить від 0,1 до 60 атм.% Ti, від 0,1 до 25 атм.% Zr, від 0,1 до 57 атм.% Ni і від 0,1 до 56 атм.% Cr .
Сплави даного винаходу містять негативні електроди для метал-гідридних осередків, які проявляють виключно високу ємність акумулювання їм, інші значні кількісні поліпшення в їх робочі характеристики в порівнянні з осередками, відомими з літератури. Несподівано, втілення даного винаходу виявляють поліпшення в більшості, якщо не у всіх, з їх робочих характеристик, і, таким чином, можуть розглядатися як осередки універсального застосування.
За даним винаходу було виявлено, що сплави даного винаходу, описані вище, і в Короткому описі винаходу можуть далі класифікуватися як такі, що неупорядковану мікроструктуру, де водень в окремій фазі нерозряджаються легко ні через маленьку поверхневу площу, ні через оксид з обмеженою пористістю або каталітичні властивості . Приклади цього винаходу представлені в табл. 1 нижче.
Вплив додавання M можна побачити в матеріалах для негативних електродів даного винаходу, що мають склад формули I.
(Основний Сплав) a Co b Mn c Fe d,
де
b становить від 0,1 до 7,5 атм.%, переважно від 5 до 7,0 атм.%; c становить від 0,1 до 8,5 атм.%, переважно від 6,0 до 8,0 атм.%; d становить від 0,1 до 6,5, переважно від 5,3 до 6 атм., і a + b + c + d атм. %. Сплав N 3 є втіленням цих матеріалів.
Порівняння матеріалів формули (I) з спочатку описаними матеріалами демонструє, що використанням від 6 до 8 атм.% Mn дає в результаті збільшену ємність і працездатність при низькій температурі, і, як і низький тиск в осередку і велике число циклів. Наприклад, сплав N 3 має ємність 396 ма. ч / г у порівнянні зі сплавом N C6, втіленням матеріалів, відомих з літератури, який має щільність енергії тільки 315 мА.ч / г.
Хоча і не бажаючи бути пов'язаним теорією, передбачається, що в сплавах даного винаходу Mn змінює мікроструктуру таким чином, що осадження фаз, що мають міцності водневого зв'язку в межах дії електрохімічної придатності, відзначено зниження. Одним із шляхів, яким Mn, мабуть, здійснює це, є збільшення взаємної розчинності інших елементів в первинних фазах під час затвердіння. Крім того, Mn діє на електрохімічних активної поверхні оксиду як каталізатор. Множинні окислювальні стану Mn, як передбачається, каталізують реакцію електрохімічного розряду шляхом збільшення пористості, провідності і площі поверхні активної поверхонь плівки оксиду.
Ще одна роль Mn спостерігається в матеріалах для негативних електродів, що мають склад 2
(Основний Сплав) a Co b Mn c
де
b становить від 4,0 до 7,5 атм.%, переважно від 6,5 до 7,5 атм.%; з становить від 5,5 до 8,5 атм.%, переважно від 7,5 до 8,5 атм.%; і a + b + c = 100 атм.%. Сплави N 1 та N 9 є втіленнями цих матеріалів.
У сплавах формули (2) додавання Mn дає поліпшені характеристики при низькій температурі, і як і збільшену ємність акумулювання водню. Наприклад, це може бути заміщено шляхом порівняння сплаву N 1, який має щільність енергії 376 мА.ч / г або сплаву N 9, який має щільність енергії 395 мА.ч / г, з сплавом N C7, який має щільність енергії 315 ма. ч / г.
На додаток, Mn може бути введений в якості заміщення для Fe в сплавах формули (2). Хоча і не бажаючи бути пов'язаним теорією, передбачається, що, коли Mn представлений без Fe, Mn допомагає електрохімічної реакції розряду при низькій температурі, сприяючи дифузії водню при низькій температурі, а й шляхом каталізу реакції водню і іонів гідроксилу на поверхні сплаву. Через низькотемпературних властивостей сплавів формули (2) можна вважати, що каталітичні властивості Mn посилюються, коли Fe не представлено або принаймні представлено тільки при низьких концентраціях.
Інші ефекти матеріалів даного винаходу задовольняються за допомогою електрохімічної комірки, що містить негативний електрод, який має склад
(Основний Сплав) a Mn b Fe c,
де b становить від 5,5 до 6,5 атм.%; c становить від 5,5 до 6,5 атм.%, переважно приблизно 6 атм.%; і a + b + c = 100 атм.%. Сплав N 4 є втіленням цих матеріалів.
У матеріалах формули (3) Mn заміщають Co. У матеріалах формули (3) можна спостерігати, що ємність акумулювання водню збільшується при зберігається чудовому утриманні заряду. Це можна побачити нижче, порівнюючи сплав N 4, який має щільність енергії 400 мА.ч / г, з сплавом N С6, який має щільність енергії тільки 315 мА.ч / г.
Хоча і не бажаючи бути пов'язаним теорією, передбачається, що в сплавах формули (3), подібно металам формули (I), описаним вище, Mn змінює мікроструктуру і діє як каталізатор на електрохімічних активної поверхні оксиду.
Інший аспект даного винаходу включає осередки, які мають негативні електроди, утворені із сплавів формули 4 (Основний Сплав) a Co b Mn c Al d Fe e La f , де b становить від 0,1 до 7,5 атм.%, Переважно від 5 до 7 атм.%; c становить від 0,1 до 8,5 атм.%, переважно від 7 до 8 атм.%; d становить від 0,1 до 2,5 атм.%, переважно приблизно від 1,5 до 2,5 атм.%; e становить від 0,1 до 3 атм.%, переважно від 1 до 2 атм.%; f становить від 0,1 до 4,5 атм.%, переважно від 1 до 4 атм. %; і a + b + c + d + e + f = 100 амт.%. Сплави N 5 і N 6 є втіленнями цих матеріалів.
До складу матеріалів формули (4) мала добавка La може бути корисною при збільшенні ємності акумулювання водню і, як і ємності при низькій температурі. Це можна побачити, порівнюючи сплав N 5 зі сплавом N С8. Дивись табл. 5, нижче.
Зокрема, ми помічаємо, що чистота використовуваного La не є критичною для даного винаходу, і різні форми мишметалла, мабуть, є такими ж ефективними як La високої чистоти. Таким чином, як він використовується тут La включає La високої чистоти і / або мішметалл, де рідкоземельні компоненти мишметалла можуть складатися з будь-якого з численних комерційно доступних матеріалів, деякі з яких можуть містити La у великих чи малих кількостях або взагалі не містити.
Хоча і не бажаючи бути пов'язаним теорією, передбачається, що додавання La має кілька функцій;
(I) La функціонує в якості гідриду. Хоча La в формі LaNi 5 адсорбує помітну кількість водню, La в LaNi 5 легко окислюється і кородує в лужному середовищі. Однак ця корозія не спостерігається в невпорядкованих сплавах даного винаходу. Передбачається, що впорядковані склади даного винаходу, які включають La, такі як ті, що описані згаданої вище формулою, "захищають" La від корозії без втручання в адсорбцію La водню.
(2) La діє, видаляючи домішки під час процесу плавлення. Під час високотемпературного плавлення, як передбачається, La адсорбує домішки, такі як кисень, оскільки він має високу вільну енергію для утворення оксидів. Передбачається, що кисень ефективно видаляється з ділянок тріщин в стандартному сплаві, залишаючись в La фазах, збагачених домішками, таким чином забезпечуючи збільшені ділянки акумулювання у основному сплаві.
(3) La в більш високих концентраціях, мабуть, сприяє низькотемпературного розряду тим же самим способом, як він видаляє кисень. Помітно, що домішки легких елементів грають ключову роль в пригніченні початковій дифузії водню під час низькотемпературного розряду. Видалення цих домішок шляхом використання La або будь-якого іншого "набувача домішок" має, таким чином, бути ключовим фактором в сприянні хорошому низькотемпературного розряду.
Абсолютно несподівано деякі кращі втілення даного винаходу, які містять від 0,1 до 3 атм.%, Переважно від 1 до 2 атм. % Fe і від 6,5 до 8,5 атм.%, Переважно від 7 до 8 атм.% Mn, проявляють значно улушченное утримування заряду в порівнянні з літературними даними. Крім того, ці Основні Сплави й проявляють чудові низькотемпературні робочі характеристики, і як і значне збільшення числа циклів і інших робочих характеристик. Особливо переважними втіленнями цих сплавів є сплави формули 5
(Основний Сплав) a Co b Mn c Fe d,
де b становить від 4,5 до 7,5 атм.%, переважно від 5 до 7 атм.%, c становить від 6,5 до 8,5 атм.%, переважно від 7 до 8 атм.%; d становить від 0,1 до 3 атм.%, переважно від 1 до 2 атм.%, і a + b + c + d = 100. Сплав N 7, N 8, N 10 і N 11 є втіленнями цих матеріалів.
Матеріали формули (5) мають дуже низький тиск при роботі і виявляють велику кількість циклів, високу швидкість розряду, істотно збільшену ємність акумулювання водню, збільшене утримання заряду і поліпшену здатність до низькотемпературного розряду. Це можна побачити, порівнюючи сплави N 7, N 8, N 10 і N 11 з відомими з літератури сплавами, такими як сплави N C5 і N C6 (дивись табл. 2 - 5, нижче).
Покращені робочі характеристики цих складів супроводжуються несподіваним відкриттям, що переважні впливу добавки Mn до складів даного винаходу на характеристики роботи при низькій температурі можуть бути інгібіровані неоптимізованими кількістю Fe. Зокрема, ми відкрили, що Fe в кількостях від приблизно 0,1 до 3 атм.% І більше конкретно, від 1 до 2 атм. %, Покращує роботу при низькій температурі в порівнянні з подібними сплавами, що мають Fe на рівні приблизно 6 атм.%. Ми відкрили, що більш низька кількість Fe все ще забезпечує переважний вплив на збільшене число циклів. Дивись табл. 5, нижче.
Переважні ефекти Mn і Fe і деталізовані в патенті США N 5096667, в патенті США N 5104617 і в заявці на патент США N 07/746015 (яка чекає на рішення), зміст яких включається шляхом згадки.
У патенті США 5104617 відзначають, що широко передбачається, що включення Fe в матеріали метал-гідридних сплавів, які акумулюють водень, має впливати негативно на електрохімічні характеристики. Це припущення викликається відомостями про те, що Fe легко окислюється і кородує, особливо в присутності лужного електроліту. Окислення погіршує робочі характеристики метал-гідридного електрода різними шляхами, і оксиди Fe, як відомо з літератури, негативно впливають на нікель-гідроксидні позитивний електрод, особливо щодо ефективності заряду, і, таким чином, ємності і числа циклів.
Ще інші втілення даного винаходу містять негативні електроди, включають сплави з матеріалу 6:
(Основний Сплав) a Co b Mn c Mo d, де b становить від 0,1 до 5,5 атм.%, Переважно від 4,5 до 5,5; c становить від 0,1 до 8,5 атм.%, переважно від 7,5 до 8,5 атм.%, d становить від 0,1 до 6,5 атм.%, переважно від 5,5 до 6,5 атм.%, і a + b + c + d = 100. Сплав N 12 є втіленням цих матеріалів.
Всі сплави даного винаходу містять Mn. Ефекти додавання Mn в ці сплави обговорені, в цілому, в патенті США N 5096667, зміст якого включається шляхом згадки. Додавання Mn зазвичай дає в результаті підвищену ефективність заряду. Хоча і не бажаючи бути пов'язаним теорією, цей ефект мабуть, є результатом здатності Mn збільшувати ефективність заряду сплавів, куди він доданий, шляхом поліпшення стійкості до окислення і рекомбінації кисню. Спостерігається, що газоподібний кисень, що виділяється на нікель-гідроксидні позитивних пластинах, рекомбинирует на поверхні метал-гідридного електрода. Рекомбінація кисню є особливо агресивним окислювачем його оточення, навіть в порівнянні з лужним електролітом.
Є можливим, що модифікують елементи Основного Металу даного винаходу, зокрема, Mn і Fe, а в особливості Co, або по одному, або в комбінації з Mn і / або Al, наприклад, діють, каталізує відновлення кисню, тим самим запобігаючи або зменшуючи окислення навколишніх елементів в метал-гідридних сплаві.
Передбачається, що ця функція модифікованих сплавів скорочує або навіть виключає формування і розвиток шкідливого поверхневого оксиду, тим самим забезпечуючи тонку і більш стабільну поверхню.
На додаток до цих ефектів і абсолютно несподівано ми виявили, що комбінація Mn і надлишку Fe стримує вигоди від Mn в низькотемпературних характеристиках, навіть якщо характеристики швидкості розряду при кімнатній температурі можуть залишатися незмінними.
Хоча і не бажаючи бути пов'язаним теорією, передбачається, що кілька додаткових факторів можуть пояснити несподівані властивості Mn і Fe в Основному сплавів даного винаходу:
(1) Комбінація Mn і надлишку Fe може впливати в обсязі сплаву, пригнічуючи швидкість об'ємної дифузії водню усередині металу шляхом утворення складної структури фаз, або шляхом впливу на межі зерен, або шляхом впливу на міцність рівноважної зв'язку водню усередині металу. Іншими словами, температурна залежність міцності водневого зв'язку може бути збільшена, тим самим зменшуючи доступне напруга і ємність, доступну при низькотемпературному розряді.
(2) Передбачається, що комбінація Mn і надлишку Fe може давати в результаті нижчу площа поверхні електрода по металургійним причин, збільшуючи пластичність сплаву і зменшуючи тим самим кількість площі поверхні, що утворюється під час активационного процесу.
(3) Передбачається, що комбінація Mn і надлишку Fe в цих сплавах може пригнічувати низькотемпературний розряд шляхом зміни самого шару оксиду щодо провідності, пористості, товщині і / або каталітичної активності. Оксидний шар є важливим фактором у реакції розряду і сприяє реакції водню з Основного Металу даного винаходу і іона гідроксиду з електроліту. Ми припускаємо, що цієї реакції сприяє тонкий, який проводить, пористий оксид, що має деяку каталітичну активність.
Комбінація Mn і надлишку Fe не є, мабуть, проблемою при розряді при кімнатній температурі, але проявляє несподівану тенденцію до уповільнення низькотемпературної реакції. Освіта складного оксиду може давати в результаті тонке зміна в структурі оксиду, таке як пористість або розподіл пор за розмірами. Оскільки реакція розряду дає воду на метал-гидридной поверхні і всередині самого оксиду, маленький розмір пір може обумовлювати повільну дифузію іонів K + і OH з обсягу електроліту до оксиду. При розряді при кімнатній температурі, де поляризація є майже цілком омічний і при розряді при низькій температурі, де домінують активаційний і концентраційний компоненти поляризації, фізична структура оксидів з Fe і Mn в порівнянні з оксидами тільки M можуть бути істотно різними.
Ще одним можливим поясненням є те, що Mn і Fe мають стану окислення з різними валентності. Розглядається, що деякі елементи всередині оксиду можуть насправді змінювати окислювальні стан через нормальний стан зміни заряду як функцію швидкості і розряду, і залежати як від температури, так і від способу виробництва, можуть визначатися складом. Можливо, ці стани з різним ступенем окислення мають різну каталітичну активність, і як і різні щільності, що разом впливає на пористість оксиду.
Можливою проблемою зі складним оксидом, що містить як Mn, так і надлишок Fe, може бути те, що компонент Fe уповільнює здатність Mn до зміни окисного стану, якщо присутній у великих кількостях.
З приводу попереднього обговорення щодо оксиду необхідно зауважити, що оксид і містить інші компоненти Основного Металу даного винаходу, такі як, V, Ti, Zr, Ni і / або Cr та інші модифікуючі елементи. Обговорення складного оксиду Mn і Fe проводиться тільки заради стислості, і фахівці не повинні вважати, що даний механізм не може і включати інше або більш складне пояснення, що включає інші такі елементи.
Негативні електроди, які використовують сплави даного винаходу, можуть використовуватися в різних типах осередків і батарей з акумулюванням водню. Вони включають плоскі осередки, які мають досить плоский анод, прокладку і позитивний електрод або вимірювальний електрод, який є в основному плоским і розташований так, щоб бути в робочому контакті з негативним електродом; рулетное осередки, одержувані спіральної намотуванням плоскою осередки навколо осі; і призматичні комірки для використання, наприклад, в електричних транспортних засобах. Метал-гидридні осередку даного винаходу можуть використовувати відповідний вид контейнера і можуть бути сконструйовані, наприклад, з металу або пластику.
Водний розчин 30% вагових гідроксиду калію є кращим електролітом.
В особливо кращому втіленні сплави, використовувані в сполученні з передовими матеріалами для прокладок, як описано в очікує рішення заявці на патент США N 07/879823 під назвою "Метал-гідроксидні осередки, які мають збільшене число циклів і утримування заряду", by Fetcenko, etal. , дають поліпшені характеристики сплавів для певних електрохімічних застосувань в порівнянні з літературними даними.
Поряд з поліпшеними технічними характеристиками, обговореними вище, модифікація сплаву дає перевагу у вартості до 30%. Одним з домінуючих чинників, що впливають на вартість основного сплаву, є вартість металевого ванадію. У патенті США N 5002730, включеного шляхом згадки, ванадій в формі V - Ni або V - Fe дає значні переваги в вартості в порівнянні з чистим ванадієм. Такі поліпшення вартості можуть бути збільшені в Основних сплавів даного винаходу шляхом використання V - Fe.
Приклади ОТРИМАННЯ матералом НЕГАТИВНИХ ЕЛЕКТРОДІВ
Матеріали сплавів, описані в табл. 1 вище і порівняльні матеріали, описані в табл. 2, готують і фабрикують, як описано нижче, в матеріали негативних електродів. Конкретні сплави, які використовують, згадують таблиці в кожному конкретному прикладі. Нумерація сплавів узгоджена по всій заявці і відноситься в табл. 1 або табл. 2.
Сплави в табл. 1 і 2 готують шляхом зважування і перемішування матеріалів складових елементів в графітовому тиглі, як описано в патентах США N 5002730 to Fetcenko і 4948423 to Fetenco, etal. Тигель і його вміст поміщають у вакуумну піч, яку відкачують, а потім заповнюють аргоном під тиском приблизно в одну атмосферу. Вміст тигля розплавляють за допомогою високочастотного індукційного нагріву, залишаючи в атмосфері аргону. Плавлення проводять при температурі приблизно 1500 o C до тих пір поки не отримують однорідний розплав. У цей час нагрівання припиняють і розплаву дають можливість ствердіти в замкнутому просторі при інертній атмосфері.
Злиток матеріалу сплаву потім зменшують в розмірі в багатостадійному процесі. Перша стадія включає процес гідрідізаціі / дегідрідізаціі, в основному, як описано в патенті США N 4983756 to Fetcenko, etal., Названому "Пристрій - гідридний реактор для водневого подрібнення матеріалу сплаву для метал-гідридного акумулювання водню", опис якого конкретно включається шляхом згадки. На цій першій стадії сплав зменшують в розмірі до менш ніж 100 меш. Після цього матеріал, отриманий в процесі гідрідізаціі / дегідрідізаціі, далі зменшують в розмірі з допомогою імпульсного процесу подрібнення, в якому частинки тангенциально і радіально прискорюються по відношенню до імпульсного блоку. Спосіб описаний в патенті США N 4915898 to Wolff, etal. Під назвою "Спосіб для безперервного виробництва подрібненого матеріалу негативного електрода на основі сплаву для акумулювання водню", опис якого конкретно включається шляхом згадки.
Фракцію матеріалу сплаву, що має розмір часток менше, ніж 200 меш, і середньозважений розмір частинок приблизно 400 меш (38 мікрон), витягають з процесу імпульсного подрібнення і пов'язують з нікелевим сітчастим колектором струму способом, який включає розміщення шару матеріалу сплаву на колекторі струму і пресування порошку і колектора. Пресування проводять в інертному атмосфері в дві окремі стадії пресування, кожна при тиску приблизно 2.481 т на квадратний сантиметр. Після пресування колектор струму і порошок, що прилип до нього, спекают в атмосфері приблизно 2 атм.% Водню, формуючи матеріали негативних електродів.
Ці сплави і негативні електроди активують, використовуючи обробку лужним травленням, описану в патенті США N 4716088 to Reichmann, etal., Опис якого конкретно включається шляхом згадки. Практично відбувається деяке окислення під час фабрикації електрода і, отже, відкриваючи порошок сплаву або негативні електроди даного винаходу лужному розчину, щоб "протравити" або змінити природу поверхневих оксидів, які утворюються, отримують різноманітні вигідні результати. Наприклад, передбачається, травлення змінює поверхневий стан порошку сплаву або сформованого негативного електрода таким чином, що досягається збільшення ефективність заряду або навіть перший зарядний цикл; сприяє іонної дифузії, необхідної для процесу електрохімічного розряду, створює градієнт окисного стану на поверхні матеріалу і змінює поверхневий окмід, даючи велику сприйнятливість до заряду.
Приготування ОСЕРЕДКІВ
Приготовлені негативні електроди збирають з нікельгідроксіднимі позитивними електродами в герметичні осередку "С", які мають герметизируемой отвір, як описано в патенті США N 4822377 to Wolff, використовуючи 30% електроліт KOH.
приклад 1
Закінчені осередки, приготовлені як описано вище, використовуючи сплави, представлені в табл. 3 нижче, піддають умов заряду і розряду і визначають Щільність Енергії (мА.ч / г).
Дані, отримані з цих випробувань, представлені в табл. 3 нижче.
приклад 2
Осередки готують, як описано вище, використовуючи сплави, перераховані в табл. 4, і визначають утримання заряду.
Дані, отримані з цих випробувань, представлені в табл. 4 нижче.
приклад 3
Осередки готують, як описано вище, використовуючи сплави, перераховані в табл. 5. Закінчені осередку піддають умов заряду і розряду при низьких температурах, і вимірюють їх ємність.
Дані, отримані з цих випробувань, представлені в табл. 5 нижче.
приклад 4
Осередки 8A, 8B, 8C, і 8D і 8E готують як описано вище з сплавів N 8. Ці репрезентативні осередку піддають умов заряду і розряду. Результати цього аналізу представлені на фіг. 1 і 2. Фіг. 1 показує пікову ємність приблизно 3,7 Г.Ч і час життя в 500 циклів. Фіг. 2 показує тиск, що залишився постійним під час циклирования.
приклад 5
Осередки 9A, 9B, 9C, 9D і 9E готують, як описано вище, зі сплаву N 9. Ці репрезентативні осередку піддають умов заряду і розряду. Аналіз отриманих в результаті осередків представлений на фіг. 3 і 4. Фіг. 3 показиает пікову ємність приблизно 3,7 Г.Ч і час життя приблизно в 500 циклів. Фіг. 4 показує тиск, яке залишається постійним під час циклирования.
Як правило, порівнювані сплави мають деякі хороші спільні робочі характеристики в поєднанні з деякими поганими робітниками характеристиками. Результатом є сплави, у яких відсутні робочі характеристики, які працювали б при будь-яких обставин. Це ефективно обмежує їх корисність в конкретних застосуваннях для спеціальних цілей. Наприклад, Сплав N С2 має хороші швидкісні характеристики, але погане утримання заряду і помірне число циклів. Подібно до цього, Сплав N C6 проявляє хорошу щільність енергії і хороше утримування заряду, проте він і вимагає довгої активації, має помірно високу швидкість розряду і низькотемпературні обмеження.
Навпаки, сплави даного винаходу мають поліпшені щільність енергії, утримування заряду і низькотемпературні характеристики. Наведені сплави демонструють, що Основний Сплав даного винаходу дуже близький до універсального сплаву, який може бути використаний у великій різноманітності конфігурацій для великої різноманітності додатків.
Зважаючи на викладене вище, для фахівців зрозуміло, що даний винахід визначає і охоплює ряд складів сплавів, які, коли їх беруть у ролі негативного електрода в метал-гидридні осередки, дають в результаті батареї, що мають поліпшені робочі характеристики.
Креслення, обговорення, опису і приклади цього опису є виключно ілюстрованими для конкретних втілень винаходу і не розглядаються як обмеження на їх використання. Далі наводиться формула винаходу, що включає всі еквіваленти, які визначає рамки винаходу.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Неупорядкований сплав для електрохімічного акумулювання водню, що включає основний сплав a Co b Mn c Al d Fe e La f Mo g , де основний сплав містить 0,1-60 атм.% Ti, 0,1-25 атм.% Zr, 0,1-60 атм.% V, 0,1-57 атм.% Ni і 0,1-56 атм. % Cr, причому основний сплав є невпорядкований багатокомпонентний сплав, який має принаймні одну структуру, обирану з групи, що включає структури: аморфна, мікрокристалічна, полікристалічна з відсутнім далеким композиційним порядком, з трьома або більше фазами полікристалічних структур, що відрізняється тим, що для будь-якій комбінації цих структур b становить аж до 7,5 атм.%, c становить від 0,1 до 8,5 атм. %, D становить аж до 2,5 атм.%, E становить від 0,1 до 6 атм. %, F становить аж до 4,5 атм.%, G становить аж до 6,5 атм.%, B + c + d + e + f + g> 0 і a + b + c + d + e + f + g = 100 атм.%.
2. Сплав по п.1, що відрізняється тим, що b становить від 4 до 7 атм.%, C становить від 6 до 8 атм.%, D становить від 0,1 до 2 атм.%, E становить від 1 до 2 атм.%, f становить від 0,1 до 4 атм.%, g становить від 0,1 до 6 атм. %.
3. Сплав по п.1, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: основний сплав a Co b Mn c Fe d, де b становить аж до 7,5 атм.%, C становить від 0,1 до 8,5 атм .%, d становить від 0,1 до 6 атм.%, a + b + c + d = 100 атм.%.
4. Сплав по п.5, що відрізняється тим, що b становить від 5,3 до 7,0 атм.%, C становить від 6,0 до 8,0 атм.% І d становить від 1,0 до 2,0 атм.%.
5. Сплав по п.1, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: основний сплав a Co b Mn c, де b становить від 4,0 до 7,5 атм.%, C становить від 5,5 до 8,5 атм.% і a + b + c = 100 атм.%.
6. Сплав по п.7, що відрізняється тим, що b становить від 6,5 до 7,5 атм.%, C становить від 7,5 до 8,5 атм.%.
7. Сплав по п.1, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: основний сплав a Mn b Fe c, де b становить від 5,5 до 6,5 атм.%, C становить від 5,5 до 6,5 атм.% і a + b + c = 100 атм.%.
8. Сплав по п.1, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: основний сплав a Co b Mn c Al d Fe e La f , де b становить від 0,1 до 7,5 атм.%, C становить від 0 , 1 до 8,5 атм.%, d становить від 0,1 до 2,5 атм.%, e становить від 0,1 до 3 атм.%, f становить від 0,1 до 4,5 атм.% і a + b + c + d + e + f = 100 атм.%.
9. Сплав по п.8, який відрізняється тим, що b становить від 5 до 7 атм.%, C становить від 7 до 8 атм.%, D становить від 1,5 до 2,5 атм.%, E становить від 1 до 2 атм.%, f становить від 1 до 4 атм.% і a + b + c + d + e + f = 100 атм.%.
10. Сплав по п.1, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: основний сплав a Co b Mn c Fe d, де b становить від 4,5 до 7,5 атм.%, C становить від 6,5 до 8 , 5 атм.%, d становить від 0,1 до 3 атм.% і a + b + c + d = 100 атм.%.
11. Сплав по п.10, що відрізняється тим, що b становить від 5 до 7 атм.%, C становить від 7 до 8 атм.%, D становить від 1 до 2 атм.%.
12. Сплав по п.1, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: основний сплав a Co b Mn c Mo d, де b становить від 0,1 до 5,5 атм.%, C становить від 0,1 до 8 , 5 атм.%, d становить від 0,1 до 6,5 атм.% і a + b + c + d = 100 атм.%.
13. Сплав по п.12, що відрізняється тим, що b становить від 4,5 до 5,5 атм. %, C становить від 7,5 до 8,5 атм.%, D становить від 5,5 до 6,5 атм.%.
14. Сплав по п.1, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: V 12 Ti 5 Zr 18 Ni 29 Cr 5 Co 7 Mn 8.
15. Сплав по п. 1, який відрізняється тим, сплав має наступний склад: V 15 Ti 15 Zr 21 Ni 31 Co 6 Fe 6 Mn 6.
16. Сплав по п. 1, який відрізняється тим, сплав має наступний склад: V 15 Ti 15 Zr 20 Ni 28 Cr 5,3 Co 5,3 Fe 5,3 Mn 6.
17. Сплав по п. 1, який відрізняється тим, сплав має наступний склад: V 16 Ti 15 Zr 20 Ni 31 Cr 6 Fe 6 Mn 6.
18. Сплав по п. 1, який відрізняється тим, сплав має наступний склад: V 15 Ti 15 Zr 19 Ni 28 Cr 4 Co 4 Fe 2 Mn 7 Al 2 La 4.
19. Сплав по п. 1, який відрізняється тим, сплав має наступний склад: V 16 Ti 16 Zr 20 Ni 28 Cr 4 Co 4 Fe 2 Mn 7 Al 2 La 1.
20. Сплав по п. 1, який відрізняється тим, сплав має наступний склад: V 18 Ti 15 Zr 18 Ni 29 Cr 5 Co 6 Fe 1 Mn 8.
21. Сплав по п. 1, який відрізняється тим, сплав має наступний склад: V 18 Ti 15 Zr 18 Ni 29 Cr 4 Co 6 Fe 2 Mn 8.
22. Сплав по п. 1, який відрізняється тим, сплав має наступний склад: V 15 Ti 15 Zr 21 Ni 29 Cr 5 Co 7 Mn 8.
23. Сплав по п. 1, який відрізняється тим, сплав має наступний склад: V 15 Ti 15 Zr 21 Ni 29 Cr 5 Co 6 Fe 1 Mn 8.
24. Сплав по п. 1, який відрізняється тим, сплав має наступний склад: V 15 Ti 15 Zr 21 Ni 29 Cr 4 Co 6 Fe 2 Mn 8.
25. Сплав по п. 1, який відрізняється тим, сплав має наступний склад: V 18 Ti 15 Zr 18 Ni 28 Cr 2 Co 5 Mn 8 Mo 6.
26. Осередок для електрохімічного акумулювання водню, що включає позитивний електрод, прокладку, анод, що складається з невпорядкованого електрохімічного сплаву, що має наступний склад: основний сплав a Co b Mn c Al d Fe e La f Mo g .
Основний сплав є невпорядкований багатокомпонентний сплав, який має принаймні одну структуру, обирану з групи, що складається з структур: аморфна, мікрокристалічна, полікристалічна з відсутнім далеким композиційним порядком, з трьома або більше фазами полікристалічної структури, яка відрізняється тим, що в будь-якій комбінації цих структур b становить аж до 7,5 атм.%, c становить від 0,1 до 8,5 атм.%, d становить аж до 2,5 атм.%, e становить від 0,1 до 6 атм.%, f становить аж до 4,5 атм.%, g становить аж до 6,5 атм.%, b + c + d + e + f + g> 0 і a + b + c + d + e + f + g = 100 атм.%.
27. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що основний сплав включає від 0,1 до 60 атм. % Ti, від 0,1 до 25 атм.% Zr, від 0,1 до 60 атм.% V, від 0,1 до 57 атм.% Ni і від 0,1 до 56 атм.% Cr.
28. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що b становить від 4 до 7 атм.%, C становить від 6 до 8 атм.%, D становить від 0,1 до 2 атм.%, E становить від 1 до 2 атм.%, f становить від 0,1 до 4 атм.%, g становить від 0,1 до 6 атм.%.
29. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що негативний електрод далі включає неупорядковану мікроструктуру, де водень в конкретній фазі нерозряджаються легко ні через малу площу поверхні, ні через оксид з обмеженою пористістю або каталітичні властивості.
30. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад основної сплав a Co b Mn c Fe d, де b становить аж до 7,5 атм.%, C становить від 0,1 до 8,5 атм. %, d становить від 0,1 до 6 атм.% і a + b + c + d = 100 атм.%.
31. Осередок по п. 30, яка відрізняється тим, що b становить від 5,3 до 7,0 атм.%, C становить від 6,0 до 8,0 атм.%, D становить від 1,0 до 2,0 атм.%.
32. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: основний сплав a Co b Mn c, де b становить від 4,0 до 7,5 атм.%, C становить від 5,5 до 8,5 атм.% і a + b + c = 100 атм.%.
33. Осередок по п. 26, яка відрізняється тим, що b становить від 6,5 до 7,5 атм.%, C становить від 7,5 до 8,5 атм.%.
34. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: основний сплав a Mn b Fe c, де b становить від 5,5 до 6,5 атм.%, C становить від 5,5 до 6,5 атм.% і a + b + c = 100 атм.%.
35. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: основний сплав a Co b Mn c Al d Fe e La f , де b становить від 0,1 до 7,5 атм.%, C становить від 0 , 1 до 8,5 атм.%, d становить від 0,1 до 2,5 атм.%, e становить від 0,1 до 3 атм.%, f становить від 0,1 до 4,5 атм.% і a + b + c + d + e + f = 100 атм.%.
36. Осередок по п.35, що відрізняється тим, що b становить від 5 до 7 атм.%, C становить від 7 до 8 атм.%, D становить від 1,5 до 2,5 атм.%, E становить від 1 до 2 атм.%, f становить від 1 до 4 атм.%.
37. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: основний сплав a Co b Mn c Fe d, де b становить від 4,5 до 7,5 атм.%, C становить від 6,5 до 8 , 5 атм.%, d становить від 0,1 до 3 атм.% і a + b + c + d = 100.
38. Осередок по п.37, що відрізняється тим, що b становить від 5 до 7 атм.%, C становить від 7 до 8 атм.% І d становить від 1 до 2 атм.%.
39. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: основний сплав a Co b Mn c Mo d, де b становить від 0,1 до 5,5 атм.%, C становить від 0,1 до 8 , 5 атм.%, d становить від 0,1 до 6,5 атм.% і a + b + c + d = 100.
40. Осередок по п. 39, яка відрізняється тим, що b становить від 4,5 до 5,5 атм.%, C становить від 7,5 до 8,5 атм.%, D становить від 5,5 до 6,5 атм.%.
41. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: V 18 Ti 15 Zr 18 Ni 29 Cr 5 Co 7 Mn 8.
42. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: V 15 Ti 15 Zr 21 Ni 31 Co 6 Fe 6 Mn 6.
43. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: V 15 Ti 15 Zr 20 Ni 28 Cr 5,3 Co 5,3 Fe 5,3 Mn 6.
44. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: V 16 Ti 15 Zr 20 Ni 31 Cr 6 Fe 6 Mn 6.
45. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: V 15 Ti 15 Zr 19 Ni 28 Cr 4 Co 4 Fe 2 Mn 7 Al 2 La 4.
46. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: V 16 Ti 16 Zr 20 Ni 28 Cr 4 Co 4 Fe 2 Mn 7 Al 2 La 1.
47. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: V 18 Ti 15 Zr 18 Ni 29 Cr 5 Co 6 Fe 1 Mn 8.
48. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: V 18 Ti 15 Zr 18 Ni 29 Cr 4 Co 6 Fe 2 Mn 8.
49. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: V 15 Ti 15 Zr 21 Ni 29 Cr 5 Co 7 Mn 8.
50. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: V 15 Ti 15 Zr 21 Ni 29 Cr 5 Co 6 Fe 1 Mn 8.
51. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: V 15 Ti 15 Zr 21 Ni 29 Cr 4 Co 5 Fe 2 Mn 2.
52. Осередок по п.26, що відрізняється тим, що сплав має наступний склад: V 18 Ti 15 Zr 18 Ni 28 Cr 2 Co 5 Mn 8 Mo 6.
53. Осередок по п. 26, яка відрізняється тим, що сплав піддають лужному травленню, коли він знаходиться в формі порошку.
Версія для друку
Дата публікації 28.02.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.