[其他]儲能裝置和用于酸性環境中的非晶態金屬合金電極

無效

• 申請號: 86102078
• 申請日: 1986-03-28
• 公開（公告）號: CN86102078A
• 公開（公告）日: 1986-10-01
• 發明（設計）人: 邁克爾·A·坦霍弗;喬納森·H·哈里斯
• 申請（專利權）人: 標準石油公司
• 主分類號: H01M4/00
• 分類號: H01M4/00;H01M4/14;H01M10/36;H01M10/06
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 羅宏

本發明涉及到新型的非晶態金屬合金電極，以及這種電極在能量貯存裝置中的用途。更準確地說，本發明涉及到能夠可逆貯存氫的非晶態金屬合金電極的用途，以及把它們運用于在酸性條件下工作的電能貯存裝置之中。

在近代，礦物燃料的不足促使人們思考利用其它能源在經濟方面的可行性。其中一種方案就是考慮把氫作為燃料的經濟性，同任何一種化學物質相比，氫的單位重量能量密度是最高的。已經制定了許多計劃，以便經濟地利用這種元素，但是，目前的技術尚未取得促使世界經濟有驚人變化的地位。然而，氫是一種引人注目的燃料和能源，從本質上說它是無污染的，氫燃燒的主要副產品是H₂O，并且可以從容易得到的、非常豐富的原材料中制取氫。

眾所周知，雖然氫可以以壓縮氣體的形式，或是在低溫下以液體的形式貯存起來，但仍需要其它的低能密集貯存和更方便的方法，以便使氫作為能源得到更廣泛的利用。

大家知道，某些金屬和金屬合金能夠在它們的晶格中可逆的貯存氫，這種特征可以得到利用。首先把金屬或金屬合金置于高壓氫之中，使浸透金屬或金屬合金中，其后，通過使達到飽和的金屬或合金經受溫度或壓力的改變而回收所貯存的氫。金屬能夠可逆貯存氫的一個實例就是鈀，每個鈀原子最多可以吸入0.6個氫原子。可逆貯氫合金的一個實例可參見“科學”雜志，1981.12.4，214卷，4525期，1081頁，由R.L.Cohen和J.H.Wernick所著的《貯氫材料：性能和可能性》一文，文中報導了諸如LaNi₅一類的合金在氣相中吸氫的能力。

根據Bronoel等人所著的《一種新的貯氫電極》一文，見“國際氫能”雜志，1976，1卷，251-254頁，LaNi₅型合金的可逆貯氫特征可用于電化學環境之中。把可用于貯氫材料的金屬或金屬合金作為陰極，相對另一個適當的對立電極施加電壓，并且利用質子從溶液中的還原就可使其充氫。已研究過的其它金屬合金系包括TiMn基合金、FeTi基合金及Mg基合金。雖然這些結晶材料能貯存大量的氫，但結晶材料在貯氫時要受到反復進行的氫的充、放過程，在這種條件下它易于產生相分離、氫脆、以及表面氧化。在受到氫交替變化的結晶合金中，會出現相分離反應，其中合金組分的分離和轉移遍布整個合金。在LaNi₅型的合金中，La轉移到合金的表面，在表面上它很快就被氧化。

最近，在題名為《金屬氧化物-氫電池》的日本專利58 163 157中提到了這個問題，該專利介紹了帶有一種改進的LaNi₅陽極的氫蓄電池，這種陽極比較不易氧化。其改進是采用了一種多孔的鎳層，把它布置在LaNi₅陽極的周圍，以減少氧化。

吸氫和放氫過程中，結晶合金中會產生氫脆。氫的存貯開始于合金表面，然后深入它的內部，氫原子擠入金屬基體原子間的間隙位置，并使晶格膨脹。由于內應力的作用，可能產生傷痕和裂縫，嚴重削弱了金屬或金屬合金，并使它們變脆。如果貯氫材料暴露于氧化條件之中，比如存在氧化劑，象CO₂、H₂O、KOH、空氣、氧，或是遇到氧化酸性的環境，材料表面會產生氧化現象。表面氧化妨礙氫的滲透，減少吸氫量，降低吸氫速率。另外，這些結晶材料不可能經受住腐蝕環境，把材料用于電化學反應中就會存在這樣的條件。在Yayama等人的文章中《Ti-Mn合金電極中電化學法貯氫》，見“Japanese????Journal????of????Appied????Physics”，1983年10月，22卷，10期，621-623頁，對Ti-Mn合金系進行了分析，并提到它在維護方面的缺點。

最近報導了非晶態金屬合金材料具有可逆貯氫的能力，由于非晶金屬合金材料在力學、化學和電學方面的獨特的綜合性能，人們對這種材料發生了興趣。可把非晶態金屬配制成具有多種性能的材料，其中包括高硬度和高強度、柔韌性、軟磁性能和鐵電性能、高耐蝕性和高耐磨性、異常的合金成分、以及良好的耐輻射損傷性能。非晶態金屬合金材料具有的極為優異的綜合性能可歸功于這種材料的無序原子結構，無序結構保證了材料的化學均勻性，使材料不存在可擴展的缺陷，正是這種缺陷限制了結晶材料的效能。

G.G.Libowitz和A.J.Maeland所著的《氫同金屬玻璃合金的相互作用》一文中，見“Journal????of????the????Less-Com-mon????Metal”雜志，1984年，101卷，131-143頁，綜合討論了非晶態或玻璃態金屬合金的吸氫現象。