CN1208392A - 纳米晶储氢复合材料 - Google Patents

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Abstract

提出了一种用于储氢的纳米晶复合材料,提供了最佳的氢化条件以及高的储氢容量。这种复合材料结合了至少一种高温金属氢化物,如Mg或Mg2Ni,这种高温金属氢化物具有高的用重量表示的储氢容量但是氢气的吸附和脱附需要高温,以及至少一种低温金属氢化物,以及FeTi、LaNi5、Nb、Mn和Pd等,这种低温金属氢化物具有低的用重量表示的储氢容量,但是氢气的吸附和脱附不需要高温。所说的高温和低温金属氢化物相互之间直接接触,并且每一种都是纳米晶粉末或层的形式的。这种复合材料特别适用于以氢气为燃料的交通工具的氢气供应源。

Description

纳米晶储氢复合材料
本发明涉及一种用于储氢的纳米晶复合材料。
本发明还涉及制备这样的复合材料的方法及其应用。
发展和使用一种复合材料的主要原因是(1)利用这样的复合材料的每个组分的优异性能，(2)利用其复合(多组分)结构。
在用于储氢的复合材料的情况下，结合两种或多种氢载体的目的主要是能够改进所得的复合材料的氢化/脱氢性能使其能提供一个更宽的操作条件范围。
虽然存在大量的氢载体，这些氢载体主要由在-40℃～500℃温度范围内操作的金属氢化物组成，但是还没有合适的氢载体能够同时提供最佳的氢化条件和高的储氢容量。通过实施例，在以氢气为燃料的交通工具的情况下，这样的“最佳”氢化条件是在约150℃的温度下吸附/脱附氢气的能力，而“高的”储氢容量是载体储存3重量％以上的氢气的能力。
到目前为止，还没有能够同时满足这些要求的氢载体。实际上，所有能够在低于100℃操作的氢载体的储氢容量太低，不能有效地输送。例如，FeTi的储氢容量为1.9重量％，而LaNi5的储氢容量为1.3重量％。另一方面，所有具有高储氢容量的氢载体，例如Mg2Ni的储氢容量为3.6重量％或Mg的储氢容量为7.65重量％，要求300℃以上的温度进行氢化/脱氢循环。当然，吸附/脱附需要高温(通常在300～400℃的范围内)降低了这样的载体的效率以及在用氢气作为燃料的交通工具中的潜在的发展和应用。
在1995年2月2日申请的具有相同受让人的系列号为No.08/382,776和387,457的共同未决的美国专利申请中，提出了新一代氢载体，由掺入或不掺入催化剂的纳米晶金属氢化物粉末组成。
更具体地，系列号为No.08/387 457的美国专利申请提出了一种Ni和Mg、La、Be或Ti的合金粉末，由晶粒尺寸小于100nm的晶体组成，优选的是晶粒尺寸小于30nm，这种粉末的晶体结构能够进行氢吸附。这种粉末优选的是通过机械研磨的方法获得，可能含有Mg2Ni、LaNi5或者Be或Li的Ni基合金。它特别适用于储存和输送氢气，因为它不需要或仅需要一种低温下的活化处理使其吸附氢气，其氢气的吸附动力学和扩散速度是迅速的。
系列号为No.0.8/382 776提出了一种非常轻质的、Mg和Be基材料，其可逆储氢能力具有非常好的动力学。这种材料的通式为：
(M1-xAx)Dy
其中：M是Mg、Be或其组合；
      A是选自由Li、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Y、Zr、Nb、Mo、In、Sn、O、Si、B、C和F组成的组中的一种元素；
      D是选自由Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Ir和Pt组成的组中的一种金属(优选的是Pd)；
      x是一个在0～0.3范围内的数；
      y是一个在0～0.15范围内的数。
这种材料是由上文确定的分子式M1-xAx的颗粒粉料形式的材料，每个颗粒由纳米晶晶粒组成，晶粒平均尺寸为3～100nm，或者具有纳米层状结构，层间距为3～100nm。某些颗粒具有与其连接的金属D的簇团，簇团的平均尺寸在2～200nm范围内。
在上述两个美国专利申请中提出的纳米晶粉末克服传统氢化物的大多数缺点，包括：
-氧化反应中毒的问题；
-需要活化；
-太慢的氢化/脱氢动力学。
后一点是重要的，因为氢气吸附的突出的动力学特征明显把Mg基氢化物的有效操作温度降低到传统的多晶材料不能达到的温度范围(例如，200～250℃)。
尽管有上述优点，对于氢载体，尤其是金属氢化物的许多潜在的应用要求以氢气为燃料的装置的冷起动，这意味着在室温下起始所说的过程，并且在所说的装置升温时具有逐渐转变为高温的可能性。
本发明的目的是提供一种下文称为“纳米晶复合材料”的新产品，具有上述的纳米晶氢化物的所有优点，同时也能够设计氢化/脱氢性能满足给定的性能。
这个目的用特别适用于储氢的纳米晶复合材料来达到，这种复合材料包括下列组合：
a)至少一种下文称为“高温金属氢化物”的第一种氢载体，具有高的氢储存容量但是需要在高温下进行氢气的吸附和脱附；
b)至少一种下文称为“低温金属氢化物”的第二种氢载体，具有低的氢储存容量但是不需要高温进行氢气的吸附和脱附。
根据本发明，所说的高温和低温金属氢化物相互之间直接接触，并且每一种都以纳米晶粉末的形式存在。
这种粉末由颗粒组成，本文所用的术语“纳米晶”是指平均尺寸为3～100nm的纳米晶晶粒组成的颗粒，或者具有层间距为3～100nm的纳米层状结构的颗粒。
通过非限制性的实施例说明，所说的高温金属氢化物可以由Mg、Mg2Ni和可能的Be，以及Li合金组成，而所说的低温金属氢化物可以由FeTi和LaNi5等合金或Nb、V、Na、Cs、Mn和Pd等金属组成。
正如可以理解的那样，本发明的主要想法是利用至少两种不同种类的金属氢化物，这两种氢化物在不同的温度下操作，从而可以进行多阶段的氢化/脱氢循环。
在利用根据本发明的所说的复合材料作为燃料源时，低温金属氢化物(例如FeTi或LaNi5)用于所说的装置的冷起动。这种低温金属氢化物，可以仅占复合材料的总重量的30％，不会明显降低该系统的总储氢容量。只要容器内的氢气压力低于某一个值(例如小于5bar)，它在室温下就可以释放出氢气。原来吸附的氢气可以立即用于燃烧。
在所说的装置起动后，尤其是在这样的装置是燃烧发动机时，如汽车发动机，通过其形成的足够高的温度可以进行所说的复合材料的另一组分，即高温金属氢化物(Mg、Mg2Ni、或它们与其它元素的合金)的脱附。
在所说的装置关闭后的降温过程中，两种不同金属氢化物的组合还具有另外的优点。如果温度不能立即降低，高温氢化物的脱附在所说的装置关闭后仍然可以进行。在这种情况下，任何未用的过量的氢气将会被在冷却过程中与所说的高温金属氢化物接触的低温氢化物所吸附，从而可以用于所说的装置的下次冷起动。
在上述描述中，参考了把氢气为燃料的汽车发动机作为本发明的潜在应用。当然，应该理解的是这样的应用不是唯一的，因为根据本发明的复合材料的相同的优点也可以用于热泵、发电机以及类似的用途。
在阅读了非限制性的详细描述后，将会更好地立即本发明、其制备方法及其用途和优点。
在附图中：
图1是根据本发明的纳米晶合金的示意性的截面图，其形式为压制的高温和低温纳米晶金属氢化物层的形式。
图2是根据本发明的纳米晶合金的示意性的截面图，其形式为用高温金属氢化物制成的核上涂覆一个低温金属氢化物的表面层。
图3是温度在室温到200℃范围内，压力为9bar时，Mg和FeTi的纳米晶复合材料中吸附的氢气的重量百分数与时间的函数关系图。
如前所述，根据本发明的纳米晶复合材料特别适用于储氢，因为它提供了最佳的氢化条件和高的储氢容量。
这种复合材料由两种或多种组分制成，包括：
a)至少一种下文称为“高温金属氢化物”的第一种氢载体，按重量计，具有高的储氢容量，但是氢气的吸附和脱附需要高温；
b)至少一种下文称为“低温金属氢化物”的第二种氢载体，按重量计，具有低的储氢容量，但是氢气的吸附和脱附不需要高温。
可以利用Mg或Mg2M作为高温金属氢化物。这两种材料都能吸附大量的氢气(Mg2Ni为3.6重量％，Mg为7.65重量％)，但是只能在高温下(200℃以上)。
可以利用FeTi或LaNi5等合金或Nb、V、Na、Cs、Mn和Pd等金属作为低温金属氢化物。所用这些材料能够在室温到100℃的低温下进行氢气的吸附或脱附，但是储氢容量用重量％表示比Mg或Mg2Ni小得多。例如，FeTi最多可以吸附1.9重量％的氢气，而LaNi5最多只能吸附1.3重量％的氢气。
根据本发明的一个非常重要的方面，所说的高温和低温金属氢化物相互之间必须直接接触，其每一种都必须是纳米粉末或层的形式。这种纳米晶结构在获得氢化/脱氢过程中预期的性能方面是必要的。实际上，通过增强晶界和缺陷上的氢气扩散可以得到非常好的动力学特征。
这些粉末中的每一种可以直接用金属棒制备。这种直接的制备可以象上面参考的系列号为No.08/382,776和387,457的美国专利申请提出的方法进行，这两个专利申请都在本文中引作参考。
更具体地，这样的直接制备可以以非常简单但有效的方法进行，即仅仅在室温下在惰性气氛中研磨，把金属粉末或两种不同金属粉末的混合物(例如Ni和Mg，按照获得要求的组成所选定的量)的尺寸减小至纳米晶的形式。为了有效地进行研磨，这种研磨必须在高能条件下进行几个小时，把所说的金属的颗粒尺寸减小至要求的数值一般需要20小时，对于形成一种金属合金并把颗粒尺寸减小至要求的数值一般需要30或40小时。这种研磨可以进行从Ni和其它金属的粉末通过机械合金化进行的制备，同时把晶体尺寸减小到要求的数值。
从实用的观点出发，这种强烈的研磨可以用高能球磨机进行。对于这样的球磨机的实例，可以参考以SPE 8000、FRITCH和ZOZ为商标出售的那些球磨机。
在使用不同金属的粉末的情况下，这样的在惰性气氛(如氩气)中的强烈研磨适当不同的金属在粉末研磨时发生反应，形成相应的晶体合金颗粒。这是特别有意义的，因为这样可以直接在固态合成合金，例如，Mg2Ni，这种合金通常很难通过熔融冷却法获得。
为了进一步改进根据本发明使用的纳米晶粉末的质量和效率，可以并且应该优选的是在所说的纳米晶颗粒表面使用少量(典型的是1重量％)的能够催化氢气分子溶解的材料，例如钯等。这种材料可以以非常简单的方法涂敷，即短时间研磨合成的纳米晶颗粒和催化剂材料粉末。这种后研磨使催化剂的簇团(如钯)沉积在所说的晶体颗粒表面上。但是，值得注意的是这种附加的研磨不能时间太长，否则可能会形成新的金属间合金。
在制备了高温和低温金属氢化物中的每一种后，必须把它们结合在一起产生要求的纳米晶复合材料。
根据本发明的第一个实施方案，通过混合低温和高温的金属氢化物并通过在室温或低温下压制所得的混合物可以制备所说的复合材料。由于两个原因，这种压制步骤是重要的。首先，它保证了这两种金属氢化物直接接触。这是重要的，因为所说的低温氢化物对所说的高温氢化物有催化作用。此外，所说的低温氢化物防止了所说的高温氢化物在较高温度下的烧结。所说的高温氢化物通常是Mg基的，在较高温度下对烧结是敏感的。这是一个缺点，因为烧结减少了可以用于氢气吸附/脱附的活性表面和截面。由于在所说的复合材料中存在所说的低温氢化物，可以部分克服这样的缺点。
可以用与其制备所用的相同的研磨机混合所说的两种粉末，并结合一个附加的研磨步骤进一步减小颗粒尺寸。
在这方面，值得一提的是这种制备方面明显不同于Liang Guoxian等人在其题目为“机械研磨的Mg-35重量％FeTi1.2粉末的氢气吸附和脱附特性”(合金和化合物学报，尚未发表)的文章中提出的方法。实际上，在这篇文章中提出的方法中，先用电弧熔融法制备所说的FeTi合金，并破碎成小于80目的粉末。然后把这种粉末与Mg粉混合并把所得的混合物在惰性气氛中在振动球磨机中经过剧烈的机械研磨。所得的产物是纳米晶颗粒形式的产物，但不是本发明中获得的和最后要求的Mg和FeTi粉末的分开颗粒的混合物，而且，在Liang Guoxian等人方法，所得的颗粒基本由Mg、Fe和Ti的合金组成，在对非纳米晶形式的原始粉末进行研磨的过程中，在这些粉末之间产生相互扩散(这种机理实际上与在上述的美国专利申请中用于生产纳米晶合金粉末的方法相同)。
根据本发明，即使在所说的高温和低温金属氢化物的纳米晶粉末混合物经过一个附加的研磨步骤的情况下，这也不同于Liang Guoxian等人提出的方法。实际上，当用作原料的粉末已经是纳米晶形式时，进一步的研磨不会导致用传统的晶体颗粒作原料时产生的合金和/或金属之间的相互扩散。事实上，在本发明中，只获得细分散的纳米晶颗粒，对每种材料的物理特性没有或只有很少的改变。
如果已经证明了这个第一实施方案是有效的(见下面的实施例)，还可以发现用这种混合的粉末制成的复合材料，在低温脱附过程中，氢气可能会被“捕获”在所说的高温金属氢化物中。为了防止这样的缺点，并保证在低温金属氢化物中总是能够存在足够量的氢气，建议使所说的低温金属氢化物(即.LaNi5、FeTi、…)在所说的高温金属氢化物周围(即.Mg、Mg2Ni、…)并包围所说的所说的高温金属氢化物。
因此，根据本发明的第二个实施方案，可以用这样的方式制备所说的复合材料形成三明治结构，包括一个用压制的高温金属氢化物(如Mg等)的纳米晶粉末制成的内层，所说的内层被压在两个相对的外层之间，每个外层用低温金属氢化物(如LaNi5等)的压制纳米晶粉末制成。该实施方案表示于附图的图1中。
图1所述的三明治结构是通过下列过程形成的，即把一定量的纳米晶LaNi5粉末倒在一个模具的基底上，对其施加较小的压力形成第一层。然后打开模具在第一层上倒入一定量的纳米晶Mg粉并加压在第一层上形成第二层。优选的是，可以在所说的模具中与Mg粉一起插入一个电阻使其如图1一样夹在其中。最后，再打开模具，把另一种量的纳米晶LaNi5粉末倒入模具中的第二个压制层上并加压在第二层上形成第三层。
所得的复合材料是三明治“平板”形式，含有一个高温金属氢化物制成的核，夹在两个低温金属氢化物的外层之间。
在使用中，在这种组合物周围的外部压力的降低将导致在LaNi5外层中含有的氢气的立即脱附和释放。这可以起动所说的发动机。一旦这种组合物开始加热，其热量和与其相连的发电机产生的电能就会加热所说的Mg核，从而使得这个芯中含有的更大量的氢气脱附。
根据本发明的第三个实施方案，可以制备另一种有效的、不均匀的纳米晶复合材料，使得每个颗粒是一个高温金属氢化物(如Mg2Ni等)制成的核，涂覆一个低温金属氢化物(如LaNi5等)的表面层。所说的第三个实施方案表示于附图的图2中。
这样一种结构可以用不同的方法获得。
第一种方法基础在于，象系列号为No.08/387,457的美国专利申请提出的那样，通过高能机械研磨制备一种纳米晶Mg2Ni合金。优选的是，象上述的专利申请中那样，在起始的金属粉末中加入一种催化剂，在所得的合金表面形成催化剂簇团。在这个研磨步骤过程中，为了使所说的合金对Ni过饱和，也可以向所说的混合物中加入额外的Ni。然后向所说的合金中加入纯La，使所得的混合物进一步经过高能机械研磨。因为金属态的La比纳米晶的合金延展性更大，所以它会涂覆在所说的合金上。此后，使涂覆的颗粒经过热处理(退火)。这会导致过剩的Ni相外面的La涂层中扩散，然后形成具有Mg2Ni核和LaNi5涂层的颗粒。
获得这种结构的另外一种方法是使Mg颗粒和在低温下吸附氢气的另一种已知的金属颗粒Nb、V、Na、Cs、Mn和Pd等的混合物经过高能机械研磨。已知这些其它的金属是与Mg不能“自然”混溶的金属。但是，用这样的高能研磨，将会形成一种Mg和所说的其它金属都过饱和的固溶体。随后对所说的固溶体进行的热处理(退火)将导致所说的其它金属(例如Nb)向所说的颗粒的外表面扩散，从而使颗粒具有一个主要由Mg组成的核和一个主要由Nb组成的涂层。退火过程中的温度应该保持足够低，使得在热处理过程中不会产生过分的晶粒长大，微观组织仍然保持为纳米晶体。
如上所述，根据本发明的纳米晶复合材料可以用于操作以氢气为燃料的交通工具。对于实施例，一种把15～30重量％，优选的是20重量％的低温氢载体与95～70重量％，优选的是80重量％的高温氢载体结合在一起的复合材料将实现冷发动机的起动，这得益于所说的低温金属氢化物，所说的发动机随后可以长距离工作是由于当所说的发动机变热时开始进行工作的高温金属氢化物的高的储氢容量。所以，对于相同量的氢吸附介质，可以得到更高的效率。
实施例
通过混合在高能球磨机FRITCH中制备的Mg和FeTi(分别为70重量％和30重量％)的纳米晶粉末制备一种纳米晶Mg-FeTi复合材料。在相同的机器中进行的混合过程中，加入0.8重量％的钯作为催化剂。
然后，把所得的混合物压成片，把所得的片放在自动气体滴定设备的反应室中。把所得的反应室抽真空，在室温下，在9bar的压力下放出氢气。在室温和200℃的温度之间进行温度循环来达到Mg基合金的吸附/脱附。
图3表示了这种二阶段氢化过程的结果。FeTi在室温下吸附氢气，Mg基合金在高温下吸附氢气。总的储氢容量在4重量％以上。

Claims (9)

1、一种储氢的纳米晶复合材料，所说的复合材料包括：
a)至少一种下文称为“高温金属氢化物”的第一种氢气载体，具有高的用重量表示的储氢容量，但是氢气的吸附和脱附需要高温；
b)至少一种下文称为“低温金属氢化物”的第二种氢气载体，具有低的用重量表示的储氢容量，但是氢气的吸附和脱附不需要高温，所说的至少一种高温金属氢化物和所说的至少一种低温金属氢化物相互之间直接接触，并且每一种都是纳米晶粉末的形式。
2、根据权利要求1的纳米晶复合材料，其中，所说的至少一种高温金属氢化物的纳米晶粉末是在与所说的至少一种低温金属氢化物混合的混合物中，并且对所说的混合粉末进行压制。
3、根据权利要求1的纳米晶复合材料，其中，压制所说的至少一种高温金属氢化物，形成在也被压制了的所说的至少一种低温金属氢化物的纳米晶粉末的两个外层之间的一个内层。
4、根据权利要求3的纳米晶复合材料，其中，由所说的至少一种高温金属氢化物的所说的纳米晶粉末制成的内层中掺入一个加热元件。
5、根据权利要求1的纳米晶复合材料，其中，所说的至少一种高温金属氢化物的纳米晶粉末是涂有所说的至少一种低温金属氢化物的纳米粉末表面层的核的形式。
6、根据权利要求1～5的任一个的纳米晶复合材料，其中，所说的至少一种高温金属氢化物选自由Mg、Mg2Ni和Be以及Li合金组成的组中，所说的至少一种低温金属氢化物选自由FeTi、LaNi5、Nb、V、Na、Cs、Mn和Pd组成的组中。
7、根据权利要求6的纳米晶复合材料，包括70～95重量％的所说的至少一种高温金属氢化物和15～30重量％的所说的至少一种低温金属氢化物。
8、根据权利要求6的纳米晶复合材料，其中，所说的至少一种高温金属氢化物和所说的至少一种低温金属氢化物的纳米晶粉末包括一种氢溶解催化剂。
9、根据权利要求8的纳米晶复合材料，其中，所说的催化剂由Pd的簇团组成。
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WO (1) WO1997026214A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8522906B2 (en) 2007-12-11 2013-09-03 Nissan Motor Co., Ltd. Hydrogen storage material, production method of the hydrogen storage material, hydrogen supply system, fuel cell, internal combustion engine and vehicle
CN107017419A (zh) * 2016-01-26 2017-08-04 现代自动车株式会社 固态氢储存设备和固态氢储存系统
CN111020302A (zh) * 2019-12-30 2020-04-17 有研工程技术研究院有限公司 一种高温释氢金属复合材料及其制备方法
CN111198482A (zh) * 2020-01-06 2020-05-26 长江存储科技有限责任公司 光刻胶去除装置及方法
CN113881880A (zh) * 2020-07-02 2022-01-04 卜文刚 一种掺杂氟化物的高容量Gd-Mg-Ni基复合储氢材料及其制备方法

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2217095A1 (fr) 1997-10-22 1999-04-22 Hydro-Quebec Nanocomposites a interfaces activees prepares par broyage mecanique d'hydrures de magnesium et usage de ceux-ci pour le stockage d'hydrogene
DE19758384C2 (de) * 1997-12-23 2002-08-01 Geesthacht Gkss Forschung Verfahren zur Herstellung nanokristalliner Metallhydride
US6589312B1 (en) 1999-09-01 2003-07-08 David G. Snow Nanoparticles for hydrogen storage, transportation, and distribution
SE521992C2 (sv) * 1999-10-12 2003-12-23 Volvo Personvagnar Ab Anordning för lagring av bränsle
JP2001131604A (ja) * 1999-11-09 2001-05-15 Benkan Corp 高活性化水素吸蔵材およびその製造方法
JP2001253702A (ja) * 2000-03-08 2001-09-18 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 水素発生方法及び水素発生材料
EP1217679A1 (de) * 2000-12-20 2002-06-26 Ballard Power Systems AG Brennstoffzelle und Verfahren zum Betreiben einer solchen
CA2341779A1 (en) * 2001-03-20 2002-09-20 Marco Blouin Inert electrode material in nanocrystalline powder form
US20050013770A1 (en) * 2001-06-29 2005-01-20 Robert Schulz Method for storing hydrogen in an hybrid form
US7254983B2 (en) * 2001-10-16 2007-08-14 Hera Usa Inc. Fuel gauge for hydrogen storage media
CA2389939A1 (en) * 2002-06-25 2003-12-25 Alicja Zaluska New type of catalytic materials based on active metal-hydrogen-electronegative element complexes for reactions involving hydrogen transfer
JP4147462B2 (ja) * 2002-08-07 2008-09-10 トヨタ自動車株式会社 多層構造水素吸蔵体
FR2858313B1 (fr) * 2003-07-28 2005-12-16 Centre Nat Rech Scient Reservoir d'hydrogene a base de nano-structures de silicium
GB0317894D0 (en) * 2003-07-31 2003-09-03 Johnson Matthey Plc Hydrogen supply system
DE10337970B4 (de) * 2003-08-19 2009-04-23 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Metallhaltiger, wasserstoffspeichernder Werkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung
DE10360001A1 (de) * 2003-12-19 2005-07-21 Friwo Gerätebau Gmbh Vorrichtung zur Anzeige des Füllstandes eines Metallhydridspeichers
DE102004002120A1 (de) * 2004-01-14 2005-08-18 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Metallhaltiger, wasserstoffspeichernder Werkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung
US20060163160A1 (en) * 2005-01-25 2006-07-27 Weiner Michael L Halloysite microtubule processes, structures, and compositions
US7425232B2 (en) * 2004-04-05 2008-09-16 Naturalnano Research, Inc. Hydrogen storage apparatus comprised of halloysite
US7491263B2 (en) * 2004-04-05 2009-02-17 Technology Innovation, Llc Storage assembly
US20060076354A1 (en) * 2004-10-07 2006-04-13 Lanzafame John F Hydrogen storage apparatus
US9234264B2 (en) * 2004-12-07 2016-01-12 Hydrexia Pty Limited Magnesium alloys for hydrogen storage
US7400490B2 (en) * 2005-01-25 2008-07-15 Naturalnano Research, Inc. Ultracapacitors comprised of mineral microtubules
US20080128274A1 (en) * 2006-12-04 2008-06-05 Honeywell International Inc. Nanostructured sensor for high temperature applications
KR101915624B1 (ko) 2010-02-24 2019-01-07 하이드렉시아 피티와이 리미티드 수소 배출 시스템
US8079464B2 (en) * 2010-12-30 2011-12-20 Ford Global Technologies, Llc Hydrogen storage materials
WO2013088170A1 (en) 2011-12-15 2013-06-20 University Of Glamorgan Commercial Services Novel metal hydrides and their use in hydrogen storage applications
CN110790314A (zh) 2013-06-14 2020-02-14 Usw商业服务有限公司 氢化锰的合成与储氢性能
JP6745729B2 (ja) 2014-06-13 2020-08-26 ユーエスダブリュー コマーシャル サービシズ リミテッド 新規金属水素化物の合成及び水素吸蔵特性
US11141784B2 (en) 2015-07-23 2021-10-12 Hydrexia Pty Ltd. Mg-based alloy for hydrogen storage

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2715990A1 (de) * 1977-04-09 1978-10-12 Daimler Benz Ag Standheizung durch hydride in wasserstoff-fahrzeugen
DE2921451A1 (de) * 1979-05-26 1980-12-04 Daimler Benz Ag Verfahren zum vorwaermen von kraftfahrzeugen mit verbrennungsmotor
US4389326A (en) * 1979-08-27 1983-06-21 Agence Nationale De Valorization De La Recherche Method of storing hydrogen in intimate mixtures of hydrides of magnesium and other metals or alloys
US4436539A (en) * 1981-10-06 1984-03-13 Technion Research And Development Foundation Ltd. Method and apparatus for air-conditioning by means of a hydrogen heat pump
JP2654171B2 (ja) * 1989-03-13 1997-09-17 三洋電機株式会社 水素吸蔵合金
US5352266A (en) * 1992-11-30 1994-10-04 Queen'university At Kingston Nanocrystalline metals and process of producing the same
JP3383692B2 (ja) * 1993-02-22 2003-03-04 マツダ株式会社 複合水素吸蔵金属部材及びその製造方法
CA2117158C (fr) * 1994-03-07 1999-02-16 Robert Schulz Alliages nanocristallins a base de nickel et usage de ceux-ci pour le transport et le stockage de l'hydrogene

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8522906B2 (en) 2007-12-11 2013-09-03 Nissan Motor Co., Ltd. Hydrogen storage material, production method of the hydrogen storage material, hydrogen supply system, fuel cell, internal combustion engine and vehicle
CN101896420B (zh) * 2007-12-11 2014-08-27 日产自动车株式会社 贮氢材料、该贮氢材料的生产方法、供氢系统、燃料电池、内燃机及车辆
CN107017419A (zh) * 2016-01-26 2017-08-04 现代自动车株式会社 固态氢储存设备和固态氢储存系统
CN107017419B (zh) * 2016-01-26 2021-04-13 现代自动车株式会社 固态氢储存设备和固态氢储存系统
CN111020302A (zh) * 2019-12-30 2020-04-17 有研工程技术研究院有限公司 一种高温释氢金属复合材料及其制备方法
CN111198482A (zh) * 2020-01-06 2020-05-26 长江存储科技有限责任公司 光刻胶去除装置及方法
CN111198482B (zh) * 2020-01-06 2023-10-24 长江存储科技有限责任公司 光刻胶去除装置及方法
CN113881880A (zh) * 2020-07-02 2022-01-04 卜文刚 一种掺杂氟化物的高容量Gd-Mg-Ni基复合储氢材料及其制备方法

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