CN1346898A - 吸氢合金及其制法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种吸氢合金,其组成的通式为ABv;其中A为Lm,其组成为:5－25wt%的Ce,20wt%以下的Pr及Nd,其余为La;Bv包括Ni、Co、Mn及Al等金属,而v为摩尔数,4.3≤v≤5.2;Bv组成通式为:NiwCoxMnyAlz,v=w+x+y+z,0.5≤x≤0.85,0.2≤y≤0.5,0.1≤z≤0.4,其余为w。本发明还涉及上述吸氢合金的制造方法。

Description

吸氢合金及其制法
本发明是有关吸氢合金，尤其是制造容易具有高吸氢量、长寿命及低制造成本的吸氢合金。
吸氢合金可做通讯、信息电脑及消费性等，所谓3C电子产品等的可充式镍氢电池的负极材料，也可做为电动工具、电动机车等的高功率可充式镍氢电池的负极材料，且可做为热泵、储热系统、燃料电池等储氢桶用的储氢材料，用途相当广泛。
吸氢合金的组成元素、元素间的比率及制造方法的不同均会影响吸氢合金的吸氢量、寿命(使用次数)及制造成本；必须兼顾吸氢合金的吸氢量、寿命及制造成本，才具有商业价值。台湾专利公告第363288号“用于可充电的电化学电池的氢留存合金及其制法”，所揭示的氢留存合金包括价格昂贵的钛、锆元素，其制造成本相对较高。另有日本专利1998年公开第25528号及中国专利公开号CN1240234A所揭示的吸氢合金，其制造方法中均包括有氢化热处理的步骤；由于氢气具有易燃烧、爆炸的性质，其制造过程相对的较具危险性且成本较高。为获得一种高吸氢量、长寿命、容易制造及低成本的吸氢合金，经发明人一再研究试验后，终完成本发明。
本发明的主要目的在提供一种高吸氢量、长寿命的吸氢合金。
本发明的另一目的在提供一种制造容易、低成本的吸氢合金。
本发明的其他目的、功效及实施例，请参阅附图，详细说明如下，其中：
图1为本发明吸氢合金的制法流程图。
图2为本发明吸氢合金熔炼处理的加热温度曲线图。
图3为本发明吸余合金均质化处理的加热温度曲线图。
图4为本发明AB5型吸氢合金吸一放氢量与压力的关系特征图。
图5为本发明AB4.96型吸氢合金吸一放氢量与压力的关系特征图。
本发明吸氢合金组成的通式为ABv，其中A为Lm(富镧)金属，包括wt％(重量百分比)为5-25wt％的Ce(铈)、20wt％以下的Pr(镨)及Nd(钕)，其余为La(镧)；Bv包括Ni(镍)、Co(钴)、Mn(锰)及Al(铝)等金属，v为B的摩尔数(mole)，4.3≤v≤5.2；Bv组成的通式为NiwCoxMnyAlz，v＝w+x+y+z；w、x、v及z的值分别为：0.5≤x≤0.85，0.2≤y≤0.5，0.1≤z≤0.4，其余为W。
本发明第一实施例为AB5型吸氢合金，其中A的组成为：16-18.5wt％的Ce，20wt％以下的Pr+Nd，其余为La；B5的组成为：3.65摩尔(Mole)的Ni，0.75摩尔的Co，0.31摩尔的Mn及0.29摩尔的Al。
本发明第二实施例为AB4.96型吸氢合金，其中A的组成为：5-7.5wt％的Ce，20wt％以下的Pr+Nd，其余为La；B4.96的组成为：3.65摩尔的Ni，0.75摩尔的Co，0.27摩尔的Mn及0.29摩尔的Al。
本发明吸氢合金的制法，请参阅图1、2、3所示，包括如下步骤：
1、合金组成配比设计：
是依照本发明吸氢合金的组成通式ABv，选用所需的金属元素及适当比例的量，将Bv合金中熔点较高的金属元素放置于靠近于坩锅内壁的位置，而将熔点较低的金属元素放置于坩锅轴向中心线附近及靠下方的位置，并将Lm金属置放在熔点较高金属及熔点较低金属之间，可获得较佳的熔炼效果且较不会损坏坩锅的内壁。
2、熔炼处理：
将前述合金组成配比设计的混合物置于加热装置中进行熔炼；熔炼是在压力为5×10-1-10-2托(torr，mmHg)或小于5×10-2托及氩(Ar)气气氛中，于温度1500-1650℃(摄氏温度)，持续加热30-40分钟后，冷却至1200-1400℃后将合金熔液倒出坩锅，置入冷却模，在抽真空或氩气气氛下进行强制冷却至室温(40℃以下)。
3、均质化处理：
将冷却后的吸氢合金于压力5×10-1-10-2托或小于5×10-2托及氮(Ar)气气氛中，于温度850-1000℃的条件下，持续加热2-3小时后，再于同环境下自然冷却至室温。
4、微粒化处理：
均质化处理后的吸氢合金进行压碎、造粒、磨粉及筛粉等作业的处理，以获得约149μm(微米)尺寸以下的微粒以供储氢桶使用；或者获得74μm尺寸以下，最佳为30-50μm尺寸的微粒以供镍氢电池使用。
本发明熔炼处理的温度在1550-1600℃之间，熔炼处理后的合金熔液于约1300℃时倒入冷却模，均质化处理的温度在900-1000℃之间，可获得较佳制造的效果。
本发明经由上述合金组成配比设计及制法所获得的吸氢合金，具有高吸氢量、高电容量、电化学性能优异、长寿命等优点，兹以本发明AB5型、AB4.96型吸氢合金实施例说明如下：
一、AB5型吸氢合金：
1.粒度：74μm以下。
2.适用范围：3C电子产品、电动工具、电动机车用的可充式镍氢电池。
3.吸氢量：吸氢的重量百分浓度最大吸咐量为1.49wt％，有效吸附量达1.34wt％(请阅图4所示)。
4.电容量：360mAh/g(毫安培小时/克)。
5.寿命：做成的镍氢电池经500次充—放电后，其可充电量仍达90％以上。
二、AB4.96型吸氢合金：
1.粒度：149μm以下。
2.适用范围：热泵、储热系统及燃料电池的储氢桶内储氢材料。
3.吸氢量：吸氢的重量百分浓度最大吸附量为1.58wt％，有效吸附量达1.4wt％(请参阅图5所示)。
4.电容量：372mAh/g。
5.寿命：做成的储氢桶可达2500次充放电。
以上所记载，仅为利用本发明技术内容的实施例，任何熟悉本顶技艺者运用本发明所为的修饰、变化，皆属本发明主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。
综上所述，本发明可获得制造简单、高吸氢量、高电容量、电化学性能优异、长寿命、低成本，具商业价值的吸氢合金，已合于发明专利要件，恳请早日准予专利，以嘉惠社会。

Claims (13)

1.一种吸氢合金，其组成通式为Abv，其中A为Lm金属，其组成的重量百分比为：5×25wt％的Ce，20wt％以下的Pr及Nd，其余为La；Bv包括Ni、Co、Mn及Al，而v为B的摩尔数，v介于4.3-5.2之间；Bv组成的通式为：NiwCoxMnzAlz，v＝w+x+y+z；其中w、x、y及z的值分别为：0.5≤x≤0.85，0.2≤y≤0.5，0.1≤z≤0.4，其余为w；其粒度为149μm以下。
2.根据权利要求1所述的吸氢合金，其中v＝5，A的组成为：16-18.5wt％的Ce，20wt％以下的Pr及Nb，其余为La；B5的组成为：3.65摩尔的Ni，0.75摩尔的Co，0.31摩尔的Mn及0.29摩尔的Al；其粒度为74μm以下。
3.根据权利要求1所述的吸氢合金，其中v＝4.96，A的组成为：5-7.5wt％的Ce，20wt％以下的Pr及Nd，其余为La；B4.96的组成为：3.65摩尔的Ni，0.75摩尔的Co，0.27摩尔的Mn及0.29摩尔的Al。
4.一种制造权利要求1所述的吸氢合金的方法，包括，将Lm、Ni、Co、Mn及Al等金属组成的金属混合物，在压力为5×10-1-10-2托或小于5×10-2托及氩气气氛中、温度在1500-1650℃之间，进行30-40分钟的熔炼处理后，将合金熔液倒入冷却模冷却至室温后，在同样的氩气气氛及气压下，在温度850-1000℃间加热2-3小时以进行均质化处理。
5.根据权利要求4所述的吸氢合金的制法，其中该金属混合物于熔炼处理前于坩锅内的排列方式，是将Ni、Co、Mn及Al中熔点较高的金属元素放置于靠近于坩锅内壁的位置，而将熔点较低的金属元素放置于坩锅轴向中心线附近及靠下方的位置，并将Lm金属置放在熔点较高金属及熔点较低金属之间。
6.根据权利要求4所述的吸氢合金的制法，其中熔炼处理的温度在1550-1600℃之间。
7.根据权利要求4所述的吸氢合金的制法，其中均质化处理的温度+在900-1000℃之间。
8.根据权利要求4所述的吸氢合金的制法，其中熔炼处理后的合金熔液在冷却至1200-1400℃之间时倒入冷却模。
9.根据权利要求8所述的吸氢合金的制法，其中合金熔液在冷却至1300℃时倒入冷却模。
10.根据权利要求4所述的吸氢合金的制法，其中该吸氢合金的金属组成的通式为AB5，A的组成为：16-18.5wt％的Ce，20wt％以下的Pr及Nd，其余为La；B5的组成为：3.65摩尔的Ni，0.75摩尔的Co，0.31摩尔的Mn及0.29摩尔的Al。
11.根据权利要求4所述的吸氢合金的制法，其中该吸氢合金的金属组成的通式为AB4.96，A的组成为：5-7.5wt％的Ce，20wt％以下的Pr及Nd，其余为La：B4.96的组成为：3.65摩尔的Ni，0.75摩尔的Co，0.27摩尔的Mn及0.29摩尔的Al。
12.根据权利要求4所述的吸氢合金的制法，其中均质化处理后，将合金熔液冷却至室温后进行微粒化处理，以获得149μm以下的吸氢合金的粉末。
13.根据权利要求12所述的吸氢合金的制法，其中微粒化处理包括进行压碎、造粒、磨粉及筛粉等作业的处理，以获得约149μm以下的微粒以供储氢桶使用；或者获得74μm以下，最佳值为30-50μm的微粒以供镍氢电池使用。
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