DE102006013457B4 - Wasserstoffspeicherlegierung - Google Patents

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Abstract

Wasserstoffspeicherlegierung mit einer leichten Hysterese und einem maximalen Wasserstoff-Gehalt (H/Lm(NixAlyMOz)) gleich 7, die eine Legierung vom Typ ABw ist mit der allgemeinen Formel Lm(NixAlyMoz), wobei 4,7 ≤ w ≤ 5,3 ist,
wobei Lm für ein Lanthan-reiches Mischmetall steht, welches Lanthan, Cer, Praseodym und Neodym enthält, wobei w gleich x + y + z ist und x, y und z jeweils eine Molzahl darstellen, dadurch gekennzeichnet, dass Lm einen größeren Lanthan-Anteil als Cer-Anteil sowie einen größeren Cer-Anteil als Gesamtanteil von Praseodym und Neodym hat, wobei der Bestandteil Lm einen Lanthan-Anteil von 70 bis 90 Gew.-%, einen Cer-Anteil von 5 bis 25 Gew.-% und einen Anteil (Neodym + Praseodym) von höchstens 15 Gew.-% aufweist und der Plateau-Desorptionsdruck bei Raumtemperatur höchstens 5 atm beträgt oder wobei der Bestandteil Lm einen Lanthan-Anteil von 50 bis 70 Gew.-%, einen Cer-Anteil von 25 bis 45 Gew.-% und einen Anteil (Neodym + Praseodym) von höchstens 10 Gew.-%...

Description

  • 1. Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserstoffspeicherlegierung, insbesondere eine Wasserstoffspeicherlegierung mit einer leichten Hysterese und einem maximalen Wasserstoff-Gehalt, (H/Lm(NixAlyMoz)), von 7.
  • 2. Stand der Technik
  • Wasserstoffspeicherlegierungen, die Wasserstoff speichern und wieder freisetzen können, wurden nach ihrer Entdeckung Gegenstand kontinuierlicher Forschungen.
  • Die zuerst entwickelte Legierung LaNi5 (vgl. JP 51-13934 AA ) zeichnet sich durch ihre Fähigkeit zur Speicherung großer Mengen Wasserstoff aus. Lanthan ist jedoch vergleichsweise teuer. Die Legierung neigt darüber hinaus nach einer gewissen Anzahl von Speicherzyklen zum Verspröden mit der Gefahr, in kleine Teile zu zerbrechen und ist außerdem korrosionsempfindlich gegenüber Laugen und Säuren.
  • Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde die Verwendung von Mischmetallen (im Folgenden: Mm) vorgeschlagen, in denen ein Teil des Lanthans durch Cer, Praseodym, Neodym oder andere Seltenerdmetalle ersetzt ist. Ein anderer Vorschlag geht dahin, in einer LaNi5-Wasserstoffspeicherlegierung einen Teil des Nickels durch ein anderes Metall wie bspw. Kobalt, Aluminium oder Mangan zu ersetzen (vgl. JP 53-4918 AA , JP 54-64014 AA , JP 60-250558 AA , JP 61-91862 AA und JP 61-233969 AA ).
  • Es besteht jedoch immer noch Bedarf an einer Wasserstoffspeicherlegierung mit der Fähigkeit, eine große Menge Wasserstoff zu speichern. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es also, eine Wasserstoffspeicherlegierung mit einem maximalen Wasserstoff-Gehalt (H/Lm(NixAlyMoz)) gleich 7 bereit zu stellen. Der Ausdruck ”H/Lm(NixAlyMoz)” bezeichnet hierbei den Wasserstoff-Gehalt, d. h. die Menge an gespeichertem Wasserstoff. Ein Wasserstoff-Gehalt von H/Lm(NixAlyMoz) gleich 7 bedeutet, dass jede Gittereinheit der Wasserstoffspeicherlegierung 7 Wasserstoffatome speichern kann.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wasserstoffspeicherlegierung bereit zu stellen, die eine leichte Hysterese aufweist, so dass eine diese Wasserstoffspeicherlegierung enthaltende Wasserstoffspeicher-Vorrichtung den Speicherzyklen (Aufnahme und Abgabe von Wasserstoff) instabiler Weise unterworfen werden kann.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Wasserstoffspeicherlegierung und insbesondere eine Wasserstoffspeicherlegierung mit einer leichten Hysterese und einem maximalen Wasserstoffgehalte (H/Lm(NixAlyMoz)) gleich 7 bereit zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Legierung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die erfindungsgemäße Wasserstoffspeicherlegierung ist eine Legierung vom Typ ABw, mit der allgemeinen Formel Lm(NixAlyMoz), wobei 4,7 <= w <= 5,3 ist, w gleich x + y + z ist, und x, y und z jeweils eine Molzahl darstellen. Lm steht für ein Lanthan-reiches Mischmetall, welches neben Lanthan Cer, Praseodym und Neodym enthält, wobei Lm einen größeren Lanthan-Anteil als Cer-Anteil sowie einen größeren Cer-Anteil als Gesamtanteil von Praseodym und Neodym hat.
  • Bei der erfindungsgemäßen Wasserstoffspeicherlegierung hat der Bestandteil Lm einen Lanthan-Anteil von 70 bis 90 Gew.-%, einen Cer-Anteil von 5 bis 25 Gew.-% und einen Anteil (Neodym + praseodym) von höchstens 15 Gew.-%, und der Plateau-Desorptionsdruck der erfindungsgemässen Wasserstoffspeicherlegierung bei Raumtemperatur beträgt höchstens 5 atm oder
    hat der Bestandteil Lm einen Lanthan-Anteil von 50 bis 70 Gew.-%, einen Cer-Anteil von 25 bis 45 Gew.-% und einen Anteil (Neodym + praseodym) von höchstens 10 Gew.-% und der Plateau-Desorptionsdruck der erfindungsgemässen Wasserstoffspeicherlegierung bei Raumtemperatur beträgt höchstens 10 atm.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegen der Wert für x im Bereich von 4,3 bis 5,0, der Wert für y im Bereich von 0 bis 0,5 und der Wert für z im Bereich von 0 bis 0,5.
  • Die Grundsätze und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt die Zusammensetzung-Druck-Isotherme (pressure-compositionisotherm, PCT) eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung bei Wasserstoff-Absorptions-/-Desorptions-Versuchen.
  • 2 zeigt die Zusammensetzung-Druck-Isotherme eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung bei Wasserstoff-Absorptions-/-Desorptions-Versuchen.
  • 3 zeigt die Zusammensetzung-Druck-Isotherme eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung bei Wasserstoff-Absorptions-/-Desorptions-Versuchen.
  • 4 zeigt die Zusammensetzung-Druck-Isotherme eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung bei Wasserstoff-Absorptions-/-Desorptions-Versuchen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserstoffspeicherlegierung, insbesondere eine Wasserstoffspeicherlegierung mit einer leichten Hysterese und einem maximalen Wasserstoff-Gehalt (H/Lm(NixAlyMoz)) gleich 7.
  • Die erfindungsgemässe Wasserstoffspeicherlegierung ist eine Legierung vom Typ ABw mit der allgemeinen Formel: Lm(NixAlyMoz), wobei 4,7 <= w <= 5,3 ist,
    wobei w gleich x + y + z ist und x, y und z jeweils eine Molzahl darstellen undwobei Lm für ein Lanthan-reiches Mischmetall steht, welches neben Lanthan noch Cer, Praseodym und Neodym enthält, wobei Lm einen größeren Lanthan-Anteil als Cer-Anteil sowie einen größeren Cer-Anteil als Gesamtanteil von Praseodym und Neodym hat.
  • Bei der erfindungsgemäßen Wasserstoffspeicherlegierung hat der Bestandteil Lm einen Lanthan-Anteil von 70 bis 90 Gew.-%, einen Cer-Anteil von 5 bis 25 Gew.-% und einen gemeinsamen Anteil von Neodym und Praseodym von höchstens 15 Gew.-% und der Plateau-Desorptionsdruck der erfindungsgemässen Wasserstoffspeicherlegierung bei Raumtemperatur beträgt höchstens 5 atm oder
    hat der Bestandteil Lm einen Lanthan-Anteil von 50 bis 70 Gew.-%, einen Cer-Anteil von 25 bis 45 Gew.-% und einen gemeinsamen Anteil von Neodym und Praseodym von höchstens 10 Gew.-% und der Plateau-Desorptionsdruck der erfindungsgemässen Wasserstoffspeicherlegierung bei Raumtemperatur beträgt höchstens 10 atm.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegen der Wert für x im Bereich von 4,3 bis 5,0, der Wert für y im Bereich von 0 bis 0,5 und der Wert für z im Bereich von 0 bis 0,5.
  • Im Folgenden werden einige Ausführungsbeispiele erläutert, um die Grundsätze, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung näher zu erläutern.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1
  • Die erfindungsgemäße Wasserstoffspeicherlegierung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist eine Legierung vom Typ AB4.95 mit der allgemeinen Formel Lm(Ni4.85Mo0.1), in welcher der Bestandteil Lm einen Lanthan-Anteil von 70 bis 90 Gew.-%, einen Cer-Anteil von 5 bis 25 Gew.-% und einen gemeinsamen Anteil von Neodym und Praseodym von höchstens 15 Gew.-% aufweist.
  • 1 zeigt die Zusammensetzung-Druck-Isotherme (pressure-compositionisotherm, PCT) bei Wasserstoff-Absorptions-/-Desorptionsversuchen für diese Wasserstoffspeicherlegierung. Die Temperatur betrug konstant 25°C.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, zeigen sowohl die Wasserstoff-Absorptionskurve als auch die Wasserstoff-Desorptionskurve eine Plateauregion. Der Plateau-Desorptionsdruck dieser Wasserstoffspeicherlegierung beträgt etwa 3,5 atm. Die erfindungsgemäße Wasserstoffspeicherlegierung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist bemerkenswerterweise, im Unterschied zum Stand der Technik, einen maximalen Wasserstoff-Gehalt (H/Lm(NixAlyMoz)) gleich 7 auf. Der Plateau-Absorptionsdruck dieser Wasserstoffspeicherlegierung beträgt etwa 15 atm. Die Plateau-Desorptionskurve zeigt, dass die Wasserstoffspeicherlegierung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine leichte Hysterese aufweist. Die in 1 gezeigte Hysterese ist normal.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2
  • Die erfindungsgemäße Wasserstoffspeicherlegierung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Legierung vom Typ AB5.05 mit der allgemeinen Formel Lm(Ni4.85Al0.1Mo0.1)
  • In welcher der Bestandteil Lm einen Lanthan-Anteil von 70 bis 90 Gew.-%, einen Cer-Anteil von 5 bis 25 Gew.-% und einen gemeinsamen Anteil von Neodym und Praseodym von höchstens 15 Gew.-% aufweist.
  • 2 zeigt die Zusammensetzung-Druck-Isotherme (pressure-compositionisotherm, PCT) bei Wasserstoff-Absorptions-/-Desorptionsversuchen für diese Wasserstoffspeicherlegierung. Die Temperatur betrug konstant 25°C.
  • Aus 2 ist ersichtlich, dass sowohl die Wasserstoff-Absorptionskurve als auch die Wasserstoff-Desorptionskurve eine Plateauregion aufweisen. Der Plateau-Desorptionsdruck dieser Wasserstoffspeicherlegierung beträgt etwa 2,5 atm. Die erfindungsgemäße Wasserstoffspeicherlegierung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist bemerkenswerterweise, im Unterschied zum Stand der Technik, einen maximalen Wasserstoff-Gehalt (H/Lm(NixAlyMoz)) gleich 7 auf. Der Plateau-Absorptionsdruck dieser Wasserstoffspeicherlegierung beträgt etwa 7 atm. Die Plateau-Desorptionskurve zeigt, dass die Wasserstoffspeicherlegierung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine geringere Hysterese als die Wasserstoffspeicherlegierung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufweist. Die in 2 gezeigte Hysterese ist offensichtlich gegenüber der in 1 gezeigten Hysterese verbessert.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 3
  • Die Wasserstoffspeicherlegierung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist eine Legierung vom Typ AB4.95 mit der allgemeinen Formel Lm(Ni4.85Mo0.1), bei welcher der Bestandteil Lm einen Lanthan-Anteil von 50 bis 70 Gew.-%, einen Cer-Anteil von 25 bis 45 Gew.-% und einen gemeinsamen Anteil von Neodym und Praseodym von höchstens 10 Gew.-% aufweist.
  • 3 zeigt die Zusammensetzung-Druck-Isotherme (pressure-compositionisotherm, PCT) bei Wasserstoff-Absorptions-/-Desorptionsversuchen für diese Wasserstoffspeicherlegierung. Die Temperatur betrug konstant 25°C.
  • Wie aus 3 ersichtlich ist, zeigen sowohl die Wasserstoff-Absorptionskurve als auch die Wasserstoff-Desorptionskurve eine Plateauregion. Der Plateau-Desorptionsdruck dieser Wasserstoffspeicherlegierung beträgt etwa 7,5 atm. Die erfindungsgemäße Wasserstoffspeicherlegierung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist bemerkenswerterweise, im Unterschied zum Stand der Technik, einen maximalen Wasserstoff-Gehalt (H/Lm(NixAlyMoz)) gleich 7 auf. Der Plateau-Absorptionsdruck dieser Wasserstoffspeicherlegierung beträgt etwa 30 atm. Die Plateau-Desorptionskurve zeigt, dass die Wasserstoffspeicherlegierung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel eine leichte Hysterese aufweist. Die in 3 gezeigte Hysterese ist normal.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 4
  • Die Wasserstoffspeicherlegierung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist eine Legierung vom Typ AB5.05 mit der allgemeinen Formel Lm(Ni4.85Al0.1Mo0.1), bei welcher der Bestandteil Lm einen Lanthan-Anteil von 50 bis 70 Gew.-%, einen Cer-Anteil von 25 bis 45 Gew.-% und einen gemeinsamen Anteil von Neodym und Praseodym von höchstens 10 Gew.-% aufweist.
  • 4 zeigt die Zusammensetzung-Druck-Isotherme (pressure-compositionisotherm, PCT) bei Wasserstoff-Absorptions-/-Desorptionsversuchen für diese Wasserstoffspeicherlegierung. Die Temperatur betrug konstant 25°C.
  • Aus 4 ist ersichtlich, dass sowohl die Wasserstoff-Absorptionskurve als auch die Wasserstoff-Desorptionskurve eine Plateauregion aufweisen. Der Plateau-Desorptionsdruck dieser Wasserstoffspeicherlegierung beträgt etwa 7 atm. Die erfindungsgemäße Wasserstoffspeicherlegierung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel weist bemerkenswerterweise, im Unterschied zum Stand der Technik, einen maximalen Wasserstoff-Gehalt (H/Lm(NixAlyMoz)) gleich 7 auf. Der Plateau-Absorptionsdruck dieser Wasserstoffspeicherlegierung beträgt etwa 20 atm. Die Plateau-Desorptionskurve zeigt, dass die Wasserstoffspeicherlegierung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel eine geringere Hysterese als die Wasserstoffspeicherlegierung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel aufweist. Die in 4 gezeigte Hysterese ist offensichtlich gegenüber der in 3 gezeigten Hysterese verbessert.
  • Anhand der obigen Ausführungsbeispiele und Erläuterungen wird der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. Für den Fachmann ist es selbstverständlich, dass zahlreiche Abwandlungen und Änderungen im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre möglich sind. Demnach soll die obige Offenbarung nur im Rahmen der beigefügten Patentansprüche ausgelegt und begrenzt werden.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart somit eine Wasserstoffspeicherlegierung, insbesondere eine erfindungsgemäße Wasserstoffspeicherlegierung, die eine leichte Hysterese sowie einen maximale Wasserstoff-Gehalt (H/Lm(NixAlyMoz)) gleich 7 aufweist. Die erfindungsgemäße Wasserstoffspeicherlegierung ist eine Legierung vom Typ ABw mit der allgemeinen Formel Lm(NixAlyMoz), in der 4,7 ≤ w ≤ 5,3 ist, in der Lm für ein Lanthan-reiches Mischmetall steht, welches außer Lanthan noch Cer, Praseodym und Neodym enthält, in der w gleich x + y + z, x ist und in der x, y and z jeweils für eine Molzahl stehen.

Claims (2)

  1. Wasserstoffspeicherlegierung mit einer leichten Hysterese und einem maximalen Wasserstoff-Gehalt (H/Lm(NixAlyMOz)) gleich 7, die eine Legierung vom Typ ABw ist mit der allgemeinen Formel Lm(NixAlyMoz), wobei 4,7 ≤ w ≤ 5,3 ist, wobei Lm für ein Lanthan-reiches Mischmetall steht, welches Lanthan, Cer, Praseodym und Neodym enthält, wobei w gleich x + y + z ist und x, y und z jeweils eine Molzahl darstellen, dadurch gekennzeichnet, dass Lm einen größeren Lanthan-Anteil als Cer-Anteil sowie einen größeren Cer-Anteil als Gesamtanteil von Praseodym und Neodym hat, wobei der Bestandteil Lm einen Lanthan-Anteil von 70 bis 90 Gew.-%, einen Cer-Anteil von 5 bis 25 Gew.-% und einen Anteil (Neodym + Praseodym) von höchstens 15 Gew.-% aufweist und der Plateau-Desorptionsdruck bei Raumtemperatur höchstens 5 atm beträgt oder wobei der Bestandteil Lm einen Lanthan-Anteil von 50 bis 70 Gew.-%, einen Cer-Anteil von 25 bis 45 Gew.-% und einen Anteil (Neodym + Praseodym) von höchstens 10 Gew.-% aufweist und der Plateau-Desorptionsdruck bei Raumtemperatur höchstens 10 atm beträgt.
  2. Wasserstoffspeicherlegierung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert für x im Bereich von 4,3 bis 5,0, der Wert für y im Bereich von 0 bis 0,5 und der Wert für z im Bereich von 0 bis 0,5 liegt.
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