Claims (5)
Patentansprüche: 1. Verfahren zur Erhöhung der elektrochemischen
Aktivität von Ti2-Ni-Partikeln für Wasserstoffspei cherelektroden, dadurch gekennzeichnet,
daß man zumindest auf einem Teil der Oberfläche der Partikel eine Schicht aus TiNi
erzeugt. Claims: 1. Method for increasing the electrochemical
Activity of Ti2-Ni particles for hydrogen storage electrodes, characterized in that
that at least on part of the surface of the particles a layer of TiNi
generated.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die TiNi-Schicht
bis zu 15% des Ti2Ni-Partikelradius dick ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the TiNi layer
is up to 15% of the Ti2Ni particle radius thick.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens 50%, insbesondere 100X der Oberfläche durch die TiNi-Schicht bedeckt
ist. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that
at least 50%, in particular 100X, of the surface is covered by the TiNi layer
is.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß man die TiNi-Schicht durch Verringerung des Ti-Gehalts in der Oberfläche der
Ti2Ni-Partikel erzeugt. 4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that
that the TiNi layer by reducing the Ti content in the surface of the
Ti2Ni particles generated.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die
Ti2Ni-Partikel mit einer zur Umwandlung einer gewünschten Menge von Titanatomen
in TiJ4 erforderlichen Menge Jod umsetzt, das gebildete TiJ4 von den Partikeln entfernt
und die Partikel anschließend sintert. 5. The method according to claim 4, characterized in that the
Ti2Ni particles with an amount capable of converting a desired amount of titanium atoms
converts the required amount of iodine into TiJ4, the TiJ4 formed is removed from the particles
and then sinter the particles.
Es ist bekannt, TiNi und Tl2Ni sowohl in reiner Form als auch als
Phasengemisch als aktive Masse in Wasserstoffspeicherelektroden zu benutzen (DE-OS
22 00 806, DE-PS 21 60 202, US-PS 38 24 131). Derartige Wasserstoffspeicherelektroden
können in alkalischen Akkumulatoren verwendet werden. Sie sind elektrochemisch mit
Wasserstoff be- und entladbar, wobei beim Beladen aus den Legierungen Hydride gebildet
werden, die beim Entladen unter Wasserstoffabgabe wieder in die Ausgangslegierungen
zerfallen. It is known to use TiNi and Tl2Ni both in pure form and as
To use phase mixture as active mass in hydrogen storage electrodes (DE-OS
22 00 806, DE-PS 21 60 202, US-PS 38 24 131). Such hydrogen storage electrodes
can be used in alkaline batteries. They are electrochemical with
Hydrogen can be loaded and unloaded, with hydrides formed from the alloys during loading
which are returned to the starting alloys when discharging, releasing hydrogen
disintegrate.
Gemäß der Formel TiNiH ergibt sich damit für die Legierung TiNi eine
theoretische Ladungsdichte von 249 Ah/kg und für Tl2Ni gemäß der Formel Ti2NiH2,5
eine theoretische Ladungsdichte von 428 Ah/kg. According to the formula TiNiH, this results in a for the alloy TiNi
theoretical charge density of 249 Ah / kg and for Tl2Ni according to the formula Ti2NiH2.5
a theoretical charge density of 428 Ah / kg.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß die hohe Ladungsdichte von 428 Ah/kg
des Ti2NiH2,5 in der Praxis nicht erreichbar ist, da lediglich eine Ladungsmenge
von 150 bis 170 Ah/kg nutzbar ist. D. h., bei der elektrochemi schen Entladung verbleibt
Wasserstoff entsprechend einer Ladungsmenge von etwa 270 Ah/kg unbenUtzt zurück. However, it has been shown that the high charge density of 428 Ah / kg
of the Ti2NiH2.5 cannot be achieved in practice, as there is only one amount of charge
from 150 to 170 Ah / kg can be used. That is, remains at the electrochemical discharge
Unused hydrogen corresponding to an amount of charge of approx. 270 Ah / kg.
Nun ist es zwar aus US-PS 38 24 131 bekannt, daß eine aus etwa 63%
Ti2Ni und 3796 TiNi bestehende Legierung (Phasenmischung) eine Kapazität von etwa
310 Ah/kg besitzt, was nahe an dem für eine solche Legierung möglichen theoretischen
Wert von 314 Ah/kg liegt. Von der theoretisch möglichen Ladungsdichte des Ti2Ni
von 428 Ah/kg ist jedoch diese Phasenmischung noch weit entfernt. Now it is known from US-PS 38 24 131 that one of about 63%
Ti2Ni and 3796 TiNi existing alloy (phase mixture) have a capacity of about
310 Ah / kg, which is close to the theoretical possible for such an alloy
Value of 314 Ah / kg. From the theoretically possible charge density of the Ti2Ni
However, this phase mixture is still a long way from 428 Ah / kg.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur
Erhöhung der elektrochemischen Aktivität von Ti2Ni-Partikeln zu finden, das es ermöglicht,
die hohe theoretische Speicherkapazität des Ti2Ni vqn 428 Ah/kg wesentlich besser
als bisher zu nutzen. The object of the invention is therefore to provide a method for
To find an increase in the electrochemical activity of Ti2Ni particles, which enables
the high theoretical storage capacity of the Ti2Ni of 428 Ah / kg is much better
to use than before.
Diese Aufgabe wird durch das in den Patentansprüchen beschriebene
Verfahren gelöst. This object is achieved by what is described in the claims
Procedure solved.
Es-konnte gefunden werden, daß die hohe Speicherka-
pazität des Ti2Ni
wesentlich besser ausgeschöpft werden kann, wenn die Ti2Ni-Partikel zumindest auf
einem Teil ihrer Oberfläche mit einer Schicht von TiNi überzogen werden. Diese TiNi-Schicht,
die eine Phasengrenze sowohl zum Elektrolyten als auch zum Ti2Ni besitzt, überträgt
den aus dem reinen Ti2NiH25 elektrochemisch nicht mehr entladbaren Wasserstoff an
den Elektrolyten (H-Transfer) und schöpft so die hohe Ladungsdichte des Ti2NiH25
besser aus. Da in dieser Reaktion nur TiNi-Partikel, die sowohl eine Phasengrenze
zu Elektrolyten als auch zum Ti2Ni besitzen, aktiv sind, besitzen TiNl-Partikel,
die im Inneren des Ti2Ni-Partikels liegen und von diesem vollständig umgeben sind,
keine Wirkung. Die Phasengrenze TiNi/Elektrolyt kann dabei noch zusätzlich durch
eine Metallschicht (z. B. Kupferschicht aus dem Leitfähigkeitsgerüst der Elektrode)
unterbrochen sein. Es ist ferner nicht erforderlich, daß die gesamte Oberfläche
des Ti2Ni-Partikels durch die TiNi-Schicht bedeckt ist, vielmehr reicht es aus,
wenn die TiNi-Schicht nur einen Teil der Oberfläche, bevorzugt mindestens etwa 50%,
bedeckt. Am günstigsten ist jedoch eine vollständige Bedeckung der Oberfläche durch
TiNi. It was found that the high storage capacity
capacity of the Ti2Ni
Much better can be exploited if the Ti2Ni particles at least
part of their surface can be coated with a layer of TiNi. This TiNi layer,
which has a phase boundary both to the electrolyte and to the Ti2Ni, transfers
the hydrogen, which can no longer be electrochemically discharged from the pure Ti2NiH25
the electrolyte (H-transfer) and thus draws the high charge density of the Ti2NiH25
better off. Because in this reaction only TiNi particles, which both form a phase boundary
to electrolytes as well as to Ti2Ni, are active, have TiNl particles,
which lie inside the Ti2Ni particle and are completely surrounded by it,
no effect. The TiNi / electrolyte phase boundary can also pass through
a metal layer (e.g. copper layer from the conductivity structure of the electrode)
be interrupted. It is also not necessary that the entire surface
of the Ti2Ni particle is covered by the TiNi layer, rather it is sufficient
if the TiNi layer only part of the surface, preferably at least about 50%,
covered. However, it is best to completely cover the surface
TiNi.
Die auf dem Ti2Ni-Partikel erzeugte TiNi-Schicht kann dabei außerordentlich
dünn sein. Aus praktischen Erwägungen heraus wird man jedoch im allgemeinen Schichtdicken
von bis zu etwa 15% des Ti2Ni-Partikelradius bevorzugen. Eine zu große Schichtdicke
für das TiNi, z. B. mehr als 15% des Ti2Ni-Partikelradius, bringt keine weiteren
Verbesserungen mit sich, führt jedoch zu einem verhältnismäßig hohen TlNi-Gehalt
des Speichermaterlals, womit eine unerwünschte Minderung der Speicherkapazität verbunden
ist. The TiNi layer produced on the Ti2Ni particle can be extraordinary
be thin. For practical reasons, however, one will generally use layer thicknesses
up to about 15% of the Ti2Ni particle radius. Too great a layer thickness
for the TiNi, e.g. B. more than 15% of the Ti2Ni particle radius, brings no more
Improvements with it, but leads to a relatively high TlNi content
of the storage material, which is associated with an undesirable reduction in storage capacity
is.
Die Erzeugung der TiNi-Schicht auf den Ti2Ni-Partikel kann durch
alle bekannten Verfahren, z. B. durch Vermahlen, erfolgen. Als besonders vorteilhaft
hat sich jedoch herausgestellt, die TiNi-Schicht durch Verminderung des Ti-Gehaltes
in der Oberfläche der Ti2Ni-Partlkel zu erzeugen, indem man aus der Oberfläche der
Ti2Ni-Partikel selektiv Ti-Atome entfernt. The generation of the TiNi layer on the Ti2Ni particles can be achieved by
all known methods, e.g. B. by grinding. As particularly beneficial
however, it has been found that the TiNi layer is reduced by reducing the Ti content
in the surface of the Ti2Ni particles by cutting from the surface of the
Ti2Ni particles selectively removed Ti atoms.
Besonders vorteilhaft ist diese Entfernung von Titan-Atomen aus der
Oberfläche durch Reaktion der Titan-Atome mit Jod unter Bildung von TiJ4 gemäß der
Reaktionsgleichung
welches bei erhöhter Temperatur im Vakuum gasförmig aus der Reaktionszone entfernt
werden kann. Entsprechend dem relativ hohen Dampfdruck des TiJ, reichen dabei Temperaturen
im Bereich von 400 bis 500 C und ein Vakuum kleiner oder gleich 10-2 mbar aus. Die
erforderliche Menge Jod läßt sich entweder experimentell oder rein rechnerisch unter
Zugrundelegung der Teil chengröße der Ti2Ni-Partikel und der gewünschten Schichtdicke
der TiNi-Schicht leicht ermitteln. Nach der Entfernung des TiJ4 wird durch einen
Sinterprozeß im an sich bekannten Temperaturbereich von 800 bis 900 C mittels einer
Festkörperreaktion aus der an Titan verarmten Oberflächenzone eine TiNi-Oberflächenschlcht
erzeugt, welche das ansonsten unveränderte Ti2Ni umgibt:
Das TiNi bildet sich dabei im allgemeinen als zusammenhängende, das Korn umhüllende
Schicht aus.This removal of titanium atoms from the surface by reaction of the titanium atoms with iodine with formation of TiI4 according to the reaction equation is particularly advantageous which can be removed in gaseous form from the reaction zone at elevated temperature in vacuo. Corresponding to the relatively high vapor pressure of the TiJ, temperatures in the range from 400 to 500 C and a vacuum less than or equal to 10-2 mbar are sufficient. The required amount of iodine can be easily determined either experimentally or purely by calculation based on the particle size of the Ti2Ni particles and the desired layer thickness of the TiNi layer. After the TiJ4 has been removed, a sintering process in the known temperature range of 800 to 900 C by means of a solid-state reaction from the titanium-depleted surface zone creates a TiNi surface layer which surrounds the otherwise unchanged Ti2Ni: The TiNi is generally formed as a cohesive layer that envelops the grain.