DE69006989T2 - Wasserstoffspeicherkörper. - Google Patents

Wasserstoffspeicherkörper.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Wasserstoffspeicherkörper, insbesondere auf einen Wasserstoffspeicherkörper, der in effizienter Weise Wasserstoff innerhalb einer kurzen Zeit speichern kann.
  • Die Erfindung ist somit in einem weiten Umfange auf Vorrichtungen zur Reinigung-Wiedergewinnung von Wasserstoff, Wärmepumpen, Wasserstoffspeichervorrichtungen, Kraftantrieben, Vorrichtungen für die kalte Kernfusion, etc. anwendbar.
  • In den vergangenen Jahren wurden Wasserstoffspeicherkörper, wie Wasserstoffspeicherlegierungen etc., für praktische Anwendungen in zunehmendem Maße interessant und zwar nicht nur für Speichertanks von Wasserstoff (leichter Wasserstoff)- Kraftstoff, der die saubere Energiequelle in der Zukunft werden wird, sondern auch für Batterien, Automobile, Haushaltsgeräte etc. Bei bekannten Wasserstoffspeicherkörpern werden Verfahren angewandt, bei denen ein Pulver in einen Kessel gefüllt wird. Das Pulver wird durch Anwendung einer Vorbehandlung, wie die Mikroeinkapselung oder die Pelletierung mit einem Bindemittel, formgepreßt, oder es werden die Metallhydridpartikel auf einem porösen Metall befestigt etc.
  • Der Grund, warum solch ein Verfahren angewandt wird, ist der, daß die Kristallgitter der Wasserstoffspeicherkörper einer Volumenexpansion und einer Schrumpfung unterliegen, da Wasserstoff (leichter Wasserstoff) innerhalb eines Bereiches von 10 bis 25 % absorbiert und desorbiert wird. Wenn beispielsweise ein Laden und Entladen wiederholt durchgeführt werden, wie bei einer Batterie, welche die Eigenschaft der Wasserstoffspeicherlegierung für die Absorption und Desorption von Wasserstoffionen verwendet, wird eine Zerstörung der Absorptions- und Desorptionseigenschaften auftreten, da das Material spröde wird aufgrund der Expansion und der Schrumpfung des Wasserstoffspeicherkörpers sowie aufgrund von feinen Brüchen, Feinpulverbildungsphänomenen und einem Wechsel in der Form.
  • Um die in Zusammenhang mit der Wasserstoffspeicherung und der Wasserstofffreisetzung auftretende Deformation oder Zerstörung der Struktur der Wasserstoffspeicherlegierung zu vermeiden, offenbart beispielsweise die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 63-162884 einen Wasserstoffspeicherkörper, der Partikelgrößen aufweist, die sich an der Grenze (einige um) für die Pulverbildung für die Wasserstoffspeicherung und die Wasserstofffreisetzung bewegen.
  • Die EP-A-230 384 beschreibt ein Wasserstoffspeichermaterial, das aktivierten Kohlenstoff und eine geringere Menge eines Transitionsmetalls, wie Palladium, das in dem Kohlenstoff dispergiert ist, aufweist.
  • Ein anderes Anwendungsbeispiel für die Verwendung von Wasserstoffspeicherkörpern ist die kalte Kernfusion, wie sie von der Gruppe von Professor Martin Fleischmann dem Southampton University in Großbritannien und von Professor Stanley Pons der Utah University in den Vereinigten Staaten sowie von Professor Steven E. Jones der Brighamyoung University in den Vereinigten Staaten beschrieben wurde Beispielsweise sei auf den Artikel von S. E. Jones et al., Nature 338 (1989), 737, verwiesen.
  • Die kalte Kernfusion ist im Prinzip ein Verfahrene um eine Elektrolyse durchzuführen, bei der als Anode Elektroden aus Platin oder Gold und als Kathode Elektroden aus Palladium (Pd) oder Titan (Ti), welche Wasserstoffspeichereigenschaften besitzen, verwendet werden. Die Elektroden werden in eine Lösung aus schwerem Wasser und eine geringe Menge eines Metallsalzes, das darin gelöst ist, eingetaucht. Dieses Verfahren ist sehr attraktiv, da es im Vergleich mit dem Verfahren der bekannten Kernfusion, bei der ein Hochtemperaturplasma verwendet wird, sehr einfach ist. Bei der kalten Kernfusion wird als Kathode insbesondere Palladium oder Titan in Form von Platten oder Stäben verwendet. Es wurde bestätigt, daß die Elektrolyse zu dem Ergebnis führt, daß Deuterium in Pd oder Ti als Elektrode gespeichert wird, um die Kernfusion auszulösen. Um eine solche Reaktion in Start zu bringen, müssen innerhalb der Elektrode große Wasserstoffmengen gespeichert werden. Der für die kalte Kernfusion benutzte Wasserstoffspeicherkörper hat eine Volumenform, die von bekannten Wasserstoffspeicherkörpern verschieden ist. Der Grund dafür liegt darin, daß bei der kalten Kernfusion Deuterium, welches die gleichen chemischen Eigenschaften wie Wasserstoff hat, nur kontinuierlich eingeschlossen ist und nicht allgemein als Wasserstoffspeicherkörper verwendet wird, der für eine Wasserstoffspeicherung mit wiederholtem Einschluß und wiederholter Freisetzung eingesetzt wird.
  • Falls ein feines Pulver als Wasserstoffspeicherkörper verwendet wird, kann eine Deformation und Zerstörung der Struktur der Wasserstoffspeicherlegierung vermieden werden. Jedoch wurden bisher die für die Wasserstoffspeicherung erforderliche Zeit und die Effizienz in keinem ausreichenden Maße verbessert. Wenn ferner unter Verwendung eines Volumenwasserstoffspeicherkörpers für die Elektrode, wie im Falle der kalten Kernfusion, sehr viel Wasserstoff in dem Wasserstoffspeicherkörper gespeichert werden soll, tritt aufgrund der langsamen Speicherrate des Deuteriums das große Hindernis auf, daß ein erheblicher Zeitrahmen notwendig ist, um eine große Wasserstoffspeicherkapazität zu erzielen.
  • Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, einen Wasserstoffspeicherkörper bereitzustellen, der in effektiver Weise Wasserstoff innerhalb einer kurzen Zeit und mit einer hohen Konzentration speichern kann.
  • Die Erfindung wurde durchgeführt, um die oben beschriebenen Probleme im Stand der Technik zu lösen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Wasserstoffspeicherkörper bereitzustellen, der fähig ist, in effektiver Weise eine Wasserstoffspeicherung innerhalb einer kurzen Zeit durchzuführen.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen Wasserstoffspeicherkörper anzugeben, der wie die Elektrode der kalten Kernfusion fähig ist, eine Wasserstoffspeicherung mit hoher Konzentration innerhalb einer kurzen Zeit durchzuführen.
  • Wasserstoff nach der Erfindung bedeutet leichter Wasserstoff, Deuterium, Tritium sowie deren Gasgemische, soweit nichts anderes vermerkt ist.
  • Die Erfindung wurde gemacht, um diese Aufgaben zu lösen. Die Erfindung bezieht sich auf einen Wasserstoffspeicherkörper mit:
  • einer Matrix, die ein Wasserstoffspeichermaterial aufweist, und
  • ultrafeinen Partikeln aus einem Wasserstoffspeichermaterial, die eine durchschnittliche Partikelgröße von 20 nm oder weniger aufweisen und die auf der Matrix abgelagert sind, wobei die abgelagerte Dicke der ultrafeinen, auf der Matrix abgelagerten Partikel 0,2 um bis 100 um beträgt.
  • Figur 1 ist ein schematischer Schnitt durch eine Ausführungsform des Wasserstoffspeicherkörpers nach der Erfindung.
  • Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer elektrolytischen Vorrichtung, auf welche die Ausführungsform anwendbar ist.
  • Figur 3 ist eine schematische Darstellung einer Vakuumvorrichtung, um das Herstellungsprinzip und die Ablagerungsmethode der ultrafeinen Partikel zu zeigen.
  • Figur 4 ist eine schematische Darstellung der Vakuumvorrichtung, um ein anderes Herstellungsprinzip und Ablagerungsverfahren der ultrafeinen Partikel zu zeigen.
  • Die Erfindung wurde aufgrund der Ergebnisse von inensiven Studien erzielt. Um die Erfindung zu vollenden, wurden Experimente zur Bestimmung des Wasserstoffspeicherzustandes auf der Wasserstoffspeicherkörperelektrode, die für die kalte Kernfusionsreaktion verwendet wird, durchgeführt. Es wurde herausgefunden, daß kein Deuterium in einem ausreichenden Maße gespeichert werden kann, solange die Lagerung durch die Elektrolyse nicht über einen großen Zeitraum durchgeführt wurde.
  • Die Figur 2 zeigt eine elektrolytische Zelle gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung für die kalte Kernfusion. Die Elektrolyse wird durch Anlegen einer konstanten Spannung von 5 V aus einer konstanten Spannungsquelle 3 zwischen die beiden Elektroden der Anode 7 und der Kathode 6 durchgeführt. Die Zelle weist einen Wasserstoffspeicherkörper auf, der in einen Elektrolyten 5 eingetaucht ist, der aus schwerem Wasser und einer geringen Menge eines Zusatzes eines Metallsalzes besteht und der in dem Behälter 4 vorliegt. Für die Kathode 6 wurde in diesem Fall ein Palladiumstab von 4 mm Durchmesser verwendet. Für den Elektrolyten 5 wurde schweres Wasser sowie 0,1 Mol von LiOD als geringe Menge eines Metallsalzes verwendet. Von einem Wasserstoffspeichermaterial, wie Pd oder LaNi&sub5;, ist bekannt, daß es in Zusammenhang mit der Speicherung von Wasserstoff seine Struktur von α zu β verändert. Somit kann durch die Bestimmung des Übergangszustandes von α T β der Status der Wasserstoffspeicherung ermittelt werden. Durch Messung mittels Röntgenstrahlbeugung des Wasserstoffspeicherkörpers, der zuvor durch Elektrolyse von schwereme Wasser Deuterium gespeichert hatte, wurde bestimmt, daß die Oberfläche von Palladium sich nach einem Zeitraum von 150 Stunden sich in einer gemischten Phase von ( α + β ) befand, während nach einem Zeitraum von 450 Stunden ein Peak der β Phase auftrat, was auf eine ausreichende Speicherung von Deuterium hindeutet. Anders ausgedrückt, wurde herausgefunden, daß nach 150 Stunden die Speicherung von Deuterium noch nicht zufriedenstellend war. Somit wurde herausgefunden, daß ein sehr langer Zeitraum notwendig ist, bevor der Wasserstoffspeicherkörper den Zustand erhält, der für eine ausreichende Speicherung von Wasserstoff spricht. Als Ergebnis von intensiven Studien zur Verbesserung der Effizienz der Wasserstoffspeicherung wurde herausgefunden, daß die Speichereffizienz in einem extremen Maße verbessert werden kann, wenn der Wasserstoffspeicherkörper ultrafeine Partikel aus einem Wasserstoffspeichermaterial mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 20 nm oder weniger aufweist, wobei die Partikel in einer Dicke von 0,2 um bis 100 um auf einer Matrix abgelagert werden, die aus einem Wasserstoffspeichermaterial besteht.
  • Durch Verwendung von Substanzen mit verschiedenen Eigenschaften (magnetischen Eigenschaften, elektrischen Eigenschaften) und durch Verkleinerung dieser Substanzen wurde herausgefunden, daß verschiedene Eigenschaften sich ausdrücken, die von denen der festen Originalsubstanzen verschieden sind. Die Partikel, die zu solch einem Zustand führen, werden "ultrafeine Partikel" genannt und von den allgemeinen Partikeln unterschieden.
  • Bei Partikelgrößen bis zu etwa 0,1 um sind im allgemeinen die Eigenschaften nicht wesentlich verschieden von den Eigenschaften der Festsubstanz, während bei kleineren Partikeln herausgefunden wurde, daß es eine kritische Grenze ab einer bestimmten Größe gibt, wo die Eigenschaften hier Partikel sich in einem erheblichen Maße von denen der größeren Partikel unterscheiden. Der Wechsel dieser Eigenschaften basiert auf dem Volumeneffekt, der als das Ergebnis des extrem reduzierten Volumens der Substanz und des Oberflächeneffekts, der mit anwachsender Oberflächengröße auftritt, erscheint. Das Phänomen der stark verbesserten Speichereffizienz für Wasserstoff nach der Erfindung kann auch auf der Beteiligung dieser Effekte begründet sein.
  • Insbesondere bei Verwendung des Wasserstoffspeicherkörpers nach der Erfindung als eine Elektrode kann die Überspannung der elektrolytischen Elektroden abgesenkt werden, wodurch superflüssige Seitenreaktionen mit Ausnahme der Bildung von Wasserstoff unterdrückt werden können, um so in effizienter Weise die Bildung von Wasserstoff zu bewirken. Aufgrund des Oberflächeneffektes steigt ferner die Wahrscheinlichkeit des Auftretens der Wasserstoffspeicherreaktion auf der Oberfläche, so daß die Wasserstoffspeicherung mit einer besseren Effizienz durchgeführt werden kann.
  • Unter Bezug auf die Zeichnungen wird nun die Erfindung beschrieben.
  • Die Figuren 3 und 4 zeigen schematisch repräsentative Vorrichtungen, um die ultrafeinen Partikel zu erhalten, die als Wasserstoffspeicherkörper nach der Erfindung benutzt werden.
  • Die Vorrichtung nach Figur 3 verwendet das Inertgas-Bedampfungsverfahren im Gas und weist eine Bildungskammer 12 für die ultrafeinen Partikel, eine Ablagerungskammer 14 für die ultrafeinen Partikel sowie eine konvergent-divergent ausgeführte Düse 13, welche die beiden Kammern verbindet, auf. 11 ist ein Einführungssystem für ein Ar-Gas, welches ein Inertgas ist, und 16 ist ein Evakuierungssystem. 10 ist eine Bedampfungsquelle für ein Wasserstoffspeichermaterial, welches das Ausgangsmaterial für die ultrafeinen Partikel ist und das in der Herstellungskammer 12 für die ultrafeinen Partikel angeordnet ist. 9 ist eine Probenplattform, die mit der Matrix sich dreht, welche eine daran befestigte Probe 8 ist. 15 ist ein Verschluß für die Steuerung der abgelagerten Dicke, mit dem die Ablagerung der ultrafeinen Partikel begonnen und vollendet wird.
  • Bei Verwendung dieser Vorrichtung wird die Matrix 8 auf der Plattform 9 angeordnet, die Vorrichtung wird durch das Evakuierungssystem 16 intern in einer Größenordnung von 10&supmin; Torr evakuiert, und das Inertgas wird in die Herstellungskammer 12 für die ultrafeinen Partikel eingeführt. Zu dieser Zeit sollte der Durchmesser der konvergent-divergent ausgebildeten Düse 13 vorzugsweise etwa 5 mm im Durchmesser betragen. Die Entfernung zwischen der konvergent-divergent ausgeführten Düse 13 und der Matrix 8 liegt etwa bei 200 mm.
  • Danach wird das Wasserstoffspeichermaterial, wie Palladium, aus der Verdampfungsquelle 10, zum Beispiel ein Tiegel aus Kohlenstoff etc., verdampft, und die so hergestellten ultrafeinen Partikel werden durch die Düse 13 geblasen und lagern sich auf der Matrix 8 ab.
  • Figur 4 zeigt schematisch die Vakuumvorrichtung für die Ablagerung von ultrafeinen Partikeln, wobei das Bedampfungsverfahren verwendet wird. Bei dem Aufbau dieser Vorrichtung wird die Aufprallfläche des Wasserstoffspeichermaterials, welches das Ausgangsmaterial für die ultrafeinen Partikel ist, für das Bedampfen verwendet, anstatt der Verdampfungsquelle 10 des Tiegels gemäß der Herstellungskammer 12 für die ultrafeinen Partikel nach der Vorrichtung von Figur 3. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen die in Figur 3 bezeichnet.
  • Wie bei dem Ablagerungsverfahren, wird die Vorrichtung intern durch das Evakuierungssystem 16 auf ein Vakuumniveau in der Größenordnung von 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert.Ein Ar-Gas 11, welches ein intertes Gas ist, wird in die Herstellungskammer 12 für die ultrafeinen Partikel eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt sollte der Durchmesser der konvergent-divergent ausgebildeten Düse 13 vorzugsweise etwa 4 mm im Durchmesser sein.
  • Die Entfernung zwischen der konvergent-divergent ausgebildeten Düse 13 und der Matrix 8 beträgt etwa 150 mm. Das Bedampfen wird mit einer DC Bedampfungsvorrichtung durchgeführt, im dem auf dem Ziel 17 von 4 Inch Durchmesser eine Spannung angelegt wird, um die gebildeten ultrafeinen Partikel auf der Matrix 8 abzulagern.
  • Unter Verwendung dieser Vorrichtungen und Verfahren kann ein Wasserstoffspeicherkörper aus ultrafeinen Partikeln gebildet werden, wobei aber auch andere Vorrichtungen und Verfahren verwendet werden können, die zur Bildung von ultrafeinen Partikeln mit einer guten Reproduzierbarkeit und einer gesteuerten Partikelgröße in der Lage sind. Die Partikelgröße der gebildeten, ultrafeinen Partikel gemäß Figur 3 und Figur 4 kann durch die Gasströmungsrate gesteuert werden, die in der Herstellungskammer 12 für die ultrafeinen Partikel vorliegt. In diesem Fall kann die Partikelgröße kleiner gestaltet werden, wenn die Gasströmungsrate niedriger ist. Das eingeführte Gas kann auch ein anderes als Ar-Gas sein, es muß aber ein inertes Gas sein.
  • Als Wasserstoffspeichermaterial, das für die ultrafeinen Partikel und für die Matrix, an der die ultrafeinen Partikel abgelagert werden, verwendet wird, können Einzelmetalle, wie Pb, Ti, Fe, Ni, Pt, Mg, La, etc. sowie seltene Erdlegierungen, wie LaNi&sub5;, La1-xAxN&sub5; (A:Ti, Y, Ce), LaNi&sub5;-yBy (B:Al, Cr, Mn, Co, Cu), Lax, N5-yBy (B:Al, In), etc.; Titaniumlegierungen, wie TiFe, TiNi, Ti&sub2;Ni, TiNi x Ti&sub2;Ni, TiNi&sub3;, Ti2- xMoxNi, Ti1-xZrnM&sub2; (M:V, Cr, Mo, Mn), etc., CaNi&sub5;, Ca1-xNi&sub5;, MgNi, MgxNi, Mg&sub2;Cu, Pd-Legierungen, etc. verwendet werden.
  • Die Matrixform ist nicht auf eine Nadel-, Stab-, Plattenform etc. beschränkt, sondern kann jede Form sein, auf hier in einfacher Weise ultrafeine Partikel abgelagert werden können und die eine Wasserstoffspeicherung ermöglicht und die in einfacher Weise als Elektrode verwendet werden kann. Ferner können die Materialien für den Volumenabschnitt des Wasserstoffspeicherkörpers und des abgelagerten Körpers der ultrafeinen Partikel aus dem gleichen Material oder aus verschiedenen Materialien sein. Wenn ein Wasserstoffspeichermaterial, wie LaNi&sub5;, mit einer hohen Menge an Wasserstoffspeicherung zu ultrafeinen Partikel gebildet wird, wird die Zusammensetzung der Partikel von der stöchiometrischen Zusammensetzung abweichen, so daß es insbesondere effektiv ist, eine andere Art von Wasserstoffspeichermaterial für die ultrafeinen Partikel zu verwenden. Ferner kann die Matrix aus einer Kombination eines Wasserstoffspeichermaterials mit einem anderen Material bestehen.
  • Die abgelagerte Dicke der ultrafeinen Partikel muß eine Dicke sein, die in einem ausreichenden Maße die Matrixoberfläche abdeckt und die von der Matrix nicht abfällt. Diese Dicke ist 0,2 um bis 100 um, vorzugsweise 1 um bis 10 um.
  • Die Erfindung ist nicht auf ultrafeine Partikel eines Wasserstoffspeicherkörpers, die auf der Oberfläche eines Wasserstoffspeicherkörpers einer Volumenmatrix abgelagert sind, beschränkt, aber solch eine Ausführungsform der ultrafeinen Partikel wurde als ein geeigneter Gegenstand bestimmt. Falls beispielsweise die Erfindung als ein Wasserstofferzeuger verwendet wird, kann eine Elektrodenform hergestellt werden, bei der die ultrafeinen Partikel auf einem Substrat sich befinden, welches eine Matrix, wie Glas, Si, GaAs, Metall etc. sein kann oder ein Substrat, das einen darauf ausgebildeten Metallfilm hat. Als Wasserstoffspeichervorrichtung kann das ultrafeine Partikelpulver auch in einem polymeren Bindemittel dispergiert sein, und so mikroeingekapselt oder in Form von Pellets vorliegen, um die aus dem Stand der Technik bekannte Form herzustellen. Ferner kann die Dispersion des oben erwähnten, polymeren Bindemittels auch auf einem flexiblen Substrat vorliegen, um eine Elektrode mit einem hohen Freiheitsgrad bezüglich der Form herzustellen. Ferner kann durch Füllen eines Behälters mit dem ultrafeinen Partikelpulver ein Wasserstoffspeicherkörper für die Vorrichtung zur Wasserstoffreinigung-Wiedergewinnung mit einem hohen Wasserstoffspeicherbetrag erzielt werden.
  • Beispiele der Erfindung, die durch die Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung hergestellt wurden, werden nun beschrieben.
    • Beispiel 1
  • Als Herstellungsvorrichtung für die ultrafeinen Partikel wurde in diesem Beispiel die Inertgas-Bedampfungsvorrichtung in Gas gemäß Figur 3 benutzt, wie dies unten beschrieben wird.
  • Ein Palladiumstab 8 von 4 mm Durchmesser und einer Länge von 10 cm wurde auf der Plattform 9 als die Matrix angeordnet. Ferner wurde Palladium auf der Verdampfungsquelle 10 angeordnet. Die Vorrichtung wurde dann durch das Evakuierungssystem 16 intern auf ein Vakuumniveau in der Größenordnung von 10&supmin;&sup7; Torr evakuiert. Anschließend wurde Ar-Gas in die Herstellungskammer 12 für die ultrafeinen Partikel mit 80 SCCM eingeführt. Zu dieser Zeit betrug der Druck in der Herstellungskammer 12 für die ultrafeinen Partikel 8 x 10&supmin;² Torr. Der Druck in der Ablagerungskammer 14 für die ultrafeinen Partikel war 3 x 10&supmin;&sup4; Torr. Der Durchmesser der konvergent-divergent ausgebildeten Düse 13 war 5 mm im Durchmesser. Die Entfernung zwischen der konvergent-divergent ausgebildeten Düse 13 und der Probe 8 betrug 200 mm.
  • Die durch Verdampfung von Palladium Pd aus der Verdampfungsquelle 10 gebildeten ultrafeinen Partikel aus Pd wurden anschließend durch die Düse 13 geblasen und lagerten sich auf der Matrix ab.
  • Die ultrafeinen Partikel aus Pd hatten zu dieser Zeit Partikelgrößen von 100 bis 400 Å, wobei unter Verwendung eines Elektronenmikroskops des Feldelektronenbestrahlungstyps (FE- SEM) eine durchschnittliche Partikelgröße von 200 Å bestimmt wurde. Die Bedingungen wurden auf eine abgelagerte Dicke von etwa 3 um eingestellt. Die erzielte Probe wurde einer Hitzebehandlung von 400 bis 500ºC im Vakuum unterworfen, um die Adhäsion der ultrafeinen Partikel zu verbessern.
  • Der so hergestellte Wasserstoffspeicherkörper hatte eine Struktur gemäß Figur 1 und wies die Matrix 1, die ein Volumenwasserspeichermaterial aus Pd ist, sowie die ultrafeinen Partikel 2 auf, die ein Wasserstoffspeichermaterial aus Pd sind, die sich auf der Matrix abgelagert haben. Diese Struktur wurde als Elektrode verwendet.
  • Diese Elektrode wurde als Kathode 6 gmäß Figur 2 eingesetzt, um die Elektrolyse durchzuführen. Als Standardelektrolyt 5 wurde eine Lösung aus schwerem Wasser mit 0,1 Mol pro Liter von LiOd verwendet. Ein Platiniumdraht mit 0,5 mm Durchmesser diente als Anode 7. Eine Elektrolyse mit einer konstanten Anwendungsspannung von 5 V und einer Stromdichte von etwa 90 mA/cm² wurde für 150 Stunden durchgeführt. Nach der Elektrolyse wurde mittels Röntgenstrahlanalyse die Struktur des Volumenwasserstoffspeicherkörpers bestimmt. Die Konzentration des absorbierten Deuteriums wurde mit der tetrapolaren Massenanalysenmethode bestimmt. Für die Analysis der Deuteriumkonzentration wurde die Probe in eine Quarzzelle gegeben. Nach Evakuierung der Zelle auf 1 x 10&supmin;&sup6; Torr bei Raumtemperatur wurde die Probe durch eine Heizeinrichtung mit einer Rate von 4ºC pro Minute auf 550ºC erhitzt. Die Temperatur wurde für zwei Stunden aufrechterhalten und das freigesetzte Gas wurde analysiert. Für Deuterium wurde der Peak bei m/e = 4 gemessen und dessen integrierter Betrag wurde bestimmt.
    • Vergleichsbeispiel 1
  • Die gleichen Behandlungen und Analysen wie in Beispiel 1 wurden durchgeführt mit der Ausnahme, daß keine Ablagerung von ultrafeinen Palladiumpartikeln durchgeführt wurden. Dies ist das Vergleichsbeispiel 1.
  • Der integrierte Betrag des Ionenpeaks kann mit dem Vergleichsbeispiel 1 auf 1,0 normiert werden. Die integrierten Beträge der Beispiele können durch Vergleich der relativen Ionenpeakintegrationsbeträge pro Volumeneinheit dargestellt werden. Wie unten beschrieben, zeigt die Tabelle 1 die Ergebnisse.
  • Aus der Tabelle ist zu entnehmen, daß durch die Beschichtung eines abgelagerten Körpers mit ultrafeinen Partikeln aus Palladium Deuterium innerhalb einer kurzen Zeit, die etwa 1/3 des Standes der Technik beträgt, in einer ausreichenden Menge gespeichert werden kann. Die eine Speicherung von Deuterium anzeigende β-Phase wurde durch die Röntgenstrahlanalyse der Beispiele in einem ausreichenden Maße nachgewiesen.
    • Beispiel 2
  • Anstelle des Pd-Stabes gemäß Beispiel 1 wurde als Massenwasserstoffspeicherlegierung eine Platte aus AlNi&sub5; von 10 mm x 100 mm x 3 mm verwendet. Anstelle des abgelagerten Körpers aus ultrafeinen Palladiumpartikeln wurden ultrafeine Titaniumpartikel auf der LaNi&sub5;-Platte laminiert, wobei die Vakuumvorrichtung für die Ablagerung von ultrafeinen Partikeln für die Bedampfung gemäß Figur 4 verwendet wurde. Bei der Bildung der ultrafeinen Partikel wurde Ti als Ziel für die Bedampfung verwendet.
  • Als Ablagerungsverfahren wurde eine Evakuierung durch das Evakuierungssystem 16 bis zu einem Vakuumniveau in der Vorrichtung in der Größenordnung von 10&supmin;&sup7; Torr durchgeführt. Das Ar-Gas 11 wurde mit 100 SCCM in die Herstellungskammer 12 für die ultrafeinen Partikel eingeführt. Zu dieser Zeit betrug der Druck in der Herstellungskammer 12 für die ultrafeinen Partikel 0,8 Torr. Der Druck in der Ablageringskammer 14 für die ultrafeinen Partikel war 8 x 10&supmin;&sup4; Torr. Der Durchmesser der konvergent-divergent ausgebildeten Düse 13 war 4 mm. Die Entfernung zwischen der konvergent-divergent ausgebildeten Düse 13 und der Probe 8 betrug 150 mm. Das Bedampfen wurde von einer DC Bedampfungsvorrichtung unter den Bedingungen einer Anwendungsspannung von - 900 V und einer Kraft von 360 W relativ zu dem Ti-Ziel 17 von 4 Inch Durchmesser durchgeführt. Die ultrafeinen Ti-Partikel wurden mit etwa 5 um auf der Probe 8 abgelagert. Zu dieser Zeit wurden die uitrafeinen Ti-Partikel mit FE-SEM bestimmt. Es ergaben sich Partikelgrößen von 40 bis 200 Å mmit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 80 Å. Die Probe wurde einer Hitzebehandlung bei 500 bis 700ºC im Vakuum unterzogen.
    • Vergleichsbeispiel 2
  • Die gleiche Behandlung und die gleichen Analysen wie in Beispiel 2 wurden durchgeführt mit der Ausnahme, daß keine Ablagerung von ultrafeinen Titaniumpartikeln gemäß Beispiel 2 durchgeführt wurde. Dies ist das Vergleichsbeispiel 2.
  • Die integrierten Beträge der Ionenpeaks von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 waren relativ ähnlich im Vergleich zu dem Beispiel 1 und dem Vergleichsbeispiel 1. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt. Ähnlich wie bei dem Relativvergleich zwischen dem Beispiel 1 und dem Vergleichsbeispiel 1 ist auch hier aus der Tabelle zu erkennen, daß innerhalb einer kurzen Zeit sich mehr Deuterium in dem Beispiel 2 relativ zu dem Vergleichsbeispiel 2 akkumuliert. Diese ausreichende Akkumulierung von Deuterium drückt sich auch in der β-Phase gemäß der Röntgenstrahlanalyse aus. Tabelle 1 Integrierter Peakwert Struktur des Körpers gemäß Röntgenstrahlanalyse Beispiel Vergleichsbeispiel Phase
    • Beispiel 3
  • im folgenden wird der Unterschied in der Effizienz der Wasserstoffspeicherung in Abhängigkeit von der Größe der ultrafeinen Partikel gezeigt. Das gleiche Experiment wie in Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme durchgeführt, daß die Menge des Ar-Gases, das in die Herstellungskammer 12 für die ultrafeinen Partikel eingeführt wird, auf 20, 50, 100, 150 und 200 SCCM variiert wurde. Die feinen Pd-Partikel hatten zu dieser Zeit durchschnittliche Partikelgrößen von 100 Å, 170 Å, 200 Å, 250 Å und 280 Å.
  • Nach der Elektrolyse wurde der integrierte Wert des Ionenpeaks von Deuterium gemäß dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1, bei dem die Konzentrationsanalyse von Deuterium durch das tetrapolare Massenanalysenverfahren durchgeführt wurde, bestimmt. Die integrierten Beträge der Ionenpeaks von Deuterium mit den entsprechenden, durchschnittlichen Partikelgrößen wurden mit dem Ergebnis gemäß Beispiel 1 als 1,0 normiert und sind in der Tabelle 2 gezeigt. Aus der Tabelle ist zu ersehen, daß die Speichermenge an Deuterium bei einer durchschnittlichen Partikelgröße der ultrafeinen Partikel von 200 Å oder weniger abrupt zunimmt. Tabelle 2 Durchschnittliche Partikelgröße Integrierter Peakwert Beispiel Vergleichsbeispiel
  • Wie oben beschrieben, kann eine Elektrode mit einer praktischen Wasserstoffspeicherkapazität, für die ein Volumenmaterial verwendet werden kann, ohne daß dafür viel Arbeit erforderlich ist, durch eine Behandlung innerhalb einer kurzen Zeit erhalten werden, indem ein abgeschiedener Körper aus ultrafeinen Partikeln eines Wasserstoffspeichermaterials auf einem Wasserstoffspeichermaterial (Matrix) laminiert wird, um eine Elektrode bereitzustellen, die eine Deuteriumakkumulation durch die Elektrophorese fördert.
  • In den obigen Beispielen war die Beschreibung darauf gerichtet, daß Deuterium durch Absorption gespeichert wird. Selbstverständlich ist die Erfindung auch anwendbar auf einen Speicherkörper aus leichtem Wasserstoff.
  • Wie oben beschrieben, kann gemäß der Erfindung ein Wasserstoffspeicherkörper erzielt werden, der zur Speicherung von Wasserstoff in einer hohen Konzentration und innerhalb einer kurzen Zeit fähig ist.

Claims (4)

1. Wasserstoffspeicherkörper mit: einer Matrix, die ein Wasserstoffspeichermaterial aufweist, und ultrafeinen Partikeln aus einem Wasserstoffspeichermaterial, die eine durchschnittliche Partikelgröße von 20 nm oder weniger aufweisen und die auf der Matrix abgeschieden sind, wobei die abgeschiedene Dicke der ultrafeinen, auf der Matrix abgeschiedenen Partikel 0,2 um bis 100 um beträgt.
2. Wasserstoffspeicherkörper nach Anspruch 1, bei dem die Wasserstoffspeichermaterialien der ultrafeinen Partikel und der Matrix verschieden voneinander sind.
3. Wasserstoffspeicherkörper nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die ultrafeinen Partikel aus Pd hergestellt sind.
4. Wasserstoffspeicherkörper nach Anspruch 2, bei dem die ultrafeinen Partikel aus Pd hergestellt sind und die Matrix aus LaNi&sub5; hergestellt ist.
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