JPH0737589A - 水素吸収合金製電極用の活物質 - Google Patents
水素吸収合金製電極用の活物質Info
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- JPH0737589A JPH0737589A JP5176374A JP17637493A JPH0737589A JP H0737589 A JPH0737589 A JP H0737589A JP 5176374 A JP5176374 A JP 5176374A JP 17637493 A JP17637493 A JP 17637493A JP H0737589 A JPH0737589 A JP H0737589A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 水素吸収合金製電極の電気化学容量並びにそ
の寿命を大幅に向上させ、更に原料費及び製造コストを
大幅に削減することを目的とする。 【構成】 組成式MmNi5-x-y-zZnxQyRzを有する
水素吸収合金製電極用の活物質であって、前式中Q=A
l、Ca又はSr、R=Li、Na又はKであり、更
に、0<x<1、0<y<0.8、 0<z<1である。合
金粉末においては、合金粉末の表面めっき処理の後に、
表面コーティング層と合金基材との間に合金相が形成さ
れる。
の寿命を大幅に向上させ、更に原料費及び製造コストを
大幅に削減することを目的とする。 【構成】 組成式MmNi5-x-y-zZnxQyRzを有する
水素吸収合金製電極用の活物質であって、前式中Q=A
l、Ca又はSr、R=Li、Na又はKであり、更
に、0<x<1、0<y<0.8、 0<z<1である。合
金粉末においては、合金粉末の表面めっき処理の後に、
表面コーティング層と合金基材との間に合金相が形成さ
れる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は水素吸収合金製電極(h
ydrogen storage alloy ele
ctrode)に関するものであり、詳細には水素吸収
合金製電極用の新規な活物質(active mate
rial)に関するものである。
ydrogen storage alloy ele
ctrode)に関するものであり、詳細には水素吸収
合金製電極用の新規な活物質(active mate
rial)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】希土類水素吸収合金の研究は当初におい
てはLaNi5 合金にて開始された。LaNi5 合金の
結晶格子は水素の吸収/放出(charge−disc
harge)過程において急激に膨張するが、この合金
はこの急激な膨張の結果として粉化及び酸化し、水素吸
収能力が劣化する。よってこの20年間水素吸収合金製
電極用の新規な活物質が求められてきた。
てはLaNi5 合金にて開始された。LaNi5 合金の
結晶格子は水素の吸収/放出(charge−disc
harge)過程において急激に膨張するが、この合金
はこの急激な膨張の結果として粉化及び酸化し、水素吸
収能力が劣化する。よってこの20年間水素吸収合金製
電極用の新規な活物質が求められてきた。
【0003】水素吸収合金の理想的な物質としては
(1)より優れた電気化学容量と、(2)水素の適正な
平衡分解圧(equilibrium decompo
sition pressure)と、(3)長寿命の
吸収/放出能力と、(4)より優れた腐食抵抗性能と、
(5)優れた電気触媒特性とを有し、しかも(6)廉価
な原料にて製造されていることが要求されてきた。
(1)より優れた電気化学容量と、(2)水素の適正な
平衡分解圧(equilibrium decompo
sition pressure)と、(3)長寿命の
吸収/放出能力と、(4)より優れた腐食抵抗性能と、
(5)優れた電気触媒特性とを有し、しかも(6)廉価
な原料にて製造されていることが要求されてきた。
【0004】このような物質を得るため、水素吸収合金
製電極用物質の組成構造を改良するために多大な努力が
払われてきた。例えば、プラトー(plateau)圧
力を減少させるためにMnをLaNi5 合金に添加した
り、合金の腐食抵抗能力を増大させるためにAlを加え
たり、結晶格子の膨張を抑えるためにCoを添加したり
してきた。よって、水素吸収合金製電極の寿命はそれら
Mn、Al及びCoの添加によって延長された。吸収/
放出のライフサイクルはLaNi5 製電極での20サイ
クル以下から5種成分の合金製電極の場合での約100
サイクルに増加した。(日本国特許公開番号 平成01
年第231268号公報、「日本材料科学」誌1983
年版18号321−24ページ、「バッテリーと太陽電
池の進歩」1989年版8号)
製電極用物質の組成構造を改良するために多大な努力が
払われてきた。例えば、プラトー(plateau)圧
力を減少させるためにMnをLaNi5 合金に添加した
り、合金の腐食抵抗能力を増大させるためにAlを加え
たり、結晶格子の膨張を抑えるためにCoを添加したり
してきた。よって、水素吸収合金製電極の寿命はそれら
Mn、Al及びCoの添加によって延長された。吸収/
放出のライフサイクルはLaNi5 製電極での20サイ
クル以下から5種成分の合金製電極の場合での約100
サイクルに増加した。(日本国特許公開番号 平成01
年第231268号公報、「日本材料科学」誌1983
年版18号321−24ページ、「バッテリーと太陽電
池の進歩」1989年版8号)
【0005】しかしながら現在に至るまで、いかなる文
献にもライフサイクルが500回であるIEC(国際電
気標準会議)基準を満足させる性能を有した水素吸収合
金製電極用の物質は報告されていない。Coの添加は電
極物質の寿命の延長はするが、このIEC基準を達成す
るには程遠いものである。更に、Coは非常に高価な原
料であるという問題があった。
献にもライフサイクルが500回であるIEC(国際電
気標準会議)基準を満足させる性能を有した水素吸収合
金製電極用の物質は報告されていない。Coの添加は電
極物質の寿命の延長はするが、このIEC基準を達成す
るには程遠いものである。更に、Coは非常に高価な原
料であるという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の1つの目的
は、水素吸収合金製電極用の新規な活物質を提供するこ
とである。更に本発明の別な目的は、Zn含有の活物質
を使用した新規な水素吸収合金製電極を提供して、前記
IEC基準の達成、並びに電極の原料費及び製造コスト
を大幅に削減することである。
は、水素吸収合金製電極用の新規な活物質を提供するこ
とである。更に本発明の別な目的は、Zn含有の活物質
を使用した新規な水素吸収合金製電極を提供して、前記
IEC基準の達成、並びに電極の原料費及び製造コスト
を大幅に削減することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、水素吸
収合金製電極用の新規な活物質は MmNi5-x-y-zZnxQyRz の一般組成式を有する化学組成物からなり、式中、0<
x<1、0<y<0.8、0<z<1 である。さらに、M
mはミッシュメタル(mischmetal)又はラン
タン多量含有ミッシュメタルである。このMmは重希土
類を含有していないことが望ましい。本活物質におい
て、QはAl、Ca又はSrであり、RはLi、Na又
はKである。
収合金製電極用の新規な活物質は MmNi5-x-y-zZnxQyRz の一般組成式を有する化学組成物からなり、式中、0<
x<1、0<y<0.8、0<z<1 である。さらに、M
mはミッシュメタル(mischmetal)又はラン
タン多量含有ミッシュメタルである。このMmは重希土
類を含有していないことが望ましい。本活物質におい
て、QはAl、Ca又はSrであり、RはLi、Na又
はKである。
【0008】本発明において、前記組成式を有する粉末
合金はさらにニッケル/リン(Ni−P)金属化合物で
コーティングされる。この金属化合物の原子含有百分率
は、Niが93から97%であり、Pが3から7%であ
る。前記活物質において、QはAl、RはLiであるこ
とが望ましい。更に、前記組成式中のx は0.5から
0.8であり、y は0.2から0.5であり、z は0.
05から0.2であることが望ましい。
合金はさらにニッケル/リン(Ni−P)金属化合物で
コーティングされる。この金属化合物の原子含有百分率
は、Niが93から97%であり、Pが3から7%であ
る。前記活物質において、QはAl、RはLiであるこ
とが望ましい。更に、前記組成式中のx は0.5から
0.8であり、y は0.2から0.5であり、z は0.
05から0.2であることが望ましい。
【0009】本発明の水素吸収合金製電極用の活物質
は、(1)上記式中の全5成分を所定比率にて混合し、
(2)この混合物を溶解して合金の鋳造インゴットを成
形し、(3)この合金インゴットを粉末化して250か
ら600メッシュサイズ、望ましくは300から400
メッシュサイズの大きさにし、(4)この粉末状合金を
Ni−P金属化合物でコーティング処理し、通常の化学
めっき法により1から4μm、望ましくは2から3μm
の厚さにめっきすることで形成される。
は、(1)上記式中の全5成分を所定比率にて混合し、
(2)この混合物を溶解して合金の鋳造インゴットを成
形し、(3)この合金インゴットを粉末化して250か
ら600メッシュサイズ、望ましくは300から400
メッシュサイズの大きさにし、(4)この粉末状合金を
Ni−P金属化合物でコーティング処理し、通常の化学
めっき法により1から4μm、望ましくは2から3μm
の厚さにめっきすることで形成される。
【0010】
【作用】上記構成により、本発明の水素吸収合金製電極
用の活物質は、以下のように作用する。上記組成式中の
Qの量がLaNi5 合金の固体溶解度(solid s
olubility)を越える場合には、Qのほとんど
が前記合金の結晶境界部、相の界面部(interfa
ce)及び欠陥部(defects)にて分散している
成分である。Qは容易に酸化し、形成された酸化物は前
記合金の結晶境界部、相の界面部並びに欠陥部に堆積す
ると考えられる。これらの酸化物は酸化の進行を防止す
る優れた酸化防止層となり、前記合金に優れた腐食防止
性能を付与する。Rは合金の活性度を増加させると考え
られる。よって、本発明の水素吸収合金製電極の電気化
学容量を向上させる。
用の活物質は、以下のように作用する。上記組成式中の
Qの量がLaNi5 合金の固体溶解度(solid s
olubility)を越える場合には、Qのほとんど
が前記合金の結晶境界部、相の界面部(interfa
ce)及び欠陥部(defects)にて分散している
成分である。Qは容易に酸化し、形成された酸化物は前
記合金の結晶境界部、相の界面部並びに欠陥部に堆積す
ると考えられる。これらの酸化物は酸化の進行を防止す
る優れた酸化防止層となり、前記合金に優れた腐食防止
性能を付与する。Rは合金の活性度を増加させると考え
られる。よって、本発明の水素吸収合金製電極の電気化
学容量を向上させる。
【0011】Niは典型的な面心格子立方体構造を有し
ているので、上記コーティング過程においてNiが合金
基材(base)の表面に堆積されると集積層(int
ergated film)を形成する。一方、Znは
合金基材の表面方向に拡散されて合金基材の表面に化学
的に堆積されたNiと金属化合物を形成する。よって、
前記合金基材はZnを介してNi−P金属化合物による
表面コーティング層に結合されて合金相(alloy
phase)を形成する。その結果、表面のNi−P金
属化合物は前記合金基材と安定的に結合する。従って、
Coを含有する場合に発生するような水素の吸収/放出
過程での結晶格子の膨張によって生ずる水素吸収合金の
能力減衰が抑えられるばかりか、上記のように形成され
たフィルム層は優れた電気/熱導伝性と、良好な可塑性
変形抗力と、腐食防止性能とを備えている。
ているので、上記コーティング過程においてNiが合金
基材(base)の表面に堆積されると集積層(int
ergated film)を形成する。一方、Znは
合金基材の表面方向に拡散されて合金基材の表面に化学
的に堆積されたNiと金属化合物を形成する。よって、
前記合金基材はZnを介してNi−P金属化合物による
表面コーティング層に結合されて合金相(alloy
phase)を形成する。その結果、表面のNi−P金
属化合物は前記合金基材と安定的に結合する。従って、
Coを含有する場合に発生するような水素の吸収/放出
過程での結晶格子の膨張によって生ずる水素吸収合金の
能力減衰が抑えられるばかりか、上記のように形成され
たフィルム層は優れた電気/熱導伝性と、良好な可塑性
変形抗力と、腐食防止性能とを備えている。
【0012】
【実施例】本発明によれば、水素吸収合金製電極用の新
規な活物質は、 MmNi5-x-y-zZnxQyRz の一般組成式を有する化学組成物とNi−P金属化合物
とからなり、前記式中Mmはミッシュメタルであり、Q
はAl、Ca又はSrであり、RはLi、Na又はKで
あり、さらに、0<x<1、 0<y<0.8、0<z<1
であり、また、前記Ni−P金属化合物は前記合金基材
上にコーティングされている。以下、本発明の活物質を
電極として形成するための製造方法及び形成された電極
の電気化学容量の計測結果についての実施例を示す。
規な活物質は、 MmNi5-x-y-zZnxQyRz の一般組成式を有する化学組成物とNi−P金属化合物
とからなり、前記式中Mmはミッシュメタルであり、Q
はAl、Ca又はSrであり、RはLi、Na又はKで
あり、さらに、0<x<1、 0<y<0.8、0<z<1
であり、また、前記Ni−P金属化合物は前記合金基材
上にコーティングされている。以下、本発明の活物質を
電極として形成するための製造方法及び形成された電極
の電気化学容量の計測結果についての実施例を示す。
【0013】実施例1 真空誘導炉から得られたMmNi4Zn0.5Al0.3Li
0.2の合金物質を振動粉砕器(vibration m
ill)にて300−400メッシュ(mesh)サイ
ズの合金粉末に粉末化した。この粉末合金を通常の化学
めっき法にてその表面上を2−3μmの厚みにNi−P
金属化合物でコーティングした。この金属化合物の原子
含有百分率はNiが95%であり、Pが5%であった。
0.2の合金物質を振動粉砕器(vibration m
ill)にて300−400メッシュ(mesh)サイ
ズの合金粉末に粉末化した。この粉末合金を通常の化学
めっき法にてその表面上を2−3μmの厚みにNi−P
金属化合物でコーティングした。この金属化合物の原子
含有百分率はNiが95%であり、Pが5%であった。
【0014】コーティング処理後、前記粉末合金を80
−100℃で真空乾燥し、同温度にて18時間保持し
た。その後温度を150℃に上昇させ、前記粉末合金を
同温度にて15時間拡散焼入(diffusion a
nnealing)した。その後、6.5gの表面がコ
ーティングされた粉末合金と重量比2%のPVA(ポリ
ビニルアセテート)とを85:15の割合でペースト状
に混合した。サイズ8.5x4cmの陽極はこのペース
トを1mmの厚さのフォームニッケル板(foam n
ickel plate)に貼り付けるることで作成さ
れた。この陽極の電気化学容量を、ニッケル酸化物を陰
極とし、ナイロン不織布をセパレーターとし、更にHg
/HgOを基準電極として使用して計測した。その計測
結果を表1に示す。
−100℃で真空乾燥し、同温度にて18時間保持し
た。その後温度を150℃に上昇させ、前記粉末合金を
同温度にて15時間拡散焼入(diffusion a
nnealing)した。その後、6.5gの表面がコ
ーティングされた粉末合金と重量比2%のPVA(ポリ
ビニルアセテート)とを85:15の割合でペースト状
に混合した。サイズ8.5x4cmの陽極はこのペース
トを1mmの厚さのフォームニッケル板(foam n
ickel plate)に貼り付けるることで作成さ
れた。この陽極の電気化学容量を、ニッケル酸化物を陰
極とし、ナイロン不織布をセパレーターとし、更にHg
/HgOを基準電極として使用して計測した。その計測
結果を表1に示す。
【0015】
【表1】
【0016】実施例2 MmNi3.8Zn0.7Al0.3Li0.2の活物質による陽極
を実施例1記載の手法にて作成した。A−A型5#電池
をニッケル酸化物を陰極として使用して作成した。計測
された電池の電気化学容量を表2に示す。
を実施例1記載の手法にて作成した。A−A型5#電池
をニッケル酸化物を陰極として使用して作成した。計測
された電池の電気化学容量を表2に示す。
【0017】
【表2】
【0018】本発明の活物質から形成された電極を利用
して製造される電池の容量は、500回に及ぶ水素吸収
/放出後にほんの6%ほどの容量減少を示すのみであ
り、IEC基準よりはるかに優れている。
して製造される電池の容量は、500回に及ぶ水素吸収
/放出後にほんの6%ほどの容量減少を示すのみであ
り、IEC基準よりはるかに優れている。
【0019】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の水素吸収
合金製電極用の活物質は、優れた腐食防止性能、電気/
熱伝導性、及び可塑性変形抗力を備えているので、この
活物質によって形成された電極は、電気化学容量が向上
し、電極としての寿命が延長する。更に本発明の水素吸
収合金製電極用の活物質は、組成としてCoの代わりに
Znを使用しているので、電極の原料費及び製造コスト
を大幅に削減することもできる。また、本発明の水素吸
収合金製電極用の活物質によって形成された電極は、ア
ルカリ電池に利用することができる。 以 上
合金製電極用の活物質は、優れた腐食防止性能、電気/
熱伝導性、及び可塑性変形抗力を備えているので、この
活物質によって形成された電極は、電気化学容量が向上
し、電極としての寿命が延長する。更に本発明の水素吸
収合金製電極用の活物質は、組成としてCoの代わりに
Znを使用しているので、電極の原料費及び製造コスト
を大幅に削減することもできる。また、本発明の水素吸
収合金製電極用の活物質によって形成された電極は、ア
ルカリ電池に利用することができる。 以 上
フロントページの続き (72)発明者 チェン ヨウクシアオ 中華人民共和国 チアンジン ウェイ チ ダオ ナンバー 200 セカンド ビル ディング 608 (72)発明者 チェン ジュン 中華人民共和国 ナンカイ ユニバーシテ ィ サウスウエスト ヴィレッジ 36 ビ ルディング 201 (72)発明者 ユアン フアタング 中華人民共和国 ナンカイ ユニバーシテ ィ サウスウエスト ヴィレッジ 20 ビ ルディング 401 (72)発明者 ワング ゲンシ 中華人民共和国 ナンカイ ユニバーシテ ィ ノース ヴィレッジ 12 ビルディン グ 404 (72)発明者 ツォウ ツォキサング 中華人民共和国 ナンカイ ユニバーシテ ィ ノース ヴィレッジ 12 ビルディン グ 2 ドング 12 (72)発明者 カオ クスエジュン 中華人民共和国 ナンカイ ユニバーシテ ィ ノース ヴィレッジ 12 ビルディン グ 204 (72)発明者 ジン ユフェング 中華人民共和国 ナンカイ ユニバーシテ ィ ノース ヴィレッジ 6 ビルディン グ 310
Claims (6)
- 【請求項1】 水素吸収合金製電極用の活物質であっ
て、組成式 MmNi5-x-y-zZnxQyRz を有する合金基材と、Ni−P金属化合物とからなり、
前記式中Mmはミッシュメタルであり、QはAl、Ca
又はSrであり、RはLi、Na又はKであり、更に、
0<x<1、 0<y<0.8、0<z<1であり、また、
前記Ni−P金属化合物は前記合金基材上にコーティン
グされていることを特徴とする水素吸収合金製電極用の
活物質。 - 【請求項2】 前記Ni−P金属化合物は原子含有百分
率93から97%のNiと、3から7%のPとの化合物
であることを特徴とする請求項1記載の水素吸収合金製
電極用の活物質。 - 【請求項3】 前記QはAlであることを特徴とする請
求項1記載の水素吸収合金製電極用の活物質。 - 【請求項4】 前記RはLiであることを特徴とする請
求項1記載の水素吸収合金製電極用の活物質。 - 【請求項5】 前記x は0.5から0.8であり、y は
0.2から0.5であり、z は0.05から0.2であ
ることを特徴とする請求項1又は2に記載の水素吸収合
金製電極用の活物質。 - 【請求項6】 前記QはAlであり、RはLiであり、
さらに、x は0.5から0.8であり、y は0.2から
0.5であり、z は0.05から0.2であることを特
徴とする請求項1又は2に記載の水素吸収合金製電極用
の活物質。
Applications Claiming Priority (2)
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| CN92104667A CN1028882C (zh) | 1992-07-16 | 1992-07-16 | 新型储氢合金电极材料 |
| CN921046677 | 1992-07-16 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP5176374A Pending JPH0737589A (ja) | 1992-07-16 | 1993-07-16 | 水素吸収合金製電極用の活物質 |
Country Status (6)
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| JP (1) | JPH0737589A (ja) |
| CN (1) | CN1028882C (ja) |
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| DE (1) | DE69305017T2 (ja) |
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| US4952465A (en) * | 1986-04-30 | 1990-08-28 | The Standard Oil Company | Additive for energy storage devices that evolve oxygen and hydrogen |
| KR920010422B1 (ko) * | 1987-05-15 | 1992-11-27 | 마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤 | 수소흡수저장전극 및 그 제조법 |
| JPH04137368A (ja) * | 1990-09-26 | 1992-05-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ニッケル/水素蓄電池とその製造法 |
| CN1027980C (zh) * | 1992-01-08 | 1995-03-22 | 天津南开大学 | 储氢合金电极的活性材料 |
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- 1992-07-16 CN CN92104667A patent/CN1028882C/zh not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-07-14 CA CA002100509A patent/CA2100509A1/en not_active Abandoned
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- 1993-07-15 US US08/091,572 patent/US5358800A/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-07-15 DE DE69305017T patent/DE69305017T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-07-16 JP JP5176374A patent/JPH0737589A/ja active Pending
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