JPH0835028A - 水素吸蔵合金及びそれを用いた負電極 - Google Patents
水素吸蔵合金及びそれを用いた負電極Info
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- JPH0835028A JPH0835028A JP6189994A JP18999494A JPH0835028A JP H0835028 A JPH0835028 A JP H0835028A JP 6189994 A JP6189994 A JP 6189994A JP 18999494 A JP18999494 A JP 18999494A JP H0835028 A JPH0835028 A JP H0835028A
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- Japan
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- hydrogen storage
- storage alloy
- alloy
- cathode
- nickel
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-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高容量で高率放電特性に優れた、ニッケル−
水素蓄電池用負電極を提供すること。 【構成】 Laの一部がCeで置換されると共に、Ni
の一部が少くともCoで置換されてなるLaNi5 系の
水素吸蔵合金であって、Ceの置換率が5〜30重量%
であると共に、Coの置換率が0.08〜0.20原子
%であることを特徴とする水素吸蔵合金。
水素蓄電池用負電極を提供すること。 【構成】 Laの一部がCeで置換されると共に、Ni
の一部が少くともCoで置換されてなるLaNi5 系の
水素吸蔵合金であって、Ceの置換率が5〜30重量%
であると共に、Coの置換率が0.08〜0.20原子
%であることを特徴とする水素吸蔵合金。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は水素吸蔵合金及びそれを
用いた電極に関し、特に、ニッケル−水素蓄電池用の負
電極として好適な水素吸蔵合金及びそれを用いた負電極
に関する。
用いた電極に関し、特に、ニッケル−水素蓄電池用の負
電極として好適な水素吸蔵合金及びそれを用いた負電極
に関する。
【0002】
【従来の技術】水素を吸蔵したり放出する水素吸蔵合金
が発見されて以来、その応用は、単なる水素貯蔵手段に
とどまらずヒートポンプや電池へと展開が図られてき
た。特に、水素吸蔵合金を負電極として用いるアルカリ
蓄電池は殆ど実用の域に達しており、用いる水素吸蔵合
金も次々に改良されている。
が発見されて以来、その応用は、単なる水素貯蔵手段に
とどまらずヒートポンプや電池へと展開が図られてき
た。特に、水素吸蔵合金を負電極として用いるアルカリ
蓄電池は殆ど実用の域に達しており、用いる水素吸蔵合
金も次々に改良されている。
【0003】即ち、当初に検討されたLaNi5 合金は
(特開昭51−13934号公報参照)、水素吸蔵量が
大きいという利点がある一方、La金属が高価である
上、水素を吸蔵したり放出することの繰り返しによって
微粉化し易く、更に、アルカリ溶液や酸溶液によって腐
蝕され易いという欠点があった。かかる欠点は、Laの
一部を、Ce、Pr、Ndその他の希土類元素に置換す
ることによって、及び/又はNiの一部をCo、Al、
Mn等の金属で置換することによって改良された(例え
ば、特開昭53−48918号公報、同54−6401
4号公報、同60−250558号公報、同61−23
3969号公報、同62−43064号公報参照)。
(特開昭51−13934号公報参照)、水素吸蔵量が
大きいという利点がある一方、La金属が高価である
上、水素を吸蔵したり放出することの繰り返しによって
微粉化し易く、更に、アルカリ溶液や酸溶液によって腐
蝕され易いという欠点があった。かかる欠点は、Laの
一部を、Ce、Pr、Ndその他の希土類元素に置換す
ることによって、及び/又はNiの一部をCo、Al、
Mn等の金属で置換することによって改良された(例え
ば、特開昭53−48918号公報、同54−6401
4号公報、同60−250558号公報、同61−23
3969号公報、同62−43064号公報参照)。
【0004】そして、Laの一部をCe等で置換した金
属としては、市販のミッシュメタル(Mm)が使用され
ている。ミッシュメタルは希土類元素の混合物であり、
例えば、Ce45重量%、La30重量%、Nd5重量
%、及びその他の希土類元素20重量%からなる。
属としては、市販のミッシュメタル(Mm)が使用され
ている。ミッシュメタルは希土類元素の混合物であり、
例えば、Ce45重量%、La30重量%、Nd5重量
%、及びその他の希土類元素20重量%からなる。
【0005】ところで、一般に、電池用として、Mm−
Ni系の水素吸蔵合金を用いる場合、高容量でかつ高率
放電特性の良い合金であることが重要である。これは、
単位重量当たりの容量を大きくする事により、密閉電池
とした場合の公称容量を大きくすることができるからで
ある。実際、Ni−Cd系の二次電池に対抗するために
も、またEV用としても高容量かつ高率放電特性の良い
合金が第一の課題となっている。
Ni系の水素吸蔵合金を用いる場合、高容量でかつ高率
放電特性の良い合金であることが重要である。これは、
単位重量当たりの容量を大きくする事により、密閉電池
とした場合の公称容量を大きくすることができるからで
ある。実際、Ni−Cd系の二次電池に対抗するために
も、またEV用としても高容量かつ高率放電特性の良い
合金が第一の課題となっている。
【0006】一般にMm中のLa量を増加させることに
より、高容量化の傾向が認められ、Laが100%の場
合に最大の容量が得られるが、サイクル寿命は極めて悪
くなる。更に、長寿命化及び不導体化防止のためにNi
側の一部をCo、Mn、Al等で置換すると、平衡圧が
下がり、低温特性や高率放電特性が悪くなる。そこで、
寿命を改善するために、従来は、Laの一部を他の軽希
土類元素(Ce、Pr、Nd)で置換したMmを用いた
り、Mm中のCe量を減少させたり(特開昭62−22
3971)、逆に、Ceを積極的に添加すること(特開
平6−96766)が提案されている。
より、高容量化の傾向が認められ、Laが100%の場
合に最大の容量が得られるが、サイクル寿命は極めて悪
くなる。更に、長寿命化及び不導体化防止のためにNi
側の一部をCo、Mn、Al等で置換すると、平衡圧が
下がり、低温特性や高率放電特性が悪くなる。そこで、
寿命を改善するために、従来は、Laの一部を他の軽希
土類元素(Ce、Pr、Nd)で置換したMmを用いた
り、Mm中のCe量を減少させたり(特開昭62−22
3971)、逆に、Ceを積極的に添加すること(特開
平6−96766)が提案されている。
【0007】このように、Mm中のCeの量が寿命改善
のポイントになることは間違いないが、Ceが無い方が
良いのか、有る方がよいのかはっきりしていない。即
ち、特開平6−96766号公報に記載された発明の場
合には、寿命の改善は認められるものの、放電容量は小
さく、高容量であるとはいえない。また、特開昭62−
223971号公報に記載された発明の場合には、Ni
側の置換元素にCoが入っていない合金についてCeの
影響が評価されている。
のポイントになることは間違いないが、Ceが無い方が
良いのか、有る方がよいのかはっきりしていない。即
ち、特開平6−96766号公報に記載された発明の場
合には、寿命の改善は認められるものの、放電容量は小
さく、高容量であるとはいえない。また、特開昭62−
223971号公報に記載された発明の場合には、Ni
側の置換元素にCoが入っていない合金についてCeの
影響が評価されている。
【0008】そこで、本発明者等はCeの量のみなら
ず、Ni側の原子との相乗作用について検討した結果、
Laの一定範囲の量をCeで置換すると共に、Niの一
定範囲の量を少くともCoで置換することにより、高容
量で高率放電特性の良い、ニッケル水素蓄電池用の負電
極を得ることができることを見い出し、本発明に到達し
た。
ず、Ni側の原子との相乗作用について検討した結果、
Laの一定範囲の量をCeで置換すると共に、Niの一
定範囲の量を少くともCoで置換することにより、高容
量で高率放電特性の良い、ニッケル水素蓄電池用の負電
極を得ることができることを見い出し、本発明に到達し
た。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の第1の
目的は、ニッケル−水素蓄電池用の負電極として好適な
水素吸蔵合金を提供することにある。また、本発明の第
2の目的は、高容量で高率放電特性に優れた、ニッケル
−水素蓄電池用負電極を提供することにある。
目的は、ニッケル−水素蓄電池用の負電極として好適な
水素吸蔵合金を提供することにある。また、本発明の第
2の目的は、高容量で高率放電特性に優れた、ニッケル
−水素蓄電池用負電極を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の上記の諸目的
は、Laの一部がCeで置換されると共に、Niの一部
が少くともCoで置換されてなるLaNi5 系の水素吸
蔵合金であって、Ceの置換率が5〜30重量%である
と共に、Coの置換率が0.08〜0.20原子%であ
ることを特徴とする水素吸蔵合金及びそれを用いた電極
により達成された。
は、Laの一部がCeで置換されると共に、Niの一部
が少くともCoで置換されてなるLaNi5 系の水素吸
蔵合金であって、Ceの置換率が5〜30重量%である
と共に、Coの置換率が0.08〜0.20原子%であ
ることを特徴とする水素吸蔵合金及びそれを用いた電極
により達成された。
【0011】Laを置換するCeの量が5重量%以下で
あると、高率放電、サイクル寿命の向上が小さく、40
重量%以上では、初期活性化が遅く、初期容量も小さく
なるので好ましくない。電極としてのバランスの観点か
ら、上記Ceの置換量は5〜30重量%であることが好
ましく、特に10〜20重量%であることが好ましい。
あると、高率放電、サイクル寿命の向上が小さく、40
重量%以上では、初期活性化が遅く、初期容量も小さく
なるので好ましくない。電極としてのバランスの観点か
ら、上記Ceの置換量は5〜30重量%であることが好
ましく、特に10〜20重量%であることが好ましい。
【0012】本発明においては、Niの一部をCo、A
l及びMn等で置換することができるが、特に100%
Niの場合の0.08〜0.20原子%をCo原子で置
換する。このように、CeとCoを共存させることによ
り、実施例で実証される如く、高率放電性能及びサイク
ル寿命が改善される。特に好ましいCoの置換量は、
0.12〜0.16原子%である。
l及びMn等で置換することができるが、特に100%
Niの場合の0.08〜0.20原子%をCo原子で置
換する。このように、CeとCoを共存させることによ
り、実施例で実証される如く、高率放電性能及びサイク
ル寿命が改善される。特に好ましいCoの置換量は、
0.12〜0.16原子%である。
【0013】本発明の電極は、公知のバインダーを用い
て本発明の水素吸蔵合金を賦形することにより、容易に
得ることができる。本発明の水素吸蔵合金は、上記した
如く、ニッケル−水素蓄電池用の電極として用いた場合
に、その特徴を最も発揮することができるが、上記電極
以外の用途として、本来の水素貯蔵手段として、或いは
ヒートポンプ用等として使用することができることは当
然である。
て本発明の水素吸蔵合金を賦形することにより、容易に
得ることができる。本発明の水素吸蔵合金は、上記した
如く、ニッケル−水素蓄電池用の電極として用いた場合
に、その特徴を最も発揮することができるが、上記電極
以外の用途として、本来の水素貯蔵手段として、或いは
ヒートポンプ用等として使用することができることは当
然である。
【0014】
【発明の効果】本発明の水素吸蔵合金は、それを、ニッ
ケル−水素蓄電池の負電極として用いた場合、高率放電
性能が良好で充放電のサイクル寿命が長いので、特に、
電気自動車(EV)用のバッテリーとして好適である。
ケル−水素蓄電池の負電極として用いた場合、高率放電
性能が良好で充放電のサイクル寿命が長いので、特に、
電気自動車(EV)用のバッテリーとして好適である。
【0015】
【実施例】以下、実施例によって本発明を更に詳述する
が、本発明はこれによって限定されるものではない。 実施例1. Ni:Co:Mn:Al比が3.60:0.90:0.
20:0.3であると共に、Laが100%及びLaの
20重量%がそれぞれCe,Pr,Ndで置換された各
合金成分を高周波溶解炉で溶解した後、1050℃で5
時間不活性ガス雰囲気中で熱処理し、4種類のLaNi
5 系合金を得た。次に、これらの合金を粉砕して、平均
粒径が40μmの粉末にした。
が、本発明はこれによって限定されるものではない。 実施例1. Ni:Co:Mn:Al比が3.60:0.90:0.
20:0.3であると共に、Laが100%及びLaの
20重量%がそれぞれCe,Pr,Ndで置換された各
合金成分を高周波溶解炉で溶解した後、1050℃で5
時間不活性ガス雰囲気中で熱処理し、4種類のLaNi
5 系合金を得た。次に、これらの合金を粉砕して、平均
粒径が40μmの粉末にした。
【0016】得られた粉末10gに対し、3重量%のポ
リビニルアルコール水溶液を2.5gの割合で混合して
ペーストとした。このペーストを、多孔度が94〜96
%の発泡ニッケル多孔体(寸法30×40×厚み1.6
mm)内へ均一に充填し乾燥した後、加圧成形して負極
とした。ついで、酸化ニッケル正極として、公知の方法
で作製された焼結式ニッケル正極を用いると共に、セパ
レータとしてポリオレフィン不繊布、電解液として6N
−水酸化カリウム水溶液を使用し、表1に示す各負極
〜と組み合わせ、負極規制の開放型ニッケル−水素蓄
電池を構成した。また、参照極として充電済みの正極を
用い、正極からの影響が無いように配慮した。
リビニルアルコール水溶液を2.5gの割合で混合して
ペーストとした。このペーストを、多孔度が94〜96
%の発泡ニッケル多孔体(寸法30×40×厚み1.6
mm)内へ均一に充填し乾燥した後、加圧成形して負極
とした。ついで、酸化ニッケル正極として、公知の方法
で作製された焼結式ニッケル正極を用いると共に、セパ
レータとしてポリオレフィン不繊布、電解液として6N
−水酸化カリウム水溶液を使用し、表1に示す各負極
〜と組み合わせ、負極規制の開放型ニッケル−水素蓄
電池を構成した。また、参照極として充電済みの正極を
用い、正極からの影響が無いように配慮した。
【0017】これらの電池を20℃の一定温度下で、充
電レートが0.3Cで5時間、放電レートは0.2Cの
電流で電池電圧が0.8Vになるまで続けるサイクルを
20回繰り返した後、放電レートを1Cとした場合の容
量を測定した。更に、サイクル試験を繰り返して300
サイクル後の容量を確認した。表1に、各温度での初期
容量、1C放電容量及びサイクル寿命を示した。
電レートが0.3Cで5時間、放電レートは0.2Cの
電流で電池電圧が0.8Vになるまで続けるサイクルを
20回繰り返した後、放電レートを1Cとした場合の容
量を測定した。更に、サイクル試験を繰り返して300
サイクル後の容量を確認した。表1に、各温度での初期
容量、1C放電容量及びサイクル寿命を示した。
【0018】
【表1】 尚、表中の容量は20℃での値であり、〔 〕内は初期
容量に対する維持率を示す。表1の結果から、Laの一
部をCeで置換することによって、高率放電特性及びサ
イクル寿命の改善が図られることが確認された。
容量に対する維持率を示す。表1の結果から、Laの一
部をCeで置換することによって、高率放電特性及びサ
イクル寿命の改善が図られることが確認された。
【0019】更に、300サイクル後の各サンプルにつ
いて、負極合金をSEMおよびXPSで観察した結果、
負極の合金粒度が最も大きく、負極の合金粒度が最
も小さく、各負極で微粉化の進行に差があることが判明
した。また、XPSにより、負極の合金表面に高濃度
のCoが存在することが判明した。現在のところ、なぜ
Ceで置換したものがこの様な特性を有するのかはさだ
かではないが、高率放電やサイクル寿命が改善されてい
ることから、他の軽希土類元素の場合より明らかに優位
性があると考えられる。
いて、負極合金をSEMおよびXPSで観察した結果、
負極の合金粒度が最も大きく、負極の合金粒度が最
も小さく、各負極で微粉化の進行に差があることが判明
した。また、XPSにより、負極の合金表面に高濃度
のCoが存在することが判明した。現在のところ、なぜ
Ceで置換したものがこの様な特性を有するのかはさだ
かではないが、高率放電やサイクル寿命が改善されてい
ることから、他の軽希土類元素の場合より明らかに優位
性があると考えられる。
【0020】実施例2. Ni:Co:Mm:Al比を4.50−X:X:0.2
0:0.3とすると共に、Coの原子比を0.2〜1.
2となるように各合金成分を秤量した他は、実施例1と
全く同様にして、負極規制の解放型ニッケル−水素蓄電
池を構成し、充放電サイクルを繰り返した結果は表2に
示した通りである。
0:0.3とすると共に、Coの原子比を0.2〜1.
2となるように各合金成分を秤量した他は、実施例1と
全く同様にして、負極規制の解放型ニッケル−水素蓄電
池を構成し、充放電サイクルを繰り返した結果は表2に
示した通りである。
【0021】
【表2】 尚、表中の容量は20℃での値であり、〔 〕内は初期
容量に対する維持率を示す。
容量に対する維持率を示す。
【0022】表2の結果から、La−Ce系の場合で
も、Co量が0.04原子%以下では、La−Pr系の
場合よりもサイクル寿命が悪くなることが分かる。ま
た、Coが0.24原子%以上の場合には、初期容量及
び高率放電特性が悪くなる。従って、表2の結果は、L
a−Ce系のMmを用いる場合には、一定量以上のCo
の共存が不可欠であり、Ce及び一定量以上のCoが共
存して初めて耐蝕性に優れた合金が得られるということ
を実証するものである。具体的には、La−Ce系合金
に添加するCoの量は、0.08〜0.20原子%を限
度とし、0.12〜0.16原子%の範囲が好ましいと
推定される。
も、Co量が0.04原子%以下では、La−Pr系の
場合よりもサイクル寿命が悪くなることが分かる。ま
た、Coが0.24原子%以上の場合には、初期容量及
び高率放電特性が悪くなる。従って、表2の結果は、L
a−Ce系のMmを用いる場合には、一定量以上のCo
の共存が不可欠であり、Ce及び一定量以上のCoが共
存して初めて耐蝕性に優れた合金が得られるということ
を実証するものである。具体的には、La−Ce系合金
に添加するCoの量は、0.08〜0.20原子%を限
度とし、0.12〜0.16原子%の範囲が好ましいと
推定される。
【0023】実施例3. Ni:Co:Mn:Al比を3.70:0.80:0.
20:0.30とすると共に、Laの0〜40重量%を
Ceで置換した他は実施例1と全く同様にして、負極規
性の開放型ニッケル−水素蓄電池を構成し、充放電サイ
クルを繰り返した結果は表3に示した通りである。
20:0.30とすると共に、Laの0〜40重量%を
Ceで置換した他は実施例1と全く同様にして、負極規
性の開放型ニッケル−水素蓄電池を構成し、充放電サイ
クルを繰り返した結果は表3に示した通りである。
【0024】
【表3】 尚、表中の容量は20℃での値であり、〔 〕内は初期
容量(0.2C放電)に対する維持率を示す。
容量(0.2C放電)に対する維持率を示す。
【0025】表3の結果から、Laの5重量%以上をC
eで置換することにより、高率放電・サイクル寿命の向
上が認められる一方、40重量%以上置換すると、寿命
の改善は認められるものの、初期活性化が遅く初期容量
も低くなり、高率放電特性も悪くなることが分かる。こ
れは、Ceの大量置換により、合金の微粉化が著しく押
さえられた結果、活性化および高率放電が悪くなったと
推定される。従って、Laに対するCeの置換量は5〜
30%を限度とし、好ましくは10〜20%で高容量長
寿命合金が得られると推定される。
eで置換することにより、高率放電・サイクル寿命の向
上が認められる一方、40重量%以上置換すると、寿命
の改善は認められるものの、初期活性化が遅く初期容量
も低くなり、高率放電特性も悪くなることが分かる。こ
れは、Ceの大量置換により、合金の微粉化が著しく押
さえられた結果、活性化および高率放電が悪くなったと
推定される。従って、Laに対するCeの置換量は5〜
30%を限度とし、好ましくは10〜20%で高容量長
寿命合金が得られると推定される。
Claims (3)
- 【請求項1】Laの一部がCeで置換されると共に、N
iの一部が少くともCoで置換されてなるLaNi5 系
の水素吸蔵合金であって、Ceの置換率が5〜30重量
%であると共に、Coの置換率が0.08〜0.20原
子%であることを特徴とする水素吸蔵合金。 - 【請求項2】Ceの置換率が10〜20重量%である、
請求項1に記載された水素吸蔵合金。 - 【請求項3】請求項1又は2に記載された水素吸蔵合金
を、バインダーを用いて賦形してなる、ニッケル−水素
蓄電池用負電極。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6189994A JPH0835028A (ja) | 1994-07-20 | 1994-07-20 | 水素吸蔵合金及びそれを用いた負電極 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6189994A JPH0835028A (ja) | 1994-07-20 | 1994-07-20 | 水素吸蔵合金及びそれを用いた負電極 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0835028A true JPH0835028A (ja) | 1996-02-06 |
Family
ID=16250621
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6189994A Pending JPH0835028A (ja) | 1994-07-20 | 1994-07-20 | 水素吸蔵合金及びそれを用いた負電極 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0835028A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2753991A1 (fr) * | 1996-09-30 | 1998-04-03 | Centre Nat Rech Scient | Alliages intermetalliques a struture hexagonale, leur preparation, leur utilisation pour l'elaboration d'electrodes |
-
1994
- 1994-07-20 JP JP6189994A patent/JPH0835028A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2753991A1 (fr) * | 1996-09-30 | 1998-04-03 | Centre Nat Rech Scient | Alliages intermetalliques a struture hexagonale, leur preparation, leur utilisation pour l'elaboration d'electrodes |
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