KR102443563B1 - Complex structure hydrogen storage alloy with the excellent activate property - Google Patents

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KR102443563B1
KR102443563B1 KR1020210032079A KR20210032079A KR102443563B1 KR 102443563 B1 KR102443563 B1 KR 102443563B1 KR 1020210032079 A KR1020210032079 A KR 1020210032079A KR 20210032079 A KR20210032079 A KR 20210032079A KR 102443563 B1 KR102443563 B1 KR 102443563B1
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Abstract

One embodiment of the present invention provides a hydrogen storage alloy including an AB-based alloy matrix and an ABm alloy phase having a Laves structure precipitated on the AB-based alloy matrix, wherein m satisfies the condition 1.2 <= m <= 2.5. According to an embodiment of the present invention, components are controlled by adding Cr or Mn to form a Laves structure partially in the AB-based alloy matrix, which enables activation at room temperature, thereby providing a hydrogen storage alloy capable of absorbing hydrogen without performing a conventional high-temperature activation process.

Description

활성화 특성이 우수한 복합 구조 수소저장합금{Complex structure hydrogen storage alloy with the excellent activate property}Complex structure hydrogen storage alloy with the excellent activate property

본 발명은 수소저장합금에 관한 것으로, 더 자세하게는 활성화 특성이 우수한 복합 구조 수소저장합금에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen storage alloy, and more particularly, to a composite structure hydrogen storage alloy having excellent activation properties.

최근 환경문제의 해결과 화석연료의 대체를 위해 수소 활용의 필요성이 대두되면서 수소 연료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그런데 수소는 상온의 대기압 상태에서 기체로 존재하기 때문에 체적당 에너지밀도가 낮고 운반 및 저장이 불편할 뿐 아니라 안전성이 떨어진다.Recently, as the necessity of using hydrogen to solve environmental problems and to replace fossil fuels has emerged, research on hydrogen fuel is being actively conducted. However, since hydrogen exists as a gas at room temperature and atmospheric pressure, the energy density per volume is low, transportation and storage are inconvenient, and safety is poor.

이러한 수소의 저장 방법으로는 수소 기체를 압축시켜 저장하는 방법, 액체화시켜 저장하는 방법 또는 수소저장용 합금을 이용한 방법 등이 알려져 있다.As a storage method of such hydrogen, a method of compressing and storing hydrogen gas, a method of liquefying the storage method, or a method using an alloy for storage of hydrogen are known.

그러나, 수소 기체를 압축하는 방법은 고압으로 압축해야 하므로 에너지가 많이 소모되고, 특히 도심에서는 폭발의 위험성이 있다.However, the method of compressing hydrogen gas consumes a lot of energy because it has to be compressed at a high pressure, and there is a risk of explosion, especially in a city center.

또한, 액화 수소는 영하 253도의 극저온으로 냉각시켜야 하므로 에너지 소모가 극심하고, 액화수소탱크를 상온 보관 시 상당량이 기화되어 증발해버리므로, 특히 도심에서 장기적으로 사용하지 매우 부적합하다.In addition, since liquid hydrogen must be cooled to a cryogenic temperature of -253 degrees Celsius, energy consumption is extreme, and a significant amount of liquid hydrogen is vaporized and evaporated when stored at room temperature, so it is not suitable for long-term use, especially in urban areas.

그래서, 에너지 소모가 적고 안전하며 장기보관 가능한 수소저장합금에 대한 연구가 활발한 실정이다.Therefore, studies on hydrogen storage alloys that consume less energy, are safe, and can be stored for a long time are active.

상기 수소저장합금은 금속 성분이라 무게저장밀도는 낮지만, 부피저장밀도가 상당히 우수하여 그의 수소저장량은 110 kg/m3까지 이른다. 따라서, 특히 가정이나 도심 등 이동이 필요하지 않은 연료 시스템에서 장기적으로 사용하기에 매우 적합하다.Since the hydrogen storage alloy is a metal component, the weight storage density is low, but the volume storage density is quite excellent, and the hydrogen storage amount thereof reaches up to 110 kg/m 3 . Therefore, it is particularly suitable for long-term use in fuel systems that do not require movement, such as at home or in the city.

수소저장합금은 수소와 가역적으로 반응하여 결정의 격자 안에 원자상의 수소를 받아들여 금속수소화물을 형성하는 합금으로, 수소의 흡수 및 방출 특성을 이용하여 수소를 저장하고 방출하는데 사용한다.Hydrogen storage alloy is an alloy that forms metal hydride by accepting atomic hydrogen in the crystal lattice by reacting reversibly with hydrogen. It is used to store and release hydrogen by using the absorption and release characteristics of hydrogen.

수소저장합금은 AxBy로 표시할 수 있고, A성분과 B성분의 양론비에 따라 AB5, AB2, AB3, A2B7, A6B23, AB, A2B의 대략 7종류로 구분할 수 있다. 원소 A는 수소와의 높은 화학 친화도를 보이기 때문에 안정적인 수소화물을 형성하는 반면 B는 수소화물의 안정성을 낮춰 가역적인 반응을 가능하게 한다.The hydrogen storage alloy can be expressed as A x B y , and depending on the stoichiometric ratio of A and B components, AB 5 , AB 2 , AB 3 , A 2 B 7 , A 6 B 23 , AB, A 2 B approximately It can be divided into 7 types. Element A forms a stable hydride because of its high chemical affinity with hydrogen, whereas B lowers the stability of the hydride to enable a reversible reaction.

따라서, 수소 흡수 및 방출이 용이하면서도 반복사용에도 가역성이 잘 유지되는 수소저장합금을 개발하는 것이 필요하였다.Therefore, it was necessary to develop a hydrogen storage alloy that is easy to absorb and release hydrogen while maintaining good reversibility even after repeated use.

특히, AB계 수소저장합금은 수소 흡수 용량이 크면서도 가역 반응에도 내구성이 높은 것으로 알려졌는데, 대기 중에 산화되면 산화막이 형성되어 수소를 흡수하지 못하는 문제가 있어서 기존에는 고온의 활성화 공정을 거쳐야 했으므로 활용에 어려움이 있었다.In particular, AB-based hydrogen storage alloys are known to have high hydrogen absorption capacity and high durability in reversible reactions. there were difficulties in

대한민국 등록특허공보 제10-0871903호Republic of Korea Patent Publication No. 10-0871903

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고온의 활성화 공정을 거치지 않고도 수소를 흡수할 수 있는 활성화 특성이 우수한 수소저장합금을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a hydrogen storage alloy having excellent activation properties capable of absorbing hydrogen without going through a high-temperature activation process.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 수소저장합금을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention provides a hydrogen storage alloy.

본 발명의 실시예에 있어서, 수소저장합금은, AB계 합금 기지; 및 상기 AB계 합금 기지에 석출된 라베스(Laves) 구조의 ABm 합금상을 포함하고, 상기 A 및 B는 금속이고, m은 1.2≤m≤2.5 조건을 만족할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the hydrogen storage alloy is an AB-based alloy matrix; and an AB m alloy phase having a Laves structure deposited on the AB-based alloy matrix, wherein A and B are metals, and m may satisfy the condition 1.2≤m≤2.5.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 AB계 합금 기지에서, 상기 A는 Ti, Zr 또는 V를 포함하고, 상기 B는 Fe를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in the AB-based alloy matrix, A may include Ti, Zr or V, and B may include Fe.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 ABm계 합금상에서, 상기 A는 Ti, Zr 또는 V를 포함하고, 상기 B는 Cr 및 Mn 중에 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in the AB m -based alloy phase, A may include Ti, Zr, or V, and B may include at least one selected from Cr and Mn.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 B는 Fe를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, B may further include Fe.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 B는 Co, Ni, Cu 또는 Al 를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, B may further include Co, Ni, Cu or Al.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 수소저장합금을 제공한다.In order to achieve the above technical object, another embodiment of the present invention provides a hydrogen storage alloy.

본 발명의 실시예에 있어서, 수소저장합금은, 전체 조성이 TiFe1-xMx 로 표시되는 화학식을 가지며, 상기M은 Cr 및 Mn 중에 선택되는 하나 이상을 포함하고, 상기 x는 0초과 0.3이하일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the hydrogen storage alloy has a chemical formula whose entire composition is represented by TiFe 1-x M x , wherein M includes at least one selected from Cr and Mn, wherein x is greater than 0 0.3 may be below.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 M의 함량이 x범위 내에서 증가할수록 활성화 특성이 상승할 수 있다.In an embodiment of the present invention, as the content of M increases within the x range, the activation characteristic may increase.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 수소저장합금을 제공한다.In order to achieve the above technical object, another embodiment of the present invention provides a hydrogen storage alloy.

본 발명의 실시예에 있어서, 수소저장합금은, 전체 조성이 TiFe1-yMy 로 표시되는 화학식을 가지며, 상기M은 Cr 및 Mn을 포함하되, 상기 Mn의 함량은 Cr의 함량보다 많고, 상기 y는 0.05내지 0.3일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the hydrogen storage alloy has a chemical formula whose entire composition is represented by TiFe 1-y M y , wherein M includes Cr and Mn, wherein the content of Mn is greater than the content of Cr, The y may be 0.05 to 0.3.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 Mn의 함량이 Cr의 함량보다 많은 경우, Mn의 함량이 Cr의 함량보다 적은 경우 보다 수소 방출 후 수소 잔량이 감소할 수 있다.In an embodiment of the present invention, when the content of Mn is greater than the content of Cr, the residual amount of hydrogen after hydrogen release may be reduced than when the content of Mn is less than the content of Cr.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 수소저장합금을 제공한다.In order to achieve the above technical object, another embodiment of the present invention provides a hydrogen storage alloy.

본 발명의 실시예에 있어서, 수소저장합금은, AB계 합금 기지; 및 상기 AB계 합금 기지에 석출된 ABn 합금상을 포함하고, 상기 A 및 B는 금속이고, n은 4≤n≤6 조건을 만족할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the hydrogen storage alloy is an AB-based alloy matrix; and an AB n alloy phase precipitated on the AB-based alloy matrix, wherein A and B are metals, and n may satisfy the condition 4≤n≤6.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 ABn계 합금상에서, 상기 A는 희토류 원소를 포함하고, 상기 B는 전이 금속을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in the AB n -based alloy phase, A may include a rare earth element, and B may include a transition metal.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 수소저장합금의 활성화 방법을 제공한다.In order to achieve the above technical object, another embodiment of the present invention provides a method for activating a hydrogen storage alloy.

본 발명의 실시예에 있어서, 수소저장합금의 활성화 방법은, 상기 수소저장합금의 잉곳(ingot)을 수소저장합금탱크에 장입한 후 실링하는 단계; 상기 실링된 수소저장합금탱크를 진공 배기하는 단계; 및 상기 진공의 수소저장합금탱크 내로 수소를 주입하여 수소저장합금을 활성화 하는 단계; 를 포함한다.In an embodiment of the present invention, the method for activating a hydrogen storage alloy includes: charging an ingot of the hydrogen storage alloy in a hydrogen storage alloy tank and then sealing; evacuating the sealed hydrogen storage alloy tank; and injecting hydrogen into the vacuum hydrogen storage alloy tank to activate the hydrogen storage alloy. includes

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수소저장합금을 활성화 하는 단계는 상온에서 수행될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step of activating the hydrogen storage alloy may be performed at room temperature.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수소저장합금을 활성화 하는 단계는 수소 압력 10 bar 내지 100bar에서 수행될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step of activating the hydrogen storage alloy may be performed at a hydrogen pressure of 10 bar to 100 bar.

본 발명의 실시예에 따르면, AB계 합금 기지에 부분적으로 라베스(Laves) 구조가 형성되도록 Cr 또는 Mn을 첨가하여 성분을 제어함으로써, 상온에서 활성화가 가능해져서 기존의 고온 활성화 공정을 수행하지 않고도 수소를 흡수할 수 있는 수소저장합금을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by controlling the composition by adding Cr or Mn so that a Laves structure is partially formed in the AB-based alloy matrix, activation at room temperature is possible without performing the conventional high-temperature activation process. It is possible to provide a hydrogen storage alloy capable of absorbing hydrogen.

또한, 상기 Cr 또는 Mn이 일정 함량 범위 내에서 많이 첨가될수록, 라베스 상의 분율도 증가되고 라베스 상의 조성에서의 Fe함량이 감소되면서 활성화 특성을 개선할 수 있다.In addition, as Cr or Mn is added more within a certain content range, the fraction of the rabeth phase is increased and the Fe content in the composition of the raves phase is decreased, thereby improving the activation characteristics.

또한, 상기 Cr및 Mn을 모두 포함하되, 상기 Mn의 함량은 Cr의 함량보다 많도록 제어하는 경우, 평탄압의 기울기가 작아져서 수소 방출 시 수소 잔량이 감소되도록 할 수 있다.In addition, when both Cr and Mn are included, and the content of Mn is controlled to be greater than the content of Cr, the slope of the flattening pressure may be reduced so that the residual amount of hydrogen may be reduced when hydrogen is released.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and it should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 수소저장합금(도1(a) 제조예1 및 도1(b) 제조예2)의 SEM 이미지이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 수소저장합금(제조예1 및 제조예2)의 XRD 그래프이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 수소저장합금의 단위 시간 당 수소 흡착 그래프이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 비교예1 내지 비교예4의 XRD 그래프이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 수소저장합금(제조예3 내지 제조예5)의 SEM 이미지이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른, (a) 수소저장합금의 단위 시간 당 수소 흡착 그래프이다. (b) 수소저장합금의 pct 다이어그램이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 수소저장합금의 pct 다이어그램이다.
1 is an SEM image of a hydrogen storage alloy (FIG. 1 (a) Preparation Example 1 and FIG. 1 (b) Preparation Example 2) according to an embodiment of the present invention.
2 is an XRD graph of a hydrogen storage alloy (Preparation Example 1 and Preparation Example 2) according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph of hydrogen adsorption per unit time of a hydrogen storage alloy according to an embodiment of the present invention.
4 is an XRD graph of Comparative Examples 1 to 4 according to an embodiment of the present invention.
5 is an SEM image of a hydrogen storage alloy (Preparation Examples 3 to 5) according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing hydrogen adsorption per unit time of (a) a hydrogen storage alloy according to an embodiment of the present invention. (b) pct diagram of hydrogen storage alloy.
7 is a pct diagram of a hydrogen storage alloy according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in several different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected (connected, contacted, coupled)" with another part, it is not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member interposed therebetween. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further provided without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명의 일 실시예에 따른 수소저장합금을 설명한다.A hydrogen storage alloy according to an embodiment of the present invention will be described.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 수소저장합금의 SEM 이미지이다.1 is an SEM image of a hydrogen storage alloy according to an embodiment of the present invention.

도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소저장합금은, AB계 합금 기지; 및 상기 AB계 합금 기지에 석출된 라베스(Laves) 구조의 ABm 합금상을 포함하고, 상기 A 및 B는 금속이고, m은 1.2≤m≤2.5 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.Referring to Figure 1, the hydrogen storage alloy according to an embodiment of the present invention, AB-based alloy matrix; and an AB m alloy phase having a Laves structure deposited on the AB-based alloy matrix, wherein A and B are metals, and m is characterized in that 1.2≤m≤2.5 conditions are satisfied.

상기 AB계 합금 기지는, A성분 금속(금속A)과 B성분 금속(금속B)의 양론비가 1:1로 구성된 합금이다. 그의 결정 구조로 예를 들어, Cubic(입방) 구조를 가질 수 있고, ABH2의 수소화물을 형성할 수 있다.The AB-based alloy matrix is an alloy composed of a stoichiometric ratio of A component metal (metal A) and B component metal (metal B) of 1:1. Its crystal structure may have, for example, a Cubic (cubic) structure, and may form a hydride of ABH 2 .

상기 ABm 합금상은 A성분 금속(금속A)과 B성분 금속(금속B)의 양론비가 1:1.2~2.5로 구성된 합금이다.The AB m alloy phase is an alloy composed of a stoichiometric ratio of A component metal (metal A) and B component metal (metal B) of 1:1.2 to 2.5.

본 명세서에서 라베스 구조(Laves structure)와 라베스 상(Laves phase)은 동일한 의미로 사용될 수 있다.In the present specification, the terms Laves structure and Laves phase may be used as the same meaning.

상기 ABm 합금상은 라베스 구조를 갖는데, 일반적으로 라베스 상(Laves phase)을 갖는 합금은 AB2계 합금이다. 본 발명의 ABm 합금상은 A와 B의 원자 분율이 정확하게 1:2는 아니지만 AB2계 합금처럼 라베스 구조를 갖는다.The AB m alloy phase has a Laves structure, and in general, an alloy having a Laves phase is an AB 2 -based alloy. Although the AB m alloy phase of the present invention has an atomic fraction of A and B not exactly 1:2, it has a Labes structure like the AB two -based alloy.

상기 금속A는 수소와의 높은 화학 친화도를 보이기 때문에 안정적인 수소화물을 형성하는 반면, 금속B는 수소화물의 안정성을 낮춰 가역적인 반응을 가능하게 하는 성분이다.Since the metal A shows a high chemical affinity with hydrogen, it forms a stable hydride, whereas the metal B is a component enabling a reversible reaction by lowering the stability of the hydride.

금속A가 과다한 경우 수소를 너무 강하게 잡아서 수소 방출이 어렵고, 금속B가 과다한 경우 수소를 잘 흡수하지 않을 수 있어서, 적절한 비율로 수소저장합금을 제조할 필요성이 있다.If metal A is excessive, hydrogen release is difficult because hydrogen is held too strongly, and if metal B is excessive, hydrogen may not be absorbed well, so there is a need to prepare a hydrogen storage alloy in an appropriate ratio.

상기 AB계 합금 기지에서, 상기 A는 Ti(티타늄), Zr(지르코늄) 또는 V(바나듐)를 포함하고, 상기 B는 Fe(철)를 포함할 수 있다.In the AB-based alloy matrix, A may include Ti (titanium), Zr (zirconium) or V (vanadium), and B may include Fe (iron).

구체적 예로, 상기 AB계 합금 기지는 TiFe 합금 기지일 수 있다.As a specific example, the AB-based alloy matrix may be a TiFe alloy matrix.

예를 들어, 상기 Ti의 일부가 Zr로 치환되는 경우 수소 흡수 능력이 향상하고 사이클 성능이 우수해 질 수 있다.For example, when a part of Ti is substituted with Zr, hydrogen absorption capacity may be improved and cycle performance may be improved.

예를 들어, 상기 Ti의 일부가 V로 치환되는 경우 활성화 특성이 향상할 수 있다.For example, when a part of Ti is substituted with V, the activation characteristic may be improved.

상기 ABm 합금상에서, 상기 A는 Ti, Zr 또는 V를 포함하고, 상기 B는 Cr(크롬) 및 Mn(망간) 중에 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.In the AB m alloy phase, A may include Ti, Zr, or V, and B may include at least one selected from Cr (chromium) and Mn (manganese).

또한, 상기 B는 Fe를 더 포함할 수도 있다.In addition, the B may further include Fe.

또한, 상기 B는 Co, Ni, Cu 또는 Al 를 더 포함할 수도 있다.In addition, B may further include Co, Ni, Cu or Al.

예를 들어, 상기 ABm 합금상은 TiCr계, TiFeCr계, TiMn계, TiFeMn계, TiCrMn계, TiFeCrMn계, Ti(V)FeCr계 또는 Ti(Zr)FeMn계를 포함할 수 있다.For example, the AB m alloy phase may include TiCr-based, TiFeCr-based, TiMn-based, TiFeMn-based, TiCrMn-based, TiFeCrMn-based, Ti(V)FeCr-based, or Ti(Zr)FeMn-based.

예를 들어, AB계 합금 기지가 TiFe인 경우, 상기 Cr 또는 Mn이 Fe의 일부를 치환하여 라베스 구조의 ABm 합금상을 형성할 수 있고, 상기 ABm 합금상이 TiFe합금 기지에 부분적으로 석출될 수 있는 것이다.For example, when the AB-based alloy matrix is TiFe, the Cr or Mn may substitute a part of Fe to form an AB m alloy phase of a Laves structure, and the AB m alloy phase is partially precipitated on the TiFe alloy matrix it can be

TiFe 합금은 일반적으로 수소저장합금으로 많이 사용되는 LaNi5 보다 수소저장량이 더 우수하고, 수소를 흡착 및 방출하는 반복적인 가역 반응에서도 성능의 저하가 거의 없으며, 가격적인 측면에도 훨씬 경제적이다.TiFe alloy has better hydrogen storage capacity than LaNi 5 , which is generally used as a hydrogen storage alloy, and there is almost no degradation in performance even in repeated reversible reactions that adsorb and release hydrogen, and it is much more economical in terms of price.

그러나, 상기 TiFe 합금은 이를 활용하기 위해 합금 잉곳을 분쇄하거나 저장합금탱크에 장입되는 과정에서 대기에 노출되어 얇은 산화막이 형성되며, 상기 산화막에 의해 수소의 흡수가 이루어지지 않는다. 따라서, 종래의 TiFe 합금은 고온 열처리에 의해 표면 산화막을 제거하기 위한 공정인 고온(약 400℃ 이상)의 활성화(Activation) 공정이 필수적으로 필요하게 되고, 이는 고온에서 이루어지므로, 용기 내구성에 부하를 주었고, 공정의 비용이 증가하는 문제점이 있었다.However, in order to utilize the TiFe alloy, a thin oxide film is formed by crushing the alloy ingot or exposed to the atmosphere in the process of being charged in a storage alloy tank, and hydrogen is not absorbed by the oxide film. Therefore, in the conventional TiFe alloy, an activation process at a high temperature (about 400° C. or higher), which is a process for removing the surface oxide film by high-temperature heat treatment, is essential, and since this is done at a high temperature, the load on the durability of the container is increased. and there was a problem in that the cost of the process increased.

따라서, 본 발명의 AB계 합금 기지; 및 상기 AB계 합금 기지에 석출된 라베스(Laves) 구조의 ABm 합금상을 포함하고, m은 1.2≤m≤2.5 조건을 만족하는 수소저장합금을 제공하여, 고온의 활성화 공정 없이도 상온에서 활성화 되어 수소를 흡수할 수 있도록 하였다.Accordingly, the AB-based alloy matrix of the present invention; and an AB m alloy phase having a Laves structure precipitated on the AB-based alloy matrix, wherein m provides a hydrogen storage alloy satisfying the condition 1.2≤m≤2.5, enabling activation at room temperature without a high temperature activation process to be able to absorb hydrogen.

상기 ABm 합금상은 AB2계와 유사하게 라베스 구조를 가지며, 표면산화막이 존재하는 데에도 불구하고 수소 흡수에 지장이 없다는 특성이 있다.The AB m alloy phase has a Labes structure similar to that of the AB 2 system, and has no problem in hydrogen absorption despite the presence of a surface oxide film.

따라서, 상기 AB계 합금 기지에 석출된 ABm 합금상이 수소 흡수 채널 역할을 하여 수소저장합금 내부로 수소를 흡수하게 되고, 상기ABm 합금상을 통해 흡수된 수소에 의해 소재의 부피 팽창 및 수소 취성에 의해 AB계 합금 소재가 깨지면서 산화되지 않은 표면이 나타나서, 첫 수소를 받아들인 이후에는 AB 합금 기지에 의해서도 수소를 흡수할 수 있게 된다. 즉, 상온(저온)에서 활성화가 가능해지는 것이다.Therefore, the AB m alloy phase deposited on the AB-based alloy matrix acts as a hydrogen absorption channel to absorb hydrogen into the hydrogen storage alloy, and the volume expansion of the material and hydrogen embrittlement by the hydrogen absorbed through the AB m alloy phase As the AB-based alloy material is cracked, an unoxidized surface appears, and after receiving the first hydrogen, hydrogen can be absorbed by the AB alloy matrix. That is, activation becomes possible at room temperature (low temperature).

상기 상온은 20℃ 내지 25℃의 온도를 의미할 수 있으나, 종래와 비교하여 비교적 저온인 10℃ 내지 100℃의 온도범위를 포함할 수도 있다.The room temperature may mean a temperature of 20° C. to 25° C., but may include a temperature range of 10° C. to 100° C., which is relatively low compared to the prior art.

본 발명의 다른 실시예에 따른 수소저장합금은, 전체 조성이 TiFe1-xMx 로 표시되는 화학식을 가지며, 상기M은 Fe의 일부를 치환하는 금속으로 Cr 및 Mn 중에 선택되는 하나 이상을 포함하고, 상기 x는 0초과 0.3이하인 것을 특징으로 한다.The hydrogen storage alloy according to another embodiment of the present invention has a chemical formula whose entire composition is represented by TiFe 1-x M x , wherein M is a metal substituting a part of Fe and includes at least one selected from Cr and Mn and x is greater than 0 and less than or equal to 0.3.

상기 Fe의 일부를 Cr 또는 Mn으로 치환하면서 TiFe 기지에 부분적으로 라베스상을 형성시킴으로써 기존 TiFe에 비해 활성화 특성이 크게 향상하는 효과를 갖게 된다.By substituting a portion of Fe with Cr or Mn to form a Laves phase partially on the TiFe matrix, the activation characteristic is greatly improved compared to the conventional TiFe.

상기 Ti의 일부 또는 전부를 Zr로 치환할 수 있다.Part or all of Ti may be substituted with Zr.

상기 Zr 치환에 의해 수소 흡수 능력이 향상하고 사이클 성능이 우수해 질 수 있다.By the Zr substitution, hydrogen absorption capacity may be improved and cycle performance may be improved.

또한, 상기 Ti의 일부 또는 전부를 V로 치환할 수 있다.In addition, part or all of Ti may be substituted with V.

상기 V 치환에 의해 활성화 특성이 향상할 수 있다.Activation characteristics may be improved by the V substitution.

또한, 상기 Fe의 일부를 Co, Ni, Cu 또는 Al로 치환할 수도 있다.In addition, a part of Fe may be substituted with Co, Ni, Cu or Al.

상기M의 원자 분율 x가 0.3초과인 경우에는 평탄압이 너무 낮아져서 수소의 방출이 어려워질 수 있다.When the atomic fraction x of M is greater than 0.3, the flat pressure may be too low to make it difficult to release hydrogen.

예를 들어, 상기TiFe1-xMx 은 TiFe0.8Cr0.2 또는 TiFe0.8Mn0.2 일 수 있고, Cr 및 Mn을 동시에 포함할 수도 있으며, 상기 M의 분율(0초과 0.3 이하) 내에서는 어떠한 조합도 가능하다.For example, the TiFe 1-x M x may be TiFe 0.8 Cr 0.2 or TiFe 0.8 Mn 0.2 , may include Cr and Mn simultaneously, and any combination within the fraction of M (more than 0 and less than or equal to 0.3) It is possible.

상기 M(Cr, Mn 또는 이들의 혼합물)의 함량이 x범위 내에서 증가할수록 활성화 특성이 상승할 수 있다.As the content of M (Cr, Mn, or a mixture thereof) increases within the x range, the activation characteristic may increase.

이는, Cr 또는 Mn의 함량이 증가할수록 AB 합금 기지에 석출된 라베스 상의 면적이 넓어지기 때문이다.This is because, as the content of Cr or Mn increases, the area of the Laves phase deposited on the AB alloy matrix increases.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수소저장합금은, 전체 조성이 TiFe1-yMy 로 표시되는 화학식을 가지며, 상기M은 Cr 및 Mn 모두 포함하되, 상기 Mn의 함량은 Cr의 함량보다 많고, y는 0.05내지 0.3인 것을 특징으로 한다.The hydrogen storage alloy according to another embodiment of the present invention has a chemical formula whose entire composition is represented by TiFe 1-y M y , wherein M includes both Cr and Mn, wherein the Mn content is greater than the Cr content , y is characterized in that 0.05 to 0.3.

상기 Ti의 일부 또는 전부를 Zr로 치환할 수 있다.Part or all of Ti may be substituted with Zr.

상기 Zr 치환에 의해 수소 흡수 능력이 향상하고 사이클 성능이 우수해 질 수 있다.By the Zr substitution, hydrogen absorption capacity may be improved and cycle performance may be improved.

또한, 상기 Ti의 일부 또는 전부를 V로 치환할 수 있다.In addition, part or all of Ti may be substituted with V.

상기 V 치환에 의해 활성화 특성이 향상할 수 있다.Activation characteristics may be improved by the V substitution.

또한, 상기 Fe의 일부를 Co, Ni, Cu 또는 Al로 치환할 수도 있다.In addition, a part of Fe may be substituted with Co, Ni, Cu or Al.

상기M의 원자 분율 y가 0.05 미만인 경우에는 Cr과 Mn이 Fe를 동시에 대체하면서도 라베스 상을 형성해야 하는 조건을 만족하지 못할 수 있고, 0.3 초과인 경우에는 평탄압이 너무 낮아져서 수소의 방출이 어려울 수 있다.If the atomic fraction y of M is less than 0.05, Cr and Mn may not satisfy the condition for forming a Laves phase while simultaneously replacing Fe. can

예를 들어, 상기 TiFe1-yMy 은 TiFe0.7Cr0.1Mn0.2일 수 있고, Cr 및 Mn을 동시에 포함하면서 Mn 함량이 더 많으며, 상기 M의 분율(0.05내지 0.3) 내에서는 어떠한 조합도 가능하다.For example, the TiFe 1-y M y may be TiFe 0.7 Cr 0.1 Mn 0.2 , and contains Cr and Mn at the same time and has a higher Mn content, and any combination is possible within the fraction of M (0.05 to 0.3). do.

상기 Mn의 함량이 Cr의 함량보다 많은 경우, Mn의 함량이 Cr의 함량보다 적은 경우 보다 평탄압의 기울기가 작아질 수 있다(도7 참조).When the content of Mn is greater than the content of Cr, the slope of the flat pressure may be smaller than when the content of Mn is less than the content of Cr (see FIG. 7 ).

즉, 평탄압의 기울기가 평탄해져서, 수소의 방출 시 동일한 온도를 올려도 더 많은 양을 방출할 수 있어서, 수소 방출 후의 수소 잔량이 적어지며, 이로써 같은 부피의 수소저장합금으로 더 많은 수소를 사용할 수 있는 효과가 있다.That is, the slope of the flat pressure is flattened, so that a larger amount can be emitted even when the same temperature is raised when the hydrogen is released, so that the residual amount of hydrogen after hydrogen release is reduced, so that more hydrogen can be used with the same volume of hydrogen storage alloy there is an effect

또한, 상기 Cr 및 Mn함량이 증가할수록 활성화 특성이 상승할 수 있다. 이는 Cr및 Mn이 첨가될수록 먼저 라베스상의 분율도 증가되고 라베스상의 조성에서의 Fe함량이 감소되면서 활성화 특성이 개선되기 때문이다. 하지만, 상기 Cr 및 Mn의 총함량은 원자 분율 0.05 내지 0.3 내에서 조절 가능하다.In addition, as the Cr and Mn content increases, the activation characteristic may increase. This is because, as Cr and Mn are added, the fraction of the Raves phase is increased first, and the Fe content in the composition of the Raves phase is decreased and the activation characteristics are improved. However, the total content of Cr and Mn can be controlled within an atomic fraction of 0.05 to 0.3.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수소저장합금은, AB계 합금 기지; 및 상기 AB계 합금 기지에 석출된 ABn 합금상을 포함하고, 상기 A 및 B는 금속이고, n은 4≤n≤6 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.Hydrogen storage alloy according to another embodiment of the present invention, AB-based alloy base; and an AB n alloy phase precipitated on the AB-based alloy matrix, wherein A and B are metals, and n is characterized in that 4≤n≤6 conditions are satisfied.

상기 ABn 합금상은 A성분 금속(금속A)과 B성분 금속(금속B)의 양론비가 1: 4~6으로 구성된 합금이다.The AB n alloy phase is an alloy composed of a stoichiometric ratio of A component metal (metal A) and B component metal (metal B) of 1: 4-6.

ABn 합금상에서, 상기 A는 희토류 원소를 포함하고, 상기 B는 전이금속을 포함할 수 있다.In the AB n alloy phase, A may include a rare earth element, and B may include a transition metal.

예를 들어, 상기 A는 La(란타넘), Ce(세륨) 또는 Mischmetal를 포함할 수 있다.For example, A may include La (lanthanum), Ce (cerium), or Mischmetal.

예를 들어, 상기 B는 Ni(니켈), 코발트(Co), 망간(Mn) 또는 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.For example, B may include Ni (nickel), cobalt (Co), manganese (Mn), or aluminum (Al).

구체적 예로, 상기 ABn 합금상은 LaNi5 일 수 있다.As a specific example, the AB n alloy phase may be LaNi 5 .

예를 들어, AB계 합금 기지가 TiFe인 경우, 상기 La가 상기 Ti의 일부를 치환하고, Ni 상기 Fe의 일부를 치환하여, TiFe 합금 기지에 LaNi5가 부분적으로 석출될 수 있다.For example, when the AB-based alloy matrix is TiFe, LaNi 5 may be partially precipitated in the TiFe alloy matrix by substituting a part of the Ti and Ni substituting a part of the Fe.

ABn 합금상은 A와 B의 원자 분율이 정확하게 1:5는 아닐 수 있으나, AB5계와 유사한 구조를 갖고 표면산화막이 존재하는 데에도 불구하고 수소 흡수에 지장이 없다는 특성이 있다.Although the atomic fraction of A and B may not be exactly 1:5 in the AB n alloy phase, it has a structure similar to that of the AB 5 system and has a characteristic that hydrogen absorption is not disturbed despite the presence of a surface oxide film.

따라서, 상기 AB계 합금 기지에 석출된 ABn 합금상이 수소 흡수 채널 역할을 하여 수소저장합금 내부로 수소를 흡수하게 되고, 상기ABn 합금상을 통해 흡수된 수소에 의해 소재의 부피 팽창 및 수소 취성에 의해 AB계 합금 소재가 깨지면서 산화되지 않은 표면이 나타나서, 첫 수소를 받아들인 이후에는 AB 합금 기지에 의해서도 수소를 흡수할 수 있게 된다. 즉, 상온(저온)에서 활성화가 가능해지는 것이다.Therefore, the AB n alloy phase deposited on the AB-based alloy matrix acts as a hydrogen absorption channel to absorb hydrogen into the hydrogen storage alloy, and the volume expansion of the material and hydrogen embrittlement by the hydrogen absorbed through the AB n alloy phase As the AB-based alloy material is cracked, an unoxidized surface appears, and after receiving the first hydrogen, the AB alloy matrix can also absorb hydrogen. That is, activation becomes possible at room temperature (low temperature).

상기 상온은 20℃ 내지 25℃의 온도를 의미할 수 있으나, 종래와 비교하여 비교적 저온인 10℃ 내지 100℃의 온도범위를 포함할 수도 있다.The room temperature may mean a temperature of 20° C. to 25° C., but may include a temperature range of 10° C. to 100° C., which is relatively low compared to the prior art.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수소저장합금의 활성화 방법을 설명한다.A method of activating a hydrogen storage alloy according to another embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수소저장합금의 활성화 방법은, 본 발명의 수소저장합금의 잉곳(ingot)을 수소저장합금탱크에 장입한 후 실링(sealing)하는 단계(S100); 상기 실링된 수소저장합금탱크를 진공 배기하는 단계(S200); 및 상기 진공의 수소저장합금탱크 내로 수소를 주입하여 수소저장합금을 활성화 하는 단계(S300); 를 포함한다.A method for activating a hydrogen storage alloy according to another embodiment of the present invention includes the steps of charging an ingot of the hydrogen storage alloy of the present invention into a hydrogen storage alloy tank and then sealing (S100); evacuating the sealed hydrogen storage alloy tank (S200); and injecting hydrogen into the vacuum hydrogen storage alloy tank to activate the hydrogen storage alloy (S300); includes

첫째 단계에서, 상단에서 설명한 본 발명의 수소저장합금의 잉곳(ingot)을 수소저장합금탱크에 장입한 후 실링(sealing)한다(S100).In the first step, the ingot of the hydrogen storage alloy of the present invention described above is charged and then sealed in the hydrogen storage alloy tank (S100).

상기 수소저장합금의 잉곳이 수소저장합금탱크에 장입하기에 너무 큰 경우 분쇄할 수도 있다.If the ingot of the hydrogen storage alloy is too large to be charged in the hydrogen storage alloy tank, it may be pulverized.

상기 잉곳이 탱크로 장입되고 탱크가 차폐됨으로써 외부 환경으로부터 보호될 수 있다.The ingot may be charged into the tank and protected from the external environment by shielding the tank.

그러나, 수소저장합금이 분쇄되거나 탱크에 장입되는 과정에서 이미 대기에 노출되면서 상기 분쇄된 수소저장합금 표면에 얇은 산화막이 형성된다. 종래에는 산화막을 제거하기 위해 고온의 열처리가 필요했으나, 본 발명의 수소저장합금은 산화막이 형성되어도 수소 저장이(흡수가) 가능한 통로인 ABm 합금상 또는 ABn 합금상 영역을 가지고 있으므로, 따로 고온(약 400℃ 이상)의 활성화 공정이 필요하지 않다.However, a thin oxide film is formed on the surface of the pulverized hydrogen storage alloy as it is already exposed to the atmosphere while the hydrogen storage alloy is pulverized or charged in a tank. Conventionally, high-temperature heat treatment was required to remove the oxide film, but the hydrogen storage alloy of the present invention has an AB m alloy phase or AB n alloy phase region, which is a passage through which hydrogen can be stored (absorbed) even when an oxide film is formed. There is no need for an activation process at a high temperature (over about 400°C).

둘째 단계에서, 상기 실링된 수소저장합금탱크를 진공 배기한다(S200).In the second step, the sealed hydrogen storage alloy tank is evacuated (S200).

수소저장합금탱크 내부를 진공으로 유지하여 수소와 반응이 용이하도록 준비한다.Prepare for easy reaction with hydrogen by maintaining a vacuum inside the hydrogen storage alloy tank.

셋째 단계에서, 상기 진공의 수소저장합금탱크 내로 수소를 주입하여 수소저장합금을 활성화 한다(S300).In the third step, hydrogen is injected into the vacuum hydrogen storage alloy tank to activate the hydrogen storage alloy (S300).

상기 수소가 주입되어 탱크 내부에 있던 수소저장합금과 반응하여 수소저장합금 내부에 수소 저장이 가능하게 된다.The hydrogen is injected and reacts with the hydrogen storage alloy in the tank to enable storage of hydrogen in the hydrogen storage alloy.

상기 수소저장합금을 활성화 하는 단계는 상온에서 수행될 수 있다.The step of activating the hydrogen storage alloy may be performed at room temperature.

상기 상온은 20℃ 내지 25℃의 온도를 의미할 수 있으나, 종래와 비교하여 비교적 저온인 10℃ 내지 100℃의 온도범위를 포함할 수도 있다.The room temperature may mean a temperature of 20° C. to 25° C., but may include a temperature range of 10° C. to 100° C., which is relatively low compared to the prior art.

본 발명의 수소저장합금은 AB계 합금 기지에 ABm 합금상 또는 ABn 합금상을 석출시킨 합금으로, 상기 ABm 합금상 또는 ABn 합금상은 AB계 합금 기지에 부분적으로 존재할 수 있다. 첫 수소를 흡수하기 전의 산화막이 형성된 AB계 합금 기지는 고온의 활성화 공정(고온 열처리로 산화막을 제거시킴)없이 수소 흡수가 불가능하지만, 상기 ABm 합금상 또는 ABn 합금상은 산화막 형성에도 불구하고 수소를 흡수할 수 있으므로 수소 흡수 채널 역할을 하여 수소저장합금 내부로 수소를 흡수하게 되고, 상기 ABm 합금상 또는 ABn 합금상을 통해 흡수된 수소에 의해 소재의 부피 팽창 및 수소 취성에 의해 AB계 합금 소재가 깨지면서 산화되지 않은 표면이 나타나서, 첫 수소를 받아들인 이후에는 AB 합금 기지에 의해서도 수소를 흡수할 수 있게 된다. 즉, 상온(저온)에서 활성화가 가능해지는 것이다.The hydrogen storage alloy of the present invention is an alloy in which an AB m alloy phase or an AB n alloy phase is precipitated on an AB-based alloy matrix, and the AB m alloy phase or AB n alloy phase may be partially present in the AB-based alloy matrix. Although the AB-based alloy matrix on which the oxide film is formed before absorbing hydrogen for the first time cannot absorb hydrogen without a high-temperature activation process (removing the oxide film by high-temperature heat treatment), the AB m alloy phase or AB n alloy phase is hydrogen despite the formation of an oxide film. Since it can absorb hydrogen, it acts as a hydrogen absorption channel and absorbs hydrogen into the hydrogen storage alloy. As the alloy material cracks, an unoxidized surface appears, allowing hydrogen to be absorbed by the AB alloy matrix after accepting the first hydrogen. That is, activation becomes possible at room temperature (low temperature).

또한, 상기 수소저장합금을 활성화 하는 단계는 수소 압력 10 bar 내지 100bar에서 수행될 수 있다.In addition, the step of activating the hydrogen storage alloy may be performed at a hydrogen pressure of 10 bar to 100 bar.

상기 수소 압력이 10 bar 미만인 경우에는 압력이 너무 낮아서 활성화가 어려울 수 있고, 100bar 초과인 경우에는 실제 수소저장 압력보다 과도한 압력을 사용하게 되는 것일 수 있다.When the hydrogen pressure is less than 10 bar, activation may be difficult because the pressure is too low, and when the hydrogen pressure is greater than 100 bar, an excessive pressure than the actual hydrogen storage pressure may be used.

예를 들어, 상기 수소저장합금을 활성화 하는 단계는 25℃ 온도 및 60 bar의 수소 압력 조건에서, 2시간 동안 수행할 수 있다.For example, the step of activating the hydrogen storage alloy may be performed for 2 hours at a temperature of 25° C. and a hydrogen pressure of 60 bar.

이후에 수소를 사용할 때, 탱크 내부의 압력을 낮추거나 및 온도를 올려서 합금 내 수소 원자를 수소 기체로 다시 방출시킬 수 있다.When hydrogen is subsequently used, the hydrogen atoms in the alloy can be released back into hydrogen gas by lowering the pressure inside the tank or raising the temperature.

이하에서는 제조예, 비교예 및 실험예를 통해 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 하지만 본 발명이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Preparation Examples, Comparative Examples and Experimental Examples. However, the present invention is not limited to the following Examples and Experimental Examples.

제조예1Preparation Example 1

Ti 50at%, Fe 40at% 및 Mn 10at%를 각각 칭량하여 도가니에 넣고 가열한 후 냉각하여, TiFe 합금 기지에 부분적으로 석출된 라베스 상을 갖는 TiFe0.8Mn0.2 수소저장합금을 제조하였다.50at% of Ti, 40at% of Fe, and 10at% of Mn were weighed, respectively, put into a crucible, heated and cooled to prepare a TiFe 0.8 Mn 0.2 hydrogen storage alloy having a Labes phase partially precipitated on a TiFe alloy matrix.

제조예2Production Example 2

Ti 50at%, Fe 40at% 및 Cr 10at%를 각각 칭량하여 도가니에 넣고 가열한 후 냉각하여, TiFe 합금 기지에 부분적으로 석출된 라베스 상을 갖는 TiFe0.8Cr0.2 수소저장합금을 제조하였다.50at% of Ti, 40at% of Fe, and 10at% of Cr were weighed, respectively, put into a crucible, heated and cooled to prepare a TiFe 0.8 Cr 0.2 hydrogen storage alloy having a Labes phase partially precipitated on a TiFe alloy matrix.

제조예3Production Example 3

Ti 50at%, Fe 42.5at%, Cr 5at% 및 Mn 2.5at%를 각각 칭량하여 도가니에 넣고 가열한 후 냉각하여, TiFe 합금 기지에 부분적으로 석출된 라베스 상을 갖는 TiFe0.85Cr0.1Mn0.05 수소저장합금을 제조하였다.TiFe 0.85 Cr 0.1 Mn 0.05 Hydrogen with 50at% of Ti, 42.5at% of Fe, 5at% of Cr and 2.5at% of Mn, respectively, weighed, put into a crucible, heated and cooled, and have a Labes phase partially precipitated on a TiFe alloy matrix A storage alloy was prepared.

제조예4Preparation 4

Ti 50at%, Fe 40at%, Cr 5at% 및 Mn 5at%를 각각 칭량하여 도가니에 넣고 가열한 후 냉각하여, TiFe 합금 기지에 부분적으로 석출된 라베스 상을 갖는 TiFe0.8Cr0.1Mn0.1 수소저장합금을 제조하였다.TiFe 0.8 Cr 0.1 Mn 0.1 hydrogen storage alloy having a labes phase partially precipitated on a TiFe alloy matrix by weighing 50at% of Ti, 40at% of Fe, 5at% of Cr, and 5at% of Mn, respectively, putting it into a crucible, heating it, and cooling it was prepared.

제조예5Production Example 5

Ti 50at%, Fe 35at%, Cr 5at% 및 Mn 10at%를 각각 칭량하여 도가니에 넣고 가열한 후 냉각하여, TiFe 합금 기지에 부분적으로 석출된 라베스 상을 갖는 TiFe0.7Cr0.1Mn0.2 수소저장합금을 제조하였다.TiFe 0.7 Cr 0.1 Mn 0.2 hydrogen storage alloy having a Labes phase partially precipitated on a TiFe alloy matrix by weighing 50at% of Ti, 35at% of Fe, 5at% of Cr, and 10at% of Mn, respectively, putting it into a crucible, heating it, and cooling it was prepared.

비교예1Comparative Example 1

Ti 50at%, Fe 35at% 및 Ni 15at%를 각각 칭량하여 도가니에 넣고 가열한 후 냉각하여 TiFe0.7Ni0.3 수소저장합금을 제조하였다.TiFe 0.7 Ni 0.3 hydrogen storage alloy was prepared by weighing 50 at% Ti, 35 at% Fe, and 15 at% Ni, respectively, putting them into a crucible, heating and cooling.

비교예2Comparative Example 2

Ti 50at%, Fe 35at% 및 Co 15at%를 각각 칭량하여 도가니에 넣고 가열한 후 냉각하여 TiFe0.7Co0.3 수소저장합금을 제조하였다.Each of Ti 50at%, Fe 35at% and Co 15at% was weighed, put into a crucible, heated and cooled to prepare a TiFe 0.7 Co 0.3 hydrogen storage alloy.

비교예3Comparative Example 3

Ti 50at%, Fe 35at% 및 Cu 15at%를 각각 칭량하여 도가니에 넣고 가열한 후 냉각하여 TiFe0.7Cu0.3 수소저장합금을 제조하였다.Each of Ti 50at%, Fe 35at% and Cu 15at% was weighed, put into a crucible, heated, and cooled to prepare a TiFe 0.7 Cu 0.3 hydrogen storage alloy.

비교예4Comparative Example 4

Ti 50at%, Fe 35at% 및 Al 15at%를 각각 칭량하여 도가니에 넣고 가열한 후 냉각하여 TiFe0.7Al0.3 수소저장합금을 제조하였다.TiFe 0.7 Al 0.3 hydrogen storage alloy was prepared by weighing 50 at% Ti, 35 at% Fe, and 15 at% Al, respectively, putting it into a crucible, heating it, and cooling it.

실험예Experimental example

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 수소저장합금(도1(a) 제조예1 및 도1(b) 제조예2)의 SEM 이미지이다.1 is an SEM image of a hydrogen storage alloy (FIG. 1 (a) Preparation Example 1 and FIG. 1 (b) Preparation Example 2) according to an embodiment of the present invention.

도1을 참조하면, 제조예1 및 제조예2는 TiFe 합금 기지(어두운 영역)에 라베스상(밝은 영역)이 부분적으로 석출된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 1 , in Preparation Examples 1 and 2, it can be seen that the Laves phase (bright region) was partially precipitated on the TiFe alloy matrix (dark region).

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 수소저장합금(제조예1 및 제조예2)의 XRD 그래프이다.2 is an XRD graph of a hydrogen storage alloy (Preparation Example 1 and Preparation Example 2) according to an embodiment of the present invention.

도2를 참조하면, 제조예1 및 제조예2에서 라베스(Laves) 구조 peak이 형성된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2 , it can be seen that a Laves structure peak was formed in Preparation Examples 1 and 2.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 수소저장합금의 단위 시간 당 수소 흡착 그래프이다.3 is a graph of hydrogen adsorption per unit time of a hydrogen storage alloy according to an embodiment of the present invention.

도3을 참조하면, 수소 흡수/방출 거동을 분석하는 PCT(pressure-concentration-temperature) 장비를 이용하여 수소의 초기 활성화 특성을 측정하였다. 먼저, TiFe 단상 합금, 제조예1 및 제조예2를 각각 독립적으로 장입하여 상온에서 진공 배기 30분 수행 후 수소 40 bar을 인가하여 2시간 유지하였다. TiFe 단상은 수소를 전혀 흡수하지 않았고(고온의 활성화 열처리 안했으므로), Cr 또는 Mn을 첨가하여 라베스상을 석출시킨 수소저장합금은 수소 흡수량이 훨씬 우수한 것을 확인할 수 있다. Cr의 경우는 Mn에 비해 초기 흡수가 매우 빠르고, Mn은 수소를 점차 흡수하는 특징이 있었다.Referring to FIG. 3 , the initial activation characteristics of hydrogen were measured using a pressure-concentration-temperature (PCT) device that analyzes hydrogen absorption/release behavior. First, TiFe single-phase alloy, Preparation Example 1 and Preparation Example 2 were each independently charged and evacuated at room temperature for 30 minutes, then 40 bar of hydrogen was applied and maintained for 2 hours. It can be seen that the TiFe single phase did not absorb hydrogen at all (since it was not subjected to high-temperature activation heat treatment), and the hydrogen storage alloy in which Cr or Mn was added to precipitate the Laves phase showed much better hydrogen absorption. In the case of Cr, compared to Mn, the initial absorption is very fast, and Mn has the characteristic of gradually absorbing hydrogen.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 비교예1 내지 비교예4의 XRD 그래프이다. 4 is an XRD graph of Comparative Examples 1 to 4 according to an embodiment of the present invention.

도4를 참조하면, 비교예1 내지 비교예4는 라베스상이 형성되지 않는다는 것을 확인할 수 있다. 즉, AB계 단상만 형성될 뿐, 라베스상이 형성되지 않았다.Referring to FIG. 4 , it can be confirmed that in Comparative Examples 1 to 4, the Labes phase was not formed. That is, only the AB-based single phase was formed, and the Labes phase was not formed.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 수소저장합금(제조예3 내지 제조예5)의 SEM 이미지이다.5 is an SEM image of a hydrogen storage alloy (Preparation Examples 3 to 5) according to an embodiment of the present invention.

도5를 참조하면, Cr을 0.1(원자분율)로 고정하고 Mn 함량을 늘리고 Fe 함량을 줄이면서 수소저장합금을 제조하였다. 제조예3 내지 제조예5에서, TiFe 합금 기지(어두운 영역)에 라베스상(밝은영역)이 부분적으로 석출된 것을 확인할 수 있다. 제조예3의 Mn 및 Cr의 총 원자 분율은 0.15이고, 제조예4의 Mn 및 Cr의 총 원자 분율은 0.2이고, 제조예5의 Mn 및 Cr의 총 원자 분율은 0.3이다. 이에 따라 석출된 라베스 상의 영역을 살펴보면, 제조예5가 가장 많은 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, a hydrogen storage alloy was prepared by fixing Cr to 0.1 (atomic fraction), increasing the Mn content and decreasing the Fe content. In Preparation Examples 3 to 5, it can be seen that the Laves phase (light region) was partially precipitated on the TiFe alloy matrix (dark region). The total atomic fraction of Mn and Cr of Preparation Example 3 is 0.15, the total atomic fraction of Mn and Cr of Preparation Example 4 is 0.2, and the total atomic fraction of Mn and Cr of Preparation Example 5 is 0.3. As a result, looking at the area of the precipitated raves phase, it can be seen that Preparation Example 5 has the largest number.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른, (a) 수소저장합금의 단위 시간 당 수소 흡착 그래프이다. (b) 수소저장합금의 pct 다이어그램이다.6 is a graph showing hydrogen adsorption per unit time of (a) a hydrogen storage alloy according to an embodiment of the present invention. (b) pct diagram of hydrogen storage alloy.

도6을 참조하면, 도6(a) 함량 별 수소저장합금을 장입하여 상온에서 진공 배기 30분 수행 후 수소 40 bar을 인가하여 2시간 유지하였다. 그 중에서 Cr 및 Mn의 총함량이 가장 많은 제조예5가 수소 흡수가 가장 빠르게 이루어지고 흡수 능력이 또한 가장 우수한 것을 알 수 있고 이를 통해 제조예5의 활성화 특성이 가장 우수한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, after charging the hydrogen storage alloy for each content in FIG. 6(a) and performing vacuum evacuation at room temperature for 30 minutes, 40 bar of hydrogen was applied and maintained for 2 hours. Among them, it can be seen that Preparation Example 5, which has the highest total content of Cr and Mn, has the fastest hydrogen absorption and the best absorption capacity, and thus it can be confirmed that the activation characteristic of Preparation Example 5 is the best.

도6(b)는, Cr과 Mn의 함량이 각각 원자 분율 0.15로 동일하게 넣은 수소저장합금의 pct 다이어그램이다. 상기 Cr과 Mn의 함량이 각각 0.15 원자 분율(1:1)로 넣은 수소저장합금의 수소 잔량은 0.6wt%인 것을 확인할 수 있다.FIG. 6(b) is a pct diagram of a hydrogen storage alloy in which Cr and Mn contents are the same at an atomic fraction of 0.15, respectively. It can be seen that the residual amount of hydrogen in the hydrogen storage alloy in which the Cr and Mn content is 0.15 atomic fraction (1:1), respectively, is 0.6wt%.

도7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 수소저장합금의 pct 다이어그램이다.7 is a pct diagram of a hydrogen storage alloy according to an embodiment of the present invention.

도7을 참조하면, 60℃에서 찍은 pct 다이어그램을 분석하면, Cr과 Mn을 1:4 원자 분율로 넣은 수소저장합금은 평탄압의 기울기가 완만해져서 0.3wt%의 수소 잔량이 남는다는 것을 확인할 수 있다. 이는 도6(b)의 Cr과 Mn을 1:1 원자 분율의 수소저장합금에 비해 수소 방출이 용이하다는 것을 나타낸다.Referring to FIG. 7 , analyzing the pct diagram taken at 60° C., it can be confirmed that the hydrogen storage alloy containing Cr and Mn in an atomic fraction of 1:4 has a gentle slope of flat pressure, leaving a residual amount of hydrogen of 0.3wt%. . This indicates that hydrogen is easily released compared to the hydrogen storage alloy in which Cr and Mn in FIG. 6(b) have a 1:1 atomic fraction.

본 발명의 실시예에 따르면, AB계 합금 기지에 부분적으로 라베스(Laves) 구조가 형성되도록 Cr 또는 Mn을 첨가하여 성분을 제어함으로써, 상온에서 활성화가 가능해져서 기존의 고온 활성화 공정을 수행하지 않고도 수소를 흡수할 수 있는 수소저장합금을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by controlling the composition by adding Cr or Mn so that a Laves structure is partially formed in the AB-based alloy matrix, activation at room temperature is possible without performing the conventional high-temperature activation process. It is possible to provide a hydrogen storage alloy capable of absorbing hydrogen.

또한, 상기 Cr 또는 Mn이 일정 함량 범위 내에서 많이 첨가될수록, 라베스 상의 분율도 증가되고 라베스 상의 조성에서의 Fe함량이 감소되면서 활성화 특성을 개선할 수 있다.In addition, as Cr or Mn is added more within a certain content range, the fraction of the rabeth phase is increased and the Fe content in the composition of the raves phase is decreased, thereby improving the activation characteristics.

또한, 상기 Cr및 Mn을 모두 포함하되, 상기 Mn의 함량은 Cr의 함량보다 많도록 제어하는 경우, 평탄압의 기울기가 작아져서 수소 방출 시 수소 잔량이 감소되도록 할 수 있다.In addition, when both Cr and Mn are included, and the content of Mn is controlled to be greater than the content of Cr, the slope of the flattening pressure may be reduced so that the residual amount of hydrogen may be reduced when hydrogen is released.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and likewise components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (14)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 전체 조성이 TiFe1-yMy 로 표시되는 화학식을 가지며, 상기M은 Cr 및 Mn을 포함하되, 상기 Mn의 함량은 Cr의 함량보다 많고, y는 0.05내지 0.3인 것을 특징으로 하는 수소저장합금.The entire composition has a chemical formula represented by TiFe 1-y M y , wherein M includes Cr and Mn, wherein the content of Mn is greater than the content of Cr, and y is 0.05 to 0.3. . 제8항에 있어서,
상기 Mn의 함량이 Cr의 함량보다 많은 경우, Mn의 함량이 Cr의 함량보다 적은 경우 보다 수소 방출 후 수소 잔량이 감소하는 것을 특징으로 하는 수소저장합금.
9. The method of claim 8,
When the content of Mn is greater than the content of Cr, the hydrogen storage alloy, characterized in that the residual amount of hydrogen after hydrogen release is reduced than when the content of Mn is less than the content of Cr.
삭제delete 삭제delete 제8항 또는 제9항 중 어느 한 항의 수소저장합금의 잉곳(ingot)을 수소저장합금탱크에 장입한 후 실링하는 단계;
상기 실링된 수소저장합금탱크를 진공 배기하는 단계; 및
상기 진공의 수소저장합금탱크 내로 수소를 주입하여 수소저장합금을 활성화 하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소저장합금의 활성화 방법.
The method of claim 8 or 9, wherein the ingot of the hydrogen storage alloy of any one of claims 8 or 9 is charged and then sealed in a hydrogen storage alloy tank;
evacuating the sealed hydrogen storage alloy tank; and
activating the hydrogen storage alloy by injecting hydrogen into the vacuum hydrogen storage alloy tank; Activation method of a hydrogen storage alloy comprising a.
제12항에 있어서,
상기 수소저장합금을 활성화 하는 단계는 상온에서 수행되는 것을 특징으로 하는 수소저장합금의 활성화 방법.
13. The method of claim 12,
Activating the hydrogen storage alloy is a method of activating a hydrogen storage alloy, characterized in that performed at room temperature.
제12항에 있어서,
상기 수소저장합금을 활성화 하는 단계는 수소 압력 10 bar 내지 100bar에서 수행되는 것을 특징으로 하는 수소저장합금의 활성화 방법.
13. The method of claim 12,
Activating the hydrogen storage alloy is a method of activating a hydrogen storage alloy, characterized in that performed at a hydrogen pressure of 10 bar to 100 bar.
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