KR20170036018A - Laves phase-related bcc metal hydride alloys and activation thereof for electrochemical applications - Google Patents

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KR20170036018A
KR20170036018A KR1020177005045A KR20177005045A KR20170036018A KR 20170036018 A KR20170036018 A KR 20170036018A KR 1020177005045 A KR1020177005045 A KR 1020177005045A KR 20177005045 A KR20177005045 A KR 20177005045A KR 20170036018 A KR20170036018 A KR 20170036018A
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metal hydride
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KR1020177005045A
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궈-시옹 양
타이헤이 오우츨
바오취엔 황
다이애나 웡
리신 왕
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오보닉 배터리 컴퍼니, 아이엔씨.
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Abstract

라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물 합금은 역사상 제한된 전기화학적 용량을 갖는다. 전극 활성 물질로 유용한 이러한 합금의 새로운 예시가 제공된다. 또한 이러한 합금을 활성시키는 방법이 제공된다. 합금은 <화학식 (I)> TiwVxCryMz, 여기서 w+x+y+z = 1, 0.1<w<0.6, 0.1<x<0.6, 0.01<y<0.6이고, M은 10 이상의 사이클에 대하여 350 mAh/g 이상의 방전 용량을 달성하는 B, Al, Si, Sn 및 하나 이상의 전이 금속으로 구성되는 군에서 선택되는 것으로 정의된 조성을 포함한다.Laveth phase-related BCC metal hydride alloys have historically limited electrochemical capacities. A new example of such an alloy useful as an electrode active material is provided. Also provided is a method of activating such an alloy. Wherein the alloy has a composition represented by the following formula (I) Ti w V x Cr y M z wherein w + x + y + z = 1, 0.1 <w <0.6, 0.1 <x <0.6, 0.01 < , B, Al, Si, Sn, and one or more transition metals to achieve a discharge capacity of at least 350 mAh / g for more than one cycle.

Figure P1020177005045
Figure P1020177005045

Description

라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물 합금 및 전기화학적 응용을 위한 그의 활성화{LAVES PHASE-RELATED BCC METAL HYDRIDE ALLOYS AND ACTIVATION THEREOF FOR ELECTROCHEMICAL APPLICATIONS}LABES PHASE-RELATED BCC METAL HYDRIDE ALLOYS AND ACTIVATION THEREOF FOR ELECTROCHEMICAL APPLICATIONS FIELD OF THE INVENTION [0001]

관련 출원의 상호 참조Cross reference of related application

본 출원은 2014년 7월 25일에 출원된 미국 특허 출원 제14/340,913호 및 2014년 7월 25일에 출원된 미국 특허 출원 제14/340,959호에 의존하고 이에 우선권을 주장하며, 이들 각각의 내용은 본원에서 참조로 포함된다.This application claims priority to and claims priority from U.S. Patent Application Serial No. 14 / 340,913, filed July 25, 2014, and U.S. Patent Application Serial No. 14 / 340,959, filed July 25, 2014, The contents of which are incorporated herein by reference.

기술분야Technical field

본 발명은 합금 물질 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 수소를 흡수 및 탈착할 수 있는 금속 수소화물 합금 물질에 관한 것이다. 전기화학적 응용에서의 용도를 위한 고용량을 포함하는 특유의 전기화학적 성질을 갖는 라베스 상-관련 체심 입방 (BCC) 구조를 갖는 활성화 금속 수소화물 합금이 제공된다.The present invention relates to an alloy material and a method of manufacturing the same. Specifically, the present invention relates to a metal hydride alloy material capable of absorbing and desorbing hydrogen. There is provided an activated metal hydride alloy having a Lavess phase-related body-centered cubic (BCC) structure having specific electrochemical properties including a high capacity for use in electrochemical applications.

특정 금속 수소화물 (MH) 합금 물질은 수소를 흡수 및 탈착할 수 있다. 이러한 물질은 연료 전지 및 니켈/금속 수소화물 (Ni/MH)과 금속 수소화물/공기 배터리 시스템을 포함하는 금속 수소화물 배터리를 위한 전극 물질로, 및(또는) 수소 저장 매질로 사용될 수 있다. 그러나, 제한된 중량 에너지 밀도(< 110 Wh kg-1) 때문에, 현재 Ni/MH 배터리는 더 가벼운 Li-이온 기술에 휴대용 전자 기기 및 배터리-동력 전기자동차 시장에서의 시장 점유율을 잃어가고 있다. 이 때문에, 차세대 Ni/MH 배터리는 에너지 밀도를 끌어올리고 비용을 절감하는 두 주된 목적을 개선하도록 맞춰져 있다.Certain metal hydride (MH) alloy materials can absorb and desorb hydrogen. Such materials can be used as electrode materials for metal hydride batteries, including fuel cells and nickel / metal hydride (Ni / MH) and metal hydride / air battery systems, and / or as hydrogen storage media. However, due to the limited weight energy density (<110 Wh kg -1 ), current Ni / MH batteries are losing market share in portable electronics and battery-powered electric vehicles with lighter Li-ion technology. Because of this, next-generation Ni / MH batteries are tailored to improve two primary purposes of increasing energy density and reducing costs.

MH 전지에서 MH 애노드 및 캐소드 사이에 전위가 적용될 때, 음극 물질 (M)은 수소의 전기화학적 흡수에 의해 충전되어 MH 및 수산화 이온의 전기화학적 방출을 형성한다. 방전시, 저장된 수소는 방출되어 물 분자를 형성하고 전자를 방출한다. Ni/MH 전지의 양극에서 일어나는 반응은 또한 가역적이다. 대부분 Ni/MH 전지는 수산화니켈 양극을 사용한다. 하기의 충전 및 방전 반응은 수산화니켈 양극에서 일어난다.When a potential is applied between the MH anode and the cathode in the MH cell, the negative electrode material M is charged by the electrochemical absorption of hydrogen to form electrochemical emissions of MH and hydroxide ions. During the discharge, the stored hydrogen is released to form water molecules and emit electrons. The reactions taking place at the anode of a Ni / MH cell are also reversible. Most Ni / MH batteries use a nickel hydroxide anode. The following charge and discharge reactions take place in nickel hydroxide anodes.

Figure pct00001
Figure pct00001

수산화니켈 양극 및 수소 저장 음극을 갖는 Ni/MH 전지에서, 전극은 전형적으로 부직포, 펠티드(felted), 나일론 또는 폴리프로필렌 세퍼레이터에 의해 분리된다. 전해질은 보통 알칼리 수성 전해질, 예를 들어, 20 내지 45 중량 퍼센트 수산화칼륨이다.In Ni / MH batteries having nickel hydroxide anodes and hydrogen storage cathodes, the electrodes are typically separated by nonwoven, felted, nylon or polypropylene separators. The electrolyte is usually an alkaline aqueous electrolyte, for example, 20 to 45 weight percent potassium hydroxide.

Ni/MH 배터리 시스템에서 유용성을 갖는 MH 물질의 한 구체적인 그룹은 이의 멤버 성분 원소에 의해 채워진 결정질 자리를 의미하는 ABx 클래스 물질로 알려져 있다. ABx 유형 물질은 예를 들어, 미국 특허 5,536,591 및 미국 특허 6,210,498에 개시되어 있다. 이러한 물질은 이에 제한되지는 않으나, 개질된 LaNi5 유형 (AB5)뿐만 아니라 라베스 상 기재 활성 물질 (AB2)을 포함할 수 있다. 이러한 물질은 수소를 저장하기 위하여 가역적으로 수소화물을 형성한다. 이러한 물질은 총칭 Ti--Zr--Ni 조성을 이용하고, 여기서 적어도 Ti, Zr, 및 Ni은 Cr, Mn, Co, V, 및 Al의 군에서의 적어도 하나 이상의 개질제와 존재한다. 물질은 이에 제한되지는 않으나, 하나 이상의 라베스 상 결정 구조 및 다른 비-라베스 2차 상을 포함할 수 있는, 다상 물질이다. 현재 AB5 합금은 ~320 mAh g-1 용량을 갖고 라베스-상 기재 AB2는 440 mAh g-1 이하의 용량을 가져 이들이 고효율 방전성(high-rate dischargeability) (HRD), 사이클 수명, 충전 보유, 활성화, 자기 방전 및 적용가능한 온도 범위 가운데 좋은 밸런스를 갖는 가장 유망한 합금 대안이다.One specific group of MH materials that have utility in Ni / MH battery systems is known as AB x class materials, meaning crystalline sites filled by their member constituent elements. AB x type materials are disclosed, for example, in U.S. Patent 5,536,591 and U.S. Patent 6,210,498. Such materials include, but are not limited to, modified LaNi 5 type (AB 5 ) as well as LABES-based active material (AB 2 ). These materials reversibly form hydrides to store hydrogen. These materials utilize a generic Ti - Zr - Ni composition wherein at least Ti, Zr, and Ni are present with at least one modifier in the group of Cr, Mn, Co, V, and Al. The materials are, but are not limited to, polyhedral materials that can include one or more Laveth-like crystal structures and other non-LABES secondary phases. Currently, AB 5 alloys have a capacity of ~ 320 mAh g -1 and LABES-based AB 2 has a capacity of 440 mAh g -1 or less and they have high-rate dischargeability (HRD), cycle life, charge It is the most promising alloying alternative with good balance among retention, activation, self-discharge and applicable temperature ranges.

희토류 (RE) 마그네슘-기재 AB3- 또는 A2B7-유형의 MH 합금은 부분적으로 이의 보다 높은 용량 때문에 Ni/MH 배터리에서 음극으로 현재 사용되는 AB5 MH 합금을 대체하는 유망한 후보이다. RE-Mg-Ni MH 합금의 대부분이 희토류 금속으로 La만 있는 것을 기재로 하는 한편, 일부 Nd만 있는 A2B7 (AB3) 합금이 최근에 보고되었다. 이러한 물질에서, AB3.5 화학량비가 저장 용량, 활성화, HRD, 충전 보유, 및 사이클 안정성 가운데 가장 좋은 전반적인 밸런스를 제공하는 것으로 고려된다. 한 Nd만 있는 A2B7 합금의 압력-농도-온도 (PCT) 등온선은 낮은 충전량 조건 동안 상대적으로 높은 전압을 유지할 수 있는 α-상에서 매우 예리한 테이크-오프(take-off) 각을 보인다 (문헌[K. Young, et al., Alloys Compd. 2010; 506: 831]). 시판 AB5 MH 합금과 비교하여, Nd만 있는 A2B7은 60 ℃ 보관 동안 보다 높은 양극 이용률 및 보다 적은 저항 증가를 보였으나, 사이클링 동안 보다 높은 용량 저하를 또한 겪었다 (문헌[K. Young, et al., Int . J. Hydrogen Energy, 2012; 37:9882]). 공지된 A2B7 합금의 또 다른 문제는 이것이 합금의 화학적 구성에서의 보다 적은 Ni-함량 때문에 선행 AB5 합금 시스템과 비교하여 열등한 HRD를 겪는다는 것이다.A rare-earth (RE) magnesium-based AB 3 - or A 2 B 7 -type MH alloy is a promising candidate replacing AB 5 MH alloys currently used as negative electrodes in Ni / MH batteries due to their higher capacity. It is reported that most of the RE-Mg-Ni MH alloys are La as only rare earth metals, while A 2 B 7 (AB 3 ) alloys containing only Nd have recently been reported. In these materials, AB 3.5 stoichiometric ratios are considered to provide the best overall balance of storage capacity, activation, HRD, charge retention, and cycle stability. The pressure-concentration-temperature (PCT) isotherm of an Nd-only A 2 B 7 alloy exhibits a very sharp take-off angle on the α-phase that can maintain a relatively high voltage during low charge conditions [K. Young, et al., Alloys Compd . 2010; 506: 831]). Compared with commercial AB 5 MH alloys, A 2 B 7 with Nd alone exhibited higher anodic utilization and less resistance increase during storage at 60 ° C, but also undergone a higher capacity drop during cycling (K. Young, et al., Int . J. Hydrogen Energy , 2012; 37: 9882). Another problem with known A 2 B 7 alloys is that they suffer inferior HRD compared to the prior AB 5 alloy system because of the lower Ni content in the chemical composition of the alloy.

다른 ABx 물질은 역사상 예시로서 C14로 나타내는 BCC 상 및 라베스 상을 포함하는 2상 미세구조를 갖는 MH 합금의 패밀리인 라베스 상-관련 체심 입방 (BCC) 물질을 포함한다. 이러한 물질은 불행히도 매우 나쁜 전기화학적 성질을 갖는 완전한 BCC 구조를 갖는 Ti-V-Cr 합금에 대한 938 mAh g-1의 이론적인 전기화학적 용량을 기초로 한다. 그와 같이, 유사한 화학적 구성을 갖는 라베스 상이 BCC 물질에 첨가된다. 이러한 라베스 상-관련 BCC 물질은 BCC의 보다 높은 수소 저장 용량 및 좋은 수소 흡수 반응 속도 및 C14 상의 상대적으로 높은 표면 촉매 활성의 조합을 허용하는 상 경계의 높은 밀도를 보인다. 많은 연구는 이러한 물질을 최적화하기 위해 착수되었다. 문헌 [Young et al., Int . J. Hydrogen Energy], http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.01.134 (언론에서의 논문)는 넓은 범위의 BCC/C14 비를 갖는 이러한 물질의 체계적인 연구를 기재하고 있다. 이러한 결과는 이러한 물질이 많은 바람직한 성질을 갖는 반면에, 이러한 물질에 의해 생성된 전기화학적 방전 용량은 175 mAh/g을 초과하지 않는 다는 것을 나타냈다.Other AB x materials include Lavess phase-related body center cubic (BCC) materials which are families of MH alloys with a two-phase microstructure comprising a BCC phase represented by C14 and a Lavess phase as a historical example. These materials are unfortunately based on the theoretical electrochemical capacity of 938 mAh g &lt; -1 &gt; for Ti-V-Cr alloys having a complete BCC structure with very poor electrochemical properties. As such, a Laveth phase with a similar chemical composition is added to the BCC material. This Laveth phase-related BCC material exhibits a higher density of phase boundaries allowing a higher hydrogen storage capacity of BCC and a combination of a better hydrogen uptake rate and a relatively higher surface catalytic activity on C14. Many studies have been undertaken to optimize these materials. Young et al., Int . J. Hydrogen Energy ], http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.01.134 (paper in press) describes a systematic study of these materials with a broad range of BCC / C14 ratios . These results indicate that the electrochemical discharge capacity produced by these materials does not exceed 175 mAh / g, while these materials have many desirable properties.

그와 같이, 개선된 수소 저장 물질에 대한 필요가 존재한다. 본원에서 하기에 설명될 것과 같이, 본 발명은 최초로 대단히 개선된 전기화학적 성질을 보이는 활성화된 라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물 합금을 제공함에 의하여 이러한 필요를 다룬다. 본 발명의 이러한 및 다른 장점은 하기의 도면, 논의, 및 설명으로부터 명백할 것이다.As such, there is a need for improved hydrogen storage materials. As described herein below, the present invention addresses this need by first providing an activated Laveth phase-related BCC metal hydride alloy exhibiting greatly improved electrochemical properties. These and other advantages of the present invention will be apparent from the following drawings, discussion, and description.

하기 본 발명의 개요는 본 발명에 특유한 일부 혁신적인 특징의 이해를 용이하게 하고자 제공되며 완전한 설명인 것으로 의도되지 않는다. 본 발명의 다양한 측면의 완전한 이해는 전체 명세서, 청구범위, 도면, 및 요약서 전체를 취하여 얻어질 수 있다.The following summary of the invention is provided to facilitate an understanding of some innovative features of the invention and is not intended to be exhaustive of the description. A full understanding of the various aspects of the present invention may be obtained by taking the entire specification, claims, drawings, and summary in its entirety.

기재되는 합금 물질은 유사한 조성의 선행 합금에 비하여 개선된 용량뿐만 아니라 고용량에서 상당히 개선된 사이클 수명을 갖는다. 일부 선행 물질은 고용량이 가능한 한편, 이러한 용량은 1-5 사이클에서 급격히 감소한다. 라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물에서 사이클 수명에서의 개선은 역사적으로 용량을 감소시킨다. 본원에서 제공되는 바와 같은 라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물 합금은 감소된 용량의 문제를 해결하고 시스템 내 Ti 대 Cr의 비를 맞춤 변경하여 보다 많은 사이클에 걸쳐 대단히 개선된 용량을 입증한다.The alloying materials described have a significantly improved cycle life in high capacity as well as improved capacity compared to prior alloys of similar composition. While some predecessors are capable of high doses, these doses sharply decrease in 1-5 cycles. Improvements in cycle life in Laveth phase-related BCC metal hydrides have historically reduced capacity. The Lavess phase-related BCC metal hydride alloys as provided herein address the reduced capacity problem and customize the ratio of Ti to Cr in the system to demonstrate significantly improved capacity over many cycles.

금속 수소화물 합금은 사이클 10에서 350 mAh/g 초과의 용량을 갖고, 화학식 I의 조성을 포함하는 라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물이 제공된다.The metal hydride alloy has a capacity of greater than 350 mAh / g at cycle 10 and is provided with a Laveth phase-related BCC metal hydride comprising the composition of formula (I).

<화학식 (I)>&Lt; Formula (I) >

TiwVxCryMz Ti w V x Cr y M z

여기서 w+x+y+z = 1, 0.1≤w≤0.6, 0.1≤x≤0.6, 0.01≤y≤0.6이고, M은 B, Al, Si, Sn 및 전이 금속으로 구성되는 군에서 선택된다. 일부 양상은 사이클 10에서, 400 mAh/g 이상, 임의적으로 420 mAh/g 이상의 용량을 갖는다. 합금은 임의적으로 24 % 미만의 C14 상을 포함한다. 일부 양상에서, 합금은 주로 BCC 상 및 라베스 상의 조합이고, 상기 BCC 상은 5 % 초과 및 95 % 미만의 존재비를 갖고, 상기 라베스 상은 5 % 초과 및 95 % 미만의 존재비를 갖는다. 임의적으로, 합금은 400 옹스트롬 미만, 임의적으로 200 옹스트롬 미만의 BCC 상 결정자 크기를 포함한다. 일부 양상에서, B/A 비는 1.20 내지 1.31, 임의적으로 1.20 내지 1.30이다. 임의적으로, 비 x/y는 1 내지 3이다. 전술한 임의의 일부 양상은 화학식 II의 조성을 포함한다.Wherein w + x + y + z = 1, 0.1? W? 0.6, 0.1? X? 0.6, 0.01? Y? 0.6 and M is selected from the group consisting of B, Al, Si, Sn and transition metal. Some aspects have a capacity of 400 mAh / g or more, optionally 420 mAh / g or more in cycle 10. The alloy optionally contains less than 24% C14 phase. In some aspects, the alloy is primarily a combination of a BCC phase and a Laveth phase, wherein the BCC phase has an abundance ratio of greater than 5% and less than 95%, and wherein the Laveth phase has an abundance ratio of greater than 5% and less than 95%. Optionally, the alloy comprises a BCC phase crystallite size of less than 400 angstroms, and optionally less than 200 angstroms. In some aspects, the B / A ratio is from 1.20 to 1.31, optionally from 1.20 to 1.30. Optionally, the ratio x / y is from 1 to 3. Certain aspects of any of the foregoing include compositions of formula (II).

<화학식 (II)>&Lt; Formula (II) >

Ti13.6+ x Zr2.1V44Cr13.2- x M27.1 Ti 13.6 + x Zr 2.1 V 44 Cr 13.2- x M 27.1

여기서 x는 0 초과 및 12 이하의 값이고, M은 Mn, Fe, Co, Ni, 및 Al의 조합이다. 화학식 II의 합금은 임의적으로 2, 4, 6, 8, 10 또는 12인 x를 갖는다. 전술한 임의의 일부 양상은 화학식 III의 조성을 포함한다.Where x is a value greater than 0 and less than or equal to 12, and M is a combination of Mn, Fe, Co, Ni, and Al. The alloys of formula (II) optionally have x of 2, 4, 6, 8, 10 or 12. Some of the foregoing aspects include the composition of Formula III.

<화학식 (III)>&Lt; Formula (III) >

Ti0 .4+x/ 6Zr0 .6-x/ 6Mn0 . 44Ni1 . 0Al0 . 02Co0 .09(VCr0 . 3Fe0 . 063)x Ti 0 .4 + x / 6 Zr 0 .6-x / 6 Mn 0 . 44 Ni 1 . 0 Al 0 . 02 Co 0 .09 (VCr 0. 3 Fe 0. 063) x

여기서 x는 0.7 내지 2.8이다.Where x is 0.7 to 2.8.

제공된 합금 및 이의 등가물은 전지 또는 배터리 시스템의 애노드에서의 사용을 위한 우수한 물질을 나타낸다.The provided alloys and their equivalents represent superior materials for use in the anode of a battery or battery system.

또한, 선행 방법에 비하여 증가된 안정한 용량을 생성하는 데 유용한 방법이 제공된다. 그와 같이, 라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물 합금을 수소화 압력에서 수소를 포함하는 분위기에 놓는 단계; 및 200 mAh/g 초과의 - 선행 활성화 방법에 의해 달성되지 않는 수준의 용량을 갖는 활성화된 금속 수소화물 합금을 생성하도록, 놓는 단계 동안 상기 합금을 냉각시키는 단계를 포함하는 화학식 I의 라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물 합금의 활성화 방법이 제공된다.Also provided is a method useful for generating an increased stable capacity over the prior art. As such, placing the Laveth phase-associated BCC metal hydride alloy in an atmosphere containing hydrogen at hydrogen pressure; And cooling the alloy during the laying so as to produce an activated metal hydride alloy having a level of capacity that is not achieved by the prior activation method of greater than 200 mAh / g. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; A method of activating the relevant BCC metal hydride alloy is provided.

<화학식 (I)>&Lt; Formula (I) >

TiwVxCryMz Ti w V x Cr y M z

여기서 w+x+y+z = 1, 0.1≤w≤0.6, 0.1≤x≤0.6, 0.01≤y≤0.6이고, M은 B, Al, Si, Sn 및 전이 금속으로 구성되는 군에서 선택된다. 일부 양상에서, 냉각시키는 단계는 섭씨 300 도 이하의 최대 활성화 온도에 있다. 분위기는 임의적으로 1.4 메가파스칼 이상, 임의적으로 6 메가파스칼 이상인 수소화 압력에 있다. 본 방법은 임의적으로 300 mAh/g 이상, 임의적으로 350 mAh/g 이상, 임의적으로 400 mAh/g 이상, 임의적으로 450 mAh/g 이상의 용량을 갖는 활성화된 금속 수소화물 합금을 생성한다. 일부 양상에서 활성화된 금속 수소화물 합금은 24 % 미만의 C14 상을 갖는다. 일부 양상에서, 활성화된 금속 수소화물 합금은 주로 BCC 상 및 라베스 상의 조합이고, BCC 상은 5 % 초과 및 95 % 미만의 존재비를 갖고, 라베스 상은 5 % 초과 및 95 % 미만의 존재비를 갖는다. 임의적으로, 활성화된 금속 수소화물 합금은 400 옹스트롬 미만의 BCC 상 결정자 크기를 포함한다. 전술한 임의의 것 또는 그의 조합에서 라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물 합금은 임의적으로 화학식 II의 것이다.Wherein w + x + y + z = 1, 0.1? W? 0.6, 0.1? X? 0.6, 0.01? Y? 0.6 and M is selected from the group consisting of B, Al, Si, Sn and transition metal. In some aspects, the cooling step is at a maximum activation temperature of 300 degrees Celsius or less. The atmosphere is optionally at a hydrogenation pressure of at least 1.4 megapascals, optionally at least 6 megapascals. The present method produces an activated metal hydride alloy having an arbitrarily greater than 300 mAh / g, optionally greater than 350 mAh / g, optionally greater than 400 mAh / g and optionally greater than 450 mAh / g. In some aspects, the activated metal hydride alloy has a C14 phase of less than 24%. In some aspects, the activated metal hydride alloy is primarily a combination of a BCC phase and a Laveth phase, the BCC phase has an abundance ratio of greater than 5% and less than 95%, and the Laveth phase has an abundance ratio of greater than 5% and less than 95%. Optionally, the activated metal hydride alloy comprises a BCC phase crystallite size of less than 400 angstroms. In any of the foregoing or combinations thereof, the Laveth phase-related BCC metal hydride alloy is optionally of formula (II).

<화학식 (II)>&Lt; Formula (II) >

Ti0.4+x/6Zr0.6-x/6Mn0.44Ni1.0Al0.02Co0.09(VCr0.3Fe0.063)x Ti 0.4 + x / 6 Zr 0.6-x / 6 Mn 0.44 Ni 1.0 Al 0.02 Co 0.09 (VCr 0.3 Fe 0.063 ) x

여기서 x는 0.7 내지 2.8이다. 전술한 임의의 것 또는 그의 조합에서 라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물 합금은 임의적으로 화학식 III의 것이다.Where x is 0.7 to 2.8. In any of the foregoing, or in any combination thereof, the Laveth phase-related BCC metal hydride alloy is optionally of formula (III).

<화학식 (III)>&Lt; Formula (III) >

Ti0.4+x/6Zr0.6-x/6Mn0.44Ni1.0Al0.02Co0.09(VCr0.3Fe0.063)x Ti 0.4 + x / 6 Zr 0.6-x / 6 Mn 0.44 Ni 1.0 Al 0.02 Co 0.09 (VCr 0.3 Fe 0.063 ) x

여기서 x는 0.7 내지 2.8이다.Where x is 0.7 to 2.8.

도 1a는 수소 저장 합금 P8의 SEM 이미지에서 관찰되는 바와 같은 합금 상 분포를 나타낸다.
도 1b는 수소 저장 합금 P9의 SEM 이미지에서 관찰되는 바와 같은 합금 상 분포를 나타낸다.
도 1c는 수소 저장 합금 P10의 SEM 이미지에서 관찰되는 바와 같은 합금 상 분포를 나타낸다.
도 1d는 수소 저장 합금 P11의 SEM 이미지에서 관찰되는 바와 같은 합금 상 분포를 나타낸다.
도 1e는 수소 저장 합금 P12의 SEM 이미지에서 관찰되는 바와 같은 합금 상 분포를 나타낸다.
도 1f는 수소 저장 합금 P13의 SEM 이미지에서 관찰되는 바와 같은 합금 상 분포를 나타낸다.
도 1g는 수소 저장 합금 P14의 SEM 이미지에서 관찰되는 바와 같은 합금 상 분포를 나타낸다.
도 2a는 합금 설계에서 Ti-함량의 함수로 C14 상에서의 주성분 원소 및 금속 비를 나타낸다.
도 2b는 합금 설계에서 Ti-함량의 함수로 BCC 상에서의 주성분 원소 및 금속 비를 나타낸다.
도 3a는 활성화되어 개선된 전기화학적 성질을 제공하고 두 주된 상, C14 및 BCC를 나타내는 수소 저장 합금의 미세구조를 나타내고;
도 3b는 활성화되어 개선된 전기화학적 성질을 제공하고 본원에서 기재된 바와 같은 예시적인 방법에 의해 활성화된 합금의 감소된 결정자 크기를 설명하는 수소 저장 합금 및 대조군으로부터 BCC (110) 피크의 FWHM을 나타내고;
도 4는 더 큰 A-원자가 4f-자리를 차지하고 더 작은 B-원자가 2a-자리 (A2B 층 상) 및 6h-자리 (B3 층 상)를 차지하는 한편 c 축을 따라 쌓인 교호 A2B 및 B3 층으로 이루어지는 다양한 합금의 C14 단위 전지의 개략을 나타내고;
도 5는 활성화되어 개선된 전기화학적 성질을 제공하고 본원에서 기재된 바와 같은 예시적인 방법에 의해 활성화된 합금의 감소된 결정자 크기를 설명하는 수소 저장 합금 및 대조군으로부터 BCC (110) 피크의 FWHM을 나타내고;
도 6은 본원에서 기재된 바와 같은 예시적인 방법에 의해 형성된 다양한 합금 물질의 기상 수소 저장 특징을 나타내고;
도 7a는 다양한 합금 물질의 기상 수소 저장 특징을 나타내고;
도 7b는 다양한 합금 물질의 기상 수소 저장 특징을 나타내고;
도 8a는 처음 13 사이클의 4 mA/g에서 측정된 반쪽전지 방전 용량을 나타내고;
도 8b는 처음 13 사이클에서 고효율 방전성 (HRD)을 나타내고;
도 9는 합금 수의 함수로 전기화학적으로 측정된 기상 수소 저장으로부터 전환된 수소 저장 용량을 나타내고;
도 10은 수소가 더 작은 C14-상 결정자를 갖는 합금 내에서 더 쉽게 확산한다는 경향을 나타내는 합금 수의 함수로의 확산 계수 및 C14-상 결정자 크기를 나타낸다.
Figure 1a shows the alloy phase distribution as observed in the SEM image of the hydrogen storage alloy P8.
Figure 1B shows the alloy phase distribution as observed in the SEM image of hydrogen storage alloy P9.
1C shows the alloy phase distribution as observed in the SEM image of hydrogen storage alloy P10.
Figure 1d shows the alloy phase distribution as observed in the SEM image of hydrogen storage alloy P11.
Figure 1e shows the alloy phase distribution as observed in the SEM image of the hydrogen storage alloy P12.
1F shows the alloy phase distribution as observed in the SEM image of the hydrogen storage alloy P13.
Figure 1G shows the alloy phase distribution as observed in the SEM image of hydrogen storage alloy P14.
Figure 2a shows the principal element and metal ratio on C14 as a function of Ti-content in the alloy design.
Figure 2b shows the principal component and metal ratio on the BCC as a function of the Ti content in the alloy design.
Figure 3a shows the microstructure of a hydrogen storage alloy which is activated to provide improved electrochemical properties and exhibits two main phases, C14 and BCC;
Figure 3b shows the FWHM of the BCC (110) peak from the hydrogen storage alloy and the control, which is activated to provide improved electrochemical properties and to illustrate the reduced crystallite size of the activated alloy by an exemplary method as described herein;
Figure 4 is a larger atom A- 4 f - to occupy a smaller B- atoms seat 2 a - position (A2B layer a) and 6 h - position (B3 layer a) occupied by the other hand along the axis c A2B stacked alternately and the layer B3 Lt; RTI ID = 0.0 &gt; C14 &lt; / RTI &gt;
Figure 5 shows the FWHM of the BCC (110) peak from the hydrogen storage alloy and the control, which is activated to provide improved electrochemical properties and to illustrate the reduced crystallite size of the activated alloy by an exemplary method as described herein;
Figure 6 depicts the gaseous hydrogen storage characteristics of various alloy materials formed by the exemplary method as described herein;
Figure 7a shows the vapor phase hydrogen storage characteristics of various alloying materials;
Figure 7b shows the vapor phase hydrogen storage characteristics of various alloying materials;
8A shows the half cell discharge capacity measured at 4 mA / g for the first 13 cycles;
Figure 8b shows the high-efficiency discharge (HRD) in the first 13 cycles;
Figure 9 shows the hydrogen storage capacity converted from the gaseous hydrogen storage electrochemically measured as a function of the number of alloys;
Figure 10 shows the diffusion coefficient and the C14-phase crystallite size as a function of the number of alloys indicating the tendency of hydrogen to diffuse more readily in alloys with smaller C14-phase crystallites.

특정 양상(들)의 하기 설명은 사실상 단지 예시적이고 물론 다양할 수 있는, 본 발명의 범위, 이의 응용, 또는 용도를 제한하고자 의도된 것이 결코 아니다. 본 발명은 본원에서 포함된 비-제한적인 정의 및 용어에 관해 기재되어 있다. 이러한 정의 및 용어는 본 발명의 범위 또는 실시에 제한으로 기능하도록 설계된 것이 아니라 설명 및 기술 목적으로만 나타나 있다. 방법 또는 조성물이 개별적인 단계의 순서로 또는 구체적인 물질을 사용하여 기재되는 한편, 본 발명의 설명이 당업자에 의해 쉽게 이해되는 많은 방식으로 배열되는 다수 부분 또는 단계를 포함할 수 있도록 단계 또는 물질이 상호교환 가능하다는 것이 이해된다.The following description of a particular aspect (s) is by no means intended to limit the scope of the present invention, its application, or uses, which are merely exemplary and, of course, may vary. The present invention is described herein in the context of non-limiting definitions and terms incorporated herein. These definitions and terms are not intended to function either as a limitation of the scope or practice of the invention, but are for explanation and technical purposes only. While the method or composition is described in the order of the individual steps or using specific materials, the steps or materials may be interchanged such that the description of the invention may include multiple portions or steps arranged in many ways as readily understood by those skilled in the art It is understood that this is possible.

한 요소가 또 다른 요소 "상에" 있는 것으로 지칭되면, 이는 다른 요소 상에 직접 있을 수 있거나 그 사이에 개입하는 요소가 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 대조적으로, 요소가 또 다른 요소 "상에 직접" 있는 것으로 지칭되면, 개입하는 요소가 존재하지 않는다.When an element is referred to as being "on " another element, it will be understood that it may be directly on the other element or there may be an intervening element therebetween. In contrast, if an element is referred to as being "directly on" another element, there is no intervening element.

비록 용어 "제1," "제2," "제3" 등이 본원에서 다양한 요소, 성분, 영역, 층, 및(또는) 섹션을 기재하는 데 사용될 수 있지만, 이러한 요소, 성분, 영역, 층, 및(또는) 섹션은 이러한 용어에 의해 제한되지 않아야 한다는 것이 이해될 것이다. 이러한 용어는 한 요소, 성분, 영역, 층, 또는 섹션으로부터 또 다른 요소, 성분, 영역, 층, 또는 섹션을 구별하는 데만 사용된다. 따라서, 하기에 논의되는 "제1 요소," "성분," "영역," "층," 또는 "섹션"은 본원에서의 교시로부터 벗어남이 없이 제2 (또는 다른) 요소, 성분, 영역, 층, 또는 섹션으로 일컬어질 수 있다.Although the terms "first," "second," "third," etc. may be used herein to describe various elements, components, regions, layers, and / or sections, , And / or sections are not to be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, component, region, layer, or section from another element, component, region, layer, or section. Thus, a "first element," "component," "region," "layer," or "section" discussed below may be replaced with another element, component, region, layer or section without departing from the teachings herein. , &Lt; / RTI &gt; or a section.

본원에서 사용되는 용어는 구체적인 양상을 기재하는 목적만을 위한 것이고 제한하도록 의도되지 않는다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태 "하나," "한," 및 "그"는 내용이 달리 명백히 나타내지 않는 한 "적어도 하나"를 포함하는, 복수 형태를 포함하도록 의도된다. "또는"은 "및(또는)"을 의미한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및(또는)"은 연관된 나열된 항목의 하나 이상의 임의의 및 모든 조합을 포함한다. 용어 "포함하다" 및(또는) "포함하는," 또는 "함유하다" 및(또는) "함유하는"은 본 명세서에 사용될 때, 언급된 특징, 영역, 정수, 단계, 작동, 요소, 및(또는) 성분의 존재를 구체화하지만, 하나 이상의 다른 특징, 영역, 정수, 단계, 작동, 요소, 성분 및(또는) 그의 군의 존재 또는 첨가를 배제하지 않는다는 것이 추가로 이해될 것이다. 용어 "또는 그의 조합"은 전술한 요소들 중의 적어도 하나를 포함하는 조합을 의미한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular aspects only and is not intended to be limiting. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" are intended to include the plural forms, unless the context clearly dictates otherwise. Quot; or "means" and / or ". As used herein, the terms "and / or" include any and all combinations of one or more of the listed listed items. The terms "comprising" and / or "comprising" or "comprising" and / or "comprising" when used herein are to be interpreted as referring to the stated features, Or " an ") element, but it will be understood that they do not preclude the presence or addition of one or more other features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / The term "or a combination thereof" means a combination comprising at least one of the foregoing elements.

달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용되는 모든 용어는 (기술 및 과학 용어 포함) 본 개시내용이 속하는 기술분야에서의 통상의 기술자에 의해 통상 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 통상 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어는 관련 기술분야 및 본 개시내용에 관련해서 그의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 본원에서 그렇다고 정의되지 않는 한 이상화되거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않을 것이 추가로 이해될 것이다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. It should be understood that commonly used terms as defined in the preamble should be construed as having a meaning consistent with its meaning in the context of the relevant technical field and the present disclosure and should not be construed as being idealized or overly formal, It will be understood further.

라베스 상-관련 BCC 구조를 갖는 수소 저장 합금은 시스템의 C14 및 BCC 상 사이의 상승효과를 어떻게 촉진하는지 확인하기 위하여 일정 시간 동안 연구되어 왔다. A-자리 및 B-자리 원소를 치환하는 선행 연구는 일부가 C14 상 존재비를 증가시키거나 감소시키는 것으로 발견된 수많은 혼합 상 합금 상에서 수행되었다. 조성의 정밀화는 이러한 합금의 기상 및 전기화학적 수소 저장 성질 모두를 개선하는 방식으로 계속되었다. 이러한 노력이 일부 성공 및 종종 섞인 결론을 이룬 한편, 200 mAh/g 초과의 용량을 달성하는 것은 종잡을 수 없는 것으로 남았다. 본원에서 제공되는 합금은 훌륭한 전기화학적 성질을 보이는 라베스-상 관련 BCC 구조의 물질의 수소 저장 합금을 나타냄에 의해 이러한 문제에 단순하고 우아한 해결책을 나타낸다.Hydrogen storage alloys with Laveth-phase-related BCC structures have been studied for some time to see how they promote the synergistic effect between the C14 and BCC phases of the system. Previous studies that replace A- and B-site elements have been performed on a number of mixed phase alloys found to increase or decrease the C14 phase abundance ratio in part. The refinement of the composition continued in a manner that improved both the meteorological and electrochemical hydrogen storage properties of these alloys. While these efforts have achieved some success and often mixed conclusions, achieving capacities of greater than 200 mAh / g remains unchallenged. The alloys provided herein exhibit a simple and elegant solution to this problem by representing hydrogen storage alloys of materials of the Laveth-phase related BCC structure exhibiting good electrochemical properties.

유사한 조성의 선행 물질보다 예상외로 뛰어난 우수한 전기화학적 성질을 보이는 라베스 상-관련 BCC 구조를 갖는 수소 저장 합금이 제공된다. 화학식 I의 조성의 라베스-상 관련 BCC 금속 수소화물 합금이 제공된다.There is provided a hydrogen storage alloy having a Laveth phase-related BCC structure exhibiting excellent electrochemical properties that are unexpectedly superior to those of similar compositions. There is provided a Laveth-phase related BCC metal hydride alloy of the composition of formula (I).

<화학식 (I)>&Lt; Formula (I) >

TiwVxCryMz Ti w V x Cr y M z

여기서 w+x+y+z = 1, 0.1≤w≤0.6, 0.1≤x≤0.6, 0.01≤y≤0.6이고, M은 B, Al, Si, Sn 및 하나 이상의 전이 금속으로 구성되는 군에서 선택된다. 합금은 얻어지는 물질에서 증가된 BCC 상의 형성을 촉진하고 AB2 상을 제한하도록 특정 방법에 의해 활성화된다. 얻어지는 것은 사이클 10에서 200 mAh/g 또는 초과, 임의적으로 350 mAh/g 이상의 용량을 포함하는 개선된 전기화학적 성질을 갖는 활성화된 금속 수소화물 합금이다.Wherein w + x + y + z = 1, 0.1? W? 0.6, 0.1? X? 0.6, 0.01? Y? 0.6 and M is selected from the group consisting of B, Al, Si, Sn and one or more transition metals do. The alloy is activated by a specific method to promote the formation of an increased BCC phase in the resulting material and to limit the AB 2 phase. What is obtained is an activated metal hydride alloy having improved electrochemical properties comprising a capacity of 200 mAh / g or more, optionally 350 mAh / g or more in cycle 10. [

임의적으로, 화학식 II의 조성의 라베스-상 관련 BCC 금속 수소화물 합금.Optionally a Laveth-phase related BCC metal hydride alloy of the formula II.

<화학식 (II)>&Lt; Formula (II) >

Ti13.6+ x Zr2.1V44Cr13.2- x M27.1 Ti 13.6 + x Zr 2.1 V 44 Cr 13.2- x M 27.1

여기서 x는 0 초과 및 12 이하의 값이고, M은 Mn, Fe, Co, Ni, 및 Al의 조합이다. 임의적으로 x는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 또는 12, 또는 비자연수를 포함하는, 0 초과 및 12 이하의 임의의 값이다. 일부 양상에서, x는 2, 4, 6, 8, 10, 또는 12이다. 임의적으로, x는 2 또는 4이다.Where x is a value greater than 0 and less than or equal to 12, and M is a combination of Mn, Fe, Co, Ni, and Al. Optionally x is any value greater than 0 and less than or equal to 12, including 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, or 12, In some aspects, x is 2, 4, 6, 8, 10, or 12. Optionally, x is 2 or 4.

임의적으로, 라베스-상 관련 BCC 금속 수소화물 합금은 화학식 III의 조성의 것이다.Optionally, the Laveth-phase related BCC metal hydride alloy is of the composition of formula (III).

<화학식 (III)>&Lt; Formula (III) >

Ti0.4+x/6Zr0.6-x/6Mn0.44Ni1.0Al0.02Co0.09(VCr0.3Fe0.063)x Ti 0.4 + x / 6 Zr 0.6-x / 6 Mn 0.44 Ni 1.0 Al 0.02 Co 0.09 (VCr 0.3 Fe 0.063 ) x

여기서 x는 0.7 내지 2.8이다.Where x is 0.7 to 2.8.

일부 양상에서, 라베스-상 관련 BCC 금속 수소화물 합금은 200 mAh/g 훨씬 초과, 임의적으로 220 mAh/g, 240 mAh/g, 260 mAh/g, 280 mAh/g, 300 mAh/g, 310 mAh/g, 320 mAh/g, 330 mAh/g, 340 mAh/g, 350 mAh/g, 360 mAh/g, 370 mAh/g, 380 mAh/g, 390 mAh/g, 400 mAh/g, 410 mAh/g, 420 mAh/g, 430 mAh/g, 440 mAh/g, 450 mAh/g 이상의 용량을 포함한다. 임의적으로, 금속 수소화물 합금은 200 내지 450 mAh/g의 용량을 포함한다. 임의적으로, 활성화된 금속 수소화물 합금은 200 내지 450 mAh/g의 용량을 포함한다. 임의적으로, 금속 수소화물 합금은 300 내지 450 mAh/g의 용량을 포함한다. 임의적으로, 활성화된 금속 수소화물 합금은 300 내지 380 mAh/g의 용량을 포함한다. 임의적으로, 금속 수소화물 합금은 350 내지 450 mAh/g의 용량을 포함한다. 임의적으로, 금속 수소화물 합금은 400 내지 450 mAh/g의 용량을 포함한다. 임의적으로, 금속 수소화물 합금은 400 내지 420 mAh/g의 용량을 포함한다. 일부 양상에서, 전술한 임의의 용량은 임의적으로 2 이상의 사이클, 임의적으로 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 이상의 사이클에서 존재한다. 임의적으로, 금속 수소화물 합금은 사이클 10에서 350 mAh/g 이상, 임의적으로 사이클 10에서 400 mAh/g 이상, 임의적으로 사이클 10에서 420 mAh/g 이상의 용량을 갖는다.In some aspects, the Laveth-phase related BCC metal hydride alloys have a specific surface area of greater than 200 mAh / g, optionally 220 mAh / g, 240 mAh / g, 260 mAh / g, 280 mAh / g, 300 mAh / g, 340 mAh / g, 350 mAh / g, 360 mAh / g, 370 mAh / g, 380 mAh / g, 390 mAh / g, 400 mAh / mAh / g, 420 mAh / g, 430 mAh / g, 440 mAh / g, and 450 mAh / g. Optionally, the metal hydride alloy comprises a capacity of 200 to 450 mAh / g. Optionally, the activated metal hydride alloy comprises a capacity of 200 to 450 mAh / g. Optionally, the metal hydride alloy comprises a capacity of 300 to 450 mAh / g. Optionally, the activated metal hydride alloy comprises a capacity of 300 to 380 mAh / g. Optionally, the metal hydride alloy comprises a capacity of 350 to 450 mAh / g. Optionally, the metal hydride alloy comprises a capacity of 400 to 450 mAh / g. Optionally, the metal hydride alloy comprises a capacity of 400 to 420 mAh / g. In some aspects, any of the above-described capacities may optionally comprise more than one cycle, optionally 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 19, 20, or more cycles. Optionally, the metal hydride alloy has a capacity of at least 350 mAh / g at cycle 10, optionally at least 400 mAh / g at cycle 10, and optionally at least 420 mAh / g at cycle 10.

물질의 조성과 함께 이의 물리적 구조 및 유사한 화학적 조성의 선행 합금 물질에 비하여 산화 부족은 금속 수소화물 합금의 우수한 전기화학적 성질을 촉진한다. 금속 수소화물 합금은 임의적으로 BCC 상 및 라베스 상 구조로 주로 형성된다. 한 특정 이론에 제한되지 않고서, BCC 상 및 라베스 상인 구조의 우세가 두 상의 존재에 의해 생긴 상승효과를 증가시키는 것으로 생각된다. 그와 같이, 본원에서 개시되는 방법에 의해 임의적으로 생성된, 금속 수소화물 합금은 임의적으로 5 % 초과 및 95 % 미만의 존재비의 BCC 상, 5 % 초과 및 95 % 미만의 존재비의 라베스 상과 물질 구조의 50 % 초과인 BCC 상 및 라베스 상의 조합을 갖는다. 임의적으로, BCC 상은 10 % 내지 95 %, 20 % 내지 95 %, 30 % 내지 95 %, 40 % 내지 95 %, 50 % 내지 95 %, 60 % 내지 95 %, 70 % 내지 95 %, 또는 80 % 내지 95 %이고, 또한 임의의 이러한 경우에 라베스 상은 임의적으로 5 % 초과이다. 임의적으로, 라베스 상은 10 % 내지 95 %, 20 % 내지 95 %, 30 % 내지 95 %, 40 % 내지 95 %, 50 % 내지 95 %, 60 % 내지 95 %, 70 % 내지 95 %, 또는 80 % 내지 95 %, 또한 임의의 이러한 경우에 BCC 상은 임의적으로 5 % 초과이다. 일부 양상에서, 조성물은 30 % 미만, 임의적으로 25 % 미만, 임의적으로 24 % 미만, 임의적으로 20 % 미만, 임의적으로 15 % 미만, 임의적으로 14 % 미만, 임의적으로, 13 % 미만, 임의적으로 12 % 미만인 C14 라베스 상을 갖는다.In addition to the composition of the material, the lack of oxidation compared to its physical structure and similar chemical composition of the preceding alloy materials promotes the excellent electrochemical properties of the metal hydride alloys. The metal hydride alloy is optionally formed mainly of BCC phase and Laveth phase structure. Without being limited to one particular theory, it is believed that the dominance of the BCC phase and Laveth phase structure increases the synergistic effect caused by the presence of the two phases. As such, the metal hydride alloys optionally produced by the process disclosed herein optionally have a BCC phase of greater than 5% and an abundance ratio of less than 95%, a Laveth phase of greater than 5% and less than 95% A BCC phase and a Laveth phase combination that are greater than 50% of the material structure. Optionally, the BCC phase may comprise 10% to 95%, 20% to 95%, 30% to 95%, 40% to 95%, 50% to 95%, 60% to 95%, 70% to 95% To 95%, and in any such case the LABES phase is optionally greater than 5%. Optionally, the Laveth phase may comprise 10% to 95%, 20% to 95%, 30% to 95%, 40% to 95%, 50% to 95%, 60% to 95%, 70% to 95% % To 95%, and in any such case the BCC phase is optionally greater than 5%. In some aspects, the composition comprises less than 30%, optionally less than 25%, optionally less than 24%, optionally less than 20%, optionally less than 15%, optionally less than 14%, optionally less than 13% % C14 Lavess phase.

수소 저장 합금은 전기화학적 성질을 촉진하기 위한 큰 과립 간 영역 및 저장 및 촉매 상 사이의 보다 높은 상승효과 연결을 허용하는 데 충분히 작은 BCC 상의 결정자 크기가 제공된다. 제공되는 합금은 400 Å 이하, 임의적으로 390 Å 이하, 임의적으로 380 Å 이하, 임의적으로 370 Å 이하, 임의적으로 360 Å 이하, 임의적으로 350 Å 이하, 임의적으로 340 Å 이하, 임의적으로 330 Å 이하, 임의적으로 320 Å 이하, 임의적으로 310 Å 이하, 임의적으로 300 Å 이하, 임의적으로 290 Å 이하, 임의적으로 280 Å 이하, 임의적으로 270 Å 이하, 임의적으로 260 Å 이하, 임의적으로 250 Å 이하, 임의적으로 240 Å 이하, 임의적으로 230 Å 이하, 임의적으로 220 Å 이하, 임의적으로 210 Å 이하, 임의적으로 200 Å 이하, 임의적으로 19 Å 이하, 임의적으로 180 Å 이하, 임의적으로 170 Å 이하, 임의적으로 160 Å 이하, 임의적으로 150 Å 이하, 임의적으로 140 Å 이하, 임의적으로 130 Å 이하, 임의적으로 120 Å 이하의 BCC 결정자 크기를 갖는다. 임의적으로, BCC 상의 결정자 크기는 200 Å 내지 300 Å이다. 임의적으로, BCC 상의 결정자 크기는 120 Å 내지 300 Å이다. 임의적으로, BCC 상의 결정자 크기는 120 Å 내지 200 Å이다. 임의적으로, BCC 상의 결정자 크기는 120 Å 내지 160 Å이다. 임의적으로, BCC 상의 결정자 크기는 140 Å 내지 160 Å이다.The hydrogen storage alloy is provided with a crystallite size on the BCC that is small enough to allow a large intergranular region to promote electrochemical properties and a higher synergistic linkage between the storage and catalyst phases. The alloys provided may have a thickness of 400 Å or less, optionally 390 Å or less, optionally 380 Å or less, optionally 370 Å or less, optionally 360 Å or less, optionally 350 Å or less, optionally 340 Å or less, optionally 330 Å or less, Optionally up to 320 Å, optionally up to 310 Å, optionally up to 300 Å, optionally up to 290 Å, optionally up to 280 Å, optionally up to 270 Å, optionally up to 260 Å, optionally up to 250 Å, optionally Optionally less than 240 A, optionally less than 230 A, optionally less than 220 A, optionally less than 210 A, optionally less than 200 A, optionally less than 19 A, optionally less than 180 A, optionally less than 170 A, Or less, optionally less than 150 A, optionally less than 140 A, optionally less than 130 A, optionally less than 120 A. Optionally, the crystallite size on the BCC is 200 A to 300 A. Optionally, the crystallite size on the BCC is from 120 A to 300 A. Optionally, the crystallite size on the BCC is 120 A to 200 A. Optionally, the crystallite size on the BCC is from 120 A to 160 A. Optionally, the crystallite size on the BCC is from 140 A to 160 A.

수소 저장 합금의 물리적, 구조적, 및 전기화학적 성질은 너무 많은 라베스 상이 물질에서 형성되는 것을 방지하거나, 물질에 BCC 상 구조의 양을 증가시키거나, 또는 그의 조합에 의해 촉진된다. 그와 같이, 화학식 I, 화학식 II, 또는 화학식 III의 라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물 합금의 활성화 (하이드라이딩) 방법이 제공된다. 본 방법은 라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물 합금을 수소화 압력에서 수소를 포함하는 분위기에 놓는 단계 및 사이클 10에서 원하는 용량, 임의적으로 200 mAh/g 이상을 갖는 활성화된 금속 수소화물 합금을 생성하도록, 동시에 합금을 냉각시키는 단계를 포함한다. 증가된 압력에서의 수소에 라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물 합금을 놓는 단계는 수소화물 형성 반응의 발열 특성 때문에 물질의 온도를 증가시킬 것이다. 합금의 온도가 제어되지 않은 방식으로 증가되도록 허용하는 것은 활성화된 합금의 얻어지는 전기화학적 성질에 유해하다는 것이 밝혀졌다. 그와 같이, 일부 양상에서, 합금은 활성 냉각 단계를 포함하는 방법에 의해 수소화된다. 한 특정 이론에 제한되지 않고서, 하이드라이딩 동안 물질의 온도를 제어하는 것은 활성화 동안 합금에서 형성되는 것으로부터 초과의 AB2 상 구조를 촉진한다. 온도 제어는 예를 들어 물로 덮인 시스템(water jacketed system) 또는 배스로 반응 용기를 냉각시킴에 의해, 또는 기술분야에 공지되어 있는 다른 방법에 의해 달성된다. 임의적으로, 합금의 반응 온도는 300 ℃를 초과하지 않는다.The physical, structural, and electrochemical properties of the hydrogen storage alloy are promoted by preventing too much Laves phase from forming in the material, increasing the amount of BCC phase structure in the material, or by a combination thereof. As such, a method of activation (hydration) of a Laveth phase-associated BCC metal hydride alloy of formula I, formula II, or formula III is provided. The method comprises the steps of placing a Laveth-phase-related BCC metal hydride alloy in an atmosphere containing hydrogen at hydrogenation pressure, and producing an activated metal hydride alloy having a desired capacity, preferably 200 mAh / g or more, , And cooling the alloy at the same time. The step of placing the Laveth phase-associated BCC metal hydride alloy in hydrogen at increased pressure will increase the temperature of the material due to the exothermic nature of the hydride formation reaction. It has been found that allowing the temperature of the alloy to increase in an uncontrolled manner is detrimental to the resulting electrochemical properties of the activated alloy. As such, in some aspects, the alloy is hydrogenated by a method comprising an active cooling step. Without being limited to one particular theory, controlling the temperature of the material during hydration promotes excess AB two- phase structure from being formed in the alloy during activation. Temperature control is accomplished, for example, by cooling the reaction vessel with a water jacketed system or bath, or by other methods known in the art. Optionally, the reaction temperature of the alloy does not exceed 300 ° C.

일부 양상에서, 합금의 온도는 수소화 동안 실온 내지 임의적으로 300 ℃, 임의적으로 295 ℃, 임의적으로 290 ℃, 임의적으로 285 ℃, 임의적으로 280 ℃, 임의적으로 275 ℃, 임의적으로 270 ℃, 임의적으로 260 ℃, 임의적으로 250 ℃, 임의적으로 240 ℃, 임의적으로 230 ℃, 임의적으로 220 ℃, 임의적으로 210 ℃, 임의적으로 200 ℃, 임의적으로 190 ℃, 임의적으로 180 ℃, 임의적으로 170 ℃, 임의적으로 160 ℃, 임의적으로 150 ℃, 임의적으로 140 ℃, 임의적으로 130 ℃, 임의적으로 120 ℃, 임의적으로 110 ℃, 임의적으로 100 ℃, 임의적으로 90 ℃, 임의적으로 80 ℃, 임의적으로 70 ℃, 임의적으로 60 ℃, 임의적으로 50 ℃, 임의적으로 40 ℃, 임의적으로 30 ℃로 유지된다. 일부 양상에서, 합금은 수소화 동안 실온 내지 300 ℃, 또는 그 사이의 임의의 값 또는 범위로 유지된다.In some aspects, the temperature of the alloy is maintained during the hydrogenation from room temperature to optional 300 ° C, optionally 295 ° C, optionally 290 ° C, optionally 285 ° C, optionally 280 ° C, optionally 275 ° C, optionally 270 ° C, optionally 260 Optionally 200 ° C, optionally 250 ° C, optionally 240 ° C, optionally 230 ° C, optionally 220 ° C, optionally 210 ° C, optionally 200 ° C, optionally 190 ° C, optionally 180 ° C, optionally 170 ° C, optionally 160 Optionally at 150 ° C, optionally at 140 ° C, optionally at 130 ° C, optionally at 120 ° C, optionally at 110 ° C, optionally at 100 ° C, optionally at 90 ° C, optionally at 80 ° C, optionally at 70 ° C, Lt; 0 &gt; C, optionally 50 &lt; 0 &gt; C, optionally 40 &lt; 0 &gt; C, In some aspects, the alloy is maintained at room temperature to 300 &lt; 0 &gt; C during hydrogenation, or any value or range therebetween.

수소 압력을 증가시키는 것은 또한 얻어지는 활성화된 수소 저장 합금에서의 BCC 상의 증가된 양의 형성을 촉진하는 데 유용한 것으로 밝혀졌다. 그와 같이, 일부 양상의 라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물 합금을 수소화하는 것은 1.4 MPa 이상, 임의적으로 1.5 MPa 이상, 임의적으로 1.8 MPa 이상, 임의적으로 2 MPa 이상, 임의적으로 3 MPa 이상, 임의적으로 4 MPa 이상, 임의적으로 5 MPa 이상, 임의적으로 6 MPa 이상의 수소화 압력에서 수행된다.Increasing the hydrogen pressure has also been found to be useful in promoting the formation of increased amounts of BCC on the resulting activated hydrogen storage alloy. As such, the hydrogenation of some aspects of the Laveth-phase-related BCC metal hydride alloys requires hydrogenation of at least 1.4 MPa, optionally at least 1.5 MPa, optionally at least 1.8 MPa, optionally at least 2 MPa, optionally at least 3 MPa, At a hydrogenation pressure of at least 4 MPa, optionally at least 5 MPa, optionally at least 6 MPa.

일부 양상에서, 라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물 합금은 1.4 MPa 초과의 수소화 압력 및 300 ℃ 이하로의 온도 제어 모두를 사용하여 수소화된다. 그와 같이, 합금이 300 ℃, 임의적으로 295 ℃, 임의적으로 290 ℃, 임의적으로 285 ℃, 임의적으로 280 ℃, 임의적으로 275 ℃, 임의적으로 270 ℃, 임의적으로 260 ℃, 임의적으로 250 ℃, 임의적으로 240 ℃, 임의적으로 230 ℃, 임의적으로 220 ℃, 임의적으로 210 ℃, 임의적으로 200 ℃, 임의적으로 190 ℃, 임의적으로 180 ℃, 임의적으로 170 ℃, 임의적으로 160 ℃, 임의적으로 150 ℃, 임의적으로 140 ℃, 임의적으로 130 ℃, 임의적으로 120 ℃, 임의적으로 110 ℃, 임의적으로 100 ℃, 임의적으로 90 ℃, 임의적으로 80 ℃, 임의적으로 70 ℃, 임의적으로 60 ℃, 임의적으로 50 ℃, 임의적으로 40 ℃, 임의적으로 30 ℃ 초과하는 것을 방지하도록 냉각시키는 것과 함께, 합금은 임의적으로 1.4 MPa 내지 6 MPa 이상의 수소화 압력으로 활성화된다. 상기 온도 범위의 임의의 것에서 수소화 압력은 임의적으로 6 MPa 내지 임의적으로 1.4 MPa, 임의적으로 1.5 MPa, 임의적으로 1.6 MPa, 임의적으로 1.7 MPa, 임의적으로 1.8 MPa, 임의적으로 1.9 MPa, 임의적으로 2 MPa, 임의적으로 2.1 MPa, 임의적으로 2.2 MPa, 임의적으로 2.3 MPa, 임의적으로 2.4 MPa, 임의적으로 2.5 MPa, 임의적으로 2.6 MPa, 임의적으로 2.7 MPa, 임의적으로 2.8 MPa, 임의적으로 2.9 MPa, 임의적으로 3 MPa, 임의적으로 3.1 MPa, 임의적으로 3.2 MPa, 임의적으로 3.3 MPa, 임의적으로 3.4 MPa, 임의적으로 3.5 MPa, 임의적으로 3.6 MPa, 임의적으로 3.7 MPa, 임의적으로 3.8 MPa, 임의적으로 3.9 MPa, 임의적으로 4 MPa, 임의적으로 4.1 MPa, 임의적으로 4.2 MPa, 임의적으로 4.3 MPa, 임의적으로 4.4 MPa, 임의적으로 4.5 MPa, 임의적으로 4.6 MPa, 임의적으로 4.7 MPa, 임의적으로 4.8 MPa, 임의적으로 4.9 MPa, 임의적으로 5 MPa, 임의적으로 5.1 MPa, 임의적으로 5.2 MPa, 임의적으로 5.3 MPa, 임의적으로 5.4 MPa, 임의적으로 5.5 MPa, 임의적으로 5.6 MPa, 임의적으로 5.7 MPa, 임의적으로 5.8 MPa, 임의적으로 5.9 MPa이다. 일부 양상에서 수소화 압력은 6 MPa 이상이다.In some aspects, the Laveth phase-related BCC metal hydride alloys are hydrogenated using both a hydrogenation pressure of greater than 1.4 MPa and temperature control below 300 占 폚. As such, the alloy is heated to 300 ° C, optionally 295 ° C, optionally 290 ° C, optionally 285 ° C, optionally 280 ° C, optionally 275 ° C, optionally 270 ° C, optionally 260 ° C, optionally 250 ° C, Optionally 160 ° C, optionally 150 ° C, optional 240 ° C, optionally 230 ° C, optionally 220 ° C, optionally 210 ° C, optionally 200 ° C, optionally 190 ° C, optionally 180 ° C, Optionally at 120 캜, optionally at 110 캜, optionally at 100 캜, optionally at 90 캜, optionally at 80 캜, optionally at 70 캜, optionally at 60 캜, optionally at 50 캜, optionally at 140 캜, optionally at 130 캜, The alloy is optionally activated with a hydrogenation pressure of 1.4 MPa to 6 MPa or higher. In any of the above temperature ranges the hydrogenation pressure may optionally be between 6 MPa and optionally 1.4 MPa, optionally 1.5 MPa, optionally 1.6 MPa, optionally 1.7 MPa, optionally 1.8 MPa, optionally 1.9 MPa, optionally 2 MPa, Optionally 2.1 MPa, optionally 2.2 MPa, optionally 2.3 MPa, optionally 2.4 MPa, optionally 2.5 MPa, optionally 2.6 MPa, optionally 2.7 MPa, optionally 2.8 MPa, optionally 2.9 MPa, optionally 3 MPa, Optionally 3.1 MPa, optionally 3.2 MPa, optionally 3.3 MPa, optionally 3.4 MPa, optionally 3.5 MPa, optionally 3.6 MPa, optionally 3.7 MPa, optionally 3.8 MPa, optionally 3.9 MPa, optionally 4 MPa, Optionally 4.1 MPa, optionally 4.2 MPa, optionally 4.3 MPa, optionally 4.4 MPa, optionally 4.5 MPa, optionally 4.6 MPa, optionally 4.7 MPa, optionally 4.8 MPa, optionally 4.9 MPa, 5 MPa, an optionally 5.1 MPa, 5.2 MPa, optionally, optionally 5.3 MPa, 5.4 MPa, optionally, optionally 5.5 MPa, 5.6 MPa, optionally, optionally 5.7 MPa, 5.8 MPa, optionally, optionally 5.9 MPa. In some aspects, the hydrogenation pressure is at least 6 MPa.

제공된 방법에 의해 제조된 얻어지는 활성화된 수소 저장 합금은 전통적인 방식으로 제조된 조성적으로 유사한 물질의 용량의 거의 두 배 및 종종 두 배 초과인 용량을 보유한다.The resulting activated hydrogen storage alloy produced by the provided method possesses a capacity of almost twice and often more than twice the capacity of formally similar materials prepared in the conventional manner.

본 발명의 다양한 양상은 하기의 비-제한적인 실시예로 설명된다. 실시예는 설명 목적을 위함이며 본 발명의 임의의 실시에 대한 제한이 아니다. 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 변동 및 변경이 될 수 있음을 이해할 것이다.The various aspects of the invention are illustrated by the following non-limiting examples. The embodiments are for illustrative purposes and are not limitations on any implementation of the invention. It will be understood that variations and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

실험Experiment

본 발명의 원리를 설명하는 실험 시리즈와 관련하여 다양한 조건에 의해 화학식 I 또는 II의 시리즈의 금속 수소화물 합금을 제조하였고 하이드라이딩하였다. 비소모성 텅스텐 전극 및 수냉각 구리 트레이를 사용한 연속적인 아르곤 흐름의 조건하에서 원료를 용융시켰다. 형성 이전에, 몇몇 용융-냉각 사이클에 한 조각의 희생 티타늄을 놓아 시스템 내 잔류 산소 농도를 감소시켰다. 연구 잉곳은 화학 조성에서의 균일성을 보장하도록 돌려놓으면서 이어서 몇몇 재-용융 사이클에 놓인다.Metal hydride alloys of the series of formula I or II were prepared and hydrated according to various conditions in connection with a series of experiments that illustrate the principles of the present invention. The raw materials were melted under continuous argon flow conditions using a non-consumable tungsten electrode and a water cooled copper tray. Prior to formation, a piece of sacrificial titanium was placed in several melt-cooling cycles to reduce the residual oxygen concentration in the system. The research ingots are then placed in some re-melting cycles while being turned to ensure uniformity in chemical composition.

기술분야에 공지되어 있는 원칙에 따라 바리안 리벌티(Varian Liberty) 100 유도 결합 플라즈마 광학 방출 분광계 (ICP-OES)를 사용하여 제조된 합금 샘플의 화학 조성을 측정하였다. 원자 퍼센트 단위의 활성화 이전의 잉곳으로부터의 ICP 결과는 도 1에 나타나 있다.The chemical composition of an alloy sample prepared using a Varian Liberty 100 Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer (ICP-OES) was measured according to principles known in the art. The ICP results from ingots prior to activation in atomic percent increments are shown in FIG.

<표 1: 설계 조성물 및 ICP 결과><Table 1: Design compositions and ICP results>

Figure pct00002
Figure pct00002

주조 상태(as-cast) 조성물은 설계된 바와 같은 조성물과 우수한 일치를 갖는다. 이전 시리즈의 합금은 Cr 함량에서 고르지 않음을 보였고, 이는 아크 용융 동안 전력을 증가시킴으로써 개선되었다. 이러한 시리즈의 합금 (P8-P14)의 측정된 B/A 비는 2.61 내지 5.36으로 다양하고, 범위는 문헌 [Young et al., Int . J. Hydrogen Energy, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.01.134] (언론에서의 논문)로부터의 이전 시리즈 (P1-P8)와 유사하다.The as-cast composition has good agreement with the composition as designed. The alloys of the previous series showed unevenness in the Cr content, which was improved by increasing power during arc melting. The measured B / A ratio of the alloys of this series (P8-P14) varied from 2.61 to 5.36, the range of which is described in Young et al., Int . J. Hydrogen Energy , http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.01.134] (paper in the press).

상 분포 및 조성Phase distribution and composition

에너지 분산형 분광분석법 (EDS) 능력이 있는 JEOL-JSM6320F 주사전자현미경을 사용하여 합금 상 분포 및 조성을 조사하였다. 샘플을 탑재하였고 에폭시 블록 상에 연마하였고, SEM 챔버로 들어가기 전에 헹궜고 건조시켰다. 후방 산란 전자 이미지는 도 1a-g에 나타나 있다. 도 1a-g에서 번호로 각각 묘사된 EDS에 의한 연구를 위해 몇몇 영역을 선택하였다. EDS 측정의 결과는 각각 도 1a-1g에서 조성 P8-P14의 조성물을 설명하는 도 2에 나타나 있다.JEOL-JSM6320F scanning electron microscope with energy dispersive spectroscopy (EDS) capability was used to investigate the distribution and composition of alloy phases. Samples were mounted, polished on epoxy blocks, rinsed and dried before entering the SEM chamber. Backscattering electron images are shown in Figures la-g. Several areas were selected for study by EDS, each of which is numbered in Figures 1a-g. The results of the EDS measurements are shown in FIG. 2, which illustrate the compositions of composition P8-P14 in Figures 1a-1g, respectively.

<표 2: EDS 결과의 요약>< Table 2: Summary of EDS results>

모든 조성은 원자백분율로 나타나 있다. C14 및 BCC 상의 조성은 각각 이탤릭체 및 볼드체로 나와 있다.All compositions are expressed as atomic percentages. The compositions on C14 and BCC are in italic and bold, respectively.

Figure pct00003
Figure pct00003

합금에서 Ti-함량이 증가함에 따라, BCC 및 C14 상의 결정립 크기 모두는 감소하였다가 증가한다. 반응되지 않은 금속 Zr은 처음 약간의 합금에서 발견된다 (도 1a 스폿 5). 또한, Ti-함량에서의 증가는 C14 상 존재비에서의 증가를 생성하였고 따라서 덜 순수한 Zr은 최종 샘플에서 발견될 수 있다. TiNi 상은 도 1f-3 및 도 1g-3에서 보이는 바와 같이, 연구에서 가장 높은 Ti-함량을 갖는 합금인, 합금 P13 및 P14에서 나타나기 시작한다.As the Ti content in the alloy increases, both the grain size on BCC and C14 decrease and then increase. Unreacted metal Zr is found in the first few alloys (Fig. 1a spot 5). In addition, an increase in the Ti-content produced an increase in the C14 phase abundance ratio, so less pure Zr can be found in the final sample. The TiNi phase begins to appear in alloys P13 and P14, which are the alloys with the highest Ti content in the study, as shown in Figures 1f-3 and 1g-3.

도 2a에서 Zr-, Ti-, V-, Ni-함량 및 C14 상에서의 B/A 비를 플로팅하였다. 합금에서의 전반적인 Ti-함량이 증가함에 따라, C14 상에서의 Ti-함량은 Zr-함량이 감소하는 동안에 선형적으로 증가하였고; Ni-함량은 감소하였다가 안정되었고; V-함량은 정도를 유지하였고; B/A 비는 일률적으로 2.1에서 1.5로 감소하였다.In Figure 2a, the Zr-, Ti-, V-, Ni- content and B / A ratio on C14 were plotted. As the overall Ti-content in the alloy increases, the Ti-content on C14 linearly increases while the Zr-content decreases; Ni-content decreased and stabilized; V-content was maintained at the level; The B / A ratio decreased uniformly from 2.1 to 1.5.

하이드라이딩Hydriding

냉각 시스템을 통한 활성화 동안 합금의 최대 온도를 다르게하거나, 수소 압력을 바꾸거나, 또는 둘다에 의한 다양한 활성화 조건에 P8-P14의 합금을 놓았다. 네 개의 활성화 방법은 표 3에 나타나 있다.The alloy of P8-P14 was placed under various activation conditions by varying the maximum temperature of the alloy during activation through the cooling system, changing the hydrogen pressure, or both. The four activation methods are shown in Table 3.

<표 3: 예시적인 활성화 조건>< Table 3: Exemplary activation conditions>

Figure pct00004
Figure pct00004

전통적인 활성화 방법을 사용하는 대조군의 활성화된 합금 및 실시예 1-3의 방법에 따라 제조된 것들을 기상 수소 저장 특성 및 전기화학적 성질뿐만 아니라 구조 배열에 대한 분석을 하였다.The active alloys of the control group using the conventional activation method and those prepared according to the methods of Examples 1-3 were analyzed for the hydrogen storage properties and the electrochemical properties as well as the structural arrangement.

XRDXRD 분석 analysis

필립스 엑스퍼트 프로(Philips X'Pert Pro) x-선 회절분석기를 이용하여 합금의 미세구조를 연구하였다. 모든 7 개의 합금 P8-P14의 XRD 패턴은 도 3a에 나타나 있다 (각각 a-g). C14 및 BCC 회절 피크 모두가 관찰된다는 것은 명백하다. 합금에서 증가하는 V는 강도에서 BCC 피크의 감소 및 보다 낮은 각도로의 이동, 및 강도에서 C14 피크의 증가 및 BCC 피크와 같은 방향으로의 이동에 대응한다.The microstructure of the alloy was studied using a Philips X'Pert Pro x-ray diffractometer. The XRD patterns of all seven alloys P8-P14 are shown in Fig. 3A (a-g, respectively). It is clear that both C14 and BCC diffraction peaks are observed. Increasing V in the alloy corresponds to a decrease in the BCC peak in intensity and a shift to a lower angle, and an increase in the C14 peak in intensity and a shift in the same direction as the BCC peak.

다양한 조건 (대조군 및 실시예 1-3)하에서 수소화된 P8의 XRD 패턴은 도 3b에 나타나 있다. C14 및 BCC의 두 세트의 회절 피크가 관찰되고, 이는 전반적인 시스템에서 이러한 구조의 중요성을 나타낸다.The XRD pattern of hydrogenated P8 under various conditions (control and Example 1-3) is shown in Figure 3b. Two sets of diffraction peaks of C14 and BCC are observed, indicating the importance of this structure in the overall system.

리트펠드(Rietveld) 방법 및 제이드(Jade) 9 소프트웨어를 사용하는 XRD 데이터의 풀 패턴 피팅(full pattern fitting)으로부터 모든 합금 샘플에서 각각의 상의 결정자 크기를 얻었다. XRD 패턴으로부터 계산된 두 개의 상의 격자 상수는 표 4에 나열되고 도 4에서 플로팅하였다.Crystalline sizes of each phase were obtained from all alloy samples from the full pattern fitting of XRD data using the Rietveld method and Jade 9 software. The two-phase lattice constants calculated from the XRD pattern are listed in Table 4 and plotted in FIG.

<표 4:>< Table 4: >

Figure pct00005
Figure pct00005

Ti의 양이 증가함에 따라, C14 상에 대한 격자 상수 ac와 BCC 상에 대한 격자 상수 a 모두가 증가를 보였다. C14 상에서, c/a 비는 Ti-함량이 증가함에 따라 증가하고, 안정화하고, 감소하였다. C14 단위 전지의 비등방성 성장은 상대적으로 더 큰 A-자리 Ti (1.614 Å의 반경)로의 B-자리 Cr (1.423 Å의 AB2 금속 합금에서의 금속 반경)의 부분적인 대체로부터 일어난다. BCC 상에서의 격자 상수 a는 합금에서의 V-함량이 증가함에 따라 2.9683에서 3.0165 Å로 증가하였다.As the amount of Ti is increased, it showed the lattice constant a for both the lattice constants a and c and the increase of the BCC phase C14. On C14, the c / a ratio increased, stabilized, and decreased with increasing Ti content. Anisotropic growth of the C14 unit cell takes place from the partial substitution of the relatively larger spot Ti A- B- place Cr (metallic radius of the metal alloy of the AB 2 1.423 Å) to (the radius of 1.614 Å). The lattice constant a on the BCC increased from 2.9683 to 3.0165 Å as the V - content in the alloy increased.

표 4는 P8-P14 합금에서의 각각의 상의 결정자 크기를 또한 나타낸다. 합금에서의 Ti-함량이 증가함에 따라, C14 상의 존재비는 11.0에서 56.4 중량%까지 증가하였고 합금 P14에서 52.5 중량%로 약간 떨어졌다. BCC 상은 P8에서 P14까지 89.0 %에서 47.5 %로 떨어지는 정반대의 경향을 보였다. 동시에, C14 결정자 크기는 초기에 증가하였다가 감소하는 한편, BCC 결정자 크기는 일률적으로 감소하였다.Table 4 also shows the crystallite size of each phase in the P8-P14 alloy. As the Ti-content in the alloy increased, the abundance ratio on C14 increased from 11.0 to 56.4 wt% and slightly decreased to 52.5 wt% in alloy P14. The BCC phase showed the opposite trend from P8 to P14, falling from 89.0% to 47.5%. At the same time, the C14 crystallite size initially increased and decreased while the BCC crystallite size decreased uniformly.

도 4는 대조군 및 실시예 1-3의 방법에 의해 수소화된 샘플 간에 달라지는 샘플 P8에 대한 BCC 피크 (110)의 FWHM을 나타내고 있다. BCC 상의 계산된 결정자 크기는 도 5에 나타나 있다.Figure 4 shows the FWHM of BCC peak 110 for sample P8, which varies between the control and the samples hydrogenated by the methods of Examples 1-3. The calculated crystallite size on the BCC is shown in Fig.

<표 5: BCC (110) 상의 결정자 크기> TABLE 5 Crystallite Size on BCC (110)

Figure pct00006
Figure pct00006

각각의 예시적인 수소화 물질은 300 Å 미만의 BCC 상의 결정자 크기를 보였다.Each exemplary hydrogenation material showed a crystallite size on the BCC of less than 300 ANGSTROM.

각각의 수소화 P8 샘플로부터의 격자 상수 ac는 표 6에 나열되어 있다.The lattice constants a and c from each hydrogenated P8 sample are listed in Table 6.

<표 6><Table 6>

Figure pct00007
Figure pct00007

기상 특징Weather feature

스즈키-쇼칸 멀티-채널(Suzuki-Shokan multi-channel) 압력-농도-온도 (PCT) 시스템을 사용하여 대조군 및 실시예 1-3의 기상 수소 저장 특성을 측정하였다. 이어서 30 ℃ 및 60 ℃에서의 PCT 등온선을 측정하였다. 대조군에 따라 및 실시예 1에 따라 수소화된 합금 P8에 대한 얻어지는 흡수 및 탈착 등온선은 도 6에 나타나 있다. 대조군에 따라 수소화된 P8의 합금은 상당한 히스테리시스를 보이고 활성화 후 1.1 % 수소 중량 퍼센트를 초과하지 않는다. 동일한 수소 기체 압력을 사용하지만, 300 ℃를 초과하지 않기 위하여 활성화 동안 합금의 최대 온도를 제어한 방법에 의해 활성화된 동일한 물질은 제2 플래토우의 완성 및 1.5 % 초과의 수소 중량 퍼센트를 보인다.The gas-phase hydrogen storage properties of the control and of Examples 1-3 were measured using a Suzuki-Shokan multi-channel pressure-concentration-temperature (PCT) system. The PCT isotherms were then measured at 30 캜 and 60 캜. The resulting absorption and desorption isotherms for the hydrogenated alloy P8 according to the control and according to Example 1 are shown in Fig. Depending on the control, the hydrogenated P8 alloy exhibits significant hysteresis and does not exceed 1.1% by weight of hydrogen after activation. The same material activated by the method of using the same hydrogen gas pressure but controlling the maximum temperature of the alloy during activation to not exceed 300 캜 shows the completion of the second plateau and a hydrogen weight percentage of more than 1.5%.

PCT 등온선의 히스테리시스는 P aP d가 각각 탈착 등온선의 중점에서 흡수 및 탈착 평형 압력인, ln (P a/P d)로 정의된다. 히스테리시스는 사이클링 동안 합금의 분쇄 속도를 예측하는 데 사용될 수 있다. 더 큰 히스테리시스를 갖는 합금은 하이드라이딩/데하이드라이딩 사이클 동안 더 높은 분쇄 속도를 갖는다. 히스테리시스로부터, 사이클 안정성의 큰 증가는 실시예 1-3의 방법에 따른 활성화에 의해 예상된다. 구체적으로, 최대 온도가 300 ℃를 초과하지 않도록 활성화 동안 잉곳을 냉각시킴에 의해, 히스테리시스는 상당히 감소한다.PCT isotherm hysteresis is defined as P a and P d is the absorption and desorption equilibrium pressure at each midpoint of the desorption isotherm, ln (P a / P d ). Hysteresis can be used to predict the grinding speed of the alloy during cycling. Alloys with larger hysteresis have a higher grinding rate during the hydriding / dehydriding cycle. From hysteresis, a large increase in cycle stability is expected by activation according to the method of Examples 1-3. Specifically, by cooling the ingot during activation so that the maximum temperature does not exceed 300 DEG C, the hysteresis decreases significantly.

P8-P14의 합금은 PCT 연구에 대해 유사하게 수소화된다. 모든 샘플은 최대 압력 (5.0 MPa)에서 수소의 존재 하 하나의 열 사이클로 활성화된다. 결과적인 측정은 PCT 특성을 크게 변화시키지 않았다. 30 및 60 ℃에서 측정된 얻어지는 흡수 및 탈착 등온선은 도 7a 및 b에 나타나 있다. 도 7a에 도시되듯이, 비교물질로서, 샘플 P8*을 활성화시켰고 1.1 MPa에서 고정된 최대 수소 압력으로 측정한 반면, 모든 다른 샘플을 5 MPa까지 측정하였다. PCT 연구로부터 얻어진 정보는 표 7에 요약하였다.The alloys of P8-P14 are similarly hydrogenated for the PCT study. All samples are activated with one thermal cycle in the presence of hydrogen at a maximum pressure (5.0 MPa). The resulting measurement did not significantly change the PCT characteristics. The resulting absorption and desorption isotherms measured at 30 and 60 [deg.] C are shown in Figures 7a and b. As shown in Figure 7a, as a comparative material, sample P8 * was activated and measured at a maximum hydrogen pressure fixed at 1.1 MPa, while all other samples were measured up to 5 MPa. The information obtained from the PCT study is summarized in Table 7.

<표 7: 기상 및 열역학적 성질의 요약>< Table 7 > Summary of meteorological and thermodynamic properties>

P8-P10에 대해 1.3 중량% 및 P11-P14에 대해 1.5 중량%에서 탈착 압력, 히스테리시스, 및 열역학적 성질을 계산하였다.The desorption pressure, hysteresis, and thermodynamic properties were calculated at 1.3 wt% for P8-P10 and at 1.5 wt% for P11-P14.

Figure pct00008
Figure pct00008

1.3 및 1.5 중량% 수소 저장에서 탈착 곡선의 평형 압력이 각각 합금 P8-P10 및 합금 P11-P14에 대해 플래토우 압력으로 사용되었고; 이들은 Ti-함량의 증가와 함께 감소하는 경향을 나타냈다. 보다 낮은 평형 압력은 BCC 및 C14 상 모두에서 확장된 단위 전지로부터 일어난다. PCT 등온선의 히스테리시스는 P aP d가 각각 언급된 수소 저장 농도에서의 흡수 및 탈착 평형 압력인, ln(P a/P d)로 정의된다. 일반적으로, 히스테리시스는 Ti-함량이 증가함에 따라 감소하고, 이는 사이클링 동안 분쇄를 감소시킴에 의해 사이클 안정성을 증가시키는 것으로 예상된다. Ti-함량이 증가함에 따라, 최대 용량은 보다 큰 단위 전지의 크기 및 더 많은 수소를 수용할 수 있는 이의 능력 때문에 증가하지만; 가역적인 수소 저장 용량은 금속-수소 결합 강도에서의 증가 때문에 감소한다 (보다 낮은 평형 압력으로부터 판단함). 30, 60, 및 90 ℃에서의 탈착 평형 압력은 식The equilibrium pressures of the desorption curves at 1.3 and 1.5 wt% hydrogen storage were used as Plateau pressures for alloys P8-P10 and alloys P11-P14, respectively; They showed a tendency to decrease with increasing Ti content. Lower equilibrium pressures arise from the extended unit cells in both BCC and C14 phases. PCT isotherm hysteresis is defined as P a and P d is the absorption and desorption equilibrium pressure of hydrogen storage density in the respective reference, ln (P a / P d ). In general, hysteresis decreases as the Ti content increases, which is expected to increase cycle stability by reducing crushing during cycling. As the Ti-content increases, the maximum capacity increases due to the larger unit cell size and its ability to accommodate more hydrogen; The reversible hydrogen storage capacity decreases due to the increase in the metal-hydrogen bond strength (judged from the lower equilibrium pressure). The desorption equilibrium pressures at 30, 60, and 90 &lt; 0 &gt;

ΔG = ΔH - TΔS = RT ln P (2)ΔG =ΔH - TΔS = RTln P (2)

에 의해 엔탈피 (ΔH) 및 엔트로피 (ΔS)의 변화를 평가하는 데 사용되고 여기서 R은 이상 기체 상수이고 T는 절대 온도이다. 이러한 계산의 결과는 표 7에 나열되어 있다. 값은 주로 이러한 합금 간의 비교를 위해 유용하다. 합금에서의 Ti-함량이 증가함에 따라, -ΔH 및 -ΔS 모두 초기에 감소하였다가 증가한다. ΔH 값은 단일한 우세 상이 있는 합금에서 드물게 관찰되는, 플래토우 압력과 상관관계가 없다. ΔS는 MH 시스템이 완벽하고, 정돈된 상태로부터 얼만큼 멀리 있는 지에 대한 표시이다 (무질서도). ΔS의 이론적인 값은 -135 J mol- 1 K-1에 가까운, 수소 기체의 엔트로피이다. 보다 동등한 C14 및 BCC 존재비 (P13 및 P14)를 갖는 합금이 가장 높은 ΔS 값을 갖지 않는다는 것은 흥미롭다. 대신, BCC/C14 결정립 경계의 높은 밀도를 갖는, 합금 P10 및 P11이 가장 높은 ΔS를 갖는다.Is used to evaluate the change in enthalpy (? H ) and entropy (? S ) by R, where R is the ideal gas constant and T is the absolute temperature. The results of these calculations are listed in Table 7. Values are primarily useful for comparison between these alloys. As the Ti content in the alloy increases, both -Δ H and -Δ S decrease initially and then increase. Δ H values are not correlated with the plateau pressure, which is observed in rare cases that different one days lead alloy. Δ S is an indication of how far the MH system is from a perfect, ordered state (disordered). The theoretical value of Δ S is the entropy of hydrogen gas, close to -135 J mol - 1 K -1 . It is an alloy having a more equal and C14 abundance BCC (P13 and P14) does not have the highest value of Δ S is interesting. Instead, the alloy P10 and P11 having a high density of BCC / C14 grain boundaries to have a highest Δ S.

전기화학적 특성화Electrochemical characterization

부분적으로 미리-충전된 Ni(OH)2 양극에 대하여 플러디드-전지(flooded-cell) 배치에서 각각의 합금의 방전 용량을 측정하였다. 반쪽전지 전기화학적 연구에 대하여, 각각의 잉곳을 처음 분쇄하였고 이어서 200-메쉬 체를 통과시켰다. 이어서 10-톤 프레스로 확장된 니켈 금속 기판 상에 체질된 분말을 압축시켜 어떠한 결합제를 사용하지 않고서 시험 전극 (약 1 cm2 면적 및 0.2 mm 두께)을 형성하였다. 이는 활성화 거동의 개선된 측정을 허용하였다. 부분적으로 미리-충전된 Ni(OH)2 페이스트(pasted) 전극을 양극으로 및 6M KOH 용액을 전해질로 사용하는 플러디드 전지 배치에서 얻어지는 소형 전극의 방전 용량을 측정하였다. 10 h 동안 50 mA/g의 일정한 전류밀도에서 각각의 샘플 전극을 충전하고 이어서 50 mA/g의 전류밀도에서 방전 후 12 및 4 mA/g에서의 두 풀(pull)이 일어난다. 이러한 합금의 활성화 및 사이클링 거동을 연구하기 위하여 처음 13 사이클로부터 완전한 용량 (4 mA/g)을 도 8a에 플로팅하였다. 합금의 활성화는 C14 상과 비교하여 BCC 상의 내식성 및 KOH에 대한 Cr의 내식성 때문에 BCC 상 존재비 및 Cr-함량에서의 감소로 더 용이해진다. 내식성의 감소는 활성화를 돕지만 이는 또한 사이클 안정성을 감소시킨다.The discharge capacities of the respective alloys were measured in a flooded-cell arrangement for the partially pre-charged Ni (OH) 2 anode. For half-cell electrochemical studies, each ingot was first crushed and then passed through a 200-mesh sieve. The powder sieved on a nickel metal substrate expanded with a 10-tone press was then compressed to form a test electrode (about 1 cm 2 area and 0.2 mm thickness) without using any binder. This allowed an improved measurement of the activation behavior. The discharge capacity of a small electrode obtained from a partially pre-filled Ni (OH) 2 pasted electrode as an anode and a 6M KOH solution as an electrolyte was measured. Each sample electrode is charged at a constant current density of 50 mA / g for 10 h followed by two pulls at 12 and 4 mA / g after discharge at a current density of 50 mA / g. A full capacity (4 mA / g) from the first 13 cycles was plotted in Figure 8a to study the activation and cycling behavior of these alloys. Activation of the alloy is facilitated by a reduction in the BCC abundance ratio and Cr-content due to the corrosion resistance of the BCC phase and the corrosion resistance of Cr to KOH compared to the C14 phase. Reduced corrosion resistance aids activation but also reduces cycle stability.

각각 4th 및 2nd 사이클에서 측정된 50 및 4 mA g-1 방전율로부터의 용량이 표 8에 나열되어 있다.The capacities from the 50 and 4 mA g -1 discharge rates measured at 4 th and 2 nd cycles, respectively, are listed in Table 8.

<표 8: 전기화학적 성질의 요약>< Table 8: Summary of electrochemical properties>

Figure pct00009
Figure pct00009

용량 모두는 전반적인 Ti-함량 증가와 함께 증가하였다가 이어서 감소하였다. 가장 높은 용량인, 463 mAh/g는 합금 P12로 측정되었다. 기상 용량이 이론적인 전기화학적 용량으로 변환되고 측정된 전기화학적 저장 용량과 함께 합금 수에 대해 플로팅될 때, 4 mA/g (낮은 속도) 곡선은 최대 기상 용량을 따라 이동하고, 50 mA/g (높은 속도) 곡선은 가역적인 기상 용량을 따라 이동한다 (도 9). 이러한 플롯에서, 기상 용량은All of the capacity increased with increasing overall Ti content and then decreased. The highest capacity, 463 mAh / g, was measured as alloy P12. When the gas phase capacity is converted to the theoretical electrochemical capacity and plotted against the number of alloys together with the measured electrochemical storage capacity, the 4 mA / g (low velocity) curve moves along the maximum gas phase capacity and reaches 50 mA / g High velocity) curve moves along the reversible vapor capacity (Figure 9). In these plots, the vapor capacity is

1 중량%의 H2 = 268 mAh g- 1 (3)1 wt% H 2 = 268 mAh g - 1 (3)

에 의해 전기화학적 용량으로 변환된다.To an electrochemical capacity.

이러한 시리즈의 합금의 전기화학적 용량은 5 MPa 수소화 방법에 의해 샘플을 완전한 활성화에 놓은 후에 다른 MH 시스템에 유사한 최대 및 가역적인 기상 용량에 의해 설정된 경계 사이에 있다.The electrochemical capacity of this series of alloys is between the boundaries set by similar maximum and reversible vapor capacities to other MH systems after the sample is put into full activation by the 5 MPa hydrogenation process.

50 mA/g에서 측정된 방전 용량 대 4 mA/g에서 측정된 방전 용량의 비로 정의된, 각각의 합금의 반쪽전지 HRD 값은 안정화된 4th 사이클에서 측정되고 표 8에 나열된다. P10을 제외하고, 모든 합금의 HRD는 4 사이클 이내로 안정화된다. 합금에서의 Ti-함량이 증가함에 따라, HRD는 급속히 감소한다. 촉매성 C14 상 존재비에서의 증가는 HRD 성능에 도움이 되지 않는다. P8* 및 P8의 HRD를 비교하여, 발명자들은 P8*의 전기화학적 HRD는 활성화 동안 사용된 보다 낮은 수소 압력 및 기상에서의 이의 보다 낮은 가역성에도 불구하고 보다 높다는 것을 발견하였다 (도 7a). 발명자들은 이러한 관찰을 합금에서의 상이한 상의 탓으로 돌릴 수 있다. PCT 곡선에서 관찰되는 두 개의 압력 플래토우는 두 개의 상이한 상과 관련될 수 있다. 보다 낮은 플래토우 압력을 갖는 제1 상 (도 7a에서 0.3 내지 1.0 중량%)은 제2 상 (도 7a에서 1.0 내지 1.6 중량%)보다 더 나은 속도 능력을 갖는다. C14 상은 BCC 상보다 더 촉매성인 것으로 여겨진다. 따라서, 발명자들은 보다 낮은 플래토우 압력을 갖는 상에 C14 상 및 보다 높은 플래토우 압력을 갖는 상에 BCC 상을 부여한다. 제1 플래토우의 증가하는 범위는 C14 상 존재비에서의 증가와 일치하고, 제2 플래토우의 감소하는 범위는 XRD 분석에서 유도된 BCC 상 존재비에서의 감소와 일치한다 (표 4).Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 50 mA / g &lt; / RTI &gt; versus the discharge capacity measured at 4 mA / g, Half cell HRD values for each alloy were measured in a stabilized 4 th cycle and are listed in Table 8. With the exception of P10, the HRD of all alloys is stabilized within 4 cycles. As the Ti content in the alloy increases, the HRD rapidly decreases. The increase in catalytic C14 phase abundance does not contribute to HRD performance. Comparing the HRD of P8 * and P8, the inventors found that the electrochemical HRD of P8 * is higher, despite the lower hydrogen pressure used during activation and its lower reversibility in the gas phase (FIG. 7A). The inventors can attribute this observation to the different phases in the alloy. The two pressure plateways observed in the PCT curve can be related to two different phases. The first phase (0.3 to 1.0 wt.% In FIG. 7A) having a lower Plateau pressure has a better velocity capability than the second phase (1.0 to 1.6 wt.% In FIG. 7A). The C14 phase is believed to be more catalytic than the BCC phase. Thus, the inventors confer the BCC phase on the phase with C14 phase and the phase with higher Platow pressure on the phase with lower platow pressure. The increasing range of the first plateau is consistent with the increase in the C14 phase abundance ratio and the decreasing range of the second plateau is consistent with the decrease in the BCC onset ratio induced by XRD analysis (Table 4).

증가된 Ti-함량과 함께 HRD 감소에 대한 이유를 연구하기 위하여, 벌크 확산 계수 (D) 및 표면 교환 전류 (I o)를 전기화학적으로 측정하였다. 모든 측정의 상세 사항은 이전에 문헌 [F. Li, K. Young, T. Ouchi, M.A. Fetcenko, J. Alloys Compd. 471 (2009) 371-7]에 의해 보고되었고, 값들은 표 8에 나열되어 있다. D 값 및 C14 결정자 크기는 도 10에서 합금 수에 대하여 플로팅되었다. D 값은 증가하는 Ti-함량과 함께 증가하는 경향이 있는 반면 C14 결정자 크기는 감소하는 경향이 있다. 이러한 일반적인 경향은 촉매성 C14의 보다 작은 결정자 크기는 양성자 이동을 용이하게 하고 D 값을 증가시키는 보다 많은 과립 간 영역의 형성을 허용한다는 것을 나타낸다.The bulk diffusion coefficient ( D ) and surface exchange current ( I o ) were electrochemically measured to study the reason for HRD reduction with increased Ti content. Details of all measurements were previously reported in F. Li, K. Young, T. Ouchi, MA Fetcenko, J. Alloys Compd. 471 (2009) 371-7], and the values are listed in Table 8. The D value and C14 crystallite size were plotted against the number of alloys in Fig. D values tend to increase with increasing Ti content while C 14 crystallite sizes tend to decrease. This general trend suggests that the smaller crystallite size of catalytic C14 allows for the formation of more intergranular regions that facilitate proton transfer and increase the D value.

본 명세서에서 언급된 특허, 공보, 및 출원은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자의 수준을 가리킨다. 각각 개별적인 특허, 공보, 또는 출원이 구체적으로 및 개별적으로 본원에 참조로 포함된 것과 같이 이러한 특허, 공보, 및 출원은 본원에 참조로 포함된다.The patents, publications, and applications mentioned in this specification are indicative of the level of ordinary skill in the art to which this invention pertains. Such patents, publications, and applications are incorporated herein by reference as if each individual patent, publication, or application was specifically and individually incorporated by reference herein.

전술한 내용에 비추어 볼 때, 본 발명의 다른 변경 및 변동이 시행될 수 있음이 이해될 것이다. 전술한 도면, 논의, 및 설명은 본 발명의 일부 구체적인 양상을 설명하기 위한 것이지만 그의 실시에 대한 제한을 의미하는 것은 아니다. 본 발명의 범위를 정의하는 것은 모든 등가물을 포함하는, 후술하는 청구범위이다.In view of the foregoing, it will be understood that other modifications and variations of the present invention may be practiced. The foregoing drawings, discussion, and description are intended to illustrate some specific aspects of the invention, but are not meant to be limiting. It is the following claims, including all equivalents, that define the scope of the invention.

Claims (24)

사이클 10에서 그램 당 200 밀리암페어 시 초과의 용량을 갖고,
화학식 I의 조성을 포함하는 라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물 합금.
<화학식 (I)>
TiwVxCryMz
(여기서 w+x+y+z = 1, 0.1≤w≤0.6, 0.1≤x≤0.6, 0.01≤y≤0.6이고, M은 B, Al, Si, Sn 및 전이 금속으로 구성되는 군에서 선택된다)
Having a capacity of more than 200 milliampere hours per gram in cycle 10,
A Laveth phase-related BCC metal hydride alloy comprising the composition of formula (I).
&Lt; Formula (I) >
Ti w V x Cr y M z
Wherein w + x + y + z = 1, 0.1? W? 0.6, 0.1? X? 0.6, 0.01? Y? 0.6, and M is selected from the group consisting of B, Al, Si, Sn and a transition metal )
제1항에 있어서, 그램 당 350 밀리암페어 시 이상의 용량을 갖는 합금.2. The alloy of claim 1, wherein the alloy has a capacity of at least 350 milliamperes per gram. 제1항에 있어서, 그램 당 400 밀리암페어 시 이상의 용량을 갖는 합금.The alloy of claim 1, wherein the alloy has a capacity of at least 400 milliampere hours per gram. 제1항에 있어서, 그램 당 420 밀리암페어 시 이상의 용량을 갖는 합금.The alloy of claim 1, wherein the alloy has a capacity of at least 420 milliamperes per gram. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 24 % 미만의 C14 상을 포함하는 합금.5. The alloy according to any one of claims 1 to 4, comprising less than 24% C14 phase. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 수소화물 합금이 주로 BCC 상 및 라베스 상의 조합이고, 상기 BCC 상은 5 % 초과 및 95 % 미만의 존재비를 갖고, 상기 라베스 상은 5 % 초과 및 95 % 미만의 존재비를 갖는 합금.5. The method of any one of the preceding claims wherein the metal hydride alloy is primarily a combination of a BCC phase and a Laveth phase wherein the BCC phase has an abundance ratio of greater than 5% and less than 95% % And an abundance ratio of less than 95%. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 400 옹스트롬 미만의 BCC 상 결정자 크기를 포함하는 합금.5. The alloy according to any one of claims 1 to 4, comprising a BCC phase crystallite size of less than 400 angstroms. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 200 옹스트롬 미만의 BCC 상 결정자 크기를 포함하는 합금.5. The alloy according to any one of claims 1 to 4, comprising a BCC phase crystallite size of less than 200 angstroms. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 1.20 내지 1.31의 B/A 비를 포함하는 합금.5. The alloy according to any one of claims 1 to 4, comprising a B / A ratio of 1.20 to 1.31. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, x/y가 1 내지 3인 합금.The alloy according to any one of claims 1 to 4, wherein x / y is from 1 to 3. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 화학식 II의 조성을 포함하는 합금.
<화학식 (II)>
Ti13.6+ x Zr2.1V44Cr13.2- x M27.1
(여기서 x는 0 초과 및 12 이하의 값이고, M은 Mn, Fe, Co, Ni, 및 Al의 조합이다)
5. Alloy according to any one of claims 1 to 4, comprising a composition of formula (II).
&Lt; Formula (II) >
Ti 13.6 + x Zr 2.1 V 44 Cr 13.2- x M 27.1
(Where x is a value of more than 0 and not more than 12, and M is a combination of Mn, Fe, Co, Ni, and Al)
제10항에 있어서, x가 2, 4, 6, 8, 10 또는 12인 합금.11. An alloy according to claim 10, wherein x is 2, 4, 6, 8, 10 or 12. 제10항에 있어서, x가 2 또는 4인 합금.11. The alloy according to claim 10, wherein x is 2 or 4. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 화학식 III의 조성을 포함하는 합금.
<화학식 (III)>
Ti0.4+x/6Zr0.6-x/6Mn0.44Ni1.0Al0.02Co0.09(VCr0.3Fe0.063)x
(여기서 x는 0.7 내지 2.8이다)
5. Alloy according to any one of claims 1 to 4, comprising a composition of formula (III).
&Lt; Formula (III) >
Ti 0.4 + x / 6 Zr 0.6-x / 6 Mn 0.44 Ni 1.0 Al 0.02 Co 0.09 (VCr 0.3 Fe 0.063 ) x
(Where x is 0.7 to 2.8)
(i) 라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물 합금을 수소화 압력에서 수소를 포함하는 분위기에 놓는 단계; 및
(ii) 그램 당 200 밀리암페어 시 초과의 용량을 갖는 활성화된 금속 수소화물 합금을 생성하도록, 상기 놓는 단계 동안 상기 합금을 냉각시키는 단계
를 포함하는, 화학식 I의 라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물 합금의 활성화 방법.
<화학식 (I)>
TiwVxCryMz
(여기서 w+x+y+z = 1, 0.1≤w≤0.6, 0.1≤x≤0.6, 0.01≤y≤0.6이고, M은 B, Al, Si, Sn 및 전이 금속으로 구성되는 군에서 선택된다)
(i) placing the Laveth phase-related BCC metal hydride alloy in an atmosphere containing hydrogen at hydrogen pressure; And
(ii) cooling said alloy during said laying to produce an activated metal hydride alloy having a capacity greater than 200 milliampere hours per gram
Wherein the Lattice phase-associated BCC metal hydride alloy of formula (I)
&Lt; Formula (I) >
Ti w V x Cr y M z
Wherein w + x + y + z = 1, 0.1? W? 0.6, 0.1? X? 0.6, 0.01? Y? 0.6, and M is selected from the group consisting of B, Al, Si, Sn and a transition metal )
제15항에 있어서, 상기 냉각시키는 단계가 섭씨 300 도 이하의 최대 활성화 온도에 있는 것인 방법.16. The method of claim 15, wherein the cooling step is at a maximum activation temperature of 300 degrees Celsius or less. 제15항에 있어서, 수소화 압력이 1.4 메가파스칼 이상인 방법.16. The process of claim 15, wherein the hydrogenation pressure is at least 1.4 megapascals. 제15항에 있어서, 수소화 압력이 6 메가파스칼 이상인 방법.16. The process of claim 15, wherein the hydrogenation pressure is at least 6 megapascals. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성화된 금속 수소화물 합금이 그램 당 300 밀리암페어 시 이상의 용량을 갖는 것인 방법.19. The method of any one of claims 15 to 18, wherein the activated metal hydride alloy has a capacity of 300 milliampere hours per gram or more. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성화된 금속 수소화물 합금이 그램 당 350 밀리암페어 시 이상의 용량을 갖는 것인 방법.19. The method of any one of claims 15 to 18, wherein the activated metal hydride alloy has a capacity of at least 350 milliampere hours per gram. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성화된 금속 수소화물 합금이 24 % 미만의 C14 상을 갖는 것인 방법.19. The method according to any one of claims 15 to 18, wherein the activated metal hydride alloy has a C14 phase of less than 24%. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성화된 금속 수소화물 합금이 주로 BCC 상 및 라베스 상의 조합이고, 상기 BCC 상은 5 % 초과 및 95 % 미만의 존재비를 갖고, 상기 라베스 상은 5 % 초과 및 95 % 미만의 존재비를 갖는 것인 방법.19. The method of any one of claims 15-18, wherein the activated metal hydride alloy is primarily a combination of a BCC phase and a Laveth phase, the BCC phase has an abundance ratio of greater than 5% and less than 95% Wherein the phase has an abundance ratio of greater than 5% and less than 95%. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성화된 금속 수소화물 합금이 400 옹스트롬 미만의 BCC 상 결정자 크기를 포함하는 것인 방법.19. The method of any one of claims 15 to 18, wherein the activated metal hydride alloy comprises a BCC phase crystallite size of less than 400 Angstroms. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라베스 상-관련 BCC 금속 수소화물 합금이 화학식 III의 것인 방법.
<화학식 (III)>
Ti0.4+x/6Zr0.6-x/6Mn0.44Ni1.0Al0.02Co0.09(VCr0.3Fe0.063)x
(여기서 x는 0.7 내지 2.8이다)
19. A process according to any one of claims 15 to 18, wherein the Laveth phase-related BCC metal hydride alloy is of formula III.
&Lt; Formula (III) >
Ti 0.4 + x / 6 Zr 0.6-x / 6 Mn 0.44 Ni 1.0 Al 0.02 Co 0.09 (VCr 0.3 Fe 0.063 ) x
(Where x is 0.7 to 2.8)
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