TW527425B - High storage capacity, fast kinetics, long cycle-life, hydrogen storage alloys - Google Patents

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Description

527425 A7 _-______B7 五、發明說明（〇 相關申請案 本申請案為1999年u月6曰歐文申思基 (Ovshinsky)等人申請名為“可實行以氫氣為基礎的經濟= 統之高儲存容量合金，，之美國專利申請案〇9/435,497號之 5 部份接續申請案。 發明領域 本發明概括有關首次能夠實際使用氫氣這種最普遍 的終極燃料源之革命性新的氫氣儲存合金。詳述之，本發 明有關不但能夠儲存7重量％左右的氫氣亦能夠在1〇分^ 10内儲存至少80%最大容量並具有至）5〇〇週期的生命週期 而不損失容量或動力學之氫氣儲存合金。 發明背景 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •% 本專利申睛案係描述氫氣儲存合金，此等氫氣儲存 合金可有效用於以氫氣為基儲的經濟系統，其中具有高健 15存谷蓋、優良的動力學以及長的生命週期。此種以氫氣為 基儲的經濟糸統之基礎建设糸統係為共同審杳中1 ggg年 11月22日名為以氫氣為基儲的經濟系統，，之美國專利申 δ月案09/444,810號的主體’並精由譬如已超越迄今無法 解決的化學、物理、電子及觸媒性障礙之此種氫氣儲存合 20 金等合金讓此種基礎建設成為可能實行的方式。此基礎建 設中可用之其他種氫氣儲存合金係完整描述於共同審查中 1999年11月6曰名為“可實行以氬氣為基礎的經濟系統 之高儲存容量合金”之美國專利申請案09/435,497號 (‘497號專利申請案）中，此案以引用方式併入本文中。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 90. 11. 2,000 527425 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（2) 吳國專利申請案〇9/435,497號係有關能夠克服未解決的 問題之5金，此未解決的問題係為具有足夠氫氣儲存容量 ^及極高速動力學而能安全且有效率地儲存氫氣來對於以 氫氣為基礎的經濟系統提供燃料，譬如藉以驅動内燃引擎 5及燃料電池載具。在美國專利申請案09/435,497號中， 發明人首_露具有高於約6重量％的氫氣儲存容量以及 優良的動力學之Mg基合金的製造，將此等材料視為一系 統藉以利用化學修改劑以及史丹福R•歐文申思基 (Stanford R. 〇vshinsky)領先提出之失序與局部順序原 10 理（the Principles 〇f disorder and 1〇cal 〇rder)而產 生此種革命性突破，其中係提供所需要的觸媒性局部環 境，同時設計儲存的體積特徵及高速充填/排放循環。異 言之，這些原理可藉由針對優良儲存容量來控制粒子與顆 粒大小、拓樸形狀、表面狀態、觸媒活性、微結構及整體 15互動環境’以將材料予以特殊設計。 美國專利申請案09/444,810號及美國專利申請案 09/435, 497號係合併解決了讓氫氣無法普遍使用之雙重 基本障礙：1)儲存容量；及2)基礎建設。利用美國專利申 請案09/435, 497號的合金，氫氣處於固態時可藉由船 20隻、駁船、火車、卡車等予以安全地運送，但是，美國專 利申凊案09/444, 810號所描述的氫氣基礎建設在整個系 統全程均需要謹慎的熱管理及有效率的使用，本發明可讓 基礎建δ又的子糸統之間的熱傳遞變得簡單、有效率且經 濟。 -4- 尺度適用中國國家標準(CNS)A4横^1() X 2πϋ：)~：-------— __ 90· 11. 2,000 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
527425 A7 五、發明說明（） 由於王球人口知脹且經濟活動辦 一 卜 化碳濃度使地球暖化造成氣候 / °，大氣中的二乳 铋浐宕岫、责雜to咕 ”、艾，然而’全球的能源系 統正輪、疋地遂離燃燒時會 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 個本卅# + 有口虱體之富碳燃料。幾乎 3 ；*：!：：^ 估計，自從195G以來朝向較低碳燃料以 半的排碳量^此，能源系統的除碳化係為過去to年的 系統/刀析中取重要的單—因素，已經預测此種演變將在二 10十-世紀結束前產生無石炭的能源系統，本發明可幫助大幅 縮短此時間，近程來看，就像氫氣已經用於驅動軌道繞行 的太空載具:氫氣亦可用在汽車、卡車及工廠的燃料電池 中，亚且，氫氣終將提供大致無碳的燃料以涵蓋所有的燃 料需要。 15 圖1取自可靠的工業來源並顯示社會朝向無碳環境 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 移動之趨勢圖，此趨勢係為從使用木材的18〇〇年代早期 開始直到氫氣’’經濟系統啟動大約2〇1〇為止之時間的函 數。在1800年代燃料主要為木材，此時的氫氣：碳比值約 為0· 1。當社會改用煤與石油時，氫氣：碳比值首次增加 20至1· 3然後再到2。現今，社會慢慢地朝向使用氫氣：碳 比值進一步增加至4之甲烷（曱烷具有嚴重的安全性、成 本及基礎建設問題）。然而，社會的最終目標在於採用一 種無碳燃料-亦即純氫氣這種最普遍的元素，困難處在於 缺乏固悲儲存谷1與基礎建設’美國專利申請案 90. 11. 2,000 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 527425 A7
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 09/帆⑽號及美國專獅請案顚35肩號的 已經發明-種具有優良吸收/去吸附動力學（亦即Ί 更好的動力千而、大)以及—種使用這些儲 ： 5建設，故使得此方式成一丄L人人 "之基礎 飞成為可仃。這些合金首次能夠 種儲存:搬運及輪送純氫氣之安全且高容量的裝置。 虱氣為不會耗盡的“終極漏”，氫氣為宇宙 富的元素（佔所有物質的护 尸 立 、《的r旦m 可對於地球提供 ^糸的⑧里來源対財種財分錢與氧的方法 然後可以固態形式儲存及運送氫氣。 ’ 雖然全世界的油貯藏量可能耗盡，幾乎仍可I限地 供應，氣。氫氣可由媒、天然氣及其他碳氫化合物產生， 但虱氣較佳由水電解而成，更佳利用太陽的能量產生（請 見美國專利4,678, 679號，此案以引用方式併人本= 中然而，氫氣亦可利用其他形式的經濟性能源（譬如風 力、波浪、地熱、水力發電、核能等）藉由水電解而成。 並且，氫氣為先天具有低成本的燃料，氫氣在任何的化學 燃料中具有每單位重量最高的能量密度，並因為“燃燒，，氫 氣的主要副產品為水所以大致不具污染性。因此，氫氣可 為解決譬如氣候變化、污染、對於石油的戰略依賴等許多 能源相關問題之途徑，並可作為一種幫助發展中國家的方 式。 雖然氫氣具有廣泛用於燃料的潛力但其主要缺點在 於：使用（特別是譬如驅動載具等汽車用途）時缺乏可接受 -6- 10 15 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） 90. 11. 2,000 〈請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
527425 A7 B7 五、發明說明（） 的輕重量氫氣儲存媒體。氫氣以壓縮氣體予以儲存時需要 使用大且重的容器，此外，亦需要大且很昂貴的壓縮機將 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 氫氣儲存為壓縮氣體，且經壓縮的氫氣具有很大的爆炸/ 起火危險。 5 氫氣亦可以液體予以儲存，但是，以液體儲存作為 機動車輛的燃料時，因為氫氣非常容易點燃，所以將產生 嚴重的安全性問題。液態氫亦必須保持極冷（-253°C以下） 並且如果溢出時具有高度揮發性。並且，液態氫的製造成 本很高且液化程序所需要的能量佔了燃燒氫氣所產生能量 10 的很大部份。以液體儲存的另一項缺點在於：因為氫氣蒸 發所造成的昂貴損失，此損失每天可高達5°/〇。 利用美國專利申請案09/435,497號的原子工程合金 以固態氫化物儲存氫氣係首次提供了比起壓力槽中的壓縮 氣體或液體儲存方式具有更大比例重量的儲存。並且，因 15 為氫氣以固態氫化物形式儲存時係處於其最低自由能狀 態，所以固態氫化物儲存氫氣很安全，且不會產生像將氫 氣以氣體或液體儲存在容器中的任何危險問題。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 除了以氣態或液態氫儲存的相關問題之外，亦具有 關於氫氣以此等形式運送的問題，譬如，液態氫的運送將 20 需要超絕緣性的槽，這些槽很重或佔體積並容易破裂與爆 炸。並且，需要隨時將一部份氫氣留在槽中以免槽的升溫 或冷卻造成重大的熱損失。至於氣態氫的運送，少量的氫 氣可使用亦可能破裂與爆炸之加壓氣槽載具，大量運送時 則需要建造全新的氳氣管線運送系統、或必須改裝及重新 -7- 90. 11. 2,000 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 20 527425
五、發明說明（6) =然=!Γ系統的壓縮機站、閥與墊片以供氫 虱使用，當然廷是基於這些既有管 u 氣運送之假設。 '、' 、冓成材料可適合氫 5重量ίίΓΓΑ不保持靜態的應用中，高的每單位材料 之虱狀儲存谷量是重要的考量因素。相對於 之低的氫氣儲存容量將會降低哩 、卜里 m 數而減小載具的行駛範 Μ吏用此專材料變得不切實際。需要低的去吸附溫产 (在300 C附近）以降低釋放氫氣所 : 皿又 為了有效率地利用載具、機具或他類:，、:並且， 1。熱’故釋放所健存氫氣時需要較低之去吸=度的可用排 需要良好的可逆性以讓氫氣儲存材料能夠又重覆吸收— 不顯著地損失氫氣儲存能力，需要良好的動 力子以讓風氣能夠在較短時間内吸收或去吸附，在製造及 使用期間需要能夠抵抗材料可能承受的毒物 15性能產生劣化。 兄』按又的 習知技藝的金屬主氫氣儲存材料係包括鎂、鎂鎳、 飢、鐵-鈦、鋼五鎳（lanth細m赠如灿）及上述全 與其他材料的合金。然而，習知技藝的材料並未解決使呈 適合能作廣泛商業使用之儲存媒體而革新推進工業並讓氯 氣成為普遍使用的燃料之上述問題。 因此，雖然已經提出多種金屬氫化物系統，因為啦 可儲存7重《以上的氫氣，所以仍然大幅研究处系統。 叙雖然可儲存大量氫氣，卻具有極低動力學的缺點，譬如 利用下列公式可計算出鎂氫化物理論上能夠儲存約7⑽ 本紙張尺度適用中i國家標準（CNS)A4規格⑵〇 x 297公爱·· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
90. 11. 2,000 527425 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（7) 重里的氫《I，儲存百分比=H/H+M，其中H為 〜 重量，Μ為儲存氯氣之材料的重量（下文所的 _餘此公式進行計算）。不幸地，習知技藝 官具有馬的儲存容量，卻因為排放氮氣需要數日之久;而t 5有用乂 6%的儲存容量雖然可理想地適合用於驅動載具: 内建氮氣儲存，但需要本發明形成《失序原理操;之 Mg基礎合金，以將先前無用的材料改變成為可接 泛商業用途。 M 鑛很難予以活化，譬如，美國專利3, 479, 165號揭 路·而要在400 C至425°C及1000磅每平方对條件下數曰 之久’以將鎭活化消除表面障礙並合理地（9Q%)轉換成氣 化物並且，此氫化物的去吸附通常需要在氫氣開始去吸 附之則加熱至杈向溫度，上述專利案揭露：MSI材料在開 始去吸附之前必須加熱至277t：溫度，並需要明顯較高的 ’JDL度以及日守間才此抵達可接受的操作輸出，即使在此時， 純Mg的動力學仍不可接受亦即不可使用，習知技藝的鎂 氫化物因為具有高去吸附溫度而不適用。 並且，已經考慮使用鎂基礎的合金來儲存氫氣，所 調查之兩種主要的Mg合金結晶結構為A2B及Αβ2合金系 20統。在系統中，因為Mgji合金具有中等的氫氣儲存 容量以及比鎂更低的生成熱（64千焦耳/莫耳），所以已廣 泛研究Mgji合金，但因為Mgji可能具有最高達3.6重 量％氫氣的儲存容量，研究者已試圖經由機械合金、機械 研磨及元素取代等方式來改良這些合金的氫化性質。但 10 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 9〇* 11' 2,〇〇〇 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 527425 A7 ____________ B7 五、發明說明（ 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 是，3_ 6重量％根本不夠高，且動力學同樣不足。 近來，調查者已經試圖製成儲存氫氣用之Mg2Ni型 合金，請見津汐（Tsushio)等人的“鎂基熔相合金之氫化性 質（Hydrogenation Properties of Mg-based Laves Phase Alloys)，，，金金與化合物期刊，269(1998)，219-223，津汐等人決定王_記錄這些合金的氫化物，且未能成 功地修改Mg2Ni合金以製成氫氣儲存材料。 最後，本發明人已致力於高Mg含量的合金或經元素 修改的Mg，譬如，在美國專利5, 976, 276號及5, 916, 381 號中，三寶路（Sapru)等人已製成約含有75至95原子°/〇的 Mg之機械合金的Mg-Ni-Mo及Mg-Fe-Ti材料以供氫氣的 熱儲存之用，藉由元素成份在球磨粉機或磨粉機中以適當 比例混合並將材料予以機械合金數小時以提供機械合金， 而製造這些合金。相較於MggNi合金，這些合金雖然已經 改良儲存容量但仍具有低的平台壓力（plateau pressure) ° 經修改的南Mg含置合金的另一種範例係揭露於頒予 歐文申思基等人之美國專利4, 431，561號中，此案以引用 方式併入本文中。在美國專利4,431,561號中，以濺鍍方 式產生高Mg含量的氫氣儲存合金薄膜，雖然此方式可良 好地適用基本原理以大幅改良儲存容量，但在本文所描述 的發明將高儲存容量、良好的動力學及良好的生命週期等 所有性質予以合併之前並不具有此種效果。 在美國專利4, 623, 597號中，此案以引用方式併入 -10- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---------· 90. 11. 2,000 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527425 五、發明說明（9) 〜 t文中身為本案其中„位發明人的歐文申思基描述了首 ★利用失序的多組份氫氣儲存材料作為電化 電池中的負電 極此專利案中’歐文申思基描述如何將失序的材料予以 特裝以大巾田增加氫氣儲存及可逆性特徵，此等失序的材料 5係由非曰曰系、微晶系、中等範圍順序或多晶系(缺乏長範 圍的:成順彳）其中一或多者所構成 ’其中多晶系材料可 〇括又十於材料内之拓樸性、組成性、平移性及位置性修 改/、失序的其中一或多者。這些失序材料的活性材料架構 係由或夕個元素的一主矩陣以及此主矩陣中所採用之修 10改=所組成，修改劑可增強所生成材料的失序因而生成較 大里且較廣;凡的觸媒活性部位以及氫氣儲存部位。 專利4, 623, 597號的失序電極材料係由輕重量 低成本元素以可確實形成主要為不平衡介穩相（随― equilibmim metastable phase)^>fc；|：數量❸技術所構 15成，的能量及功率密度與低成本。所生成之^ 本间此里始、度的失序材料可讓歐馮尼克⑺v〇nic)電池有 利地作為二次電池使用，但亦可作為一次電池並在本發明 的受讓人授權下供全球使用。 為了達成所需要的特徵，美國專利4,623,597號的 20材料之局部結構性及化學性順序的特殊設計非常重要。藉 由將選用的修改航素併人—主矩陣中產生所需要的一^ 失序的材料來操縱局部化學性順序藉此操縱局部結構性順 序，以達成美國專利4, 623, 597號經改良的陽極特徵。失 序的材料具有戶斤需要的電子構造而導致大量的活性部 11- 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）' ~ -----——— 90. 11. 2,000 c請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁〕
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 無關。 ^爹軌道修改劑（譬如過渡元素）由於具有各種可用的 結合構造而提供大幅增加的儲存部位數量，故導致能量密 度增Λ。修改技術特別提供了若具有獨特的結合構造、軌 5道重燊及結合部位頻譜則具有不同失序程度之不平衡材 科。由於不同的軌道重疊程度及失序結構，在充填/排放 週期或其間的靜止期間中將發生相當少量之結構重新排 列，故異有長的生命週期及貨架壽命。 1〇 美國專利4,623, 597號的改良電池係包括具有特製 的局部化學環境以預定產生高的電化充填與排放效率及高 電荷輸出之電極材料，利用一主矩陣而可能操縱材料之局 部化學環境，根據美國專利4, 623, 597號可以其他元素將 此主矩陣予以化學修改，以使氳氣脫離的觸媒活性部位以 15 及氫氣儲存部份的密度大幅增加。 美國專利4, 623, 597號的失序的材料經設計具有不 平常的電子構造，係藉由改變組成原子及其各軌道的立體 相互作用而生成此構造。藉由原子的組成性、位置性及平 移性關係導致失序，並利用所選定元素與這些執道之互動 20產生所需要的局部化學性環境來進一步修改失序。 美國專利4, 623, 597號所描述的失序可以是材料體 積中或材料的眾多區域中之組成性或構造性原子性質失 序。亦可藉由在材料内以一相與另一相之關係產生仿傚原 子層人之組成性或構造性失序的微相 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
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本紙張^SiTi?i^(CNS)A4規格⑽ X 297公釐） 90. 11. 2,000 527425 A7 五 10 發明說明（乃 :=)而將此失序導入主矩陣中。譬如，可藉由導入一 二不同晶相的微區域、或導入-或多個非晶相的區 相二除了丨多個晶相的區域之外亦導入-或多個非晶 描妓:A❿生成失序的材料。這些不同相之間的介面可 二田3局部化學環境的表面，以提供眾多之 虱氣儲存部位。 〃化學與熱氫化物之間具有基本的差異，本發明之熱 風化物合金已設計為一類具有本身根本待解決問題之獨特 的材料，表1所顯示的這些問題係與電化系統待解決問題 互相對立。 …、氫氣儲存b金至今尚未達成這些相同的屬性，因 此，此技藝已強烈、需要具有高容量、低成本、輕重量並具 有極南速的動力學之熱氫氣儲存合金材料。 表1 電化氫氣儲存 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 機制 環境 分割H20分子 鹼性氧化環境（Κ0Η電 解質） 室溫下之氫氣儲存/ _釋放 有效的M-Η結合強度 之特定範圍 —小幅影I 幅影響
動力學 熱動力學 導電性__ M+H20+e'〇MH+0H 在材料表面分^ 15 毒化（在Κ0Η出現時叙 _法操彳I…、 任何 度均可Μ 难 —大幅至f —小幅笔^ H2(g)〇2tr 1 “iU~L_ H2(g)〇2H 由上表可知’氫氣儲存合金材^^生命 •13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 527425
、2商業使用非常重要，在本發明以前，粉末狀的Mg的 =叩週期為另一項缺點。詳述之，習知技藝已注意到：Mg 粉只在40週期左右的氫化/去氫化週期中即失去容量及動 =學，此種容量及動力學的損失係因為在所需要的高溫循 5環期間Mg粒的燒結以及生成很大的氫氣質量所導致。對 於商業應用而言時間並不夠長，並最少需要增長至少一個 $量級的生命週期。因此，此技藝強烈需要具有高的儲存 、發明說明（ 谷里良好的動力學及長的生命週期而不損失容量或動力 學之氳氣儲存合金。 10 本發明提供具有高速動力學並且為鎂基氫氣儲存合 至粕末形式之咼容量、低成本、輕重量的熱氫氣儲存合金 材料，這些合金首次能夠使用固態來儲存及輸送氫氣以驅 動以氫氣為基礎的經濟系統，並特別可驅動譬如内燃引 15擎或燃料電池載具等車輛能源消費者應用。此合金包含大 於約90%重量的鎂且具有a)至少⑽重量的氫氣儲存容 里，b)吸收動力學，使得合金粉末於3〇〇。〇在10分鐘内 吸收80%的總容量；c)至少5〇〇週期的生命週期而不損失 谷1或動力學。合金粉末更佳具有至少β.5重量％的氫氣 20儲存容量、且最佳具有至少6·9重量％。並且，合金粉末 於300 C更佳在5分鐘内、最佳在15分鐘内吸收8〇%的 總容量。此材料更佳具有至少65〇、最佳至少1〇〇〇週期 的生命週期而不損失動力學或容量。 ’ 添加至鎂以產生合金之修改劑元素主要係包括Ni及 -14- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺錢财_家標準（CNS)A4規；^_(21〇 X 297公爱） 9〇* 1α· 2,〇〇〇 527425 A7 B7 五、發明說明（3 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
Mm(鈽合金）且亦可包括額外的元素譬如A1、Y及Si。 因此，此等合金通常包含0.5至2.5重量％的鎳及約1.0 至4. 0重量％的Mm(主要包含Ce、La及Pr)，合金亦可包 含3至7重量％的A1、0. 1至1. 5重量％的Y及0.3至1. 5 5 重量％的矽其中之一或多者。 圖式簡單說明 圖1為時間繪於橫座標軸而H/C比值繪於縱座標轴 之圖，此圖顯示社會朝向無碳燃料源之移動趨勢； 圖2為本發明的一種合金材料對於50及650週期所 10 儲存的氫氣vs.時間之吸收圖，圖中特別顯示本發明的合 金材料在650週期具有幾乎與50週期相同之氫氣儲存容 量及吸收動力學； 圖3為處於三種不同溫度之合金FC-10的壓力組成 溫度（PCT)曲線圖； 15 圖4為處於三種不同溫度之合金FC-76的PCT曲線 圖， 圖5為FC-76合金的吸收動力學圖，圖中特別繪出 三種不同溫度之重量％氫氣吸收vs.時間； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖6為FC-76合金的去吸附動力學圖，圖中特別繪 20 出三種不同溫度之重量％氫氣去吸附vs.時間； 圖7為FC-86合金的吸收動力學圖，圖中特別繪出 三種不同溫度之重量％氫氣去吸附vs.時間； 圖8為具有兩種不同粒子尺寸之FC-76合金粉末的 吸收動力學圖； -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 90. 11. 2,000 527425 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（） 圖9顯示本發明之1實施例，其中與氫氣儲存合 金材料相結合之一支樓裝置係螺旋狀捲成一線圈； 圖10顯示本發明之另一項實施例，其中與氫氣儲存 5 ^ i材料相結合之—支撐裝置係組裝成為複數個堆疊狀圓 ^圖11顯示一種氫氣供應系統的示意圖，此氫氣供應 系統採用本發明的合金來驅動一内燃引擎載具；及 ^圖12顯示一種氫氣供應系統的示意圖，此氫氣供應 系統採用本發明的合金來驅動一燃料電池載具。 检楚細描述 如上述，Mg儲存大量的氫氣，但是純此中的氫氣儲 存動力學並不如理想，亦即，雖然純Mg可儲存超過7.眯 重量％的氫氣，但Mg-H鍵結很強（75千焦耳/莫耳）而難以> 釋放所儲存的氫氣，所以純Mg並非商業可行的氫氣儲存 材料。因此，單獨使用Mg並不足夠，但若利用失序及I 部順序原理，可使用組成性（化學性引發）及結構性失^ (快速淬火）來生成不同的元素分佈。可藉由將材料視為〜 系統並利用化學修改劑及身為本案的一位發明人之史丹辐 R·歐文申思基（Stanford R· 〇vshinsky)所領先提出之失 序與局部順序原理來產生此突破，其中係提供儲存所 的局部順序環境，這些原理可藉由控制粒子大小、拓^ 狀、表面狀態、角蜀媒活性（包括觸媒部位及表面積）、微二 構、表面及體積中之晶核形成與微晶成長率、及結構性: 間隙性的儲存容量，以將材料予以特殊設叶。 一、 10 15 20 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚
9〇· 11. 2,000 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
527425 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（is) 詳述之，小粒子具有跨接晶系與非晶系固體 之獨特性質，亦即小型幾何形狀可導致新的物理作用现 注意50埃的粒子“大多位於表面”，藉以形成新的扭樸= 狀及不尋常的鍵結構造。並且，在一顆⑽埃粒子中 5 21%的所有原子位於表面上，另外有40%位於表面的 原子内。因此，在小粒子中具有重大之多元素微合金中= 組成性失序，譬如在一個50埃粒子中，一種1〇元素合金 中各種元素只因為統計學因素就顯現3%的濃度變化，此 等小粒子中具有明顯的量子限定效應（quant= confinement effects)，並會擾亂能帶結構效應。 本發明已發現：藉由使用原子工程原理並將局部環境 予以特殊設計，鎂可經過修改以儲存超過6重量％的气 氣，並具有顯著增大的動力學而可經濟地重新收回所儲存 的氣氣，可藉由增大的動力學以較低的溫度釋放氫氣，故 在氫氣基礎的能源系統中提高了金屬氫化物儲存的使用。 因此，此等合金可提供商業可行、低成本、輕重量的儲存 材料。 一般而言，合金係包含超過約90重量％·的鎂，並包 含至少一種修改劑元素。此至少一種修改劑元素產生一種 以鎂為基礎的合金，此合金具有至少500週斯的生命週期 而不損失動力學或儲存容量。此等材料更佳具有至少 週期的生命週期、最佳具有至少1〇〇〇週期的生命週期。 此等合金係能夠儲存至少6重量％的氫氣，經修改的合金 更佳能夠儲存至少6.5重量％的氫氣，經修改的合金最佳 ίο 15 20 _____ -17- 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（2ί0 X 297公爱 地11. Γ 清先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
15 20 527425 五、發明說明（16) 能夠儲存至少6.9重量％的氫氣。合金於300°C亦能夠在 10分鐘内、更佳在5分鐘内、最佳在1.5分鐘内吸收至 少80%的總氫氣儲存容量。修改劑元素主要係包括Ni及
Mm(鈽鑭合金）且亦可包括額外的元素譬如Α1、γ及Si。 5因此’此等合金通常包含0.5至2.5重量％的鎳及約1.0 至4· 0重量％的Mm(主要包含Ce、La及Pr)，合金亦可包 含3至7重量％的A1、〇. 1至1.5重量％的Y及0.3至1. 5 重量％的矽其中之一或多者。下列數項範例有助於顯示本 發明。 10 製造具有下列組成且代號為FC-10之經修改的Mg合 金：91· 〇重量％的处、〇· 9重量％的Ni、5.6重量％的A1、 〇·5重里％的γ、2·〇重量％的Mm。在一手套箱中將各別的 β金元素予以混合，混合物放入一石墨掛禍中並將掛塌潑 入一爐中，坩堝在底部具有一個2· 0公厘的氮化硼孔口， 此孔口利用一個可移除式氮化硼桿予以栓塞。將爐泵送力 很低的壓力並以氬氣清洗三次，使爐中的氬氣壓力最高马 1磅每平方吋並在坩堝加熱至6〇(rc時保持此壓力。一 $ 融熔就緒之後，拿起氮化硼桿並在壓力下將氬 入 中。融化的合金經由氮化佩口流出石騎料並到達: 未受水冷卻且水平轉動的銅輪上。約以咖轉每 之^輪係使融化合金固體化成為粒子，然後粒子將㈣ =盍住轉動的銅輪之—水冷卻式銅蓋彈開並落入一不箱 鋼盆内而逐漸冷卻。五公克的固體化合，金片係與⑽毫克 @ m ^#?TcnS)A4 ^ (210 X 297i^·
90. 11. 2,000 527425 A7 B7 五、發明說明（Π) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 的石墨研磨輔助物相混合，混合物機械研磨三小時，研磨 的合金隨後過篩分類以回收具有介於30與65微米之間粒 子尺寸的材料，此合金具有約6.5重量％的氫氣儲存容量 並於約300°C在5分鐘以内吸收80%的最大容量，合金性 5 質的其他細節如下文所描述。 範例2 製造具有下列組成且代號為FC-76之經修改的Mg合 金：95.6重量％的^^、1.6重量％的附、0.8重量％的8卜 2.0重量％的Mm。此合金具有與範例1相同的形成方式， 10 但爐溫為850°C且孔口尺寸為2.5公厘，此合金具有約 6.9重量％的氫氣儲存容量並於約300°C在1.5分鐘以内吸 收80°/◦的最大容量，合金性質的其他細節如下文所描述。 範例3 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 製造具有下列組成且代號為FC-86之經修改的Mg合 15 金：95重量％的Mg、2重量％的Ni、3.0重量％的Mm。此合 金具有與範例1相同的形成方式，但爐溫為750°C且輪速 度為1400轉每分，此合金具有約7. 0重量％的氫氣儲存容 量並於約275°C在2.3分鐘以内吸收80%的最大容量，合 金性質的其他細節如下文所描述。 20 本發明的合金具有高的儲存容量與優良的吸收/去吸 附動力學之獨特組合，本發明人已經發現：氫氣儲存材料 的合金組成與粒子尺寸兩者之組合對於動力學具有顯著的 影響，亦即，本發明人發現：材料的動力學（不論特定組成 如何）係隨後粒子尺寸減小而改善。詳述之，本發明人已 •19- 90. 11. 2,000 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 527425 A7 B7 五、發明說明（18) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ，:::具有介於約30與7〇微米之間的粒 此粒子尺寸可提供優良的動力學同時能= 造出來。增大敕+尺斗脸 句破I 七取 、：可谷易製造，但會降低材料的動 力予而產生欠佳的動力學，並因為這些％基合金= 延展性所以幾乎不可能減小粒子尺寸。實際上，因為合^ 二有過大的延展性而無法有效率地研磨n料 需要使用氣體霧化來特別製造大量的顆粒合金。月匕 必須庄意本發明合金的動力學及容 期而劣化，可由R ^ 个曰Ik者週 與週J二 C的5〇週期(以▲表示) 料之讀t R赫氫氣VS.^_ —合金材 、請呈* 卿，本發明的合缝料在650 八有與50週期幾乎相同的氫氣儲存容 學二雖然在650週期結束此測試，所有因素均顯示= 15 達成至少_或更大的生命週期而不損失容量 15 或動力學。 一圖3為合金FC—1〇於279。〇(以◦表示）、3〇6它（以矗 表示）335 C (以△表示）之壓力—組成—溫度（pCT 圖’此金在2肌具有刪托耳的平台壓/、 在306 C具有2200托耳的平台壓力、在335。〇具有43〇〇 托耳的平台壓力，PCT曲線顯示FC-10合金具有約6 5重 量％氫氣的最大容量，以及約70千焦耳/莫耳的氫鍵結 10 20 圖4為合金f〇76於278°C (以表示）、293°C (以♦ 表不）、32〇°C(以▲表示）之PCT曲線圖，此圖顯示合金在 -20- 本紙張尺度適用中國國(CNS)A4規格（2ιο χ 297公爱「 90. 11. 2,00 ----------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂----------線， 527425 A7 B7 五、發明說明（19) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 278°C具有750托耳的平台壓力、在293°C具有1100托耳 的平台壓力、在320°C具有2400托耳的平台壓力，PCT曲 線顯示FC-76合金具有約6.9重量％氫氣的最大容量，以 及約75千焦耳/莫耳的氫鍵結能。 5 圖5為FC-76合金之吸收動力學的繪圖，詳述之， 對於275°C (以◊代表）、300°C (以◦代表）、325°C (以△ 代表）等三種溫度緣出重量％氫氣吸收vs.時間。如圖所 示，當處於275°C時，合金在1.3分鐘中吸收80%的總容 量；處於300°C時，合金在1.4分鐘中吸收80%的總容 10 量；處於325X：時，合金在2.0分鐘中吸收80%的總容 量。 - 圖6為FC-76合金之去吸附動力學的繪圖，詳述 之，對於275°C (以□代表）、300°C (以〇代表）、325°C (以△代表）等三種溫度繪出重量％氫氣去吸附vs.時間。 15 如圖所示，當處於275°C時，合金在8.0分鐘中去吸附 80%的總容量；處於300°C時，合金在3.4分鐘中去吸附 80%的總容量；處於325°C時，合金在2.5分鐘中吸收80°/〇 的總容量。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖7為FC-86合金之吸收動力學的繪圖，詳述之， 20 對於230°C (以◊代表）、240°C (以◦代表）、275°C (以氺 代表）等三種溫度繪出重量％氫氣吸收vs.時間。如圖所 示，當處於230°C時，合金在5. 2分鐘中吸收80%的總容 量；處於300°C時，合金在2.4分鐘中吸收80%的總容 量；處於325°C時，合金在2. 3分鐘中吸收80%的總容 -21- 90. 11. 2,000 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 527425 A7 B7 五、發明說明（20) 量。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖8為具有兩種不同粒子尺寸的FC-76合金粉末之 吸收動力學的繪圖，詳述之，對於具有75至250微米（以 ◦代表）與32至63微米（以◊代表）等粒子尺寸範圍的材 5 料繪出重量％氫氣吸收vs.時間。如圖所示，較小的粒子 尺寸將大幅增強吸收動力學。 雖然上述“範例中形成此粉末之方法係為快速固體化 及後續研磨，亦可使用氣體霧化。研磨材料時，較佳研磨 方法係採用磨粉機，當研磨這些合金時，添加譬如碳等研 10 磨劑將特別有效。 本發明包括用於將氫氣儲存於一容器或槽内之一金 屬氫化物氫氣儲存裝置，本發明的一項實施例中，儲存裝 置係包含實際結合至一支撐裝置之一上述的氫氣儲存合金 材料。一般而言，支撐裝置可具有可固持住儲存合金材料 15 之任何結構的形式，支撐裝置的範例包括但不限於：網 目、格柵、毛面、箔膜、泡綿及板片，各者均可以金屬或 非金屬方式存在。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 支撐裝置可由具有適當熱動力學特徵以提供所需要 的熱傳機構之多種材料形成，其中包括金屬與非金屬。較 20 佳的金屬包括下列各物組成之群組：N i、A1、Cu、Fe與其 混合物或合金。可由金屬形成之支撐裝置的範例係包括線 網、膨脹金屬與泡綿狀金屬。 氫氣儲存合金材料可藉由壓實及/或燒結程序實際結 合至支撐裝置，合金材料首先轉換成一細微粉末，然後粉 -22- 90. 11. 2,000 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 527425
發明說明（3 15 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 20 末壓實於支撐裝晉μ 並成為-體部份。壓每實程序可使粉末黏附於支擇裝置 置進行預熱然後燒已經浸有合金粉末之支擇裝 止合金粉末的氧化、。m程序可解放㈣多的濕氣並阻 中進行燒結，且右/兩溫在包含氮氣之大致情性的大氣 合以及合I㈣促衫讀料產錄子絲子的結 :材枓與支撐裳置的結合之夠高的溫度。 槽内，圖牙二合f材料可以多種不同構造包裝在容器/ :二 裝置/合金材料螺旋狀捲成-線圈之 數二i狀圓金材;^裝於容器中成為複 如堆疊狀板片）。 '亦可⑥具有其他構造（譬 合金 及動力學特徵，裝==:=動力學 吸收與去吸附氫氣時改良進 存:二=在 熱傳效率。此外，支擇裝置左飞孔储存5金材料之 體的合金材料床上提供平均的溫:與分:可在整 整體具有更均勾的氨氣吸收及去吸附率、^生^可導致 的能量儲存系統。 千故產生更有效率 在氫氣儲存床裝只使用合金粉 之一項問題在於⑽粒子尺寸降低所不'支撐裝置) 即，在反覆氫化及去氫化週期中，合^自㈣實。亦 氫氣時將膨脹與收縮，已發現部份合金^吸收與去吸附 格_導八與釋iij氫氣而雜與收縮 ^因為材料晶 %容積。由於合 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 90. 11. 2,000
5 10 15 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 20 五、發明說明（22) 金材料的尺寸變化，而 愈細的粒子，在反覆週生破裂、經歷斷折並破裂成愈來 造成不具效率的氫氣轉= 盾環之後’細微粒子將自行壓實 力。 夕以及直接對於儲存容器壁之高應 ,、土用於將合金材料附接於支撐裝置上之矛。岸 間保持穩固地結合。並^金粒子彼此之間與支撑裝置之 可作為-種機械支揮以在好支撐裝置在容器内的緊密包裝 金粒子保狀位。材料膨脹、收縮與斷折期間將合 供雍儲存材料系統可有效作為多種應用的、 供應源，包括汽車領域的應用。詳述之=風氣 源。 ^㈣電崎㈣具之―種氫氣供應 圖11顯示-種ICE載具的氫氣供應 此系統可對於一氡韻弓丨敬】加产尸 〈不思圖， 辽汛引擎1供應氫氣，此系統具 — 儲存部2及—引擎廢熱轉移供應通道3,引擎廢熱二氣 應通道3將引擎1排出的引擎廢熱（排氣或引擎八卻二供 形式）導往氫氣儲存部2。 部劑的 及-排氣通口 7，回行、甬、“叮：匕回仃通這4以 夕…η,敬λ 將用於加熱氫氣错存材姐 之4何引擎冷部劑導回到引擎i，排氣通口 4 罐的排氣。此系統進一步包括一氯氣供應通道:放， 氣供應通道5將氫氣從氯氣儲存部2引 氧 熱轉移供應通道3具有一溫度調節部6，^ 调即導入風氣儲存部2之廢熱的溫度。利用此系統，口可 叮有 ___ -24 - 本紙張尺度刺不關家標?(21〇 x -— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁〕
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527425 A7 ________B7 五、發明說明（23) 效率地使用ICE内產生的廢熱來加熱氳氣儲存材料以從中 釋放氫氣提供ICE使用。 圖12顯示一種FC載具的氫氣供應系統之示意圖， 此系統可對於一燃料電池8供應氫氣，此系統具有一氫氣 5儲存部12及一燃料電池廢熱/氫氣轉移供應通道9，燃料 電池廢熱/氫氣轉移供應通道9將燃料電池8-排出的燃料 電池廢熱與未使用的氫氣導往氫氣燃燒器1〇。來自燃料 電池的廢熱可為受熱氣體或受熱液態電解質的形式。氫氣 燃燒器10利用來自燃料電池8的廢熱藉由燃燒氫氣來加 10熱一熱傳媒體（較佳為來自燃料電池之水性電解質的形 式）。經過氫氣供應管線丨4藉由來自燃料電池8之未使用 的氫氣並藉由氫氣儲存單元12供應之新鮮氫氣將氫氣供 應至燃燒器10。經過加熱的熱傳媒體經過供應管線供 應至氫氣儲存單元12。此系統亦包括一回行通道16以及 15 -排氣通口 15,回行通道16可將用於加熱氫氣儲存材料 之任何燃料電池水性電解質導回到燃料電池8，排氣通口 15可釋放使用過後的燃燒器氣體。此系統進一步包=一 氫氣供應通道1卜氫氣供應通道u可將氫氣從氫氣 單元12引往燃料電池8。 20 雖然已就較佳實施例及程序來描述本發明，可 本發明並不限於上述的實施例及程序。相反地，㈣ 藉由申請專利範圍所界定之本發明精神與範圍内所包括= 所有替代方式、修改、及相等物。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
-25-
90. 1〗.2,000 527425 A7 B7 五、發明說明（24) 圖式之代號說明 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 代表符號：名稱 1:氫氣引擎 2:氫氣儲存部 5 3:引擎廢熱轉移供應通道 4:回行通道 5:氫氣供應通道 6:溫度調節部 7:排氣通口 10 8:燃料電池 9:燃料電池廢熱/氫氣轉移供應通道 10:氫氣燃燒器 11:氫氣供應通道 12:氫氣儲存部 15 13:供應管線 14:氫氣供應管線 15:排氣通口 16:回行通道 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 90. 11. 2,000

Claims (1)

  1. 527425
    經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1. 一種以鎂為基礎之氫氣儲存合金粉末，該合金包含至 少90重量％的鎂，該合金粉末具有： a) 至少6重量％的氫氣儲存容量； b) 吸收動力學，使得該合金粉末於300°C在10分鐘内 吸收80%的總容量；及 c) 至少500週期之生命週期而不損失容量或動力學。 2. 如申請專利範圍第1項之以鎂為基礎之氫氣儲存合金 粉末，其中該合金具有至少650週期之生命週期而不 損失容量或動力學。 3. 如申請專利範圍第1項之以鎂為基礎之氫氣儲存合金 粉末，其中該合金具有至少1000週期之生命週期而不 損失容量或動力學。 4. 如申請專利範圍第1項之以鎂為基礎之氫氣儲存合金 粉末，其中該氫氣儲存合金粉末具有介於30與70微 米之間範圍的粒子尺寸。 5. 如申請專利範圍第1項之以鎂為基礎之氫氣儲存合金 粉末，其中該合金具有至少6.5重量％之氫氣儲存容 量。 6. 如申請專利範圍第1項之以鎂為基礎之氫氣儲存合金 粉末，其中該合金具有吸收動力學使得該合金粉末於 300°C在5分鐘内吸收80%的總容量。 7. 如申請專利範圍第1項之以鎂為基礎之氫氣儲存合金 粉末，其中該合金具有至少6.9重量％之氫氣儲存容 量。 27 n -1 I — ϋ H ϋ n n · I n ·ϋ n n n a^i i —、 n ϋ s ϋ n n ·ϋ I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 90. 11. 2,000 ^>27425 六 、申請專利範 圍 8·二申請專利範圍第1項之以鎂為基礎之氫氣儲存合金 ;^。，其中該合金具有吸收動力學使得該合金粉末於 3⑽C在1. 5分鐘内吸收8〇%的總容量。 9·=申料利範圍第i項之⑽為基礎之氫氣儲存合金 /争刀末，其中該合金進一步包括〇·5至2· 5重量％的鎳。 ·=申請專利範圍第9項之以鎮為基礎之氫氣儲存合金 粉末，其中該合金進一步包括h()s4 ()重量％的鈽鑭 合金。 11· =申請專利範圍第1G項之⑽為基礎之氫氣儲存合金 泰末’其中該飾·合金主要包含Ce、La及Pr。 12·如申請專利範圍第H項之關為基礎之氫氣儲存合金 粉末，其中該合金進一步包括下列各物組成之群組中 的—或多者：3至7重量％的A1、0· 1至1·5·重量％的 γ、及0.3至1.5重量％的矽。 13·如申請專利範圍第丨項之以鎂為基礎之氫氣儲存合金 粉末，其中該合金包含下列的其中一者： a) 91.〇重量％的Mg、〇·9重量％的Ni、5·6重量％的 Α1、0· 5重量％的γ、2. 0重量％的鈽鑭合金； b) 95· 6重量％的Mg、1. 6重量％的Ni、0.8重量％的 Si、2· 0重量％的鈽鑭合金；或 c) 95重量％的Mg、2重量％的Ni、3· 0重量％的鈽鑭合 金0 28 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 90. 11. 2,000 訂
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6491866B1 (en) * 1999-11-06 2002-12-10 Energy Conversion Devices, Inc. High storage capacity, fast kinetics, long cycle-life, hydrogen storage alloys
SE0001835D0 (sv) * 2000-05-17 2000-05-17 Hoeganaes Ab Method for improving the properties of alloy powders for NiMH batteries
CN1404633A (zh) * 2000-11-27 2003-03-19 皇家菲利浦电子有限公司 具有高存储容量的金属氢化物电池物质
US20050013770A1 (en) * 2001-06-29 2005-01-20 Robert Schulz Method for storing hydrogen in an hybrid form
US7169489B2 (en) 2002-03-15 2007-01-30 Fuelsell Technologies, Inc. Hydrogen storage, distribution, and recovery system
US7011768B2 (en) 2002-07-10 2006-03-14 Fuelsell Technologies, Inc. Methods for hydrogen storage using doped alanate compositions
US20040065171A1 (en) 2002-10-02 2004-04-08 Hearley Andrew K. Soild-state hydrogen storage systems
WO2005037421A2 (en) * 2003-10-14 2005-04-28 Advanced Technology Materials, Inc. Hydrogen generation
US7211541B2 (en) * 2003-12-11 2007-05-01 Ovonic Hydrogen Systems Llc Mg—Ni hydrogen storage composite having high storage capacity and excellent room temperature kinetics
ZA200704897B (en) * 2004-12-07 2008-09-25 Univ Queensland Magnesium alloys for hydrogen storage
WO2008131220A2 (en) * 2007-04-18 2008-10-30 University Of Virginia Patent Foundation Hydrogen storage material with intermediate bond strength and process for making the same
US8492042B2 (en) * 2009-12-02 2013-07-23 Idatech, Llc Fuel cell systems and methods for providing power and cooling to an energy-consuming device
US9435489B2 (en) 2010-02-24 2016-09-06 Hydrexia Pty Ltd Hydrogen release system
CN102888545B (zh) * 2012-09-25 2016-12-21 上海锦众信息科技有限公司 一种镁基储氢合金的制备方法
EP3325190A4 (en) 2015-07-23 2019-08-14 Hydrexia Pty Ltd MG-BASED ALLOY FOR HYDROGEN STORAGE

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3383692B2 (ja) * 1993-02-22 2003-03-04 マツダ株式会社 複合水素吸蔵金属部材及びその製造方法
US6305422B1 (en) * 1994-02-04 2001-10-23 Kurt L. Grossman Undersink frozen pipe thawing system
US5616432A (en) * 1994-06-14 1997-04-01 Ovonic Battery Company, Inc. Electrochemical hydrogen storage alloys and batteries fabricated from Mg containing base alloys
CA2206252A1 (en) * 1994-12-22 1996-06-27 Lu Ming Magnesium mechanical alloys for thermal hydrogen storage
US6103024A (en) * 1994-12-22 2000-08-15 Energy Conversion Devices, Inc. Magnesium mechanical alloys for thermal hydrogen storage
EP0815273B1 (en) * 1995-02-02 2001-05-23 Hydro-Quebec NANOCRYSTALLINE Mg-BASED MATERIALS AND USE THEREOF FOR THE TRANSPORTATION AND STORAGE OF HYDROGEN
US5856047A (en) * 1997-01-31 1999-01-05 Ovonic Battery Company, Inc. High power nickel-metal hydride batteries and high power electrodes for use therein
US6305442B1 (en) * 1999-11-06 2001-10-23 Energy Conversion Devices, Inc. Hydrogen-based ecosystem
US6193929B1 (en) * 1999-11-06 2001-02-27 Energy Conversion Devices, Inc. High storage capacity alloys enabling a hydrogen-based ecosystem
US6491866B1 (en) * 1999-11-06 2002-12-10 Energy Conversion Devices, Inc. High storage capacity, fast kinetics, long cycle-life, hydrogen storage alloys
US6627340B1 (en) * 1999-11-06 2003-09-30 Energy Conversion Devices, Inc. Fuel cell hydrogen supply systems using secondary fuel to release stored hydrogen
US6328821B1 (en) * 1999-11-22 2001-12-11 Energy Conversion Devices, Inc. Modified magnesium based hydrogen storage alloys

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