TW573107B

TW573107B - Atomically engineered hydrogen storage alloys having extended storage capacity at high pressures and high pressure hydrogen storage units containing variable amounts thereof

Info

Publication number: TW573107B
Application number: TW91115111A
Authority: TW
Inventors: Stanford R Ovshinsky; Rosa T Young; Baoquan Huang
Original assignee: Energy Conversion Devices Inc
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2004-01-21
Also published as: DE60219166T2; EP1404578B1; US20020029821A1; KR20040022220A; US6536487B2; EP1404578A4; EP1404578A1; WO2003006319A1; DE60219166D1; JP2004534926A

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 573107 A7 ---—______B7_______ 五、發明説明（/ ) 【相關申請案】本申請案係為美國申請案號09/444,810(其係為美國申請案號09/435,497，現為美國專利第6，193,929號之部分續案）之部分續案。 5 【發明領域】本發明一般而言係關於氫儲存單元與合金。尤其，本發明係關於已經經過原子工程處理之儲氫合金，用以包含忐擴充並提高它們於高壓下之儲存量的氫鍵能與多重氫化相之範圍。本發明亦包含包括於其中之可變化量之儲氫合 w金之高壓氫儲存單元，用以提高單元之儲存量，使其超過藉由受壓氫氣可單獨獲得的儲存量。【發明背景】氫係為下一千年的”最終燃料，，，且其乃是取之不盡，用之不竭的。氫係為宇宙中最豐富的元素，並可為我們的 15星球提供-種取之不盡、用之不竭且乾淨的能源，而氮可藉由將水分解成氫與氧之各種製程而產生。氫可以以固態形式儲存與運送。在以往，對於作為燃料或燃料補充之氫的使用，已獲 ^相當多的注意力。雖然世界的石油儲存量可能耗盡，但 2〇氫,供應實際上係維持未受限的。氣可由煤、天然氣與其他炭氫化口物所產生，或藉由水之電解而形成，較佳是經由來自，，主要包含氫，且其本身可被視為是巨大的氫’· 爐）之月b里。此外，氫可在不需要使用化石燃料⑽如藉由使用核月b或太陽能將水電解，或任何其他形式之經濟能

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573107 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製發明説明（ !(例如：風、波浪、地熱等))的情況下產生。再一 ”低成本之燃料。氫具有任何化學燃料之每單：重量最尚密度之能量，1因為”燃燒，，氫之主要副產物水，所j本質上是無污染的。因此，氫可以是解決多數世界的能置之相關問題（例如氣候改變、污染、對石油之戰略依存等)之手段，以及提供協助開發中國家之手段。之最早期從事氫儲存材料之原子卫程之工作係由美又利第4,623,597號公告（”，597專利"）中之s耐㈣r 〇ν—Υ (本案發明人之其-)所揭露，纟内容係列入作參考。Ovshinsky首次說明了用以作為電化學電池之負電極之失序的多成分氫儲存材料。於此專利中，〇vshi吻說明了如何調f失序#料以A幅增力σ氫儲#與可逆性特徵。這種失序材料係由非晶系、微晶、中間範圍之有序、或多晶矽（缺乏長範圍之成分有序）中之一個或更多個所組成，其中多晶矽材料可能包含可被設計成為材料之拓撲、成分、轉移、及位置修改與失序之一個或更多個。這些失序材料之活性材料的架構包含一個或更多元素之母質與併入於此母質之改良劑。改良劑提高所產生之材料的失序，從而建構多數與多範圍之催化活性部位與氫儲存部位。，597專利之失序電極材料係藉由許多確保主要不平衡亞穩相之形成技術，而由輕量、低成本的元素所形成，從而導致高能量、高功率密度與低成本。所產生之低成本，高能量密度之失序材料允許這種雙向開關半導體元件電池 (Ovonic battery)可最優勢地被利用作為二次電池，但亦作本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公慶） --------— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 573107 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（2 ) 為主要電池，且今日在本發明之受讓人之授權下為全世界所使用。 597專利之材料之局部構造與化學有序之調整，對達成期望特徵是十分重要的。，597專利之陽極之改善特徵， 5係藉由處理局部化學有序與局部構造有序而達成，從而藉由將選定的改良元素結合至母質以建構期望的失序材料。失序材料具有產生多數活性部位之期望電性構造。儲存部位之本質與數目係被設計成獨立於催化活性部位。例如過渡元素之多執道改良劑，係提供由於各種可得 1〇到的接合構造之大幅增加的儲存部位，從而導致能量密度的增加。修正技術特別提供不平衡材料，其具有提供獨特的接合構造、執道重疊、以及接合部位之範圍之變化程度之失序。由於不同程度之執道重疊與失序構造，微量的構造重新配置係在充電/放電循環或休息周期期間產生，並 15於其間產生長循環與閒置壽命。 597專利之改良電池包含具有訂做的局部化學環境之電極材料，而設計此局部化學環境係用以產生高電化充電與放電效率以及高電荷輸出。藉由利用依據，597專利可與其他元素產生化學變化之母質，吾人可能控制材料之局 20部化學環境，以建立大幅增加的供氫解離之催化活性部位之密度，亦建立大幅增加的氫儲存部位之密度。 597專利之失序材料係被設計成具有不平常的電性構造，其乃由組成原子之變化中的三維交互作用與它們的各種軌道所引起。失序起因於原子之成分，位置與轉移的關 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ·· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 573107 A7

η 5 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製轨道：=所選定元素，以更進一步地藉由它們與心境。&》用而調整失序，俾能建立期望的局部化學環擇性產生之内部拓樸亦允許原子與離子之選、專利中所說明之本發明使這些材料成為特別使用的理想材料，其乃因為本發明可獨= 活性與儲存部位之型式與數目。所㈣前述特性不匕 2要的定量差異’而且錢改變這些材料，俾 ς 的新材料。，土词特 ’597專利中所說明之失序可以是屬於以成分或組態失序之型式存在之原子本質，而成分或組態失序係設置遍及材料之主體或在材料之許多區域中。憑藉一個相位與另一個相位之關係、’藉由在原子階層建立在模擬成分或組態失序之材料内之顯微相，亦可將失序導入至母質。舉例而古，可藉由導入不同種類的晶相之顯微區域，或藉由導入非晶相或相位之區域，或藉由導入除了晶相或相位之區域以外的非晶相或相位之區域，而建構出失序材料。在這些各種相位之間的界面可提供富有局部化學環境之表面，此局部化學環境提供許多期望的電化氫儲存之部位。 ° 這些相同的原理可被應用在單一結構相之内。舉例而言，藉由使用Ovshinsky之依據原子或微觀規模之失序原理，可將成分失序導入至可以利用一種有計晝的方式根本改變材料之材料，用以獲得重要之增進與獨特的結果。 597專利之失序材料之一項優點係為它們對於毒害之本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 裝 · .#· 573107 五、發明說明（5 ) 所力另項優點係為它們在改良元素之變化百分比之 ^貝上連領範圍中之改良能力。此種能力允許所欲被改良相操控之母質調整或策劃具有所有期望特徵（亦即，高 =電/放電效率、尚度之可逆性、高電性效率、長循環壽 5 -P、高密度能量儲存、無毒害以及最小的構造改變)之氫儲存材料。直到本發明出現為止，沒有人曾經應用0vshinsky之子：程原理’以提供於較高壓下具有可擴充儲存量之低 /皿儲風合金。因此，對於在較高壓下具有可擴充儲存量之 [〇低溫合金而言，在習知技術中維持有一項強制性與決定性的需求，藉以提供儲存與傳送大量之安全、有效、可靠、成本效益的合金。本合金與其中所使用之儲存單元，係儘可能藉由運用Ovshinsky之原子工程原理而製出，其可建構出具有氫鍵能與多重氫化相之範圍的合金。 15 【發明之概述】本發明之目的係提供一種固態氫儲存單元，其包含：壓力密封容器，具有至少一氫入口/出口埠，用以將氫傳經濟部智慧財產局員工消費合作社印製輸進出容器；以及儲氫合金，與密封容器一起配置。儲氫合金係以足夠之數量提供大量儲存的氮，且該儲氣合金於，境溫度與至少兩倍的高原期終點壓力下，所具有之儲存置至少高於在相同溫度與高原期終點壓力下的該合金之儲存量的10%。 ' 更佳的情況是，儲氫合金於環境溫度與至少三倍的高原期終點壓力下，所具有之儲存量至少高於在相同溫度: 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐)— 573107 A7

五、發明說明（心） 15 製冋原期終點壓力下之該合金之儲存量的15% ^ ^ ^ ^ 的情況是，該合金於環境溫度與至少四倍的高原期終點壓力下，所具有之儲存量至少高於在相同溫度與高原期終點壓力下之該合金之儲存量# 2〇%。又更佳的情況是該合金於環境溫度與至少五倍的高原期終點壓力下，所具有之儲存里至少咼於在相同溫度與高原期終點壓力下之該合金之儲存量的23%。最佳的情況是，該合金於環境溫度與至少六倍的高原期終點壓力下，所具有之儲存量至少高 =相同溫度與高原期終點壓力下之該合金之⑽存量的 ^個替代實施例中，儲氫合金所具有之高壓可擴充儲存H線斜率，於環境溫度下係小於5，但大於相同溫度下之同原期壓力容量之斜率。更佳的合金所具有之高壓可擴充儲存量曲線斜率，於環境溫度下係小於（5，但大於相同溫度下之高原期壓力容量曲線之斜率。甚至更佳的合金所具有之高壓可擴充儲存量曲線斜率，於環境溫度下 ^ J於^但大於相同溫度下之高原期壓力容量曲線之斜 ^又較佳的合金所具有之高射擴充儲存量曲線斜率，溫度下係小⑨3 5，但大於相同溫度下之高原期壓線之斜率。最後，最佳的合金所具有之高麼可擴 t存置曲線斜率，於環境溫度下係小於3,但大於相同 &度下之高原期壓力容量曲線之斜率。八體而a ’儲氫合金係為一種AB2合金之合金，例如-種改良的T卜合金，在原子百分比方面其包含2_5% 甚至更佳 ------I----裝-------- 訂-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # 8 本紙張尺度_中關家標準（CNS)A4規格⑵^ X 297公釐） 573107

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（7 ) 錯、26-33%鈦、7_13%飢、8-20%鉻、36-42%猛；以及從由1-6%鎳、2-6%鐵與〇· 1-2%銘所組成之群組選出的至少一元素。此合金可能更包含高達1個原子百分比的鈽鑭合金。這種合金之例子在原子百分比方面包含：3.63% 5 錯 ' 29·8〇/❶鈦、8·82%釩、9.85%鉻、39.5%錳、2.0%鎳、5.0% 鐵、1.0%鋁、以及0.4%鈽鑭合金；2) 3.6%锆、29.0%鈦、 8.9%飢、1〇·1 %絡、40.1% 猛 ' 2.0%鎳、5·I0/❶鐵、以及 1.2% 鋁，3) 3.6%锆、28.3%鈦、8.8%釩、1〇·〇〇/0鉻、40.7%錳、 1.9。/〇鎳、5.1%鐵、以及 1.6%鋁；與 4) 1 %錯、33%鈦、12.54% 10 釩、15%鉻、36%錳、2.25%鐵、以及〇·21%鋁。儲存單元可更包含一個熱管理系統，分別在該儲氫合金之填充與釋放期間交替冷卻並加熱該儲氫合金。儲存單元亦可包含用以將該壓力容器之内部分割成複數個容室之裝置。用以將該壓力容器之内部分割成複數個容室之裝 15置，係選自於由蜂巢構造、金屬泡珠、圓盤或隔膜分隔器、隔板、針輪分隔器及其組合所組成之群組。【圖式之簡單說明】圖1係為本發明之固態氫儲存單元之示意圖；。圖2係為一種在本發明之儲存單元中有用的合金在0 2〇 C與25C下之壓力'组成_溫度（pcT)曲線圖；圖3係為與圖2相同的pcT曲線圖，料細顯示關之儲存單元中有用的合金在壓力之自然對數對可擴充谷篁之間的線性關係；圖4係為本發明之儲存單元中有用的另一種合金於0 -----------裝-------—訂·：-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 9 5731〇7 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（？） C下之壓力-組成-溫度（PCT)曲線圖；圖5係為與圖3相同的PCT曲線圖，其詳於本發明之儲存單元中有用的另一種合金在壓力之自: 數對可擴充容量之間的線性關係； ^ ' 圖6係為描繪再供給本發明之儲存單元燃料之氫站之示意圖；氣圖7顯示用以提供動力給内燃機車輛之氫氣供應系之示意圖；以及 ’、、、、圖8顯示用以提供動力給燃料箱車輛之氣氣供應之示意圖。 '、、’ 【發明之詳細說明】本發明包含一個固態氫儲存單元以及於其令有用的人金。在其最簡單的概念形式中，儲存單元51係顯示於二 i。儲存單元包含配置於壓力密知容器53中之儲氫人金，儲存單元亦可包含熱管理系、統54,其依據儲：：：是否受到填充（合金受到冷卻）或受到釋放（合金受到加熱）來交互加熱與冷卻儲氫合金。儲存單元亦包含輸入/輸出管，55,氫係經由此輸入/輸出管線55 *被提供至氣儲存單元51或者從氫儲存單元51被移除。二要熱官理系統54可從儲存合金52添加或移除熱，則熱管理系統54可以是任何型式之習知技術所知之系統。。雖然在圖1中所描繪之熱管理系統是與儲存單元分離之單元’但其不一定要是分離單元。事實上，熱管理單元 54之整合將提供加熱與冷卻之均勻性。一種型式之整合 15 -------------·裝------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂卜-------#· 573107 Α7 Β7 五、發明説明（f ) 式熱管理系統（其在本發明之儲存單元中特別有用）係揭露於美國專利申請序號〇9/742,827中，申請曰為2000年12 月20日，名稱為"包含整合式熱管理系統之氫儲存床系統 (HYDROGEN STORAGE BED SYSTEM INCLUDING AN 5 INTEGRATED THERMAL MANAGEMENT SYSTEM)，1，其揭露書係於此併入作參考。壓力容器53可以由任何在儲存單元51之操作溫度下包含氫之平衡與填充壓力之材料所形成。這些材料亦必須不與儲存氫與儲氫合金52產生反應，且必須能承受系統 ίο 之典型操作溫度。這些材料亦必須避免氫經由它而擴散，且不受容器之壽命期間的氫脆變的影響。溫度與壓力當然將取決於所使用之特定儲存合金52。一般關於這裡所揭露的合金，壓力之範圍可高達500巴，而溫度之範圍將高達200°C。壓力容器53的典型結構材料可包含例如不錢 is鋼之金屬。壓力容器53亦可藉由用絕緣材料建構容器或藉由使例如金屬之導熱材料之外部或内部絕緣而被製成絕熱狀態。壓力容器53是否會被絕緣，將取決於是否採用經由壓力容器之外部加熱與冷卻。如果存在有外部加熱與冷卻，則絕緣的壓力容器53將使其目的遭受到挫折。壓 20力容器53亦可單獨或與其他材料聯合（亦即，多層壓力容器）’而由例如碳纖維強化環氧材料等之纖維強化聚合材料所構成。這種纖維強化聚合物與多層結構材料之優點係為重量之節省。一般而言，本發明之儲存單元中有用的主體儲氫合金 ___ _η_ 本紙張尺度適财(CNS) Α4·^21()Χ297公釐] " "~' •----------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製川107 、發明説明（ 15 經濟部智慧財產局a(工消費合作社印製 i2右係為於環境溫度與至少兩倍的高原期終關力下，所餘存1至少高於在相同溫度與高原期終μ力下之 :二之儲存量的10%之合金。關於圖2可最佳說明這 ’而圖2係為本發明之合金（〇V586，其成分係揭 '、下述之表1中)之PCT曲線圖。冑2描繪出合金在2 U同溫度：0t(符號.)與25t(符號的㈣之平衡氯麼、儲存！之關係。曲線之範圍顯示出被稱為，，高原期壓 =(Plateau p聰ure)”之相當平水平之部分。&種高原期壓並非是固定壓力，但在相當大的容量增加之區域内的壓隻疋隶小的。然後，當儲存氫之數量增加超過固定值時’曲線之斜率會改變，且以既定的容量增加來說，壓力會上升报多。吾人應注意到雖然本例子之高原期壓力相當平緩，但某些合金< PCT曲線之高原期部分可能相當傾斜，且此材料仍然將落在本發明之範圍之内。因此，於曲線之斜率會改變的點下之壓力是相當重要的。這個點於此被稱作“高原期終點壓力（plateau endp〇int pressure)，，。關於於此所使用之環境溫度係在大約-2〇t與5〇<t之間（亦即，整年有代表性的室外溫度之範圍）。因此，於有代表性的環境溫度下，本發明之儲存合金具有超過於高原期終點壓力下之容量之額外儲存容量。此種額外容量係至少高於在相同溫度與高原期終點壓力下的合金之儲存量的 10% 〇更佳的情況是，該儲氫合金於環境溫度與至少三倍的高原期終點壓力下，所具有之儲存量至少高於在相同溫度 ___ij_ 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4規格（210X297公釐 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 573107 五、發明説明（// ) 與兩原期終點壓力下之該合金之儲存量的15。佳的情況是，該合金於環境溫度與至少壓力下，所具有之儲存量至少高於在相同== 终點點m ：h 了々外人入仰u，皿度與鬲原期終：：餘存量的20%。又更佳的情況是，該5金於壤境溫度與至少五倍的高原期終點壓力下所且有之儲存量至少高於在相同溫度與高原期終點壓力下之；合金之儲存量的23%。最佳的情況是該：度與至少六倍的高原期終點壓力下，所具有之儲存南於在相同溫度與高原期終點壓力下之該合金之儲存量的 25% 〇在一個替代實施财，本發明之儲存單元中有用的主體儲氫合I 52所具有之高壓可擴充儲存量曲線斜率，於，境溫度下係小於5,但大於相同溫度下之高原期壓力容量曲線之斜率。現在參考圖3在理解與界定這些說法將是有用的。圖3係為與圖2相同的pCT曲線。可擴充容量係為超過高原期終點壓力之容量/壓力曲線之區域。從圖 3可見，曲線之此種部分可以匹配出一條具有公式 Ln(P)=M(C)+B之線。亦即，匹配線繪製出氫儲存量（c)對壓力（P)之自然對數，其中Μ係為匹配線之斜率，而B係為此條線之壓力戴距之自然對數。這條線之斜率是非常重要的。如果線之斜率太高，則存在有非常小的高壓可擴充儲存量。如果線之斜率太低，則其將無法辨別此圖之傾斜的尚原期儲存區域（因此，將沒有“可擴充，，容量，而所有的谷量將是尚原期容量）。因此，雖然對於可擴充容量線 1 衣-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、一5口

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、發明說明（/> ) 之斜率不存在有理論上限，但實際限制設定斜率上限大約為5 〇經濟部智慧財產局員工消費合作社印製關於繪製於圖3中之合金oV586之特別PCT曲線， T 0°C(符號♦)與25°c(符號#)下之PCT曲線之可擴充容嚴曲線已匹配具有公式Ln(P)=M(C)+B之線。對於〇〇c而 :言，最佳匹配的線係為Ln(P)=3.20(C)-2.66，而對於25。〇而言，最佳匹配的線係為Ln(P)=2.73(C)-1.29。在實際應用上’線的斜率越小，在既定壓力增加期間之儲存增加量就越大。因此，更佳的合金所具有之高壓可 1〇擴充儲存量曲線斜率，於環境溫度下係小於4.5，但卻大於相同溫度下之高原期壓力容量曲線之斜率。甚至更佳的 5金所具有之咼壓可擴充儲存量曲線斜率，於環境溫度下係小於4，但卻大於相同溫度下之高原期壓力容量曲線之斜率。又較佳的合金所具有之高壓可擴充儲存量曲線斜 15率，於環境溫度下係小於3 · 5，但卻大於相同溫度下之高原期壓力容量曲線之斜率。最後，最佳的合金所具有之高壓可擴充儲存量曲線斜率，於環境溫度下係小於3，但大於相同溫度下之高原期壓力容量曲線之斜率。圖4係為類似於圖2但為本發明之另一種合金 2〇 (OV555 ’其成分係揭露於下述之表1中）之pcT曲線圖。圖4繪製出該合金於〇。(：下之平衡氫壓力對儲存量之關係。圖5係為與圖4相同的PCT曲線圖。從圖5可見，曲線之可擴充容量區域又可匹配一條具有公式 + B之線。於此情況下，此條線具有Ln(p)=4 42(c) — 5 34 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝訂· 奢· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 573107 五、發明説明（/夕） 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製之公式。雖然、並不教受限於理論，但發明人相信由本發明之所顯不之於較高麼下有用的可擴充容量係可歸究於合金之原子卫程。亦即，已把合金設計成具有多重合金成分以提，氫鍵能之範圍。因此，多重氫化相是存在的，某些 ^重氫化相係容易於較高壓下取得，藉以擴充合金之儲存量。在因此具有未經原子工程處理之合金中，此種可擴充容量並非是可得到的。具體而言’未經工程處理之叫合金並未顯示此種可擴充儲存量。關於這些合金，可擴充儲存線之斜率係大約為1G i 2()。因此，無論如何將更多壓力施加至吸附的氫，仍幾乎無法獲得額外之容量。有用的儲氫合金一般係為ab2合金，尤其是改良的 TiMh合金。對本發明之儲存單元有用的特別合金家族，在原子百分比方面包含2乃％鍅、26_33%鈦、7_13%釩、 8 20/〇鉻、36-42%猛；以及從由1_6〇/〇鎳、2_6〇/0鐵與〇1-2% 鋁所組成之群組選出之至少一元素。該合金亦可包含高達大約1個原子百分比的鈽鋼合金（Mm)。落在此種家族之内的二個特別合金係為（論.原子百分比）： ---------着衣|丨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 15 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 573107 A7 B7 五、發明説明（/0 ) 表1 合金 Ov539 Ov555 Ov586 Ov587 锆 3.63 鈦 29.8 33 3.6 3.6 29.0 28.3 Μ_ 8.82 12.54 8.9 8.8 鉻 9.85 15 10.1 10.0 錳 39.5 36 40· 1 40.7 2.0 2.0 1.9 鐵 5.0 2.25 5.1 雀呂 L0 0.21 1.2 鈽— 0.4 5Λ 1.6 _I_I 本經濟部智慧財產局員工消費合作社印製雖然本發明之合金可以是引火的，但如果需要的話，藉由使用由Ovshinsky等人在美國專利申請序號一—(發明人為Ovshinsky等人，申請曰為2001年6月4曰，名稱為：“非引火儲氫合金（NON-PYROPHORIC HYDROGEN STORAGE ALLOYS)’’，其揭露書係於此併入作參考）中所揭露之原子工程之原理，它們亦可以是不引火的。吾人應注意到本發明之儲存單元不需完全裝滿儲存合金。壓力容器之某些容量可以留下空隙，而以一種壓縮形式將氫儲存於其中。亦即，可達成總儲存容量與重量/成本之間的折衷。因此，由於重量與成本的減少，藉由包含更夕單元内之儲存合金（即使會增加重量與成本），有些消費者設施可從較小量之儲存合金中獲利，而其他設施可從更向的容量獲利。因此，可得到的内部容量（亦即，減去分隔器與熱管理系統）之i至100容量百分比，係可能依據消費者需求而填滿儲存材料。在任何情況下，不管戶= 用儲存合金之數量為何，所有單元將獲得本合金之可擴充儲存量之附加益處。八本發明之儲存單元可更包含用以將壓力容器之内部分格（21G X:慶） 15 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 573107 五、發明說明（β ) 割成複數個容室之裝置。在習知技術中，這為熟知的技術。此種劃分可幫助防止儲鼠合金變成不均勻分佈。這會在儲存合金粉末於使用期間之安置時發生。此種安置可能造成密集光點，這些密集光點可能在膨脹期間與合金填充時導 5致壓力容器鼓起與或使壓力容器破裂。因此，為了降低這種情況發生之可能性，可將儲存材料分割成複數個分離容室。雖硪可使用任何習知技術所熟知之裝置來分割壓力容器之内部容量，但特別裝置可包含蜂巢構造、金屬泡沫、圓盤或隔膜分隔器、隔板、針輪分降器〜及其組合。 10 目6說明一種氮加氣站’其詳細顯示如何從加氣站之 15 儲存槽4G(亦可以作為固態單段_器）中將氫抽出，以及如何將車輛之儲存單元（亦即，本發明之儲存單元）51内所產生之氫化物形成之廢熱擷取並傳送至加氣站之儲存床台40^用以輔助加熱儲氫合金以從該處壓縮及/或排放氮。具體言之’高麼氫係經由氫供氣管線…而從計量器Μ ^己至車輛之氫儲存床台51。某些或所有氫係被吸入儲 2床台Η内之氫儲存材料中，藉以排放氫化物所形成之 …。此種熱不是藉由過剩的氫流，就是藉 20 所排 2,如冷卻水等)而移除。熱離開儲存床台-51，= 劑回流管線45a傳輸至計量器43。然後，經由 =部劑回流管線45b而將冷卻劑從計量器43運送至加 Γ4〇之内 =存μ 4()。熱料_其熱㈣放至儲存床妖），儲存㈣，用輔助提供所需之熱（去氫化之 …維持適當㈣縮及/或排放於其中之儲存氫。 17 x 297公釐—) 573107 A7 B7 五、發明說明（β) 放出之氫係經由氫供氣管線44b而提供至計量器43，最隻被送至車輛之虱儲存床台5丨。這種組合允許車辆之儲存床台51於高壓下快速填充，更可消除排放熱之浪費與儲存床台51之過度加熱。、吾人應注意到雖然說明了有關藉由使用來自車輛之儲夺槽的廢熱來加熱加氣站之壓縮器/儲存床台4〇之氫加氣站，但亦可使用其他加熱壓縮器/儲存床台並冷卻此車^ 之儲存槽之氣源。舉例而言，如果經由再形成處理就地產生虱，則來自再形成處理之廢熱可用來加熱壓縮器。如果沒有廢熱可利用，則天然氣或電熱亦是可用的。此外，水可用來冷卻車輛之儲存槽，譬如加氣站之自來水供應等。訂皇·驅動的内燃機與燃料笳車級本合金（健存材料系統與基礎結構）對於多數應用之氣 15 供應係為有用的。其♦一種應用係為汽車之領域。具體言之’基礎結構系統可用來作為將氫供應給汽車之裝置，= 儲㈣統可用來作為這種車輛之内燃機（ICE)或燃料箱（fc) 之氫氣源。一立圖7顯示供ICE(内燃機）車輛使用之氫氣供應系統之不意圖’其係用以將氫氣提供給氫氣引擎21。此系統具有-個氫氣儲存單元51與—㈣擎廢熱傳輸供應通道 23 ’而後者係用以將從引擎21排放之引擎廢熱（以廢氣或引擎冷卻劑之型式）引導至氣氣儲存單元51。此系統亦包含回流通道24與排氣管27，回流通道Μ係用以將任何用以加熱讀存材料之引學冷卻_回至引擎Π，而排 I__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） 573107

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製氣管27係、用以排放用過之廢氣。此系統更包含把來自於氮氣儲存單元51之氫氣導引至引擎21之一條氣氣供應通适25。引擎廢熱傳輸供應通道23設有溫度調整部分％，用以調節所欲導入至氫氣儲存單元51之廢熱的溫度。以 5這樣一個系統，纟ICE内所產生之廢熱可有效地用以加熱氫儲存材料，藉以從該處排放氫以供ICE使用。〇圖8顯示供FC(燃料箱）車輛使用之氫氣供應系統之不思圖，其係用以將氫氣提供給燃料箱28。此系統具有 -個氫氣儲存單元51與—條燃料箱廢熱/氫傳輸供應通道 H) 29，=後者係用以將從燃料箱28排放之燃料箱廢熱與剩餘的氫引導至氫氣燃燒器3〇。來自燃料箱之廢熱可能以熱氣2熱含水電解質之型式存在。氫燃燒器3〇利用來自火、、、料28之廢熱，並藉由燃燒氫而將熱傳輸媒介（最好是以來自燃料箱之含水電解質之型式存在）予以加熱。來自 b f料箱28之剩餘的氫，與經由氫供氣管線34而從氫儲存早兀51提供之新鮮的氫，係被提供至燃燒器3〇。加熱過之熱傳輸媒介係經由供氣管線33而供應至氫儲存單元 51。此系統亦包含回流通道36與排氣管35。回流通道36 係用以將任何用以加熱氫儲存材料之燃料箱含水電解質傳 20回至燃料箱28，而排氣管35係用以排放用過之燃燒氣體。此系統更包含一條將來自於氫氣儲存單元51之氫氣導引至燃料箱28之氫氣供應通道3 1。雖然已經參考較佳具體實例說明本發明，但是吾人應理解到，本發明之具體實例與程序並非意圖限制本ς明之 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-· I I I n ϋ ·1 J— <^1? 1111111 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 573107 A7 五、發明說明（⑺）範嘴。反之，吾人應理解到，在不背離本發明之精神與範臂下所作的種種修改與變化，理各 I田視為是本發明之等效設计。因此，本發明之範圍應由以下 Τ —專利範圍所決定。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -彳訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 573107 A7 B7 五、發明說明（/?) 【圖式之代號說明】 21〜引擎 24〜回流通道 26〜溫度調整部分 5 28〜燃料箱 29〜燃料箱廢熱/氫傳輸供應通道 15 30〜燃燒器 33〜供氣管線 35〜排氣管 40〜氫儲存床台 44a〜氫供氣管線 45a〜熱冷卻劑回流管線 51〜氫氣儲存單元 53〜壓力容器 55〜輸入/輸出管線 23〜引擎廢熱傳輸供應通道 25〜氫氣供應通道 27〜排氣管 31〜氫氣供應通道 34〜氫供氣管線 3 6〜回流通道 43〜計量器 44b〜氫供氣管線 45b〜熱冷卻劑回流管線 52〜儲存合金 54〜熱管理單元 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -卜訂：經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 IX 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims

Αν 、申 h 一種固態氫儲存單元，包含·· /出：Γ，力二封二器’該•力密封容器具有至少-氫入口 :1將氫傳輪進出該容器；以足夠金’與該密封容器—起配置，該儲氫合金係溫度與至少部分健存的氫，且該儲氫合金於環境少高於在二期_力下，所具有之儲存量至的1〇%。目°溫度與高原期終點麼力下之該合金之儲存量中該圍第1項所述之固態氮儲存單元，其下，所且右度與至少三倍的高原期終點磨力力下之儲存量至少高於在相同溫度與高原期終點壓力下之該合金之儲存量的15%。中專·圍第1項所述之固態氫儲存單元，其 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製訂二所具有之儲存量至少高於在相同溫度與高原期= 力下之該合金之儲存量的20%。 4.如申請專利範圍第1項所述之固態氫儲存單元，1 中該健氫合金於環境溫度與至少五倍的高原期終點壓： :下儲存量至少高於在相同溫度與高原期終點壓力下之遠合金之儲存量的23〇/〇。 I如申請專利範圍第1項所述之固態氫儲存單元1 中該儲氫合金於環境溫度與至少六倍的高原期終：壓二下’所具有之儲存量至少高於在相同溫度與高原期终點壓力下之該合金之儲存量的25%。 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 573107 Α8

中該單元更^ 苐1項所述之固態氫儲存單元，其充f理純，分财^錢合金之填充與釋放朗交替冷卻與加熱該儲氫合金。㈣7’t申請專利範圍帛1項所述之固態氫儲存單元，其 "錯氣合金包含—種為ab2合金之合金。 '、 8·如巾請專利範圍第7項所述之固態氫儲存單元其該儲氫合金包含一種為改良的Ti-Mn2合金之合金。 .如申明專利範圍第8項所述之固態氫儲存單元，其中該儲氫合金在原子百分比方面包含2.5%錯、26-33%鈦Γ '13%銳、8_20%鉻、36·42%猛；以及從由、2 6% 鐵與0.1-2%鋁所組成之群組選出的至少一元素。 10.如申請專利範圍第9項所述之固態氫儲存單元，其中該健氫合金更包含高達1個原子百分比的鈽鑭合金。 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11·如申請專利範圍第10項所述之固態氫儲存單元，其中該儲氫合金在原子百分比方面包含3 63%锆、29.8% 鈦、8.82%釩、9.85%鉻、39.5%錳、2.0%鎳、5.0%鐵、1.0% 鋁、以及0.4%鈽鑭合金。 12·如申請專利範圍第9項所述之固態氫儲存單元，其中該儲氫合金在原子百分比方面包含3.6%锆、29.0% 鈦、8.9%釩、10.1%鉻、40.1%錳、2.0%鎳、5.1%鐵、以及1.2%鋁。 13 ·如申請專利範圍第9項所述之固態氮儲存單元，其中該儲氫合金在原子百分比方面包含3.6%錄、28.3% 鈥、8.8%釩、10.0%鉻、40.7%錳、1.9%鎳、5.1%鐵、以 23 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公爱） 573107 A8B8C8D8

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製及1.6%鋁。 14·如申請專利範圍第9項所述之固態氫儲存單元，其中該儲氫合金在原子百分比方面包含1 %鍅、33%鈦、 12.54%飢、15%鉻、36%龜、2.25%鐵、以及〇·21%|呂。 5 丨5·如申請專利範圍第1項所述之固態氫儲存單元，其中该單元更包含用以將該壓力容器之内部分割成複數個容室之裝置。 16·如申請專利範圍第15項所述之固態氫儲存單元，其中用以將該壓力容器之内部分割成複數個容室之裝置， K)係選自於由蜂巢構造、金屬泡沫、圓盤或隔膜分隔器、隔板、針輪分隔器及其組合所組成之群組。 17.—種儲氫合金，其具有儲存量，該儲存量於環境溫度與至少兩倍的高原期終點壓力，至少高於在相同溫度與咼原期終點壓力下該合金之儲存量的丨〇%。 15 I8·如申請專利範圍第17項所述之儲氫合金，其中該儲氫合金於環境溫度與至少三倍的高原期終點壓力下，所具有之儲存量至少高於在相同溫度與高原期終點壓力下之該合金之儲存量的15〇/〇。 19·如申請專利範圍第17項所述之儲氫合金，立中該儲氫合金於環境溫度與至少四倍的高原期終點壓力下，所具有之儲存量至少高於在相同溫度與高原期終點壓力下之 5亥合金之錯存量的2〇%。 j —·-----訂------ (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) ϋ I I 線_ 20.如申請專利範圍第17項所述之儲氣合金，其中該儲氫合金於環境溫度與至少五倍的高原期終點壓，所

本紙張尺度適用+國國家標準(c^Ti格⑵0χ297 ~ 573107 A8 B8 C8 D8 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製申請專利範圍具有之儲存畺至少高於在相古該合金之儲存量的23%。度“原期終點壓力下之乂二申請專利範圍第17項所述之儲氫合金立中該儲：環境溫度與至少六倍的高原期終；，所於在相同溫度與高原期終點壓力下之该合金之儲存量的25%。 22·一糧固態氫儲存單元，包含： a)壓力密封容器’該壓力密封容器具有至少一氫入口 /出口埠，用以將氫傳輸進出該容器； :)儲=金’與該密封容器一起配置，該儲氫合金係以越之數I提供大部㈣存的氫，且該賤合金所具有之尚壓可擴充儲存量斜率，於環境溫度下係小力5，但大於相同溫度下之高原期壓力容量之斜率。 23·如申％專利範圍帛22項所述之固態氫儲存單元，其中該儲氫合金所具有之高壓可擴充儲存量斜率，於環境溫度下係小於4.5,但大於相同溫度下之高原期壓力容量之斜率。 24.如申睛專利範圍第22項所述之固態氫儲存單元，其中遠儲氫合金所具有《高壓可擴充儲#量斜率，於環境溫度下係小於4,但大於相同溫度下之高原期壓力容量之斜率。 25·如申睛專利範圍第22項所述之固態氫儲存單元，其中泫儲氫合金所具有之高壓可擴充儲存量斜率，於環境溫度下係小於3.5，但大於相同溫度下之高原期壓力容量 ____25 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚 ' —.-----訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 六 573107 、申請專利範圍之斜率。 =·如申4專利範圍第22項所述之固態氫儲存單元，二中攻儲氫σ金所具有之高壓可擴充儲存量斜率，於環境度下係J、於3 ’但大於相同溫度下之高原期壓力容量之 5 斜率。 ,27·^申請專利範圍第22項所述之固態氫儲存單元，其中該單元更包含一個熱管理系統，分別在該儲氫合金之填充與釋放期間交替冷卻與加熱該儲氫合金。 28. 如申清專利範圍第22項所述之固態氫儲存單元， 1〇其中該儲氫合金包含一種為Αβ2合金之合金。 29. 如申請專利範圍第28項所述之固態氫儲存單元，其中該儲氫合金包含一種為改良的Ti-Mn2合金之合金。 30. 如申請專利範圍第29項所述之固態氫儲存單元，其中该儲氫合金在原子百分比方面包含2-5%鍅、2卜33〇/〇丄5欽、7-13%飢、8-20%鉻、36_42%錳；以及從由Μ%鎳、 2-6%鐵與0.1-2%鋁所組成之群組選出的至少一元素。 31·如申請專利範圍第3〇項所述之固態氫儲存單元，其中該儲氫合金更包含高達丨個原子百分比的鈽鑭合金。 32·如申請專利範圍第31項所述之固態氫儲存單元， 20其中該儲氫合金在原子百分比方面包含3.63%鍅、29.8% 鈦、8.82%飢、9.85%鉻、39.5%猛、2.0%鎳、5.0%鐵、1.0% 鋁、以及0.4%鈽鑭合金。 33·如申請專利範圍第30項所述之固態氫儲存單元，其中該儲氫合金在原子百分比方面包含36%鍅、29 0〇/〇 26 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---·-----訂---- 1_1 ϋ I ·1 I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 573107 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 鈦、8.9%釩、1〇·ι% 鉻、4〇 1%錳、2 〇%鎳、5 1%鐵及1.2%鋁。 34·如申請專利範圍第3〇項所述之固態氫儲存單元，其中该儲氫合金在原子百分比方面包含3 6%锆、28 3% 鈦、8.8%釩 ' 1〇·0% 鉻、4〇 7%錳、1 9%鎳、5 1%鐵以及1.6%鋁。 35·如申請蓴利範圍第30項所述之固態氫儲存單元，其中該儲氫合金在原子百分比方面包含1%鍅、33%鈦、 12.54%飢、15%鉻、36%錳、2.25%鐵、以及〇·21% 鋁。 36·如申請專利範圍第22項所述之固態氫儲存單元，其中該#元更包含用以將該壓力纟器之内部分割成複數個容室之裝置。 37·如申請專利範圍第36項所述之固態氫儲存單元，其中用以將該壓力容器之内部分割成複數個容室之裝置，係選自於由蜂巢構造、金屬泡沐、圓盤或隔膜分隔器、隔板、針輪分隔器及其組合所組成之群組。 38· —種儲氩合金，其具有於環境溫度下小於$，但於相同溫度下大於高原期壓力容量之斜率之高壓可擴充儲存量斜率。 39·如申請專利範圍第38項所述之儲氫合金，其中該儲氫合金所具有之高壓可擴充儲存量斜率，於環境溫度下係小於4.5,但大於相同溫度下之高原期壓力容量之斜率。以 4〇_如申請專利範圍第38項所述之儲氫合金，其中該儲氫合金所具有之高壓可擴充儲存量斜率，於環境溫度下

—-----訂------ 1!^·. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 573107 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍係小於4 ’但大於相同溫度下之高原期壓力容量之斜率。 41·如申請專利範圍第38項所述之儲氫合金，其中該儲氮合金所具有之高壓可擴充儲存量斜率，於環境溫度下係小於3.5，但大於相同溫度下之高原期壓力容量之斜率。 42·如申請專利範圍第38項所述之儲氫合金，其中該儲氮合金所具有之高壓可擴充儲存量斜率，於環境溫度下係小於3 ’但大於相同溫度下之高原期壓力容量之斜率。 --------訂----------線 (請先閱讀背面之注咅？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度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）