UA59353C2

UA59353C2 - Матеріал для зберігання водню із високою ємністю (варіанти), стрічка зі сплаву для зберігання водню, сплав для зберігання водню

Info

Publication number: UA59353C2
Application number: UA98063164A
Authority: UA
Inventors: Стенфорд Р. Овшінскій; Майкл А. ФЕТСЕНКО; Джун Су Ім; Кво ЯНГ; Бенджамін С. Чао; Бенджамін Річман
Original assignee: Овонік Беттері Компані, Інк.; Овоник Бэттери Компани, Инк.
Priority date: 1995-11-20
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 2003-09-15
Also published as: MX210393B; WO1997019202A1; JP2002088430A; AU720523B2; KR19990067686A; DE862660T1; EP0862660B1; AU1080397A; EP0862660A1; DE69622184D1; JP2000500531A; JP2002241874A; CA2236261A1; BR9611732A; MX9803975A; CA2236261C; US5840440A; EP0862660A4; TW303532B; KR100419076B1

Abstract

Невпорядкований багатокомпонентний матеріал для зберігання водню характеризується надзвичайно високою ємністю завдяки великій густині корисних місць зберігання водню (понад 1023 дефектних місць/см3) та/або вкрай малими розмірами кристалітів, як зображено на графіку фігури. Матеріал для зберігання водню може використовуватись у елекрохімічних, паливних елементах та для зберігання газоподібної фази. Матеріал може вибиратись або з модифікованих LaNi5, або модифікованих TiNi систем, які мають такий склад, що розмір кристалітів менший за 200 Ангстрем і, найбільш прийнятно, менший за 100 Ангстрем.

Description

Опис винаходу

Цей винахід стосується матеріалів з невпорядкованою структурою для зберігання водню, які 2 відрізняються дуже високою густиною місць для зберігання водню, що може використовуватись, які відрізняються незвичайним локальним порядком, і такі матеріали, зокрема. можуть застосовуватись в електрохімічних батареях нікель гідрид металевих акумуляторів, що можуть перезаряджатись. Більш конкретно, у більш прийнятному варіанті втілення цей винахід стосується батарей нікель-гідрид металевих акумуляторів (Мі-МН), що можуть перезаряджатись, які мають негативні електроди з 70 невпорядкованою структурою" які сформовано з сплавів для зберігання електрохімічного водню на основі високо модифікованого і амМмі5 та високо модифікованого ТіМі. На додаток до дуже високої здатності до зберігання водню, батареї, де застосовуються сплави відповідно до цього винаходу, мають електрохімічні робочі характеристики, такі як тривалість циклу роботи, утримання заряду, низька температура і густина енергії що такі ж добрі чи навіть кращі від характеристик відомих елементів на нікель-гідрид 712 металевих батареях, що можуть перезаряджатись. Відносно плоскі криві РСТ роблять варіанти цих сплавів для зберігання водню перспективними для зберігання газоподібної фази і вивільнення водню.

У лужних елементах, що можуть перезаряджатись, вага і портативність є важливими факторами. Також для лужних елементів, що можуть перезаряджатись, бажаним е тривалий період роботи без виникнення необхідності у періодичному обслуговуванні.

Лужні елементи, що можуть перезаряджатись, застосовуються у численних приладах широкого вжитку, таких як портативні комп'ютери, відеокамери і стільникові телефони, їх часто збирають у запечатані пакунки елементів живлення, що їх розробляють як невіднімну частину конкретного приладу. Лужні елементи, що можуть перезаряджатись, можна застосовувати у вигляді більших елементів у промисловості, аерокосмічній галузі, електромобілях, с

Матеріали, що пропонувались відповідно до попереднього рівня техніки, для застосування як матеріали (3 негативного електроду для зберігання водню для вторинних батарей, є матеріалами, які, по-перше, мають просту кристалічну структуру. У простих кристалічних матеріалах каталітичне і зберігально активні місця стають результатом випадкових поверхневих порушень структури, які порушують періодичність кристалічної решітки Кілька прикладів таких поверхневих порушень включають: дислокацію вузлу решітки, о уступи в кристалі, поверхневі домішки та чужорідні абсорбати. Понад трьох десятиліть практично кожен ю виробник батарей у світі використовував такі кристалічні матеріали електроду для електрохімічних цілей, але жоден виробив комерційне життєздатну нікель-гідрид металеву батарею, аж доки не було о опубліковано Патент США Мо4,623,597 (патент 597) Овшінскім та ін., де було розкрито фундаментально од) нові принципи Овшінского щодо матеріалу для побудови електродів, і не почали заявлятись в комерційному масштабі такі електрохімічні продукти. о

Як зазначається в патенті "597 (зміст якого включено сюди шляхом посилання), основною вадою розташування матеріалів негативного електроду на кристалічних структурах з простою побудовою є те. що порушення правильної структури, які спричинюють виникнення названих вище каталітично активних місць, « трапляються досить нечасто. Це призводить до досить малої густини каталітичних місць та/або місць для З зберігання і, отже, до малої стабільності. Не менш важливим є і те, що наявні каталітично активні с місця мають випадкову природу, вони відносно нечисленні і не є притаманними матеріалу як ті, що їх

Із» запропоновано цим винаходом. Таким чином, ефективність матеріалу щодо зберігання водню і подальшого його вивільнення є значно меншою, ніж та, що була б можливою за наявності більшої кількості і різноманіття зазначених місць.

Фундаментальні ідег Овшінского подолали обмеження попереднього рівня техніки, покращивши і-й характеристики негативного електрода завдяки використанню матеріалів з невпорядкованою структурою, що (се) значно поліпшило показники зберігання оборотного водню, які зумовлюють ефективність та економічність батарей. Застосування принципів невпорядкованості структури зробило можливим одержання батарей з о відмінним енергозберіганням, ефективним перезарядженням, високою електричною ефективністю, де сл 20 матеріал негативного електроду є стійким до структурних змін, отруєння, стійкістю до лужного середовища, добрими характеристиками щодо самостійного розрядження і, отже, малою тривалістю періоду с» зарядження і здатністю до глибокого розрядження. Матеріали негативного електроду з невпорядкованою структурою, що застосовуються, одержують з легких, дешевих елементів, використовуючи технології, які забезпечують, у першу чергу, формування нерівноважних метастабільних фаз і, в результаті, одержують 22 багато енергії з високою густиною енерговиділення за малу ціну Такі нерівноважні метастабільні фази

ГФ) забезпечують утворення локалізованих станів, де певний ступінь невпорядкованості (якщо матеріал вироблено правильно) походить з структурної та композиційної невпорядкованості матеріалу. о Матеріали, що їх взагалі описано в патенті 597, мають значно збільшену густину каталітичне активних місць, що забезпечують швидке і стабільне зберігання і вивільнення водню Значно покращена 60 ефективність електрохімічного зарядження/ розрядження також продемонструвала і деяке збільшення у обсязі зберігання водню В принципі, цього вдалося досягти завдяки масовому зберіганню атомів водню силами зчеплення у діапазоні оборотної електрорушійної сили, що с придатним для використання у батареях вторинних джерел струму. Більш конкретно, такі матеріали для негативних електродів вироблялись за допомогою маніпулювання локальним хімічним порядком і, отже, локальною структурною бо впорядкованістю шляхом введення вибраних елементів-модифікаторів у готову матрицю для створення -Д-

бажаної невпорядкованості, типу локального порядку і сил зчеплення метал-водень. Одержаний у такий спосіб багатокомпонентний матеріал з невпорядкованою структурою мав аморфну, мікрокристалічну, багатофазну полікристалічну (однак без дальнього композиційного порядку) структуру чи суміш будь-яких комбінацій названих структур.

Готова матриця матеріалів, яку описано у патенті "597, виготовляється з легких елементів, що є воднеутворювачами, Таку готову матрицю модифікують, додаючи вибрані елементи-модифікатори, які також можуть бути воднеутворювачами. Названі модифікатори вдосконалюють невпорядкованість структури кінцевого матеріалу, таким чином створюючи більшу кількість і різноманіття каталітичне активних місць у та забезпечуючи деяке збільшення числа місць зберігання водню. Мультиорбітальні модифікатори (такі як перехідні елементи) дали ще більше підвищення числа місць завдяки наявності різноманітних просторових конфігурацій зв'язків З причин, що їх більш докладно ми пояснимо нижче, кінцеве збільшення корисної ємності реалізувалось завдяки, у першу чергу, зазначеному вище збільшенню числа каталітичних місць, які більш ефективно зберігають і вивільнюють водень. Через таке ефективніше зберігання та вивільнення /5 ВОДНЮ та більшу густину каталітичних місць, водню "легше знайти" місце зберігання На жаль, до появи цього винаходу, все ж залишалась така проблема, як недостатня густина нових місць зберігання водню, сформованих завдяки невпорядкованості структури, щоб значно збільшити об'єм водню, що його може зберігати матеріал.

Патент "597 описує використання, серед іншого, швидкого охолодження для одержання матеріалів з 2о невпорядкованою структурою і незвичайними електронними конфігураціями, що ставало причиною зміни тривимірних взаємодій структурних атомів та їх різноманітних орбіталей. Отже, стверджувалось, що композиційні, позиційні та трансляційні взаємозв'язки структурних атомів не обмежувались кристалічною симетрією у їх свободі взаємодії. Певні елементи можуть використовуватись для подальшого управління невпорядкованістю структури матеріалів шляхом їх взаємодії з орбіталями так, щоб створити бажані сч об локальні внутрішні хімічні середовища. Ці різноманітні і, принаймні, частково незвичайні конфігурації створюють велику кількість каталітично активних місць і місць зберігання водню не тільки на поверхні, і) але й у товщі матеріалу. Внутрішня топологія, створена такими різними конфігураціями, створює можливості для селективної дифузії атомів водню.

В цілому, невпорядкованість структури модифікованого матеріалу може мати атомну природу, набуваючи (су зо форми композиційної чи конфігураційної невпорядкованості, що спостерігається по всій товщі матеріалу або у численних зонах чи фазах матеріалу. Невпорядкованість можна одержати у матриці, створюючи юю мікроскопічні фази у матеріалі, які імітують композиційну чи конфігураційну невпорядкованість на с атомному рівні на основі співвідношення фаз. Наприклад, невпорядковані матеріали можна одержати, вводячи мікроскопічні зони чи фази іншого типу чи типів кристалічних фаз, або вводячи зони аморфної ме) фази чи фаз, або вводячи зони аморфної фази чи фаз на додаток до зон кристалічної фази чи фаз. Типи ю невпорядкованих структур, які забезпечують створення локальних структурних хімічних середовищ з покращеними характеристиками щодо зберігання водню, включають аморфні матеріали, монокристалічні матеріали, багатокомпонентні багатофазні полікристалічні матеріали, де немає дальнього композиційного порядку, або багатофазні матеріали, що містять і аморфні, і кристалічні фази. «

Близький чи локальний порядок розроблено у Патенті США Мо4,520,039, виданому Овшінскому, із назвою 4 па) с СотрозійопаЦйу Магіей Маїгегіаїє апа Меїной бог Зупінезігіпд (Ше МаїегіаіІз., зміст якого включено сюди посиланням. Цей патент розкриває, що матеріали з невпорядкованою структурою не потребують ;» періодичного локального порядку і те, яким може бути просторове і орієнтаційне розташування подібних чи внеподібних атомів чи груп атомів з такою підвищеною точністю і управлінням локальними Конфігураціями, що сгаї можливим виникнення якісно нового явища Крім того, у цьому патенті с обговорюється той аспект, що використовувані атоми не обов'язково повинні бути атоми з "шаром а" чи "шаром Її а можуть бути будь-якими атомами, де контрольовані аспекти взаємодії з локальним ік середовищем та/або перекривання орбіталей відіграє значну роль фізично, електронне чи хімічно, так що 2) впливає на фізичні властивості і, отже, функції матеріалів. Елементи таких матеріалів пропонують різноманіття можливостей зв'язування завдяки багатоспрямованості орбіталей, а-орбіталей чи о електронів неподіленої пари. Багатоспрямованість ("ефект дикобразу") а-орбіталей забезпечує значне 4) збільшення густини місць, поширює спектр їх типів і, отже, наявність активних місць зберігання.

Слідування цим ідеям може привести до способів синтезування нових матеріалів, які є невпорядкованими у кількох різних розуміннях водночас.

Патент "597 докладно описано вище, оскільки цей патент являє собою вихідну точку для дослідження, яке привело до даного винаходу. Патент Овшінского "597 дав початок концепції виготовлення матеріалу (Ф, негативного електрода для нікель-гідрид металевих батарей з багатокомпонентних невпорядкованих ка сплавів. Це вчення було діаметрально протилежним традиційній "мудрості" виробників батарей того часу.

Т тільки після того, як названі виробники стали використовувати цю ідею у виробничих процесах, бо почалось виготовлення матеріалів для негативних електродів із збільшеною кількістю каталітичне активних місць, і нікель-гідрид металеві батареї набули комерційної життєздатності, У стислій формі у патенті "597 говориться, що значна кількість додаткових місць для каталізу водню (для забезпечення швидкого зберігання і вивільнення водню і значного підвищення стабільності) формувалась і могла застосовуватись завдяки цілеспрямованому виготовленню невпорядкованих матеріалів для негативних 65 електродів (на протилежність гомогенним, впорядкованим полікристалічним матеріалам відповідно до попереднього рівня техніки) У патенті "597 також стверджується, що використання невпорядкованості можливо і для одержання додаткової кількості місць зберігання водню. Однак визнавалось, що для одержання значного підвищення здатності до зберігання водню завдяки таким незвичайним місцям зберігання, необхідно збільшити число місць зберігання на, приблизно, З порядки.

Виробники нікель-гідрид металевих батарей впровадили не лише ідеї патенту Овшінского. але, останніми роками, деякі з цих виробників почали застосовувати технології швидкого отвердіння (як описано Овшінскім) для збільшення ступеню невпорядкованості у композиції сплаву негативного електрода.

Наприклад, японські компанії просунулись далеко, почавши використовувати швидке гасіння високо модифікованого електрохімічного матеріалу негативного електрода типу ГамМі5. При застосуванні 7/0 нерівноважних технологій обробки одержаний матеріал негативного електрода містить фази зберігання водню і каталітичні фази порядку 2000 Ангстрем у середньому. Здатність до зберігання водню матеріалу негативного електрода не покращується значно, але каталітична активність зазнає істотного покращання, як свідчить підвищена швидкість і стійкість до окислення, поліпшується і стійкість до корозії, що веде до більшої тривалості строку експлуатації

Як зазначалось вище, деякі з компаній-виробників батарей нещодавно почали досліджувати можливості використання швидко погашених, високо модифікованих матеріалів типу Ії амі5 для зберігання водню у різних електрохімічних застосуваннях. Наприклад, у РПуз, Спет 96 (1992) Мо, 5 рр. 656-667, Р.Н.Ї,

Мойеп та ін З Дослідних Лабораторій РІйїрз опублікували роботу під назвою "МеїЇїЗріппіпд ої

АВ55-ГТуре Нуагіде БРогтіпд Сотроцпаз апа (бе ІпПепсе ої Аппеайпд оп ЕІесігоспетіса! апа

Стузіаійодгарпіс Ргорегіев". У цій роботі говориться, що нестехіометричні модифіковані І аМівв матеріали:

Гавма»зМізСо»Зії та Гавма»зМі» 8С024Мо Зі швидко обертались. Ці нестехіометричні матеріали порівнювались із їх стехіометричними аналогами, в результаті доходили висновку, що нестехіометричні матеріали демонстрували добру, але не незвичайну здатність до зберігання водню. Однак, нестехіометричні композиції виявляли присутність додаткового об'ємного відсотку каталітичної фази; сч тобто фази, яка, згідно з патентом "597, відповідала за вдосконалені електрохімічні властивості порівняно з властивостями, визначеними у прикладах стехіометричних матеріалів. І знову, що важливо, не і) вдалося одержати значно більшої густини незвичайних місць зберігання водню.

У науково-дослідній діяльності Епегду Сопмегзіоп Юемісез, Іпс., що її проводили з високо модифікованими матеріалами негативного електроду типу ТіМі, як описано у Патенті США Мо4,637,967 с зо КІвдпхІіез Маде М/йв Оізогаегей Асіїме Маїегіа! Апа Меїйодз ОЇ МакКіпд Зате, (викладення якого включено сюди посиланням), швидко охолоджувані матеріали електроду піддавали обертанню після розплавлення. юю

Завдяки цій роботі вдалося кардинально підвищити стійкість до окислення і корозії, а також збільшити с термін експлуатації у п'ять разів. З іншого боку, і це спостерігалось і у випадку названої вище японської роботи, не було продемонстровано ніякого значного збільшення здатності до зберігання водню, Ме і запропоновані фази матеріалу негативного електрода були також і відносно великими. ю

Отже, хоча ідеї патенту "597 були революційними, для тих, хто має середні знання у цій галузі І вчиться застосовувати принципи невпорядкованості Овшінского до матеріалів негативного електрода, щоб одержати батареї комерційного використання з комерційно життєздатними показниками щодо числа перезаряджень і стабільності під час експлуатаційного періоду, патент "597 надав більшу частину « загальних положень стосовно конкретних процесів, технологій обробки, композицій сплавів, стехіометрії пл») с цих композицій тощо і того, як ще збільшити величину ємності для водню, що зберігається (на протилежність каталітичній активності). До цього винаходу не було запропоновано ніяких теорій щодо ;» природи і обчислення додаткових активних місць зберігання, потрібних для значного збільшення ємності до зберігання водню матеріалу негативного електрода шляхом довільного введення дефектних місць і завдяки присутності (водночас) інших незвичайних та/або звичайних місць зберігання. с Незважаючи на виключні електрохімічні характеристики, що їх демонструють нинішні нікель-гідрид металеві системи із високим ступенем невпорядкованості (здатність до зберігання водню удвічі перевищує ік звичайні МіСа системи), споживачі вимагають все більшого часу роботи, виконання вимог щодо безпеки і 2) потужності від таких систем батарей, що перезаряджаються Жодна з нинішніх систем батарей не може 5р задовольнити цим вимогам. Відповідно, існує потреба у безпечній системі батарей, що має надвисоку о електричну ємність, високі показники щодо утримання заряду, добре віддає енергію, має довгий строк

ГК) експлуатації, помірну ціну.

Тут розкрито матеріал для зберігання водню, який відрізняється тим, що має густину місць зберігання водню більшу від 1,2х1023/см? і, більш прийнятне, більшу ніж 1,5х10 23/см?3, що відповідає конкретній

Ємності, яка значно перевищує ту, яка спостерігається у звичайних матеріалів для зберігання водню.

Такий матеріал може застосовуватись як електрохімічний електрод, сплав для зберігання газоподібної о фази чи паливний елемент. ко Також розкривається вдосконалений матеріал для зберігання водню, який сформовано з сплаву, що його вибрано з групи, яка складається з сплавів загальної формули 2МпУмУ,МуМі,, де М є Ге чи Со, му, х, у та бо 7 є мольними відношеннями відповідних елементів, де 0,4 «м/«0,8; 0,«х«0,3; Осу«0,2; 1,0с21,5 та 2,0ємхнут«2,4, сплави, які по суті відповідають формулі Гамі 5, де один з компонентів їа чи Мі замінюється металом М. що його вибрано з Груп Іа, ІІ, ПІ, ІМ та Ма. Періодичної таблиці елементів, і який не є лантанідом, у атомній пропорції що перевищує 0,195, і менша 2595; сплави, що мають формулу

ТіМо-Мі,, де х-0,2-0,6; сплав, що мас формулу Ті42тЬМісСгаМу, де М - АЇї, Зі. М, Мп, Ре, Со, Си, МЬ, Аа 65 чи Ра, О,їІса«с1,4, 0,15р-1,3, 0,25«сс1,95, 0,1«ас1,4, анрнсна-3, Осх«0,2; сплави, що мають формулу 7 МодМів, де 4-0,1-1,2 і е-1,1-2,5, сплави, що мають формулу Тиха Мп» у хСтумМ;, де 0,05-х«0,4, О«ус1,0,

та 0«2«0,4, сплави, що мають формулу ІпМ;5, де п є, принаймні, одним лантанідним металом і М є принаймні одним з вибраних металів з групи, яка складається з Мі та Со, сплави, які включають принаймні один перехідний метал, якому належить 40-7595 ваги зазначених сплавів і який вибрано з Груп 1Ш, М та М. Періодичної системи, і принаймні один додатковий метал, що зрівноважує названий сплав для зберігання електрохімічного водню, який сплавлено із, принаймні, одним перехідним металом, причому цей додатковий метал вибрано з групи, яка складається з Мі, Си, Ад, Ре та СіІ-Мі сталі, та сплави, що складають основну структуру системи Мт-Мі; і численні фази композиції де кожну фазу композиції виділено у основній структурі, і де об'єм кожної з фаз композиції менше ніж приблизно 1бнм. Вдосконалення 70 зазначених вище матеріалів для зберігання водню полягає у забезпеченні розміру кристалу, меншого від приблизно 200 Ангстрем і, зокрема, меншого ніж приблизно 100 Ангстрем, де такий малий розмір кристалу у більш прийнятному варіанті втілення досягається завдяки швидкому отвердінню із значним збільшенням густини активних місць зберігання водню, наявних у кінцевому змеленому порошку, що, як ми вважаємо, викликано, принаймні частково, високою густиною дефектів у розплаві який піддавали обертанню Отже, 75 вдосконалені матеріали для зберігання водню відповідно до цього винаходу забезпечують краще зберігання водню завдяки мікрокристалічній, нанокристалічній та/або аморфній мікроструктурі на протилежність звичайним полікристалічним втіленням цих сплавів, що зараз використовуються усіма іншими виробниками нікель-гідрид металевих батарей.

Далі тут ще розкрито матеріал для зберігання водню, що має високу густину корисних місць для

Зберігання водню Така висока густина забезпечується завдяки використанню нетрадиційних місць зберігання водню у поєднанні із звичайними місцями зберігання водню Тобто, нетрадиційні місця зберігання водню роблять значний внесок у загальну ємність сплаву щодо зберігання водню (порівняно з вилитими сплавами). Більш прийнятне, внесок нетрадиційних місць зберігання водню становить, принаймні, 5 чи 1095 від загальної здатності матеріалу до зберігання водню. Ще більш прийнятно, внесок Ге нетрадиційних місць зберігання водню становить, принаймні, 20 чи 3395 від загальної ємності матеріалу о до зберігання водню. 1 найбільш прийнятне, внесок нетрадиційних місць зберігання водню становить, принаймні, 5095 від загальної ємності матеріалу до зберігання водню.

Нетрадиційні місця зберігання водню, більш прийнятне, створюються шляхом швидкого отвердіння розплавленого матеріалу, такого як розплавленого воднеутворювального сплаву, і подальшого со розмелювання твердого матеріалу на порошок. Нетрадиційні місця можуть також утворюватись за допомогою технологій швидкого гасіння, таких як плазмове напилення, коли наявні метастабільні фази і частинки о малого розміру із великим значенням відношення поверхневих станів до конденсованих станів, со

Воднеутворювальний сплав може бути стехіометричним чи нестехіометричним і може бути сплавом типу ТіМі або типу ГамМіб5. Як правило сплави містять і воднеформувачі, і елементи-модифікатори. Ф

Для типового сплаву Тімі типу воднеформувальні елементи можуть вибиратись з групи, яка складається 0 з Ті, М, 2 та їх суміші або сплавів, а елементи-модифікатори можна вибрати з групи, яка складається з

Мі, Ст, Со, Мп, Мо, МБ, Ее, АІ, Мо, Си, Зп, Ад або Ра та їх суміші або сплавів. Альтернативно, для типового сплаву типу І аМмі5х воднеформувальні елементи можуть вибиратись з групи, яка складається з 5е, «

У, Та, Се, Рг, Ма, Зт, Мт та їх суміші або сплавів, а елементи-модифікатори можна вибрати з групи, яка складається з Мі, Сг, Со, Мп, Ее, Си, Зп, АЇ, 5і, В, Мо, М, МБ, Та, 7п, 2г, Ті, НЕ, МУ та їх суміші або сплавів. - с Воднеформувальні сплави можуть також включати принаймні один склоформувальний елемент, що його а вибрано з групи, яка складається з АЇ, В, С, Зі, Р, 5, Ві, Іп, 5Ь та їх сумішей або сплавів. "» Матеріали для зберігання водню, більш прийнятне, є композиційне та/або структурно невпорядкованими мультикомпонентними матеріалами з розміром кристалу менше приблизно 200А. Більш прийнятне,

Ккристаліти мають розмір менший від 150А, Найбільш прийнятно, кристаліти мають розмір менше 100 або 1 75А. Матеріал для зберігання водню, більш прийнятно, є багатофазним і містить як каталітичні фази, с так ї фази зберігання водню, які, найбільш прийнятно, розташовуються близько одна до одної. Деякі чи всі ці фази, більш прийнятно, характеризуються значно більшою густиною активних місць зберігання (95) водню, що може пояснюватись, принаймні частково, значною густиною дефектів на додаток до традиційних сл 50 місць зберігання водню і каталітичне активних місць, так що загальна кількість активних місць зберігання водню значно перевищує очікувану від традиційних місць зберігання водню і наведеного як сю приклад матеріалу електроду із значно більшою питомою ємністю та малими кристаліновими місцями порівняно із звичайними полікристалічними матеріалами для електродів,

Матеріал для зберігання водню відповідно до цього винаходу більш прийнятно містить мінімум фаз воднеформувальних елементів, які не формують активних місць зберігання водню, і, по суті, не містить о фаз гідридів з неправильними силами зчеплення для використання у електрохімічних застосуваннях

Тут ще розкрито стрічку сплаву для зберігання водню, що їх було піддано швидкому отвердінню, ю причому ця стрічка відрізняється густиною дефектів, яка дорівнює, принаймні, 5х10 21/смУ, більш прийнятно, принаймні 1х1022/см7, і найбільш прийнятно, принаймні, 5х10 22/см?3. Така густина дефектів забезпечує те, 60 що стрічка при розмелюванні ламається на дуже малі нанокристалічні кристаліти з розмірами, що зазначались вже тут, так щоб досягти дуже високого значення відношення числа поверхневих місць, що зв'язують водень, до місць у товщині.

Також розкрито сплав для зберігання водню, який було піддано швидкому отвердінню, і який мас формулу: (Базовий сплав Овшінского)аМь, б5 де

Базовий сплав Овшінского являє собою сплав Овшінского, що містить 0,1-60 атомних відсотків Ті, 0,1-50 атомних відсотків 2г, 0,1-60 атомних відсотків Мі, та 0,1-56 атомних відсотків Сг, як описувалось вище, а становить принаймні 70 атомних відсотків;

М являє собою принаймні один модифікатор, який вибрано з групи Со, Мп, АЇ, Ре, МУ, Га, Мо, Си, Ма,

Са, МБ, 5і, та НЕ;

Ь дорівнює 0-30 атомним відсоткам,

Ь»2о, та ачь-100 атомним відсоткам. 76 Сплав характеризується на 5956 більшою ємністю щодо зберігання водню порівняно з тим самим матеріалом, який однак було вилито Більш прийнятним є збільшення на 10, 20, 33 чи навіть 5095 порівняно з литтям. Більш прийнятною композицією є, в атомних відсотках, 0,5-2,095 М, 7,0-8,595 Сг; 6,0-8,095 Ті; 20-3590 2; 0,т01-0,595 Ре; 15-2590 Мп; 1,5-3,096 Со; 25-40905 Мі; та 0,01-2,095 Ма.

На Фігурі 1 зображено зразки дифракції рентгенівських променів для матеріалів зберігання водню, які /5 розплавлялись і піддавались обертанню, верхня лінія відповідає матеріалу згідно з цим винаходом, а нижня - матеріалу поза межами цього винаходу;

На Фігурі 2 порівнюються розташовані одна поряд з одною фотографії, одержані за допомогою растрового електронного мікроскопу, матеріалів для зберігання водню, одержаних обертанням розплаву, де фотографія ліворуч відповідає матеріалу поза межами цього винаходу, а фотографія праворуч - 2о матеріалу згідно з цим винаходом.

Фігура З являє собою дуже збільшену фотографію, одержану за допомогою просвічувального мікроскопу, яскравих полів розплавленого матеріалу, який потім піддали обертанню, для зберігання водню відповідно до цього винаходу, причому тут спеціально показані розташовані поряд смуги каталітичної та зберігальної фаз матеріалу; с

Фігура 4 є зразком дифракції електронів для матеріалу з Фігури З, ця фігура свідчить про дуже високу густину дефектів у матеріалі; і і)

Фігура 5 є фотографією темних полів, одержаною за допомогою просвічувального електронного мікроскопа, розмеленого на порошок матеріалу для зберігання водню відповідно до цього винаходу, що спеціально демонструє однорідність матеріалу. со зо Винахідники розробили матеріал для зберігання водню, який відрізняється унікальне високою ємністю щодо зберігання водню, створеною нетрадиційними місцями зберігання, а також традиційними місцями о зберігання, і де такі нетрадиційні місця зберігання водню роблять значний внесок у загальне значення с ємності щодо зберігання водню. Хоча усі матеріали для зберігання мають і традиційні місця зберігання водню і нетрадиційні місця зберігання, як правило нетрадиційні місця зберігання є випадковими за ме) обмежень кристалічної решітки матеріалу і не с численними та/або не мають густини, що може вплинути на ю загальну здатність матеріалу електроду до зберігання. Отже, ємність щодо зберігання водню завдяки наявності нетрадиційних місць зберігання не є значною у порівнянні з зберіганням завдяки традиційним місцям. Однак, у матеріалах відповідно до цього винаходу нетрадиційні місця зберігання роблять значний внесок у загальну ємність щодо зберігання водню, забезпечуючи, таким чином, досягнення дуже високих і « несподіваних величин ємності щодо зберігання водню. шщ с Практично, загальна кількість традиційних гідридних місць у типовому матеріалі для зберігання . електромеханічного водню (такому як високо впорядкованому полікристалічному матеріалі) в принципі "» обмежується приблизно одним атомом водню на атом гідриду металу і може сягати порядку 1х102Змісць/см?. Звичайні гідридні місця зберігання є місцями в структурній решітці матеріалу, де атом водню зв'язується з електронною решіткою в низькоенергетичному стані У випадку конкретного матеріалу 1 існує цілий ряд таких традиційних місць, що залежить від формули і мікроструктури сплаву, а також від со кількості воднеформувальних елементів у формулі і сили зчеплення структурних фаз Наприклад, у той час, коли сплави типу ІГамМірю часто позначаються як І амі 5Нє, тобто один атом водню на один атом металу, (95) сплави типу МТі2гМі можуть мати 1-1,4 атомів водню на кожен атом металу. Обмеження виникають не лише з сл 50 кристалічної структури, але і через зменшення суміжних потенційних місць у випадку, коли атом водню займає певне місце. Отже, типова величина відношення водень/метал для найкращих з сучасних матеріалів (45) становить лише приблизно 1 до 1,4.

У матеріалах відповідно до цього винаходу число наявних чи корисних місць зберігання водню було збільшено до рівня значно вище 1х1023. навіть аж до 1,5-1,8х1023, Крім того, відношення водню до металу го має більшу величину, ніж очікувалось, відповідно до пояснень, що їх викладено у попередньому абзаці.

Ге! Хоча ми не прагнемо "прив'язуватись" до теорії, слід зазначити, що матеріали для зберігання водню згідно з попереднім рівнем техніки, незалежно від того, електрохімічні чи термічні, мати загальну о кількість місць дефектів лише на рівні 10'Умісць/см?. Ці місця дефектів з являлись передусім через виникнення дефектів кристалічної решітки, таких як дислокації вузлу решітки, уступи в кристалі, 60 поверхневі домішки, дислокації площин кристалу, дислокації чужорідних абсорбатів, поверхневі стани тощо. Хоча це спочатку не очевидно, читач має зрозуміти, що кожен з таких дефектів може створити аж до 1000 активних місць зберігання водню, оскільки дія дефекту реверберує у кристалічній решітці. Отже, 1015 місць дефекту/см? теоретично можуть створити аж до 10? активних місць зберігання водню. Однак, оскільки число звичайних місць зберігання водню - порядку 10 2Змісць/см, кількість активних місць бо спричинених звичайними дефектами не є послідовним у порівнянні. Щоб дістати правильної величини внеску від дефектів, які можуть служити додатковими активними місцями зберігання водню, треба спеціально збільшити густину нетрадиційних місць до приблизно 10'Умісцьйсм?. У такий спосіб, 1000-кратне збільшення кількості активних місць зберігання водню може сягнути рівня 10 22-1023 і зробити значний внесок у збільшення корисної ємності для зберігання. Повинно бути ясно, що типова кількість випадкових дефектів кристалічної решітки дуже мала порівняно з числом традиційних місць зберігання водню, а саме: менша на кілька порядків.

На протилежність матеріалам для зберігання водню відповідно до попереднього рівня техніки, число місць дефектів у матеріалах для зберігання водню згідно з цим винаходом є значно більшим. Більш 70 конкретно, цей винахід пропонує матеріали з більшою густиною місць дефектів, ніж число активних місць зберігання, наявних у більшості матеріалів, що вироблялись раніше (із густиною дефектів аж до 5х107/см3, 1х1022/см3 і навіть 5х1022/см?У). Є два можливі механізми, завдяки яким ця дуже висока густина станів дефекту може зробити внесок у чисельність місць зберігання водню матеріалу. Перший, як розумілось вище, полягає в тому, що водень зберігається безпосередньо у самих дефектах. Такий механізм зберігання 72 прямий і легкий для розуміння. Водень просто знаходить такі низькоенергетичні дефектні місця у кристалічній структурі і використовує їх, немов би звичайні низькоенергетичні місця кристалічної решітки.

Однак, слід зазначити, що високий рівень дефектів спостерігається у розплаві, який піддавали обертанню.

Ще не ясно, чи залишаються ці дефекти у розмеленому порошку (принаймні, у кількості, достатній для того, щоб у матеріалах за цим винаходом спостерігалось 5, 10, 20, 33 або навіть 5095 покращання їх ємності щодо зберігання водню порівняно з литтям) завдяки зберіганню водню у нетрадиційних місцях зберігання. Можливо, що після розмелювання стрічки на порошок, багато дефектів кристалічної решітки перетворяться на поверхневі стани кристалітів. Тобто при розмелюванні стрічки матеріал руйнується вздовж дефектів, які вже не будуть внутрішніми кристалічними дефектами, а являтимуть собою велику кількість нових кристалічних поверхонь, тобто кількість місць на поверхні та кількість у товщі стануть подібними. с

Отже, інший спосіб пояснити дуже високе число нетрадиційних місць для зберігання водню - це г) наявність значно більшої кількості кристалітів чи їх значно менший розмір. Малий розмір кристалітів спричинює збільшення числа поверхневих станів у матеріалі. Ці поверхні, в свою чергу, можуть вплинути на нетрадиційні місця зберігання. Отже, ці поверхневі місця, оскільки вони не є зв'язаними додатковою кристалічною решіткою, мають більше місця для розширення, і тому не обмежуються сусіднім зв'язаним о воднем. Таким чином, ці поверхневі місця, які традиційно були б виключені з числа тих, що зберігають ю водень, (оскільки тоді вони були б всередині кристалу), тепер здатні зберігати водень. Ще більш важливо, ступінь локальної невпорядкованості, що забезпечується поверхневим станом, значно о відрізняється від тієї, що її забезпечує стан у товщині. Ступінь свободи, можливі не використовувані Ге! конфігурації зв'язку і тип переукриття орбіталей драматично змінює природу дефектів поверхні. Можливо, 32 що варіанти зв'язування, запропоновані поверхневими станами малих кристалічних поверхонь відповідно до о цього винаходу, є найбільш можливими з енергетичної точки зору, і це причина дуже високої ємності щодо збереження водню, яка тут демонструється.

Посилаючись на викладене вище, матеріали відповідно до цього винаходу, більш прийнятне, готуються « шляхом швидкого отвердіння розплавленого матеріалу за допомогою обертання розплаву, після чого йде розмелювання отверділого матеріалу на порошок. Більш прийнятний апарат обертання розплаву застосовує З с тигель з нітриду бору та мідно-берилієве колесо охолодження, що знаходиться у закритій камері, яку "» постійно наповнюють аргоном із швидкістю 1-10. більш прийнятно 2-8, і найбільш прийнятне 3-5 літрів на " хвилину. Після того, як бажану кількість компонентів сплаву поклали у бор-нітридний тигель, він нагрівається до температури 1000-2100", більш прийнятно 1200-1900", або, найбільш прийнятно, 1450-1800".

Розмір отвору у тиглі, швидкість колеса, швидкість охолодження та тиск, під яким розплав подається о з тиглю - усі пов'язані між собою і управляють утворенням мікроструктури в матеріалах відповідно до со цього винаходу. В принципі, ці чинники слід обирати так, щоб розплав достатньо охолодився на колесі, щоб одержати потрібну мікроструктуру з великою кількістю дефектів. Припускається, що процеси швидкого о отвердіння, інші ніж піддавання розплаву обертанню, можуть призвести до формування мікроструктури з с 20 численними дефектами, необхідної для створення матеріалу для зберігання водню відповідно до цього винаходу, що має потрібний розмір частинок та густину каталітичних місць та місць зберігання водню. с» Наприклад, атомізація газу, плоский потік розливання, напилення плазмою та інші прискорені процеси охолодження, які можуть заміняти собою обертання розплаву, відповідають духу та обсягу цього винаходу.

Температура охолоджувального колеса може бути будь-якою від -273 до 90", більш прийнятно від 0 до 259 75", і ще більш прийнятно від 10 до 257. Саме колесо, більш прийнятно має мідно-берилієву поверхню,

Ф! але у будь-якому разі - досить тверду, з матеріалу, який має високу точку плавлення, і не реагує з розплавом, що може застосовуватись. де Більш прийнятні матеріали для збереження водню відповідно до цього винаходу - це воднеформувальні сплави. Воднеутворювальний сплав може бути стехіометричним чи нєстехіометричним і може бути сплавом 60 тиїгу Тімі, типу ГаМі; або їх сумішшю. Хоча сплави можуть мати будь-яку композицію відповідно до попереднього рівня техніки, як правило вони містять і воднеутворювальні елементі, і елементи-модифікатори.

Для типового сплаву ТіМмі типу воднеформувальні елементи можуть вибиратись І групи, яка складається з Ті, М, 2 та їх сумішей або сплавів, а елементи-модифікатори можна вибрати з групи, яка складається з Мі, Ст, Со, Мп, Мо, МБ, Ее, Си, Зп, Ад, 7п або Ра та їх сумішей або сплавів. Альтернативно, для бо типового сплаву типу ГаМмі5 воднеформувальні елементи можуть вибиратись з групи, яка складається з 5с,

У, Га, Се, Рг, Ма, т, Мт та їх сумішей або сплавів, а елементи-модифікатори можна вибрати з групи, яка складається з Мі, Сг, Со, Мп, Ее, Си, Зп, Мо, М, МБ, Та, 2п, 2тг, Ті, НЕ, УМ та їх сумішей або сплавів.

Воднеформувальні сплави можуть також включати принаймні один склоформувальний елемент, що його вибрано з групи, яка складається з АЇ, В, С, 5і, Р, 5, Ві, Іп, 5Б та їх сумішей або сплавів.

Конкретно, корисні композиції сплавів можуть включати сплави, що вибираються з групи, яка складається з: сплавів, що їх представлено загальною формулою АМпумУ,МуМі,, де М є Ге чи Со, м, х, у та 7 є мольними відношеннями відповідних елементів, де 0,4 «м/«0,8; 0,сх«0,3; Осу«0,2; 1,О0с7«1,5 та 2,0 вх нунгк2,4; сплавів, які по суті відповідають формулі І аМі5, де один з компонентів І а чи Мі замінюється металом М, що його вибрано з Груп Іа, І, Ш, ІМ та Ма Періодичної таблиці елементів, і який не є лантанідом, у атомній пропорції, що перевищує 0,190, і менша 25905; сплавів, що мають формулу ТіМо-ХМі,, де х-:0,2-0,6; сплавів, що мають формулу ТіаєтьМісСгаМу, де М - АЇї, 5і, М, Мп, Ее, Со, Си, МБ, Ад чи Ра, 0,«а«1,4, 0, 1«6«1,3, 0,25«с«1,95, 0, 1«ас1,4, анржсна-3, Осхе0,2; сплавів, що мають формулу 7гМодМів, де а-0,1-1,2і е-1,1-2,5; сплавів, що мають формулу Тії-х4гуМп2оухСтумМ;, де 0,05«х«0,4. Осу«1,0, та Оса«О, А; сплавів, що мають формулу І пМб, де Іп є, принаймні, одним лантанідним металом і М є принаймні одним з металів, вибраних з групи, яка складається з Мі та Со; сплавів, які включають принаймні один перехідний метал, яшму належить 40-7595 ваги зазначених сплавів і який вибрано з Груп ІІ, ІМ та М Періодичної системи, і принаймні один додатковий метал, що зрівноважує названий сплав для зберігання електрохімічного водню, який сплавлено із, принаймні, одним перехідним металом, причому цей додатковий метал вибрано ч групи, яка складається з Мі, Си, Ад, Ее та

Сг-Мі сталі; се сплавів, що складають основну структуру системи Мт-Мі; і численні фази композиції, де кожну фазу о композиції виділено у основній структурі, і де об'єм кожної з фаз композиції менше ніж приблизно 10; та сплавів, шо мають формулу: (Базовий сплав Овшінского)аМь, де

Базовий сплав Овшінского являє собою сплав Овшиінского, що містить 0,1-60 атомних відсотків Ті, і 0,1-50 атомних відсотків 2г, 0,1-60 атомних відсотків Мі, та 0,1-56 атомних відсотків Ст, як описувалось вище: ю а становить принаймні 70 атомних відсотків;

М являє собою принаймні один модифікатор, який вибрано з групи Со, Мп, АЇ, Ре, МУ, Га, Мо, Си, Ма, і

Са, МБ, 5Іі та НЕ; Ге)

Ь дорівнює 0-30 атомним відсоткам,

Зо Ь»о; та о ачь-100 атомним відсоткам.

Сплави відповідно до винаходу готувались за конкретною формулою, що її подано далі в Таблиці 125 яка висловлюється загальною композицією у атомних відсотках: 0,5-2,0905 М; 7,0-8,595 Ст; 6,0-8,090 Ті; 20-3590 « 27; 0,01-0,595 Ре; 15-2595 Мп 1,5-3,095 Со; 25-4090 Мі та 0,01-2,095 Ма, - с щ м ТпГа Їм согог| ге мої ме. і-й (Звичайне лиття (1.4 |7.5 28,9 32.7|2,5 7.7) - 1 - 9,3 (се)

Приклад (95) Деяку кількість матеріалів для негативних електродів відповідно до цього винаходу швидко отверділи сл 50 за допомогою обертання розплаву. Сировину у вигляді порошку згідно з композиціями, поданими в Таблиці 1, поклали у бор-нітридний тигель, нагрітий до температури близько 10507"С. Цей тигель мав отвір сб» 0,97мм, крізь який розплав виливався на мідно-бери дієве колесо, що швидко оберталось (приблизно 26м/с) Колесо охолоджувалось безперервно проточною водою при температурі 17"С. Тигель і колесо розташовувались у камері, з якої викачали повітря і яку заповнювали аргоном зі швидкістю 3-бл/хвил

Отримані стрічки і флокени збирали з дна камери їх помололи протягом 30-9О0хвил. Кінцевий порошок о мав розмір часток приблизно 200меш. Ці матеріали потім подали під тиском на нікелеве дротяне сито і сформували у негативні електроди з невпорядкованою структурою. Такі невпорядковані негативні електроди іме) зібрали у елементи живлення. Зазначені елементи піддали випробуванням, результати яких подано в

Таблиці 2 нижче і порівняно з тим самим сплавом (див вище), який одержано шляхом звичайного лиття. бо 65

Як видно з Таблиці 2, не всі сплави, піддані розплавленню і обертанню, демонструють значне підвищення ємності. При аналізі, матеріали сплавів із значно покращеною ємністю щодо зберігання, виявились такими, що мали багато відмінностей від інших, з ""нормальною" ємністю. Зразки 1 та 2 було вибрано для порівняння, оскільки вони мають, по суті, подібну композицію.

Одну таку відмінність можна побачити у розмірі кристалітів цих матеріалів. Мікроструктуру таких матеріалів аналізували за допомогою дифракції рентгенівських променів (ДРП) Порівняння розмірів кристалітів зразків 1 та 2 (як видно з графіків ДРП на Фігурі 1) свідчить про те, що матеріал зразка 1 має середній розмір кристаліту приблизно 230А, а матеріал зразку 2 - приблизно 120А. Додаткові дані, 7/0 одержані за допомогою растрового електронного мікроскопу, показують, що розмір кристаліту у порошку може бути навіть меншим від 120А, сягаючи 50А чи навіть менше. Як обговорювалось вище, різниця у розмірах кристалітів може мати значний вплив на ємність щодо зберігання. Може бути, що ці малі кристаліти привносять нетрадиційні місця зберігання (тобто, місця поверхневого стану, граничні місця кристалітів тощо). Отже, матеріал для зберігання водню відповідно до цього винаходу є, більш /5 прийнятне, композиційне або структурно невпорядкованім багатокомпонентним матеріалом, що має розмір кристалітів менше 200А. Ще більш прийнятне кристаліти мають розмір приблизно менший від 150 чи 125А.

Найбільш прийнятне, кристаліти мають розмір приблизно менше 100 чи 50 А. Така нанокристалічна мікроструктура демонструє корисний середній порядок.

Ще одну відмінність можна помітити, порівнюючи фотографії частинок зразку 1 та 2, одержані растровим електронним мікроскопом (РЕМ), що їх подано на Фігурі 2. На Фігурі 2 фотографія РЕМ ліворуч належить матеріалу зразку 3, а фотографія РЕМ праворуч - зразку 2. Порівняння чітко показує, що матеріал зразку 1 має відокремлені фази (тобто каталітична фаза і фаза зберігання відокремлені у відносно великих кластерах), а матеріал зразка 2 - високо однорідний, і тут і каталітична фаза, і фаза зберігання перемішані разом. Така висока міра однорідності дає змогу краще використовувати матеріал для зберігання. Отже, матеріал для с

Зберігання водню відповідно до цього винаходу є, більш прийнятне, мультифазним і містить і каталітичні фази, і фази зберігання водню, які змішані разом та розташовуються поряд одна з одною. Можливо також, що о зазначена більш однорідна мікроструктура свідчить про більш однорідне охолодження і, можливо, більшу густину дефектів, ніж в зразку 1.

Фігура З являє собою фотографію яскравих полів розплавленого матеріалу зразку 2, який потім піддали со обертанню (до розмелювання), одержану за допомогою просвічувального мікроскопу. Можна ясно бачити різні фази (тобто каталітичну і зберігання), як світлі й темні смуги, що проходять через матеріал. о

Також фігура ілюструє дуже високий дефектний стан матеріалу смуги. Фігура 4 є зразком електронної «(9 дифракції матеріалу Фігури З (тобто зразка 2). Відносна випадковість та число точок на зображенні є додатковими свідченнями того, що матеріал має дуже високу густину дефектів. | дійсно, технічні Ме. фахівці, які допомагали у виконанні аналізу матеріалу, зазначили, що він має найвищу густину дефектів ою серед матеріалів, які вони бачили у житті. Така дуже висока густина дефектів виявляється, так чи інше, основним внеском у значне зростання ємності матеріалу.

Фігура 5 с фотографією темних полів, яку було одержано за допомогою просвічувального мікроскопу, і яка зображує матеріал сплаву 2 після того, як його розмололи на порошок. Як видно, матеріал все ще « дуже однорідний Слід зазначиш, оскільки матеріал має таку високу густину дефектів, його лего можна с розмолоти на порошок, і не виникає потреби у його попередньому гідрідуванні, щоб зробити його більш й крихким. и"? І нарешті, двома іншими помітними властивостями матеріалу для зберігання водню відповідно до цього винаходу є те, що цей матеріал, більш прийнятне, не містить, по суті, фаз, які містять воднеформувальні елементи, але не формують місць для зберігання водню, і, по суті, фаз, що містять с гідриди з неправильними силами зчеплення.

Отже, ясно видно, що матеріали для зберігання водню відповідно до цього винаходу являють собою іш великі перспективи для комерційного, промислового і споживчого використання. Ці матеріали можуть со використовуватись для зберігання газоподібної фази, а також електрохімічних застосувань, і особливо підходять для використання у нікель-гідридних батареях. і-й Хоча цей винахід описано у зв'язку з конкретними варіантами втілення, фахівцям із нормальним рівнем с» знань у галузі повинно бути зрозуміло, що можливі модифікації і варіації у рамках обсягу цього винаходу. Ці модифікації та варіації знаходяться у межах пунктів формули винаходу. Зокрема до обсягу цих пунктів включено матеріали для зберігання водню для неелектрохімічних застосувань, а саме

Зберігання термічного водню та теплового насосу. о

Claims

Формула винаходу во 1. Матеріал для зберігання водню з високою ємністю, який відрізняється тим, що густина місць зберігання водню перевищує 1,2 1023/см3,
2. Матеріал для зберігання водню за пунктом 1, який відрізняється тим, що густина місць зберігання водню перевищує 1,5 4доз/см.
3. Матеріал для зберігання водню за пунктом 2, який відрізняється тим, що зазначений матеріал являє собою 65 електрохімічний електрод.
4. Матеріал для зберігання водню за пунктом 2, який відрізняється тим, що зазначений матеріал являє собою матеріал для зберігання газоподібної фази.
5. Матеріал для зберігання водню за пунктом 1, який відрізняється тим, що зазначену густину місць зберігання одержано з традиційних місць зберігання і дефектних місць зберігання.
6. Матеріал для зберігання водню за пунктом 1, який відрізняється тим, що зазначену густину місць зберігання одержано з традиційних місць зберігання та місць зберігання на поверхнях кристалітів.
7. Матеріал для зберігання водню за пунктом 1, який відрізняється тим, що зазначену густину місць зберігання одержано з традиційних місць зберігання, місць зберігання на поверхнях кристалітів і дефектних місць зберігання. 70
8. Матеріал для зберігання водню з високою ємністю, який виконано з сплаву, що його вибирають з групи, яка складається з: сплавів, які представлено загальною формулою дМпКм,МуМі,, де М є Ге чи Со, му, х, у та 7 є мольними відношеннями відповідних елементів,де04 хм 08501 хх: 03; 0«у 02510525 15та20х м їх жув; 24; сплавів, які, по суті, відповідають формулі І амМів, де один з компонентів Га чи Мі замінюється металом М, що його вибрано з груп Іа, ІІ, І, ІМ та Ма Періодичної системи елементів, і який не є лантанідом, у атомній пропорції, що перевищує 0,195, і менша за 2590; сплавів, що мають формулу Тім» ,Мі,,дех - 0,2 - 0,6; сплавів, що мають формулу ТіатьМісСтаМу, де М - АЇ, 5і, М, Мп, Ее, Со, Си, МО, Адчи РаА,О1 ха 5 14501 х ьЬх13;5025х5 сх 195501х5а5 14ханрнста-Зій«сх х 02; сплавів, що мають формулу 2гМодМміь, дей -0,1-12;іе:-1,1-2,5; сплавів, що мають формулу Ті/-х2гМпоухстумМ,;, де 0,05 хх о04 «ух 10;табй«7 5 04; сплавів, що мають формулу І пМб5б, де І п є принаймні одним лантанідним металом і М є принаймні одним з сч металів, вибраних з групи, яка складається з Мі та Со; сплавів, які включають принаймні один перехідний метал, якому належить 40-7595 ваги зазначених сплавів і (о) який вибрано з груп ІЇ, ІМ та М Періодичної системи елементів і принаймні один додатковий метал, що зрівноважує названий сплав для зберігання електрохімічного водню, який сплавлено із принаймні одним перехідним металом, причому цей додатковий метал вибрано з групи, яка складається з Мі, Си, А9, Ре та Сі-Мі со зр сталі; та сплавів, що складають основну структуру системи Мт-Мі; і численні фази композиції, де кожну фазу М) композиції виділено у основній структурі, і де об'єм кожної з фаз композиції менше ніж приблизно 10 кю му; і с таке вдосконалення поєднане з тим, що розмір кристалітів цього матеріалу менший за 200 Ангстрем.
9. Матеріал для зберігання водню за пунктом 8, який відрізняється тим, що розмір кристалітів цього ме) матеріалу менший, ніж приблизно 100 Ангстрем. ю
10. Матеріал для зберігання водню за пунктом 9, який відрізняється тим, що зазначений матеріал являє собою електрохімічний електрод.
11. Матеріал для зберігання водню за пунктом 9, який відрізняється тим, що зазначений матеріал являє собою матеріал для зберігання газоподібної фази водню. «
12. Матеріал для зберігання водню, який відрізняється тим, що ємність щодо зберігання водню створена з с нетрадиційними місцями зберігання водню, а також традиційними місцями зберігання водню, де названі нетрадиційні місця зберігання водню роблять значний внесок у загальну ємність сплаву щодо збереження з водню.
13. Матеріал для зберігання водню за пунктом 12, який відрізняється тим, що зазначені нетрадиційні місця зберігання водню привносять принаймні 59о загальної ємності матеріалу щодо зберігання водню. с
14. Матеріал для зберігання водню за пунктом 13, який відрізняється тим, що зазначені нетрадиційні місця зберігання водню привносять принаймні 1095 загальної ємності матеріалу щодо зберігання водню. ік
15. Матеріал для зберігання водню за пунктом 14, який відрізняється тим, що зазначені нетрадиційні місця Га зберігання водню привносять принаймні 2095 загальної ємності матеріалу щодо зберігання водню.
16. Матеріал для зберігання водню за пунктом 15, який відрізняється тим, що зазначені нетрадиційні місця о зберігання водню привносять принаймні 3395 загальної ємності матеріалу щодо зберігання водню. 4)
17. Матеріал для зберігання водню за пунктом 16, який відрізняється тим, що зазначені нетрадиційні місця зберігання водню привносять принаймні 5095 загальної ємності матеріалу щодо зберігання водню.
18. Матеріал для зберігання водню за пунктом 12, який відрізняється тим, що названі нетрадиційні місця вв Зберігання водню створюють шляхом швидкого отвердіння розплавленого матеріалу і подальшого розмелювання отверділого матеріалу на порошок. Ф)
19. Матеріал для зберігання водню за пунктом 18, який відрізняється тим, що зазначений розплавлений ка матеріал є розплавленим сплавом воднеформувального матеріалу.
20. Матеріал для зберігання водню за пунктом 19, який відрізняється тим, що названий воднеформувальний бо сплав є стехіометричним сплавом типу ТІМІ.
21. Матеріал для зберігання водню за пунктом 19, який відрізняється тим, що названий воднеформувальний сплав є нестехіометричним сплавом типу ТІімІі.
22. Матеріал для зберігання водню за пунктом 19, який відрізняється тим, що названий воднеформувальний сплав є стехіометричним сплавом типу І амів. 65
23. Матеріал для зберігання водню за пунктом 19, який відрізняється тим, що названий воднеформувальний сплав є нестехіометричним сплавом типу ГІ аМів.
24. Матеріал для зберігання водню за пунктом 20, який відрізняється тим, що зазначений воднеформувальний сплав містить і воднеформувальні елементи і елементи-модифікатори.
25. Матеріал для зберігання водню за пунктом 21, який відрізняється тим, що зазначений воднеформувальний сплав містить і воднеформувальні елементи і елементи-модифікатори.
26. Матеріал для зберігання водню за пунктом 22, який відрізняється тим, що зазначений воднеформувальний сплав містить і воднеформувальні елементи і елементи-модифікатори.
27. Матеріал для зберігання водню за пунктом 23, який відрізняється тим, що зазначений воднеформувальний сплав містить і воднеформувальні елементи, і елементи-модифікатори. 70
28. Матеріал для зберігання водню за пунктом 24, який відрізняється тим, що названий воднеформувальний сплав включає воднеформувальні елементи, які вибирають з групи, що складається з Ті, М, 7г та їх сумішей або сплавів, а елементи-модифікатори вибирають з групи, яка складається з Мі, Ст, Со, Мп, Мо, МБ, Ре, Си, Зп, Ад, 7п або Ра та їх сумішей або сплавів.
29. Матеріал для зберігання водню за пунктом 25, який відрізняється тим, що названий воднеформувальний /5 бплав включає воднеформувальні елементи, які вибирають з групи, що складається з Ті, М, 7г та їх сумішей або сплавів, а елементи-модифікатори вибирають з групи, яка складається з Мі, Ст, Со, Мп, Мо, МБ, Ре, Си, Зп, Ад, 7п або Ра та їх сумішей або сплавів.
30. Матеріал для зберігання водню за пунктом 26, який відрізняється тим, що названий воднеформувальний сплав включає воднеформувальні елементи, які вибирають з групи, що складається з Зс, У, Га, Се, Рг, Ма, Зт, Мт та їх сумішей або сплавів, а елементи-модифікатори вибирають з групи, яка складається з Мі, Ст, Со, Мп, Ее, Си, Зп, Мо, М, МБ, Та, 2п, 2, Ті, НЕ, МУ та їх сумішей або сплавів.
31. Матеріал для зберігання водню за пунктом 27, який відрізняється тим, що названий воднеформувальний сплав включає воднеформувальні елементи, які вибирають з групи, що складається з Зс, У, Га, Се, Рг, Ма, Зт, Мт та їх сумішей або сплавів, а елементи-модифікатори вибирають з групи, яка складається з Мі, Ст, Со, Мп, сч Ее, Си, Зп, Мо, М, МБ, Та, 2п, 2, Ті, НЕ, МУ та їх сумішей або сплавів.
32. Матеріал для зберігання водню за пунктом 28, який відрізняється тим, що зазначений матеріал додатково (8) включає принаймні один склоформувальний елемент, що його вибрано з групи, яка складається з АЇ, В, С, 5і, Р, 5, ВІ, Іп, ЗБ та їх сумішей або сплавів.
33. Матеріал для зберігання водню за пунктом 29, який відрізняється тим, що зазначений матеріал додатково с Зо Включає принаймні один склоформувальний елемент, що його вибрано з групи, яка складається з АЇ, В, С, 5і, Р, 5, ВІ, Іп, ЗБ та їх сумішей або сплавів. що)
34. Матеріал для зберігання водню за пунктом 30, який відрізняється тим, що зазначений матеріал додатково с включає принаймні один склоформувальний елемент, що його вибрано з групи, яка складається з АЇ, В, С, 5і, Р, 5, ВІ, Іп, ЗБ та їх сумішей або сплавів. (22)
35. Матеріал для зберігання водню за пунктом 31, який відрізняється тим, що зазначений матеріал додатково ю включає принаймні один склоформувальний елемент, що його вибрано з групи, яка складається з АЇ, В, С, 5і, Р, 5, ВІ, Іп, ЗБ та їх сумішей або сплавів.
36. Матеріал для зберігання водню за пунктом 12, який відрізняється тим, що зазначений матеріал є композиційно чи структурно невпорядкованим багатокомпонентним матеріалом. «
37. Матеріал для зберігання водню за пунктом Зб, який відрізняється тим, що зазначений матеріал містить пт») с кристаліти розміром приблизно меншим за 200 Ангстрем.
38. Матеріал для зберігання водню за пунктом 37, який відрізняється тим, що зазначений матеріал містить ;» кристаліти розміром приблизно меншим за 150 Ангстрем
39. Матеріал для зберігання водню за пунктом 38, який відрізняється тим, що зазначений матеріал містить Кристаліти розміром приблизно меншим за 125 Ангстрем. с
40. Матеріал для зберігання водню за пунктом 39, який відрізняється тим, що зазначений матеріал містить кристаліти розміром приблизно меншим за 100 Ангстрем. ік
41. Матеріал для зберігання водню за пунктом 40, який відрізняється тим, що зазначений матеріал містить 2) кристаліти розміром приблизно меншим за 50 Ангстрем.
42. Матеріал для зберігання водню за пунктом 3б, який відрізняється тим, що названий матеріал є о багатофазним матеріалом, що містить і каталітичні фази, і фази зберігання водню. 4)
43. Матеріал для зберігання водню за пунктом 42, який відрізняється тим, що зазначені каталітичні фази та названі фази зберігання водню тісно перемішані разом поряд одна з одною.
44. Матеріал для зберігання водню за пунктом 12, який відрізняється тим, що названий матеріал, по суті, дв Не містить фаз, які містять воднеформувальні елементи, але не формують місць зберігання водню.
45. Матеріал для зберігання водню за пунктом 12, який відрізняється тим, що названий матеріал, по суті, (Ф) не містить фаз, які містять гідриди з надлишковою силою зчеплення. ка 46. Матеріал для зберігання водню за пунктом 12, який відрізняється тим, що названий матеріал виконано з сплаву, що його вибирають з групи, яка складається з: во сплавів, що їх представлено загальною формулою дМпум,Мумі,, де М є Ре чи Со, му, х, у та 72 є мольними відношеннями відповідних елементів, де04 х« м 5 085015 х5:030хух02;510х 75 15та20 міхвунл 52 А; сплавів, які, по суті, відповідають формулі І амМів, де один з компонентів Га чи Мі замінюється металом М, що його вибрано з груп Іа, ІІ, ШІ, ІМ та Ма Періодичної системи елементів, і який не є лантанідом, у атомній 65 пропорції, що перевищує 0,195, і менша за 2590; сплавів, що мають формулу Тім» ,Мі,,дех - 0,2 - 0,6;
сплавів, що мають формулу ТіатЬМісСтаМ,, де М - АЇ, 8і, М, Мп, Ре, Со, Си, Мб, Адчи РЯА,01 ха 5 14501 Х Ьх1,350,255 сх 1,95501 5 а х 14;анрнста- Зі хх хх 02; сплавів, що мають формулу 2гМодМів, де 4-0,1-1,2 і е-1,1 - 2,5; сплавів, що мають формулу Ті/-х2гМпоухстумМ,;, де 0,05 хх об4 «ух 10;та0й«7 х 04; сплавів, що мають формулу І пМб5б, де І п є принаймні одним лантанідним металом і М є принаймні одним з металів, вибраних з групи, яка складається з Мі та Со; сплавів, які включають принаймні один перехідний метал, якому належить 40-7595 ваги зазначених сплавів і який вибрано з груп І, ІМ та М Періодичної системи елементів, і принаймні один додатковий метал, що 70 Зрівноважує названий сплав для зберігання електрохімічного водню, який сплавлено із принаймні одним перехідним металом, причому цей додатковий метал вибрано з групи, яка складається з Мі, Си, А9, Ре та Сі-Мі сталі; та сплавів, що складають основну структуру системи Мт-Мі; і численні фази композиції, де кожну фазу композиції виділено у основній структурі, і де об'єм кожної з фаз композиції менше ніж приблизно 10 нм.
47. Стрічка з сплаву для зберігання водню, яку було швидко отверджено, і яка відрізняється тим, що має густину дефектів принаймні 5х107/см3.
48. Стрічка з сплаву для зберігання водню за пунктом 47, яку було швидко отверджено, яка відрізняється тим, що зазначена густина дефектів становить принаймні 1 Х 1022/см3,
49. Стрічка з сплаву для зберігання водню за пунктом 47, яку було швидко отверджено, яка відрізняється 7 тим, що зазначена густина дефектів становить принаймні 5 Х 1022/см3,
50. Стрічка з сплаву для зберігання водню за пунктом 47, яку було швидко отверджено, і яка відрізняється тим, що має розмір кристалітів менший за 200 Ангстрем.
51. Стрічка з сплаву для зберігання водню за пунктом 47, яку було швидко отверджено, і яка відрізняється сч ов ТИМ, Що має багатофазну структуру, що містить і каталітичні фази, і фази зберігання водню.
52. Сплав для зберігання водню, який було швидко отверджено, який має таку композицію: о (Базовий сплав Овшинського)аМь, де Базовий сплав Овшинського являє собою сплав Овшинського, що містить 0,1 - 60 атомних відсотків Ті, 0,1 - со 30 50 атомних відсотків 2г, 0,1 - 60 атомних відсотків М, 0,1 - 60 атомних відсотків Мі, та 0,1 - 56 атомних відсотків Ст, а становить принаймні 70 атомних відсотків; ів) М являє собою принаймні один модифікатор, який вибрано з групи, яка складається з Со, Мп, АЇ, Ре, МУ, Га, со Мо, Си, Ма, Са, МБ, 5і, та НЕ; Ь знаходиться в межах 0-30 атомних відсотків і 65 » 0; та Ге) 35 а - 100 атомним відсоткам, ю який відрізняється тим, що має на 595 більшу ємність щодо зберігання водню порівняно з таким самим вилитим матеріалом.
53. Сплав для зберігання водню за пунктом 52, який було швидко отверджено, який відрізняється тим, що сплав має на 1095 більшу ємність щодо зберігання водню порівняно з таким самим вилитим матеріалом. «
54. Сплав для зберігання водню за пунктом 53, який було швидко отверджено, який відрізняється тим, що ш-в сплав має на 2095 більшу ємність щодо зберігання водню порівняно з таким самим вилитим матеріалом. с
55. Сплав для зберігання водню за пунктом 54, який було швидко отверджено, який відрізняється тим, що :з» сплав має на 3395 більшу ємність щодо зберігання водню порівняно з таким самим вилитим матеріалом.
56. Сплав для зберігання водню за пунктом 55, який було швидко отверджено, який відрізняється тим, що сплав має на 5090 більшу ємність щодо зберігання водню порівняно з таким самим вилитим матеріалом. с
57. Сплав для зберігання водню за пунктом 52, який було швидко отверджено, який відрізняється тим, що сплав має композицію у атомних відсотках: 0,5 - 2,095 М; 7,0 - 8,595 Ст; 6,0 - 8,095 Ті; 20 - 3590 2 0,01 - іс), 0,590 Ре; 15 - 25965 Мп; 1,5 - 3,095 Со; 25 - 40905 Мі та 0,01 - 2,095 Ма. (95) с 50 Фе (Ф) ко бо б5