[发明专利]金属氢化物的活化

说明书

本申请要求基于2007年7月27日提交的、名为“金属氢化物的活化”的临时 申请60/952293的优先权，并以引用方式将其并入文中。

技术领域

本公开涉及金属氢化物颗粒表面的处理，以活化用于存储或释放氢的颗粒。 更具体地说，本公开涉及金属氢化物颗粒的活化方法，通过将其悬浮于适当的 惰性液体中，并使其空化以产生氢渗透表面。

背景技术

在本公开的内容中，金属氢化物是能够可逆的吸收氢的元素和合金或元素 的金属间化合物。在此使用的术语金属氢化物和金属氢化物合金既指非氢化状 态的金属合金，有时指金属氢化(hydriding)合金，又指处于已氢化状态的金 属合金，其包括含氢的金属合金。这些金属氢化物合金可以采取固溶合金或金 属间化合物的形状。为了在固态中储存，氢结合在金属原子的基体内。该基体 可以包括金属晶体结构的晶格，和散布在金属原子之间的氢原子。

金属氢化物合金是有用于例如燃料电池和其他用于机动车辆的耗氢动力设 备的储氢。通过冷却前体材料到合适的、相对冷的储存温度，并使其与合适的、 通常为相对高压的状态下的氢气接触，将氢吸收到非氢化的金属组合物(金属 氢化物前体)中。氢化后的金属氢化物材料被储存起来(通常在车辆中)，直到 需要氢。然后加热金属氢化物，将氢释放到配送系统，为使用氢的设备(经常 为车载设备)提供氢。

金属和相应的氢化物的组合的例子包括Pd和PdH_0.6，LaNi₅和LaNi₅H₇，ZrV₂和ZrV₂H_5.5，FeTi和FeTiH₂，及Mg₂Ni和Mg₂NiH₄。

在实践中，许多金属氢化物前体可能不容易吸收并储存氢。在吸氢之前， 该颗粒需要预处理。预处理(有时称为“活化”)包括除去金属颗粒上的氧化物 膜(或其它氢不能渗透的膜)或破碎一些颗粒以暴露出用于吸收氢的未氧化表 面。所述实践已经包括颗粒冷却，用氢加压，加热和降压该颗粒，以化学除去 阻碍吸氢的氧化物阻挡层。有时需要重复的循环。

对于储氢材料的活化，需要一种成本更低和耗时更少的实践。

发明内容

金属氢化物材料或金属氢化物前体的颗粒可以被评估，以观察其是否容许 吸收氢或解吸氢。如果颗粒的表面被测定是封闭的，或者以其它方式抑制氢交 换，颗粒可以进行如下处理：

将金属颗粒(或金属氢化物颗粒)分散到合适的惰性液体(例如，非氧化 性液体)中，并通过适宜的空化执行器使颗粒-液体的混合物空化(civitation)。 超声波发生器通常适宜于产生空化。空化是指使液体中的低压气泡的突然形成 和溃灭(collapse)，通常通过机械力作用。液体组合物必须能够经受施加的超声 机械能，并且不能引起随后对已处理颗粒吸收氢的干涉。液体和氢化物颗粒的 混合物被容纳在用于对混合物空化的容器中。液体空化的实施导致颗粒表面的 氧化物(或其它抑制层)的除去。空化也可能引起金属或金属氢化物颗粒的破 碎，从而暴露出对于吸氢或放氢来说新的、非封闭的表面。

如果空化混合物需要保护气氛，该容器可以经调整以提供保护气氛。此外， 该容器可以适用于从处理过的颗粒中释放氢、或者喷吹氢以使颗粒吸氢。在本 发明的许多实施方案中，当使用特定的液体悬浮材料时，初始的液体-氢化物颗 粒混合物将处于经测定的适于对颗粒进行高效处理的温度(或温度范围)。此温 度可以是环境温度(通常在约17℃—约25℃范围内)。空化处理可能会引起一 些温度增加。该容器可经适配以与在空化处理中对液体和颗粒混合物的所需温 度进行控制的系统一起使用。

合适的液体处理介质的例子包括超临界二氧化碳和液氮。为了使这些流体 保持空化模式，这些液体将要求容纳容器能够维持温度和压力。这些空化液体 的一个优点是它们可以容易的从活化后的金属或氢化物颗粒中挥发。其它适合 的液体包括对于颗粒是惰性的、且允许在接近于环境温度或其它所需温度下产 生空化的无水有机液体。

在颗粒的空化活化完成后，所述液体可从活化颗粒和在其储氢运作中使用 的颗粒中分离。氢可以添加到活化颗粒或从中移除。在本发明的其它实施方案 中，即使所述颗粒仍悬浮在所述液体中，氢也可添加到活化颗粒或从中移除。