[发明专利]电解质和金属氢化物电池

说明书

本发明涉及含有某些电解质组合物的金属氢化物(MH)电池。

政府支持声明

本发明是由高级研究计划署能源公司在强大的可负担下一代EV存储工程(RANGE)授予的DE-AR0000386下的政府支持下进行的。政府对本发明有一定的权利。

背景

通过优化电极而优化金属氢化物电池的电化学性能和循环寿命取得了很大进展。金属氢化物电池的电解质目前为30重量％KOH水溶液。KOH水溶液对许多阳极材料具有腐蚀性。本发明的重点是用于金属氢化物电池的改进的电解质。

概要

公开了一种金属氢化物电池(电池)，其包含至少一个包含活性阳极材料的负极、至少一个包含活性阴极材料的正极、具有所述电极位于其中的壳体和电解质组合物，其中

电解质组合物包含含有一种或多种选自由金属氢氧化物、金属氧化物/氢氧化物和氢氧化铵组成的组的化合物的水溶液，

当用6M KOH水溶液替代电解质组合物时，电池中阳极材料的降解是相同电池中相同阳极材料降解的≤95％，

电解质组合物的电导率为6M KOH水溶液的≥50％，且其中

当电解质组合物包含KOH时，组合物还包含一种或多种选自由金属氢氧化物、金属氧化物/氢氧化物和氢氧化铵组成的组的其它化合物。

还公开了一种金属氢化物电池，其包含至少一个包含活性阳极材料的负极、至少一个包含活性阴极材料的正极、具有所述电极位于其中的壳体和电解质组合物，其中

阳极材料包含Mg，

电解质组合物包含含有一种或多种选自由金属氢氧化物、金属氧化物/氢氧化物和氢氧化铵组成的组的化合物的水溶液，其中

当电解质组合物包含KOH时，组合物还包含一种或多种选自由金属氢氧化物、金属氧化物/氢氧化物和氢氧化铵组成的组的其它化合物。

详细内容

电解质组合物可用于金属氢化物电池(金属氢化物电池)中。金属氢化物电池包含至少一个负极、至少一个正极、具有所述电极位于其中的壳体和与电极接触的电解质组合物。

负极(阳极材料)的活性材料包含能够储存氢的ABx型合金，其中x为约0.5至约5。A为氢化物形成元素，B为弱或非氢化物形成元素。该合金能够可逆地吸收和解吸氢。

ABx型合金是例如以下类别(简单实例)：AB(HfNi、TiFe、TiNi)、AB₂(Mn₂Zr、TiFe₂)、A₂B(Hf₂Fe、Mg₂Ni)、AB₃(NdCo₃、GdFe₃)、A₂B₇(Pr₂,Ni7、Ce₂Co₇)和AB₅(LaNi₅、CeNi₅)。

例如，阳极活性材料包含Zr、Mn、V、Fe和Ni；Zr、Mn、V、Co和Ni；Ti、V和Ni；La和Ni；Ti、Zr、Ni、Cr和一种或多种选自由Al、Si、V、Mn、Fe、Co、Cu、Nb、Ag和Pd组成的组的元素；Zr、Mo和Ni；或镧系金属和至少一种选自Ni和Co的金属。

阳极材料可以包含无序多组分材料，其包含一种或多种选自由V、Zr、Nb、La、Si、Ca、Sc、Mg、Ti和Y组成的组的主体元素和一种或多种选自由Cu、Mn、C、Fe、Ni、Al、Co、Mo、W、Ti、Li和Re组成的组的改性剂元素。主体元素通常为氢化物形成物。例如，主体基质是Ti、Mg和V中的一种或多种，改性剂包含Ni、Cu、Fe和Al中的一种或多种。这种无序材料在美国专利第4,623,597号中有教导。

阳极材料可以包含含有V、Ti、Zr和Ni或者V、Ti、Zr、Ni和Cr及一种或多种选自由Al、Mn、Mo、Cu、W、Fe和Co组成的组的改性元素的多组分多相合金。这种多相材料在美国专利第5,096,667号中有教导。