[发明专利]贮氢合金和阴电极以及采用它们的NI‑金属氢化物电池

说明书

本申请是分案申请，原申请的申请日为2013年11月13日，中国申请号为201380059787.2，国际申请号为PCT/US2013/069797，发明名称为“贮氢合金和阴电极以及采用它们的NI-金属氢化物电池”。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年11月16日提交的美国专利申请13/694,299的优先权，该申请的内容通过引用并入本文。

发明领域

本发明总体上涉及Ni-金属氢化物电池，并且更具体地涉及其阴电极。最具体地，本发明涉及在Ni-金属氢化物电池的阴电极中使用的贮氢材料。所述合金的电化学容量高于由其在2MPa的压力下的气态容量所预测的容量。所述贮氢合金可以是选自A₂B、AB、AB₂、AB₃、A₂B₇、AB₅和AB₉的合金。

发明背景

近年来稀土金属价格的上涨已经使得镍/金属氢化物(Ni/MH)电池工业与竞争的电池技术相比处于经济上不利的位置。基于过渡金属的AB₂合金是替代用于Ni/MH电池中的阴电极的基于稀土金属的AB₅金属氢化物(MH)合金的潜在候选物。不幸的是，至今，AB₂MH合金具有比AB₅和A₂B₇合金更低的高倍率放电性能(HRD)，其具有较高的B/A比，并且因此具有较高的包埋在表面氧化物中的金属夹杂物密度。因此，AB2MH合金已经不适合于要求非常高的功率密度(>2000W/kg)的应用，诸如混合动力汽车。在基于Ti和Zr的AB₂MH合金中较低B/A比的原因是与La(氢化物形成热ΔH_h＝–209.2kJ/mol H₂)相比，Ti(氢化物形成热(ΔH_h＝–123.8kJ/mol H₂)和Zr(ΔH_h＝-162.8kJ/mol H₂)的相对弱的质子亲和势。因此，需要较少量的B元素来将合金的ΔH_h降低至适合于室温Ni/MH应用的范围(–30至–45kJ/mol)。为了增加基于Ti和Zr的MH合金的HRD，具有较高B/A比的合金是特别令人感兴趣的，诸如TiNi₉和ZrNi₅。尽管TiNi₉的贮氢特性尚未被报道，但已报道的ZrNi₅的贮存容量在2.0MPa、10MPa和0.9GPa H₂压力下仅分别为约0.15wt.％(ZrNi₅H_0.57)、0.19wt.％(ZrNi₅H_0.72)、和0.22wt.％(ZrNi5H0.86)。不幸的是，ZrNi₅的晶胞太小以至不能适应较大量的氢贮存。以前通过电化学充电研究了具有较大元素诸如La(在A-位)和Al(在B-位)的替代品，贮存容量仍然非常低：0.0151wt.％(Zr_0.8La_0.2Ni₅H_0.059)和0.0013wt.％(ZrNi_4.8Al_0.2H_0.005)。通过掺杂额外的AB₃相，Co-置换的ZrNi5合金显示贮氢容量大幅度提高(0.34wt.％,ZrNi₂Co₃H_1.31)。然而，此容量仍然太低不足以被考虑用于Ni/MH电池应用中的阴电极。已经用来置Z换rNi₅中的Ni的其他元素包括Sb、Bi、Al+Li、In、Sn、In+As、In+Bi、Zn+Te、Cd+Te和Zn，但没有公开贮氢容量。