專利名稱：實(shí)現(xiàn)氫基生態(tài)系統(tǒng)的儲(chǔ)存容量大的合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及革命性的新型儲(chǔ)氫合金，該合金首次使在下個(gè)一千年及其以后實(shí)際使用無(wú)所不在的終極燃料源成為可能。具體言，利用此種儲(chǔ)氫合金有可能構(gòu)成一個(gè)將所有必需屬性結(jié)合在一起的系統(tǒng)，譬如-但不限于-其使為動(dòng)力內(nèi)燃機(jī)或燃料電池機(jī)動(dòng)車安全經(jīng)濟(jì)地儲(chǔ)存氫、運(yùn)輸氫和供應(yīng)氫。
本文特別介紹一種基本方法，此種方法是將多元素Mg基儲(chǔ)氫材料作為儲(chǔ)氫合金系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這些多元素合金亦可制成非平衡形式，不僅產(chǎn)生成分無(wú)序，也形成所要求的局部化學(xué)有序。具體言，本發(fā)明的一部分涉及改性Mg基儲(chǔ)氫合金。本發(fā)明人制成的Mg基合金首次既具有高于約6％(重量)的儲(chǔ)氫容量，又具有異常的動(dòng)力學(xué)。此革命性突破之所以成為可能是因?yàn)閷⑦@些材料視為一個(gè)系統(tǒng)，利用化學(xué)改性劑和由Stanford R.Ovshinsky(本發(fā)明的發(fā)明人之一)首創(chuàng)的無(wú)序與局部有序原理提供一個(gè)必需的類如一些表面的局部有序催化環(huán)境，與此同時(shí)設(shè)計(jì)出用于儲(chǔ)存和高速吸氫/放氫循環(huán)的整體特性。易言之，這些原理允許通過(guò)對(duì)顆粒與晶粒尺寸、拓?fù)洹⒈砻鏍顟B(tài)、催化活性、顯微組織以及儲(chǔ)存容量的整個(gè)交互環(huán)境的控制達(dá)到調(diào)制材料的目的。
隨著世界人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大氣中二氧化碳的濃度使地球變暖，引起氣候改變。但是全球的能量系統(tǒng)正在穩(wěn)步擺脫其燃燒產(chǎn)生有害氣體的富碳燃料。專家予測(cè)大氣中的二氧化碳水平在21世紀(jì)末可能達(dá)到前工業(yè)化時(shí)代的兩倍，但是他們也認(rèn)為除非將已經(jīng)持續(xù)了100余年的使用低碳燃料的趨勢(shì)繼續(xù)下去，該水平還可能高許多。此外，礦物燃料引起污染，同時(shí)也是國(guó)與國(guó)間進(jìn)行戰(zhàn)略性軍事對(duì)抗的一個(gè)誘發(fā)因素。
近一個(gè)半世紀(jì)以來(lái)，含碳低的燃料一直在取代含碳高的燃料。首先是含碳量高的木材在19世紀(jì)末葉讓位于含碳量較低的煤，然后含碳量更低的石油在20世紀(jì)60年代取代了“煤皇帝”的地位?，F(xiàn)在分析家們均認(rèn)為含碳量還要低的天然氣正步入黃金時(shí)期。使用根本不含碳的氫作為燃料的時(shí)代最后將會(huì)降臨。結(jié)果，專家估計(jì)今天的世界經(jīng)濟(jì)為了生產(chǎn)一個(gè)單位的能量而燒去的碳比1860年減少2/3以上。
在美國(guó)，據(jù)估計(jì)使用低碳燃料的趨勢(shì)加上愈來(lái)愈高的能效，從1950年以來(lái)每個(gè)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)單位釋放出來(lái)的碳大約減少了1/2。因此，能量系統(tǒng)的非碳化是分析最近20年該系統(tǒng)突顯出來(lái)的一個(gè)最重要的事實(shí)。根據(jù)予測(cè)，到了21世紀(jì)末，這種進(jìn)化將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)無(wú)碳的能量系統(tǒng)。本發(fā)明將此階段縮短到若干年。氫已經(jīng)在為軌道空間飛行器提供動(dòng)力，近期氫亦將用于汽車、卡車和工廠中的燃料電池。氫最后必將成為一種通用的無(wú)碳燃料滿足所有對(duì)燃料的需求。
正如近來(lái)報(bào)刊文章所指出的那樣，大工業(yè)-特別是美國(guó)的大工業(yè)長(zhǎng)期來(lái)對(duì)地球變暖的警告持懷疑態(tài)度，并且公開(kāi)否認(rèn)氣候變化的科學(xué)。電力公司甚至試圖在老百姓中灌輸關(guān)于氣候變化的國(guó)際條約會(huì)阻礙經(jīng)濟(jì)成長(zhǎng)和減少就業(yè)的恐懼。因此有件事非常令人鼓舞一些世界級(jí)的大公司如歐洲兩家大石油公司-荷蘭皇家殼牌和BPAmoco近來(lái)坦白承認(rèn)一度認(rèn)為是異端邪說(shuō)的全球變暖是真實(shí)的，應(yīng)該立刻采取行動(dòng)。許多美國(guó)公司發(fā)誓要探索減少其電廠對(duì)大氣所造成破壞的途徑。世界最大化工企業(yè)-杜邦公司甚至聲稱要在10年內(nèi)自愿將排放的溫室氣體減少到1990年水平的35％。溫室氣體和其他污染物質(zhì)的排放大戶-汽車工業(yè)(盡管關(guān)于排放有所降低)現(xiàn)在也已認(rèn)識(shí)到改變不可避免，這一點(diǎn)已被它們的混合電動(dòng)機(jī)車所證明。在這方面，本發(fā)明的受讓人已經(jīng)發(fā)展出0vonic(雙向)鎳金屬氫化物電池，使混合電動(dòng)機(jī)車成為可能。
在從可靠工業(yè)來(lái)源得到的

圖1中，曲線表明從使用木材的19世紀(jì)初到“氫”經(jīng)濟(jì)開(kāi)始的約2010年時(shí)期同社會(huì)追求無(wú)碳環(huán)境趨勢(shì)之間的函數(shù)關(guān)系。在19世紀(jì)里，木材是主要燃料，其氫碳比約為0.1。當(dāng)社會(huì)改用煤和石油時(shí)，氫碳比上升，先為1.3，后來(lái)達(dá)到2。目前社會(huì)正在慢慢走向使用甲烷，氫碳比進(jìn)一步提高到4?？墒?，社會(huì)的最終目標(biāo)是使用無(wú)碳燃料，即無(wú)所不在的元素-純氫。障礙是一直缺少固態(tài)的儲(chǔ)存支持裝置和基本形態(tài)。本發(fā)明申請(qǐng)書(shū)的發(fā)明人發(fā)明一種7％的儲(chǔ)存材料(通過(guò)進(jìn)一步研究，非?？赡芴岣?。該材料具有異常的吸收/解吸動(dòng)力學(xué)，因而首次成為儲(chǔ)存、運(yùn)輸和傳送純氫的安全和高效的儲(chǔ)存工具。
氫是“終極燃料”。實(shí)際上，大多數(shù)人視其“就是”下個(gè)千年的燃料，并且是無(wú)窮無(wú)心的。氫是宇宙間最豐富的元素(＞95％)，是“創(chuàng)世大爆炸”產(chǎn)生的第一個(gè)元素。氫可以成為我們星球上取之不盡的干凈能源，此種能源可以通過(guò)將水分解為氫和氧的各種方法產(chǎn)生。氫可以以固態(tài)形式儲(chǔ)存和運(yùn)輸。本發(fā)明申請(qǐng)書(shū)有可能為這樣一種氫基經(jīng)濟(jì)建立一個(gè)生產(chǎn)/儲(chǔ)存/運(yùn)輸/放出的完整系統(tǒng)。舉例言，可以輕易地將重量輕，價(jià)格低的類如(本文列為參考文獻(xiàn)的)美國(guó)專利No.4,678,679(由本發(fā)明的發(fā)明人之一Stanford R.Ovshinsky首先提出)的三聯(lián)點(diǎn)非晶硅太陽(yáng)電池布置在水體附近，利用其固有的高開(kāi)路電壓將水分解為組成氣體，并把如此產(chǎn)生的氫收集起來(lái)。另外也可將這些高效太陽(yáng)電池板放在附近的農(nóng)場(chǎng)、水域或陸地，以便產(chǎn)生電用以運(yùn)輸氫和將氫泵入含有本發(fā)明金屬氫化物合金的金屬氫化物儲(chǔ)存支持裝置內(nèi)。這些合金的超高容量使氫能以固態(tài)形式儲(chǔ)存，為了最終的使用目的，可以用躉船、油輪、火車、汽車等安全而經(jīng)濟(jì)的方式運(yùn)輸。能量是現(xiàn)代社會(huì)人類和文明賴以生存的基本需要。如果按照本文說(shuō)明的方式使用氫作為基本能源，那末為了控制礦物燃料而進(jìn)行的戰(zhàn)爭(zhēng)將宣告結(jié)束?！皬挠途杰囕啞边@句諺語(yǔ)從此可以用“從氫源到車輪”代替。
過(guò)去人們十分注意將氫作為燃料或燃料替代品使用。世界上油的儲(chǔ)藏總有耗竭的一天，但氫的供應(yīng)實(shí)際上無(wú)窮。氫可從煤、天然氣和其他碳?xì)浠衔镏挟a(chǎn)生，也可-最好-利用太陽(yáng)能電解水生成。水主要由氫構(gòu)成，本身便可視為一個(gè)巨大的氫“爐”。此外，氫可在不使用礦物燃料的情況下-例如利用核能、太陽(yáng)能或任何其他廉價(jià)的能(如風(fēng)、潮汐、地?zé)岬?將水電解產(chǎn)生。雖然目前氫的價(jià)格比汽油貴，但它是一種潛在的廉價(jià)燃料。氫作為一種能，其能量密度/重要比在任何化學(xué)燃料中最高，而且由于其燃燒副產(chǎn)品主要是水，所以基本上無(wú)污染。因此，氫可能成為解決世界上有關(guān)能源問(wèn)題-例如氣候變化、污染、對(duì)石油的戰(zhàn)略性依賴等等的一個(gè)手段，并且成為幫助發(fā)展中國(guó)家的一個(gè)手段。
雖然氫作為一種燃料有著廣闊的潛在的前途，但其主要缺點(diǎn)是在使用方面，特別在作為交通工具動(dòng)力的汽車用途方面，這是因?yàn)檫€沒(méi)有可以接受的重量輕的儲(chǔ)氫介質(zhì)的原故。如果氫作為壓縮氣體儲(chǔ)存，需要使用笨重的容器。在一般的鋼容器或鋼罐內(nèi)，當(dāng)壓力為普通的136大氣壓時(shí)，貯存在罐中的氫氣重量只占整個(gè)重量的約1％。為了獲得和汽油等量的能，氫氣容器的重量約為汽油容器重量的30倍。此外，氫氣作為壓縮氣體儲(chǔ)存時(shí)，還需要體積龐大，價(jià)格非常昂貴的壓縮機(jī)。
氫也可以以液態(tài)儲(chǔ)存，但當(dāng)液態(tài)氫用作機(jī)動(dòng)車的燃料時(shí)，因?yàn)闅錁O易燃燒，故其儲(chǔ)存有個(gè)嚴(yán)重的安全問(wèn)題。液態(tài)氫必須在-253℃以下的極冷條件下保存，一旦灑出，極易揮發(fā)。此外，液態(tài)氫的生產(chǎn)成本高昂，而且在液化過(guò)程中消耗的能構(gòu)成氫燃燒所能產(chǎn)生的能中大部分。液態(tài)氫儲(chǔ)存的另一個(gè)缺點(diǎn)是一天的蒸發(fā)就高達(dá)5％，故損耗巨大。
氫作為固體氫化物儲(chǔ)存，其儲(chǔ)存的重量比較之作為氣體和液體在壓力罐內(nèi)儲(chǔ)存時(shí)高得多。同時(shí)作為固體氫化物，其儲(chǔ)存時(shí)安全可靠，不像在容器中儲(chǔ)存氣體或液體那樣危險(xiǎn)，這是因?yàn)橐怨腆w氫化物形式儲(chǔ)存氫，其自由能態(tài)最低的原故。但是符合要求的儲(chǔ)氫材料，其相對(duì)于材料重量的儲(chǔ)存容量應(yīng)較高，其解吸溫度應(yīng)適當(dāng)，動(dòng)力學(xué)應(yīng)優(yōu)，可逆性應(yīng)好，對(duì)因污物-包括氫氣內(nèi)的污物-而中毒的抗御能力應(yīng)強(qiáng)以及價(jià)格應(yīng)低。如果該材料不具備上述特性中的任一項(xiàng)，就不能在商業(yè)上大規(guī)模地使用。
每單位材料重量的儲(chǔ)氫容量高是在移動(dòng)條件下使用氫化物時(shí)應(yīng)予考慮的一個(gè)重要因素。如果相對(duì)于材料重量的儲(chǔ)氫容量低，則哩程將減少，交通工具的運(yùn)動(dòng)范圍亦隨之減小，從而使采用此種材料成為不切實(shí)際。為了減少放氫所需要的能，要求解吸溫度低(300℃附近)。此外，釋放儲(chǔ)存氫的解吸溫度較低，對(duì)于有效利用來(lái)自交通工具、機(jī)械或其他類似設(shè)備的有用余熱亦屬必需。一份待批美國(guó)專利申請(qǐng)書(shū)09/444,810介紹了一個(gè)經(jīng)濟(jì)地利用300℃溫度范圍的熱管理系統(tǒng)。
良好的可逆性使儲(chǔ)氫材料可以反復(fù)進(jìn)行吸收-解吸循環(huán)而無(wú)嚴(yán)重喪失儲(chǔ)氫容量之虞。優(yōu)良的動(dòng)力學(xué)使氫能在較短時(shí)間內(nèi)被吸收或解吸。材料在制造和使用時(shí)應(yīng)有抗御可能遭受的毒物的能力，這是為了防止可以接受的性能下降。
先有技術(shù)的金屬基體儲(chǔ)氫材料包括鎂、鎂鎳合金、釩、鐵-鈦合金、五鎳鑭合金，另外還包括這些金屬的合金。但是尚無(wú)一種先有技術(shù)的材料已經(jīng)解決了上述的問(wèn)題，從而成為一種合適的儲(chǔ)存介質(zhì)，具有廣泛的商業(yè)用途，能推進(jìn)工業(yè)發(fā)生革命，并使氫成為普遍使用的燃料。
雖然曾經(jīng)提出過(guò)許多金屬氫化物系統(tǒng)，但是由于鎂能儲(chǔ)存超過(guò)7％(重量)的氫，故對(duì)鎂系統(tǒng)進(jìn)行了特別深入的研究。鎂雖能儲(chǔ)存大量氫，但其主要缺點(diǎn)是動(dòng)力學(xué)極慢。例如，理論上按照下述公式計(jì)算，鎂氫化物可以儲(chǔ)存約7.6％(重量)的氫儲(chǔ)存率(％)＝H/H+M[式中H為儲(chǔ)存的氫重，M為儲(chǔ)存氫的材料重，下文全部?jī)?chǔ)存率(％)均按此公式計(jì)算]。不幸的是，盡管儲(chǔ)存容量大，但因放出這些氫需要數(shù)天時(shí)間，故先有技術(shù)材料仍不可用。雖然7.6％的儲(chǔ)存容量對(duì)于安裝在交通工具上作為其動(dòng)力已十分理想，還是要求本發(fā)明的Mg基合金采用無(wú)序原理改造以往不能使用的材料，使其具有廣泛的商業(yè)使用價(jià)值。
鎂極難活化。例如美國(guó)專利No.3,479,165公布為了激活鎂，消除表面勢(shì)壘，必須在400℃-425℃溫度和1000psi條件下經(jīng)過(guò)數(shù)日方能有90％合理地轉(zhuǎn)變成氫化物狀態(tài)。此外，為了使此種氫化物解吸，一般在開(kāi)始解吸氫前需要加熱到較高的溫度。上述專利認(rèn)為MgH2材料在開(kāi)始解吸前必須加熱到277℃的溫度，但為了達(dá)到可以接受的工作輸出，要求的溫度還要高，時(shí)間還要長(zhǎng)得多。即使如此，純Mg的動(dòng)力學(xué)仍然不能接受，亦即不可用。解吸溫度高使先有技術(shù)的鎂氫化物不適用。
鎂基合金亦曾被認(rèn)為可以儲(chǔ)氫。經(jīng)過(guò)研究的兩種主要鎂合金晶體結(jié)構(gòu)是A2B和AB2合金系。在A2B系內(nèi)，對(duì)Mg2Ni合金研究較多是因?yàn)槠鋬?chǔ)氫容量適中，而生成熱較鎂低(64KJ/mol)。但由于Mg2Ni的儲(chǔ)氫容量只能達(dá)到3.6％(重量)，故研究人員曾試圖通過(guò)機(jī)械合金化、機(jī)械研磨和元素取代方法改進(jìn)這些合金的氫化性能。但是3.6％(重量)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，而且動(dòng)力學(xué)似乎也不夠好。
晚近的研究工作轉(zhuǎn)向制造用于儲(chǔ)氫的MgNi2型合金。參看發(fā)表在Journal of Allags and Compounds(合金與化合物雜志)269(1998)，219-223頁(yè)上Tsushio等人的“鎂基拉夫斯相合金的氫化性能”一文。Tsushio等人證實(shí)此種合金的氫化物從未報(bào)道時(shí)，同時(shí)他們?cè)谡{(diào)制MgNi2合金形成貯氫材料方面亦未取得成功。
最后，我們對(duì)高鎂合金或元素改性鎂進(jìn)行過(guò)工作。例如在美國(guó)專利No.5,976,276和No.5,916,381中，Sapru等人用合金機(jī)械化方法制造出約含75-95％Mg的Mg-Ni-Mo和Mg-Fe-Ti材料用于熱儲(chǔ)存氫。制造這些合金的方法是在球磨機(jī)或磨碎機(jī)上按照適當(dāng)比例混合成分元素，然后經(jīng)過(guò)幾小時(shí)使材料進(jìn)行合金機(jī)械化，從而制成一種機(jī)械化合金。這些合金和Mg2Ni合金相比，其儲(chǔ)存容量雖然提高了，但平臺(tái)壓力較低。
另一個(gè)改性高鎂合金的例子在作為本文參考文獻(xiàn)的Ovshinsky等人的美國(guó)專利No.4,431,561(′561)是公開(kāi)。在′561專利中，利用噴涂方法制成一些高鎂儲(chǔ)氫合金薄層。雖然此項(xiàng)工作在應(yīng)用基本原理大大改進(jìn)儲(chǔ)存容量方面令人矚目，但只有本發(fā)明才能將高儲(chǔ)存容量、良好動(dòng)力學(xué)和長(zhǎng)循環(huán)壽命全部必需的性能結(jié)合到一起。
在本文的參考文獻(xiàn)美國(guó)專利No.4,623,597(“′597專利”)中，本專利發(fā)明人之一的Ovshinsky首次披露將無(wú)序多組分儲(chǔ)氫材料用作電化學(xué)電池中的負(fù)電極。在本專利中，Ovshinsky說(shuō)明了如何調(diào)制無(wú)序材料，大大提高其儲(chǔ)氫性能和可逆性。此種無(wú)序材料采取一種或一種以上非晶體、微晶體、中程序或多晶體(缺乏長(zhǎng)程成分序)的形式。其中在多晶體材料內(nèi)，可以設(shè)計(jì)成包含一個(gè)或一個(gè)以上拓?fù)涞?、成分的、平移的和位置的改性與無(wú)序。這些無(wú)序材料的活性材料架構(gòu)包括一個(gè)或一個(gè)以上的元素主基體以及和此主基體結(jié)合的改性劑。改性劑提高最終材料的無(wú)序性，從而創(chuàng)造出很多催化活性部位和儲(chǔ)氫部位以及這些部位的光譜。
′597專利的無(wú)序電極材料由重量輕和價(jià)格低廉的元素構(gòu)成。可以采用任何一種工藝，但此種工藝應(yīng)保證成本低，且形成能量密度與功率密度高的初生非平衡亞穩(wěn)定相。最后的能量密度高而價(jià)格低廉的無(wú)序材料使此種雙向電池用作二次電池(蓄電池)最合適，但亦可作為原電池，眼下得到本發(fā)明受讓人的許可正在世界范圍內(nèi)使用。
為了獲得所要求的特性，調(diào)制′597專利材料的局部結(jié)構(gòu)序和化學(xué)序非常重要。使選擇的改性元素和主基體結(jié)合，用以控制局部化學(xué)序，進(jìn)而控制局部結(jié)構(gòu)序，創(chuàng)造所要求的無(wú)序材料，達(dá)到改進(jìn)′597專利的陽(yáng)極特性目的。該無(wú)序材料具有所要求的造成大量活性部位的電子構(gòu)型。儲(chǔ)存部位的性質(zhì)和數(shù)量的設(shè)計(jì)和催化活性部位無(wú)關(guān)。
例如過(guò)渡元素等的多軌道改性劑由于結(jié)合構(gòu)型不同而擁有數(shù)量大大增加的儲(chǔ)存部位，結(jié)果使能量密度提高。改性技術(shù)特別提供非平衡材料，該材料具有不同程度的無(wú)序，獨(dú)特的結(jié)合構(gòu)型、軌道重疊和結(jié)合部位的光譜。由于軌道重疊和無(wú)序結(jié)構(gòu)的程序不同，因而在吸氫/放氫循環(huán)或循環(huán)間的停歇期中發(fā)生少量的結(jié)構(gòu)重組，結(jié)果使循環(huán)壽命和存放壽命延長(zhǎng)。
′597專利的改進(jìn)電池包含具有特制局部化學(xué)環(huán)境的電極材料。該材料的設(shè)計(jì)具有很高的電化學(xué)吸氫效率和放氫效率，并有很高的電荷輸出?！?97專利的主基體可以用其他元素進(jìn)行化學(xué)改性，使用此主基體就有可能控制材料的局部化學(xué)環(huán)境，大大增加離解氫的催化活性部位密度以及儲(chǔ)氫部位的密度。
′597專利無(wú)序材料的設(shè)計(jì)具有特別的電子構(gòu)型。該構(gòu)型是由組成原子及其不同軌道的變化三維交互作用造成的。此種無(wú)序來(lái)自原子成分的、位置的和平移的關(guān)系。利用選擇的元素，通過(guò)它們和這些軌道的交互作用造成所要求的局部化學(xué)環(huán)境進(jìn)一步調(diào)制無(wú)序。
由于這些構(gòu)型產(chǎn)生的內(nèi)部拓?fù)湟材苁乖雍碗x子進(jìn)行選擇性的擴(kuò)散。因?yàn)槿藗兛梢元?dú)立控制′597專利發(fā)明材料的催化活性部位和儲(chǔ)存部位的型式和數(shù)量，所以這些材料成為滿足特定用途的理想材料。所有上述性能不僅造成量上的重大差別，也改變了材料的質(zhì)，因而成為獨(dú)特的新材料。
′597專利中說(shuō)明的無(wú)序可為一種原子性質(zhì)，表現(xiàn)為在整塊材料內(nèi)或材料的許多區(qū)域內(nèi)的成分無(wú)序和構(gòu)型無(wú)序。該無(wú)序亦可通過(guò)在材料內(nèi)部建立顯微相的方法引入主基體內(nèi)。此種情況通過(guò)一種相和另一種相之間的關(guān)系同原子級(jí)別上的成分無(wú)序和構(gòu)型無(wú)序相似。例如造成無(wú)序材料的方法可以是引入一種不同的顯微區(qū)或數(shù)種晶體相；或者引入一種或數(shù)種非晶體相或數(shù)種非晶體相區(qū)；或者在一種晶體相或數(shù)種晶體相區(qū)之外引入一種非晶體相或數(shù)種非晶體相區(qū)。這些不同相的界面可能成為局部化學(xué)環(huán)境豐富的表面，提供無(wú)數(shù)所要求的電化學(xué)儲(chǔ)氫部位。
這些同樣的原理可以用于一種單獨(dú)的結(jié)構(gòu)相內(nèi)。例如利用原子級(jí)或顯微級(jí)的Ovshinsky無(wú)序原理將成分無(wú)序引入材料，可以按照予計(jì)的方式徹底改變材料，獲得特有的重要改進(jìn)效果。
′597專利無(wú)序材料的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)毒物的抗御性．另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是利用其含量百分比在一個(gè)范圍內(nèi)基本連續(xù)變化的改性元素進(jìn)行改性的能力。此種能力使主基體可以用控制改性劑方法得到特制的或工程應(yīng)用的具有全部要求性能的儲(chǔ)氫材料，亦即吸氫／放氫效率高、可逆程度高、電效率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、儲(chǔ)能密度大、不中毒和結(jié)構(gòu)變化最小。
化學(xué)氫化物和熱氫化物之間的區(qū)別是基本的。本發(fā)明的熱氫化物合金設(shè)計(jì)成一種要解決一一些基本問(wèn)題的特殊種類材料。表1內(nèi)列出的這些問(wèn)題和電化學(xué)系統(tǒng)要解決的問(wèn)題正好相反。
對(duì)于熱儲(chǔ)氫合金，這些同樣的屬性迄今尚未達(dá)到。因此先有技術(shù)一直迫切需要高容量、低價(jià)格、重量輕且動(dòng)力學(xué)特別迅速的熱儲(chǔ)氫合金。
表l 發(fā)明簡(jiǎn)述本發(fā)明采用鎂基儲(chǔ)氫合金粉末形式的新熱儲(chǔ)氫合金材料使建立一種革命性氫生態(tài)系統(tǒng)成為可能。該材料的容量大、價(jià)格低、重量輕且動(dòng)力學(xué)快。這些合金首次使得用固態(tài)儲(chǔ)氫和放氫為氫基經(jīng)濟(jì)提供動(dòng)力成為可能，特別為類如內(nèi)燃機(jī)交通工具或燃料電池交通工具的機(jī)動(dòng)車消費(fèi)者提供動(dòng)力成為可能。此種合金含鎂超過(guò)90％(重量)，且(a)其儲(chǔ)氫容量至少為6％(重量)；(b)其吸收動(dòng)力學(xué)使合金粉末在300℃下5min內(nèi)吸收全部容量的80％；(c)其顆粒尺寸范圍為30-70μm和(d)其顯微組織合適。最好該合金粉末的儲(chǔ)氫容量至少為6.5％(重量)，如能至少達(dá)到6.9％(重量)更好。此外，該合金粉末最好在300℃下2min內(nèi)能吸收全部容量的80％，如能在1.5min內(nèi)更好。加入鎂內(nèi)制成合金的改性元素主要包括Ni和Mm(混合稀土)，亦可包括類如Al、Y和Si等的其他元素。因此，該合金典型情況下包含0.5-2.5％(重量)鎳和約1.0-4.0％(重量)Mm(主要含Ce、La和Pr)。該合金亦可含一種或一種以上的鋁[3-7％(重要)]、Y
和硅[ 0.3-1.5％(重量)]。
發(fā)明詳述如前所述，Mg能儲(chǔ)存大量氫。但純Mg的儲(chǔ)氫動(dòng)力學(xué)不符合要求。亦即雖然純Mg能儲(chǔ)存高達(dá)7.6％(重量)氫，但Mg-H結(jié)合極強(qiáng)(75KJ/mol)，使儲(chǔ)存的氫難以釋放，故純Mg并非可用的商業(yè)儲(chǔ)氫材料。所以僅有Mg并不夠。但根據(jù)無(wú)序和局部有序的原理，可以利用(由化學(xué)作用引起的)成分無(wú)序和(由快速淬火引起的)結(jié)構(gòu)無(wú)序造成不同的元素分布。此種突破之所以可能是因?yàn)閷⒉牧弦暈橐粋€(gè)系統(tǒng)和利用化學(xué)改性劑以及由Stanford R.Ovshinsky(本發(fā)明的發(fā)明人之一)創(chuàng)建的無(wú)序與局部有序原理提供一個(gè)儲(chǔ)存所必需的局部有序環(huán)境的原故。根據(jù)這些原理，可以通過(guò)對(duì)顆粒尺寸、拓?fù)?、表面狀態(tài)、催化能力(包括催化部位和表面區(qū))、顯微組織、生核和表面上與體積內(nèi)的結(jié)晶生長(zhǎng)速率以及組織的與間隙的儲(chǔ)存容量的控制而對(duì)材料進(jìn)行調(diào)制。圖2的簡(jiǎn)圖表示儲(chǔ)氫合金為獲得推動(dòng)燃料電池和內(nèi)燃機(jī)所需的動(dòng)力學(xué)性能而要求的合金特性，并且解釋了這些概念。
小顆粒具有特別獨(dú)特的性質(zhì)，因?yàn)樗钛a(bǔ)晶體和非晶體之間的空隙，亦即小幾何尺寸產(chǎn)生的新物理現(xiàn)象。值得注意的是，50的顆粒構(gòu)成了“幾乎全部表面”，由此產(chǎn)生新的拓?fù)浜筒粚こ５慕Y(jié)合構(gòu)型。此外，一個(gè)50顆粒內(nèi)的全部原子中有21％在表面上，另外的40％位于表面的一個(gè)原子內(nèi)。因此多元素微合金的成分無(wú)序在小顆粒-即一個(gè)50顆粒內(nèi)表現(xiàn)強(qiáng)烈根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在一個(gè)10元素合金內(nèi)，每個(gè)元素的濃度都顯示3％的變化。由于顆粒如此小，故量子制約效果很明顯，能帶結(jié)構(gòu)效應(yīng)受到干擾。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用原子工程和調(diào)制局部環(huán)境的原理，鎂可通過(guò)改性儲(chǔ)存超過(guò)6％(重量)的氫，同時(shí)動(dòng)力學(xué)顯著提高，從而可以經(jīng)濟(jì)地回收儲(chǔ)存的氫。此種提高的動(dòng)力學(xué)允許氫在較低溫度下釋放，因而擴(kuò)大了金屬氫化物貯存在氫基能量系統(tǒng)中的用途。故本發(fā)明合金提供廉價(jià)、質(zhì)輕并有商業(yè)實(shí)用價(jià)值的貯氫材料。
一般，該合金含超過(guò)90％(重量)鎂和至少一種改性元素。這種至少一種的改性元素創(chuàng)造出一種鎂基合金，它能儲(chǔ)存至少6％(重量)氫，并能在300℃下5min內(nèi)吸收至少全部?jī)?chǔ)氫容量的80％，最好該改性合金至少能儲(chǔ)存6.5％(重量)氫和在300℃下2min內(nèi)吸收全部?jī)?chǔ)氫容量的80％，如果該改性合金至少能儲(chǔ)存6.9％(重量)氫和在300℃下1.5min內(nèi)吸收全部?jī)?chǔ)氫容量的80％則更好。改性元素主要包括Ni和Mm(混合稀土)，亦包括類如Al、Y和Si等的其他元素。因此該合金在典型情況下含0.5-2.5％(重量)鎳和約1.0-4.0％(重量)Mm(主要含Ce、La和Pr)。該合金還可含一種或一種以上的Al[3-7％(重量)]、Y
和硅
。下文舉一些例子幫助說(shuō)明本發(fā)明。例一牌號(hào)為FC-10的改性鎂合金，其成分為91.0％(重量)Mg、0.9％(重量)Ni、5.6％(重量)Al、0.5％(重量)Y和2.0％(重量)Mm。將各原始合金元素放在一手套式操作箱內(nèi)混合，將該混合物置于石墨坩堝內(nèi)，然后將坩堝置于爐內(nèi)。坩堝底上有一2.0mm的氮化硼小孔，用一活動(dòng)氮化硼棒堵住。將該爐抽至壓力非常低，并用氬清洗三遍。爐內(nèi)的氬氣壓力應(yīng)升至1psi，當(dāng)坩堝加熱到600℃時(shí)，該壓力仍應(yīng)保持不變。一旦熔化完畢，即將氮化硼棒移去，氬氣在壓力下射入爐內(nèi)。熔融合金通過(guò)氮化硼小孔從石墨坩堝中流出到一個(gè)在水平方向疾轉(zhuǎn)的非水冷銅輪上。以約1000rpm疾轉(zhuǎn)的輪子使熔融合金凝結(jié)成顆粒。該顆粒然后沖掉蓋住疾轉(zhuǎn)輪子的水冷銅帽，落入一不銹鋼盤，顆粒便在盤內(nèi)逐漸冷卻，取5g凝固后的小合金片和100mg石墨磨料混合，用機(jī)械方法研磨該混合物3h，然后將經(jīng)過(guò)研磨的合金過(guò)篩分級(jí)，收回尺寸在30-65μm之間的顆粒。此合金的儲(chǔ)氫容量約為6.5％(重量)，并能在約300℃溫度下和少于5min內(nèi)吸收最大容量的80％。該合金性能的其他細(xì)節(jié)將在下文說(shuō)明。例二牌號(hào)為FC-76的改性Mg合金，其成分為95.6％(重量Mg，1.6％(重量)Ni，0.8％(重量)Si和2.0％(重量)Mm。制造該合金的方式和例一相同。但是爐溫為850℃，小孔尺寸為2.5mm。此合金的儲(chǔ)氫容量約為6.9％(重量)，并能在約300℃溫度下少于1.5min內(nèi)吸收最大容量的80％。該合金性能的其他細(xì)節(jié)將在下文說(shuō)明。例三牌號(hào)為FC-86的改性Mg合金，其成分為95％(重量)Mg，2％(重量)Ni和3.0％(重量)Mm。制造該合金的方式和例一相同。但是爐溫為750℃，輪子轉(zhuǎn)速為1400rpm。此合金的儲(chǔ)氫容量為約7％(重量)，并能在275℃溫度下少于2.3min內(nèi)吸收最大容量的80％。該合金性能的其他細(xì)節(jié)在下文說(shuō)明。
本發(fā)明合金獨(dú)特之處在于將高儲(chǔ)存容量和優(yōu)良的吸收/解吸動(dòng)力學(xué)結(jié)合在一起。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)合金成分和儲(chǔ)氫材料的顆粒尺寸兩者結(jié)合對(duì)動(dòng)力學(xué)有重大影響。亦即材料的動(dòng)力學(xué)隨著顆粒尺寸減小而改進(jìn)(和特定的成分無(wú)關(guān))。特別是本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)顆粒尺寸在約30-70μm之間的材料最有用。此種顆粒尺寸具有優(yōu)良的動(dòng)力學(xué)，并且仍舊能夠制造。顆粒尺寸增大雖易于制造，但材料的動(dòng)力學(xué)大大下降；然而再減小顆粒尺寸，則因這些Mg合金的粘性高而幾乎不可能。實(shí)際上，這些合金的粘性過(guò)大，難于研磨，所以工業(yè)上可能需要采用氣體原子化的方法來(lái)制造大量顆粒狀合金。
圖3是FC-10合金在279℃(用符號(hào)0表示)，306℃(用符號(hào)▲表示)和335℃(用符號(hào)△表示)時(shí)的壓力-成分-溫度(PCT)曲線。該圖顯示該合金在279℃時(shí)的平臺(tái)壓力為1050Torr；306℃時(shí)為2200Torr和335℃時(shí)為4300Torr。該P(yáng)CT曲線表明FC-10合金的最大儲(chǔ)氫容量為約6.5％(重量)，而氫的結(jié)合能約為70KJ/mole。
圖4是FC-76合金在278℃(用符號(hào)■表示)，293℃(用符號(hào)◆表示)和320℃(用符號(hào)▲表示)三種溫度下的PCT曲線。該圖顯示該合金278℃時(shí)的平臺(tái)壓力為750Torr，293℃時(shí)為1100Torr，320℃時(shí)為2400Torr。該P(yáng)CT曲線表明FC-76合金的最大儲(chǔ)氫容量約為6.9％(重量)，而氫的結(jié)合能約為75KJ/mole。
圖5為FC-76合金的一組吸收動(dòng)力學(xué)曲線。該曲線特別表示在三種溫度275℃(符號(hào)◇)、300℃(符號(hào)○)和325℃(符號(hào)△)下吸氫％(重量)和時(shí)間的關(guān)系。由圖可知，275℃時(shí)合金在1.3min內(nèi)吸收其總?cè)萘康?0％，300℃時(shí)合金在1.4min內(nèi)吸收其總?cè)萘康?0％，而325℃時(shí)合金在2.0min內(nèi)吸收其總?cè)萘康?0％。
圖6是一組FC-76合金的解吸動(dòng)力學(xué)曲線。具體是在275℃(符號(hào)□)、300℃(符號(hào)○)和325℃(符號(hào)△)三種溫度下的放氫％(重量)和時(shí)間的關(guān)系。由圖可知，275℃時(shí)合金在8.0min內(nèi)放出全部容量的80％，300℃時(shí)合金在3.4min內(nèi)放出全部容量的80％，325℃時(shí)合金在2.5min內(nèi)放出全部容量的80％。
圖7是一組FC-86合金的吸收動(dòng)力學(xué)曲線。具體是在230℃(符號(hào)◇)，240℃(符號(hào)○)和275℃(符號(hào)*)三種溫度下的吸氫％(重量)和時(shí)間的關(guān)系。由圖可知，230℃時(shí)合金在5.2min內(nèi)吸收全部容量的80％，300℃時(shí)合金在2.4min內(nèi)吸收全部容量的80％，325℃時(shí)合金在2.3min內(nèi)吸收全部容量的80％。
圖8是一組兩種不同顆粒尺寸的FC-76合金粉末的吸收動(dòng)力學(xué)曲線。該曲線具體表示顆粒尺寸分別在75-250μm(符號(hào)○)和32-63μm(符號(hào)◇)范圍內(nèi)的材料的吸氫％(重量)和時(shí)間的關(guān)系。由圖可知，尺寸較小的顆粒將提高吸收動(dòng)力學(xué)。
上述例子中，制造本發(fā)明粉末的方法是快速凝固加后續(xù)研磨，但是亦可采用氣體原子化方法。當(dāng)材料研磨時(shí)，最好使用一種烘干粉碎機(jī)，在研磨這些合金時(shí)添加類如碳的磨料特別有用。
本發(fā)明包括在容器或罐內(nèi)保存儲(chǔ)氫的金屬化合物的裝置。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該保存裝置包括一種前述物理上和支持裝置結(jié)合的儲(chǔ)氫合金材料。一般，此種支持裝置可以采取能夠?qū)?chǔ)存合金材料保持住的任何結(jié)構(gòu)形式。支持裝置的例子包括-但不限于-網(wǎng)、柵、氈、箔、泡沫和板料。每種支持裝置可為金屬亦可為非金屬。
構(gòu)成支持裝置的各種材料具有適當(dāng)?shù)臒釀?dòng)力特性，可以提供必需的傳熱機(jī)理。這些材料包括金屬和非金屬。理想的金屬可從Ni、Al、Cu、Fe及其混合物或其合金中選擇?？赡苡媒饘贅?gòu)成的支持裝置例子包括絲網(wǎng)、膨脹金屬和泡沫金屬。
儲(chǔ)氫合金材料可以按物理方式通過(guò)壓制和/或燒結(jié)過(guò)程同支持裝置結(jié)合。合金材料首先應(yīng)制成細(xì)粉，然后將該粉末壓在支持裝置上。壓制過(guò)程使粉末固著在支持裝置上成為整個(gè)支持裝置的一部分。壓制后，將充滿合金粉末的支持裝置予熱后進(jìn)行燒結(jié)。予熱過(guò)程釋出多余的水分，防止合金粉末氧化。燒結(jié)應(yīng)在高溫、含氫、基本上是惰性的氣氛中進(jìn)行。溫度應(yīng)足夠地高，以便促使合金材料顆粒與顆粒結(jié)合，同時(shí)也促使合金材料同支持裝置結(jié)合。
支持裝置/合金材料裝入容器/罐內(nèi)的形式有許多種。圖9是一種將支持裝置/合金材料卷成螺旋形卷料的形式。圖10是將支持裝置/合金材料在容器內(nèi)組裝成多個(gè)重疊圓盤的另一種形式。也可以采用其他形式(例如疊層板)。
將合金材料壓制和燒結(jié)在支持裝置上是為了增加合金材料的填實(shí)密度，從而改進(jìn)該儲(chǔ)氫系統(tǒng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，因?yàn)橹С盅b置與合金材料間密切的接觸能提高吸氫與放氫時(shí)熱傳入與傳出儲(chǔ)氫合金材料的效率。此外，支持裝置均勻分布在容器內(nèi)部使合金材料整體內(nèi)的溫度分布和熱分布均勻化。這種情況使它們整體的吸氫與放氫速率更加均勻，因此形成一個(gè)更有效的儲(chǔ)能系統(tǒng)。
儲(chǔ)氫物體如果只是合金粉末(而無(wú)支持裝置)，就有因顆粒尺寸減小而產(chǎn)生的自壓縮問(wèn)題，這是由于合金材料在氫化與去氫化循環(huán)中吸氫與放氫時(shí)將產(chǎn)生膨脹和收縮。某些合金材料發(fā)現(xiàn)其晶格由于吸氫與放氫，其體積膨脹和收縮達(dá)25％之多。合金材料由于其尺寸變化的結(jié)果會(huì)開(kāi)裂、破壞和碎成小而又小的顆粒。經(jīng)過(guò)反復(fù)循環(huán)后，小顆粒自我壓縮，使氫不再能有效轉(zhuǎn)移，而且形成朝向儲(chǔ)存容器壁部的高應(yīng)力。
將合金材料固著在支持裝置上的過(guò)程是要在吸氫與放氫循環(huán)中使合金顆?；ハ嗑o密結(jié)合，并且和支持裝置保持緊密結(jié)合。此外，支持裝置在容器內(nèi)置放緊密會(huì)形成一種當(dāng)材料膨脹、收縮和破壞時(shí)使合金顆粒固定的機(jī)械支承機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明合金和儲(chǔ)存材料系統(tǒng)可在許多場(chǎng)合下用來(lái)供應(yīng)氫。此種用途之一是在汽車領(lǐng)域內(nèi)。具體言，該系統(tǒng)可以用作內(nèi)燃機(jī)(TCE)交通工具和燃料電池(FC)交通工具的氫源。
圖11的簡(jiǎn)圖表示一個(gè)ICE交通工具的氫氣供應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于向氫發(fā)動(dòng)機(jī)1供應(yīng)氫氣。該系統(tǒng)有一氫氣儲(chǔ)存部2和一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱轉(zhuǎn)移供應(yīng)通道3。該通道將從發(fā)動(dòng)機(jī)1中排出的發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱(采取廢氣或發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑形式)導(dǎo)入氫氣儲(chǔ)存部2。該系統(tǒng)也包括一條回流通道4，用于將加熱儲(chǔ)氫材料的任何發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑送回發(fā)動(dòng)機(jī)1，還包括一條用于放出用過(guò)的廢氣的廢氣出口7。該系統(tǒng)還包括一條氫氣供應(yīng)通道5，將氫氣從儲(chǔ)氫部2送到發(fā)動(dòng)機(jī)1。該發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱轉(zhuǎn)移供應(yīng)通道3備有一溫度調(diào)節(jié)部6，用于調(diào)節(jié)進(jìn)入儲(chǔ)氫部2的廢熱溫度。有了這樣一個(gè)系統(tǒng)后，ICE內(nèi)產(chǎn)生的廢熱便能有效地用于加熱儲(chǔ)氫材料，從其中放出用于ICE的氫。
圖12的簡(jiǎn)圖表示一個(gè)FC交通工具的氫氣供應(yīng)系統(tǒng)，用于向燃料電池8供應(yīng)氫氣。該系統(tǒng)有一氫氣儲(chǔ)存部12和一條燃料電池廢熱/氫轉(zhuǎn)移供應(yīng)通道9，將從燃料電池8排出的廢熱和未用的氫引向一個(gè)氫氣燃燒器10。來(lái)自燃料電池的廢熱可能采取熱氣或熱電解液的形式。該氫燃燒器10利用來(lái)自燃料電池8的廢熱和將氫燃燒加熱一種熱轉(zhuǎn)移介質(zhì)(最好采取來(lái)自燃料電池的電解液形式)。將通過(guò)來(lái)自燃料電池8的未用氫和通過(guò)由儲(chǔ)氫單元12經(jīng)由供氫管道14供應(yīng)的新鮮氫供給燃燒器10。加熱后的熱轉(zhuǎn)移介質(zhì)通過(guò)供應(yīng)管道13供給儲(chǔ)氫單元12。該系統(tǒng)還包括一條回流通道16，用于將加熱儲(chǔ)氫材料的任何燃料電池電解液送回到燃料電池8，還包括一個(gè)廢氣出口15，放走用過(guò)的燃料器氣體。該系統(tǒng)還包括一條氫氣供應(yīng)通道11，將來(lái)自氫氣儲(chǔ)存單元12的氫氣輸往燃料電池8。
雖然本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合優(yōu)先實(shí)施例和過(guò)程進(jìn)行了介紹，可以理解，但其意圖并非旨在將發(fā)明局限在介紹過(guò)的實(shí)施例和過(guò)程上，相反，其意圖包括屬于以下權(quán)利要求書(shū)界定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的全部替代、改進(jìn)和等同物。
權(quán)利要求
1.一種氫動(dòng)力交通工具系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)以氫或燃料電池為燃料的內(nèi)燃機(jī)和一個(gè)同所述內(nèi)燃機(jī)可操作地連接的儲(chǔ)氫裝置，所述儲(chǔ)氫裝置包含一種儲(chǔ)氫合金粉末，其特征是(a)其儲(chǔ)氫容量至少為6％(重量)；以及(b)其吸收動(dòng)力學(xué)使合金粉末可以在300℃下5min內(nèi)吸收其全部容量的80％。
2.按照權(quán)利要求1所述的氫動(dòng)力交通工具系統(tǒng)，其特征是所述合金至少含90％(重量)鎂。
3.按照權(quán)利要求2所述的氫動(dòng)力交通工具系統(tǒng)，其特征是所述合金還含0.5-2.5％(重量)鎳。
4.按照權(quán)利要求3所述的氫動(dòng)力交通工具系統(tǒng)，其特征是所述合金還含1.0-4.0％(重量)混合稀土。
5.按照權(quán)利要求4所述的氫動(dòng)力交通工具系統(tǒng)，其特征是所述混合稀土主要含Ce、La和Pr。
6.按照權(quán)利要求5所述的氫動(dòng)力交通工具系統(tǒng)，其特征是所述合金還含一種或一種以上構(gòu)成一組的下述元素3-7％(重量)Al、0.1-1.5％(重量)Y和0.3-1.5％(重量)硅。
7.按照權(quán)利要求2所述的氫動(dòng)力交通工具系統(tǒng)，其特征是所述合金含91.0％(重量)Mg、0.9％(重量)Ni、5.6％(重量)Al、0.5％(重量)Y和2.0％(重量)混合稀土。
8.按照權(quán)利要求2所述的氫動(dòng)力交通工具系統(tǒng)，其特征是所述合金含95.6％(重量)Mg、1.6％(重量)Ni、0.8％(重量)Si和2.0％(重量)混合稀土。
9.按照權(quán)利要求2所述的氫動(dòng)力交通工具系統(tǒng)，其特征是所述合金含95％(重量)Mg、2％(重量)Ni和3.0％(重量)混合稀土。
10.一種鎂基儲(chǔ)氫合金粉末，所述合金至少含90％(重量)鎂，其特征是(a)其儲(chǔ)氫容量至少為6％(重量)；以及(b)其吸收動(dòng)力學(xué)使該合金粉末在300℃下5min內(nèi)吸收其全部容量的80％。
11.按照權(quán)利要求10所述的鎂基儲(chǔ)氫合金粉末，其特征是所述合金還含0.5-2.5％(重量)鎳。
12.按照權(quán)利要求11所述的鎂基儲(chǔ)氫合金粉末，其特征是所述合金還含1.0-4.0％(重量)混合稀土。
13.按照權(quán)利要求12所述的鎂基儲(chǔ)氫合金粉末，其特征是所述混合稀土主要含Ce、La和Pr。
14.按照權(quán)利要求13所述的鎂基儲(chǔ)氫合金粉末，其特征是所述合金還含一種或一種以上構(gòu)成一組的下述元素3-7％(重量)Al、0.1-1.5％(重量)Y和0.3-1.5％(重量)硅。
15.按照權(quán)利要求10所述的鎂基儲(chǔ)氫合金粉末，其特征是所述合金含91.0％(重量)Mg、9.0％(重量)Ni、5.6％(重量)Al、0.5％(重量)Y和2.0％(重量)混合稀土。
16.按照權(quán)利要求10所述的鎂基儲(chǔ)氫合金粉末，其特征是所述合金含95.6％(重量)Mg、1.6％(重量)Ni、0.8％(重量)Si和2.0％(重量)混合稀土。
17.按照權(quán)利要求10所述的鎂基儲(chǔ)氫合金粉末，其特征是所述合金含95％(重量)Mg、2％(重量)Ni和3.0％(重量)混合稀土。
18.按照權(quán)利要求10所述的鎂基儲(chǔ)氫合金粉末，其特征是所述鎂基儲(chǔ)氫合金向一內(nèi)燃機(jī)供給氫作為一交通工具的動(dòng)力。
19.按照權(quán)利要求10所述的鎂基儲(chǔ)氫合金粉末，其特征是所述鎂基儲(chǔ)氫合金向一燃料電池供給氫作為一交通工具的動(dòng)力。
全文摘要
用氫驅(qū)動(dòng)的交通工具和全新的鎂基儲(chǔ)氫合金材料，該材料首次使使用固態(tài)儲(chǔ)氫和放氫作為內(nèi)燃機(jī)交通工具或燃料電池交通工具的動(dòng)力成為可能并有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，這些特殊合金具有驚人的儲(chǔ)氫容量——大大超過(guò)6％(重量)，并有不凡的吸收動(dòng)力學(xué)，使合金粉末能在300℃下2min內(nèi)吸收全部容量的80％。
文檔編號(hào)B22F1/00GK1420940SQ00818188
公開(kāi)日2003年5月28日 申請(qǐng)日期2000年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月6日
發(fā)明者S·R·奧夫辛斯基, R·T·揚(yáng) 申請(qǐng)人:能源變換設(shè)備有限公司