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

1 Матеріал для зберігання водню з високою ємністю, який відрізняється тим, що густина місць зберігання водню перевищує 1,2x10 23 /см 3 2 Матеріал для зберігання водню за пунктом 1, який відрізняється тим, що густина місць зберігання водню перевищує 1,5 х і о23/см3 3 Матеріал для зберігання водню за пунктом 2, який відрізняється тим, що зазначений матеріал являє собою 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 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 ZrMn w V x M y Ni z , де М є Fe чи Co, w, х, у та z є мольними відношеннями ВІДПОВІДНИХ елементів, де 0,4 < w < 0,8, 0,1 < х < 0,3, 0 < у < 0,2, 1,0 < z < 1,5 та 2,0 < w + х + у + z < 2,4, сплавів, які, по суті, відповідають формулі LaNis, де один з компонентів La чи Ni замінюється металом М, що його вибрано з груп Іа, II, III, IV та Va Періодичної системи елементів, і який не є лантанідом, у атомній пропорції, що перевищує 0,1%, і менша за 25%, сплавів, що мають формулу T1V2 x Ni x , де х = 0,2 0,6, сплавів, що мають формулу TiaZrbNicCrdMx, де М АІ, Si, V, Mn, Fe, Co, Cu, Nb, Ag чи Pd, 0,1 < a < 1,4, 0,1 < b < 1,3, 0,25 < с < 1,95, 0,1 < d < 1,4, a + b + c + d = 3, i 0 < x < 0,2, сплавів, що мають формулу ZrModNie, де d = 0,1 1,2, і е = 1,1 -2,5, сплавів, що мають формулу Ти xZrxMn2 yXCryVz, де 0,05 < х < 0,4, 0 < у < 1,0, та 0 < z Ю 59353 Ангстрем 9 Матеріал для зберігання водню за пунісгом 8, який відрізняється тим, що розмір кристалітів цього матеріалу менший, ніж приблизно 100 Ангстрем 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 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 водню 13 Матеріал для зберігання водню за пунктом 12, який відрізняється тим, що зазначені нетрадиційні місця зберігання водню привносять принаймні 5% загальної ємності матеріалу щодо зберігання водню 14 Матеріал для зберігання водню за пунктом 13, який відрізняється тим, що зазначені нетрадиційні місця зберігання водню привносять принаймні 10% загальної ємності матеріалу щодо зберігання водню 15 Матеріал для зберігання водню за пунктом 14, який відрізняється тим, що зазначені нетрадиційні місця зберігання водню привносять принаймні 20% загальної ємності матеріалу щодо зберігання водню 16 Матеріал для зберігання водню за пунктом 15, який відрізняється тим, що зазначені нетрадиційні місця зберігання водню привносять принаймні 33% загальної ємності матеріалу щодо зберігання водню 17 Матеріал для зберігання водню за пунктом 16, який відрізняється тим, що зазначені нетрадиційні місця зберігання водню привносять принаймні 50% загальної ємності матеріалу щодо зберігання водню 18 Матеріал для зберігання водню за пунктом 12, який відрізняється тим, що названі нетрадиційні місця зберігання водню створюють шляхом швидкого отвердіння розплавленого матеріалу і подальшого розмелювання отверділого матеріалу на порошок 19 Матеріал для зберігання водню за пунктом 18, який відрізняється тим, що зазначений розплавлений матеріал є розплавленим сплавом воднеформувального матеріалу 20 Матеріал для зберігання водню за пунктом 19, який відрізняється тим, що названий воднеформувальний сплав є стехіометричним сплавом типу TINI 21 Матеріал для зберігання водню за пунктом 19, який відрізняється тим, що названий воднеформувальний сплав є нестехюметричним сплавом типу TINI 22 Матеріал для зберігання водню за пунктом 19, який відрізняється тим, що названий воднеформувальний сплав є стехіометричним сплавом типу LaNi5 23 Матеріал для зберігання водню за пунктом 19, який відрізняється тим, що названий воднеформувальний сплав є нестехюметричним сплавом типу LaNis 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 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, V, Zr та їх сумішей або сплавів, а елементимодифікатори вибирають з групи, яка складається з Ni, Cr, Co, Mn, Mo, Nb, Fe, Cu, Sn, Ag, Zn або Pd та їх сумішей або сплавів 29 Матеріал для зберігання водню за пунктом 25, який відрізняється тим, що названий воднеформувальний сплав включає воднеформувальні елементи, які вибирають з групи, що складається з Ті, V, Zr та їх сумішей або сплавів, а елементимодифікатори вибирають з групи, яка складається з Ni, Cr, Co, Mn, Mo, Nb, Fe, Cu, Sn, Ag, Zn або Pd 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 Sc, Y, La, Се, Pr, Nd, Sm, Mm та їх сумішей або сплавів, а елементи-модифікатори вибирають з групи, яка складається з Ni, Cr, Co, Mn, Fe, Cu, Sn, Mo, V, Nb, Та, Zn, Zr, Ті, Hf, W 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 Sc, Y, La, Се, Pr, Nd, Sm, Mm та їх сумішей або сплавів, а елементи-модифікатори вибирають з групи, яка складається з Ni, Cr, Co, Mn, Fe, Cu, Sn, Mo, V, Nb, Та, Zn, Zr, Ті, Hf, W та їх сумішей або сплавів 32 Матеріал для зберігання водню за пунктом 28, який відрізняється тим, що зазначений матеріал додатково включає принаймні один склоформувальний елемент, що його вибрано з групи, яка складається з АІ, В, С, Si, P, S, Bi, In, Sb та їх сумішей або сплавів 33 Матеріал для зберігання водню за пунктом 29, який відрізняється тим, що зазначений матеріал додатково включає принаймні один склоформувальний елемент, що його вибрано з групи, яка складається з АІ, В, С, Si, P, S, Bi, In, Sb та їх сумішей або сплавів 59353 34 Матеріал для зберігання водню за пунісгом ЗО, який відрізняється тим, що зазначений матеріал додатково включає принаймні один склоформувальний елемент, що його вибрано з групи, яка складається з АІ, В, С, Si, P, S, Bi, In, Sb та їх сумішей або сплавів 35 Матеріал для зберігання водню за пунктом 31, який відрізняється тим, що зазначений матеріал додатково включає принаймні один склоформувальний елемент, що його вибрано з групи, яка складається з АІ, В, С, Si, P, S, Bi, In, Sb 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 36, який відрізняється тим, що зазначений матеріал містить 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 40 Матеріал для зберігання водню за пунктом 39, який відрізняється тим, що зазначений матеріал містить кристаліти розміром приблизно меншим за 100 Ангстрем 41 Матеріал для зберігання водню за пунктом 40, який відрізняється тим, що зазначений матеріал містить кристаліти розміром приблизно меншим за 50 Ангстрем 42 Матеріал для зберігання водню за пунктом 36, який відрізняється тим, що названий матеріал є багатофазним матеріалом, що містить і каталітичні фази, і фази зберігання водню 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, 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, не містить фаз, які містять гідриди з надлишковою силою зчеплення 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 сплавів, що їх представлено загальною формулою ZrMn w V x M y Ni z , де М є Fe чи Co, w, х, у та z є мольними відношеннями ВІДПОВІДНИХ елементів, де 0,4 < w < 0,8, 0,1 < х < 0,3, 0 < у < 0,2, 1,0 < z < 1,5 та 2,0 < w+x+y+z0, та a+b=100 атомним відсоткам Сплави ВІДПОВІДНО до винаходу готувались за конкретною формулою, що її подано далі в Таблиці 1, яка висловлюється загальною композицією у атомних відсотках 0,5-2,0% V, 7,0-8,5% Сг, 6,08,0% Ті, 20-35% Zr, 0,01-0,5% Fe, 15-25% Mn 1,53,0% Co, 25-40% Ni та 0,01-2,0% Mg, Таблиця 1 № сплаву 1 2 Звичайне лиття V 1,4 1,3 1,4 Ті 7,5 7,8 7,5 Композиції сплавів у атомних відсотках Zr Ni Co Cr Fe 28,9 31,8 2,5 7,7 0,13 29,2 31,6 2,4 7,8 0,12 28,9 32,7 2,5 7,7 Приклад Деяку КІЛЬКІСТЬ матеріалів для негативних електродів ВІДПОВІДНО до цього винаходу швидко Mg 0,7 0,3 Mn 19,3 19,3 19,3 отверділи за допомогою обертання розплаву Сировину у вигляді порошку згідно з композиціями, поданими в Таблиці 1, поклали у бор-нітридний 21 59353 тигель, нагрітий до температури близько 1050°С Цей тигель мав отвір 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 3-5л/хвил Отримані стрічки і флокени збирали з дна камери їх помололи протягом 30-90хвил Кінцевий порошок 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 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 Таблиця 2 № сплаву 1 2 Звичайне лиття Початкова ємЦиклі ЧИ а ність (мАг/г) ємність (мАг/г) 317 535 340 322 556 340 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 проте, що матеріал зразка 1 має середній розмір кристаліту приблизно 230А, а матеріал зразку 2 - приблизно 120А Додаткові дані, 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 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 50А 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 22 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 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 зазначена більш однорідна мікроструктура свідчить про більш однорідне охолодження і, можливо, більшу густину дефектів, ніж в зразку 1 Фігура 3 являє собою фотографію яскравих полів розплавленого матеріалу зразку 2, який потім піддали 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 Також фігура ілюструє дуже високий дефектний стан матеріалу смуги Фігура 4 є зразком електронної 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 І дійсно, технічні фахівці, які допомагали у виконанні аналізу матеріалу, зазначили, що він має найвищу густину дефектів 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 легко можна розмолоти на порошок, і не виникає потреби у його попередньому пдрідуванні, щоб зробити його більш крихким 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 гідриди з неправильними силами зчеплення Отже, ясно видно, що матеріали для зберігання водню ВІДПОВІДНО до цього винаходу являють собою великі перспективи для комерційного, промислового і споживчого використання Ці матеріали можуть використовуватись для зберігання газоподібної фази, а також електрохімічних застосувань, і особливо підходять для використання у нікель-пдридних батареях Хоча цей винахід описано у зв'язку з конкретними варіантами втілення, фахівцям із нормальним рівнем 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 Зокре 23 59353 24 ма до обсягу цих пунктів включено матеріали для вань, а саме зберігання термічного водню та тепзберігання водню для неелектрохімічних застосулового насосу ІОООО еооо— еооо 7000 ЙООО sooo 4000 зооо— £000юоо— ФІГ-1 о 25 Комп'ютерна верстка О Воробей 59353 26 Підписано до друку 06 10 2003 Тираж 39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна