氢存储粉末和制备该粉末的方法技术

一种具有建造的表面氧化物以提高初始活化的抗自燃氢存储材料和制备该材料的方法。制备氢存储材料的方法包括如下步骤：提供氢存储粉末和用受控的氧化反应氧化该粉末。在其优选的方面，该方法包括提供大块的氢存储合金；氢化该合金以便形成粉化的材料，和用受控的氧化反应氧化粉化材料的表面。在其另一个优选的方面，在氧化步骤之前将钝化材料加入到粉化材料中以便提高初始活化。在其又一个优选的方面，在颗粒化材料中提供至少一种牺牲改性剂以便提高初始活化。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
参考的相关申请本专利技术是下列专利申请的部分继续1998年8月27日提交的题目为“一种氢存储合金粉末生成的方法”，共同待审的美国专利申请S.N.09/141,668号；1999年4月12日提交的题目为“有提高的容量、速率能力和催化活性的改性的电化学氢存储合金”，共同待审的美国专利申请S.N.09/290,633号，它们公开的内容插入这里作为参考。粉状氢存储材料在构造电池电极时特别有用。制造粉状氢存储材料和由它制成电池电极的各种方法是众所周知的，并已经描述在许多专利中，例如包括美国专利4,716,088；4,670,214；4,765,598；4,820,481；和4,915,898号，将它们的公开内容插入这里作为参考。制造金属氢化物电池电极的各种方法通常包括将粉化的氢存储材料施和固定在导电的基体上。也可以将各种添加剂加到粉末中以便增加对导电基体的粘着力和提高电池的性能。这样的添加剂可以包括粘合剂和导电的充填剂。通过许多方法可使氢存储材料粉化。使用的特定方法取决于材料的组成、硬度、形成表面氧化物的倾向、和所需的最终用途。已知的粉化技术包括机械和化学的粉化方法以及它们的组合，包括机加工、研磨、喷射、粉碎、雾化、冷凝、压缩、化学沉淀、或电解沉淀。另外或代替的是，可以使用的其他常规的粉碎技术包括，擦刮、剪切、球研磨、锤击研磨、切碎、流体能量、和盘研磨。为了获得有用的颗粒尺寸分布或分类，通常粉化后接着过筛。其他不一定要求粉化的技术包含急冷的方法，如喷射铸造和气体雾化。尽管某些粉碎的技术对有些材料工作良好，但没有一个技术对所有的材料都能工作。例如有些材料是足够软，仅用机械压碎方法就能压碎。有些材料却是非常适合机械和化学粉化方法的组合。其他合金对机械压碎方法来说太硬必须要用化学方法粉化。因此，许多机械粉碎的技术对粉化非常硬的材料并不是有效的方法，特别是那些有洛式硬度大于45的材料。一般通过将各种金属熔在一起并将其铸成小珠或锭的形式来形成大块氢存储材料。大块氢存储材料可以是组成和结构有序、无序或有序与无序之间的任何情况。如S.R.Ovshinsky、M.A.Fetcenko和J.Ross在“科学”杂志1993年4月9日出版的第260卷中的文章“电动汽车用的镍金属氢化物电池”内所述“已经成为生成无序电极材料合金的元素是Li、C、Mg、Al、Si、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、La、W和Re。所列的元素包含可以增加每个金属原子中储存的氢原子数的元素(Mg、Ti、V、Zr、Nb、和La)。其他的元素允许调整金属-氢键合的强度(V、Mn和Zr)或提供催化特性以便确保足够的充电和放电反应速率和气体重组(Al、Mn、Co、Fe、和Ni)；或者给予所需的表面特性如抗氧化和抗腐蚀、提高孔隙率、和离子导电性(Cr、Mo和W)。在这些合金中可以产生的物理特性的宽广范围允许使MH电池性能最优化。”有序和无序形成系列并可以构造到氢存储材料中以便提高上述和其他的特性。结构和组成有序的程序可以取决于材料和方法两者。例如，通过常规的熔化和铸造的方法可以生成更加高度有序的材料。缓慢的冷却方法取决于化学配方允许发生晶体生长和大体上的结构有序。在另一方面，通过熔化接着急冷、快迅冷却的方法一般生成高度无序的材料。快迅冷却提供更加高度无序的材料但也取决于化学构成。用氢粉化法来粉化氢存储合金的一个成功方法是由OvonicBattery公司开发的。该方法公开在1990年1月16日颁发给Fetcenko等人的美国专利4,893,756号，其题目是“用于氢破碎金属氢化物氢存储材料的氢化物反应器设备”，它的公开内容插入这里作为参考。通过连续不断的研究努力，Ovonic Battery公司开发了第一个氢存储反应器，用于粉化电池负极中用的硬的氢存储材料。该方法已经为开发具有形成电池电极所需的改良特性的新材料铺平了道路。按照Fetcenko等人，可由大块材料，如金属锭或合金经过氢化/脱氢循环粉碎来制成氢存储粉末。氢化/脱氢方法使金属氢化物或氢存储材料从很大的锭或大块尺寸粉碎成颗粒。为了完成上述的粉碎，将大块材料放入到静止的氢反应器内。反应器处于真空中并用氩气清扫以除去任何残留的空气。然后将氢气回填到反应室，使压力至少达到25psi。氢存储材料吸收氢气，从而造成金属晶格的体积膨胀使氢存储材料破碎。加氢可能要几个小时并可能使温度升高。提供冷却以便维持反应容器的温度在低于约100℃。加氢之后，将粉碎的材料脱氢以便从氢存储材料除去氢。接着在无氧的气氛下可以包装该材料以便用于将来形成电池电极。Fetcenko的专利和它的成果提出氢粉化的方法，其中加氢的步骤是压力控制的。不幸的是，压力控制的反应可能造成氢存储材料的过度加热。过度加热是不希望的，因为它可能造成氢存储材料组成和结构有序或无序的不可预测的变化。此外，过度加热导致很长的冷却时间和增加生产时间。将氢存储材料暴露在空气中可以产生在绝大部分颗粒上生成不可预测的和变化的氧化物。氢存储材料没有控制的或不均匀的氧化一般造成在材料的表面上生成不希望的厚、密和不均匀的氧化物。造成的表面条件使该表面不能立即用作电池的负电极材料。例如厚的氧化物层作为绝缘的阻挡层阻碍电极的初始活化。绝缘的阻挡层可能干扰在金属表面/电介质界面上发生的电化学动力学和传递过程。所以已经采用的制造技术生产的氢存储粉末带有很少或没有氧化物生成，如在无氧气氛中包装粉末。还有，没有氧化物表面层，氢存储材料是高度自燃的，这是由于金属如La、Ce、Ti、V、Zr、Al与氧气有很高的生成热。当暴露在空气中时可自燃的粉末可产生剧烈的反应。所以在大规模的生产工厂中可自燃材料具有很大的火灾隐患，在那里安全的工作条件是必须的。已经制订出许多方法来克服与氢存储材料生成氧化物相关联的某些问题。这些方法几乎都把注意力集中在粉末生成之后采用预处理步骤或“活化”。如这里所用的活化特别指的是，在粉末生成之后用于提高在电化学氢存储材料中氢传送速率的处理方法。例如，请参看1987年12月29日颁发给Reichman等人的美国专利4,716,088号，该专利提出活化可充电的氢存储、负电极的方法，其公开内容插入这里作为参考。各种预处理方法通过例如提高表面面积、孔隙率、和催化活性来活化氢存储材料。预处理方法主要包括电成形和蚀刻。电成形的定义是使电池电极插入到电池中时具有它的最终性能所需的充电/放电循环数。对许多合金来说，为了在高和低两种放电速率下获得最大的电池功能，电成形是必须的。例如，某些早先开发的ViZrNiCrMn合金需要在不同速率下多至32次充放电循环来完全活化电池。已经有记载，这种电成形使负电极合金材料在它交替存储和释放氢气时造成膨胀和收缩。这种膨胀和收缩产生应力和在合金材料内原地产生裂缝。裂缝增加合金材料的表面面积、晶格缺陷和多孔。因此，NiMH电池电极已经要求这种电成形步骤。电成形是取决于材料的，因为不同活性的氢存储材料是在不同的条件下由各种方法制备的，并由几种方法形成电极要求不同的预处理步骤。因此，尽管不可能描述一种适合所有电极的详细的电成形方法，但电成形通常包括通过多次在变化的速率和变化的深度下充电/放电的循环，相对复杂的循环程序来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备氢存储材料的方法，其包括如下步骤：提供氢存储粉末；和用受控的氧化反应氧化氢存储粉末。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：K杨，MA费特岑科，SR奥夫辛斯基，
申请(专利权)人：双向电池公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]