NO325620B1 - Elektrode, fremgangsmate for fremstilling derav, metall/luft-brenselcelle og metallhydrid-battericelle - Google Patents

Elektrode, fremgangsmate for fremstilling derav, metall/luft-brenselcelle og metallhydrid-battericelle Download PDF

Info

Publication number
NO325620B1
NO325620B1 NO20034702A NO20034702A NO325620B1 NO 325620 B1 NO325620 B1 NO 325620B1 NO 20034702 A NO20034702 A NO 20034702A NO 20034702 A NO20034702 A NO 20034702A NO 325620 B1 NO325620 B1 NO 325620B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
metal
electrode according
hydrogen
electrode
layer
Prior art date
Application number
NO20034702A
Other languages
English (en)
Other versions
NO20034702D0 (no
NO20034702L (no
Inventor
Trygve Burchardt
Original Assignee
Revolt Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Revolt Technology Ltd filed Critical Revolt Technology Ltd
Priority to NO20034702A priority Critical patent/NO325620B1/no
Publication of NO20034702D0 publication Critical patent/NO20034702D0/no
Priority to CNB2004800310411A priority patent/CN100508257C/zh
Priority to EA200600812A priority patent/EA011752B1/ru
Priority to JP2006536472A priority patent/JP2007509480A/ja
Priority to PCT/NO2004/000321 priority patent/WO2005038967A1/en
Priority to CA002543171A priority patent/CA2543171A1/en
Priority to EP04775091A priority patent/EP1678770A1/en
Priority to KR1020067009878A priority patent/KR20070004537A/ko
Priority to US10/595,470 priority patent/US20070077491A1/en
Publication of NO20034702L publication Critical patent/NO20034702L/no
Publication of NO325620B1 publication Critical patent/NO325620B1/no

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/383—Hydrogen absorbing alloys
    • H01M4/385—Hydrogen absorbing alloys of the type LaNi5
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/0005—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes
    • C01B3/001—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes characterised by the uptaking medium; Treatment thereof
    • C01B3/0031—Intermetallic compounds; Metal alloys; Treatment thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/0005—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes
    • C01B3/001—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes characterised by the uptaking medium; Treatment thereof
    • C01B3/0078—Composite solid storage mediums, i.e. coherent or loose mixtures of different solid constituents, chemically or structurally heterogeneous solid masses, coated solids or solids having a chemically modified surface region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/34—Gastight accumulators
    • H01M10/345—Gastight metal hydride accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H01M4/0435—Rolling or calendering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/242—Hydrogen storage electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/26—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/26—Processes of manufacture
    • H01M4/30—Pressing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/383—Hydrogen absorbing alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H01M4/623—Binders being polymers fluorinated polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • H01M12/085—Zinc-halogen cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en løsning på korrosjonsproblemene for metaller så som aluminium (Al), magnesium (Mg), sink (Zn) og jern (Fe) i metall/luft-brenselceller og metallhydridbatterier. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for å øke energikapasiteten mellom ladetetthet og maksimal effekttetthet for metall/luft-brenselceller og Ni/metallhydrid-baserte batterisystemer.
BAKGRUNN
Tradisjonelle brenselceller
En brenselcelle er konstruert for å omdanne kjemisk energi til elektrisk energi med høy virkningsgrad. I motsetning til batterier der den kjemiske energien er lagret i systemene, er brenselceller konstruert slik at reaksjonselementene forsynes fra miljøet. Dette gir energieffektive systemer med høy energitetthet per vekt og volum. I de fleste brenselceller er den katodiske reaksjonen reduksjon av oksygen fra luft. Hydrogen benyttes ofte som energibærer, og oksyderes i en anodisk reaksjon. Lagring av hydrogen er én av hovedutfordringene som må løses før slike systemer vil kunne bli masseprodusert. Hydrogenets energitetthet per vekt og volum er lav sammenliknet med tradisjonelt fossilt brensel.
Ved temperaturer under 150°C finnes det to hovedtyper brenselceller:
1. I PEM-(Proton Exchange Membrane)-brenselcellen blir elektrodene for oksygen- og hydrogenreaksjonene anordnet på en Nafion-membran. Denne membranen separerer de to reaksjonene og gir systemet høy ionisk konduktivitet ved temperaturer over 70°C. Elektrodene er tynne lag (< 20 um). Høy katalytisk aktivitet oppnås ved å anvende en karbonstofte med katalysatorer av edelmetaller. 2. I den alkaliske brenselcellen (AFC) er elektrodene i form av et porøst lag med en tykkelse på mellom 300 og 1000 um. Hydrogen- og oksygenreaksjonene skjer inne i laget. En alkalisk elektrolytt med høy ionisk konduktivitet separerer de to elektrodene. Den mest vanlige fremgangsmåten for å produsere elektrodene er å blande porøse pulvere og katalysatorer med polytetrafluoretylen (PTFE eller Teflon). En dobbel porestruktur med hydrofobe og hydrofile porer danner strøm-ningsveier for transport av væske og gass innenfor elektroden. For den anodiske reaksjonen blir hydrogen transportert gjennom gasskanaler i strukturen. Hydrogenreaksjonen skjer på katalytiske partikler distribuert i den porøse strukturen. En karbonstofte anvendes ofte for de katalytiske partiklene. Denne karbonstøtten utviser ingen katalytisk aktivitet i forbindelse med hydrogenreaksjonen.
Flere løsninger har vært foreslått for å løse problemene knyttet til hydrogenets lave energitetthet per volum. Ett alternativ er å anvende væske så som metanol i stedet for hydrogen for den anodiske reaksjonen. En akseptabel oksidasjonsrate har vært oppnådd med bruk av metanol i PEM-brenselceller. Imidlertid er ikke levetiden til slike systemer tilfredsstillende. Dette er hovedsaklig på grunn av diffusjon av metanol gjennom membranen. Metanol trenger seg gjennom membranen og reagerer på katoden. Det dannes da CO, som forgifter katalysatoren. For å overkomme dette problemet fortynnes metanol med vann. Dette reduserer imidlertid systemets energikapasitet.
Metall/ luft- brenselceller
En alternativ tilnærming er å anvende metaller som energibærere. Energitettheten per vekt og volum til metaller så som sink (Zn), aluminium (Al), magnesium (Mg) eller jern (Fe) er høy. For eksempel er den teoretiske energitettheten til Zn 1310 Wh/kg (AEZn-iUft = 1 -6 V), og for Al er den så høy som 8194 Wh/kg (AEai-iua = 2.75 V). I tillegg muliggjør bruken av et metall som anodemateriale oppladbare brenselcelle-systemer.
Luftelektroder blir ofte brukt som katode i metall/luft-brenselceller. De lages av PTFE-bundede karbonpulvere som danner en porøs struktur som tillater transport av væske og gass på samme måte som de alkaliske brenselcellene beskrevet ovenfor. En beskrivelse av en fremgangsmåte for tilvirkning av luftelektroder er gitt i den norske patentsøknaden 2003 3110, som tilhører søkeren bak foreliggende oppfinnelse. En alkalisk løsning eller polymer skiller ofte luftelektroden fra metall-elektroden. Bruk av en alkalisk løsning gir fordelen med høy kinetikk for oksygenreaksjonen. Andre løsninger kan anvendes (f.eks. saltvann), men dette vil imidlertid øke overspenningen for oksygenreaksjonen og således redusere systemets elektriske effektivitet.
Til forskjell fra alkaliske brenselceller anvendes det i metall/luft-brenselceller en metallelektrode i stedet for hydrogenelektroden som anode. All energien er således lagret innenfor systemet, og det er derfor ikke behov for gasskanaler for transport av hydrogen inn i anoden. Metallelektroden kan være i form av en massiv plate, en sintret porøs elektrode, en sintret blanding av metallet og oksydene eller en elektrode bestående av pulver eller pellets. Elektrodens oppbygning og struktur avhenger i stor grad av den tiltenkte anvendelsen. Det er en fordel om elektroden er noe porøs ettersom metalloksidene som dannes ved oppløsning av metall ofte har en lavere densitet enn de rene metallene.
Metaller så som Zn, Al, Mg eller Fe er egnede kandidater som følge av sin høye energitetthet. Dersom systemene skal være oppladbare må det tas en rekke for-holdsregler for å sikre at metallets dendrittiske vekst ikke kortslutter brenselcellen ved å skape forbindelse med luftelektroden. Tilsetninger i elektrolytten kan redusere den dendrittiske veksten. I tillegg er det mulig å legere metallene for å redusere dendrittisk vekst.
Én hovedutfordring for metall/luft-systemene er den ukontrollerte oppløsningen av metallet under produksjon av hydrogen. Elektrolytten (ofte en alkalisk løsning) vil løse opp metallene i en korrosjonsreaksjon. Denne reaksjonen vil forløpe når elektrodene lagres ved åpen krets eller tomgangsspenning og for enkelte metaller også når metall/luft-systemet er i bruk. Korrosjonsreaksjonens hastighet bestemmer systemets tap av elektrisk effektivitet. For å redusere korrosjonen har det vært forsøkt å legere materialene (Zn, Al, Mg, Fe) med bly (Pb), kvikksølv (Hg) eller tinn (Sn). Disse elementene er kjent for å øke overspenningen for hydrogenreaksjonen. En alternativ tilnærming har vært å tilsette korrosjonshemmere til elektrolytten. Hittil har ikke disse løsningene gitt tilfredsstillende resultater, spesielt ikke for metallene med høyest energitetthet (Al og Mg).
Korrosjon av metaller i metall/luft-brenselceller anses å være hovedgrunnen til at denne typen brenselcelle ikke markedsføres. Korrosjon fører til en reduksjon av metallenes energikapasitet med tiden. Dette er på grunn av oppløsningen av metallet under produksjon av hydrogen.
Korrosjonen av metallene under utvikling av hydrogen skjer i henhold til følgende likninger:
der n bestemmes av metallet ( M) som anvendes.
Dette gir følgende totale reaksjon for korrosjonen:
Som kan sees fra likning 3 bestemmes mengden hydrogen som produseres per metallekvivalent av metallet. For eksempel produseres det 1 mol hydrogen ved oppløsning av 1 mol Zn. Som et annet eksempel produseres det 1,5 mol hydrogen ved oppløsning av 1 mol Al.
Hastigheten for utvikling av hydrogen kan finnes fra hydrogenreaksjonens like-vektsspenning. Likevektsspenningen for hydrogenreaksjonen (likning 2) i en alkalisk løsning er -0.828 V. Tomgangsspenningen er metalloverflatens potensial når oppløsning av metall er den anodiske reaksjonen og produksjon av hydrogen den katodiske reaksjonen. Forskjellen mellom tomgangsspenningen og likevektspoten-sialet for utvikling av hydrogen bestemmer den katodiske reaksjonsraten ved utvikling av hydrogen.
Dersom denne spenningsdifferansen er stor (som for Al og Mg) er hydrogenproduksjonsraten høy, og produksjonen vil forløpe selv om elektroden er under anodisk polarisasjon. Dersom denne spenningsdifferansen er liten (som for Zn) er hydrogenproduksjonsraten ved tomgang lav, og den er ubetydelig under anodisk polarisasjon.
For metall/luft-brenselcellene medfører dette at dersom det anvendes metaller som gir en høy spenningsforskjell (Al, Mg), hydrogenproduksjonsraten vil være høy når elektrodene lagres og også betydelig når brenselcellen er i bruk. Som kan sees av likning 3 er hydrogenproduksjonsraten proporsjonal med metallets oppløs-ningsrate, og metallets oppløsningsrate er proporsjonal med metall/luft-brenselcellens kapasitetstap. For å muliggjøre bruk av materialer med høy energitetthet, så som Al eller Mg, er det derfor nødvendig å finne en løsning på energi-kapasitetstapet. For materialer med lavere hydrogenproduksjonsrate, så som Zn og Fe, er en løsning nødvendig dersom man ønsker lange lagringstider.
Ni/ metallhvdrid- batterier
Som fremgår av beskrivelsene over har metall/luft-brenselcellen store likhetstrekk med både batteri- og brenselceller. Luftelektroden er en typisk brenselcelle-elektrode, mens metallelektroden er en typisk batterielektrode.
Ni/metallhydird-batterier omfatter en anode av metallhydrid og en katode av nikkel-oksid. Systemets energikapasitet kommer fra hydrogen absorbert inn i metallhyd-ridlegeringen. Dette hydrogenet vil diffusere til overflaten og reagere og generere elektrisk energi når batteriet er i bruk. På katoden vil nikkeloksidet bli redusert. En alkalisk elektrolytt separerer de to elektrodene. For å oppnå høye reaksjonshastig-heter og korte diffusjonsveier er metallhydridelektroden laget i form av en sam-menpresset pulvertablett. Mye arbeid har vært lagt ned for å oppnå god kontakt mellom partikler og for å oppnå høy overflatekinetikk for hydrogenreaksjonen. Flere lading/oppladingsykluser er nødvendig for å fjerne overflateoksider på met-allhydridene og dermed aktivere materialet. Energikapasiteten er begrenset av mengden hydrogen inne i metallhydridet. Maksimallasten er begrenset av hastigheten for diffusjon av hydrogen fra innsiden eller kjernen til metallhydridets overflate.
I utviklingen av metall/luft-brenselceller har hovedproblemet vært oppløsningen av metallet under produksjon av hydrogen i en korrosjonsreaksjon. Dette problemet er spesielt merkbart dersom det anvendes metaller som Al eller Mg, men også til stede ved bruk av Zn og Fe. Spesielt for anvendelser av metall/luft-brenselceller som involverer elektroder av metallpulver (for å redusere spenningsfallet for den anodiske reaksjonen) er korrosjonsraten høy som følge av det store eksponerte overflatearealet.
For å løse dette problemet har to hovedtilnærminger vært anvendt:
1. Korrosjonshemmere har blitt tilsatt elektrolytten for å undertrykke hydrogenreaksjonen. 2. Metallene har blitt legert med elementer som øker overspenningen for hydrogenreaksjonen.
Ett forsøk på å forbedre elektrodematerialet for brenselceller er vist i US-patentet 5,795,669, som beskriver et kompositt-elektrodemateriale som omfatter to kataly-satormaterialer. Det ene er en aktiv gassfasekatalysator, og det andre materialet inneholder en aktiv elektrokjemisk katalysator.
US-patentet 6,447,942 viser bruk av metallagringsmaterialer i anoden i alkaliske
brenselceller og reversible brenselcellers vannelektrolyseenheter. Slike materialer har gode katalytiske egenskaper for hydrogenreaksjonen. I tillegg er det vist at lag-ringen av hydrogen muliggjør brå oppstart av systemet. Ulempen er at konvensjo-nell aktivering av enhver hydridform oppnås ved gjentatt absorbering og desorber-ing av hydrogen undertrykk. Dersom cellene ikke er konstruert for å stå imot høye trykk eller temperaturer, kan ikke dette gjøres.
US-patentet 2002/0064709 presenterer en løsning på det ovennevnte trykkproble-met. Ved å legge til kjemiske hydrider (så som natrium-borohydrid, natriumhydrid, litiumhydrid, etc.) i en blanding med metallhydridlegeringer ble det antydet at dannelse av hydrogen fra oppløsningen av de kjemiske hydridene forlader hydrogenlagringsmaterialet, øker porøsiteten og bedrer korrosjonsbeskyttelsen for hydrogenlagringslegeringen. Bare kjemiske hydrider er beskrevet i dette patentet som hydrogendannende materialer, og bruken av kjemisk hydrid-materialet er begrenset til de ovennevnte virkningene.
I US-patentet 6,492,056 frembringes et komposittmateriale. Kompositten består av hydrogenlagringslegeringer og elektrokatalytiske materialer. De katalytisk aktive materialene er tilveiebrakt for å øke hydrogenreaksjonens hastighet. I tillegg er det lagt til hydrogenlagringsmaterialer. Hydrogen kan således lagres innenfor brenselcelle-anoden eller reagere med høy hastighet. Dette gir fordelen med brå oppstart og mulighet til å gjenvinne energi fra prosesser så som regenerativ bremsing.
Som kan sees fra patentene over forsøker de å forbedre hydrogenelektroden i brenselceller. Hydrogenlagringsmaterialer legges til for å muliggjøre hurtig oppstart av brenselcellen, og kjemiske hydrider legges til for å aktivere hydrogenlagringsmaterialene.
I US-patentet 6,258,482 tilvirkes en batterianode av en pulverformig hydrogenlagringslegering som omfatter agglomerater av hydrogenlagringslegering-partikler forbundet gjennom et metallisk lag. Et metall så som Fe eller Zn er foreslått som det metalliske laget.
I US-patentet over er målet å muliggjøre bruk av små partikler av hydrogenlagringslegeringer. Dette vil øke den initielle leveringskapasiteten i tillegg til å øke
lade/levering-tiden til alkaliske batterier som anvender elektroder som omfatter en hydrogenlagirngslegering. For å kunne bruke små metallhydrid partikler er det nød-vendig å hindre at det dannes oksydfilmer. I US-patentet over hevdes det at det å dekke overflaten til hydrogenlagringslegeringene med en film av et metall så som
Fe, Zn eller annet vil hindre oksidasjon og redusere kontaktmotstanden. Målet for US-patentet over er å muliggjøre dannelse av et metallisk overflatesjikt på metall-hydridpartiklene og sammenføyning av partiklene for å redusere kontaktmotstanden.
US-patentet over berører ikke det faktum at Fe, Zn eller andre metaller kan løse seg opp i det alkaliske miljøet under produksjon av hydrogen. Bruken av disse metallene som kilde for hydrogen i elektroden er ikke noe mål for dette US-patentet.
I foreliggende oppfinnelse er hensikten med å legge til metallpartikler eller separate metalliske lag i elektrodestrukturen å muliggjøre bruk av materialer med høy
energitetthet, så som Al, Mg, Zn eller Fe, som hydrogenkilde for lagring av metallhydrid og hydrogenskapt overflateoksidasjon. Dette vil bruke hydrogen dannet ved korrosjon av metallene med høy energitetthet og også muliggjøre lagring av hydrogen under opplading av batterisystemet.
I foreliggende oppfinnelse er korrosjon definert som oppløsning av metaller med høy energitetthet (Al, Zn, Mg eller Fe) til oppløste ioner eller oksyder. Som følge av den sterke, alkaliske elektrolytten vil metallene med høy energitetthet korrodere under produksjon av hydrogen. Når metaller med høy energitetthet anvendes i batterier (under anodisk polarisasjon), vil metallene løses opp som følge av den anvendte anodiske spenningen. En lavere hydrogenproduksjonsrate vil bli observert.
OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN
Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en ny tilnærming til det ovenfor beskrevne korrosjonsproblemet. Oppfinnelsen er basert på det faktum at bare en del av energien tapes som termisk energi i korrosjonsreaksjonen. Mesteparten av energien er fortsatt til stede som hydrogen.
Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for å lagre og omdanne denne energien til elektrisk energi. Materialer med evne til å absorbere hydrogen kan brukes til å lagre hydrogen produsert ved korrosjon, og katalytiske materialer for hydrogenreaksjonen kan brukes til å øke reaksjonsraten for hydrogenoksidasjon. I tillegg til å løse korrosjonsproblemet for metall/luft-brenselceller kan oppfinnelsen også brukes som anode for metallhydrid-type batterier (for eksempel Ni/metallhydird-batterier). I slike batterier anvendes hydrogenlagringsmaterialer. En blanding av hydrogenlagringsmaterialer og/eller elektrokatalysatorer og Al, Mg, Zn eller Fe kan erstatte det rene lagringsmaterialet som anode for slike batterier. Tilsetting av Al, Mg, Zn eller Fe vil øke levetiden og den maksimale effektkapasite-ten til metallhydridbatterier.
I denne sammenhengen er metaller med høy energitetthet metaller som reagerer og danner oksyder i en reaksjon med oksygen (f.eks. metaller som korroderer i de aktuelle miljøene).
Ifølge oppfinnelsen oppnås målene ved å blande eller sintre hydrogenlagringslegeringer og elektrokatalysatorer for hydrogen med metaller så som Al, Mg, Zn og Fe. Hydrogen produsert av Al, Mg, Zn og Fe reagerer da på elektrokatalysatoren og genererer elektrisk energi. Når metall/luft-batteriet ikke er i bruk, kan hydrogen bli lagret i hydrogenlagringsmaterialet.
I et første aspekt tilveiebringer oppfinnelsen en elektrode som omfatter et hydrogenlagringsmateriale og et metall med høy energitetthet som er innrettet til å tjene som en hydrogenkilde for hydrogenlagringsmaterialet. I en utførelsesform kan metallet med høy energitetthet være valgt fra en gruppe bestående av Al, Zn, Mg og Fe, eller fra en kombinasjon av disse metallene. Metallet med høy energitetthet kan også omfatte PTFE eller grafitt, eller begge deler. Hydrogenlagringsmaterialet kan være en legering, og kan også omfatte PTFE og/eller karbon. Mer spesifikt kan hydrogenlagringsmaterialet være et metallhydrid valgt fra en gruppe bestående av AB5, AB2, AB, A2B, der: der A er et jordalkaliemetall, overgangsmetall, et sjeldent jordmetall eller aktinid og B er mangan eller et overgangsmetall fra jern-gruppen. Videre er AB5 (som har en heksagonal eller ortorombisk struktur) LaNi5 eller MmNi5, der Mm er en kombinasjon av lantan og andre sjeldne jordmetaller, AB2 er ZnMn2 med en "Laves-fase"-struktur, AB er TiFe med en CsCI-struktur og A2B er Ti2Ni med en sammensatt struktur. Elektroden kan også omfatte en elektrokatalysator for hydrogen, der elektrokatalysatoren kan være et edelmetall (f.eks. platina (Pt) eller palladium (Pd)), nikkel (Ni), jern (Fe) eller krom (Cr), eller en legering som omfatter minst ett av metallene platina (Pt), palladium (Pd), nikkel (Ni), jern (Fe) eller krom (Cr). I nok en ytterligere utførelsesform er hydrogen-elektrokatalysatoren et rent pulver anordnet på et støttemateriale med stor overflate, f.eks. aktivert karbon eller grafitt.
I enda en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen danner metallet med høy energitetthet og hydrogenlagringslegeringen ett lag/én plate. I en annen utførel-sesform danner metallet med høy energitetthet, hydrogenlagringslegeringen og elektrokatalysatoren ett lag/én plate. Elektroden vil også kunne være laget av to plater, idet metallet med høy energitetthet danner et første lag/ plate og hydrogenlagringslegeringen danner et andre lag/ plate, eller der metallet med høy energitetthet og elektrokatalysatoren danner et første lag/ plate og hydrogenlagringslegeringen danner et andre lag/ plate. En trelags elektrode oppnås dersom metallet med høy energitetthet danner et første lag/ plate, hydrogenlagringslegeringen danner et andre lag/ plate og elektrokatalysatoren danner et tredje lag/ plate.
En maskestrømsamler ("mesh current collector") kan være presset eller kalandrert inn i én av platene/lagene. Metallet med høy energitetthet kan være i form av en massiv plate, pellets eller pulver. Videre kan metallet med høy energitetthet være blandet med PTFE (Teflon) og eller grafitt. Også hydrogenlagringsmaterialet kan være i form av en massiv plate, pellets eller pulver blandet med PTFE eller grafitt. Elektrodelagene kan omfatte et energibærerlag, et katalysatorlag, et absorpsjonslag og en maskestrømsamler eller mekanisk støtte.
I et andre aspekt tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av elektroden angitt over i det første aspekt av oppfinnelsen, fremgangsmåten omfatter det å sintre eller binde minst én av et pulver av et metall med høy energitetthet og en hydrogenlagringslegering i minst ett tynt lag, og kalandrere eller presse nevnte minst ene lag for å danne elektroden.
Porøsiteten kan justeres ved å anvende PTFE som bindemateriale. Kontakten mellom partiklene økes ved å legge til karbon. I en ytterligere utførelsesform presses eller kalandreres en strømsamler inn i nevnte plate.
I et tredje aspekt tilveiebringer oppfinnelsen en metall/luft-brenselcelle som omfatter en anode-elektrode i henhold til det ovennevnte. I et fjerde aspekt tilveiebringer oppfinnelsen et metallhydirdbatteri som omfatter en anode-elektrode som beskrevet ovenfor.
I et femte aspekt tilveiebringer oppfinnelsen anvendelse av elektroden i henhold til første aspekt av oppfinnelsen som anodeelektrode i metall/luft-brenselceller for å hindre korrosjon i metall/luft-brenselceller. I et sjette aspekt tilveiebringer oppfin-nelsenanvendelse av elektroden i henhold til første aspekt av oppfinnelsen som anode-elektrode i Ni/metallhydrid-batterier for å tilveiebringe selvlading i Ni/metallhydrid-batterier. I et syvende aspekt tilveiebringer oppfinnelsen anvendelse av elektroden i henhold til første aspekt av oppfinnelsen som anode-elektrode i Ni/metallhydrid-batterier for å øke energikapasiteten til Ni/metallhydrid-batterier. I et åttende aspekt tilveiebringer oppfinnelsen anvendelse av elektroden i henhold til første aspekt av oppfinnelsen som som anode-elektrode i Ni/metallhydrid-batterier for å øke maksimaleffekten til Ni/metallhydird-batterier. I et niende aspekt tilveiebringer oppfinnelsen anvendelse av elektroden i henhold til første aspekt av oppfinnelsen som anode-elektrode i Ni/metallhydrid-batterier for å hindre korrosjon av metallhydridet i Ni/metallhydrid-batterier ved å tilveiebringe en galvanisk kopling mellom atskilte lag som henholdsvis inneholder metallet med høy energitetthet og metallhydridet.
Så vidt oppfinneren kjenner til finnes det bare noen få patenter som kombinerer
materialer for å utnytte flere egenskaper for brenselcelle-elektroder. Disse er refe-rert til over. Til nå har det ikke vært rapportert bruk av hydrogenlagringsmaterialer og elektrokatalysatorer i metall-elektroder for metall/luft-brenselceller. Bruk av hydrogenlagringsmaterialer i hydrogen-elektroden for alkaliske brenselceller (AFC), og også bruk av kjemiske hydrider som reagerer og danner hydrogen er kjent. Disse elektrodene skiller seg imidlertid fra metall-elektrodene beskrevet i denne patent-søknaden på flere måter. Tidligere teknikks elektroder er konstruert for å gi den alkaliske brenselcellen hurtig oppstart. Det har også vært antydet at det med disse tilsetningene (metallhydrid) er mulig å reversere brenselcellen og benytte den til vannelektrolyse. AFC-anodene er tilvirket ved hjelp av fremgangsmåter for produksjon av porøse elektroder for å sikre en tilstrekkelig transport av gass fra miljøet. Dette avviker fra vår oppfinnelse idet metall-elektroden i metall/luft-brenselceller ikke har noen vekselvirkning med miljøet. Hydrogenlagringsmaterialene i de ovennevnte patentene er skreddersydd for hurtig absorpsjon og desorpsjon av hydrogen for å øke den dynamiske oppførselen til alkaliske brenselceller.
Alle de ovennevnte patentene begrenses av behovet for tilførsel av hydrogen fra miljøet for å fungere. Ingen av patentene beskriver bruk av et metall med høy energitetthet, så som Al, Zn, Mg eller Fe, for å lagre energi i systemet, eller frigjør-ing av denne energien gjennom korrosjon av slike metaller.
I vår oppfinnelse anvendes hydrogenlagringsmaterialer og/eller elektrokatalysatorer i kombinasjon med et metall så som Al, Zn, Mg eller Fe. Dette gjøres for å øke metallenes elektriske energieffektivitet. Slike metaller kan også i kombinasjon med hydrogenlagringsmaterialer brukes som anode for Ni/metallhydrid-batterier. Dette vil øke systemenes energikapasitet og øke makslasten til slike batterier.
Oppfinnelsen er definert i de senere følgende kravene.
KORT BESKRIVELSE AV FIGURENE
Utførelsesformer av oppfinnelsen vil bli beskrevet i det følgende med henvisning til figurene, der:
Figur 1 illustrerer en mulig oppbygning av en elektrode ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen, som anvender flere plater med forskjellige egenskaper, Figur 2 viser en tolags elektrode ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen som omfatter en hydrogenabsorbator (metallhydrid) og en elektrokatalysator i ett lag og en energibærer (et metall med høy energitetthet) i et separat lag, Figur 3 viser en ettlags elektrode som omfatter en energibærer (metaller med høy energitetthet), en hydrogenabsorbator (metallhydrider) og en elektrokatalysator ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen, Figur 4 illustrerer en elektrode ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen anvendt i et nikkel/metallhydrid-batteri, Figur 5 illustrerer en elektrode ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen anvendt i en metall/luft-brenselcelle, Figur 6 viser en motstand koplet i den galvaniske koplingen mellom et metallhydrid og metaller med høy energitetthet i en elektrode ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen, Figur 7 viser strømtetthet for anodisk polarisering (+100 mV) av elektroder ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen laget av 20 vekt% magnesium blandet med 65 vekt% karbon med og uten 1 vekt% platina som katalysator og 15 vekt% PTFE, og med en elektrolytt av 6.6 M KOH ved 20 °C, Figur 8 viser polariseringspass for elektroder ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen laget av 20 vekt% sink, 65 vekt% karbon som støtte med eller uten 1 vekt% platina som katalysator og 15 vekt% PTFE, Figur 9 viser hydrogenoksidasjonsmengden i 6.6 M KOH ved 20°C på en PTFE-bundet karbonelektrode med 1 vekt% platina som katalysator på karbonstøtten, og Figur 10 viser hydrogenoksidasjon ved en overspenning på +100 mV i 6.6 M KOH på en elektrode ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen som inneholder en Ni/P-legering anordnet på aluminium og karbon som poredanner.
DETALJERT BESKRIVELSE
I en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse kombineres energitette metaller med hydrogenlagringsmaterialer (som anvendt i Ni/metallhydird-batterier) og elektrokatalytiske materialer. Dette gjør at hydrogen fra korrosjon av de energitette metallene kan lagres i metallhydrid materialet eller reagere i en elektrokjemisk reaksjon på elektrokatalysatoren. På denne måten minimeres energitapet ved korrosjon av energibæreren (Al, Mg, Zn eller Fe), og energitettheten til metallhydridbatterier kan økes.
En utførelsesform av elektroden ifølge oppfinnelsen er illustrert i figur 1. Elektroden består av fire lag: et energibærerlag (I) (Zn, Al, Mg eller Fe), et katalysatorlag (II) (porøs elektrokatalysator med eller uten et støttemateriale) og et absorpsjonslag (III) (hydrogenlagringsmaterialer). Disse lagene er tilveiebrakt i form av tynne plater, og presset sammen. En maskestrømsamler (VI) kan være presset eller kalandrert inn i én eller flere av platene. Imidlertid kan man tenke seg andre utførel-sesformer med færre lag, som vil bli forklart senere.
Elektrodene kan tilvirkes på flere mulige måter. Den beste måten er basert på bruk av metallpulvere som sintres eller bindes inn i tynne plater med kontrollert porøsi-
tet ved å anvende PTFE som bindemateriale. For å øke kontakten mellom partiklene kan det legges til karbon. Elektrodene kan tilvirkes ved kalandrering eller pressing. Figur 1 viser oppbygningen til en elektrode ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen. I figur 1 er energibærerlaget (I), (Zn, Al, Mg eller Fe), katalysator-laget (II) (porøs elektrokatalysator med eller uten et støttemateriale) og absorb-sjonslaget (III) (hydrogenlagringsmaterialer) tilvirket i plater som er presset sammen. En maskestrømsamler (VI) kan være presset eller kalandrert inn i én eller flere av platene. Hydrogen (dannet ved korrosjon av energibæreren) vil trenge inn i hydrogenlagringslaget eller reagere på elektrokatalysator-laget. Det er også
mulig å anvende kun én eller to plater. Dette kan oppnås ved å blande energibæreren med hydrogenlagringsmaterialet i én plate, ved å blande hydrogenlagringsmaterialet med elektrokatalysatoren i én plate, ved å blande elektrokatalysatoren og energibæreren i én plate, eller ved å blande alle komponentene i én plate (illustrert i figur 2 og figur 3). Noen av disse alternativene vil bli illustrert ytterligere gjennom eksempler gitt nedenfor.
Figur 2 og figur 3 viser 2 alternative utførelsesformer av oppfinnelsen. I figur 2 dannes elektroden av 2 lag, og i figur 3 dannes elektroden av ett lag. I figur 2 er hydrogenabsorbatoren (metallhydrid) og elektrokatalysatoren anordnet i ett lag og energibæreren (et metall med høy energitetthet, f.eks. Zn, Al, Fe eller Mg) er tilveiebrakt i et separat lag. I figur 3 er energibæreren (metaller med høy energitetthet, f.eks. Zn, Al, Fe eller Mg) sammen med hydrogenabsorbatoren (metallhydrider) og elektrokatalysatoren anordnet i ett lag.
Fordelen med å anvende 3 separate lag er at det kan oppnås en bedre kontroll med reaksjonene på de individuelle platene. På den annen side gjøres diffusjons-veiene kortere ved å blande inn flere enn ett av materialene i samme plate, og vekselvirkningen mellom de enkelte pulverene øker. En annen fordel er at dette vil kunne resultere i enklere produksjonsmetoder som følge av færre blande- og kal-andreringstrinn.
Som nevnt tidligere er energibæreren for en metall/luft-brenselcelle metaller så som Zn, Al, Mg eller Fe. Det finnes et stort antall potensielle hydrogenlagringsmaterialer. Hovedklassene av intermetalliske legeringen som danner metallhydrider er AB5, AB2, AB og A2B, der A er et alkalisk jordmetall, overgangsmetall, et sjeldent jordmetall eller aktinid og B er mangan eller et overgangsmetall fra jern-gruppen. Eksempler på AB5 (heksagonal eller ortorombisk struktur) er LaNi5 eller MmNi5, der Mm, eller mischmetal, er en kombinasjon av lantan og andre sjeldne jordmetaller. Et eksempel på AB2 er ZnMn2 med en "Laves-fase"-struktur. Et eksempel på AB er TiFe med en CsCI-struktur. Et eksempel på A2B er Ti2Ni med en sammensatt struktur.
For å katalysere oksidasjon av hydrogen kan det anvendes edelmetaller så som platina (Pt) eller palladium (Pd). Disse kan være tilstede i form av rent pulver eller være anordnet på et støttemateriale med stor overflate, så som aktivert karbon eller grafitt. Nikkel (Ni), jern (Fe) og krom (Cr) er mindre kostbare materialer som kan anvendes for å katalysere hydrogenoksidasjon. For å øke den katalytiske aktiviteten kan de være i form av pulver med stort overflateareal. Alternativt kan de være anordnet på et støttemateriale. For å øke den katalytiske aktiviteten ytterligere kan det anvendes amorfe legeringer av Ni, Cr og Fe. For å danne slike legeringer bevirkes elektrokjemisk eller kjemisk avsetning av Ni, Cr eller Fe med samtidig avsetning av svovel (S), bor (B) eller fosfor (P). Slike legeringer absorberer også hydrogen og kan tjene som hydrogenlagringsmaterialer. Metallhydridmaterialene beskrevet ovenfor har vist høy katalytisk aktivitet for hydrogenreaksjonen og kan benyttes som kombinerte lagringsmaterialer og elektrokatalysatorer.
En annen mulighet er at elektrokatalysatorene anordnes på hydridlagringsleger-ingene eller at elektrokatalysatorene anordnes på energibærerene (Zn, Al, Mg, eller Fe). Den siste muligheten er at lagringslegeringene med eller uten elektrokatalysatorer anordnes på energibærerene.
En massiv plate eller pellets av de energitette metallene kan være tilveiebrakt i et separat lag. Dette laget kan bli kombinert med et lag med metallhydrid eller et lag med elektrokatalysator eller et lag som omfatter en kombinasjon av metallhydrid og elektrokatalysator. I figur 2 er en slik utførelse vist med bruk av pulver som energibærende materiale. I denne utførelsen kan pulverene byttes ut med en massiv plate eller pellets.
Figur 5 viser elektroden ifølge oppfinnelsen anvendt i en metall/luft-brenselcelle. Elektroden ifølge oppfinnelsen anvendes som anode, og en luftelektrode som reduserer oksygen fra luft, anvendes som katode. En alkalisk elektrolytt separerer de to elektrodene. På katoden trenger oksygen fra luft inn i den porøse elektroden. Fra den motsatte siden oversvømmer elektrolytten delvis strukturen. En trefase-grense oppnås inne i katoden. Det store overflatearealet muliggjør høy oksygen-reaksjonsmengde. På anoden undergår metallet og/eller hydrogenet oksidasjon. Når anoden og katoden stilles i forbindelse vil det gå strøm gjennom systemet.
En annen anvendelse av elektroden ifølge oppfinnelsen er i metallhydridbatterier (for eksempel Ni/metallhydrid-batterier), f.eks. som illustrert i figur 4.1 figur 4 anvendes elektroden ifølge oppfinnelsen som anode, mens nikkel-elektroden anvendes som katode. En alkalisk elektrolytt separerer de to elektrodene. For å hindre kortslutning av cellen er det tilveiebrakt en separator mellom elektrodene.
Som vist i eksemplene nedenfor er det mulig å blande metaller (Zn, Al, Mg eller Fe) med hydrogenlagringsmaterialer. Dersom man anvender en blanding av lagringsmaterialer og energibærende materialer (Al, Mg, Fe, Zn) i stedet for et rent hydrogenlagringsmateriale, blir batteriet selvladende. Hydrogen produseres lang-somt gjennom oppløsning av de energibærende metallene (Zn, Al, Mg eller Fe). Hydrogenet som dannes gjennom korrosjon av Zn, Al, Mg eller Fe trenger da inn i metallhydrid-lagringsmaterialet og lader opp systemet. Dette vil øke batteriets levetid betydelig.
Oppløsningen av energibærerne og reaksjonene med absorpsjon/desorpsjon av
hydrogen er reversible, og følgelig er et slikt batteri opplad bart. I tillegg vil virkningen av energibærermetaller i Ni/metallhydrid-batterier øke den maksimale effekten ettersom oppløsningen av energibæreren har små polariseringstap og ingen diffu-sjonsbegrensning.
Ytterligere fordeler er at det kan dannes en galvanisk kopling mellom metaller så som Zn, Al, Mg og Fe, og edlere metaller så som Ni-baserte lagringslegeringer. Dette vil resultere i katodisk polarisering av de edlere materialene og lette adsorp-sjon og absorpsjon av hydrogen. Ytterligere fordeler med en galvanisk kopling er at den kan redusere lagringslegeringens korrosjonsrate og således øke levetiden til Ni/metallhydird-batterier. Dersom energibærermaterialet (Al, Zn, Mg eller Fe) og lagringslegeringen er skilt fra hverandre i to lag, kan det settes inn en motstand mellom den galvaniske koplingen mellom materialene. Dette kan være nyttig for å redusere den katodiske overspenningen for lagringslegeringen og dermed redusere dannelsen av hydrogen på denne legeringen. Dette er illustrert i figur 6.
EKSEMPLER
Eksempel 1
I dette eksempelet illustreres virkningen av å legge til en elektrokatalysator i metallelektroden. Det er vist at elektrokatalysatoren vil øke den samlede strømtett-heten ved oksidasjon av hydrogenet som produseres gjennom korrosjonsreaksjonen på metallene.
En pulverelektrode ble tilvirket med bruk av metallpulvere, så som Zn, Al, Mg eller Fe, et karbonpulver med og uten katalysatorstøtte og PTFE. Elektroden ble frembrakt ved å blande pulverene i en høyhastighetskvern ved 20 000 omdreininger per minutt. Dette produserte et agglomerat. Dette agglomeratet ble gjort til leire ved anvendelse av et hydrokarbon-inneholdende oppløsningsmiddel. Leiren ble kalandrert til en elektrode. Et nikkel-gitter ble kalandrert inn i elektroden som en strømsamler. Mengden metall (Zn, Mg, Al, Fe) ble variert mellom 5 og 95 vekt%. Minst 5 vekt% PTFE ble lagt til for å binde sammen elektroden.
Figur 7 viser hydrogenoksidasjonsraten på en Pt-katalysator og oppløsningsstrøm-men for oppløsning av Mg. Figuren viser strømtettheten, i [A/cm<2>], som funksjon av tiden, T[s], for anodisk polarisasjon (+100 mV) av elektroder laget av 20 vekt% magnesium blandet med 65 vekt% karbon og 15 vekt% PTFE med en elektrolytt av 6.6 M KOH ved 20°C. To elektroder ble tilvirket, én med platina (Pt) som katalysator på en karbonstøtte, den andre med en karbonstøtte uten platina som katalysator. I tilfellet med Pt på karbonstøtten var mengden Pt 1 vekt%.
I dette eksempelet var metallet med høy energitetthet (Mg) og katalysatoren (Pt på en karbonstøtte) anordnet i ett lag. Målet var å bestemme katalysatorens innvirk-ning på hydrogenet produsert ved oppløsning av Mg. Dette ble gjort ved å sam-menlikne elektroden som inneholdt Pt som katalysator med en elektrode uten Pt på karbonstøtten.
I prøven uten katalysator genereres strømmen kun ved oppløsning av Mg. For prøven tilsatt Pt som katalysator ble det observert et ytterligere bidrag til strøm-men. Denne strømmen ble generert gjennom oksidasjon av hydrogen på katalysatoren.
Et fall i strømtettheten med tiden ble observert for hydrogenoksidasjonen. Dette er på grunn av den anvendte anodiske spenningen. Anodisk polarisasjon reduserer produksjonsmengden av hydrogen fra Mg, og derfor også mengden av hydrogen som er tilgjengelig for oksidasjon.
Eksperimentet viste tydelig fordelen med å legge til elektrokatalysatorer i metall-elektrodene i metall/luft-brenselceller siden dette vil øke strømmen gjennom oksidasjon av hydrogen dannet ved korrosjon eller anodisk oppløsning av metaller.
Figur 8 viser polarisasjonspass hvor strømtettheten, i [A/cm<2>], er vist som funksjon av tiden T[s] for to sink-elektroder tilvirket på samme måte som beskrevet over for magnesium-elektrodene. Som over omfattet den ene elektroden Pt som katalysator og den andre ikke. Fra de anodiske polarisasjonspassene kan det tydelig ses at oksidasjonsraten økes betydelig gjennom tilsetning av Pt som katalysator også for metaller med en lavere hydrogenproduksjonsrate. Elektrodene i figur 8 ble laget av 20 vekt% sink, 65 vekt% karbonstøtte og 15 vekt% PTFE. Elektrolytten var 6.6 M KOH ved 20°C. Av disse elektrodene var også én elektrode laget med 1 vekt% Pt tilveiebrakt på karbonbæreren og én med en ren karbonbærer.
Eksempel 2
Som kan sees i figur 1 og figur 2 kan elektroder tilvirkes ved å sette sammen flere lag med forskjellig sammensetning. I dette eksempelet er det vist at hydrogen dannet i et lag av rent energibærermetall vil trenge inn i et rent katalysatorlag og bli oksydert der og gi et ytterligere bidrag til strømmen.
To separate lag ble frembrakt og deretter satt sammen ved kalandrering. Det ene laget omfattet et metall med høy energitetthet og det andre var et karbonlag. Begge lagene var fremstilt av pulvere gjennom agglomerering og kalandrering som beskrevet ovenfor. Verken katalysator eller karbon var til stede i metallelektroden, kun PTFE og metaller som Al, Zn, Mg, Fe eller kombinasjoner av disse metallene. Karbonelektroder ble fremstilt ved anvendelse av 15 vekt% PTFE og 85 vekt% karbon. 1 vekt% Pt var anordnet på karbonstøtten.
Når karbon anvendes i et lag oppnås en porøs struktur. Dette muliggjør hurtig inn-trengning av hydrogen i laget. Katalysatoren (Pt) på karbonbæreren muliggjør oksidasjon av hydrogen.
De to lagene ble lagt oppå hverandre og presset sammen. For å hindre elektrisk kontakt mellom lagene var en porøs plate av polypropylen plassert mellom de to lagene. Den perforerte polypropylenplaten hindret ikke diffusjon av gass. På denne måten kunne strøm/spenning-forholdet for de to lagene måles hver for seg.
Figur 9 viser den anodiske strømmen, i [A/cm<2>], på karbonlaget med Pt som katalysator som funksjon av anvendt potensial E for forskjellige mengder Zn i metall-elektroden. Figur 9 viser hydrogenoksidasjonsraten for dette laget i 6.6 OH ved 20°C. Hydrogen dannet ved korrosjon av Zn trenger inn i karbonlaget og reagerer på Pt-katalysatoren. Mengden Zn i Zn-laget ble variert mellom 0 og 100 vekt%; figur 9 viser kurver for 0%, 80%, 95% og 100% Zn. I tilfellet med 100% Zn ble det anvendt en plate av rent Zn.
Som kan sees opptrer en diffusjonsbegrenset anodisk reaksjon med karbonelektroden. Dette er på grunn av det faktum at hydrogen produsert ved Zn-elektroden trenger inn i karbonelektroden og reagerer på katalysatoren. Ved å redusere mengden PTFE i Zn-elektroden økes produksjonen av hydrogen fra Zn-elektroden. Som kan sees i figur 9 øker den diffusjonsbegrensede hydrogenoksi-dasjonsreaksjonen på karbonelektroden med økt hydrogenproduksjon.
Dette eksempelet viser tydelig at hydrogen produsert gjennom uønsket korrosjon
av metaller så som Al, Mg, Zn og Fe kan utnyttes i et separat karbonlag med elektrokatalysator. Bruken av et katalysatorlag gir den fordelen at den elektriske ener-gieffektiviteten til det energitette metallet økes. På denne måten minimeres energitapet forårsaket av oppløsning av metallet.
Eksempel 3
I dette eksempelet er det vist at hydrogen produsert ved korrosjon av metaller kan lagres i hydrogenlagringsmetaller og reagere på overflaten av lagringsmetallene. Elektroder ble laget av metallpulvere av Al, Fe, Zn eller Mg, karbon med eller uten katalysator samt PTFE. En nikkel-legering med hydrogenlagringsevne var anbrakt på metallpulverne. Dette ble gjort ved enten elektrokjemisk eller elektrofri avsetning av Ni/P. Pulverne ble agglomerert og kalandrert som beskrevet ovenfor.
Figur 10 viser oksidasjon av hydrogen ved en overspenning på +100 mV i 6.6 M KOH på en elektrode ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen som inneholder en Ni/P-legering avsatt på Al og en poredanner av karbon. Korrosjon av Al produserer hydrogen. Dette hydrogenet ble absorbert i legeringen. Gjennom anodisk polarisasjon reagerer det absorberte hydrogenet på overflaten. Strømmen
øker når ytterligere hydrogen fra korrosjon av en Al-plate blir koplet til elektroden. I figur 10 er strømtettheten, i [A/cm<2>], ved en anodisk overspenning på 100 mV vist som funksjon av tiden T[s]. Strømmålingene er gjort etter at korrosjon har løst opp all aluminium. Den laveste strømtetthetskurven viser oksidasjon av hydrogen som har blitt lagret i Ni/P-legeringen under oppløsning av aluminium. Den høyeste
strømtetthetskurven viser oksidasjon av hydrogen når et ytterligere lag av Al løses opp og hydrogen trenger inn i elektroden og reagerer med den katalytiske overflaten til Ni/P-legeringen.
Dette eksempelet viser at hydrogen fra korrosjon av metaller kan lagres i en hyd-rogenlagrende legering under oppløsning av metallet og, at ved anodiske over-spenninger vil dette hydrogenet reagere på overflaten av lagringslegeringen. På denne måten kan tapet av elektrisk energikapasitet forårsaket av oppløsning av det energitette metallet minimeres ved å lagre energi som hydrogen i metallhydrider. Dette hydrogenet kan effektivt bli omdannet til elektrisk energi ved hjelp av katalysatorer for hydrogenreaksjonen.

Claims (33)

1. Elektrode til bruk i en celle for å omdanne kjemisk energi til elektrisk energi, karakterisert ved at nevnte elektrode omfatter et hydrogenlagringsmateriale og et metall med høy energitetthet som er innrettet til å tjene som en hydrogenkilde for hydrogenlagringsmaterialet.
2. Elektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at metallet med høy energitetthet er minst én av Al, Zn, Mg og Fe.
3. Elektrode ifølge krav 2, karakterisert ved at metallet med høy energitetthet er blandet med PTFE.
4. Elektrode ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at metallet med høy energitetthet er blandet med grafitt.
5. Elektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at hydrogenlagringsmaterialet er en legering.
6. Elektrode ifølge krav 1 eller 5, karakterisert ved at hydrogenlagringsmaterialet er blandet med PTFE.
7. Elektrode ifølge krav 1, 5 eller 6, karakterisert ved at hydrogenlagringsmaterialet er blandet med karbon.
8. Elektrode ifølge ett av kravene 1, 5-7, karakterisert ved at hydrogenlagringsmaterialet er et metallhydrid valgt fra en gruppe bestående av AB5, AB2, AB og A2B, der A er et jordalkaliemetall, overgangsmetall, et sjeldent jordmetall eller aktinid og B er mangan eller et overgangsmetall fra jem-gruppen.
9. Elektrode ifølge ett av kravene 1, 5-7, karakterisert ved at hydrogenlagringsmaterialet er et metallhydrid valgt fra en gruppe bestående av AB5, AB2, AB, A2B, der: AB5 har en heksagonal eller ortorombisk struktur og er LaNi5 eller MmNi5, der Mm er en kombinasjon av lantan og andre sjeldne jordmetaller; AB2 er ZnMn2 med en "Laves"-fase struktur; AB er TiFe med en CsCI-struktur; og A2B er T^Ni med en sammensatt struktur.
10. Elektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at elektroden videre omfatter en hydrogen-elektrokatalysator.
11. Elektrode ifølge krav 10, karakterisert ved at hydrogen-elektrokatalysatoren er hvilken som helst av et edelmetall, nikkel (Ni), jern (Fe), krom (Cr) og en legering som omfatter minst ett av disse metallene.
12. Elektrode ifølge krav 11, karakterisert ved at hydrogen-elektrokatalysatoren er et rent pulver anordnet på et støttemateriale med stor overflate, f.eks. aktivert karbon eller grafitt.
13. Elektrode ifølge krav 5, karakterisert ved at metallet med høy energitetthet og hydrogenlagringslegeringen danner ett lag.
14. Elektrode ifølge krav 10, karakterisert ved at metallet med høy energitetthet, hydrogenlagringsmaterialet og elektrokatalysatoren danner ett lag.
15. Elektrode ifølge krav 5, karakterisert ved at metallet med høy energitetthet danner et første lag og hydrogenlagringslegeringen danner et andre lag.
16. Elektrode ifølge krav 10, karakterisert ved at metallet med høy energitetthet og elektrokatalysatoren danner et første lag og hydrogenlagringsmaterialet danner et andre lag.
17. Elektrode ifølge krav 10, karakterisert ved at metallet med høy energitetthet danner et første lag, hydrogenlagringsmaterialet danner et andre lag og elektrokatalysatoren danner et tredje lag.
18. Elektrode ifølge ett av kravene 13-17, karakterisert ved at en maskestrømsamler er presset eller kalandrert inn i ett av lagene.
19. Elektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at metallet med høy energitetthet er laget fra en massiv plate, pellets eller pulver.
20. Elektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at metallet med høy energitetthet er blandet med PTFE.
21. Elektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at hydrogenlagringsmaterialet er laget fra en massiv plate, pellets eller pulver blandet med hvilke som helst av PTFE og grafitt.
22. Elektrode ifølge krav 1, karakterisert ved et energibærerlag, et katalysatorlag, et absorpsjonslag og hvilke som helst av en maskestrømsamler og en mekanisk støtte.
23. Fremgangsmåte for fremstilling av elektrode ifølge kravene 1-22, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter det å: sintre eller binde minst én av et pulver av et metall med høy energitetthet og en hydrogenlagringslegering i minst ett tynt lag, og kalandrere eller presse nevnte minst ene lag for å danne elektroden.
24. Fremgangsmåte ifølge krav 23, karakterisert ved at porøsiteten reguleres ved å anvende PTFE som bindemateriale.
25. Fremgangsmåte ifølge krav 23, karakterisert ved at kontakten mellom partiklene økes ved å legge til karbon.
26. Fremgangsmåte ifølge krav 23, karakterisert ved at en strømsamler presses eller kalandreres inn i nevnte minst ene lag.
27. Metall/luft-brenselcelle som omfatter en anode-elektrode ifølge krav 1.
28. Metallhydrid-battericelle som omfatter en anode-elektrode ifølge krav 1.
29. Anvendelse av elektrode ifølge krav 1 som anodeelektrode i metall/luft-brenselceller for å hindre korrosjon i metall/luft-brenselceller.
30. Anvendelse av en elektrode ifølge krav 1 som anode-elektrode i Ni/metallhydrid-batterier for å tilveiebringe selvlading i Ni/metallhydrid-batterier.
31. Anvendelse av en elektrode ifølge krav 1 som anode-elektrode i Ni/metallhydrid-batterier for å øke energikapasiteten til Ni/metallhydrid-batterier.
32. Anvendelse av en elektrode ifølge krav 1 som anode-elektrode i Ni/metallhydrid-batterier for å øke maksimaleffekten til Ni/metallhydrid-batterier.
33. Anvendelse av en elektrode ifølge krav 1 som anode-elektrode i Ni/metallhydrid-batterier for å hindre korrosjon av metallhydridet i Ni/metallhydrid-batterier ved å tilveiebringe en galvanisk kopling mellom atskilte lag som henholdsvis inneholder metallet med høy energitetthet og metallhydridet.
NO20034702A 2003-10-21 2003-10-21 Elektrode, fremgangsmate for fremstilling derav, metall/luft-brenselcelle og metallhydrid-battericelle NO325620B1 (no)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20034702A NO325620B1 (no) 2003-10-21 2003-10-21 Elektrode, fremgangsmate for fremstilling derav, metall/luft-brenselcelle og metallhydrid-battericelle
US10/595,470 US20070077491A1 (en) 2003-10-21 2004-10-21 Electrode, method of its production, metal-air fuel cell and metal hydride cell
PCT/NO2004/000321 WO2005038967A1 (en) 2003-10-21 2004-10-21 Electrode, method of its production, metal-air fuel cell and metal hydride cell
EA200600812A EA011752B1 (ru) 2003-10-21 2004-10-21 Электрод, способ его изготовления, металловоздушный топливный элемент и металлогидридный элемент
JP2006536472A JP2007509480A (ja) 2003-10-21 2004-10-21 電極、その製造方法、金属／空気燃料セルおよび金属水素化物セル
CNB2004800310411A CN100508257C (zh) 2003-10-21 2004-10-21 电极、其制造方法、金属-空气燃料电池和金属氢化物电池
CA002543171A CA2543171A1 (en) 2003-10-21 2004-10-21 Electrode, method of its production, metal-air fuel cell and metal hydride cell
EP04775091A EP1678770A1 (en) 2003-10-21 2004-10-21 Electrode, method of its production, metal-air fuel cell and metal hydride cell
KR1020067009878A KR20070004537A (ko) 2003-10-21 2004-10-21 전극, 그 제조방법, 금속공기 연료전지 및 금속 수소화물전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20034702A NO325620B1 (no) 2003-10-21 2003-10-21 Elektrode, fremgangsmate for fremstilling derav, metall/luft-brenselcelle og metallhydrid-battericelle

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO20034702D0 NO20034702D0 (no) 2003-10-21
NO20034702L NO20034702L (no) 2005-04-22
NO325620B1 true NO325620B1 (no) 2008-06-30

Family

ID=29775102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20034702A NO325620B1 (no) 2003-10-21 2003-10-21 Elektrode, fremgangsmate for fremstilling derav, metall/luft-brenselcelle og metallhydrid-battericelle

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20070077491A1 (no)
EP (1) EP1678770A1 (no)
JP (1) JP2007509480A (no)
KR (1) KR20070004537A (no)
CN (1) CN100508257C (no)
CA (1) CA2543171A1 (no)
EA (1) EA011752B1 (no)
NO (1) NO325620B1 (no)
WO (1) WO2005038967A1 (no)

Families Citing this family (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8221610B2 (en) 2003-10-10 2012-07-17 Ohio University Electrochemical method for providing hydrogen using ammonia and ethanol
US8216956B2 (en) 2003-10-10 2012-07-10 Ohio University Layered electrocatalyst for oxidation of ammonia and ethanol
US8216437B2 (en) 2003-10-10 2012-07-10 Ohio University Electrochemical cell for oxidation of ammonia and ethanol
EP1715536A3 (en) 2005-04-20 2007-10-10 ReVolt Technology AS Zinc electrode comprising an organic gelling agent and an organic binder.
EP1889317B1 (en) * 2005-05-06 2017-09-06 Ohio University Electrocatalysts and additives for the oxidation of solid fuels
JP2009515036A (ja) * 2005-10-14 2009-04-09 オハイオ ユニバーシティ アルカリ媒体中におけるアンモニア及びエタノールを酸化するためのカーボンファイバー電極触媒、ならびに水素生成、燃料電池および精製プロセスへのその適用
EP1796200A1 (en) * 2005-12-06 2007-06-13 ReVolt Technology AS Bifunctional air electrode
WO2007065899A1 (en) * 2005-12-06 2007-06-14 Revolt Technology Ltd Bifunctional air electrode
EP2036157A1 (en) * 2006-06-12 2009-03-18 ReVolt Technology Ltd Metal-air battery or fuel cell
EP1876252A1 (en) * 2006-07-07 2008-01-09 Advanced Chemical Technologies for Sustainability Process for preparing composites comprising carbon and magnesium for hydrogen storage
US9780394B2 (en) 2006-12-21 2017-10-03 Arizona Board Of Regents For And On Behalf Of Arizona State University Fuel cell with transport flow across gap
CN100454626C (zh) * 2007-02-07 2009-01-21 施建 改性铝、镁合金燃料电池的阳极催化电极及其制作方法
US8168337B2 (en) * 2008-04-04 2012-05-01 Arizona Board Of Regents For And On Behalf Of Arizona State University Electrochemical cell, and particularly a metal fueled cell with non-parallel flow
US8309259B2 (en) 2008-05-19 2012-11-13 Arizona Board Of Regents For And On Behalf Of Arizona State University Electrochemical cell, and particularly a cell with electrodeposited fuel
KR100905939B1 (ko) 2009-02-18 2009-07-06 국방과학연구소 금속연료전지시스템
US20110033769A1 (en) * 2009-08-10 2011-02-10 Kevin Huang Electrical Storage Device Including Oxide-ion Battery Cell Bank and Module Configurations
IN2012DN01924A (no) * 2009-09-18 2015-07-24 Fluidic Inc
DE102010047572A1 (de) * 2009-10-07 2011-05-19 Chemetall Gmbh Hydridanoden auf Aluminiumbasis und galvanische Elemente enthaltend Hydridanoden auf Aluminiumbasis
CN102549834B (zh) * 2009-10-08 2015-03-11 流体公司 具有流管理***的可再充电金属-空气电池
CA2802532C (en) 2010-06-24 2017-06-06 Fluidic, Inc. Electrochemical cell with stepped scaffold fuel anode
WO2012008266A1 (ja) * 2010-07-15 2012-01-19 コニカミノルタホールディングス株式会社 燃料電池
EP3386011B1 (en) * 2010-07-22 2023-02-15 University Of Southern California Iron-air rechargeable battery
CN102403525B (zh) 2010-09-16 2016-02-03 流体公司 具有渐进析氧电极/燃料电极的电化学电池***
EP2966722B1 (en) 2010-10-20 2018-08-29 Fluidic, Inc. Battery resetting process for scaffold fuel electrode
JP5908251B2 (ja) 2010-11-17 2016-04-26 フルイディック，インク．Ｆｌｕｉｄｉｃ，Ｉｎｃ． 階層型アノードのマルチモード充電
US9054366B2 (en) 2010-11-24 2015-06-09 Siemens Aktiengesellschaft Electrical energy storage device
US20120129058A1 (en) 2010-11-24 2012-05-24 Litzinger Kevin P Electrical Energy Storage Device
EP2721688B1 (en) * 2011-06-15 2018-02-28 University of Southern California High efficiency iron electrode and additives for use in rechargeable iron-based batteries
RU2487441C1 (ru) * 2011-11-07 2013-07-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") Анод химического источника тока и способ его изготовления
GB2499984B (en) * 2012-02-28 2014-08-06 Nexeon Ltd Composite particles comprising a removable filler
DE102012211474A1 (de) * 2012-07-03 2014-01-09 Siemens Aktiengesellschaft Speicherstruktur einer elektrischen Energiespeicherzelle
TWI459617B (zh) * 2012-08-28 2014-11-01 Truan Sheng Lui 鎂電極組成物
JP2015015153A (ja) * 2013-07-04 2015-01-22 積水化学工業株式会社 電極材、マグネシウム燃料電池、及び電極材の製造方法
WO2015042573A1 (en) * 2013-09-23 2015-03-26 University Of Southern California A high efficiency nickel-iron battery
CN103978219B (zh) * 2014-05-21 2016-03-23 深圳市富邦新能源技术有限公司 一种可锡焊镍导体电极及其制备方法
CN103978215B (zh) * 2014-06-03 2016-01-20 中国工程物理研究院流体物理研究所 金属氢化物电极制备方法和装置及其使用方法
CN106111997B (zh) * 2016-06-28 2018-01-19 湘潭大学 一种多孔镍合金电解析氢复合阴极材料的制备方法
MX2019000912A (es) 2016-07-22 2019-09-27 Nantenergy Inc Sistema de gestion de humedad y dioxido de carbono de celdas electroquimicas.
JP6190084B1 (ja) * 2017-03-24 2017-08-30 株式会社日本サクドリー マグネシウム粉末含有多孔質体、その製造方法、それを備えた水素水生成フィルタ及び水素水製造装置
CN107154481B (zh) * 2017-04-28 2020-05-19 内蒙古科技大学 Ni-MH电池用贮氢电极合金及其制备方法
CN110891681B (zh) * 2017-07-12 2022-11-29 国立研究开发法人科学技术振兴机构 金属间化合物、吸放氢材料、催化剂和氨的制造方法
JP6963745B2 (ja) * 2017-09-14 2021-11-10 富士電機株式会社 高Ｃｒ鋼のラーベス相検出方法
CN107958996B (zh) * 2017-12-15 2020-10-27 四川大学 铁-储氢复合负电极、镍基蓄电池及其制备方法
US11611115B2 (en) 2017-12-29 2023-03-21 Form Energy, Inc. Long life sealed alkaline secondary batteries
EP3531480A1 (de) * 2018-02-22 2019-08-28 VARTA Microbattery GmbH Elektrode, metall/luft-zelle, verfahren und schichtverbund
CN108615850B (zh) * 2018-04-20 2021-06-01 北京大学 一种用于空气电池的复合电极及其制备方法
MX2021000733A (es) 2018-07-27 2021-05-12 Form Energy Inc Electrodos negativos para celdas electroquimicas.
CN111834705B (zh) * 2019-04-22 2022-01-14 北京大学 一种空气电池
CN110085808B (zh) * 2019-04-24 2021-03-23 四川大学 一种具有电解液非接触式贮氢合金负极的镍氢电池
EP3966887A1 (en) 2019-05-10 2022-03-16 NantEnergy, Inc. Nested annular metal-air cell and systems containing same
CN114122419B (zh) * 2021-03-24 2023-12-12 包头稀土研究院 直接硼氢化钠燃料电池dbfc阳极及其制备方法
CN113745547B (zh) * 2021-09-07 2023-08-15 苏州清德氢能源科技有限公司 一种基于储氢合金电极的直接液态有机氢载体燃料电池

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58163157A (ja) * 1982-03-23 1983-09-27 Toshiba Corp 金属酸化物・水素電池
JPS6070665A (ja) * 1983-09-27 1985-04-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 水素吸蔵電極
US4551400A (en) * 1984-04-18 1985-11-05 Energy Conversion Devices, Inc. Hydrogen storage materials and methods of sizing and preparing the same for electrochemical applications
JPH05225975A (ja) * 1992-02-13 1993-09-03 Furukawa Battery Co Ltd:The 水素吸蔵合金電極
JP3365642B2 (ja) * 1992-05-21 2003-01-14 東海カーボン株式会社 ニッケル−水素化物電池の負極体
US5525444A (en) * 1994-06-27 1996-06-11 Toshiba Battery Co., Ltd. Alkaline secondary battery
EP0785716B1 (en) * 1994-10-05 2006-11-29 Immunex Corporation Cytokine designated lerk-6
GB9507012D0 (en) * 1995-04-05 1995-05-31 Johnson Matthey Plc Improved electrode
JPH0963570A (ja) * 1995-08-23 1997-03-07 Daido Steel Co Ltd 二次電池用水素吸蔵合金負極とその製造方法
US5965295A (en) * 1996-06-14 1999-10-12 Toshiba Battery Co., Ltd. Alkaline secondary battery, paste type positive electrode for alkaline secondary battery, method for manufacturing alkaline secondary battery
JPH1012226A (ja) * 1996-06-20 1998-01-16 Sanyo Electric Co Ltd 水素吸蔵合金電極及びその作製方法
JP3191752B2 (ja) * 1996-12-26 2001-07-23 松下電器産業株式会社 ニッケル−水素二次電池およびその電極の製造方法
JP3469754B2 (ja) * 1997-09-30 2003-11-25 三洋電機株式会社 水素吸蔵合金電極
JPH11111278A (ja) * 1997-10-08 1999-04-23 Furukawa Battery Co Ltd:The 二次電池用電極およびニッケル・金属水素二次電池
JPH11185745A (ja) * 1997-12-25 1999-07-09 Toyota Autom Loom Works Ltd 水素吸蔵混合粉末及びその製造方法
US6753108B1 (en) * 1998-02-24 2004-06-22 Superior Micropowders, Llc Energy devices and methods for the fabrication of energy devices
US6258482B1 (en) * 1998-05-19 2001-07-10 Sanyo Electric Co., Ltd. Hydrogen storage alloy electrode and method for fabrication thereof
US6461766B1 (en) * 1998-08-27 2002-10-08 Ovonic Battery Company, Inc. Hydrogen storage powder and process for preparing the same
US6492056B1 (en) * 2000-03-13 2002-12-10 Energy Conversion Devices, Inc. Catalytic hydrogen storage composite material and fuel cell employing same
US6613471B2 (en) * 2000-03-13 2003-09-02 Energy Conversion Devices, Inc. Active material for fuel cell anodes incorporating an additive for precharging/activation thereof
US6447942B1 (en) * 2000-03-13 2002-09-10 Energy Conversion Devices, Inc. Alkaline fuel cell
US6620539B2 (en) * 2000-03-13 2003-09-16 Energy Conversion Devices, Inc. Fuel cell cathodes and their fuel cells
DE10038789A1 (de) * 2000-08-09 2002-02-21 Nbt Gmbh Ni/Metallhydrid-Sekundärelement
US6503658B1 (en) * 2001-07-11 2003-01-07 Electro Energy, Inc. Bipolar electrochemical battery of stacked wafer cells
US6616891B1 (en) * 2002-09-18 2003-09-09 Energy Conversion Devices, Inc. High capacity transition metal based hydrogen storage materials for the reversible storage of hydrogen

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005038967A1 (en) 2005-04-28
CN100508257C (zh) 2009-07-01
NO20034702D0 (no) 2003-10-21
CA2543171A1 (en) 2005-04-28
KR20070004537A (ko) 2007-01-09
EA011752B1 (ru) 2009-06-30
NO20034702L (no) 2005-04-22
JP2007509480A (ja) 2007-04-12
EA200600812A1 (ru) 2006-10-27
US20070077491A1 (en) 2007-04-05
EP1678770A1 (en) 2006-07-12
CN1871728A (zh) 2006-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO325620B1 (no) Elektrode, fremgangsmate for fremstilling derav, metall/luft-brenselcelle og metallhydrid-battericelle
Feng et al. Electrochemical behaviour of intermetallic-based metal hydrides used in Ni/metal hydride (MH) batteries: a review
US6613471B2 (en) Active material for fuel cell anodes incorporating an additive for precharging/activation thereof
CA2402713C (en) Finely divided metal catalyst and method for making same
US9209445B2 (en) Nickel-metal hydride/hydrogen hybrid battery using alkali ion conducting separator
JP2007509480A5 (no)
US7282294B2 (en) Hydrogen storage-based rechargeable fuel cell system and method
Zhang et al. An overview of non-noble metal electrocatalysts and their associated air cathodes for Mg-air batteries
US7435492B2 (en) Hybrid fuel cell
WO2005094410A2 (en) Integrated hybrid electrochemical device
JP2004523072A (ja) 新規な燃料電池正極、並びにそれを用いた燃料電池
US20070141464A1 (en) Porous metal hydride electrode
US7311991B2 (en) Hydrogen storage-based electrochemical system and method of preparation
US20050031921A1 (en) Hybrid fuel cell
US7008706B2 (en) Drive system incorporating a hybrid fuel cell
US6703156B2 (en) Fuel cell cathode utilizing multiple redox couples
US20040248005A1 (en) Negative electrodes including highly active, high surface area hydrogen storage material for use in electrochemical cells
Arya et al. Nickel‐metal hydride (Ni‐MH) batteries
US6777125B2 (en) Fuel cell cathode with redox couple
WO2015160751A1 (en) Shared electrode hybrid battery-fuel cell system
US20060078764A1 (en) Dissolved fuel alkaline fuel cell
Devi Renuka et al. Unitized regenerative fuel cells: future of renewable energy research
US20150295290A1 (en) Shared electrode hybrid battery-fuel cell system
WO2012106468A2 (en) Nickel-metal hydride/hydrogen hybrid battery using alkali ion conducting separator

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Lapsed by not paying the annual fees