Nikkel-metallhüdriidpatareid, millel on võimsad elektroodid ja madala takistusega elektroodide ühendused. Nikkel-metallhüdriidpatareid, millel on võimsad elektroodid ja madala takistusega elektroodühendused Metall-vesisüsteemide rakendusnäited

mustad kristallid Molaarmass 60,71 g/mol Andmed põhinevad standardtingimustel (25 °C, 100 kPa), kui pole märgitud teisiti.

Nikkelhüdriid- nikkelmetalli ja vesiniku binaarne anorgaaniline ühend valemiga NiH 2, mustad kristallid, reageerib veega.

Kviitung

• Vesiniku toime difenüülniklile:

$\backslash mathsf(Ni(C\_6H\_5)\_2\; +\; 2H\_2\; \backslash \; \backslash xparemnool()\backslash \; NiH\_2\; +\; 2C\_6H\_6\; )$

Füüsikalised omadused

Nikkelhüdriid moodustab musti kristalle, mis on eetrilahuses stabiilsed.

Keemilised omadused

• Laguneb kergel kuumutamisel:

$\backslash mathsf(NiH\_2\; \backslash \; \backslash xrightarrow(0^oC)\backslash \; Ni\; +\; H\_2\; )$

• Reageerib veega:

$\backslash mathsf(NiH\_2\; +\; 2H\_2O\; \backslash \; \backslash xparemnool()\backslash \; Ni(OH)\_2\; +\; 2H\_2\; )$

Rakendus

• Hüdrogeenimisreaktsioonide katalüsaator.

Kirjutage ülevaade artiklist "Nikkelhüdriid"

Kirjandus

• Chemical Encyclopedia / Toim.: Knunyants I.L. ja teised - M .: Nõukogude entsüklopeedia, 1992. - T. 3. - 639 lk. - ISBN 5-82270-039-8.
• Ripan R., Chetyanu I. Anorgaaniline keemia. Metallide keemia. - M .: Mir, 1972. - T. 2. - 871 lk.

See anorgaanilist ainet käsitlev artikkel on tühine. Saate projekti aidata, lisades sellele.

Nikkelhüdriidi iseloomustav katkend

Kodu poolel...
Žerkov puudutas kannustega hobust, mis kolm korda erutudes, jalaga, teadmata, kust alustada, hakkama sai ja galoppis, möödudes seltskonnast ja jõudes vankrile järele, samuti lauluga õigel ajal.

Ülevaatelt naastes läks Kutuzov Austria kindrali saatel oma kabinetti ja käskis adjutandile helistades anda endale mõned paberid saabuvate vägede seisukorra kohta ning kirjad, mis saadi ertshertsog Ferdinandilt, kes juhatas esiarmeed. . Vürst Andrei Bolkonsky astus nõutavate paberitega ülemjuhataja kabinetti. Lauale pandud plaani ees istus Kutuzov ja Hofkriegsrati austerlasest liige.
"Ah ..." ütles Kutuzov Bolkonskile tagasi vaadates, nagu kutsuks see adjutandi ootama kutsuv sõna ja jätkas prantsuse keeles alanud vestlust.
"Ma ütlen ainult üht, kindral," ütles Kutuzov meeldiva ilme ja intonatsiooni elegantsiga, sundides kuulama iga rahulikult öeldud sõna. Oli näha, et Kutuzov kuulas end mõnuga. - Ma ütlen ainult üht, kindral, et kui asi sõltuks minu isiklikust soovist, oleks Tema Majesteedi keiser Franzi tahe juba ammu täidetud. Ma oleksin ammu liitunud ertshertsogiga. Ja uskuge mu au, et mulle isiklikult oleks rõõm anda armee kõrgem juhtimine minust rohkem üle teadlikule ja osavale kindralile, nagu Austria, ja kogu selle raske vastutuse panemine mulle isiklikult oleks rõõm. . Kuid asjaolud on meist tugevamad, kindral.
Ja Kutuzov naeratas sellise ilmega, nagu oleks ta öelnud: "Teil on täielik õigus mind mitte uskuda ja isegi mind ei huvita, kas sa usud mind või mitte, aga sul pole põhjust seda mulle öelda. Ja see on kogu mõte."
Austria kindral näis olevat rahulolematu, kuid ei osanud Kutuzovile sama tooniga vastata.
„Vastupidi,” ütles ta pahural ja vihasel toonil, nii vastupidiselt öeldud sõnade meelitavale tähendusele, „vastupidi, Tema Majesteet hindab kõrgelt teie Ekstsellentsi osalemist ühises asjas; kuid usume, et tõeline aeglustumine jätab kuulsusrikkad Vene väed ja nende komandörid ilma nendest loorberitest, mida nad on harjunud lahingus lõikama, ”lõpetas ta ilmselt ettevalmistatud fraasi.
Kutuzov kummardus naeratust muutmata.
- Ja ma olen nii veendunud ja viimase kirja põhjal, mille Tema Kõrgus ertshertsog Ferdinand mind austas, eeldan, et Austria väed sellise osava abilise nagu kindral Macki juhtimisel on nüüd juba saavutanud otsustava võidu ega ole enam. vajame meie abi," ütles Kutuzov.
Kindral kortsutas kulmu. Kuigi austerlaste lüüasaamisest positiivseid uudiseid polnud, oli liiga palju asjaolusid, mis kinnitasid üldisi ebasoodsaid kuulujutte; ja seetõttu oli Kutuzovi oletus austerlaste võidu kohta väga sarnane mõnitamisega. Kuid Kutuzov naeratas tasaselt, ikka sama ilmega, mis ütles, et tal on õigus seda eeldada. Tõepoolest, viimane kiri, mille ta Macki armeelt sai, andis talle teada võidust ja armee kõige soodsamast strateegilisest positsioonist.
"Andke mulle see kiri siia," ütles Kutuzov prints Andrei poole pöördudes. - Siin sa oled, kui tahad seda näha. - Ja Kutuzov, pilkavalt naeratus huultel, luges järgmise lõigu ertshertsog Ferdinandi kirjast Saksa-Austria kindralilt: “Wir haben vollkommen zusammengehaltene Krafte, nahe an 70 000 Mann, um den Feind, wenn er den Lech passirte, angreifen und schlagen zu konnen. Wir konnen, da wir Meister von Ulm sind, den Vortheil, auch von beiden Uferien der Donau Meister zu bleiben, nicht verlieren; mithin auch jeden Augenblick, wenn der Feind den Lech nicht passirte, die Donau ubersetzen, uns auf seine Communikations Linie werfen, die Donau unterhalb repassiren und dem Feinde, wenn er sich gegen unsere treue Abballichtlien, sere ganzero verelliten. Wir werden auf solche Weise den Zeitpunkt, wo die Kaiserlich Ruseische Armee ausgerustet sein wird, muthig entgegenharren, und sodann leicht gemeinschaftlich die Moglichkeit finden, dem Feinde das Schicksal zuzubereiten, so er [Meil on täielikult kontsentreeritud jõud, umbes 70 000 inimest, et saaksime rünnata ja võita vaenlast, kui ta ületab Lechi. Kuna meile juba kuulub Ulm, saame säilitada Doonau mõlema kalda juhtimise eelise, seega iga minut, kui vaenlane ei ületa Lechi, ületa Doonau, torma oma sideliinile, ületa Doonau madalamale ja vaenlane. , kui ta otsustab pöörata kogu oma jõu meie ustavate liitlaste poole, et takistada oma kavatsuse täitumist. Seega jääme rõõmsalt ootama aega, mil keiserlik Vene armee on täielikult valmis, ja siis leiame koos hõlpsasti võimaluse vaenlast ette valmistada saatuseks, mida ta väärib.
Kutuzov ohkas raskelt, olles selle perioodi lõpetanud, ning vaatas ettevaatlikult ja hellalt Hofkriegsrati liiget.
"Aga teate, teie Ekstsellents, halvima eeldamise tark reegel," ütles Austria kindral, soovides ilmselt naljadele lõpu teha ja asja kallale asuda.

Nikkelhüdriid

NiH (g). Gaasilise nikkelhüdriidi termodünaamilised omadused standardolekus temperatuuril 100–6000 K on toodud tabelis. NIH.

Uuriti NiH ja NiD molekulide IR-spektrit madala temperatuuriga maatriksis [78WRI/BAT, 97LI/VAN]. Molekulide põhisagedused Ne, Ar, Kr maatriksites, samuti üleminekud X 2 2 ∆ 3/2 - X 1 2 Δ 5/2 (vastavalt 928 ja 916 cm -1 Ar ja Kr) ja 2 Π 3/2 - X 1 2 Δ 5/2 (2560cm -1 in Ar). Uuritud on NiH ja NiD molekulide vibratsiooni-rotatsiooni [ 88NEL/BAC, 89LIP/SIM ] ja rotatsiooni [ 88BEA/EVE, 90STE/NAC ] spektreid. Saadi NiH- ja NiD- [87STE/FEI] fotoelektronspekter. Spektrit tõlgendatakse kui üleminekuid aniooni põhiolekust maapinnale ja neutraalse molekuli mitmeid ergastatud olekuid: X 2 Δ, B 2 Π, A 2 Σ ja olekuid energiaga 7400 ja 11600 cm -1, mis on loetakse 4D-ks ja kattuvad 4P-ks ja 4S-ks, mida ennustati [82BLO/SIE].

NiH elektroonilist struktuuri kirjeldavad mitmed abinitio arvutused [82BLO/SIE, 86CHO/WAL, 86ROH/HAY, 90HAB, 90MAR]. Arvutused [ 90HAB, 82BLO/SIE, 86CHO/WAL ], samuti dipoolmomendi [ 85GRA/RIC ] uurimine näitasid, et side NiH molekuli põhiseisundis X 2 Δ tekib peamiselt asümptoodist 3d 9 4s väikese tähemärgi 3 seguga d 8 4s 2. Enamik arvutusi on pühendatud kolme oleku X 2 Δ, A 2 Σ, B 2 Π uurimisele, mis moodustuvad vastavalt uusimale tõlgendusele (Ni + 3 d 9 2 D)-supermultipletid [ 82BLO/SIE, 86ROH/HAY, 90MAR, 91GRA/LI2 ] ja on katseandmetega hästi kooskõlas. [82BLO/SIE] arvutamine vastavalt eksperimentaalsele uuringule [91KAD/SCU] näitas, et energiavahemikus üle 5000 kuni ~ 32000 cm-1 on superkonfiguratsiooni olekud. d 8 σ 2 σ * (σ ja σ * - molekulaarorbitaalid, mis moodustuvad 1-st s aatom H ja 4 s Ni aatom). Energiavahemikus 32000 cm -1 kuni 40000 cm -1 annab arvutus [ 82BLO/SIE ] superkonfiguratsiooni kuuluvad olekud (kogu statistilise kaaluga p=20). d 9 σσ * . Eksperimentaalselt vaadeldud olekud kaasati termodünaamiliste funktsioonide arvutamisse X 2 Δ, AGA 2 Σ, B 2 a. Üle 5000 cm -1 olevate olekute energiad on võetud arvutusandmetest [ 82BLO/SIE ], võttes arvesse, et arvutus annab 2000 - 3000 cm -1 võrra alahinnatud energiad ning kõigi ergastatud olekute statistilised kaalud on grupeeritud fikseeritud väärtustesse. energiad. Dissotsiatsioonienergiast kõrgemal energiatasemel vähendati [82BLO/SIE] andmete põhjal hinnatud statistilist kaalu poole võrra, eeldades, et ainult pooled olekud on stabiilsed. Eeldatakse, et hinnanguliste olekute energiate viga on 10%.

Maapinna X 2 Δ oleku vibratsioonikonstandid arvutatakse [90KAD/SCU] leitud ΔG 1/2 ja ΔG 3/2 väärtuste põhjal, mis põhinevad üleminekutega seotud ribade pöörlemisstruktuuri analüüsil. X 2 Δ 5/2 (v = 0, 1 ja 2).

Pöörlemiskonstandid põhiseisundis arvutatakse väärtustest B 0 ja D 0 [ 87KAD/LOE ], määratud Hilli ja Van Vlecki valemiga dubleti olekute jaoks olekuterminite töötlemisel X 2 Δ (v = 0, J < 12.5), и постоянной α, полученной в работе [ 88NEL/BAC ] в результате анализа колебательно-вращательного спектра. Принятые значения хорошо согласуются с приведенными в [ 84ХЬЮ/ГЕР ]. Небольшое различие с результатами последних работ [ 88NEL/BAC, 91GRA/LI2 ] связано с различными методами обработки данных.

Molekulaarkonstandid olekutes A 2 S ja B 2 P võeti [91GRA/LI2] andmetest, kus need saadi kõigi katseandmete ühisel töötlemisel oleku moodustavate olekute vibratsiooni-pöörlemistasandite kohta. (Ni + 3d 9 2 D)-supermultiplet [ 88NEL/BAC, 90KAD/SCU, 91KAD/SCU, 90HIL/FIE].

NiH(g) termodünaamilised funktsioonid arvutati võrrandite (1.3) - (1.6), (1.9), (1.10), (1.93) - (1.95) abil. Q väärtused ja selle tuletised arvutati võrrandite (1.90) - (1.92) järgi, võttes arvesse üksteist ergastatud olekut (X 2 Δ ja В 2 P olekute Ω-komponente käsitleti juhtumi eraldi olekutena Koos Gunda) eeldusel, et K nr.vr ( i) = (pi/p X)K nr.vr ( X) . Riigi vibratsiooni-pöörlemisfunktsioon X 2 D 5/2 ja selle tuletised arvutati võrrandite (1,70) - (1,75) abil energiatasemete otsese liitmise teel. Arvutustes võeti arvesse kõiki energiatasemeid koos väärtustega J < J max ,v , kus J max ,v leiti tingimustest (1.81) . Vibratsiooni-rotatsiooni olekutasemed X 2 D 5/2 arvutati võrrandite (1.65) , (1.41) , koefitsientide abil Y kl nendes võrrandites arvutati, kasutades seoseid (1,66) nikli isotoopide looduslikule segule vastava isotoopide modifikatsiooni jaoks tabelis Ni.7 toodud molekulaarkonstantidest 58 Ni 1 H. Koefitsiendi väärtused Y kl , samuti kogused v max ja J lim on toodud tabelis Ni.8.

Peamised vead NiH(g) arvutatud termodünaamilistes funktsioonides temperatuuridel 1000–6000 K tulenevad põhikonstantide veast. Temperatuuridel üle 3000 K muutuvad vead märgatavaks ergastatud elektrooniliste olekute energiate ebakindluse tõttu. Vead Φº( T) kell T= 298,15, 1000, 3000 ja 6000 K on hinnanguliselt vastavalt 0,02, 0,06, 0,2 ja 0,6 J × K -1 × mol -1.

NiH (g) termodünaamilised funktsioonid arvutati varem, võtmata arvesse ergastatud olekuid kuni 5000 K [74SCH], enne 2000. aastat Kuni [76MAH/PAN] ja kuni 1000 K[ 81XAR/KRA ]) jäiga rotaator-harmoonilise ostsillaatori lähenduses. Sellega seoses arvutatud funktsioone ei võrrelda.

Reaktsiooni NiH(g) = Ni(g) + H(g) tasakaalukonstant arvutatakse väärtusest:

D° 0 (NiH) = 254 ± 8 kJ × mol -1 = 21300 ± 700 cm.

Väärtus võeti Kanti ja Kuu massispektromeetriliste mõõtmiste tulemuste põhjal (Ni(g) + 0,5H 2 (g) = NiH(g), 1602-1852K, 21 mõõtmist, D r H° (0) = -38,1 ± 8 kJ× mol -1 (termodünaamika III seadus) [79KAN/MOO]). Viga on seotud ionisatsiooni ristlõigete ebatäpsusega ja NiH termodünaamiliste funktsioonide ebatäpsusega (umbes 5-6 kJ × mol -1 kummagi tõttu). Töötlemine II seaduse alusel viib väärtuseni D° 0 (NiH) = 254 ± 20 kJ × mol -1.

Olemasolevad spektraalandmed ei võimalda meil dissotsiatsioonienergiat usaldusväärselt hinnata vibratsioonitasemete ekstrapoleerimise teel: NiH puhul täheldati ainult 3 põhiseisundi taset. X 2 D 5/2 olekut, NiD - 2 tasemete jaoks (tasemete arvu ligikaudne hinnang: N = w e / w e x e / 2 = 2003 / 2 / 37 = 27). Lineaarse ekstrapoleerimise tulemuseks on väärtus D° 0 = 26100 cm. NiH spektris algab laienemine J ~ 12,5 ja J ~ 11,5 vastavalt alamribades 0-0 2 D 5/2 - X 2 D 5/2 ja 2 D 3/2 - X 2 D 3/2 1:0 J ~ 9,5). Autorid usuvad, et see on tingitud rotatsioonist tingitud eeldissotsiatsioonist. Nende järgi on vastava piiri E energia< 26000 см -1 . Состояние С 2 D является третьим состоянием такой симметрии и может коррелировать только с третьим пределом диссоциации Ni(1 D) + H(2 S), что дает верхнюю границу для энергии диссоциации, равную ~ 26000-3400 = 22600 см -1 . С другой стороны начальные линии нормальные, что позволяет предположить, что уровень v = 0 NiH лежит ниже предела диссоциации и принять T 0 (2 D 5/2 - X 2 D 5/2) = 20360 cm -1 üle vastava piiri alumisest piirist. Siit saame 20360< D° 0 < 22600 см ‑1 . Теоретические вычисления приводят к величинам энергии диссоциации, заключенным в интервале 220 - 265 кДж× моль ‑1 [ 82BLO/SIE, 86CHO/WAL, 90HAB ].

Aktsepteeritud dissotsiatsioonienergia vastab väärtustele:

D f H° (NiH, g, 0) = 383,996 ± 8,2 kJ × mol-1.

D f H° (NiH, g, 298,15) = 383,736 ± 8,2 kJ × mol-1.

Nikkelhüdriid kirjeldab sulamit, mis on valmistatud nikli ja vesiniku kombineerimisel. Nikkelhüdriidi vesiniku sisaldus on kuni 0,002 massiprotsenti.

Vesinik toimib kõvendajana, takistades nikli aatomi kristallvõre dislokatsioonidel üksteisest mööda libisemast. Vesinikusulami tootmise koguse ja selle esinemise vormi muutmine nikkelhüdriidis (kiirendatud faas) kontrollib saadud nikkelhüdriidi omadusi, nagu kõvadus, plastilisus ja tõmbetugevus. Kõrge vesiniku nikkelhüdriidi saab muuta kõvemaks ja tugevamaks kui nikkel, kuid selline nikkelhüdriid on ka vähem tempermalmist kui nikkel. Plastsuse kadu on tingitud pragudest, mis toetavad teravaid punkte, mis on tingitud elastse deformatsiooni pärssimisest vesiniku toimel, ja tühimikest, mis tekivad pinge all hüdriidi lagunemise tõttu. Kõrgetel temperatuuridel turbiinides kasutatava nikli puhul võib vesiniku rabestumine olla probleemiks.

Nikkelhüdriidi moodustavate kontsentratsioonide kitsas vahemikus võivad vesiniku ja nikli segud moodustada vaid üksikuid väga erinevate omadustega struktuure. Selliste omaduste mõistmine on kvaliteetse nikkelhüdriidi loomiseks oluline. Toatemperatuuril on nikli kõige stabiilsem vorm näokeskne kuubikujuline (FCC) α-nikli struktuur. See on üsna pehme metallmaterjal, mis suudab lahustada ainult väga väikese kontsentratsiooni vesinikku, mitte rohkem kui 0,002 massiprotsenti ja ainult 0,00005 massiprotsenti. Tahke lahuse faasi lahustunud vesinikuga, mis säilitab algse nikliga sama kristallstruktuuri, nimetatakse α-faasiks. 25°C juures on b=nikliks lagunemiseks vaja 6 kbar vesiniku rõhku, kuid vesinik naaseb lahusest, kui rõhk langeb alla 3,4 kbar.

Pind

Vesiniku aatomid seostuvad tugevalt nikli pinnaga ja vesiniku molekulid katkevad.

Divesiniku lahtisidumine nõuab barjääri ületamiseks piisavalt energiat. Ni(111) puhul on kristallipinna barjäär 46 kJ molekulmassi kohta, Ni(100) puhul aga 52 kJ molekulmassi kohta. Ni(110) kristalli tasapinnal on madalaim aktiveerimisenergia vesiniku molekuli purustamiseks 36 kJ molekulmassi kohta. Nikli pealmine vesinikukiht võib kuumutamisel vabaneda. Kumbki (111) ei kaotanud vesinikku vahemikus 320–380 K. Kumbki (100) ei kaotanud vesinikku vahemikus 220–360 K. Kumbki (110) kristallipinda ei kaotanud vesinikku vahemikus 230–430 K.

Niklis lagunemiseks peab vesinik migreeruma pinnalt läbi niklikristalli pinna. See ei toimu vaakumis, kuid võib juhtuda, kui teised molekulid segavad vesinik-nikeldatud pinda. Molekulid ei pea olema vesinikud, kuid näivad töötavat nagu haamrid, surudes vesinikuaatomeid läbi nikli pinna sisemusse. Pinnasse tungimiseks on vaja aktiveerimisenergiat 100 kJ molekulmassi kohta.

Kõrgsurve faasid

Tõelise kristallograafiliselt eristatava nikkelhüdriidi faasi saab toota kõrgsurvega 600 MPa vesinikuga. Teise võimalusena võib seda toota elektrolüütiliselt. Kristalliline vorm on pindkeskne kuubikujuline või β-nikkelhüdriid. Vesiniku ja nikli aatomite suhe on kuni üks, kusjuures vesinik on oktaeedrilises asendis. β-hüdriidi tihedus on 7,74 g/cm. See on värvitud halliks. Voolutihedusel 1 amper ruutdetsimeetri kohta 0,5 mol/l väävelhappes ja tiouureas muundatakse nikli pinnakiht nikkelhüdriidiks. See pind on täis kuni millimeetri pikkuseid pragusid. Pragunemise suund on algsete niklikristallide (001) tasapinnas. Nikkelhüdriidi võrekonstant on 3,731 Å, mis on 5,7% suurem kui nikli oma.

Pakutakse välja nikkel-metallhüdriidpatareid ja elektroode, mis suurendavad väljundvõimsust ja aku laadimiskiirust. Positiivseid ja negatiivseid elektroode saab moodustada pulbriliste metallhüdriidide kui aktiivsete materjalide pressimisel poorsetesse metallalustesse. Poorsed metallsubstraadid on valmistatud vasest, vasega kaetud niklist või vase-nikli sulamist. Elektroodide juhtmed kinnitatakse otse poorse metallsubstraadi külge keevitamise, kõvajoodisjootmise või pehmejootmise teel. 4 s. ja 6 z.p. f-ly, 3 ill., 3 tab.

Tehniline valdkond

Käesolev leiutis käsitleb nikkel-metallhüdriidpatareisid, eelkõige käsitleb käesolev leiutis suure võimsusega nikkelmetallhüdriidpatareisid, mis sisaldavad suure võimsusega elektroode, mis kasutavad kõrge juhtivusega substraate ja madala takistusega pliielektroodide ühendusi. Enne kunsti

Viimasel ajal on kõige progressiivsemad arengud mootorsõidukite tõukejõuakude valdkonnas Sõiduk olid suunatud eelkõige puhtelektrisõidukitele kehtivate nõuete täitmisele. Sel eesmärgil Stanford Ovshinsky ja tema akude arendusmeeskonnad ettevõttes Energy Conversion Denices, Inc. ja Ovonic Battery Company on teinud suuri edusamme nikkelmetallhüdriidakude tehnoloogia vallas. Esialgu pöördusid Ovšinski ja tema rühmad metallhüdriidisulamite poole, mis moodustavad negatiivse elektroodi. Nende jõupingutuste tulemusena suutsid nad saada väga suur jõudlus vesiniku pööratav salvestamine, mis on vajalik tõhusate ja säästlike akurakenduste jaoks ning akude loomiseks, mis on võimelised salvestama energiat suure tihedusega, tõhusa pööratavuse, suure elektritõhususega, vesiniku tõhusa mahutavuse ilma struktuurimuutuste või saastumiseta, pika tööeaga ja korduva sügavusega tühjenemine. Nende "Ovonic" sulamite, nagu neid praegu nimetatakse, täiustatud jõudlus tuleneb kohaliku keemilise järjestuse ja seega kohaliku struktuurilise järjestuse väljatöötamisest, kaasates valitud modifikaatorid algsesse maatriksisse. Metallhüdriidide korrastamata sulamitel on ühe- või mitmefaasiliste kristalsete materjalidega võrreldes oluliselt suurem katalüütiliselt aktiivsete tsentrite ja säilituskeskuste tihedus. Need lisakeskused vastutavad elektrokeemilise laadimise ja tühjenemise tõhustamise ning elektrienergia salvestamise võimsuse suurendamise eest. Säilituskeskuste olemust ja arvu saab luua isegi katalüütiliselt aktiivsetest keskustest sõltumatult. Täpsemalt on need sulamid ette nähtud dissotsieerunud vesinikuaatomite hulgihoidmiseks sidumisjõudude juures, mis jäävad sekundaarsetes akurakendustes kasutamiseks sobivas pööratavuse vahemikus. Ülalkirjeldatud korrastamata materjalidest on välja töötatud mõned äärmiselt tõhusad materjalid elektrokeemiliseks vesiniku säilitamiseks. Need on Ti-V-Zr-Ni tüüpi aktiivsed materjalid, mida on kirjeldatud USA patendi teabes. Need materjalid moodustavad vesiniku säilitamiseks pöörduvalt hüdriide. Kõik patendis '400 kasutatud materjalid kasutavad tavalist Ti-V- Ni koostis, milles on vähemalt Ti, V ja Ni ning mida saab muuta Cr, Zr ja A1-ga. Patendi "400" materjalid on mitmefaasilised materjalid, mis võivad sisaldada, kuid mitte ainult, ühte või mitut C 14 ja C 15 tüüpi kristallstruktuuriga faasi. Kasutatakse ka teisi Ti-V-Zr-Ni sulameid negatiivsed elektroodid, millel on pöörduv vesiniku salvestamine. Ühte selliste materjalide perekonda kirjeldavad Venketsen, Reichman ja Fetchenko US patendis nr 4 728 586 ("586 patent"), mille avalikustamine on lisatud viitena. Patent '586 kirjeldab nende Ti-V-Ni-Zr sulamite spetsiaalset alamklassi, mis sisaldab Ti, V, Zr, Ni ja viiendat komponenti Cr. Patent '586 mainib võimalust kasutada lisaks sulamile lisandeid ja modifikaatoreid komponendid Ti, V, Zr , Ni ja Cr ning käsitleb üldiselt spetsiifilisi lisaaineid ja modifikaatoreid, nende modifikaatorite koguseid ja koostoimeid ning konkreetseid eeliseid, mida neilt oodata võib. Erinevalt ülalkirjeldatud Ovonic sulamitest peeti tellitud sulameid üldiselt "tellitud" materjalideks, millel on muid Keemilised omadused , mikrostruktuur ja elektrokeemilised omadused. Eelnevalt tellitud materjalide jõudlus oli kehv, kuid 1980. aastate alguses, kui modifitseerimisaste suurenes (st elementide modifikaatorite arvu ja arvu suurenedes), hakkas nende jõudlus oluliselt paranema. See on tingitud asjaolust, et nende elektrilised ja keemilised omadused muutuvad sõltuvalt sellest, kui palju häireid modifikaatorid tekitavad. Sellist sulamite väljatöötamist, alates "tellitud" materjalide eriklassist kuni kaasaegsete mitmekomponentsete, mitmefaasiliste "korrastatud" sulamiteni, on näidatud järgmistes patentides: (i) US patent nr 3 874 928; (ii) USA patent 4 214 043; (iii) USA patent 4 107 395; (iv) USA patent 4 107 405; (v) USA patent 4 112 199; (vi) USA patent 4 125 688; (vii) USA patent 4 214 043; (viii) USA patent 4 216 274; (ix) USA patent 4 487 817; (x) USA patent 4 605 603; (xii) USA patent 4 696 873 ja (xiii) USA patent 4 699 856. (Neid teabeallikaid käsitletakse üksikasjalikult USA patendis 5 096 667 ja see arutelu on konkreetselt kaasatud teabeallikale). On lihtsalt väidetud, et kõigis metallhüdriidsulamites on modifikatsiooniastme suurenedes algselt järjestatud baassulami roll konkreetsetele modifikaatoritele omaste omaduste ja häiretega võrreldes vähem oluline. Lisaks näitab praegu turul olevate ja erinevate tootjate loodud mitmekomponentsete sulamite analüüs, et neid sulameid on muudetud vastavalt Ovonic sulamisüsteemidele kehtestatud juhistele. Seega, nagu eespool öeldud, on kõik tugevalt modifitseeritud sulamid korrastamata materjalid, mida iseloomustab paljude komponentide ja faaside olemasolu, s.t. Ovonic sulamid. Seejärel pöörasid Ovšinski ja tema rühm oma tähelepanu patareide positiivsele elektroodile. Tänapäeval on positiivsed elektroodid tavaliselt nikkelpasta elektroodid, mis koosnevad nikkelhüdroksiidi osakestest, mis puutuvad kokku elektrit juhtiva võrgu või substraadiga, eelistatavalt suure pindalaga. Selliseid elektroode on mitu varianti, sealhulgas nn plastiliselt seotud nikkelelektroodid, mis kasutavad mikrojuhina grafiiti, samuti nn vahtmetallist elektroodid, mille aluseks on sfäärilise nikliga täidetud kõrge poorsusega niklivaht. hüdroksiidiosakesed ja koobaltilisandid.mis suurendavad juhtivust. Paagutatud nikkelelektroodidega võrreldes on kleebitud vahtmetallist elektroodid juba hakanud tarbijaturule tungima tänu oma madalale hinnale ja suuremale energiatihedusele. Üldiselt arvatakse, et nikkelpatarei elektroodil toimuv reaktsioon on üheelektroodiline protsess, mis hõlmab kahevalentse nikkelhüdroksiidi oksüdeerumist kolmevalentseks nikkeloksühüdroksiidiks laadimisel ja seejärel kolmevalentse nikkeloksühüdroksiidi tühjendamist kahevalentseks nikkelhüdroksiidiks, nagu on näidatud võrrandis 2. Tõendid viitavad sellele, et nikkelhüdroksiidi redoksreaktsioonis osaleb neljavalentne nikkel. See ei ole uus kontseptsioon. Tegelikult pakkus neljavalentse nikli olemasolu esimest korda välja Thomas Edison mõnes oma varases akupatendis. Neljavalentse nikli täielikku kasutamist pole aga kunagi uuritud. Praktikas tavaliselt ei täheldata elektroodi võimet kanda rohkem elektrone kui üks, mis vastab teoreetilisele võimele kanda ühte elektroni. Selle üheks põhjuseks on aktiivse materjali mittetäielik ärakasutamine oksüdeeritud materjali elektroonilise isoleerimise tõttu. Kuna redutseeritud nikkelhüdroksiidi materjalil on kõrge elektritakistus, põhjustab nikkelhüdroksiidi redutseerimine voolukollektori lähedal vähem juhtiva pinna, mis häirib oksüdeeritud aktiivse materjali hilisemat redutseerimist kaugemal. Ovshinsky ja tema rühmad töötasid välja positiivsed elektroodmaterjalid, mis näitasid rohkem kui ühe elektroni usaldusväärset ülekandmist nikli aatomi kohta. Sellised materjalid on avaldatud USA patentides nr 5 344 728 ja 5 348 822 (mis kirjeldavad stabiliseeritud korrastamata positiivsete elektroodide materjale) ning USA patendis ja positiivsed elektroodid Ovonic nikkel-metallhüdriid (Ni-HM) aku on jõudnud elektrisõidukite arendamise kõrgesse faasi. (elektrisõidukid). Ovšinski rühmad suutsid luua elektrisõidukite jaoks akusid, mis suudavad ühe laadimisega sõita elektrisõidukiga rohkem kui 350 miili (Tour d "Sol 1996). Ovonic Ni-GM aku on näidanud suurepärast energiatihedust (kuni umbes 90 W/kg), rattasõidu vastupidavust (üle 1000 tsükli 80% DOD juures), vastupidavust väärkasutusele ja võimet kiiresti laadida (kuni 60% 15 minuti jooksul). ). Lisaks on Ovonic aku võimsustihedus olnud suurem kui mis tahes muu akutehnoloogia, kui seda testiti ja hinnati elektrisõidukite (elektrisõidukite) salvestatud energiaallikana. Kuigi Ovšinski ja tema rühmad on teinud suuri edusamme puhtalt elektrisõidukite akude loomisel, on 1996. aastal USA-s asutatud riikliku autotööstuse ettevõte Partnership for a New Generation of Vehicles (PNGV) teinud ettepaneku, et hübriidelektrisõidukid ( HEV-d) suudavad järgmisel kümnendil asuda juhtima eesmärgi saavutamisel, milleks on kolm korda suurem autokütuse kokkuhoid. Selle eesmärgi saavutamiseks on vaja kergeid, kompaktseid ja võimsaid akusid. Hübriidajami kasutamine pakub märkimisväärset kütusesäästu ja ülimadalat heitkogust. Kütusemootorid saavutavad maksimaalse efektiivsuse, kui nad töötavad konstantsel pöörete arvul minutis (RPM). Seetõttu saab kütusesäästlikkuse tipptaseme saavutada, kasutades konstantse pöörete arvuga kütusemootorit võimsa energiasalvestussüsteemi toiteks, mis annab kiirendamiseks tippvõimsuse ja taastab regeneratiivpidurduse kasutamisel ka kineetilise energia. Samamoodi, lähtudes võimalusest kasutada väikest mootorit, mis töötab maksimaalse kasuteguriga ja on ühendatud energiasalvestiga, et tagada impulssvõimsus, pakutakse parimat konstruktsiooni kütusemootori kasutamisega seotud heitkoguste minimeerimiseks. Seega on HET-i võtmetehnoloogiaks energiasalvestussüsteem, mis on võimeline andma väga suurt impulsivõimsust ja vastu võtma väga suure efektiivsusega suuri regeneratiivseid pidurdusvoole. Impulssvõimsust genereeriva seadme töötsükkel nõuab madala DOD-tsükli korral erakordset vastupidavust. Oluline on mõista, et sellisele energiasalvestussüsteemile on erinevad nõuded võrreldes puhtalt elektrisõidukite süsteemidega. Vahemik on praktilise ET jaoks kriitiline tegur, muutes energiatiheduse kriitiliseks hindamisparameetriks. Jalgrattasõidu võimsus ja vastupidavus on kindlasti olulised, kuid ET-de jaoks muutuvad need energiatiheduse kõrval teisejärguliseks. Ja vastupidi, HET-i impulssvõimsusega süsteemides on võimsustihedus ülimalt oluline. Erakordselt madal tühjendustsükli vastupidavus on ka kriitilisem kui tavapärasem 80% GH tsükli vastupidavus, mida nõutakse ET-süsteemides. Energiatihedus on oluline aku kaalu ja mahu vähendamiseks, kuid aku väiksema suuruse tõttu on see omadus vähem kriitiline kui võimsustihedus. Kiire laadimisvõime on ka tõhusa regeneratiivpidurduse oluline tegur ning laadimise ja tühjenemise tõhusus on kriitiline tegur aku laetuna hoidmisel välise laadimise puudumisel. Nende ET-süsteemi nõuete ja HET-süsteemi nõuete põhimõtteliste erinevuste tõttu võib eeldada, et praegu ET-süsteemides kasutamiseks optimeeritud akud ei sobi HET-i jaoks, välja arvatud juhul, kui võimsustihedus on paranenud. Kuigi Ovonic ET akude demonstreeritud jõudlus on olnud muljetavaldav, on need elementide ja akude konstruktsioonid optimeeritud kasutamiseks puhtas ET-s ega vasta seetõttu HET-i erinõuetele. Seega on vaja suure võimsusega patareisid, millel on tööomadus HET-i jaoks vajalik tippvõimsus ning lisaks on neil juba tõestatud Ovonic Ni-GM akude tööomadused ja tõestatud võimalus nende tööstuslikuks tootmiseks. Lühike kirjeldus leiutisi

Käesolev leiutis põhineb nikkel-metallhüdriidpatareide ja nende jaoks elektroodide pakkumisel, mis on võimelised tootma suuremat väljundvõimsust ja millel on suurem laadimiskiirus. Selle ja teiste ülesannete lahendamiseks kasutatakse nikkel-metallhüdriidpatarei, mis sisaldab vähemalt ühte negatiivset elektroodi, millel on poorne metallalus ja elektroodi klemm, mis on elektroodi küljes, täiustus seisneb selles, et poorne metallalus on moodustatud vasest, nikeldatud, vaskplaaditud või vase-nikli sulamist ning elektroodi juhe kinnitatakse madala elektritakistuse liigendiga otse poorse metallsubstraadi külge. Madala elektritakistusega ühendus tehakse keevitamise, kõvajoodisjootmise või kõvajoodisjootmise teel. Selle ja teiste ülesannete täitmiseks kasutatakse nikkel-metallhüdriidpatareis kasutatavat negatiivset elektroodi, kusjuures negatiivne elektrood sisaldab poorset metallist alust ja negatiivne elektrood on kinnitatud elektroodi klemmi külge ning täiustus on see, et poorsest metallist alus on valmistatud vasest, vasega kaetud niklist või vase-nikli sulamist ning elektroodi juhe on madala elektritakistuse liigendiga otse aluse külge kinnitatud. Jooniste lühikirjeldus

Joonis fig. 1 kujutab Ni-MH prismapatarei elektroodi, mis on kinnitatud elektroodi klemmi külge;

Joonis fig. 2 kujutab vase korrosiooni, häirekindluse ja passiivsuse piirkondi temperatuuril 25 o C;

3 kujutab C-elemendi tüüpi Ni-MH akude võimsustihedust (W/kg) võimaliku tühjenemise sügavuse protsendi funktsioonina. Leiutise üksikasjalik kirjeldus

Käesoleva leiutise eesmärgiks on suurendada laetava nikkelmetallhüdriid (Ni-MH) aku väljundvõimsust. Tavaliselt saab väljundvõimsust suurendada, vähendades aku sisemist takistust. Sisetakistuse alandamine vähendab aku võimsuse hajumisega seotud kadusid, suurendades seeläbi võimsust, mida saab kasutada väliste koormuste juhtimiseks. Nikkelmetallhüdriidaku sisetakistust saab vähendada nii akuelementide juhtivuse kui ka elementidevaheliste ühenduste suurendamisega. Tavaliselt sisaldab Ni-GM aku vähemalt ühte negatiivset elektroodi ja vähemalt ühte positiivset elektroodi. Iga negatiivse ja positiivse elektroodi külge võib kinnitada elektroodi juhtme, et ühendada elektrood elektriliselt Ni-MH aku vastava väljundklemmiga (st negatiivne elektrood negatiivse väljundklemmiga ja positiivne elektrood positiivse väljundklemmiga). Joonisel fig. 1 on kujutatud prismaatilise Ni-GM aku elektroodi klemmi 2 külge kinnitatud elektroodi 1 varianti. Elektrood 1 on näidatud joonisel fig. 1 on Ni-MH aku negatiivne või positiivne elektrood. Tavaliselt võib elektroodi klemm 2 olla valmistatud mis tahes elektrit juhtivast materjalist, mis on vastupidav aku keskkonnas korrosioonile. Eelistatavalt on elektroodi juhe valmistatud niklist või nikeldatud vasest. Ni-GM akud kasutavad negatiivset elektroodi, mille aktiivne materjal on võimeline tagama vesiniku pööratava elektrokeemilise salvestamise. Negatiivne elektrood sisaldab ka poorset metallist alust, millesse asetatakse aktiivne materjal. Negatiivse elektroodi saab valmistada aktiivse materjali (pulbri kujul) pressimisel poorsesse metallsubstraadisse. Pulbrilise aktiivmaterjali adhesiooni suurendamiseks poorse metallaluse külge võib negatiivse elektroodi ka paagutada. Kui Ni-GM akule rakendatakse elektripinget, laetakse negatiivse elektroodi aktiivne materjal vesiniku elektrokeemilise neeldumise ja hüdroksüülioonide elektrokeemilise moodustumise tõttu. Negatiivsel elektroodil toimub järgmine elektrokeemiline reaktsioon:

Negatiivsel elektroodil toimuvad reaktsioonid on pöörduvad. Tühjenemisel eraldub kogunenud vesinik, moodustades veemolekuli, ja vabaneb ka elektron. Negatiivse elektroodi aktiivne materjal on vesinikku salvestav materjal. Vesiniku säilitava materjali võib valida Ti-V-Zr-Ni aktiivsete materjalide hulgast, nagu need, mida on kirjeldatud USA patendis 4 551 400 ("400 patent"), mille avalikustamine on lisatud viitega allikale. "400 patendis" kasutatakse üldist Ti-V-Ni koostist, milles vähemalt Ti, V ja Ni on koos vähemalt ühe või enama Cr, Zr ja Al-ga. Patendi "400" materjalid on mitmefaasilised materjalid, mis võivad sisaldada, kuid mitte ainult, ühte või mitut C 14 ja C 15 tüüpi kristallstruktuuriga faasi. On ka teisi Ti-V-Zr-Ni sulameid, mis võivad Ühte selliste materjalide perekonda on kirjeldatud USA patendis nr 4 728 586 ("586 patent"), mille avalikustamine on lisatud viitena allikale. Patent 586 kirjeldab nende Ti-V-Ni-Zr sulamite spetsiaalset alamklassi, mis sisaldab Ti, V, Zr, Ni ja viiendat Cr komponenti. Patent 586 mainib võimalust kasutada lisaks sulami komponentidele, Ti-le, lisandeid ja modifikaatoreid. , V, Zr, Ni ja Cr ning käsitleb üldiselt konkreetseid lisaaineid ja modifikaatoreid, nende modifikaatorite koguseid ja koostoimeid ning konkreetset kasu, mida neist võib oodata. Lisaks ülalkirjeldatud materjalidele saab Ni-MH aku negatiivse elektroodi vesinikku salvestavaid materjale valida ka korrastamata metallhüdriidisulamite hulgast, nagu on kirjeldatud USA patendis 5 277 999 ("999 patent"), mille autoriteks on Ovshinsky ja Fetchenko. mille avalikustamine on lisatud viitena teabeallikale.Negatiivse elektroodi juhtivust saab suurendada negatiivse elektroodi poorse metallaluse juhtivuse suurendamisega.Nagu eespool mainitud, saab negatiivse elektroodi valmistada vesiniku vajutamisega säilitab aktiivset materjali poorsesse metallalusesse. Tavaliselt on poorseks metallaluseks, kuid mitte ainult, võrk, võre, matt, foolium, vaht, plaat ja poorne metall. Eelistatavalt on negatiivse elektroodi jaoks kasutatav poorne metallalus võre, võre, poorne metall. Käesolev leiutis kirjeldab negatiivset elektroodi Ni-MH aku jaoks, mis koosneb poorsest metallist alusest, mis on valmistatud vasest, vasega kaetud niklist või vase-nikli sulamist. Siin kasutatuna viitab "vask" puhtale vasele või vasesulamile ja "nikkel" tähendab puhast niklit või niklisulamit. Joonis fig. 2 illustreerib vase korrosiooni, häirekindluse ja passiivsuse piirkondi temperatuuril 25 °C. Horisontaalne telg tähistab elektrolüüdi pH-d ja vertikaaltelg vaske sisaldava materjali elektrilist potentsiaali. Elektripotentsiaal on näidatud vesiniku standardi suhtes (vertikaalne telg tähisega "H") ja samuti Hg/HgO standardi suhtes (vertikaalne telg tähisega "Hg/HgO"). Käesolevas kirjelduses on kõik pinge väärtused standardse Hg/HgO suhtes, kui pole teisiti märgitud. Vase kasutamine leeliselistes elektrolüütide elementides oli varem välistatud vase lahustuvuse tõttu KOH elektrolüüdis. 2 näitab, et teatud töötingimustes (nt pH ja pinge) vask korrodeerub. 2 illustreerib ka seda, et sobiva pH ja pinge korral on vask korrosiooni suhtes immuunne. Sobivates töötingimustes on metallhüdriidaktiivse materjaliga kontaktis olev vasksubstraat katoodselt kaitstud kogu Ni-HM elemendi töövahemikus. Ni-MH aku normaalse laadimise ja tühjendamise tsükli ajal on negatiivse metallhüdriidelektroodi elektripotentsiaal umbes -0,85 V ja negatiivse metallhüdriidelektroodi pH on umbes 14. Seda tööpunkti näidatakse tööpunktina. A joonisel fig. Nagu näha joonisel fig. 2, on tööpinge -0,85 madalam (st negatiivsem) kui vase lahustumispinge umbes -0,4 V võrra (pH väärtusel umbes 14). Seetõttu on Ni-MH aku tavapärase laadimis- ja tühjendamise tsükli ajal vasest alust kasutav negatiivne metallhüdriidelektrood korrosiooni suhtes immuunne. Kui Ni-GM aku tühjeneb tavalisest sügavamal, muutub positiivne elektrood vesinikku arendavaks elektroodiks, kusjuures nikli redutseerimine asendatakse vee elektrolüüsiga, moodustades vesinikgaasi ja hüdroksiidioonid. Kuna Ni-HM aku on valmistatud aktiivse materjalina metallhüdriidi stöhhiomeetrilise liiaga, hoitakse negatiivse elektroodi potentsiaal -0,8 V lähedal. Lisaks oksüdeeritakse positiivsel elektroodil vabanev vesinik negatiivse elektroodi juures. metallhüdriid, stabiliseerides veelgi negatiivse elektroodi potentsiaali väärtusel ligikaudu -0,8 V. Madala voolu korral võib ülelaadimine toimuda lõputult ilma metallhüdriidi negatiivse elektroodi tühjenemiseta, mis on vajalik negatiivse elektroodi potentsiaali suurendamiseks vase lahustamiseks vajaliku väärtuseni. Suurte voolude korral vabaneb vesinik kiiremini kui rekombineerub ja negatiivse elektroodi tühjenemine toimub metallhüdriidiga. Kuid tühjenemine on palju väiksem, kui on vaja negatiivse elektroodi potentsiaali tõstmiseks tasemeni, kus vask lahustub. Isegi kui negatiivsed ja positiivsed elektroodid on lühises, tagab metallhüdriidi stöhhiomeetriline liig selle, et negatiivne metallhüdriidelektrood jääb umbes -0,8 V potentsiaalile ja on endiselt kaitstud vase lahustumise eest. Seetõttu on metallhüdriid-negatiivse elektroodi põhjas olev vask kaitstud kõikides tingimustes, välja arvatud juhul, kui metallhüdriid-negatiivne elektrood laguneb paratamatult pöördumatult omaenda oksüdatsiooni tõttu. Nagu näidatud, on negatiivse metallhüdriidelektroodi tööparameetrite juures vasest alusmaterjal kaitstud korrosiooni eest. Kuid aku töökindluse suurendamiseks ja negatiivse elektroodi täiendavaks kaitsmiseks akus oleva agressiivse keemilise keskkonna eest tuleb ülaltoodud materjalidest, vasest, vasega kaetud niklist või vase-nikli sulamist, valmistatud poorsest metallalusest, saab täiendavalt katta materjaliga, mis on elektrit juhtiv ja lisaks Lisaks on see akukeskkonnas korrosioonikindel. Materjali näide, mida saab kasutada poorse metallsubstraadi katmiseks, on, kuid mitte ainult, nikkel. Vase kasutamisel negatiivse elektroodi poorse metallaluse moodustamiseks on mitmeid olulisi eeliseid. Vask on suurepärane elektrijuht. Seetõttu vähendab selle kasutamine alusmaterjalina negatiivse elektroodi takistust. See vähendab sisemise võimsuse hajumise tõttu kaotsiläinud aku võimsust ja suurendab seeläbi Ni-GM aku väljundvõimsust. Lisaks on vask pehme metall. Pehmus on väga oluline negatiivsete elektroodide laienemise ja kokkutõmbumise tõttu Ni-GM aku vahelduva laadimise ja tühjenemise ajal. Aluse suurenenud plastilisus aitab vältida elektroodi hävimist paisumise ja kokkutõmbumise tagajärjel, mis suurendab aku töökindlust. Aluspinna suurenenud elastsus võimaldab ka aluspinnal kindlamalt hoida vesinikku salvestavat aktiivmaterjali, mis on pressitud aluse pinnale. See vähendab negatiivsete elektroodide kuumtöötlemise vajadust pärast aktiivse materjali substraadile surumist, lihtsustades seeläbi elektroodi tootmisprotsessi ja vähendades selle maksumust. Negatiivse elektroodi juhtivust saab suurendada ka negatiivse elektroodi aktiivmaterjali juhtivuse suurendamisega. Aktiivse materjali juhtivust saab suurendada vase lisamisega metallhüdriidmaterjali. Seda saab teha mitmel erineval viisil. Üks võimalus on segada aktiivaine valmistamise ajal vasepulbrit metallhüdriidiga. Teine võimalus on ümbritseda metallhüdriidi osakesed vasktaga, kasutades keemilist vaskkatte protsessi. Lisaks juhtivuse suurendamisele võimaldab vase lisamine alandada kuumtöötlemistemperatuuri, kui aktiivmaterjal paagutatakse vaskaluses ning vähendada elektritakistust iga positiivse elektroodi ja vastava elektroodi klemmi vahel. Negatiivse elektroodi juhtivust saab suurendada ka negatiivse elektroodi vasega katmisega pärast seda, kui metallhüdriidi aktiivmaterjal on pressitud (ja võib-olla paagutatud) substraadi pinnale. Vaskplaati saab teha nii malliga kui ka ilma. Lisaks elektroodi juhtivuse suurendamisele toimib vaskkate täiendava vahendina, mis tagab aktiivse metalli jäämise aluspinnale "liimitud". Siin kirjeldatud negatiivset elektroodi saab kasutada kõigis Ni-GM akudes, sealhulgas, kuid mitte ainult, prismalistes Ni-GM akudes ja silindrilistes ummistusrullides Ni-GM akudes. Nagu ülalpool kirjeldatud, võib Ni-MH aku iga negatiivse elektroodi ja iga positiivse elektroodi külge kinnitada elektroodi juhtme, et luua elektriühendus iga elektroodi ja aku vastava väljundklemmi vahel. Teine võimalus Ni-MH aku eriväljundvõimsuse suurendamiseks on vähendada iga negatiivse elektroodi ja vastava elektroodi klemmi vahelise ühenduse elektritakistust. Iga elektroodi klemm võib olla kinnitatud otse vastava elektroodi poorse metallsubstraadi külge, et moodustada madala elektritakistusega ühendus. Sellist ühendust nimetatakse siin "madala elektritakistuse ühenduseks". Madala elektritakistusega side on siin defineeritud kui side kahe või enama materjali (nagu metallid) vahel, milles kaks või enam materjali on omavahel seotud sulamis- või märgamisprotsessiga. Näited, kus kaks metalli ühendatakse sulatamise teel, on keevitamine ja kõvajoodisjootmine. Näiteks, kus kaks metalli ühendatakse märgamisprotsessiga, on kõvajoodisjootmine. Seetõttu saab madala takistusega liimimist teha, kasutades meetodeid, mis hõlmavad, kuid ei ole nendega piiratud, keevitamist, kõvajoodisjootmist või kõvajoodisjootmist. Kasutatav keevitustehnoloogia hõlmab, kuid ei ole nendega piiratud, takistuskeevitust, laserkeevitust, elektronkiirkeevitust ja ultrahelikeevitust. Nagu eespool mainitud, võib negatiivse elektroodi poorsest metallist alus olla valmistatud võrgust, võrest, "matist", fooliumist, vahust, plaadist või poorsest metallist. Eelistatavalt on negatiivse elektroodi poorseks metallsubstraadiks võrk, võre või poorne metall. Ni-GM aku võimsustiheduse suurendamiseks saab elektroodi juhtme kinnitada võrgu, võre või poorse metalli külge, kasutades madala elektritakistusega ühendust. Eelistatavalt võib elektroodi klemm olla keevitatud, kõvajoodisega või kõvajoodisega joodetud võrgu, võre või poorse metalli külge. Eelistatavamalt võib elektriklemm olla keevitatud võre, võre või poorse metalli külge. Nagu juba mainitud, hõlmab keevitustehnoloogia, kuid ei ole nendega piiratud, takistuskeevitust, laserkeevitust, elektronkiirkeevitust ja ultrahelikeevitust. Siin avaldatud madala elektritakistuse ühendust saab rakendada nii Ni-MH aku positiivsetele kui ka negatiivsetele elektroodidele. Lisaks saab madala elektritakistuse ühendust rakendada kõikidele Ni-GM akudele, sealhulgas, kuid mitte ainult, Ni-GM prismaakudele ja Ni-GM silindrilistele akudele. Nikkelmetallhüdriidakude väljundvõimsust saab suurendada ka akude positiivsete elektroodide juhtivuse suurendamisega. Nagu negatiivsete elektroodide puhul, tehakse seda sobivate materjalide valikuga, millest elektroodielemendid on valmistatud. Nikkelmetallhüdriidpatarei positiivse elektroodi saab moodustada pulbrilise positiivse elektroodi aktiivse materjali pressimisega poorsesse metallsubstraadisse. Igal positiivsel elektroodil võib olla voolu vastuvõtuklemm, mis on kinnitatud vähemalt ühe elektroodi punkti külge. Voolu vastuvõtuklemmi saab keevitada positiivse elektroodi külge. Keevitustehnoloogia hõlmab, kuid ei ole nendega piiratud, takistuskeevitust, laserkeevitust, elektronkiirkeevitust või ultrahelikeevitust. Ni-GM akud kasutavad tavaliselt positiivset elektroodi, mille aktiivse materjalina on nikkelhüdroksiid. Positiivsel elektroodil toimuvad järgmised reaktsioonid:

Nikkelhüdroksiidi positiivset elektroodi on kirjeldatud USA patendis nr. Positiivse elektroodi juhtivust saab suurendada, suurendades elektroodi poorse metallaluse juhtivust. Positiivse elektroodi poorse metalli tugi sisaldab, kuid ei ole nendega piiratud, võrku, võre, fooliumi, vahtu, "matti", plaati, poorset metalli. Eelistatavalt on poorne metallalus vahtmaterjal. Siin avaldatud positiivne elektrood sisaldab poorset metallist alust, mis on valmistatud vasest, vasega kaetud niklist või vase-nikli sulamist. Ühe või mitme sellise materjali aluse rakendamine suurendab aku positiivsete elektroodide juhtivust. See vähendab sisemise võimsuse hajumise tõttu raisatud võimsust ja suurendab seeläbi Ni-MH aku väljundvõimsust. Positiivse elektroodi poorse metallkorpuse kaitsmiseks aku korrodeeriva keskkonna eest võib poorse metallkorpuse katta materjaliga, mis on elektrit juhtiv ja lisaks vastupidav akukeskkonnas korrosioonile. Eelistatavalt võib poorne metallsubstraat olla nikeldatud. Siin avaldatud positiivseid elektroode saab rakendada kõikidele Ni-GM akudele, sealhulgas, kuid mitte ainult, prismalistele Ni-GM akudele ja silindrilistele, ummistusrullidele, Ni-GM akudele. Veel üheks käesoleva leiutise aspektiks on nikkelmetallhüdriidpatarei, mis sisaldab vähemalt ühte siin avaldatud tüüpi negatiivset elektroodi. Nikkel-metallhüdriidpatarei sisaldab, kuid ei ole nendega piiratud, prismalisi Ni-GM akusid ja silindrilisi, rull-, Ni-GM-akusid (st AA-elemendid, C-elemendid jne). Näide 1

Tabelis 1 on näidatud prismaatiliste Ni-MH akude võimsus 50% ja 80% DOD (tühjenemise sügavus) juures, millel on siin avaldatud alusmaterjale sisaldavad positiivsed ja negatiivsed elektroodid. Näites 1 on positiivsete elektroodide mõõtmed 5,5 tolli kõrged, 3,5 tolli laiad ja. 0315 tolli sügav. Negatiivsete elektroodide mõõtmed on 5,25 tolli kõrged, 3,38 tolli laiad ja 0,0145 tolli sügavused. Tabeli 1 reas 1 on positiivse elektroodi alus ja negatiivne elektroodi alus moodustatud niklist (positiivse elektroodi alus on moodustatud paisutatud niklist ja negatiivse elektroodi alus on moodustatud nikkel-metallvõrgust). Sel juhul on erivõimsus 50% GH (lahendussügavus) juures umbes 214 W/kg ja erivõimsus 80% GH juures umbes 176 W/kg. Tabeli 1 reas 2 on positiivsete elektroodide põhi moodustatud paisutatud niklist, kuid negatiivsete elektroodide põhi on nüüd moodustatud vasest metallvõrgust. Sel juhul on erivõimsus 50% GH juures umbes 338 W/kg ja erivõimsus 80% GH juures umbes 270 W/kg. Ni-GM aku eriväljundvõimsust saab suurendada ka positiivsete ja negatiivsete elektroodide kõrguse, laiuse ja sügavuse reguleerimisega. Elektroodide kõrguse ja laiuse suhe (st kõrgus jagatud laiusega) on siin defineeritud kui elektroodide "kuvasuhe". Positiivse ja negatiivse elektroodi kuvasuhet saab reguleerida võimsustiheduse suurendamiseks. Lisaks saab elektroode muuta õhemaks, et sisestada igasse akusse mitu elektroodipaari, vähendades seeläbi iga elektroodi läbiva voolu tihedust. Näide 2

Tabelis 2 on näidatud Ni-GM prismaatilise aku võimsustihedus, kasutades nikkelvahu positiivset elektroodi alust ja vasest metallvõrgust negatiivset elektroodi alust. Lisaks muudeti positiivse ja negatiivse elektroodi kuvasuhet võrreldes näitega 1, et suurendada aku eriväljundvõimsust. Näites 2 muudeti positiivsete ja negatiivsete elektroodide kuvasuhet (kõrgus jagatud laiusega), et suurendada aku võimsustihedust. Positiivsete elektroodide kõrgus oli umbes 3,1 tolli ja laius 3,5 tolli ning negatiivsete elektroodide kõrgus oli umbes 2,9 tolli ja laius 3,3 tolli. Näite 2 positiivse ja negatiivse elektroodi kuvasuhted on vastavalt umbes 0,89 ja umbes 0,88. Seevastu näite 1 positiivsete ja negatiivsete elektroodide kuvasuhted on vastavalt ligikaudu 1,57 ja ligikaudu 1,55. Näites 2 on kuvasuhted lähedasemad "ühele" kui näites 1. Näites 2 muudeti ka positiivsed ja negatiivsed elektroodid õhemaks, et sisestada akusse mitu paari elektroode, vähendades sellega voolava voolu tihedust. läbi iga elektroodi. Näites 2 on positiivsed elektroodid umbes 0,028 tolli sügavused ja negatiivsed elektroodid umbes 0,013 tolli sügavad. Ni-GM akude, mis kasutavad positiivseid ja negatiivseid elektroode, mille kuvasuhted on sarnased näite 2 omadega, kuid kasutavad mõlema elektroodi, positiivse ja negatiivse jaoks niklit, võimsustihedus on umbes 300 W/kg 50% GH juures ja umbes 225 W/kg 80% GR. Näide 3

Nagu eespool mainitud, saab siin avaldatud tugimaterjale kasutada ka silindriliste, ummistusrulli, Ni-GM akude negatiivsete ja positiivsete elektroodide jaoks. Täpsemalt, tabelis 3, suureneb C-elemendi tüüpi Ni-MH aku eriväljund, kui negatiivse elektroodi alusmaterjalina kasutatakse vaske. Tabeli 3 iga rida näitab võimsustihedust 20% GH ja 80% GH juures. Iga rea ​​jaoks koosneb positiivse elektroodi alus niklivahust. Liinidel 1 ja 2 on voolu koguv juhe kinnitatud negatiivse elektroodi külge. 1. real on negatiivse elektroodi alus poorsest nikkelmetallist ja 2. real negatiivse elektroodi alus poorsest vaskmetallist. Tabel 3 näitab, et vase kasutamine alusmaterjalina suurendab aku võimsustihedust. Liinidel 3 ja 4 keevitatakse voolukollektor negatiivse elektroodi külge. 3. real on negatiivse elektroodi alus poorsest nikkelmetallist ja 4. real negatiivse elektroodi alus poorsest vaskmetallist. Tabel 3 näitab taas, et vase kasutamine alusmaterjalina suurendab aku võimsustihedust. Kokkuvõttes näitavad tabelis 3 esitatud andmed, et C-elemendiga Ni-MH aku puhul suurendab vase kasutamine negatiivsete elektroodide alusmaterjalina aku väljundvõimsustihedust sõltumata sellest, kas elektroodide juhtmed on kinnitatud. elektroodide külge või otse aluse külge keevitatud. Andmed näitavad ka, et üldiselt suureneb aku erivõimsus, kui elektroodide juhtmed keevitatakse otse elektroodide külge, mitte ei kinnita elektroodide külge. Tabelis 3 esitatud andmed on graafiliselt näidatud joonisel fig. 3. Joonisel 3 on näidatud C-elemendiga Ni-MH akude väljundvõimsustihedus (näites 3 näidatud neli juhtumit) tühjenemise sügavuse funktsioonina % (näidatud andmed vastavad 0%, 20%, 50% ja 80% GR-punktidest). Kuigi leiutist on kirjeldatud eelistatud teostuste ja selle teostamise viisidega, on arusaadav, et leiutis ei ole mõeldud piirama nende eelistatud teostuste ja teostusviisidega. Vastupidi, leiutis on mõeldud hõlmama kõiki alternatiive, modifikatsioone ja ekvivalente, mis võivad kuuluda lisatud patendinõudluses määratletud leiutise vaimu ja ulatusse.

NÕUE

1. Leelisnikkel-metallhüdriidpatarei, mis sisaldab leeliselist elektrolüüti, vähemalt ühte positiivset elektroodi, millel on elektroodi klemm, vähemalt ühte negatiivset elektroodi, millel on elektroodi klemm, negatiivne elektrood sisaldab poorset metallist alust, mis sisaldab puhast vaske ja vesinikku salvestavat sulamit , surutakse kindlaksmääratud alusele, samal ajal kui elektroodi juhe keevitatakse kindlaksmääratud negatiivse elektroodi kindlaksmääratud alusele, samal ajal kui määratud negatiivne elektrood metallhüdriidiga, kasutades vase alust, on sobivate pH ja pinge väärtuste juures korrosioonikindlus. 2. Aku vastavalt punktile 1, mis erineb selle poolest, et poorse metallist alus on võre, plaat või tõmmatud metall. 3. Negatiivne elektrood kasutamiseks leelis-nikkel-metallhüdriidpatareis, mis koosneb poorsest metallist alusest, mis sisaldab puhast vaske, vesinikku salvestavat sulamit, mis on pressitud alusesse, ja selle aluse külge keevitatud elektroodi klemmi. 4. Elektrood vastavalt punktile 3, mis erineb selle poolest, et poorse metallist alus on võrk, plaat või tõmmatud metall. 5. Leelisnikkel-metallhüdriidpatarei, mis sisaldab leeliselist elektrolüüti, vähemalt ühte positiivset elektroodi elektroodi juhtmega ja vähemalt ühte negatiivset elektroodi elektroodi juhtmega, kusjuures negatiivne elektrood sisaldab poorset metallist alust, mis sisaldab vasesulamit ja akumuleerivat vesinikusulamist, mis on pressitud nimetatud alusele, kusjuures elektroodi juhe on keevitatud negatiivse elektroodi aluse külge, kusjuures metallhüdriid negatiivne elektrood, kasutades vasest alust, sobiva pH ja pinge juures on korrosiooni suhtes immuunne. 6. Aku vastavalt punktile 5, mis erineb selle poolest, et poorne metallalus on võrk, plaat või tõmmatud metall. 7. Aku vastavalt nõudluspunktile 5, milles vasesulam on vase-nikli sulam. 8. Negatiivne elektrood kasutamiseks leelis-nikkel-metallhüdriidpatareis, mis koosneb poorsest metallist alusest, mis sisaldab vasesulamit, vesinikku salvestavat sulamit, mis on pressitud alusesse, ja selle aluse külge keevitatud elektroodi klemmi. 9. Elektrood vastavalt nõudluspunktile 8, milles poorne metallalus on võrk, plaat või tõmmatud metall. 10. Elektrood vastavalt nõudluspunktile 8, milles vasesulam on vase-nikli sulam.

Alustame interstitsiaalsete ühendite koostisega. Vaatleme seda probleemi siirdeelementide hüdriidide näitel. Kui interstitsiaalse faasi moodustumisel langevad vesinikuaatomid metallvõres ainult tetraeedritesse tühikutesse, siis peaks vesiniku sisaldus sellises ühendis vastama valemile MeH 2 (kus Me on metall, mille aatomid moodustavad tiheda tihendi ). Lõppkokkuvõttes on võres kaks korda rohkem tetraeedrilisi tühimikke kui tihedat ümbrist moodustavaid aatomeid. Kui seevastu vesinikuaatomid langevad ainult oktaeedritesse tühikutesse, siis samadest kaalutlustest järeldub, et vesiniku piirav sisaldus peab vastama valemile MeH, - tihedas pakis on sama palju oktaeedrilisi tühimikke kui on aatomeid, mis koosta see pakkimine.

Tavaliselt täidetakse siirdemetallide ühendite moodustumisel vesinikuga kas oktaeedrilised või tetraeedrilised tühimikud. Sõltuvalt lähteainete olemusest ja protsessi tingimustest võib toimuda täielik või ainult osaline täitmine. Viimasel juhul erineb ühendi koostis täisarvu valemist, on määramatu, näiteks MeH 1-x; MeH 2-x. Ühenduste põimimine peab seega oma olemuselt olema muutuva koostisega ühendid, st need, mille koostis, olenevalt nende valmistamise ja edasise töötlemise tingimustest, varieerub üsna suurtes piirides.

Vaatleme mõningaid interstitsiaalsete faaside tüüpilisi omadusi vesinikuga ühendite näitel. Selleks võrdleme mõne üleminekuelemendi hüdriide leelismetalli (liitiumi) hüdriidiga.

Liitiumi ühendamisel vesinikuga tekib teatud koostisega aine LiH. Füüsikaliste omaduste poolest pole sellel midagi pistmist originaalmetalliga. Liitium juhib elektrivoolu, sellel on metalliline läige, plastilisus, ühesõnaga kogu metalliliste omaduste kompleks. Liitiumhüdriidil ei ole ühtegi neist omadustest. See on värvitu soolataoline aine, mitte üldse nagu metall. Sarnaselt teistele leelis- ja leelismuldmetallide hüdriididele on liitiumhüdriid tüüpiline ioonühend, kus liitiumi aatomil on märkimisväärne positiivne laeng ja vesinikuaatomil sama negatiivne laeng. Liitiumi tihedus on 0,53 g / cm 3 ja liitiumhüdriidi tihedus on 0,82 g / cm 3 - tekib märgatav tiheduse suurenemine. (Sama on täheldatud ka teiste leelis- ja leelismuldmetallide hüdriidide moodustumisel).

Pallaadium (tüüpiline üleminekuelement) läbib vesinikuga suhtlemisel täiesti erinevaid transformatsioone. Tuntud on näidiskatse, kus ühelt poolt gaasikindla lakiga kaetud pallaadiumiplaat paindub vesinikuga puhumisel.

Seda seetõttu, et saadud pallaadiumhüdriidi tihedus väheneb. Selline nähtus saab toimuda ainult siis, kui metalliaatomite vaheline kaugus suureneb. Sisestatud vesinikuaatomid "suruvad" metalli aatomeid, muutes kristallvõre omadusi.

Metallide mahu suurenemine vesiniku neeldumisel koos interstitsiaalsete faaside moodustumisega on nii märgatav, et vesinikuga küllastunud metalli tihedus osutub oluliselt väiksemaks kui algse metalli tihedus (vt tabel 2).

Rangelt võttes ei jää metalli aatomitest moodustatud võre tavaliselt pärast vesiniku neeldumist selle metalli poolt täielikult muutumatuks. Ükskõik kui väike on vesinikuaatom, tekitab see võres siiski moonutusi. Sel juhul ei toimu tavaliselt võres mitte ainult võre aatomite vahekauguste proportsionaalset suurenemist, vaid ka selle sümmeetria mõningast muutust. Seetõttu öeldakse sageli lihtsuse mõttes, et vesinikuaatomid viiakse tühimikesse tihedas tihendis – vesinikuaatomite sisestamisel rikutakse ikkagi metalliaatomite enda tihedat pakkimist.

Tabel 2 Mõnede siirdemetallide tiheduse muutused vesinikuga interstitsiaalsete faaside moodustumisel.

See pole kaugeltki ainus erinevus tüüpiliste ja siirdemetallide hüdriidide vahel.

Interstitsiaalsete hüdriidide moodustumisel säilivad sellised tüüpilised metallide omadused nagu metalliline läige ja elektrijuhtivus. Tõsi, need võivad olla vähem väljendunud kui algmetallides. Seega on interstitsiaalsed hüdriidid palju sarnasemad lähtemetallidega kui leelis- ja leelismuldmetallide hüdriidid.

Selline omadus nagu plastilisus muutub palju tugevamalt - vesinikuga küllastunud metallid muutuvad rabedaks, algseid metalle on sageli raske pulbriks muuta ja palju lihtsam on seda teha samade metallide hüdriididega.

Lõpuks tuleks märkida interstitsiaalsete hüdriidide väga olulist omadust. Kui siirdemetallid interakteeruvad vesinikuga, siis metalliproov ei hävi. Lisaks säilitab see oma esialgse kuju. Sama juhtub ka pöördprotsessi - hüdriidide lagunemise (vesiniku kadumise) ajal.

Võib tekkida loomulik küsimus: kas interstitsiaalsete faaside moodustumise protsessi võib pidada keemiliseks selle sõna täies tähenduses? Võib-olla vesilahuste moodustumine – protsess, milles on palju rohkem "keemiat"?

Vastus on keemilise termodünaamika kasutamine.

Teatavasti kaasneb lihtainetest keemiliste ühendite tekkega (nagu ka muude keemiliste protsessidega) tavaliselt märgatav energeetiline mõju. Enamasti on need mõjud eksotermilised ja mida rohkem energiat vabaneb, seda tugevam on tekkiv ühendus.

Soojusmõjud on üks olulisemaid märke, et ei toimu lihtsalt ainete segu, vaid toimub keemiline reaktsioon. Kuna süsteemi siseenergia muutub, tekivad uued sidemed.

Vaatame nüüd, milliseid energiamõjusid põhjustab interstitsiaalsete hüdriidide moodustumine. Selgub, et levik on siin päris suur. Perioodilise süsteemi rühmade III, IV ja V sekundaarsete alarühmade metallides kaasneb interstitsiaalsete hüdriidide moodustumisega märkimisväärne soojuse eraldumine, suurusjärgus 30–50 kcal / mol (kui liitiumhüdriid moodustub lihtainetest , vabaneb umbes 21 kcal / mol). Võib tunnistada, et interstitsiaalsed hüdriidid, vähemalt näidatud alarühmade elemendid, on üsna "päris" keemilised ühendid. Siiski tuleb märkida, et paljude metallide puhul, mis asuvad iga üleminekurea teises pooles (näiteks raud, nikkel, vask), on interstitsiaalsete hüdriidide moodustumise energiamõju väike. Näiteks FeH 2 ligikaudse koostisega hüdriidi puhul on termiline efekt ainult 0,2 kcal / mol .

Selliste hüdriidide DN arr väike väärtus määrab nende valmistamise meetodid - mitte metalli otsene interaktsioon vesinikuga, vaid kaudne viis.

Vaatame mõnda näidet.

Nikkelhüdriidi, mille koostis on NiH 2 -le lähedane, võib saada nikkelkloriidi eeterlikul lahusel fenüülmagneesiumbromiidiga H 2 voolus:

Selle reaktsiooni tulemusena saadud nikkelhüdriid on must pulber, mis eraldab kergesti vesinikku (mis on üldiselt iseloomulik interstitsiaalsetele hüdriididele) ja süttib hapniku atmosfääris kergelt kuumutamisel.

Samamoodi niklinaabrite hüdriidid mööda perioodiline süsteem- koobalt ja raud.

Teine siirdehüdriidide saamise meetod põhineb liitiumalanaadi LiAlH kasutamisel.Kui vastava metalli kloriid reageerib eetrilahuses LiAlH 4-ga, tekib selle metalli alanaat:

MeCl 2 + LiAlH 4 > Mina (AlH 4 ) 2 + LiCl(5)

Paljude metallide puhul on alanaadid haprad ühendid, mis lagunevad temperatuuri tõustes.

Mina (AlH 4 ) 2 > MeH 2 + Al + H 2 (6)

Kuid mõnede sekundaarsete alarühmade metallide puhul toimub erinev protsess:

Mina (AlH 4 ) 2 > MeH 2 +AlH 3 (7)

Sel juhul moodustub vesiniku ja alumiiniumi segu asemel alumiiniumhüdriid, mis on eetris lahustuv. Reaktsiooniprodukti eetriga pestes saab jäägina puhast siirdemetallhüdriidi. Nii saadi näiteks tsingi, kaadmiumi ja elavhõbeda vähestabiilseid hüdriide.

Sellest võib järeldada, et sekundaarsete alarühmade elementide hüdriidide valmistamine põhineb tüüpilistel anorgaanilise sünteesi meetoditel: vahetusreaktsioonid, habraste ühendite termiline lagunemine teatud tingimustel jne. Neid meetodeid kasutati peaaegu kõigi siirdeelementide hüdriidide saamiseks. isegi väga haprad. Saadud hüdriidide koostis on tavaliselt stöhhiomeetrilisele lähedane: FeH 2, CoH 2, NiH 2 ZnH 2, CdH 2, HgH 2. Ilmselt hõlbustab stöhhiomeetria saavutamist nende reaktsioonide madal temperatuur.

Analüüsime nüüd reaktsioonitingimuste mõju tekkivate interstitsiaalsete hüdriidide koostisele. See tuleneb otseselt Le Chatelier’ põhimõttest. Mida kõrgem on vesiniku rõhk ja madalam temperatuur, seda lähemal on metalli vesinikuga küllastumise piirväärtus. Teisisõnu, iga konkreetne temperatuur ja iga rõhk vastab metalli teatud küllastumise astmele vesinikuga. Ja vastupidi, iga temperatuur vastab teatud vesiniku tasakaalurõhule metallpinna kohal.

See toob kaasa üleminekuelementide hüdriidide ühe võimaliku rakenduse. Oletame, et mõnes süsteemis on vaja luua rangelt määratletud vesiniku rõhk. Sellisesse süsteemi asetatakse vesinikuga küllastunud metall (katsetes kasutati titaani). Kuumutades seda teatud temperatuurini, on võimalik tekitada süsteemis vajalik gaasilise vesiniku rõhk.

Iga ühendiklass on huvitav oma keemilise olemuse, selles sisalduvate osakeste koostise ja struktuuri ning nende osakeste vahelise sideme olemuse poolest. Keemikud pühendavad sellele oma teoreetilise ja eksperimentaalse töö. Need ei ole rakendamisetapis erand.

Interstitsiaalsete hüdriidide olemuse kohta pole veel lõplikku seisukohta. Sageli erinevad, mõnikord vastandlikud seisukohad selgitavad edukalt samu fakte. Teisisõnu, seni puuduvad ühtsed teoreetilised seisukohad interstitsiaalsete ühendite struktuuri ja omaduste kohta.

Vaatleme mõningaid eksperimentaalseid fakte.

Kõige üksikasjalikumalt on uuritud vesiniku neeldumisprotsessi pallaadiumi poolt. Seda siirdemetalli iseloomustab asjaolu, et selles lahustunud vesiniku kontsentratsioon konstantsel temperatuuril on võrdeline vesiniku välisrõhu ruutjuurega.

Igal temperatuuril dissotsieerub vesinik mingil määral vabadeks aatomiteks, seega on tasakaal:

Selle tasakaalu konstant on:

kus R H -- aatomi vesiniku rõhk (kontsentratsioon).

Siit (11)

On näha, et aatomi vesiniku kontsentratsioon gaasifaasis on võrdeline molekulaarse vesiniku rõhu (kontsentratsiooni) ruutjuurega. Kuid vesiniku kontsentratsioon pallaadiumis on samuti võrdeline sama väärtusega.

Sellest võime järeldada, et pallaadium lahustab vesinikku üksikute aatomite kujul.

Milline on siis pallaadiumhüdriidi sideme olemus? Sellele küsimusele vastamiseks on läbi viidud mitmeid katseid.

Leiti, et kui elektrivool lastakse läbi vesinikuga küllastunud pallaadiumi, liiguvad mittemetalli aatomid katoodi poole. Tuleb eeldada, et metallvõres leiduv vesinik dissotsieerub täielikult või osaliselt prootoniteks (s.o. H + ioonideks) ja elektronideks.

Andmed pallaadiumhüdriidi elektroonilise struktuuri kohta saadi magnetilisi omadusi uurides. Uuriti hüdriidi magnetiliste omaduste muutumist sõltuvalt struktuuris sisalduva vesiniku hulgast. Aine magnetiliste omaduste uurimise põhjal on võimalik hinnata, kui palju paarituid elektrone sisalduvad seda ainet moodustavad osakesed. Pallaadiumi aatomi kohta on keskmiselt umbes 0,55 paaritu elektroni. Kui pallaadium on vesinikuga küllastunud, väheneb paaritute elektronide arv. Ja aines, mille koostis on PdH 0,55, paardumata elektronid praktiliselt puuduvad.

Nende andmete põhjal võime järeldada, et pallaadiumi paardumata elektronid moodustavad paare vesinikuaatomite paaritute elektronidega.

Interstitsiaalsete hüdriidide (eelkõige elektriliste ja magnetiliste) omadusi saab aga seletada ka vastupidise hüpoteesi alusel. Võib oletada, et interstitsiaalsed hüdriidid sisaldavad H -ioone, mis tekivad osa metallvõres leiduvatest poolvabadest elektronidest kinnipüüdmise tõttu vesinikuaatomitega. Sel juhul moodustaksid metallist saadud elektronid paarid ka vesinikuaatomitel olevate elektronidega. See lähenemisviis selgitab ka magnetmõõtmiste tulemusi.

Võimalik, et interstitsiaalsetes hüdriidides eksisteerivad koos mõlemat tüüpi ioonid. Metallelektronid ja vesinikuelektronid moodustavad paare ja seetõttu tekib kovalentne side. Neid elektronpaare saab ühel või teisel määral nihutada ühe aatomi – metalli või vesiniku – suhtes.

Elektronpaar on tugevamalt kallutatud metalliaatomi poole nende metallide hüdriidides, mis vähem tõenäoliselt elektrone loovutavad, nagu pallaadium või nikkelhüdriidid. Kuid skandiumi ja uraani hüdriidides on elektronpaar ilmselt tugevalt nihkunud vesiniku poole. Seetõttu on lantaniidide ja aktiniidide hüdriidid paljuski sarnased leelismuldmetallide hüdriididega. Muide, lantaanhüdriid jõuab koostiseni LaH 3 . Tüüpiliste interstitsiaalsete hüdriidide puhul ei ole vesiniku sisaldus, nagu me praegu teame, suurem kui see, mis vastab valemitele MeH või MeH2.

Veel üks eksperimentaalne fakt näitab interstitsiaalsete hüdriidide sideme olemuse määramise raskust.

Kui pallaadiumhüdriidist eemaldada vesinik madalal temperatuuril, siis on võimalik säilitada moonutatud ("paisutatud") võre, mis leidus vesinikuga küllastunud pallaadiumis. Sellise pallaadiumi magnetilised omadused (pange tähele), elektrijuhtivus ja kõvadus on üldiselt samad, mis hüdriidil.

Siit järeldub, et interstitsiaalsete hüdriidide moodustumisel ei põhjusta omaduste muutust mitte ainult vesiniku olemasolu neis, vaid ka lihtsalt aatomitevaheliste kauguste muutumine võres.

Peame tunnistama, et interstitsiaalsete hüdriidide olemuse küsimus on väga keeruline ja kaugeltki lõplik lahendus.

Inimkond on alati olnud kuulus selle poolest, et isegi ilma ühegi nähtuse kõiki aspekte täielikult tundmata suutis ta neid nähtusi praktiliselt ära kasutada. See kehtib täielikult interstitsiaalsete hüdriidide kohta.

Interstitsiaalsete hüdriidide moodustumist kasutatakse mõnel juhul praktikas teadlikult, teistel juhtudel, vastupidi, püütakse seda vältida.

Interstitsiaalsed hüdriidid eraldavad kuumutamisel ja mõnikord ka madalatel temperatuuridel vesinikku suhteliselt kergesti. Kus saab seda kinnisvara kasutada? Muidugi redoksprotsessides. Veelgi enam, interstitsiaalsete hüdriidide poolt eraldatud vesinik on protsessi mõnes etapis aatomi olekus. See on tõenäoliselt seotud interstitsiaalsete hüdriidide keemilise aktiivsusega.

Teatavasti on VIII rühma metallid (raud, nikkel, plaatina) head katalüsaatorid reaktsioonidele, kus mõnele ainele lisatakse vesinikku. Võib-olla on nende katalüütiline roll seotud ebastabiilsete interstitsiaalsete hüdriidide vahepealse moodustumisega. Edasine dissotsieerumine, hüdriidid annavad reaktsioonisüsteemile teatud koguse aatomvesinikku.

Näiteks peendispersne plaatina (nn plaatinamust) katalüüsib vesiniku oksüdeerumist hapnikuga – selle juuresolekul kulgeb see reaktsioon märgatava kiirusega isegi toatemperatuuril. Seda plaatinamusta omadust kasutatakse kütuseelementides – seadmetes, kus keemilisi reaktsioone kasutatakse otseseks elektrienergia tootmiseks, jättes mööda soojuse tootmisest (põlemisstaadium). Nn vesinikelektrood, mis on oluline vahend lahuste elektrokeemiliste omaduste uurimiseks, põhineb peendispersse plaatina samal omadusel.

Väga puhaste metallipulbrite saamiseks kasutatakse interstitsiaalsete hüdriidide moodustumist. Metalliline uraan ja teised aktiniidid, aga ka väga puhas titaan ja vanaadium on plastilised ning seetõttu on metalli jahvatamise teel neist pulbreid praktiliselt võimatu valmistada. Metalli plastilisusest ilmajätmiseks küllastatakse see vesinikuga (seda toimingut nimetatakse metalli "habrastamiseks"). Saadud hüdriid hõõrutakse kergesti pulbriks. Mõned metallid lähevad vesinikuga küllastununa ise pulbriks (uraan). Seejärel vaakumis kuumutamisel eemaldatakse vesinik ja alles jääb puhas metallipulber.

Mõnede hüdriidide (UH 3, TiH 2) termilist lagunemist saab kasutada puhta vesiniku saamiseks.

Titaanhüdriidi kõige huvitavamad kasutusvaldkonnad. Seda kasutatakse vahtmetallide (näiteks alumiiniumvahu) tootmiseks. Selleks viiakse hüdriid sula alumiiniumi. Kõrgel temperatuuril see laguneb ja tekkivad vesinikumullid vahutavad vedelat alumiiniumi.

Titaanhüdriidi saab kasutada mõnede metalloksiidide redutseeriva ainena. Seda saab kasutada metallosade ühendamiseks jootetina ja pulbermetallurgias metalliosakeste paagutamise protsessi kiirendava ainena. Kahel viimasel juhul kasutatakse ka hüdriidi redutseerivaid omadusi. Tavaliselt tekib metalliosakeste ja metallosade pinnale oksiidikiht. See takistab külgnevate metallosade nakkumist. Kuumutamisel titaanhüdriid redutseerib need oksiidid, puhastades seeläbi metallpinda.

Titaanhüdriidi kasutatakse teatud erisulamite tootmiseks. Kui see laguneb vasktoote pinnal, moodustub õhuke kiht vase-titaani sulamit. See kiht annab toote pinnale erilise mehaanilised omadused. Seega on võimalik mitut kombineerida olulised omadused(elektrijuhtivus, tugevus, kõvadus, kulumiskindlus jne).

Lõpuks on titaanhüdriid väga tõhus kaitse neutronite, gammakiirguse ja muu kõva kiirguse eest.

Mõnikord, vastupidi, tuleb võidelda interstitsiaalsete hüdriidide moodustumisega. Metallurgia-, keemia-, nafta- ja muudes tööstusharudes on vesinik või selle ühendid rõhu all ja kõrgel temperatuuril. Sellistes tingimustes võib vesinik läbi kuumutatud metalli märgataval määral difundeeruda, seadmest lihtsalt "lahkuda". Lisaks (ja see on võib-olla kõige olulisem!) võib interstitsiaalsete hüdriidide moodustumise tõttu metallseadmete tugevust oluliselt vähendada. Ja see on juba kõrge rõhuga töötamisel tõsise ohuga.