Nikkel-metallhydridbatterier med kraftige elektroder og elektrodeforbindelser med lav motstand. Nikkel-metallhydridbatterier med kraftige elektroder og elektrodeforbindelser med lav motstand Brukseksempler på metall-vannsystemer

svarte krystaller Molar masse 60,71 g/mol Data er basert på standardforhold (25 °C, 100 kPa) med mindre annet er angitt.

Nikkelhydrid- binær uorganisk forbindelse av nikkelmetall og hydrogen med formelen NiH 2 , svarte krystaller, reagerer med vann.

Kvittering

• Virkningen av hydrogen på difenylnikkel:

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

Fysiske egenskaper

Nikkelhydrid danner svarte krystaller som er stabile i eterløsning.

Kjemiske egenskaper

• Nedbrytes ved lett oppvarming:

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

• Reagerer med vann:

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

applikasjon

• Katalysator for hydrogeneringsreaksjoner.

Skriv en anmeldelse om artikkelen "Nikkelhydrid"

Litteratur

• Chemical Encyclopedia / Red.: Knunyants I.L. og andre - M .: Soviet Encyclopedia, 1992. - T. 3. - 639 s. - ISBN 5-82270-039-8.
• Ripan R., Chetyanu I. Uorganisk kjemi. Kjemi av metaller. - M .: Mir, 1972. - T. 2. - 871 s.

Denne artikkelen om uorganisk materiale er en stubbe . Du kan hjelpe prosjektet ved å legge til det.

Et utdrag som karakteriserer nikkelhydrid

På hjemmesiden...
Zherkov rørte ved hesten sin med sporene sine, som tre ganger ble opphisset, sparket, uten å vite hvor han skulle begynne, taklet og galopperte, overtok selskapet og tok igjen vognen, også i takt med sangen.

Da han kom tilbake fra anmeldelsen, dro Kutuzov, akkompagnert av en østerriksk general, til kontoret sitt og ringte adjutanten og beordret å gi seg selv noen papirer som gjaldt tilstanden til de innkommende troppene, og brev mottatt fra erkehertug Ferdinand, som befalte den fremre hæren. . Prins Andrei Bolkonsky med de nødvendige papirene gikk inn på kontoret til øverstkommanderende. Foran planen som lå på bordet satt Kutuzov og et østerriksk medlem av Hofkriegsrat.
"Ah ..." sa Kutuzov og så tilbake på Bolkonsky, som ved dette ordet å invitere adjutanten til å vente, og fortsatte samtalen som ble startet på fransk.
"Jeg sier bare én ting, general," sa Kutuzov med en behagelig eleganse av uttrykk og intonasjon, og tvang en til å lytte til hvert rolig talt ord. Det var tydelig at Kutuzov lyttet til seg selv med glede. – Jeg sier bare én ting, general, at hvis saken var avhengig av mitt personlige ønske, så ville Hans Majestet Keiser Franzs vilje blitt oppfylt for lenge siden. Jeg ville ha sluttet meg til erkehertugen for lenge siden. Og tro min ære, at for meg personlig å overføre den høyere kommandoen over hæren mer enn jeg er til en kunnskapsrik og dyktig general, slik som Østerrike, er det så rikelig, og å legge ned alt dette tunge ansvaret for meg personlig ville være en glede . Men omstendighetene er sterkere enn oss, generelt.
Og Kutuzov smilte med et slikt uttrykk som om han sa: "Du har all rett til ikke å tro meg, og til og med jeg bryr meg ikke om du tror meg eller ikke, men du har ingen grunn til å fortelle meg dette. Og det er hele poenget."
Den østerrikske generalen så misfornøyd ut, men kunne ikke svare Kutuzov i samme tonefall.
«Tvert imot,» sa han i en sur og sint tone, så i motsetning til den smigrende betydningen av ordene som ble sagt, «tvert imot, Deres eksellensens deltakelse i fellessaken er høyt verdsatt av Hans Majestet; men vi tror at en reell nedgang fratar de strålende russiske troppene og deres befal fra laurbærene som de er vant til å høste i kamp,» avsluttet han den tilsynelatende forberedte frasen.
Kutuzov bukket uten å endre smilet.
– Og jeg er så overbevist, og basert på det siste brevet som Hans Høyhet Erkehertug Ferdinand hedret meg, antar jeg at de østerrikske troppene, under kommando av en så dyktig assistent som general Mack, nå allerede har vunnet en avgjørende seier og ikke lenger trenger vår hjelp, - sa Kutuzov.
Generalen rynket pannen. Selv om det ikke var noen positive nyheter om østerrikernes nederlag, var det for mange omstendigheter som bekreftet de generelle ugunstige ryktene; og derfor var Kutuzovs antagelse om østerrikernes seier veldig lik en hån. Men Kutuzov smilte saktmodig, fortsatt med det samme uttrykket som sa at han hadde rett til å påta seg dette. Det siste brevet han mottok fra Macks hær informerte ham om seieren og den mest fordelaktige strategiske posisjonen til hæren.
"Gi meg dette brevet her," sa Kutuzov og vendte seg mot prins Andrei. – Her er du, hvis du vil se den. - Og Kutuzov, med et hånende smil på leppene, leste følgende avsnitt fra brevet til erkehertug Ferdinand fra den tysk-østerrikske generalen: «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 synd, 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 Allirte mit ganzer Macht wenden wollte, seine Absicht alabald vereite. 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 verdt." [Vi har en fullt konsentrert styrke, ca 70 000 mennesker, slik at vi kan angripe og beseire fienden hvis han krysser Lech. Siden vi allerede eier Ulm, kan vi beholde fordelen med å kommandere begge breddene av Donau, derfor, hvert minutt, hvis fienden ikke krysser Lech, kryss Donau, skynd oss ​​til kommunikasjonslinjen hans, kryss Donau lavere og fienden , hvis han bestemmer seg for å vende all sin styrke mot våre trofaste allierte, for å forhindre at intensjonen hans blir oppfylt. Dermed vil vi med glede avvente tiden da den keiserlige russiske hæren er helt klar, og sammen vil vi lett finne en mulighet til å forberede fienden på den skjebnen han fortjener.
Kutuzov sukket tungt etter å ha fullført denne perioden, og så forsiktig og kjærlig på medlemmet av Hofkriegsrat.
"Men du vet, Deres eksellens, den kloke regelen om å anta det verste," sa den østerrikske generalen, og ønsket tilsynelatende å avslutte vitsene og begynne å jobbe.

Nikkelhydrid

NiH (g). De termodynamiske egenskapene til gassformig nikkelhydrid i standardtilstand ved temperaturer på 100 - 6000 K er gitt i tabell. NIH.

IR-spekteret til NiH- og NiD-molekyler i en lavtemperaturmatrise [78WRI/BAT, 97LI/VAN] ble studert. De grunnleggende frekvensene til molekyler i matriser av Ne, Ar, Kr, samt overgangene X 2 2 ∆ 3/2 - X 1 2 Δ 5/2 (henholdsvis 928 og 916 cm -1 i Ar og Kr) og 2 Π 3/2 - X 1 2 Δ 5/2 (2560 cm-1 i Ar). Vibrasjons-rotasjonsspektrene til NiH- og NiD-molekyler har blitt studert. Fotoelektronspekteret til NiH - og NiD - [87STE/FEI] ble oppnådd. Spekteret tolkes som overganger fra grunntilstanden til anionet til grunnen og flere eksiterte tilstander til det nøytrale molekylet: X 2 Δ, B 2 Π, A 2 Σ og tilstander med energier på 7400 og 11600 cm -1, som er betraktet som 4 D og overlappende 4 P og 4 S forutsagt i [82BLO/SIE].

Det finnes en rekke abinitio-beregninger [82BLO/SIE, 86CHO/WAL, 86ROH/HAY, 90HAB, 90MAR] som beskriver den elektroniske strukturen til NiH. Beregninger [ 90HAB, 82BLO/SIE, 86CHO/WAL ], samt en studie av dipolmomentet [ 85GRA/RIC ], viste at bindingen i grunn X 2 Δ-tilstanden til NiH-molekylet oppstår hovedsakelig fra asymptoten 3d 9 4s med en liten blanding av karakter 3 d 8 4s 2. De fleste av beregningene er viet til studiet av tre tilstander X 2 Δ, A 2 Σ, B 2 Π, som dannes i henhold til den siste tolkningen (Ni + 3 d 9 2 D)-supermultiplett [ 82BLO/SIE, 86ROH/HAY, 90MAR, 91GRA/LI2 ] og er i god overensstemmelse med de eksperimentelle dataene. Beregningen av [82BLO/SIE] i samsvar med den eksperimentelle studien [91KAD/SCU] viste at i energiområdet over 5000 til ~32000 cm-1 er det superkonfigurasjonstilstander d 8 σ 2 σ * (σ og σ * - binder og løsner molekylære orbitaler dannet av 1 s atom H og 4 s Ni-atom). I energiområdet fra 32000 cm -1 til 40000 cm -1 gir beregningen [ 82BLO/SIE ] tilstandene (med total statistisk vekt p=20) som tilhører superkonfigurasjonen d 9 σσ * . De eksperimentelt observerte tilstandene ble inkludert i beregningen av de termodynamiske funksjonene X 2 Δ, MEN 2 Σ, B 2 a. Energiene til tilstander over 5000 cm -1 er hentet fra beregningsdataene [82BLO/SIE], tatt i betraktning at beregningen gir energier underestimert med 2000 - 3000 cm -1, og de statistiske vektene til alle eksiterte tilstander er gruppert ved faste energier. Ved energinivåer over dissosiasjonsenergien ble den statistiske vekten estimert fra [82BLO/SIE]-dataene halvert under antakelsen om at bare halvparten av tilstandene er stabile. Feilen i energiene til de estimerte tilstandene antas å være 10 %.

Vibrasjonskonstantene i bakken X 2 Δ tilstand er beregnet fra verdiene av ΔG 1/2 og ΔG 3/2 funnet i [90KAD/SCU] basert på en analyse av rotasjonsstrukturen til båndene knyttet til overganger til X 2 Δ 5/2 (v = 0, 1 og 2).

Rotasjonskonstantene i grunntilstanden beregnes ut fra verdiene B 0 og D 0 [87KAD/LOE], bestemt av Hill og Van Vleck-formelen for dubletttilstander ved behandling av tilstandstermer 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.

Molekylkonstantene i A 2 S og B 2 P-tilstandene ble hentet fra dataene til [91GRA/LI2], hvor de ble oppnådd som et resultat av felles prosessering av alle eksperimentelle data om vibrasjonsrotasjonsnivåene til tilstandene som danner (Ni + 3d 9 2 D)-supermultiplett [ 88NEL/BAC, 90KAD/SCU, 91KAD/SCU, 90HIL/FIE].

De termodynamiske funksjonene til NiH(g) ble beregnet ved å bruke ligningene (1.3) - (1.6), (1.9), (1.10), (1.93) - (1.95) . Verdiene av Q og dens deriverte ble beregnet i henhold til ligningene (1.90) - (1.92) under hensyntagen til elleve eksiterte tilstander (Ω-komponenter av X 2 Δ og В 2 P tilstander ble betraktet som separate tilstander i saken Med Gunda) under forutsetning av at Q no.vr ( Jeg) = (pi/p X) Q no.vr ( X). Vibrasjons-rotasjonspartisjonsfunksjon av staten X 2 D 5/2 og dens derivater ble beregnet ved likninger (1,70) - (1,75) ved direkte summering over energinivåer. Beregningene tok hensyn til alle energinivåer med verdier J < J maks ,v , hvor J max ,v ble funnet fra forhold (1.81) . Vibrasjonsrotasjonsnivåer i staten X 2 D 5/2 ble beregnet ved likninger (1,65), (1,41), koeffisienter Y kl i disse ligningene ble beregnet ved bruk av relasjoner (1.66) for isotopmodifikasjonen som tilsvarer den naturlige blandingen av nikkelisotoper fra molekylkonstantene 58 Ni 1 H gitt i tabell Ni.7. Koeffisientverdier Y kl , samt mengdene v maks og J lim er gitt i tabell Ni.8.

Hovedfeilene i de beregnede termodynamiske funksjonene til NiH(g) ved temperaturer på 1000–6000 K skyldes feilen i de fundamentale konstantene. Ved temperaturer over 3000 K blir feil merkbare på grunn av usikkerheten i energiene til de eksiterte elektroniske tilstandene. Feil i verdiene til Φº( T) kl T= 298,15, 1000, 3000 og 6000 K er estimert til henholdsvis 0,02, 0,06, 0,2 og 0,6 J × K -1 × mol -1.

De termodynamiske funksjonene til NiH(g) ble tidligere beregnet uten å ta hensyn til eksiterte tilstander opp til 5000 K [74SCH], før 2000 Til[ 76MAH/PAN ] og opptil 1000 K[ 81XAR/KRA ]) i den stive rotator-harmoniske oscillatortilnærmingen. I denne forbindelse utføres ikke sammenligningen av de beregnede funksjonene.

Likevektskonstanten for reaksjonen NiH(g) = Ni(g) + H(g) beregnes fra verdien:

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

Verdien ble tatt basert på resultatene av massespektrometriske målinger av Kant og Moon (Ni(g) + 0,5H 2 (g) = NiH(g), 1602-1852K, 21 målinger, D r H° (0) = -38,1 ± 8 kJ× mol -1 (III lov om termodynamikk) [79KAN/MOO]). Feilen er assosiert med unøyaktigheten av ioniseringstverrsnittene og med unøyaktigheten av de termodynamiske funksjonene til NiH (omtrent 5-6 kJ × mol -1 på grunn av hver). Behandling ved bruk av II-loven fører til verdien D°0 (NiH) = 254 ± 20 kJ x mol-1.

De tilgjengelige spektraldataene tillater oss ikke pålitelig å estimere dissosiasjonsenergien ved ekstrapolering av vibrasjonsnivåer: bare 3 nivåer av grunntilstanden ble observert for NiH. X 2 D 5/2 tilstander, for NiD - 2 nivåer (et grovt estimat av antall nivåer: N = w e / w e x e / 2 = 2003 / 2 / 37 = 27). Lineær ekstrapolering resulterer i en verdi D° 0 = 26100 cm. I spekteret av NiH begynner utvidelsen ved J ~ 12,5 og J ~ 11,5 i båndene 0-0 2 D 5/2 - X 2 D 5/2 og 2 D 3/2 - X 2 D 3/2, henholdsvis underbåndene 1-0 ved J ~ 9,5). Forfatterne mener at dette skyldes predissosiasjon ved rotasjon. Ifølge dem er energien til den tilsvarende grensen E< 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 utover nedre grense for tilsvarende grense. Herfra får vi 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 ].

Den aksepterte dissosiasjonsenergien tilsvarer verdiene:

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

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

Nikkelhydrid beskriver en legering laget ved å kombinere nikkel og hydrogen. Hydrogeninnholdet i nikkelhydrid er opptil 0,002 vekt%.

Hydrogen fungerer som et herdemiddel, og forhindrer at dislokasjoner i nikkelatomets krystallgitter glir forbi hverandre. Å endre mengden av produksjon av hydrogenlegeringer og formen av dens tilstedeværelse i nikkelhydrid (akselerert fase) kontrollerer kvaliteter som hardhet, duktilitet og strekkstyrke til det resulterende nikkelhydridet. Nikkelhydrid med høyt hydrogennivå kan gjøres hardere og sterkere enn nikkel, men slikt nikkelhydrid er også mindre formbart enn nikkel. Tapet av duktilitet skyldes sprekker som støtter skarpe punkter på grunn av undertrykkelse av elastisk deformasjon av hydrogen og hulrom som dannes under spenning på grunn av dekomponering av hydridet. Hydrogensprøhet kan være et problem i nikkel for bruk i turbiner ved høye temperaturer.

I det snevre området av konsentrasjoner som utgjør nikkelhydrid, kan blandinger av hydrogen og nikkel bare danne noen få forskjellige strukturer med svært forskjellige egenskaper. Å forstå slike egenskaper er viktig for å lage nikkelhydrid av høy kvalitet. Ved romtemperatur er den mest stabile formen for nikkel den ansiktssentrerte kubiske (FCC) α-nikkelstrukturen. Det er et ganske mykt metallisk materiale som bare kan løse opp en svært liten konsentrasjon av hydrogen, ikke mer enn 0,002 vekt-% og bare 0,00005 vekt-%. Den faste løsningsfasen med oppløst hydrogen, som opprettholder samme krystallstruktur som det opprinnelige nikkelet, kalles α-fasen. Ved 25°C trengs 6 kbar hydrogentrykk for å brytes opp til b=nikkel, men hydrogen vil komme tilbake fra løsning dersom trykket faller under 3,4 kbar.

Flate

Atomene hydrogen binder seg sterkt til overflaten av nikkel, med hydrogenmolekylene som bryter for å gjøre det.

Frakobling av dihydrogenet krever nok energi til å krysse barrieren. På Ni(111) er krystalloverflatebarrieren 46 kJ/molekylvekt, mens på Ni(100) er barrieren 52 kJ/molekylvekt. Ni(110) krystallplanoverflaten har den laveste aktiveringsenergien for å bryte et hydrogenmolekyl ved 36 kJ/molekylvekt. Overflatelaget av hydrogen på nikkel kan frigjøres ved oppvarming. Ingen av (111) mistet hydrogen mellom 320 og 380 K. Ingen av (100) mistet hydrogen mellom 220 og 360 K. Ingen av (110) krystalloverflater mistet hydrogen mellom 230 og 430 K.

For å desintegreres i nikkel, må hydrogen migrere fra overflaten gjennom overflaten av nikkelkrystallen. Dette skjer ikke i et vakuum, men kan oppstå når andre molekyler forstyrrer den hydrogen-nikkelbelagte overflaten. Molekylene trenger ikke å være hydrogen, men de ser ut til å fungere som hammere, og slår hydrogenatomer gjennom overflaten av nikkel til det indre. En aktiveringsenergi på 100 kJ/molekylvekt kreves for å penetrere overflaten.

Høytrykksfaser

En ekte krystallografisk distinkt nikkelhydridfase kan produseres med en høytrykkshydrogengass på 600 MPa. Alternativt kan det produseres på en elektrolytisk måte. Den krystallinske formen er ansiktssentrert kubisk eller β-nikkelhydrid. Hydrogen til nikkel atomforhold opp til én, med hydrogen i en oktaedrisk posisjon. Tettheten av β-hydrid er 7,74 g/cm. Den er farget grå. Ved en strømtetthet på 1 ampere per kvadratdesimeter i 0,5 mol/liter svovelsyre og tiourea vil nikkeloverflatelaget omdannes til nikkelhydrid. Denne overflaten er overfylt med sprekker på opptil millimeter lange. Sprekkeretningen er i (001)-planet til de originale nikkelkrystallene. Gitterkonstanten til nikkelhydrid er 3,731 Å, som er 5,7 % større enn nikkel.

Nikkel-metallhydridbatterier og elektroder er foreslått som kan gi økt utgangseffekt og batteriladingshastigheter. Positive og negative elektroder kan dannes ved å presse pulveriserte metallhydrider som aktive materialer inn i porøse metallsubstrater. Porøse metallsubstrater er laget av kobber, kobberbelagt nikkel eller en kobber-nikkel-legering. Elektrodeledningene er direkte festet til det porøse metallsubstratet ved hjelp av en skjøt som er laget ved sveising, lodding eller myklodding. 4 s. og 6 z.p. fly, 3 ill., 3 tab.

Teknisk felt

Foreliggende oppfinnelse vedrører nikkel-metallhydridbatterier, spesielt angår den foreliggende oppfinnelse høyeffekts nikkel-metallhydridbatterier omfattende høyeffektelektroder som bruker sterkt ledende substrater og blyholdige elektrodeforbindelser med lav motstand. Kjent teknikk

Nylig, den mest progressive utviklingen innen bilbatterier for fremdrift Kjøretøy var først og fremst rettet mot å oppfylle kravene som gjelder for rene elektriske kjøretøy. For dette formålet har Stanford Ovshinsky og batteriutviklingsteamene hans ved Energy Conversion Denices, Inc. og Ovonic Battery Company har gjort store fremskritt innen nikkelmetallhydrid-batteriteknologi. Opprinnelig vendte Ovshinsky og gruppene seg til metallhydridlegeringer, som danner den negative elektroden. Som et resultat av denne innsatsen var de i stand til å oppnå svært høy ytelse på reversibel hydrogenlagring som kreves for effektive og økonomiske batteriapplikasjoner, og for å lage batterier som er i stand til å lagre energi med høy tetthet, effektiv reversibilitet, høy elektrisk effektivitet, effektiv lagring av hydrogen i volum uten strukturelle endringer eller forurensning, med lang sykluslevetid og gjentatt dyp utflod. Den forbedrede ytelsen til disse "Ovonic"-legeringene, som de nå kalles, er avledet fra utviklingen av lokal kjemisk orden, og dermed lokal strukturell orden, ved å inkorporere utvalgte modifiseringselementer i den opprinnelige matrisen. Uordnede legeringer av metallhydrider har en betydelig høyere tetthet av katalytisk aktive sentre og lagringssentre sammenlignet med en- eller flerfasede krystallinske materialer. Disse tilleggssentrene er ansvarlige for den forbedrede effektiviteten av elektrokjemisk lading og utlading og øker lagringskapasiteten for elektrisk energi. Oppbevaringssentrenes art og antall kan opprettes selv uavhengig av de katalytisk aktive sentrene. Mer spesifikt er disse legeringene designet for bulklagring av dissosierte hydrogenatomer ved bindekrefter innenfor et reversibilitetsområde som er egnet for bruk i sekundære batteriapplikasjoner. Noen ekstremt effektive materialer for elektrokjemisk hydrogenlagring er utviklet fra de uordnede materialene beskrevet ovenfor. Dette er aktive materialer av Ti-V-Zr-Ni-typen, som er beskrevet i US-patentinformasjon. Disse materialene danner reversibelt hydrider for å lagre hydrogen. Alle materialer brukt i '400-patentet bruker en vanlig Ti-V- Ni-sammensetning der minst Ti, V og Ni er tilstede og kan modifiseres med Cr, Zr og A1. Materialene i "400"-patentet er flerfasematerialer som kan inneholde, men ikke er begrenset til, en eller flere faser med krystallstrukturer av typen C 14 og C 15. Andre Ti-V-Zr-Ni-legeringer brukes også til negative elektroder med reversibel hydrogenlagring En familie av slike materialer er beskrevet i US-patent nr. 4 728 586 ("586-patent") av Venketsen, Reichman og Fetchenko, hvis beskrivelse er inkorporert ved referanse. '586-patentet beskriver en spesiell underklasse av disse Ti-V-Ni-Zr-legeringene som inneholder Ti, V, Zr, Ni og en femte komponent, Cr. '586-patentet nevner muligheten for å bruke additiver og modifiseringsmidler i tillegg til legeringen komponenter, Ti, V, Zr, Ni og Cr, og diskuterer generelt de spesifikke tilsetningsstoffene og modifiseringsmidlene, mengdene og interaksjonene til disse modifiseringsmidlene, og de spesifikke fordelene som kan forventes av dem. I motsetning til de ovonic-legeringene beskrevet ovenfor, ble bestilte legeringer generelt sett på som "ordnede" materialer som hadde andre Kjemiske egenskaper , mikrostruktur og elektrokjemiske egenskaper. Ytelsen til tidligere bestilte materialer var dårlig, men på begynnelsen av 1980-tallet, ettersom graden av modifikasjon økte (det vil si ettersom antall og antall elementære modifikatorer økte), begynte ytelsen deres å forbedre seg betydelig. Dette skyldes det faktum at deres elektriske og kjemiske egenskaper endres avhengig av hvor mye forstyrrelse som introduseres av modifikatorer. Denne utviklingen av legeringer, fra en spesiell klasse "ordnede" materialer til moderne multikomponent, flerfasede "uordnet" legeringer, er vist i følgende patenter: (i) US patent nr. 3.874.928; (ii) US patent 4.214.043; (iii) US patent 4 107 395; (iv) US patent 4.107.405; (v) US patent 4.112.199; (vi) US patent 4 125 688; (vii) US patent 4.214.043; (viii) US patent 4.216.274; (ix) US patent 4.487.817; (x) US patent 4.605.603; (xii) US-patent 4 696 873 og (xiii) US-patent 4 699 856. (Disse informasjonskildene er diskutert i detalj i US-patent 5 096 667 og denne diskusjonen er spesifikt inkludert med henvisning til informasjonskilden). Det har ganske enkelt blitt hevdet at i alle metallhydridlegeringer, etter hvert som modifikasjonsgraden øker, er rollen til den opprinnelig bestilte basislegeringen en rolle av mindre betydning sammenlignet med egenskapene og uorden som er iboende i bestemte modifiseringsmidler. I tillegg indikerer en analyse av flerkomponentlegeringer som for tiden er på markedet og laget av ulike produsenter, at disse legeringene er modifisert i samsvar med retningslinjene etablert for Ovoniske legeringssystemer. Således, som nevnt ovenfor, er alle sterkt modifiserte legeringer uordnede materialer karakterisert ved tilstedeværelsen av mange komponenter og mange faser, dvs. Ovoniske legeringer. Ovshinsky og hans gruppe vendte deretter oppmerksomheten mot den positive elektroden til batterier. I dag er positive elektroder typisk nikkelpasta-elektroder, som består av nikkelhydroksidpartikler i kontakt med et elektrisk ledende nett eller substrat, fortrinnsvis med et stort overflateareal. Det finnes flere varianter av slike elektroder, inkludert de såkalte plastisk bundne nikkelelektrodene, som bruker grafitt som mikroleder, samt de såkalte metallskumelektrodene, som bruker et nikkelskum med høy porøsitet som en base fylt med sfærisk nikkel. hydroksydpartikler og kobolttilsetningsstoffer som øker ledningsevnen. Pålimte skummetallelektroder har allerede begynt å trenge inn i forbrukermarkedet på grunn av deres lave kostnader og høyere energitetthet sammenlignet med sintrede nikkelelektroder. Det er generelt antatt at reaksjonen som skjer ved elektroden til et nikkelbatteri er en enkeltelektrodeprosess som involverer oksidasjon av toverdig nikkelhydroksid til treverdig nikkeloksyhydroksid ved lading og deretter utlading av det treverdige nikkeloksyhydroksid til toverdig nikkelhydroksid, som vist i ligning 2 Bevisene tyder på at firverdig nikkel er involvert i nikkelhydroksidredoksreaksjonen. Dette er ikke et nytt konsept. Faktisk ble eksistensen av tetravalent nikkel først foreslått av Thomas Edison i noen av hans tidlige batteripatenter. Imidlertid har den fulle bruken av fireverdig nikkel aldri blitt utforsket. I praksis observeres vanligvis ikke evnen til en elektrode til å bære flere elektroner enn én, noe som tilsvarer den teoretiske evnen til å bære ett elektron. En årsak til dette er den ufullstendige utnyttelsen av det aktive materialet på grunn av den elektroniske isolasjonen av det oksiderte materialet. Fordi det reduserte nikkelhydroksidmaterialet har en høy elektrisk motstand, resulterer reduksjon av nikkelhydroksidet nær strømkollektoren i en mindre ledende overflate som forstyrrer påfølgende reduksjon av det oksiderte aktive materialet lenger unna. Ovshinsky og gruppene hans utviklet positive elektrodematerialer som viste pålitelig overføring av mer enn ett elektron per nikkelatom. Slike materialer er beskrevet i US-patent nr. 5.344.728 og 5.348.822 (som beskriver stabiliserte, uordnede positive elektrodematerialer) og US-patent og positive elektroder. Ovonic nikkel-metallhydrid (Ni-HM)-batteriet har nådd det avanserte utviklingsstadiet for elbiler. (elektriske kjøretøy). Ovshinskys grupper var i stand til å lage batterier for elektriske kjøretøy som er i stand til å kjøre et elektrisk kjøretøy i mer enn 350 miles på en enkelt lading (Tour d "Sol 1996). Ovonic Ni-GM-batteriet har vist utmerket energitetthet (opptil ca. 90 W/kg), syklingsholdbarhet (over 1000 sykluser ved 80 % DOD), motstand mot misbruk og evnen til å lade raskt (opptil 60 % i 15 minutter) ). I tillegg har Ovonic-batteriet vist høyere strømtetthet enn noen annen batteriteknologi når det er testet og evaluert for bruk som en lagret energikilde for elbiler (elektriske kjøretøy). Selv om Ovshinsky og gruppene hans har gjort store fremskritt i å lage batterier for rent elektriske kjøretøy, har Partnership for a New Generation of Vehicles (PNGV), et statseid bilindustriselskap etablert i USA i 1996, foreslått at hybride elektriske kjøretøy ( HEV-er) vil være i stand til å ta ledelsen i å nå målet om tre ganger så mange besparelser i bildrivstoff i løpet av det neste tiåret. For å nå dette målet vil det være nødvendig med lette, kompakte, kraftige batterier. Bruk av et hybrid drivsystem gir betydelig drivstofføkonomi og ultralave utslippsfordeler. Drivstoffmotorer oppnår maksimal effektivitet når de kjører med et konstant antall omdreininger per minutt (RPM). Derfor kan maksimal drivstoffeffektivitet oppnås ved å bruke en drivstoffmotor med konstant turtall for å drive et kraftig energilagringssystem som leverer toppeffekt for akselerasjon og også gjenvinner kinetisk energi ved bruk av regenerativ bremsing. På samme måte, basert på muligheten til å bruke en liten motor som opererer med maksimal effektivitet og assosiert med et energilagringssystem for å gi pulserende kraft, foreslås den beste utformingen for å minimere utslippene forbundet med bruk av en drivstoffmotor. Dermed er nøkkelteknologien for HET et energilagringssystem som er i stand til å levere svært høy pulseffekt og motta høye regenerative bremsestrømmer med svært høy effektivitet. Driftssyklusen til en enhet som genererer pulserende kraft krever eksepsjonell holdbarhet ved lav DOD-sykling. Det er viktig å forstå at et slikt energilagringssystem har andre krav sammenlignet med systemer for rene elektriske kjøretøy. Rekkevidde er en kritisk faktor for praktisk ET, noe som gjør energitetthet til en kritisk evalueringsparameter. Sykkelkraft og holdbarhet er definitivt viktig, men for ET-er blir de sekundære til energitetthet. Og omvendt, i systemer med pulserende kraft for HET, er krafttettheten av overveldende betydning. Den eksepsjonelt lave dybden på utladningssyklusen er også mer kritisk enn den mer konvensjonelle 80% GH-sykkelholdbarheten som kreves i ET-systemer. Energitetthet er viktig for å redusere batterivekt og volum, men på grunn av batteriets mindre størrelse er denne egenskapen mindre kritisk enn strømtettheten. Evnen til å lade raskt er også en essensiell faktor for effektiv regenerativ bremsing, og lade- og utladingseffektivitet er en kritisk faktor for å holde batteriet ladet i fravær av ekstern lading. På grunn av disse grunnleggende forskjellene i ET-systemkrav og HET-systemkrav, kan det forventes at batterier som i dag er optimert for bruk i ET-systemer ikke vil være egnet for HET med mindre strømtettheten forbedres. Mens den demonstrerte ytelsen til Ovonic ET-batterier har vært imponerende, har disse celle- og batteridesignene blitt optimalisert for bruk i ren ET og oppfyller derfor ikke de spesifikke kravene til HET. Dermed er det behov for høyeffektsbatterier som har driftskarakteristikk toppeffekten som kreves for HET, og har i tillegg de allerede demonstrerte ytelsesegenskapene til Ovonic Ni-GM-batterier og den påviste muligheten for deres industrielle produksjon. Kort beskrivelse oppfinnelser

Foreliggende oppfinnelse er basert på problemet med å tilveiebringe nikkel-metallhydridbatterier og elektroder for disse, som er i stand til å produsere økt utgangseffekt og ha økte ladehastigheter. Denne og andre oppgaver løses ved hjelp av et nikkel-metallhydridbatteri, inkludert minst en negativ elektrode med en porøs metallbase og en elektrodeterminal festet til elektroden, forbedringen ligger i det faktum at den porøse metallbasen er dannet av kobber, nikkel, kobberbelagt eller kobber-nikkel-legering, og elektrodeledningen er direkte festet til det porøse metallsubstratet med en skjøt med lav elektrisk motstand. Forbindelsen med lav elektrisk motstand gjøres ved sveising, lodding eller lodding. Denne og andre oppgaver oppfylles med en negativ elektrode for bruk i et nikkel-metallhydridbatteri, der den negative elektroden inkluderer en porøs metallbase, og den negative elektroden er festet til elektrodeterminalen, og forbedringen er at den porøse metallbasen er laget av kobber. , kobberbelagt nikkel eller en kobber-nikkel-legering, og elektrodeledningen er direkte festet til basen med en skjøt med lav elektrisk motstand. Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 viser en elektrode for et Ni-MH prismatisk batteri festet til en elektrodeterminal;

Fig. 2 representerer områdene med korrosjon, immunitet og passivitet av kobber ved 25 o C;

3 representerer effekttettheten (W/kg) for C-celle type Ni-MH-batterier som en funksjon av prosent mulig utladningsdybde. Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er å øke utgangseffekten til et oppladbart nikkelmetallhydrid (Ni-MH) batteri. Vanligvis kan utgangseffekten økes ved å redusere den interne motstanden til batteriet. Å senke den interne motstanden reduserer tapene forbundet med strømtap i batteriet, og øker dermed kraften som kan brukes til å drive ekstern belastning. Den interne motstanden til et nikkel-metallhydridbatteri kan reduseres ved å øke ledningsevnen til battericellene samt forbindelsene mellom cellene. Vanligvis inkluderer et Ni-GM-batteri minst én negativ elektrode og minst én positiv elektrode. En elektrodeledning kan festes til hver av de negative og positive elektrodene for å koble elektroden elektrisk til den tilsvarende utgangsterminalen til Ni-MH-batteriet (dvs. negativ elektrode til negativ utgangsterminal og positiv elektrode til positiv utgangsterminal). I fig. 1 viser en variant av elektrode 1 festet til elektrodeterminal 2 for et prismatisk Ni-GM-batteri. Elektrode 1 vist i fig. 1 er enten den negative eller positive elektroden til Ni-MH-batteriet. Typisk kan elektrodeterminalen 2 være laget av et hvilket som helst elektrisk ledende materiale som er motstandsdyktig mot korrosjon i miljøet til batteriet. Fortrinnsvis er elektrodeledningen laget av nikkel eller nikkelbelagt kobber. Ni-GM-batterier bruker en negativ elektrode med et aktivt materiale som er i stand til å gi reversibel elektrokjemisk lagring av hydrogen. Den negative elektroden inkluderer også en porøs metallbase der det aktive materialet er plassert. Den negative elektroden kan lages ved å presse et aktivt materiale (i pulverform) inn i et porøst metallsubstrat. For å øke adhesjonen av det pulveriserte aktive materialet til den porøse metallbasen, kan den negative elektroden også sintres. Når en elektrisk spenning påføres Ni-GM-batteriet, lades det negative elektrodeaktive materialet på grunn av den elektrokjemiske absorpsjonen av hydrogen og den elektrokjemiske dannelsen av hydroksylioner. Følgende elektrokjemiske reaksjon finner sted ved den negative elektroden:

Reaksjonene som oppstår ved den negative elektroden er reversible. Ved utlading frigjøres det akkumulerte hydrogenet for å danne et vannmolekyl, og et elektron frigjøres også. Det negative elektrodeaktive materialet er et hydrogenlagringsmateriale. Hydrogenlagringsmaterialet kan velges fra Ti-V-Zr-Ni aktive materialer slik som de som er beskrevet i U.S. Patent 4 551 400 ("400 Patent"), hvis beskrivelse er inkorporert ved referanse til kilden. Som diskutert ovenfor, brukes materialer. i "400-patentet" brukes en generell Ti-V-Ni-sammensetning hvor minst Ti, V og Ni er tilstede med minst én eller flere av Cr, Zr og Al. Materialene i "400"-patentet er flerfasematerialer som kan inneholde, men ikke er begrenset til, en eller flere faser med krystallstrukturer av typen C 14 og C 15. Det finnes andre Ti-V-Zr-Ni-legeringer som kan En familie av slike materialer er beskrevet i US-patent nr. 4 728 586 ("586-patent"), hvis beskrivelse er inkorporert ved referanse til kilden. 586-patentet beskriver en spesiell underklasse av disse Ti-V-Ni-Zr-legeringene som inneholder Ti, V, Zr, Ni og en femte Cr-komponent. 586-patentet nevner muligheten for å bruke additiver og modifiseringsmidler i tillegg til legeringskomponentene, Ti , V, Zr, Ni og Cr, og diskuterer generelt de spesifikke tilsetningsstoffene og modifiseringsmidlene, mengdene og interaksjonene til disse modifiseringsmidlene, og de spesifikke fordelene som kan forventes av dem. I tillegg til materialene beskrevet ovenfor, kan hydrogenlagringsmaterialene for den negative elektroden til Ni-MH-batteriet også velges fra uordnede metallhydridlegeringer, som beskrevet i U.S. Patent 5.277.999 ("999 Patent") av Ovshinsky og Fetchenko. avsløring som er innlemmet som referanse til informasjonskilden. Konduktiviteten til den negative elektroden kan økes ved å øke konduktiviteten til den porøse metallbasen til den negative elektroden. Som diskutert ovenfor, kan den negative elektroden lages ved å trykke på en hydrogen lagring av aktivt materiale i en porøs metallbase. Vanligvis er den porøse metallbasen, men ikke begrenset til, mesh, gitter, matte, folie, skum, plate og porøst metall. Fortrinnsvis er det porøse metallsubstratet som brukes for den negative elektroden en rutenett, rutenett, porøst metall. Foreliggende oppfinnelse beskriver en negativ elektrode for et Ni-MH-batteri som omfatter en porøs metallbase som er laget av kobber, kobberbelagt nikkel eller en kobber-nikkel-legering. Som brukt her, refererer "kobber" til rent kobber eller en kobberlegering, og "nikkel" refererer til rent nikkel eller en nikkellegering. Fig. 2 illustrerer områdene med korrosjon, immunitet og passivitet av kobber ved 25°C. Den horisontale aksen representerer pH til elektrolytten og den vertikale aksen representerer det elektriske potensialet til det kobberholdige materialet. Det elektriske potensialet er vist i forhold til en hydrogenstandard (vertikal akse merket "H") og også i forhold til en Hg/HgO-standard (vertikal akse merket "Hg/HgO"). I denne beskrivelsen er alle spenningsverdier i forhold til standard Hg/HgO, med mindre annet er angitt. Bruk av kobber i alkaliske elektrolyttceller ble tidligere utelukket på grunn av løseligheten av kobber i KOH-elektrolytten. 2 illustrerer at under visse driftsbetingelser (dvs. pH og stress), vil kobber korrodere. 2 illustrerer også at kobber er immun mot korrosjon ved passende pH og spenning. Under passende driftsforhold er kobbersubstratet i kontakt med det metallhydridaktive materialet katodisk beskyttet over hele Ni-HM-cellens driftsområde. Under den normale syklusen med lading og utlading av et Ni-MH-batteri, er den negative metallhydridelektroden ved et elektrisk potensial på ca. -0,85 V og pH ved den negative metallhydridelektroden er ca. 14. Dette driftspunktet er vist som driftspunkt A på fig. Som vist i fig. 2, er driftsspenningen -0,85 lavere (dvs. mer negativ) enn kobberoppløsningsspenningen med ca. -0,4 V (for en pH på ca. 14). Derfor, under den normale syklusen med lading og utlading av Ni-MH-batteriet, er den negative metallhydridelektroden som bruker kobberbasen, immun mot korrosjon. Når Ni-GM-batteriet utlades dypere enn normalt, blir den positive elektroden en hydrogen-utviklende elektrode, hvorved nikkelreduksjon erstattes av vannelektrolyse for å danne hydrogengass og hydroksidioner. Siden Ni-HM-batteriet er laget med et støkiometrisk overskudd av metallhydrid som aktivt materiale, holdes potensialet til den negative elektroden nær -0,8 V. I tillegg oksideres hydrogen som frigjøres ved den positive elektroden ved den negative elektroden med metallhydrid, som ytterligere stabiliserer potensialet til den negative elektroden ved en verdi på omtrent -0,8 V. Ved lave strømmer kan overutladning skje på ubestemt tid uten å utlade den negative metallhydridelektroden som er nødvendig for å øke potensialet til den negative elektroden til verdien som kreves for å løse opp kobberet. Ved høye strømmer frigjøres hydrogen raskere enn det rekombinerer og det er netto utladning av den negative elektroden med metallhydridet. Imidlertid er utladningen mye mindre enn det som kreves for å heve potensialet til den negative elektroden til et nivå der kobber er oppløst. Selv når de negative og positive elektrodene er kortsluttet, sikrer det støkiometriske overskuddet av metallhydrid at den negative metallhydridelektroden forblir ved et potensial på ca. -0,8 V og fortsatt er beskyttet mot kobberoppløsning. Derfor er kobberet ved bunnen av den negative metallhydridelektroden beskyttet under alle forhold bortsett fra når den negative metallhydridelektroden uunngåelig vil degraderes irreversibelt på grunn av sin egen oksidasjon. Som vist, ved driftsparametrene til den negative metallhydridelektroden, er kobberbasismaterialet beskyttet mot korrosjon. Men for å øke påliteligheten til batteriet og i tillegg beskytte den negative elektroden mot det aggressive kjemiske miljøet i batteriet, kan den porøse metallbasen laget av materialene ovenfor, kobber, kobberbelagt nikkel eller en kobber-nikkel-legering, kan i tillegg belegges med et materiale som er elektrisk ledende og i tillegg til I tillegg er det motstandsdyktig mot korrosjon i batterimiljøet. Et eksempel på et materiale som kan brukes til å belegge et porøst metallsubstrat er, men er ikke begrenset til, nikkel. Bruken av kobber for å danne den porøse metallbasen til den negative elektroden har flere viktige fordeler. Kobber er en utmerket elektrisk leder. Derfor reduserer bruken som basismateriale motstanden til den negative elektroden. Dette reduserer mengden batteristrøm som går tapt på grunn av intern strømtap, og øker dermed utgangseffekten til Ni-GM-batteriet. I tillegg er kobber et mykt metall. Mykheten er veldig viktig på grunn av utvidelsen og sammentrekningen av de negative elektrodene under vekslende lading og utlading av Ni-GM-batteriet. Den økte plastisiteten til basen bidrar til å forhindre ødeleggelse av elektroden som følge av ekspansjon og sammentrekning, noe som fører til en økning i påliteligheten til batteriet. Den økte duktiliteten til underlaget gjør det også mulig for underlaget å holde det hydrogenlagrende aktive materialet som presses på overflaten av underlaget på en mer sikker måte. Dette reduserer behovet for varmebehandling av de negative elektrodene etter at det aktive materialet har blitt presset på substratet, og forenkler dermed produksjonsprosessen av elektroden og reduserer kostnadene. Konduktiviteten til den negative elektroden kan også økes ved å øke konduktiviteten til den negative elektrodens aktive materiale. Konduktiviteten til det aktive materialet kan økes ved å inkludere kobber i metallhydridmaterialet. Dette kan gjøres på mange forskjellige måter. En måte er å blande kobberpulver med metallhydrid under fremstilling av det aktive materialet. En annen måte er å omslutte metallhydridpartiklene i en kobberkappe ved hjelp av en kjemisk kobberpletteringsprosess. I tillegg til å øke ledningsevnen, vil tilsetning av kobber gjøre det mulig å senke varmebehandlingstemperaturen når det aktive materialet er sintret i kobberbasen og å redusere den elektriske motstanden mellom hver positiv elektrode og den tilsvarende elektrodeterminalen. Konduktiviteten til den negative elektroden kan også økes ved å kobberbelegge den negative elektroden etter at det aktive metallhydridmaterialet har blitt presset (og muligens sintret) på substratoverflaten. Kobberplettering kan utføres med eller uten mal. I tillegg til å øke ledningsevnen til elektroden, tjener kobberbelegget som et ekstra middel for å sikre at det aktive metallet forblir "limt" til underlaget. Den negative elektroden beskrevet her kan brukes i alle Ni-GM-batterier, inkludert, men ikke begrenset til, prismatiske Ni-GM-batterier og sylindriske Ni-GM-batterier. Som diskutert ovenfor, kan en elektrodeledning festes til hver negativ elektrode og hver positive elektrode til Ni-MH-batteriet for å tilveiebringe en elektrisk forbindelse mellom hver elektrode og den tilsvarende utgangsterminalen til batteriet. En annen måte å øke den spesifikke utgangseffekten til et Ni-MH-batteri er å redusere den elektriske motstanden til forbindelsen mellom hver negativ elektrode og den tilsvarende elektrodeterminalen. Hver elektrodeterminal kan festes direkte til det porøse metallsubstratet til den korresponderende elektrode for å danne en forbindelse med lav elektrisk motstand. En slik forbindelse omtales her som en "lav elektrisk motstandsforbindelse". En lav elektrisk motstandsbinding er her definert som en binding mellom to eller flere materialer (slik som metaller) der de to eller flere materialene er bundet til hverandre ved en fusjons- eller fuktingsprosess. Eksempler der to metaller er sammenføyd ved sammensmelting er sveising og lodding. Et eksempel der to metaller er sammenføyd ved en fukteprosess er lodding. Derfor kan liming med lav motstand gjøres ved å bruke teknikker som inkluderer, men ikke er begrenset til, sveising, lodding eller lodding. Sveiseteknologien som brukes inkluderer, men er ikke begrenset til, motstandssveising, lasersveising, elektronstrålesveising og ultralydsveising. Som diskutert ovenfor kan den porøse metallbasen til den negative elektroden være laget av netting, gitter, "matte", folie, skum, plate eller porøst metall. Fortrinnsvis er det porøse metallsubstratet til den negative elektroden et nett, gitter eller porøst metall. For å øke strømtettheten til Ni-GM-batteriet, kan elektrodeledningen festes til et nett, gitter eller porøst metall ved hjelp av en tilkobling med lav elektrisk motstand. Fortrinnsvis kan elektrodeterminalen være sveiset, loddet eller loddet til et nett, gitter eller porøst metall. Mer foretrukket kan den elektriske terminalen sveises til gitteret, gitteret eller porøst metall. Som allerede diskutert inkluderer sveiseteknologi, men er ikke begrenset til, motstandssveising, lasersveising, elektronstrålesveising og ultralydsveising. Den lave elektriske motstandsforbindelsen som er beskrevet her, kan brukes på både de positive og negative elektrodene til et Ni-MH-batteri. I tillegg kan den lave elektriske motstandstilkoblingen brukes på alle Ni-GM-batterier, inkludert men ikke begrenset til Ni-GM prismatiske batterier og Ni-GM sylindriske batterier. Effekten til nikkel-metallhydrid-batterier kan også økes ved å øke ledningsevnen til de positive elektrodene til batteriene. Som med negative elektroder, gjøres dette ved passende valg av materialer som elektrodeelementene er laget av. Den positive elektroden til et nikkel-metallhydridbatteri kan dannes ved å presse et pulverisert positivt elektrodeaktivt materiale inn i et porøst metallsubstrat. Hver positiv elektrode kan ha en strømmottakende terminal festet til minst ett punkt på elektroden. Strømmottaksterminalen kan sveises til den positive elektroden. Sveiseteknologi inkluderer, men er ikke begrenset til, motstandssveising, lasersveising, elektronstrålesveising eller ultralydsveising. Ni-GM-batterier bruker vanligvis en positiv elektrode med nikkelhydroksid som aktivt materiale. Følgende reaksjoner finner sted ved den positive elektroden:

Den positive nikkelhydroksidelektroden er beskrevet i US Pat. Konduktiviteten til den positive elektroden kan økes ved å øke konduktiviteten til den porøse metallbasen til elektroden. Den porøse metallstøtten til den positive elektroden inkluderer, men er ikke begrenset til, mesh, gitter, folie, skum, "matte", plate, porøst metall. Fortrinnsvis er den porøse metallbasen et skummateriale. Den positive elektroden som er beskrevet her omfatter en porøs metallbase som er laget av kobber, kobberbelagt nikkel eller en kobber-nikkel-legering. Implementeringen av basen til ett eller flere av disse materialene øker ledningsevnen til de positive elektrodene til batteriet. Dette reduserer mengden strøm som går bort på grunn av internt strømtap og øker dermed utgangseffekten til Ni-MH-batteriet. For å beskytte det porøse metalllegemet til den positive elektroden mot det korrosive miljøet i batteriet, kan det porøse metalllegemet belegges med et materiale som er elektrisk ledende og dessuten motstandsdyktig mot korrosjon i batterimiljøet. Fortrinnsvis kan det porøse metallsubstratet være nikkelbelagt. De positive elektrodene som er beskrevet her kan brukes på alle Ni-GM-batterier, inkludert, men ikke begrenset til, prismatiske Ni-GM-batterier og sylindriske Ni-GM-batterier. Et annet aspekt ved foreliggende oppfinnelse er et nikkelmetallhydridbatteri som omfatter minst én negativ elektrode av typen beskrevet her. Nikkel-metallhydridbatteriet inkluderer, men er ikke begrenset til, prismatiske Ni-GM-batterier og sylindriske, sylterulle-, Ni-GM-batterier (dvs. AA-celler, C-celler, etc.). Eksempel 1

Tabell 1 viser kraften ved 50 % og 80 % DOD (utladningsdybde) for prismatiske Ni-MH-batterier med positive og negative elektroder som inneholder basismaterialene beskrevet her. I eksempel 1 er dimensjonene til de positive elektrodene 5,5 tommer høye, 3,5 tommer brede og. 0315 tommer dyp. Dimensjonene til de negative elektrodene er 5,25 tommer høye, 3,38 tommer brede og 0,0145 tommer dype. I rad 1 i tabell 1 er den positive elektrodebasen og den negative elektrodebasen dannet av nikkel (den positive elektrodebasen er dannet av ekspandert nikkel, og den negative elektrodebasen er dannet av nikkelmetallnett). I dette tilfellet er den spesifikke effekten ved 50 % GH (utladningsdybde) ca. 214 W/kg, og den spesifikke effekten ved 80 % GH er ca. 176 W/kg. I rad 2 i tabell 1 er bunnen av de positive elektrodene dannet av ekspandert nikkel, men bunnen av de negative elektrodene er nå dannet av et kobbermetallnett. I dette tilfellet er den spesifikke effekten ved 50 % GH omtrent 338 W/kg, og den spesifikke effekten ved 80 % GH er omtrent 270 W/kg. Den spesifikke utgangseffekten til et Ni-GM-batteri kan også økes ved å justere høyden, bredden og dybden på de positive og negative elektrodene. Forholdet mellom høyde og bredde til elektrodene (dvs. høyde delt på bredde) er her definert som "sideforholdet" til elektrodene. Sideforholdet til de positive og negative elektrodene kan justeres for å øke effekttettheten. Dessuten kan elektrodene gjøres tynnere for å innføre flere elektrodepar i hvert batteri, og derved redusere tettheten til strømmen som flyter gjennom hver elektrode. Eksempel 2

Tabell 2 viser effekttettheten til et Ni-GM prismatisk batteri ved bruk av en positiv elektrodebakside av nikkelskum og en negativ elektrodebakside av kobbermetallnett. I tillegg ble sideforholdet til de positive og negative elektrodene endret sammenlignet med eksempel 1 for å øke den spesifikke utgangseffekten til batteriet. I eksempel 2 ble sideforholdet (høyden delt på bredden) til de positive og negative elektrodene endret for å øke batteristrømtettheten. De positive elektrodene målte omtrent 3,1 tommer høye og 3,5 tommer brede og de negative elektrodene målte omtrent 2,9 tommer høye og 3,3 tommer brede. Sideforholdet til de positive og negative elektrodene i eksempel 2 er henholdsvis ca. 0,89 og ca. 0,88. I motsetning til dette er sideforholdet til de positive og negative elektrodene i eksempel 1 henholdsvis ca. 1,57 og ca. 1,55. Sideforholdene i eksempel 2 er nærmere "én" enn i eksempel 1. I eksempel 2 ble de positive og negative elektrodene også gjort tynnere for å introdusere flere par elektroder i batteriet, og dermed redusere tettheten til strømmen som flyter gjennom hver elektrode. I eksempel 2 er de positive elektrodene omtrent 0,028 tommer dype og de negative elektrodene er omtrent 0,013 tommer dype. Ni-GM-batterier som bruker positive og negative elektroder med sideforhold som ligner de i eksempel 2, men som bruker nikkel for begge elektroder, positive og negative, har en effekttetthet på ca. 300 W/kg ved 50 % GH og ca. 225 W/kg ved 80 % GR. Eksempel 3

Som nevnt ovenfor kan støttematerialene som er beskrevet her også brukes for de negative og positive elektrodene til sylindriske, sylinderulle, Ni-GM-batterier. Spesifikt, i tabell 3, øker den spesifikke ytelsen til C-celletype Ni-MH-batteriet hvis kobber brukes som basismateriale for den negative elektroden. Hver rad i tabell 3 viser effekttettheten ved 20 % GH og 80 % GH. For hver rad består basen av den positive elektroden av nikkelskum. I linje 1 og 2 er den strømsamlende ledningen festet til den negative elektroden. I linje 1 er den negative elektrodebasen laget av porøst nikkelmetall, og i linje 2 er den negative elektrodebasen laget av porøst kobbermetall. Tabell 3 viser at bruk av kobber som grunnmateriale øker batteriets effekttetthet. I linje 3 og 4 er strømkollektoren sveiset til den negative elektroden. I linje 3 er den negative elektrodebasen laget av porøst nikkelmetall, og i linje 4 er den negative elektrodebasen laget av porøst kobbermetall. Igjen viser tabell 3 at bruk av kobber som basismateriale øker batteriets strømtetthet. Oppsummert viser dataene presentert i tabell 3 at for et Ni-MH-batteri av typen C-celle vil bruk av kobber som basismateriale for de negative elektrodene øke utgangseffekttettheten til batteriet uavhengig av om elektrodeledningene er festet til elektrodene eller direkte sveiset til basen. . Dataene viser også at generelt økes den spesifikke kraften til batteriet hvis elektrodeledningene er direkte sveiset til elektrodene i stedet for festet til elektrodene. Dataene presentert i tabell 3 er vist grafisk i fig. 3. Fig. 3 viser effekttettheten til C-celle Ni-MH-batterier (fire tilfeller vist i eksempel 3) som en funksjon av utladningsdybden i % (data vist tilsvarer 0 %, 20 %, 50 % og 80 % GR-poeng). Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet med hensyn til foretrukne utførelsesformer og måter å utføre den på, skal det forstås at oppfinnelsen ikke er ment å være begrenset til disse foretrukne utførelsesformer og måter å utføre den på. Tvert imot er oppfinnelsen ment å inkludere alle alternativer, modifikasjoner og ekvivalenter som kan falle innenfor ånden og omfanget av oppfinnelsen som definert i de vedlagte kravene.

KRAV

1. Et alkalisk nikkel-metallhydridbatteri inneholdende en alkalisk elektrolytt, minst en positiv elektrode med en elektrodeterminal, minst en negativ elektrode med en elektrodeterminal, den negative elektroden omfatter en porøs metallbase som inneholder rent kobber og en hydrogenlagringslegering , presset inn i den spesifiserte basen, mens elektrodeledningen er sveiset til den spesifiserte basen til den spesifiserte negative elektroden, mens den spesifiserte negative elektroden med metallhydrid ved bruk av en kobberbase, ved passende pH- og spenningsverdier, utviser immunitet mot korrosjon. 2. Batteri ifølge krav 1, hvori den porøse metallbasen er et gitter, plate eller trukket metall. 3. Negativ elektrode for bruk i et alkalisk nikkel-metallhydridbatteri, omfattende en porøs metallbase inneholdende rent kobber, en hydrogenlagringslegering presset inn i basen, og en elektrodeterminal sveiset til basen. 4. Elektroden ifølge krav 3, karakterisert ved at den porøse metallbasen er et nett, plate eller trukket metall. 5. Et alkalisk nikkel-metallhydridbatteri inneholdende en alkalisk elektrolytt, minst en positiv elektrode med en elektrodeledning, og minst en negativ elektrode med en elektrodeledning, hvori den negative elektroden inkluderer en porøs metallbase inneholdende en kobberlegering og akkumulerer en hydrogenlegering presset inn i nevnte base, hvori elektrodeledningen er sveiset til nevnte base av nevnte negative elektrode, nevnte metallhydrid negative elektrode ved bruk av en kobberbase, ved passende pH og spenning, er immun mot korrosjon. 6. Batteriet ifølge krav 5, hvori den porøse metallbasen er et nett, plate eller trukket metall. 7. Batteri ifølge krav 5, hvori kobberlegeringen er en kobber-nikkel-legering. 8. Negativ elektrode for bruk i et alkalisk nikkel-metallhydridbatteri, omfattende en porøs metallbase inneholdende en kobberlegering, en hydrogenlagringslegering presset inn i basen, og en elektrodeterminal sveiset til basen. 9. Elektrode ifølge krav 8, karakterisert ved at den porøse metallbasen er et nett, plate eller trukket metall. 10. Elektrode ifølge krav 8, karakterisert ved at kobberlegeringen er en kobber-nikkel-legering.

La oss starte med sammensetningen av interstitielle forbindelser. La oss vurdere dette problemet ved å bruke eksemplet på overgangselementhydrider. Hvis hydrogenatomer under dannelsen av den interstitielle fasen bare faller inn i tetraedriske hulrom i metallgitteret, bør det begrensende hydrogeninnholdet i en slik forbindelse tilsvare formelen MeH 2 (hvor Me er et metall hvis atomer danner en tett pakking ). Tross alt er det dobbelt så mange tetraedriske hulrom i gitteret som det er atomer som danner en tett pakking. Hvis derimot hydrogenatomer kun faller inn i oktaedriske hulrom, så følger det av de samme betraktningene at det begrensende hydrogeninnholdet må tilsvare formelen MeH, - det er like mange oktaedriske hulrom i en tett pakking som det er atomer som utgjør denne pakningen.

Vanligvis, under dannelsen av forbindelser av overgangsmetaller med hydrogen, fylles enten oktaedriske eller tetraedriske hulrom. Avhengig av arten av de opprinnelige stoffene og betingelsene for prosessen, kan fullstendig eller bare delvis fylling forekomme. I sistnevnte tilfelle vil sammensetningen av forbindelsen avvike fra heltallsformelen, vil være ubestemt, for eksempel MeH 1-x; MeH 2-x. Innebyggingsforbindelser må derfor i sin natur være det forbindelser med variabel sammensetning, dvs. de hvis sammensetning, avhengig av betingelsene for deres fremstilling og videre bearbeiding, varierer innenfor ganske vide grenser.

La oss vurdere noen typiske egenskaper til interstitielle faser ved å bruke eksemplet på forbindelser med hydrogen. For å gjøre dette sammenligner vi hydridene til noen overgangselementer med hydridet til et alkalimetall (litium).

Når litium kombineres med hydrogen, dannes et stoff med en viss sammensetning LiH. Når det gjelder fysiske egenskaper, har det ingenting med det originale metallet å gjøre. Litium leder elektrisk strøm, har en metallisk glans, plastisitet, med et ord, hele komplekset av metalliske egenskaper. Litiumhydrid har ingen av disse egenskapene. Det er et fargeløst saltlignende stoff, ikke i det hele tatt som et metall. Som andre alkali- og jordalkalimetallhydrider er litiumhydrid en typisk ionisk forbindelse, der litiumatomet har en betydelig positiv ladning, og hydrogenatomet har samme negative ladning. Tettheten av litium er 0,53 g / cm 3, og tettheten til litiumhydrid er 0,82 g / cm 3 - forekommer merkbar økning i tetthet. (Det samme er observert i dannelsen av hydrider av andre alkali- og jordalkalimetaller).

Palladium (et typisk overgangselement) gjennomgår helt andre transformasjoner når det interagerer med hydrogen. Det er et velkjent demonstrasjonseksperiment der en palladiumplate belagt på den ene siden med en gasstett lakk bøyes når den blåses med hydrogen.

Dette er fordi tettheten til det resulterende palladiumhydridet avtar. Et slikt fenomen kan bare finne sted hvis avstanden mellom metallatomene øker. De introduserte hydrogenatomene "skyver" metallatomene, og endrer egenskapene til krystallgitteret.

Økningen i volumet av metaller under absorpsjon av hydrogen med dannelse av interstitielle faser er så merkbar at tettheten til metallet mettet med hydrogen viser seg å være betydelig lavere enn tettheten til det opprinnelige metallet (se tabell 2)

Strengt tatt forblir gitteret som dannes av atomene i et metall vanligvis ikke helt uendret etter absorpsjon av hydrogen av dette metallet. Uansett hvor lite hydrogenatomet er, introduserer det fortsatt forvrengninger i gitteret. I dette tilfellet er det vanligvis ikke bare en proporsjonal økning i avstandene mellom atomene i gitteret, men også en viss endring i symmetrien. Derfor sies det ofte, bare for enkelhets skyld, at hydrogenatomer introduseres i hulrom i tett pakking - selve den tette pakkingen av metallatomer brytes fortsatt når hydrogenatomer introduseres.

Tabell 2 Endringer i tettheten til noen overgangsmetaller under dannelsen av interstitielle faser med hydrogen.

Dette er langt fra den eneste forskjellen mellom typiske og overgangsmetallhydrider.

Under dannelsen av interstitielle hydrider blir slike typiske egenskaper til metaller som metallisk glans og elektrisk ledningsevne bevart. Riktignok kan de være mindre uttalt enn i modermetallene. Dermed ligner interstitielle hydrider mye mer på modermetaller enn alkali- og jordalkalimetallhydrider.

En slik egenskap som duktilitet endres mye sterkere - hydrogenmettede metaller blir sprø, det er ofte vanskelig å gjøre de originale metallene om til pulver, og det er mye lettere å gjøre dette med hydrider av de samme metallene.

Til slutt bør en svært viktig egenskap ved interstitielle hydrider bemerkes. Når overgangsmetaller interagerer med hydrogen, blir ikke metallprøven ødelagt. Dessuten beholder den sin opprinnelige form. Det samme skjer under den omvendte prosessen - dekomponering av hydrider (tap av hydrogen).

Et naturlig spørsmål kan oppstå: kan prosessen med dannelse av interstitielle faser betraktes som kjemisk i ordets fulle forstand? Kanskje dannelsen av vandige løsninger - en prosess som har mye mer "kjemi"?

Svaret er å bruke kjemisk termodynamikk.

Det er kjent at dannelsen av kjemiske forbindelser fra enkle stoffer (så vel som andre kjemiske prosesser) vanligvis er ledsaget av merkbare energieffekter. Oftest er disse effektene eksoterme, og jo mer energi som frigjøres, desto sterkere blir den resulterende forbindelsen.

Termiske effekter er et av de viktigste tegnene på at ikke bare en blanding av stoffer finner sted, men at en kjemisk reaksjon finner sted. Siden den indre energien i systemet endres, dannes det derfor nye bindinger.

La oss nå se hvilke energieffekter som er forårsaket av dannelsen av interstitielle hydrider. Det viser seg at spredningen her er ganske stor. I metaller fra sekundære undergrupper III, IV og V av grupper i det periodiske systemet, er dannelsen av interstitielle hydrider ledsaget av en betydelig frigjøring av varme, i størrelsesorden 30–50 kcal / mol (når litiumhydrid dannes fra enkle stoffer 21 kcal/mol frigjøres). Det kan erkjennes at interstitielle hydrider, i det minste av elementene i de angitte undergruppene, er ganske "ekte" kjemiske forbindelser. Det skal imidlertid bemerkes at for mange metaller som ligger i andre halvdel av hver overgangsrad (for eksempel for jern, nikkel, kobber), er energieffektene av dannelsen av interstitielle hydrider små. For eksempel, for et hydrid med en omtrentlig sammensetning av FeH 2, er den termiske effekten bare 0,2 kcal / mol .

Den lille verdien av DN arr av slike hydrider dikterer metodene for deres fremstilling - ikke den direkte interaksjonen av metallet med hydrogen, men en indirekte måte.

La oss se på noen få eksempler.

Nikkelhydrid, hvis sammensetning er nær NiH 2 , kan oppnås ved å virke på en eterisk løsning av nikkelklorid med fenylmagnesiumbromid i en strøm av H 2:

Nikkelhydridet oppnådd som et resultat av denne reaksjonen er et svart pulver, som lett avgir hydrogen (som generelt er karakteristisk for interstitielle hydrider), og antennes når det varmes opp i en oksygenatmosfære.

På samme måte kan hydrider av nikkels naboer i det periodiske systemet, kobolt og jern, fås.

En annen metode for å oppnå overgangshydrider er basert på bruk av litiumalanat LiAlH. Når kloridet til det tilsvarende metallet reagerer med LiAlH 4 i en eterløsning, dannes et alanat av dette metallet:

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

For mange metaller er alanater skjøre forbindelser som brytes ned med økende temperatur.

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

Men for noen metaller i de sekundære undergruppene skjer en annen prosess:

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

I dette tilfellet, i stedet for en blanding av hydrogen og aluminium, dannes aluminiumhydrid, som er eterløselig. Ved å vaske reaksjonsproduktet med eter kan man oppnå rent overgangsmetallhydrid som en rest. På denne måten ble det for eksempel oppnådd lavstabile hydrider av sink, kadmium og kvikksølv.

Det kan konkluderes med at fremstillingen av hydrider av elementer fra sekundære undergrupper er basert på typiske metoder for uorganisk syntese: utvekslingsreaksjoner, termisk dekomponering av skjøre forbindelser under visse forhold, etc. Disse metodene ble brukt for å oppnå hydrider av nesten alle overgangselementer, selv svært skjøre. Sammensetningen av de oppnådde hydridene er vanligvis nær støkiometrisk: FeH 2 , CoH 2 , NiH 2 ZnH 2 , CdH 2 , HgH 2 . Tilsynelatende lettes oppnåelsen av støkiometri av den lave temperaturen som disse reaksjonene utføres ved.

La oss nå analysere effekten av reaksjonsbetingelser på sammensetningen av de resulterende interstitielle hydridene. Det følger direkte av Le Chateliers prinsipp. Jo høyere hydrogentrykk og jo lavere temperatur, jo nærmere grenseverdien for metning av metallet med hydrogen. Med andre ord, hver spesifikk temperatur og hvert trykk tilsvarer en viss grad av metning av metallet med hydrogen. Og omvendt tilsvarer hver temperatur et visst likevektstrykk av hydrogen over metalloverflaten.

Dette fører til en av de mulige anvendelsene av overgangselementhydrider. Anta at det i et eller annet system er nødvendig å skape et strengt definert trykk av hydrogen. Et metall mettet med hydrogen plasseres i et slikt system (titan ble brukt i forsøkene). Ved å varme det opp til en viss temperatur er det mulig å skape det nødvendige trykket av hydrogengass i systemet.

Enhver klasse av forbindelser er interessant for sin kjemiske natur, sammensetningen og strukturen til partiklene den består av, og arten av bindingen mellom disse partiklene. Kjemikere vier sitt teoretiske og eksperimentelle arbeid til dette. De er intet unntak fra implementeringsfasen.

Det er ikke noe endelig synspunkt på arten av interstitielle hydrider ennå. Ofte kan forskjellige, noen ganger motstridende synspunkter forklare de samme fakta. Med andre ord, så langt er det ingen enhetlige teoretiske syn på strukturen og egenskapene til interstitielle forbindelser.

La oss vurdere noen eksperimentelle fakta.

Prosessen med absorpsjon av hydrogen av palladium har blitt studert mest detaljert. Dette overgangsmetallet er preget av det faktum at konsentrasjonen av hydrogen oppløst i det ved en konstant temperatur er proporsjonal med kvadratroten av det ytre trykket av hydrogen.

Ved enhver temperatur dissosierer hydrogen til en viss grad til frie atomer, så det er en likevekt:

Konstanten til denne likevekten er:

hvor R H -- trykk (konsentrasjon) av atomært hydrogen.

Herfra (11)

Det kan sees at konsentrasjonen av atomært hydrogen i gassfasen er proporsjonal med kvadratroten av trykket (konsentrasjonen) av molekylært hydrogen. Men konsentrasjonen av hydrogen i palladium er også proporsjonal med samme verdi.

Fra dette kan vi konkludere med at palladium løser opp hydrogen i form av individuelle atomer.

Hva er da arten av bindingen i palladiumhydrid? En rekke eksperimenter er utført for å svare på dette spørsmålet.

Det ble funnet at når en elektrisk strøm føres gjennom hydrogenmettet palladium, beveger ikke-metallatomer seg mot katoden. Det må antas at hydrogenet som finnes i metallgitteret helt eller delvis dissosieres til protoner (dvs. H + ioner) og elektroner.

Data om elektronisk struktur palladiumhydrid ble oppnådd ved å studere de magnetiske egenskapene. Endringen i de magnetiske egenskapene til hydridet avhengig av mengden hydrogen inkludert i strukturen ble studert. Basert på studiet av de magnetiske egenskapene til et stoff, er det mulig å anslå hvor mange uparrede elektroner som finnes i partiklene som utgjør dette stoffet. I gjennomsnitt er det omtrent 0,55 uparrede elektroner per palladiumatom. Når palladium er mettet med hydrogen, reduseres antallet uparrede elektroner. Og i et stoff med sammensetningen PdH 0,55 er uparrede elektroner praktisk talt fraværende.

Basert på disse dataene kan vi konkludere med at de uparrede elektronene til palladium danner par med de uparrede elektronene til hydrogenatomer.

Imidlertid kan egenskapene til interstitielle hydrider (spesielt elektriske og magnetiske) også forklares på grunnlag av den motsatte hypotesen. Det kan antas at interstitielle hydrider inneholder H - ioner, som dannes på grunn av fangst av hydrogenatomer av deler av de halvfrie elektronene som er tilstede i metallgitteret. I dette tilfellet vil elektronene mottatt fra metallet også danne par med elektronene som er tilstede på hydrogenatomene. Denne tilnærmingen forklarer også resultatene av magnetiske målinger.

Det er mulig at begge typer ioner sameksisterer i interstitielle hydrider. Metallelektroner og hydrogenelektroner danner par, og derfor oppstår en kovalent binding. Disse elektronparene kan forskyves i en eller annen grad til ett av atomene - metall eller hydrogen.

Elektronparet er sterkere partisk mot metallatomet i hydridene til de metallene som er mindre sannsynlige for å donere elektroner, for eksempel palladium- eller nikkelhydrider. Men i hydridene av skandium og uran er tilsynelatende elektronparet sterkt forskjøvet mot hydrogen. Derfor ligner hydrider av lantanider og aktinider på mange måter hydrider av jordalkalimetaller. Forresten, lantanhydrid når sammensetningen LaH 3 . For typiske interstitielle hydrider er hydrogeninnholdet, som vi nå vet, ikke høyere enn det som tilsvarer formlene MeH eller MeH 2 .

Et annet eksperimentelt faktum viser vanskeligheten med å bestemme arten av bindingen i interstitielle hydrider.

Hvis hydrogen fjernes fra palladiumhydrid ved lav temperatur, er det mulig å bevare det forvrengte ("ekspanderte") gitteret som ble funnet i hydrogenmettet palladium. De magnetiske egenskapene (merk dette), elektrisk ledningsevne og hardhet til slikt palladium er generelt de samme som for hydrid.

Derfor følger det at i dannelsen av interstitielle hydrider, er endringen i egenskaper forårsaket ikke bare av tilstedeværelsen av hydrogen i dem, men også ganske enkelt av en endring i de interatomiske avstandene i gitteret.

Vi må innrømme at spørsmålet om arten av interstitielle hydrider er svært komplisert og langt fra en endelig løsning.

Menneskeheten har alltid vært kjent for det faktum at den, selv uten å kjenne alle aspektene ved noen fenomener, praktisk talt var i stand til å bruke disse fenomenene. Dette gjelder fullt ut interstitielle hydrider.

Dannelsen av interstitielle hydrider brukes i noen tilfeller bevisst i praksis, i andre tilfeller prøver de tvert imot å unngå det.

Interstitielle hydrider frigjør hydrogen relativt lett ved oppvarming, og noen ganger ved lave temperaturer. Hvor kan denne eiendommen brukes? Selvfølgelig i redoksprosesser. Dessuten er hydrogenet som avgis av interstitielle hydrider i atomtilstand på et eller annet stadium av prosessen. Dette er sannsynligvis relatert til den kjemiske aktiviteten til interstitielle hydrider.

Det er kjent at gruppe VIII-metaller (jern, nikkel, platina) er gode katalysatorer for reaksjoner der hydrogen tilsettes til et eller annet stoff. Kanskje er deres katalytiske rolle assosiert med den mellomliggende dannelsen av ustabile interstitielle hydrider. Ytterligere dissosierende gir hydrider reaksjonssystemet en viss mengde atomært hydrogen.

For eksempel katalyserer fint dispergert platina (det såkalte platinasvart) oksidasjonen av hydrogen med oksygen - i dets nærvær fortsetter denne reaksjonen med en merkbar hastighet selv ved romtemperatur. Denne egenskapen til platinasvart brukes i brenselceller - enheter der kjemiske reaksjoner brukes til direkte å produsere elektrisk energi, utenom produksjonen av varme (forbrenningsstadiet). Den såkalte hydrogenelektroden, et viktig verktøy for å studere de elektrokjemiske egenskapene til løsninger, er basert på den samme egenskapen til fint dispergert platina.

Dannelsen av interstitielle hydrider brukes til å oppnå svært rene metallpulver. Metallisk uran og andre aktinider, samt veldig rent titan og vanadium, er formbare, og derfor er det praktisk talt umulig å tilberede pulver fra dem ved å male metallet. For å frata metallet plastisitet, er det mettet med hydrogen (denne operasjonen kalles "skjørhet" av metallet). Det resulterende hydridet tritureres lett til pulver. Noen metaller, når de er mettet med hydrogen, går selv over i en pulvertilstand (uran). Deretter, når det varmes opp i vakuum, fjernes hydrogenet og rent metallpulver blir igjen.

Termisk dekomponering av noen hydrider (UH 3 , TiH 2) kan brukes til å produsere rent hydrogen.

De mest interessante bruksområdene for titanhydrid. Det brukes til produksjon av skummetaller (for eksempel aluminiumskum). For å gjøre dette introduseres hydridet i smeltet aluminium. Ved høye temperaturer brytes det ned, og de resulterende hydrogenboblene skummer flytende aluminium.

Titanhydrid kan brukes som reduksjonsmiddel for noen metalloksider. Det kan tjene som loddemetall for sammenføyning av metalldeler, og som et stoff som akselererer prosessen med sintring av metallpartikler i pulvermetallurgi. De to siste tilfellene bruker også de reduserende egenskapene til hydridet. Et lag med oksider dannes vanligvis på overflaten av metallpartikler og metalldeler. Det forhindrer vedheft av tilstøtende metallseksjoner. Titanhydrid, når det varmes opp, reduserer disse oksidene, og renser derved metalloverflaten.

Titanhydrid brukes til å produsere noen spesielle legeringer. Hvis det dekomponeres på overflaten av et kobberprodukt, dannes et tynt lag av kobber-titanium-legering. Dette laget gir overflaten på produktet spesiell mekaniske egenskaper. Dermed er det mulig å kombinere flere viktige egenskaper(elektrisk ledningsevne, styrke, hardhet, slitestyrke, etc.).

Til slutt er titanhydrid en svært effektiv beskyttelse mot nøytroner, gammastråler og annen hard stråling.

Noen ganger må man tvert imot slite med dannelsen av interstitielle hydrider. I metallurgi, kjemisk industri, oljeindustri og annen industri er hydrogen eller dets forbindelser under trykk og høye temperaturer. Under slike forhold kan hydrogen diffundere i merkbar grad gjennom det oppvarmede metallet, bare "forlate" utstyret. I tillegg (og dette er kanskje det viktigste!), på grunn av dannelsen av interstitielle hydrider, kan styrken til metallutstyr reduseres kraftig. Og dette er allerede full av en alvorlig fare når du arbeider med høyt trykk.