特許 6602785 水素吸蔵多相合金

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6602785

(24)【登録日】2019年10月18日

(45)【発行日】2019年11月6日

(54)【発明の名称】水素吸蔵多相合金

(51)【国際特許分類】

   C22C 19/00 20060101AFI20191028BHJP

   H01M 4/06 20060101ALI20191028BHJP

   H01M 12/06 20060101ALI20191028BHJP

   H01M 8/08 20160101ALI20191028BHJP

   H01M 4/90 20060101ALI20191028BHJP

【ＦＩ】

   C22C19/00 F

   H01M4/06 P

   H01M12/06 D

   H01M8/08

   H01M4/90 M

【請求項の数】10

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-567736(P2016-567736)

(86)(22)【出願日】2015年5月13日

(65)【公表番号】特表2017-519901(P2017-519901A)

(43)【公表日】2017年7月20日

(86)【国際出願番号】US2015030534

(87)【国際公開番号】WO2015175640

(87)【国際公開日】20151119

【審査請求日】2018年5月2日

(31)【優先権主張番号】61/996,984

(32)【優先日】2014年6月10日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/996,981

(32)【優先日】2014年5月14日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/132,150

(32)【優先日】2015年3月12日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】505470786

【氏名又は名称】ビーエーエスエフ コーポレーション

(73)【特許権者】

【識別番号】000237721

【氏名又は名称】ＦＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】クォー ヤング

(72)【発明者】

【氏名】大内 泰平

(72)【発明者】

【氏名】ジャン ネイ

(72)【発明者】

【氏名】ダイアナ ウォン

(72)【発明者】

【氏名】安岡 茂和

【審査官】 河野 一夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０２１２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０１８４９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−２９１４７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ １９／００

Ｈ０１Ｍ ４／０６

Ｈ０１Ｍ ４／９０

Ｈ０１Ｍ ８／０８

Ｈ０１Ｍ １２／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多相水素吸蔵合金であって、
少なくとも、六方晶Ｃｅ₂Ｎｉ₇相および六方晶Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相を含み、
合金全体に対して、該Ｃｅ₂Ｎｉ₇相の存在量は３０質量％以上であり、かつ該Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相の存在量は８質量％以上であり、
六方晶ＣｅＮｉ₃相および／または菱面体晶ＰｕＮｉ₃相を含み、ここで、それらを合わせた存在量は、合金全体に対して、０質量％を上回り２０質量％までであり、
該合金は、ミッシュメタルを含み、ここで該ミッシュメタル中のＮｄが５０原子％未満であり、かつ
該合金は、１７原子％から２２原子％までのミッシュメタル、３原子％から５原子％までのＭｇ、６３原子％から８１原子％までのＮｉ、２原子％から６原子％までのＡｌ、および０原子％から４原子％までの、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、ＳｉおよびＺｒからなる群から選択される１種以上の元素からなる、前記多相水素吸蔵合金。

【請求項2】

請求項１に記載の合金であって、前記Ｃｅ₂Ｎｉ₇相の存在量は、合金全体に対して、３０質量％から７２質量％までであり、および／または前記Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相の存在量は、合金全体に対して、８質量％から３０質量％までである、前記合金。

【請求項3】

請求項１または２に記載の合金であって、前記合金は、菱面体晶Ｃｅ₅Ｃｏ₁₉相を更に含むか、または六方晶ＭｇＺｎ₂、菱面体晶Ｐｒ₂Ｎｉ₇、菱面体晶Ｃｅ₅Ｃｏ₁₉および六方晶ＣａＣｕ₅からなる群から選択される少なくとも１つの相を更に含む、前記合金。

【請求項4】

請求項１から３までのいずれか１項に記載の合金であって、前記ミッシュメタルは、Ｌａ、ＰｒおよびＮｄを含み、および／または前記ミッシュメタルは、Ｃｅを含まない、前記合金。

【請求項5】

請求項１から４までのいずれか１項に記載の合金であって、ＭｇとＮｉとを含むか、または
ｉ）ミッシュメタルおよびＭｇと、
ｉｉ）ＮｉならびにＢ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、ＳｉおよびＺｒからなる群から選択される１種以上の元素と、
を含み、ここで、ｉｉ）対ｉ）の原子比は、３．１から３．６までである、前記合金。

【請求項6】

多相水素吸蔵合金であって、
１種以上の希土類元素、六方晶Ｃｅ₂Ｎｉ₇相および六方晶Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相を含み、ここで、合金全体に対して、該Ｃｅ₂Ｎｉ₇相の存在量は、３０質量％から７２質量％までであり、かつ該Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相の存在量は、８質量％以上であり、かつ
六方晶ＣｅＮｉ₃相および／または菱面体晶ＰｕＮｉ₃相を含有し、ここで、それらを合わせた存在量は、合金全体に対して、０質量％を上回り２０質量％までである、前記多相水素吸蔵合金。

【請求項7】

請求項６に記載の合金であって、合金全体に対して、前記Ｃｅ₂Ｎｉ₇相の存在量は、３０質量％から７１質量％までであり、かつ前記Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相の存在量は、８質量％から３０質量％までである、前記合金。

【請求項8】

請求項６または７に記載の合金であって、前記合金は、菱面体Ｃｅ₅Ｃｏ₁₉相を更に含む、前記合金。

【請求項9】

請求項６から８までのいずれか１項に記載の合金であって、１種以上の希土類元素、ＭｇおよびＮｉを含む、前記合金。

【請求項10】

請求項１から９までのいずれか１項に記載の水素吸蔵合金を含む電極を備えている、金属水素化物電池、アルカリ型燃料電池または金属水素化物空気電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、改善された電気化学的特性を有する水素吸蔵多相合金に関する。該合金は、例えば改良された希土類Ａ₂Ｂ₇型合金である。

【0002】

水素を吸収および脱着することができる合金は、水素吸蔵媒体および／または金属水素化物電池、燃料電池、金属水素化物空気電池システム等のための電極材料として使用することができる。そのような材料は、金属水素化物（ＭＨ）材料として知られている。

【0003】

希土類ＭｇベースのＡＢ₃またはＡ₂Ｂ₇型の金属水素化物合金は、その高容量および良好な高率放電性能のため、ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）電池における負電極としてのＡＢ₅ＭＨ合金を置き換えるための有望な候補である。

【0004】

驚くべきことに、ある特定の金属水素化物合金が、改善された電気化学的性能を示すことが判明した。

【0005】

従って、開示されるのは、多相水素吸蔵合金であって、
六方晶Ｃｅ₂Ｎｉ₇相および六方晶Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相を含み、
該Ｃｅ₂Ｎｉ₇相の存在量が３０質量％（ｗｔ％）以上であり、該Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相の存在量が８質量％以上であり、かつ
該合金は、ミッシュメタルを含み、ここで該ミッシュメタル中のＮｄが５０原子パーセント（ａｔ％）未満である、前記多相水素吸蔵合金である。

【0006】

また、開示されるのは、多相水素吸蔵合金であって、
１種以上の希土類元素、六方晶Ｃｅ₂Ｎｉ₇相および六方晶Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相を含み、ここで、該Ｃｅ₂Ｎｉ₇相の存在量が約３０質量％から約７２質量％までであり、かつ該Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相存在量が８質量％以上である、前記多相水素吸蔵合金である。

【0007】

本発明の水素吸蔵合金は、改善された電気化学的性能を有する。

【0008】

詳細な開示
本発明の合金は、例えば不活性雰囲気下での誘導溶解またはアーク溶解によって製造される。該合金は、更に、不活性雰囲気下で例えば９５０℃未満の温度において焼き鈍すことができる。製造方法は、米国特許第８，０５３，１１４号（Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．８，０５３，１１４）、同第８，１２４，２８１号（Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．８，１２４，２８１）、同第７，８２９，２２０号（Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．７，８２９，２２０）、同第８，２５７，８６２号（Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．８，２５７，８６２）および同第８，４０９，７５３号（Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．８，４０９，７５３）ならびに米国特許出願公開第２００６／０５７０１９号明細書（Ｕ．Ｓ．Ｐｕｂ．Ｎｏ．２００６／０５７０１９）に教示され、それらの内容は、参照により本明細書に援用される。

【0009】

電気化学的性能は、容量および高率放電性能（ＨＲＤ）によって定義される。

【0010】

ハーフセルの高率放電性能（ＨＲＤ）は、１００ｍＡｇ^-1で測定した放電容量の、８ｍＡｇ^-1で測定した放電容量に対する比として定義される。合金の放電容量は、部分的に事前充電されたＮｉ（ＯＨ）₂正電極に対して液式のセル構成で測定される。圧縮成形された試料電極には、結合剤または他の金属添加剤は添加されていない。ハーフセル測定の前にアルカリによる前処理は適用されない。各試料電極は、１００ｍＡｇ^-1の定電流密度で５時間充電され、次いで、１００ｍＡｇ^-1の電流密度で放電され、その後に２５ｍＡｇ^-1および８ｍＡｇ^-1で２回取り出される。容量は第２サイクルで測定される。

【0011】

本発明の合金の１００ｍＡｇ^-1における第２サイクルの容量は、例えば３２０以上、３２５以上、３３０以上、３３３以上、３４０以上または３４５以上である。

【0012】

本発明の合金の高率放電性能（ＨＲＤ）は、例えば第２サイクルで９６％以上または９７％以上である。

【0013】

該合金は、六方晶Ｃｅ₂Ｎｉ₇相を３０質量％以上の存在量で、かつ六方晶Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相を８質量％以上の存在量で含む。例えば、本発明の合金は、六方晶Ｃｅ₂Ｎｉ₇相を４０質量％以上の存在量で、かつ六方晶Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相を１３質量％以上の存在量で含む。

【0014】

相の存在量は、合金の全含量に対する質量％（ｗｔ％）で報告される。

【0015】

例えば、六方晶Ｃｅ₂Ｎｉ₇相の存在量は、合金全体に対して３５質量％以上、４０質量％以上、４５質量％以上、５０質量％以上または６０質量％以上である。

【0016】

六方晶Ｃｅ₂Ｎｉ₇相の存在量は、約３０質量％から約７２質量％まで、約３０質量％から約７１質量％まで、約３０質量％から約７５質量％まで、約３５質量％から約７２質量％まで、約４０質量％から約６８質量％まで、約４５質量％から約６６質量％まで、または約５０質量％から約６５質量％までであってよい。

【0017】

六方晶Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相の存在量は、合金全体に対して、例えば８以上、９以上、１０以上、１１以上、１２以上、１３以上、１４以上、１５以上、１６以上、１７以上、１８以上または１９以上である。

【0018】

六方晶Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相の存在量は、約８質量％から約３０質量％まで、約１０質量％から約２５質量％まで、約１３質量％から約２３質量％まで、約１６質量％から約２２質量％まで、約１８質量％から約２１質量％まで、約８質量％から約１２質量％まで、または約８質量％から約１１質量％までであってよい。

【0019】

有利には、本発明の合金は、六方晶ＭｇＺｎ₂、六方晶ＣｅＮｉ₃、菱面体晶ＰｕＮｉ₃、菱面体晶Ｐｒ₂Ｎｉ₇、菱面体晶Ｃｅ₅Ｃｏ₁₉および六方晶ＣａＣｕ₅からなる群から選択される少なくとも１つの更なる相を含むことができる。

【0020】

あるいは、本発明の合金は、六方晶ＭｇＺｎ₂、六方晶ＣｅＮｉ₃、菱面体晶ＰｕＮｉ₃、菱面体晶Ｐｒ₂Ｎｉ₇、菱面体晶Ｃｅ₅Ｃｏ₁₉および六方晶ＣａＣｕ₅からなる群から選択される少なくとも２つの更なる相を含むことができ、または前記群から選択される少なくとも３つの更なる相を含むことができる。

【0021】

一実施形態においては、本発明の合金は、六方晶ＣｅＮｉ₃、菱面体晶ＰｕＮｉ₃および菱面体Ｃｅ₅Ｃｏ₁₉相の少なくとも１つ、少なくとも２つ、または３つ全てを更に含む。

【0022】

ＣｅＮｉ₃相およびＰｕＮｉ₃相の一方または両方を含むある特定の合金においては、これらの２つの相は一緒になって、合金全体に対して、有利には２５質量％以下、２４質量％以下、２０質量％以下、１７質量％以下、１５質量％以下、１４質量％以下、１３質量％以下、または１２質量％以下の存在量で存在する。例えば、ＣｅＮｉ₃およびＰｕＮｉ₃は一緒になって、合金全体に対して、０質量％から約２５質量％まで、０質量％を上回って約２０質量％まで、１質量％から約１５質量％まで、１質量％から約１３質量％まで、１質量％から約１２質量％まで、または１質量％から約１１質量％までの存在量で存在する。

【0023】

Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相およびＣｅ₅Ｃｏ₁₉相は、両方が存在する場合、例えば、合金全体に対して２７質量％を上回る、例えば約２８質量％から約７０質量％までの合わせた存在量で存在する。

【0024】

例えば、六方晶ＭｇＺｎ₂相は、合金全体に対して、０質量％から約２質量％までの存在量で存在する。

【0025】

六方晶ＣｅＮｉ₃相は、合金全体に対して、約１質量％から約２１質量％までの、または約２質量％から約２０質量％までの存在量で存在することができる。

【0026】

菱面体晶ＰｕＮｉ₃相は、合金全体に対して、約２質量％から約１０質量％までの、または約４質量％から約８質量％までの存在量で存在してもよい。

【0027】

菱面体晶Ｐｒ₂Ｎｉ₇相は、例えば、合金全体に対して、０質量％から約２質量％までの存在量で存在する。

【0028】

菱面体晶Ｃｅ₅Ｃｏ₁₉相は、合金全体に対して、約３質量％から約１２質量％までの、約４質量％から約１１質量％までの、または約５質量％から約１０質量％までの存在量で存在することができる。

【0029】

六方晶ＣａＣｕ₅相は、例えば、合金全体に対して、０質量％から約１６質量％までの、または０質量％から約１５質量％までの存在量で存在する。

【0030】

該合金は、例えば、１つ以上の希土類元素、ＭｇおよびＮｉを含む。例えば、本発明の合金は、Ｍｇ、Ｎｉおよびランタニド、ＳｃおよびＹからなる群から選択される１つ以上の元素を含む。例えば、本発明の合金は、Ｍｇ、ＮｉおよびＣｅ、Ｌａ、ＮｄおよびＰｒの１つ以上を含む。本発明の合金は、Ｍｇ、Ｎｉ及びミッシュメタルを含むことができる。

【0031】

本発明の合金のミッシュメタルは、例えばＬａ、ＰｒおよびＮｄを含む。

【0032】

有利には、ミッシュメタル中のＮｄ含有率は、該ミッシュメタルに対して５０原子パーセント（ａｔ％）未満である。ミッシュメタルは、有利にはＣｅを更に含有しない。

【0033】

例えば、本発明の合金は、約１７原子％から約２２原子％までの、ミッシュメタルを含む１種以上の希土類元素、約３原子％から約５原子％までのＭｇ、約６３原子％から約８１原子％までのＮｉ、約２原子％から約６原子％までのＡｌ、および０原子％から約４原子％までの、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、ＳｉおよびＺｒからなる群から選択される１種以上の元素を含有する。

【0034】

これらの原子パーセント（ａｔ％）は、合金に対するものである。

【0035】

本発明の合金は、ＡＢｘ型合金であり、ここで、ｘは、約２から約５までである。

【0036】

例えば、本発明の合金は、改良されたＡ₂Ｂ₇型合金であって、
ｉ）１種以上の希土類元素およびＭｇと、
ｉｉ）ＮｉならびにＢ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、ＳｉおよびＺｒからなる群から選択される１種以上の元素と、
を含有し、ここで、ｉｉ）対ｉ）の原子比は、約３．１から約３．６まで、約３．２から約３．５まで、または約３．３から約３．４までである、前記合金である。

【0037】

本発明の更なる主題は、水素を可逆的にチャージおよびディスチャージすることができる少なくとも１つのアノードと、可逆的酸化が可能な少なくとも１つのカソードと、該アノードおよびカソードを内部に配置して有するケーシングと、該カソードおよびアノードを隔離するセパレーターと、該アノードおよびカソードの両方と接触する電解質とを含む金属水素化物電池であって、該アノードが本発明の水素吸蔵合金を含む、前記金属水素化物電池である。

【0038】

本発明の電池は、一方の極性のもとで大量の水素をチャージし、反対の極性のもとで所望量の水素をディスチャージすることができる。

【0039】

また、本発明の主題は、少なくとも１つの水素電極と、少なくとも１つの酸素電極と、少なくとも１つのガス拡散材料とを備えているアルカリ型燃料電池であって、該水素電極が、本発明の水素吸蔵合金を含む、前記アルカリ型燃料電池である。

【0040】

また、本発明の主題は、少なくとも１つの空気透過性カソードと、少なくとも１つのアノードと、少なくとも１つの空気入口と、該アノードとカソードの両方と接触する電解質とを含む金属水素化物空気電池であって、該アノードが、本発明の水素吸蔵合金である、前記金属水素化物空気電池である。

【0041】

ある実施形態の要素を指す用語「ａ」は、「１つ（ｏｎｅ）」または「１つまたはそれより多く（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を意味し得る。

【0042】

「約」という用語は、例えば、典型的な測定および取り扱い手順によって、これらの手順における不注意による誤りによって、製造の違い、もしくは使用される成分の起源もしくは純度によって、使用される方法の違い等によって生じうる変化を指す。用語「約」は、また、特定の初期混合物に起因する組成について平衡条件が様々であるため異なる量を包含する。「約」という用語によって修飾されているか否かにかかわらず、実施形態および特許請求の範囲は、列挙された量との同等量を含む。

【0043】

本明細書中の全ての数値は、明示されているか否かにかかわらず、用語「約」によって修飾される。用語「約」は、一般に、当業者であれば列挙された値との同等量とみなす（すなわち、同じ機能および／または結果を有する）と考えられる数値の範囲を指す。多くの場合、「約」という用語には、最も近い有効数字に丸められた数字を含むことができる。

【0044】

「約」という用語によって修飾された値は、もちろん特定の値を含む。例えば、「約５．０」は５．０を含まなければならない。

【0045】

以下は、本発明の幾つかの実施形態である。

【0046】

実施形態１． 多相水素吸蔵合金であって、
六方晶Ｃｅ₂Ｎｉ₇相および六方晶Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相を含み、合金全体に対して、
該Ｃｅ₂Ｎｉ₇相の存在量は３０質量％以上であり、かつ該Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相の存在量は８質量％以上であり、かつ
該合金は、ミッシュメタルを含み、ここで該ミッシュメタル中のＮｄが５０原子パーセント未満である、前記多相水素吸蔵合金。

【0047】

実施形態２． 実施形態１による合金であって、合金全体に対して、前記Ｃｅ₂Ｎｉ₇相の存在量は、３５質量％以上、４０質量％以上、４５質量％以上、５０質量％以上、もしくは６０質量％以上であり、または前記Ｃｅ₂Ｎｉ₇相の存在量は、約３０質量％から約７２質量％まで、約３０質量％から約７１質量％まで、約３０質量％から約７５質量％まで、約３５質量％から約７２質量％まで、約４０質量％から約６８質量％まで、約４５質量％から約６６質量％まで、または約５０質量％から約６５質量％までである、前記合金。

【0048】

実施形態３． 実施形態１または２による合金であって、合金全体に対して、前記Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相の存在量は、９質量％以上、１０質量％以上、１１質量％以上、１２質量％以上、１３質量％以上、１４質量％以上、１５質量％以上、１６質量％以上、１７質量％以上、１８質量％以上もしくは１９質量％以上であり、または前記Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相の存在量は、約８質量％から約３０質量％まで、約１０質量％から約２５質量％まで、約１３質量％から約２３質量％まで、約１６質量％から約２２質量％まで、約１８質量％から約２１質量％まで、約８質量％から約１２質量％まで、もしくは約８質量％から約１１質量％までである、前記合金。

【0049】

実施形態４． 実施形態１から３までのいずれかによる合金であって、該合金は、六方晶ＭｇＺｎ₂、六方晶ＣｅＮｉ₃、菱面体晶ＰｕＮｉ₃、菱面体晶Ｐｒ₂Ｎｉ₇、菱面体晶Ｃｅ₅Ｃｏ₁₉および六方晶ＣａＣｕ₅からなる群から選択される少なくとも１つ、少なくとも２つの、または少なくとも３つの相を更に含む、前記合金。

【0050】

実施形態５． 実施形態１から４までのいずれかによる合金であって、該合金は、六方晶ＣｅＮｉ₃、菱面体晶ＰｕＮｉ₃および菱面体Ｃｅ₅Ｃ₁₉相の少なくとも１つ、少なくとも２つ、または３つ全てを更に含む、前記合金。

【0051】

実施形態６． 実施形態１から５までのいずれかによる合金であって、六方晶ＣｅＮｉ₃相および／または菱面体晶ＰｕＮｉ₃相を含み、ここで、それらを合わせた存在量が、合金全体に対して、２５質量％以下、２４質量％以下、２０質量％以下、１７質量％以下、１５質量％以下、１４質量％以下、１３質量％以下、もしくは１２質量％以下であり、またはその合わせた存在量が、０質量％から約２５質量％まで、０質量％を上回って約２０質量％まで、１質量％から約１５質量％まで、１質量％から約１３質量％まで、１質量％から約１２質量％まで、もしくは１質量％から約１１質量％までである、前記合金。

【0052】

実施形態７． 実施形態１から６までのいずれかによる合金であって、合金全体に対して、六方晶ＭｇＺｎ₂相を、０質量％から約２質量％までの存在量で、六方晶ＣｅＮｉ₃相を、約１質量％から約２１質量％までの、もしくは約２質量％から約２０質量％までの存在量で、菱面体晶ＰｕＮｉ₃相を、約２質量％から約１０質量％までの、もしくは約４質量％から約８質量％までの存在量で、菱面体晶Ｐｒ₂Ｎｉ₇相を、０質量％から約２質量％までの存在量で、菱面体晶Ｃｅ₅Ｃｏ₁₉相を、約３質量％から約１２質量％までの、約４質量％から約１１質量％までの、もしくは約５質量％から約１０質量％までの存在量で、かつ六方晶ＣａＣｕ₅相を、０質量％から約１６質量％までの、もしくは０質量％から約１５質量％までの存在量で含む、前記合金。

【0053】

実施形態８． 実施形態１から７までのいずれかによる合金であって、ミッシュメタル、ＭｇおよびＮｉを含むか、ミッシュメタル、Ｍｇ、Ｎｉ、ＡｌおよびＭｎを含むか、またはミッシュメタル、Ｍｇ、ＮｉおよびＡｌを含む、前記合金。

【0054】

実施形態９． 実施形態１から８までのいずれかによる合金であって、前記ミッシュメタルは、ランタニド、ＳｃおよびＹからなる群から選択される元素の混合物を含むか、Ｃｅ、Ｌａ、ＮｄおよびＰｒからなる群から選択される元素の混合物を含むか、またはＬａ、ＰｒおよびＮｄを含む、前記合金。

【0055】

実施形態１０． 実施形態１から９までのいずれかによる合金であって、前記ミッシュメタルは、Ｃｅを含有しない、前記合金。

【0056】

実施形態１１． 実施形態１から１０までのいずれかによる合金であって、約１７原子％から約２２原子％までのミッシュメタル、約３原子％から約５原子％までのＭｇ、約６３原子％から約８１原子％までのＮｉ、約２原子％から約６原子％までのＡｌ、および０原子％から約４原子％までの、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、ＳｉおよびＺｒからなる群から選択される１種以上の元素を含有する、前記合金。

【0057】

実施形態１２． 実施形態１から１１までのいずれかによる合金であって、
ｉ）ミッシュメタルおよびＭｇと、
ｉｉ）ＮｉならびにＢ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、ＳｉおよびＺｒからなる群から選択される１種以上の元素と、
含み、ここで、ｉｉ）対ｉ）の原子比は、約３．１から約３．６まで、約３．２から約３．５まで、または約３．３から約３．４までである、前記合金。

【0058】

以下は、本発明の更なる実施形態である。

【0059】

実施形態１． 多相水素吸蔵合金であって、
１種以上の希土類元素、六方晶Ｃｅ₂Ｎｉ₇相および六方晶Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相を含み、ここで、合金全体に対して、該Ｃｅ₂Ｎｉ₇相の存在量は、約３０質量％から約７２質量％までであり、かつ該Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相の存在量は、８質量％以上である、前記多相水素吸蔵合金。

【0060】

実施形態２． 実施形態１による合金であって、前記Ｃｅ₂Ｎｉ₇相の存在量は、合金全体に対して、約３０質量％から約７１質量％まで、約３５質量％から約７２質量％まで、約４０質量％から約６８質量％まで、約４５質量％から約６６質量％まで、または約５０質量％から約６５質量％までである、前記合金。

【0061】

実施形態３． 実施形態１または２による合金であって、合金全体に対して、前記Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相の存在量は、９質量％以上、１０質量％以上、１１質量％以上、１２質量％以上、１３質量％以上、１４質量％以上、１５質量％以上、１６質量％以上、１７質量％以上、１８質量％以上もしくは１９質量％以上であり、または前記Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相の存在量は、約８質量％から約３０質量％まで、約１０質量％から約２５質量％まで、約１３質量％から約２３質量％まで、約１６質量％から約２２質量％まで、約１８質量％から約２１質量％まで、約８質量％から約１２質量％まで、もしくは約８質量％から約１１質量％までである、前記合金。

【0062】

実施形態４． 実施形態１から３までのいずれかによる合金であって、該合金は、六方晶ＭｇＺｎ₂、六方晶ＣｅＮｉ₃、菱面体晶ＰｕＮｉ₃、菱面体晶Ｐｒ₂Ｎｉ₇、菱面体晶Ｃｅ₅Ｃｏ₁₉および六方晶ＣａＣｕ₅からなる群から選択される少なくとも１つ、少なくとも２つの、または少なくとも３つの相を更に含む、前記合金。

【0063】

実施形態５． 実施形態１から４までのいずれかによる合金であって、該合金は、六方晶ＣｅＮｉ₃、菱面体晶ＰｕＮｉ₃および菱面体Ｃｅ₅Ｃ₁₉相の少なくとも１つ、少なくとも２つ、または３つ全てを更に含む、前記合金。

【0064】

実施形態６． 実施形態１から５までのいずれかによる合金であって、六方晶ＣｅＮｉ₃相および／または菱面体晶ＰｕＮｉ₃相を含み、ここで、合金全体に対して、それらを合わせた存在量が、２５質量％以下、２４質量％以下、２０質量％以下、１７質量％以下、１５質量％以下、１４質量％以下、１３質量％以下、もしくは１２質量％以下であり、またはその合わせた存在量が、０質量％から約２５質量％まで、０質量％を上回って約２０質量％まで、１質量％から約１５質量％まで、１質量％から約１３質量％まで、１質量％から約１２質量％まで、もしくは１質量％から約１１質量％までである、前記合金。

【0065】

実施形態７． 実施形態１から６までのいずれかによる合金であって、合金全体に対して、六方晶ＭｇＺｎ₂相を、０質量％から約２質量％までの存在量で、六方晶ＣｅＮｉ₃相を、約１質量％から約２１質量％までの、もしくは約２質量％から約２０質量％までの存在量で、菱面体晶ＰｕＮｉ₃相を、約２質量％から約１０質量％までの、もしくは約４質量％から約８質量％までの存在量で、菱面体晶Ｐｒ₂Ｎｉ₇相を、０質量％から約２質量％までの存在量で、菱面体晶Ｃｅ₅Ｃｏ₁₉相を、約３質量％から約１２質量％までの、約４質量％から約１１質量％までの、もしくは約５質量％から約１０質量％までの存在量で、かつ六方晶ＣａＣｕ₅相を、０質量％から約１６質量％までの、もしくは０質量％から約１５質量％までの存在量で含む、前記合金。

【0066】

実施形態８． 実施形態１から７までのいずれかによる合金であって、１種以上の希土類元素、ＭｇおよびＮｉを含むか、Ｍｇ、Ｎｉならびにランタニド、ＳｃおよびＹからなる群から選択される１種以上の元素を含むか、Ｍｇ、ＮｉならびにＣｅ、Ｌａ、ＮｄおよびＰｒからなる群から選択される１種以上の元素を含むか、またはＭｇ、Ｎｉおよびミッシュメタルを含む、前記合金。

【0067】

実施形態９． 実施形態１から８までのいずれかによる合金であって、ミッシュメタルを含む、前記合金。

【0068】

実施形態１０． 実施形態１から９までのいずれかによる合金であって、ミッシュメタルを含み、該ミッシュメタルは、ランタニド、ＳｃおよびＹからなる群から選択される元素の混合物を含むか、Ｃｅ、Ｌａ、ＮｄおよびＰｒからなる群から選択される元素の混合物を含むか、またはＬａ、ＰｒおよびＮｄを含む、前記合金。

【0069】

実施形態１１． 実施形態１から１０までのいずれかによる合金であって、ミッシュメタルを含み、該ミッシュメタル中のＮｄ含有率は、５０原子％未満であり、および／または該ミッシュメタルは、Ｃｅを含まない、前記合金。

【0070】

実施形態１２． 実施形態１から１１までのいずれかによる合金であって、約１７原子％から約２２原子％までのミッシュメタル、約３原子％から約５原子％までのＭｇ、約６３原子％から約８１原子％までのＮｉ、約２原子％から約６原子％までのＡｌ、および０原子％から約４原子％までの、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、ＳｉおよびＺｒからなる群から選択される１種以上の元素を含む、前記合金。

【0071】

実施形態１３． 実施形態１から１２までのいずれかによる合金であって、
ｉ）希土類元素およびＭｇと、
ｉｉ）ＮｉならびにＢ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、ＳｉおよびＺｒからなる群から選択される１種以上の元素と、
含み、ここで、ｉｉ）対ｉ）の原子比は、約３．１から約３．６まで、約３．２から約３．５まで、または約３．３から約３．４までである、前記合金。

【0072】

以下は、本発明の更なる実施形態である。

【0073】

実施形態１． 前記実施形態のいずれか（前記の２組の実施形態のいずれかの実施形態）による合金であって、１００ｍＡｇ^-1での第２サイクルの容量が、３２０以上、３２５以上、３３０以上、３３３以上、３４０以上、もしくは３４５以上であり、および／または該高率放電性能（ＨＲＤ）は、第２サイクルで９６％以上もしくは９７％以上である、前記合金。

【0074】

実施形態２． 前記実施形態のいずれかによる水素吸蔵合金を含む電極を備えている、金属水素化物電池、アルカリ型燃料電池または金属水素化物空気電池。

【0075】

実施形態３． 水素を可逆的にチャージおよびディスチャージすることができる少なくとも１つのアノードと、可逆的酸化が可能な少なくとも１つのカソードと、該アノードおよびカソードを内部に配置して有するケーシングと、該カソードおよびアノードを隔離するセパレーターと、該アノードおよびカソードの両方と接触する電解質とを含む金属水素化物電池であって、該アノードが、前記実施形態のいずれかによる水素吸蔵合金を含む、前記金属水素化物電池。

【0076】

実施形態４． 少なくとも１つの水素電極と、少なくとも１つの酸素電極と、少なくとも１つのガス拡散材料とを備えているアルカリ型燃料電池であって、該水素電極が、前記実施形態のいずれかによる水素吸蔵合金を含む、前記アルカリ型燃料電池。

【0077】

実施形態５． 少なくとも１つの空気透過性カソードと、少なくとも１つのアノードと、少なくとも１つの空気入口と、該アノードとカソードの両方と接触する電解質とを含む金属水素化物空気電池であって、該アノードが、前記実施形態のいずれかによる水素吸蔵合金を含む、前記金属水素化物空気電池。

【0078】

実施形態６． 前記実施形態のいずれかによる合金の、金属水素化物電池、燃料電池または金属水素化物空気電池の電極における使用。

【0079】

実施形態７． 前記実施形態のいずれかによる合金の、水素吸蔵媒体としての使用。

【0080】

以下の実施例は、本発明を概説するものである。

【0081】

例１ Ｍｍ−Ｍｇ−Ｎｉ−Ａｌ−Ｍｎ合金
合金インゴットを、高周波誘導溶解で調製し、そしてアルゴン雰囲気中で９５０℃未満で焼き鈍す。その合金インゴットを破砕し、粉末に粉砕し、２００メッシュを通じて篩別する。各試料の化学組成を、Ｖａｒｉａｎ社製ＬＩＢＥＲＴＹ １００誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）システムを用いて調査する。

【0082】

以下の合金は、ＩＣＰによって得られる実際の量で設計される。各合金は、ｉｉ）／ｉ）原子比（Ｎｉ−Ａｌ−Ｍｎ）／Ｍｍ−Ｍｇが３．３１になるように設計されている。量は、該合金に対する原子％である。溶解中、蒸発による損失を補うために追加のＭｇが添加される。

【0083】

【表1】

【0084】

^*ＩＣＰにより、試料Ｆ４中で０．１原子％のＦｅが検出されるが、Ｆｅは、鋼製の成形型から取り出されたという可能性が最も高い。

【0085】

用語「ｎｄ」は、「検出不能」または「検出限界未満」を意味する。ｉｉ）対ｉ）の比は、原子比（Ｎｉ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ）／（Ｍｍ−Ｍｇ）である。

【0086】

ミッシュメタル（Ｍｍ）はＬａ、ＰｒおよびＮｄを含み、Ｎｄはその約４０原子％である。

【0087】

合金の相の存在量を、Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｘ’ＰＥＲＴ ＰＲＯ Ｘ線回折装置を用いたＸ線回折法（ＸＲＤ）によって測定し、それらを以下に報告する。「Ｒ」は菱面体晶であり、「Ｈ」は六方晶である。存在量は、合金全体に対する質量パーセント（質量％）である。

【0088】

【表2】

【0089】

合金Ｆ１およびＦ２は、本発明によるものであり、合金Ｆ３〜Ｆ５は、比較合金である。

【0090】

ＭｇＺｎ₂相、ＣｅＮｉ₃相、Ｃｅ₂Ｎｉ₇相、Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉相およびＣａＣｕ₅相は、六方晶である。ＰｕＮｉ₃相、Ｐｒ₂Ｎｉ₇相およびＣｅ₅Ｃｏ₁₉相は、菱面体晶である。全ての合金は、様々な量のＡＢ₂、ＡＢ₅ならびに超格子相（ＡＢ₃、Ａ₂Ｂ₇およびＡ₅Ｂ₁₉）を含む多相の性質を示す。菱面体晶と六方晶の２つの結晶構造は、ＡＢ₃相、Ａ₂Ｂ₇相およびＡ₅Ｂ₁₉相について得られる。相の存在量の計算のためにＪＡＤＥ ９ソフトウェアが使用される。

【0091】

Ｍｎ不含の合金Ｆ１は、主相が六方晶Ｃｅ₂Ｎｉ₇（６２．０質量％）の構造の主相、六方晶Ｐｒ₅Ｃｏ₁₉（１９．２質量％）、菱面体晶Ｃｅ₅Ｃｏ₁₉（９．１質量％）、菱面体晶ＰｕＮｉ₃（７．７質量％）および六方晶ＣｅＮｉ₃（２．０質量％）の構造の４つの副相を有する。

【0092】

電気化学的な結果は、以下の通りである。

【0093】

【表3】

【0094】

¹ 合金の放電容量（ｍＡｈ／ｇ）は、部分的に事前充電されたＮｉ（ＯＨ）₂正電極に対して液式のセル構成で測定される。圧縮成形された試料電極には、結合剤または他の金属添加剤は添加されていない。ハーフセル測定の前にアルカリによる前処理は適用されない。各試料電極は、１００ｍＡｇ^-1の定電流密度で５時間充電され、次いで、１００ｍＡｇ^-1の電流密度で放電され、その後に２５ｍＡｇ^-1および８ｍＡｇ^-1で２回取り出される。容量は第２サイクルで測定される。
² ハーフセルの高率放電性能（ＨＲＤ）は、１００ｍＡｇ^-1で測定した放電容量の、８ｍＡｇ^-1で測定した放電容量に対する百分率比である。
³ 最大容量に達するための活性化サイクル数
⁴ 室温でのバルク拡散係数（１０^-10ｃｍ²／ｓ）
⁵ 室温での表面交換電流（ｍＡ／ｇ）

【0095】

本発明の合金Ｆ１およびＦ２は、１００ｍＡ／ｇでの顕著な第２サイクルの容量および顕著な高率放電性能を有することが理解される。

【0096】

また、本発明の合金は、比較合金より良好な拡散（Ｄ）を示すとともに、より反応性の表面（Ｉ_o）を有することも理解される。