JPH10212509A - 水素吸蔵合金粉末の製造方法 - Google Patents
水素吸蔵合金粉末の製造方法Info
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- JPH10212509A JPH10212509A JP9027254A JP2725497A JPH10212509A JP H10212509 A JPH10212509 A JP H10212509A JP 9027254 A JP9027254 A JP 9027254A JP 2725497 A JP2725497 A JP 2725497A JP H10212509 A JPH10212509 A JP H10212509A
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- Japan
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- storage alloy
- alloy powder
- powder
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- H01M4/00—Electrodes
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- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/383—Hydrogen absorbing alloys
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高容量で長寿命の、ニッケル水素二次電池用
負電極用として好適な水素吸蔵合金粉末の安価な製造方
法を提供する。 【解決手段】(La)X R1 -X{( NiM) 5-y C
oy }Z/5 で表される水素吸蔵合金の溶湯を、周速が1
0〜70m/秒で回転する回転円盤法によって急冷し粉
末化することを特徴とする水素吸蔵合金粉末の製造方
法。但し、式中の、RはCe、Pr、Ndから選ばれる
少なくとも1種、MはAl、Cu、Fe、Mn、Ti及
びZrから選ばれる少なくとも1種であり、xは0.5
〜1、yは0.1〜0.5、zは4.0〜6.0であ
る。
負電極用として好適な水素吸蔵合金粉末の安価な製造方
法を提供する。 【解決手段】(La)X R1 -X{( NiM) 5-y C
oy }Z/5 で表される水素吸蔵合金の溶湯を、周速が1
0〜70m/秒で回転する回転円盤法によって急冷し粉
末化することを特徴とする水素吸蔵合金粉末の製造方
法。但し、式中の、RはCe、Pr、Ndから選ばれる
少なくとも1種、MはAl、Cu、Fe、Mn、Ti及
びZrから選ばれる少なくとも1種であり、xは0.5
〜1、yは0.1〜0.5、zは4.0〜6.0であ
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はニッケル水素二次電
池の負電極に用いられる水素吸蔵合金粉末の製造方法に
関し、特に、長寿命で高容量のニッケル水素二次電池を
実現するための水素吸蔵合金粉末の製造方法に関する。
池の負電極に用いられる水素吸蔵合金粉末の製造方法に
関し、特に、長寿命で高容量のニッケル水素二次電池を
実現するための水素吸蔵合金粉末の製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】水素を吸蔵・放出する水素吸蔵合金が発見
されて以来、その応用は水素貯蔵手段にとどまらず多方
面に試みられているが、特にアルカリ二次電池は実用化
されており、用いる水素吸蔵合金の水素吸蔵能の高容量
化、水素の吸蔵放出の繰り返しに対する長寿命化が図ら
れている。即ち、当初に検討された、CaCu5 型結晶
構造を有するLaNi5 合金は、Laの一部を、Ce、
Pr、Ndその他の希土類元素に置換し、Niの一部を
Al、Co、Mn等の遷移金属元素で置換することによ
って高容量化・長寿命化が図られてきた。ところが、こ
のような水素吸蔵合金を電池用負電極として用いた場合
には、電池の高容量化と長寿命化を同時に満足させるこ
とは非常に困難であった。従って、容量を更に高める為
にLaを多く含む組成にすると、アルカリに対する耐腐
食性が劣化し、寿命が短くなったり、また、合金のコス
トを押さえる為にCoの含有量を少なくすると、寿命は
ますます短くなるという欠点があった。
されて以来、その応用は水素貯蔵手段にとどまらず多方
面に試みられているが、特にアルカリ二次電池は実用化
されており、用いる水素吸蔵合金の水素吸蔵能の高容量
化、水素の吸蔵放出の繰り返しに対する長寿命化が図ら
れている。即ち、当初に検討された、CaCu5 型結晶
構造を有するLaNi5 合金は、Laの一部を、Ce、
Pr、Ndその他の希土類元素に置換し、Niの一部を
Al、Co、Mn等の遷移金属元素で置換することによ
って高容量化・長寿命化が図られてきた。ところが、こ
のような水素吸蔵合金を電池用負電極として用いた場合
には、電池の高容量化と長寿命化を同時に満足させるこ
とは非常に困難であった。従って、容量を更に高める為
にLaを多く含む組成にすると、アルカリに対する耐腐
食性が劣化し、寿命が短くなったり、また、合金のコス
トを押さえる為にCoの含有量を少なくすると、寿命は
ますます短くなるという欠点があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは上記の欠
点を解決すべく鋭意検討した結果、La含有率が高くC
o含有率が低い水素吸蔵合金の溶湯を、高速で回転する
円盤上に注ぎ急冷して製造した水素吸蔵合金粉末を負電
極に使用した場合には、安価に、二次電池の放電容量を
大きく向上させることができると共に、サイクル寿命特
性を向上させることができるということを見い出し、本
発明に到達した。従って、本発明の目的は、高容量で長
寿命の、ニッケル水素二次電池用負電極用として好適な
水素吸蔵合金粉末の安価な製造方法を提供することにあ
る。
点を解決すべく鋭意検討した結果、La含有率が高くC
o含有率が低い水素吸蔵合金の溶湯を、高速で回転する
円盤上に注ぎ急冷して製造した水素吸蔵合金粉末を負電
極に使用した場合には、安価に、二次電池の放電容量を
大きく向上させることができると共に、サイクル寿命特
性を向上させることができるということを見い出し、本
発明に到達した。従って、本発明の目的は、高容量で長
寿命の、ニッケル水素二次電池用負電極用として好適な
水素吸蔵合金粉末の安価な製造方法を提供することにあ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の上記の目的は
(La)X R1 -X{( NiM) 5-y Coy }Z/5 で表さ
れる水素吸蔵合金の溶湯を、周速が10〜70m/秒で
回転する回転円盤法によって急冷し粉末化することを特
徴とする水素吸蔵合金粉末の製造方法によって達成され
た。但し、式中のRは、Ce、Pr、Ndから選ばれる
少なくとも1種、MはAl、Cu、Fe、Mn、Ti及
びZrから選ばれる少なくとも1種であり、xは0.5
〜1、yは0.1〜0.5、zは4.0〜6.0であ
る。
(La)X R1 -X{( NiM) 5-y Coy }Z/5 で表さ
れる水素吸蔵合金の溶湯を、周速が10〜70m/秒で
回転する回転円盤法によって急冷し粉末化することを特
徴とする水素吸蔵合金粉末の製造方法によって達成され
た。但し、式中のRは、Ce、Pr、Ndから選ばれる
少なくとも1種、MはAl、Cu、Fe、Mn、Ti及
びZrから選ばれる少なくとも1種であり、xは0.5
〜1、yは0.1〜0.5、zは4.0〜6.0であ
る。
【0005】本発明で使用する水素吸蔵合金は前記した
式で表されるが、特に電池とした場合のサイクル寿命を
良好とする観点から、MmNi5 系の水素吸蔵合金を用
いることが好ましい。上記金属中のMmは、La、C
e、Pr及びNd等の希土類元素の混合物からなるミッ
シュメタルと呼ばれるものである。MmNi5 系の水素
吸蔵合金は、サイクル寿命を良好とする観点から、Ni
の一部をMnで置換すると共に、Alによって置換した
ものであることが好ましく、更に、Coで少量置換した
ものであることが好ましい。
式で表されるが、特に電池とした場合のサイクル寿命を
良好とする観点から、MmNi5 系の水素吸蔵合金を用
いることが好ましい。上記金属中のMmは、La、C
e、Pr及びNd等の希土類元素の混合物からなるミッ
シュメタルと呼ばれるものである。MmNi5 系の水素
吸蔵合金は、サイクル寿命を良好とする観点から、Ni
の一部をMnで置換すると共に、Alによって置換した
ものであることが好ましく、更に、Coで少量置換した
ものであることが好ましい。
【0006】本発明においては、電池とした場合に低コ
ストで、高容量、長寿命の水素吸蔵合金粉末を製造する
という観点から、水素吸蔵合金の溶湯を高速で回転する
円盤上に注ぎ、急冷すると共に粉末化する。本発明にお
ける急冷による粉末化に際しては、円盤の周速度を10
〜70m/秒の高速で回転させることが好ましく、特に
20〜40m/秒とすることが好ましい。周速度が10
m/秒より遅いと十分な冷却速度を得られず、偏析の無
い合金を得ることができないのでサイクル寿命特性は向
上しない。また、70m/秒より速いと、設備コストが
高くなるので工業生産に向かない。
ストで、高容量、長寿命の水素吸蔵合金粉末を製造する
という観点から、水素吸蔵合金の溶湯を高速で回転する
円盤上に注ぎ、急冷すると共に粉末化する。本発明にお
ける急冷による粉末化に際しては、円盤の周速度を10
〜70m/秒の高速で回転させることが好ましく、特に
20〜40m/秒とすることが好ましい。周速度が10
m/秒より遅いと十分な冷却速度を得られず、偏析の無
い合金を得ることができないのでサイクル寿命特性は向
上しない。また、70m/秒より速いと、設備コストが
高くなるので工業生産に向かない。
【0007】放電容量を大きくする為には、Laの含有
量が原子比で0.5以上必要であり、特に0.75以上
であることが好ましい。Laの量が原子比で0.5より
少ないと放電容量は不充分である。また、高容量にする
と共に低コスト化する為に、Coの含有量は原子比で
0.1〜0.5であることが好ましく、特に0.2〜
0.4の範囲であることが好ましい。0.5より多い
と、高価になる上放電容量も低下する。0.1より少な
いと、安価にはなるもののサイクル寿命特性が低下す
る。
量が原子比で0.5以上必要であり、特に0.75以上
であることが好ましい。Laの量が原子比で0.5より
少ないと放電容量は不充分である。また、高容量にする
と共に低コスト化する為に、Coの含有量は原子比で
0.1〜0.5であることが好ましく、特に0.2〜
0.4の範囲であることが好ましい。0.5より多い
と、高価になる上放電容量も低下する。0.1より少な
いと、安価にはなるもののサイクル寿命特性が低下す
る。
【0008】本発明による水素吸蔵合金が、高容量であ
りながら長寿命である理由は、高速冷却するので元素の
偏析が生ずることなく均質な組織となり、Laが合金組
織の中で均一に分散する上結晶粒子も小さい為に、Co
量が少なくても、水素吸蔵放出過程における体積変化を
吸収し易く、サイクル寿命特性を向上させることができ
るからと推定される。
りながら長寿命である理由は、高速冷却するので元素の
偏析が生ずることなく均質な組織となり、Laが合金組
織の中で均一に分散する上結晶粒子も小さい為に、Co
量が少なくても、水素吸蔵放出過程における体積変化を
吸収し易く、サイクル寿命特性を向上させることができ
るからと推定される。
【0009】本発明においては、サイクル寿命特性を向
上させるために、急冷で得られた粉末を700〜110
0℃で熱処理することが好ましい。700℃以下で熱処
理してもサイクル寿命特性を向上させることができず、
1100℃以上で熱処理すると粉末が融着するので粉砕
しなければなくなる上、温度が高すぎるために元素の偏
析がおこり、サイクル寿命特性が低下する。
上させるために、急冷で得られた粉末を700〜110
0℃で熱処理することが好ましい。700℃以下で熱処
理してもサイクル寿命特性を向上させることができず、
1100℃以上で熱処理すると粉末が融着するので粉砕
しなければなくなる上、温度が高すぎるために元素の偏
析がおこり、サイクル寿命特性が低下する。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明においては、例えば、前記
した組成の金属元素の混合物を公知の高周波誘導炉等を
用いて溶解し、周速が10〜70m/秒という高速で回
転する円盤上に注いで急冷し、粉末として回収し、必要
に応じてこれを熱処理した後粉砕し、所望の粒度分布を
持つ粉末とすることによって、本発明の水素吸蔵合金粉
末を得ることができる。
した組成の金属元素の混合物を公知の高周波誘導炉等を
用いて溶解し、周速が10〜70m/秒という高速で回
転する円盤上に注いで急冷し、粉末として回収し、必要
に応じてこれを熱処理した後粉砕し、所望の粒度分布を
持つ粉末とすることによって、本発明の水素吸蔵合金粉
末を得ることができる。
【0011】
【発明の効果】本発明によると、放電容量が高く、サイ
クル寿命特性に優れたニッケル水素二次電極用の負電極
に好適な水素吸蔵合金を極めて安価に得ることができ
る。
クル寿命特性に優れたニッケル水素二次電極用の負電極
に好適な水素吸蔵合金を極めて安価に得ることができ
る。
【0012】
【実施例】以下、実施例によって本発明を更に詳述する
が、本発明はこれによって限定されるものではない。
が、本発明はこれによって限定されるものではない。
【0013】実施例及び比較例 ミッシュメタルとして、La50〜100重量%、Pr
2重量%、Nd3重量%、残部がCeであるMmを用
い、Mm1.00に対し、Al、Co、Mn、Niが原
子比で各々0.3、0〜0.6、0.2及び3.9〜
4.5となるように各元素を秤量し、それらをアルゴン
雰囲気下の高周波溶解炉で溶解し、周速が7〜75m/
秒で回転している、直径が3.5cmの円盤上に水素吸
蔵合金の溶湯を注ぎ、水素吸蔵合金粉末を得た。得られ
た水素吸蔵合金粉末を600〜1150℃で熱処理した
後、必要なものは粉砕して、平均粒径が32μmの水素
吸蔵合金粉末を得た。比較として、上記組成の各元素を
高周波溶解炉で溶解し、水冷鋳型に鋳込んで水素吸蔵合
金を作製し、1050℃で熱処理した後粉砕した他は同
様の方法で、平均粒径が32μmの水素吸蔵合金粉末を
得た。
2重量%、Nd3重量%、残部がCeであるMmを用
い、Mm1.00に対し、Al、Co、Mn、Niが原
子比で各々0.3、0〜0.6、0.2及び3.9〜
4.5となるように各元素を秤量し、それらをアルゴン
雰囲気下の高周波溶解炉で溶解し、周速が7〜75m/
秒で回転している、直径が3.5cmの円盤上に水素吸
蔵合金の溶湯を注ぎ、水素吸蔵合金粉末を得た。得られ
た水素吸蔵合金粉末を600〜1150℃で熱処理した
後、必要なものは粉砕して、平均粒径が32μmの水素
吸蔵合金粉末を得た。比較として、上記組成の各元素を
高周波溶解炉で溶解し、水冷鋳型に鋳込んで水素吸蔵合
金を作製し、1050℃で熱処理した後粉砕した他は同
様の方法で、平均粒径が32μmの水素吸蔵合金粉末を
得た。
【0014】電池の作製 処理した粉末を2g採取し、3%のポリビニルアルコー
ル(重合度2000)水溶液0.5gを加えて混合し、
ぺーストとした。得られたペーストを、繊維状Ni支持
体に塗着して乾燥した後加圧成型し、厚みが0.5mm
の負極を得た。ついで、酸化ニッケル正極として、公知
の方法で作製された燒結式ニッケル正極を用いると共
に、セパレータとしてポリプロピレン系不織布、電解液
として6規定の水酸化カリウム水溶液を使用し、負極と
組み合わせて負極規制の開放型ニッケル−水素二次電池
を作製し、下記のようにして初期活性及び初期容量を測
定した。
ル(重合度2000)水溶液0.5gを加えて混合し、
ぺーストとした。得られたペーストを、繊維状Ni支持
体に塗着して乾燥した後加圧成型し、厚みが0.5mm
の負極を得た。ついで、酸化ニッケル正極として、公知
の方法で作製された燒結式ニッケル正極を用いると共
に、セパレータとしてポリプロピレン系不織布、電解液
として6規定の水酸化カリウム水溶液を使用し、負極と
組み合わせて負極規制の開放型ニッケル−水素二次電池
を作製し、下記のようにして初期活性及び初期容量を測
定した。
【0015】放電容量及びサイクル寿命特性の評価 上記の如くして得られた電池を、20℃の一定温度下
で、180mAで5時間充電する一方、電池電圧が1.
0Vになるまで120mAの電流で放電させるサイクル
を繰り返して、20サイクル目の値を初期容量とする一
方、サイクル寿命特性は、200サイクル時の放電容量
の低下を1サイクル当りの劣化率として評価した。評価
結果は表1に示した通りである。尚、表中で*印を付し
た実験No.のものは比較例である。
で、180mAで5時間充電する一方、電池電圧が1.
0Vになるまで120mAの電流で放電させるサイクル
を繰り返して、20サイクル目の値を初期容量とする一
方、サイクル寿命特性は、200サイクル時の放電容量
の低下を1サイクル当りの劣化率として評価した。評価
結果は表1に示した通りである。尚、表中で*印を付し
た実験No.のものは比較例である。
【0016】
【表1】
【0017】実験No.1〜3、及び同6の結果から、本
発明の水素吸蔵合金粉末は、放電特性が非常に大きい上
サイクル寿命特性が良好であることが実証されている。
尚、実験No.6、及び同9〜13の結果から、熱処理温
度が600℃までであると、容量、サイクル寿命とも満
足いくものではないが、700〜1100℃で熱処理を
行うと、放電容量及びサイクル寿命特性とも改善される
ことが確認された。
発明の水素吸蔵合金粉末は、放電特性が非常に大きい上
サイクル寿命特性が良好であることが実証されている。
尚、実験No.6、及び同9〜13の結果から、熱処理温
度が600℃までであると、容量、サイクル寿命とも満
足いくものではないが、700〜1100℃で熱処理を
行うと、放電容量及びサイクル寿命特性とも改善される
ことが確認された。
【0018】一方、1150℃で熱処理したものは、粉
砕が困難である上放電容量及びサイクル寿命特性とも低
下した。また、実験No.6、14〜16の結果から、L
aの量が50%/Mm以上の場合には、長寿命でありな
がら放電容量が大きくなることが確認された。更に、実
験No.6、17〜20の結果から、Coが原子比で0.
1〜0.5の場合に、大きな放電容量を保ちながらサイ
クル寿命特性が良好となることが確認された。
砕が困難である上放電容量及びサイクル寿命特性とも低
下した。また、実験No.6、14〜16の結果から、L
aの量が50%/Mm以上の場合には、長寿命でありな
がら放電容量が大きくなることが確認された。更に、実
験No.6、17〜20の結果から、Coが原子比で0.
1〜0.5の場合に、大きな放電容量を保ちながらサイ
クル寿命特性が良好となることが確認された。
Claims (4)
- 【請求項1】(La)X R1 -X{( NiM) 5-y C
oy }Z/5 で表される水素吸蔵合金の溶湯を、周速が1
0〜70m/秒で回転する回転円盤法によって急冷し粉
末化することを特徴とする水素吸蔵合金粉末の製造方
法。但し、式中の、RはCe、Pr、Ndから選ばれる
少なくとも1種、MはAl、Cu、Fe、Mn、Ti及
びZrから選ばれる少なくとも1種であり、xは0.5
〜1、yは0.1〜0.5、zは4.0〜6.0であ
る。 - 【請求項2】得られた粉末を、700〜1100℃で更
に熱処理する請求項1に記載された水素吸蔵合金粉末の
製造方法。 - 【請求項3】yの値が0.2〜0.4である、請求項1
又は2に記載された水素吸蔵合金粉末。 - 【請求項4】請求項1〜3の何れかに記載された製造方
法により得られた水素吸蔵合金粉末を用いた電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9027254A JPH10212509A (ja) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | 水素吸蔵合金粉末の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9027254A JPH10212509A (ja) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | 水素吸蔵合金粉末の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10212509A true JPH10212509A (ja) | 1998-08-11 |
Family
ID=12215950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9027254A Pending JPH10212509A (ja) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | 水素吸蔵合金粉末の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10212509A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019108120A1 (en) * | 2017-11-28 | 2019-06-06 | Nilar International Ab | Milling of recovered negative electrode material |
| CN110496968A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-11-26 | 中国核动力研究设计院 | 一种锆合金粉末及其制备方法 |
-
1997
- 1997-01-27 JP JP9027254A patent/JPH10212509A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019108120A1 (en) * | 2017-11-28 | 2019-06-06 | Nilar International Ab | Milling of recovered negative electrode material |
| CN110496968A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-11-26 | 中国核动力研究设计院 | 一种锆合金粉末及其制备方法 |
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