High Storage Capacity, Fast

7/27/2019 High Storage Capacity, Fast

1/20

( 1 2 ) United S t a t e s PatentO v s h i n s k y e t a l .

US006746645B2US 6 , 7 4 6 , 6 4 5 B2

* J u n . 8 , 2 0 0 4( 1 0 ) P a t e n t N 0 . :( 4 5 ) Date o f P a t e n t :

( 5 4 )

( 7 5 )

( 7 3 )

( 2 1 )( 2 2 )( 6 5 )

( 6 3 )

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H y d r o g e nb s o r p t i o nw t % )

HIGH STORAGE CAPACITY, FASTKINETICS, LONG CYCLE-LIFE,HYDROGEN STORAGE ALLOYSI n v e n t o r s : S t a n f o r d R . O v s h i n s k y , Bloom?eldH i l l s , MI ( U S ) ; R o s a T . Y o u n g ,B l o o m ? e l d H i l l s , MI ( U S )A s s i g n e e : E n e r g y C o n v e r s i o n D e v i c e s , I n c . ,

R o c h e s t e r H i l l s , MI ( U S )N o t i c e : S u b j e c t t o a n y d i s c l a i m e r , t h e t e r m o f t h i s

p a t e n t i s e x t e n d e d o r a d j u s t e d u n d e r 3 5U . S . C . 1 5 4 ( b ) b y 1 2 4 d a y s .T h i s p a t e n t i s s u b j e c t t o a t e r m i n a l d i sc l a i m e r .

A p p l . N o . :F i l e d :

1 0 / 1 7 5 , 7 9 0J u n . 2 0 , 2 0 0 2P r i o r P u b l i c a t i o n Data

U S 2002/0179194 A1 D e c . 5 , 2002R e l a t e d US. A p p l i c a t i o n Data

C o n t i n u a t i o n o f a p p l i c a t i o n N o . 0 9 / 6 0 9 , 4 8 7 , ? l e d o n J u l . 5 ,2 0 0 0 , n o w P a t . No. 6 , 4 9 1 , 8 6 6 , which i s a c o n t i n u a t i o n - i np a r t o f a p p l i c a t i o n N o . 0 9 / 4 3 5 , 4 9 7 , ? l e d o n N o v . 6 , 1 9 9 9 ,now a t . No. 6 , 1 9 3 , 9 2 9 .

( 5 6 ) R e f e r e n c e s C i t e dU . S . PATENT DOCUMENTS

5,536,586 A * 7 / 1 9 9 6 Tsushio e t a1 . . . . . . . . . . . . . . 428/64 95,856,047 A * 1 / 1 9 9 9 Venkatesan e t a l . . . . . . . . . 42 9 / 2455,916,381 A * 6 / 1 9 9 9 Sapru e t a 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 148/4035 , 9 6 4 , 9 6 5 A * 1 0 / 1 9 9 9 S c h u l z e t a 1 . 148/4206,103,024 A * 8/2000 Sapru e t a 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 148/4036,193,929 B1 * 2/2001 Ovshinsky e t a 1 . . . . . . . . . . 420/4026,305,422 B1 * 1 0 / 2 0 0 1 Grossman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138/336,328,821 B1 * 12/2001 Ovshinsky e t a 1 . . . . . . . . . . 1 48/4206,491,866 B1 * 1 2 / 2002 Ovshinsky e t a 1 . . . . . . . . . . 420/4026,627,340 B1 * 9 / 2003 Ovshinsky e t a 1 . . . . . . . . . . . . 42 9 / 20

* c i t e d by examiner

P r i m a r y E x a m i n e r G e o r g e V o y s Z o m i e r s k iA s s i s t a n t ExaminerJanelle M o r i l l o( 7 4 ) A t t o r n e y, A g e n t , o r F i r m F r e d e r i c k W. M a u , I I ;David W . S c h u m a k e r ; Marvin S . S i s k i n d( 5 7 ) ABSTRACTHydrogen p r o p e l l e d v e h i c l e s a n d f u n d a m e n t a l l y neWm a g n e s i u m - b a s e d h y d r o g e n s t o r a g e a l l o y m a t e r i a l s W h i c hf o r t h e ? r s t t i m e make i t f e a s i b l e a n d p r a c t i c a l t o u s e s o l i ds t a t e s t o r a g e a n d d e l i v e r y o f h y d r o g e n t o poWer i n t e r n a lc o m b u s t i o n e n g i n e o r f u e l c e l l v e h i c l e s . T h e s e e x c e p t i o n a la l l o y s h a v e r e m a r k a b l e h y d r o g e n s t o r a g e c a p a c i t y o f W e l lo v e r 6 W e i g h t % c o u p l e d W i t h e x t r a o r d i n a r y a b s o r p t i o nk i n e t i c s s u c h t h a t t h e a l l o y poWder a b s o r b s 80% o f i t s t o t a l

I n t . C l . 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C22C 3 / 0 0 ; C 0 1 B 6 / 2 4 c a p a c i t y W i t h i n 10 minutes a t 300 C . and a c y c l e l i f e o f a tUS. l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420/402; 420/900 l e a s t 500 C y c l e s Without l o s s o f c a p a c i t y o r k i n e t i c s .Field o f Se arch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420/900, 402;

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US 6 , 7 4 6 , 6 4 5 B21

HIGH STORAGE CAPACITY, FASTKINETICS, LONG CYCLE-LIFE,HYDROGEN STORAGE ALLOYSRELATED APPLICATIONS

The p r e s e n t i n v e n t i o n i s a c o n t i n u i n g a p p l i c a t i o n o fc o - p e n d i n g US. p a t e n t a p p l i c a t i o n S e r . N o . 0 9 / 6 0 9 , 4 8 7 ,Which i s a s s i g n e d t o t h e same a s s i g n e e a s t h e c u r r e n ta p p l i c a t i o n , e n t i t l e d H i g h S t o r a g e C a p a c i t y , F a s t K i n e t i c s ,L o n g C y c l e L i f e , H y d r o g e n S t o r a g e A l l o y s , ? l e d J u l . 5 ,2000 now US. a t . No . 6,491,866 Which i s a C o n t i n u a t i o ni n - P a r t o f S e r . N o . 0 9 / 4 3 5 , 4 9 7 ? l e d N o v . 6 , 1999 now US.P a t . N o . 6 , 1 9 3 , 9 2 9 , t h e d i s c l o s u r e o f Which s h e r e b y i n c o rp o r a t e d b y r e f e r e n c e .

FIELD OF THE INVENTIONT h e i n s t a n t i n v e n t i o n r e l a t e s g e n e r a l l y t o r e v o l u t i o n a r y

neW h y d r o g e n s t o r a g e a l l o y s th a t a r e a b l e , f o r t h e ? r s t t i m et o r e a l i s t i c a l l y u s e t h e most u b i q u i t o u s , u l t i m a t e s o u r c e o ff u e l , h y d r o g e n . More s p e c i ? c a l l y t h e i n s t a n t i n v e n t i o nr e l a t e s t o h y d r o g e n s t o r a g e a l l o y s t h a t n o t o n l y a r e c a p a b l eo f s t o r i n g on t h e o r d e r o f 7 W e i g h t % h y d r o g e n , b u t a r ec a p a b l e o f s t o r i n g a t l e a s t 80% o f t h e i r m aximum c a p a c i t yW i t h i n 10 minutes a r e and have a c y c l e l i f e o f a t l e a s t 500c y c l e s W i t h o u t l o s s o f c a p a c i t y o r k i n e t i c s .

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s t o r a g e a l l o y s , u s e f u l f o r a h y d r o g e n - b a s e d e c o n o m y , Whichh a v e h i g h s t o r a g e c a p a c i t y , e x c e l l e n t k i n e t i c s a n d l o n g c y c l el i f e . An i n f r a s t r u c t u r e s y s t e m f o r s u c h a hydrogen b a s e de c o n o m y , i s t h e s u b j e c t o f c o p e n d i n g US. a p p l i c a t i o n S e r .N o . 0 9 / 4 4 4 , 8 1 0 , e n t i t l e d A H y d r o g e n - b a s ed E c o s y s t e m ? l e d o n N o v . 2 2 , 1 9 9 9 ( t h e 8 1 0 a p p l i c a t i o n ) , Which i sh e r e b y i n c o r p o r a t e d b y r e f e r e n c e . T h i s i n f r a s t r u c t u r e , i nt u r n , i s made p o s s i b l e b y a l l o y s s u c h a s t h e i n s t a n t h y d r o g e ns t o r a g e a l l o y t h a t h a v e s u r m o u n t e d t h e c h e m i c a l , p h y s i c a l ,e l e c t r o n i c a n d c a t a l y t i c b a r r i e r s t h a t h a v e h e r e t o f o r e b e e nc o n s i d e r e d i n s o l u b l e . O t h e r h y d r o g e n s t o r a g e a l l o y s W h i c ha r e u s e f u l i n such an i n f r a s t r u c t u r e a r e f u l l y d e s c r i b e d i nc o p e n d i n g US. p a t e n t a p p l i c a t i o n S e r . N o . 0 9 / 4 3 5 , 4 9 7 ,e n t i t l e d H i g h S t o r a g e C a p a c i t y A l l o y s E n a b l i n g aH y d r o g e n - b a s e d E c o s y s t e m , ? l e d o n N o v . 6 , 1 9 9 9 ( t h e 4 9 7 a p p l i c a t i o n ) , W h i c h i s h e r e b y i n c o r p o r a t e d b y r e f e re n c e . Th e 4 9 7 a p p l i c a t i o n r e l a t e s t o a l l o y s Which s o l v e t h eu n a n s W er e d p r o b l e m o f h a v i n g s u f f i c i e n t h y d r o g e n s t o r a g ec a p a c i t y W i t h e x c e p t i o n a l l y f a s t k i n e t i c s t o p e r m i t t h e s a f ea n d e f ? c i e n t s t o r a g e o f h y d r o g e n t o p r o v i d e f u e l f o r ahydrogen b a s e d economy, s u c h a s poWering i n t e r n a l c o mb u s t i o n e n g i n e a n d f u e l c e l l v e h i c l e s . I n t h e 4 9 7 a p p l i c a t i o nt h e i n v e n t o r s f o r t h e ? r s t t i m e d i s c l o s e d t h e p r o d u c t i o n o fM g - b a s e d a l l o y s h a v i n g b o t h h y d r o g e n s t o r a g e c a p a c i t i e sh i g h e r t h a n a b o u t 6 W t . % n d e x t r a o r d i n a r y k i n e t i c s . T h i sr e v o l u t i o n a r y b r e a k t h r o u g h W a s made p o s s i b l e b y c o n s i de r i n g t h e m a t e r i a l s a s a s y s t e m a n d t h e r e b y u t i l i Z i n g chemic a l m o d i ? e r s a n d t h e p r i n c i p l e s o f d i s o r d e r a n d l o c a l o r d e r ,p i o n e e r e d by S t a n f o r d R . O v s h i n s k y , i n s u c h a W a y a s t op r o v i d e t h e n e c e s s a r y c a t a l y t i c l o c a l e n v i r o n m e n t s , a n d a tt h e same t i m e d e s i g n i n g b u l k c h a r a c t e r i s t i c s f o r s t o r a g e a n dh i g h r a t e c h a r g e / d i s c h a r g e c y c l i n g . I n o t h e r W o r d s , t h e s ep r i n c i p l e s a l l o W e d f o r t a i l o r i n g o f h e m a t e r i a l b y c o n t r o l l i n gt h e p a r t i c l e a n d g r a i n s i Z e , t o p o l o g y , s u r f a c e s t a t e s , c a t a l y t i ca c t i v i t y , m i c r o s t r u c t u r e , a n d t o t a l i n t e r a c t i v e e n v i r o n m e n t sf o r e x t r a o r d i n a r y s t o r a g e c a p a c i t y .

Th e c o m b i n a t i o n o f t h e 8 1 0 a n d t h e 4 9 7 a p p l i c a t i o n ss o l v e s t h e t W i n b a s i c b a r r i e r s Which h a v e h e l d back t h e

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2u b i q u i t o u s u s e o f h y d r o g e n : 1 ) s t o r a g e c a p a c i t y ; a n d 2 )i n f r a s t r u c t u r e . With t h e u s e o f t h e a l l o y s o f t h e 4 9 7a p p l i c a t i o n , h y d r o g e n c a n b e s h i p p e d s a f e l y b y b o a t s ,b a r g e s , t r a i n s , t r u c k s , e t c . When n s o l i d f o r m . H o W e v e r , t heh y d r o g e n i n f r a s t r u c t u r e d e s c r i b e d i n t h e 8 1 0 a p p l i c a t i o nr e q u i r e s c a r e f u l t h e r m a l management a n d e f ? c i e n t h e a tu t i l i Z a t i o n t h r o u g h o u t t h e e n t i r e s y s t e m . The i n s t a n t i n v e nt i o n makes t h e n e c e s s a r y h e a t t r a n s f e r betWeen t h e s u bs y s t e m s o f t h e i n f r a s t r u c t u r e s i m p l e , e f ? c i e n t , a n d e c o n o m i c .

As t h e W o r l d s p o p u l a t i o n e x p a n d s a n d i t s economyi n c r e a s e s , t h e a t m o s p h e r i c c o n c e n t r a t i o n s o f c a r b o n d i o x i d ea r e Warming h e e a r t h c a u s i n g c l i m a t e c h a n g e . H o W e v e r , t heg l o b a l e n e r g y s y s t e m i s m o v i n g s t e a d i l y a W a y f r o m t h ec a r b o n - r i c h f u e l s Whose c o m b u s t i o n p r o d u c e s th e h a r m f u lg a s . F o r n e a r l y a c e n t u r y a n d a h a l f , f u e l s W i t h h i g h amountso f c a r b o n h a v e p r o g r e s s i v e l y b e e n r e p l a c e d by t h o s e c o nt a i n i n g l e s s .

I n t h e U n i t e d S t a t e s , i t i s e s t i m a t e d , t h a t t h e t r e n d t o W a r dl o W e r - c a r b o n f u e l s c o m b i n e d W i t h g r e a t e r e n e r g y e f ? c i e n c yh a s , s i n c e 1 9 5 0 , r e d u c e d b y a b o u t h a l f t h e amount o f c a r b o ns p e W e d o u t f o r e a c h u n i t o f e c o n o m i c p r o d u c t i o n . T h u s , t h ed e c a r b o n i Z a t i o n o f t he e n e r g y s y s t e m i s t h e s i n g l e mosti m p o r t a n t f a c t t o e m e r g e f r o m t h e l a s t 20 y e a r s o f a n a l y s i so f t h e s y s t e m . I t h a d b e e n p r e d i c t e d t h a t t h i s e v o l u t i o n W i l lp r o d u c e a c a r b o n - f r e e e n e r g y s y s t e m by t h e e n d o f t h e 21c e n t u r y . The i n s t a n t i n v e n t i o n h e l p s t o g r e a t l y s h o r t e n t h a tp e r i o d . I n t h e n e a r t e r m , h y d r o g e n W i l l b e u s e d i n f u e l c e l l sf o r c a r s , t r u c k s a n d i n d u s t r i a l p l a n t s , j u s t a s i t a l r e a d yp r o v i d e s p o W e r f o r o r b i t i n g s p a c e c r a f t . B u t u l t i m a t e l y ,h y d r o g e n W i l l a l s o p r o v i d e a g e n e r a l c a r b o n - f r e e f u e l t ocover a l l f u e l n e e d s .

F I G . 1 , t a k e n from r e l i a b l e i n d u s t r i a l s o u r c e s , i s a g r a p hd e m o n s t r a t i n g s o c i e t y s move t o W a r d a c a r b o n - f r e e e n v ironment a s a f u n c t i o n o f t i m e s t a r t i n g With t h e u s e o f W o o di n t h e e a r l y 1 8 0 0 s a n d e n d i n g i n a b o u t 2010 W i t h t h eb e g i n n i n g o f a h y d r o g e n economy. I n t h e 1 8 0 0 s , f u e l W asp r i m a r i l y W o o d i n Which t h e r a t i o o f h y d r o g e n t o c a r b o n W asa b o u t 0 . 1 . As s o c i e t y s W i t c h e d t o t h e u s e o f c o a l a n d o i l , t h er a t i o o f hydrogen t o c a r b o n i n c r e a s e d ? r s t to 1 . 3 a n d t h e n t o2 . C u r r e n t l y, s o c i e t y i s i n c h i n g c l o s e r t o t h e u s e o f m e t h a n ein Which t h e hydrogen t o c a r b o n r a t i o i s f u r t h e r i n c r e a s e d t o4 ( m e t h a n e h a s s e r i o u s p r o b l e m s W i t h s a f e t y , c o s t a n di n f r a s t r u c t u r e ) . H o W e v e r , t h e u l t i m a t e g o a l f o r s o c i e t y i s t oe m p l o y a c a r b o n - f r e e f u e l , i . e . , t h e m o s t u b i q u i t o u s o fe l e m e n t s , p u r e hy d r o g e n . The o b s t a c l e h a s b e e n th e l a c k o fs o l i d s t a t e s t o r a g e c a p a c i t y a n d i n f r a s t r u c t u r e . The i n v e n t o r so f t he 4 9 7 a n d t h e 8 1 0 a p p l i c a t i o n s h a v e made h i s p o s s i b l eb y i n v e n t i n g a 7 % s t o r a g e m a t e r i a l (7% i s a n u m o p t i m i Z e df u g u r e a n d W i l l b e i n c r e a s e d a l o n g W i t h b e t t e r k i n e t i c s ) W i t he x c e p t i o n a l a b s o r p t i o n / d e so r p t i o n k i n e t i c s , i . e . a t l e a s t 80%c h a r g e i n l e s s t h a n 2 minutes and a n i n f r a s t r u c t u r e t o u s et h e s e s t o r a g e a l l o y s . T h e s e a l l o y s a l l o W f o r t h e ? r s t t i m e , as a f e , h i g h c a p a c i t y m e a n s o f s t o r i n g , t r a n s p o r t i n g a n d d e l i ve r i n g p u r e h y dr o g e n .

Hydrogen i s t h e u l t i m a t e f u e l . I t i s i n e x h a u s t i b l e .H y d r o g e n i s t h e m o s t p l e n t i f u l e l e m e n t i n t h e u n i v e r s e ( o v e r9 5% o f a l l m a t t e r ) . Hydrogen c a n p r o v i d e a c l e a n s o u r c e o fe n e r g y f o r o u r p l a n e t a n d c a n b e p r o d u c e d by v a r i o u sp r o c e s s e s Which p l i t W a t e r i n t o h y d r o g e n a n d o x y g e n . Theh y d r o g e n c a n t h e n b e s t o r e d a n d t r a n s p o r t e d i n s o l i d s t a t ef o r m .

While t h e W o r l d s o i l r e s e r v e s a r e d e p l e t a b l e , t h e s u p p l yo f h y d r o g e n r e m a i n s v i r t u a l l y u n l i m i t e d . H y d r o g e n , W h i c hca n b e produced from c o a l , n a t u r a l g a s and o t h e rh y d r o c a r b o n s , i s p r e f e r a b l y f o r m e d v i a e l e c t r o l y s i s o f W a t e r ,more p r e f e r a b l y u s i n g e n e r g y from t h e s u n ( s e e US. a t . N o .


14/20

US 6 , 7 4 6 , 6 4 5 B23

4 , 6 7 8 , 6 7 9 , t h e d i s c l o s u r e o f W h i c h i s i n c o r p o r a t e d h e r e i n b yr e f e r e n c e . ) H o W e v e r , h y d r o g e n c a n a l s o b e p r o d u c e d b y t h ee l e c t r o l y s i s o f W a t e r u s i n g a n y o t h e r f o r m o f e c o n o m i c a le n e r g y ( e . g . , W i n d , W a v e s , g e o t h e r m a l , h y d r o e l e c t r i c ,n u c l e a r , e t c . ) F u r t h er m o r e , h y d r o g e n , i s a n i n h e r e n t l y l o Wc o s t f u e l . H y d r o g e n h a s t h e h i g h e s t d e n s i t y o f e n e r g y p e ru n i t W e i g h t o f a n y c h e m i c a l f u e l a n d i s e s s e n t i a l l y no np o l l u t i n g s i n c e t h e m a i n b y - p r o d u c t o f b u r n i n g h y d r o g e ni s W a t e r . T h u s , hydrogen c a n be a means o f s o l v i n g m a n y o ft h e W o r l d s e n e r g y r e l a t e d p r o b l e m s , s u c h a s c l i m a t e c h a n g e ,p o l l u t i o n , s t r a t e g i c d e p e n d a n c y on o i l , e t c . , a s W e l l a sp r o v i d i n g a means o f h e l p i n g d e v e l o p i n g n a t i o n s .

W h i l e h y d r o g e n h a s W i d e p o t e n t i a l a p p l i c a t i o n a s a f u e l ,a m a j o r draWback n i t s u t i l i Z a t i o n , e s p e c i a l l y i n m o b i l e u s e ss u c h a s t h e poWering o f v e h i c l e s , h a s been t h e l a c k o f a na c c e p t a b l e l i g h t W e i g h t h y d r o g e n s t o r a g e m e d i u m . S t o r a g eo f hydrogen a s a compressed g a s i n v o l v e s t h e u s e o f l a r g ea n d h e a v y v e s s e l s . A d d i t i o n a l l y , l a r g e a n d v e r y e x p e n s i v ecompressors a r e r e q u i r e d t o s t o r e hydrogen a s a compressedg a s a n d c o m p r e s s e d h y d r o g e n g a s i s a v e r y g r e a t e x p l o s i o n /? r e h a Z Z a r d .

Hydrogen a l s o can be s t o r e d a s a l i q u i d . Storage a s al i q u i d , h o W e v e r , p r e s e n t s a s e r i o u s s a f e t y p r o b l e m Whenused a s a f u e l f o r motor v e h i c l e s s i n c e hydrogen s e x t r e m e l y? a m m a b l e . L i q u i d h y d r o g e n a l s o m u s t b e k e p t e x t r e m e l yc o l d , b e l o W 2 5 3 C . , a n d i s h i g h l y v o l a t i l e i f s p i l l e d .M o r e o v e r , l i q u i d h y d r o g e n i s e x p e n s i v e t o p r o d u c e a n d t h ee n e r g y n e c e s s a r y f o r t h e l i q u e f a c t i o n p r o c e s s i s a m a j o rf r a c t i o n o f t h e e n e r g y t h a t c a n b e g e n e r a t e d b y b u r n i n g t heh y d r o g e n . Another draWback t o s t o r a g e a s a l i q u i d i s t h ec o s t l y l o s s e s o f h y d r o g e n d u e t o e v a p o r a t i o n , W h i c h c a n b ea s h i g h a s 5% e r d a y .

F o r t h e ? r s t t i m e , s t o r a g e o f h y d r o g e n a s a s o l i d h y d r i d e ,u s i n g t h e a t o m i c a l l y e n g i n e e r e d a l l o y s o f t h e 4 9 7 a p p l i c at i o n c a n p r o v i d e a g r e a t e r p e r c e n t W e i g h t s t o r a g e t h a ns t o r a g e a s a compressed g a s o r a l i q u i d i n p r e s s u r e t a n k s .A l s o , h y d r o g e n s t o r a g e i n a s o l i d h y d r i d e i s s a f e a n d d o e sn o t p r e s e n t a n y o f t h e h a Z a r d p r o b l e m s t h a t h y d r o g e n s t o r e di n c o n t a i n e r s a s a g a s o r a l i q u i d d o e s , because hydrogen,When s t o r e d i n a s o l i d h y d r i de f o r m , e x i s t s i n i t s l o W e s t f r e eenergy s t a t e .

I n a d d i t i o n t o t h e p r o b l e m s a s s o c i a t e d W i t h s t o r a g e o fg a s e o u s o r l i q u i d h y d r o g e n , t h e r e a r e a l s o p r o b l e m s a s s o c ia t e d W i t h t h e t r a n s p o r t o f h y d r o g e n i n s u c h f o r m s . F o ri n s t a n c e t r a n s p o r t o f l i q u i d h y d r o g e n W i l l r e q u i r e s u p e ri n s u l a t e d t a n k s , W h i c h W i l l b e h e a v y a n d b u l k y a n d W i l l b es u s c e p t i b l e t o r u p t u r i n g a n d e x p l o s i o n . A l s o , a p o r t i o n o f t h el i q u i d h y d r o g e n W i l l b e r e q u i r e d t o r e m a i n i n t h e t a n k s a t a l lt i m e s t o a v o i d h e a t i n g - u p a n d c o o l i n g do Wn o f t h e t a n kWhich Would i n c u r b i g t h e r m a l l o s s e s . As f o r g a s e o u sh y d r o g e n t r a n s p o r t a t i o n , p r e s s u r i Z e d t a n ke r s c o u l d b e u s e df o r s m a l l e r q u a n t i t i e s o f h y d r o g e n , b u t t h e s e t o o W i l l b es u s c e p t i b l e t o r u p t u r i n g a n d e x p l o s i o n . F o r l a r g e r q u a n t i t i e s ,a W h o l e neW h y d r o g e n p i p e l i n e t r a n s p o r t a t io n s y s t e m Wouldneed t o be c o n s t r u c t e d o r t h e compressor s t a t i o n s , v a l v e s andg a s k e t s o f t h e e x i s t i n g p i p e l i n e s y s t e m s f o r n a t u r a l g a s W i l lh a v e t o b e a d a p t e d a n d r e t r o ? t t e d t o hydrogen u s e . T h i sa s s u m e s , o f c o u r s e , t h a t t h e c o n s t r u c t i o n m a t e r i a l o f t h e s ee x i s t i n g p i p e l i n e s W i l l b e s u i t e d t o h y d r o g e n t r a n s p o r t a t i o n .A i g h h y d r o g e n s t o r a g e c a p a c i t y p e r u n i t W e i g h t o f

m a t e r i a l i s a n i m p o r t a n t c o n s i d e r a t i o n i n a p p l i c a t i o n s Wheret h e h y d r i d e d o e s n o t r e m a i n s t a t i o n a r y . A o W h y d r o g e ns t o r a g e c a p a c i t y r e l a t i v e t o th e W e i g h t o f t h e m a t e r i a lr e d u c e s t h e m i l e a g e a n d h e n c e t h e r a n g e o f t h e v e h i c l emaking t h e u s e o f s u c h m a t e r i a l s i m p r a c t i c a l . A o W d e so r p t i o n t e m p e r a t u r e ( i n t h e n e i g h b o r h o o d o f 3 0 0 C . ) i s

10

1 5

20

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35

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6 5

4d e s i r a b l e t o r e d u c e t h e amount o f e n e r g y r e q u i r e d t o r e l e a s et h e h y d r o g e n . F u r t h e r m o r e , a r e l a t i v e l y l o W d e s o r p t i o nt e m p e r a t u r e t o r e l e a s e t h e s t o r e d h y d r o g e n i s n e c e s s a r y f o re f ? c i e n t u t i l i Z a t i o n o f t h e a v a i l a b l e e x h a u s t h e a t fromv e h i c l e s , m a c h i n e r y , o r o t h e r s i m i l a r e q u i p m e n t .

Go o d r e v e r s i b i l i t y i s n e e d e d t o e n a b l e t h e h y d r o g e ns t o r a g e m a t e r i a l t o b e c a p a b l e o f r e p e a t e d a b s o r p t i o nd e s o r p t i o n c y c l e s W i t h o u t s i g n i ? c a n t l o s s o f i t s h y d r o g e ns t o r a g e c a p a b i l i t i e s . G o o d k i n e t i c s a r e n e c e s s a r y t o e n a b l ehydrogen t o be a b s o r b e d o r d e s o r b e d i n a r e l a t i v el y s h o r tp e r i o d o f t i m e . R e s i s t a n c e t o p o i s o n s t o Which t h e m a t e r i a lm ay b e s u b j e c t e d d u r i n g m a n u f a c t u r i n g a n d u t i l i Z a t i o n i sr e q u i r e d t o p r e v e n t a d e g r a d a t i o n o f a c c e p t a b l e p e r f o rmance.

The p r i o r a r t m e t a l l i c h o s t h y d r o g e n s t o r a g e m a t e r i a l si n c l u d e m a g n e s i u m , m a g n e s i u m n i c k e l , v a n a d i u m , i r o nt i t a n i u m , l a n t h a n u m p e n t a n i c k e l a n d a l l o y s o f t h e s e m e t a l so t h e r s . N o p r i o r a r t m a t e r i a l , h o W e v e r , h a s s o l v e d t hea f o r e m e n t i o n e d problem Which Would make t s u i t a b l e f o r as t o r a g e medium W i t h W i d e s p r e a d c o m m e r c i a l u t i l i Z a t i o nWhich c a n r e v o l u t i o n i Z e t h e p r o p u l s i o n i n d u s t r y a n d makeh y d r o g e n a u b i q u i t o u s f u e l .

T h u s , W h i l e many m e t a l h y d r i d e s y s t e m s h a v e b e e np r o p o s e d , t h e Mg y s t e m s h a v e b e e n h e a v i l y s t u d i e d s i n c eMg a n s t o r e o v e r 7 W e i g h t % f h y d r o g e n . While m a g nesium c a n s t o r e l a r g e amounts o f h y d r o g e n , i t s h a s t h ed i s a d v a n t a g e o f e x t r e m e l y s l o W k i n e t i c s . F o r e x a mp l e , m agn e s i u m h y d r i d e i s t h e o r e t i c a l l y c a p a b l e o f s t o r i n g h y d r o g e na t a p p r o x i m a t e l y 7 . 6 % b y W e i g h t c o m p u t e d u s i n g t h e f o rm u l a : p e r c e n t s t o r a g e = H / H + M , W h e r e H s t h e W e i g h t o f t heh y d r o g e n s t o r e d a n d M s t h e W e i g h t o f t h e m a t e r i a l t o s t o r et h e h y d r o g e n ( a l l s t o r a g e p e r c e n t a g e s h e r e i n a f t e r r e f e r r e d t oa r e c o m p u t e d b a s e d o n t h i s f o r m u l a ) . U n f o r t u n a t e ly , d e s p i t eh i g h s t o r a g e c a p a c i t y , p r i o r a r t m a t e r i a l s W e r e u s e l e s sb e c a u s e d i s c h a r g e o f t h e h y d r o g e n t o o k d a y s . W h i l e a 7.6%s t o r a g e c a p a c i t y i s i d e a l l y s u i t e d f o r o n b o a r d h y d r o g e ns t o r a g e f o r u s e i n p o W e r i n g v e h i c l e s , i t r e q u i r e s t h e i n s t a n ti n v e n t i o n t o f o r m M g - b a s e d a l l o y s o p e r a t i n g o n p r i n c i p l e so f d i s o r d e r t o a l t e r p r e v i o u s l y u n u s e a b l e m a t e r i a l s a n d maket h e m c o m m e r c i a l l y a c c e p t a b l e f o r W i d e s p r e a d u s e .

Magnesium s v e r y d i f ? c u l t t o a c t i v a t e . F o r e x a m p l e, US.P a t . No. 3 , 4 7 9 , 1 6 5 d i s c l o s e s t h a t i t i s n e c e s s a r y t o a c t i v a t emagnesium t o e l i m i n a t e s u r f a c e b a r r i e r s a t t e m p e r a t u r e s o f4 0 0 C . t o 4 2 5 C . a n d 1000 p s i f o r s e v e r a l d a y s t o o b t a i na r e a s o n a b l e (90%) c o n v e r s i o n t o t h e h y d r i d e s t a t e .F u r t h e r m o r e , d e s o r p t i o n o f s u c h h y d r i d e s t y p i c a l l y r e q u i r e sh e a t i n g t o r e l a t i v e l y h i g h t e m p e r a t u r e s b e f o r e h y d r o g e nd e s o r p t i o n b e g i n s . T h e a f o r e m e n t i o n e d p a t e n t s t a t e s t h a t t heMgH2 a t e r i a l must be h e a t e d t o a t e m p e r a t u r e o f 277 C .b e f o r e d e s o r p t i o n i n i t i a t e s , a n d s i g n i ? c a n t l y h i g h e r t e m p e r at u r e s a n d t i m e s a r e r e q u i r e d t o r e a c h a n a c c e p t a b l e o p e r a t i ngo u t p u t . Even t h e n , t h e k i n e t i c s o f p u r e Mg r e u n a c c e p t a b l e ,i . e . , u n u s e a b l e . T h e h i g h d e s o r p t io n t e m p e r a t u r e m a k e s t h ep r i o r a r t m a g n e s i u m h y d r i d e u n s u i t a b l e .

M g - b a s e d a l l o y s h a v e b e e n c o n s i d e r e d f o r h y d r o g e ns t o r a g e a l s o . T h e t W o m a i n Mg a l l o y c r y s t a l s t r u c t u r e si n v e s t i g a t e d h a v e b e e n t h e AZ B a n d AB 2 a l l o y s y s t e m s . I nt h e AZ B s y s t e m , MgZNi a l l o y s h a v e b e e n h e a v i l y s t u d i e db e c a u s e o f t h e i r m o d e r a t e h y d r o g e n s t o r a g e c a p a c i t y , a n dl o W e r h e a t o f f o r m a t i o n ( 6 4 k J / m o l ) t h a n M g . H o W e v e r ,b e c a u s e M g ZNi h a s t h e p o s s i b i l i t y o f a s t o r a g e c a p a c i t y o f u pt o 3 . 6 W t . % h y d r o g e n , r e s e a r c h e r s h a v e a t t e m p t e d t oi m p r o v e t h e h y d r o g e n a t i o n p r o p e r t i e s o f t h e s e a l l o y st h r o u g h m e c h a n i c a l a l l o y i n g , m e c h a n i c a l g r i n d i n g a n de l e m e n t a l s u b s t i t u t i o n s . HoWever, 3 . 6 W t . % s n o t n e a r l yh i g h enough a n d t h e k i n e t i c s a r e l i k e W i s e i n s u f ? c i e n t .


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US 6 , 7 4 6 , 6 4 5 B25

More r e c e n t l y , i n v e s t i g a t o r s h a v e a t t e m p t e d t o f o r mMgNi2 t y p e a l l o y s f o r u s e i n h y d r o g e n s t o r a g e . S e e T s u s h i oe t a l , H y d r o g e n a t i o n P r o p e r t i e s o f M g - b a s e d L a v e s P h a s eA l l o y s , J o u r n a l o f A l l o y s a n d C o m p o u n d s , 2 6 9 ( 1 9 9 8 ) ,219223. T s u s h i e t a l . d e t e r m i n e d t h a t no h y d r i d e s o f t h e s ea l l o y s h a v e b e e n r e p o r t e d , a n d t h e y d i d n o t s u c c e e d i nm o d i f y i n g MgNi2 a l l o y s t o f o r m h y d r o g e n s t o r a g e m a t e r ia l s .

F i n a l l y , t h e i n s t a n t i n v e n t o r s h a v e Worked o n h i g h Mgc o n t e n t a l l o y s o r e l e m e n t a l l y modi?ed Mg. F o r i n s t a n c e , i nUS. P a t . N o s . 5 , 9 7 6 , 2 7 6 a n d 5 , 9 1 6 , 3 8 1 , S a p r u , e t a l h a v ep r o d u c e d m e c h a n i c a l l y a l l o y e d MgNiMo a n dMgFeTi m a t e r i a l s c o n t a i n i n g a b o u t 7 5 t o 9 5 a t o m i cp e r c e n t Mg , f o r t h e r m a l s t o r a g e o f h y d r o g e n . T h e s e a l l o y sa r e f o r m e d b y m i x i n g t h e e l e m e n t a l i n g r e d i e n t s i n th e p r o p e rp r o p o r t i o n s i n a b a l l m i l l o r a t t r i t o r a n d m e c h a n i c a l l ya l l o y i n g t h e m a t e r i a l s f o r a number o f h o u r s t o p r o v i d e t h em e c h a n i c a l a l l o y . W h i l e t h e s e a l l o y s h a v e i m p r o v e d s t o r a g ec a p a c i t i e s a s c o m p a r e d W i t h MgZNi a l l o y s , t h e y h a v e l o Wp l a t e a u p r e s s u r e s .A n o t h e r e x a m p l e o f m o d i ? e d h i g h Mg o n t e n t a l l o y i sd i s c l o s e d i n US. P a t . N o . 4 , 4 3 1 , 5 6 1 ( 5 6 1 ) t o O v s h i n s k y e ta l . , t h e d i s c l o s u r e o f W h i c h i s h e r e b y i n c o r p o r a t e d b yr e f e r e n c e . I n t h e 5 6 1 p a t e n t , t h i n ?lms o f h i g h Mg o n t e n th y d r o g e n s t o r a g e a l l o y s W e r e p r o d u c e d b y s p u t t e r i n g . W h i l et h i s Work Was r e m a r k a b l e i n a p p l y i n g f u n d a m e n t a l p r i nc i p l e s t o d r a s t i c a l l y i m p r o v e t h e s t o r a g e c a p a c i t i e s , i t Wasn o t u n t i l t h e i n v e n t i o n d e s c r i b e d h e r e i n t h a t a l l n e c e s s a r yp r o p e r t i e s o f h i g h s t o r a g e c a p a c i t y , g o o d k i n e t i c s a n d g o o dc y c l e l i f e W e r e b r o u g h t t o g e t h e r .

I n US. P a t . N o . 4 , 6 2 3 , 5 9 7 ( t h e 5 9 7 p a t e n t ) , t h e d i sc l o s u r e o f W h i c h i s i n c o r p o r a t e d b y r e f e r e n c e , o n e o f t hep r e s e n t i n v e n t o r s , O v s h i n s k y , d e s c r i b e d d i s o r d e r e d m u l t icomponent h y d r o g e n s t o r a g e m a t e r i a l s f o r u s e a s n e g a t i v ee l e c t r o d e s i n e l e c t r o c h e m i c a l c e l l s f o r t h e ? r s t t i m e . I n t h i sp a t e n t , O v s h i n s k y d e s c r i b e s ho W d i s o r d e r e d m a t e r i a l s c a nb e t a i l o r - m a d e t o g r e a t l y i n c r e a s e h y d r o g e n s t o r a g e a n dr e v e r s i b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s . Such d i s o r d e r e d m a t e r i a l s a r eformed o f o ne o r more o f amorphous, m i c r o c r y s t a l l i n e ,i n t e r m e d i a t e r a n g e o r d e r , o r p o l y c r y s t a l l i n e ( l a c k i n g l o n gr a n g e c o m p o s i t i o n a l o r d e r ) W h e r e i n t h e p o l y c r y s t a l l i n ematerial may include o ne o r m o r e of topological,c o m p o s i t i o n a l , t r a n s l a t i o n a l , a n d p o s i t i o n a l m o d i ? c a t i o n a n dd i s o r d e r , Which c a n b e d e s i g n e d i n t o t h e m a t e r i a l . Th eframeWork o f a c t i v e m a t e r i a l s o f t h e s e d i s o r d e r e d m a t e r i a l sc o n s i s t of a host matrix of o ne o r m o r e elements a ndm o d i ? e r s i n c o r p o r a t e d into t h i s h o s t m a t r i x . Th e m o d i ? e r se n h a n c e t h e d i s o r d e r o f t h e r e s u l t i n g m a t e r i a l s a n d t h u sc r e a t e a g r e a t e r number a n d s p e c t r u m o f c a t a l y t i c a l l y a c t i v es i t e s a n d h y d r o g e n s t o r a g e s i t e s .

Th e d i s o r d e r e d e l e c t r o d e m a t e r i a l s o f t h e 5 97 p a t e n t Weref o r m e d f r o m l i g h t W e i g h t , loW c o s t e l e m e n t s by a n y numbero f t e c h n i q u e s , Which a s s u r e d f o r m a t i o n o f p r i m a r i l y no ne q u i l i b r i u m m e t a st a b l e p h a s e s r e s u l t i n g i n t h e h i g h e n e r g ya n d poWer d e n s i t i e s a n d loW c o s t . Th e r e s u l t i n g l oW c o s t ,h i g h e n e r g y d e n s i t y d i s o r d e r e d m a t e r i a l a l l o W e d s u c hOvonic b a t t e r i e s t o b e u t i l i Z e d most a d v a n t a g e o u s l y a ss e c o n d a r y b a t t e r i e s , b u t a l s o a s p r i m a r y b a t t e r i e s a n d a r eu s e d t o d a y W o r l d W i d e u n d e r l i c e n s e f r o m th e a s s i g n e e o f t hes u b j e c t i n v e n t i o n .

T a i l o r i n g o f t h e l o c a l s t r u c t u r a l a n d c h e m i c a l o r d e r o f t hem a t e r i a l s o f t h e 5 9 7 p a t e n t W as o f g r e a t i m p o r t a n c e t oa c h i e v e th e d e s i r e d c h a r a c t e r i s t i c s . The i m p r o v e d c h a r a c t e ri s t i c s o f t h e a n o d e s o f t h e 5 9 7 p a t e n t W e r e a c c o m p l i s h e d bym a n i p u l a t i n g t h e l o c a l c h e m i c a l o r d e r a n d h e n c e t h e l o c a ls t r u c t u r a l o r d e r b y t h e i n c o r p o r a t i o n o f s e l e c t e d m o d i ? e r

1 5

25

35

45

55

6 5

6elements i n t o a h o s t matrix t o c r e a t e a d e s i r e d disorderedm a t e r i a l . The d i s o r d e r e d m a t e r i a l ha d t h e d e s i r e d e l e c t r o n i cc o n ? g u r a t i o n s Which r e s u l t e d i n a l a r g e number o f a c t i v es i t e s . Th e n a t u r e a n d number o f s t o r a g e s i t e s W as d e s i g n e di n d e p e n d e n t l y f r o m t h e c a t a l y t i c a l l y a c t i v e s i t e s .

M u l t i o r b i t a l m o d i ? e r s , f o r e x a m p l e t r a n s i t i o n e l e m e n t s ,p r o v i d e d a g r e a t l y i n c r e a s e d number o f s t o r a g e s i t e s d u e t ov a r i o u s b o n d i n g c o n ? g u r a t i o n s a v a i l a b l e , t h u s r e s u l t i n g i na n i n c r e a s e i n e n e r g y d e n s i t y . The t e c h n iq u e o f m o d i ? c a t i o ne s p e c i a l l y p r o v i d e s n o n - e q u i l i b r i u m m a t e r i a l s h a v i n g v a r yin g d e g r e e s o f d i s o r d e r p r o v i d e d u n i q u e b o n d i n gc o n ? g u r a t i o n s , o r b i t a l o v e r l a p a n d h e n c e a s p e c t r u m o fb o n d i n g s i t e s . Due o t h e d i f f e r e n t d e g r e e s o f o r b i t a l o v e r l a pa n d t h e d i s o r d e r e d s t r u c t u r e , a n i n s i g n i ? c a n t amount o fs t r u c t u r a l r e a r r a n g e m e n t o c c u r s d u r i n g c h a r g e / d i s c h a r g ec y c l e s o r r e s t p e r i o d s t h e r e b e t W e e n r e s u l t i n g i n l o n g c y c l ea n d s h e l f l i f e .

T h e i m p r o v e d b a t t e r y o f t h e 5 9 7 p a t e n t i n c l u d e d e l e ct r o d e m a t e r i a l s h a v i n g t a i l o r - m a d e l o c a l c h e m i c a l e n v i r o nm e n t s Which W e r e d e s i g n e d t o y i e l d h i g h e l e c t r o c h e m i c a lc h a r g i n g a n d d i s c h a r g i n g e f ? c i e n c y a n d h i g h e l e c t r i c a lc h a r g e o u t p u t . T h e m a n i p u l a t i o n o f t he l o c a l c h e m i c a le n v i r o n m e n t o f t h e m a t e r i a l s Was made p o s s i b l e by u t i l i Z at i o n o f a h o s t m a t r i x Which c o u l d , i n a c c o r d a n c e W i t h t h e 5 9 7 p a t e n t , b e c h e m i c a l l y modi?ed W i t h o t h e r e l e m e n t s t oc r e a t e a g r e a t l y i n c r e a s e d d e n s i t y o f c a t a l y t i c a l l y a c t i v e s i t e sf o r h y d r o g e n d i s s o c i a t i o n a n d a l s o o f h y d r o g e n s t o r a g e s i t e s .

The d i s o r d e r e d m a t e r i a l s o f t h e 5 9 7 p a t e n t Were d e s i g n e dt o h a v e u n u s u a l e l e c t r o n i c c o n ? g u r a t i o n s , Which r e s u l t e df r o m t h e v a r y i n g 3 - d i m e n s i o n a l i n t e r a c t i o n s o f c o n s t i t u e n tatoms and t h e i r v a r i o u s o r b i t a l s . Th e d i s o r d e r came fromc o m p o s i t i o n a l , p o s i t i o n a l a n d t r a n s l a t i o n a l r e l a t i o n s h i p s o fa t o m s . S e l e c t e d e l e m e n t s Were u t i l i Z e d t o f u r t h e r modify t h ed i s o r d e r by t h e i r i n t e r a c t i o n With t h e s e o r b i t a l s s o a s t oc r e a t e t h e d e s i r e d l o c a l c h e m i c a l e n v i r o n m e n t s .

Th e d i s o r d e r d e s c r i b e d i n t h e 5 9 7 p a t e n t can be o f a na t o m i c n a t u r e i n t he f o r m o f c o m p o s i t i o n a l o r c o n ? g u r at i o n a l d i s o r d e r p r o v i d e d t h r o u g h o u t t h e b u l k o f th e m a t e r i a lo r i n numerous r e g i o n s o f t h e m a t e r i a l . The d i s o r d e r a l s o ca nb e i n t r o d u c e d i n t o t h e h o s t m a t r i x b y c r e a t i n g m i c r o s c o p i cp h a s e s W i t h i n t h e m a t e r i a l W h i c h mimic t h e c o m p o s i t i o n a lo r c o n ? g u r a t i o n a l d i s o r d e r a t t h e a t o m i c l e v e l by v i r t u e o ft h e r e l a t i o n s h i p o f o n e p h a s e t o a n o t h e r . F o r e x a m p l e,d i s o r d e r e d m a t e r i a l s c a n b e c r e a t e d by i n t r o d u c i n g m i c r os c o p i c r e g i o n s o f a d i f f e r e n t k i n d o r k i n d s o f c r y s t a l l i n ep h a s e s , o r b y i n t r o d u c i n g r e g i o n s o f a n a m o r p h o u s p h a s e o rp h a s e s , o r b y i n t r o d u c i n g r e g i o n s o f a n a m o r p h o u s p h a s e o rp h a s e s i n a d d i t i o n t o r e g i o n s o f a c r y s t a l l i n e p h a s e o r p h a s e s .The i n t e r f a c e s b e t W e e n t h e s e v a r i o u s p h a s e s c a n p r o v i d es u r f a c e s Which a r e r i c h i n l o c a l chemical environmentsWhich p r o v i d e numerous d e s i r a b l e s i t e s f o r e l e c t r o c h e m i c a lh y d r o g e n s t o r a g e .

The d i f f e r e n c e s b e t W e e n c h e m i c a l a n d t h e r m a l h y d r i d e sa r e f u n d a m e n t a l . The t h e r m a l h y d r i d e a l l o y s o f t h e p r e s e n ti n v e n t i o n s have been d e s i g n e d a s a d i s t i n c t c l a s s o f m a t e r i a l sW i t h t h e i r o W n b a s i c p r o b l e m s t o b e s o l v e d , Which p r o b l e m sa s s ho W n i n t h e f o l l o W i n g T a b l e 1 a r e a n t i t h e t i c a l t o t h o s e t ob e s o l v e d f o r e l e c t r o c h e m i c a l s y s t e ms .

These same a t t r i b u t e s have n o t , u n t i l noW, been a c h i e v e df o r t h e r m a l h y d r o g e n s t o r a g e a l l o y s . T h e r e f o r e , t h e r e h a sb e e n a s t r o n g f e l t n e e d i n t h e a r t f o r h i g h c a p a c i t y , loW o s t ,l i g h t W e i g h t t h e r m a l h y d r o g e n s t o r a g e a l l o y m a t e r i a l s h a vi n g e x c e p t i o n a l l y f a s t k i n e t i c s .


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US 6 , 7 4 6 , 6 4 5 B27

TABLEE l e c t r o c h e m i c a lH y d r o g e nS t o r a g e M a t e r i a l

G a s P h a s e ( T h e r m a l )H y d r o g e n S t o r a g eM a t e r i a l

Mechanism H 2O m o l e c u l e s p l i t s H2 d i s s o c i a t e s a t t h em a t e r i al s u r f a c e

Environment A l k a l i n e o x i d i z i n g H 2 g a s v e r ye n v i r o n m e n t s u s c e p t i b l e(KOH l e c t r o l y t e ) t o p o i s o n i n g b y o X y g e n( i n o p e r a t i v e i n p r e s e n c e

o f KOH)K i n e t i c s H y d r o g e n H y d r o g e n s t o r a g es t o r a g e / r e l e a s e a n y w h e r e f r o m 2 0 C . t oat r oo m t e m p e r a t u r e 1000 C .

T h e r m o d y n a m i c s S p e c i ? c r a n g e o f MH o n d s t r e n g t h o fu s e f u l a n y d e g r e e i sMH o n d s t r e n g t h a c c e p t a b l e

T h e r m a l S m a l l e f f e c t L a r g e e f f e c tC o n d u c t i v i t yE l e c t r i c a l L a r g e e f f e c t S m a l l e f f e c tC o n d u c t i v i t yChemical M H2O + e s H2(g) s HReaction MH OH

As a l l u d e d t o , a b o v e , c y c l e l i f e o f a h y d r o g e n s t o r a g ea l l o y m a t e r i a l i s v e r y i m p o r t a n t f o r c o m m e r c i a l u t i l i z a t i o n o ft h e a l l o y . C y c l e l i f e o f p o w d e r e d M g h a s b e e n , p r i o r t o t h es u b j e c t i n v e n t io n , a n o t h e r one o f i t s d e ? c i e n c i e s .S p e c i ? c a l l y , i t h a s b e e n n o t e d i n t h e p r i o r a r t t h a t e v e n Mgp o w d e r l o s e s i t s c a p a c i t y a n d k i n e t i c s d u r i n g h y d r i d i n g /d e h y d r i d i n g c y c l i n g a f t e r o n l y 4 0 c y c l e s o r s o . T h i s l o s s o fc a p a c i t y a n d k i n e t i c s i s d u e t o s i n t e r i n g o f t h e Mg a r t i c l e sd u r i n g t h e r e q u i r e d h i g h t e m p e r a t u r e c y c l i n g , a n d t h e f o rm a t i o n o f a l a r g e mass o f h y d r o g e n . F o r c o m m e r c i a l a p p l ic a t i o n s t h i s i s n o t n e a r l y l o n g e n o u g h a n d a t l e a s t a no r d e r - o f - m a g n i t u d e l o n g e r c y c l e l i f e i s m i n i m a l l y n e e d e d .Thus t h e r e i s a s t r o n g - f e l t - n e e d i n t h e a r t f o r a hydrogens t o r a g e a l l o y w h i c h h a s a h i g h s t o r a g e c a p a c i t y , g o o dk i n e t i c s a n d a l o n g c y c l e l i f e w i t h o u t l o s s o f e i t h e r c a p a c i t yor k i n e t i c s .

SUMMARY OF THE INVENTIONT h e i n s t a n t i n v e n t i o n p r o v i d e s f o r h i g h c a p a c i t y , l o w c o s t ,l i g h t w e i g h t t h e r m a l h y d r o g e n s t o r a g e a l l o y m a t e r i a l s h a v

i n g f a s t k i n e t i c s i n t he f o r m o f a magnesium b a s e d h y d r o g e ns t o r a g e a l l o y p o w d e r . T h e s e a l l o y s , f o r t h e ? r s t t i m e make tf e a s i b l e t o u s e s o l i d s t a t e s t o r a g e a n d d e l i v e r y o f h y d r o g e nt o power a hydrogen b a s e d economy, and p a r t i c u l a r l y t opower mobile energy consumer a p p l i c a t i o n s such a s i n t e r n a lc o m b u s t i o n e n g i n e o r f u e l c e l l v e h i c l e s . The a l l o y c o n t a i n sg r e a t e r t h a n a b o u t 9 0 w e i g h t % magnesium a n d h a s a ) ah y d r o g e n s t o r a g e c a p a c i t y o f a t l e a s t 6 w e i g h t % ; b ) a b s o r pt i o n k i n e t i c s s u c h t h a t t h e a l l o y powder a b s o r b s 80% o f i t st o t a l c a p a c i t y w i t h i n 1 0 m i n u t e s a t 3 0 0 C . ; c ) a c y c l e l i f e o fa t l e a s t 50 0 c y c l e s w i t h o u t l o s s o f c a p a c i t y o r k i n e t i c s . Morep r e f e r a b l y t h e a l l o y p o w d e r h a s a h y d r o g e n s t o r a g e c a p a c i t yo f a t l e a s t 6 . 5 w e i g h t % a n d most p r e f e r a b l y a t l e a s t 6 . 9w e i g h t % . A l s o , t h e a l l o y p o w d e r m o r e p r e f e r a b l y a b s o r b s80% o f i t s t o t a l c a p a c i t y w i t h i n 5 m i n u t e s a t 3 0 0 C . a n dmost p r e f e r a b l y w i t h i n 1 . 5 m i n u t e s . Th e m a t e r i a l morer p e f e r a b l y h a s a c y c l e l i f e o f t l e a s t 65 0 a n d most p r e f e r a b l ya t l e a s t 1000 c y c l e s w i t h o u t l o s s o f k i n e t i c s o r c a p a c i t y .

Modi?er e l e m e n t s a d d e d t o t h e magnesium o p r o d u c e t hea l l o y s m a i n l y i n c l u d e N i a n d Mm m i s c h m e t a l ) a n d c a n a l s oi n c l u d e a d d i t i o n a l e l e m e nt s s u c h a s A l , Y n d S i . Thus t h ea l l o y s w i l l t y p i c a l l y c o n t a in 0 . 5 2 . 5 w e i g h t % i c k e l a n da b o u t 1 . 0 4 . 0 w e i g h t % Mm p r e d o m i n a n t l y c o n t a i n s Ceand La and P r ) . Th e a l l o y m a y a l s o c o n t a i n one o r more o f3 7 w e i g h t % l , 0 . 1 1 . 5 w e i g h t % Y n d 0 . 3 1 . 5 w e i g h t %s i l i c o n .

10

1 5

20

30

35

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6 5

8BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

F I G . 1 i s a g r a p h h a v i n g t i m e p l o t t e d on t h e a b s c i s s a a n dt h e H / C r a t i o p l o t t e d o n t h e o r d i n a t e , s a i d g r a p h demons t r a t i n g t h e movement o f s o c i e t y t o w a r d c a r b o n - f r e e s o u r c e so f f u e l ;F I G . 2 i s a n a b s o r p t i o n p l o t o f s t o r e d h y d r o g e n v e r s u st i m e f o r a n a l l o y m a t e r i a l o f t h e i n s t a n t i n v e n t i o n f o r c y c l e s5 0 a n d 6 5 0 , s p e c i ? c a l l y s h o w i n g t h a t a l l o y m a t e r i a l s o f t h ei n s t a n t i n v e n t i o n h a v e v i r t u a l l y i d e n t i c a l h y d r o g e n s t o r a g ec a p a c i t y a n d a b s o r p t i o n k i n e t i c s a t c y c l e 6 5 0 a s t h e y d o a tc y c l e 5 0 ;

F I G . 3 i s a g r a p h o f t h e P r e s s u r e C o m p o s i t i o n Temperat u r e (PCT) c u r v e s o f a l l o y FC-10 t 3 d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s ;

F I G . 4 i s a g r a p h o f t h e PCT u r v e s o f a l l o y FC-76 a t 3d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s ;F I G . 5 i s a p l o t o f t h e a b s o r p t i o n k i n e t i c s o f t h e FC-76a l l o y , s p e c i ? c a l l y p l o t t e d i s w e i g h t % h y d r o g e n a b s o r p t i o n

v e r s u s t i m e f o r 3 d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s ;F I G . 6 i s a p l o t o f t h e d e s o r p t i o n k i n e t i c s o f t h e FC-76a l l o y s p e c i ? c a l l y p l o t t e d i s w e i g h t % h y d r o g e n d e s o r p t i o n

v e r s u s t i m e f o r 3 d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s ;F I G . 7 i s a p l o t o f t h e a b s o r p t i o n k i n e t i c s o f t h e FC-86a l l o y s p e c i ? c a l l y p l o t t e d i s w e i g h t % h y d r o g e n d e s o r p t i o n

v e r s u s t i m e f o r 3 d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s ;F I G . 8 i s a p l o t o f t h e a b s o r p t i o n k i n e t i c s o f FC-76 a l l o yp o w d e r s h a v i n g t w o d i f f e r e n t p a r t i c l e s i z e s ;FIG. 9 shows a n embodiment o f t h e i n s t a n t i n v e n t i o n

where a s u p p o r t means bonded w i t h t h e hydrogen s t o r a g ea l l o y m a t e r i a l i s s p i r a l l y wound i n t o a c o i l ;

FIG. 10 shows a n a l t e r n a t e embodiment o f t h e i n s t a n ti n v e n t i o n where a s u p p o r t means bonded w i t h t h e h y d r o g e ns t o r a g e a l l o y m a t e r i a l i s a s s e m b l e d a s a p l u r a l i t y o f s t a c k e dd i s k s ;

F I G . 1 1 , shows a s c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f a h y d r o g e ng a s s u p p l y s y s t e m w h i c h u t i l i z e s t h e a l l o y o f t h e i n s t a n ti n v e n t i o n f o r p o w e r i n g a n i n t e r n a l c o m b u s t i o n e n g i n ev e h i c l e ; a n d

F I G . 1 2 , shows a s c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f a h y d r o g e ng a s s u p p l y s y s t e m w h i c h u t i l i z e s t h e a l l o y o f t h e i n s t a n ti n v e n t i o n f o r powering f o r a f u e l c e l l v e h i c l e .

DETAILED DESCRIPTION OF THEINVENTION

As d i s c u s s e d a b o v e , Mg t o r e s l a r g e a m o u n t s o f h y d r og e n . H o w e v e r , t he k i n e t i c s o f h y d r o g e n s t o r a g e i n p u r e Mga r e l e s s t h a n d e s i r a b l e . That i s , w h i l e p u r e Mg c a n s t o r eu p w a r d s o f 7 . 6 w t . % y d r o g e n , t h e MgH bond i s v e r ys t r o n g ( 7 5 k J / m o l ) m a k i n g r e l e a s e o f t h e s t o r e d h y d r o g e nd i f ? c u l t a n d t h e r e f o r e p u r e Mg s n o t a c o m m e r c i a l l y v i a b l eh y d r o g e n s t o r a g e m a t e r i a l . T h u s , Mg l o n e i s n o t s u f f i c i e n t ,b u t u t i l i z i n g t h e p r i n c i p l e o f d i s o r d e r a n d l o c a l o r d e r , co mp o s i t i o n a l ( c h e m i c a l l y i n d u c e d ) a n d s t r u c t u r a l d i s o r d e r( r a p i d q u e n c h ) c a n b e used t o c r e a t e a d i f f er e n t d i s t r i b u t i o no f e l e m e n t s . T h i s b r e a k t h r o u g h h a s b e e n made p o s s i b l e b ye x a m i n i n g t h e m a t e r i a l s a s a s y s t e m a n d by t i l i z i n g chemic a l m o d i ? e r s a n d t he p r i n c i p l e s o f d i s o r d e r a n d l o c a l o r d e r ,p i o n e e r e d b y S t a n f o r d R . O v s h i n s k y ( o n e o f t h e i n s t a n ti n v e n t o r s ) , i n s u c h a wa y a s t o p r o v i d e t h e n e c e s s a r y l o c a lo r d e r e n v i r o n m e n t s f o r s t o r a g e . T h e s e p r i n c i p l e s a l l o w f o rt a i l o r i n g o f t h e m a t e r i a l b y c o n t r o l l i n g t h e p a r t i c l e s i z e ,t o p o l o g y , s u r f a c e s t a t e s , c a t a l y t i c a b i l i t y ( i n c l u d i n g c a t a l i t i cs i t e s a n d s u r f a c e a r e a ) , m i c r o s t r u c t u r e , n u c l e a t i o n a n dg r o w t h r a t e o f c r y s t a l l i t e s b o t h on t h e s u r f a c e a n d i n t h eb u l k , a n d s t o r a g e c a p a c i t y b o t h s t r u c t u r a l a n d i n t e r s t i t i a l .


17/20

US 6 , 7 4 6 , 6 4 5 B2S p e c i ? c a l l y , s m a l l p a r t i c l e s h a v e u n i q u e p r o p e r t i e s t h a t

b r i d g e t h e g a p b e t W e e n c r y s t a l l i n e a n d a m o r p h o u s s o l i d s ,i . e . s m a l l geometry g i v e s r i s e t o neW p h y s i c s . I t i s t o b en o t e d t h a t 5 0 A n g s t r o m p a r t i c l e s a r e m o s t l y s u r f a c e , t h e r e b y g i v i ng r i s e t o neW t o p o l o g i e s a n d u n u s u a l b o n d i n gc o n ? g u r a t i o ns . A l s o , 2 1 % o f a l l a t o m s i n a 5 0 Angstromp a r t i c l e a r e o n t h e s u r f a c e and a n o t h e r 40% a r e Within o neatom o f t h e s u r f a c e . Thus c o m p o s i t i o n a l d i s o r d e r i n m u l t ie l e m e n t m i c r o - a l l o y s i s l a r g e i n s m a l l p a r t i c l e s , eg n a 5 0Angstrom p a r t i c l e , e a c h e l e m e n t i n a 1 0 e l e m e n t a l l o y W i l lshoW 3% v a r i a t i o n i n c o n c e n t r a t i o n j u s t d u e t o s t a t i s t i c s .With s u c h s m a l l p a r t i c l e s , quantum con?nement e f f e c t s a r ea p p a r e n t and band s t r u c t u r e e f f e c t s a r e d i s t u r b e d .

T h e i n s t a n t i n v e n t o r s h a v e f o u n d t h a t , b y a p p l y i n g t h ep r i n c i p l e s o f a t o m i c e n g i n e e r i n g a n d t a i l o r i n g o f t h e l o c a le n v i r o n m e n t , magnesium can be m o di ? ed t o s t o r e more t h a n6 W t . % h y d r o g e n , W i t h s i g n i ? c a n t l y i n c r e a s e d k i n e t i c sWhich a l l o W s f o r economic r e c o v e r y o f t h e s t o r e d h y d r o g e n .Th e i n c r e a s e d k i n e t i c s a l l o W s f o r t h e r e l e a s e o f h y d r o g e n a tl o W e r t e m p e r a t u r e s , t h u s i n c r e a s i n g t h e u t i l i t y o f m e t a lh y d r i d e s t o r a g e i n h y d r o g e n b a s e d e n e r g y s y s t e m s . T h u s t h ei n s t a n t a l l o y s p r o v i d e c o m m e r c i a l l y v i a b l e , l o W c o s t , l o WW e i g h t h yd r o g e n s t o r a g e m a t e r i a l s .I n g e n e r a l t h e a l l o y s c o n t a i n g r e a t e r t h a n a b o u t 9 0 W e i g h t% magnesium, and c o n t a i n a t l e a s t one modi?er e l e m e n t .The a t l e a s t one modi?er element c r e a t e s a m a gnesiumb a s e d a l l o y Which h a v e a c y c l e l i f e o f a t l e a s t 50 0 c y c l e sW i t h o u t l o s s o f e i t h e r k i n e t i c s o r s t o r a g e c a p a c i t y . Morep r e f e r a b l y t h e m a t e r i a l s h a v e a c y c l e l i f e o f a t l e a s t 65 0c y c l e s a n d m o s t p r e f e r a b l y t h e y h a v e a c y c l e l i f e o f a t l e a s t1 0 0 0 c y c l e s . The a l l o y s a r e c a p a b l e o f s t o r i n g a t l e a s t 6W e i g h t % y d r o g e n . More p r e f e r a b l y t h e m o d i ? e d a l l o y s a r ec a p a b l e o f s t o r i n g a t l e a s t 6 . 5 W e i g h t % y d r o g e n a n d m o s tp r e f e r a b l y t h e modi?ed a l l o y s t o r e s a t l e a s t 6 . 9 W e i g h t %h y d r o g e n . T h e a l l o y s a r e a l s o c a p a b l e o f a b s o r b i n g a t l e a s t80% o f t h e f u l l s t o r a g e c a p a c i t y o f h y d r o g e n i n u n d e r 1 0m i n u t e s a t 3 0 0 C . , more p r e f e r a b l y W i t h i n u n d e r 5 m i n u t e sa n d most p r e f e r a b l y i n u n d e r 1 . 5 m i n u t e s . The modi?ere l e m e n t s m a i n l y i n c l u d e N i a n d Mm m i s c h m e t a l ) a n d c a na l s o i n c l u d e a d d i t i o n a l e l e m e nt s s u c h a s A l , Y n d S i . Thust h e a l l o y s W i l l t y p i c a l l y c o n t ai n 0 . 5 2 . 5 W e i g h t % i c k e l a n da b o u t 1 . 0 4 . 0 W e i g h t % Mm p r e d o m i n a n t l y c o n t a i n s Ceand La and P r ) . Th e a l l o y m a y a l s o c o n t a i n one o r more o f3 7 W e i g h t % l , 0 . 1 1 . 5 W e i g h t % Y n d 0 . 3 1 . 5 W e i g h t %s i l i c o n . A fe W e X a m p l e s W i l l h e l p t o i l l u s t r a t e t h e i n s t a n ti n v e n t i o n .

EXAMPLEA odi?ed Mg l l o y h a v i n g t h e d e s i g n a t i o n F C - 1 0 Wasm a de Which h a s t h e c o m p o s i t i o n: 9 1 . 0 W t . % g , 0 . 9 W t . %N i , 5 . 6 W t . % 1 , 0 . 5 W t . % Y a n d 2 . 0 a t % Mm. Th ei n d i v i d u a l ra W a l l o y i n g e l e m e n t s Were miXed i n a g l o v e b o X .Th e m i X t u r e W as p l a c e d i n a g r a p h i t e c r u c i b l e a n d t h ec r u c i b l e W a s placed i n a f u r n a c e . Th e c r u c i b l e had a 2 . 0 mmb o r o n n i t r i d e o r i ? c e a t t h e b o t t o m t h e r e o f Which s p l u g g e dby a removable boron n i t r i d e r o d . Th e f u r n a c e W as pumpedd o W n t o v e r y l o W p r e s s u r e a n d p u r g e d t h r e e t i m e s W i t ha r g o n . The a r g o n p r e s s u r e W i t h i n g t he f u r n a c e Was b r o u g h tup t o 1 p s i and k e p t a t t h i s p r e s s u r e a s t h e c r u c i b l e W a sh e a t e d t o 6 0 0 C . Once t h e m e l t W a s r e a d y , t h e boron n i t r i d er o d W as i f t e d and a r g o n W a s i n j e c t e d i n t o t h e f u r n a c e underp r e s s u r e . The m o l t e n a l l o y ? o W ed o u t o f t h e g r a p h i t ec r u c i b l e through t h e boron n i t r i d e o r i ? c e and o n t o a nonW a t e r - c o o l e d , h o r i Z o n t a l l y s p i n n in g , c o p p e r W h e e l . T h eW h e e l , Which s p i n s a t a b o u t 1 0 0 0 r p m , s o l i d i ? e s t h e m o l t e na l l o y i n t o p a r t i c l e s Which t h e n b o u n c e o f f a W a t e r - c o o l e dc o p p e r c a p Which c o v e r s t he s p i n n i n g W h e e l , a n d d r o p i n t o

10

1 5

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60

6 5

1 0a s t a i n l e s s s t e e l pan Where t h e y g r a d u a l l y c o o l . F i v e gramso f t h e s o l i d i ? e d a l l o y ?akes Were miXed W i t h 100 mg o fg r a p h i t e g r i n d i n g a i d . T h e m i x t u r e Was m e c h a n i c a l l y g r o u n df o r 3 h o u r s . The g r o u n d a l l o y Was t h e n c l a s s i ? e d b y s i e v i n gt o r e c o v e r m a t e r i a l h a v i n g a p a r t i c l e s i Z e o f betWeen 30 and6 5 m i c r o n s . T h i s a l l o y h a s a s t o r a g e c a p a c i t y o f a b o u t 6 . 5 W t .% y d r o g e n a n d a b s o r b s 80% o f t he m aXimum c a p a c i t y i nl e s s t h a n 5 m i n u t e s a t a t e m p e r a t u r e o f a b o u t 300 C . O t h e rd e t a i l s o f t h e a l l o y p r o p e r t i e s a r e p r e s e n t e d b e l o W .

EXAMPLE 2A o d i ? e d Mg l l o y h a v i n g t h e d e s i g n a t i o n F C - 7 6 Was

m ade Which h a s a c o m p o s i t i o n : 9 5 . 6 W t . % Mg , 1 . 6 W t . %N i , 0 . 8 W t . % i a n d 2 . 0 Wt % Mm. Th e a l l o y W as formedi n t h e same manner a s EXample 1 , h o W e v e r , t h e f u r n a c etemperature W a s 850 C . and t h e o r i ? c e s i Z e W a s 2 . 5 mm.T h i s a l l o y h a s a s t o r a g e c a p a c i t y o f a b o u t 6 . 9 W t . %h y d r o g e n a n d a b s o r b s 80% o f t h e m aXimum c a p a c i t y i n l e s st h a n 1 . 5 m i n u t e s a t a t e m p e r a t u r e o f a b o u t 300 C . O t h e rd e t a i l s o f t h e a l l o y p r o p e r t i e s a r e p r e s e n t e d b e l o W .

EXAMPLEA o d i ? e d Mg l l o y h a v i n g t h e d e s i g n a t i o n F C - 8 6 Was

m ade Which h a s a c o m p o s i t i o n : 9 5 W t . % g , 2 W t . % i a n d3 . 0 W t % m. The a l l o y W a s formed i n t h e s a m e m a n n er a sEXample 1 , h o W e v e r , t h e f u r n a c e t e m p e r a t u r e Was 7 5 0 C .a n d t h e Wheel s p e e d W as 1400 r p m . T h is a l l o y h a s a s t o r a g ec a p a c i t y o f a b o u t 7 W t . % y d r o g e n a n d a b s o r b s 80% o f t h em a X i m u m c a p a c i t y i n l e s s t h a n 2 . 3 m i n u t e s a t a t e m p e r a t u r eo f a b o u t 2 7 5 C . O t h e r d e t a i l s o f t h e a l l o y p r o p e r t i e s a r ep r e s e n t e d b e l o W .

The a l l o y s o f t h e i n s t a n t i n v e n t i o n a r e u n i q u e i n t h e i rc o m b i n a t i o n o f h i g h s t o r a g e c a p a c i t y a n d e x c e l l e n ta b s o r p t i o n / d e s o r p t i o n k i n e t i c s . The i n s t a n t i n v e n t o r s h a v ef o u n d t h a t a c o m b i n a t i o n o f b o t h a l l o y c o m p o s i t i o n a n dp a r t i c l e s i Z e o f t h e h y d r o g e n s t o r a g e m a t e r i a l h a v e a s i gn i ? c a n t e f f e c t on t h e k i n e t i c s . T h a t i s , t h e i n s t a n t i n v e n t o r sh a v e f o u n d t h a t t h e k i n e t i c s o f t h e m a t e r i a l ( r e g a r d l e s s o fs p e c i ? c c o m p o s i t i o n ) i m p r o v e W i t h d e c r e a s i n g p a r t i c l e s i Z e .S p e c i ? c a l l y , t h e i n s t a n t i n v e n t o r s h a v e f o u n d t h a t m a t e r i a l sh a v i n g a p a r t i c l e s i Z e o f betWeen a b o u t 30 a n d 70 m i c r o n sa r e t h e most u s e f u l . T h i s p a r t i c l e s i Z e g i v e s e X c e l l e n t k i n e ti c s W h i l e s t i l l b e i n g c a p a b l e o f b e i n g m a n u f a c t u r e d . I n c r e a si n g p a r t i c l e s i Z e e a s e s m a n u f a c t u r i n g , b u t r e d u c e s t h e k i n e ti c s o f t h e m a t e r i a l f r o m t h e o p t i m a l , W h i l e d e c r e a s i n gp a r t i c l e s i Z e i s n e a r l y i m p o s s i b l e b e c a u s e o f t h e h i g h d u ct i l i t y o f t h e s e Mg b a s e d a l l o y s . I n f a c t , t he u s e o f g a sa t o m i Z a t i o n m ay b e r e q u i r e d i n i n d u s t r y t o m a n u f a c t u r e b u l kq u a n t i t i e s o f t h e p a r t i c u l a t e a l l o y s p e c i ? c a l l y b e c a u s e t h ea l l o y s a r e t o o d u c t i l e t o b e g r o u n d e f ? c i e n t l y .

I t i s s i g n i ? c a n t t o n o t e th a t t h e k i n e t i c s a n d c a p a c i t y o f t h ea l l o y s o f t h e i n s t a n t i n v e n t i o n d o n o t d e g r a d e W i t h c y c l i n g .T h i s ca n be s e e n g r a p h i c a l l y i n F I G . 3 Which s a n a b s o r p t i o np l o t o f s t o r e d h y d r o g e n v e r s u s t i m e f o r a n a l l o y m a t e r i a l o ft h e i n s t a n t i n v e n t i o n a t 3 0 0 C . f o r c y c l e 5 0 ( r e p r e s e n t e d b yt h e A y m b o l ) a n d c y c l e 6 5 0 ( r e p r e s e n t e d b y t h e O y m b o l ) .As shoWn i n F I G . 3 , t h e a l l o y m a t e r i a l s o f t h e i n s t a n ti n v e n t i o n h a v e v i r t u a l l y i d e n t i c a l h y d r o g e n s t o r a g e c a p a c i t ya n d a b s o r p t i o n k i n e t i c s a t c y c l e 6 5 0 a s t h e y d o a t c y c l e 5 0 .While t h e p r e s e n t t e s t W a s t e r m i n a t e d a t 65 0 c y c l e s , a l lf a c t o r s i n d i c a t e t h a t t h e i n s t a n t a l l o y s c a n e a s i l y a c h i e v ec y c l e l i v e s o f a t l e a s t 1000 c y c l e s o r g r e a t e r W i t h o u t l o s s o fc a p a c i t y o r k i n e t i c s .

F I G . 3 i s a g r a p h o f t h e Pressure-CompositionT e m p e r a t u r e (PCT) c u r v e s o f a l l o y FC-10 a t 2 7 9 C .( r e p r e s e n t e d b y t h e o s y m b o l ) , 3 0 6 C . ( r e p r e s e n t e d b y t h e


18/20

US 6 , 7 4 6 , 6 4 5 B21 1

A y m b o l ) a n d 3 35 C . ( r e p r e s e n t e d b y t h e A s y m b o l ) . T h eg r a p h s h o W s t h a t t h e a l l o y h a s p l a t e a u p r e s s u r e s o f 1 0 5 0 T o r ra t 279 C . , 2200 T o r r a t 306 C . and 4300 T o r r a t 335 C .Th e PCT u r v e sho Ws t h a t t h e FC-10 a l l o y h a s a maximumc a p a c i t y o f a b o u t 6 . 5 W e i g h t % y d r o g e n , a n d a h y d r o g e nbond e n e r g y o f a b o u t 70 k J / m o l e .F I G . 4 s a g r a p h o f t h e PCT u r v e s o f a l l o y FC-76 t 278C . ( r e p r e s e n t e d b y t h e I s y m b o l ) , 2 9 3 C . ( r e p r e s e n t e d b yt h e Q s y m b o l ) a n d 3 2 0 C . ( r e p r e s e n t e d b y t h e A y m b o l ) .T h e g r a p h s h o W s t h a t t h e a l l o y h a s p l a t ea u p r e s s u r e s o f 7 5 0T o r r a t 278 C . , 1100 T o r r a t 293 C . and 2400 T o r r a t 320C . Th e PCT c u r v e sho Ws t h a t t h e FC-76 a l l o y h a s am a xi m u m c a p a c i t y o f a b o u t 6 . 9 W e i g h t % y d r o g e n , a n d ah y d r o g e n bond e n e r g y o f a b o u t 7 5 k J / m o l e .

F I G . 5 i s a p l o t o f t h e a b s o r p t i o n k i n e t i c s o f t h e FC-76a l l o y . S p e c i ? c a l l y , W e i g h t % h y d r o g e n a b s o r p t i o n v e r s u st i m e i s p l o t t e d f o r 3 t e m p e r a t u r e s 2 7 5 C . (O s y m b o l ) , 3 0 0 C . ( o s y m b o l ) , a n d 3 2 5 C . ( A s y m b o l ) . As c a n b e s e e n , a t2 7 5 C . t h e a l l o y a b s o r b s 80% o f i t s t o t a l c a p a c i t y i n 1 . 3m i n u t e s , a t 3 0 0 C . t h e a l l o y a b s o r b s 80% o f i t s t o t a lc a p a c i t y i n 1 . 4 m i n u t e s , a n d a t 3 2 5 C . t h e a l l o y a b s o r b s80% o f i t s t o t a l c a p a c i t y in 2 . 0 m i n u t e s .

F I G . 6 i s a p l o t o f t h e d e s o r p t i o n k i n e t i c s o f t h e FC-76a l l o y . S p e c i ? c a l l y , W e i g h t % h y d r o g e n d e s o r p t i o n v e r s u st i m e i s p l o t t e d f o r 3 t e m p e r a t u r e s 2 7 5 C . ( I I I s y m b o l ) , 3 0 0 C . ( o s y m b o l ) , a n d 3 2 5 C . ( A s y m b o l ) . As c a n b e s e e n , a t2 7 5 C . t h e a l l o y d e s o r b s 80% o f i t s t o t a l c a p a c i t y i n 8 . 0m i n u t e s , a t 3 0 0 C . t h e a l l o y d e s o r b s 80% o f i t s t o t a lc a p a c i t y i n 3 . 4 m i n u t e s , a n d a t 3 2 5 C . t h e a l l o y d e b s o r b s80% o f i t s t o t a l c a p a c i t y in 2 . 5 m i n u t e s .

F I G . 7 i s a p l o t o f t h e a b s o r p t i o n k i n e t i c s o f t h e FC-86a l l o y . S p e c i ? c a l l y , W e i g h t % h y d r o g e n a b s o r p t i o n v e r s u st i m e i s p l o t t e d f o r 3 t e m p e r a t u r e s 2 3 0 C . (O s y m b o l ) , 2 4 0 C . ( o s y m b o l ) , a n d 2 7 5 C . s y m b o l ) . As c a n b e s e e n , a t2 3 0 C . t h e a l l o y a b s o r b s 80% o f i t s t o t a l c a p a c i t y i n 5 . 2m i n u t e s , a t 3 0 0 C . t h e a l l o y a b s o r b s 80% o f i t s t o t a lc a p a c i t y i n 2 . 4 m i n u t e s , a n d a t 3 2 5 C . t h e a l l o y a b s o r b s80% o f i t s t o t a l c a p a c i t y in 2 . 3 m i n u t e s .

F I G . 8 i s a p l o t o f t h e a b s o r p t i o n k i n e t i c s o f FC-76 a l l o yp o W d e r s h a v i n g t W o d i f f e r e n t p a r t i c l e s i Z e s . S p e c i ? c a l l y ,W e i g h t % h y d r o g e n a b s o r p t i o n v e r s u s t i m e i s p l o t t e d f o rm a t e r i a l h a v i n g a p a r t i c l e s i Z e r a n g e o f 7 5 2 5 0 m i c r o n s ( os y m b o l ) , a n d 3 2 6 3 m i c r o n s (O s y m b o l ) . As c a n b e s e e n ,t h e s m a l l e r p a r t i c l e s i Z e g r e a t l y e n h a n c e s t h e a b s o r p t i o nk i n e t i c s .

W h i l e t h e m e t h o d o f f o r m i n g t h e i n s t a n t p o W d e r s i n t hee x a m p l e s a b o v e Was r a p i d s o l i d i ? c a t i o n a n d s u b s e q u e n tg r i n d i n g , g a s a t o m i Z a t i o n m ay a l s o b e u s e d . W h e n t hem a t e r i a l s a r e g r o u n d , u s e o f a n a t t r i t o r i s t h e p r e f e r r e dmethod o f g r i n d i n g . P a r t i c u l a r l y u s e f u l i s t h e a d d i t i o n o f ag r i n d i n g a g e n t , s u c h a s c a r b o n , When g r i n d i n g t h e s e a l l o y s .

The p r e s e n t i n v e n t i o n i nc l u d e s a m e t a l h y d r i d e h y d r o g e ns t o r a g e means f o r s t o r i n g hydrogen W i t h i n a c o n t a i n e r o rt a n k . I n o n e embodiment o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , t h es t o r a g e means c o m p r i s e s a t h e a f o r e d e s c r i b e d hydrogens t o r a g e a l l o y m a t e r i a l p h y s i c a l l y bonded o a s u p p o r t m e a n s .G e n e r a l l y , t h e s u p p o r t means c a n t a k e t h e form o f anys t r u c t u r e t h a t c a n h o l d t h e s t o r a g e a l l o y m a t e r i a l . Exampleso f s u p p o r t means i n c l u d e , b u t a r e n o t l i m i t e d t o , m e s h , g r i d ,m a t t e , f o i l , foam a n d p l a t e . Each m a y e x i s t a s e i t h e r a m e t a lor non-metal.

Th e s u p p o r t means m a y be formed from a v a r i e t y o fm a t e r i a l s W i t h t h e a p p r o p r i a t e t h e r m o d y n a m i c c h a r a c t e r i st i c s t ha t c a n p r o v i d e t h e n e c e s s a r y h e a t t r a n s f e r mechanism.These i n c l u d e b o t h m e t a l s and n o n - m e t a l s . P r e f e r a b l e m e t a l si n c l u d e t h o s e f r o m t h e g r o u p c o n s i s t i n g o f N i , A l , C u , F e a n d

10

1 5

20

25

30

35

40

45

50

55

60

6 5

1 2m i x t u r e s o r a l l o y s t h e r e o f . Examples o f s u p p o r t means th a tc a n b e formed f r o m m e t a l s i n c l u d e W i r e m e s h , e x p a n d e dm e t a l a n d foamed m e t a l .

T h e h y d r o g e n s t o r a g e a l l o y m a t e r i a l m ay b e p h y s i c a l l yb o n d e d t o t h e s u p p o r t means b y c o m p a c t i o n a n d / o r s i n t e r i n gp r o c e s s e s . Th e a l l o y m a t e r i a l i s ? r s t c o n v e r t e d i n t o a ?nep o W d e r . T h e p o W d e r i s t h e n c o m p a c t e d o n t o t h e s u p p o r tmeans. Th e compaction p r o c e s s c a u s e s t h e poWder t o a d h e r et o and become a n i n t e g r a l p a r t o f t h e s u p p o r t means. A f t e rc o m p a c t i o n , t h e s u p p o r t means t h a t h a s b e e n i m p r e g n a t e dW i t h a l l o y p o W d e r i s p r e h e a t e d a n d t h e n s i n t e r e d . T h ep r e h e a t in g p r o c e s s l i b e r a t e s e x c e s s m o i s tu r e a n d d i s c o u ra g e s o x i d a t i o n o f t h e a l l o y p o W d e r . S i n t e r i n g i s c a r r i e d o u ti n a h i g h t e m p e r a t u r e , s u b s t a n t i a l l y i n e r t a t m o s p h e r e c o nt a i n i n g h y d r o g e n . T h e t e m p e r a t u r e i s s u f ? c i e n t l y h i g h t op r o m o t e p a r t i c l e - t o - p a r t i c l e b o n d i n g o f t h e a l l o y m a t e r i a l a sW e l l a s t h e b o n d i n g o f t h e a l l o y m a t e r i a l t o t h e s u p p o r tmeans.

The s u p p o r t m e a n s / l l o y m a t e r i a l c a n b e p a c k a g e d W i t h i nt h e c o n t a i n e r / t a n k i n many d i f f e r e n t c o n ? g u r a t i o n s . F I G . 9shoWs a c o n ? g u r a t i o n Where t h e s u p p o r t m e a n s / a l l o y m a t er i a l i s s p i r a l l y W o u n d i n t o a c o i l . F I G . 10 shoWs a n a l t e r n a t ec o n ? g u r a t i o n W h e r e t h e s u p p o r t m e a n s / a l l o y m a t e r i a l i sassembled i n t h e c o n t a i n e r a s a p l u r a l i ty o f s t a c k e d d i s k s .O t h e r c o n ? g u r a t i o ns a r e a l s o p o s s i b l e ( e . g . s t a c k e d p l a t e s ) .

C o m p a c t i n g a n d s i n t e r i n g a l l o y m a t e r i a l o n t o a s u p p o r tm e a n s i n c r e a s e s t h e p a c k i n g d e n s i t y o f t h e a l l o y m a t e r i a l ,t h e r e b y i m p r o v i n g t h e t h e r m o d y n a m i c a n d k i n e t i c c h a r a ct e r i s t i c s o f t h e h y d r o g e n s t o r a g e s y s t e m . The c l o s e c o n t a c tb e t W e e n t h e s u p p o r t means a n d t h e a l l o y m a t e r i a l i m p r o v e st h e e f ? c i e n c y o f t h e h e a t t r a n s f e r i n t o a n d o u t o f t h eh y d r o g e n s t o r a g e a l l o y m a t e r i a l a s h y d r o g e n i s a b s o r b e d a n dd e s o r b e d . I n a d d i t i o n , t h e u n i f o r m d i s t r i b u t i o n o f t h e s u p p o r tmeans t h r o u g h o u t t h e i n t e r i o r o f t h e c o n t a i n e r p r o v i d e s f o ra n even t e m p e r a t u r e an d h e a t d i s t r i b u t i o n t h r o u g h o u t t h e be do f a l l o y m a t e r i a l . T h i s r e s u l t s i n a more uniform r a t e s o fh y d r o g e n a b s o r p t i o n a n d d e s o r p t i o n t h r o u g h o u t t h e e n t i r e t yt h e r e o f , t h u s c r e a t i n g a more f f i c i e n t e n e r g y s t o r a g e s y s t e m .

O n e p r o b l e m W h e n u s i n g j u s t a l l o y p o W d e r ( W i t h o u t as u p p o r t m e a n s ) i n h y d r o g e n s t o r a g e b e d s i s t h a t o f o fs e l f - c o m p a c t i o n d u e t o p a r t i c l e s i Z e r e d u c t i o n . T h a t i s ,d u r i n g r e p e a t e d h y d r i d i n g a n d d e h y d r i d i n g c y c l e s , t h e a l l o ym a t e r i a l s expand a n d c o n t r a c t a s t h e y a b s o r b a n d d e s o r bh y d r o g e n . So me a l l o y m a t e r i a l s h a v e b e e n f o u n d t o e x p a n dand c o n t r a c t by a s much a s 25% i n volu me a s a r e s u l t ofh y d r o g e n i n t r o d u c t i o n i n t o a n d r e l e a s e f r o m t h e m a t e r i a ll a t t i c e . As a r e s u l t o f t he d i m e n s i o n a l c h a n g e i n t h e a l l o ym a t e r i a l s , t h e y c r a c k , u n d e r g o f r a c t u r i n g a n d b r e a k u p i n t o? n e r a n d ? n e r p a r t i c l e s . A f t e r r e p e a t e d c y c l i n g , t h e ? n ep a r t i c l e s s e l f - c o m p a c t c a u s i n g i n e f ? c i e n t h y d r o g e n t r a n s f e ra s W e l l a s h i g h s t r e s s e s t h a t a r e d i r e c t e d a g a i n s t th e W a l l s o ft h e s t o r a g e c o n t a i n e r .

H o W e v e r , t h e p r o c e s s e s u s e d t o a t t a c h t h e a l l o y m a t e r i a lo n t o t h e s u p p o r t m e a n s k e e p s t h e a l l o y p a r t i c l e s ? r m l ybonded t o each o t h e r a s W e l l a s t o t h e s u p p o r t means d u r i n gt h e a b s o r p t i o n a n d d e s o r p t i o n c y c l i n g . F u r t h e r m o r e , t h e t i g h tpackaging o f t h e s u p p o r t means W i t h i n t h e c o n t a i n e r s e r v e sa s a m e c h a n i c a l s u p p o r t t h a t k e e p s t h e a l l o y p a r t i c l e s i np l a c e d u r i n g t h e e x p a n s i o n , c o n t r a c t i o n a n d f r a c t u r i n g o f t h em a t e r i a l .

The i n s t a n t a l l o y s a n d s t o r a g e m a t e r i a l s y s t e m s a r e u s e f u la s h y d r o g e n s u p p l i e s f o r many a p p l i c a t i o n s . On e s u c ha p p l i c a t i o n i s t h e ? e l d o f a u t o m o b i l e s . S p e c i ? c a l l y , t hesystems can be used a s a s o u r c e of hydrogen f o r i n t e r n a lc o m b u s t i o n e n g i n e ( I C E ) v e h i c l e s o r f u e l c e l l ( F C ) v e h i c l e s .

F I G . 1 1 shoWs a s c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f a hydrogeng a s s u p p l y s y s t e m f o r a n ICE v e h i c l e , W h i c h i s f o r s u p p l y i n g


19/20

US 6 , 7 4 6 , 6 4 5 B21 3

a h y d r o g e n e n g i n e 1 W i t h h y d r o g e n g a s . The s y s t e m h a s ah y d r o g e n g a s s t o r a g e p o r t i o n 2 a n d a n e n g i n e W a s t e h e a tt r a n s f e r s u p p l y p a s s a ge 3 W h i c h l e a d s e n g i n e W a s t e h e a t ( i nt h e f o r m o f e x h a u s t g a s o r e n g i n e c o o l a n t ) d i s c h a r g e d f r o mt h e e n g i n e 1 t o t h e h y d r o g e n g a s s t o r a g e p o r t i o n 2 . T h es y s t e m a l s o i n c l u d e s a r e t u r n p a s s a g e 4 f o r r e t u r n i n g anye n g i n e c o o l a n t u s e d t o h e a t t h e h y d r o g e n s t o r a g e m a t e r i a lback o t h e e n g i n e 1 a n d a n e x h a u s t g a s v e n t 7 f o r r e l e a s i n gu s e d e X h a u s t g a s . The s y s t e m f u r t h e r i n c l u d e s a hydrogeng a s s u p p l y p a s s a g e 5 Which l e a d s h y d r o g e n g a s f r o m t heh y d r o g e n g a s s t o r a g e p o r t i o n 2 t o t h e e n g i n e 1 . T h e e n g i n eW a s t e h e a t t r a n s f e r s u p p l y p a s s a g e 3 i s p r o v i d e d W i t h at e m p e r a t u r e r e g u l a t i n g p o r t i o n 6 W h i c h r e g u l a t e s t h e t e mp e r a t u r e o f t h e W a s t e h e a t t o b e i n t r o d u c e d i n t o t h e h y d r o g e ng a s s t o r a g e p o r t i o n 2 . With s u c h a s y s t e m , W a s t e h e a tg e n e r a t e d W i t h i n t h e ICE c a n b e e f f i c i e n t l y u s e d t o h e a t t h eh y d r o g e n s t o r a g e m a t e r i a l t o r e l e a s e h y d r o g e n t h e r e f r o m f o ruse i n t h e ICE.

F I G . 1 2 shoWs a s c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f a hydrogeng a s s u p p l y s y s t e m f o r a n FC v e h i c l e , W h i c h i s f o r s u p p l y i n ga f u e l c e l l 8 W i t h hydrogen g a s . The s y s t e m h a s a h y d r o g e ng a s s t o r a g e p o r t i o n 1 2 a n d a f u e l c e l l W a s t e h e a t / h y d r o g e nt r a n s f e r s u p p l y p a s s a g e 9 Which l e a d s f u e l c e l l W a s t e h e a ta n d u n u s e d h y d r o g e n d i s c h a r g e d from t h e f u e l c e l l 8 t o ah y d r o g e n g a s c o m b u s t o r 1 0 . Waste h e a t f r o m t h e f u e l c e l lm a y be i n t h e form o f h e a t e d g a s e s o r h e a t e d aqueouse l e c t r o l y t e . T h e h y d r o g e n c o m b u s t o r 1 0 , h e a t s a t h e r m a lt r a n s f e r medium ( p r e f e r a b l y i n t h e f o r m o f t h e a q u e o u se l e c t r o l y t e f r o m t he f u e l c e l l ) u t i l i Z i n g W a s t e h e a t f r o m t h ef u e l c e l l 8 , a n d b y c o m b u s t i n g h y d r o g e n . H y d r o g e n i ss u p p l i e d t o th e c o m b u s t o r 1 0 v i a u n u s e d h y d r o g e n f r o m t hef u e l c e l l 8 , a n d v i a f r e s h h y d r o g e n s u p p l i e d f r o m t h eh y d r o g e n s t o r a g e u n i t 1 2 via h y d r o g e n s u p p l y l i n e 1 4 .H e a t e d t h e r m a l t r a n s f e r medium s s u p p l i e d t o t h e h y d r o g e ns t o r a g e u n i t 1 2 v i a s u p p l y l i n e 1 3 . The s y s t e m a l s o i n c l u d e sa r e t u r n p a s s a g e 1 6 f o r r e t u r n i n g any f u e l c e l l aqueouse l e c t r o l y t e u s e d t o h e a t t h e h y d r o g e n s t o r a g e m a t e r i a l b a c kt o t h e f u e l c e l l 8 and a n e X h a u s t g a s v e nt 1 5 f o r r e l e a s i n gu s e d c o m b u s t o r g a s . Th e s y s t e m f u r t h e r i n c l u d e s a hydrogeng a s s u p p l y p a s s a g e 1 1 Which l e a d s h y d r o g e n g a s f r o m t heh y d r o g e n g a s s t o r a g e u n i t 1 2 t o t h e f u e l c e l l 8 .

While t h e i n v e n t i o n h a s been d e s c r i b e d i n c o n n e c t i o nW i t h p r e f e r r e d e m b o d i m e n t s a n d p r o c e d u r e s , i t i s t o b eu n d e r s t o o d t h a t i t i s n o t i n t e n d e d t o l i m i t t h e i n v e n t i o n t o t h ed e s c r i b e d embodiments a n d p r o c e d u r e s . On th e c o n t r a r y i t i si n t e n d e d t o c o v e r a l l a l t e r n a t i v e s , m o d i ? c a t i o n s a n d e q u i v al e n c e Which m ay b e i n c l u d e d W i t h i n t h e s p i r i t a n d s c o p e o ft h e i n v e n t i o n a s de?ned by t h e c l a i m s a p p e n d e d h e r e i n a f t e r .

Wh a t i s c l a i m e d i s :1 . I n a h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m , s a i d s y s t e mi n c l u d i n g :a t l e a s t one o f a n i n t e r n a l combustion e n g i n e f u e l e d by

hydrogen o r a f u e l c e l l ; anda hydrogen s t o r a g e means o p e r a t i v e l y i n t e r c o n n e c t e d t o

s a i d i n t e r n a l c o m b u s t i o n e n g i n e o r f u e l c e l l , t h ei m p r o v e m e n t c o m p r i s i n g s a i d h y d r o g e n s t o r a g e m e a n si n c l u d i n g a h y d r o g e n s t o r a g e a l l o y p o W d e r c h a r a c t e ri Z e d i n t h a t s a i d a l l o y p o W d e r h a s :a ) a h y d r o g e n s t o r a g e c a p a c i t y o f a t l e a s t 6 W e i g h t % ;b ) a b s o r p t i o n k i n e t i c s s u c h t h a t t h e a l l o y p o W d e r

a b s o r b s 80% o f i t s t o t a l c a p a c i t y W i t h i n 1 0 m i n u t e sa t 3 0 0 C . ; a n dc ) s a i d h y d r o g e n s t o r a g e a l l o y p o W d e r c o m p r i s i n g a tl e a s t 9 0 W e i g h t % Mg, 0 . 5 t o 2 . 5 W e i g h t % i, a n dMm.2 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 ,

Where s a i d a l l o y h a s a c y c l e l i f e o f a t l e a s t 50 0 c y c l e sW i t h o u t l o s s o f e i t h e r c a p a c i t y o r k i n e t i c s .

10

1 5

20

25

30

35

40

45

50

55

60

6 5

1 43 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 ,

Where s a i d a l l o y h a s a c y c l e l i f e o f a t l e a s t 65 0 c y c l e sW i t h o u t l o s s o f e i t h e r c a p a c i t y o r k i n e t i c s .4 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 ,Where s a i d a l l o y h a s a c y c l e l i f e o f a t l e a s t 1 0 0 0 c y c l e sW i t h o u t l o s s o f e i t h e r c a p a c i t y o r k i n e t i c s .5 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 ,W h e r e i n s a i d h y d r o g e n s t o r a g e a l l o y p o W d e r h a s a p a r t i c l es i Z e r a n g e o f betWeen 30 a n d 70 m i c r o n s .6 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 ,W h e r e i n s a i d a l l o y h a s a h y d r o g e n s t o r a g e c a p a c i t y o f t l e a s t6 . 5 W e i g h t % .7 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 ,W h e r e i n s a i d a l l o y h a s a b s o r p t i o n k i n e t i c s s u c h t h a t t h e a l l o ypoWder a b s o r b s 80% o f i t s t o t a l c a p a c i t y W i t h i n 5 m i n u t e sa t 300 C .8 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 ,W h e r e i n s a i d a l l o y h a s a h y d r o g e n s t o r a g e c a p a c i t y o f t l e a s t6 . 9 W e i g h t % .

9 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 ,W h e r e i n s a i d a l l o y h a s a b s o r p t i o n k i n e t i c s s u c h t h a t t h e a l l o ypoWder a b s o r b s 80% o f t s t o t a l c a p a c i t y W i t h i n 1 . 5 m i n u t e sa t 300 C .1 0 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 ,W h e r e i n s a i d a l l o y f u r t h e r i n c l u d e s 1 . 0 4 . 0 W e i g h t % i s c hm e t a l .1 1 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 0 ,W h e r e i n s ai d M i s c h m e t a l c o m p r i s e s p r e d o m i n a n t l y C e , Laand P r .1 2 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 1 ,Wherein s a i d a l l o y f u r t h e r i n c l u d e s one o r m ore from t h eg r o u p c o n s i s t i n g o f 3 7 W e i g h t % l , 0 . 1 1 . 5 W e i g h t % Ya n d 0 . 3 1 . 5 W e i g h t % i l i c o n .

1 3 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 ,W h e r e i n s a i d a l l o y c o m p r i s e s 9 1 . 0 W t . % Mg, 0 . 9 W t . % i ,5 . 6 W t . % 1 , 0 . 5 W t . % Y n d 2 . 0 a t % Misch m e t a l .1 4 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 ,W h e r e i n s a i d a l l o y c o m p r i s e s 9 5 . 6 W t . % Mg, 1 . 6 W t . % i ,0 . 8 W t . % i and 2 . 0 W t % Misch m e t a l .1 5 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 ,W h e r e i n s a i d a l l o y c o m p r i s e s 9 5 W t . % Mg, 2 W t . % i a n d3 . 0 W t % Misch m e t a l .1 6 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 ,W h e r e i n s a i d h y d r o g e n s t o r a g e a l l o y p o W d e r i s p h y s i c a l l ybonded t o a s u p p o r t means t o form a hydrogen s t o r a g emeans.1 7 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 6 ,W h e r e i n h y d r o g e n s t o r a g e a l l o y p o W d e r i s p h y s i c a l l y b o n d e dt o s a i d s u p p o r t m e a n s b y c o m p a c t i o n a n d / o r s i n t e r i n g .1 8 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 6 ,Wherein s a i d s u p p o r t means comprises a t l e a s t one s e l e c t e df r o m t h e g r o u p c o n s i s t i n g o f m e s h , g r i d , m a t t e , f o i l , f o a ma n d p l a t e .1 9 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 6 ,Wherein s a i d s u p p o r t m e a n s i s formed from a m e t a l .

2 0 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 9 ,Wherein s a i d support m e a n s i s formed from o ne o r m o r em e t a l s s e l e c t e d f r o m t h e g r o u p c o n s i s t i n g o f N i , A l , C u , F ea n d m i X t u r e s o r a l l o y s t h e r e o f .

2 1 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 6 ,W h e r e i n s ai d h y d r o g e n s t o r a g e m e a n s c o m p r i s e s s ai d h y d r og e n s t o r a g e a l l o y p o W d e r p h y s i c a l l y b o n d e d t o s a i d s u p p o r tmeans and s p i r a l l y W o u n d i n t o a c o i l .

2 2 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 1 6 ,W h e r e i n s ai d h y d r o g e n s t o r a g e m e a n s c o m p r i s e s s ai d h y d r og e n s t o r a g e a l l o y p o W d e r p h y s i c a l l y b o n d e d t o s a i d s u p p o r tmeans, a p l u r a l i ty o f Which a r e s t a c k e d a s d i s k s o r p l a t e s .


20/20

US 6 , 7 4 6 , 6 4 5 B21 52 3 . A a g n e s i u m b a s e d h y d r o g e n s t o r a g e a l l o y p o w d e r ,s a i d a l l o y c o m p r i s i n g a t l e a s t 9 0 W e i g h t % a g n e s i u m , 0 . 5t o 2 . 5 W e i g h t p e r c e n t N i , a n d a l s o i n c l u d i n g M m , a i d a l l o yp o W d e r h a v i n g :

a ) a h y d r o g e n s t o r a g e c a p a c i t y o f a t l e a s t 6 W e i g h t % ; a n db ) a b s o r p t i o n k i n e t i c s s u c h t h a t t h e a l l o y p o W d e r a b s o r b s80% o f i t s t o t a l c a p a c i t y W i t h i n 1 0 m i n u t e s a t 3 0 0 C .2 4 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 2 3 ,

Where s a i d a l l o y h a s a c y c l e l i f e o f a t l e a s t 50 0 c y c l e sW i t h o u t l o s s o f e i t h e r c a p a c i t y o r k i n e t i c s .2 5 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 2 3 ,Where s a i d a l l o y h a s a c y c l e l i f e o f a t l e a s t 65 0 c y c l e sW i t h o u t l o s s o f e i t h e r c a p a c i t y o r k i n e t i c s .2 6 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 2 3 ,Where s a i d a l l o y h a s a c y c l e l i f e o f a t l e a s t 1000 c y c l e sW i t h o u t l o s s o f e i t h e r c a p a c i t y o r k i n e t i c s .2 7 . T h e h y d r o g e n p o W e r e d v e h i c l e s y s t e m o f c l a i m 2 3 ,W h e r e i n s a i d h y d r o g e n s t o r a g e a l l o y p o W d e r h a s a p a

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