Abstract
本論文之重點在於研究如何製作具有C14結構之AB2型吸氫合金，並針對此型合金在氫氣與氫氧化鉀(KOH)水溶液中之吸放氫行為，進行系統化的研究，彙整相關數據以作為製造及評估優良合金之依據。在尋找適當吸氫合金過程中，首先我們以Ti、Zr、Ni、V等四種過渡元素為基礎進行合金冶煉。合金之組成為TixZr1-xNiyV2-y，其中Ti和Zr屬A位置之元素，Ni和V則屬B位置之元素。依3^2因子實驗設計法 (3^2 factorial design)配置，共需九種合金成份(x=0.0,0.5,1.0; y=0.0,1.0,2.0)進行吸放氫行為測試，而各成份合金在0.01至10大氣壓間之放氫量反應曲面函數(responsesurface function of hydrogen desorption)則經由葉氏方法(Yates'algorithm)加以推算，我們發現當x=0.35,y=0.60時，亦即合金組成為Ti0.35Zr0.65Ni0.6V1.4，具有最大的放氫能力。同時我們亦對Ni和 Mn取代V元素的效果進行研究，結果顯示Mn元素的加入會使合金形成單一均勻相，並大幅提升合金之放氫能力。其次我們針對Ti0.35Zr0.65NixV2-x-yMny合金之吸放氫特性與結構進行深入分析，重要結論如下:(1)Ni、Mn取代V會造成合金單位晶格體積(unit cell volume)的改變。(2)當V成份小於0.8時，合金主要以單一C14相結構出現。(3)具C14結構之AB2合金其吸氫能力隨合金之d -電子濃度(d-electron concentration)的下降而升高。(4)吸氫量大的合金並不保證具有好的放氫能力，這意謂著氫原子在合金內的質傳阻力將是控制合金放氫能力的主要關鍵因素。最後，我們利用線性掃描伏特法(linear sweep voltammetry)研究 Ti0.35Zr0.65NixV2-x-yMny合金在氫氧化鉀水溶液中之動力學行為。在充電過程中，合金具有較弱之金屬-氫原子鍵結者較易導致合金表面電解氫氣反應(hydrogenevolution reaction)的產生，但相對的此類合金具有較小的儲氫能力。利用電極動力學及擴散理論，合金電極在放電過程中其活化過電壓(activation overpotential)和濃度過電壓 (concentrationoverpotential)可被明確的區分。在低電流放電情況下，電子轉移步驟(electron transfer process)為反應之主要控制因素，然而在大電流放電狀態下，氫原子在合金內部的擴散阻力將成為整個放電反應的速率決定步驟。