JP2002532861A - 金属−空気バッテリのための均一なシェル - Google Patents

金属−空気バッテリのための均一なシェル

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Abstract

(57)【要約】 実質的に均一なシェル内に配置された金属-空気セルスタックを有する改良された金属-空気バッテリである。この金属-空気セルスタックは隔離通路を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 技術分野 本発明は、概して、金属-空気電力供給源に関し、さらに詳細には、均一な外
側シェル内に配置されたセルスタックを有する金属-空気バッテリに関する。
【０００２】 発明の背景 概して、金属-空気セルは、金属アノードから水性電解質により隔てられた１
以上の酸素電極を含む。金属-空気セルはまた、ペースト状の電解質中に浮遊し
ている金属アノード粒子と協働する１以上の酸素電極を含み得る。金属-空気セ
ル、例えば亜鉛-空気セルの作動中に、周囲空気からの酸素、および電解質から
の水は、酸素電極にて変換されて水酸化物イオンを生成する。次いで亜鉛はアノ
ードにて酸化され、水酸化物イオンと反応し、それにより、水および電子が放出
されて電気エネルギーを生じる。
【０００３】 金属-空気セルは、ポータブル電子機器、例えばパーソナルコンピュータ、カ
ムコーダおよび電話に電力を供給するための望ましい手段として認められてきた
。慣用の電気化学的電源と比べて、金属-空気セルは、比較的高い出力をもたら
し、寿命が長く、かつ比較的軽量である。これらの利点の一部は、金属-空気セ
ルが、金属または金属組成物などの重材料ではなく周囲空気からの酸素を電気化
学プロセスにおける反応体として用いるということによる。
【０００４】 高出力を維持するように金属-空気セルに反応空気流をもたらし、また、出力
が要求されないときに特に、セルを周囲空気および湿度変化から隔離するエアマ
ネージャが発達してきた。例えば、機械的エアドアシステムが、チェキー(Chiek
y)の米国特許第４，９１３，９８３号に示されている。この文献は、周囲空気流
をバッテリハウジング内の金属-空気セルのパックに供給するために用いられる
ファンを記載している。バッテリパックのスイッチをオンにすると、空気入口お
よび空気出口に隣接した機械的エアドアが開き、ファンが作動して、ハウジング
に出入りする空気流を発生させる。そして、バッテリをオフにするとエアドアが
閉じて、セルを周囲から隔離する。機械的エアドアは、ファンが作動していない
ときに、酸素、水蒸気および混入物がハウジング内に出入りすることを制限する
であろうが、このような機械的エアドアはバッテリハウジング自体の複雑さを増
し、バッテリパック全体の寸法およびコストを必然的に増大させる。
【０００５】 エアマネージャ技術における著しい改良が、「金属-空気バッテリのための拡
散制御空気孔」と題された、本願と共に所有されているペディチーニ(Pedicini)
の米国特許第５，６９１，０７４号に見られる。ペディチーニは、一実施形態に
おいて、入口および出口通路以外が周囲空気から隔離された金属-空気セルの群
を開示している。これらの通路は、例えば、細長い管の形態を有し得る。空気移
動装置、例えばファンをハウジング内に、酸素電極を横切る空気を循環させかつ
新しくするように空気を入口および出口通路に強制的に通すために配置し得る。
通路は、エアムーバの作動中に十分な空気流を通過させるように、なおかつ、通
路が封止されておらずかつエアムーバが作動していないときに水蒸気の通過を制
限するように寸法付けられる。
【０００６】 エアムーバがオフでかつセル内の湿度レベルが比較的一定であるとき、ごく限
られた量の酸素が通路を通って拡散する。セル内の水蒸気は、酸素電極が酸素に
露出されることをかなりの程度防止する。酸素電極は周囲空気から水蒸気により
十分に隔離され、それにより、機械的エアドアにより通路を封止せずともセルは
長い「保存寿命」を有する。これらの通路を、それぞれの隔離能力に応じて「拡
散チューブ」、「隔離通路」または「拡散制限通路」と称し得る。
【０００７】 詳細には、本願の図１が、ペディチーニの特許において開示された金属-空気
バッテリの一実施形態を示す。金属-空気バッテリ１０は、ハウジング２０内に
取り囲まれた複数のセル１５を含む。ハウジング２０は、セル１５を周囲空気か
ら隔離するが、複数の通気孔２５は周囲空気から隔離しない。単一の空気入口開
口部３０および単一の出口開口部３５がここでは用いられている。循環ファン４
０が、ハウジング２０に対流空気流を出入りさせ、かつハウジング２０内でガス
を循環および混合させるために設けられている。図１に示した矢印４５は、反応
空気をセル１５に供給するための、気体のハウジング２０への典型的な出入りお
よびハウジング２０内部での循環を示す。ファン４０は空気を空気入口３０を通
してエアプレナム入口５５に流入させ、セル１５を横切らせ、エアプレナム出口
６５から排出させ、次いで、ハウジング２０内で再循環させるか、または空気出
口３５から排出させる。米国特許第５，６９１，０７４号はここに参照として取
り込まれる。
【０００８】 隔離通路は、特に空気移動装置がオフの時に湿度が金属-空気セルに与える有
害な影響を最小にするために働く。湿度レベルの高い周囲空気に露出された金属
-空気セルは、セルの酸素電極を通じて過度の水を吸収して、「浸水」と称され
る状態により損傷することがある。あるいは、湿度レベルの低い周囲空気に露出
された金属-空気セルは、過度の水蒸気をセルの電解質から酸素電極を通じて放
出して、「乾燥」と称される状態により損傷することがある。隔離通路は、エア
ムーバがオフのときに金属-空気セルに出入りする水分を制限し、それにより、
周囲の湿度レベルによる悪影響が最小化される。
【０００９】 金属-空気セルに出入りする空気および水の移動に関する隔離通路の効率を、
「隔離率」と称することができよう。「隔離率」は、セルの酸素電極が周囲空気
に完全に露出されているときのセルによる水の損失または獲得を、セルの酸素電
極が１以上の限られた開口部以外は周囲空気から隔離されているときのセルによ
る水の損失または獲得と比較した比率である。例えば、ＫＯＨの約３５％水溶液
の電解質溶液、約５０％の内部相対湿度、約１０％の相対湿度を有する周囲空気
、および、ファンによる強制循環のない同一の金属-空気セルを仮定すると、周
囲空気に完全に露出された酸素電極を有するセルからの水損失は、先に記載した
タイプの１以上の隔離通路を除いて周囲空気から隔離された酸素電極を有するセ
ルからの水分損失よりも１００倍より大きいはずである。この例においては、隔
離率は、約１００対１より大きいであろう。
【００１０】 ペディチーニによる上記の例に従えば、隔離通路はまた、ファンがオフであり
内部湿度レベルが比較的一定であるときに酸素電極に到達し得る酸素の量を制限
するように機能する。この隔離は、金属-空気セルの自己放電および漏電または
ドレイン電流を最小にする。自己放電は、金属-空気セル内の、有効な電流を供
給しない化学反応として特徴付けることができる。自己放電は、有効な電流を供
給するための金属-空気セルの容量を減少させる。自己放電は、例えば、金属-空
気セルが乾燥し、かつ亜鉛アノードが、使用していない期間にセル内に浸透した
酸素により酸化されるときに生じる。ドレイン電流と同義語である漏洩電流は、
酸素がエアムーバによりセルに供給されないときに金属-空気セルにより閉鎖回
路に供給されることのある電流として特徴付けられる。上記の隔離通路はドレイ
ン電流の総量を、出力電流よりも約５０倍以上の倍率で、より少ない量に制限し
得る。
【００１１】 上記の隔離通路は、セルの使用中に酸素をセルに供給すること、およびセルを
使用していないときにセルを隔離することにおいて有効であるが、バッテリの有
効性は、全体として、通路が何らかの理由でふさがれたならば低下し得る。例え
ば、隔離通路は、水、砂、塵、または他の物質が偶然に通路を埋めまたは覆った
場合に遮断されることがある。さらに通路は、バッテリが空気非透過性面に対し
て配置されても遮断されることがある。隔離通路が一旦遮断されてしまうと、セ
ルは酸素の欠乏により作動しなくなるかもしれない。さらに、ユーザは、通路が
詰まっているかどうか、またこの問題に如何に対処すべきかも分からないであろ
う。
【００１２】 したがって、隔離通路の利点を維持しかつ適切な空気流通路を保証する金属-
空気セルおよび／またはバッテリパックが必要である。これらの利点は、金属-
空気セルの従来のパワーおよび寿命能力を提供する金属-空気セルまたはバッテ
リパックにおいて低コストで効率的に達成されなければならない。
【００１３】 発明の概要 本発明は、金属-空気バッテリの改良に向けられている。金属-空気バッテリは
、実質的に均一なシェル内に配置された隔離通路を有する金属-空気セルスタッ
クを有利に提供する。実質的に均一なシェルは、セルスタックを水、塵および他
の物質から保護し、隔離通路は、バッテリが作動していないときに金属-空気セ
ルを周囲空気から保護する。このように、本発明は、高い隔離率を有し、なおか
つ拡散通路が遮断または閉塞される可能性のない改良された金属-空気セルを提
供する。
【００１４】 本発明の一実施形態は、セルスタックに隣接し、かつ均一なシェル内に配置さ
れたエアムーバを含む。シェルは、シリコン、ポリエチレンまたは他の材料から
製造された薄フィルムの形態を有する、実質的に空気透過性でかつ水分不透過性
の材料であり得る。あるいは、シェルは、複数の薄フィルムパネルを有する硬質
のフレームであり得る。さらに、シェルは、シリコン膜で覆われた複数の空気孔
を有するケーシングであってもよい。
【００１５】 セルスタックは、複数の金属-空気セルおよび１以上のエアプレナムを含む。
エアプレナムは、ほぼＵ字状の空気通路、または、空気を混合させるための複数
のギャップを内部に有するバリケードを有し得る。隔離通路は、空気入口および
空気出口を含む複数の通路を含み得る。隔離通路は、セルスタックに流入する空
気流と平行な方向における第１の寸法と、セルスタックに流入する空気流に対し
て垂直な方向における第２の寸法とを有し得る。第１の寸法は前記第２の寸法よ
りも大きく、また、第２の寸法の２倍より大きくてもよい。エアプレナムはまた
、１組の金属-空気セルの間の開放領域を含んでよい。
【００１６】 本発明の他の目的、特徴および利点は、以下に記載する本発明の好ましい実施
形態の詳細な説明を、図面および特許請求の範囲と共に検討することにより明ら
かになるであろう。
【００１７】 発明の詳細な説明 ここで図面をさらに詳細に参照する。図中、複数の図面において類似の番号は
類似の要素を示す。図２ないし４は、本発明の改良された金属-空気バッテリ１
００を示す。金属-空気バッテリ１００は、金属-空気セルスタック１１０および
エアムーバ１２０を含む。エアムーバ１２０は、慣用のファン、ベローまたは類
似のタイプの装置であってよい。この実施形態においては、約２８立法フィート
／分の容量を有する標準的なファンを用い得る。
【００１８】 金属-空気セルスタック１１０およびエアムーバ１２０は実質的に均一なシェ
ル１３０内に取り囲まれている。シェル１３０は任意の慣用の形状を有し得る。
図２に示した矩形の形状は例示のためのものにすぎない。さらなる例として、図
２Ａは円柱形状を示す。シェル１３０に要求されることは、金属-空気セルスタ
ック１１０を実質的に取り囲むことだけである。シェル１３０は正の電気接触点
１４０および負の電気接触点１５０のために貫通されてもよい。
【００１９】 シェル１３０は、好ましくは、空気透過性で水分不透過性の薄いフィルム１３
５から製造される。フィルム１３５は、積層シリコーン、シリコーンゴム、また
は、シリコーンを膜層１３７として用いかつ多孔質支持層１３８を有する類似の
タイプの材料であってよい。支持層１３８は、ポリエチレンを基材とした材料、
例えば、ジョージア州フェアバーンのポレックス(Porex)・コーポレーションの
商標ポレックスの下で入手可能な材料であってもよい。かかる材料は、全方向連
続気泡気孔の網状組織を含む。他の好適な支持層１３８は、高密度ポリエチレン
（ＨＤＰＥ）；超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ）；ポリプロピレン（ＰＰ）
；ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）；ポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ
）；ナイロン６（Ｎ６）；ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）；またはエチルビニ
ルアセテート（ＥＶＡ）から製造され得る。支持層１３８は膜層１３７よりもほ
ぼ３０％厚い。
【００２０】 フィルム１３５は、セルスタック１１０内の電気化学反応を維持するためにフ
ィルム１３５を通して十分に酸素拡散をさせるように実質的に十分に薄くなけれ
ばならない。フィルム１３５は、また、水がフィルムを通って浸透することを防
止し、かつ、電解質がセルスタック１１０から漏出してバッテリ１００の外部と
接触する可能性をなくすように実質的に水不透過性であるべきである。例えば、
シリコーンゴムフィルム１３５を用いる場合には、フィルム１３５は約０．５ミ
ル〜５ミルの厚さを有し得る。シェル１３０の表面積およびバッテリ１００のド
レイン率に応じて、かかるフィルム１３５は、バッテリ１００に負荷がかけられ
たときに１日あたり約１，０００〜１０，０００立方センチメータの酸素をフィ
ルム１３５を通して拡散させ得る。
【００２１】 セルスタック１１０はシェル１３０内に配置されている。セルスタック１１０
およびエアムーバ１２０は、ストラット１６０または類似の構造体によりシェル
１３０に取り付けられ得る。図３および４に示した実施形態において、６個の金
属-空気セル１７０がセルスタック１１０内に配置されている。１以上の空気電
極、１以上の金属電極および電解質を有する任意の慣用タイプの金属-空気セル
１７０を用いることができる。金属-空気セル１７０は、３つの組に、すなわち
、上側の組１８０、真中の組１９０および下側の組２００に配置され得る。上側
の組１８０と真中の組１９０の間に上側分離層２１０が配置されている。真中の
組１９０と下側の組２００の間に下側分離層２２０が配置されている。分離層２
１０，２２０は実質的に硬質の、空気不透過性の材料から製造され、または、単
純に金属-空気セル１７０の外側ケーシング上の複数の突出部であってもよい。
【００２２】 金属-空気セルの組１８０，１９０，２００の各々の内部にエアプレナム２３
０が配置されている。エアプレナム２３０は、１以上の隔離通路２３５を介して
、反応空気をそれぞれの金属-空気セル１７０にもたらす。図５は、エアプレナ
ム２３０の設計を単純化して示す。空気は空気入口２４０からエアプレナム２３
０に入り、バリア２５０の周囲を通り、次いで空気出口２６０から出ていく。こ
の通路２３５（空気入口２４０および空気出口２６０）は本質的に矩形であり、
より正確には、セルスタック１１０の壁部内の「ギャップ」として定義され得る
。通路２３５およびエアムーバ１２０は、周囲空気が空気入口２４０からセル１
７０の酸素電極に向かって流入し、かつ、酸素が消耗された空気が酸素電極から
離れて空気出口２６０を通って排出するように配置される。さらに、第１グルー
プの通路２３５は共に入口として機能し、第２グループの通路２３５は共に出口
として機能し得る。
【００２３】 ここでは１つの空気入口２４０と１つの空気出口２６０が示されているが、単
一の通路２３５を往復動エアムーバ１２０と共に用いてもよいことが理解される
。別の方法においては、周囲空気が通路２３５を通って酸素電極に向かって流れ
、次いで酸素が少なくとも部分的に消耗された空気が酸素電極から離れて通路２
３５を通って流れる。さらに、複数の通路２３５を、それらの通路２３５が入口
として一斉に機能し、その後出口として一斉に機能するように全体として交互に
用いてもよい。１以上の通路２３５を通る往復動空気流により空気が酸素電極に
供給される場合には、エアムーバ１２０が酸素電極付近の空気の少なくとも幾ら
かを混合させることが好ましい。この混合は、比較的均一な酸素分布に電極が露
出されることを保証する。
【００２４】 本願の隔離通路２３５は、（ｉ）負荷に電力を供給するための出力電流を金属
-空気セル１７０が供給するように、エアムーバ１２０の作動中に十分な空気流
を通路２３５に通すため、また、（ii）酸素電極が少なくとも部分的に周囲空気
から隔離されるように、通路２３５が封止されずかつエアムーバ１２０が作動し
ていないときに通路２３５を通る空気の流れおよび拡散を制限するように、寸法
付けられる。隔離通路２３５は、内部の水蒸気がセルの酸素電極を保護するよう
に一定の湿度レベルを維持する。各隔離通路２３５は、周囲空気と酸素電極との
間に開放連絡通路を少なくとも部分的に形成しつつ隔離機能をもたらす。それゆ
え、隔離通路２３５は、隔離通路２３５を封止するための慣用的なエアドア又は
ドア等を必要とせずに隔離機能をもたらす。これらの隔離通路２３５は、金属-
空気セル１７０の効率、パワーおよび寿命を保持する。
【００２５】 隔離通路２３５は、エアムーバ１２０が作動していないときに空気の流れおよ
び拡散を実質的に制限するが、幾つかのシステムにおいては、隔離通路２３５を
通しての限られた量の拡散を可能にすることが望ましい。例えば、隔離通路は、
二次または蓄金属-空気セルにおいて、酸素を酸素電極から周囲環境へ拡散させ
得る。別の例として、少なくとも限られた量の酸素を、周囲空気から隔離通路２
３５を通して酸素電極へ拡散させ得る。この限られた量の拡散が、電流需要が低
いまたは無の状態から出力電流が最大の状態に金属-空気セル１７０が移行する
ときに生じ得るいずれの遅れも最小にするように、一定の「開放セル電圧」を維
持する。
【００２６】 隔離通路２３５は、十分な出力電流、典型的には少なくとも５０ミリアンペア
、好ましくは少なくとも１３０ミリアンペアの出力電流を金属-空気セル１７０
から得ることができるように、エアムーバが作動している間に十分な量の空気流
が隔離通路２３５を通って流れることを可能にするように構成および配置される
ことが好ましい。さらに、隔離通路２３５は、エアムーバ１２０が作動していな
いときの漏洩電流すなわちドレイン電流が出力電流よりも約５０倍以上小さいよ
うに、隔離通路２３５を通る空気流および拡散を制限するように構成されること
が好ましい。さらに、隔離通路２３５は、好ましくは５０対１よりも大きい「隔
離率」をもたらすように構成される。
【００２７】 さらに詳細には、隔離通路２３５は、各々、そこを貫通する流れの方向に対し
てほぼ垂直な幅２６２および高さ２６３と、貫通する流れの方向に対してほぼ平
行な長さ２６４とを有することが好ましい。これらの寸法は、エアムーバ１２０
が隔離通路２３５に空気流を強制的に通さないとき、隔離通路２３５を通る空気
流および拡散を実質的に除去するように選択される。長さ２６４は、好ましくは
、幅２６２および高さ２６３よりも長く、さらに好ましくは、長さ２６４は、幅
２６２および高さ２６３の約２倍よりも長い。より大きい比率を用いることが好
ましい。金属-空気セル１７０の性質および通路２３５の設計に応じて、比率は
約１０対１より大きくてもよい。特定の用途のための好ましい寸法は、通路およ
びプレナムの幾何学的形状、用いられる特定のエアムーバ、ならびに、所望のレ
ベルにてセルを作動するのに必要な空気の容積に関係するであろう。
【００２８】 図３ないし６の例において、各金属-空気セル１７０は、約３．２インチの長
さ、約１．６インチの幅および約０．２５インチの高さを有する。同様に、３つ
のエアプレナム２３０の各々も、約３．２インチの長さおよび約３．２インチの
幅を有することになる。エアプレナム２３０の高さは約０．０４インチとなろう
。隔離通路２３５は、各々、約０．２インチの長さ２６４、約０．０４インチの
高さ２６３、および、約０．１インチの幅２６２を有し得る。したがって、本発
明の実施形態の矩形構造において、長さ２６４の、幅２６２と高さ２６３に対す
る比率は約２対１である。
【００２９】 隔離通路２３５は必ずしも矩形でなくてよい。なぜなら、所望の隔離をもたら
す断面形状であればいずれの形状も適するからである。例えば、隔離通路２３５
は管状でもよく、この場合、隔離通路２３５は約０．０４インチの直径および約
０．２インチの長さを有するものであってもよい。隔離通路２３５は、また、隔
離通路２３５の少なくとも一部が望ましい隔離をもたらすように作動するのであ
れば、長さに沿って均一である必要はない。さらに、隔離通路２３５は、長さ２
６４に沿って真っ直ぐでも湾曲していてもよい。実際、隔離通路２３５は、空気
および水蒸気を、それらが周囲空気から空気電極へ移動するときに、十分に制限
された通路を進ませさえすればよい。他の隔離通路およびシステムの例は、米国
特許第５，６９１，０７４号および米国特許出願第０８／５５６，６１３号に開
示されている。これら各々の文献の開示は全て参照としてここに取り込まれる。
【００３０】 エアムーバ１２０の作動に応じて空気流を通過させるための隔離通路２３５の
好ましい容量は、金属-空気セル１７０の望ましい容量によって決まる。複数の
通路の集合空気流量が好ましい総空気流量と等しくなるように、任意の個数の隔
離通路２３５を用いることができる。当業者は、エアムーバ１２０により発生さ
れる圧力差が増大した場合には、隔離通路２３５の長さ２６４を長くし、および
／または断面積を小さくし得ることを理解するであろう。エアムーバ１２０によ
り発生される圧力差と隔離通路２３５の寸法との釣合を見つけることができ、こ
の釣合で、エアムーバ１２０が空気を隔離通路２３５内に強制的に通さないとき
、隔離通路２３５を通る空気流および拡散が十分に低減されるであろう。このよ
うに、本発明は、適切な隔離率を有し、空気通路２３５が遮断されまたは覆われ
てもそれに関係なく任意の配置方向において作動することができるバッテリ１０
０を得る。むしろ、空気はいずれの方向からもシェル１３０を浸透することがで
きる。
【００３１】 図７は別のエアプレナムの設計を示す。この設計において、エアプレナム２７
０は、一連のギャップ２９０をその内部に有するバリケード２８０を有する。ギ
ャップ２９０は空気を通過させ、また、気体がエアプレナム２７０内で混合する
ことを促進する。本発明のセルスタック１１０には、任意の慣用の内部エアプレ
ナムの設計を用いることができる。
【００３２】 図８は本発明の別の実施形態を示す。この図は、変型シェル３１０を有する金
属-空気バッテリ３００を示す。この実施形態において、シェル３１０は、実質
的に硬質のフレーム３２０および複数のフィルムパネル３３０を含む。硬質のフ
レーム３２０は、実質的に硬質で非導電性の任意のポリマーまたは類似の材料か
ら製造され得る。フィルムパネル３３０は先に述べたフィルム１３５の材料と同
一の材料から製造される。パネル３３０は、ヒートシール、ホットメルト接着ま
たは類似の接着手段により硬質のフレームに連結されている。硬質のフレーム３
２０は任意の慣用の形状をなし得る。唯一の必要条件は、パネル３３０が十分な
酸素を通過させるために十分な寸法を有さなければならないことである。
【００３３】 図９は本発明のさらなる実施形態であり、変型シェル４００を示す。変型シェ
ル４００は、複数の空気穴４２０を有する硬質のケース４１０を有する。硬質の
ケース４１０は、実質的に硬質の任意の非導電性ポリマーまたは類似の材料から
製造され得る。空気穴４２０は、十分な空気流を通過させるための任意の寸法ま
たは個数であり得る。そして、ケーシング４１０および空気穴４２０は、先に記
載した薄いフィルム１３５または膜層１３７と類似したシリコーン膜４３０によ
り順次覆われている。膜４３０はケーシング４１０のいずれの側にも配置され得
る。膜４３０は、慣用の手段により固定するように取り付けられ、またはケーシ
ング４１０上に真空成形され得る。
【００３４】 図１０および１１は、本発明の別の実施形態を示す。これらの図は、複数の「
開放」エアプレナム３６０を有する変型セルスタック３５０を示す。先に記載し
たエアプレナム２３０，２７０と比較して、この実施形態において示される開放
エアプレナム３６０は、側壁、空気入口および空気出口を有さない。むしろ、開
放エアプレナム３６０は、複数の金属-空気セル１７０の間に配置された複数の
支柱３７０または他の支持構造体を有するだけである。しかし、エアプレナム３
６０の高さ（すなわち、空気流の方向に対して垂直な方向）はかなり低減される
。
【００３５】 この実施形態において、各エアプレナム３６０の高さは約０．０１インチにす
ぎない。このような非常に低い高さは、空気または水蒸気がこの狭いギャップ内
を移動してエアプレナム３６０を横切らなくてはならないため、幾分かの隔離機
能をもたらす。隔離機能は、エアプレナム３６０の外周上においてはそれほど効
果的ではないかもしれないが、エアプレナム３６０の内部は拡散から十分に保護
される。しかし、このように高さが低ければ、エアプレナム３６０内を横切って
通過する十分な空気流をもたらすために、より強力なファン１２０が必要であろ
う。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本願と共有される米国特許第５，６９１，０７４号に記載された拡散
通路を用いた金属-空気バッテリの一実施形態を示す。
【図２】 図２は、均一な矩形の外側シェルを有する本発明の金属-空気バッテリの斜視
図であり、図２Ａは、均一な円柱状の外側シェルを有する本発明の金属-空気バ
ッテリの斜視図である。
【図３】 図３は本発明の金属-空気バッテリの断面図であり、図３Ａは、膜層および支
持層を示すフィルムの断面図である。
【図４】 図４は、本発明のセルスタックの平面図である。
【図５】 図５は、本発明のエアプレナムの断面図である。
【図６】 図６は、本発明の隔離通路の斜視図である。
【図７】 図７は、別のエアプレナムの断面図である。
【図８】 図８は、別の外側シェルを有する本発明の金属-空気バッテリの斜視図である
。
【図９】 図９は、別の外側シェルを有する本発明の金属-空気バッテリの分解図である
。
【図１０】 図１０は、別の設計のエアプレナムを有する本発明の金属-空気バッテリの斜
視図である。
【図１１】 図１１は、本発明の別のエアプレナムの断面図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年８月２３日（２００１．８．２３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】 詳細には、本願の図１が、ペディチーニの特許において開示された金属-空気
バッテリの一実施形態を示す。金属-空気バッテリ１０は、ハウジング２０内に
取り囲まれた複数のセル１５を含む。ハウジング２０は、セル１５を周囲空気か
ら隔離するが、複数の通気孔２５は周囲空気から隔離しない。単一の空気入口開
口部３０および単一の出口開口部３５がここでは用いられている。循環ファン４
０が、ハウジング２０に対流空気流を出入りさせ、かつハウジング２０内でガス
を循環および混合させるために設けられている。図１に示した矢印４５は、反応
空気をセル１５に供給するための、気体のハウジング２０への典型的な出入りお
よびハウジング２０内部での循環を示す。ファン４０は空気を空気入口３０を通
してエアプレナム入口５５に流入させ、セル１５を横切らせ、エアプレナム出口
６５から排出させ、次いで、ハウジング２０内で再循環させるか、または空気出
口３５から排出させる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】 発明の詳細な説明 ここで図面をさらに詳細に参照する。図中、複数の図面において類似の番号は
類似の要素を示す。図２ないし４は、本発明の改良された金属-空気バッテリ１
００を示す。金属-空気バッテリ１００は、金属-空気セルスタック１１０および
エアムーバ１２０を含む。エアムーバ１２０は、慣用のファン、ベローまたは類
似のタイプの装置であってよい。この実施形態においては、約２８立法フィート
／分（７９２．８７リットル／分）の容量を有する標準的なファンを用い得る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】 フィルム１３５は、セルスタック１１０内の電気化学反応を維持するためにフ
ィルム１３５を通して十分に酸素拡散をさせるように実質的に十分に薄くなけれ
ばならない。フィルム１３５は、また、水がフィルムを通って浸透することを防
止し、かつ、電解質がセルスタック１１０から漏出してバッテリ１００の外部と
接触する可能性をなくすように実質的に水不透過性であるべきである。例えば、
シリコーンゴムフィルム１３５を用いる場合には、フィルム１３５は約０．５ミ
ル〜５ミル(０．１２７ミリメートル〜１．２７ミリメートル)の厚さを有し得る
。シェル１３０の表面積およびバッテリ１００のドレイン率に応じて、かかるフ
ィルム１３５は、バッテリ１００に負荷がかけられたときに１日あたり約１，０
００〜１０，０００立方センチメートルの酸素をフィルム１３５を通して拡散さ
せ得る。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】 図３ないし６の例において、各金属-空気セル１７０は、約３．２インチ(８１
．２８ミリメートル)の長さ、約１．６インチ(４０．６４ミリメートル)の幅お
よび約０．２５インチ（６．３５ミリメートル）の高さを有する。同様に、３つ
のエアプレナム２３０の各々も、約３．２インチ(８１．２８ミリメートル)の長
さおよび約３．２インチ(８１．２８ミリメートル)の幅を有することになる。エ
アプレナム２３０の高さは約０．０４インチ(１．０１６ミリメートル)となろう
。隔離通路２３５は、各々、約０．２インチ（５．０８ミリメートル）の長さ２
６４、約０．０４インチ(１．０１６ミリメートル)の高さ２６３、および、約０
．１インチ(２．５４ミリメートル)の幅２６２を有し得る。したがって、本発明
の実施形態の矩形構造において、長さ２６４の、幅２６２と高さ２６３に対する
比率は約２対１である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】 隔離通路２３５は必ずしも矩形でなくてよい。なぜなら、所望の隔離をもたら
す断面形状であればいずれの形状も適するからである。例えば、隔離通路２３５
は管状でもよく、この場合、隔離通路２３５は約０．０４インチ(１．０１６ミ
リメートル)の直径および約０．２インチ（５．０８ミリメートル）の長さを有
するものであってもよい。隔離通路２３５は、また、隔離通路２３５の少なくと
も一部が望ましい隔離をもたらすように作動するのであれば、長さに沿って均一
である必要はない。さらに、隔離通路２３５は、長さ２６４に沿って真っ直ぐで
も湾曲していてもよい。実際、隔離通路２３５は、空気および水蒸気を、それら
が周囲空気から空気電極へ移動するときに、十分に制限された通路を進ませさえ
すればよい。他の隔離通路およびシステムの例は、米国特許第５，６９１，０７
４号および米国特許出願第０８／５５６，６１３号に開示されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】 この実施形態において、各エアプレナム３６０の高さは約０．０１インチ(０
．２５４ミリメートル)にすぎない。このような非常に低い高さは、空気または
水蒸気がこの狭いギャップ内を移動してエアプレナム３６０を横切らなくてはな
らないため、幾分かの隔離機能をもたらす。隔離機能は、エアプレナム３６０の
外周上においてはそれほど効果的ではないかもしれないが、エアプレナム３６０
の内部は拡散から十分に保護される。しかし、このように高さが低ければ、エア
プレナム３６０内を横切って通過する十分な空気流をもたらすために、より強力
なファン１２０が必要であろう。

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 改良された金属-空気バッテリであって、 実質的に均一なシェルと、 前記シェル内に配置された金属-空気セルスタックとからなり、 前記金属-空気セルスタックが隔離通路を含む金属-空気バッテリ。
  2. 【請求項２】 前記セルスタックに隣接して配置されたエアムーバをさらに
    含む請求項１に記載の金属-空気バッテリ。
  3. 【請求項３】 前記実質的に均一なシェル内に配置されたエアムーバをさら
    に含む請求項１に記載の金属-空気バッテリ。
  4. 【請求項４】 前記実質的に均一なシェルが、実質的に空気透過性で水分不
    透過性の材料からなる請求項１に記載の金属-空気バッテリ。
  5. 【請求項５】 前記実質的に均一なシェルが薄いフィルムからなる請求項１
    に記載の金属-空気バッテリ。
  6. 【請求項６】 前記実質的に均一なシェルがシリコンを基材とした材料から
    なる請求項１に記載の金属-空気バッテリ。
  7. 【請求項７】 前記実質的に均一なシェルが、ポリエチレンを基材とした材
    料からなる請求項１に記載の金属-空気バッテリ。
  8. 【請求項８】 前記実質的に均一なシェルが硬質のフレームからなる請求項
    １に記載の金属-空気バッテリ。
  9. 【請求項９】 前記実質的に均一なシェルが複数のフィルムパネルからなる
    請求項１に記載の金属-空気バッテリ。
  10. 【請求項１０】 前記実質的に均一なシェルがケーシングからなる請求項１
    に記載の金属-空気バッテリ。
  11. 【請求項１１】 前記ケーシングが複数の空気穴からなる請求項１０に記載
    の金属-空気バッテリ。
  12. 【請求項１２】 前記実質的に均一なシェルがシリコン膜からなる請求項１
    １に記載の金属-空気バッテリ。
  13. 【請求項１３】 前記セルスタックが複数の金属-空気セルからなる請求項
    １に記載の金属-空気バッテリ。
  14. 【請求項１４】 前記セルスタックがエアプレナムからなる請求項１に記載
    の金属-空気バッテリ。
  15. 【請求項１５】 前記エアプレナムがほぼＵ字状の空気通路からなる請求項
    １４に記載の金属-空気バッテリ。
  16. 【請求項１６】 前記エアプレナムが複数のギャップを内部に有するバリケ
    ードからなる請求項１４に記載の金属-空気バッテリ。
  17. 【請求項１７】 前記エアプレナムが複数の支柱からなる前記請求項１４に
    記載の金属-空気バッテリ。
  18. 【請求項１８】 前記セルスタックが１組の金属-空気セルからなり、前記
    エアプレナムが金属-空気セルの前記組の間に配置された請求項１４に記載の金
    属-空気バッテリ。
  19. 【請求項１９】 前記エアプレナムが金属-空気セルの前記組の間の開放領
    域からなる請求項１８に記載の金属-空気バッテリ。
  20. 【請求項２０】 前記隔離通路が複数の隔離通路からなる請求項１に記載の
    金属-空気バッテリ。
  21. 【請求項２１】 前記隔離通路が空気入口および空気出口からなる請求項１
    に記載の金属-空気バッテリ。
  22. 【請求項２２】 前記隔離通路が、前記セルスタックに流入する空気流と平
    行な方向における第１の寸法と、前記セルスタックに流入する空気流に対して垂
    直な方向における第２の寸法とからなる請求項１に記載の金属-空気バッテリ。
  23. 【請求項２３】 前記第１の寸法が前記第２の寸法よりも大きい請求項２２
    に記載の金属-空気バッテリ。
  24. 【請求項２４】 前記第１の寸法が前記第２の寸法の２倍よりも大きい請求
    項２３に記載の金属-空気バッテリ。
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