JP2002533879A - 円筒形周囲空気カソードを備えた円筒形金属−空気バッテリ - Google Patents
円筒形周囲空気カソードを備えた円筒形金属−空気バッテリInfo
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
- H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
- H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
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- H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
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- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
- H01M50/107—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
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Abstract
(57)【要約】
金属−空気電池は、円筒形のハウジング、ハウジングの内表面に隣接して軸方向に延びる円筒形の空気カソード、および酸素電極とハウジングの内部表面の間に形成される複数の細長いプレナムを備えている。隔離通路が周囲環境と各プレナムとの間に配置され、空気流動装置が隔離通路を通して少なくとも一つのプレナムに空気を強制的に流すよう操作できる。空気流動装置はブロワのハウジングに集積された回路によって制御されるマイクロマシンブロワである。
Description
【０００１】 関連する出願 全てここに参照として取り込まれる、関連する主題の以下の特許出願は、本出
願と同時に提出されている。
願と同時に提出されている。
【０００２】 「ダイアフラムまたはベローを利用した金属−空気バッテリのエアマネージャ
システム(“AIR MANAGER SYSTEMS FOR METAL-AIR BATTERIES UTILIZING A DIAPH
RAGM OR BELLOWS”)」（アトーニードケット０１４４６−０８９０） 「可変容積囲いを利用した金属−空気バッテリのエアムーバ(“AIR MOVER FOR
A METAL-AIR BATTERY UTILIZING A VARIABLE VOLUME ENCLOSURE”)」（アトーニ
ードケット０１４４６−１１１０） 「内部ファンを備える拡散制御空気孔(“DIFFUSION CONTROLLED AIR VENT WITH
AN INTERIOR FAN”)」（アトーニードケット０１４４６−０９４０） 「金属−空気バッテリのための均一なシェル(“UNIFORM SHELL FOR A METAL-AI
R BATTERY”)」（アトーニードケット０１４４６−１１００） 「金属−空気電池のための負荷に反応するエアドア(“LOAD RESPONSIVE AIR DO
OR FOR A METAL-AIR CELL”)」（アトーニードケット０１４４６−１１３０） 「金属−空気バッテリのための幾何学形状変化拡散チューブ(“Geometry Chang
e Diffusion Tube For Metal-Air Batteries”)」（アトーニードケット０１４
４６−１０００） 「再封止可能な隔膜を使用した金属−空気バッテリのための空気制御システム(
“AIR-MANAGING SYSTEM FOR METAL-AIR BATTERY USING RESEALABLE SEPTUM”)」
（アトーニードケット０１４４６−１０７０） および 「金属−空気バッテリの可変容積プレナムを備えた空気供給システム(“AIR DE
LIVERY SYSTEM WITH VOLUME-CHANGEABLE PLENUM OF METAL-AIR BATTERY”)」（
アトーニードケット０１４４６−０９１０）
システム(“AIR MANAGER SYSTEMS FOR METAL-AIR BATTERIES UTILIZING A DIAPH
RAGM OR BELLOWS”)」（アトーニードケット０１４４６−０８９０） 「可変容積囲いを利用した金属−空気バッテリのエアムーバ(“AIR MOVER FOR
A METAL-AIR BATTERY UTILIZING A VARIABLE VOLUME ENCLOSURE”)」（アトーニ
ードケット０１４４６−１１１０） 「内部ファンを備える拡散制御空気孔(“DIFFUSION CONTROLLED AIR VENT WITH
AN INTERIOR FAN”)」（アトーニードケット０１４４６−０９４０） 「金属−空気バッテリのための均一なシェル(“UNIFORM SHELL FOR A METAL-AI
R BATTERY”)」（アトーニードケット０１４４６−１１００） 「金属−空気電池のための負荷に反応するエアドア(“LOAD RESPONSIVE AIR DO
OR FOR A METAL-AIR CELL”)」（アトーニードケット０１４４６−１１３０） 「金属−空気バッテリのための幾何学形状変化拡散チューブ(“Geometry Chang
e Diffusion Tube For Metal-Air Batteries”)」（アトーニードケット０１４
４６−１０００） 「再封止可能な隔膜を使用した金属−空気バッテリのための空気制御システム(
“AIR-MANAGING SYSTEM FOR METAL-AIR BATTERY USING RESEALABLE SEPTUM”)」
（アトーニードケット０１４４６−１０７０） および 「金属−空気バッテリの可変容積プレナムを備えた空気供給システム(“AIR DE
LIVERY SYSTEM WITH VOLUME-CHANGEABLE PLENUM OF METAL-AIR BATTERY”)」（
アトーニードケット０１４４６−０９１０）
【０００３】 技術分野 本発明は、反応ガスが能動的な空気流動装置によって供給されるタイプの金属
−空気バッテリに関し、さらに詳細には円筒形周囲空気カソードを有する円筒形
金属−空気電池に関する。
−空気バッテリに関し、さらに詳細には円筒形周囲空気カソードを有する円筒形
金属−空気電池に関する。
【０００４】 発明の背景 概略的に説明すると、亜鉛−空気電池などの金属−空気電池は、水性電解質に
より金属亜鉛アノードから隔てられた１つ以上の空気透過性カソードを用いる。
電池の作動中、周囲空気からの酸素が１つ以上のカソードで変換されて水酸化物
イオンを生成する。それから金属亜鉛アノードが水酸化物イオンによって酸化さ
れる。水および電子がこの電気化学的反応で電力を供給するために放出される。
より金属亜鉛アノードから隔てられた１つ以上の空気透過性カソードを用いる。
電池の作動中、周囲空気からの酸素が１つ以上のカソードで変換されて水酸化物
イオンを生成する。それから金属亜鉛アノードが水酸化物イオンによって酸化さ
れる。水および電子がこの電気化学的反応で電力を供給するために放出される。
【０００５】 当初、金属−空気電池は、低いレベルの電力しか必要としない補聴器などの装
置に限定して商用として使用されていた。これらの電池においては、外部の相対
湿度と電池内の水蒸気圧力の一般的な差による浸水または乾燥を生ずることなく
電池がある程度の時間作動できるように空気カソードに空気を入れる空気開口を
小さくしている。しかしながら、このような電池の出力はカムコーダ、携帯電話
、またはラップトップコンピュータなどの装置を操作するには低過ぎた。さらに
典型的な「ボタン電池」の空気開口部を広げることは、浸水または乾燥による早
期の故障を招くので実用的ではなかった。
置に限定して商用として使用されていた。これらの電池においては、外部の相対
湿度と電池内の水蒸気圧力の一般的な差による浸水または乾燥を生ずることなく
電池がある程度の時間作動できるように空気カソードに空気を入れる空気開口を
小さくしている。しかしながら、このような電池の出力はカムコーダ、携帯電話
、またはラップトップコンピュータなどの装置を操作するには低過ぎた。さらに
典型的な「ボタン電池」の空気開口部を広げることは、浸水または乾燥による早
期の故障を招くので実用的ではなかった。
【０００６】 カムコーダ、携帯電話、またはラップトップコンピュータなどの装置を操作で
きるように金属−空気電池の出力を増大させるため、一つ以上の金属−空気電池
の空気カソードに反応空気流を供給し、出力を必要としないときは電池を周囲空
気および湿気から隔離する観点から、エアマネージャが開発された。従来の電気
化学的電源と比較すると、エアマネージャを有する金属−空気電池は、比較的軽
量で比較的高い出力および長い寿命を提供する。これらの利点の一部は、金属空
気電池が、金属または金属成分のような重い材料とは対照的に、電気化学的な作
用の反応物質として周囲空気からの酸素を利用するという事実に起因する。エア
マネージャの例は、アメリカ特許第４，９１３，９８３号、第５，３５６，７２
９号および第５，６９１，０７４号に示されている。
きるように金属−空気電池の出力を増大させるため、一つ以上の金属−空気電池
の空気カソードに反応空気流を供給し、出力を必要としないときは電池を周囲空
気および湿気から隔離する観点から、エアマネージャが開発された。従来の電気
化学的電源と比較すると、エアマネージャを有する金属−空気電池は、比較的軽
量で比較的高い出力および長い寿命を提供する。これらの利点の一部は、金属空
気電池が、金属または金属成分のような重い材料とは対照的に、電気化学的な作
用の反応物質として周囲空気からの酸素を利用するという事実に起因する。エア
マネージャの例は、アメリカ特許第４，９１３，９８３号、第５，３５６，７２
９号および第５，６９１，０７４号に示されている。
【０００７】 標準の“Ｄ”または“ＡＡ”の円筒形アルカリ電池の形状に適合する金属−空
気電池を設計するための試みがなされている。エアマネージャを持たない円筒形
バッテリは、アメリカ特許第３，６９７，３２６号およびヨーロッパ公開出願第
１，４５９，１３５号に示されている。これらの設計が成功していないのは、恐
らく、電池に浸水または乾燥を生じさせるような大きな空気開口を設けずに、従
来の標準寸法の円筒形電池によって一般的に操作される装置に対して十分に高い
出力を発生させることができないためと思われる。
気電池を設計するための試みがなされている。エアマネージャを持たない円筒形
バッテリは、アメリカ特許第３，６９７，３２６号およびヨーロッパ公開出願第
１，４５９，１３５号に示されている。これらの設計が成功していないのは、恐
らく、電池に浸水または乾燥を生じさせるような大きな空気開口を設けずに、従
来の標準寸法の円筒形電池によって一般的に操作される装置に対して十分に高い
出力を発生させることができないためと思われる。
【０００８】 従って、本技術分野で、装置のバッテリ室に個別にまたはグループで挿入し、
電気装置を操作するのに十分なレベルの出力を供給できる標準寸法の円筒形金属
−空気電池に対する必要性がある。このような電池はまた、装置に挿入され長期
の不使用の期間中注意されずに置かれたときに浸水または乾燥のないものでなけ
ればならない。
電気装置を操作するのに十分なレベルの出力を供給できる標準寸法の円筒形金属
−空気電池に対する必要性がある。このような電池はまた、装置に挿入され長期
の不使用の期間中注意されずに置かれたときに浸水または乾燥のないものでなけ
ればならない。
【０００９】 発明の概要 本発明は、高いレベルの出力を供給でき、電気装置に挿入して浸水または乾燥
なしに長期の不使用期間中注意せずに置いておくことのできる、円筒形金属−空
気電池を提供することを目指したものである。
なしに長期の不使用期間中注意せずに置いておくことのできる、円筒形金属−空
気電池を提供することを目指したものである。
【００１０】 この目的は、ほぼ円筒形のハウジングと、ハウジングの内表面に隣接して軸方
向に延びるほぼ円筒形の酸素電極と、酸素電極とハウジングの内表面の間に形成
される複数の細長いプレナムと、周囲環境と各プレナムの間に配置された隔離通
路と、オンになっているときに隔離通路を通って少なくとも一つのプレナムに強
制的に空気を流すよう操作可能な空気流動装置とを有する円筒形金属−空気電池
によって、本発明により達成される。隔離通路は、封止されずに、空気流動装置
が空気を隔離通路を通って強制的に流さないとき電池を周囲環境から保護するよ
うに作動できる。
向に延びるほぼ円筒形の酸素電極と、酸素電極とハウジングの内表面の間に形成
される複数の細長いプレナムと、周囲環境と各プレナムの間に配置された隔離通
路と、オンになっているときに隔離通路を通って少なくとも一つのプレナムに強
制的に空気を流すよう操作可能な空気流動装置とを有する円筒形金属−空気電池
によって、本発明により達成される。隔離通路は、封止されずに、空気流動装置
が空気を隔離通路を通って強制的に流さないとき電池を周囲環境から保護するよ
うに作動できる。
【００１１】 本発明の一つの実施態様において、軸状のプレナムは、好ましくは導電性で炭
素を含有する材料である電極材料の形状によって形成される。この実施態様では
ハウジングまたはケースは平滑な円筒形である。別の実施態様では、ハウジング
は多数の軸状プレナムを形成し、電極材料の外表面は平滑な円筒形である。いず
れの実施態様においても、ハウジングは導電性であってよく、電極の炭素材料は
電極の電流収集を行なうためハウジングと接触してよい。
素を含有する材料である電極材料の形状によって形成される。この実施態様では
ハウジングまたはケースは平滑な円筒形である。別の実施態様では、ハウジング
は多数の軸状プレナムを形成し、電極材料の外表面は平滑な円筒形である。いず
れの実施態様においても、ハウジングは導電性であってよく、電極の炭素材料は
電極の電流収集を行なうためハウジングと接触してよい。
【００１２】 隔離通路がハウジングの端部を封止する端部部品内に形成されることが好まし
い。空気流動装置はミニチュアファン、マイクロマシンファンまたはダイアフラ
ムエアポンプなどの空気を流動させるのに適した任意の装置であってよい。本発
明の別の実施態様においては、隔離通路がハウジングの一端部だけに設けられ、
空気がその端部から一組の軸状プレナムに沿って電池に沿った一方向に流れ、他
の組の軸状プレナムに沿って反対の方向に戻るように、空気の通路が形成されて
もよい。また、空気は同じ隔離通路を通ってプレナムに強制的に供給され排出さ
れてもよい。
い。空気流動装置はミニチュアファン、マイクロマシンファンまたはダイアフラ
ムエアポンプなどの空気を流動させるのに適した任意の装置であってよい。本発
明の別の実施態様においては、隔離通路がハウジングの一端部だけに設けられ、
空気がその端部から一組の軸状プレナムに沿って電池に沿った一方向に流れ、他
の組の軸状プレナムに沿って反対の方向に戻るように、空気の通路が形成されて
もよい。また、空気は同じ隔離通路を通ってプレナムに強制的に供給され排出さ
れてもよい。
【００１３】 本発明の実施態様による電池は、個別に用いられるか、バッテリパックとして
組み合わされるか、電池が直列または並列に接続される従来の電気装置のバッテ
リ室にグループで取り付けられる。標準の“Ｄ”寸法の各電池は、電池が供給で
きる動力の１０パーセント以下を消費するマイクロマシンのブロワを使用して毎
分７５ｃｃ以上の空気を移動させ、少なくとも約１．２５ワットの電力を発生す
ることができる。標準の“ＡＡ”寸法の各電池は、電池が供給できる動力の１０
パーセント以下を消費するマイクロマシンのファンを使用して毎分３０ｃｃ以上
の空気を移動させ、少なくとも約０．５ワットの電力を発生することができる。
本発明の実施態様によって、標準の“Ｄ”寸法で、電池が供給できる動力の１０
パーセント以下を消費するマイクロマシンのブロワを使用して毎分１５０ｃｃ以
上の空気を移動させ、２．５ワット以上の電力を発生し、標準の“ＡＡ”寸法で
、電池が供給できる動力の１０パーセント以下を消費するマイクロマシンのファ
ンを使用して毎分６０ｃｃ以上の空気を移動させ、１．０ワット以上の電力を発
生する電池を製作することが可能である。
組み合わされるか、電池が直列または並列に接続される従来の電気装置のバッテ
リ室にグループで取り付けられる。標準の“Ｄ”寸法の各電池は、電池が供給で
きる動力の１０パーセント以下を消費するマイクロマシンのブロワを使用して毎
分７５ｃｃ以上の空気を移動させ、少なくとも約１．２５ワットの電力を発生す
ることができる。標準の“ＡＡ”寸法の各電池は、電池が供給できる動力の１０
パーセント以下を消費するマイクロマシンのファンを使用して毎分３０ｃｃ以上
の空気を移動させ、少なくとも約０．５ワットの電力を発生することができる。
本発明の実施態様によって、標準の“Ｄ”寸法で、電池が供給できる動力の１０
パーセント以下を消費するマイクロマシンのブロワを使用して毎分１５０ｃｃ以
上の空気を移動させ、２．５ワット以上の電力を発生し、標準の“ＡＡ”寸法で
、電池が供給できる動力の１０パーセント以下を消費するマイクロマシンのファ
ンを使用して毎分６０ｃｃ以上の空気を移動させ、１．０ワット以上の電力を発
生する電池を製作することが可能である。
【００１４】 本発明のその他の目的、特長および利点は、本発明の好ましい実施態様につい
ての以下の詳細な説明を、図面および添付する請求項とともに検討することによ
って明らかとなる。
ての以下の詳細な説明を、図面および添付する請求項とともに検討することによ
って明らかとなる。
【００１５】 詳細な説明 次に、いくつかの図面を通して同様の数字が同様の部材を示す図面をより詳細
に参照すると、図１は本発明の実施態様による円筒形金属−空気電池１０を示す
。電池１０は、標準の“Ｄ”又は“ＡＡ”寸法などの任意の所望の寸法にその構
成部材を適合させて製作可能である。
に参照すると、図１は本発明の実施態様による円筒形金属−空気電池１０を示す
。電池１０は、標準の“Ｄ”又は“ＡＡ”寸法などの任意の所望の寸法にその構
成部材を適合させて製作可能である。
【００１６】 図１ないし図５に示されるように、電池１０は他の種類の電池、例えばアルカ
リ電池用に開発されたものと同様な容器を形成するために導電性金属から深絞り
したケースまたはハウジング１２内に作られる。ほぼ円筒形のハウジング１２の
成形時に、互いに離間した軸方向に延びる複数の凹部５０がハウジングの円筒形
壁１３に形成される。凹部５０は電池１０の先端から下がった位置から始まり、
円筒形壁の残りの全長に延びることが好ましい。突起１４がカソード端子として
作動するために電池の底に形成される。
リ電池用に開発されたものと同様な容器を形成するために導電性金属から深絞り
したケースまたはハウジング１２内に作られる。ほぼ円筒形のハウジング１２の
成形時に、互いに離間した軸方向に延びる複数の凹部５０がハウジングの円筒形
壁１３に形成される。凹部５０は電池１０の先端から下がった位置から始まり、
円筒形壁の残りの全長に延びることが好ましい。突起１４がカソード端子として
作動するために電池の底に形成される。
【００１７】 中空の円筒形の空気カソード１８は、カソードの最上部がほぼ凹部５０の始ま
りの少し上となるように電池１０の長さの中間部に取り付けられる。カソードは
穴あけ（ドリルアウト）された炭素を含有する棒体か、押し出し成形された円筒
で作られる。カソードの成分は、酸素還元を促進するための触媒材料と、機械的
強度を与えるためにテフロンまたはポリアミド系の重合体またはその他の適切な
重合体結合剤などの結合剤とともに処理したカーボンブラック、活性炭又はグラ
ファイト系炭素のような導電性炭素を使用することが好ましい。カソードの外面
は、液体の進入は防止するが酸素の炭素触媒混合物へのアクセスを可能にするた
め微細孔テフロンなどの疎水性材料で被覆することができる。適切なカソード成
分は、１９９８年１０月２３日に提出された「一次金属−空気電源およびその通
風システム（“Primary Metal-Air Power Source and Ventilation System for
the Same”）」というタイトルの係属中のアメリカ特許出願第 号に
記載されており、参照としてここに取り込まれる。
りの少し上となるように電池１０の長さの中間部に取り付けられる。カソードは
穴あけ（ドリルアウト）された炭素を含有する棒体か、押し出し成形された円筒
で作られる。カソードの成分は、酸素還元を促進するための触媒材料と、機械的
強度を与えるためにテフロンまたはポリアミド系の重合体またはその他の適切な
重合体結合剤などの結合剤とともに処理したカーボンブラック、活性炭又はグラ
ファイト系炭素のような導電性炭素を使用することが好ましい。カソードの外面
は、液体の進入は防止するが酸素の炭素触媒混合物へのアクセスを可能にするた
め微細孔テフロンなどの疎水性材料で被覆することができる。適切なカソード成
分は、１９９８年１０月２３日に提出された「一次金属−空気電源およびその通
風システム（“Primary Metal-Air Power Source and Ventilation System for
the Same”）」というタイトルの係属中のアメリカ特許出願第 号に
記載されており、参照としてここに取り込まれる。
【００１８】 セパレータ（図示されない水和性の微細孔ポリプロピレンシート）が中空のカ
ソードの内面を被覆し、その内部を既知の方法で好ましくは水酸化カリウムのよ
うな電解質溶液でゲル化した亜鉛粉末のアノード材料で充填する。１対の非導電
性の板（図示せず）が、アノード材料をカソードの中心内に保持する。図４に示
すように、カソード１８はハウジング１２内に取り付けられ、ハウジング１２の
凹部５０の間の領域に複数のカソードプレナム２０を形成する。プレナム２０は
カソード１８の長さに沿って軸方向に延び、カソードの外側円筒形表面の回りに
離間して配置される。
ソードの内面を被覆し、その内部を既知の方法で好ましくは水酸化カリウムのよ
うな電解質溶液でゲル化した亜鉛粉末のアノード材料で充填する。１対の非導電
性の板（図示せず）が、アノード材料をカソードの中心内に保持する。図４に示
すように、カソード１８はハウジング１２内に取り付けられ、ハウジング１２の
凹部５０の間の領域に複数のカソードプレナム２０を形成する。プレナム２０は
カソード１８の長さに沿って軸方向に延び、カソードの外側円筒形表面の回りに
離間して配置される。
【００１９】 導電性のハウジングは、ハウジング自体がカソード電流収集体となるよう、凹
部５０でカソード材料と電気的に接触していることが好ましい。それに加えて、
ハウジングの対向する側に位置する二つの凹部においてハウジング１２とカソー
ド１８の間に、銅箔の細長片５２を置くこともできる。電流の収集を補助するた
め、細長片５２をカソード端子１４に接続することも可能で、それによってプレ
ナム２０は２つのグループに分割され、以下に説明する仕方で分離された空気の
流路を形成し得る。希望ならば、凹部におけるハウジング材料をカソード材料か
ら離して置き、銅箔の細長片５２だけをカソードの電流収集体として残し、空気
はそれぞれのグループ内でプレナムの間を流通することができるが、好ましくは
２つのグループ間は流通しないようにすることもできる。この代替の構成は、高
い出力を得るため空気に触れるカソードの面積を増加させる。
部５０でカソード材料と電気的に接触していることが好ましい。それに加えて、
ハウジングの対向する側に位置する二つの凹部においてハウジング１２とカソー
ド１８の間に、銅箔の細長片５２を置くこともできる。電流の収集を補助するた
め、細長片５２をカソード端子１４に接続することも可能で、それによってプレ
ナム２０は２つのグループに分割され、以下に説明する仕方で分離された空気の
流路を形成し得る。希望ならば、凹部におけるハウジング材料をカソード材料か
ら離して置き、銅箔の細長片５２だけをカソードの電流収集体として残し、空気
はそれぞれのグループ内でプレナムの間を流通することができるが、好ましくは
２つのグループ間は流通しないようにすることもできる。この代替の構成は、高
い出力を得るため空気に触れるカソードの面積を増加させる。
【００２０】 電池１０の先端には、ハウジング１２の環状の波形を付けられた領域２０４を
使用して、従来の方法で電池１０の開放端を閉じる封止キャップ２０２が取り付
けられる。キャップはケース１２よりも直径が僅かに小さい中央突起２０５を形
成する。突起２０５はカソード１８とアノード材料１６を正しい位置に保持する
ため下方に延びている。アノード電流収集体のスパイク１７が、開口部２０３に
てキャップ２０２を貫通し、既知の方法でアノード材料の中心に沿って軸方向下
側に延びている。スパイク１７の上端はアノード端子を提供する。
使用して、従来の方法で電池１０の開放端を閉じる封止キャップ２０２が取り付
けられる。キャップはケース１２よりも直径が僅かに小さい中央突起２０５を形
成する。突起２０５はカソード１８とアノード材料１６を正しい位置に保持する
ため下方に延びている。アノード電流収集体のスパイク１７が、開口部２０３に
てキャップ２０２を貫通し、既知の方法でアノード材料の中心に沿って軸方向下
側に延びている。スパイク１７の上端はアノード端子を提供する。
【００２１】 キャップ２０２は、電池の最上部内にキャップ２０２がそのほかは封止されて
いるとき、封止されないままでいる複数の軸方向に延びる周囲隔離通路２０６を
形成する。通路２０６はキャップ材料で完全に取り囲まれた開口であってもよく
、または例えばハウジング１２の側壁内の開口になど、電池の内部を他の通り道
に沿って外部環境と連通してもよいことは理解されるべきである。
いるとき、封止されないままでいる複数の軸方向に延びる周囲隔離通路２０６を
形成する。通路２０６はキャップ材料で完全に取り囲まれた開口であってもよく
、または例えばハウジング１２の側壁内の開口になど、電池の内部を他の通り道
に沿って外部環境と連通してもよいことは理解されるべきである。
【００２２】 図２および５は電池ハウジング１２の底部内に取り付けられる保持体２２を示
す。保持体２２はカソード１８およびアノード１６をキャップ２０２に対して保
持する。保持体は非導電性の材料から形成され、中空の中心コア２３とカソード
１８の下でプレナム２０内へ延びるように配置される複数の突起２４を形成する
。突起は、図５Ａに示されるように、突起２４とハウジング１２の材料との間に
残される隔離通路２５を除いて、プレナム２０を完全に封止するように注意深く
形作られる。ハウジングの底にある対応する開口部２６は、空気が各隔離通路２
５に入るのを可能にする。
す。保持体２２はカソード１８およびアノード１６をキャップ２０２に対して保
持する。保持体は非導電性の材料から形成され、中空の中心コア２３とカソード
１８の下でプレナム２０内へ延びるように配置される複数の突起２４を形成する
。突起は、図５Ａに示されるように、突起２４とハウジング１２の材料との間に
残される隔離通路２５を除いて、プレナム２０を完全に封止するように注意深く
形作られる。ハウジングの底にある対応する開口部２６は、空気が各隔離通路２
５に入るのを可能にする。
【００２３】 保持体２２の中空のコア２３内に、空気流動装置３７が装着される。空気流動
装置は、例えばブロワやダイアフラム空気ポンプなどのいくつかのタイプの一つ
であってよい。図１ないし５の実施態様において、空気流動装置３７はプログラ
ムされたプロセッサおよびメモリを含む制御回路が搭載されたプリント基板（Ｐ
ＣＢ）４２を備えている。制御回路は、例えば電気的負荷センサを含み、電池に
加わる負荷の需要に基いて断続的に空気流動装置を作動してもよい。このような
作動は、１９９７年９月２４日に提出された同時係属中の出願番号第０８／９３
６，２０６号に記載されている。
装置は、例えばブロワやダイアフラム空気ポンプなどのいくつかのタイプの一つ
であってよい。図１ないし５の実施態様において、空気流動装置３７はプログラ
ムされたプロセッサおよびメモリを含む制御回路が搭載されたプリント基板（Ｐ
ＣＢ）４２を備えている。制御回路は、例えば電気的負荷センサを含み、電池に
加わる負荷の需要に基いて断続的に空気流動装置を作動してもよい。このような
作動は、１９９７年９月２４日に提出された同時係属中の出願番号第０８／９３
６，２０６号に記載されている。
【００２４】 空気流動装置はまた、ＰＣＢ４２の上側に取り付けられたコイル４４と、コイ
ル４４の中央開口内に収納されるように形作られた磁石４６とで構成される電磁
発振器を含む。磁石４６はダイアフラム４８が取り付けられるグリッド４７に取
り付けられ、これはアドバンスト・エラストマー・システムズから入手できるサ
ントプレン(Santoprene)（登録商標）熱可塑性ゴムのような熱可塑性エラストマ
ー（ＴＰＥ）を含む種々の弾性的な材料から作られるものであってよい。グリッ
ド４７およびダイアフラム４８はそれぞれ円形の中心部分を有し、ハウジング１
２の断面を埋めるためハウジング１２のプレナム２０へと半径方向に延びるタブ
４９および５１をそれぞれ形成する。ダイアフラム４８の周囲、即ち少なくとも
タブ４９は、グリッド５１に取り付けられていない。このようにしてダイアフラ
ム４８は、隔離通路２５とカソードのプレナム２０の間に位置され、適切に変化
する電流がコイル４４に供給されると磁石４６とともに往復運動する。図２に見
られる磁石が下側に動くと、ダイアフラムの周囲が板５１から離れ、空気が通路
２５から、グリッド４７の開口部、ダイアフラム４８の周囲を通ってダイアフラ
ムの上側に形成された空間内へと通過するのを可能にする。磁石が上側に動くと
、グリッド５１はダイアフラム全体を上側に動かし、ダイアフラムの上側の空気
を圧縮してプレナム２０内へと強制的に送入する。このようにしてダイアフラム
は空気を上方にカソードプレナム２０内へと送り込むよう作動する。ダイアフラ
ム４８はまた圧電発振器またはマイクロ継電器によって駆動することもできる。
ル４４の中央開口内に収納されるように形作られた磁石４６とで構成される電磁
発振器を含む。磁石４６はダイアフラム４８が取り付けられるグリッド４７に取
り付けられ、これはアドバンスト・エラストマー・システムズから入手できるサ
ントプレン(Santoprene)（登録商標）熱可塑性ゴムのような熱可塑性エラストマ
ー（ＴＰＥ）を含む種々の弾性的な材料から作られるものであってよい。グリッ
ド４７およびダイアフラム４８はそれぞれ円形の中心部分を有し、ハウジング１
２の断面を埋めるためハウジング１２のプレナム２０へと半径方向に延びるタブ
４９および５１をそれぞれ形成する。ダイアフラム４８の周囲、即ち少なくとも
タブ４９は、グリッド５１に取り付けられていない。このようにしてダイアフラ
ム４８は、隔離通路２５とカソードのプレナム２０の間に位置され、適切に変化
する電流がコイル４４に供給されると磁石４６とともに往復運動する。図２に見
られる磁石が下側に動くと、ダイアフラムの周囲が板５１から離れ、空気が通路
２５から、グリッド４７の開口部、ダイアフラム４８の周囲を通ってダイアフラ
ムの上側に形成された空間内へと通過するのを可能にする。磁石が上側に動くと
、グリッド５１はダイアフラム全体を上側に動かし、ダイアフラムの上側の空気
を圧縮してプレナム２０内へと強制的に送入する。このようにしてダイアフラム
は空気を上方にカソードプレナム２０内へと送り込むよう作動する。ダイアフラ
ム４８はまた圧電発振器またはマイクロ継電器によって駆動することもできる。
【００２５】 図１ないし図５の実施態様の作動において、端子１４および１７間に印加され
る負荷に応じて、ＰＣＢ４２上の制御回路は変化する電流を電池自体から電力を
与えてコイル４４に供給する。続いてコイルは、磁石４６とそれに取り付けられ
たダイアフラムに往復運動を生じさせ、空気を電池の外側から開口部２６を経て
上側に向かって隔離通路２５を通ってカソードプレナム２０に送り込み、ここで
新鮮な空気は上述した電気化学的な反応を促進するために酸素を提供する。その
後空気は隔離通路２０６を通って電池から出る。空気流動装置３７が作動してい
ないとき、隔離通路２５および２０６は、電池内へのそして電池からの空気の流
れを制限することにより電池の構成部材を浸水または乾燥から保護する。
る負荷に応じて、ＰＣＢ４２上の制御回路は変化する電流を電池自体から電力を
与えてコイル４４に供給する。続いてコイルは、磁石４６とそれに取り付けられ
たダイアフラムに往復運動を生じさせ、空気を電池の外側から開口部２６を経て
上側に向かって隔離通路２５を通ってカソードプレナム２０に送り込み、ここで
新鮮な空気は上述した電気化学的な反応を促進するために酸素を提供する。その
後空気は隔離通路２０６を通って電池から出る。空気流動装置３７が作動してい
ないとき、隔離通路２５および２０６は、電池内へのそして電池からの空気の流
れを制限することにより電池の構成部材を浸水または乾燥から保護する。
【００２６】 代替案として、上述したようにプレナム２０を箔の細長片５２によって２つの
グループに分割する場合は、隔離通路２０６を省略してもよい。ダイアフラムに
よって送入される空気を１つのグループのプレナム２０だけに導くようにダクト
（図示せず）を設置し、プレナムの２つのグループを結合するように別のダクト
（図示せず）をカソード１８の先端に設けてもよい。この代替案の配置によれば
、空気はプレナム２０の第１グループを上側方向に流れ、プレナム２０の第２の
グループに移り、プレナムの第２のグループを下側方向に流れてプレナムの第２
のグループに関連付けられた通路２５に至り、電池から外にでる。
グループに分割する場合は、隔離通路２０６を省略してもよい。ダイアフラムに
よって送入される空気を１つのグループのプレナム２０だけに導くようにダクト
（図示せず）を設置し、プレナムの２つのグループを結合するように別のダクト
（図示せず）をカソード１８の先端に設けてもよい。この代替案の配置によれば
、空気はプレナム２０の第１グループを上側方向に流れ、プレナム２０の第２の
グループに移り、プレナムの第２のグループを下側方向に流れてプレナムの第２
のグループに関連付けられた通路２５に至り、電池から外にでる。
【００２７】 電力が電池１０から引き出されている間、アノード１６およびカソード１８を
接続する回路は、アノードの１７から、印加される負荷、カソード端子１４、導
電性ハウジング１２を通って、そして凹部５０でのカソード材料１８に延びる。
非導電性フィルム（図示せず）をハウジング１２の円筒形の壁部分を覆うために
使用してもよい。
接続する回路は、アノードの１７から、印加される負荷、カソード端子１４、導
電性ハウジング１２を通って、そして凹部５０でのカソード材料１８に延びる。
非導電性フィルム（図示せず）をハウジング１２の円筒形の壁部分を覆うために
使用してもよい。
【００２８】 電池１００における本発明の第２の実施態様を図６ないし１４に示す。同じ参
照番号を持つ構成部材は、前の実施態様に関して上述したものと同じ構造および
機能を持つ。電池１００は、ほぼ平滑な円筒形壁１１３を持つ円筒形のケースま
たはハウジング１１２内に作られる。ハウジング１１２の底部にカソード端子と
するための突起１１４が形成され、複数の空気開口部１０９がハウジングの底部
を通って形成され、外側の空気が電池１００内に入るのを可能にする。図１３に
示すように、プラスチックフィルムのような非導電性の層１１０が、円筒形壁１
１３に取り付けられる。
照番号を持つ構成部材は、前の実施態様に関して上述したものと同じ構造および
機能を持つ。電池１００は、ほぼ平滑な円筒形壁１１３を持つ円筒形のケースま
たはハウジング１１２内に作られる。ハウジング１１２の底部にカソード端子と
するための突起１１４が形成され、複数の空気開口部１０９がハウジングの底部
を通って形成され、外側の空気が電池１００内に入るのを可能にする。図１３に
示すように、プラスチックフィルムのような非導電性の層１１０が、円筒形壁１
１３に取り付けられる。
【００２９】 図７ないし１０を参照すると、中空のカソード１１８がハウジング１１２内に
取り付けられ、ハウジングの内表面と接触する。上述したカソード１８の平滑な
外表面とは対照的に、カソード１１８は細長い凸部１５０の間に形成された軸方
向溝１２０を周上に備えて、形成されまたは押し出し成形される。凸部１５０は
、カソード電流を収集するため導電性ハウジング１１２と接触し、従って、カソ
ードのプレナムはハウジング１１２によって閉ざされた溝１２０によって形成さ
れる。カソード１１８の下側端は凸部１５０のない領域で、カソードの延長部１
５１を形成する。カソード１１８の好ましい成分は上述した通りである。
取り付けられ、ハウジングの内表面と接触する。上述したカソード１８の平滑な
外表面とは対照的に、カソード１１８は細長い凸部１５０の間に形成された軸方
向溝１２０を周上に備えて、形成されまたは押し出し成形される。凸部１５０は
、カソード電流を収集するため導電性ハウジング１１２と接触し、従って、カソ
ードのプレナムはハウジング１１２によって閉ざされた溝１２０によって形成さ
れる。カソード１１８の下側端は凸部１５０のない領域で、カソードの延長部１
５１を形成する。カソード１１８の好ましい成分は上述した通りである。
【００３０】 カソード１１８は図１４に示すように、カップ状の保持体２００に接着される
。図９ないし１１に詳細が示される保持体２００は、カソード延長部１５１を収
納する上側凹部２１１を形成する。複数の隔離通路２０４が保持体２００の外周
部に形成されて、凸部１５２を分離する。また隔離通路２０４は軸方向の溝１２
０と一列に整列される。下側の凹部２１４もまた、以下に記載するエアムーバ・
アセンブリ１３７を収納するため、保持体２００に形成される。下側の凹部は通
路２０４の下側端のそれぞれと連絡している。
。図９ないし１１に詳細が示される保持体２００は、カソード延長部１５１を収
納する上側凹部２１１を形成する。複数の隔離通路２０４が保持体２００の外周
部に形成されて、凸部１５２を分離する。また隔離通路２０４は軸方向の溝１２
０と一列に整列される。下側の凹部２１４もまた、以下に記載するエアムーバ・
アセンブリ１３７を収納するため、保持体２００に形成される。下側の凹部は通
路２０４の下側端のそれぞれと連絡している。
【００３１】 前述した第１の実施態様と同様に、アノード材料１６がカソード１１８の中空
部分を埋める。電流収集スパイク１７を保持し、隔離通路２０６を形成するキャ
ップ２０２が、前述した方法でハウジング１１２の先端に取り付けられる。アノ
ード材料１６はキャップ保持体２００とキャップ２０２の間に保持される。
部分を埋める。電流収集スパイク１７を保持し、隔離通路２０６を形成するキャ
ップ２０２が、前述した方法でハウジング１１２の先端に取り付けられる。アノ
ード材料１６はキャップ保持体２００とキャップ２０２の間に保持される。
【００３２】 図６および１４に断面で示すエアムーバ・アセンブリ１３７は、平らな形状を
形成するためリソグラフィを使用し、続いてエッチングまたは蒸気溶着によって
構造成した、珪素のような非金属材料をマイクロ加工した一種のマイクロマシン
である。複雑な三次元装置を作り出すため多数の層が使用される。ロータリーマ
イクロマシン装置の記載は、第２８回ＡＩＡＡ流体力学会議／第４回せん断流制
御会議（飛行術および宇宙航空術アメリカ学会、ＡＩＡＡ９７−１７７３号、１
９９７年６月２９日−７月２日）(28th AIAA Fluid Dynamics Conference /4th
AIAA Shear Flow Control Conference (American Institute of Aeronautics an
d Astronautics, No. AIAA 97-1773, June 29-July 2, 1997))におけるエプスタ
イン，エー．エイチ．（Ｅｐｓｔｅｉｎ，Ａ．Ｈ．）等による「マイクロ熱エン
ジン、ガスタービンおよびロケットエンジン−ＭＩＴマイクロエンジンプロジェ
クト(“Micro-Heat Engines, Gas Turbines, and Rocket Engines − The MIT M
icroengine Project”)」に見出すことができる。マイクロモータの記載はハウ
エ（Ｈｏｗｅ）等のアメリカ特許第４，９４３，７５０号に見出すことができる
。図６および図１４における空気流動装置の図式表示は大いに誇張してある。
形成するためリソグラフィを使用し、続いてエッチングまたは蒸気溶着によって
構造成した、珪素のような非金属材料をマイクロ加工した一種のマイクロマシン
である。複雑な三次元装置を作り出すため多数の層が使用される。ロータリーマ
イクロマシン装置の記載は、第２８回ＡＩＡＡ流体力学会議／第４回せん断流制
御会議（飛行術および宇宙航空術アメリカ学会、ＡＩＡＡ９７−１７７３号、１
９９７年６月２９日−７月２日）(28th AIAA Fluid Dynamics Conference /4th
AIAA Shear Flow Control Conference (American Institute of Aeronautics an
d Astronautics, No. AIAA 97-1773, June 29-July 2, 1997))におけるエプスタ
イン，エー．エイチ．（Ｅｐｓｔｅｉｎ，Ａ．Ｈ．）等による「マイクロ熱エン
ジン、ガスタービンおよびロケットエンジン−ＭＩＴマイクロエンジンプロジェ
クト(“Micro-Heat Engines, Gas Turbines, and Rocket Engines − The MIT M
icroengine Project”)」に見出すことができる。マイクロモータの記載はハウ
エ（Ｈｏｗｅ）等のアメリカ特許第４，９４３，７５０号に見出すことができる
。図６および図１４における空気流動装置の図式表示は大いに誇張してある。
【００３３】 このマイクロ加工技術を使用して、ブロワハウジング１３８がモータ１４０と
モータの駆動軸に搭載されたかご形ブロワ１４２とを取り囲んで作成される。モ
ータ１４０はアメリカ特許第４，９４３，７５０号に示されるタイプのものでも
よく、それは参照としてその全体がここに取り込まれる。モータは作動のため約
３０ミリワットを電池から引き出す。ブロワは超音速の周速で空気軸受上を回転
する。ブロワ１４２の直径は、例えば４ミリメートルないし２０ミリメートルで
ある。ハウジング１３８の厚さは例えば数百ミクロンである。入口開口１４５は
、ハウジング１１２の内部と空気開口部１０９に隣接する下部で連絡している。
一つ以上の出口開口１４６は、ブロワが隔離通路２０４を通ってカソードプレナ
ム１２０内に空気を強制的に流すのを可能にする。各プレナム１２０と一列に整
列した出口１４６があることが好ましい。プレナム１２０を通った後、空気は隔
離通路２０６を通って電池から逃げてもよい。
モータの駆動軸に搭載されたかご形ブロワ１４２とを取り囲んで作成される。モ
ータ１４０はアメリカ特許第４，９４３，７５０号に示されるタイプのものでも
よく、それは参照としてその全体がここに取り込まれる。モータは作動のため約
３０ミリワットを電池から引き出す。ブロワは超音速の周速で空気軸受上を回転
する。ブロワ１４２の直径は、例えば４ミリメートルないし２０ミリメートルで
ある。ハウジング１３８の厚さは例えば数百ミクロンである。入口開口１４５は
、ハウジング１１２の内部と空気開口部１０９に隣接する下部で連絡している。
一つ以上の出口開口１４６は、ブロワが隔離通路２０４を通ってカソードプレナ
ム１２０内に空気を強制的に流すのを可能にする。各プレナム１２０と一列に整
列した出口１４６があることが好ましい。プレナム１２０を通った後、空気は隔
離通路２０６を通って電池から逃げてもよい。
【００３４】 モータ／ブロワ１４０、１４２は非常に高い回転数、例えば毎分２００万回以
上で運転される。このように高い回転数においても、聴覚的騒音は低いレベルで
あり、電池で電力が供給される装置を使用しても人々は騒音に悩まされることが
なく、または騒音に全く気付かない。
上で運転される。このように高い回転数においても、聴覚的騒音は低いレベルで
あり、電池で電力が供給される装置を使用しても人々は騒音に悩まされることが
なく、または騒音に全く気付かない。
【００３５】 半導体製造技術を利用してブロワを作成するときに、制御回路はブロワハウジ
ング１３８の構造と一体化される。この集積回路は、上述したＰＣＢ４２の回路
と類似の機能を実施するようプログラムされてもよい。特に、空気流動装置１３
７はエネルギー節約のためパルス方式で作動させてもよい。このように空気流動
装置１３７は、ブロワ、モータおよび制御電子装置を非常に僅かなスペースしか
占めない一つの装置に一体化し、電力の消費を少なくし、半導体の大量生産技術
を利用して安価に製造することができる。
ング１３８の構造と一体化される。この集積回路は、上述したＰＣＢ４２の回路
と類似の機能を実施するようプログラムされてもよい。特に、空気流動装置１３
７はエネルギー節約のためパルス方式で作動させてもよい。このように空気流動
装置１３７は、ブロワ、モータおよび制御電子装置を非常に僅かなスペースしか
占めない一つの装置に一体化し、電力の消費を少なくし、半導体の大量生産技術
を利用して安価に製造することができる。
【００３６】 上記のように、標準の“Ｄ”寸法の各電池は、電池が供給できる動力の１０パ
ーセント以下を消費するマイクロマシンのブロワを使用して毎分７５ｃｃ以上の
空気を移動させ、少なくとも約１．２５ワットの電力を発生することができる。
標準の“ＡＡ”寸法の各電池は、電池が供給できる動力の１０パーセント以下を
消費するマイクロマシンのファンを使用して毎分３０ｃｃ以上の空気を移動させ
、少なくとも約０．５ワットの電力を発生することができる。本発明の実施態様
によって、標準の“Ｄ”寸法で、電池が供給できる動力の１０パーセント以下を
消費するマイクロマシンのブロワを使用して毎分１５０ｃｃ以上の空気を移動さ
せ、２．５ワット以上の電力を発生し、標準の“ＡＡ”寸法で、電池が供給でき
る動力の１０パーセント以下を消費するマイクロマシンのファンを使用して毎分
６０ｃｃ以上の空気を移動させ、１．０ワット以上の電力を発生する電池を製作
することが可能である。
ーセント以下を消費するマイクロマシンのブロワを使用して毎分７５ｃｃ以上の
空気を移動させ、少なくとも約１．２５ワットの電力を発生することができる。
標準の“ＡＡ”寸法の各電池は、電池が供給できる動力の１０パーセント以下を
消費するマイクロマシンのファンを使用して毎分３０ｃｃ以上の空気を移動させ
、少なくとも約０．５ワットの電力を発生することができる。本発明の実施態様
によって、標準の“Ｄ”寸法で、電池が供給できる動力の１０パーセント以下を
消費するマイクロマシンのブロワを使用して毎分１５０ｃｃ以上の空気を移動さ
せ、２．５ワット以上の電力を発生し、標準の“ＡＡ”寸法で、電池が供給でき
る動力の１０パーセント以下を消費するマイクロマシンのファンを使用して毎分
６０ｃｃ以上の空気を移動させ、１．０ワット以上の電力を発生する電池を製作
することが可能である。
【００３７】 上述した隔離通路を詳細に参照すると、これらの隔離通路は、空気流動装置が
作動されている間、十分な出力電流、一般に少なくとも５０ミリアンペア、好ま
しくは少なくとも１３０ミリアンペアが金属−空気電池から得られるように、十
分な量の空気の流れを通過させられるように構成され配置されることが好ましい
。それに加えて隔離通路は、空気流動装置によって空気が隔離通路を通して強制
的に送られていない間、金属−空気電池が負荷に供給することができるドレイン
電流が、出力電流の約５０倍以上小さくなるように、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。さらに隔離通路は５０対１以上の「隔離比
」を提供するように構成されることが好ましい。
作動されている間、十分な出力電流、一般に少なくとも５０ミリアンペア、好ま
しくは少なくとも１３０ミリアンペアが金属−空気電池から得られるように、十
分な量の空気の流れを通過させられるように構成され配置されることが好ましい
。それに加えて隔離通路は、空気流動装置によって空気が隔離通路を通して強制
的に送られていない間、金属−空気電池が負荷に供給することができるドレイン
電流が、出力電流の約５０倍以上小さくなるように、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。さらに隔離通路は５０対１以上の「隔離比
」を提供するように構成されることが好ましい。
【００３８】 「隔離率」は、電池の酸素電極が周囲空気に完全に露出されているときの電池
による水の損失または獲得を、電池の酸素電極が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電池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
を有する電池からの水損失は、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電池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、１００対１より大きいはず
である。
による水の損失または獲得を、電池の酸素電極が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電池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
を有する電池からの水損失は、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電池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、１００対１より大きいはず
である。
【００３９】 より明確に言えば、各隔離通路は通過する流れの方向にほぼ垂直な幅と、通過
する流れの方向にほぼ平行な長さを有することが好ましい。長さおよび幅は、空
気流動装置が隔離通路を通って強制的に空気を流さないとき、隔離通路を通る空
気流および拡散がほぼ阻止されるように選定する。長さは幅より大きく、長さは
幅の２倍より大きいことがより好ましい。できるだけ大きな長さと幅の比率を使
用することが好ましい。金属−空気電池の性質によって、この比率は２００対１
以上とすることができる。しかし、長さと幅の好ましい比は約１０対１である。
する流れの方向にほぼ平行な長さを有することが好ましい。長さおよび幅は、空
気流動装置が隔離通路を通って強制的に空気を流さないとき、隔離通路を通る空
気流および拡散がほぼ阻止されるように選定する。長さは幅より大きく、長さは
幅の２倍より大きいことがより好ましい。できるだけ大きな長さと幅の比率を使
用することが好ましい。金属−空気電池の性質によって、この比率は２００対１
以上とすることができる。しかし、長さと幅の好ましい比は約１０対１である。
【００４０】 隔離通路は、周囲環境および酸素電極の間の空気が通過しなければならない経
路の一部分にだけ形成することもできる。各隔離通路は、バッテリハウジングま
たは電池ケースの厚さを貫いて形成してもよいが、それらは上述したようにチュ
ーブの形状であることが好ましい。いずれの場合も、隔離通路は円筒形とするこ
とができ、ある適用では各々約０．３ないし２．５インチ以上の長さ、好ましく
は約０．８８ないし１．０インチの長さを持つことができ、内径は約０．０３な
いし０．３インチ、好ましくは約０．０９ないし０．１９インチであってよい。
従ってこのような適用において、各隔離通路の総開放面積は通過する流れの方向
と直角に測定して０．０００７ないし０．５平方インチである。小形円筒電池な
どの別の適用において、各隔離通路はそれぞれ約０．１ないし０．３インチ以上
の長さ、好ましくは約０．１ないし０．２インチの長さを持つことができ、約０
．０１ないし０．０５インチ、好ましくは約０．０１５インチの内径を持つこと
ができる。特定の適用に対する好ましい寸法は、隔離通路およびカソードプレナ
ムの幾何学形状、利用される特定のエアムーバ、および電池を所望のレベルで作
動させるのに必要な空気量に関連するであろう。
路の一部分にだけ形成することもできる。各隔離通路は、バッテリハウジングま
たは電池ケースの厚さを貫いて形成してもよいが、それらは上述したようにチュ
ーブの形状であることが好ましい。いずれの場合も、隔離通路は円筒形とするこ
とができ、ある適用では各々約０．３ないし２．５インチ以上の長さ、好ましく
は約０．８８ないし１．０インチの長さを持つことができ、内径は約０．０３な
いし０．３インチ、好ましくは約０．０９ないし０．１９インチであってよい。
従ってこのような適用において、各隔離通路の総開放面積は通過する流れの方向
と直角に測定して０．０００７ないし０．５平方インチである。小形円筒電池な
どの別の適用において、各隔離通路はそれぞれ約０．１ないし０．３インチ以上
の長さ、好ましくは約０．１ないし０．２インチの長さを持つことができ、約０
．０１ないし０．０５インチ、好ましくは約０．０１５インチの内径を持つこと
ができる。特定の適用に対する好ましい寸法は、隔離通路およびカソードプレナ
ムの幾何学形状、利用される特定のエアムーバ、および電池を所望のレベルで作
動させるのに必要な空気量に関連するであろう。
【００４１】 隔離通路は円筒形である必要はなく、所望の隔離を与える任意の断面形状が適
する。隔離通路は、各隔離通路の少なくとも一部分が所望の隔離機能を持って作
動する限り、長さに沿って均一である必要はない。さらに隔離通路は長さに沿っ
て直線でも曲がっていてもよい。
する。隔離通路は、各隔離通路の少なくとも一部分が所望の隔離機能を持って作
動する限り、長さに沿って均一である必要はない。さらに隔離通路は長さに沿っ
て直線でも曲がっていてもよい。
【００４２】 その他の例示的な隔離通路およびシステムは、アメリカ特許第５，６９１，０
７４号、アメリカ特許出願第０８／５５６，６１３号に開示されており、これら
の文書の全開示がここに参照として取り込まれる。
７４号、アメリカ特許出願第０８／５５６，６１３号に開示されており、これら
の文書の全開示がここに参照として取り込まれる。
【００４３】 別のタイプの空気流動装置が上述した本発明の実施態様に使用できることは当
業者は理解するだろう。例えば、種々のロータリーファン、圧電空気ポンプ、蠕
動空気ポンプ、自動閉じ込み室空気ポンプ、およびその他のエアムーバが使用で
きる。空気流動装置は上記に一覧表を示した「関連する出願」に示されており、
その全体が参照としてここに取り込まれる。
業者は理解するだろう。例えば、種々のロータリーファン、圧電空気ポンプ、蠕
動空気ポンプ、自動閉じ込み室空気ポンプ、およびその他のエアムーバが使用で
きる。空気流動装置は上記に一覧表を示した「関連する出願」に示されており、
その全体が参照としてここに取り込まれる。
【図１】 図１は、本発明の実施態様による円筒形金属−空気電池の側平面図である。
【図２】 図２は、図１の２−２線に沿った側断面図である。
【図３】 図３は、図１および図２の電池の構成部材の分解絵画図である。
【図４】 図４は、図１の４−４線に沿った半径方向断面図である。
【図５】 図５Ａは、ダイアフラムおよびグリッドを取り除いた、図１の５−５線に沿っ
た半径方向断面図である。 図５Ｂは、グリッドが決まった位置にある、図１の５−５線に沿った半径方向
断面図である。 図５Ｃは、グリッドおよびダイアフラムが正しい位置にある、図１の５−５線
に沿った半径断面図である。
た半径方向断面図である。 図５Ｂは、グリッドが決まった位置にある、図１の５−５線に沿った半径方向
断面図である。 図５Ｃは、グリッドおよびダイアフラムが正しい位置にある、図１の５−５線
に沿った半径断面図である。
【図６】 図６は、本発明による金属−空気電池の別の実施態様の図解的分解図である。
【図７】 図７は、図８の７−７線に沿った、図６に示す電池の空気カソードの軸方向断
面図である。
面図である。
【図８】 図８は、図７の８−８線に沿った、空気カソードの半径断面図である。
【図９】 図９は、図６に示す電池の底部密封カップの平面図である。
【図１０】 図１０は、図９の１０−１０線に沿った軸方向断面図である。
【図１１】 図１１は、図９の１１−１１線に沿った軸方向断面図である。
【図１２】 図１２は、図６の１２−１２線に沿った、電池キャップの軸方向断面図である
。
。
【図１３】 図１３は、図６に示す電池ハウジングの底面の平面図である。
【図１４】 図１４は、図６の電池の軸方向断面図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年３月１５日（２００２．３．１５）
【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】０００１
【補正方法】削除
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】削除
【手続補正４】
【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】 標準の“Ｄ”または“ＡＡ”の円筒形アルカリ電池の形状に適合する金属−空
気電池を設計するための試みがなされている。エアマネージャを持たない円筒形
バッテリは、アメリカ特許第３，６９７，３２６号に示されている。これらの設
計が成功していないのは、恐らく、電池に浸水または乾燥を生じさせるような大
きな空気開口を設けずに、従来の標準寸法の円筒形電池によって一般的に操作さ
れる装置に対して十分に高い出力を発生させることができないためと思われる。
気電池を設計するための試みがなされている。エアマネージャを持たない円筒形
バッテリは、アメリカ特許第３，６９７，３２６号に示されている。これらの設
計が成功していないのは、恐らく、電池に浸水または乾燥を生じさせるような大
きな空気開口を設けずに、従来の標準寸法の円筒形電池によって一般的に操作さ
れる装置に対して十分に高い出力を発生させることができないためと思われる。
【手続補正５】
【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】 中空の円筒形の空気カソード１８は、カソードの最上部がほぼ凹部５０の始ま
りの少し上となるように電池１０の長さの中間部に取り付けられる。カソードは
穴あけ（ドリルアウト）された炭素を含有する棒体か、押し出し成形された円筒
で作られる。カソードの成分は、酸素還元を促進するための触媒材料と、機械的
強度を与えるためにテフロンまたはポリアミド系の重合体またはその他の適切な
重合体結合剤などの結合剤とともに処理したカーボンブラック、活性炭又はグラ
ファイト系炭素のような導電性炭素を使用することが好ましい。カソードの外面
は、液体の進入は防止するが酸素の炭素触媒混合物へのアクセスを可能にするた
め微細孔テフロンなどの疎水性材料で被覆することができる。
りの少し上となるように電池１０の長さの中間部に取り付けられる。カソードは
穴あけ（ドリルアウト）された炭素を含有する棒体か、押し出し成形された円筒
で作られる。カソードの成分は、酸素還元を促進するための触媒材料と、機械的
強度を与えるためにテフロンまたはポリアミド系の重合体またはその他の適切な
重合体結合剤などの結合剤とともに処理したカーボンブラック、活性炭又はグラ
ファイト系炭素のような導電性炭素を使用することが好ましい。カソードの外面
は、液体の進入は防止するが酸素の炭素触媒混合物へのアクセスを可能にするた
め微細孔テフロンなどの疎水性材料で被覆することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】 保持体２２の中空のコア２３内に、空気流動装置３７が装着される。空気流動
装置は、例えばブロワやダイアフラム空気ポンプなどのいくつかのタイプの一つ
であってよい。図１ないし５の実施態様において、空気流動装置３７はプログラ
ムされたプロセッサおよびメモリを含む制御回路が搭載されたプリント基板（Ｐ
ＣＢ）４２を備えている。制御回路は、例えば電気的負荷センサを含み、電池に
加わる負荷の需要に基いて断続的に空気流動装置を作動してもよい。このような
作動は、１９９７年９月２４日に提出された同時係属中の出願番号第０８／９３
６，２０６号に記載されている（ＷＯ９９１６１４５Ａ）。
装置は、例えばブロワやダイアフラム空気ポンプなどのいくつかのタイプの一つ
であってよい。図１ないし５の実施態様において、空気流動装置３７はプログラ
ムされたプロセッサおよびメモリを含む制御回路が搭載されたプリント基板（Ｐ
ＣＢ）４２を備えている。制御回路は、例えば電気的負荷センサを含み、電池に
加わる負荷の需要に基いて断続的に空気流動装置を作動してもよい。このような
作動は、１９９７年９月２４日に提出された同時係属中の出願番号第０８／９３
６，２０６号に記載されている（ＷＯ９９１６１４５Ａ）。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】 隔離通路は、周囲環境および酸素電極の間の空気が通過しなければならない経
路の一部分にだけ形成することもできる。各隔離通路は、バッテリハウジングま
たは電池ケースの厚さを貫いて形成してもよいが、それらは上述したようにチュ
ーブの形状であることが好ましい。いずれの場合も、隔離通路は円筒形とするこ
とができ、ある適用では各々約０．３ないし２．５インチ（０．８〜６．４セン チメートル） 以上の長さ、好ましくは約０．８８ないし１．０インチ（２．２４ 〜２．５センチメートル） の長さを持つことができ、内径は約０．０３ないし０
．３インチ（０．０８〜０．８センチメートル）、好ましくは約０．０９ないし
０．１９インチ（０．２３〜０．４８センチメートル）であってよい。従ってこ
のような適用において、各隔離通路の総開放面積は通過する流れの方向と直角に
測定して０．０００７ないし０．５平方インチ（０．００４５〜３．２平方セン チメートル） である。小形円筒電池などの別の適用において、各隔離通路はそれ
ぞれ約０．１ないし０．３インチ（０．３〜０．８センチメートル）以上の長さ
、好ましくは約０．１ないし０．２インチ（０．３〜０．５センチメートル）の
長さを持つことができ、約０．０１ないし０．０５インチ（０．０３〜０．１３ センチメートル） 、好ましくは約０．０１５インチ（０．０３８センチメートル ） の内径を持つことができる。特定の適用に対する好ましい寸法は、隔離通路お
よびカソードプレナムの幾何学形状、利用される特定のエアムーバ、および電池
を所望のレベルで作動させるのに必要な空気量に関連するであろう。
路の一部分にだけ形成することもできる。各隔離通路は、バッテリハウジングま
たは電池ケースの厚さを貫いて形成してもよいが、それらは上述したようにチュ
ーブの形状であることが好ましい。いずれの場合も、隔離通路は円筒形とするこ
とができ、ある適用では各々約０．３ないし２．５インチ（０．８〜６．４セン チメートル） 以上の長さ、好ましくは約０．８８ないし１．０インチ（２．２４ 〜２．５センチメートル） の長さを持つことができ、内径は約０．０３ないし０
．３インチ（０．０８〜０．８センチメートル）、好ましくは約０．０９ないし
０．１９インチ（０．２３〜０．４８センチメートル）であってよい。従ってこ
のような適用において、各隔離通路の総開放面積は通過する流れの方向と直角に
測定して０．０００７ないし０．５平方インチ（０．００４５〜３．２平方セン チメートル） である。小形円筒電池などの別の適用において、各隔離通路はそれ
ぞれ約０．１ないし０．３インチ（０．３〜０．８センチメートル）以上の長さ
、好ましくは約０．１ないし０．２インチ（０．３〜０．５センチメートル）の
長さを持つことができ、約０．０１ないし０．０５インチ（０．０３〜０．１３ センチメートル） 、好ましくは約０．０１５インチ（０．０３８センチメートル ） の内径を持つことができる。特定の適用に対する好ましい寸法は、隔離通路お
よびカソードプレナムの幾何学形状、利用される特定のエアムーバ、および電池
を所望のレベルで作動させるのに必要な空気量に関連するであろう。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】 その他の例示的な隔離通路およびシステムは、アメリカ特許第５，６９１，０
７４号、アメリカ特許出願第０８／５５６，６１３号（ＵＳ ５，９１９，５８ ２、ＥＰ ８６００３２ Ａ） に開示されており、これらの文書の全開示がここ
に参照として取り込まれる。
７４号、アメリカ特許出願第０８／５５６，６１３号（ＵＳ ５，９１９，５８ ２、ＥＰ ８６００３２ Ａ） に開示されており、これらの文書の全開示がここ
に参照として取り込まれる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベンツ、 アール． デニス アメリカ合衆国 30062 ジョージア州 マリエッタ オーク トレイル ドライブ 804 Ｆターム(参考） 5H032 AA01 AS03 AS11 CC02 CC12 CC23 CC25 HH01 HH08
Claims (10)
- 【請求項１】 対向する端部を有し、対向する端部間に長さと軸方向を形成
するほぼ円筒形のハウジングと、 前記ハウジングの内表面に隣接する軸方向に延びた酸素電極と、 前記酸素電極と前記ハウジングの内表面の間に形成される複数の延伸するプレ
ナムと、 周囲環境と各プレナムとの間に少なくとも部分的に連絡経路を形成する複数の
隔離通路と、 オンのときに隔離通路を通って空気をプレナム内へ強制的に流すよう作動可能
な空気流動装置と、からなる金属−空気電源であって、 隔離通路が、封止されず、空気流動装置が空気を隔離通路に強制的に流してい
ないとき隔離通路を通る空気の流れを制限するように作動可能である、金属−空
気電源。 - 【請求項２】 酸素電極に取巻かれるアノードと、 アノードを酸素電極内に保持するために酸素電極の第１の端部を覆うキャッ
プとからなり、 隔離通路が前記キャップとハウジングの内表面の間に形成される請求項１に記
載の金属−空気電源。 - 【請求項３】 前記キャップが空気流動装置と酸素電極の間に配置される請
求項２に記載の金属−空気電源。 - 【請求項４】 複数の隔離通路は複数の第１の隔離通路であり、 金属−空気電源は、さらに酸素電極の第２の端部に近接する複数の第２の隔離
通路であって、その各々が少なくとも部分的に周囲環境と少なくとも一つのプレ
ナムとの間に連絡経路を形成する複数の第２の隔離通路からなる、請求項１に記
載の金属−空気電源。 - 【請求項５】 前記第１および第２の隔離通路は、全体として少なくとも１
００対１の隔離比を提供する請求項５による金属−空気電源。 - 【請求項６】 前記通路は、前記酸素電極の延伸する凹部によって形成され
る請求項１に記載の金属−空気電源。 - 【請求項７】 前記通路は、前記ハウジングの延伸する凹部によって形成さ
れる請求項１に記載の金属−空気電源。 - 【請求項８】 ハウジング内に配置される空気電極を含む金属−空気電池に
おいて、エアーマネージャが、 前記ハウジング内に形成され、前記空気電極に隣接して延びる空気通路と、 前記各通路の端部において、前記ハウジングの外部環境と連絡する入口および
出口と、 前記空気通路を通して空気を強制的に流すために搭載されるマイクロマシンブ
ロワとからなり、 前記電池は、前記マイクロマシンブロワが作動されているとき０．５ワット以
上の出力を発生し、上記ブロワは電池が供給できる電力の１０パーセント以下を
消費して、毎分３０ｃｃ以上の空気を移動させる、金属−空気電池。 - 【請求項９】 前記電池はほぼ円筒形で、前記空気通路は前記ハウジングと
前記ハウジング内に挿入されたほぼ円筒形のカソードとの間に軸方向に延びる複
数の延伸するカソードプレナムを含む、請求項８に記載の金属−空気電池。 - 【請求項１０】 前記マイクロマシンブロワのマイクロ加工された囲い内に
集積された制御回路からさらになり、前記制御回路は前記ブロワの作動を制御し
、前記電池は前記マイクロマシンブロワが作動されているとき１．２５ワット以
上の出力を発生し、前記ブロワは電池が供給できる電力の１０パーセント以下を
消費して、毎分７５ｃｃ以上の空気を移動させる、請求項８に記載の金属−空気
電池。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/215,820 US6274261B1 (en) | 1998-12-18 | 1998-12-18 | Cylindrical metal-air battery with a cylindrical peripheral air cathode |
| US09/215,820 | 1998-12-18 | ||
| PCT/US1999/029721 WO2000038266A1 (en) | 1998-12-18 | 1999-12-15 | Cylindrical metal-air battery with a cylindrical peripheral air cathode |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002533879A true JP2002533879A (ja) | 2002-10-08 |
| JP4328029B2 JP4328029B2 (ja) | 2009-09-09 |
Family
ID=22804539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000590244A Expired - Fee Related JP4328029B2 (ja) | 1998-12-18 | 1999-12-15 | 円筒形周囲酸素電極を備えた円筒形空気電池 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6274261B1 (ja) |
| EP (1) | EP1145357B1 (ja) |
| JP (1) | JP4328029B2 (ja) |
| CN (1) | CN1190866C (ja) |
| AT (1) | ATE233955T1 (ja) |
| CA (1) | CA2355725A1 (ja) |
| DE (1) | DE69905764T2 (ja) |
| WO (1) | WO2000038266A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012093655A1 (ja) * | 2011-01-07 | 2012-07-12 | パナソニック株式会社 | 補聴器 |
| JP2017515274A (ja) * | 2014-04-29 | 2017-06-08 | マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＭＡＨＬＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ | 空気電池 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6475658B1 (en) * | 1998-12-18 | 2002-11-05 | Aer Energy Resources, Inc. | Air manager systems for batteries utilizing a diaphragm or bellows |
| US6824915B1 (en) | 2000-06-12 | 2004-11-30 | The Gillette Company | Air managing systems and methods for gas depolarized power supplies utilizing a diaphragm |
| AU2001267073A1 (en) * | 2000-06-14 | 2001-12-24 | Aer Energy Resources, Inc. | Electrically activated sheet air mover |
| US7045247B1 (en) * | 2000-08-24 | 2006-05-16 | The Gillette Company | Battery cathode |
| US6717337B2 (en) * | 2001-05-23 | 2004-04-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Piezoelectric acoustic actuator |
| US20040048146A1 (en) * | 2002-09-06 | 2004-03-11 | David Adamson | Electrochemical cells and systems |
| US7332238B2 (en) * | 2002-09-06 | 2008-02-19 | The Gillette Company | Electrochemical cells and systems |
| US8088506B2 (en) * | 2003-11-26 | 2012-01-03 | Eveready Battery Company, Inc. | Fluid consuming battery with fluid regulating system |
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