JP2003297374A - 可撓性薄層開放電気化学電池 - Google Patents

可撓性薄層開放電気化学電池

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンパクトなデザインの様々な小型および携
帯電気駆動器具用の一次もしくは再充電可能な電源とし
て使用可能な可撓性開放液状電気化学電池を得る。 【解決手段】 電池（１０）は湿電解質を含むが、可撓
性で薄く、開放された構成を維持しており、したがっ
て、保存時にガスの蓄積がない。電池（１０）は不溶性
陰極の第１層（１４）、不溶性陽極の第２層（１６）、
および水性電解質の第３層（１２）からなり、第３層
（１２）は第１（１４）および第２層（１６）の間に配
され、開放電池（１０）を常に湿らせておくための潮解
性物質、必要なイオン伝導率を得るための電気活性可溶
性物質、および第１（１４）および第２層（１６）を第
１層（１４）に接着するために要する粘度を得るための
水溶性ポリマーを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学エネルギを電
気エネルギに変換することによりバッテリ電源として使
用される電気化学電池に関する。より詳細には、本発明
は、可撓性薄層および開放構造を維持しながら、湿った
（例えば液状の）電解質を用いて化学エネルギの電気エ
ネルギへの変換を達成する通常のもしくは再充電可能な
バッテリとして使用されるべき一次もしくは再充電可能
な電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、携帯電話機、音声録音再生装
置、腕時計、動画および静止画撮影機、液晶ディスプレ
イ、電卓、ＩＣカード、温度センサ、補聴器、感圧ブザ
ー等のようなコンパクトなデザインの小型および携帯電
気駆動器具の開発が進展し続けることにより、それらを
作動させるためにコンパクトな薄層バッテリの必要性が
大きくなりつつある。したがって、バッテリとして使用
されるべき、信頼性のある薄層電気化学電池に対する必
要性が存在する。
【０００３】バッテリは大きく２つに分類することがで
き、第１の分類のバッテリは湿電界質を含むもの（すな
わち液状バッテリ）であり、第２の分類のバッテリは固
体電解質を含む。固体バッテリは干からびたり漏出した
りしないという固有の長所を有しているが、液状バッテ
リと比較すると大きな短所を有している。すなわち、固
体中のイオン拡散速度は限られているため、固体バッテ
リの作動ははるかに大きく温度に依存しており、多くは
高温下でのみ良好に作動する。そして、上記の限られた
拡散速度は、潜在的な化学エネルギに対する発生した電
気エネルギの比が低い固体バッテリを特徴づけるもので
ある。液状薄層バッテリは一般にセパレ―タを介して組
み合わされた陽性および陰性の活性不溶性物質層を含
み、このセパレータは液体電解質溶液に浸漬され、電界
液層として機能する。このようなバッテリの例は例えば
ワキ等（Ｗａｋｉ ｅｔ ａｌ）の米国特許第４，６２
３，５９８号およびフミノブ等（Ｆｕｍｉｎｏｂｕ ｅ
ｔ ａｌ）の日本国特許ＪＰ６１−５５８６６号に開示
されており、液体の蒸発を防止するために外被フィルム
内に封入しなければならず、したがって、密閉電気化学
電池である。密閉電池であるため、これらのバッテリは
保存時にガスの放出によって膨張する傾向があり、これ
は機械的な支持のない薄層バッテリにおいては致命的な
問題であり、蓄積されたガスによって印加された圧力は
層分離を招き、このためにバッテリは作動不能となる。
この問題を解決するための手段には（１）バッテリ層を
接着（すなわち糊付け）するために取り付けられるヒド
ロキシエチルセルロースのようなポリマー高粘度剤の使
用により、固体支持材がないことによって課せられたこ
のようなバッテリの固有な問題を解消すること、および
（２）水銀の添加によってガス、特に水素の形成を防止
することが含まれる。しかしながら、ポリマーはその効
力が限られており、水銀は環境に有害である。
【０００４】上述の制限を解決する方法がキス等（Ｋｉ
ｓ ｅｔ ａｌ）の米国特許第３，９０１，７３２号に
開示されており、ここでは、バッテリ内で形成される望
ましくないガスの発散を可能にするとともにバッテリか
らのいかなる電解質損失をも防止するガス浸透性かつ電
解質不透性の高分子材料がバッテリ電池を包囲するため
の外被フィルムとして使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液状薄
層バッテリにおける望ましくないガス蓄積を防止するた
めのより直接的かつ効率的な方法は、これらのバッテリ
をガスの放出が容易な開放電池とすると同時に液体の蒸
発およびバッテリの乾燥を防止する手段を提供すること
であろう。
【０００６】したがって、ガスの蓄積および液体蒸発の
双方の制限がない可撓性薄層開放電気化学電池の必要性
が広く認識されており、これが得られれば極めて有利で
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、様々な
コンパクトなデザインの小型および携帯電気駆動器具の
一次もしくは再充電可能な電源として使用可能な可撓性
薄層開放液状電気化学電池が提供される。さらに、この
ような電池の製造方法が提供される。本発明の可撓性薄
層開放液状電気化学電池は湿電解質を含むが、可撓性で
薄く、開放された構成を維持しており、したがって、保
存時にガスの蓄積がない。
【０００８】後述する本発明の好ましい実施態様によれ
ば、電池は不溶性陰極の第１層、不溶性陽極の第２層、
および水性電解質の第３層からなり、第３層は第１およ
び第２層の間に配され、（ａ）開放電池を常に湿らせて
おくための潮解性物質、（ｂ）必要なイオン伝導率を得
るための電気活性可溶性物質、および（ｃ）第１および
第２層を第１層に接着するために要する粘度を得るため
の水溶性ポリマーを含む。
【０００９】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、電解質層は多孔性物質によって係止され
る。
【００１０】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、多孔性物質は濾紙、プラスチック膜、セ
ルロース膜、および布からなる群より選ばれる。
【００１１】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、不溶性陽極の第１層は二酸化マンガン粉
末を含み、不溶性陰極の第２層は亜鉛粉末を含む。
【００１２】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、不溶性陰極の第１層および／または不溶
性陽極の第２層はさらに炭素粉末を含み、電気活性可溶
性物質は塩化亜鉛、臭化亜鉛、フッ化亜鉛、および水酸
化カリウムからなる群より選ばれる。
【００１３】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、不溶性陰極の第１層は酸化銀粉末を含
み、不溶性陽極の第２層は亜鉛粉末を含み、電気活性可
溶性物質は水酸化カリウムである。
【００１４】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、不溶性陰極の第１層はカドミウム粉末を
含み、不溶性陽極の第２層は酸化ニッケル粉末を含み、
電気活性可溶性物質は水酸化カリウムである。
【００１５】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、不溶性陰極の第１層は鉄粉末を含み、不
溶性陽極の第２層は酸化ニッケル粉末を含み、電気活性
可溶性物質は水酸化カリウムである。
【００１６】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、不溶性陰極の第１層および不溶性陽極の
第２層は酸化鉛粉末を含み、電池はこれらの極に印加さ
れた電圧によって充電され、電気活性可溶性物質は硫酸
である。
【００１７】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、潮解性物質と電気活性可溶性物質とは同
一の物質であり、塩化亜鉛、臭化亜鉛、フッ化亜鉛、お
よび水酸化カリウムからなる群より選ばれる。
【００１８】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、潮解性物質は塩化カルシウム、臭化カル
シウム、二燐酸カリウム、および酢酸カリウムからなる
群より選ばれる。
【００１９】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、水溶性ポリマーはポリビニルアルコー
ル、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリビニル
ピロリドン、ポリエチレンオキシド、寒天、アガロー
ス、澱粉、ヒドロキシエチルセルロース、およびこれら
の組み合わせおよびコポリマーからなる群より選ばれ
る。
【００２０】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、水溶性ポリマーと潮解性物質とは同一の
物質であって、デキストラン、硫酸デキストラン、およ
びこれらの組み合わせおよびコポリマーからなる群より
選ばれる。
【００２１】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、電池はさらに端子を備え、各端子は第１
および第２の極層の１つと電気的に接触している。
【００２２】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、端子は黒鉛もしくは金属からなる。
【００２３】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、金属は鉄、ニッケル、チタン、銅、ステ
ンレス鋼、およびこれらの混合物からなる群より選ば
れ、端子は例えば、これらに制限されるものではない
が、シルク印刷、オフセット印刷、ジェット印刷、ラミ
ネーション、材料蒸発、もしくは粉末拡散のような好適
な印刷技術によって電池に取り付けられる。
【００２４】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、電池はさらに、第１および第２の極層の
少なくとも一方の導電性を改善する少なくとも１つの導
電層を備えている。記載された好ましい実施態様のさら
に別の特徴によれば、導電層は黒鉛紙および炭素布から
なる群より選ばれる。
【００２５】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、電池はさらに、接着性裏層、保護薄層、
および接着性裏層と保護薄層との組み合わせからなる群
より選ばれた外層を備える。
【００２６】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、上記のような特徴を有する少なくとも２
つの電池を備え、これらの電池が頭尾配向で二極接続さ
れている電源が提供される。
【００２７】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、接続は、導電性両面接着テープおよび導
電性接着層からなる群より選ばれた接着材による。
【００２８】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、導電性両面接着テープおよび導電性接着
層は印刷技術によって取り付けられる。
【００２９】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、電池は不溶性陰極の第１層、不溶性陽極
の第２層、および水性電解質の第３層からなり、第３層
は第１および第２層の間に配され、（ａ）第１および第
２層を第３層に接着するために要する粘度を得、かつ開
放電池を常に湿らせておくのに必要な吸湿性を得るため
の水溶性ポリマー、および（ｂ）必要なイオン伝導率を
得るための電気活性可溶性物質を含む。
【００３０】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、可撓性薄層開放液状電気化学電池の製造
方法は（ａ）潮解性物質と電気活性可溶性物質と水溶性
ポリマーとを含有する水溶液で第１の面および第２の面
を有する多孔性物質を浸潤させ、（ｂ）第１の面に陰極
層を取り付け、（ｃ）第２の面に陽極層を取り付けるこ
とからなる。
【００３１】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、浸潤化は浸漬もしくは印刷技術による。
【００３２】記載された好ましい実施態様のさらに別の
特徴によれば、陰極層および陽極層は潮解性物質と電気
活性可溶性物質と水溶性ポリマーとが混合された活性不
溶性粉末物質を含み、陰極層および陽極層の取り付けは
印刷技術による。
【００３３】本発明は、湿った状態を維持するための潮
解性物質および極層を水性電解質層に接着するのに必要
な粘度を得るための水溶性ポリマーの使用によって常に
湿ったそのままの状態に保たれる一方、保存時にガスを
蓄積しない可撓性薄層開放電気化学電池を提供すること
によって、従来公知の構成の短所を首尾よく解消するも
のである。この電池のさらなる利点には、外側に剛性成
型物がなく、したがって、薄く、軽量で可撓性を有し、
いかなる寸法、形状、色、および適用パターンでも製造
可能であり、よって、様々な用途に好適であること、費
用効率が良いこと、環境および人体に無害の物質からな
ること、および接着性裏層を介して自動接着することが
含まれる。
【００３４】
【発明の実施の形態】本発明は、様々なコンパクトなデ
ザインの小型および携帯電気駆動器具の一次もしくは再
充電可能な電源として使用可能な可撓性薄層開放液状電
気化学電池に関する。本発明の可撓性薄層開放液状電気
化学電池は湿電解質を含むが、可撓性で薄く、開放され
た構成を維持しており、したがって、保存時にガスの蓄
積がない。
【００３５】本発明による可撓性薄層開放液状電気化学
電池の原理および作用は図面および付随する記載を参照
することによってより良く理解することができる。
【００３６】ここで図面を参照すると、図１は、一般的
に１０で示される本発明の可撓性薄層開放液状電気化学
電池の基本構成を示すものである。電池１０は以下の３
層を含む。不溶性陰極の第１層１４、不溶性陽極の第２
層１６、および水性電解質の第３層１２。本明細書にお
いては、放電された陰極上で酸化が起こり、陽極で還元
が起こる。水性電解質層１２は、開放電池１０を常に湿
らせておくための潮解性（すなわち吸湿性）物質、必要
なイオン伝導率を得るための電気活性可溶性物質、およ
び極層１４および１６を水性電解質層１２に接着するた
めに要する粘度を得るための水溶性ポリマーを含む。以
下、層１４，１６および１２の各々およびそれらの開放
電池１０の作用における働きをさらに詳述する。
【００３７】水性電解質層１２は典型的には例えば、こ
れらに限定されるものではないが、濾紙、プラスチック
膜、布等の多孔性不溶性物質を含み、多孔性物質は３つ
の成分すなわち、潮解性物質、電気活性可溶性物質、お
よび水溶性ポリマーを含む水溶液によって浸潤される。
【００３８】潮解性物質は吸湿性であるため、電池１０
を常に湿潤状態に維持する。開放電池１０内の水分レベ
ルは潮解性物質の選択、その濃度、および空気の湿度に
応じて異なる。好適な潮解性物質には例えば、これらに
限定されるものではないが、塩化カルシウム、臭化カル
シウム、二燐酸カリウム、酢酸カリウム、およびこれら
の組み合わせが含まれる。
【００３９】電気活性可溶性物質は陰極層および陽極層
を形成する物質に従って選択される。本発明に好適な頻
繁に使用される電気活性可溶性物質としては例えば、様
々な一次電池については塩化亜鉛、臭化亜鉛、およびフ
ッ化亜鉛、再充電可能な電池については水酸化カリウム
および硫酸が挙げられる。
【００４０】水溶性ポリマーは極層１４および１６を水
性電解質層１２に接着（すなわち糊付け）するための接
着材として使用される。多くの型のポリマーが好適であ
り、例えば、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミ
ド、ポリアクリル酸、ポリビニルピロリドン、酸化ポリ
エチレン、寒天、アガロース、澱粉、ヒドロキシエチル
セルロース、およびこれらの組み合わせおよびコポリマ
ーが挙げられる。
【００４１】陰極および陽極層１４および１６の各々
は、好適な（それぞれ陰性もしくは陽性の）活性不溶性
粉末物質と、潮解性物質、電気活性可溶性物質、および
水溶性ポリマーを含む上述の溶液と同様な水溶液との混
合物を含む。
【００４２】当業者には明らかなように、電気活性可溶
性物質は変えるべきではないが、後者の溶液において潮
解性物質および水溶性ポリマーは選択することができ
る。換言すれば、電気活性可溶性物質は３層１２，１４
および１６の全てにおいて同一に保つべきであるが、潮
解性物質および水溶性ポリマーは特定の用途に応じて層
毎に異なっていてもよい。
【００４３】以下の実施例に例示されるように、陰極１
４および陽極１６層を適合する電気活性可溶性物質とと
もに適切に選択することにより、電源（すなわちバッテ
リ）として使用可能な可撓性薄層電池１０が提供され、
この電池１０は開放されており、したがって、保存時に
ガスを蓄積しないが、潮解性物質の吸湿性によって、電
池１０は開放されているにも拘わらず常に湿った状態に
保たれる。陰極１４および陽極１６に使用される好適な
物質の対には例えば、これらに限定されるものではない
が、二酸化マンガン／亜鉛、酸化銀／亜鉛、カドミウム
／酸化ニッケル、および鉄／酸化ニッケル（当業界にお
いて公知なように二酸化マンガンおよび酸化銀は導電性
炭素粉末と混合してもよい）が含まれる。
【００４４】当業者には明らかなように、単一の物質が
潮解性物質および電気活性可溶性物質の双方として機能
することもある。しかしながら、このような物質は好適
な電気活性および吸湿特性を獲得するべきである。この
型の好適な物質には例えば、これらに限定されるもので
はないが、塩化亜鉛および臭化亜鉛が含まれる。
【００４５】さらに当業者には明らかなように、単一の
物質が潮解性物質および水溶性ポリマーとして機能する
こともある。しかしながら、このような物質は好適な吸
湿および接着特性を獲得するべきである。この型の好適
な物質には例えば、これらに限定されるものではない
が、デキストラン、硫酸デキストラン、およびこれらの
組み合わせおよびコポリマーが含まれる。
【００４６】図１に示され、上述された３つの層１２，
１４および１６は薄く製造することができ、可撓性であ
り、したがって、電池１０は可撓性であって、０．５〜
１．５ｍｍ以下と薄い。現在好ましくは、また以下に詳
述するように、電池１０は好適な印刷技術によって製造
されるであろう。好適な印刷技術には例えば、これらに
限定されるものではないが、シルク印刷、オフセット印
刷、ジェット印刷、ラミネーション、材料蒸発、および
粉末拡散が含まれる。
【００４７】図２は一般的に２０で参照される電池の別
の可能な構成を示すものである。電池１０と同様に、電
池２０は基本電池を形成する層１２，１４および１６
（斜線部）を含む。電池２０はさらに１枚もしくは２枚
の導電層２２および２４を含み、陰極１４および／もし
くは陽極１６層の導電性を改善している。好適な導電層
は黒鉛紙、炭素布等である。また、電池２０は陰極２６
および陽極２８端子を含み、これらの端子２６および２
８はそれぞれ対応する極層１４および１６、もしくは対
応する導電層２２および２４、もしくは双方と電気的に
接触している。端子２６および２８は例えば、これらに
限定されるものではないが、黒鉛もしくは鉄、ニッケ
ル、チタン、銅、ステンレス鋼、およびこれらの混合物
のような金属のような好適な物質のいずれかで製造さ
れ、好ましくは上述のような好適な印刷技術によって電
池２０に取り付けられる。端子２６および２８は電池２
０を電気駆動器具のような負荷に電気的に接続するため
に使用される。端子２６および２８は電池２０のいかな
る場所に配されてもよく、いかなる好適な形状および寸
法を獲得してもよく、特定の用途に応じて端子２６およ
び２８は電池２０の表面から突出してもよい。さらに電
池２０は、電池２０を様々な表面に付着させることので
きる少なくとも１つの外側に位置する接着性裏層２９お
よび／もしくは他の全ての層を物理的に保護する少なく
とも１つの外側に位置する保護薄層３０を含んでもよ
い。
【００４８】図３ａ〜ｂはさらに別の構成を示す。２つ
以上の電池すなわち図３ａに示す電池１０もしくは図３
ｂに示す電池２０は二極接続して、このようにして形成
される電源４０および５０それぞれの電気エネルギを付
加的に増加させることができる。この目的で、導電性両
面接着テープもしくは例えば適切な印刷技術によって取
り付けられた導電性接着層４２により、２つ以上の電池
を図３ａ〜ｂに層２２，１４，１２，１６および２４の
配置で示すように頭尾配向で互いに接着し、隣接する電
池間での電子の通行を可能にする。明らかなように、電
源４０および／もしくは５０は図２の表面２９と同様の
外側に位置する接着性裏層（複数でもよい）および／も
しくは図２の層３０と同様の外側に位置する保護薄層
（複数でもよい）をさらに含んでもよい。さらに明らか
なように、電源４０および５０は図２の端子２６および
２８とそれぞれ同様な陰極および陽極端子を含んでもよ
い。
【００４９】さらに本発明は、上述の電池と同様の可撓
性薄層開放液状電気化学電池を製造するための方法であ
って、（ａ）潮解性物質と電気活性可溶性物質と水溶性
ポリマーとを含有する水溶液で多孔性物質を浸潤させ、
この浸潤化は浸漬もしくは印刷技術のいずれかによって
達成することができ、（ｂ）多孔性物質の第１の面に陰
極層を取り付け、（ｃ）多孔性物質の第２の面に陽極層
を取り付けることからなる方法を含む。陰極および陽極
層は好ましくは（ａ）と同型の潮解性物質と電気活性可
溶性物質と水溶性ポリマーとが混合された活性不溶性粉
末物質を含み、好ましくは例えば上述のものから選ばれ
た好適な印刷技術を用いて取り付けられる。
【００５０】この方法はさらに、例えば、これらに限定
されるものではないが、外側に位置する接着性裏層（複
数でもよい）および／もしくは保護薄層（複数でもよ
い）および陰極および陽極端子のような付加的な層およ
び部品を電池に付加することを含んでもよい。また、こ
の方法はさらに、例えば、導電性両面接着テープもしく
は例えば好適な印刷技術によって取り付けられた導電性
接着層によって２つ以上の電池を二極接合して、増大し
た（例えば２倍、３倍等の）電力を有する電源を形成す
ることを含んでもよい。本発明によれば、このような二
極接合は２つ以上の予め製造された電池を頭尾配向で接
合すること、あるいは好ましくは上述の好適な印刷技術
を用いて好適な層を交互に取り付けることによりこのよ
うに配置された２つ以上の電池を直接製造することによ
って行うことができる。
【００５１】本発明の可撓性薄層開放電気化学電池は従
来技術の薄層電池に比して大きな利点を有している。こ
れは開放電池であるために保存時にガスを蓄積せず、ま
た、湿った状態を維持するための潮解性物質および極層
を水性電解質層に接着するのに必要な粘度を得るための
水溶性ポリマーの使用によって常に湿ったそのままの状
態に保たれる。
【００５２】本発明の可撓性薄層開放電気化学電池は以
下のような他の利点を有している。第１に、外側に剛性
成型物がなく、したがって、薄く、軽量で可撓性を有
し、いかなる寸法、形状、色、および適用パターンでも
製造可能であり、よって、様々な用途に好適である。第
２に、その製造のために好適な印刷技術を用いることに
より、そのコストが低減され、したがって、使用後に廃
棄してもよい。これは、大きなシートを製造して印刷後
にいずれかの所望の寸法に切断することができ、また、
この技術が本質的に費用効率の良いものであるためであ
る。第３に、これは好ましくは環境および人体に無害の
物質からなる（好ましくは水銀もしくは重金属を含まな
い）。そして、最後に、これは接着性裏層を介して自動
接着するように製造することができる。
【００５３】次いで、上記記載とともに本発明を例示す
る以下の実施例を参照する。
【００５４】
【実施例１】１．２ｍｌの水に１２０ｍｇのポリビニル
アルコール（水溶性ポリマー）および１６８０ｍｇの塩
化亜鉛（潮解性物質および電気活性可溶性物質）を含有
してなる溶液を用意した。この溶液は糊状の粘性のある
外観を呈した。印刷もしくは浸漬技術によって４．５ｃ
ｍ×７ｃｍの濾紙片をこの溶液で浸潤した。３００ｍｇ
の亜鉛粉末と上記溶液との混合物を用意し、陰極層とな
る紙片の１つの面上に印刷した。他面上には、２５０ｍ
ｇの二酸化マンガンおよび５０ｍｇの導電性炭素粉末か
らなる混合物を上記溶液とともに印刷し、陽極層とし
た。両面で電気接触を行って負荷に接続した際に電流を
測定した。室内条件下で、１．７÷１．２Ｖの電圧にお
いて平方ｃｍあたり１２μＡの電流が容易に５日間継続
して維持された。
【００５５】
【実施例２】実施例１に記載されたように開放電池を作
成し、電圧計に接続した。図４に示すように、室内条件
下の電池によって生成される電圧の測定によって、１．
７÷１．２Ｖの顕著な電圧が９日間継続して保持される
ことが明らかになった。
【００５６】
【実施例３】飽和水酸化カリウム溶液を用意し、水溶性
ポリマーと混合することによって糊の粘度とする。多孔
性物質（例えば濾紙）をこの溶液で完全に浸潤し、その
溶液と酸化ニッケル粉末との混合物を多孔性物質の１つ
の面上に張り付けて陽極層を形成し、カドミウム粉末と
の同様な混合物を多孔性物質の他面上に張り付けて陰極
層を形成する。電圧計をこれら２面に接続すると１．２
Ｖの電圧が測定され、これら２層を負荷に接触させると
高い電流が測定される。電池は戸外で干からびることが
なく、必要ならば再充電することができる。
【００５７】
【実施例４】実施例３と同様の水酸化カリウム溶液を用
意し、これで多孔性物質を浸潤させる。この溶液と亜鉛
粉末との混合物を多孔性物質の１つの面上に張り付けて
陰極層を形成し、必要に応じていくらかの炭素粉末を含
有する酸化銀粉末との同様の混合物を多孔性物質の他面
に張り付けて陽極層を形成する。電圧計をこれら２面に
接続すると１．２Ｖの電圧が測定され、これら２層を負
荷に接触させるとかなりの電流が測定される。電池は戸
外で干からびることがなく、必要ならば再充電すること
ができる。
【００５８】
【実施例５】実施例３と同様の水酸化カリウム溶液を用
意し、これで多孔性物質を浸潤させる。この溶液と亜鉛
粉末との混合物を多孔性物質の１つの面上に張り付けて
陰極層を形成し、必要に応じていくらかの炭素粉末を含
有する二酸化マンガン粉末との同様の混合物を多孔性物
質の他面に張り付けて陽極層を形成する。電圧計をこれ
ら２面に接続すると１．５Ｖの電圧が測定され、これら
２層を負荷に接触させるとかなりの電流が測定される。
電池は戸外で干からびることがない。このように形成さ
れた電池を再充電することは困難かも知れない。
【００５９】
【実施例６】実施例３と同様の水酸化カリウム溶液を用
意し、これで多孔性物質を浸潤させる。この溶液と酸化
ニッケル粉末との混合物を多孔性物質の１つの面上に張
り付けて陽極層を形成し、鉄粉末との同様の混合物を多
孔性物質の他面に張り付けて陰極層を形成する。電圧計
をこれら２面に接続すると０．９Ｖの電圧が測定され、
これら２層を負荷に接触させると電流が測定され得る。
電池は戸外で干からびることがなく、必要ならばいくら
かの再充電が可能である。
【００６０】
【実施例７】３０％硫酸溶液を用意し、水溶性ポリマー
と混合することによって糊の粘度とする。多孔性物質
（例えば濾紙）をこの溶液で完全に浸潤し、その溶液と
酸化鉛との混合物を多孔性物質の両面上に張り付ける。
両面を電源に接続し、２Ｖを超える電圧を印加すること
によって電池を充電する。電池を戸外で干からびさせる
ことなく、充電・放電サイクルを繰り返すことができ
る。
【００６１】限られた数の実施態様に関して本発明を記
載したが、本発明には様々な変形、変更、および他の応
用が可能であることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の教示による可撓性薄層開放電気化学電
池の基本構成の斜視図である。
【図２】可撓性薄層開放電気化学電池の別の可能な構成
の斜視図である。
【図３ａ】図１および図２の２つの電池の二極接続によ
って形成された電源から得られる電気エネルギを付加的
に増加させる電源の構成の斜視図である。
【図３ｂ】図１および図２の２つの電池の二極接続によ
って形成された電源から得られる電気エネルギを付加的
に増加させる電源の構成の斜視図である。
【図４】室内条件下において時間の関数として電圧計で
測定された本発明による可撓性薄層開放電気化学電池の
電圧を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 可撓性薄層開放液状電気化学電池 １２ 第３層 １４ 第１層 １６ 第２層
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 4/66 Ｈ０１Ｍ 4/66 Ａ ５Ｈ０５０ 6/22 6/22 Ｚ 10/02 10/02 // Ｈ０１Ｍ 10/26 10/26 Ｆターム(参考） 5H017 AA01 AA02 AS02 CC01 EE06 EE09 5H021 AA06 BB12 CC02 EE02 EE11 EE27 5H022 AA01 AA05 AA07 AA19 BB05 BB12 CC09 CC21 EE10 5H024 AA02 AA03 AA04 AA11 AA14 CC01 DD11 DD15 FF01 FF04 FF09 FF10 GG04 GG08 5H028 AA06 CC01 EE01 EE02 EE05 FF00 FF09 FF10 5H050 BA02 BA03 BA04 BA09 BA12 BA13 CA02 CA03 CA05 CA06 CB11 CB13 CB14 CB15 DA02 DA03 DA04 DA10 DA19 EA09 FA02 FA16

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 不溶性陰極の第１層、不溶性陽極の第２
    層、および水性電解質の第３層からなり、非密閉状態で
    保持される可撓性薄層開放液状電気化学電池であって、
    前記第３層は前記第１および第２層の間に配され、 （ａ）開放電池を常に湿らせておくための潮解性物質
    と、 （ｂ）必要なイオン伝導率を得るための電気活性可溶性
    物質と、 （ｃ）前記第１および第２層を前記第１層に接着するた
    めに要する粘度を得るための水溶性ポリマーとを含み、 前記電解質層が多孔性物質によって係止されることを特
    徴とする電気化学電池。
  2. 【請求項２】 前記多孔性物質が濾紙、プラスチック
    膜、セルロース膜、および布からなる群より選ばれるこ
    とを特徴とする請求項２に記載の電池。
  3. 【請求項３】 前記不溶性陽極の第１層が二酸化マンガ
    ン粉末を含み、前記不溶性陰極の第２層が亜鉛粉末を含
    むことを特徴とする請求項１に記載の電池。
  4. 【請求項４】 前記不溶性陰極の第１層がさらに炭素粉
    末を含むことを特徴とする請求項３に記載の電池。
  5. 【請求項５】 前記不溶性陽極の第２層がさらに炭素粉
    末を含むことを特徴とする請求項３に記載の電池。
  6. 【請求項６】 前記電気活性可溶性物質が塩化亜鉛、臭
    化亜鉛、フッ化亜鉛、および水酸化カリウムからなる群
    より選ばれることを特徴とする請求項３に記載の電池。
  7. 【請求項７】 前記不溶性陰極の第１層が酸化銀粉末を
    含み、前記不溶性陽極の第２層が亜鉛粉末を含むことを
    特徴とする請求項１に記載の電池。
  8. 【請求項８】 前記電気活性可溶性物質が水酸化カリウ
    ムであることを特徴とする請求７に項記載の電池。
  9. 【請求項９】 前記不溶性陰極の第１層がカドミウム粉
    末を含み、前記不溶性陽極の第２層が酸化ニッケル粉末
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の電池。
  10. 【請求項１０】 前記電気活性可溶性物質が水酸化カリ
    ウムであることを特徴とする請求項９に記載の電池。
  11. 【請求項１１】 前記不溶性陰極の第１層が鉄粉末を含
    み、前記不溶性陽極の第２層は酸化ニッケル粉末を含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の電池。
  12. 【請求項１２】 前記電気活性可溶性物質が水酸化カリ
    ウムであることを特徴とする請求項１１に記載の電池。
  13. 【請求項１３】 前記不溶性陰極の第１層および不溶性
    陽極の第２層が酸化鉛粉末を含み、電池がこれらの極に
    印加された電圧によって充電されることを特徴とする請
    求項１に記載の電池。
  14. 【請求項１４】 前記電気活性可溶性物質が硫酸である
    ことを特徴とする請求項１３に記載の電池。
  15. 【請求項１５】 前記潮解性物質と電気活性可溶性物質
    とが同一の物質であることを特徴とする請求項１に記載
    の電池。
  16. 【請求項１６】 前記同一の物質が塩化亜鉛、臭化亜
    鉛、フッ化亜鉛、および水酸化カリウムからなる群より
    選ばれることを特徴とする請求項１５に記載の電池。
  17. 【請求項１７】 前記潮解性物質が塩化カルシウム、臭
    化カルシウム、二燐酸カリウム、および酢酸カリウムか
    らなる群より選ばれることを特徴とする請求項１に記載
    の電池。
  18. 【請求項１８】 前記水溶性ポリマーがポリビニルアル
    コール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリビ
    ニルピロリドン、ポリエチレンオキシド、寒天、アガロ
    ース、澱粉、ヒドロキシエチルセルロース、およびこれ
    らの組み合わせおよびコポリマーからなる群より選ばれ
    ることを特徴とする請求項１に記載の電池。
  19. 【請求項１９】前記水溶性ポリマーと潮解性物質とが同
    一の物質であることを特徴とする請求項１に記載の電
    池。
  20. 【請求項２０】 前記同一の物質がデキストラン、硫酸
    デキストラン、およびこれらの組み合わせおよびコポリ
    マーからなる群より選ばれることを特徴とする請求項１
    に記載の電池。
  21. 【請求項２１】 さらに端子を備え、各端子は前記第１
    および第２の極層の１つと電気的に接触していることを
    特徴とする請求項１に記載の電池。
  22. 【請求項２２】 前記端子が金属からなることを特徴と
    する請求項２１に記載の電池。
  23. 【請求項２３】 前記端子が黒鉛からなることを特徴と
    する請求項２１に記載の電池。
  24. 【請求項２４】前記金属が鉄、ニッケル、チタン、銅、
    ステンレス鋼、およびこれらの混合物からなる群より選
    ばれ、前記端子が印刷技術によって電池に取り付けられ
    ていることを特徴とする請求項２２に記載の電池。
  25. 【請求項２５】 さらに前記第１および第２の極層の少
    なくとも一方の導電性を改善する少なくとも１つの導電
    層を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電
    池。
  26. 【請求項２６】 前記導電層が黒鉛紙および炭素布から
    なる群より選ばれることを特徴とする請求項２５に記載
    の電池。
  27. 【請求項２７】 さらに接着性裏層、保護薄層、および
    接着性裏層と保護薄層との組み合わせからなる群より選
    ばれた外層を備えることを特徴とする請求項１に記載の
    電池。
  28. 【請求項２８】 請求項１に記載の電池２つを頭尾配向
    で二極接続してなる電源。
  29. 【請求項２９】 前記接続が、導電性両面接着テープお
    よび導電性接着層からなる群より選ばれた接着材による
    ことを特徴とする請求項２８に記載の電源。
  30. 【請求項３０】 前記導電性両面接着テープおよび前記
    導電性接着層が印刷技術によって取り付けられることを
    特徴とする請求項２９に記載の電源。
  31. 【請求項３１】 不溶性陰極の第１層、不溶性陽極の第
    ２層、および水性電解質の第３層からなり、非密閉状態
    で保持される可撓性薄層開放液状電気化学電池であっ
    て、前記第３層は前記第１および第２層の間に配され、 （ａ）前記第１および第２層を前記第３層に接着するた
    めに要する粘度を得、かつ開放電池を常に湿らせておく
    のに必要な吸湿性を得るための水溶性ポリマー、および
    （ｂ）必要なイオン伝導率を得るための電気活性可溶性
    物質を含むことを特徴とする電池。
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