JP2003508906A - 電荷蓄積装置 - Google Patents

電荷蓄積装置

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エナジィ・ストーリッジ・システムズ・プロプライエタリー・リミテッド
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Abstract

(57)【要約】 電荷蓄積装置（１）は密封されたプリズマハウジング（２）を含む。２つの対向する折り畳まれた矩形のアルミニウム電極（３、４）がハウジング（２）内に配置され、それぞれの金属端子（５、６）に接続されて電極への外部電気的接続が可能になる。多孔質の電気的に絶縁された隔離板材料、たとえば商標ソルパー、シート隔離板（７）が電極（３、４）の間に配置され、これらの電極を固定された間隔をあけた構成で維持する。電解質（図示せず）もまた電極の間に配置される。掃去剤の形の収集手段が隔離板（７）にグラフトされ、１つまたは２つ以上の予め定められた汚染物質をハウジングから除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
この発明は電荷蓄積装置に関する。
【０００２】 この発明は主にスーパーキャパシタのために開発され、その応用に関して以下
で説明されるであろう。しかし、この発明はその特定の用途分野に限定されてお
らず、キャパシタ、電池、燃料電池等の他の電荷蓄積装置にもまた好適である。
【０００３】
【先行技術の考察】
電気二重層キャパシタの形のスーパーキャパシタが公知である。これらのキャ
パシタは一般に、その各々が少なくとも１つの側に活性炭素等のコーティングを
有する２つのアルミニウム電極のためのハウジングを含む。電極は典型的には中
間隔離板とともに巻かれているか、または他の様態で交互に配置され、適切な電
解質で湿らされている。電荷は、炭素と電解質との間で形成される電気二重層に
蓄積される。活性炭素の１体積当りの面積が広いため、これらの装置の電荷蓄積
密度は高い。
【０００４】 これらのスーパーキャパシタでのある制限は、公知の電解質の性質のために、
ハウジングを密封し塩と溶媒とを含む電解質がハウジングから漏れることと、ハ
ウジングへ汚染物質が進入することとの両方を防がなければならないことである
。後者に対する保護が充分でないと、達成可能な最大動作電圧が減じられ、漏れ
電流が増大し、抵抗が増大し、さらに達成可能なキャパシタンスが減少すること
によって、キャパシタ性能が低下する。その進入が続いた場合には、このことは
最終的にキャパシタを動作不能にするだろう。
【０００５】 電池もまた公知でありそれもまた電解質を用いるが、スーパーキャパシタと区
別されるところはエネルギが電気化学的に蓄積されるところである。いずれにせ
よ、電池もまたハウジング内に電解質が安全に蓄積され、それが環境へと流れ出
ることを防ぎ、その純度が維持される必要がある。
【０００６】 電解質がハウジング内に維持されてそれには汚染がないことを確実にするため
の部分的な解決策として、流体の通路に優れたバリア特性を提供する壁をハウジ
ングに設ける多くの努力がなされてきた。電池のためのこのような構成の例は米
国特許第５，４４５，８５６号で開示されている。この電池ハウジングは、 １．積層物の層のうちの１つに組込まれるか、または ２．いずれかの２つの層の間に配置される 酸素掃去剤を有する積層物から作られる壁を含む。
【０００７】 この特徴は、積層物を通っての汚染物質の進入に対するハウジングのバリア特
性を増大させることを意図する。主に懸念されるのは酸素であるが、その薬剤が
また積層物を通っての水の進入をも抑制することが好まれる。
【０００８】 この先行技術のハウジングのさらなる複雑性、コスト、および改善されたバリ
ア特性にもかかわらず、これらの種類の電荷蓄積装置は未だに電解質の汚染と劣
化とにさらされている。したがって、時間がたつにつれて、装置の性能は徐々に
悪化し、装置の動作寿命も短くなる。
【０００９】
【発明の開示】
この発明の、少なくとも好ましい実施例での目的は、先行技術の１つまたは２
つ以上の不利な点を克服または実質的に改善し、または少なくとも有用な代替物
を提供することである。
【００１０】 この発明の１つの局面によると、 ハウジングと、 ハウジング内に配置される少なくとも２つの対向する電極と、 電極の間に配置される隔離板と、 電極の間に配置される電解質と、 ハウジング内に配置され、１つまたは２つ以上の予め定められた汚染物質をハ
ウジングから除去するための収集手段とを含む電荷蓄積装置が提供される。
【００１１】 好ましくは、電極の各々はコーティングを含み、収集手段はコーティングのう
ちの少なくとも１つの１構成要素である。より好ましくは、コーティングは活性
炭素を含み、収集手段は電極に塗布される前に少なくとも１つのコーティングに
組込まれる。さらに好ましくは、少なくとも１つのコーティングは結合剤を含み
、収集手段は結合剤内に含まれる。
【００１２】 好ましくはまた、収集手段は１つまたは２つ以上の汚染物質を除去するために
活性化される。より好ましくは、収集手段はその活性化前に結合剤内に含められ
る。さらに好ましくは、収集手段は電荷蓄積装置の組立の後に活性化される。さ
らなる好ましい実施例では、予め定められた電圧を電極に印加することによって
活性化が達成される。他の実施例では、電気化学的手段によって活性化が達成さ
れる。
【００１３】 しかし他の実施例では、収集手段を結合剤内に含める前に収集手段が活性化さ
れる。そのうえ、さらなる実施例では、収集手段は電荷蓄積装置の組立の前また
はその最中に活性化される。
【００１４】 いくつかの好ましい実施例では、紫外線放射等の電磁放射の予め定められた波
長と強度とにさらされることによって、収集手段が活性化される。他の実施例で
は、収集手段は電子ビームにさらされる。
【００１５】 他の実施例では、収集手段は電解質内に含まれる。 好ましくはまた、収集手段は酸素をハウジングから除去する。より好ましくは
、収集手段はゼロ２（ZERO２）の商標でサウスコープパッケージング（Southcor
p Packaging）により販売され市場に出されている化合物である。他の実施例で
は、収集手段は水を電解質から除去する。さらなる実施例では、収集手段は臭素
および塩素等の他の物質を除去する。
【００１６】 好ましい形では、除去の結果として汚染物質が装置の電荷蓄積動作から分離さ
れる。他の実施例では、除去の結果として汚染物質の化学的変化が得られる。
【００１７】 好ましくは、収集手段が電解質の構成要素である場合には、除去の結果として
さらなる電気化学的活動が得られる。より好ましくは、このさらなる活動は装置
の過充電性能を改善する。
【００１８】 いくつかの実施例では、収集手段は掃去種である。より好ましくは、収集手段
は隔離板にグラフトされるかまたは他の様態でそれに組込まれる。当業者が理解
するように、収集手段を隔離板とともに位置させることにより電解質からの汚染
物質の最適除去が可能になる。
【００１９】 好ましくはまた、ハウジングは内面と外面とを含み、収集手段は内面に配置さ
れる。
【００２０】 この発明の第２の局面によると、ハウジングを有する電荷蓄積装置を構成する
ための方法が提供され、前記方法は収集手段をハウジング内に設け１つまたは２
つ以上の予め定められた汚染物質をハウジングから除去するステップを含む。
【００２１】 好ましくは、装置は２つの間隔をあけた電極と、電極の間の隔離板と、電極を
湿らせるための電解質とを含み、電極、隔離板、および電解質はハウジング内に
配置され、前記方法はさらに収集手段をハウジングにグラフトするステップを含
む。他の実施例では、方法は収集手段を隔離板にグラフトするステップを含む。
さらなる実施例では、収集手段は電解質内に配置される。
【００２２】 この発明の第３の局面によると、 ハウジングと、 ハウジング内に配置される少なくとも２つの対向する電極と、 電極の間に配置される隔離板と、 電極の間に配置される電解質と、 １つまたは２つ以上の予め定められた汚染物質をハウジングから除去すること
を可能にするための収集手段とを含む電荷蓄積装置が提供される。
【００２３】 好ましくは、収集手段は、それを通って１つまたは２つ以上の汚染物質が選択
的に引出されるポートをハウジング内に含む。より好ましくは、装置はポートを
通ってハウジングへと進入する汚染物質を防ぐための密封手段を含む。さらに好
ましくは、密封手段は一方方向の弁である。しかし他の実施例では、密封手段は
ポートにわたって延びるセプタムである。
【００２４】 好ましい形では、収集手段はまた１つまたは２つ以上の予め定められた汚染物
質を除去する。さらに好ましくは、収集手段は活性化されて除去を始め、その後
再び活性化され、 除去された汚染物質をハウジングへと放出し、 １つまたは２つ以上の予め定められた汚染物質のハウジングからの除去を再び
開始する。
【００２５】 好ましくはまた、収集手段は、選択的に外部の負の圧力にさらされ収集手段の
再活性時に放出された汚染物質をハウジングから引出すポートをハウジング内に
含む。
【００２６】 他の実施例では、掃去剤はポートを通ってハウジングへと進み、１つまたは２
つ以上の予め定められた汚染物質を除去する。より好ましくは、掃去剤はポート
を介してハウジングから取り除かれる。さらに好ましくは、掃去剤はハウジング
へと進む前に活性化され１つまたは２つ以上の汚染物質を除去する。しかし他の
実施例では、一旦掃去剤がハウジングに入ってから活性化が起こる。より好まし
くは、掃去剤を予め定められた電磁放射の波長にさらすことによって、活性化が
達成される。さらに好ましくは、ハウジングはこれらの予め定められた波長に対
して少なくとも部分的に透明な窓を含む。
【００２７】 この発明の第４の局面によると、キャビティを規定するハウジングを有する電
荷蓄積装置から１つまたは２つ以上の予め定められた汚染物質を取り除くための
方法が提供され、前記方法は、 ハウジング内にポートを設け、キャビティとの選択的な外部流体との連通を可
能にするステップと、 外部の負の圧力をポートに与え、１つまたは２つ以上の汚染物質をキャビティ
から引出すステップとを含む。
【００２８】 好ましくは、前記方法は、キャビティに正の圧力を与え１つまたは２つ以上の
汚染物質をキャビティからポートを通るように方向づけるさらなるステップを含
む。より好ましくは、ポートは一方方向の弁である。しかし他の実施例では、ポ
ートは自己密封のセプタムであり、前記方法はさらに、 第１の端部と第２の端部との間に延びる貫通通路を有する挿入装置を提供する
ステップと、 負の圧力を第１の端部に与えるステップと、 セプタムを通して第２の端部を駆動し、負の圧力をキャビティに与えて１つま
たは２つ以上の汚染物質が貫通通路から引出されるようにするステップとを含む
。
【００２９】 好ましくは、前記方法は、キャビティに収集手段を設け１つまたは２つ以上の
予め定められた汚染物質を除去するさらなるステップを含む。さらに好ましくは
、前記方法は収集手段を活性化し除去を始めるステップを含む。さらに好ましく
は、前記方法は、収集手段を再び活性化させ除去された汚染物質をハウジングへ
と放出しその後負の圧力を第１の端部に与えるステップを含む。より好ましくは
、再活性化により、１つまたは２つ以上の予め定められた汚染物質のハウジング
からの除去を収集手段が再び開始することもまた可能となる。
【００３０】 この発明の第５の局面に従うと、 ハウジングと、 ハウジング内に配置される第１のシート電極と、 第１のシート電極に隣接してかつそれに対向してハウジング内に配置される第
２のシート電極と、 第１の電極の実質的にすべてを囲み、電極を間隔のあいた構成で維持するため
の隔離板と、 電極の間に配置される電解質と、 それぞれの電極から延びハウジングの外側で終端し、電極への外部電気的接続
を可能にするための２つの端子とを含む電荷蓄積装置が提供される。
【００３１】 好ましくは、隔離板は、少なくとも１つの共通の縁に沿って接続される２つの
対向する隔離シートを含み、第１の電極は隔離シートの間に配置される。より好
ましくは、隔離シートは一体成形される。さらに好ましくは、隔離シートは共通
の縁に沿って一体成形される。
【００３２】 好ましくはまた、隔離シートの各々は第１の縁と、第１の縁から間隔をあけた
ところにある第２の縁とを含み、その両者は共通の縁から延びる。より好ましく
は、各隔離シートはまた、第１の縁と第２の縁との間に延びる第３の縁を含み、
第１の縁は対向しそれら同士が接合され、第２の縁も対向しそれら同士が接合さ
れる。さらに好ましくは、第３の縁も対向している。
【００３３】 好ましい形では、第１の電極は第１のサブシートと、第１のサブシートに対向
する第２のサブシートとを含む。より好ましくは、第１のサブシートと第２のサ
ブシートとは対向している。さらに好ましくは、第１のサブシートと第２のサブ
シートとの各々は共通の縁に沿って接合される。好ましくはまた、第１のサブシ
ートと第２のサブシートとの間の共通の縁は、２つの対向する隔離シートの間の
共通の縁に隣接して配置される。
【００３４】 この発明の別の局面によると、ハウジングを有する電荷蓄積装置を構成するた
めの方法が提供され、前記方法は、 ハウジング内に少なくとも２つの対向するシート電極を配置するステップと、 第１の電極の実質的にすべてを隔離板で囲み、電極を間隔のあいた構成で維持
するステップと、 電極の間に電解質を配置するステップと、 それぞれの電極から延びハウジングの外側で終端し、電極への外部電気的接続
を可能にするための２つの端子を提供するステップとを含む。
【００３５】 好ましくは、隔離板は、少なくとも１つの共通の縁に沿って接続される２つの
対向する隔離シートを含み、方法は、隔離シートの間に第１の電極を配置するさ
らなるステップを含む。より好ましくは、隔離シートは一体成形される。さらに
好ましくは、隔離シートは共通の縁に沿って一体成形される。
【００３６】 好ましくはまた、隔離シートの各々は第１の縁と、第１の縁から間隔をあけた
ところにある第２の縁とを含み、その両者は共通の縁から延びる。より好ましく
は、各隔離シートはまた第１の縁と第２の縁との間に延びる第３の縁を含み、方
法は、第１の縁同士を接合し第２の縁同士を接合するさらなるステップを含む。
さらに好ましくは、第３の縁も対向している。
【００３７】 添付の図を参照すると、この発明の好ましい実施例が例によってのみ説明され
る。
【００３８】
【発明の好ましい実施例】
図１を参照すると、電荷蓄積装置１は密封されたプリズマハウジング２を含む
。２つの対向する折り畳まれた矩形のアルミニウム電極３と４とがハウジング２
内に配置され、それぞれの金属端子５と６とに接続され電極への外部電気的接続
を可能にする。商標ソルパー（商標Solupor）シート隔離板７が電極３と４との
間に配置され、これらの電極を固定された間隔をあけた構成で維持する。電解質
（図示せず）もまた電極の間に配置される。掃去剤の形の収集手段は隔離板７に
グラフトされ、１つまたは２つ以上の予め定められた汚染物質をハウジングから
除去する。
【００３９】 隔離板７は「ポケット」形状で形成され、それは折り重ねられ、横端部同士が
固定されて横端部の間に開口部８を提供する。図をわかりやすくするために、隔
離板７は２つの折り線を有して示される。しかし実際には、隔離板が対向する電
極に直接当接するように単一の折り線が用いられる。隔離版の多孔質性により、
電解質内のイオンが電極間を移動することが可能となる。
【００４０】 電極の各々は、それぞれの端子５と６とに電気的に係合する少なくとも１つの
タブ９を有する単一の同様のアルミニウムシートから形成される。図示されるよ
うに、電極は重ね合わせ入れ子にした形状に折り畳まれる。再び、図をわかりや
すくするために電極４は２つの折り線を備えて図示されていることが理解される
だろう。しかし実際には、この電極が隔離板７に直接当接するように単一の折り
線が用いられる。
【００４１】 電極３は開口部８内で受けられ、タブ９のみが「ポケット」またはパウチから
延びるように隔離板７で囲まれる。次にこの電極と隔離板との組合せは折り畳ま
れた電極４に挿入され、単一の容量電池が完成する。この実施例では１つの電池
のみが図示されているが、他の実施例では２つまたは３つ以上のこのような電池
が利用される。電極の電極区域は約１０２ｃｍ2であり、それは２．５ボルトで
は約２８ファラドの公称キャパシタンスを提供する。
【００４２】 電極３と４との各々は活性炭素粒子の高表面区域コーティング１０を含む。こ
のコーティングは予め定められた厚みを有し、それは炭素粒子と電極との間の密
な係合を容易にするような結合剤を含む。
【００４３】 この実施例では、掃去剤はゼロ２の商標でサウスコープパッケージングにより
販売され市場に出されている化合物である。スーパキャパシタの製造の間に、約
２５ｍｇの化合物が隔離板７にグラフトされる。より具体的には、製造のプロセ
スステップの１つは、電極の間に隔離板を交互に配置するステップを含む。この
ステップの直前に、グラフトが起こり、それに続いて予め定められた波長と強度
とのＵＶ放射による掃去剤の活性化が始まる。次に、活性化された掃去剤付きの
隔離板は、制御された製造環境で電極の間に差込まれる。当業者が理解するよう
に、いかなる汚染も最小限にするためには制御された状態でスーパーキャパシタ
および他のエネルギ貯蔵装置の製造を行なうことが重要である。したがって、掃
去剤が活性化されそれはすぐにも汚染物質の除去を開始する状態であるにもかか
わらず、まだ一部分しか構成されていないスーパーキャパシタを標準的に制御さ
れた環境に置くことにより、これらの汚染物質にさらされることが最小となる。
【００４４】 端子５と６とはハウジング２の内側から外側へと延び、それらはそれぞれの端
部の間でハウジングと密封係合する。この実施例では、密封係合は２つのゴムグ
ロメット１１と１２とによって行なわれる。他の実施例では、他の材料または材
料の組合せから構成されたグロメットが利用される。たとえば、いくつかの装置
はシリコン密封化合物と接着剤とを利用する。
【００４５】 いずれにせよ、商業的に入手可能な密封手段は完全に有効ではなく、それらは
時間がたつにつれて徐々に劣化するため、それらを実際に使うことのできる耐用
年数には限りがある。したがって、すべてとは言わないまでも大部分の密封構成
では、スーパーキャパシタまたは他の電荷蓄積装置の動作期間がたつにつれて必
然的に汚染物質がハウジングへと進入するだろう。
【００４６】 この発明の実施例はスーパーキャパシタ１に長期にわたる動作期間を提供する
。というのも、隔離板７にグラフトされた掃去剤によって、ハウジング２に実際
に入るすべての汚染物質がスーパーキャパシタの動作に対して優先的に不活性に
されるためである。この実施例で用いられる掃去剤の量は、最大で約０．２ｃｍ 3 の酸素を除去する。別の実施例では、より多いまたはより少ない掃去剤が用い
られる。たとえば、複数の容量電池を用いる代替の実施例では、隔離板のパウチ
またはポケットの各々には約２０ｍｇのゼロ２の化合物がグラフトされる。
【００４７】 以下で考察されるように、他の実施例では、掃去剤は隔離板の上以外のところ
に置かれる。しかし、隔離板にグラフトすることにはいくつかの利点があり、そ
れは電極の間にある汚染物質を除去するために掃去剤を配置することを含む。つ
まり、汚染物質が電極の間の電気化学的に活性のある領域に入ると、汚染物質の
ハウジング２への進入は性能に悪影響を及ぼす。この領域での活動は、スーパー
キャパシタの電荷蓄積能力に物理的に、化学的に、または電気的に干渉するおそ
れがある。したがって、この実施例では、活性領域内にある汚染物質のいずれも
がさらに除去されることとなる。
【００４８】 ここでの教示から当業者が理解するように、この発明の実施にもかかわらず、
製造公差および原材料品質の変動によって、スーパーキャパシタおよび他のエネ
ルギ蓄積装置の実際の耐用年数はさまざまに異なったものであり続けるだろう。
しかし、この発明を所与の製造技術とともに用いると、この発明以外では得られ
ないような平均耐用年数の引き延ばしが可能になる。
【００４９】 この発明の他の実施例（図示せず）では、掃去化合物がハウジングにグラフト
されるか、または他の様態でそこに組込まれる。つまり、ハウジングは内面と外
面とを規定し、その内面が掃去剤に場を提供する。
【００５０】 ハウジング２内で掃去剤を用いることにより、有害な汚染物質のレベルを減じ
ることができる。したがって、所与の製造プロセスではスーパーキャパシタの故
障率が減じられる。代替の形は製造プロセスを変えることである。つまり、スー
パーキャパシタの構成は、慎重に維持された環境のシーケンスを通して種々の構
成要素を進め、十分に低レベルの汚染しか起こらないことを確実にすることを含
む。これらの環境を設けさらに一貫して維持することには多額の費用がかかる。
しかし、内部に置かれた掃去剤を用いることにより、汚染は、最終的に製造され
るスーパーキャパシタの故障率に悪影響を及ぼすことなしに許容できる程度にな
る。
【００５１】 製造プロセスの間に入ってくる不純物または汚染物質のために掃去剤が使い果
たされることがない実施例では、ハウジング、特に電解質から不所望な物質を引
き続き取り除くことができる。したがって、掃去剤の有効期間内は、汚染物質の
ハウジングへの進入はスーパーキャパシタの性能を損なわない。
【００５２】 先行技術の装置ではそれぞれのハウジングの壁のバリア特性が懸念されていた
。しかし、この発明の発明者は、主に懸念すべきことは壁そのものではなく、壁
と突起した端子との間、または隣接する壁の間の不完全な密封であることを発見
した。この問題に対処するために、この発明の好ましい実施例は、米国特許第５
，４４５，８５６号で開示される装置のように壁の範囲内ではなくむしろハウジ
ング内に掃去剤を配置する。つまり、ここで説明される好ましい実施例は、壁を
通って移動する特定の汚染物質だけではなく、他の経路を介してハウジングに入
ってくるものもまた捕らえるように薬剤を配置した。
【００５３】 電極３と４とは、図２から図４を参照することによってより詳細に説明される
だろう。より具体的には、図３で最も良く示されるように、電極３は実質的に矩
形であり、２つの矩形のサブシート１５と１６とを含む。サブシートは一体成形
され、共通の縁１８を規定する折り線１７を中心に対称である。シート１５と１
６とはそれぞれの一体成形された矩形のサブタブ１９と２０とを含み、図４で示
されるように、それらは当接し、集合的にタブ９が規定される。
【００５４】 シート１５は２つの間隔をあけた平行な縁２１と２２とを含み、それらは縁１
８から垂直に延びる。さらなる縁２３が縁２１と２２との間に延びる。図３にお
いても示されるように、タブ１９は縁２３から延び、その縁が縁２２と出合うと
ころ付近まで延びる。同様に、シート１６は２つの間隔をあけた平行な縁２５と
２６とを含み、それらは縁１８から垂直に延びる。さらなる縁２７が縁２５と２
６との間に延びる。同様にまた、タブ２０は縁２７から延び、その縁が縁２６と
出合うところ付近まで延びる。
【００５５】 電極３の１つの側は活性炭素のみによってコーティングされ、図１で示される
ように、コーティングされた側が外側に来るように線１７を中心に電極３を折る
。
【００５６】 電極４は電極３と同様であるが、これは反対に差込まれるのでそれぞれのタブ
９が間隔をあけられる。これは以下でより詳細に説明されるであろう。わかりや
すくするために、電極の対応する特徴は対応する参照番号で示される。
【００５７】 隔離板７が、縮尺は異なるが、図２の平面図で示され、それは矩形のサブシー
ト３１と３２とを含み、それらは共通の縁３３に沿って一体成形される。この縁
はまた折り線３４を規定する。シート３１はまた２つの間隔をあけた平行な縁３
５と３６とを含み、それらは縁３３から垂直に延びる。自由縁３７が縁３５と３
６の間に延びる。同様に、シート３２は２つの間隔をあけた平行な縁３９と４０
とを含み、それらは縁３３から垂直に延びる。自由縁４１が縁３９と４０との間
に延びる。
【００５８】 製造の間、シート１５と１６とのコーティングされた側面がそれぞれの反対側
にきて外側を向くように線１７を中心にして電極３を折る。加えて、タブ１９と
２０とが当接する。また別に、縁３５と３９とが平行になり当接し、縁３６と４
０とが平行になり当接し、さらに縁３７と４１とが平行になり互いに隣接するよ
うに、線３４を中心にして隔離板７を折る。その後、縁３５と３９同士が接合さ
れ、縁３６と４０同士が接合される。いくつかの実施例では、これは接着剤によ
って達成されるが、他の実施例では熱溶接または他の熱処理が用いられる。さら
なる実施例では、縁は接合されない。
【００５９】 図４で最も良く示されるように、電極３は隔離板７によって形成される「パウ
チ」または「ポケット」に入れ子にされる。図示されるように、隔離板は電極３
の実質的にすべてを囲み、以下で説明されるように、電極３と４とを間隔をあけ
た構成で維持する。タブ９は隣接する縁３７と４１とを超えて外側へと延び、端
子５との電気的接続を可能にする。図をわかりやすくするために、図４では、隔
離板７は熱溶接によって接合される縁３６と４０とを備えて示されるが、一方で
縁３５と３９とは隣接はしているが接合はしていない。
【００６０】 電極４は、電極３を形成するものと同様のコーティングされたシートを折るこ
とによって形成される。より具体的には、シート１５と１６とのコーティングさ
れた側面が対向し内向きになるように、折り線１８に沿って折られる。加えて、
タブ１９と２０とは相互に隣接し、対向している。図５で最も良く示されるよう
に、電極のそれぞれのタブ９が間隔をあけるように、電極４に図４のアセンブリ
を入れ子にする。電極４のタブ１９と２０とは当接して端子６に固定され、電極
との電気的接続が可能となる。
【００６１】 図５の電極アセンブリは単一の電池とされるが、ここでの教示から当業者が理
解するように、複数の電池を平行に接続することができ、それに比例してスーパ
ーキャパシタ１のキャパシタンスを増大させることができる。他の実施例では、
同様の電極３と４とのそれぞれのタブ９が２つの間隔をあけた同様のタブの積み
重ねを形成するように、複数の電池を平行に積み重ねる。各々の積み重ねのタブ
同士が締付けられ、その積み重ねはそれぞれの端子５と６とに電気的に接続され
る。
【００６２】 対応する特徴が対応する参照番号で示される図６と図７とを参照すると、スー
パーキャパシタ４５が示される。スーパーキャパシタのハウジング２が密封され
、１つの側壁４６はセプタム４７の形の収集手段を含む。図７で最も良く示され
るように、壁４６は、内側４９、外側５０、およびアパチャ５１を含む。セプタ
ム４７は環状取付部５３を含み、それは壁４６の側面５０に密封係合しアパチャ
５１を取囲む。円形の自己密封バリア膜５４が環状取付部５３にわたって延び、
ハウジングの内部と大気との間の密封を作る。
【００６３】 ハウジング２はまた、紫外線放射に対して少なくとも部分的に透明な材料の矩
形の窓５８を有する側壁５７を含む。他の実施例では、窓５８の形状は異なり、
それは壁５７のより小さな部分にわたって延びる。さらなる実施例では、窓５８
は壁５７の側壁以外の側壁に配置される。さらに、他の実施例はハウジング２の
ベースまたは上部にある窓５８を含む。
【００６４】 スーパーキャパシタ４５は上述のような複数のキャパシタ電池を含み、これら
は平行に接続される。同様の電極がそれぞれの端子５と６とに電気的に接続され
る。
【００６５】 スーパーキャパシタ４５の製造に続いて、針の形の収集装置（図示せず）が膜
５４を通して挿入される。収集装置はまた、ハウジング２内に含まれるガスが針
と導管とを通って引出されるように、負の圧力を作るための圧力手段と、圧力手
段を針に連結させるための導管とを含む。つまり、収集装置はハウジングからガ
ス汚染物質を取り除くことを可能にする。この除去は製造に続いてすぐに行なわ
れる。しかし他の実施例では、その除去は他の時に行なわれ、このようにしてス
ーパーキャパシタのリコンディショニングが提供される。さらなる実施例では、
初期の除去とリコンディショニングとの両者が行なわれる。たとえば、場合によ
っては、検出回路がスーパーキャパシタと平行に接続され、スーパーキャパシタ
の時定数または他の電気的特性が、製造時に提供されたそれぞれの値から予め定
められたパーセンテージぶんだけ変化した時を判断する。この変化を検出すると
それは警告信号を発し、リコンディショニングを行うべき状態にあることをユー
ザに知らせる。
【００６６】 一旦十分なガスが引抜かれると、圧力手段は不活性化され、針はセプタムから
引抜かれる。セプタムの自己密封効果は、ガスまたは湿気のいずれもがハウジン
グ内に進入することを防ぐ。
【００６７】 他の実施例では、一旦圧力手段が不活性化されると、残っている負の圧力のた
めに掃去剤が導管へと放出されてハウジング２へと引込まれる。この薬剤は電解
質へと進み、一旦活性化されると酸素および／または他の汚染物質をハウジング
２から除去するために利用可能となる。薬剤の活性化は、窓５８を通してハウジ
ング２へと紫外線放射を向けることによって行なわれる。紫外線放射以外の放射
によって他の薬剤が活性化され、これらの場合においては、窓５８は必要とされ
る放射の波長に対して少なくとも部分的に透明である。
【００６８】 薬剤が隔離板にグラフトされるような他の実施例では、スーパーキャパシタ４
５は以下のような様態で動作する。すべての構成要素がハウジング２内に置かれ
ハウジングが密封された後、窓５８を通して適切な放射を向けることによって薬
剤が活性化される。所与の動作期間の後、または汚染物質がスーパーキャパシタ
の性能を劣化させたことをテストが示した後、薬剤が再び活性化される。しかし
、この後続の活性化によって薬剤は除去された汚染物質をハウジング２へと放出
する。これが起こると、上述の収集装置が用いられ、負の圧力をハウジングに与
えるので汚染物質が針と導管とを通ってハウジングから外へ引出される。一旦圧
力手段が不活性化されると、針はセプタム４７から引抜かれ、膜５４は自己密封
する。その後、薬剤はハウジング２に後に入ってくる汚染物質を除去し続ける。
リコンディショニングのこのプロセスは必要に応じて完了する。
【００６９】 他の実施例では、セプタム４７は機械的な一方方向の弁に取り替えられる。 スーパーキャパシタ６０の形のこの発明の他の実施例が図８で示される。この
スーパーキャパシタは、可撓性があって熱成形可能な２つの同様の対向する積層
シート６３と６４から形成されるハウジング６１を含む。シートはほぼ矩形であ
り、その共通の周辺６５に沿って熱密封される。
【００７０】 対向するシートが内部キャビティを規定し、その中にスーパーキャパシタ６０
の他の構成要素（図示せず）が配置される。この発明の他の実施例でのように、
キャビティの内部にある構成要素は、２つの対向するシート電極、電極の間に位
置する多孔質隔離板、および電極間のイオン電導を可能にするための電解質であ
る。
【００７１】 スーパーキャパシタ６０はまた２つの端子６９と７０とを含み、それらはそれ
ぞれの電極に電気的に接続され、キャビティの内側からキャビティの外側へと延
び、外部回路とのスーパーキャパシタの電気的接続を可能にする。
【００７２】 端子６９と７０とはアルミニウムストリップであり、それらはそれぞれの端部
の間でシート６３と６４との周辺と密封係合する。しかし、この密封係合は、フ
ィルムと端子との非常に異なった両立しにくい性質のために不完全である。この
ことにより、２つの材料同士を接着するようなシーラントそのものに大きな信頼
が寄せられる。
【００７３】 この実施例では、シーラントはニュークレル（Nucrel）の商標名で販売される
接着剤である。これは優れた接着性を提供するが、それは製造プロセスの影響を
受けやすく、キャパシタの使用期間に接着性が失われやすい。さらに、接着剤と
してのシーラントの機能は適切ではあるが、汚染物質の進入に対するバリアとし
て働くその能力はそれほど効果的ではない。この実施例が提供する解決策は、集
合剤を隔離板内に含めて、アルミニウム端子とシート６３および６４とのいずれ
かまたは両者に対するシーラントの不完全な密封のためにまたはシーラントその
ものを通っての汚染物質の進入のためにハウジングに入ってくるいかなる酸素も
除去することである。
【００７４】 好ましい実施例のスーパーキャパシタは、先行するものよりも長い動作期間を
提供する。または、動作期間はそのままであって、製造費用が減じられる。
【００７５】 好ましい実施例により、収集手段をさまざまなところに配置することもできる
。したがって、多様な製造プロセスがこの特徴を容易に含むことが可能になる。
つまり、この発明の収集手段をスーパーキャパシタ内に含む際には、設計におい
てかなりの融通がきく。大抵、このことは既存の製造ステップを最小限の範囲内
で変えるだけで達成される。
【００７６】 上述の好ましい実施例は、製造プロセスの間または時間がたつにつれて汚染物
質がハウジングに入り込むため、電解質には常に何らかの汚染があるものという
理解に基づいて作られた。これに基づいて、いくつかの実施例では、ハウジング
内に収集手段を配置し、ハウジング内の汚染物質を除去または他の様態で化学的
に捕獲し、一方で他の実施例では、収集手段によって、ハウジング内からの汚染
物質の除去を可能にする。つまり、これらの実施例はハウジング内の汚染物質の
問題に対処することに関わっているのであり、これらの汚染物質に対するバリア
を提供しこれらのハウジングへの進入を防ぐことに関わっているのではない。こ
のバリア機能はハウジングそれ自体によって行なわれ、このことは、それが構成
された材料の形と、それらの材料が組合せられる様態との両方で行なわれる。
【００７７】 この発明は特定の例を参照して説明されてきたが、他の多くの形、他の多くの
技術でこれを実施してもよいことを、当業者は理解するだろう。より具体的には
、この発明はまた、ウルトラキャパシタ、Ｌｉイオン電池等の電池、燃料電池、
電気化学的触媒、他のイオン比電極（ion specific electrodes）等にも適用す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に従ったスーパーキャパシタの概略断面図である。
【図２】 図１のスーパーキャパシタの隔離板の平面図である。
【図３】 図１のスーパーキャパシタの電極のうちの１つの概略平面図であ
る。
【図４】 図２の隔離板と図３の電極とを含む電極アセンブリの概略斜視図
である。
【図５】 図３で示されるものと同様の電極内に入れ子にされる図４のアセ
ンブリの概略斜視図である。
【図６】 この発明に従った代替のスーパーキャパシタの概略斜視図である
。
【図７】 図６のスーパーキャパシタに含まれるセプタムの拡大概略断面図
である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年９月７日（２００１．９．７）
【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】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 パイネンバーク，ローリー・アルバート・ ジェイムズ アメリカ合衆国、97124 オレゴン州、ヒ ルズバラ、エヌ・ダブリュ・エディンバー グ・ドライブ、2530 (72)発明者 マオン，ピーター・ジョン オーストラリア、2114 ニュー・サウス・ ウェールズ州、メドウバンク、メドウ・ク レセント、８／45 (72)発明者 ケシシャン，サルキス オーストラリア、2115 ニュー・サウス・ ウェールズ州、アーミントン、ビクトリ ア・ロード、２／684−686

Claims (63)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ハウジングと、 ハウジング内に配置される少なくとも２つの対向する電極と、 電極の間に配置される隔離板と、 電極の間に配置される電解質と、 ハウジング内に配置され、１つまたは２つ以上の予め定められた汚染物質をハ
    ウジング内から除去するための収集手段とを含む、電荷蓄積装置。
  2. 【請求項２】 電極の各々はコーティングを含み、収集手段はコーティング
    のうちの少なくとも１つの１構成要素である、請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 コーティングは活性炭素を含み、収集手段は電極に塗布され
    る前に少なくとも１つのコーティングに組込まれる、請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 少なくとも１つのコーティングは結合剤を含み、収集手段は
    結合剤内に含まれる、請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 収集手段が活性化され、１つまたは２つ以上の汚染物質を除
    去する、請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 その活性化に先だって収集手段が結合剤内に含められる、請
    求項５に記載の装置。
  7. 【請求項７】 収集手段は電荷蓄積装置の組立の後に活性化される、請求項
    ５に記載の装置。
  8. 【請求項８】 活性化は電極に予め定められた電圧を印加することによって
    達成される、請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 活性化は電気化学的手段によって達成される、請求項５に記
    載の装置。
  10. 【請求項１０】 収集手段を結合剤内に含めるに先立って収集手段が活性化
    される、請求項５に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 電荷蓄積装置の組立の前またはその間に収集手段を活性化
    する、請求項５に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 収集手段は電磁放射の予め定められた波長および強度にさ
    らされることによって活性化される、請求項５に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 収集手段は電解質内に含まれる、請求項１に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 収集手段はハウジングから酸素を除去する、請求項１に記
    載の装置。
  15. 【請求項１５】 収集手段は電解質から水を除去する、請求項１に記載の装
    置。
  16. 【請求項１６】 収集手段はハウジングから臭素または塩素を除去する、請
    求項１に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 除去の結果として汚染物質が装置の電荷蓄積動作から分離
    される、請求項１に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 除去の結果として汚染物質の化学的変化が得られる、請求
    項１に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 収集手段は電解質の構成要素であり、除去の結果としてさ
    らなる電気化学的活動が得られる、請求項１に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 さらなる活動は装置の過充電性能を改善する、請求項１９
    に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 収集手段は掃去種である、請求項１に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 収集手段は隔離板にグラフトまたは他の様態で組込まれる
    、請求項１に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 ハウジングは内面と外面とを含み、収集手段は内面に配置
    される、請求項１に記載の装置。
  24. 【請求項２４】 ハウジングを有する電荷蓄積装置を構成するための方法で
    あって、 ハウジング内に配置される収集手段を提供し１つまたは２つ以上の予め定めら
    れた汚染物質をハウジングから除去するステップを含む、方法。
  25. 【請求項２５】 装置は２つの間隔をあけた電極と、電極の間の隔離板と、
    電極を湿らせるための電解質とを含み、電極、隔離板、および電解質はハウジン
    グ内に配置され、前記方法はさらに、 収集手段をハウジングにグラフトするステップと、 収集手段を隔離板にグラフトするステップと、 収集手段を電解質内に配置するステップとのうちの１つまたは２つ以上のステ
    ップを含む、請求項２４に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 ハウジングと、 ハウジング内に配置される少なくとも２つの対向する電極と、 電極の間に配置される隔離板と、 電極の間に配置される電解質と、 １つまたは２つ以上の予め定められた汚染物質をハウジングから除去すること
    を可能にするための収集手段とを含む、電荷蓄積装置。
  27. 【請求項２７】 収集手段は１つまたは２つ以上の汚染物質がそこを通って
    選択的に引出されるハウジング内のポートを含む、請求項２６に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 ポートを通ってハウジングへと入る汚染物質の進入を防ぐ
    ような密封手段を含む、請求項２７に記載の装置。
  29. 【請求項２９】 密封手段は一方方向の弁である、請求項２８に記載の装置
    。
  30. 【請求項３０】 密封手段はポートにわたって延びるセプタムである、請求
    項２８に記載の装置。
  31. 【請求項３１】 収集手段もまた１つまたは２つ以上の予め定められた汚染
    物質を除去する、請求項２６に記載の装置。
  32. 【請求項３２】 密封手段が活性化されて除去を始め、その後再び活性化さ
    れて、 除去された汚染物質をハウジングへと放出し、 再び１つまたは２つ以上の予め定められた汚染物質をハウジングから除去する
    、請求項２６に記載の装置。
  33. 【請求項３３】 収集手段は、選択的に外部の負の圧力にさらされ収集手段
    の再活性時に放出された汚染物質をハウジングから引出すようなポートをハウジ
    ング内に含む、請求項３２に記載の装置。
  34. 【請求項３４】 掃去剤はポートを通ってハウジングへと進み、１つまたは
    ２つ以上の予め定められた汚染物質を除去する、請求項２７に記載の装置。
  35. 【請求項３５】 掃去剤はポートを介してハウジングから取り除かれる、請
    求項３４に記載の装置。
  36. 【請求項３６】 掃去剤はハウジングへと進む前に活性化され１つまたは２
    つ以上の汚染物質を除去する、請求項３５に記載の装置。
  37. 【請求項３７】 掃去剤を電磁放射の予め定められた波長にさらすことによ
    って活性化が達成される、請求項３６に記載の装置。
  38. 【請求項３８】 ハウジングはそれらの予め定められた波長に対して少なく
    とも部分的に透明である窓を含む、請求項３７に記載の装置。
  39. 【請求項３９】 キャビティを規定するハウジングを有する電荷蓄積装置か
    ら１つまたは２つ以上の予め定められた汚染物質を取り除くための方法であって
    、前記方法はさらに、 ハウジング内にポートを設けてキャビティとの選択的な外部流体との連通を可
    能にするステップと、 外部の負の圧力をポートに与え１つまたは２つ以上の汚染物質をキャビティか
    ら引出すステップとを含む、方法。
  40. 【請求項４０】 正の圧力をキャビティに与えて１つまたは２つ以上の汚染
    物質をキャビティからポートを通るように方向付けるステップをさらに含む、請
    求項３９に記載の方法。
  41. 【請求項４１】 ポートは一方方向の弁である、請求項４０に記載の方法。
  42. 【請求項４２】 ポートは自己密封セプタムであり、前記方法はさらに、 第１の端部と第２の端部との間に延びる貫通通路を有する挿入装置を設けるス
    テップと、 負の圧力を第１の端部に与えるステップと、 １つまたは２つ以上の汚染物質が貫通通路へと引出されるように、第２の端部
    をセプタムを通して駆動し負の圧力をキャビティに与えるステップとを含む、請
    求項４０に記載の方法。
  43. 【請求項４３】 収集手段をキャビティに設け１つまたは２つ以上の予め定
    められた汚染物質を除去するステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
  44. 【請求項４４】 収集手段を活性化し除去を始めるステップを含む、請求項
    ４３に記載の方法。
  45. 【請求項４５】 収集手段を再び活性化し除去された汚染物質をハウジング
    へと放出し、その後負の圧力を第１の端部に与えるステップをさらに含む、請求
    項４４に記載の方法。
  46. 【請求項４６】 再活性化により、収集手段が１つまたは２つ以上の予め定
    められた汚染物質をハウジングから除去することもまた可能になる、請求項４５
    に記載の方法。
  47. 【請求項４７】 ハウジングと、 ハウジング内に配置される第１のシート電極と、 第１のシート電極に隣接してかつそれに対向してハウジング内に配置される第
    ２のシート電極と、 第１の電極の実質的にすべてを囲み電極を間隔のあいた構成で維持するための
    隔離板と、 電極の間に配置される電解質と、 それぞれの電極から延びハウジングの外側で終端し電極への外部電気的接続を
    可能にする２つの端子とを含む、電荷蓄積装置。
  48. 【請求項４８】 隔離板は少なくとも１つの共通の縁に沿って接続される２
    つの対向する隔離シートを含み、第１の電極は隔離シートの間に配置される、請
    求項４７に記載の装置。
  49. 【請求項４９】 隔離シートは一体成形される、請求項４８に記載の装置。
  50. 【請求項５０】 隔離シートは共通の縁に沿って一体成形される、請求項４
    ９に記載の装置。
  51. 【請求項５１】 隔離シートの各々は第１の縁と、第１の縁から間隔をあけ
    た第２の縁とを含み、それらの両者は共通の縁から延びる、請求項５０に記載の
    装置。
  52. 【請求項５２】 隔離シートの各々はまた第１の縁と第２の縁との間に延び
    る第３の縁を含み、第１の縁同士は対向して接合され、第２の縁同士も対向して
    接合される、請求項５１に記載の装置。
  53. 【請求項５３】 第３の縁は対向する、請求項５２に記載の装置。
  54. 【請求項５４】 第１の電極は第１のサブシートと、第１のサブシートに対
    向する第２のサブシートとを含む、請求項５０に記載の装置。
  55. 【請求項５５】 第１のサブシートと第２のサブシートとは対向する、請求
    項５４に記載の装置。
  56. 【請求項５６】 第１のサブシートと第２のサブシートとの各々は共通の縁
    に沿って接合される、請求項５５に記載の装置。
  57. 【請求項５７】 第１のサブシートと第２のサブシートとの間の共通の縁は
    ２つの対向する隔離シートの間の共通の縁に隣接して配置される、請求項５６に
    記載の装置。
  58. 【請求項５８】 ハウジングを有する電荷蓄積装置を構成するための方法で
    あって、 ハウジング内に少なくとも２つの対向するシート電極を配置するステップと、 電極のうちの第１のものの実質的にすべてを隔離板で囲み、電極を間隔のあい
    た構成で維持するステップと、 電極の間に電解質を配置するステップと、 それぞれの電極から延びハウジングの外側で終端し電極への外部電気接続を可
    能にする２つの端子を設けるステップとを含む、方法。
  59. 【請求項５９】 隔離板は少なくとも１つの共通の縁に沿って接続される２
    つの対向する隔離シートを含み、前記方法はさらに隔離シートの間に第１の電極
    を配置するステップを含む、請求項５８に記載の方法。
  60. 【請求項６０】 隔離シートは共通の縁に沿って一体成形される、請求項５
    ９に記載の方法。
  61. 【請求項６１】 隔離シートの各々は第１の縁と、第１の縁から間隔をあけ
    た第２の縁とを含み、それらの両者は共通の縁から延びる、請求項６０に記載の
    方法。
  62. 【請求項６２】 隔離シートの各々はまた第１の縁と第２の縁との間に延び
    る第３の縁とを含み、前記方法はさらに第１の縁同士を接合し第２の縁同士も接
    合するステップを含む、請求項６１に記載の方法。
  63. 【請求項６３】 第３の縁は対向する、請求項６２に記載の方法。
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