JP2009215654A - 液体分配デバイス用の電気化学セルモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電気化学セルモジュールを提供する。
【解決手段】電気化学セルモジュール（１０）は、空洞を規定する導電性材料の外側シェル（１４）、空洞内に位置する電解膜（２０）、電解膜（２０）の反対側に位置する第１（２１）および第２（２３）透過電極、第２電極（２３）と外側シェル（１４）の間に位置するシール部材（２２）を有する。電極をわたって電源を接続する端子（４０）は、第２電極（２３）、第２電極（２３）と同じ側にある膜（２０）上の外側シェル（１４）に接触して提供される。そして外側シェル（１４）は、モジュールをわたる外部導線の必要なしに、第１電極（２１）の電流コレクタ。
【選択図】図４

Description

本出願は、１９９７年９月５日に出願した題名“Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｓｙｒｉｎｇｅ Ｐｕｍｐ”、出願番号第０８／９２４，５６４号に関す
る。

（発明の背景）
本発明は、概して電気化学セルデバイス、またはモジュールに関する。

電気化学セルは、典型的に電解質をカソードとアノードの間にはさんでそれぞ
れに接触するように配置することによって、生成される。いくつかの場合におい
て、電解質は電解質膜である。このようなセルは、電気を生成する燃料電池、ま
たは機械的加工を行なう電気化学ポンピングモジュールで構成され得る。後者の
場合において、電気電圧がカソードおよびアノードにわたって印加される。そし
てガスがセルによって生成され、ポンピング動作によって外部のガス圧をかける
。このタイプの電気化学ポンプは、例えば、薬物、フレグランスなど、制御され
た様式で液体や流体を分配するデバイスにおいて用いられる。これらのいくつか
の場合において、このセルによって生成される外部のガス圧は、制御された流量
で、隣接する液体チャンバの外に液体を押し出すために、可撓性バリアまたは膜
に適用される。そのような流体送達デバイスのひとつが、Ｍａｇｅｔによる題名
“Ｆｌｕｉｄ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｍｉｃｒｏｐｕｍｐ”の米国特許第４，９０
２，２７８号に記載されている。他のいくつかの場合において、上述の出願番号
第０８／９２４，５６４号に記載されているように、ガス圧はシリンジのプラン
ジャーを動かすために用いられ、プランジャーは流体を分配する。

先行技術の電気化学モジュールにおいて、電解膜、電極、そして電流コレクタ
はサンドイッチ状のアセンブリ内において一緒になって固定される。構成要素は
平らに、平行な配置で積み重ねられ、軸方向にボルト式端板によって加圧される
。先行技術の流体送達（米国特許第４，９０２，２７８号）において、積み重ね
られたアセンブリもまたエアカソードと直接接触するバッテリを含む。この場合
、外部の電気接続は、バッテリと、電極膜またはイオノマーと反対側、つまりガ
ス圧を生成する側の他の電極とを接続することが要求される。外部導線に関する
要求は、適切な流体送達デバイスハウジングで電気化学セルモジュールを載備し
、シールする際の問題である。外部導線はまた、小さな電気化学セルモジュール
を大きなデバイスへスケールアップし、そして大量にモジュールを製造する際に
問題をもたらす。

（発明の要旨）
本発明の目的は、液体分配デバイスなどに用いられる、新しくまた改良された
電気化学セルモジュールを提供することである。

本発明に従って、電気化学セルモジュールまたはアセンブリが提供され、第１
端部、第２端部を有する空洞、空洞の第１端部に隣接する空洞に位置する電解質
膜、膜と接触するように膜の反対側に位置する上述の第１、第２電極、空洞の第
１端部に位置する第１電極、そして第２電極と外側シェルの間にあるシール膜で
規定される導電性材料の外側シェルを含む。電源は電気電圧を電極に印加するた
め、第２電極と導電性シェルの間に接続され得る。導電性シェルは、第１電極の
電流コレクタとしての役目を果たす。

この配置において、外側シェル自身が電流コレクタまたはバッテリから電極ま
での接続を生成するため、第１電極と電源、またはバッテリと接続するための電
気化学セルの外側周辺に延びる外部導線は必要ない。本発明の好ましい実施態様
において、外側シェルまたは第１電流コレクタは、空洞の第１端部を形成する。
ガス透過ディスクは、外側シェルと一体的に形成され得るか、またはシェルの第
１の開端部を通して、そして電気的に導電性シェルと接触させて適切に固定され
得る。この配置は、イオン交換膜の同じ側で構成される、バッテリと２つの電極
との接続を可能にし、外部ワイヤなどを必要としない。モジュールの構成要素は
また、外部ワイヤを有するモジュールがしばしばシールされないのに対して、こ
の配置では容易にシールされ得る。

好ましくは、モジュールは外側シェルの内側に入れ子にされた（ｎｅｓｔｉｎ
ｇ）内側シェルを含み、内側シェルおよび外側シェルはそれぞれ、交互に重ねら
れた電解質膜と電極の間にある、ガス透過ディスク形状端部を有する。シェルは
導電性材料からなり、それぞれの電極に対して電流コレクタを形成する。各ディ
スク形状端部は、好ましくは他の端部の波形に対して角度をなして配置される、
ある端部の波形とともに、表面をわたって広がる複数の波形を有する。各電流コ
レクタの端部は、それぞれ電極を往復するガスフローの開口部を複数有する。こ
れは、電流コレクタを通したガスフローをなお可能にする一方、電極を通した複
数の接点をも可能にする。波形は強まった構造剛性を可能にし、熱導電を促進さ
せる。同時に、セル電流は弱められない。セル電流は、ガス相（空気）から電極
表面への質量移動、そして横軸（電流コレクタから電極）および縦軸（電流コレ
クタ接点間の電極抵抗）の抵抗に依存する。電極の多重開口部に加えて波形電流
コレクタ構造は、空気からの酸素が容易に電極表面で得られることを保証する。

外側シェルと第２電極の間のシールは、３つの機能を持つ。第１に、第１電流
コレクタを第２電流コレクタから電気的に絶縁する。第２に、第１電極から第２
電極（外気に露出している）へ放出される加圧ガスまたは酸素の損失を防ぐ。第
３に、電極と電流コレクタ間の接触を保証するため、シェルに予荷重する。好ま
しくは、第２電極が導電性材料からなる内側の環状シェルの、ある端部と接触し
、シールは、入れ子状の配置において、内側シェルおよび外側シェルの間を加圧
する環状シール部材を含む。この構造において、円形型シールは、板型シール（
製造中変形しやすい）に比べ膜に対するよりよいシールを提供し得る。外側シェ
ルは、外部シーリング部材をあらかじめシールするため、好ましくは平滑な外側
シェルを有する。

このモジュールまたはアセンブリにおいて、内側シェルおよび外側シェルは電
極へ電流を供給する電流コレクタとして、そして電極と電解質膜それぞれの支持
体としての、両方の役目を務める。外側シェルはまた、電気化学セルモジュール
のモジュラーハウジングとしての役目を務める。

本発明の電気化学セルモジュールは、両方の電極とモジュールの外気側の電源
の接続を可能にする一方で、低コスト、モジュラー、そして弾力性のあるシール
と電解質膜を交互に積み重ね、その２つの入れ子にされた導電性シェルの拡大縮
小可能なアセンブリを提供する。電気化学セルモジュールは、単一の構成要素と
して、保持構造への挿入において容易に用いられ得、その上同時に電気接点をモ
ジュールの一端部にて電極に固定する。モジュールは、容易に機械組み立てされ
る。したがって、本発明は、以下を提供する。
（項目１） 電気化学セルモジュールであって、以下：
第１端部および第２端部を有する空洞を規定する導電性材料の外側シェル；
該空洞の該第１端部に隣接する該空洞内に配置されるイオン交換膜；
該膜の反対側に位置する第１および第２透過電極であって、該第１電極が、該
膜と該空洞の該第１端との間に配置される、第１および第２透過電極；
該第１電極と接触するガス透過部分を有し、そして第１電流コレクタを含む該
外側シェル；
該第２電極と接触する第２ガス透過電流コレクタ；ならびに
該第２電流コレクタと、該第２電極と膜の同じ側の該外側シェルにおける電気
的接触であって、該電極を通して電源を接続するための電気的接触、
を有する、電気化学セルモジュール。
（項目２） 前記外側シェルが、前記空洞を形成しそして複数の開口部お
よび開口第２端を有する閉じた第１端壁を有するカップ形状部材を有する、請求
項１に記載のモジュール。
（項目３） 前記第１端壁が該外側シェルと一体的に形成されるディスク
を有する、項目２に記載のモジュール。
（項目４） 前記外側シェルの内部に入れ子にする（ｎｅｓｔｉｎｇ）た
めの、カップ形状内側シェルであって、該内側シェルおよび外側シェルがそれぞ
れ円柱状壁および端壁を有し、そして該外側シェルおよび内側シェルの該端壁が
、それぞれ前記第１および第２電極のための、前記第１および第２ガス透過電流
コレクタを有し、環状ギャップおよびシール部材を規定する該シェルの該円柱状
壁が、該外側シェルから該内側シェルをシールするための該ギャップ内に配置さ
れる輪状シールを有する、カップ形状内側シェル、を有する項目２に記載のモ
ジュール。
（項目５） 前記外側シェルおよび前記輪状シールの前記円柱状壁が、い
ずれも前記内側シェルの該円柱状壁に比べて高く、そして該外側シェルの前記第
２端が該外側シェルの圧着端と該内側シェルの端部の間にて圧縮された端部を有
する該シールを用いて、該内側シェルの該開口端にわたって内側へ圧着される、
項目４に記載のモジュール。
（項目６） 前記外側シェルの前記第１端壁が、応力を受けていない状態
でドーム形状であり、該内側シェルを覆って該外側シェルの該第２端を圧着する
際に平らな状態に変形され、該外側シェルの該変形した該端壁が、該膜に対して
該電流コレクタの端壁を偏倚するための偏倚手段を含む、項目５に記載のモジ
ュール。
（項目７） 前記外側シェルの前記端壁が前記第１電極に渡って延びてい
る中心部分を有し、そして外面が該中心部分の周囲に延びている環状溝を有する
、項目２に記載のモジュール。
（項目８） 電気化学セルモジュールであって、以下：
対向した第１および第２側面を有する電解膜；
該電解膜のそれぞれ該第１および第２側面と接触する第１および第２電極；
該第１電極と接触する部分を有する第１電流コレクタ；
該第２電極と接触する部分を有する第２電流コレクタ；および
該第１電流コレクタから延びており、そして電解膜、電極、および第２電流コ
レクタを取り囲む導電性外側シェルであって、該外側シェルが該第１電流コレク
タの拡張を含む、導電性外側シェル
を有する、電気化学セルモジュール。
（項目９） 前記各電極と接触する前記電流コレクタ部分がディスク形状
であり、そしてそれぞれが複数の波形を有し、一電流コレクタ部分における波形
が他の電流コレクタ部分における波形に対して角度をなして伸びている、項目
８に記載のモジュール。
（項目１０） 各電流コレクタ部分が、前記電解膜の対抗する側を往復し
たガス流のための複数の開口部を有する、項目９に記載のモジュール。
（項目１１） 各電流コレクタ部分が、前記電解膜に面する第１波形面を
有し、該第１波形面が複数の凹凸を含み、その各ピークが該電解膜の向かい合う
面と接触し、そして該開口部が各凹状部に沿って間隔を空けて配置され、該電解
膜から空間を空けられた、項目１０に記載のモジュール。
（項目１２） 前記第１電流コレクタの前記電極-接触部分が、前記外側
シェルの端壁を有する、項目８に記載のモジュール。
（項目１３） 前記外側シェル内部に入れ子にされた内側シェルを有し、
そして前記第２電流コレクタの前記電極-接触部分を有する端壁を有し、前記電
解膜および電極が該内側シェルの該端壁と外側シェルの端壁との間にて挟まれて
いる、項目１２に記載のモジュール。
（項目１４） 前記内側シェルと外側シェルとの間にシール部材を有する
、項目１３に記載のモジュール。
（項目１５） 前記外側シェルが段階的な直径の貫通孔を有するハウジン
グを有し、該貫通孔が第１階段状部分および該第１階段状部分に比べてより大き
い直径の第２階段状部分を有し、前記第１電流コレクタが該第１階段状部分内に
ディスク圧着ばめを有し、該膜が該第１電極および第２電極と接触する平らな面
を有するカップ形状部材を有し、くぼみ面が該第２電極および該第２電流コレク
タを有し、該膜および第２電流コレクタが該第２階段状部分内の圧着ばめであり
、そして該膜が該導電性ハウジングから該第２電流コレクタを絶縁する、項目
８に記載のモジュール。

本発明は、次の本発明のいくつかの好ましい実施態様の詳細な記述と添付され
た図面との組み合わせから、より理解される。ここで、同じ参照番号は同じ部分
を言及する。
図１は、本発明の第１の実施態様に従った電気化学セルモジュールの上面図を示す。 図２は、組み立て前の電気化学セルモジュールの成分の拡大透視図を示す。 図３は、モジュールの拡大底面図を示す。 図４は、図３の線４−４に沿った断面図を示す。 図５は、波形電極面のドーム形の構成を図示した、モジュールの外側シェルの断面図を示す。 図６は、本発明の第２の実施態様に従った電気化学ポンピングモジュールの垂直断面図を示す。

（好適な実施態様の説明）
図１から図５は、本発明の第１の実施態様による電気化学セルモジュールまた
はアセンブリ１０を例示している。そのモジュールは、各部品が別々になってい
る組み立て前の状態を示す図２に最適に例示されているように４つの基礎部品を
備える。それらのモジュール部品は、外側シェル１４の一端に取り付けられた第
１の電流コレクタ１２、内側シェル１８の一端に取り付けられた第２の電流コレ
クタ１６、それらの電流コレクタの間に挟まれたイオン交換電気化学セル２０、
およびリングシール部材２２である。その電気化学セルは、電解膜を備え、電極
２１および電極２３がその膜の対向する側に一体的に形成されている。それらの
電極は、膜の対面に付着した電気触媒的に活性な表面を備える。各電極は、図２
および図４に例示されているように膜よりも小さい直径をしている。図４におい
て最適に例示されているように、各部分が組み立てられたとき、そのシール部材
２２は外側のシェル１４と、電解膜の直立リム部３７との間に配置されている。

シェル１４およびシェル１８は、それぞれ適切な導電性材料で作られており、
第１の開端２４および２６のそれぞれと、それぞれの電流コレクタ１２および１
６がそれを横切って取り付けられている第２の端とを有する、ほぼリングの形状
をしている。電流コレクタは、図示されているようにそれぞれのシェルと一体的
に形成され得るか、あるいは、接着圧力接触などによってシェルの開端で別々に
形成され、適切に固着され得る。各電流コレクタは好ましくは、複数の、間隔を
あけた平行の波形２８と３０とで、それぞれその表面を横切って形成され、それ
らのシェルは、一つの電流コレクタ上の波形２８が他の電流コレクタ上の波形３
０に対してある角度になるように組み立てられる。各電流コレクタはまたその表
面を横切る複数の開口３２および３４を、それぞれ備え、好ましくは、電解膜２
０に面する波形をつけた表面の凹部に位置し、波形の遮蔽されていない丸みをお
びた頂部が確実に膜に接触するようにしている。電解膜は、波形が互いに交差し
ている各点で、対向する波形の間に挟まれて、滑らかで連続的な挟んだ表面だけ
を提供し、アセンブリダメージの危険を軽減する。

円筒形はシーリングと組み立てが容易で好まれるけれども、シェル１４および
シェル１８は円筒形以外の形状をし得る。それらのシェルは変化する湿度条件の
もと膜の厚さの変化を補う十分な柔軟性を有する材質でもあり得る。この場合、
シール部材２２は必要とされない。

各電流コレクタを横切る複数の波形を、対向する波形が互いに交差している各
点で電極上に対向する接点を提供するように、使用することによって、所望の気
体流を各電流コレクタ中に通しても、良好な電気点接触が得られる。好ましくは
、その接触間隔は抵抗による損失がかなり軽減するようにしてある。そのプレー
トの波形が互いに任意の相対角度で配置され得る。接触スペースに対する孔スペ
ースの割合は重要であり、ある特定の適用に対して最適化され得る。接触スペー
スは、必要な流速に依存して、必要な気体流の開口ための十分なスペースを提供
している一方で、できるだけ近接するように作られる。

そのモジュールを組み立てるために、シール２２、電気化学セル２０、および
内側のシェル１８は、内側のシェルと外側のシェルの間に、シールと膜２０を挟
み、外側のシェル１４によって形成される空洞の中に入れられる。外側のシェル
１４とシール２２は、それぞれ内側のシェルの高さよりも高く、外側のシェルの
開放端は波形にされるか、あるいは内側に曲げられたリム３６を形成するように
、内側に曲げられ、同時に、シール２２の内側に曲げられたリム３８を形成し、
外側のシェル内にシール２２、膜２０および内側シェル１８を固着する。電解膜
２０はまた、図４に最適に例示されているように、直立したリムあるいはウォー
ル３７を内部のシェルとシール２２の間になるようにして、カップのような形状
になるように成形される。

波形の外側のシェルおよび内側のシェルは共にこれらの部品を保持し、また、
遠隔電源３９を適切な接触ピンまたは接触タブ４０を通して電極に接続するため
に、電気化学セルの同じ側に接触点を形成する。あるいは、バッテリー（例示さ
れていない）は、内側のシェルと外側のシェルの両方がそれぞれバッテリーのマ
イナス極側、プラス極側に直接接触するように、内側のシェル内に設置され得る
。適切な電気接触が、外側のシェルの波形のリム３６と一つのバッテリー端子と
の間、および内側のシェル１８と他のバッテリー端子との間に、電極間に電圧が
提供されるように提供される。ばねを付勢された接触ピン、溶接、ハンダ付けな
どのような任意の適切な電気接触は、設置されたバッテリーか、遠隔電源のどち
らかに提供され得る。内側および外側の入れ子状態のシェルの配列の利点は、両
方の電極に関する接触が電気化学セルモジュールの同じ側に提供され得ることで
あり、任意の電気リードがセルの外側の周辺に一つの側面から他の側面まで伸長
することの必要性を除外する。

環状溝４２は、好ましくは、電流コレクタ１２を取り囲む外側のシェルのより
低い端部上に形成される。これは内側のシェルおよび外側のシェルの任意の非平
行アセンブリの補正をする。

本発明のより好ましい実施態様において、図５に最適に例示されているように
、波形にされた電流コレクタ１２を含む、外側のシェル１４の底部あるいはより
低い端部壁は、くぼんでおり、組み立て前にはドームの形状をしている。これは
、プリローディングの形状を提供する。図４および図５におけるようにモジュー
ラユニットに組み立てられたときに、その底部は強制的に平坦な形状にされ、し
たがって、その底部はその上に位置している他の部品に対して上側に付勢してい
る。これにより、共に部品を保持することができ、電流取り入れ口のプリローデ
ィングや電気化学セルに対する波状の形を得る。

外側のシェルあるいは缶１４は滑らかな円筒状の外面と、円形のより高い端部
およびより低い端部とで形成され、モジュールが外部のシール部材の中に容易に
挿入できるようにしている。

シェル材料は電気化学セルに必要とされる電流に従って選択され、それにより
シェルの必要とされる導電性が決定される。シェルの材質の選択において他に考
慮すべきことは、必要な機械的強度、酸性イオノマーに対する化学的安定性、抗
酸化性、使用電圧に対する電気抵抗、必要な波形表面を形成するための形成性、
およびカソードからアノードをシーリングする防御端を形成する加工ができる能
力である。これらの必要性を満たす導体金属はチタン、タンタル、ジルコニウム
、およびカーペンター２０（Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ２０）のような特定のステンレ
ス鋼である。チタン、タンタル、ニオブおよびジルコニウムの合金もまた使用さ
れ得る。例えば、Ｐｄを実質０．２％含有するＴｉ−Ｐｄ合金は満足に機能する
ことが見出されている。シェルはまた、低電流だけが必要とされる適用の場合、
炭素充填の硫化ポリフェニレン（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ
）すなわちＰＰＳのような導電性プラスチック材料によっても形成され得る。導
電性プラスチックと金属の組み合わせはまた、シェルが導電性プラスチック材料
によって形成され、端壁あるいは電流コレクタが、前記任意の金属材料の波形デ
ィスクあるいは挿入物を備える状態で、使用され得る。この端壁あるいは電流コ
レクタは、プラスチックシェルと電気接触を作るために適切に付着され得る。

シール材料の選択はまた、重要である。シール材料は不活性、すなわち、酸性
電解膜に耐性を有し、加水分解しにくく、さらに酸化分解しにくいものでなけれ
ばならない。なぜなら、シール材料は以下により詳細に述べる反応により純粋な
酸素にさらされるからである。そのシールが電解膜２０に対して直接据えられて
いるために、シールは膜あるいは触媒を害しない材料から作られなければならな
い。そのシール材料はまた、酸素および水蒸気に対して高不浸透性であり、十分
な機械的強度を有していなければならない。適切な材料は、ショア硬度７５−９
０を有するポリオレフィン熱可塑性エラストマであり、電気化学セルの機能に影
響を与える硫黄化合物あるいはオイルのような添加物あるいは可溶性成分を含有
しない。安定な、Ｓａｎｔｏｐｒｅｎｅ（登録商標）エラストマは、オイル漏れ
が防止されなければならないので、その材料中にオイルを保持するためのフィラ
ーの添加後、使用され得る。Ｓａｎｔｏｐｒｅｎｅ（登録商標）は、ミシシッピ
州セントルイスのＭｏｎｓａｎｔｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの登録商標であり
、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．にライセ
ンスされている。他のポリオレフィン材料は代わりに使用され得る。

この実施態様の電気化学セルモジュールは、圧力タイトであり、モジュール１
ｃｍ²あたりにかかっている１４．７ｐｓｉの圧力差に関して、漏出率が０．０
３５ｃｃ／時間を超えない。この構成は気体漏れ経路を最小限にし、多くの液体
分配装置に関して、０．００５ｃｃ／時間未満の漏出率を提供し、あるいはほん
の０．５ｍｌ／時間の液体流速において、１％未満の漏れに寄与し得る。そのユ
ニットは、約８０ｐｓｉから９０ｐｓｉまでの操作圧力下で自己サポートし、さ
らにもし、中央のサポートを加えた場合、より高い操作圧力で使用され得る。

電気化学セルの操作はその分野で十分に理解され、そのような機能の詳細が提
供される。電気化学セルはイオン交換膜および二つの一体化した電極を、膜の各
面に一つ備える。そのようなセルは、イオンを生成する第１の電極で反応するよ
うに電気化学的に活性な任意の還元／酸化材料で作動する。したがって、イオン
は電解膜２０を横切って移動し、第２の電極で分子状態に、典型的には所望のポ
ンプ作用を生じる気体の形態に、再変換される。本発明のより好ましい実施態様
において、イオン交換膜２０は、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ
＆Ｃｏ．によって作られたＮａｆｉｏｎ（登録商標）である。これは、上記に対
して参照される、同時係属中の出願第０８／９２４，５６４号（その内容は参考
として本明細書に援用されている）に記載されているように、ポンプ作用のため
の気体圧力を提供する酸素を生じさせる反応を提供する酸性の材料である。

電気化学ポンプモジュールの構造と機能の詳細はまた、Ｍａｇｅｔの米国特許
第．４，４０２，３１７号および第４，５２２，６９８号に、双方”ＥＬＥＣＴ
ＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＰＲＩＭＥ ＭＯＶＥＲ”というタイトルで記載されて
いる。これらの特許の全体の開示は本明細書中に参考として援用され、ここで広
範囲に繰り返す必要はない。ここでは、電気化学セルの間にかかっている電圧勾
配が電気化学的に活性な物質を還元すると言えば十分である。例えば、電流コレ
クタ１６において空気取り入れ口（例示されていない）から進入してくる大気中
の酸素が、水素イオンを電解膜２０を通して電極２３へ輸送し、電気化学的に活
性な物質（この場合酸素）の気体分子を再発生し、それらは、電流コレクタ１２
の開口３２を通って放出される。開口３２を経由して出て行く気体は、例えば、
制御された液流を供給するダイヤフラム、プランジャなどの上で作用する適切な
排出路を経由して、供給され得る。電気化学的に活性な物質が大気中の酸素、ま
たは他の発生源からの酸素である場合、電極２３は利便的に、酸素放出電極と呼
ばれる。

電気化学セルモジュールにおける気体生成の一形態は、次の化学式によって特
徴付けられる。

（１）１／２Ｏ₂（空気）＋２Ｈ⁺＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ
（２）Ｈ₂Ｏ → １／２Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-
ここで、
反応（１）は電極２１の外面の物質とイオン交換膜２０との間の界面で起こり
、
反応（２）はイオン交換膜２０と酸素放出電極２３との間の界面で起こる。

装置を通して液体を移動させるのに役立ち得るような水素のような気体を生成
する、他の電気化学反応が存在するのは言うまでもない。亜鉛、ニッケル、鉛お
よび同様な金属酸化物を使用するガルヴァーニセルが生成し得るように、水の電
気分解は水素または酸素を生成し得る。そのようなモジュールの典型例が米国特
許第５，２４２，５６５号（Ｗｉｎｓｅｌ）に開示されている。空気、酸素およ
び水素は通常の電気化学反応によってもっとも一般的に利用できる気体であるが
、本発明の電気化学セルはこれら３つの気体だけの生成に限定することを意図し
ていない。その電気化学セルモジュールは、次のいかなる気体をも生成し得る。
１）上記例示の酸素セルに対して機能が似ている電気化学セルによって生成され
得る気体、２）本発明の装置を通って移動するようにしている液体と不活性ある
いは実質的に反応しない気体、３）その生成および分散がまた、対象となる気体
の生成と組み合わせて、有毒な、危険な，反応性に富むあるいは不適合な物質の
使用または生成に関与していないという点で、その装置の周囲の外的環境に対し
て不活性であり、およびその装置の使用者に影響を与えない気体、である。

当業者に理解されるような任意の適切な機構によっても反応を開始させ、バッ
テリを活性化させるために大気中の空気はそのモジュールの上端部に侵入し得る
。例えば、電気化学セルモジュールは、同時係属中の出願、上記で参照されたシ
リアルＮｏ．０８／９２４，５６４に記載されているように、シリンジ本体のポ
ンプのハウジングに組み立てられ、チャージ輸送媒体のセル内への送達用の覆い
を破裂させるために回転させられる、キャップによって活性化され得る。電気化
学セルモジュールは、同時にバッテリすなわち電源を活性化する。

電気化学セルモジュール１０は簡素で低コストな構造になっており、シリンジ
、内蔵式の送達投薬装置、または他の制御可能な液体調剤装置のような任意の所
望の液体送達システムにおいても容易に組み込まれ得る。二つの入れ子状態の缶
の間、または電流コレクタを形成する導電性材料のシェル（電気化学セルが挟ま
れている、端部側面を有するシェル）の間に放射状のシールを提供することによ
って、膜上の軸方向の力は半径方向のシーリング力から切り離される。

そのモジュールは容易に機械組み立てされ得、保持構造の中に容易に部品とし
て挿入され得る。両方の電気的接触をモジュールの同じ側面上の電極に提供する
ことによって、外部のリード線の取り回しの問題が回避される。

リングシール２２は三つの機能を有する。第１に、それはアノードシェルをカ
ソードシェルから電気的に絶縁する作用をする。第２に、それはカソード側（す
なはち外気）に対してセルのアノード側に生成される圧縮酸素の損失を防ぐ。第
三に、それは接触力を維持するように作用する。

図６は本発明のもう一つの実施態様による電気化学ポンプピングモジュール６
０を例示する。この実施態様においては、ユニットあるいはモジュールは基本的
に、導電性材料を備え、入口端６４から出口端６５まで伸長する段階的な直径を
つけた貫通孔６３を有する外側ハウジング６２と、貫通孔６３の段階的な部分の
中の圧着嵌め電気化学セル６６とを備える。

電気化学セル６６は基本的に、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）のような適切なイオ
ン交換材料から成る膜６８を備える。第１の電流コレクタ６９が膜６８の一側面
上にあり、第２の電流コレクタ７０がその膜の反対側面上にある。各電流コレク
タは硬く、多孔質な金属ディスクである。その電解膜はカップのような形に成形
され、周辺リム７２は、第１の電流コレクタ６９受けるためのシートを形成し、
導電性ハウジング６２から電流コレクタをシーリングする。第２の電流コレクタ
７０は、ハウジング貫通孔の第１の段階的な直径部分７４における圧着嵌めであ
るが、図示されているように、膜６８の周辺リム７２は、貫通孔の隣接するより
大きな直径部分７６とシール係合するように圧縮されるように設計されている。
外側のハウジングは、第１の実施態様の外側シェル１４に関する上述の材料のよ
うに、任意の適切な導電性材料から成るが、好ましくは、導電性ＰＰＳ（ポリフ
ェニレンヌルフィド）のような炭素充填成型プラスチックから成る。

導電性クッションあるいは導電性ゴム圧縮パッド７８は第１の電流コレクタ６
９の上のハウジングに配置されている。抵抗プレート８０はパッド７８の上に提
供され得る。バッテリ８２はプレート８０の上に位置している。全体のアセンブ
リあるいは部品の重ね合わせは、バッテリの上端部を横切って挿入されたピン８
４による圧縮で支持される。送達システムの操作開始のために、絶縁プラスチッ
クプルタブ８５などはピン８４の下に供給され得る。

このアセンブリにおいて、電極（例示されていない）は、表面エッチングされ
ており、白金黒活性され、そして膜６８に対して圧縮された、多孔性ディスク６
９および７０の内側表面に形成され得る。第２の電流コレクタ７０は外側のハウ
ジングと導電性接触の状態にあり、そのハウジングは陽極の電流コレクタの延長
として作用し、アノードすなわちディスク７０上に形成される電極を、金属ピン
８４を経由するバッテリの一端と接続している。バッテリの反対端は直接、抵抗
プレート８０および導電性パッド７８を介して、一体化した電極すなわち電流コ
レクタ６９上のカソードに接続されている。第１の電流コレクタは、その中に収
容されている膜６８の突出リム７２によって、導電性ハウジングおよび第２の電
流コレクタからシールされており、その膜材料はシールとして作用している。こ
れにより、膜自体がシーリング材料として使用されるので、任意の別のシーリン
グ部材あるいはガスケットの必要性は回避される。

第１の実施態様におけるように、この実施態様によりイオン交換膜の一側面上
で、両方の電極がバッテリにつなげられ、アノードからバッテリまで外部配線を
引く必要がなくなる。上述の実施態様の両方で、シーリング力は軸方向ではなく
半径方向であり、圧力誘導偏向の間、連続的な電気接触を確実にするために、独
立したシーリングおよび接触方向を提供する。

図１から図５の実施態様において、電気化学セルは対向した側に一体化した電
極を有し、膜に完全に密着している電気触媒的な活性表面によって形成される。
しかし、代替の実施態様においては、電流コレクタシェル端部壁１２，１６とで
、電極は一体的に形成され得る。この代替の実施態様においては、膜に面してい
る電流コレクタ表面は、電気触媒的に活性化されており、膜と密接に接触させら
れている。

本発明の好ましい実施態様は例示のみによって上述されているが、いくつかの
修正が、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の範囲から逸脱することなく
開示された実施態様に対してなされ得ることは、当業者によって理解される。

Claims (1)

1. 明細書に記載の発明。