JP2017501542A - 電気化学電池及びその構成要素 - Google Patents

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Abstract

渦巻き型電気化学電池及びその構成要素、並びに中心軸周りに巻き付けられた少なくとも１対の電極対を備えており化学反応生成物を形成するための渦巻き型電気化学電池が開示される。本発明は、一般的に、ガス、液体用の構成、配置若しくは設計、及び／又は渦巻き状に巻き付けられている若しくは渦巻き状の構成、配置、若しくは設計を有する電気化学電池の電気のコンジット、通路、接続部、流路、配置等に、並びにこれらの製造のための方法に関する。より詳細には、様々な形態において、本発明は、コア素子、（１つ若しくは複数の）エンドキャップ、向上した機能性及び低コストの電気化学電池を実現するガス／液体配管及び／若しくは電気的接続部を含む又は備える外部素子に関する。【選択図】 図１−１

Description

[001]本発明は、電気化学電池、その部品、並びにガス、液体用の構成、配置若しくは設計、及び／又は渦巻き状に巻き付けられている若しくは渦巻き状の構成、配置、若しくは設計を有する電気化学電池の電気のコンジット、通路、接続部、流路、配置等に、並びにこれらの製造のための方法に関する。より詳細には、様々な形態において、本発明は、渦巻き型電気化学電池用の外部素子、コア素子及び／又はエンドキャップに関する。
[002]現在、数多くの商用又は工業用の電気化学的な液体からガスへの又はガスから液体への反応又は変換は、様々な問題を有しており、例えば、低い全体的なエネルギー効率に関係する装置又は電池内で大電流密度の使用を強いる材料の高いコストである。例えば、塩水（塩化ナトリウムの水溶液）からの塩素の電気化学的な製造は、自然が塩化物を塩素へと酸化するために必要とするエネルギーそのものに比してエネルギーを極端に浪費している。
[003]多くのガスから液体への又は液体からガスへのプロセスは、いわゆるガス拡散電極（ＧＤＥ）により最も効果的に実行される。現時点では、市販のＧＤＥは、様々なサイズの導電性粒子（通常、炭素粒子）の溶融した多孔質層を典型的には含む。最も外側の層は、少量のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン、又はテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）（商標））、疎水性結合剤とともに溶融された最小寸法の粒子を典型的には含有している。最も内側の層は、最大の粒子を典型的には含有する。中間的な粒子サイズの複数の中間層があってもよい。
[004]中心部での最大から外側での最小へのＧＤＥ内での粒子サイズのこの傾斜の意図するものは、電極内に固体−液体−ガス界面を作り出し、制御することである。この界面は、最大の可能な表面積を有するはずである。このような界面の作成は、効果的に、粒子間の平均気孔サイズを制御することによって実現され、最小の気孔サイズがエッジ部にあり、そして最大のものが中心部にあることを確実にする。気孔が（多くの場合に結合剤として疎水性ＰＴＦＥを使用するために）ある程度の疎水性の性質を典型的には有するので、エッジ部における小さな気孔サイズ（典型的には３０ミクロン気孔サイズ）は、ＧＤＥ中への液体電解質、例えば水の大量の流入を妨げ且つ制限するように作用する。すなわち、例示の水のケースでは、加圧されていない水は、ＧＤＥ中へと比較的短い距離だけ典型的には透過し、そこでは単位体積当たりの電気化学的に活性な表面積が最大である。対照的に、ＧＤＥの中心部でのより大きな気孔（例えば、１５０ミクロン気孔サイズ）は、ＧＤＥの長さに沿って低い圧力でガス伝送を容易に可能にし、ガスは、そのときには、単位体積当たりの電気化学的に活性な表面積が最大であるＧＤＥのエッジ部のところで液体の水と三元の固体−液体−ガス界面を形成することをともなう。
[005]このタイプのＧＤＥは、動作中に著しい技術的な問題をしばしば示している。これらの問題は、一様に分散した気孔サイズ及び分布、並びに一様な疎水性（ＧＤＥ内での疎水性ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン、又はテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）（商標））結合剤によって与えられる）を有するシームレスに均質な粒子床を作り出すことの困難さに主に由来する。
[006]ＧＤＥを利用する電気化学電池、モジュール又は反応装置に関係する他の問題は、（１つ又は複数の）ガス及び／又は液体反応物質、生成物、並びに（１つ又は複数の）電解質を別々に配管する、輸送する又は伝送するため、そして電気的接続部を取り付ける又は収納するために、電池、モジュール又は反応装置内のより便利である及び／又は効率的な通路に対する必要性に関係する。
[007]この点で鍵となる難題は、ガス、流体及び電気のコンジット、通路、接続部、流路、配置等を考案することであり、これらは、
（１）容易に製作される、
（２）比較的低コストである、
（３）動作の信頼性がある（すなわち、これらは、液体流路及びガス流路のケース内での漏れに対して、そして電気回路のケース内での電気的短絡に対して一般に耐性がある）、
（４）比較的容易に組み立てられる、並びに／又は
（５）他の構成要素と機能的に相乗効果を持つ（すなわち、これらは、他のモジュール構成要素の機能を容易にし、妨害若しくは損なわない）、
ことである。
[008]この点で、新しい解決策及び改善した解決策に対する進行中の必要性がある。
[009]いずれかの先行する刊行物（若しくはこの刊行物から引き出された情報）に対する、又は知られているいずれかの事柄に対するこの明細書における参照は、承認若しくは認可として或いは先行する刊行物（若しくはこの刊行物から引き出された情報）又は知られている事柄が、この明細書が関係する試みの分野における普通の一般的な知識の一部を形成する示唆のいずれかの形態として利用されず、そして利用されるべきではない。
[010]この概要は、単純化した形態での概念の抜粋を紹介するために提供され、この単純化した形態は、実施例において下記にさらに説明される。この概要は、特許請求した主題の鍵となる特徴又は本質的な特徴のすべてを識別するためのものではなく、特許請求した主題の範囲を限定するために使用されるものでもない。
[011]様々な態様では：電気化学電池と、電気化学電池用のガス、流体及び／又は電気のコンジット、通路、接続部、流路、配置などの電気化学電池の素子、構成要素、又は部品と、渦巻き状に巻き付けられている又は巻き付けられることが可能である、リーフなどの電極及び電極構成と、並びに／或いは渦巻き状に巻き付けられている又は渦巻き状の構成、配置、又は設計を有する電気化学電池、モジュール又は反応装置とが提供される。
[012]一態様では、化学反応生成物を形成するための渦巻き型電気化学電池であって、中心軸周りに巻き付けられた少なくとも１対の電極対を備える、渦巻き型電気化学電池が提供される。少なくとも１対の電極対は、アノード及びカソードであることが好ましい。
[013]別の一実施例では、アノードは、ガス透過性且つ液体非透過性であり、及び／又はカソードは、ガス透過性且つ液体非透過性である。電気化学電池は、電気合成電池（すなわち、工業的用途を有する市販の電池）又は電気エネルギー電池（例えば、燃料電池）であることが好ましい。別の一実施例では、電池は、非生物的に製造された化合物又は材料、例えば、ポリマー材料、金属材料等を利用する。別の一実施例では、電池は、非生物的に製造された化合物若しくは材料だけを又はこれらを全面的に利用する。別の一実施例では、ガス及び／又は流体輸送のためにアノードとカソードとの間に電極間流路が設けられる。任意選択的に、２つのアノード並びにガス及び／又は流体輸送のための２つのアノード間のアノード流路が設けられる。やはり任意選択的に、２つのカソード並びにガス及び／又は流体輸送のための２つのカソード間のカソード流路が設けられる。別の一実施例では、流路は、少なくとも１つのスペーサによって少なくとも部分的に形成される。別の一実施例では、少なくとも２つのアノード及び少なくとも１つのアノード流路、並びに少なくとも２つのカソード及び少なくとも１つのカソード流路が設けられる。
[014]１つの例示の態様では、１つ又は複数の電極（例えば、アノード又はカソードにより形成された少なくとも１対の電極対）が渦巻き様式で周りに巻き付けられているコア素子を有する渦巻き型電気化学電池、モジュール又は反応装置が提供される。少なくとも１対の電極対は、マルチ電極アレイの一部を形成することが可能であり、マルチ電極アレイは、渦巻き様式で巻き付けられることが可能である一連の平坦な可撓性アノード及びカソードから構成されていると考えられることが可能である。「リーフ」は、１つ又は複数の電極、例えば、１つの電極、電極の対、複数の電極、又は電極ユニットのいくつかの他の形態から構成される。リーフは、可撓性であり、ひとまとまりとして繰り返されることが可能である。
[015]例えば、リーフは、
１つ又は単一の電極、例えば、単一のカソード又は単一のアノード、
折り畳まれている電極材料の単一のシート、又は２つの電極、例えば、２つのカソード若しくは２つのアノードを形成するために接続されている２枚のシート、
２つの電極、例えば、２つのカソード又は２つのアノード、
電極対、例えば、アノード及びカソード、或いは、
複数の上記のいずれか、
を一部に含む、又は上記によって形成されることが可能である。
[016]別の一実施例では、リーフは、２つの電極間にガス及び／又は液体流路を形成する電極流路スペーサ（すなわち、例えば、多孔質ポリマー材料から作られることが可能であるスペーサ材料、層又はシート）の対向する側に配置されている（アノード又はカソードとして一緒に使用するための両方の層を有する）２つの電極材料層を一部に含む、又は２つの電極材料層によって形成されることが可能である。
[017]別の一実施例では、リーフは、２つの電極間に（すなわち、アノードとカソードとの間に）ガス及び／又は液体流路を形成する電極間流路スペーサ（すなわち、例えば、多孔質ポリマー材料から作られることが可能であるスペーサ材料、層又はシート）の対向する側に配置されている（アノードとしての使用のための１つの電極材料層及びカソードとしての使用のための１つの電極材料層を有する）２つの電極材料層を一部に含む、又は２つの電極材料層によって形成されることが可能である。
[018]別の一実施例では、リーフは、（アノードとして又はカソードとしての使用のための）単一の電極材料層を一部に含む、又は単一の電極材料層によって形成されることが可能である。別の一実施例では、電極材料層は、ガス及び／又は液体流路を形成する流路スペーサ（すなわち、例えば、多孔質ポリマー材料から作られることが可能であるスペーサ材料、層又はシート）に隣接して配置されることが可能である。
[019]繰り返されたリーフは、分離型のガス及び／又は液体流路を形成する介在するスペーサを有する一連の渦巻き型電極であるマルチ電極アレイを形成する。電極流路スペーサは、電極間スペーサとは異なる材料である又は一実施例では同じ材料であることが可能である。電気化学電池、モジュール又は反応装置は、エンドキャップ、及び１つ又は複数の外部素子を任意選択的にやはり含むことができる。
[020]１つの例示の態様では、ガス、流体及び／又は電気のコンジット、通路、接続部、流路、配置は、コア素子を通って経路を決められる。もう１つの例示の態様では、ガス、流体及び／又は電気のコンジット、通路、接続部、流路、配置は、エンドキャップを通って経路を決められる。もう１つの例示の態様では、ガス、流体及び／又は電気のコンジット、通路、接続部、流路、配置は、外部素子を通って経路を決められる。
[021]さらなる例示の態様では、ガス及び／又は流体の通路、接続部、流路、配置は、コア素子、１つ若しくは複数のエンドキャップのうちの１つ若しくは複数、及び／又は外部素子のうちの１つ若しくは複数を通って経路を決められる一方で、電気のコンジット、通路、接続部、流路、配置は、もう１つのコア素子、１つ若しくは複数のエンドキャップ、すなわち、これらのうちの異なるもの、及び／又は外部素子のうちの１つ又は複数を通って経路を決められる。
[022]さらなる例示の態様では、ガス及び／又は流体の通路、接続部、流路、配置は、コア素子、１つ若しくは複数のエンドキャップ、又は外部素子のうちの唯１つを通って経路を決められる一方で、電気のコンジット、通路、接続部、流路、配置は、コア素子、１つ若しくは複数のエンドキャップ、又は外部素子のうちの唯１つを通って経路を決められる。
[023]コア素子、エンドキャップ、及び／又は外部素子は、電池の１つ又は複数の構成要素及び電池自体の改善された又は効率的な機能を与えるように構成されることが、限定しないが好ましい。
[024]コア素子、エンドキャップ、及び／又は外部素子は、電池の構成要素及び電池自体の単純で、迅速で、安価な組み立て品を実現するように構成されることが、限定しないが好ましい。
[025]コア素子、エンドキャップ、及び／又は外部素子は、射出成形又は押し出し加工などの安価な製造技術を使用して、ポリマー材料などの普通に入手可能であり安価な材料から低コストで容易に製作されることが、限定しないが好ましい。
[026]別の一態様では、単一の電極、２つの電極、電極対（すなわち、カソードとアノードとの対）、又はマルチ電極の可撓性リーフを組み込んでいる渦巻き型電気化学電池、モジュール又は反応装置の液体／ガス配管のための便利で効率的な構成、配置、又は設計が提供され、可撓性リーフは、単一の電極に関係付けられた、２つの電極間の、及び／又は電極対の間の封止型のガス／液体流路を含むことができる。リーフは、繰り返し可能なユニットである。例えば、繰り返し可能なユニットを形成するリーフは、２つ以上の電極（例えば、２つ以上のアノード、２つ以上のカソード、又はカソード及びアノードの２つ以上の対）であることが可能であり、そしてマルチ電極アレイの一部を形成することが可能である。リーフは、例えば、１つ若しくは複数の反応物質、１つ若しくは複数の生成物、及び／又は１つ若しくは複数の電解質用の、出口及び／又は入口領域を設けるために封止される又は部分的に封止されることが可能である少なくとも１つのガス又は液体流路をやはり含むことが好ましい。
[027]１つの例示の実施形態では、渦巻き型電気化学電池、モジュール又は反応装置のガス／液体配管のための便利で効率的な構成、配置、又は設計が提供され、その結果、コア素子、エンドキャップ、及び／又は外部素子は、可撓性リーフのためにコンジットの長さを下ってガス又は液体を輸送するために適した少なくとも１つのコンジットを組み込むように製作され、可撓性リーフが、関係付けられた１つ又は複数の電極を有する、封止型の又は部分的に封止型のガス／液体流路から構成される。
[028]もう１つの例示の実施形態では、渦巻き型電気化学電池用のコア素子、エンドキャップ、及び／又は外部素子であって、コア素子、エンドキャップ、及び／又は外部素子が：コア素子、エンドキャップ、又は外部素子に沿って供給されるガス又は液体を輸送するために適した少なくとも１つのコンジットと、コア素子、エンドキャップ、又は外部素子に沿って設けられ、少なくとも１つのコンジットと関係付けられたアパーチャ又は一連のアパーチャとを備え、アパーチャ又は一連のアパーチャが、可撓性電極から端部、若しくは端部の一部、又はガス、若しくは液体を受けることが可能であり、可撓性電極が、コア素子周りに渦巻き状に巻き付けられることが可能である、コア素子、エンドキャップ、及び／又は外部素子が提供される。別の一実施形態では、アパーチャ又は一連のアパーチャは、可撓性電極への注ぎ口、若しくは注ぎ口の一部を設ける、又はガス、若しくは液体を与えることが可能であり、可撓性電極又はリーフは、コア素子周りに渦巻き状に巻き付けられことが可能である。
[029]もう１つの例示の実施形態では、電解質は、リーフ間に又はリーフ内に供給され、軸上の端部（長手方向軸に沿った渦巻きの遠端部）から渦巻き型電気化学電池に入り、任意選択的に、両方の軸上の端部から電池又はモジュールに入る又は出ることが可能であり、任意選択的に、一方の軸上の端部から他方の軸上の端部へと流れる。
[030]もう１つの例示の実施形態では、電解質は、リーフ間に又はリーフ内に供給され、コア素子から又は軸上の端部から、例えば、渦巻きの中心部又は渦巻きの終わりのところでリーフの最も外側の端部の方向から渦巻き型電気化学電池に入る。別の一実施例では、電解質は、両方の軸上の端部から電池又はモジュールに入る又は出ることが可能であり、任意選択的に、一方の軸上の端部から他方の軸上の端部へと流れる。
[031]もう１つの例示の実施形態では、（１つ又は複数の）カソード又はアノード生成物は、リーフの軸上の端部のいずれか一方又は両方のところでリーフを介して渦巻き型電気化学電池を出る。さらなる例示の実施形態では、（１つ又は複数の）カソード又はアノード反応物質は、リーフの軸上の端部のいずれか一方又は両方のところでリーフを介して渦巻き型電気化学電池に入る。他の例示の実施形態では、反応生成物は、中央コア素子から又はリーフの最も外側の軸上の端部から渦巻き型電気化学電池を出る。
[032]１つの好ましい実施形態では、電解質は、軸上の端部から入り且つ出て、（１つ又は複数の）反応生成物は、中央コア素子を介して又は中央コア素子から（すなわち、１つ又は複数の軸上の端部を介して）渦巻き型電気化学電池を出る。
[033]発明の様々な態様は、１つ又は複数のリーフと１つ又は複数の液体／ガスコンジットとの間のガス／液体配管接続部を形成するためのシステム、構成及び／又は方法へとやはり拡張し、その結果、以てリーフの及び／又はリーフ状の液体／ガス流路を単一のガス／液体取り付け具へと適切にまとめる、グループ化する、又は集約する。
[034]これらは、好ましいが限定的ではなく、下記に論じられる例示の配置の１つ又は複数によって実現される：
（１）コア素子を介した液体／ガス配管
ｉ．「コンジット及び中央ユニット組み立て」：一実施例では、コンジットは、スタンドアロンユニットの一部として製作され、このコンジットに対して、リーフは、コンジットの１つ又は複数のアパーチャが、リーフ内でガス／液体流路と流体連通するようにして、封止される、接着剤で付けられる、溶接される、注型封入される、又は他の方法で取り付けられてもよい。取り付けられたリーフを有するスタンドアロンコンジットユニットは、次いで、別の中央ユニットに封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられてもよく、以て（取り付けられたリーフを有する）コア素子を作成する。コア素子は、したがって、（取り付けられたリーフを有する）スタンドアロンコンジットユニット及び中央ユニットの組み立てによって作成される。或いは、リーフは、中央ユニットに封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられてもよく、中央ユニットは、次いでコンジットユニットに封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられる。第３の代替形態は、コンジットユニット及び中央ユニットが相互に封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられると同時に、リーフがコンジットユニット及び中央ユニットの両方に封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられてもよいことである。これらの手法のすべてに共通する特徴は、コア素子が作成されるときに先立って又はそのときにリーフが取り付けられた状態で、コア素子がスタンドアロンコンジットユニット及び中央ユニットの組み立てによって作成されることである。
ｉｉ．「直接取り付け」：別の一実施例では、コア素子は、少なくとも１つのコンジット又は原始コンジットを含む単一の円筒形の又は円筒状のユニットとして製作され、このコア素子に対して、コア素子の少なくとも１つのコンジットの１つ又は複数のアパーチャが、そのコンジットに関係付けられたリーフ内でガス／液体流路と流体連通するようにして、コア素子の１つ又は複数のリーフが、封止される、接着剤で付けられる、溶接される、注型封入される又は他の方法で取り付けられてもよい。
ｉｉｉ．「コンジットユニット組み立て」：さらなる実施例では、コンジットは、スタンドアロンユニット内に製作され、このコンジットに対して、コンジットの１つ又は複数のアパーチャがリーフ内でガス／液体流路と流体連通するようにして、リーフが、封止される、接着剤で付けられる、溶接される、注型封入される、又は他の方法で取り付けられる。取り付けられたリーフを有する１つ又は複数のコンジットユニットは、次いで一緒に封止される、接着剤で付けられる、溶接される、注型封入される又は他の方法で取り付けられて、以て複合型のスタンドアロンコンジットユニット（その各々が、取り付けられたそれ自体のリーフを有する）の中からコア素子を作成する。この方法は、中央ユニットが欠如している点でコンジット及び中央ユニット組み立て法とは異なるに過ぎない。
（２）エンドキャップを介した又は渦巻き型モジュールの軸上の端部のところでの液体／ガス配管
ｉ．「エンドキャップコンジット」：一実施例では、コンジットは、エンドキャップ内に製作され、コンジットは、次いで１つ又は複数のリーフに配管される。これは、エンドキャップと１つ又は複数のリーフとの間の単一の又は多数の配管接続部を介して生じることがある。或いは、コンジットは、エンドキャップと１つ又は複数のリーフとの間の連続的な配管取り付け部品を含むことができる。例えば、コンジットは、渦巻き形状のエンドキャップ内に渦巻き形状の溝として組み込まれてもよい。リーフは、リーフが溝全体を埋めるまで溝に沿って送り込まれる。リーフ及び渦巻き形状のエンドキャップは、次いで、渦巻き形状の溝によって形成されたコンジットがリーフ内でガス／液体流路と流体連通するようにして、相互に封止される、接着剤で付けられる、溶接される、注型封入される又は他の方法で取り付けられる。
ｉｉ．「軸上の」配管：別の一実施例では、エンドキャップは多孔質であるか、又はエンドキャップが存在せず、以て、ガス／液体の自由な流れが渦巻き状巻き付けの方向に対して垂直な方向に渦巻き型可撓性電極へと通ることを可能にする。このようにして、渦巻き型マルチ電極アレイ内のアノード流路、カソード流路又は電極間流路は、コア素子及びいずれかの外部素子に封止されることがあるが、リーフの渦巻き状巻き付けに垂直な方向での軸上の流れに対して開口されることがある。このような軸上の流れは、任意選択的に、多孔質エンドキャップを通ることができる。液体又はガスは、両方の軸上の端部からモジュールへ入る又は出ることができ、任意選択的に、一方の軸上の端部から他方へと流れることができる。
（３）外部液体／ガス配管
「外部コンジット」：一実施例では、コンジットは、スタンドアロンユニットの一部として製作され、このコンジットに対して、コンジットの１つ又は複数のアパーチャがリーフ内でガス／液体流路と流体連通するようにして、リーフが封止される、接着剤で付けられる、溶接される、注型封入される又は他の方法で取り付けられる。リーフは、次いで、その他方の端部の周りに渦巻き状に巻き付けられ、渦巻き型組み立て品の外側で且つ外部においてコンジットを離れる。
[035]さらなる例示の実施形態では、渦巻き型電気化学電池、モジュール又は反応装置内の可撓性リーフ、すなわち、マルチ電極アレイを電気的に接続するための便利で効率的な構成、配置、又は設計が提供され、可撓性リーフは、関係付けられた１つ又は複数の電極を有する封止型のガス／液体流路から構成される。
[036]１つの例示の実施形態では、渦巻き型電気化学電池用のコア素子、エンドキャップ、及び／又は外部素子であって、コア素子、エンドキャップ、及び／又は外部素子が：コア素子、エンドキャップ、又は外部素子に沿って設けられ、（主）バスバーなどの電気的導電性素子を含む少なくとも１つのコンジットと、コア素子、エンドキャップ、又は外部素子に沿って設けられ、電気的導電性素子を含む少なくとも１つのコンジットに関係付けられたアパーチャ又は一連のアパーチャとを備え、アパーチャ又は一連のアパーチャが、可撓性電極から導電性端部、若しくは端部の一部、又は電極、若しくは（副）バスバーを受けることが可能であり、可撓性電極が、コア素子周りに渦巻き状に巻き付けられることが可能である、コア素子、エンドキャップ、及び／又は外部素子が提供される。別の一実施形態では、アパーチャ又は一連のアパーチャは、可撓性電極への導電性注ぎ口、若しくは導電性注ぎ口の一部、又は電極、若しくは（副）バスバーを設けることが可能であり、可撓性電極は、コア素子周りに渦巻き状に巻き付けられことが可能である。
[037]代替の実施形態では、渦巻き型電気化学電池用のコア素子、エンドキャップ、及び／又は外部素子であって、コア素子、エンドキャップ、及び／又は外部素子が、コア素子、エンドキャップ、又は外部素子に沿って設けられ、（主）バスバーなどの電気的導電性素子を備える又は含み、導電性素子が、可撓性電極から導電性端部、若しくは導電性端部の一部、又は電極、若しくは（副）バスバーを受けることが可能であり、可撓性電極が、コア素子周りに渦巻き状に巻き付けられることが可能である、コア素子、エンドキャップ、及び／又は外部素子が提供される。別の一実施形態では、導電性素子は、可撓性電極への導電性注ぎ口、若しくは導電性注ぎ口の一部、又は電極、若しくは（副）バスバーを設けることが可能であり、可撓性電極は、コア素子周りに渦巻き状に巻き付けられことが可能である。
[038]他の例示の態様では、可撓性電極リーフとの電気的接続部を形成するための方法が提供され、その結果、以てリーフの電極を単一の電気的取り付け具へと適切にまとめる、グループ化する、又は集約する。これらは、好ましいが限定的ではなく、下記に説明される手段のうちの１つによって実現される：
（１）エンドキャップを介した電気的接続
ｉ．「軸上取り付け」：一実施例では、可撓性リーフの電極は、エンドキャップのところに又は代わりに設置された主バスバーに、直接溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される又は他の方法で導電的、電気的に接触して取り付けられる。
ｉｉ．「軸上バスバー取り付け」：別の一実施例では、可撓性リーフの電極は、渦巻き状巻き付けの方向に垂直に、可撓性電極を横切って配置された副バスバーに、溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的、電気的に接触して取り付けられる。副バスバーの取り付けられていない端部は、エンドキャップのところに又は代わりに設置された主バスバーに、さらに溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的、電気的に接触して取り付けられる。
（２）コア素子を介した電気的接続
ｉ．「内部渦巻き状取り付け」：一実施例では、可撓性リーフの電極は、コア素子のところに設置され、コア素子の長さのすべて又は一部を下って走る主バスバーに、直接溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的、電気的に接触して取り付けられる。主バスバーは、コア素子内に設置されることがある、又はコア素子の外側に取り付けられることがある。
ｉｉ．「内部渦巻き状バスバー」：別の一実施例では、可撓性電極リーフは、渦巻き状巻き付けの方向に、可撓性電極を横切って配置されている副バスバーに、溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的、電気的に接触して取り付けられる。副バスバーの取り付けられていない端部は、次いで、コア素子のところに設置され、コア素子の長さのすべて又は一部を下って走る主バスバーに、溶接される、はんだ付けされる、又は他の方法で電気的に取り付けられる。主バスバーは、コア素子内に設置されることがある、又はコア素子の外側に取り付けられることがある。
（３）外部電気的接続
ｉ．「外部渦巻き状取り付け」：一実施例では、可撓性リーフの電極は、外部素子のところに設置され、外部素子の長さの一部又はすべてを下って走る主バスバーに、直接溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的、電気的に接触して取り付けられる。主バスバーは、外部素子内に設置されることがある、又は外部素子の外側に取り付けられることがある。
ｉｉ．「外部渦巻き状バスバー取り付け」：別の一実施例では、可撓性電極リーフは、渦巻き状巻き付けの方向に、可撓性電極を横切って配置されている副バスバーに、溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的、電気的に接触して取り付けられる。副バスバーの取り付けられていない端部は、次いで、外部素子のところに設置され、外部素子の長さのすべて又は一部を下って走る主バスバーに、溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的、電気的に接触して取り付けられる。主バスバーは、外部素子内に設置されることがある、又は外部素子の外側に取り付けられることがある。
[039]他の方法又は配置は、コア素子、エンドキャップ、及び／又は外部素子を介した可撓性電極リーフの電気的接続のために使用されることが可能である。ガス／液体配管を形成するための上記の配置又は方法のうちの１つ又は複数は、渦巻き状に巻き付けられている又は渦巻き状の構成、配置若しくは設計を有する電気化学電池、モジュール又は反応装置を製作するときに、電気的接続部を形成するための上記の配置又は方法のうちの１つ又は複数と組み合わせられることが可能であることが、限定しないが好ましい。限定ではなく、ガス／液体配管の上記の配置又は方法のうちの１つ又は複数が、渦巻き型電池を作成するために電気的接続の上記の配置又は方法のうちの１つ又は複数とともに使用されるすべての組み合わせ、置き換え、又は配置が、利用され得ることを理解されたい。
[040]その上、渦巻き型電池の構成要素が、コア素子、エンドキャップ又は外部素子として個々に形成される又は与えられることが、必ずしも必要なケースではないことを理解されたい。いくつかの例示のケースでは、構成要素は、説明したコア素子、エンドキャップ又は外部素子の機能のうちの２つ以上の混成物である機能を実行することができる。例えば、（１つ又は複数の）エンドキャップは、コア素子又は外部素子の一部として一体的に形成されてもよい。他の例示のケースでは、構成要素は、外部素子若しくはエンドキャップのいずれかであってもよいし、どちらでもなくてもよい。これらのケースでは、ガス／液体配管の上記の配置若しくは方法の１つ若しくは複数及び／又は渦巻き型電池を作成するための電気的接続の上記の配置若しくは方法の１つ若しくは複数が、具体的な構成要素が含まれる否かに拘わらず本発明の範囲内になるすべての組み合わせ、並べ換え又は配置は、要素の特定の部類に属するとして明確に識別され得ることを理解されたい。
[041]要素のすべての部類又はタイプが渦巻き型電気化学電池、モジュール又は反応装置において必ずしも必要とされないことをさらに理解されたい。例えば、エンドキャップ又は外部素子は、必要ではないことがある。同様に、コア素子が、必要とされないことがある。
[042]いくつかの実施形態では、多数のリーフが、コア素子、１つ若しくは複数エンドキャップ、及び／又は外部素子に配管されることがある。いくつかの実施形態では、多数のリーフが、コア素子、エンドキャップ、及び／又は外部素子と電気的に接触して設置されることがある。そのような実施例では、コア素子、エンドキャップ、及び／又は外部素子は、好ましいが限定的ではなく、蓄積型配管及び電気システムを配管されたガス／液体ラインの各々及び電気的取り付け具の各々のための外部接続部の単一のセットへとまとめるように設計される。
[043]ガス／液体配管及び電気的取り付け部がしっかりと固定された後で、電気化学電池、モジュール又は反応装置の可撓性リーフは、異なる電極間に用いられた適切なスペーサ（例えば、材料の１つ又は複数の多孔質ポリマーシート）、及び１つよりも多くのリーフがある場合にはリーフを有する渦巻き型配置へと丸められることが可能であり、以てカソード又はアノードとして使用される異なるリーフの電極間に形成される短絡を回避することは、限定しないが好ましい。
[044]取り付けられた１つ又は複数のリーフを有し、しっかりとした配管及び電気的接続部を有する渦巻き型電気化学電池、モジュール又は反応装置は、次いで、好ましいが限定的ではなく、ケース又は筐体、好ましくは、ぴったりとしたポリマーケースに入れられ、前に説明したタイプのエンドキャップを搭載されることが可能である。エンドキャップは、スタンドアロンユニットであってもよい、又はケース若しくは筐体の一部を含むことができる、又はスタンドアロンエンドキャップ及びケース若しくは筐体の一部である外側エンドキャップであってもよい。
[045]例示的な実施形態が、単に非限定的な実施例として、添付の図を参照してここでは説明される。様々な例示の実施形態は、例としてだけ与えられ、添付の図に関連して説明される少なくとも１つの好ましいが非限定的な実施形態の下記の説明から明らかになろう。
（ａ）は、部分的に巻き付けられ且つ組み立てられた状態である例示の渦巻き型電気化学電池、モジュール又は反応装置の構成要素、すなわち、コア素子、エンドキャップ、（１つ又は複数の）外部素子、及びリーフから形成されたマルチ電極アレイの図であり、（ｂ）は、完全に巻き付けられた状態の例示の渦巻き型電気化学電池、モジュール又は反応装置の図であり、（ｃ）は、例示のリーフから構成されたマルチ電極アレイについての例示の配置図である。示された電極の数は、例として与えられるに過ぎない。 渦巻き状に巻き付けられることがあるリーフの様々な実施例の一つの概略図である。 渦巻き状に巻き付けられることがあるリーフの様々な実施例の一つの概略図である。 渦巻き状に巻き付けられることがあるリーフの様々な実施例の一つの概略図である。 渦巻き状に巻き付けられることがあるリーフの様々な実施例の一つの概略図である。 渦巻き状に巻き付けられることがあるリーフの様々な実施例の一つの概略図である。 渦巻き状に巻き付けられることがあるリーフの様々な実施例の一つの概略図である。 渦巻き状に巻き付けられることがあるリーフの様々な実施例の一つの概略図である。 渦巻きの方式に丸められることが可能な可撓性リーフから少なくとも部分的に形成された、電極のアレイとしての例示のマルチ電極配置の概略図であり、そこでは、アノード流路がコア素子へと配管されており（すなわち、開口される、ガス連通している、又は流体連通している）、カソード流路が外部素子へと配管されており（すなわち、開口される、ガス連通している、又は流体連通している）、そして電極間流路がコア素子及び外部素子の両方から封止されるが、エンドキャップ（図示されず）に向かってリーフの長さ（丸められたときの軸方向）に垂直な方向に開口される（すなわち、ガス連通している、又は流体連通している）。示した電極の数は、例として与えられるに過ぎず、コア／外部素子は、（明確化のために）電極に対して正確な縮尺ではない。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、コア素子を介して１つ又は複数の可撓性リーフを配管するときの例示の有用な手法の概略図である。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、コア素子を介して１つ又は複数の可撓性リーフを配管するときの例示の有用な手法の概略図である。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、コア素子を介して１つ又は複数の可撓性リーフを配管するときの例示の有用な手法の概略図である。 可撓性リーフの電極をエンドキャップの導電性素子（「主バスバー」）と電気的に接続するための、軸上の電気的取り付けの例示の方法の概略図である。 可撓性リーフの電極をエンドキャップの導電性素子（「主バスバー」）と電気的に接続するための、渦巻き状の電気的取り付けの例示の方法の概略図である。 可撓性リーフの電極をエンドキャップの導電性素子（「主バスバー」）と電気的に接続するための、軸上バスバー取り付けの例示の方法の概略図である。 可撓性リーフの電極をエンドキャップの導電性素子（「主バスバー」）と電気的に接続するための、渦巻き状バスバー取り付けの例示の方法の概略図である。 例示の渦巻き型電池又はモジュールの概略図であり、リーフの巻き付け前であり、電気的接続部がエンドキャップを介して非対称に作られている。 例示の渦巻き型電池又はモジュールの概略図であり、リーフの巻き付け後であり、電気的接続部がエンドキャップを介して非対称に作られている。 （ａ）は、例示のプロファイルニードル、並びに（ｂ）及び（ｃ）は２つの電極間に液体／ガス収集用流路を作成しながら、電極への軸上バスバーを有する２つの可撓性電極（両方ともアノード又はカソードのいずれか）を接着剤で付けるプロセスの図である。 どのようにして（ａ）例示のコンジットユニット（プロファイルニードル）が「コンジット及び中央組み立て」法を使用して六角形形状の中央ユニットと組み立てられるか、可撓性電極リーフがプロファイルニードルに取り付けられる（ｂ）前及び（ｃ）後の両方を示す図である。 どのようにして（ａ）例示のコンジットユニット（プロファイルニードル）が「コンジット及び中央組み立て」法を使用して六角形形状の中央ユニットと組み立てられるか、並びにどのようにして主バスバーが２つのエンドキャップに導入されるかを示す図である。軸上バスバーの自由端部は、電気的接続部を作成するために主バスバーに溶接される。最終組み立て品が（ｂ）に示される。リーフは、コア素子の周りに渦巻き状に巻き付けられるが、明確化のために底面図（ｂ）には示されていない。 （ａ）〜（ｂ）は、例示の渦巻き型モジュールがポリマーケーシングに入れられた後の、プロファイルニードル設計並びにコンジット及び中央組み立て法を使用して製作された例示の渦巻き型モジュールの図である。 プロファイルニードル設計を使用して組み立てられた例示の渦巻き型モジュールの様々な構成要素（可撓性リーフを除く）の分解組立図であり、２つのモジュールが線形アレイへとさらに組み立てられている。 （ａ）〜（ｃ）は、コンジット及び中央ユニット組み立て法に適用した接着剤で付けたくさび設計を示す図である。 組み立ての直接取り付け法に適用したトリコットパック設計の概略図である。 組み立ての直接取り付け法に適用したトリコットパック設計の概略図である。 組み立ての直接取り付け法に適用したトリコットパック設計の概略図である。 コンジットユニット組み立て法に適用したシリンジニードル設計の概略図である。 コンジットユニット組み立て法に適用したシリンジニードル設計の概略図である。 コンジットユニット組み立て法に適用したローラデックス（Ｒｏｌｏｄｅｘ）設計の概略図である。 コア素子を介したガス／液体配管のために適した例示のコア素子の図である。 くさび接着剤設計のための例示の２リーフコア素子の断面の概略図である。 くさび接着剤設計のための例示の８リーフコア素子の断面の概略図である。 図１８のくさび接着剤設計についての断面内でのリーフと８リーフコア素子との間の接続部の概略図である。 コア素子の配管のためにくさび接着剤設計を利用する例示の４リーフ渦巻き型モジュールの概略図である。 図２０の４リーフコア素子のコンジットの外部アパーチャのクローズアップ、鳥瞰（断面）図であり、（明確化のために接着用樹脂がない）接続部を示す。 拡大した断面図での図２１のコンジットの図である。 注型封入型配管設計のための例示の２リーフコア素子のそれぞれ概略的な（ａ）及び（ｃ）断面図、並びに（ｂ）及び（ｄ）鳥瞰図である。 ２リーフ導電性注型封入型配管設計のための例示のコア素子の概略的な（ａ）断面図及び（ｂ）鳥瞰図である。 ４リーフ導電性注型封入型配管設計のための例示のコア素子の概略的な（ａ）断面図及び（ｂ）鳥瞰図である。
[071]実施例として与えられるに過ぎない、下記のモード、特徴又は態様が、１つ又は複数の好ましい実施形態の主題のより詳しい理解を与えるために説明される。
[072]２０１３年６月１１日に出願の「ガス透過性電極及び電気化学電池」に関する国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１３／０００６１７は、参照によって本明細書に組み込まれ、渦巻き状に巻き付けられ、本実施例において利用されることが可能な、ガス拡散電極及びその態様を説明している。
[073]本実施例において利用されることが可能な例示の電極のさらなる態様及び詳細は、出願人が以前に出願した２０１４年７月３０日に出願の「モジュール式電気化学電池」に関する国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１４／０５０１６１、出願人が以前に出願した２０１４年７月３０日に出願の「複合型三次元電極及び製造の方法」に関する国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１４／０５０１６０、出願人が以前に出願した２０１４年７月３０日に出願の「（１つ又は複数の）ガス拡散電極を有する電気合成又は電気エネルギー電池」に関する国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１４／０５０１６２、及び出願人が以前に出願した２０１４年７月３０日に出願の「電気化学反応を管理するための方法及び電気化学電池」に関する国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１４／０５０１５８に記載されており、これらは参照によって本明細書にすべて組み込まれている。
Ａ．渦巻き型モジュールの例示の構成要素
Ａ．１．渦巻き型モジュールの例示の構成要素−コア素子、エンドキャップ、及び外部素子
[074]図１−１は、例示の渦巻き型電気化学電池、モジュール又は反応装置２０００の構成要素を概略的に図示している。図１−１の（ａ）は、部分的に巻き付けられ且つ組み立てられた状態での例示の渦巻き型電気化学電池、モジュール又は反応装置２０００の構成要素、すなわち、コア素子２２００、エンドキャップ２４００、外部素子２５００、及び中心軸２００５周りに巻き付けられたリーフ２１５０から形成されたマルチ電極アレイ２１００を示す。図１−１の（ｂ）は、中心軸２００５周りに完全に巻き付けられた状態での例示の渦巻き型電気化学電池、モジュール又は反応装置２０００を示す。図１−１の（ｃ）は、リーフ２１５０を含むマルチ電極アレイ２１００のための例示の配置を示す。示した電極及び流路（すなわち、アノード２６００及びカソード２７００）の数は、例として与えられるに過ぎず、望まれる実装形態に応じて変わることが可能である。少なくとも１対の電極対が、アノード２６００及び隣接する又は対向するカソード２７００によって形成される。渦巻き型電池、モジュール又は反応装置２０００は、２つ以上の層に積層された可撓性電極シート２６００、２７００、すなわち、マルチ電極アレイ２１００を典型的には含み、そこでは、アノード２６００とカソード２７００との隣接する対が、電気的に絶縁性であり、電極間流路２８００（これは、いくつかの実施形態では、電池２０００を通る液体電解質に対して透過性であり、その透過を案内するものである）を形成する独特の「電極間流路」スペーサ（明確化のために図示せず）、並びに／又はリーフ２１５０のアノード流路２９００及びリーフ２１５０のカソード流路２９５０（これらは、いくつかの実施形態では、電池２０００を通るガス／液体に対して透過性であり、その透過を案内するものである）を形成する「アノード流路」スペーサ若しくは「カソード流路」スペーサ（すなわち、電極流路スペーサ）（明確化のために図示せず）によって相互に分離される。電極間流路及び／又は電極流路は、多孔質ポリマー材料の１つ又は複数の層により形成される、例えば、多孔質ポリマー材料のシート又は異なるタイプの多孔質ポリマー材料のシートとして設けられることが可能である。異なるタイプの流路２８００、２９００、２９５０のいくつか又はすべては、電池又はモジュール２０００内で配管されることがあり、すなわち、流体連通及び／又はガス連通して設置されることがある。例えば、カソード２７００に関係し、カソードから生成物を収集する又はカソードへ反応物質を供給するカソード流路２９５０のすべてが、単一の入口部／出口部へと一緒に配管されてもよい。同様に、アノード２６００に関係し、アノードから生成物を収集する又はアノードへ反応物質を供給するアノード流路２９００のすべてが、別の単一の入口部／出口部へと一緒に配管されてもよい。このように、例えば、２つの別個のガス流路がある場合があり、一方は第１のガス（例えば、水電解セル内でカソードのところで生成される水素）用であり、他方は第２のガス（例えば、水電解セル内でアノードのところで生成される酸素）用である。他の実施形態では、電極間流路２８００は、アノード２６００とカソード２７００との間に液体電解質を送り込むように配管されてもよいが、空気（又は他のガス又は真空又は部分真空）に開放されたままであり得るアノード流路２９００又はカソード流路２９５０ではない。さらに他の実施形態では、流路の１つのタイプは、液体用に配管されてもよく（例えば、電極間流路２８００が液体ＨＣｌ電解質を運ぶように配管されてもよく）、一方で第２の流路は、ガスを運ぶように配管されてもよい（例えば、カソード流路２９５０が酸素を運ぶように配管されてもよい）。第３の流路は、そのときには生成物の収集のために開放されたままであってもよい（例えば、アノード流路２９００が酸素脱分極化（ｏｘｙｇｅｎ−ｄｅｐｏｌａｒｉｓｅｄ）クロルアルカリセル内の塩素ガスを収集するために開放されたままであってもよい）。電極の関係する封止されたガス−液体流路２９００、２９５０を有する電極２６００、２７００の繰り返し可能なユニットは、本明細書においてはマルチ電極アレイ２１００内のリーフ２１５０と呼ばれる。
[075]得られるマルチ電極アレイ２１００は、コア素子２２００周りに巻き付けられて渦巻き型電極構造体２３００を形成し、以て渦巻き型電池又はモジュール２０００を作成する。コア素子２２００は、ガス−液体コンジット及び電気的コンジットのいくつか又はすべてを含むことができ、これを用いて電池又はモジュール２０００の様々な構成要素を配管する及び／又は電気的に接続する。例えば、コア素子２２００は、マルチ電極アレイ２１００の１つ又はもう１つの特定のガス用の流路のすべてを単一のパイプへと統合することができ、この単一のパイプは次いで外部ガスタンクへの取り付けのために便利なように弁を取り付けられる。コア素子２２００は、モジュールのアノード及びカソードをモジュール上の２つだけの外部電気的接続部−陽極及び陰極−へと接続する電気装置を同様に含むことができる。
[076]堅く巻き付けられたマルチ電極アレイ２１００は、さらに典型的には、アレイの１つ又はもう１つの特定のガス用の流路のすべてを単一のパイプへと統合するようにやはり働くことができるエンドキャップ２４００に付けられ、この単一のパイプは次いで外部ガスタンクへの取り付けのために便利なように弁を取り付けられる。エンドキャップ２４００は、モジュールのアノード及びカソードをモジュール上の２つだけの外部電気的接続部−陽極及び陰極−へと接続する電気装置を同様に含むことができる。最後に、マルチ電極アレイ２１００は、外側半径方向端部において外部素子２５００に取り付けられることができ、外部素子を介して、様々な流路が配管されることがあり、電気的接続部が作られる。
[077]他のモジュール配置に対しての渦巻き型電池又はモジュールの鍵となる利点は、渦巻き型電池又はモジュールが比較的小さな全体の幾何学的フットプリント内で大きな全体的な電気化学的表面積を与えることであると考えられる。渦巻き型電気化学モジュールは、最小の妥当なフットプリント内で最大の可能な能動表面積を与えると思われている。渦巻き型配置のもう１つの利点は、丸い物体が、平坦な区域及び角を含む他の幾何学的形状よりも加圧することが容易であることである。そのため、渦巻き設計品は、水を水素及び酸素へと変換する水電解セルにとって、並びに水素及び酸素を水へと変換する燃料電池にとって有益であることが見いだされてきており、その理由は、渦巻き型電池が製造することが容易であり低コスト方式で反応装置を直接加圧する機会を可能にするためである。
[078]発明者は、ガス／液体配管及び電気的接続部を配置するための数多くの便利な方法、配置、構造及び設計を作成しており、その結果、以てこのタイプの渦巻き型電池の製造及び組み立てを簡素化している。渦巻き型電池の製造においてこれらを活用するためのこれらの手法及び設計が、下記に説明される。特定の実施例では、電気化学電池は、非生物的化合物、好ましくは非生物的に製造された化合物を利用し、非生物的化合物又は材料だけを使用することがある。例えば、リーフの材料は、非生物的材料である。
[079]このように、一般的な実施形態では、中心軸２００５周りに巻き付けられた少なくとも１対の電極対（アノード２６００及びカソード２７００）を備える、化学反応生成物を形成するための渦巻き型電気化学電池２０００が提供される。アノード２６００は、ガス透過性且つ液体非透過性であり、及び／又はカソード２７００は、ガス透過性且つ液体非透過性であることが好ましい。電気化学電池２０００は、好ましくは電気合成電池（すなわち、工業的用途を有する市販の電池）又は電気エネルギー電池（例えば、燃料電池）である。電池は、非生物的に製造された化合物を利用することが好ましい。
[080]一実施例では、電極間流路２８００は、ガス及び／又は流体輸送のために、アノード２６００と隣接する又は対向するカソード２７００との間に設けられる。任意選択的に、２つのアノード２６００、並びにガス及び／又は流体輸送のために２つのアノード２６００間に設けられたアノード流路２９００がある。やはり任意選択的に、２つのカソード２７００、並びにガス及び／又は流体輸送のために２つのカソード２７００間に設けられたカソード流路２９５０がある。別の一実施例では、流路２８００、２９００、２９５０は、少なくとも１つのスペーサによって少なくとも部分的に形成される。
[081]別の一実施例では、少なくとも２つのアノード２６００及び少なくとも１つのアノード流路２９００、並びに少なくとも２つのカソード２７００及び少なくとも１つのカソード流路２９５０が設けられる。任意選択的に、化学反応生成物は、流路（アノード流路２９００、カソード流路２９５０又は電極間流路２８００）を通って輸送される。任意選択的に、化学反応物質は、流路（アノード流路２９００、カソード流路２９５０又は電極間流路２８００）を通って輸送される。任意選択的に、アノード２６００のところで、化学反応生成物が形成される又は反応物質が反応し、生成物又は反応物質は、アノード流路２９００を通って輸送される。任意選択的に、カソード２７００のところで、化学反応生成物が形成される又は反応物質が反応し、生成物又は反応物質は、カソード流路２９５０を通って輸送される。任意選択的に、液体電解質は、電極間流路２８００を通って輸送される。
[082]別の一実施例では、アノード流路２９００を含むアノードリーフ２１５０、及びカソード流路２９５０を含むカソードリーフ２１５０が設けられ、ここでは電極間流路２８００が、アノードリーフとカソードリーフとの間に設けられ、リーフ及び流路が、中心軸２００５周りに渦巻き状に巻き付けられる。別の一実施例では、複数のアノードリーフ２１５０、複数のカソードリーフ２１５０、及び複数の電極間流路２８００が設けられる。
[083]別の一実施例では、中心軸２００５のところに又は付近に配置されたコア素子２２００が設けられる。任意選択的に、アノードリーフ２１５０及びカソードリーフ２１５０は、コア素子２２００の異なる外周位置のところでコア素子２２００に取り付けられている。複数のアノードリーフ２１５０及び複数のカソードリーフ２１５０は、異なる外周位置のところでコア素子２２００に取り付けられることが可能である。一実施例では、コア素子２２００は、少なくとも１つのガス流路及び／又は少なくとも１つの流体流路を含む。任意選択的に、少なくとも１つのガス流路は、コア素子２２００の中心を外れている。やはり任意選択的に、少なくとも１つの流体流路は、コア素子２２００の中心を外れている。一実施例では、電極間流路２８００は、コア素子２２００とガス連通及び／又は流体連通している。
[084]別の一実施例では、少なくとも１対の電極対（アノード２６００及びカソード２７００）のうちの１対又は複数対は、コア素子２２００の導電性素子に電気的に接続されている。別の一実施例では、外部素子２５００が、設けられ、中心軸２００５から遠くに配置される。任意選択的に、外部素子２５００は、少なくとも１対の電極対のうちの１対若しくは複数対の端部に又は端部の近くに取り付けられ、この端部は、中心軸２００５の近くの端部とは反対である。任意選択的に、電極間流路２８００は、外部素子２５００とガス連通及び／又は流体連通することが可能である。別の一実施例では、少なくとも１対の電極対（アノード２６００及びカソード２７００）のうちの１対又は複数対は、外部素子２５００の導電性素子に電気的に接続される。
[085]コア素子２２００は、中心軸２００５に平行に長手方向に延びることが好ましい。外部素子２５００は、中心軸２００５に平行に長手方向に延びることがやはり好ましい。
[086]別の一実施例では、少なくとも１つのエンドキャップ２４００、好ましくは２つのエンドキャップ２４００が設けられる。任意選択的に、アノード流路２９００、カソード流路２９５０及び／又は電極間流路２８００は、少なくとも１つのエンドキャップ２４００とガス連通及び／又は流体連通している。任意選択的に、第２のエンドキャップ２４００が設けられ、アノード流路２９００、カソード流路２９５０及び／又は電極間流路２８００が、第２のエンドキャップ２４００とガス連通及び／又は流体連通している。
[087]任意選択的に、少なくとも１対の電極対のうちの１対又は複数対は、少なくとも１つのエンドキャップ２４００の導電性素子に電気的に接続される。導電性素子は、バスバーであることが好ましい。１つ又は複数の副バスバーは、少なくとも１対の電極対（アノード２６００及びカソード２７００）のうちの１対又は複数対に電気的に接続されることが可能である。１つ又は複数の副バスバーは、バスバーに電気的に接続されることが可能である。別の一実施例では、１つ又は複数の副バスバーは、可撓性であり、電池２０００内で渦巻き状に巻き付けられている。別の一実施例では、１つ又は複数の副バスバーは、電池２０００の軸方向２００５に延びている。
Ａ．２．渦巻き型モジュールの例示の構成要素−リーフ
[088]リーフは、１つ又は複数の電極、例えば、１つの電極、電極の対、複数の電極、又は電極ユニットのいくつかの他の形態から構成されることを認識されたい。リーフは、可撓性であり、ひとまとまりとして繰り返されることが可能である。
[089]例えば、リーフは、
１つ又は単一の電極、例えば、単一のカソード又は単一のアノード、
折り畳まれている電極材料の単一のシート、又は２つの電極、例えば、２つのカソード若しくは２つのアノードを形成するために接続されている２枚のシート、
２つの電極、例えば、２つのカソード又は２つのアノード、
電極対、例えば、アノード及びカソード、或いは、
複数の上記のいずれか、
を一部に含む、又は上記によって形成されることが可能である。
[090]図１（ｄ）〜図１（ｊ）は、リーフが取ることができる形態のいくつかを図示している。図１（ｄ）は、単一のアノード２６００であるリーフを示している。図１（ｅ）は、単一のカソード２７００であるリーフを示している。図１（ｆ）は、折り畳まれている電極材料の単一のシート、又はアノード流路２９００を囲んでいる２つのアノード２６００を形成するように接続されている２枚のシートであるリーフを示している。図１（ｇ）は、折り畳まれている電極材料の単一のシート、又はカソード流路２９５０を囲んでいる２つのカソード２７００を形成するように接続されている２枚のシートであるリーフを示している。図１（ｈ）は、アノード流路２９００を囲んでいる２つのアノード２６００であるリーフを示している。図１（ｉ）は、カソード流路２９５０を囲んでいる２つのカソード２７００を備えるリーフを示している。図１（ｊ）は、電極間流路２８００を共に囲んでいるアノード２６００及びカソード２７００を備えるリーフを示している。
[091]別の一実施例では、リーフは、２つの電極間にガス及び／又は液体流路を形成する電極流路スペーサ（すなわち、例えば、多孔質ポリマー材料から作られることが可能であるスペーサ材料、層又はシート）の対向する側に配置されている（一緒にアノード又はカソードとしての使用のための両方の層を有する）２つの電極材料層を一部に含む、又は２つの電極材料層によって形成されることが可能である。
[092]別の一実施例では、リーフは、２つの電極間に（すなわち、アノードとカソードとの間に）ガス及び／又は液体流路を形成する電極間流路スペーサ（すなわち、例えば、多孔質ポリマー材料から作られることが可能であるスペーサ材料、層又はシート）の対向する側に配置されている（アノードとしての使用のための１つの電極材料層及びカソードとしての使用のための１つの電極材料層を有する）２つの電極材料層を一部に含む、又は２つの電極材料層によって形成されることが可能である。
[093]別の一実施例では、リーフは、（アノードとして又はカソードとしての使用のための）単一の電極材料層を一部に含む、又は単一の電極材料層によって形成されることが可能である。別の一実施例では、電極材料層は、ガス及び／又は液体流路を形成する流路スペーサ（すなわち、例えば多孔質ポリマー材料から作られることが可能であるスペーサ材料、層又はシート）に隣接して配置されることが可能である。
[094]繰り返されたリーフは、分離型のガス及び／又は液体流路を形成する介在するスペーサを有する一連の渦巻き型電極であるマルチ電極アレイを形成する。電極流路スペーサは、電極間スペーサと異なる材料である又は一実施例では同じ材料であることが可能である。電気化学電池、モジュール又は反応装置は、エンドキャップ、及び１つ又は複数の外部素子を任意選択的にやはり含むことができる。
Ａ．３．渦巻き型モジュールの例示の構成要素−アノード及びカソード
[095]上に説明したアノード及びカソードは、好ましいが限定的ではなく、３Ｄ電極及びガス拡散電極（ＧＤＥ）である。ガス拡散電極の一般的な特徴は、ガス拡散電極が電極の一方の側の液体と電極の他方の側のガスとの間に電気的に活性な界面を形成することである。したがって、本発明のアノード及びカソードは、好ましいが限定的ではなく、一方の側のガス状の雰囲気と他方の液体環境との間に界面を形成する。
[096]第１の形態では、上に説明したアノード及びカソードは、好ましいが限定的ではなく、商用に購入される又は確立された工業的方法を使用して標準的な構成要素から製造されることがあるタイプの従来型の３Ｄ電極及びガス拡散電極（ＧＤＥ）である。
[097]第２の形態では、上に説明したアノード及びカソードは、好ましいが限定的ではなく、参照によって本明細書に組み込まれており、出願人が以前に出願した２０１４年７月３０日に出願の「複合型三次元電極及び製造の方法」に関する国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１４／０５０１６０に記載されているタイプの３Ｄ電極及びガス拡散電極（ＧＤＥ）である。
[098]第３の形態では、上に説明したアノード及びカソードは、好ましいが限定的ではなく、従来型の３Ｄ電極及びガス拡散電極（ＧＤＥ）の特性、構成要素、及び製造方法を、参照によって本明細書に組み込まれており、出願人が以前に出願した２０１４年７月３０日に出願の「複合型三次元電極及び製造の方法」に関する国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１４／０５０１６０の特性、構成要素、及び製造方法と組み合わせたハイブリッド３Ｄ電極及びガス拡散電極（ＧＤＥ）である。
[099]さらなる実施例では、電気化学電池が、提供されることが可能であり、そこでは、アノードがガス拡散電極を備え、及び／又はカソードがガス拡散電極を備え、ガス拡散電極が、実質的に炭素及び／又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から構成される。さらなる実施例では、電気化学電池が提供されることが可能であり、そこでは、（１）アノードが、（ａ）非導電性であるガス透過性材料、及びガス透過性材料に取り付けられた多孔質導電性材料を含むガス拡散電極、若しくは（ｂ）非導電性であるガス透過性材料、及び導電性粒子の溶融した多孔質層を含むガス拡散電極、若しくは（ｃ）導電性粒子の溶融した多孔質層を含むガス拡散電極を備え、並びに／又は（２）カソードが、（ａ）非導電性であるガス透過性材料、及びガス透過性材料に取り付けられた多孔質導電性材料を含むガス拡散電極、若しくは（ｂ）非導電性であるガス透過性材料、及び導電性粒子の溶融した多孔質層を含むガス拡散電極、若しくは（ｃ）導電性粒子の溶融した多孔質層を含むガス拡散電極を備える。
Ａ．３．１ 従来型の３Ｄ電極及びＧＤＥを備えるアノード及びカソード
[0100]従来型の市販のガス拡散電極（ＧＤＥ）は、異なるサイズの導電性粒子（通常、炭素粒子）の溶融した多孔質層から典型的には構成される。最も外側の層は、少量の疎水性ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン、又はテフロン（商標））結合剤とともに溶融された最小寸法の粒子を典型的には含有する。最も内側の層は、最大の粒子を典型的には含有する。中間の粒子サイズの多数の中間層があり得る。
[0101]中心部での最大から外側での最小までのＧＤＥ内の粒子サイズのこの傾斜の目的は、電極内に３相固体−液体−ガス境界を作り、そして制御することである。この境界は、最大の可能な表面積を有するはずである。このような境界の生成は、効果的に、粒子間の平均気孔サイズを制御することによって実現され、最小の気孔サイズがエッジ部のところであり、最大が中心部であることを確実にする。気孔が（ＰＴＦＥ結合剤のために）典型的には比較的疎水性であるので、エッジ部のところでの小さな気孔サイズ（例えば、３０ミクロン気孔サイズ）は、ＧＤＥ中への液体の水の侵入を妨げそして制限するように作用する。すなわち、水は、ＧＤＥ中へと比較的短い距離だけ透過することが可能であり、そこでは単位体積当たりの電気化学的に活性な表面積が最大である。対照的に、ＧＤＥの中心部におけるより大きな気孔（例えば、１５０ミクロン気孔サイズ）は、ＧＤＥの長さに沿って低い圧力での容易なガス伝送を可能にし、ガスがそのときにはＧＤＥのエッジ部のところで液体の水と三元の固体−液体−ガス境界を形成することをともない、そこでは単位体積当たりの電気化学的に活性な表面積が最大である。
[0102]現時点では、従来型の３Ｄ粒子固定床電極及びガス拡散電極（ＧＤＥ）は、カーボンブラックとＰＴＦＥ粉末とを混合し、次いで固体混合物を大きな多孔質電極へと圧縮すること及び／又は焼結することによって製作される。
[0103]得られる構造体の気孔サイズは、使用する粒子の粒子サイズを管理することによって非常に大雑把に制御されることがある。しかしながら、粒子、特にＰＴＦＥのような「ねばねばとした」粒子が、圧縮され及び／又は焼結されるときに、多くの場合に均等に流れずそしてそれ自体一様に分布しないために、この手法を使用して電極全体にわたり一様な気孔サイズを実現することは困難である。広い範囲の気孔サイズが、したがって典型的には得られている。その上、サイズで０．０５μｍ〜０．５μｍなどの一様で小さな気孔サイズを有する構造体を作成することは、一般に可能ではない。
[0104]構造体の疎水性は、構造体へと取り込まれるＰＴＦＥの相対的な量を管理することによって典型的には制御される。ＰＴＦＥは、一緒に構造体を保持し、必要な気孔率を作り出す。しかしながら、ＰＴＦＥの量は、適度に中間の疎水性を有する電極を与えるように注意深く制御されなければならない。中間の疎水性は、部分的であるが完全ではない水の侵入を確実にするために必要とされている。ＧＤＥのケースでは、中間の疎水性は、電極を作るカーボンブラック基質内に固体−液体−ガス境界を以て作成するために必要とされている。
[0105]このタイプの従来型のガス拡散電極は、例えば、インディアナ州、Ｃｒｏｗｎ ＰｏｉｎｔのＮｕＶａｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．などの会社によって販売されている。
Ａ．３．２ 新規な３Ｄ電極及びＧＤＥを備えるアノード及びカソード
[0106]第２のそして代替の形態では、３Ｄ電極及びガス拡散電極（ＧＤＥ）は、参照によって本明細書に組み込まれており、出願人が以前に出願した２０１４年７月３０日に出願の「複合型三次元電極及び製造の方法」に関する国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１４／０５０１６０に記載されているタイプのものであってもよい。
[0107]一実施例では、このタイプの３Ｄ電極又はＧＤＥが、３Ｄ電極又はＧＤＥの鍵となる特徴を２つの又は少なくとも２つの別個の領域へと分離することで、このタイプの３Ｄ電極又はＧＤＥは、従来型の粒子固定床ＧＤＥとは区別され、別個の領域の特性の各々が、改良を加えられ、従来型のＧＤＥの単一本体内で可能であるものよりもより十分に制御されることがある。このような３Ｄ電極又はＧＤＥの例示の実施形態は、液体−及び−ガス−多孔質導電性材料を含むことができ、これは、触媒の触媒能力及び導電性を高められている又は最適化されている触媒を任意選択的にやはり含むことが可能である。導電性材料は、非導電性であり電極の正常動作使用中には液体電解質非透過性であるガス透過性材料に取り付けられ、結合され、触れており、隣接して配置され、又は当接する、例えば、上記電極は疎水性であってもよく、この電極に対して気孔構造がガス輸送特性に関して選択される、高められる又は最適化される。正常動作使用は、例えば、電極が意図したように動作しており、能力を超えていないときである。実施例では、ガス透過性材料の表面は、多孔質導電性材料に面している。ガス透過性材料の表面は、多孔質導電性材料に触れる又は接触することができるが、必ずしも必要ではなく、例えば、１つ又は複数の触媒を含むことが可能である中間結合剤材料又は層があってもよい。ガス透過性材料の表面のところ又は近くには、ガス透過性材料と多孔質導電性材料との界面又は境界領域がある。電極が使用中であるときには、３相固体−液体−ガス境界は、多孔質導電性材料に面しているガス透過性材料の表面のところ又は近くに形成することが可能である。この状況では、表面の「ところ又は近く」は、（存在する場合に、そして本明細書において論じられるように）結合剤材料の厚さである距離内である、又は３相固体−液体−ガス境界それ自体の巨視的な幅である距離内である、又はガス透過性材料と多孔質導電性材料との何らかの重なりの距離内である、又は多孔質導電性材料の幅である距離内であることを意味するものとする。３相固体−液体−ガス境界は、表面の「ところに」厳密に形成する必要はないが、近くである、隣である、隣り合っている、すぐ隣若しくは内部にある、又は近接しているという感覚で表面の「近くに」形成することが可能である。３相固体−液体−ガス境界は、過剰なガス圧又は液圧の印加に応じてさらに動くことが可能である、しかしながら、境界は、正常動作使用中に説明したように表面に「近く」のままになる。
[0108]（多孔質導電性材料を含む第１の領域、及び非導電性ガス透過性材料を含む第２の領域である）２つの領域は、実質的に別個である、分界される又は分離されているけれども、２つの領域は、互いに隣接して、当接して、触れて又は隣り合って配置され、その結果、界面若しくは境界領域、又はおそらく重なりがあることが好ましい。
[0109]このような３Ｄ電極又はＧＤＥでは、非導電性、液体電解質非透過性又は疎水性、ガス透過性材料は、従来型のＧＤＥにおいて実現され得るものよりも、さらにうまく画定され、より一様であり、より小さな平均サイズである気孔を有する。好ましくは触媒とともに与えられる液体−及び−ガス−多孔質導体は、従来型のＧＤＥよりもさらに導電性である一方で、この導体の低い疎水性は、正常な動作条件下で多孔質導体が液体電解質で完全に又は実質的に完全に満たされることを認識することができ、以て触媒作用を高める又は最大に促進させる。対照的に、好ましい形態では、非導電性、疎水性、ガス透過性材料の高い疎水性は、ガス透過性材料が大気圧において液体電解質の完全にない又は実質的にないことを典型的に認識することができ、以てＧＤＥ中への及び外へのガス輸送を高める又は最大に促進させる。
[0110]このような例示の実施形態の３Ｄ電極又はＧＤＥが、液体電解質によって導電性側に、及びガス状の材料によって非導電性側に接触するときには、上記の物理的特徴が、多孔質導電性材料に面しているガス透過性材料の表面のところに又は近くに３相固体−液体−ガス境界を形成させ、このガス透過性材料の表面はやはり２つの別個の領域間の界面のところでもあり得る。この境界は、従来型のＧＤＥにおける３相固体−液体−ガス境界に対してまったく異なっている。境界は、従来型のＧＤＥで実現され得るものよりも、さらに良く画定され、より狭く、より安定であり及び／又はより強固であるという点で異なっている。このように、好ましい実施形態の動作では、３相固体−液体−ガス境界は、多孔質導電性材料に面しているガス透過性材料の表面（これはやはり、触媒及び非導電性ガス透過性材料を含むことが可能である多孔質導電性材料の界面、又は境界領域のところであってもよい）のところに又は近くに形成される。これが、例えば、電極の幅又は厚さと比較して、比較的狭い巨視的な幅を有する３相固体−液体−ガス境界を形成する。
[0111]これらの特徴は、このタイプの３Ｄ電極又はＧＤＥが、２つの領域の界面のところに又は近くに、高めた又は最適な導電性であり、改善した又は最大の触媒構造を有する、改善した又は最大のガス輸送を促進する、高めた又は最適な気孔構造、例えば、疎水性気孔構造を形成することが可能であるという理由で、重要である。事実上、例示の実施形態の３Ｄ電極又はＧＤＥ内の３相固体−液体−ガス境界のところで、ガス拡散電極の重大な特性の各々は、理想化される、又は他の方法で可能であるものよりも少なくとも理想的である、又は理想により近くさせることができる。
[0112]この高めること又は最適化の効果は、驚くべき且つ注目すべき電気化学的性能をもたらす。３相固体−液体−ガス境界が狭く、二次元（２Ｄ）又は実質的に２Ｄの巨視的な幾何学的形状であるように見えるものに制限されるにも拘わらず、例示の実施形態の３Ｄ電極又はＧＤＥ内の３相固体−液体−ガス境界の電気化学的能力は、実質的に改良を加えられ、事実、従来型のＧＤＥのものを上回ることができる。このような３相固体−液体−ガス境界は、例えば、
ａ．従来型のＧＤＥにおいて達成され得るよりもはるかに高い濡れ圧力及び泡立ち点。「濡れ圧力」は、ＧＤＥのガス側に比してＧＤＥの液体電解質側での最低の過剰な圧力として規定され、その圧力で、液体電解質はＧＤＥに透過し、大量に流入する。「泡立ち点」は、ＧＤＥの液体電解質側に比してＧＤＥのガス側での最低の過剰な圧力として規定され、その圧力で、ガスがＧＤＥを通って吹き出し、液体電解質側の電極表面のところで泡を形成する。例示の実施形態のＧＤＥは、０．２バール過剰な濡れ圧力及び泡立ち点を典型的には有する、ところが従来型のＧＤＥは、０．２バール以下の濡れ圧力及び泡立ち点を典型的には有する、
ｂ．特に、非限定的であるが、比較的低い電流密度で動作するときに、従来型のＧＤＥにおいて実現される得るものよりも、より低い電気抵抗、より高い電気触媒活性度及び反応性、並びに使用される場合には触媒材料のより効率的な利用、
ｃ．今までのところ達成できていないガスから液体への若しくは液体からガスへの電気化学的反応を促進するための、又は、特に、非限定的であるが、比較的低い電流密度で動作するときに、現在まで実際的に存在できることを証明されていない電気化学的反応に、少なくとも、改良を加えるための、見かけ上の能力、
を含み、予想外であり新規な電気化学的能力の範囲で例示の実施形態の３Ｄ電極又はＧＤＥに付与することが可能である。
[0113]このように、特定の実施例では、このような３Ｄ電極又はＧＤＥは、独特であり、極めてよく規定され、狭く、安定な、及び／又は強固な三元固体−液体−ガス界面を示す。このような界面によって作り出される１つの効果は、液体−固体−ガス界面の高い品質に由来する異常に高い電気化学的及び触媒活性度である。例えば、このタイプのＧＤＥは、酸素が大気の２０％を構成するに過ぎないとしても、大気から酸素を自然に、積極的に、選択的に捕捉することが可能であってもよい。このように、このタイプの例示のＧＤＥは、これまで可能であるものよりも、より電気的に効率的であり経済的に効率的な方式でダウヒューロン（Ｄｏｗ Ｈｕｒｏｎ）プロセスを促進させるために使用されことがある。同様に、例示のＧＤＥは、室温直接メタン燃料電池において生じるこれまでに知られていない反応を促進させることが可能であることが証明されている。
[0114]これらの向上は、従来型のＧＤＥに対して予想外の改善を提供する。この分野において現在採用されているような従来型の微粒子固定床ＧＤＥの製造が単一の材料内で同時に重要な物理的特性のすべてを作り出す際に予想されるという理由で、これらの向上が生じるように見える。ＧＤＥの鍵となる特性（すなわち、気孔構造、疎水性、ガス輸送、液体輸送、導電性及び触媒活性度）が、典型的には相互に依存し、それゆえ、単一材料内での同時の向上又は最適化を準備するために解放されていないという事実を、このような手法は効果的に無視する。本明細書において説明したような例示の実施形態のＧＤＥは、この制限を考慮し、鍵となる特性のうちの１つ又は複数を別々に最適化し、以て２つの別個の領域の界面におけるより理想的な全体的特性を実現する。
[0115]このタイプのＧＤＥは、極めて低コストの方式でやはり製作されることがあり、（ｉ）電気的損失を最小にし、且つ電気的効率を最大にする、比較的低い電流密度、及び／又は（ｉｉ）より低い電流密度で効率的に動作するに過ぎない地球に大量にある元素から構成される低コスト触媒、の実際的な使用を可能にする。これらの手段によって、工業的規模の電気合成用途及び電気エネルギー用途における使用のために実際的且つ経済的に実行可能である大規模な電気化学電池を製造することが可能になる。このような電池は、大規模生産及びエネルギー環境においてこれまでに利用できていないエネルギー効率を達成することができる。例えば、塩素は、最善の利用可能な工業的クロルアルカリプラントでは、６６％のエネルギー効率を達成しているのに対して、９１％のエネルギー効率でクロルアルカリプロセスを使用する規模で製造され得る。
[0116]これらの及びその他の利点は、参照によって本明細書に全体が組み込まれている、出願人が以前に出願した２０１４年７月３０日に出願の「モジュール式電気化学電池」に関する国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１４／０５０１６１、出願人が以前に出願した２０１４年７月３０日に出願の「（１つ又は複数の）ガス拡散電極を有する電気合成又は電気エネルギー電池」に関する国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１４／０５０１６２、及び出願人が以前に出願した２０１４年７月３０日に出願の「電気化学反応を管理するための方法及び電気化学電池」に関する国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１４／０５０１５８に記載されている。
[0117]このタイプの３Ｄ電極又はＧＤＥは、非導電性で液体電解質非透過性であるガス透過性材料用の発泡ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）メンブレンを使用することによって製作されることがある。これに、液体−及び−ガス−多孔質導電性材料が取り付けられ、以てＧＤＥを作成する。
[0118]例えば、典型的な製造プロセスは、水処理産業用にＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙにより製造されたｅＰＴＦＥメンブレン（気孔サイズ０．２ミクロン）を選択することを含む。メンブレンは、その上に敷かれた細かいニッケルメッシュ（１インチ当たり２００本、Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｅＦｏｒｍｉｎｇ Ｉｎｃ．によって製造される）を有していた。メッシュは、次いで一方のエッジ部のところで始めて注意深く持ち上げられ、結合剤材料（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈにより供給された重量で１０％のカーボンブラックを含有し、Ｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｃ．により供給されたアルコール／水中に１５％ナフィオン）がメンブレン表面に付けられた。メッシュは、その後外された、そしてコーティングしたメンブレンを接触させることを可能にした。６０℃で４時間乾燥させた後で、メッシュは、ＰＴＦＥメンブレンの表面に接着された。この製造方法は、いくつかの方法で補正されてもよい。結合剤材料は、接続されていないメッシュ及びメンブレンの全体に付けられる又は塗られることがあり、次いで乾燥され、メッシュがメンブレンに接着するようにさせる。或いは、結合剤材料は、コーティングされたウェットメンブレン及びメッシュが結合され乾燥された状態で、メンブレン表面及びメッシュに別々に付けられてもよい。組み合わせたものは、任意選択的に、圧縮され、そして一緒に積み重ねられ得る。これは、渦巻き状に巻き付けられることが可能である、あるタイプの可撓性電極を与える。
Ａ．３．３ ハイブリッド３Ｄ電極及びＧＤＥを備えるアノード及びカソード
[0119]第３のそしてさらなる代替の形態では、上に説明したアノード及びカソードは、好ましいが限定的ではなく、ハイブリッド３Ｄ電極及びガス拡散電極（ＧＤＥ）であり、従来型の３Ｄ電極及びガス拡散電極（ＧＤＥ）の特性、構成要素、及び製造方法を参照によって本明細書に組み込まれており、出願人が以前に出願した２０１４年７月３０日に出願の「複合型三次元電極及び製造の方法」に関する国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１４／０５０１６０の特性、構成要素、及び製造方法と組み合わせている。
[0120]例示の実施形態では、水処理産業用にＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙにより製造されたｅＰＴＦＥメンブレン（気孔サイズ０．２ミクロン）が、非導電性であり液体電解質非透過性であるガス透過性材料であるように選択される。この選択は、上に説明した新規な３Ｄ電極及びＧＤＥの製造原理にしたがっている。
[0121]細かいニッケルメッシュ（１インチ当たり２００本、Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｅＦｏｒｍｉｎｇ Ｉｎｃ．によって製造された）が、次に、再び上に説明した新規な３Ｄ電極及びＧＤＥの製造原理にしたがって、ｅＰＴＦＥメンブレンの上に重ねられる。
[0122]しかしながら、次いで、ｅＰＴＦＥ及びＮｉメッシュに液体−及び−ガス−多孔質導電性材料を付け、以て新規なＧＤＥを作成することの代わりに、導電性カーボンブラック及び触媒（例えば、Ｐｔ）を含有しているＰＴＦＥの従来型の混合物が付けられる。例えば、５０％（ｗ／ｗ）ＰＴＦＥ及び５０％（ｗ／ｗ）カーボンブラック（被覆範囲の１平方メートル当たり０．２ｇＰｔの規定量でＰｔをコーティング）である混合物が、使用されてもよい。
[0123]得られたカーボンブラック−ＰＴＦＥ−触媒基質の乾燥及び圧縮の後で、得られたＧＤＥは、ナノ導電性ガス透過性、液体非透過性素子（すなわち、ｅＰＴＦＥメンブレン）及び存在する従来の導電性カーボンブラック−ＰＴＦＥ−触媒基質の両者を有する。
[0124]従来型のＧＤＥの特徴を上に説明した新規なＧＤＥと組み合わせると、得られた電極（アノード又はカソード）は、ハイブリッド３Ｄ電極又はＧＤＥであると考えられることが可能である。これは、渦巻き状に巻き付けられることが可能であるあるタイプの可撓性電極を形成する。
[0125]従来型の３Ｄ電極及びＧＤＥの特徴を上に説明した新規なＧＤＥの特徴のすべてとのこのような組み合わせが、発明の様々な実施形態のアノード及び／又はカソードを含むことができることを理解されたい。
Ｂ．渦巻き状巻き付けの一般的な方法−渦巻き型モジュールのガス／液体配管
[0126]渦巻き型電気化学電池又はモジュールの重要な特徴は、反応物質又は生成ガス及び／若しくは（１つ若しくは複数の）液体電解質を含む液体を別々に配管するための、モジュール内の便利で効率的な通路の必要性である。これにより、封止型のガス／液体接続通路が、利用可能な流路タイプの各々について作成されることが必要であるが、必ずしも必要ではなく、その結果、単一の入口部及び／又は単一の出口部が、電池又はモジュールの各流路タイプに対して存在することを意味する。
[0127]図２は、この点での例示的な実施例を概略的に示す。概略図は、マルチ電極アレイ２１００内のカソード流路２９５０、アノード流路２９００、及び電極間流路２８００がどのように配管され得るかを示している。図２は、少なくとも部分的に可撓性リーフ２１５０から形成された電極の例示の巻き付けられていないマルチ電極アレイ２１００を示し、可撓性リーフは、渦巻き方式に丸められることが可能であり、そこではアノード流路２９００がコア素子２２００へと配管されており（すなわち、開口される、ガス連通している、又は流体連通している）、カソード流路２９５０が外部素子２５００へと配管されており（すなわち、開口される、ガス連通している、又は流体連通している）、そして電極間流路２８００がコア素子２２００及び外部素子２５００の両者から封止されるが、エンドキャップ（図示せず）に向けてリーフの長さに垂直な方向（丸められるときの軸方向）に開口される（すなわち、ガス連通している、又は流体連通している）。示した電極の数は、例として与えられるに過ぎず、コア素子／外部素子は、（明確化のために）電極に対して正確な縮尺ではない。
[0128]図２の概略図では、アノード流路２９００は、コア素子２２００によって形成された管へとすべて配管されている。すなわち、アノード流路がコア素子の単一の管とだけ流体連通するように、アノード流路は、すべて封止されている。アノードからの生成物２３５０、又はアノードにおいて必要とされる反応物質２３５０は、コア素子２２００のこの単一の管を介して流れることができる。図２のカソード流路２９５０は、外部素子２５００によって形成された管へと同様にすべて配管されている。すなわち、カソード流路が外部素子の単一の管と流体連通するだけであるように、カソード流路は、すべて封止されている。カソードからの生成物２３６０、又はカソードにおいて必要とされる反応物質２３６０は、外部素子２５００のこの単一の管を介して流れることができる。図２の電極間流路２８００は、封止されており、コア素子及び外部素子の両者とは遮断されている。しかしながら、電極間流路は、コア素子と外部素子との間の軸に垂直な方向で、コア素子及び外部素子の端部に実質的に平行な面に開口されたままである。すなわち、電極間流路は、（コア素子の周りに存在し、渦巻き型モジュールの外側で外部素子から離れる）渦巻き状巻き付けに垂直な方向に開口されている。この方向２４６０は、エンドキャップの方を指している大きな矢印によって示されている。これらの流路は、エンドキャップを介して配管されることがある、又はエンドキャップは、多孔質に作られることがあり、その結果、電極間流路用の流体がモジュールの全体にわたる空間を満たす。図２に示した配管方式は例示に過ぎないことを理解されたい。多くの他の実施形態が存在してもよい。例えば、カソード流路は、コア素子まで配管されてもよく、アノード流路は、外部素子まで配管されてもよい。さらなる実施例が、下記に説明される。
Ｂ．１．渦巻き状巻き付けの一般的な方法−コア素子を介したガス／液体配管
[0129]可撓性電極のガス／液体配管流路は、渦巻き型電池のコア素子のガス／液体配管用のコンジットを利用することによって単一のガス／液体配管入口部／出口部へと都合よくまとめられる、収集される、又は蓄積されることがある。
[0130]このように、渦巻き型電気化学電池、モジュール又は反応装置のコア素子のための便利で効率的な構成、配置、又は設計が提供され、その結果、コア素子が、マルチ電極アレイの可撓性リーフ用のコア素子の長さを下って少なくとも１つのコンジットを組み込むように製作され、そこでは可撓性リーフが関係付けられた１つ又は複数の電極を有する封止型のガス／液体流路から構成される。関係付けられた封止型のガス／液体流路を有する電極の繰り返しユニットは、本明細書においてはマルチ電極アレイの「リーフ」と呼ばれる。
[0131]渦巻き型電気化学電池用のコア素子がさらに提供され、コア素子は、コア素子に沿って縦に設けられた少なくとも１つのコンジットと、コア素子に沿って縦に設けられ、且つ少なくとも１つのコンジットに関係付けられたアパーチャ又は一連のアパーチャとを備え、アパーチャは、可撓性電極から端部、若しくは端部の一部、又はガス、若しくは液体を受けることが可能であり、可撓性電極は、コア素子周りに渦巻き状に巻き付けられることが可能である。別の一実施形態では、アパーチャは、可撓性電極への注ぎ口、若しくは注ぎ口の一部を設ける、又はガス、若しくは液体を与えることが可能であり、可撓性電極は、コア素子周りに渦巻き状に巻き付けられことが可能である。
[0132]様々な実施例では、少なくとも１つのコンジットは、コア素子の内のり長さに沿ってガス又は液体を輸送するために適した通路、空洞又は流路である。少なくとも１つのコンジットは、楕円形又は涙滴形状の断面を有することが可能である。少なくとも１つのコンジットは、ガス又は液体連通流路を形成する。コア素子は、ポリマー材料から製作されることが可能である。任意選択的に、アパーチャは、注ぎ口又はフランジを付けられる。アパーチャは、コア素子の外側表面に設置されることが好ましい。任意選択的に、アパーチャ又は一連のアパーチャは、コア素子の長さの一部に沿って縦に設けられる。或いは、アパーチャは、コア素子の全長に沿って縦に設けられる。
[0133]コア素子は、２個、４個、６個、８個以上のコンジット及び２個、４個、６個、８個以上のアパーチャを含むことができ、そして２個、４個、６個、８個以上の可撓性電極を受けることが可能である。絶縁性可撓性スペーサは、電極に隣接して配置され、可撓性電極及び絶縁性可撓性スペーサは、コア素子周りに渦巻き状に巻き付けられる。コア素子及び渦巻き型電極は、ケース又は筐体に封入されることが可能である。
[0134]１つ又は複数のリーフとリーフのコンジットとの間のガス／液体配管接続部は、好ましいが限定的ではなく、下記の手段のうちの１つによって実現される：（図３（ａ）〜図３（ｃ）は、これらの手法を概略的に図示している）、
ｉ．「コンジット及び中央ユニット組み立て」：図３（ａ）を参照すると、一実施例では、コンジットは、スタンドアロンユニットの一部として製作され、このコンジットに対して、リーフは、コンジットの１つ又は複数のアパーチャが、リーフ内でガス／液体流路と流体連通するようにして、封止される、接着剤で付けられる、溶接される、注型封入される、又は他の方法で取り付けられてもよい。取り付けられたリーフを有するスタンドアロンコンジットユニット３０１０は、次いで、別の中央ユニット３０２０に封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられてもよく、以て（取り付けられたリーフを有する）コア素子３０３０を作成する。コア素子３０３０は、したがって、（取り付けられたリーフを有する）スタンドアロンコンジットユニット及び中央ユニットの組み立てによって作成される。或いは、リーフは、中央ユニットに封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられてもよく、中央ユニットは、次いでコンジットユニット３０１０に封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられる。第３の代替形態は、コンジットユニット及び中央ユニットが相互に封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられると同時に、リーフが、コンジットユニット３０１０及び中央ユニット３０２０の両方に封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられてもよいことである。これらの手法のすべてに共通する特徴は、コア素子が作成されるときに先立って又はその期間にリーフが取り付けられた状態で、コア素子３０３０がスタンドアロンコンジットユニット及び中央ユニットの組み立てによって作成されることである。
ｉｉ．「直接取り付け」：図３（ｂ）を参照すると、別の一実施例では、コア素子３０４０は、少なくとも１つのコンジット又は原始コンジットを含む単一の円筒形の又は円筒状のユニットとして製作され、このコア素子に対して、コア素子の少なくとも１つのコンジットの１つ又は複数のアパーチャが、そのコンジットに関係付けられたリーフ内でガス／液体流路と流体連通するようにして、１つ又は複数のリーフが、封止される、接着剤で付けられる、溶接される、注型封入される又は他の方法で取り付けられてもよい。
ｉｉｉ．「コンジットユニット組み立て」：図３（ｃ）を参照すると、さらなる実施例では、コンジットは、スタンドアロンユニット内に製作され、このコンジットに対して、コンジットの１つ又は複数のアパーチャがリーフ内でガス／液体流路と流体連通するようにして、リーフが、封止される、接着剤で付けられる、溶接される、注型封入される、又は他の方法で取り付けられる。取り付けられたリーフを有する１つ又は複数のコンジットユニット３０５０は、次いで一緒に封止される、接着剤で付けられる、溶接される、注型封入される又は他の方法で取り付けられて、以て複合型のスタンドアロンコンジットユニット３０５０（その各々が、取り付けられたそれ自体のリーフを有する）の中からコア素子３０６０を作成する。この方法は、中央ユニットが欠如している点だけでコンジット及び中央ユニット組み立て法とは異なる。
Ｂ．２．渦巻き状巻き付けの一般的な方法−エンドキャップを介した又は渦巻き型モジュールの軸上の端部のところでのガス／液体配管
[0135]可撓性電極のガス／液体配管流路は、渦巻き型電池のエンドキャップのガス／液体配管用のコンジットを利用することによって単一のガス／液体配管入口部／出口部へと都合よくまとめられる、収集される、又は蓄積されることがある。
[0136]このように、渦巻き型電気化学電池、モジュール又は反応装置のエンドキャップのための便利で効率的な構成、配置、又は設計が提供され、その結果、エンドキャップが、マルチ電極アレイの可撓性リーフ用の少なくとも１つのコンジットを組み込むように製作され、そこでは可撓性リーフは、関係付けられた１つ又は複数の電極を有する封止型のガス／液体流路から構成され、可撓性リーフは渦巻き形状に巻き付けられることが可能である。
[0137]渦巻き型電気化学電池用のエンドキャップがさらに提供され、エンドキャップは：エンドキャップ内の少なくとも１つのコンジットと、エンドキャップに設けられ、且つ少なくとも１つのコンジットに関係付けられたアパーチャ又は一連のアパーチャとを備え、アパーチャは、可撓性電極から端部、若しくは端部の一部、又はガス、若しくは液体を受けることが可能であり、可撓性電極は、コア素子周りに渦巻き状に巻き付けられる。別の一実施形態では、アパーチャは、可撓性電極への注ぎ口、若しくは注ぎ口の一部を設ける、又はガス、若しくは液体を与えることが可能であり、可撓性電極は、コア素子周りに渦巻き状に巻き付けられる。
[0138]様々な実施例では、少なくとも１つのコンジットは、エンドキャップの内側部分に沿った通路、空洞又は流路である。コンジットは、ｕ字形状、楕円形又は涙滴形状の断面を有することが可能であることが、限定しないが好ましい。コンジットは、ガス又は液体連通流路を形成する。エンドキャップは、ポリマー材料から製作されることが可能である。任意選択的に、アパーチャは、注ぎ口又はフランジを付けられる。アパーチャは、エンドキャップの外側表面に設置されることが好ましい。任意選択的に、アパーチャ又は一連のアパーチャは、エンドキャップに沿って渦巻き状の配列に配置されており、以てコア素子周りに渦巻き状に巻き付けられている可撓性電極リーフへの取り付け部品を封止すること、接着すること、又はボンディングすることを容易にする。
[0139]エンドキャップは、２個、４個、６個、８個以上のコンジット及び２個、４個、６個、８個以上のアパーチャを含むことができ、そして２個、４個、６個、８個以上の可撓性電極を受けることが可能である。絶縁性可撓性スペーサは、電極に隣接して配置され、可撓性電極及び絶縁性可撓性スペーサは、コア素子周りに渦巻き状に巻き付けられる。エンドキャップ、コア素子及び渦巻き型電極は、ケース又は筐体に封入されることが可能である。
[0140]代替の態様では、可撓性電極のガス／液体配管流路は、渦巻き型モジュールが設置されている封止型の管状反応装置内の単一のガス／液体配管入口部／出口部へと都合よくまとめられる、収集される、又は蓄積されることがある。この態様では、ガス／液体は、任意選択的に渦巻き型電池のエンドキャップを通過することができる、又はエンドキャップが存在しない場合には、ガス／液体は、ケースに入っている管状反応装置を用いて、側面から渦巻き型モジュールに入る／出ることができ、次いで、単一のガス／液体配管入口部／出口部へとガス／液体をまとめる、収集する、又は蓄積するための手段を与える。
[0141]１つの例示の実施形態では、電解質は、リーフ間に存在し、軸上の端部から渦巻き型電気化学電池へ入り、そして任意選択的に、両方の軸上の端部から（すなわち、軸方向に沿った異なる位置のところの先端部から）モジュールに入る又は出ることが可能であり、そして任意選択的に、一方の軸上の端部からもう一方まで流れる。別の一実施形態では、電解質は、リーフ間に存在し、コア素子から又は軸の長さ上でリーフの最も外側の端部のいずれかから渦巻き型電気化学電池に入る。別の一実施形態では、（１つ又は複数の）カソード又はアノード生成物は、軸上の端部のいずれか一方又は両方のところでリーフから渦巻き型電気化学電池を出る。さらなる実施形態では、カソード又はアノード反応物質は、軸上の端部のいずれか一方又は両方のところでリーフから渦巻き型電気化学電池へ入る。別の一実施形態では、反応生成物は、中央コア素子から又は半径方向端部のリーフの最も外側の端部、例えば、外部素子を介して（すなわち、渦巻きの始まりのところの端部、若しくは渦巻きの終わりのところの端部）のいずれかから渦巻き型電気化学電池を出る。１つの好ましい実施形態では、電解質は、軸上の端部から入り且つ出て、そして（１つ又は複数の）反応生成物は、中央コア素子から渦巻き型電気化学電池を出る。
[0142]１つ又は複数のリーフとそのコンジットとの間のガス／液体配管接続部は、好ましいが限定的ではなく、下記の手段のうちの１つによって実現される：
ｉ．「エンドキャップコンジット」：一実施例では、コンジットは、エンドキャップ内に製作され、コンジットは、次いで１つ又は複数のリーフに配管される。これは、エンドキャップと１つ又は複数のリーフとの間の単一の又は複数の配管接続部を介して生じることがある。或いは、コンジットは、エンドキャップと１つ又は複数のリーフとの間の連続的な配管取り付け部品を含むことができる。例えば、コンジットは、渦巻き形状のエンドキャップ内の渦巻き形状の溝として組み込まれてもよい。リーフは、リーフが溝全体を埋めるまで溝に沿って送り込まれる。リーフ及び渦巻き形状のエンドキャップは、次いで、渦巻き形状の溝によって形成されたコンジットがリーフ内でガス／液体流路と流体連通するようにして、相互に封止される、接着剤で付けられる、溶接される、注型封入される又は他の方法で取り付けられる。この方法を図説している実施例が、明細書中に後で提供される。
ｉｉ．「軸上の」配管：別の一実施例では、エンドキャップは多孔質である又はエンドキャップが存在せず、その結果以て、ガス／液体の自由な流れが渦巻き状巻き付けの方向に対して垂直な方向に渦巻き型可撓性電極へと通ることを可能にする。このようにして、渦巻き型マルチ電極アレイ内のアノード流路、カソード流路又は電極間流路は、コア素子及び任意の外部素子に封止されることがあるが、リーフの渦巻き状巻き付けに垂直な方向での軸上の流れに対して開口されることがある。このような軸上の流れは、多孔質エンドキャップを任意選択的に通ることができる。液体又はガスは、両方の軸上の端部からモジュールへ入る又は出ることができ、任意選択的に、一方の軸上の端部からもう一方へと流れることができる。図２は、電池の電極間流路が軸方向に配管されている電池を図示している。他の実施例は、ほかの場所で論じられる。
Ｂ．３．渦巻き状巻き付けの一般的な方法−外部ガス／液体配管
[0143]可撓性電極のガス／液体配管流路は、渦巻き型電池の外側で、外部に設置されたガス／液体配管用のコンジットを利用することによって単一のガス／液体配管入口部／出口部へと都合よくまとめられる、収集される、又は蓄積されることがある。
[0144]このように、渦巻き型電気化学電池、モジュール又は反応装置のための便利で効率的な構成、配置、又は設計が提供され、その結果、外部ユニットが、マルチ電極アレイの可撓性リーフ用の少なくとも１つのコンジットを組み込むように製作され、そこでは可撓性リーフは、関係付けられた１つ又は複数の電極を有する封止型のガス／液体流路から構成され、可撓性リーフは、渦巻き形状に巻き付けられることが可能である。
[0145]渦巻き型電気化学電池用の外部ユニットがさらに提供され、外部ユニットは：外部ユニット内の少なくとも１つのコンジットと、外部ユニット内に設けられ且つ少なくとも１つのコンジットに関係付けられたアパーチャ又は一連のアパーチャとを備え、アパーチャは、可撓性電極から端部、若しくは端部の一部、又はガス、若しくは液体を受けることが可能であり、可撓性電極は、コア素子周りに渦巻き状に巻き付けられる。別の一実施形態では、アパーチャは、可撓性電極への注ぎ口、若しくは注ぎ口の一部を設ける、又はガス、若しくは液体を与えることができ、可撓性電極は、コア素子周りに渦巻き状に巻き付けられる。
[0146]様々な実施例では、少なくとも１つのコンジットは、外部ユニットの内側部分に沿った通路、空洞又は流路である。コンジットは、ｕ字形状、楕円形又は涙滴形状の断面を有することが可能であることが、限定しないが好ましい。コンジットは、ガス又は液体連通流路を形成する。外部ユニットは、ポリマー材料から製作されることが可能である。任意選択的に、アパーチャは、注ぎ口又はフランジを付けられる。アパーチャは、外部ユニットの外側表面に設置されることが好ましい。任意選択的に、アパーチャ又は一連のアパーチャは、外部ユニットに沿って縦に配置されており、以てコア素子周りに渦巻き状に巻き付けられることが可能である可撓性電極リーフへ取り付け部品を封止すること、接着剤で付けること、又はボンディングすることを容易にする。
[0147]外部ユニットは、２個、４個、６個、８個以上のコンジット及び２個、４個、６個、８個以上のアパーチャを含むことができ、そして２個、４個、６個、８個以上の可撓性電極を受けることが可能である。絶縁性可撓性スペーサは、電極に隣接して配置され、可撓性電極及び絶縁性可撓性スペーサは、コア素子周りに渦巻き状に巻き付けられ、渦巻き型電池の外側に設置された外部ユニットを残す。エンドキャップ、コア素子、外部ユニット及び渦巻き型電極は、ケース又は筐体に封入されることが可能である。
[0148]１つ又は複数のリーフとそのコンジットとの間のガス／液体配管接続部は、好ましいが限定的ではなく、下記の手段のうちの１つによって実現される：
ｉ．「外部コンジット」：一実施例では、コンジットは、スタンドアロンユニットの一部として製作され、このコンジットに、リーフは、コンジットの１つ又は複数のアパーチャがリーフ内でガス／液体流路と流体連通するようにして、封止される、接着剤で付けられる、溶接される、注型封入される又は他の方法で取り付けられる。リーフは、次いで、その他方の端部の周りに渦巻き状に巻き付けられ、渦巻き型組み立て品の外側で且つ外部においてコンジットを離れる。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、この手法を概略的に図示する。
Ｃ．渦巻き状巻き付けの一般的な方法−渦巻き型モジュール内の個々の電極を電気的に接続すること
[0149]渦巻き型電気化学電池又はモジュールの重要な特徴は、個々の電極を電気的に接続するための、便利で効率的な方法の必要性である。これにより、技術が、様々な構成での異なるアノード電極及び異なるカソード電極を次々に接続することが必要とされ、その結果、モジュールが、単一の正の及び単一の負の電気的出口部／入口部を含むことを意味する。
[0150]渦巻き型モジュールにおいて電気的接続部を統合する２つの一般的な方法がある：
（１）渦巻きの始まり又は終わりのところで可撓性リーフの電極の端部を接続することにより、これは、この明細書では「渦巻き状取り付け」と一般的に呼ばれる、又は
（２）渦巻きの側面で可撓性リーフの電極の端部を接続することにより、これは、この明細書では「軸上取り付け」と一般的に呼ばれる。
[0151]可撓性リーフの個々の電極を接続するための、図４（ａ）は、軸上方法を概略的に図示し、図４（ｂ）は、渦巻き方法を概略的に図示している。各ケースにおいて、電極は、好ましくは主バスバーの形態で導電性素子に取り付けられ、この主バスバーからモジュール用の単一の正の又は負の電極入口部／出口部が始まる。図４（ａ）を参照すると、可撓性リーフ４０３０の電極４０２０の拡張された端部４０１０は、エンドキャップのところに設置された又はエンドキャップの代わりに主バスバーに接続する。図４（ｂ）を参照すると、可撓性リーフ４０６０の電極４０５０の拡張された端部４０４０は、主バスバーに接続する。主バスバーは、コア素子内に設置されることがあり、これはそのときには内部渦巻き状取り付けと名付けられる、又は主バスバーは、外部素子に設置されてもよく、これはそのときには外部渦巻き状取り付けと名付けられる。
Ｃ．１．渦巻き状取り付けの一般的な方法−エンドキャップを介した電気的接続
[0152]さらなる態様では、渦巻き型電気化学電池、モジュール又は反応装置内のシングル又はマルチ電極アレイの１つ又は複数の可撓性リーフを電気的に接続するための便利で効率的な構成、配置、又は設計が提供され、そこでは可撓性リーフが関係付けられた１つ又は複数の電極を有する封止型のガス／液体流路から構成される。
[0153]渦巻き型電池の１つ又は複数の可撓性電極リーフの電気的接続部は、渦巻き型電池のエンドキャップの電気的導電性素子を利用することによって単一の電気的導体へと都合よくまとめられる、収集される、蓄積される、又は集められることがある。一態様では、電気的導電性素子は、エンドキャップに設置され、電池用の主バスバーとして機能する。
[0154]その実施形態では、１つ又は複数の電気的導電性素子は、１つの端部が１つ又は複数の可撓性リーフのエッジ部を超えて延びる状態で、１つ又は複数の可撓性リーフの渦巻き状巻き付けのらせんに垂直に配置される。
[0155]図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照すると、一実施例では、垂直に配置された電気的導電性素子は、可撓性リーフ５０１０の電極５０３０に導電的、電気的に接触してしっかりと固定されている副バスバー５０２０であり、以て可撓性電極５０３０の全体にわたり電流を分布させる。図５（ａ）において１つ又は複数のリーフ５０１０のエッジ部を超えて横に広がっている副バスバー５０２０の端部は、エンドキャップに設置されている主バスバー導電性素子に導電的、電気的に接触してさらにしっかりと固定される。これは、軸上バスバー取り付けとして知られている。図５（ｂ）において１つ又は複数のリーフ５０１０のエッジ部を超えて横に広がっている副バスバー５０２０の端部は、コア素子又は外部素子に設置されている主バスバー導電性素子に導電的、電気的に接触してさらにしっかりと固定される。図５（ｂ）において１つ又は複数のリーフ５０１０のエッジ部を超えて横に広がっている副バスバー５０２０がコア素子の主バスバーに取り付けられるときには、これは内部渦巻き状バスバー取り付けとして知られる。図５（ｂ）において１つ又は複数のリーフ５０１０のエッジ部を超えて横に広がっている副バスバー５０２０が外部素子の主バスバーに取り付けられるときには、これは外部渦巻き状バスバー取り付けとして知られる。
[0156]別の一実施例では、垂直に配置された電気的導電性素子は、１つ又は複数の可撓性リーフの電極を形成することができる導電性金属メッシュなどの電流コレクタである。１つ又は複数のリーフのエッジ部を超えて横に広がっている電流コレクタの端部は、次いで、エンドキャップに配置されている主バスバー導電性素子に導電的、電気的に接触してさらにしっかりと固定される。この実施形態では、１つ又は複数の可撓性リーフの電極とエンドキャップの主バスバーとの間に副バスバーがない。
[0157]実施形態は、可撓性電極リーフとモジュールとの間に電気的接続部を形成するための方法にさらに拡張される。これらは、好ましいが限定的ではなく、下記に説明される方法のうちの１つによって実現される：
ｉ．「軸上取り付け」：一実施例では、可撓性リーフの電極は、エンドキャップのところに又はエンドキャップの代わりに設置された主バスバーに、直接溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的、電気的に接触して取り付けられる。図４（ａ）は、軸上取り付け法を図示している。
ｉｉ．「軸上バスバー取り付け」：別の一実施例では、可撓性リーフの電極は、渦巻き状巻き付けの方向に垂直に、可撓性電極を横切って配置されている副バスバーに、溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的、電気的に接触して取り付けられる。副バスバーの取り付けられていない端部は、エンドキャップのところに又はエンドキャップの代わりに設置された主バスバーに、さらに溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的、電気的に接触して取り付けられる。図５（ａ）は、軸上バスバー取り付け法を図示している。
[0158]いくつかの構成が可撓性電極アレイのアノード及びカソードの別々の接続のために想像され得る一方で、特に好ましい実施形態は、一方のエンドキャップにアノードのすべてをそして他方のエンドキャップにカソードのすべてを導電的に取り付けることを含む。これは、この明細書では非対称電極接続部と呼ばれる。この設計を容易にするために、アノード電極（又はその副バスバー）のすべてが、一方のエンドキャップに向けて可撓性シート内のアノード流路を超えて延びるように作られることがある一方で、カソード電極（又はその副バスバー）のすべてが、他方のエンドキャップに向けて可撓性シート内のカソード流路を超えて延びるように作られることがある。アノード電極の延長された端部は、次いで、一方のエンドキャップの主バスバーに溶接される、はんだ付けされる、又は他の方法で導電的に取り付けられてもよく、カソード電極の延長された端部は、次いで、他方のエンドキャップの主バスバーに溶接される、はんだ付けされる、又は他の方法で導電的に取り付けられてもよい。
[0159]図６（ａ）及び図６（ｂ）は、アノード流路を形成する３枚の可撓性シート及びカソード流路を形成する３枚の可撓性シートを備える可撓性電極アレイのためのこの構成を概略的に図示している。このような構成では、短絡を防止するためにカソードシート電極とアノードシート電極との間に絶縁性、多孔質スペーサが通常あるはずである。多孔質スペーサは、明確化のために図６（ａ）及び図６（ｂ）には示されていない。
[0160]コア素子５００は、６枚のリーフをそ周りに配置しており、そのうちの３枚がカソードシート電極５６０（各々がカソード流路を形成する）を含み、そしてそのうちの３枚がアノードシート電極５５０（各々がアノード流路を形成する）を含む。アノードシート電極はコア素子の右側にずらされ、ところが、カソードシート電極はコア素子の左側の方にずらされることに留意されたい。組み立て品が渦巻き型構成６００へと巻き上げられると、渦巻き型組み立て品６００の右端部のところに突き出している電極のすべてはアノードであり、図６（ａ）及び図６（ｂ）では負の符号を有するように示されている。それはそうとして、アノードは、エンドキャップ６５０において電気的に導電性の主バスバーに、溶接すること、はんだ付けすること、又は導電性接着剤を用いて接着することによって電気的に接続されることがあり、エンドキャップは次いで、渦巻き型電池の負電極を構成する。同様に、渦巻き型組み立て品６００の左端部のところに突き出している電極のすべてはカソードであり、図６（ａ）及び図６（ｂ）では正の符号を有するように示されている。それはそうとして、カソードは、エンドキャップ６６０において電気的に導電性の主バスバーに、溶接すること、はんだ付けすること、又は導電性接着剤を用いて接着することによって電気的に接続されることがあり、エンドキャップは次いで、渦巻き型電池の正電極を構成する。この手段によって、電気的接続部は、渦巻き型組み立て品のエンドキャップに有利に設置されることがある。
Ｃ．２．渦巻き状取り付けの一般的な方法−コア素子を介した電気的接続
[0161]渦巻き型電池の１つ又は複数の可撓性電極リーフの電気的接続部は、渦巻き型電池のコア素子の電気的導電性素子を利用することによって単一の電気的導体へと都合よくまとめられる、収集される、蓄積される、又は集められることがある。一態様では、電気的導電性素子は、コア素子の長さの一部又はすべてに沿って縦に設置される。一実施例では、電気的導電性素子は、電池用の主バスバーとして機能する。その一実施形態では、１つ又は複数の電気的導電性素子は、１つ又は複数の可撓性リーフの渦巻き状巻き付けの方向で１つ又は複数のリーフの長さに沿って配置される。
[0162]一実施例では、渦巻き状に配置された電気的導電性素子は、可撓性リーフの電極に導電的、電気的に接触してしっかりと固定される副バスバーであり、以て可撓性電極の全体にわたり電流を分布させる。１つ又は複数のリーフのエッジ部のところに横に広がっている副バスバーの端部は、コア素子に設置されている主バスバー導電性素子に、導電的、電気的に接触してさらにしっかりと固定される。別の一実施例では、らせん状に配置された電気的導電性素子は、１つ又は複数の可撓性リーフの電極を形成することができる導電性金属メッシュなどの電流コレクタである。１つ又は複数のリーフのエッジ部のところの電流コレクタの端部は、次いで、コア素子に設置されている主バスバー導電性素子に、導電的、電気的に接触してさらにしっかりと固定される。この実施形態では、１つ又は複数の可撓性リーフの電極とコア素子の主バスバーとの間に副バスバーがない。
[0163]実施形態は、可撓性電極リーフとモジュールとの間に電気的接続部を形成するための方法を含む。これらは、好ましいが限定的ではなく、下記に説明される方法のうちの１つによって実現される：
ｉ．「内部渦巻き状取り付け」：一実施例では、可撓性リーフの電極は、コア素子のところに設置され、コア素子の長さのすべて又は一部を下って走る主バスバーに、直接溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的、電気的に接触して取り付けられる。主バスバーは、コア素子内に設置されることがある、又はコア素子の外側に取り付けられることがある。図４（ｂ）は、内部渦巻き状取り付け法を図示している。
ｉｉ．「内部渦巻き状バスバー取り付け」：別の一実施例では、可撓性電極リーフは、渦巻き状巻き付けの方向に、可撓性電極を横切って配置されている副バスバーに、溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的、電気的に接触して取り付けられる。副バスバーの取り付けられていない端部は、次いで、コア素子のところに設置され、コア素子の長さのすべて又は一部を下って走る主バスバーに、溶接される、はんだ付けされる、又は他の方法で電気的に取り付けられる。主バスバーは、コア素子内に設置されることがある、又はコア素子の外側に取り付けられることがある。図５（ｂ）は、内部渦巻き状バスバー取り付け法を図示している。
Ｃ．３．渦巻き状巻き付けの一般的な方法−外部電気的接続
[0164]渦巻き型電池の１つ又は複数の可撓性電極リーフの電気的接続部は、渦巻き型電池の外部で外側の電気的導電性素子を利用することによって単一の電気的導体へと都合よくまとめられる、収集される、蓄積される、又は集められることがある。
[0165]一態様では、電気的導電性素子は、渦巻き型電池の外側長さの一部又はすべてに沿って、渦巻き型電池の外部に縦に設置される。一実施例では、電気的導電性素子は、電池用の主バスバーとして機能する。その一実施形態では、１つ又は複数の電気的導電性素子は、１つ又は複数の可撓性リーフの渦巻き状巻き付けの方向で１つ又は複数のリーフの長さに沿って配置される。
[0166]一実施例では、渦巻き状巻き付けの方向で１つ又は複数のリーフの長さに沿って配置された電気的導電性素子は、可撓性リーフの電極に導電的、電気的に接触してしっかりと固定される副バスバーであり、以て可撓性電極の全体にわたり電流を分布させる。副バスバーの外側端部は、渦巻き状巻き付けの外側で渦巻き型電池の外部に設置されている主バスバー導電性素子に、導電的、電気的に接触してさらにしっかりと固定される。
[0167]別の一実施例では、らせん状に配置された電気的導電性素子は、１つ又は複数の可撓性リーフの電極を形成することができる導電性金属メッシュなどの電流コレクタである。電流コレクタの外側端部は、次いで、渦巻き状巻き付けの外側で渦巻き型電池の外部に設置されている主バスバー導電性素子に、導電的、電気的に接触してさらにしっかりと固定される。この実施形態では、１つ又は複数の可撓性リーフの電極と渦巻き状巻き付けの外部の主バスバーとの間に副バスバーがない。
[0168]実施形態は、可撓性電極リーフとモジュールとの間に電気的接続部を形成するための方法を含む。これらは、好ましいが限定的ではなく、下記に説明される手段のうちの１つによって実現される：
ｉ．「外部渦巻き状取り付け」：一実施例では、可撓性リーフの電極は、外部素子のところに設置され、外部素子の長さの一部又はすべてを下って走る主バスバーに、直接溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的、電気的に接触して取り付けられる。主バスバーは、外部素子内に設置されることがある、又は外部素子の外側に取り付けられることがある。図４（ｂ）は、外部渦巻き状取り付け方法を図示する。
ｉｉ．「外部渦巻き状バスバー取り付け」：別の一実施例では、可撓性電極リーフは、渦巻き状巻き付けの方向に、可撓性電極を横切って配置されている副バスバーに、溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的、電気的に接触して取り付けられる。副バスバーの取り付けられていない端部は、次いで、外部素子のところに設置され、外部素子の長さのすべて又は一部を下って走る主バスバーに、溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的、電気的に接触して取り付けられる。主バスバーは、外部素子内に設置されることがある、又は外部素子の外側に取り付けられることがある。図５（ｂ）は、外部渦巻き状バスバー取り付け法を図示している。
Ｄ．渦巻き状巻き付けの一般的な方法−ガス／液体配管及び電気的接続部の並べ換え及び組み合わせ
[0169]限定なしに、ガス／液体配管の上記の方法のうちの１つ又は複数が、渦巻き型電池を作成するために、電気的接続の上記の方法のうちの１つ又は複数と協働して使用されるすべての組み合わせ、並べ換え、又は配置は、本発明の範囲内になることを理解されたい。本実施例は、例示に過ぎず、多少なりとも本発明を限定するものではない。
[0170]その上、渦巻き型電池の構成要素が、コア素子、エンドキャップ又は外部素子として個々に形成される又は与えられることが必ずしも必要なケースではないことを理解されたい。いくつかの例示のケースでは、構成要素は、説明したコア素子、エンドキャップ又は外部素子の機能のうちの２つ以上の混成物である機能を実行することができる。例えば、（１つ又は複数の）エンドキャップは、コア素子又は外部素子の一部として一体的に形成されてもよい。他の例示のケースでは、構成要素は、外部素子若しくはエンドキャップのいずれかであってもよいし、どちらでもなくてもよい。これらのケースでは、ガス／液体配管の上記の配置若しくは方法の１つ若しくは複数及び／又は渦巻き型電池を作成するための電気的接続の上記の配置若しくは方法の１つ若しくは複数が、具体的な構成要素が含まれる否かに拘わらず本発明の範囲内になるすべての組み合わせ、並べ換え又は配置は、要素の特定の部類に属するとして明確に識別され得ることを理解されたい。
[0171]要素のすべての部類が渦巻き型電池において必要とされるとは限らないことをさらに理解されたい。例えば、エンドキャップ又は外部素子は、必要ではないことがある。同様に、コア素子が、必要とされないことがある。
[0172]下記の実施例は、特定の実施形態のさらに詳細な検討を提供する。実施例は、単に例示であるものとし、本発明の範囲を限定しないものとする。
実施例１−コンジット及び中央組み立て法を使用するコア素子を介したガス／液体配管
[0173]下記の実施例では、「コンジット及び中央ユニット組み立て」法と上記では呼ばれている渦巻き型モジュールを配管する方法を説明する。
[0174]この方法では、コンジットユニットは、好ましいが限定的ではなく、その長さを下って１つ又は複数のコンジットを備え、その各々が、各コンジットをコンジットユニットの外側に接続するアパーチャ又は一連のアパーチャを有する。リーフの一方の端部は、コンジットユニットの少なくとも１つのコンジットの１つ又は複数のアパーチャがリーフ内でガス／液体流路と流体連通するようにして、コンジットユニットに封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられることが、限定しないが好ましい。
[0175]コンジットユニットは、可撓性電極リーフのガス／液体流路内に封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられることが、限定しないが好ましい。これによって、リーフの上側部分及び下側部分が、それぞれのコンジットの上側部分及び下側部分に封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられ、以て可撓性電極リーフのガス／液体流路へとコンジットを封止することを意味する。コンジットユニットは、好ましいが限定的ではなく、中央ユニットに対して相補的である形状を有し、その結果、コンジットユニット及び中央ユニットが相互に封止され、接着剤で付けられ、溶接され、又は他の方法で取り付けられた後で、コンジットユニット及び中央ユニットは、円筒状のコア素子を形成する。
[0176]実施形態の１つのセットでは、１つ又は複数のコンジットユニットは、円筒の部分を形成することができ、中央ユニットが円筒の残りを形成することをともない、その結果、中央ユニットが１つ又は複数のコンジットユニットに封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられと、得られるコア組み立て品は、円筒を構成する。このような実施形態の非限定的な実施例は、
（１）「プロファイルニードル」設計、
（２）「接着剤で付けたくさび」設計
を含む。
[0177]これらの設計を図示する実施形態が、次の実施例に示される。
実施例１ａ−プロファイルニードル／接着剤で付けたくさび設計に適用したコンジット及び中央組み立て法を使用するコア素子を介したガス／液体配管
[0178]図７、図８、図９、図１０、及び図１１は、いわゆるプロファイルニードル設計を使用する渦巻き型モジュールの組み立てを図示している。
[0179]図７の（ａ）に示されているように、プロファイルニードル７００は、その上側表面が半円形であり、その下側表面が実質的に平坦である取り付け具である。プロファイルニードルの中央には、その側面の外部アパーチャ７１０で始まり、プロファイルニードルの長さを横切り、その底部において空洞７２０内に開口する中空管を含む。プロファイルニードル７００の長さを下った管７１０〜７２０は、この明細書の術語では「コンジット」である。プロファイルニードル７００は、この明細書で規定されるような「コンジットユニット」である。
[0180]図８の（ａ）に示されているように、２つのプロファイルニードルユニット７００は、「中央ユニット」７３０と組み立てられるように設計されて、円筒状のコア素子７４０を形成する。図８の（ｂ）は、断面で、２つのプロファイルニードル７００と中央ユニット７３０との組み立て後のコア素子７４０を図示している。コア素子７４０が２つのコンジットユニット７００及び１つの中央ユニット７３０から正に構成されるので、この組み立てプロセスは、前に説明したコア素子７４０を作成するための「コンジット及び中央組み立て」法の実施例である。コア素子７４０を組み立てる前に、プロファイルニードル７００は、可撓性電極内にガス／液体流路を配管するために使用される。このプロセスが、図７の（ｂ）〜（ｃ）に図示されている。
[0181]図７の（ｂ）に示されている第１のステップでは、任意選択的に存在する副バスバー７６０を有する単一の可撓性電極７５０は、可撓性電極の非導電性側がプロファイルニードルユニットに面している状態で、プロファイルニードルユニット７００の底面に接着剤で付けられる。外側エッジが図７の（ｂ）では破線によって示されている多孔質スペーサ７７０は、通気性電極の背面とプロファイルニードルユニットの背面との間に挿入される。このタイプのスペーサは、典型的には、Ｈｏｒｎｗｏｏｄ Ｉｎｃ．又はＤｅｌｓｔａｒ Ｉｎｃ．により製造された例示のタイプのポリマーネットである。例示のスペーサは、ポリマー材料、例えば、ＰＴＦＥ、ポリエチレン又はポリプロピレンから少なくとも部分的に又は全体が作られることが可能である。
[0182]図７の（ｃ）に示されている第２のステップでは、副バスバー７９０を有する第２の通気性電極７８０は、第２の通気性電極７８０の背面がプロファイルニードルユニット並びに第１の通気性電極７５０及びスペーサ７７０に面した状態で、プロファイルニードルユニット７００並びに第１の通気性電極７５０及びスペーサ７７０の上面を覆って接着剤で付けられる。図７の（ｃ）の組み立て品７９０がそのエッジ部の周りを接着剤で又は溶接すること（例えば、超音波溶接すること）によって封止された後で、多孔質スペーサ７７０を含む２つの電極７５０と７８０との間の電極流路は、電極流路がプロファイルニードル７００のコンジット７１０〜７２０と流体連通するようにして、プロファイルニードルユニット７００にここで封止される。すなわち、２つの電極７５０と７８０との間の電極流路への出口／入口だけが、プロファイルニードル７００のアパーチャ７１０を経由する。
[0183]渦巻き型モジュールを組み立てるために、取り付けられたリーフ７９０を有する２つのこのようなプロファイルニードルは、図８の（ｃ）に示されているように、中央ユニット７３０と組み合わせられる。部品７９０が中央ユニット７３０に固定されることが典型的である。その後、もう１つのスペーサ−フローチャネルスペーサ−が、２つの取り付けられたリーフの間に導入され、組み立て品が（このケースでは反時計方向に）巻き付けられて、リーフに渦巻き型構造体を形成させる。
[0184]得られる渦巻き型電池は、ここで配管されており、その結果、可撓性電極の２つの流路（一方がカソード流路、そして他方がアノード流路）がコア素子の一部を形成する別々のコンジットユニットに設置された別々のコンジットと流体連通して各々封止される。それぞれの電極用の液体又はガス状の反応物質は、プロファイルニードル取り付け具のアパーチャを介して各流路へと別々に導入されることがある。同様に、各電極の液体又はガス状の生成物は、プロファイルニードル取り付け具のアパーチャを介して電極流路から収集されることがある。
[0185]この手法は、４個、６個、８個以上の可撓性リーフの使用へと拡張されることがある。可撓性リーフの各々に対する電気的接続部の作成は、実施例２ａで論じられる。渦巻き型電気化学電池に対するこの手法の鍵となる利点は、可撓性リーフ及びその構成電極流路がコア素子の組み立て中に容易に、実際的にそして安価に配管され得ることである。
[0186]コア素子を介した可撓性リーフの配管に対する同様な手法は、図１２の（ａ）〜（ｂ）に示されている接着剤で付けたくさび設計を使用する。このケースでは、中央ユニット９００は、その反対側からのくさび型の形状をした切除部を有する。次いで、単一のコア素子９３０へと相補型の形状をしたくさび９１０と組み立てられると、２つのコンジット９２０が、コア素子の長さを下って形成される。くさび９１０は、可撓性リーフが中央ユニット９００へと接着剤で付けられる又は溶接されることを可能にするように特別に成形され、その結果、可撓性リーフの開口端は、くさび９１０がそのときには取り付けられたリーフの上面に接着剤で付けられた又は溶接された状態で、コンジット９２０の内側に横に広がっている。明確化のために渦巻き型リーフを除去した状態の最終的な組み立てたユニットが、図１２の（ｃ）に示されている。
実施例２−軸上取り付け法及び軸上バスバー取り付け法を使用するエンドキャップを介した電気的接続
[0187]渦巻き型電池の１つ又は複数の可撓性電極リーフの電気的接続部は、渦巻き型電池のエンドキャップの電気的導電性素子を利用することによって単一の電気的接続部へと都合よくまとめられる、収集される、蓄積される、又は集められることがある。一態様では、エンドキャップは、電池用の主バスバーを含み、これに電池のアノード又はカソードのすべて又はいずれかが電気的に接続される。一実施形態では、可撓性電極アレイのアノード電極のすべて又はカソード電極のすべてが、エンドキャップ上の主バスバーに、直接溶接される、はんだ付けされる、又は他の方法で導電的に接触してしっかりと取り付けられる。渦巻き型モジュールを電気的に接続するこの方法は、「軸上取り付け」法として知られている。
[0188]軸上取り付け法についての変形形態は、軸上バスバー取り付け法であり、これは可撓性シートの電極に、渦巻き状巻き付けの方向に垂直に配置された副バスバーを溶接すること、はんだ付けすること、又は他の方法で導電的に取り付けること、そして次いで、エンドキャップの主バスバーに副バスバーの他方の端部を溶接すること、はんだ付けすること、又は他の方法で導電的に取り付けることを含む。
[0189]いくつかの構成がバスバーの取り付けのために想像され得る一方で、限定しないが好ましい実施形態は、可撓性電極シートの長さを下って５ｃｍの間隔で、厚さ０．２５ｍｍの５〜１０ｍｍ幅の金属ストライプを溶接すること、はんだ付けすること、導電性接着剤を用いて接着すること、又は他の方法で導電的に取り付けることを含む。
[0190]可撓性電極アレイのアノード及びカソードを別々に接続するために、好ましい実施形態は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されているように、一方のエンドキャップのところで主バスバーにアノードのすべてを、そして他方のエンドキャップのところで主バスバーにカソードのすべてを導電的に取り付けることを含む。これを容易にするために、アノードバスバーのすべてが、一方のエンドキャップに向かって可撓性シートのアノード流路を超えて延びることを許容される一方で、カソード電極のすべてが、他方のエンドキャップに向かって可撓性シートのカソード流路を超えて延びることを許容され得る。アノード電極の延伸した端部は、次いで、一方のエンドキャップの主バスバーに、溶接される、はんだ付けされる又は他の方法で導電的に取り付けられ、そしてカソード電極の延伸した端部は、次いで、他方のエンドキャップの主バスバーに、溶接される、はんだ付けされる又は他の方法で導電的に取り付けられる。
[0191]これは、プロファイルニードル及び接着剤で付けたくさび設計に図示されている。
実施例２ａ−プロファイルニードル／接着剤で付けたくさび設計に適用した軸上取り付け法及び軸上バスバー取り付け法を使用するエンドキャップを介した電気的接続
[0192]エンドキャップを介して作られた電気的接続部を図示している実施例が、上に説明したプロファイルニードルのケースで与えられる。電極の各々の電気的接続部を作成するために、導電性素子が、エンドキャップへと組み込まれることがある。図９の（ａ）は、２つのエンドキャップ８００が、プロファイルニードル及びリーフ７９０並びに中央ユニット７３０の組み立て品にどのように付加され得るかを図示しており、エンドキャップ８００の各々は、典型的には、ニッケルなどの金属である導電性主バスバーから構成される。各リーフ上のバスバーの突き出している端部は、突き出している端部に最も近いエンドキャップ主バスバー８００に典型的には溶接されるはずである。バスバーは、そのときには、渦巻き型アレイの可撓性リーフを接続する外部電気的入口部／出口部を形成するはずである。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示される非対称電気的接続の原理によれば、一方のバスバーは、アノードのすべてを電気的に接続するはずであり、他方は、カソードのすべてを接続するはずである。
[0193]図９の（ｂ）は、明確化のために示されていない渦巻き型リーフ及びそのバスバーを有し、モジュール又は電池の長手方向軸である中心軸２００５を中心にした最終的に組み立てられた渦巻き型モジュールを示す。わかるように、組み立て後では、エンドキャップ８００の主バスバーは、各々の巻き付けられたリーフ上で副バスバーの突き出している端部に近接して設置されるように設計され、以てエンドキャップ主バスバーにリーフ副バスバーを溶接することを非常に単純化している。
[0194]得られた渦巻き型電池の組み立てに続いて、渦巻き型電池は、ポリマーケーシングに典型的には入れられるはずである。図１０は、中心軸２００５に関して示した、ポリマー部品に入れられた渦巻き型電池を示す。図１０の（ａ）は、渦巻き型組み立て品の軸上の端部を覆うポリマーケーシングの端面図を示している。液体又はガスは、モジュールの軸上の端部のところでポリマーケーシングを典型的には通過し、渦巻き型モジュールの電極間流路を通って移動することが典型的には可能であるはずである。
[0195]この手法のもう１つの特徴は、多数のモジュールが線形アレイに統合され得ることである。図１１は、どのようにしてこれが実現され得るかを示す。モジュール８１０は、２つの「クイックフィット（ｑｕｉｃｋｆｉｔ）」ガス／液体コネクタ８２０−一方はアノードガス／液体流路用、他方はカソードガス／液体流路用−並びに電気的コネクタ８３０を用いて１つのモジュール８１０と統合され、コア素子内の中央管８４０を介していくつかの電気的構成を与えることをともなう。
[0196]渦巻き型電気化学電池に対するこの手法に固有の利点は、副バスバーの存在及びその位置が渦巻き状巻き付け後に主バスバーに近接しているので、可撓性リーフが事実上任意の長さであり得るという事実を含み、電気抵抗に関係する問題及びシート電極の全体にわたる電流分布さえ容易に管理され得ることを意味する。軸上及び軸上バスバー取り付け法を説明するさらなる実施形態は、トリコットパック、及びシリンジニードル設計の実施例（実施例３ａ及び実施例４ａ）に与えられる。
実施例３−直接取り付け法を使用するコア素子を介したガス／液体配管
[0197]下記の実施例では、「直接取り付け」法と上記では呼ばれている渦巻き型モジュールを配管する方法を説明する。この方法では、コア素子は、その長さを下って少なくとも１つのコンジットを含んでいる単一の円筒形又は円筒状のユニットとして事前に製作されそして与えられ、そのコンジットの各々は、コンジットをコア素子の外側に接続するアパーチャ又は一連のアパーチャを有することが、限定しないが好ましい。１つ又は複数のリーフは、次いで、コア素子の少なくとも１つのコンジットの１つ又は複数のアパーチャがそのコンジットに関係付けられたリーフ内でガス／液体流路と流体連通するようにして、コア素子に、封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられる。
[0198]実施形態の１つのセットでは、リーフは、リーフのガス／液体流路がコア素子の関連するコンジットの１つ又は複数のアパーチャのすぐ上方の又は近くの容積部に開口するようにして、コアユニットの周りにリーフを巻くことによってコアユニットに、封止される、接着剤で付けられる又は他の方法で取り付けられることが、限定しないが好ましい。この手段によって、コンジットは、コンジットの１つ又は複数のアパーチャを介して、リーフ内でガス／液体流路との流体連通をもたらされる。そのような実施形態の非限定的な実施例は：
（１）「トリコットパック」設計
を含む。
[0199]この設計を説明する実施形態が、次の実施例に示される。
[0200]実施形態のもう１つのセットでは、コンジットは、コア素子の外側表面のところに、１つ又は複数の外部の注ぎ口又はフランジを付けられたアパーチャを含むように製作され、このアパーチャへと、リーフの端部が（例えば、コア素子の全長を下って又は沿って）容易に挿入されることがあり、その結果、リーフのガス／液体流路がコンジット中へと開口する、又はコア素子の関連するコンジットの１つ又は複数のアパーチャのすぐ上方の又は近くの容積部に開口する。リーフは、次いで、コンジットの１つ又は複数のアパーチャがリーフ内でガス／液体流路と流体連通するようにして、封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられる。このような実施形態の非限定的な実施例は：
（１）「くさび接着剤」設計
を含む。
[0201]この設計を説明する実施形態が、下記の実施例６ａ〜実施例６ｃに示されている。
[0202]任意選択的に注ぎ口又はフランジを付けられることがあるアパーチャを含む実施形態のもう１つのセットでは、コア素子は、その長さを下ってずっと又は一部に中空の、実質的に中空の、又は幾分か中空の円筒状の構造体を含むことができ、ここでは、コンジットが、円筒状の構造体の中空の部分、実質的に中空の部分、又は幾分か中空の部分内に作成されるように設計される。リーフは、次いで（例えば、コア素子の全長を下って又は沿って）挿入され、その結果、リーフのガス／液体流路がコンジットを作成するように設計されている中空へと開口する、又はコンジットを作成するように設計されている中空部のすぐ上方の又は近くの容積部に開口する。挿入されたリーフの端部を含む中空部は、次いで、その全長を下って注型封入樹脂リーフで埋められる。注型封入樹脂は、硬化されてもよい。以て封止され樹脂で埋められた中空部は、樹脂で埋められた中空部の全体の長さを横断することができる適切な（大きな直径の）ドリル刃先を使用して穴をあけられることが、望ましいが限定的ではない。その際に、中空部内に設置されているリーフのガス／液体流路の封止された端部は、ドリル刃先の作用によって作成されているコンジットに開口され、コンジットと障害のないように液体／ガス連通して設置される。穴は、樹脂で埋められた中空部の全長を下っており、以てリーフのガス／液体流路の開口端を組み込んでいるコンジットを作成する。このようにして、コンジットは、リーフ内でガス／液体流路と流体連通される。このような実施形態の非限定的な実施例は：
（２）「注型封入型配管」設計、
（３）２リーフ「導電性注型封入型配管」設計、
（４）マルチリーフ「導電性注型封入型配管」設計、
を含む。
[0203]これらの設計を説明する実施形態が、下記の実施例６ｄに示される。直接取り付け法に含まれている概念を説明するために、トリコットパック設計への直接取り付け法の適用をここで説明する。
実施例３ａ−トリコットパック設計に適用した直接取り付け法を使用するコア素子を介したガス／液体配管
[0204]図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、いわゆる「トリコットパック」設計を使用する２リーフ渦巻き型電池の製造を示す。２つの可撓性リーフ７６０（アノード）及び７６０（カソード）は、電極間スペーサ１０００と組み立てられて、図１３（ａ）に示したようなマルチリーフユニット１０１０を形成する。示したタイプのスペーサ１０００は、典型的には、Ｈｏｒｎｗｏｏｄ Ｉｎｃ．又はＤｅｌｓｔａｒ Ｉｎｃ．により製造されたポリマーネットである。例示のスペーサは、ポリマー材料、例えば、ＰＴＦＥ、ポリエチレン又はポリプロピレンから少なくとも部分的に又は全体が作られることが可能である。スペーサ１０００は、２つの電極間に存在しなければならず、電気的短絡を防止する。マルチリーフユニット１０１０の一方の端部は、「バンデージ（ｂａｎｄａｇｅ）」１０２０として知られている非導電性メンブレンを使用してここでは切り離される。メンブレンは、可撓性リーフの非導電性基板と典型的には同じ材料であるはずである。バンデージは、典型的には、その一方の端部のところでアノードの上側面（底面）に、そしてその他方の端部のところでカソードの下側面（底面）にしっかりと溶接される又は接着剤で付けられるはずである。しっかりと取り付けられたバンデージ１０２５は、組み立て品１０３０の端部を密封することになる。
[0205]代替の実施形態では、単一のリーフは、組み立て品１０３０を形成するためのフォルダであってもよく、バンデージが通常行われるはずの区域は、非導電性であり、面しているアノードとカソードとの間に短絡をもたらさないことを実現するに過ぎない。もう１つの代替形態では、アノードリーフ及びカソードリーフは、相互に直接溶接されてもよく、リーフが相互に取り付けられている点まで、リーフの電極が延びないことが実現されることがある。図１３（ｂ）は、２リーフトリコットパックの作成を示す。３つのスペーサ１０４０、１０５０、及び１０６０のセットが、トリコットパック用の骨組みを作成するために使用される。スペーサは、典型的には、Ｈｏｒｎｗｏｏｄ Ｉｎｃ．又はＤｅｌｓｔａｒ Ｉｎｃ．により製造されたポリマーネットであるはずである。
[0206]スペーサは、図１３（ｂ）の右上に示したように各々に取り付けられ、一定の間隔１０６５が接続部間に残される。すなわち、スペーサ１０５０は、スペーサ１０４０の端部近くの特定の点からの距離１０６５で取り付けられる。その点は、別の距離１０６７だけスペーサの端部から離れている。スペーサ１０６０は、次いで、スペーサ１０５０の取り付け点から同じ距離１０６５離れたところに取り付けられる。２リーフ渦巻き型モジュールに関して、距離１０６５は、使用されるコア素子の周囲の長さの半分に対応する一方で、距離１０６７は、コア素子の周囲の長さの２倍に対応する。
[0207]スペーサ１０７０の骨組みが作成された後で、２つの端部を封止された電極組み立て品１０３０は、骨組み１０７０へと挿入される。第１の電極組み立て品は、図１３（ｂ）の下に示したようにスペーサ１０４０と１０５０との間の空間にぴったりとはめられる。第２の電極組み立て品１０３０は、図１３（ｂ）の下に示したようにスペーサ１０５０と１０６０との間の空間にぴったりとはめられる。得られた組み立て品１０８０は、「トリコットパック」として知られている。
[0208]トリコットパックは、ここで、各々が、それぞれ外へのアパーチャ１１００及び１１１０１を有する２つのチャンバ１１０１及び１１１１へと分割された管から構成される既存のコア組み立て品１０９０上へと丸められる準備ができている。トリコットパックがコア素子に直接取り付けられるので、渦巻き型モジュールを形成する方法は、直接取り付け法である。トリコットパック１０８０のスペーサ１０４０の端部は、アパーチャ１１１０と１１００との正確に間の点のところでコア素子に接着剤で付けられる又は溶接される。接着剤ラインが、次いで、図１３（ｃ）の（ｉｉ）に示したように付けられる。
[0209]トリコットパックは、ここで、コア素子１０９０上へと引っ張られそして丸められる。距離１０６５及び１０６７は、巻き上げられたときに、２回転にわたり、スペーサ１０４０が先ずコア素子上へ巻き上げられることを確実にする。その後、スペーサ１０５０及び１０４０は、コア素子上へと巻き上げられ、アパーチャ１１１０が図１３（ｃ）の（ｉｉｉ）の断面図に示した点１１２０のところになるように整列することをともなう。その後、スペーサ１０４０、１０５０、及び１０６０は、コア素子上にすべて巻き上げられ、アパーチャ１１００が点１１３０のところになるように整列することをともなう。点１１２０は、渦巻き型組み立て品のアノード流路に対応する。点１１３０は、カソード流路への入口に対応する。接着剤ライン１２００は、渦巻き型モジュール内で、相互にアノード流路及びカソード流路を分離し、境界を定める。
[0210]アノード副バスバー７６０（アノード）及びカソード副バスバー７６０（カソード）が渦巻き状巻き付けの反対側に置かれていることに留意すべきである。実施例２ａにおいて説明したように、主バスバーを含んでいるエンドキャップは、渦巻き型マルチリーフ組み立て品の各端部に取り付けられることがある。副バスバーは、次いで、最も近い主バスバーに溶接される、はんだ付けされる、又は他の方法で導電的に取り付けられてもよく、以て電気的接続部を形成する。トリコットパック設計の利点は、一方の側だけから巻き上げられ得ることである。これは、渦巻き型電池の製造を単純化し、速度を速める。その上、トリコットパック設計は、単一のコア素子への多数のリーフ取り付けを受け入れられる。
実施例４−コンジットユニット組み立て法を使用するコア素子を介したガス／液体配管
[0211]下記の実施例では、「コンジットユニット組み立て」法と上記では呼ばれている渦巻き型モジュールを配管する方法を説明する。この方法では、コンジットは、スタンドアロンユニット内に製作され、このコンジットに、リーフの一方の端部は、コンジットの１つ又は複数のアパーチャがリーフ内でガス／液体流路と流体連通するようにして、封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられることが、限定しないが好ましい。取り付けられたリーフを有する１つ又は複数のコンジットユニットは、次いで、一緒に封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられ、以て複合型のスタンドアロンコンジットユニット（その各々が取り付けられたリーフを有する）の中からコア素子を作成する。
[0212]コンジットユニットは、可撓性電極リーフのガス／液体流路内に封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられることが、限定しないが好ましい。これによって、リーフの上側部分及び下側部分は、それぞれコンジットの上側部分及び下側部分に封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられ、以て可撓性電極リーフのガス／液体流路へとコンジットを封止することを意味する。コンジットユニットは、好ましいが限定的ではなく、それ自体に相補的である形状を有し、その結果、以て円筒状のコア素子へのコンジットユニットの組み立てを容易にする。
[0213]実施形態の１つのセットでは、取り付けられたリーフを有する１つ又は複数のコンジットユニットは、それ自体の間に適切なスペーサを有する状態で一緒に統合されて短絡を防止し、そして次いで、中央管周りに渦巻きに巻き付けられ、中央管は、渦巻き状巻き付け用の基体を提供する以外に目的はない。このような実施形態の非限定的な実施例は：
（１）「シリンジニードル」設計
を含む。
[0214]この設計を説明する実施例が、次の実施例に示されている。実施形態のもう１つのセットでは、取り付けられたリーフを有する１つ又は複数のコンジットユニットは、円筒状構造体のスカフォールド材料によって一緒に保持される形態へと一緒に組み立てられる。リーフは、次いで、円筒状構造体の周りに渦巻き状に巻き付けられる。このような実施形態の非限定的な実施例は：
（１）「ローラデックス」設計
を含む。
[0215]この設計を説明する実施例が、次の実施例に提示される。
実施例４ａ−シリンジニードル設計及びローラデックス設計に適用したコンジット組み立て法を使用するコア素子を介したガス／液体配管
[0216]シリンジニードル設計は、穿孔処理した金属管などの簡素な管が渦巻き型可撓性リーフ内に流路を配管するためのコンジットとして使用されるという事実によりプロファイルニードル設計とは区別される。その上、コンジット組み立て法の使用は、コア素子が配管用の管の単純な組み合わせにより作成されることを意味する。次いでコア素子を形成する管の外部接続を容易にするために、管の一方の端部にシリンジニードルにおいて使用されるタイプのルアーロック（ｌｕｅｒ ｌｏｃｋ）、これゆえシリンジニードル設計の名前を有することは、多くの場合に有利である。
[0217]図１４（ａ）〜図１４（ｂ）は、渦巻き型電池を配管するこの方法を図示している。図１４（ａ）に示されているように、副バスバー７６０を有する２つの可撓性電極リーフ７５０は、ガス／液体スペーサ７７０及びその長さを下って貫通孔１６００を有するステンレス鋼管１５００と統合され、リーフの導電性電極が外側に面するように統合される。組み立て品は、次いで溶接を使用して又は接着剤で付けることによってそのエッジ部を封止されて、封止型の電極ユニット１７００を形成し、この電極ユニットの内部流路は、組み込まれたステンレス鋼管１５００の２つの端部を介してアクセスされることが可能であるに過ぎない。
[0218]図１４（ｂ）は、渦巻き型組み立て品がどのようにして作成されるかを示している。２つのこのような封止型の電極ユニット１７００−１つがアノードとして機能し、１つがカソードとして機能する−は、２つのフローチャネルスペーサ１０００と組み立てられる。組み合わせは、同じ端部のところに２つの組み込まれた管を有し、電池１８００を与えることが可能である、又は組み込まれた管が対向する端部にあり、電池１９００を与えることが可能である。
[0219]電池１８００が管を含んでいる端部から開始して巻き上げられると、渦巻き型電池、モジュール又は組み立て品１８１０は、組み込まれた管がコア素子のようなものを形成する場所に形成される。この手段によって、アノード流路が一方の組み込まれたステンレス鋼管を介して配管され、カソード流路が他方の組み込まれた管を介して配管されている可撓性電極リーフの渦巻き型電池、モジュール又は組み立て品１８１０が、作成される。
[0220]主バスバーは、エンドキャップとして取り付けられることがあり、そしてアノード及びカソードの各々の副バスバーは、電気的接続部を実現するように最も近くの主バスバーに溶接される、はんだ付けされる又は他の方法で導電的に取り付けられてもよい。
[0221]シリンジニードル設計の利点は、封止されたエッジ部の数を最小にすることであり、以てこれらの封止されたエッジ部を介した漏れの可能性を減少させる。コンジット組み立て法を使用するもう１つの設計は、いわゆるローラデックス設計である。図１５は、ローラデックス設計を使用して渦巻き型モジュールを組み立てる際に含まれるステップを図示している。可撓性電極リーフ７５０は、半分に折り畳まれ、その結果、可撓性リーフの導電性側が、折り畳み部の外側にあり、内側の非導電性基板をともなう。ガス／液体スペーサ７００は、次いで、折り畳まれたリーフの内側に設置され、接着剤が組み立て品１７１０に示されたように付けられる。その後、貫通孔を有するステンレス鋼管１５００が、リーフの折り畳み部に組み込まれる。リーフは、次いで、反転され、組み立て品１７２０に示したように接着剤の線に沿って封止される。
[0222]この段階で、導電性バスバークリップ１７３０が、折り畳み部の外側を覆って設置される。バスバークリップ１７３０は、可撓性リーフ７５０の電極に電気的に接続し、電気配線１７４０を形成し、これを介して可撓性電極が接続され得る。次のステップは、注型封入樹脂を使用して電気的接続部及びリーフの折り畳まれた部分を「注型封入すること」を含む。注型封入は、典型的には、Ｖ字型の鋳造用箱へとリーフ組み立て品１７５０のバスバー及び接着剤で付けられ折り畳まれた部分を設置すること、次いで、注型封入樹脂で箱を満たすことにより実現される。樹脂が硬化した後で、全体のバスバークリップ及びリーフの折り畳まれた部分は、成形された樹脂１７６０内に封入される。
[0223]注型封入樹脂１７６０は、注型封入したリーフ１７７０の集まりがリーフとともにコア素子へと容易に組み立てられることを可能にするように典型的には成形される。組み立て品１８１０は、コア素子への８個の注型封入したリーフ１７７０と取り付けられたリーフとの組み合わせを示す。注型封入したリーフ１７７０は、１８１０に示したように交互の方式で典型的には組み立てられ、その結果、その半分の電気的接続部１７４０は、１７９０で示されるように、コア素子の左側に集約され、残りの半分が、１７８０で示されるように、コア素子の右側に集約されることになる。組み立てられたコア素子の８個のステンレス鋼管は、アノード流路とカソード流路との間で互い違いになり、単一の入口部／出口部取り付け具へとそれぞれ集約されてもよい。ガス／流体の流れは、概略的にアノード流路１７９５及びカソード流路１８０５から／へと図示されている。
[0224]図１５には示されていない組み立ての最終ステップでは、１８１０のリーフの各セットは、そのエッジ部の周りに一緒に溶接される又は接着剤で付けられ、以てそれぞれアノード流路又はカソード流路を封止する。フローチャネルスペーサは、次いで、リーフの各セットの間に設置され、全体の組み立て品が、次いで渦巻き型配置へと巻き付けられる。ローラデックス設計の利点は、各可撓性リーフを配管する管の周りに優れた封止及び強度を与えることである。個々のリーフ用の配管取り付け具は、典型的には、漏れが生じることがあり得る最も疑わしい場所である。
実施例５−外部コンジット法を使用する外部ガス／液体配管
[0225]下記の実施例では、「外部コンジット」法と上記では呼ばれている渦巻き型モジュールを外部で配管する方法を説明する。
[0226]この方法では、コンジットがスタンドアロンユニット内に製作され、このコンジットに、１つ又は複数のリーフの一方の端部は、コンジットの１つ又は複数のアパーチャがリーフ内でガス／液体流路と流体連通するようにして、封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられることが、限定しないが好ましい。１つ又は複数のリーフは、次いで、コンジットユニットが、そのときには、渦巻き型モジュールの外側であり、渦巻き型電池の外部に設置されるようになるようにして、渦巻き状に巻き付けられる。
[0227]コンジットユニットは、可撓性電極リーフのガス／液体流路内に、封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられることが、限定しないが好ましい。これによって、リーフの上側部分及び下側部分が、それぞれのコンジットの上側部分及び下側部分に、封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられ、以て可撓性電極リーフのガス／液体流路へとコンジットを封止することを意味する。
[0228]リーフは、次いで、他のリーフと組み合わせられ、電極間の短絡の可能性を回避する適切なスペーサによって分離され、コンジットユニットが、渦巻きの外側に残される−すなわち、コンジットユニットが渦巻き型電池の外部に設置されるようになる−ようにして渦巻きへと巻き付けられる。
[0229]この手法の実施例が、リーフの対向する端部のところで配管用の管を用いて組み立てられているアノード−カソード電池１９００を示す図１４（ｂ）に与えられている。渦巻き型電池、モジュール又は組み立て品１９１０に示されているように、電池１９００が巻き上げられると、配管用の管の一方が、渦巻き状巻き付け部の中央に設置されるようになり、コア素子のようなものを形成する一方で、他方の配管用の管が渦巻き状巻き付け部の外側に設置されるようになり、外部素子のようなものを形成する。
[0230]実施形態のもう１つのセットでは、コンジットユニットは、注ぎ口又はフランジを付けられることがある１つ又は複数の外部アパーチャをその外側表面に含むように製作され、このアパーチャへとリーフの端部が（例えば、コンジットユニットの全長を下って又は沿って）容易に挿入されることがあり、その結果、リーフのガス／液体流路がコンジットへと開口する又はコア素子の関係するコンジットの１つ又は複数のアパーチャのすぐ上方の又は近くの容積部へと開口する。リーフは、次いで、コンジットがリーフ内で適切なガス／液体流路と流体連通するようにして、封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられる。
[0231]任意選択的に注ぎ口又はフランジを付けられることがあるアパーチャを含む実施形態のさらにもう１つのセットでは、コンジットユニットは、中空の、実質的に中空の、又は幾分か中空の構造体の形態を取ることができ、そこでは、コンジットが、構造体の中空の部分、実質的に中空の部分、又は幾分か中空の部分内に作成されるように設計されている。リーフは、次いで、（例えば、コンジットユニットの全長を下って又は沿って）挿入され、その結果、リーフのガス／液体流路がコンジットを作成するように設計されている中空部へと開口する、又はコンジットを作成するように設計されている中空部のすぐ上方の又は近くの容積部に開口する。挿入されたリーフの端部を含む中空部は、次いで、その全長を下って注型封入樹脂リーフで埋められる。注型封入樹脂は、硬化されてもよい。以て樹脂で埋められた中空部は、樹脂で埋められた中空部の全体の長さを横断することができる適切な（大きな直径の）ドリル刃先を使用して穴をあけられることが、望ましいが限定的ではない。その際に、中空部内に設置されているリーフのガス／液体流路の端部は、ドリル刃先の作用によって作成されているコンジットに開口され、コンジットと障害のないように液体／ガス連通して設置される。穴は、樹脂で埋められた中空部の全長を下っており、以てリーフのガス／液体流路の開口端を組み込んでいるコンジットを作成する。このようにして、コンジットは、リーフ内でガス／液体流路と流体連通して設置される。
実施例６−内部渦巻き状取り付け法を使用するコア素子を介した電気的接続
[0232]下記の実施例では、「内部渦巻き状取り付け」法と上記では呼ばれている渦巻き型モジュールを電気的に接続する方法を説明する。渦巻き型電気化学電池、モジュール又は反応装置のコア素子についての便利で効率的な構成、配置、又は設計が提供され、その結果、コア素子が、マルチ電極アレイの可撓性リーフについての長さを下って少なくとも１つのバスバー（「主」バスバー）を組み込むように製作され、ここでは、可撓性リーフが関係する１つ又は複数の電極を有する封止型のガス／液体流路から構成される。
[0233]別の一実施形態では、コア素子は、コア素子に沿って縦に設けられた導電性素子を含む。導電性素子は、導電性又は金属のワイア、管、ストリップ、ロッド等であってもよい。一実施例では、導電性素子は、バスバーである。別の一実施形態では、可撓性電極は、導電性素子と電気的に接触している。可撓性電極は、コアの導電性素子に溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的に取り付けられることが好ましい。
[0234]別の一実施例では、渦巻き型電気化学電池用のコア素子が提供され、コア素子は、コア素子に沿って縦に設けられた少なくとも１つのコンジットを含んでいる。やはり提供されたものは、コア素子に沿って縦に設けられ、少なくとも１つのコンジットに関係付けられたアパーチャである。アパーチャは、可撓性電極の端部又は端部の一部を受けることが可能であり、可撓性電極は、コア素子周りに渦巻き状に巻き付けられることが可能である。任意選択的に、コア素子は、コア素子に沿って縦に設けられた導電性素子を含むことが可能であり、導電性素子は、バスバーであってもよい。可撓性電極の受けた端部又は端部の一部は、導電性素子と電気的に接触している。
[0235]別の一実施例では、渦巻き型電気化学電池用のエンドキャップが提供され、エンドキャップがガス流路及び／又は液体流路を備え、ここでは、エンドキャップが渦巻き型可撓性電極の端部又は端部の一部を受けることが可能である。
[0236]別の一実施例では、渦巻き型電気化学電池用のエンドキャップが提供され、エンドキャップが電気的接続部を備え、ここでは、エンドキャップが渦巻き型可撓性電極の端部又は端部の一部を受けることが可能である。
[0237]バスバーは、コア素子の内部流路に配置されることが可能である。バスバーは、導電性材料又は金属のロッド又はワイアであることが好ましい。導電性接着剤又は樹脂は、可撓性電極をバスバーに電気的に接続するために使用されることが可能である。可撓性電極の外側導電性表面は、バスバーに当接し、電気的に接続することが可能である。導電性又は非導電性接着剤又は樹脂は、可撓性電極をコア素子に取り付けるために使用されることが可能である。
[0238]任意選択的に、コア素子は、多数のバスバーを含むことができ、各々が相互に絶縁され、各々が異なる電極−可撓性電極アレイのアノード又はカソードのいずれか−に溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的に取り付けられる。任意選択的に、コア素子の多数のバスバーは、可撓性電極アレイの異なるガス／液体流路を形成する電極に各々導電的に取り付けられてもよい。
[0239]別の一態様では、渦巻き型電気化学電池用のコア素子が提供され、コア素子は：コア素子に沿って縦に設けられた少なくとも１つの液体／ガスコンジットに関係付けられ、コンジット内に部分的に設置された導電性素子と、コア素子に沿って縦に設けられ、少なくとも１つのコンジット及び関係するバスバーに関係付けられたアパーチャとを備え、アパーチャが、可撓性電極から端部、若しくは端部の一部、又はガス、若しくは液体を受けることが可能であり、ここでは、挿入された可撓性電極が、バスバーに同時に溶接される、はんだ付けされる、又は他の方法で導電的、電気的に接触してしっかりと取り付けられることがあり、可撓性電極は、コア素子の周りに渦巻き状に巻き付けられることが可能である。
[0240]別の一実施形態では、アパーチャは、可撓性電極への注ぎ口、若しくは注ぎ口の一部を設ける、又はガス、若しくは液体を与えることが可能であり、可撓性電極は、コア素子周りに渦巻き状に巻き付けられことが可能である一方で、挿入された可撓性電極は、関係するバスバーに同時に溶接される、はんだ付けされる、又は他の方法で導電的、電気的に接触してしっかりと取り付けられる。
[0241]可撓性電極は、挿入プロセス中にバスバーと電気的に接触してアパーチャにしっかりとくさびで留められることがある。加えて又は代わりに、可撓性電極は、バスバーに溶接される、又ははんだ付けされる、又は他の方法で電気的に取り付けられることがある。例示の可撓性電極は、可撓性電極の対向する面上に２つの導電性表面、層又はシートを有するリーフである。
[0242]様々な実施例では、少なくとも１つのコンジットは、コア素子の内のり長さに沿った通路、空洞又は流路である。少なくとも１つのコンジットは、楕円形又は涙滴形状の断面を有することが可能である。少なくとも１つのコンジットは、ガス又は液体連通流路を形成する。コア素子は、ポリマー材料から製作されることが可能である。任意選択的に、アパーチャは、注ぎ口又はフランジを付けられる。アパーチャは、コア素子の外部表面に設置されることが好ましい。任意選択的に、アパーチャ又は一連のアパーチャは、コア素子の長さの一部に沿って縦に設けられる。或いは、アパーチャは、コア素子の全長に沿って縦に設けられる。
[0243]コア素子は、２個、４個、６個、８個以上のコンジット及び２個、４個、６個、８個以上のアパーチャを含むことができ、そして２個、４個、６個、８個以上の可撓性電極を受けることが可能である。絶縁性可撓性スペーサは、電極に隣接して配置され、可撓性電極及び絶縁性可撓性スペーサは、コア素子周りに渦巻き状に巻き付けられる。コア素子及び渦巻き型電極は、ケース又は筐体に封入されることが可能である。
[0244]リーフは、注ぎ口又はフランジを付けられたアパーチャへと挿入され、リーフの可撓性電極をコンジット内でコアユニットの長さを下って設置されたバスバーに物理的に接触させることが、限定しないが好ましい。一実施形態では、可撓性電極は、挿入プロセス中にバスバーと密接に接触してしっかりとくさびで留められるようになるように作られることがある。代替の実施形態では、バスバー及び取り付けられたリーフの両方がコンジットへと挿入される前に、可撓性電極は、全長であってもよい可撓性電極の長さを下って又は沿ってバスバーに、溶接される、又ははんだ付けされる、又は他の方法で電気的に接触してしっかりと取り付けられてもよい。
[0245]リーフ電極及びバスバーがコンジット内にあり、相互に電気的に接続された後で、そのときには、電極とバスバーとの間の接続部は、全長であってもよいコンジットの長さを下って又は沿って電気的導電性樹脂でコーティングされることが、限定しないが好ましい。このようにして、リーフの（１つ又は複数の）電極は、全長であってもよいコア素子の長さを下って又は沿ってコア素子のバスバーにしっかりとそして電気的に接続されるようになる。
[0246]任意選択的に注ぎ口又はフランジを付けられることがあるアパーチャを含む実施形態のもう１つのセットでは、コア素子は、長さを下ってずっと又は一部に中空の、実質的に中空の、又は幾分か中空の円筒状の構造体を含むことができ、ここでは、コンジットが、円筒状の構造体の中空の部分、実質的に中空の部分、又は幾分か中空の部分内に作成されるように設計されている。中空部は、コンジットに関係付けられ、その全長又は一部のいずれかを下ってバスバーを有することができる。或いは、バスバーは、中空部へと導入されてもよい。リーフは、次いで（例えば、コア素子の全長を下って又は沿って）挿入され、その結果、そのガス／液体流路が、コンジットを作成するように設計されている中空部へと開口する、又はコンジットを作成するように設計されている中空部のすぐ上方又は近くの容積部へ開口する。挿入中に、リーフの電極は、中空部に関係付けられているバスバーに導電的に取り付けられることがある。例えば、電極は、バスバーに対してくさびで留められるようになってもよく、又は電極は、その長さの一部若しくは全体を下ってバスバーに、溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的に取り付けられてもよい。挿入されたリーフの端部及び関係するバスバーを含む中空部は、次いで、その全長を下って注型封入樹脂で埋められる。注型封入樹脂は、導電性樹脂であってもよい、又は電極がバスバーに既に導電的に取り付けられているケースでは、注型封入樹脂は、非導電性樹脂であってもよい。注型封入樹脂は、次いで、硬化されてもよい。以て封止され樹脂で埋められた中空部は、樹脂で埋められた中空部の全体の長さを横断することができる適切な（大きな直径の）ドリル刃先を使用して穴をあけられる一方で、ドリル刃先が中空部に関係するバスバーの近くに達しないことを確実にすることが、望ましいが排他的ではない。その際に、中空部内に設置されているリーフのガス／液体流路の封止された端部は、ドリル刃先の作用によって作成されているコンジットに開口され、コンジットと障害のないように液体／ガス連通して設置される。穴は、樹脂で埋められた中空部の全長を下っており、以てリーフのガス／液体流路の開口端を組み込んでいるコンジットを作成する。このようにして、コンジットは、リーフ内でガス／液体流路と流体連通している。その上、リーフの電極とバスバーとの間の電気的接触が、しっかりと確立される。
[0247]ガス／液体配管及び電気的取り付け部がしっかりと固定された後で、コア素子の外部表面の注ぎ口又はフランジを付けられたアパーチャ（その中へとリーフが挿入されている）は、適切で強固な樹脂を付けそして硬化させることによって封止されることが、限定しないが好ましい。別の一実施形態では、アパーチャは、アパーチャの長さに沿ってプラスチック部において連結すること（スナッピング（ｓｎａｐｐｉｎｇ））により、次いで決められた場所でプラスチック部を封止する及び／又は接着剤で接着することにより閉じられてもよい。他の実施形態では、アパーチャは、適切な樹脂を用いて封止される及び／又は接着剤で付けられてもよく、その後で、プラスチック部は、樹脂の上方でスナップ留めされる一方で、樹脂は依然として乾燥されている。
[0248]コアを介して可撓性リーフを電気的に接続するときに、これは、１つ又は複数の可撓性リーフのガス／液体流路をガス／液体コンジットに取り付けるための前述の方法、すなわち、（ｉ）コンジット及び中央ユニット組み立て法、（ｉｉ）直接取り付け法、又は（ｉｉｉ）コンジットユニット組み立て法のいずれか使用してコアを介してリーフを配管することと組み合わせられることがある。
[0249]電気的接続のための内部渦巻き状取り付け法とガス／液体配管のためのコンジットユニット組み立て法との組み合わせを説明する実施形態がローラデックス設計実施例（実施例４ａ）に与えられている。
[0250]下記の実施例は、下記の設計：（ｉ）くさび−接着剤設計、注型封入型配管設計、２リーフ導電性注型封入型配管設計、及びマルチリーフ注型封入型配管設計（実施例３参照）を使用して、電気的接続のための内部渦巻き状取り付け法とガス／液体配管のための直接取り付け法との例示的な組み合わせを提供する。
実施例６ａ−（電気的接続のための）内部渦巻き状取り付け法及びくさび−接着剤設計を使用する（ガス配管のための）直接取り付け法を使用しコア素子を介して２つの可撓性電極リーフを電気的に接続すること
[0251]図１６は、中央コア素子の形態での例示のコア素子５を概略的に示し、２つの内部コンジット１０及び２０並びにコア素子５の外側表面のコンジット１０の外部の注ぎ口又はフランジを付けたアパーチャ１１０を示している。
[0252]図１７は、２つのリーフを収容することが可能である例示のコア素子５の断面を概略的に示す。わかるように、コア素子５は、コア素子５の長さに沿った２つのコンジット（第１のコンジット１０及び第２のコンジット２０）を含む。コンジット１０、２０は、このケースでは、楕円形形状であり、コア素子の外側表面近くのアパーチャに開口している。コンジットは、他の幾何学的形状の断面を有してもよい。コア素子５の上側のアパーチャのところで、リーフ１３０は、コンジット１０へと挿入され、取り付けられている。リーフは、その外側表面を覆って２つのシート電極１４０及び１４１を含む（その両方とも、電池用のアノードである）。リーフの中心部は、リーフの内容積部の全体、又はほぼ全体を覆いシート状に延びる封止型の液体／ガス流路１５０を備える。ガス流路１５１の底部端又は面は、コンジット１０の内部アパーチャ内でその全長に沿って横に広がり、リーフ１３０及び／又はガス流路１５１は、（影を付けた区域として示されている）導電性接着剤又は導電性樹脂１８０を使用して決まった場所に接着剤で付けられている。ガス配管を作成するためのこの設計は、「くさび接着剤」設計として知られている。
[0253]その際に、電極１４１及び１４０は、（アノードの）バスバー１６０に電気的に接続されており、バスバー１６０は、楕円形のコンジット１０に隣接する又は近くのコア素子５の長さに延伸する又は延びる第２の管内で横に広がっている。可撓性電極リーフを電気的に接続するこの方法は、「内部渦巻き状取り付け」法として知られている。バスバー１６０は、典型的には銅製であるが、他の金属又は導体から作られることが可能である。
[0254]第２の非導電性樹脂又は接着剤１９０が、次いで、リーフ１３０とコア素子５との間の外側接続部を封止するために使用されている。その後、領域１７０は、コア素子５の全長を貫通して穴をあけられており、以てガス／液体コンジット１０へと端部又は面１５１のところで封止型のリーフガス／液体流路１５０を開口する。ガス配管を作成するためのこの設計は、「注型封入型配管」設計として知られている。この手順の最中には、バスバー１６０は、導電性樹脂１８０及び非導電性樹脂１９０によって囲まれ封止されて他の構成要素とは物理的に分離されている。
[0255]類似の状況は、第２のリーフ２３０が図１７に示したように決まった場所に接着剤で付けられようとしているように図示されている他のコンジット２０に関係する。第２のリーフ２３０は、２つのシート電極２４０及び２４１によってその外側を囲まれている第２のシート状の封止型のガス／液体流路２５０から構成されている。電極は、両方とも電池用のカソードである。リーフ２３０の一方の端部は、すぐ隣接する又は近くの第２の（カソードの）バスバー２６０を含むアパーチャ２１０へと挿入されている。リーフ上のシート電極２４０及び２４１は、導電性樹脂又は接着剤を使用してバスバー２６０と電気的に接触して接着剤で付けられることになる。非導電性樹脂又は接着剤が、次いで、リーフ２３０とコア素子との間の外側接続部をコーティングするために使用され、区域２７０が次いで穴をあけられることになる。
実施例６ｂ−（電気的接続のための）内部渦巻き状取り付け法及びくさび−接着剤設計を使用する（ガス配管のための）直接取り付け法を使用しコア素子を介して８個の可撓性電極リーフを電気的に接続すること
[0256]図１８は、８個のリーフを収容するように設計されているコア素子を概略的に示す。図１８の右下に示した断面にわかるように、アノード電極リーフの取り付け用の４個のコンジット１０及びカソード電極リーフの取り付け用の４個のコンジット２０がある。上側の図は、交互に間隔を空けて注ぎ口を付けたアパーチャ１１０（アノードリーフ用）及び２１０（カソードリーフ用）を有するコア素子の外観を概略的に示す。
[0257]図１９は、リーフがそれぞれのコンジットにどのようにして取り付けられるかを示している。アノードリーフ１３０のうちの１つ及びその構成要素が、コンジット１０に取り付けられた以前の実施例と同じ番号を付けた形式で示されている。
実施例６ｃ−（電気的接続のための）内部渦巻き状取り付け法及びくさび−接着剤設計を使用する（ガス配管のための）直接取り付け法を使用しコア素子を介して４個の可撓性電極リーフを電気的に接続すること
[0258]図２０は、コアユニットの周りに渦巻き状に巻き付けられた４個のリーフを有し、４個のリーフを収容するように設計されているコア素子を概略的に示す。わかるように、コア素子内に４個のコンジットがある。断面では、各コンジットは、各コンジットの口のところに２つのバスバー（ロッド１６０又は２６０として示される）を有する涙滴形状をしている。明確化のために、樹脂接着剤区域は図２０に示されていない。アノードリーフ１３０及びカソードリーフ２３０は、コア素子の周りに渦巻き状に巻き付けられ、アノードリーフとカソードリーフとの間に適切なスペーサ３００をともない、以て短絡を防止している。
[0259]図２１及び図２２は、接着剤型の樹脂が存在しない（明確化のために除外されている）コンジット１０のクローズアップ図を示す。わかるように、シート電極１４０及び１４１は、バスバー１６０の周りに巻き付き、バスバー１６０と密接に物理的且つ電気的に接触してくさびで留められており、一方で、内部のシート状の封止型のガス／液体流路１５０は、さらに下へ進み、内側の涙滴形状空洞１０に開口し、液体／ガス連通している。
実施例６ｄ−（電気的接続のための）内部渦巻き状取り付け法及び（ｉ）注型封入型配管設計、（ｉｉ）２リーフ導電性注型封入型配管設計、及び（ｉｉｉ）マルチリーフ導電性注型封入型配管設計を使用する（ガス配管のための）直接取り付け法を使用しコア素子を介して２つの可撓性電極リーフを電気的に接続すること
[0260]図２３、図２４、及び図２５は、可撓性電極リーフ６０００がコア素子の長さに沿って走る主バスバー６１００に電気的に接続されているコア素子の断面図及び鳥瞰図を示す。
[0261]図２３は、各可撓性リーフが、コア素子の中空部６２００内に設置されているバスバー６１００の周りに巻き付けられている２リーフ型設計を示す。可撓性リーフの電極が、以てバスバー６１００と導電性で電気的接触される。中空部６２００は、次いで、硬化させることが可能な注型封入樹脂で埋められる。注型封入樹脂が硬化した後で、ドリルが、注型封入樹脂の長さに沿って６３００のところで配管用コンジットに穴をあけるために使用され、以てリーフの内部流路が開口するガス／液体配管用コンジットを作成する。これらの手段によって、可撓性リーフは、コンジット６３００へと配管され、バスバー６１００と導電的、電気的に接触して設置される。この設計は、一般に「注型封入型配管」、そして電気的に導電性注型封入樹脂が使用されているときには「導電性注型封入型配管」と呼ばれる。
[0262]図２４は、各リーフが２つの主バスバー６４００の周りに巻き付けられている類似の設計を示す。ここでの目的は、両側面が導電性であり、バスバーに電気的に接続される必要がある可撓性リーフを提供することである。各注型封入用中空部６２００内の２つのバスバー６４００は、リーフの２つの導電性の側面と接続する。このケースでは、導電性注型封入樹脂が、各中空部６２００を埋めるために使用されている。
[0263]図２５は、単一のバスバー６１００が各注型封入用中空部６２００に設置されている図２４の４リーフ変形形態を示す。可撓性リーフ６５００のそれぞれの側面の電極は、バスバーの周りで反対の側面から分離され、巻き付けられており、導電性バスバークリップ６６００がバスバー６１００に対して電極を保持することをともなう。中空部６２００は、次いで、導電性樹脂を用いて注型封入されている。硬化の後で、コンジット６３００は、注型封入部の長さに沿って穴をあけられ、以てコンジットの中へとリーフのガス／液体流路６７００を開口する。このようにして、４つのリーフは、各可撓性リーフの両側面への電気的接続を与える４つの主バスバー６１００を有する４つのコンジット６３００へと配管されている。
実施例７−内部渦巻き状バスバー取り付け法を使用するコア素子を介した電気的接続
[0264]「内部渦巻き状バスバー取り付け」法は、「内部渦巻き状取り付け」法に非常に類似している。渦巻き状巻き付けの方向に沿って縦に配置された１つ又は複数の副バスバーが可撓性電極に導電的に接触して張り付けられることが異なるに過ぎない。副バスバーは、次いで、コア素子に設置された（主）バスバーに導電的に接触して取り付けられる。
[0265]言い換えると、「内部渦巻き状バスバー取り付け」法は、１つ又は複数の副バスバーが可撓性電極とコア素子内に設置された主バスバーとの間に電気的に挟み込まれることが内部渦巻き状取り付け法とは異なるに過ぎない。１つ又は複数の可撓性リーフの電極のサイズに応じて、可撓性電極リーフの全体にわたり電流を均等に分布させるために、コア素子の主バスバーと可撓性電極リーフとの間に副バスバーを挟み込むことが必要である場合がある。
[0266]内部渦巻き状バスバー取り付け法は、したがって、コア素子の主バスバーと可撓性リーフの電極との間に１つ又は複数の副バスバーを挟み込むことが内部渦巻き状取り付け法とは異なるに過ぎない。他のすべての点では、方法は同じである。
実施例８−外部渦巻き状取り付け法を使用する外部電気的接続
[0267]内部渦巻き状取り付け法についてのもう１つの変形形態は、外部渦巻き状取り付け法であり、これは、主バスバーがコア素子ではなく外部素子に設置されることが異なるに過ぎない。
[0268]このように、渦巻き型電気化学電池、モジュール又は反応装置の外部素子のための便利で効率的な構成、配置、又は設計が提供され、その結果、外部素子は、マルチ電極アレイの可撓性リーフについての長さを下って少なくとも１つのバスバー（「主」バスバー）を組み込むように製作され、可撓性リーフは、関係する１つ又は複数の電極を有する封止型のガス／液体流路から構成される。
[0269]別の一実施形態では、外部素子は、外部素子に沿って縦に設けられた導電性素子を含む。導電性素子は、導電性又は金属のワイア、管、ストリップ、ロッド等であってもよい。一実施例では、導電性素子は、バスバーである。別の一実施形態では、可撓性電極は、導電性素子と電気的に接触している。可撓性電極は、外部素子の導電性素子に溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的に取り付けられることが好ましい。
[0270]バスバーは、外部素子の内部流路に配置されることが可能である。バスバーは、導電性材料又は金属のロッド又はワイアであることが好ましい。導電性接着剤又は樹脂は、可撓性電極をバスバーに電気的に接続するために使用されることが可能である。可撓性電極の外側導電性表面は、バスバーに当接し、電気的に接続することが可能である。非導電性接着剤又は樹脂は、可撓性電極を外部素子に取り付けるために使用されることが可能であり、バスバーへの可撓性電極の導電性の取り付けが、可撓性電極を溶接すること、はんだ付けすること、導電性接着剤を用いて接着すること、又は他の方法で導電的に取り付けることによって実現されることをともなう。
[0271]任意選択的に、外部素子は、多数のバスバーを含むことができ、各々が相互に絶縁され、各々が可撓性電極アレイの異なる電極−アノード又はカソードのいずれか−に溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、又は他の方法で導電的に取り付けられる。任意選択的に、外部素子の多数のバスバーは、可撓性電極アレイの異なるガス／液体流路を形成する電極にそれぞれ導電的に取り付けられてもよい。
[0272]別の一態様では、渦巻き型電気化学電池用の外部素子が提供され、外部素子は：外部素子に沿って縦に設けられた少なくとも１つの液体／ガスコンジットに関係付けられ、コンジット内に部分的に設置された導電性素子と、外部素子に沿って縦に設けられ、少なくとも１つのコンジット及び関係するバスバーに関係付けられたアパーチャとを備え、アパーチャが、可撓性電極から端部、若しくは端部の一部、又はガス、若しくは液体を受けることが可能であり、ここでは、挿入された可撓性電極が、バスバーに同時に溶接される、はんだ付けされる、又は他の方法で導電的、電気的に接触してしっかりと取り付けられることがあり、可撓性電極は、別のコア素子の周りに渦巻き状に巻き付けられることが可能である。
[0273]別の一実施形態では、アパーチャは、可撓性電極への注ぎ口、若しくは注ぎ口の一部を設ける、又はガス、若しくは液体を与えることが可能であり、可撓性電極は、別のコア素子周りに渦巻き状に巻き付けられことが可能である一方で、挿入された可撓性電極は、関係するバスバーに同時に溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を使用して接着される、又は他の方法で導電的、電気的に接触してしっかりと取り付けられる。
[0274]可撓性電極は、挿入プロセス中にバスバーと電気的に接触しアパーチャにしっかりとくさびで留められることがある。加えて又は代わりに、可撓性電極は、バスバーに溶接される、又ははんだ付けされる、又は導電性接着剤を使用して接着される、又は他の方法で電気的に取り付けられてもよい。例示の可撓性電極は、可撓性電極の対向する面上に２つの導電性表面、層又はシートを有するリーフである。
[0275]様々な実施例では、少なくとも１つのコンジットは、外部素子の内のり長さに沿った通路、空洞又は流路である。少なくとも１つのコンジットは、楕円形又は涙滴形状の断面を有することが可能である。少なくとも１つのコンジットは、ガス又は液体連通流路を形成する。外部素子は、ポリマー材料から製作されることが可能である。任意選択的に、アパーチャは、注ぎ口又はフランジを付けられる。アパーチャは、外部素子の外部表面に設置されることが好ましい。任意選択的に、アパーチャ又は一連のアパーチャは、外部素子の長さの一部に沿って縦に設けられる。或いは、アパーチャは、外部素子の全長に沿って縦に設けられる。
[0276]外部素子は、２個、４個、６個、８個以上のコンジット及び２個、４個、６個、８個以上のアパーチャを含むことができ、そして２個、４個、６個、８個以上の可撓性電極を受けることが可能である。絶縁性可撓性スペーサは、電極に隣接して配置され、可撓性電極及び絶縁性可撓性スペーサは、別のコア素子周りに渦巻き状に巻き付けられ、外部素子がそのときには渦巻き型配置の外側に残されることをともなう。コア素子、渦巻き型電極、及び外部素子は、ケース又は筐体に封入されることが可能である。外部素子は、そのケース又は筐体の一部又はすべてを形成することができる。
[0277]リーフは、注ぎ口又はフランジを付けられたアパーチャへと挿入され、リーフの可撓性電極をコンジット内で外部ユニットの長さを下って設置されたバスバーに物理的に接触させることが、限定しないが好ましい。一実施形態では、可撓性電極は、挿入プロセス中にバスバーと密接に接触してしっかりとくさびで留められるように作られてもよい。代替の実施形態では、バスバー及び取り付けられたリーフの両方がコンジットへと挿入される前に、可撓性電極は、全長であってもよい可撓性電極の長さを下って又は沿ってバスバーに溶接される、又ははんだ付けされる、又は他の方法で電気的に接触してしっかりと取り付けられてもよい。
[0278]リーフ電極及びバスバーがコンジット内にあり、相互に電気的に接続された後で、そのときには、電極とバスバーとの間の接続部は、全長であってもよいコンジットの長さを下って又は沿って電気的導電性樹脂でコーティングされることが、限定しないが好ましい。
[0279]このようにして、リーフの（１つ又は複数の）電極は、外部素子の長さ、これは電気化学モジュール、反応装置、又は電池の全長であってもよい、を下って又は沿って外部素子のバスバーにしっかりとそして電気的に接続されるようになる。
[0280]任意選択的に注ぎ口又はフランジを付けられることがあるアパーチャを含む実施形態の別の一セットでは、外部素子は、その長さを下ってずっと又は一部に中空の、実質的に中空の、又は幾分か中空の円筒状の構造体を含むことができ、ここでは、コンジットが、円筒状の構造体の中空の部分、実質的に中空の部分、又は幾分か中空の部分内に作成されるように設計されている。中空部は、円筒状の構造体に関係付けられることがあり、全体又は一部のいずれかの、その構造体の長さを下ったバスバーであってもよい導電性素子を有することができる。或いは、バスバーであってもよい導電性素子は、中空部へと導入されることがある。リーフは、次いで（例えば、外部素子の全長を下って又は沿って）挿入され、その結果、リーフのガス／液体流路が、コンジットを作成するように設計されている中空部へと開口する、又はコンジットを作成するように設計されている中空部のすぐ上方又は近くの容積部へ開口する。挿入中に、リーフの電極は、中空部に関係付けられたバスバーに導電的に取り付けられることがある。例えば、電極は、バスバーに対してくさびで留められるようになってもよい、又は電極は、その長さの一部若しくは全体を下ってバスバーに、溶接される、はんだ付けされる、導電性接着剤を用いて接着される、若しくは他の方法で導電的に取り付けられてもよい。挿入されたリーフの端部及び関係するバスバーを含む中空部は、次いで、その全長を下って注型封入樹脂で埋められる。注型封入樹脂は、導電性樹脂であってもよい、又は注型封入樹脂は、電極がバスバーに既に導電的に取り付けられているケースでは、非導電性樹脂であってもよい。注型封入樹脂は、次いで、硬化されてもよい。以て封止され樹脂で埋められた中空部は、次いで、樹脂で埋められた中空部の全体の長さを横断することができる適切なドリル刃先を使用して穴をあけられる一方で、ドリル刃先が中空部に関係するバスバーの近くに達しないことを確実にすることが、限定しないが好ましい。その際に、中空部内に設置されているリーフのガス／液体流路の封止された端部は、ドリル刃先の作用によって作成されているコンジットに開口され、コンジットと障害のないように液体／ガス連通して設置される。穴は、樹脂で埋められた中空部の全長を下っており、以て、リーフのガス／液体流路の開口端を組み込んでいるコンジットを作成する。このようにして、コンジットは、リーフ内でガス／液体流路と流体連通される。その上、リーフの電極とバスバーとの間の電気的接触が、しっかりと確立される。
[0281]ガス／液体配管及び電気的取り付け部がしっかりと固定された後で、外部素子の外部表面の注ぎ口又はフランジを付けられたアパーチャ（その中へとリーフが挿入されている）は、適切で強固な樹脂を付けそして硬化させることによって封止されることが、限定しないが好ましい。別の一実施形態では、アパーチャは、アパーチャの長さに沿ってプラスチック部においてスナッピングすることにより、そして次いで、決まった場所でプラスチック部を封止する及び／又は接着剤で付けることにより閉じられてもよい。他の実施形態では、アパーチャは、適切な樹脂を用いて封止される及び／又は接着されてもよく、その後で、プラスチック部は、樹脂の上方でスナップ留めされる一方で、樹脂は依然として乾燥されている。
実施例９−外部渦巻き状バスバー取り付け法を使用する外部電気的接続
[0282]「外部渦巻き状バスバー取り付け」法は、「外部渦巻き状取り付け」法に非常に類似している。渦巻き状巻き付けの方向に沿って縦に配置された１つ又は複数の副バスバーが可撓性電極に導電的に接触して張り付けられることが異なるに過ぎない。副バスバーは、次いで、外部素子に設置された（主）バスバーに導電的に接触して取り付けられる。
[0283]言い換えると、「外部渦巻き状バスバー取り付け」法は、１つ又は複数の副バスバーが可撓性電極と外部素子内に設置された主バスバーとの間に電気的に挟み込まれることが外部渦巻き状取り付け法とは異なるに過ぎない。１つ又は複数の可撓性リーフの電極のサイズに応じて、可撓性電極リーフの全体にわたり電流を均等に分布させるために、外部素子の主バスバーと可撓性電極リーフとの間に副バスバーを挟み込むことが必要である場合がある。
[0284]外部渦巻き状バスバー取り付け法は、したがって、外部素子の主バスバーと可撓性リーフの電極との間に１つ又は複数の副バスバーを挟み込むことが外部渦巻き状取り付け法とは異なるに過ぎない。他のすべての点で、方法は同じである。
実施例１０−エンドキャップコンジット法を使用するエンドキャップを介したガス／液体配管
[0285]下記の実施例では、「エンドキャップコンジット」法と上記では呼ばれている渦巻き型モジュールを配管する方法を説明する。この方法では、コンジットは、スタンドアロンエンドキャップユニット内に製作され、このエンドキャップユニットに、コンジットの１つ又は複数のアパーチャがリーフ内でガス／液体流路と流体連通するようにして、可撓性リーフの一方の端部が封止される、接着剤で付けられる、溶接される、又は他の方法で取り付けられることが、限定しないが好ましい。
[0286]コンジットを含むスタンドアロンエンドキャップの部分は、渦巻き状に成型される、又は渦巻き状形状に構成される、例えば、渦巻き状形状へと曲げられることが可能であることが、限定しないが好ましい。コンジットに関係付けられたアパーチャは、ｕ字形状、楕円形又は涙滴形状の断面を有し、以て渦巻き状に巻き付けられている可撓性電極リーフに封止すること、接着剤で付けること、又は他の手段による取り付けを容易にすることが、限定しないが好ましい。
[0287]リーフ内でガス／液体流路に開口されている可撓性リーフの一方の端部は、コンジットのアパーチャの全長に沿って設置され、次いで、エンドキャップに封止される、接着剤で付けられる、又は他の方法で取り付けられることが好ましい。絶縁性可撓性スペーサは、次いで、電極に隣接して配置され、可撓性電極及び絶縁性可撓性スペーサは、渦巻き状に巻き付けられ、エンドキャップのコンジットを渦巻き状配置に構成させる。コンジットが既に渦巻き状形状である場合には、コンジットアパーチャへとリーフを送り込む行為が、渦巻き状の巻き付け部を作成することになる。エンドキャップは、任意選択的に、２個、４個、６個、８個以上のコンジット及び２個、４個、６個、８個以上のアパーチャを含むことができ、そして２個、４個、６個、８個以上の可撓性電極を受けることが可能である。
[0288]この明細書及びこれに続く特許請求の範囲の全体を通して、文脈が別なふうに要求しない限りは、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という語及び「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」又は「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの変形は、述べた整数若しくはステップ又は整数若しくはステップのグループを含むが、いずれかの他の整数若しくはステップ又は整数若しくはステップのグループを除外しないことを示唆するように理解されるよう。
[0289]任意選択的な実施形態は、本明細書において参照される又は示される部品、要素、及び特徴に、２つ以上の部品、要素、又は特徴の任意の組み合わせ又はすべての組み合わせに、個別的に又は包括的に広く存在するようにやはり言われることがあり、ここでは、発明が関係する技術において知られている等価物を有する特定の整数が、本明細書において記述され、このような知られている等価物は、個々に述べられているかのように本明細書に組み込まれているように考えられる。
[0290]好ましい実施形態が、詳細に説明されてきているが、多くの修正、変更、置き換え、又は部分的変更が本発明の範囲から乖離せずに当業者には明らかになることを理解されたい。

Claims (41)

  1. 化学反応生成物を形成するための渦巻き型電気化学電池であって、中心軸周りに巻き付けられた少なくとも１対の電極対を備え、前記少なくとも１対の電極対がアノード及びカソードである、電気化学電池。
  2. 前記アノードが、ガス透過性且つ液体非透過性である、請求項１に記載の電気化学電池。
  3. 前記電気化学電池が、電気合成電池又は電気エネルギー電池である、請求項１又は２に記載の電気化学電池。
  4. 前記電池が、非生物的に製造された化合物を利用している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気化学電池。
  5. 前記アノードが、ガス拡散電極を備え、及び／又は
    前記カソードが、ガス拡散電極を備え、
    前記ガス拡散電極が、炭素及び／又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から実質的に構成される、請求項１に記載の電気化学電池。
  6. ガス及び／又は流体輸送のために、前記アノードと前記カソードとの間に電極間流路をさらに備える、請求項１に記載の電気化学電池。
  7. ２つのアノード並びにガス及び／又は流体輸送のための前記２つのアノード間のアノード流路をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気化学電池。
  8. ２つのカソード並びにガス及び／又は流体輸送のための前記２つのカソード間のカソード流路をさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電気化学電池。
  9. 前記流路が、少なくとも１つのスペーサによって少なくとも部分的に形成されている、請求項６〜８のいずれか一項に記載の電気化学電池。
  10. 少なくとも２つのアノード及び少なくとも１つのアノード流路、並びに少なくとも２つのカソード及び少なくとも１つのカソード流路をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気化学電池。
  11. 前記化学反応生成物が、前記流路を介して輸送される、請求項６〜８のいずれか一項に記載の電気化学電池。
  12. 化学反応物質が、前記流路を介して輸送される、請求項６〜８のいずれか一項に記載の電気化学電池。
  13. 前記アノードのところで、前記化学反応生成物が形成される、又は反応物質が反応し、前記生成物又は反応物質が、前記アノード流路を介して輸送される、請求項７に記載の電気化学電池。
  14. 前記カソードのところで、前記化学反応生成物が形成される、又は反応物質が反応し、前記生成物又は反応物質が、前記カソード流路を介して輸送される、請求項８に記載の電気化学電池。
  15. 液体電解質が、前記電極間流路を介して輸送される、請求項６に記載の電気化学電池。
  16. アノード流路を含んでいるアノードリーフ、及び／又はカソード流路を含んでいるカソードリーフをさらに備え、電極間流路が、前記アノードリーフと前記カソードリーフとの間に設けられており、前記リーフ及び前記流路が、前記中心軸周りに渦巻き状に巻き付けられている、請求項１に記載の電気化学電池。
  17. 複数のアノードリーフと、複数のカソードリーフと、複数の電極間流路とを含む、請求項１６に記載の電気化学電池。
  18. 前記中心軸のところに又は付近に配置されているコア素子をさらに備える、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の電気化学電池。
  19. 前記アノードリーフ及び前記カソードリーフが、前記コア素子の異なる外周位置のところで前記コア素子に取り付けられている、請求項１６及び１８に記載の電気化学電池。
  20. 前記複数のアノードリーフ及び前記複数のカソードリーフが、異なる外周位置のところで前記コア素子に取り付けられている、請求項１７及び１８に記載の電気化学電池。
  21. 前記コア素子が、少なくとも１つのガス流路及び／又は少なくとも１つの流体流路を含んでいる、請求項１８に記載の電気化学電池。
  22. 前記少なくとも１つのガス流路が、前記コア素子の中心から外れている、請求項２１に記載の電気化学電池。
  23. 前記少なくとも１つの流体流路が、前記コア素子の中心から外れている、請求項２１に記載の電気化学電池。
  24. 前記電極間流路が、前記コア素子とガス連通及び／又は流体連通している、請求項６及び２１に記載の電気化学電池。
  25. 前記少なくとも１対の電極対のうちの１対又は複数対が、前記コア素子の導電性素子に電気的に接続されている、請求項１８〜２４のいずれか一項に記載の電気化学電池。
  26. 前記中心軸から離れて配置されている外部素子をさらに備える、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の電気化学電池。
  27. 前記外部素子が、前記中心軸の近くの端部とは反対であり、前記少なくとも１対の電極対のうちの１対又は複数対の端部に又は端部の近くに取り付けられている、請求項２６に記載の電気化学電池。
  28. 前記電極間流路が、前記外部素子とガス連通及び／又は流体連通している、請求項６及び２６に記載の電気化学電池。
  29. 前記少なくとも１対の電極対のうちの１対又は複数対が、前記外部素子の導電性素子に電気的に接続されている、請求項２６〜２８のいずれか一項に記載の電気化学電池。
  30. 前記コア素子が、前記中心軸に平行に長手方向に延びている、請求項１８に記載の電気化学電池。
  31. 前記外部素子が、前記中心軸に平行に長手方向に延びている、請求項２６に記載の電気化学電池。
  32. 少なくとも１つのエンドキャップをさらに備える、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の電気化学電池。
  33. 前記アノード流路、前記カソード流路及び／又は前記電極間流路が、前記少なくとも１つのエンドキャップとガス連通及び／又は流体連通している、請求項１６及び３２に記載の電気化学電池。
  34. 第２のエンドキャップと、前記第２のエンドキャップとガス連通及び／又は流体連通している前記アノード流路、前記カソード流路及び／又は前記電極間流路とを備える、請求項３３に記載の電気化学電池。
  35. 前記少なくとも１対の電極対のうちの１対又は複数対が、前記少なくとも１つのエンドキャップの導電性素子に電気的に接続されている、請求項３２に記載の電気化学電池。
  36. 前記導電性素子が、バスバーである、請求項２５、２９、又は３５に記載の電気化学電池。
  37. １つ又は複数の副バスバーが、前記少なくとも１対の電極対のうちの１対又は複数対に電気的に接続されている、請求項１〜３６のいずれか一項に記載の電気化学電池。
  38. 前記１つ又は複数の副バスバーが、前記バスバーに電気的に接続されている、請求項３６及び３７に記載の電気化学電池。
  39. 前記１つ又は複数の副バスバーが、可撓性であり、前記電池内で渦巻き状に巻き付けられている、請求項３７に記載の電気化学電池。
  40. 前記１つ又は複数の副バスバーが、前記電池の軸方向に延びている、請求項３７に記載の電気化学電池。
  41. 前記アノードの濡れ圧力又は泡立ち点が、０．２バールを超えている、請求項２に記載の電気化学電池。
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