JP2017509113A - 電着燃料を含む電気化学セルを作動させる方法 - Google Patents

Abstract

電気化学セルシステム及び電気化学セルシステムを動作させる方法であって、当該システムは、電着金属燃料を受け取る少なくとも二つの燃料極と、前記燃料極から離間して設けられる少なくとも一つの酸化剤極と、少なくとも一つの充電極と、前記燃料極、前記酸化剤極及び前記充電極における電気化学反応を補助するべくイオンを伝導させるように、前記電気化学セルシステムの前記電極と通じるイオン伝導性媒質と、前記セルシステムを放電モード及び充電モードで動作させて各燃料極の充電状態を監視するように構成された一の又は複数のコントローラと、を備える。前記コントローラは、前記放電ユニット内における所定の枯渇基準を満たす充電状態を有する燃料極の各々を前記放電ユニットから前記充電ユニットに割り当て、前記充電ユニット内の所定の負荷基準を満たす充電状態を有する燃料極の各々を前記充電ユニットから前記放電ユニットへと割り当てる。

Description

本出願は、２０１４年２月１２日に出願された米国特許出願第６１／９３８，９２２号の優先権を主張するものであり、この出願の全内容は参照により本明細書に組み入れられる。

本発明は、電着金属燃料を使用した電気化学セルに関し、特に、電着金属燃料を含む電気化学セルシステムを作動させる及び調整する方法に関する。

金属−空気電池、鉛蓄電池、ニッケル−カドミニウム電池及びニッケル亜鉛電池のような金属を燃料として使用した様々な種類の電気化学セルが知られている。例えば、典型的な金属−空気電池は、金属燃料が酸化される燃料極と、放電モード時に周囲空気内の酸素が還元される空気極（カソード）とを備える。充電モードでは、金属燃料が還元されて燃料極において電着し、将来の放電プロセスのために金属燃料が蓄えられる。この種の電池の主要な課題として、繰り返し行われる充放電サイクルにおける金属燃料の不均一な堆積が挙げられ、燃料電極の不動態化、充電容量の低下、サイクル挙動の低下、サイクル寿命の短命化及び全体的な電池効率の低下を招く可能性がある。金属燃料の（例えば、滑らかでない堆積物、デンドライトの形成）集積によって、電極間の電気的接続の早期形成及び電池の短絡を含む問題を引き起こされる可能性がある。部分的にサイクルを繰り返し行った後、すなわち、低い放電深度（ｄｅｐｔｈ−ｏｆ−ｄｉｓｃｈａｒｇ：ＤＯＤ）へと放電した直後に充電を行うことを繰り返した後に、このような問題が起きる可能性が高くなる。このような部分的にサイクルを行った場合に伴う問題はよく知られており、例えば、ニッケル−カドミニウム電池では「メモリ効果」と呼ばれている。不完全な充放電のサイクルを数多く連続して繰り返すと、小さなメモリ効果が発生するが、それはやがて大きなメモリ効果を生むことになる。メモリ効果は、電池の充電状態（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）、すなわち、電池に蓄積されている利用可能な電荷量の算出誤差につながる可能性があり、また、充電時に燃料極上に不均一ででこぼこした金属の堆積物が堆積することにつながる。

本出願は、特に、電着金属燃料を含む電気化学セルを動作させる効果的且つ改善された方法を提供することを目的とし、それにより充放電サイクルにおける金属燃料の堆積物の不均一性及び凹凸を最小限にすると同時に、サイクル寿命及び動作効率を改善する。

本発明の一側面は、電気化学セルシステムを動作させる方法を提供する。前記電気化学セルシステムは、（ｉ）電着金属燃料を受け取る少なくとも二つの燃料極と、（ｉｉ）前記燃料極から離間して設けられる少なくとも一つの酸化剤極と、（ｉｉｉ）少なくとも一つの充電極と、（ｉｖ）前記燃料極、前記酸化剤極及び前記充電極における電気化学反応を補助するべくイオンを伝導させるように、前記電気化学セルシステムの前記電極と通じるイオン伝導性媒質であって、還元可能金属燃料イオンを含むイオン伝導性媒質とを備える。前記方法は、（ｉ）放電ユニット及び充電ユニットを含む複数のユニットへと、前記少なくとも二つの燃料極をグループ分けする工程と、（ｉｉ）前記放電ユニットにおける燃料極の各々において前記金属燃料が酸化され前記少なくとも一つの酸化剤極において酸化剤が還元されることにより、負荷に印加される電気放電電流が前記燃料極と前記酸化剤極との間に発生する放電モードで、前記セルシステムを動作させる工程と、（ｉｉｉ）前記充電ユニット内の燃料極の各々に前記燃料を電着させるべく前記燃料の還元可能種が還元され、前記少なくとも一つの充電極において前記酸化剤の酸化可能種を酸化するべく、前記燃料極と前記充電極との間に電源からの電気充電電流が印加される充電モードで、前記セルシステムを動作させる工程と、（ｉｖ）前記放電ユニット内における所定の枯渇基準を満たす充電状態を有する燃料極の各々を前記放電ユニットから前記充電ユニットに割り当てるべく、燃料極の各々の充電状態を監視する工程と、を備える。

本発明の別の側面では、電気化学セルシステムを提供する。前記電気化学セルシステムは、（ｉ）電着金属燃料を受け取る少なくとも二つの燃料極と、（ｉｉ）前記燃料極から離間して設けられる少なくとも一つの酸化剤極と、（ｉｉｉ）少なくとも一つの充電極と、（ｉｖ）前記燃料極、前記酸化剤極及び前記充電極における電気化学反応を補助するべくイオンを伝導させるように、前記電気化学セルシステムの前記電極と通じるイオン伝導性媒質であって、還元可能金属燃料イオンを含むイオン伝導性媒質と、一つの又は複数のコントローラと、を備える。当該コントローラは、放電ユニット及び充電ユニットを含む複数のユニットへと、前記少なくとも二つの燃料極をグループ分けし、前記放電ユニットにおける燃料極の各々において前記金属燃料が酸化され前記少なくとも一つの酸化剤極において酸化剤が還元されることにより、負荷に印加される電気放電電流が前記燃料極と前記酸化剤極との間に発生する放電モードで、前記セルシステムを動作させ、前記充電ユニット内の燃料極の各々上に前記燃料を電着させるべく前記燃料の還元可能種が還元され、前記少なくとも一つの充電極において前記酸化剤の酸化可能種を酸化するべく、前記燃料極と前記充電極との間に電源からの電気充電電流が印加される充電モードで、前記セルシステムを動作させ、前記放電ユニット内における所定の枯渇基準を満たす充電状態を有する燃料極の各々を前記放電ユニットから前記充電ユニットに割り当てるべく、燃料極の各々の充電状態を監視する。前記一つの又は複数のコントローラは更に、前記充電ユニット内の所定の負荷基準を満たす充電状態を有する燃料極の各々を、前記充電ユニットから前記放電ユニットへと割り当てる。

本発明の上記以外の目的，特徴，及び効果は、以下の詳細な説明，図面，及び特許請求の範囲により明らかになる。

以下、本発明の実施形態を、添付する概略図を参照しつつ、単に例示として説明する。この概略図において、対応する参照符号は、対応する構成要素を示す。

４つの電気化学セルを備える電気化学セルシステムの断面図である。

２つの燃料極を備える電気化学セルシステムを動作させるプロセスを単純化して示した図である。

通常動作モードで電気化学セルシステムを動作させるプロセスを単純化して示したフローチャートである。

本発明の非制限的な実施形態例として、図１に、電気化学セルシステム１００の概略的な断面図を示す。図に示すように、電気化学セルシステム１００は、一定量のイオン伝導性液体を収容し参照番号１０４で概略的に示された内部電池室を画定する付随するハウジング１０２内に少なくとも部分的に収容され得る。一実施形態において、別個の複数のハウジング１０２を連結して、これら複数のハウジング１０２にわたって分布するイオン伝導性液体を共有してもよく、イオン伝導性液体が複数のハウジング１０２間で循環するようにしてもよい（例えば、流体ポンプによって駆動させる）。一実施形態において、システム１００は、共有される一つのハウジング１０２内に収容されその中で循環してセルシステム１００内でイオンを伝導するように構成された液体イオン伝導性媒質を用いている。一実施形態において、ハウジング１０２内の液体イオン伝導性媒質の量は、液位Ｌに達してもよい。イオン伝導性媒質は時にハウジング１０２内で、例えば停滞領域において、概ね静止しているものの、セルシステム１００はイオン伝導性媒質の還流を生成するように構成されていることが理解できる。ある実施形態では、イオン伝導性媒質の流れは、セル１００内に放出されたガスの泡によって生成される対流であってもよく、これは例えば、米国特許出願番号第１３／５３１，９６２号、第１３／５３２，３７４号及び第１３／６６６，８６４号に記載されており、これら出願の全内容は参照により本明細書に組み入れられる。電気化学セル１００の様々な部分が任意の適切な構造及び組成を有しており、それらにはプラスチック、金属、樹脂、又はこれらの組合せを含むがこれらには限定されない。従って、セル１００は、複数の構成要素から形成したり、一体に成型したり、といったように任意の方法で組み立てることができる。様々な実施形態において、電気化学セルシステム１００は、米国特許第８，１６８，３３７号、第８，３０９，２５９号、及び、米国特許出願第１２／５４９，６１７号、第１２／６３１，４８４号、第１２／７７６，９６２号、第１２／８８５，２６８号、第１２／９０１，４１０、第１３／０２８，４９６号、第１３／０８３，９２９号、第１３／１６７，９３０号、第１３／１８５，６５８号、第１３／２３０，５４９号、第１３／２７７，０３１号、第１３／２９９，１６７号、第１３／３６２，７７５号、第１３／５２６，４３２号、第１３／５３１，９６２号、第１３／５３２，３７４号、第１３／６６６，８６４号、第１３／６６８，１８５号、第６１／７０７，４７８号、第６１／７６３，４２８号及び第６１／８９０，７２８号の各明細書のうちの一又は複数に記載された構成要素又は構成を含んでおり、これらの各明細書は参照により全体として本明細書に組み込まれる。

セルシステム１００の一実施形態において、図１に示すように、必要に応じて、複数のセル１１０が共通のハウジング１０２に共に収容されてもよい。このような組み立てによりエネルギー及び／又は電力密度を向上させ、各セルから生成される気泡の相互作用に基づいて所望の流れ方向が得やすくなり、個別の部品の数が減るため又はその他の理由により生産コストを下げることもできる。図１に示す組み立て体では、内部に４つのセル１１０を含んでおり、そのためクアッドセル１００と称される。４つのセル（個別にはセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ及び１１０ｄ）がクアッドセル１００を画定し、他の実施形態においては、これよりも少ない又は多い数のセルを含んでもよい（すなわち、バイセル、トライセル、ペンタセル等を形成する）ことは明らかである。ある実施形態では、複数のセル１１０は共通電極を共有してもよいし、別の実施形態では、図示するように、各セル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ及び１１０ｄが自身の燃料極１１２、酸化剤極１１４及び充電極１１６を（互いに間隔を空けて）それぞれ備えてもよい。図１に示すように、燃料極１１２ａ、酸化剤極１１４ａ及び充電極１１６ａがセル１１０ａと関連付けられている。同様に、燃料極１１２ｂ、酸化剤極１１４ｂ及び充電極１１６ｂがセル１１０ｂと関連付けられており、燃料極１１２ｃ、酸化剤極１１４ｃ及び充電極１１６ｃがセル１１０ｃと関連付けられており、燃料極１１２ｄ、酸化剤極１１４ｂ及び充電極１１６ｂがセル１１０ｂと関連付けられている。しかしながら、ある実施形態では、一のセル１１０の燃料極１１２は、その他のセル１１０と関連付けられた酸化剤還元極１１４及び／又は充電極１１６における電気化学的反応に関わる場合が考えられることは明らかである（例えば、セル１１０ａと関連付けられた燃料極１１２ａが、セル１１０ｂと関連付けられた酸化還元極１１４ｂ及び／又は充電極１１６ｂと接続されてもよい）。

セルシステム１００の燃料極１１２は、イオン伝導性媒質に接触するように内部電池室１０４内で支持されてもよい。一実施形態において、セルシステム１００の放電時又は電力生成モード時には、燃料極１１２はアノードとして機能し、セルシステム１００の充電時又は電力消費モード時にはカソードとして機能する金属燃料極である。燃料は、イオン伝導性媒質又はイオンに懸濁した粒子としてセル１００に供給されるものであってもよい。燃料極は、透過性電極体（メッシュ、スクリーン等）として設けられてもよいし、互いに間隔を空けて設けられる複数の透過性電極体として設けられてもよい。透過性電極体は、電着により又は他の方法により、電池室１０４を通過するか又は他の態様で電池室中に存在するイオン伝導性媒質から金属燃料の粒子又はイオンを捕捉して保持することが可能な任意の組成（ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）により形成されたスクリーンを含み得る。透過性電極体の構成及び動作については、先に参照により組み込まれた米国特許第８，１６８，３３７号、第８，３０９，２５９号、第１２／８８５，２６８号、米国特許出願第１３／１６７，９３０号、第１３／２３０，５４９号、第１３／２７７，０３１号、第１３／２９９，１６７号に記載されている。

セル１００で用いられる燃料は、鉄、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、鉛、カドミニウム、ニッケル又はリチウムといったような金属とすることができる。金属という用語は、これに限定されないが、電極本体に収集されたときに、原子、分子（金属水素化物を含む）及び合金のいずれかの形態をとる、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタニド、アクチナイド、半金属、貧金属、遷移後及び遷移金属を含む、周期表において金属としてみなされるすべての元素を包含するように解釈されるものである。しかしながら、本発明は、特定の燃料に限定されるように意図されたものではなく、他の燃料を用いてもよい。

図１に示す実施形態では、各セル１１０に対して１個の燃料極１１２が関連付けられているが、別の実施形態では、例えば、米国特許第８，３０９，２５９号及び米国特許出願第１３／２９９，１６７号及び第１３／２３０，５４９号明細書に記載されるように、燃料極１１２は、複数の透過性電極体によって構成されていてもよい。例えば、上記で参照により組み込まれた米国特許出願第１３／１６７，９３０号明細書に記載されるように、複数の透過性電極本体は階段状の構成となるように異なる大きさを有してもよいし、他の実施形態においては、電極は実質的に同じ大きさを有してもよい。ある実施形態では、共通燃料極１１２は、複数の隣接するセル１１０の燃料極であってもよい。例えば、図示の実施形態において、燃料極１１２ａ及び燃料極１１２ｂを、セル１１０ａ及びセル１１０ｂが共有する共通燃料極で置き換えてもよい。

一実施形態において、酸化還元極１１４は、任意の好適な構造又は構成を有する。例えば、酸化剤還元極１１４は電気化学セルシステム１００内での酸素還元をサポートするように構成されており、セルシステム１００の放電中に燃料極１１２と電位差を生じるように構成される。一実施形態において、酸化剤還元極１１４は「活性材料」として特徴づけられるメッシュ又はコーティングを有する活性層を含んでもよい。活性材料は、酸素還元に関連する電気化学反応を促進する。従って、一実施形態において、酸化剤還元極１１４は、活性材料がイオン伝導性媒質と接触して、燃料極１１２との間でイオンが相互に伝導されるように、電池室１０４内に配置される。一部の実施形態において、酸化還元極の活性材料は触媒粒子又は触媒材料、導電性マトリックス、及び疎水性材料の混合物を組み合わせて複合材料としたものか又は他の方法で積層したものによって形成される。様々な実施形態において、活性材料は、一の又は複数の金属及び／又はその酸化物によって構成されてもよく、これに限定されないが、例えば、マンガン、銀、ニッケル、プラチナ、ランタン、ストロンチウム及びコバルト等によって構成されてもよい。酸化剤極についての更なる詳細については、上記で参照した米国特許出願第１３／５３１，９６２号、第１３／５５３，２６９号、第１３／６６８，１８０号及び第１３／６６８，１８５号を参照されたい。

一実施形態において、酸化剤還元極１１４は封止される又はその他の方法で組み立てられて酸化剤還元極モジュールとなり、これが電池室１０４内のイオン伝導性媒質に浸漬される。少なくとも一つの空気流路１１８（個別には、空気流路１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ及び１１８ｄ）が酸化還元極モジュール内へと延出して、酸化還元極１１４へと空気又はその他の酸化剤を供給する。このような構成の詳細については、上記で参照した米国特許出願第１３／５３１，９６２号明細書に記載されている。

図に示すように、別個の充電極１１６を含む実施形態において、この充電極１１６は酸化剤還元極１１４及び燃料極１１２の間に配置されている。この別個の充電極１１６が設けられないセル１１０の実施形態においては、酸化剤還元極１１４は、セル１１０の充電中及び放電中のいずれにも（すなわち、充電中はアノードとして、放電中はカソードとして）用いることができる。したがって、「充電極」という言葉は、他の電極と区別して、充電時にアノード電位へと電極を充電する機能を実行する構成要素として理解されると同時に、実施形態の一部では、他の電極のうちの一つによって構成される又は充電機能を有する他の電極の一部を指す場合もある。

図１に示す実施形態では、充電極１１６が各セル１００に関連けられている。図の実施形態においては、充電極１１６は燃料極１１２から離間しているものの、一部の実施形態においては、充電極１１６は燃料極１１２の一部を含んでもよく、この場合、好適な絶縁材料が必要となる。図に示すように、充電専用の充電極１１６は一般的に、燃料極１１２と酸化還元極１１４との間に配置されるが、その他の配置も可能である。充電極１１６は、燃料極１１２から離間して配置されてもよい。一部の実施形態において、充電極１１６は、燃料極１１２の絶縁された部分であってもよい（例えば、透過性電極本体のうちの一つ又は複数である場合を含む）。燃料極１１２の場合と同様に、充電用電極１１６は電池室１０４内に配置され、イオン伝導性媒質と接触するようになっている。充電極１１６は液体イオン伝導性媒質内に存在する酸化可能な酸化剤種の酸化に関与するように構成され、セル１１０の充電中に、酸化した金属燃料種の還元及び燃料電極１１２における金属燃料の成長を促進する。従って、一部の実施形態において、充電極１１６は酸素発生電極として特徴づけることができる。というのは、電気化学セル１１０の充電中に充電極１１６からガス種が還元プロセスにより発生するからである。

一実施形態において、充電の間に生成される気泡は、燃料極１１６上で発生しそこから液体電解質の液位Ｌに向かって上昇することにより、イオン伝導性媒質の流れが生じる。複数の充電極１１６を、対向する２つの酸化還元極１１２を間に挟んで互いに離間させて配置することにより通常は気泡を発生させることができ、それによって、矢印１２０によって概して表されるような流れのパターンが生成される。イオン伝導性媒質のその他の様々な流れのパターンが可能であり、例えば、上記で引用した米国特許出願第１３／５３２，３７４号及び第１３／６６６，８６４号に記載されたパターンが挙げられる。さらに、図１には示されていないが、ある実施形態では、拡散器、流れ転向体又はその他の流れ変更体を実装してもよい。

イオン伝導性媒質は水溶液であってもよい。好適な媒質には、例えば、硫酸、燐酸、トリフリン酸、硝酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウム、硝酸カリウム、水酸化リチウム又は塩化リチウムを含む水溶液が含まれる。一部の実施形態において、イオン伝導性媒質は水性の水酸化カリウムである。一実施形態では、イオン伝導性媒質は、電解質を含み得る。例えば、先に参照によって全体が組み込まれた米国特許出願第１２／７７６，９６２号明細書において述べられているように、従来の液体電解質溶液を用いてもよく、室温イオン液体を用いてもよい。一部の実施形態において、例えば、先に参照によって組み込まれた米国特許出願第１３／０２８，４９６号、第１３／５２６，４３２号、第６１／７８０，３２２号及び第６１／７８０，６６２号明細書に記載されたような、燃料極１１２上の金属燃料の電着工程を増進する添加剤を含むがこれに限定されない添加剤を、イオン伝導性媒質に加えてもよい。このような添加剤は、例えば、燃料粒子のデンドライトの成長を抑制し、放電時に燃料極１１２から燃料粒子が分離する可能性を低減する、及び／又は、セルシステム１００内部の電極間での望ましくない電気的接触が発生する可能性を低減する。

様々な実施形態において、燃料極１１２、酸化剤還元極１１４及び別個に設けられた充電極１１６を、スイッチングシステムによって接続してもよく、当該スイッチングシステムは、セル１１０及びセルシステム１００を電源、負荷又は他のセルと直列に接続するように構成されている。放電中に、燃料極１１２は負荷に接続され、アノードとして動作して、燃料が燃料極１１２で酸化されたときに金属燃料によって放出された電子が外部負荷に流れることになる。酸化剤還元極１１４は放電中にカソードとして機能し、外部負荷から電子を受け取って、酸化剤還元極１１４と接触する酸化剤、特にセル１１０の周囲の空気中の酸素、セル１１０内に供給される酸素又はセル１１０から再循環される酸素を還元するように構成される。充電中には、燃料極１１２は電源と接続され、カソードとして動作し、イオン伝導性媒質内で酸化された燃料が燃料極１１２において還元される。また、充電中に、充電極１１６はアノードとして機能し、充電極１１６に接触した還元済み酸化剤を酸化する、具体的には、イオン伝導性媒質内に酸素を発生させる。様々なスイッチングシステム構成及びその動作が可能であり、例えば、先に参照した米国特許第８，３０９，２５９号及び米国特許出願第１２／８８５，２６８号、第１３／０８３，９２９、第１３／２９９，１６７号、第１３／２３０，５４９号、第１３／２７７，０３１号明細書に記載されている。

セルシステム１００の充放電中に発生する電気化学的反応は、酸化還元（レドックス）反応であることは明らかである。例えば、金属燃料が亜鉛である一実施形態では、イオン伝導性媒質は、亜鉛燃料として燃料極１１２にめっきされる還元可能亜鉛を含む。このような一実施形態では、還元反応が燃料極１１２（還元場所）において発生し、Ｚｎ（ＯＨ）₄ ^2-＋２ｅ^-→Ｚｎ＋４ＯＨ^-と表され得る。対応する酸化反応が充電極１１６で起き、２ＯＨ^-→Ｈ₂Ｏ＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-と表すことができる。したがって、充電極１１６は、セルシステム１００内で酸素ガスを生成することが理解でき、このことから酸素発生電極と特徴付けられる。また、ある実施形態では、異なる金属燃料が使用され、この場合には、酸素ガス又は別の気体をセルシステム１００内で発生させる異なる化学反応が起きる。

金属燃料が亜鉛である一実施形態では、酸化反応は化学反応式Ｚｎ→Ｚｎ²⁺＋２ｅ^-と表すことができる。亜鉛イオンは、イオン伝導性媒質中の水酸化イオンと結合して、Ｚｎ²⁺＋４ＯＨ^-→Ｚｎ（ＯＨ）₄ ^2-となる。ジンケート（Ｚｎ（ＯＨ）₄ ^2-）は、イオン伝導性媒質中を流れて、将来セルシステム１００が充電される時に燃料極１１２において亜鉛燃料へと還元可能な状態となる。

未使用の燃料極（以前に金属燃料が堆積していない）上への金属燃料の電着は、金属電極表面上に最小限の不均一性、最小限のデンドライト等を伴う滑らかな金属燃料の層として堆積する。一方、以前の充放サイクルにおける金属燃料が残っている金属燃料極上の電着の場合は、不均一な金属燃料電着物となる。このような不均一性は、サイクルを部分的に繰り返すと大きくなる、すなわち、放電の後すぐに充電を行う（又は、言い換えると、ＳＯＣが０よりも大きな充電状態へと放電した後に充電プロセスを行う）ことを繰り返すと、不均一性が大きくなる。

繰り返し行われる充放電サイクルにおける金属燃料の不均一な堆積は、燃料電極の不動態化、充電容量の低下、サイクル挙動の低下、サイクル寿命の短命化及び全体的な電池効率の低下を招く可能性がある。特定の理論に限定されることなく一般的に、既存の堆積物による高い電解強度により不均一な堆積が続き、それにより、当該不均一な領域に選択的に堆積されてしまう。金属燃料の（例えば、デンドライトの形成）集積によって、電極間の電気的接続の早期形成及び電池の短絡を含む問題を引き起こされる可能性がある。このような不完全なサイクルを行った場合に関連する問題はよく知られており、例えば、ニッケル−カドミニウム電池では「メモリ効果」と呼ばれている。このような効果は、電池の充電状態（ＳＯＣ）、すなわち、電池内に蓄積されている利用可能な電荷量（又は、言い換えると、電池が蓄電可能な全電荷量に対する現在の状態の比を、パーセントで表したもの）を計算する時に誤差につながる。

電極のリセットプロセス又は深い放電プロセスによって、不均一に堆積した金属燃料の蓄積を除去することができる場合がある。電池の通常動作モードの間に、別途、時間の掛かる深い放電プロセスを行うのは不可能であり、（例えば、蓄積した金属燃料堆積物又はデンドライト状の形成物を除去するべく）調整プロセス又はリセットプロセスを開始する必要が生じる可能性がある。様々な調整プロセス及びリセットプロセスが可能であり、例えば、上記で援用した、米国特許出願第１３／２７７，０３１号明細書「階段状（ｓｃａｆｆｏｌｄ）燃料極の場合の電池リセットプロセス」及び同時係属中の米国仮特許出願第６１／８９０，７２８号「電着金属燃料を備える電気化学セルを動作及び調整する方法」に記載されている。

本明細書に記載される発明は、電着燃料を含む電気化学セルを動作させるシステム及び方法に関し、金属燃料電極において金属燃料堆積が最小限の部分サイクル履歴で開始されるように通常動作モードにおける充放電サイクルが進むようにすることに関する。このようなセルシステム及び関連する動作方法は、金属燃料極が以前の充放電サイクルの「メモリ（ｍｅｍｏｒｙ）」を有さないように構築される。このシステムの様々な実施形態及び利点について、以下の段落で説明する。

電気化学セルシステム１００は、金属燃料極を枯渇させた（ｄｅｐｌｅｔｅｄ）状態で充電を開始するように充放電サイクルが設定される（すなわち、所定の完全放電状態等、所定の枯渇状態を満たす点まで放電させた金属燃料極で充電を開始することにより、不完全サイクル状態を回避する）。これは、部分的な放電のみが行われた燃料極を充電することを最小限にするように設計された制御プロセスである。例えば、燃料極１１２ａ及び１１２ｃが部分的な放電を行う場合、次の充電は燃料極１１２ｂ及び１１２ｄで行う。その次の放電イベントでは、引き続き燃料極１１２ａ及び１１２ｃを使用するようにする。燃料極１１２ａ及び１１２ｃが完全に放電される（すなわち、枯渇条件を満たす）前に放電イベントが停止された場合（例えば、送電システムが利用可能となった場合）、次の充電は再び燃料極１１２ｂ及び１１２ｄで開始される。一方、燃料極１１２ａ及び１１２ｃが完全に放電される（すなわち、枯渇条件を満たした）放電イベントの場合には、放電は以前に部分的に充電された燃料極１１２ｂ及び１１２ｄに切り替わり、連続して途切れることなく負荷へと放電されるようにする。この場合、燃料極１１２ａ及び１１２ｃは深く放電された又は枯渇した（本明細書では、枯渇状態とは必ずしも１００％枯渇したという意味ではない）状態であると考えられる。次の充電プロセスは燃料極１１２ａ及び１１２ｃで開始されて、燃料極１１２ｂ及び１１２ｄは部分的に充電された状態のままとなる（一つ前の放電段階で放置）。この方法によれば、最近に部分的に放電された燃料極ではなく、一つ前に深く放電された電極又は最近に部分的に充電された燃料極のみ充電が行われる。このような条件の下、一対の燃料極１１２ａ及び１１２ｃ又は１１２ｂ及び１１２ｄは、０％から１００％の充電状態を取り得る。また、燃料極１１２ａ及び１１２ｃ並びに１１２ｂ及び１１２ｄの充電状態の合計は、充電サイクルの完了後は１００％となる。もちろん、０％及び１００％といった絶対的な数字を使用する必要はなく、その他の下限閾値及び上限閾値を使用してもよい。

ある実施形態では、セル１００の化学的性質、構成及び構造に関する好適な理由から、幾つかの電極を意図的にグループ化する又は割り当ててもよい。例えば、一対の電極１１２ａ／１１２ｃ及び一対の電極１１２ｂ／１１２ｄを、それぞれペアとしてしてもよい。これは、例えば、電極１１２ａ／１１２ｂを一対の電極とすると、２つのカソード１１４ｃ／１１４ｄのみが電力供給可能となり、不適切であるからである。電極１１２ａ／１１２ｄ及び電極１１２ｂ／１１２ｃをペアとする場合、セル１００の望ましい対流特性が不均一となる。

別の例として、放電ユニットの燃料極が最初の開始放電段階において１００％ＳＯＣから５０％ＳＯＣへと放電されて、電気化学セルシステムの電力がもはや必要なくなる（例えば、送電網が利用可能となる）と、当該電気化学セルシステムの次の充電モードの間には燃料極は非アクティブとなる。電気化学セルシステムの電力が再び必要となる（例えば、送電網が利用不可能となる）と、同じ放電ユニットの燃料電極がアクティブとなり、送電網が再び利用可能となるまでに、例えば、５０％ＳＯＣから所定の充電枯渇状態へと放電される。

別の単純化された例として、複数のアノード１１２が２つのユニット、例えば、ユニットＡ及びユニットＢに分けられて、セル１００は各ユニット内に等しい数のアノードを有する。最初に、ユニットＡが完全に充電される。次いで、サイクル＃１−Ｎにおいて、ユニットＡ内のアノードが、グループＡ（放電ユニット）のＳＯＣが枯渇基準を満たすまで各サイクルで放電される。各サイクル＃１−Ｎにおいて負荷基準（充電量（Ａｈ）に達するのに必要な電荷量が、グループＢ（充電ユニット）のアノードに堆積される。ユニットＡのアノードが完全に放電されユニットＢのアノードが完全に充電された後、これらのグループの機能が入れ替わり、ユニットＢが放電ユニットとなりユニットＡが充電ユニットとなる。セル１００をこのように動作させることにより、アノードが完全充電−完全放電の「塊になったサイクル（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｄ ｃｙｃｌｅｓ）」でのみ動作することになることから、部分充電サイクル状態（ｐａｒｔｉａｌ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ ｃｙｃｌｉｎｇ：ＰＳＯＣ）を避けることができる。「ユニット」という言葉は、各ユニットに一の又は複数の燃料極が割りてられていることを表すために使用されている。典型的には、各ユニットに割り当てられる燃料極の数は等しいが、別の実施形態では異なってもよい。

図２に示される単純化された実施形態では、燃料極２１２ａ、燃料極２１２ｂ、酸化剤還元極２１４及び充電極２１６が、共通のイオン伝導性媒質中に配置されている。図では、２つの燃料極（２１２ａ及び２１２ｂ）、１つの酸化剤還元極（２１４）、１つの酸素発生電極（２１６）が明示されているが、図示されたよりも多い数の電極を採用してもよいことは明らかであり、複数の電極の様々な配置が可能である。セルシステムを動作させるプロセスは、直前の充電段階（図示せず）に続いて開始されてもよい第１の放電段階２０２を含んでもよい。図２に示すように、放電段階２０２は、燃料極２１２ａが１００％の充電状態（ＳＯＣ）であり燃料極２１２ｂが０％のＳＯＣである状態で開始される。（これらの例では、例示のために絶対的な数値０％及び１００％が使用されているが、実際には異なる閾値を使用してもよく、例えば、５％又は１０％、及び９０％又は９５％といった値を採用してもよい。）燃料極２１２ａはスイッチ２２０ａと関連付けられ、燃料極２１２ｂはスイッチ２２０ｂと関連付けられる。放電段階２０２の間、スイッチ２２０ａを介して燃料極２１２ａは負荷に接続され、金属燃料から電子が放出されるとアノードとして動作し、燃料が燃料極２１２ａで酸化されると電子が外部負荷２３０通じて、カソードとして機能する酸化還元極２１４へと流れる。図示の実施形態では、スイッチ２２０ｂが開放され、燃料極２１２ｂは放電プロセスに関わらなくなる。充電段階２０２では、燃料極２１２ａの充電状態（ＳＯＣ）が低下する。外部状況の結果（例えば、送電網による電力供給が利用可能となる）として、放電段階２０２が終了してもよい。また、電圧測定、電流測定、インピーダンス測定、累積充電率（ＳＯＣ）（Ａｈ）、温度測定、充電容量測定、サイクル数、経過時間、所定のスケジュール、手動のユーザコマンド、又はこれらの組み合わせの結果、放電段階２０２が終了してもよい。

放電段階２０２に続いて、燃料極２１２ａが部分充電状態、例えば、５０％ＳＯＣであり、燃料極２１２ｂがゼロ充電状態、例えば、０％ＳＯＣである状態で、充電段階２０４が開始される。充電段階２０４において、燃料極２１２ｂはスイッチ２２０ｂを介して電源２４０と接続されカソードとして動作し、酸化された燃料がイオン伝導性媒質内で燃料極２１２ｂにおいて還元される。充電中に、充電極２１６はアノードとして機能し、充電極２１６に接触した還元済み酸化剤を酸化する。充電段階２０４では、燃料極２１２ａはスイッチ２２０ａにより電源２４０から切り離されて、５０％ＳＯＣの状態が維持される。充電段階２０４では、燃料極２１２ｂの充電状態（ＳＯＣ）が上昇する。充電段階２０４の終わりには、燃料極２１２ｂが完全充電される、又は、例えば、５０％ＳＯＣのように部分的に充電されてもよい。外部状況の結果（例えば、送電網による電力供給が利用不可能となる）として、充電段階２０４が終了してもよい。また、電圧測定、電流測定、インピーダンス測定、累積充電率（ＳＯＣ）（Ａｈ）、温度測定、充電容量測定、サイクル数、経過時間、所定のスケジュール、手動のユーザコマンド、又はこれらの組み合わせの結果、充電段階２０４が終了してもよい。

充電段階２０４に続いて、５０％ＳＯＣである燃料極２１２ａ及び５０％ＳＯＣである燃料極２１２ｂにおいて放電段階２０６が開始されてもよい。放電段階２０６では、燃料極２１２ａはスイッチ２２０ａを介して負荷２３０に接続されてアノードとして機能する。従って、電子が外部負荷２３０を通じて酸化剤還元極２１４へと流れて、燃料極２１２ａのＳＯＣが低下する。図示の実施形態では、スイッチ２２０ｂが開放され、燃料極２１２ｂは放電プロセスに関わらなくなり、５０％ＳＯＣの状態が維持される。外部状況の結果（例えば、送電網による電力供給が利用可能となる）として、放電段階２０６が終了してもよい。また、電圧測定、電流測定、インピーダンス測定、累積充電率（ＳＯＣ）（Ａｈ）、温度測定、充電容量測定、サイクル数、経過時間、所定のスケジュール、手動のユーザコマンド、又はこれらの組み合わせの結果、放電段階２０６が終了してもよい。

放電段階２０６に続いて、低いＳＯＣ又はゼロＳＯＣである、例えば、０％ＳＯＣの状態の燃料極２１２ａ、及び、部分充電状態である、例えば、５０％ＳＯＣである燃料極２１２ｂにおいて、充電段階２０８が開始される。充電段階２０８において、燃料極２１２ｂはスイッチ２２０ｂを介して電源２４０と接続されカソードとして動作し、酸化された燃料がイオン伝導性媒質内で燃料極２１２ｂにおいて還元される。充電中に、充電極２１６はアノードとして機能し、充電極２１６に接触した還元済み酸化剤を酸化する。充電段階２０８では、燃料極２１２ａはスイッチ２２０ａにより電源２４０から切り離されて、低ＳＯＣ又は０％ＳＯＣの状態が維持される。充電段階２０８では、燃料極２１２ｂの充電状態（ＳＯＣ）が上昇する。充電段階２０８の終わりには、燃料極２１２ｂが完全に充電されて、例えば、１００％ＳＯＣと表すことができる。外部状況の結果（例えば、送電網による電力供給が利用不可能となる）として、充電段階２０８が終了してもよい。また、電圧測定、電流測定、インピーダンス測定、累積充電率（ＳＯＣ）（Ａｈ）、温度測定、充電容量測定、サイクル数、経過時間、所定のスケジュール、手動のユーザコマンド、又はこれらの組み合わせの結果、充電段階２０８が終了してもよい。

図２の実施形態では、動作の説明を簡易にする目的から、スイッチ２２０ａ及びスイッチ２２０ｂが単純化して描かれているが、実施形態に応じて回路及びスイッチは様々に異なることは明らかである。一実施形態において、スイッチ２２０は、半導体スイッチを含んでもよい。例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を採用してもよい。ある実施形態では、スイッチは、パルス幅変調器が提供するデューティサイクルに従って開閉してもよく、当該パルス幅変調器からのデューティサイクルに応じて振幅が可変であってもよい。様々なスイッチングシステム構成及びその動作が可能であり、例えば、先に参照した米国特許第８，３０９，２５９号及び米国特許出願第１２／８８５，２６８号、第１３／０８３，９２９、第１３／２９９，１６７号、第１３／２３０，５４９号、第１３／２７７，０３１号、第１４／０３９，２８５号明細書に記載されている。

一実施形態において、スイッチは基本的に、電気化学セルシステム内の燃料極からの電気の流れを調節するスロットルとして機能してもよい。例えば、図２の放電段階２０６では、スイッチ２２０ｂは完全に開放されない替わりに、関連するゲート電圧によってチャネル抵抗が制御されるような線形モードにおける可変抵抗として動作するＦＥＴスイッチとして設けられる。このような一実施形態において、燃料極２１２ａからの電流の大部分に加えて、燃料極２１２ｂが外部負荷２３０に電力の一部を供給してもよい。所望の動作条件及び負荷要求に応じて、チャネル抵抗を大きくして、燃料極２１２ｂから外部負荷２３０への電流の寄与を最小限にしてもよい。別の実施形態では、燃料極又は複数の燃料極からなるグループのチャネル抵抗を最小限にして、通常動作モード又は調整モード（例えば、リセット又は深い放電）の間に燃料を枯渇させて、その結果得られる電流を外部負荷の電力供給に寄与させてもよい。このように、セルのメンテナンスと同時に、外部負荷に電力を供給することができる。

ある実施形態では、特定の条件下では、最近放電が行われたが完全に放電し切っていないアノードを充電してもよい。例えば、電極の両方のペアが部分充電状態（例えば、５０％と５０％）であって、次の放電ステップが５０％の放電深度（ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ：ＤＯＤ）を必要としている場合が考えられる。すなわち、負荷要求が、放電に割り当てられた（電極からのみの）エネルギー又は電力よりも大きい場合が考えられる。このような状況では、一つの電極ペア、例えば、１１２ａ／１１２ｃが約１０％ＳＯＣ（約１０％ＳＯＣ未満では全負荷をサポートすることが不可能である可能性があるため）であり、もう一つの電極ペア、例えば、１１２ｂ／１１２ｄが４０％ＳＯＣに達する。次の充電では、完全な放電段階へと入る前に、約１０％ＳＯＣにある１１２ａ／１１２ｃのペア（放電したばかりのアノードのペア）を直接充電するのが有効であると考えられる。

図３に示すように、電気化学セルシステムは、通常動作モード３０２に入ってもよい。一実施形態では、電気化学セルシステムに関連付けられたコントローラは、当該電気化学セルシステムの複数の燃料極を、段階３０４において放電グループと充電グループとを含む幾つかのグループに分けてもよい。所望の動作条件に応じて、コントローラは、充電モードと放電モードとの間で動作を制御してもよい。図３の比制限的な例では、外部送電網が利用可能か否かによって、段階３０６において電気化学セルシステムの動作モードを決定してもよい。外部送電網が利用不可能な場合、段階３０８において放電ユニット内の燃料極を所定の枯渇ＳＯＣへと放電させてもよい。所定の枯渇ＳＯＣ値又は枯渇条件は、電圧測定、電流測定、インピーダンス測定、経過時間、計算されたＳＯＣ又は累積ＳＯＣ等によって通知されてもよい。ＳＯＣは必ずしも直接測定する必要はなく、周知の様々な方法により推定されてもよいし、間接的に測定されてもよい。非制限的な例の一例として、亜鉛−空気システムの場合であって負荷への電力供給を維持するために、放電グループの放電の間にセルの電圧が、１ボルト、０．９７５ボルト又は０．９５ボルトを下回った場合、放電グループは枯渇状態になったとみなされて、その他の燃料極グループへと放電を切り替えてもよい。多くの化学反応における電圧は、放電状態と相関していることから、放電状態の間接的な又は推定される測定値として使用してもよい。これに代えて、充電状態（ＳＯＣ）値が、２０％又は１５％を下回った場合に、望ましくは、１０％を下回った場合に、放電グループが枯渇状態となったとみなして、その他の燃料極グループへと放電を切り替えてもよい。

一実施形態において、所定の枯渇充電状態は、放電を開始する前の充電状態よりも低い値であり、例えば、０％ＳＯＣから２０％ＳＯＣの範囲である。段階３１０において、放電グループ内の一の燃料極が所定の枯渇ＳＯＣに達した場合には、段階３１２において充電グループに再割り当てされてもよい。段階３０６において送電網が利用可能となった場合、電気化学セルシステムは、段階３１４において充電グループ内の燃料極を、所定の完全充電状態へと充電してもよい。所定の完全ＳＯＣ値又は負荷基準は、電圧測定、電流測定、インピーダンス測定、経過時間、計算されたＳＯＣ又は累積ＳＯＣ等によって通知されてもよい。一実施形態において、所定の完全充電状態は、充電を開始する前の充電状態よりも高い値であり、例えば、９０％ＳＯＣから１００％ＳＯＣの範囲である。これに代えて、例えば、亜鉛−空気セルの場合に充電電圧が、２．５ボルト又は２．５ボルトを超えた場合、又は、セルの設計及び化学反応によって決定されるその他の電力制限値を超えた場合には、充電電極グループが完全充電状態となったとみなしてもよい。段階３１６において充電ユニット内の一の燃料極が所定の完全ＳＯＣに達した場合には、段階３１８において放電ユニットに再割り当てされてもよい。

電圧測定、電流測定、インピーダンス測定、累積充電率（ＳＯＣ）（Ａｈ）、温度測定、充電容量測定、サイクル数、経過時間、所定のスケジュール、手動のユーザコマンド、又はこれらの組み合わせに基づいて、コントローラは複数の燃料極のグループ分けを行ってもよい。例えば、セルシステム１００に関連付けられた一つの又は複数の検出装置が、上記のような測定を行うように構成されてもよい、及び／又は、これら又はその他の測定から上記のような測定結果が導出されてもよい。一実施形態において、このような測定が、セルシステム１００内の一つの又は複数のセル１１０に対して、もしくは、セルシステム１００全体に対して行われる。一実施形態において、一つの又は複数の検出装置を制御装置に接続して（例えば、電子機器、回路及び／もしくは一つの又は複数のプロセッサ）、当該一つの又は複数の検出装置から検出データを受信するように構成してもよい。一実施形態において、制御装置は、以下に記載するように、セル１１０の選択的な充電又は放電を行うように構成される。一実施形態において、制御装置は、セルシステム１００内の複数の電極１１２のうちの一つ又は複数もしくはその他の場所の測定値を得るべく、測定を行う、計算を行う又は測定値の推測を継続して行うように構成されてもよい。また、測定結果に従ってセル１１０の充電及び／又は放電を選択的に制御してもよい。

簡略化して示されている図３の例には描かれていないが、燃料極のグループには、調整ユニットが含まれてもよい。例えば、調整グループ内の燃料極は、当該燃料極に存在するデンドライト状の形成物を取り除くように構成されたリセットプロセス、例えば、深い放電、パルス充放電（ｃｈａｒｇｅ−ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｕｌｓｉｎｇ）に入ってもよい。ある実施形態では、別の調整モードを採用してもよい。電気化学セルシステムの調整又はリセットは、任意の適切なプロセスによって行われてもよい。ある実施形態では、外部電源からの電力が利用可能となった時に調整プロセスが開始される。更に、コントローラは、燃料極１１２及び／又はセル１１０をリセット及び／又はパルス充放電すべきかを判断して、セルシステム１００に調整プロセスを開始させる及び／又は終了させるように指令してもよい。例えば、このようなリセットプロセスの実施形態は、パルス充放電、又は、米国特許出願第１３／２７７，０３１号、同時係属の米国特許仮出願第６１／８９０，７２８号「電着金属燃料を備える電気化学セルの動作及び調整方法」に開示されているようなリセットプロセスを含む。

一部の実施形態において、電極本体１１４ａ−ｄ、酸化剤還元極１１２ａ−ｄ、及び／又は、充電極１１６ａ−ｄのうちの一又は複数は、スイッチングシステム又は他の回路によって相互に接続され、セル１００の充電及び放電の制御を選択的に提供する。このスイッチングシステムに対応するスイッチはコントローラによって制御され、このコントローラは、一部の実施形態において、先に参照によって組み込まれた米国特許出願第１３／０８３，９２９号明細書、同第１３／２３０，５４９号明細書、及び同１３／２９９，１６７号明細書に記載されるものと略適合する任意の好適な構造及び構成を有している。様々な実施形態において、スイッチングシステムのスイッチの制御はユーザによる選択、センサによる読取り値、又は他の任意の入力によって決定される。一部の実施形態において、コントローラはまた、負荷、電源及び複数のセル１００の間の接続性を管理する機能を有する。一部の実施形態において，コントローラは、所定の閾値に達した電圧の検出（所定の閾値を下回ったこと等）に応じて、又は、その他の好適な指標の検出に応じて、バイパススイッチを作動させる適切なロジック又は回路を備えることができる。

例えば、コントローラは、ソリッドステートの及び／又はプログラム可能なマイクロコントローラ、回路、集積回路、又は、これらの任意の組み合わせを備えてもよい。

上述した実施形態は、専ら本発明の構造的及び機能的な原理を例示するために提供されており、限定することを意図したものではない。むしろ，本発明は、添付特許請求の範囲の趣旨及び範囲内にある全ての修正、変更、代替物及び均等物を含むことを意図している。

Claims (13)

1. 電気化学セルシステムを動作させる方法であって、前記電気化学セルシステムは、
   （ｉ）電着金属燃料を受け取る少なくとも二つの燃料極と、
   （ｉｉ）前記燃料極から離間して設けられる少なくとも一つの酸化剤極と、
   （ｉｉｉ）少なくとも一つの充電極と、
   （ｉｖ）前記燃料極、前記酸化剤極及び前記充電極における電気化学反応を補助するべくイオンを伝導させるように、前記電気化学セルシステムの前記電極と通じるイオン伝導性媒質であって、還元可能金属燃料イオンを含むイオン伝導性媒質と、を備え、
   前記方法は、
   （ｉ）放電ユニット及び充電ユニットを含む複数のユニットへと、前記少なくとも二つの燃料極をグループ分けする工程と、
   （ｉｉ）前記放電ユニットにおける燃料極の各々において前記金属燃料が酸化され前記少なくとも一つの酸化剤極において酸化剤が還元されることにより、負荷に印加される電気放電電流が前記燃料極と前記酸化剤極との間に発生する放電モードで、前記セルシステムを動作させる工程と、
   （ｉｉｉ）前記充電ユニット内の燃料極の各々に前記燃料を電着させるべく前記燃料の還元可能種が還元され、前記少なくとも一つの充電極において前記酸化剤の酸化可能種を酸化するべく、前記燃料極と前記充電極との間に電源からの電気充電電流が印加される充電モードで、前記セルシステムを動作させる工程と、
   （ｉｖ）前記放電ユニット内における所定の枯渇基準を満たす充電状態を有する燃料極の各々を前記放電ユニットから前記充電ユニットに割り当てるべく、燃料極の各々の充電状態を監視する工程と、を備え、
   前記充電ユニット内の所定の負荷基準を満たす充電状態を有する燃料極の各々を、前記充電ユニットから前記放電ユニットへと割り当てる、方法。
2. 前記充電極が、（ａ）前記酸化剤極、（ｂ）第３の電極、及び、（ｃ）前記燃料極の一部分、からなる群から選択されたものである、請求項１に記載の方法。
3. 前記所定の枯渇基準は、０％から２０％の範囲の閾値を下回る充電状態である、請求項１に記載の方法。
4. 前記所定の枯渇基準は、９０％から１００％の範囲の閾値を上回る充電状態である、請求項１に記載の方法。
5. 複数の燃料極がグループ分けされる前記複数のユニットは更に調整ユニットを含み、
   方法は更に、前記調整ユニット内の燃料極の各々を調整する工程を備える、請求項１に記載の方法。
6. 前記調整ユニット内の燃料極の各々を調整する工程は、前記調整ユニット内の燃料極の各々に存在するデンドライト状の形成物を取り除くように構成されたリセットプロセスを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記調整ユニット内の燃料極の各々を調整する工程は、前記調整ユニット内の燃料極の各々に存在するデンドライト状の形成物を取り除くように構成されたパルス充放電を含む、請求項５に記載の方法。
8. 前記調整ユニット内の燃料極の各々を調整する工程は、前記負荷に印加するべく、前記調整ユニット内の前記燃料極から電気放電電流を放電することを含む、請求項５に記載の方法。
9. （ｉ）電着金属燃料を受け取る少なくとも二つの燃料極と、
   （ｉｉ）前記燃料極から離間して設けられる少なくとも一つの酸化剤極と、
   （ｉｉｉ）少なくとも一つの充電極と、
   （ｉｖ）前記燃料極、前記酸化剤極及び前記充電極における電気化学反応を補助するべくイオンを伝導させるように、前記電気化学セルシステムの前記電極と通じるイオン伝導性媒質であって、還元可能金属燃料イオンを含むイオン伝導性媒質と、
   一つの又は複数のコントローラと、を備える電気化学セルシステムであって、
   当該コントローラは、
   放電ユニット及び充電ユニットを含む複数のユニットへと、前記少なくとも二つの燃料極をグループ分けし、
   前記放電ユニットにおける燃料極の各々において前記金属燃料が酸化され前記少なくとも一つの酸化剤極において酸化剤が還元されることにより、負荷に印加される電気放電電流が前記燃料極と前記酸化剤極との間に発生する放電モードで、前記セルシステムを動作させ、
   前記充電ユニット内の燃料極の各々上に前記燃料を電着させるべく前記燃料の還元可能種が還元され、前記少なくとも一つの充電極において前記酸化剤の酸化可能種を酸化するべく、前記燃料極と前記充電極との間に電源からの電気充電電流が印加される充電モードで、前記セルシステムを動作させ、
   前記放電ユニット内における所定の枯渇基準を満たす充電状態を有する燃料極の各々を前記放電ユニットから前記充電ユニットに割り当てるべく、燃料極の各々の充電状態を監視し、
   前記一つの又は複数のコントローラは更に、前記充電ユニット内の所定の負荷基準を満たす充電状態を有する燃料極の各々を、前記充電ユニットから前記放電ユニットへと割り当てる、電気化学セルシステム。
10. 前記充電極が、（ａ）前記酸化剤極、（ｂ）第３の電極、及び、（ｃ）前記燃料極の一部分、からなる群から選択されたものである、請求項９に記載の電気化学セルシステム。
11. 前記第１の電気化学セルの前記燃料極が、間隔を空けて配置された一連の複数の透過性電極体を含む、請求項９に記載の電気化学セルシステム。
12. 前記電気化学セルシステムは更にスイッチングシステムを備え、前記スイッチングシステムは、前記電気化学セルシステムの燃料極の各々と関連付けられたスイッチを含む、請求項９に記載の電気化学セルシステム。
13. 前記スイッチは可変抵抗として動作するように構成され、前記スイッチの前記抵抗は、前記コントローラによって制御される、請求項１２に記載の電気化学セルシステム。