JP2018529511A - 非対称電気化学電池装置およびその作動方法 - Google Patents

Abstract

非対称電気化学電池装置および電解水を生成するためにかかる装置を作動させる方法。【選択図】図３

Description

本願は、まるで本明細書で完全に説明されているかのようにすべての目的のために参照により組み込まれる、２０１５年８月２５日出願の米国仮特許出願シリアル番号第６２／２０９，３９９号の優先権を主張する。

発明の分野および背景
本発明は、非対称電気化学電池装置、および電解水を生成するためにそのような装置を作動させる方法に関する。

図１は、先行技術の方法による、電解水を生成するためのイオン交換膜１０８を有する２つのコンパートメントの電気化学電池の概略図である。塩水（水性ＮａＣｌ）供給１０９Ａ，１０９Ｂが、電池の各コンパートメントに導入される。

適切な電源１０１に電気的に接続される時、電極にわたって起こる反応は、次のように示され得る：正極（アノード）１０６において：
２Ｈ_２Ｏ→４Ｈ^＋＋Ｏ_２＋４ｅ⁻
２ＮａＣｌ→Ｃｌ_２＋２Ｎａ^＋＋２ｅ⁻
Ｃｌ_２＋Ｈ_２Ｏ→ＨＣｌ＋ＨＯＣｌ
かつ、負極（カソード）１０７において：
２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻→２ＯＨ⁻＋Ｈ_２。

正極においては、水が電解され、水素イオンと酸素とを形成する。塩化化合物は塩素を形成し、該塩素は水と反応してＨＣｌとＨＯＣｌとを形成し、該ＨＣｌとＨＯＣｌとは、典型的には、ｐＨ２−６の範囲内において電池の酸性コンパートメント１０４から排出される１０２。膜は、膜を横切って電池の負のコンパートメント１０５に入るＮａ^＋のようなカチオンの移動を許容する。負極においては、水酸化物（ＯＨ⁻）が解放され、かつ、水素が放出される。負のコンパートメントからの排出物１０３は、ＮａＯＨ_（水性）を含んでいてもよく、かつ、典型的にはｐＨ８−１３を有する。

そのような電気化学電池は膜を必要とし、かつ典型的には、厳しい電解条件においては大部分が不活性であるかも知れない、２つの高価な電極（例えば、チタン合金と純グラファイトとに基づく）を必要とする。

したがって、本発明者らは、電解水を生成するための改善された装置および方法の必要性を認識した。

本発明のいくつかの教示によれば、正極と負極とを有する非対称電気化学電池であって、正極に対する負極の電気化学容量比（Ｒ_ｅｃ）が少なくとも７：１である前記非対称電気化学電池において、水溶液中に次亜ハロゲン酸（ＨＯＸ）を生成する電気化学的方法が提供され、該水溶液は：（Ｉ）アルカリ金属カチオン（Ｍ^＋）と；（ＩＩ）次亜ハロゲン酸に対応するハロゲンアニオン（Ｘ⁻）とを含み、当該方法は：（ａ）第１の準容量性電気化学段階において、水溶液中に浸された正極と負極とを用いて、正極と負極との間に第１の電流を加えることを有し、（ｉ）前記アルカリ金属カチオンの一部が、容量性モードにおいて負極の表面に吸着し、かつ、（ｉｉ）正極が、ハロゲン中間体を介してハロゲンアニオンから次亜ハロゲン酸を生成し、かつ、水素イオン（Ｈ^＋）を解放するようになっており；かつ、続いて、（ｂ）第２の処理段階において、正極と負極との間に第２の電流を加え、水溶液中に次亜ハロゲン酸を生成することを有し、水溶液のｐＨは、最大４または２．０から４．０までの範囲内である。

本発明の別の態様によれば、生成物溶液中に次亜ハロゲン酸（ＨＯＸ）を生成するための非対称電気化学電池が提供され、該生成物溶液は、アルカリ金属カチオン（Ｍ^＋）と、次亜ハロゲン酸に対応するハロゲンアニオン（Ｘ⁻）とを含み、当該非対称電気化学電池は：（ａ）少なくとも第１の電極を有し；（ｂ）少なくとも第２の電極を有し；ここで、前記の少なくとも第２の電極に対する前記の少なくとも第１の電極の電気化学容量比（Ｒ_ｅｃ）は少なくとも７：１であり；（ｃ）前記の第１および第２の電極を含む容器を有し、該容器は、少なくとも第１および第２の動作モードにおいて、前記容器が含む水溶液に前記の前記の第１および第２の電極を浸すことを可能とするように構造化されており；（ｄ）プロセッサーを有し；かつ、（ｅ）前記プロセッサーに応答する電源を有し、前記電源は、前記の第１の電極と前記の第２の電極との間に、前記の第１の動作モード中に第１の電流を加え、かつ、前記の第２の動作モード中に第２の電流を加え、前記水溶液を介して電気回路を形成するように適合されており；それにより、最初の水溶液が、総濃度が少なくとも１５０ｐｐｍであるアルカリ金属カチオン（Ｍ^＋）とハロゲンアニオン（Ｘ⁻）とを含んでいる時、前記の第１の電流は、容量性モードにおいて、前記アルカリ金属カチオンの一部が前記の第１の電極の表面に吸着することを引き起こし、かつ、前記の第２の電流は、前記の第２の電極が、ハロゲン中間体を介してハロゲンアニオンから次亜ハロゲン酸を生成し、かつ、水素イオン（Ｈ^＋）を解放することを引き起こし；前記プロセッサーは、電気化学電池の動作を制御するように適合されており、それにより、前記の第２の動作モードの完了の際に、次亜ハロゲン酸を含む生成物溶液のｐＨは、最大４または２．０から４．０までの範囲内である。

本発明の別の態様によれば、生成物溶液中に次亜ハロゲン酸（ＨＯＸ）を生成するための非対称電気化学電池が提供され、該生成物溶液は、アルカリ金属カチオン（Ｍ^＋）と、次亜ハロゲン酸に対応するハロゲンアニオン（Ｘ⁻）とを含み、当該非対称電気化学電池は：（ａ）少なくとも第１の電極を有し；（ｂ）少なくとも第２の電極を有し；ここで、前記の少なくとも第２の電極に対する前記の少なくとも第１の電極の電気化学容量比（Ｒ_ｅｃ）は少なくとも７：１であり；（ｃ）前記の第１および第２の電極を含む容器を有し、該容器は、少なくとも第１の動作モードにおいて、前記容器が含む水溶液に前記の前記の第１および第２の電極を浸すことを可能とするように構造化されており；（ｄ）プロセッサーを有し；かつ、（ｅ）前記プロセッサーに応答する電源を有し、前記電源は、前記の第１の電極と前記第２の電極との間に、前記の第１の動作モード中に第１の電流を加え、前記水溶液を介して電気回路を形成するように適合されており；それにより、最初の水溶液が、総濃度が少なくとも１５０ｐｐｍであるアルカリ金属カチオン（Ｍ^＋）とハロゲンアニオン（Ｘ⁻）とを含んでいる時、前記の第１の電流は、容量性モードにおいて、前記アルカリ金属カチオンの一部が前記の第１の電極の表面に吸着することを引き起こし、かつ、前記の第２の電流は、前記の第２の電極が、ハロゲン中間体を介してハロゲンアニオンから次亜ハロゲン酸を生成し、かつ、水素イオン（Ｈ^＋）を解放することを引き起こし；前記プロセッサーは、電気化学電池の動作を制御するように適合されており、それにより、次亜ハロゲン酸を含む生成物溶液のｐＨは、最大４または２．０から４．０までの範囲内になり、ここで任意には、前記電源はさらに、第２の（先行する、または、後に続く）動作モードにおいて、前記の第１の電極と前記の第２の電極との間に、前記の第１の動作モードに対して逆極性を有する第２の電流を加えるように適合されており、第２の電極が実質的に電磁誘導性モードで動作する一方で、第１の電極は実質的に容量性モードで動作するようになっている。

本発明のさらに別の態様によれば、電解水を生成するための電気化学タオルが提供され、当該電気化学タオルは：（ａ）少なくとも第１の電極層を有し；（ｂ）少なくとも第２の電極層を有し；ここで、前記の少なくとも第２の電極に対する前記の少なくとも第１の電極の電気化学容量比（Ｒ_ｅｃ）は少なくとも７：１であり；（ｃ）前記の第１の電極層と前記の第２の電極層との間に配置された電気絶縁層を有し；前記の第１の電極層、前記電気絶縁層および前記の第２の電極層のうちの少なくとも１つは、水を吸収するように適合されており；（ｄ）プロセッサーを有し；（ｅ）前記プロセッサーに応答する電源を有し、前記プロセッサーと前記電源とは、前記の第１の電極層と前記の第２の電極層との間に、第１の動作・容量性モード中に、第１の極性を有する第１の電流を加え、かつ、第２の動作・容量性モード中に、前記の第１の極性に対して反極性を有する第２の電流を加えて、第１の水溶液がタオルに吸収される時に電気回路を形成するように適合されており；それにより、前記の第１の水溶液が、総濃度が少なくとも１５０ｐｐｍであるアルカリ金属カチオン（Ｍ^＋）とハロゲンアニオン（Ｘ⁻）とを含んでいる時、前記の第１の電流は、前記の第１の動作・容量性モードにおいて、前記アルカリ金属カチオンの一部が前記の第１の電極層の表面に吸着し、ハロゲン中間体を介してハロゲンアニオンから次亜ハロゲン酸（ＨＯＸ）を生成し、かつ、水素イオン（Ｈ^＋）を解放することを引き起こし；かつ、ここで、前記反極性を有する前記の第２の電流は、前記の第２の動作・容量性モードにおいて、前記の第１の電極層がアルカリ性媒質中に次亜ハロゲン酸塩（ＯＸ⁻）を生成することを引き起こす。

本発明のさらに別の態様によれば、生成物溶液中に次亜ハロゲン酸（ＨＯＸ）を生成するための非対称電気化学電池が提供され、該生成物溶液は、アルカリ金属カチオン（Ｍ^＋）と、次亜ハロゲン酸に対応するハロゲンアニオン（Ｘ⁻）とを含み、当該非対称電気化学電池は：（ａ）少なくとも第１の電極を有し；（ｂ）少なくとも第２の電極を有し；ここで、前記の少なくとも第２の電極に対する前記の少なくとも第１の電極の電気化学容量比（Ｒ_ｅｃ）は少なくとも７：１であり；（ｃ）前記の第１および第２の電極を含む容器を有し、該容器は、少なくとも第１および第２の動作モードにおいて、前記容器が含む水溶液に前記の前記の第１および第２の電極を浸すことを可能とするように構造化されており；（ｄ）プロセッサーを有し；かつ、（ｅ）電源を有し、前記プロセッサーと前記電源とは、前記の第１の電極と前記の第２の電極との間に、前記の第１の動作モード中に、第１の電流を加え、かつ、前記の第２の動作モード中に、第２の電流を加えて、前記水溶液を介して電気回路を形成するように適合されており；それにより、最初の水溶液が、総濃度が少なくとも１５０ｐｐｍであるアルカリ金属カチオン（Ｍ^＋）とハロゲンアニオン（Ｘ⁻）とを含んでいる時、前記の第１の電流は、容量性モードにおいて、前記アルカリ金属カチオンの一部が前記の第１の電極の表面に吸着し、ハロゲン中間体を介してハロゲンアニオンから次亜ハロゲン酸を生成し、かつ、水素イオン（Ｈ^＋）を解放することを引き起こし；かつ、ここで、前記プロセッサーと前記電源とはさらに、前記の第１の電極と前記の第２の電極との間に、前記の第２の動作モード中に、第２の電流を加えるように適合されており、前記の第２の電流は、前記の第１の電流に対して反極性を有しており、前記の第１の電極が、前記の第２の動作モードにおいて、容量性の様式で動作し、アルカリ性媒質中に次亜ハロゲン酸塩（ＯＸ⁻）を生成するようになっている。

記載される好ましい実施形態におけるさらなる特徴によれば、非対称電気化学電池は、少なくとも３００ｍｌ、少なくとも５００ｍｌ、少なくとも１０００ｍｌまたは少なくとも２０００ｍｌであり、かつ任意には、多くても１００００ｍｌ、多くても５０００ｍｌ、多くても４０００ｍｌまたは多くても３０００ｍｌである容積を有する入れ物内に配置される。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、非対称電気化学電池は、３００ｍｌから１００００ｍｌ、３００ｍｌから５０００ｍｌ、または５００ｍｌから５０００ｍｌの範囲内にある容積を有する入れ物内に配置される。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、前記の第２の電流の印加は、前記の第１の段階において生成される水溶液のｐＨが２．０から４．０の範囲内となる後で開始される。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、前記の第２の電流の前記印加は、前記の第１の段階において生成される水溶液のｐＨが２．０から４．０の範囲内で安定した後で開始される。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、前記の第１の段階における水溶液の前記ｐＨは、低くても２．２、低くても２．４、低くても２．５または低くても２．６である。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、前記の第１の段階における水溶液の前記ｐＨは、高くても３．８、高くても３．６、高くても３．４または高くても３．２である。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、当該方法はさらに、（ｂ）に続いて、座瘡を治療するために、および／または皮膚消毒剤として、（ｂ）において生成された水溶液を利用することを有する。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、当該方法はさらに、（ｂ）に続いて、次の項目のうちの少なくとも１つのために、（ｂ）において生成された水溶液を利用することを有する：鱗屑を分解すること、生物膜を減らすことまたは根絶すること、および、無生物表面を消毒すること。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、当該方法はさらに、（ｂ）に続いて、溶解したアルカリハライドを含む溶液を、非対称電気化学電池に補充することを有する。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、当該方法はさらに、前記補充に続いて、正極と負極との間の極性を逆にすることにより電気化学電池を作動させることを有し、今や正の極性の電極である先の負極が、前記アルカリ金属カチオンを放出し、かつ、前記ハライドを吸着し、かつ、今や負の極性の電極である先の正極が、前記ハライドに対応する次亜ハロゲン酸塩（ＯＸ⁻）を含む塩基性溶液を生成するようになっている。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、当該方法はさらに、脱脂および殺虫剤除去のうちの少なくとも１つのために前記塩基性溶液を利用することを有する。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、当該方法はさらに、前記塩基性溶液の前記生成に続いて：非対称電気化学電池から前記塩基性溶液を除去または完全に除去して、負極の再生を完成させることと；溶解したアルカリハライドを含む溶液を、非対称電気化学電池に補充することと；非対称性電気化学電池を作動させ、ｐＨ２．０から４．０の範囲内の水溶液中に次亜ハロゲン酸を生成することとを有する。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、当該方法はさらに、（ｂ）に続いて、負極を水ですすぐこと、それに続いて負極を乾燥させ、負極を再生させることを有する。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、水溶液中の、または水溶液の調製に用いられる給水内の前記アルカリ金属カチオンと前記ハロゲンアニオンとの総濃度は、１５０から２０００ｐｐｍ、１５０から１５００ｐｐｍ、１５０から１０００ｐｐｍ、１５０から８００ｐｐｍ、１５０から６００ｐｐｍ、２００から８００ｐｐｍ、２００から６００ｐｐｍまたは２００から５００ｐｐｍの範囲内である。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、水溶液は、水道水からなるか、または基本的に水道水からなる。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、前記ハロゲンアニオンの初期濃度は、高くても１Ｍであり、かつ任意には、０．０１Ｍから１Ｍ、０．１Ｍから２Ｍまたは０．１Ｍから１Ｍの範囲内である。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、前記の第１の電流および前記の第２の電流のうちの少なくとも１つは、正極と負極とにわたる電圧が、高くても５Ｖ、高くても４．５Ｖまたは高くても４Ｖであり、かつ任意には、２−４Ｖの範囲内となるように加えられる。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、第２の電流は、前記の第１の電流の高くても２５％、高くても２０％、高くても１５％または高くても１２％である。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、非対称電気化学電池はさらに、切替機構を有し、該切替機構は、前記電源と関連付けられ、かつ、第３の動作モードにおいて、前記の第１の電極と前記の第２の電極との間の極性を逆にする一方で、それらの間に第３の電流を加えるように適合されている。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、プロセッサーは、前記電源を制御するように適合されており、前記容器内に配置されたアルカリ金属カチオン（Ｍ^＋）と次亜ハロゲン酸に対応するハロゲンアニオン（Ｘ⁻）とを含む溶液とともに、前記の第３の電流が、前記の第１の電極の表面上に吸着した前記アルカリ金属カチオンを放出し、かつ、前記ハロゲンアニオンを吸着し、次亜ハロゲン酸塩（ＯＸ⁻）を含むアルカリ性溶液を生成するのに十分であるようになっている。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、切替機構は、前記プロセッサーに応答する。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、第１の電極は、活性炭素を含むか、活性炭素を大量に含むか、または活性炭素からなる。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、第２の電極は、グラファイトシート、炭素布、カーボン紙またはチタンスポンジからなる群より選択される少なくとも１つの構造物を含むか、大量に含む。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、電気化学容量比（Ｒ_ｅｃ）は、少なくとも１０：１、少なくとも１２：１、少なくとも１５：１、少なくとも２０：１、少なくとも３０：１、少なくとも５０：１、少なくとも１００：１または少なくとも２５０：１であり、かつ任意には、多くても１０００、多くても８００、多くても６００または多くても５００である。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、電池は、携帯可能な非対称電気化学電池である。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、電池は、膜のない非対称電気化学電池である。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、電源と前記プロセッサーとは、前記の第１の電流と前記の第２の電流とを制限するように適合されており、それにより、前記の第１の電極と前記の第２の電極との間に加えられる電圧は、高くても５Ｖ、高くても４．５Ｖまたは高くても４Ｖであり、かつ任意には、低くても２Ｖ、低くても２．５Ｖまたは低くても３Ｖである。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、プロセッサーは、前記電源を制御するように適合されており、第２の電流が、前記の第１の電流の高くても２５％、高くても２０％、高くても１５％または高くても１２％となるようになっている。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、非対称電気化学電池は、前記容器内に配置された液体を噴霧または投与するように適合された噴霧または投与装置内に配置される。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、非対称電気化学電池は、前記容器内に配置された生成物溶液を噴霧するように適合された噴霧装置内に配置される。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、非対称電気化学電池は、前記容器内に配置された前記アルカリ性溶液を噴霧するように適合された噴霧装置内に配置される。

記載される好ましい実施形態における一層さらなる特徴によれば、生成される水溶液は、皮膚を消毒すること、家庭用および産業用表面を殺菌すること、家庭用品を殺菌することならびに果物または野菜のような食用農産物を殺菌することのうちの少なくとも１つのために用いられる。

本発明は、例としてのみ、添付の図面を参照して本明細書において説明される。本明細書において図面を詳細に明確に参照すると、図示される詳細は、例として、かつ、本発明の好ましい実施形態の実例的な説明の目的のためのみのものであり、かつ、本発明の原理および概念的態様の最も有用かつ容易に理解される説明であると考えられるものを提供するために提示されるものであることが強調される。この点、本発明の基本的な理解のために必要なもの以上に詳細に本発明の構造的詳細を示す試みはなされず、図面とともになされる説明は、本発明のいくつかの形態が実際にどのように具現化されてもよいかについて当業者に明らかにする。図面を通して、同様に参照される特徴は、同様の要素を示すために用いられる。
図面において：

図１は、先行技術による、電解水を生成するためのイオン交換膜を有する、２つのコンパートメントの電気化学電池の概略図である。 図２は、アルカリ性電解水を生成するための単一のコンパートメントの電気化学電池の概略図である。 図３は、本発明の実施形態による、酸性電解水を生成するための単一のコンパートメントの電気化学電池の概略図である。 図４は、本発明の実施形態による、アルカリ性電解水を生成するための単一のコンパートメントの電気化学電池の概略図である。 図５Ａは、少なくとも１つの表面積の大きい電極と少なくとも１つの表面積の小さい電極とを有する独創的な電気噴霧器の概略的な側面図を提供する。図５Ｂは、図５Ａの独創的な電気噴霧器の本体の断面を提供する。図５Ｃは、図５Ａの独創的な電気噴霧器のような独創的な電気化学装置の電気回路図の概略図を提供する。 図６は、水道水で湿らせた後に独創的な非対称タオルに加えられる、一定の電流下における充放電サイクル数の関数としての次亜塩素酸アニオン（ＯＣｌ⁻）濃度のプロットである。 図７は、時間（充放電サイクル数）の関数としてのタオル（表面積の小さい炭素側）中の酸性ｐＨ進展のプロットである。 図８は、本発明の実施形態による電気化学タオルの概略図である。 図９は、ｐＨの関数としての、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）として存在する利用可能な塩素の平衡プロットである。 図１０は、本発明の実施形態による、電気化学タオルについての電位対時間のプロットである。 図１１は、本発明の実施形態による、時間の関数としてのタオル（表面積の大きい側）中のｐＨ進展のプロットであり、準容量性モードは、最初の３２０秒間生じる。 図１２は、本発明の実施形態による、時間の関数としてのタオル（表面積の大きい側）中のｐＨ進展のプロットである。 図１３は、本発明の実施形態による、総電荷消費の関数としてのタオル中のｐＨ進展のプロットである。 図１４は、本発明の実施形態による、時間の関数としてのタオル（表面積の小さい側）中のｐＨ進展のプロットである。 図１５Ａおよび図１６Ａは、基準コロニーとして成長した、ペトリ皿内の大腸菌（図１５Ａ）コロニーおよび黄色ブドウ球菌（図１６Ａ）コロニーの写真である。図１５Ｂおよび図１６Ｂは、本発明の極性化されたミニタオルを用いた、皿の中心部における処理後の大腸菌（図１５Ｂ）コロニーおよび黄色ブドウ球菌（図１６Ｂ）コロニーの写真である。 図１５Ａおよび図１６Ａは、基準コロニーとして成長した、ペトリ皿内の大腸菌（図１５Ａ）コロニーおよび黄色ブドウ球菌（図１６Ａ）コロニーの写真である。図１５Ｂおよび図１６Ｂは、本発明の極性化されたミニタオルを用いた、皿の中心部における処理後の大腸菌（図１５Ｂ）コロニーおよび黄色ブドウ球菌（図１６Ｂ）コロニーの写真である。 図１７Ａは、本発明の実施形態による、電気化学的な入れ物の概略的で透明な平面図を提供する。図１７Ｂは、図１７Ａの電気化学的な入れ物の概略的で透明な側面図を提供する。

好ましい実施形態の説明
本発明の非対称電気化学電池技術の原理および動作は、図面と付随する説明とを参照して、よりよく理解され得る。

本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下の説明に記載された、または、図面に示された構造の詳細および部品の配置へのその適用に限定されないことが理解されるべきである。本発明は、他の実施形態であることが可能であり、または、様々な方法で実施もしくは実行されることが可能である。また、本明細書で採用される表現法および用語法は、説明のためのものであり、かつ、限定的なものと見なされるべきではないことも理解されるべきである。

ここで図面を参照すると、図２は、アルカリ性電解水２０２を生成するための単一のコンパートメントの電気化学電池の概略図を提供する。塩水（水性ＮａＣｌ）供給２０７が、電池に導入される。正極（アノード）２０５と負極（カソード）２０６とが適切な電源２０１に電気的に接続されている時、電極全体にわたって起こる電磁誘導性反応は、究極的には、アルカリ次亜ハロゲン酸塩（例えば、次亜塩素酸ナトリウム）を含み、かつ、ｐＨ約８−１０のアルカリ性溶液をもたらす。

図３は、本発明の実施形態による、酸性電解水３０２を生成するための、非対称で、典型的には単一のコンパートメントである電気化学電池３００の概略図である。電気化学電池３００は、少なくとも１つの正極３０５と少なくとも１つの負極３０６とを含むように適合された、電池容器または筐体３１０を含む。正極３０５と負極３０６とは、電源３０１に電気的に接続されており、かつ、電池筐体３１０内に配置された水または水溶液とともに、電気回路を形成する。

非対称電気化学電池３００への供給または動作溶液３０７は、アルカリハライド溶質、典型的にはＮａ^＋またはＫ^＋と、塩化化合物（Ｃｌ⁻）とを含む。

本発明者らは、非対称電気化学電池３００が、図２の電気化学電池と同様の構造を有する一方で、２．０から４．０の範囲内のｐＨを有する電解水を生成するのに有利に用いられ得ることを見出した。このｐＨの範囲内の電解水は、抗菌の見地から特に有効である。

本発明の１つの実施形態は、水溶液中に次亜ハロゲン酸（ＨＯＸ）を生成する電気化学的方法であって、該水溶液は：（Ｉ）アルカリ金属カチオン（Ｍ^＋）と；（ＩＩ）次亜ハロゲン酸に対応するハロゲンアニオン（Ｘ⁻）とを含み、当該方法は：（ａ）第１の準容量性電気化学段階において、水溶液中に浸された正極と負極とを用いて、正極と負極との間に第１の電流を加えることを有し、（ｉ）前記アルカリ金属カチオンの一部が、容量性モードにおいて負極の表面に吸着し、かつ、（ｉｉ）正極が、ハロゲン中間体を介してハロゲンアニオンから次亜ハロゲン酸を生成し、かつ、水素イオン（Ｈ^＋）を解放するようになっており；かつ、続いて、（ｂ）第２の処理段階において、正極と負極との間に第２の電流を加え、水溶液中に次亜ハロゲン酸を生成することを有し、水溶液は、２．０から４．０までの範囲内のｐＨを有する。第２の電流は概して、第１の電流より相当小さい。

最初の準容量性電気化学段階中に水溶液のｐＨを４．０以下まで十分に減らすために、正極に対する負極の電気化学容量比（Ｒ_ｅｃ）は、少なくとも３：１、少なくとも４：１または少なくとも５：１であり、かつ、より典型的には少なくとも７：１であり、かつ、より典型的には、少なくとも１０：１、少なくとも１２：１、少なくとも１５：１、少なくとも２０：１、少なくとも３０：１、少なくとも５０：１、少なくとも１００：１または少なくとも２５０：１であるべきである。典型的には、Ｒ_ｅｃは、多くても１０００：１、多くても７００：１、多くても５００：１または多くても４００：１である。

達成されるべきｐＨ（「標的ｐＨ」）が低ければ低いほど、かつ／または、供給溶液の初期ｐＨが高ければ高いほど、Ｒ_ｅｃまたは負極の電気化学容量と正極の電気化学容量との差（△_ｅｃ）は大きくなることが理解されるであろう。

同様に、電気化学電池内の水溶液の容積が増加すると、より大きいＲ_ｅｃまたはより大きい△_ｅｃが必要となり得る。

図４は、本発明の実施形態による、アルカリ性電解水４０２を生成するための、非対称で、典型的には単一のコンパートメントである電気化学電池４００の概略図である。電気化学電池４００は、少なくとも１つの正極４０５と少なくとも１つの負極４０６とを含むように適合された、電池容器または筐体４１０を含む。正極４０５と負極４０６とは、電源４０１に電気的に接続されており、かつ、電池筐体４１０内に配置された水または水溶液とともに、電気回路を形成する。

非対称電気化学電池４００への供給または動作溶液４０７は、アルカリハライド溶質、典型的にはＮａ^＋またはＫ^＋と、塩化化合物（Ｃｌ⁻）とを含む。

意義深いことに、非対称電気化学電池４００における非対称は、上述の非対称電気化学電池３００における非対称とは反対のものである：正極４０５の表面積または電気化学容量は、少なくとも１つの負極４０６のものと比べて明らかに大きい。

本発明者らは、非対称電気化学電池４００が、図２の電気化学電池と同様の構造を有する一方で、かなり高いｐＨ、例えば低くても１０、低くても１１、低くても１２もしくは低くても１３またはそれより高いｐＨを有する電解水を生成するのに有利に用いられ得ることを見出した。そのように高められたｐＨにおける電解水は、脱脂用途ならびに品物または生成品から殺虫剤を除去するのに特に有効である。

本発明の様々な態様は、電解反応に対して抵抗性である１つの電極（すなわち、表面積の小さい電極）のみを必要とする。表面積の大きい電極については、活性炭素のような相対的に高価でない材料が、有利に利用され得る。さらに、先行技術の方法において用いられる電池の膜は、不要である。

図５Ａは、容器または瓶５１０と、浸漬管５０３に接続されたスプレーヘッド５０１とを含んでいてもよい、独創的な電気化学装置または噴霧器５００の概略的で透明な側面図を提供する。スプレーヘッド５０１は、様々な方法で、典型的には瓶５００のネジ山が切られた首（図示せず）にネジで取り付けられるネジ山が切られた要素５０２により、瓶５１０に取り付けられるか、または固定されてもよい。

瓶５１０内には、少なくとも１つの表面積が大きい電極５０４と少なくとも１つの表面積の小さい電極５０５とが配置される。電極５０４と電極５０５とは、シート、典型的には瓶５１０の側面に対して垂直配向で配置される実質的に平行なシートとして配置されてもよい。そのような例示的な配置構成は、図５Ｂに提供される、瓶５１０の断面図に示される。

独創的な電気化学装置または噴霧器５００の電子装置または電子装置ユニット５０６は、瓶５１０の液体含有容量５１５から流体的に密閉された、瓶５１０の基部における別個のコンパートメント５１２内に収容されてもよい。

独創的な電気化学装置または噴霧器５００の電子装置５０６の概略的で例示的な電気回路図が、図５Ｃに提供される。１つの実施形態では、典型的には噴霧器５００の外側に配置される電源５２５は、電源ポート５２６を介して噴霧器５００の電子装置５０６に接続してもよい（例えば、ＵＳＢ接続）。

電子装置５０６は、典型的には、いくつかの実施形態では電池筐体を介して内蔵型電池５３５に電気的に接続される電源５３０を含む。

電源５３０は、典型的には内部メモリーを備えているが、代替的または追加的に外部メモリーと連通してもよい、ＣＰＵ５４０のような処理ユニットに応答してもよい。電極５０４，５０５に電気的に接続された少なくとも１つのスイッチ５４２は、ＣＰＵ５４０に応答して、例えば電極への電流をオンにしたりオフにしたりしてもよい。いくつかの実施形態では、スイッチ５４２は、手で作動させられてもよい。

ディスプレイ５４４もまた、ＣＰＵ５４０に応答してもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイ５４４は、電池が動作していることを示す第１の表示器（例えば、ＬＥＤ光）と、所望のｐＨが取得され、生成された溶液の消費の準備ができていることを示す第２の表示器とを有していてもよい。

電気化学噴霧器５００を作動させるために、瓶５１０の液体含有容量５１５は、少なくとも１５０ｐｐｍのアルカリハライド溶質を含む水道水で満たされる。代替的には、任意の水源、１５０ｐｐｍより少ないアルカリハライド溶質を含む水（例えば、蒸留水、脱イオン水）でさえ、食卓塩（ＮａＣｌ）のようなアルカリハライド塩の一部を単純に加えることにより用いられてもよい。代替的には、アルカリハライドの予め調製された溶液が導入されてもよい。

続いて、電流が電極５０４および電極５０５にわたって流される。

電気化学噴霧器５００は、特に図３および図４を参照して上述したように実質的に動作してもよい。１つの実施形態では、電気化学噴霧器５００は、第１の段階において、正極が電磁誘導性モードで動作する一方で、負極が容量性モードで動作し、続いて、第２の段階において、正極および負極の両方が電磁誘導性モードで動作し、水溶液中に次亜ハロゲン酸を生成するように動作する。電極の適切な相対的電気化学容量が実装され、かつ、動作が制御され、所定の範囲内で水溶液のｐＨを制御する。典型的には、電池により生成される水溶液のｐＨは、２．０から４．０の範囲内である。さらにより典型的には、電池により生成される次亜ハロゲン（例えば、次亜塩素）酸を含む水溶液のｐＨは、特に皮膚洗浄用途では、低くても２．２、低くても２．４、低くても２．５または低くても２．６である。電気化学噴霧器は、結果として生じる殺菌性溶液を送達し、ヒトおよび哺乳動物の皮膚を含む種々の表面を清潔にし、かつ、殺菌するのに用いられてもよい（例えば、液体の手用洗浄剤として）。

アルカリハライドは、タブレットもしくはカプセルの形態で、または粉体の形態で電気化学噴霧器５００に（本明細書に記載の他の関連する電気化学装置にも同様に）導入されてもよいことが理解されるであろう。さらに、洗剤、匂い物質および他の機能性材料が、消費される塩に組み込まれていてもよいことが理解されるであろう。

電気化学噴霧は、従来の水蒸気処理に統合されてもよく、それは両方の工程の結果を向上させるかも知れない。

このように形成された、生成された次亜塩素酸の濃度は、電気化学噴霧器内の溶液の容積に基づく。この容積は、必要性により、制限内で調節されてもよい。独創的な方法の１つの実施形態では、表面積の大きい電極のために必要とされる追加的な電気化学容量は、概して、電池内の溶液の容積の増加とともに（ほぼ直線的に）増加する。

低いｐＨにおいて、次亜塩素酸および塩酸の一部は、（図９を参照して詳述するように）水と塩素ガスとに逆戻りするので、第２の動作段階の電気化学活性を継続して、次亜塩素酸を補充することは有利であり得る。

動作はここで、詳細に、かつ例示的な方法で説明される。電源が、例えばＵＳＢケーブルを介して装置に接続される。電池をＵＳＢに接続する時、約５Ｖまでの電圧と約１Ａまでとが、表面積の大きい電極と表面積の小さい電極との間に加えられてもよい。表面積の大きい電極は、容量性のやり方において、負に極性化され、かつ、対イオン（例えば、Ｎａ^＋および／またはＫ^＋）で静電気的に満たされる。表面積の小さい電極は、正に極性化され、かつ、溶液との電気化学相互作用を作り出し、次亜塩素酸と塩酸との生成をもたらす。ｐＨは、表面積の小さい電極に対する表面積の大きい電極の表面積（もしくは、より正確には、表面積の小さい電極の電気化学容量に対する表面積の大きい電極の電気化学容量）、溶液の容積および加えられる累積電荷により決定されるか、または強く影響され得る。表面積の大きい電極の特定の表面積と特定の（しばしば所定の）溶液の容積を用いて、かつ、表面積の大きい電極の最大電気化学容量まで充電することにより、電池は、特定の、または所定のｐＨ周辺の次亜ハロゲン酸を生成するよう制約され得る。本発明者らは、ｐＨ約２．８（２．６から３．０、２．７から３．０または２．７から２．９）が、特に皮膚消毒用途のために、活性次亜ハロゲン酸について最適であり得ると判定した。

電気化学噴霧器が電源に接続された後、典型的には２分までの間に、低いｐＨの環境（例えば、ｐＨ＝３）が達成され、かつ、生成された溶液は、濃縮された次亜塩素酸を含む。内蔵型ＣＰＵは、累積電荷消費を計算した後で、ディスプレイを制御するように（例えば、緑色光を活性化するように）適合されていてもよい。

ＣＰＵは、例えば次の方程式を用いて、第１の動作モードの期間にわたって電極間に送達された（累積）電荷（△Ｑ）を計数するように有利に適合されていてもよい：
△Ｑ＝Ｖ・Ｆ（１０^{−ｐＨ（所望）}−１０^{−ｐＨ（初期）}）
式中、Ｆはファラデー定数であり、かつ、Ｖは溶液の容積である。ＣＰＵはさらに、特に所定の溶液の容積または特定の範囲内の溶液の容積を用いる時に、そのような電荷計算に基づいて第２の動作モードを起こす、または始めるように有利に適合されていてもよい。

一旦装置が第２の動作モードに入ると、電流は、明らかに、典型的には１０倍減少してもよい。（この第２の動作モードにおける）ＣＰＵは、約２ボルトの最大電圧を加えてもよい。一旦溶液の容積が減少すると、電圧は、（電極の名目的な表面積の減少により）増加する傾向にあるであろう。結果的に、ＣＰＵは、電圧が、所望されない値か、そうでなければ所定の値を越えないように、電流の大きさを制御してもよい。

上述のように、そのような低いｐＨにおいては、次亜塩素酸は安定的ではなく、次亜塩素酸の濃度が経時的に下がるようになっている。本発明者らは、（例えば、内蔵型電池を介して）相対的に低い電流を加えることにより、表面積の大きい電極が対イオンで「満たされた」後、表面積の大きい電極が容量性モードで機能し続けることができず、電磁誘導性モードで機能し始めることを見出した。したがって、表面積の小さい電極と表面積の大きい電極との間の非常に低い電流を維持する一方で、標的ｐＨは実質的に維持され得る。電磁誘導性モードでは、両方の電極が、溶液を壊すか、またはこれと反応する：表面積の小さい電極はＨ^＋イオンを生成し、かつ、表面積の大きい電極はＯＨ⁻イオンを生成する；これらは、Ｈ^＋イオンと反応して水を生成する。しかしながら、表面積の小さい電極がまた、次亜塩素酸に変換される次亜塩素酸イオンを作り出すことは、強調されなければならない。結果的に、そのような低い電流を維持することは、次亜塩素酸を補充し、かつ、経時的に枯渇した次亜塩素酸を埋め合わせ、電気化学装置または噴霧器の溶液中の次亜塩素酸の濃度が、次亜塩素酸の濃度が不安定である低いｐＨの値でさえ、経時的に実質的に一定であってもよいようになっている。

さらに、本発明の電気化学装置および方法が、カウンター、テーブルおよびドア枠のような、病院ならびに台所における種々の作業（または他の無生物）表面の殺菌に特に有効であり得ることは、強調されるべきである。これらの電気化学装置および方法の携帯可能な実施形態は、そのような殺菌が容易に実行されることを可能にする。

本発明の電気化学装置および方法は、水流路および水処理装置におけるフィルターの処理ならびに殺菌において特に有効であり得る。そのようなフィルターは、生物膜の形成を促進するものとして知られている。さらに、本明細書に記載されるように、低いｐＨの溶液でフィルターを処理することはまた、鱗屑などの除去をかなり高め、次に生物膜の除去を一層さらに高め得る。

電気化学噴霧器の負極を再生する１つの方法は、（汚損反応を避けるために）濃縮された溶液を水、例えば水道水ですすぎ落とした後で、負の表面積の大きい電極を乾燥させることである。表面積の大きい電極が乾燥している時、吸着した対イオンは解放され、それにより電極の表面上の電荷が減少する。

１つの実施形態では、電気化学噴霧器は、表面積の小さい電極としてグラファイト電極を、表面積の大きい電極として活性炭シート、または活性炭素で被覆されたグラファイトシートを利用する。

図９は、ｐＨの関数としての、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）として存在する利用可能な塩素の平衡プロットである。次亜塩素酸は、ｐＨが４から５の範囲内である時、最も安定的であることが理解され得る。次亜塩素酸が最も活動的であるｐＨ２において、システム内の塩素の約７０％のみが次亜塩素酸として存在し、残りの３０％は活性塩素として存在する。このように、ＨＯＣｌが酸性媒質中で安定的でないことは明らかである。結果的に、酸性／酸化的電解水生成物は、すぐさま用いられるのに最適であり、長期間貯蔵され得ない。

図６は、１ＭのＮａＣｌ溶液を含む独創的な電気化学噴霧器に加えられる、一定の電流下での充放電サイクル数の関数としての次亜塩素酸アニオン（ＯＣｌ⁻）濃度をプロットする。定期的に、６分間、（水道水における基準電極に対して）４ボルトを上回る電位差まで、一定の電流を用いて、表面積の小さい炭素布が正に極性化され、２分間の負の極性化がそれに続き、次の極性化サイクルまで、電極周辺に中性の環境を取得した。電極は、１００サイクルを越える実質的に定常状態の挙動を示すことが観察され得る。

図７は、時間（充放電サイクル数）の関数としての噴霧器（表面積の小さい炭素布）中の酸性ｐＨ進展のプロットである。電源は、５ボルトの電位を加えるように内蔵型ＣＰＵによって制御されていた。

図８は、本発明の実施形態による、電気化学タオル８００の概略的な断面である。説明が例示的な方法で塩化ナトリウムに関する一方、任意のアルカリハライドまたはそのようなハライドの混合物が用いられ得ることは理解されるであろう。少なくとも１つの非対称電気化学電池を含む電気化学タオル８００は、絶縁層またはシート８０３により分離された、少なくとも１つの高容量「対」電極８０４と、少なくとも１つの低容量「作用」電極８０２とを有していてもよい。電極８０４と電極８０２とは、有利にはシートの形状であってもよい。高容量電極８０４は、活性炭素（例えば、炭素布）製であってもよく、主にこれを含んでいてもよく、これを含んでいてもよい。低容量電極８０２は、グラファイトシート、炭素布、カーボン紙またはチタン金属スポンジ製であってもよく、主にこれを含んでいてもよく、これを大量に含んでいてもよく、これを含んでいてもよい。電極８０４と電極８０２とは、電池のような電源（図示せず）への電気接続を容易にするタブまたは突起８０４Ａ，８０２Ａを有していてもよい。作用電極８０２は、布８０１により包装されてもよく、これにより覆われてもよく、作用電極８０２上の機械摩耗を妨げる。

表面積の小さい作用電極は、炭素布、カーボン紙、グラファイトシートまたはチタン金属スポンジ製であってもよい。大きい表面積を有する対電極については、活性炭素布が有利に用いられてもよい。

本発明の１つの例示的な電気化学タオルにおいて、市販の炭素布（Ｅｌ−Ｇａｄ、イスラエル）が低容量電極８０２について用いられ、約１５００ｍ^２／ｇの特定の表面積を有する表面積の大きい炭素布（カイノール、日本）が高容量電極８０４について用いられた。そのような炭素布材料は、炭素繊維製である。

実用的な電気化学タオル８００は、耐水性かつ耐腐食性の制御盤を有していてもよい。

使用のためにタオルを調製するために、電気化学タオル８００は、その中の限定された量（典型的には数百ｐｐｍ）のＮａＣｌ（または他のアルカリハライド）を用いて、水道水に浸水していてもよく、必要な反応試薬を形成する。

簡潔に言うと、低容量電極８０２は、５ボルトまでの電池の極性化中に電磁誘導性工程を経験するよう寸法決めされてもよく、高容量電極８０４は、容量性のやり方において、静電気的相互作用により対イオンを吸着するように寸法決めされてもよい。電位と充電時間を変更することにより、このように形成される次亜塩素酸のｐＨと濃度とが制御されてもよい。

タオル中の塩素部分はその場で生成されるので、ＨＯＣｌとしての活性塩素の量は、最適となるように調節され得る。ＨＯＣｌは、水中に存在する有機汚染物質と反応するかも知れない。生成物のいくつかは、認識できる程度に有害であり得る。しかしながら、表面積の大きい炭素側を通してタオルを湿らすことにより、そのような有機汚染物質は、吸着／除去され、電解水中の有機汚染物質の任意の濃度をかなり減少させてもよい。さらに、生成される有意汚染物質の任意の量は、非常に小さいはずである。なぜなら、水道水が用いられており、このことは、サンプル／処理当たり非常に少量の水のみが用いられるという事実と結び付けられるからである。

図１０は、本発明の実施形態による、電気化学タオルについての電位対時間のプロットである。基準電極に関して測定される電位は、１５時間を超える総期間を有する複数のサイクルについて、約４ボルトにおいて極めて定常的である。

図１１は、本発明の実施形態による、時間の関数としての長方形で８×１６ｃｍのタオル（表面積の小さい側）中のｐＨ進展のプロットであり、準容量性モードは、最初の３４０秒間生じる。電源は、内蔵型ＣＰＵにより制御され、５ボルトの電位を加えた。タオル表面のｐＨは、表面ｐＨ計（Ｏｒｉｏｎ）を用いて監視された。約１５０秒後、タオルの表面上の酸性度は、ｐＨ約３まで下がった。３４０秒後、電位の印加が止み、ｐＨはランの残りの３分間かなり定常的なままであった（約２．１）。

図１２は、図１１と同一の時間の尺度を用いた、時間の関数としてのタオル（表面積の大きい側）中のｐＨ進展のプロットである。電源は、内蔵型ＣＰＵにより制御され、５ボルトの電位を加えた。ｐＨの大きな変化は観察されなかった。理由は、発生した主な工程がカチオンの吸着であったことであることが明らかである。

図１３は、本発明の実施形態による、総電荷消費の関数としてのタオル中のｐＨ進展のプロットである。電源は、内蔵型ＣＰＵにより制御され、５ボルトの電位を加えた。

図１４は、本発明の実施形態による、再生（またはアルカリ性溶液生成）段階中の、時間の関数としてのタオル表面におけるｐＨ進展のプロットである。電源は、内蔵型ＣＰＵにより制御され、５ボルトの電位を加えた。タオルの負の極性化により（または同様に、電気化学噴霧器を用いて）、高いｐＨ値が達成され得る。そのような高いｐＨ値を有する電解水は、表面処理に特に適しているかも知れない。この例では、長方形で８×１６ｃｍのタオル（炭素布）が用いられた。−５Ｖの電位差がタオルに加えられ、かつ、タオル表面のｐＨは、表面ｐＨ計（Ｏｒｉｏｎ）を用いて監視された。タオルの表面上の高度に塩基性（ｐＨ＞１１）の環境が約５分後に達成されたことが観察され得る。

吸収された次亜ハロゲン溶液を有する独創的な電気化学タオルの抗菌効能が、黄色ブドウ球菌および大腸菌のコロニー上で試験された。コロニーは、ペトリ皿上で約１０，０００微生物／ｍｌの濃度まで成長した。ミニ電気化学タオルパッド（１．５ｃｍ×１．５ｃｍ）が、この目的のために製造された。パッドは、水道水（数百ｐｐｍの塩化ナトリウム溶質を含む）に浸され、かつ、３分間の間、５Ｖまで予め充電された。パッドはその後、５Ｖ下での充電のさらなる３分間、各ペトリ皿の中心において、それぞれの細菌コロニーの上に配置された。

図１５Ａおよび図１６Ａは、２４時間の間、基準コロニーとして成長した、ペトリ皿内の大腸菌（図１５Ａ）コロニーおよび黄色ブドウ球菌（図１６Ａ）コロニーの写真である。水道水に浸された極性化されていないパッドが、基準細菌コロニーの上に配置された。

図１５Ｂおよび図１６Ｂは、本発明の極性化されたミニタオル（炭素ミニパッド）を用いた、培養物の中心部における処理後の大腸菌（図１５Ｂ）コロニーおよび黄色ブドウ球菌（図１６Ｂ）コロニーの写真である。ミニタオルは、上述のように、それらを水道水に浸し、続いて容量性段階と電磁誘導性段階とを生じさせることにより調製された。

同一の２４時間の期間後、各細菌培養物における中心領域には、大腸菌（図１５Ｂ）および黄色ブドウ球菌（図１６Ｂ）の両方について、実質的に細菌がないことが見られ得る。

対照的に、各基準コロニーの中心領域においては、細菌のない領域は存在しなかったが、このことは、ミニタオルに浸された水道水の極性化が、細菌コロニーの抑制された成長の裏にある原因であったことを示している。

図１７Ａは、本発明の実施形態による、非対称電気化学装置または入れ物１７００の概略的で透明な平面図を提供し、かつ、図１７Ｂは、この装置または入れ物の概略的で透明な側面図を提供する。

電気化学装置１７００の入れ物または容器１７０２部分内には、少なくとも１つの表面積の大きい電極１７０４と少なくとも１つの表面積の小さい電極１７０５とが配置される。電極１７０４と電極１７０５とは、図１７Ａに示されるように、シート、典型的には容器１７０２の側面に対して垂直配向で配置される実質的に平行なシートとして配置されてもよい。

電気化学装置１７００は、概してプールケースまたは筐体１７０２により規定されるプールまたは入れ物コンパートメント１７０１と、概して電子装置ケースまたは筐体１７１２により規定され、かつ、典型的には入れ物コンパートメント１７０１の側面に配置される電子装置ユニットまたはコンパートメント１７０７とを有する。ケース１７１２は、別個のものであり、かつ、プールケース１７０２内の液状内容物に関して流体的に密閉されていることが理解されるであろう。

独創的な電気化学入れ物１７００の電子装置ユニット１７０７は、典型的には、ＣＰＵおよび関連するメモリーと、少なくとも１つのスイッチまたは切替機構と、電源と、ディスプレイと、電源ポートとを含み、かつ、図５Ｃに提供され、かつ、上記において説明された電子装置ユニットと実質的に同一であってもよい。いくつかの実施形態においては、しかしながら、電池は不要であってもよい。

プールコンパートメント１７０１内には、典型的にはプールコンパートメント１７０１の底面において固定されている撹拌機構１７０３が配置されていてもよい。プールコンパートメント１７０１内の水溶液中で活性生成物の実質的に均一な混合物を取得するよう適合されていてもよい撹拌機構１７０３は、電子装置ユニット１７０７に電気接続されてもよく、かつ、これにより動力を与えられてもよい。

電子装置ユニット１７０７と入れ物コンパートメント１７０１との間に配置される、電子装置ユニット１７０７のケース壁１７０８は、例えばネジまたは他の固定用金物類を用いて、電子装置（例えば、電気盤上に配置される）を所定の位置に固定するために用いられてもよい。

仕切り壁１７０６のようなケース部分は、電極を所定の位置に保持するために用いられてもよく、かつ、電極の近傍における流体の移動を容易にするためにポートまたは穴を有していてもよい。

電気化学入れ物１７００は、特に図３および図４を参照して上述されるように、実質的に動作してもよい。１つの特定の実施形態では、電気化学入れ物１７００は、第１の段階において、第２の正極が電磁誘導性モードで動作する（例えば、低いｐＨを提供する、環境を殺菌する）一方で、第１の負極が容量性モードで動作し、かつ、第２の（先行する、または、後に続く）段階では、極性が逆になり、第１の（今や正の）電極が容量性モードで動作し、高度にアルカリ性の電解水を生成する（例えば、容器１７０２内で生成され、そこに配置されたアルカリ性電解水に浸された品物または農作物の表面から殺虫剤を除去するために）一方で、第２の（今や負の）電極が電磁誘導性モードで動作するように動作してもよい。典型的には、ＣＰＵが、例えば電極に関連する切替機構を制御することにより、極性の逆転を生ぜしめる。

本明細書とそれに続く請求の範囲の部分とで用いられるように、電極に関する用語「電気化学容量」は、概して以下の式により定義され：
Ｃ＝Ｑ／Ｅ、
式中、Ｃは電気化学容量（単位はＦ／ｇ）であり、Ｑは電荷（単位はクーロン）であり、かつ、Ｅは基準電極に対する電極の電位差（単位はボルト）である。可能な時、電気化学容量は、次の方程式を用いてさらにより正確に計算される：
Ｃｄ＝ｄＱ／ｄＥ、
式中、Ｃｄは差動電気化学容量であり、
「電気化学容量」の定量測定は、当業者に公知であり、かつ、特に、まるで本明細書で完全に説明されているかのようにすべての目的のために参照により組み込まれる、Ｂ．Ｅ． Ｃｏｎｗａｙ， Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ： Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ （Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ／Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ＮＹ （１９９９））に開示されるようなサイクリックボルタンメトリーにより実行される。

サイクリックボルタンメトリーにおいては、（基準電極に対する）電極の電位は、直線状に走査される（通常、ゼロ電荷の電位（ＰＺＣ）の前後として示されてもよい初期浸漬電位から始まる）。出力は、電流（垂直軸）対電位である。走査速度（ｄＥ／ｄｔ）は一定であり、かつ、電流（Ｉ）はｄＱ／ｄｔ（ｔ＝時間）に等しいので、垂直軸からの電流値を走査速度値で割ると、電位（すなわち、Ｃｄ（Ｅ））に対する差動容量（Ｃｄ）が得られる。そのような従来技術のより詳細な説明は、Ｃｏｎｗａｙにより開示されている。

本明細書とそれに続く請求の範囲の部分とで用いられるように、電気化学装置または電池に関する用語「携帯可能」は、内蔵型もしくは他の無線電源を用いて動作・電気化学モードで機能する一方で、使用者が自由に持ち運ぶことができ、もしくは自由に移動させることができる装置または電池を意味する。

本明細書とそれに続く請求の範囲の部分とで用いられるように、用語「パーセント」または「％」は、特にそうでないことが示されない限り、重量パーセントを意味する。

本明細書とそれに続く請求の範囲の部分とで用いられるように、用語「比」は、特にそうでないことが示されない限り、重量比を意味する。

本明細書とそれに続く請求の範囲の部分とで用いられるように、製剤内の成分に関する用語「大量に含む」は、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％または少なくとも６０％の重量含有量を意味する。

本明細書とそれに続く請求の範囲の部分とで用いられるように、製剤内の成分に関する用語「大部分含む」は、少なくとも５０％の重量含有量を意味する。

本明細書とそれに続く請求の範囲の部分とで用いられるように、製剤内の成分に関する用語「主に含む」は、少なくとも６０％、少なくとも７０％または少なくとも８５％の重量含有量を意味する。

量に関して用いられる修飾語「約」は、言及された値を包含し、かつ、文脈により指示された意味を有する（例えば、それは、特定の量の測定に関連する誤差の程度を少なくとも含む）。特定の値とともに用いられる時、それはまた、その値を開示しているものとして考慮されるべきである。

明確性のために別々の実施形態の文脈で説明される本発明の特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供されてもよいことが理解されるであろう。逆に、簡潔性のために単一の実施形態の文脈で説明される本発明の種々の特徴は、別々に、または、任意の適切な部分的組み合わせで提供されてもよい。

本発明がその特定の実施形態に関連して説明されてきたが、多くの代替、修正および変形が当業者には明らかになるであろうことは明らかである。したがって、それは、添付の請求の範囲の精神および広い範囲に属するすべてのそのような代替、修正ならびに変形を包含することが意図される。米国仮特許出願シリアル番号第６２／２０９，３９９号を含む、本明細書において言及されたすべての刊行物、特許および特許出願は、それぞれの個別の刊行物、特許または特許出願が、特に、かつ、個別に参照により本明細書に組み込まれると示されたのと同程度に、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。さらに、本願におけるあらゆる文献の引用または特定は、そのような文献が本発明に対する先行技術として利用可能であるとの自認と解釈されるべきではない。

Claims (37)

1. 正極と負極とを有する非対称電気化学電池であって、前記正極に対する前記負極の電気化学容量比（Ｒ_ｅｃ）が少なくとも７：１である前記非対称電気化学電池における、水溶液中に次亜ハロゲン酸（ＨＯＸ）を生成する電気化学的方法であって、該水溶液は：
   （Ｉ）アルカリ金属カチオン（Ｍ^＋）；および
   （ＩＩ）前記次亜ハロゲン酸に対応するハロゲンアニオン（Ｘ⁻）を含み、
   当該方法は：
   （ａ）第１の準容量性電気化学段階において、前記水溶液中に浸された前記正極および前記負極を用いて、前記正極と前記負極との間に第１の電流を加えることを有し、
   （ｉ）前記アルカリ金属カチオンの一部が、容量性モードにおいて前記負極の表面に吸着し、かつ、
   （ｉｉ）前記正極が、ハロゲン中間体を介して前記ハロゲンアニオンから前記次亜ハロゲン酸を生成し、かつ、水素イオン（Ｈ^＋）を解放するようになっており；ならびに、続いて、
   （ｂ）第２の処理段階において、前記正極と前記負極との間に第２の電流を加え、ｐＨが２．０から４．０の範囲内の前記水溶液中に前記次亜ハロゲン酸を生成することを有する、
   前記方法。
2. 前記の第２の電流の前記印加が、前記の第１の段階で生成された前記水溶液のｐＨが２．０から４．０の範囲内になった後で開始される、請求項１に記載の方法。
3. 前記の第２の電流の前記印加が、前記の第１の段階で生成された前記水溶液のｐＨが２．０から４．０の範囲内で安定した後で開始される、請求項１に記載の方法。
4. 前記の第１の段階における前記水溶液の前記ｐＨが、低くても２．２、低くても２．４、低くても２．５または低くても２．６である、請求項２または請求項３に記載の方法。
5. 前記の第１の段階における前記水溶液の前記ｐＨが、高くても３．８、高くても３．６、高くても３．４または高くても３．２である、請求項２から４のいずれか一項に記載の方法。
6. （ｂ）に続いて、座瘡を治療するために、および／または皮膚消毒剤として、（ｂ）において生成された前記水溶液を利用することをさらに有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. （ｂ）に続いて、次の項目のうちの少なくとも１つのために、（ｂ）において生成された前記水溶液を利用することをさらに有し：前記項目が、鱗屑を分解すること、生物膜を減らすことまたは根絶すること、および、無生物表面を消毒することである、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
8. （ｂ）に続いて、溶解したアルカリハライドを含む溶液を、前記非対称電気化学電池に補充することをさらに有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記補充に続いて、前記正極と前記負極との間の極性を逆にすることにより前記非対称電気化学電池を作動させることをさらに有し、前記負極が、前記アルカリ金属カチオンを放出し、かつ、前記ハライドを吸着するようになっており、かつ、前記ハライドに対応する次亜ハロゲン酸塩（ＯＸ⁻）を含む塩基性溶液を生成することをさらに有する、請求項８に記載の方法。
10. 脱脂および殺虫剤除去のうちの少なくとも１つのために前記塩基性溶液を利用することをさらに有する、請求項９に記載の方法。
11. 前記塩基性溶液の前記生成することに続いて：
    前記非対称電気化学電池から前記塩基性溶液を除去または完全に除去して、前記負極の再生を完成させること；
    溶解したアルカリハライドを含む溶液を、前記非対称電気化学電池に補充すること；および
    前記非対称性電気化学電池を作動させ、ｐＨ２．０から４．０の範囲内の水溶液中に次亜ハロゲン酸を生成することをさらに有する、
    請求項９または請求項１０に記載の方法。
12. （ｂ）に続いて、前記負極を水ですすぐこと、それに続いて前記負極を乾燥させ、前記負極を再生させることをさらに有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記水溶液中の、または前記水溶液の調製に用いられる給水内の前記アルカリ金属カチオンと前記ハロゲンアニオンとの総濃度が、１５０から２０００ｐｐｍ、１５０から１５００ｐｐｍ、１５０から１０００ｐｐｍ、１５０から８００ｐｐｍ、１５０から６００ｐｐｍ、２００から８００ｐｐｍ、２００から６００ｐｐｍまたは２００から５００ｐｐｍの範囲内である、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記水溶液が、水道水からなるか、または基本的に水道水からなる、請求項１３に記載の方法。
15. 前記ハロゲンアニオンの初期濃度が、高くても１Ｍであり、かつ任意には、０．０１Ｍから２Ｍ、０．１Ｍから２Ｍまたは０．１Ｍから１Ｍの範囲内である、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記の第１の電流および前記の第２の電流のうちの少なくとも１つが、前記正極と前記負極とにわたる電圧が、高くても５Ｖ、高くても４．５Ｖまたは高くても４Ｖであり、かつ任意には、２−４Ｖの範囲内となるように加えられる、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記の第２の電流が、前記の第１の電流の高くても２５％、高くても２０％、高くても１５％または高くても１２％である、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 生成物溶液中に次亜ハロゲン酸（ＨＯＸ）を生成するための非対称電気化学電池であって、該生成物溶液は、アルカリ金属カチオン（Ｍ^＋）および、前記次亜ハロゲン酸に対応するハロゲンアニオン（Ｘ⁻）を含み、当該非対称電気化学電池は：
    （ａ）少なくとも第１の電極；
    （ｂ）少なくとも第２の電極；
    ここで、前記の少なくとも第２の電極に対する前記の少なくとも第１の電極の電気化学容量比（Ｒ_ｅｃ）は少なくとも７：１であり；
    （ｃ）前記の第１および第２の電極を含む容器であって、該容器は、少なくとも第１および第２の動作モードにおいて、前記容器が含む水溶液に前記の第１および第２の電極を浸すことを可能とするように構造化されている容器；
    （ｄ）プロセッサー；ならびに、
    （ｅ）前記プロセッサーに応答する電源であって、前記プロセッサーと前記電源とが、前記の第１の電極と前記第２の電極との間に、前記の第１の動作モード中に第１の電流を加え、かつ、前記の第２の動作モード中に第２の電流を加え、前記水溶液を介して電気回路を形成するように適合されている電源を有し；
    それにより、最初の水溶液が、総濃度が少なくとも１５０ｐｐｍである前記アルカリ金属カチオン（Ｍ^＋）とハロゲンアニオン（Ｘ⁻）とを含んでいる時、前記の第１の電流が、容量性モードにおいて、前記アルカリ金属カチオンの一部が前記の第１の電極の表面に吸着することを引き起こし、かつ、前記の第２の電流が、前記の第２の電極が、ハロゲン中間体を介して前記ハロゲンアニオンから前記次亜ハロゲン酸を生成し、かつ、水素イオン（Ｈ^＋）を解放することを引き起こし；
    前記プロセッサーが、前記電気化学電池の動作を制御するように適合されており、それにより、前記の第２の動作モードの完了の際に、前記次亜ハロゲン酸を含む前記生成物溶液のｐＨが、２．０から４．０の範囲内である、
    前記非対称電気化学電池。
19. （ｅ）切替機構をさらに有し、該切替機構は、前記電源と関連付けられており、かつ、第３の動作モードにおいて、前記の第１の電極と前記の第２の電極との間の極性を逆にする一方で、それらの間に第３の電流を加えるように適合されている、請求項１８に記載の非対称電気化学電池。
20. 前記プロセッサーが、前記電源を制御し、前記容器内に配置されたアルカリ金属カチオン（Ｍ^＋）と前記次亜ハロゲン酸に対応するハロゲンアニオン（Ｘ⁻）とを含む溶液とともに、前記の第３の電流が、前記の第１の電極の前記表面に吸着した前記アルカリ金属カチオンを放出し、かつ、前記ハロゲンアニオンを吸着し、次亜ハロゲン酸塩（ＯＸ⁻）を含むアルカリ性溶液を生成するのに十分である、請求項１９に記載の非対称電気化学電池。
21. 前記切替機構が、前記プロセッサーに応答する、請求項１９または請求項２０に記載の非対称電気化学電池。
22. 前記の第１の電極が、活性炭素を含むか、活性炭素を大量に含むか、または活性炭素からなる、請求項１８から２１のいずれか一項に記載の非対称電気化学電池。
23. 前記の第２の電極が、グラファイトシート、炭素布、カーボン紙またはチタンスポンジからなる群より選択される少なくとも１つの構造物を含むか、これを大量に含む、請求項１８から２２のいずれか一項に記載の非対称電気化学電池。
24. 前記電気化学容量比（Ｒ_ｅｃ）が、少なくとも１０：１、少なくとも１２：１、少なくとも１５：１、少なくとも２０：１、少なくとも３０：１、少なくとも５０：１、少なくとも１００：１または少なくとも２５０：１である、請求項１８から２３のいずれか一項に記載の非対称電気化学電池。
25. 前記電池が、携帯可能な非対称電気化学電池である、請求項１８から２４のいずれか一項に記載の非対称電気化学電池。
26. 前記電池が、膜のない非対称電気化学電池である、請求項１８から２５のいずれか一項に記載の非対称電気化学電池。
27. 前記電源と前記プロセッサーとが、前記の第１の電流と前記の第２の電流とを制限するように適合されており、それにより、前記の第１の電極と前記の第２の電極との間に加えられる電圧が、高くても５Ｖ、高くても４．５Ｖまたは高くても４Ｖであり、かつ任意には、低くても２Ｖ、低くても２．５Ｖまたは低くても３Ｖである、請求項１８から２６のいずれか一項に記載の非対称電気化学電池。
28. 前記プロセッサーが、前記電源を制御し、第２の電流が、前記の第１の電流の高くても２５％、高くても２０％、高くても１５％または高くても１２％となるようになっている、請求項１８から２７のいずれか一項に記載の非対称電気化学電池。
29. 前記容器内に配置された液体を噴霧または投与するように適合された噴霧または投与装置内に配置される、請求項１８から２８のいずれか一項に記載の非対称電気化学電池。
30. 前記容器内に配置された前記生成物溶液を噴霧するように適合された噴霧装置内に配置される、請求項１８から２９のいずれか一項に記載の非対称電気化学電池。
31. 前記容器内に配置された前記アルカリ性溶液を噴霧するように適合された噴霧装置内に配置される、請求項２０から３０のいずれか一項に記載の非対称電気化学電池。
32. 電解水を生成するための電気化学タオルであって、当該電気化学タオルは：
    （ａ）少なくとも第１の電極層を有し；
    （ｂ）少なくとも第２の電極層を有し；
    ここで、前記の少なくとも第２の電極に対する前記の少なくとも第１の電極の電気化学容量比（Ｒ_ｅｃ）は少なくとも７：１であり；
    （ｃ）前記の第１の電極層と前記の第２の電極層との間に配置された電気絶縁層を有し；
    前記の第１の電極層、前記電気絶縁層および前記の第２の電極層のうちの少なくとも１つが、水を吸収するように適合されており；
    （ｄ）プロセッサーを有し；かつ、
    （ｅ）前記プロセッサーに応答する電源を有し、前記プロセッサーと前記電源とは、前記の第１の電極層と前記の第２の電極層との間に、第１の動作・容量性モード中に、第１の極性を有する第１の電流を加え、かつ、第２の動作・容量性モード中に、前記の第１の極性に対して反極性を有する第２の電流を加えて、第１の水溶液が前記タオルに吸収される時に電気回路を形成するように適合されており；
    それにより、前記の第１の水溶液が、総濃度が少なくとも１５０ｐｐｍである前記アルカリ金属カチオン（Ｍ^＋）とハロゲンアニオン（Ｘ⁻）とを含んでいる時、前記の第１の電流が、前記の第１の動作・容量性モードにおいて、前記アルカリ金属カチオンの一部が前記の第１の電極層の表面に吸着し、ハロゲン中間体を介して前記ハロゲンアニオンから次亜ハロゲン酸（ＨＯＸ）を生成し、かつ、水素イオン（Ｈ^＋）を解放することを引き起こし；
    かつ、ここで、前記反極性を有する前記の第２の電流が、前記の第２の動作・容量性モードにおいて、前記の第１の電極層がアルカリ性媒質中に次亜ハロゲン酸塩（ＯＸ⁻）を生成することを引き起こす、
    前記電気化学タオル。
33. 前記プロセッサーが、前記電気化学電池の動作を制御するように適合されており、それにより、前記の第１の動作モードの完了の際、前記次亜ハロゲン酸を含む前記電解水のｐＨが４まで、かつ任意には、２．０から４．０の範囲内である、請求項３２に記載の電気化学タオル。
34. 前記の第２の動作・容量性モードが、再生モードである、請求項３２または請求項３３に記載の電気化学タオル。
35. 前記プロセッサーと前記電源とがさらに、動作・電磁誘導性モード中に、前記の第１の電極層と前記の第２の電極層との間に、第３の電流を加え、さらなる量の前記次亜ハロゲン酸を生成するよう適合されている、請求項３２から３４のいずれか一項に記載の電気化学タオル。
36. 前記プロセッサーが、前記電気化学電池の動作を制御するよう適合されており、それにより、前記の第２の動作モードの完了の際、前記次亜ハロゲン酸塩を含む前記電解水のｐＨが、低くても１０、低くても１０．５、低くても１１、低くても１１．５または低くても１２であり、かつ任意には、１０から１３．５、１０から１３、１０．５から１３、１１から１３、１１．５から１３または１２から１３の範囲内である、請求項３２に記載の電気化学タオル。
37. 前記の第１の動作・容量性モードが、再生モードである、請求項３２または請求項３６に記載の電気化学タオル。