JP2022511309A - 電気化学デバイスに使用するためのセル連続体 - Google Patents

Abstract

電気化学デバイス、例えば、電気化学セルまたはバッテリに使用するための、セル間で共有された単一のバルク電解質溶液中で動作することができるセル連続体、水素または水素と電気との両方を適用可能な量および種々の割合で製造する方法、ならびに当該連続体を備える電気化学デバイスにより電力供給される車両、または他のデバイスおよび用途を提供する。

Description

関連出願

本願は、２０１８年９月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／７３０５１５号、２０１８年９月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／７３３２０２号、２０１９年２月６日に出願された米国仮特許出願第６２／８０１９１９号および２０１９年５月７日に出願された米国仮特許出願第６２／８４４３０７号の優先権の利益を主張し、その内容全体を参照により本明細書に特に援用するものとする。

本開示は、電気化学デバイスに使用するためのセル連続体に関する。

従来の液体バッテリは、酸化還元反応を利用する電気化学セルを備える。酸化はセルのアノード側で起こり、還元はカソード側で起こる。各ハーフセルは、電極（すなわちカソード側のカソードおよびアノード側のアノード）とそれ自身の電解質とを含む。２つの電解質はそれぞれ、多くの場合、水溶液の形態にある。２つのハーフセルの電極は、電流の流れを可能にするために、電気的に接触させて配置することができる。電荷バランスを維持するために、電気化学セルにより、電解質間のイオン交換が可能である。一部のバッテリでは、これは、カソード電解質溶液をアノード電解質溶液から分離して、これらが混合するのを防止する、塩橋、膜または他の材料もしくは技術により行われる。従来の見解では、溶液が混合してしまうと、ハーフセルが直接化学反応により破壊されるとのことであった。

一部の電気化学セルは、複数の電解質溶液を分離し、短絡を防止するために、膜または塩橋を使用している。このような膜には費用がかかり、時間の経過につれて容易に劣化してしまう。特許文献１には、膜の不存在下での使用のために２つ以上の非混和性電解質を使用する電気化学セルが報告されている。特許文献２（IFBattery Inc.）には、付加的な電気化学セルが開示されている。

国際公開第２０１７／１０６２１５号 国際公開第２０１８／１６９８５５号

本開示は、電気化学デバイスに使用するため、例えば電気化学セルおよびバッテリに使用するためのセル連続体を含む。本開示の一実施形態は、
アノードおよびカソード電流集電体を備える第１のセルと、
アノードおよびカソード電流集電体を備える第２のセルと
を備え、
第１のセルのカソード電流集電体は、第２のセルのアノードに物理的に接触している、セル連続体である。

このセルの配列は、直列に配置された古典的なバッテリとは異なる。古典的なバッテリ連続体は、導電性ワイヤにより互いに接続された複数の個々のバッテリを含み、各バッテリは、２つのハーフセルを含み、各ハーフセルは、それ自体の電解質を含有する。本開示の連続体状の配列は、アノードとカソード電流集電体とが物理的に接続されたセルを含む。電解質に曝されると、各セルにおけるアノードおよびカソード電流集電体は、ハーフセル間に分割された２つの電解質溶液を必要とするのとは対照的に、単一の電解質溶液を共有する。本開示のセル連続体は、バッテリが電解質溶液を共有しない古典的な連続体とは対照的に、全てのセルに共通の単一のバルク電解質溶液内に埋め込むこともできる。

本開示のセル連続体は、例えば、セルのアノードとカソード電流集電体との間を電解質が流れるフローセル、例えばフローバッテリとして動作することができる。一部の実施形態では、連続体における少なくとも１つのセルは、電解質溶液の流れを、連続体の長さに沿って一方のセルから他方のセルに方向づけるのを支援することができる収束ノズルを備える。他の実施形態は、セルの横断方向、例えば、アノードとカソード電流集電体との間でセルの幅を横断する方向に電解質を流すことまたはセルにおけるアノードおよびカソード電流集電体のシート面に垂直な方向に電解質を流すことを含む。

さらなる実施形態は、セル連続体を備える電気化学デバイスにより電気または水素を製造する方法を含む。電気化学デバイスは、水素または水素と電気との両方の組み合わせを、かなりの量および様々な比率で製造するように構成することができる。さらなる実施形態は、セル連続体を備える電気化学デバイス、例えば、バッテリにより電力供給される車両ならびに他の装置および用途を含む。

より多くの実施形態および特徴は、下記の詳細な説明に含まれ、この説明から、当業者に容易に明らかになるかまたは図面および特許請求の範囲を含む説明に記載された実施形態を実施することにより認識されるであろう。

添付の図面は、本開示の一部を構成する。図面は、特定の例示的な実施形態のさらなる理解を提供するのに役立つ。本開示および特許請求の範囲は、図面に示される実施形態に限定されない。
本開示の３つのセル連続体を示す。 図１Ａに示したセル連続体の断面図である。 連続体の長さの表示と共に図１Ａに示したセル連続体である。 負荷に接続された図１の３つのセル連続体を示す。 各セルが収束ノズルを備える、本開示の２つのセル連続体の側面図である。 連続体の長さの表示と共に図３Ａのセル連続体を示す。 図３Ａに示した２つのセル連続体の斜視図である。 管状のハウジングの断面図であり、この管を通ってｚ方向に延びる長方形のチャネルを有する。 図４Ａに示した管内に配置された、本開示の２つのセル連続体の側面図である。 本開示の２つのセル連続体を保持するように設計されたキャディの斜視図である。 図５Ａに示したキャディの上面図であり、キャディに配設された本開示の２つのセル連続体も示す。 図５Ｂに示したキャディの断面図である。 本開示のセル連続体の実施形態について、実施例１で測定された実験データのグラフである。 本開示のセル連続体の実施形態について、実施例１で測定された実験データのグラフである。 本開示のセル連続体の実施形態について、実施例３で測定された実験データのグラフである。 本開示の車両バッテリシステムの模式図である。 本開示のセル連続体の実施形態について、実施例６で測定された実験データのグラフである。 導電性ワイヤにより連続体に接続された本開示の代替的な実施形態の３つのセルを示す。

ここから、本開示の種々のさらなる実施形態をより詳細に説明するものとする。前述の一般的な説明および下記の詳細な説明は両方とも例示的かつ説明的なものにすぎず、本開示または特許請求の範囲を限定するものではない。図面に示したものを含む特定の実施形態または特徴の任意の検討は、本開示の特定の例示的な態様の例証に役立つ。本開示および特許請求の範囲は、本明細書で具体的に検討しまたは図面に示した実施形態に限定されない。

本開示の実施形態は、電気化学デバイスに使用するためのセル連続体であって、
アノードおよびカソード電流集電体を備える第１のセルと、
アノードおよびカソード電流集電体を備える第２のセルと
を備え、
第１のセルのカソード電流集電体は、第２のセルのアノードに物理的に接触している、セル連続体を含む。

「第１の」セルおよび「第２の」セルへの言及は、連続体を２つのセルのみに限定するものではない。連続体は、「第１の」セルおよび「第２の」セルに加えて、１つ以上のセルを備えることができる。一部の実施形態では、連続体は、Ｎ個のセルを備え、各セルは、アノードおよびカソード電流集電体を備え、連続体におけるＮ－１個のセルは、連続体における隣接するセルのアノードに物理的に接触しているカソード電流集電体を備え、Ｎは、２より大きい整数である。連続体におけるＮ－１個のセルは、この連続体がそのカソード電流集電体を介して負荷に接続することができるセル、例えば、図１Ａに示したセル１０５および図３Ａに示したセル３１０で終端する場合、隣接するセルのアノードに接触しているカソード電流集電体を備える。

一部の実施形態では、本開示のセル連続体は、３個以上のセル、６個以上のセル、９個以上のセル、１０個以上のセル、１２個以上のセル、１５個以上のセル、２０個以上のセル、３０個以上のセル、４０個以上のセルまたは５０個以上のセルを含む。例えば、連続体は、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０個またはそれ以上のセルを備えることができる。他の実施形態では、連続体は、正確に２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、３０、３５、４０、４５または５０個のセル、例えば、正確に６、７、８、９、１０、１１または１２個のセルまたは例えば、正確に９つのセルを有する。

連続体の各個々のセル内のアノードおよびカソード電流集電体は、互いに離れた位置に配置されている。同じセル内のアノードおよびカソード電流集電体への本開示における全ての言及は、暗に、互いに距離を置いて配置されたそれらのコンポーネントを含む。これにより、同じセル内のアノードとカソード電流集電体との間での物理的接触が防止され、それぞれに接触する共通の流体により、短絡が生じないことを確実にする。これら２つの間の距離は、電解質溶液の流れのためのコンジットとしても働くことができる。連続体における少なくとも１つのセルは、それらのコンポーネント間の距離を維持することができる、そのアノードとカソード電流集電体との間の非導電性スペーサを含むことができる。この文脈および他の文脈における「少なくとも１つのセル」なる表現は、それらの各アノードとカソード電流集電体との間に非導電性スペーサを備える、連続体における２つ以上または全てのセルの可能性を含む。これらの非導電性スペーサの１つまたは全ては、セルのアノードおよびカソード電流集電体の両方に接触することができる。代替的には、スペーサの１つまたは全ては、アノードのみまたはカソード電流集電体のみに接触してもよい。

スペーサに関して「非導電性」なる用語は、スペーサが導電性でないことを意味する。非導電性材料は、電気絶縁体に分類されるものを含む。このため、任意の電気絶縁体をスペーサとして使用することができる。例示的な非導電性材料は、非導電性ポリマーおよびプラスチック、ガラス、紙または厚紙、木材、粘土、マイカ、ゴムおよびテフロン（登録商標）を含む。スペーサの厚さは、任意の適切な寸法、例えば、約０．１ｍｍ～約１０．０ｍｍ（約０．１ｍｍ～約５ｍｍ、例えば、約０．８ｍｍまたは約２．５ｍｍを含む）のものであることができる。また、スペーサの使用以外の任意の適切な技術を使用しても、個々のセル内でのアノードとカソード電流集電体との間の距離を維持することができる。

「物理的接触」なる表現は、一方のセルのカソード電流集電体が別のセルのアノードに物理的に接触している状況で使用される場合、カソード電流集電体の少なくとも幾らかの部分が他のセルのアノードの少なくとも幾らかの部分に物理的に接触していること、すなわち、接触している部分間に介在する空間または材料が存在しないことを意味する。任意の適切な技術、例えば、２つを共に圧縮するクランプまたは他のデバイスを使用して、これら２つの間の物理的接触を維持することができる。

少なくとも１つのセルのカソード電流集電体は、単一の材料片、例えば、シートの形態にあることができる。少なくとも１つのセルのカソード電流集電体は、代替的には、複数の材料片、例えば、複数のシートの形態にあることができる。これらの文脈および他の文脈において、「少なくとも１つのセル」なる表現は、単一の材料片または複数の材料片それぞれの形態にあるカソード電流集電体を備える、連続体の２つ以上または全てのセルの可能性を含む。

セルのカソード電流集電体が、複数の材料片、例えば、複数のシートの形態を有する場合、各材料片は、同じセルにおけるアノードから一定距離に配置される。例えば、カソード電流集電体の各片は、これら２つの間に配設された非導電性スペーサにより、同じセルにおけるアノードから一定距離に維持されてもよい。カソード電流集電体材料の複数片は、共通のスペーサを共有することができるかまたは代替的に異なるスペーサによりアノードから一定距離に維持することができるかのいずれかである。加えて、カソード電流集電体材料の複数片はそれぞれ、連続体における隣接するセルのアノードに物理的に接触することができる。

したがって、本開示のさらなる実施形態は、アノードと、それぞれがアノードから一定距離に配置されたカソード電流集電体材料の第１片およびカソード電流集電体材料の第２片とを備え、場合により、セルのカソード電流集電体材料のそれぞれの片とアノードとの間に非導電性スペーサを備える、セルを含む。このセルは、アノードから一定距離に配置されたさらなるカソード電流集電体材料の１つ以上の片を備えることができ、場合により、カソード電流集電体材料の１つ以上のさらなる片それぞれとアノードとの間に非導電性スペーサを有することができる。このセルは、例えば、本開示に係るセル、例えば、図１Ａにおけるセル１１０および１１５により示されているセル連続体内に含まれうる。

図１Ａに、本開示のセル連続体の一実施形態を示す。この図は、３つのセル１０５，１１０および１１５の連続体１００を示す。各セルは、ここではシートの形態で示されるアノード１３０を含有する。セル１１５の（複数のシートの形態にある）カソード電流集電体１４０は、隣接するセル１１０のアノード１３０に物理的に接触しており、セル１１０のカソード電流集電体１４０は、隣接するセル１０５のアノード１３０に物理的に接触している。連続体の終端にあるセル１０５は、隣接するセルのアノードに物理的に接触しているカソード電流集電体を備えていない。

アノード１３０およびカソード電流集電体１４０は、これら２つの間に配設された非導電性スペーサ１５０（ここでは、幅方向でアノード１３０の周囲に巻き付けられたゴムＯリングとして示されている）により、互いに一定の距離に維持されている。ここで、幅は、提供された座標のｚ方向に延びている。図１Ｂはこれを示す断面図であり、同図において、２つの片のカソード電流集電体１４０は、アノード１３０の各側の共通スペーサとして同じＯリング１５０を共有している。また、この実施形態におけるスペーサ１５０は、電解質溶液がアノードとカソード電流集電体との間を流れることができるコンジット１７０を各セルに形成する。電解質溶液は、例えば、連続体における１つ以上のセルを横断して流れることができ、この流れは、セルの幅を横断してｚ方向に少なくとも部分的にまたは完全に方向付けられる。図１Ｂに、ｚ方向におけるセルの幅Ｗを示す。一方、図１Ｃに、ｘ方向における連続体の長さＬを示す。代替的には、電解質は、アノードおよびカソード電流集電体の一方または両方が電解質に対して多孔質である場合、これらのシートに対して少なくとも部分的にまたは完全に垂直な方向に、ｙ方向に流れることができる。アノード１３０、カソード電流集電体１４０およびスペーサ１５０の各垂直スタック１６０は、場合により、スタックの物理的完全性を維持するために、サージカルテープ等の材料で巻き付けることができる。代替的には、クランプを巻き付けの代わりに使用することができる。サージカルテープの巻き付けまたはクランプもしくはスタック１６０の周りを圧縮する他の形態は、アセンブリが分離しないように維持し、互いに対するコンポーネントの移動を防止するための圧縮部として機能することができる。巻き付けまたはクランプは、セルを完全に包む必要はない。

図１Ａに示したセル連続体は、図２に示されているように、導体２１０、例えば、銅線を介して負荷２０５に接続することができる。本明細書に記載されたように、電解質溶液の存在下でのこのようなセルは、電流を生成することができる。

本開示のセル連続体におけるアノードおよびカソード電流集電体は、任意の適切な形状を有することができる。一部の実施形態では、少なくとも１つのアノードおよび／または少なくとも１つのカソード電流集電体（またはカソード電流集電体材料の複数の片）は、シートもしくはスクリーン、例えば長方形シートの形態、または長方形ブロックの形態にある。この文脈における「少なくとも１つのアノードおよび／または少なくとも１つのカソード電流集電体」なる表現は、シートの形態にあるアノードおよび／またはカソード電流集電体（またはカソード電流集電体材料の複数の片）を備える連続体における全てのセルの可能性を含む。シートは、典型的には、対向する上面および底面を有する平面である。また、いずれの材料のシートも、平坦でない部分、例えば、図１Ａに示したカソード電流集電体１４０の部分を含むことができる。この場合、カソード電流集電体の部分は、隣接するセルのアノードに接触するように曲がっている。アノードまたはカソード電流集電体のシートの厚さは、例えば、約０．０５ｍｍ～０．５ｍｍまたは約０．１ｍｍ～約０．３ｍｍの範囲にあることができる。一部の実施形態では、アノードの厚さは、カソード電流集電体の厚さよりも厚い。例えば、一部の実施形態では、アノードは、約１ｍｍ～約２５．４ｍｍ（約１ｍｍ～約５ｍｍ（例えば、約３．４ｍｍ）を含む）の厚さを有することができる。一方、同じセルにおけるカソード電流集電体は、例えば、約０．０５ｍｍ～０．５ｍｍ（例えば、約０．２８ｍｍ）の厚さを有することができる。

カソード電流集電体料の複数の片を備えるセルの場合、カソード電流集電体料の第１片は、例えば、アノードシートの一方側に配置されており、非導電性スペーサにより、アノードから分離可能である。第２のカソード電流集電体片は、例えば、アノードシートの反対側に配置されており、非導電性スペーサにより、アノードから分離可能である。このことは、図１Ａにおけるセル１０５，１１０および１１５に示されている。

本開示におけるアノードおよびカソード電流集電体は、任意の適切な材料から構成可能である。連続体は、全て同じ材料で構成されたアノードを有するセルを含むことができ、または一部のセルにおけるアノードは、連続体の他のセルにおけるアノードの材料とは異なる材料から製造することができる。一部の実施形態では、連続体における１つ以上または全てのアノードは、単独でまたは任意の合金のいずれかで周期表の１３列から選択される金属を含むかまたはそれらは、これらの金属のうちの２つ以上から製造される合金からなることができる。

一部の実施形態では、連続体におけるセルの少なくとも１つまたは全てのアノードは、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびタリウムのうちの少なくとも１つまたはこれらの２つ以上の任意の組み合わせを含むことができる。一例の合金は、ガリウム、インジウムおよびスズの合金であるガリンスタンの名称を有する。また、本開示の実施形態は、全てのアノードがアルミニウム、ガリウム、インジウムもしくはタリウムまたはそれらの任意の組み合わせからなる連続体を含む。

また、連続体は、それぞれが同じかまたは異なる材料から製造されたカソード電流集電体を有するセルを備えることもできる。一部の実施形態では、連続体におけるセルの少なくとも１つまたは全てのカソード電流集電体は、青銅、リン青銅（炭素と比較して改善された耐劣化性を提供する）、鋼、炭素、炭素のグラファイト同素体、金属を含浸させた炭素、炭素発泡体、銅、スズ、鉄、鉛、白金、金および銀のうちの少なくとも１つまたはこれらの２つ以上の任意の組み合わせを含む。また、本開示の実施形態は、全てのカソード電流集電体が青銅、リン青銅、鋼、炭素、炭素のグラファイト同素体、金属を含浸させた炭素、炭素発泡体、銅、スズ、鉄、鉛、白金、金、銀またはそれらの任意の組み合わせからなる連続体のカソード電流集電体も含む。

一部の実施形態では、連続体の１つまたは全てのセルにおける非導電性スペーサは多孔質である。この文脈において、「多孔質」の非導電性スペーサは、電解質に対して多孔質であり、また、セルに接触する電解質溶液中のアニオンおよびカチオンに対して、非選択的な様式で多孔質である。多孔質の非導電性スペーサの例は、多孔質のガラス、紙、布、布地、木材、有機ポリマー（例えば、ビニル被覆ポリエステル）、ガラス繊維フィルム、ガラスウール、厚紙、ナイロンおよびこれらの２つ以上の組み合わせを含む。本開示の実施形態は、これらの例のいずれかまたはそれらの組み合わせからなる、セルにおける多孔質の非導電性スペーサを含む。

一部の実施形態では、多孔質のスペーサは、セルのアノードとカソード電流集電体との間の距離または体積の全てまたはかなりの量を占有することができる。このような実施形態では、電解質溶液は、多孔質材料を通る曲がりくねった経路を流れることができる。他の実施形態では、多孔質のスペーサは、アノードとカソード電流集電体との間の距離または体積の全てまたはかなりの量を占有しない。その実施形態では、電解質溶液は、多孔質のスペーサを通してかつこの周囲の両方を流れることができる。

他の実施形態では、連続体の１つまたは全てのセルにおける非導電性スペーサは非多孔質である。非多孔質の非導電性スペーサの例は、非多孔質のプラスチック、エラストマー、有機ポリマー、ゲル、ゴム、Ｏリングおよびこれらの２つ以上の組み合わせを含む。本開示の実施形態は、これらの例のいずれかまたはそれらの組み合わせからなる、セルにおける非多孔質の非導電性スペーサを含む。このような材料は、例えば、同じセルのカソード電流集電体とアノードとを分離することができ、これにより、これら２つの間に、電解質溶液により占有されうるコンジットが形成される。また、これらのスペーサは、アノードとカソード電流集電体との間のコンジットに沿った電解質の流れの方向づけを補助する境界を形成することができる。例えば、図３Ａに、連続体の長さに沿った流れの方向づけを補助する、長さ方向（図示のｘ方向）に境界を形成するＯリング３２５を示す。図３Ｂは、連続体の長さＬを示す。

一部の実施形態では、セル連続体は、電解質溶液を含まず、これに接触していない。このような実施形態は、例えば、１つの位置に構成され、ついで、使用のために電解質溶液に接触させる別の位置に輸送することができる。

他の実施形態は、本開示のセル連続体を提供するステップと、この連続体を単一の電解質溶液に接触させるステップとを含む。「連続体を接触させる」なる表現は、連続体におけるセルのアノードおよびカソード電流集電体をこの溶液に接触させることを示す。「単一の電解質溶液」なる用語は、連続体のセル間で共有される１つの共通電解質溶液のバルク体積を指す。これは、古典的なバッテリの連続体とは対照的であり、各バッテリは、連続体における他のバッテリとは共通しない特有の電解質溶液を含有する。また、セル間で単一の電解質溶液を共有することは、連続体における各個々のセル内で、アノードとカソード電流集電体との間で単一の電解質溶液を共有することを含む。これは、少なくとも２つの電解質溶液、すなわち、ハーフセルそれぞれのための電解質溶液を必要とする従来の液体バッテリとは対照的である。単一の電解質溶液は、電解質成分と考えることができる複数の成分を含む、本明細書に記載された任意の適切な数の成分を含むことができる。

セル連続体は、例えば、使用時または使用準備時に、単一の電解質溶液に接触させることができる。連続体を電解質溶液に接触させることは、連続体を溶液の電解質浴に入れることを含むことができる。セル連続体は、単一の電解質溶液内に完全にまたは部分的に浸漬させまたは浸水させることができる。また、この溶液は、例えば、アノード、カソード電流集電体またはスペーサが多孔質である場合、セル上に噴霧することができまたは噴霧により加えることもできる。また、この溶液は、セル連続体を通してもしくはその上を流れるように、または任意の他の方法でセル連続体に接触するように、方向づけることもできる。セルを通して電解質を流す例は、セルのアノードとカソード電流集電体との間のコンジットを通して電解質を流すことによって行われる。

一部の実施形態では、セル連続体は、フローセルとして動作するように構成されている。セルは、例えば、フローバッテリを支持するようなフローセルとして構成されてもよい。フローモードでは、電解質溶液は、その動作中にセルを通って流れ、充電は不要である。電解質溶液は、セルの外側に貯蔵され、ついで、セルを通って流れるように方向づけることができる。使用済みの電解質は、追加の電解質がセルに提供されるときに回収することができる。

したがって、さらなる実施形態は、フローモードで本開示のセル連続体を動作させる方法であって、１）本開示のセル連続体を提供するステップと、２）セル連続体を単一の電解質溶液に接触させるステップと、３）水素または水素と電気との両方を製造するように、セルを動作させるステップと、４）その動作中に追加の電解質溶液（またはその１つ以上の成分）を連続体に提供するステップと、を含む方法を含む。このような実施形態は、５）使用済みの電解質溶液（またはその１つ以上の成分）を、動作中に、例えば追加の電解質溶液（またはその１つ以上の成分）を連続体に提供するのと同時に、電解質溶液から取り出すことをさらに含むことができる。電解質溶液（またはその１つ以上の成分）は、連続的に提供しまたは取り出すことができる。再循環器を使用して、電解質または他の材料を連続的に再循環させ、セル連続体に加え、場合により、使用済みの成分の濃度を維持するために、電解質溶液を補充することができる。このため、存在する水性電解質の大量の供給を維持する必要がなく、これにより、古典的なフローセルと比較して、コストおよび重量の両方が節約される。

さらなる実施形態は、本開示の連続体、例示であってこれに限定されるものではないが直線状連続体を提供することであって、連続体における１つ以上または全てのセルがそのアノードとカソード電流集電体との間に、入口端から出口端まで延びるコンジットを備える（その間にスペーサが配設されていてもまたは配設されていなくてもよい）ことと、連続体におけるセルのコンジットを通して単一の電解質溶液の流れを提供することとを含む。

本開示のセル連続体は、一部の実施形態では、直線状であることができ、これは、連続体が連続体の一方端から連続体の他方端までその長さに沿って直線状となるように、セルが配置されていることを意味する。この文脈において、「直線状」なる用語は、セルの完全な直線配置を必要とせず、例えば、特にセルを位置決めするために視覚的または機械的ガイドを使用しない場合、幾らかのズレを許容する一般的に直線的なセルの並びを含む。図１Ａおよび図３Ａそれぞれに、３つおよび２つのセルの直線状連続体を示す。また、本開示のセル連続体は、直線状でない任意の他の向き、例えば、円形もしくは半円形の配置、Ｕ字形、ジグザグまたはそれらの組み合わせに配置することもできる。連続体におけるセルは、連続体の長さに沿って任意の数の曲線および角度を形成するように配向させることができる。

連続体の長さは、連続体の一方端で始まり、連続体におけるセルを通って延び、連続体の他方端で終わる。連続体の長さは、連続体における各セルの長さの合計である。図１Ｃに、示される座標により示される正のｘ方向に沿って、セル１０５からセル１１５まで延びる連続体の長さＬを示す。連続体におけるセルの横断方向は、ｘ方向に延びるセルの長さに対して垂直な、セルの幅を横断する座標の正のｚ方向に延びる。これに代えて、連続体が曲線を形成するように配向されていた場合、連続体におけるセルの横断方向は、このような曲線の接線に対して垂直な方向に延びるであろう。図１Ｃにおけるアノードおよびカソード電流集電体シートの平面に対して垂直な方向は、それらの座標のｙ方向に延びる。同様に、図３Ｂに、正のｘ方向に沿ってセル３０５から３１０まで延びる連続体の長さＬを示す。

各セル内のアノードとカソード電流集電体との間の距離は、これら２つの間にスペーサが存在するか否かに関わらず、電解質が流れることができるコンジットを形成することができる。一部の実施形態では、セルにおけるこのようなコンジットは、本開示のセル連続体の長さに沿った方向に延びる。例えば、図３Ａおよび図３Ｂに、２つのセル３０５および３１０の連続体３００を示す。連続体におけるセルはそれぞれ、アノード３１５およびカソード電流集電体３２０を備え、カソード電流集電体は、アノードの両側の２つの材料片の形態にある。アノード３１５およびカソード電流集電体３２０は、互いに一定距離で配置されている。アノード３１５の両側のＯリング３２５は、各個々のセル内のアノードと電流集電体との間の距離を維持するためのスペーサとして機能し、また、セルのアノードとカソード電流集電体との間の電解質の流れのためのコンジット３３０を形成するためのスペーサとして機能する。

セルの上部側におけるアノード３１５とカソード電流集電体３２０との間のコンジット３３０は、連続体の長さに沿った方向に延びる。セルの底部側におけるアノードとカソード電流集電体との間の類似のコンジットは、同じ方向に延びる。セル連続体は、連続体における１つ以上または全てのセルに収束ノズル（ここでは、フラップ３４５により形成されるものとして示されている）をさらに備えることができる。「収束ノズル」なる用語は、コンジットの入口端からその出口端までの方向において、コンジットの断面積（図３Ａに示されるｙｚ平面内）を小さくする構造を指す。図示の実施形態では、フラップ３４５は、カソード電流集電体における湾曲の結果として形成され、収束ノズルを形成している。本明細書において、収束ノズルを形成するカソード電流集電体への任意の言及は、全体として収束ノズルを形成するかまたは任意の他のコンポーネントと共に収束ノズルを少なくとも部分的に形成するかのいずれかのカソード電流集電体を含む。コンジットは、フラップ３４５（入口）の左端からフラップ３５５（出口）まで、左から右に正のｘ方向に延びる。図３Ａおよび図３Ｃにおける連続体は、セルの上部側および底部側の両方に配置されたカソード電流集電体から形成される収束ノズルを備える。フラップ３４５は、セル３０５におけるアノード３１５に対して一定の角度で構成されている。この実施形態では、フラップ３４５の両側におけるタブ３３５は平坦なままである。カソード電流集電体の少なくとも一部とアノードとの間の距離は、正のｘ方向にセルを通る流れの方向において、コンジットの断面積（ここでは、ｙｚ平面内）を小さくするようにテーパ状になっている。セル３０５のカソード電流集電体のタブ３５０は、コンジットの出口において、隣接するセル３１０のアノードに物理的に接触している。タブ３５０は、例えば、クランプまたは他の適切な形式の圧縮を使用して、物理的接触を維持するために、アノードに押しつけられうる。コンジットの出口およびタブ３５０間のフラップ３５５は、電解質の流出に適合するようにわずかに角度を付けることができる。サージカルテープ等の材料３６０が、各セルのコンポーネントを圧縮するために、セルの幅の周りに巻き付けられている。

連続体における各セルのコンジットが、連続体の長さに沿って延びる場合、電解質は、連続体の一方端からセルを通って連続体の他方端に流れることができる。このような方法は、図３Ａにおける正のｘ方向に電解質を流すことを含む。

本開示のさらなる装置は、連続体の一方端を通って連続体の他方端への電解質の流れを容易にすることができる。この装置は、ハウジングの一方の外面からハウジングの対向する外面まで延びる少なくとも１つのチャネルを備えるハウジングと、少なくとも１つのチャネル内に配置された本開示のセル連続体とを備える。ハウジングは、例えば、一方端から他方端まで細長い本体の長さに沿って延び、連続体の配置に適合化されたチャネルを有する細長い本体の形態にあることができる。一部の実施形態では、ハウジングは、形状が円筒形または長方形であり、断面が長方形であることができるチャネルは、ハウジングの一方端からハウジングの他方端まで延びる。本開示のセル連続体と同様に、チャネルは、直線状であることができまたはセル連続体を収容するために適した任意の他の形状を有することができる。

図４Ａおよび図４Ｂに、円筒管の形態にあるハウジング４００を示し、当該ハウジング４００は、管の一方端（図４Ｂに示されている入口端４３５）から他方端（図４Ｂに示されている出口端４３０）に延び、ハウジング４１０および４１５それぞれの上部および底部内面を有するチャネル４０５を備える。セル連続体４２０は、ハウジングのチャネル内に配設されている。

本開示の方法は、ハウジングを通って延びるチャネルを通して単一の電解質溶液を流すことを提供する。このチャネルにより、電解質の流れが、セル連続体の一方端からその長さに沿ってセル連続体の他方端に方向づけられる。例えば、電解質は、装置の入口端４３５から出口端４３０まで、４４０により示される方向に流れることができる。一部の実施形態では、連続体における各セルの少なくとも一部、例えば、カソード電流集電体により形成されたフラップ４２５は、図４Ｂに示されているように、ハウジングの内面により画定されるチャネル壁に接触している。このような接触により、セルの周りの電解質の流れが制限されまたは限定され、電解質の流れを、セルのカソード電流集電体とセルのアノードとの間のコンジット内へ方向づけるのを補助することができる。セル連続体におけるカソード電流集電体のフラップ４２５は、チャネル内に挿入された場合に、角度が小さくなるように、より大きな角度でチャネルの外側で曲げることができ、このため、フラップ４２５とハウジングの内側チャネル壁４１０および４１５との間の接触を確実にすることができる。

一部の実施形態では、電解質の少なくとも一部は、連続体における各セルを通過しなくてもよい。例えば、電解質の少なくとも一部は、セル連続体とセル連続体が配設されるハウジングの内壁との間に形成される任意のギャップを通って流れることができる。また、電解質の幾らかの部分は、連続体におけるセル間のギャップを通してまたはセル自体にあるギャップを通って流れることができる。このようなギャップは、装置の動作中に形成される場合、水素ガスが流れるための経路を潜在的に提供することができる。また、ギャップは、装置の長さにわたる圧力降下の制御を提供するために利用することができる。

他の実施形態では、本開示の連続体における１つ以上または全てのセルのコンジットは、１つ以上のセルを横断するように、またはセルの幅を横断する方向に延びる。例えば、図１Ａにおけるコンジット１７０は、ｚ方向に延びる（この図の平面内に延びる）。同様に、電解質は、アノードとカソード電流集電体との間のこのようなコンジット１７０（アノードの平面の上下両方）を通して、少なくとも部分的にまたは完全に、セルを横断する方向に流れることができる。

本明細書において、「キャディ」と呼ばれる固定具は、電解質の流れに曝されたときにアノードおよびカソード電流集電体を所定の位置に保持するように構成されている内蔵スペーサならびに他のインサートおよび機構を提供することにより、このようなセル連続体を収容することができる。キャディは、セルの他のコンポーネントを妨害することなく、新たなアノード片を使用済み材料と交換可能にすることにより、アノード材料の交換を単純化することができる。このようなキャディは、例えば、３Ｄ印刷技術を使用して製造することができ、プラスチックで形成することができる。キャディは、単一の本体として形成することができまたは互いに接続されている２つ以上の片を備えることができる。

図５Ａは、本開示の２つのセル連続体を保持するように設計されている例示的なキャディ５００の斜視図を提供する。アノードシートの一方端を、アノードシートの他方端がカラム５１０に当接するように、ノッチ５０５Ａ内に配置することができる。第２の平面アノードの端部を、他方端がカラム５１０の反対側と当接するように、ノッチ５０５Ｂ内に配置することができる。構造５１５Ａおよび５１５Ｂ，５２０Ａおよび５２０Ｂおよび５２５Ａおよび５２５Ｂは、外側キャディ壁と共にスロットを形成し、その中に電流集電体のシートを配置し、各個々のセル内のカソード電流集電体のシートとアノードとの間の距離を維持する。突出部５３０Ａおよび５３０Ｂは、一方端が５２５Ａおよび５２５Ｂに配置されたカソード電流集電体シートを内側に曲げ、ノッチ５０５Ｂで挿入され、カラム５１０と当接するであろう隣接するセルのアノードに物理的に接触させる。キャディ５４０の底部はＶ字形である。構造５３５Ａ，５３５Ｂ，５３５Ｃ，５３５Ｄおよび５３５Ｅは、キャディのＶ字形底部上に、アノードおよびカソード電流集電体を置く平坦な底部支持体を提供する。図５Ｂの座標に示されている正のｚ方向でキャディに入り、これを通って流れる電解質は、図５Ａに示されるキャディ貫通孔５４５の底部から出ることができる。

図５Ｂは、図５Ａのキャディの上面図であり、連続体における２つのセルのアノードおよびカソード電流集電体が、キャディに挿入されている。（５５５と共に）挿入されたコンポーネントを有するキャディは、セル５６５および５６０を備える。セル５６０は、ノッチ（図５Ａにおける５０５Ａに対応する）に挿入されている一方側と、コラム５１０と当接している他方端とを有するアノード５７０を備える。カソード電流集電体片５７５Ａおよび５７５Ｂは、一方端でスロットに挿入されており、突出部５３０Ａおよび５３０Ｂの周囲で曲げられて、隣接するセルのアノード５８０に接触している。アノード５８０は、コラム５１０の反対側と当接しており、その他方端は、セルの左側のノッチ（図５Ａにおける５０５Ｂに相当）に配置されている。カソード電流集電体５８５Ａおよび５８５Ｂは、アノード５８０の反対側のスロットに配置されている。電解質は、例えば、正のｚ方向に流れることができる。

図５Ｃは、図５Ｂのキャディの断面図である。この図は、キャディのＶ字形の床の上に配置された、１つのセルのアノード５７０と、キャディからの電解質の流れを適合化するための孔５４５とを示す。キャディの周囲壁５９０は、例えば、アノードの上部まで（この図におけるように）またはそれよりも高く延びることができる。

このため、本開示のさらなる実施形態は、デバイスであって、共通の床を共有し、それぞれの間に内部容積を画定する接続された周囲壁と、内部容積内に連続して配置され、互いに一定距離に位置する少なくとも２つの平面材料を収容するように適合された、少なくとも２つのセル収容領域と、連続体における１つの領域に配設された平面材料を隣接領域に配設された平面材料に物理的に接触させるための手段とを備えるデバイスを含む。

図５Ａ～図５Ｃのキャディは、例えば、４つの接続された周囲壁５９０と共通の床５４０とを備え、カラム５１０のいずれかの側に配設された２つのセル収容領域を備える。セル収容領域はそれぞれ、セル５６５におけるカソード電流集電体５８５Ａおよび５８５Ｂから一定距離で配置されているアノード５８０とセル５６０におけるカソード電流集電体５７５Ａおよび５７５Ｂから一定距離で配置されているアノード５７０とを含む、３つの平面材料を収容するように構成されている。構造５１５Ａおよび５１５Ｂ，５２０Ａおよび５２０Ｂおよび５２５Ａおよび５２５Ｂは、各セル内のアノードとカソード電流集電体との間にスペーサを形成する。突出部５３０Ａおよび５３０Ｂは、電流集電体を曲げることにより、カソード電流集電体５７５Ａおよび５７５Ｂを隣接するセルのアノード５８０に物理的に接触させるための手段を提供する。「平面材料」なる用語は、他の材料との物理的な接触のために、材料の一部分において物理的に変更されているような平面材料を含む。材料を物理的に接触させるための付加的または代替的な手段は、例えば、シートが物理的に接触するように、シートを曲げるかまたは何等かの方法で構成するためのばねおよび他の形態の圧縮または張力を含む。

本開示のさらなる方法は、単一の電解質溶液をデバイスの内部容積内に入れることを含む。セル収容領域は分割されておらず、その結果、デバイスに配設されたセル（および各セル内のコンポーネント）は、同じバルク電解質を共有する。また、このデバイスは、電解質がデバイスの内部容積からデバイスの床の底部にある孔５４５への方向に流れることで、収容されたセルのフローセルとしての使用に適合化可能である。このような流れは、図５Ｂに示されているように、平面コンポーネントがデバイスの周囲壁に対して平行にその対向面を有するように配置されている場合、セルのアノードとカソード電流集電体との間等のセルを横断する方向であることができる。

バッテリパックは、本開示のセル連続体を備える任意の数のキャディを備えることができる。例えば、バッテリパックは、１０、２０、３０、４０または５０個以上のキャディを備えることができ、各キャディは、本開示のセル連続体を備える。１つのキャディにおけるセル連続体は、別個のキャディにおける別のセル連続体、例えば、別の連続体のアノードと接続している１つの連続体のカソード電流集電体からのワイヤに対して直列にまたは並列に接続可能である。また、キャディの集合体は、共通の流体マニホールドの入口および出口を共有することができる。これは、単一の共通の電解質流体が１つの供給源から各キャディに流入することができることを意味する。

他の実施形態では、電解質溶液は、カソード電流集電体および／またはアノード（例えば、これらのコンポーネントがシートの形態を有する場合）の平面に対して垂直な方向に、少なくとも部分的にまたは完全に流れることができる。この流れの方向は、例えば、カソード電流集電体および／またはアノードが電解質溶液に対して多孔質である場合に可能となりうる。

上記の検討された実施形態には、セル連続体を電解質溶液の流れに接触させる多くの方法が開示されている。電解質の流速は、ｍｌ／ｓの単位で表すことができる。セル連続体の幾何学的形状を考慮して、流速は、ｃｍ／ｓの単位で表すこともできる。電解質の流れに対する調整は、セルのエネルギ出力を調整し、電力、効率または他の設計目標を最適化することができる。

したがって、本開示の別の実施形態は、方法であって、本開示のセル連続体を提供するステップと、セル連続体を第１の流速で単一の電解質溶液に接触させるステップと、ついで、セル連続体を第２の流速で単一の電解質溶液に接触させるように流速を変化させるステップとを含む方法を含む。流速の変化は、流速の上昇または低下であることができる。この方法は、セルへの電解質の連続的な流れを中断することなく、流速を変化させることにより実施することができる。この方法は、任意の期間にわたって流速を何度も変化させる（より速くするまたはより遅くする）ことにより実施することができる。これらの流速は、例えば、バッテリの設計目標、例えば、電力または効率を最大化する最適流速を見出すための努力において変化させることができる。このような方法は、第１の流速でセルの電力出力または効率を測定するステップと、第２の流速でセルの電力出力または効率を測定するステップとを含むことができる。流速に対する１つ以上のさらなる変更を行って、セルの最適な電力出力または効率に到達することもできる。

本開示の流速の例は、０．０１ｃｍ／ｓ～１０ｃｍ／ｓ、０．１ｃｍ／ｓ～１ｃｍ／ｓ、０．２～０．５ｃｍ／ｓおよび０．３～０．５ｃｍ／ｓを含み、可能性のある平均流速は、０．０１、０．０５、０．１０、０．１５、０．２０、０．２５、０．３０、０．３５、０．４０、０．４５、０．５０、０．５５、０．６０、０．６５、０．７０、０．７５、０．８０、０．８５、０．９０、０．９５、１．５０、２．００、２．５０、３．００、３．５０、４．００、４．５０、５．００、５．５０、６．００、６．５０、７．００、７．５０、８．００、８．５０、９．００、９．５０または１０．０ｃｍ／ｓの平均流速である。特定の実施形態は、０．４５ｃｍ／ｓの平均流速を使用することができる。

本開示のセル連続体の任意の実施形態のための単一の電解質溶液の組成は、各種の構成要素から選択することができる。電解質溶液は、極性溶媒を含む。表１に、電解質溶液に使用するための極性溶媒の非限定的な例を列挙する。

一部の実施形態では、電解質溶液は、極性溶媒として、水、１種以上のアルコール（例えば、メタノールおよびエタノール）または水と１種以上のアルコールとの両方を含む。他の実施形態では、電解質溶液は、極性溶媒として、水のみ、１種以上のアルコールのみまたは水と１つ以上のアルコールとの混合物のみからなる。さらなる実施形態では、電解質溶液は、水と、表１に列挙された１種以上の他の極性溶媒を含む１種以上の他の極性溶媒との混合物を含む。また、極性溶媒は、表１に列挙された水および１種以上の極性溶媒のみからなることもできる。

また、電解質溶液は、アノード材料が酸化されるのにつれて、電気化学セル内で還元される酸化剤を含む。表２における化合物の非限定的な列挙または場合によりそれらの対応する塩および酸を、酸化剤として加えかつ／または極性溶媒中で解離して酸化剤を形成することができる。

本明細書で使用する場合、「酸化剤」なる用語は、酸化を行うために添加された化合物およびにその化合物の解離による結果として生じるアニオンを指す。このため、ペルオキシ二硫酸（Ｈ_２Ｓ_２Ｏ_８）、ペルオキシ二硫酸ナトリウム（Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_８）およびペルオキシ二硫酸アニオン（Ｓ_２Ｏ_８ ^２－）は全て、本明細書で使用される酸化剤である。例えば、ペルオキシ二硫酸酸化剤の酸または塩の形態が、本開示の電解質溶液に添加される場合、アニオン形態に解離されるであろう。アニオン形態は、別の種を酸化するように作用し、次に、還元される形態である。溶液中の酸化剤の例示的な濃度は、例えば、０．２５Ｍ～１Ｍ、０．５Ｍ～１Ｍ、０．７５～１Ｍおよび０．５Ｍ～０．７５Ｍを含む。

一部の実施形態では、電解質溶液は、ペルオキシ二硫酸ナトリウム（水溶液）、ペルオキシ二硫酸（水溶液）、ペルオキシ二硫酸アニオン（Ｓ_２Ｏ_８ ^２－）またはこれらの組み合わせを含む。さらなる実施形態では、電解質溶液は、ペルオキシ二硫酸ナトリウム（水溶液）、ペルオキシ二硫酸（水溶液）またはペルオキシ二硫酸アニオン（Ｓ_２Ｏ_８ ^２－）を、任意の他の酸化剤との組み合わせ、例えば、表２に列挙された任意の他の酸化剤またはそれらの各塩もしくは酸との組み合わせを含む。例えば、電解質溶液は、ペルオキシ二硫酸ナトリウム（水溶液）および次亜塩素酸ナトリウム（水溶液）を含むことができる。

酸化剤は、例えば、塩または酸の形態にあることができる。ペルオキシ二硫酸ナトリウムは、酸化剤であり、塩でもある。ペルオキシ二硫酸は、酸化剤であり、酸でもある。代替的には、酸化剤が、塩または酸でない場合、適切な塩（例えば、金属塩）または酸を、酸化剤と共に溶液に添加して、電解質溶液を形成するための成分を提供することができる。一部の実施形態では、酸化剤は、塩であり、第２の塩が、酸化剤と共に溶液に添加されるかまたは溶液中に形成され、それにより、２種の塩を含む電解質溶液が得られる。

酸化剤に加えて、電解質溶液に存在することができる例示的な塩、例えば、金属塩を、表３に列挙する。「塩」への全ての言及は、表３における化合物等の化合物および溶液状での化合物の解離形態を含む。

金属塩は、極性溶媒中で解離して、金属イオンおよび対応するアニオンを発生させる化合物でなければならない。このような金属塩の例は、例えば、溶液中に０．５Ｍの濃度での硫酸ナトリウムである。溶液が、２種の塩を含む実施形態において、例えば、酸化剤が、塩であり、溶液が、表３に列挙された塩等のさらなる塩を含む場合、塩は、同じかまたは異なるアニオン成分のいずれかを含むことができる。塩は、電気化学デバイスを動作させる前に溶液中に含ませることができまたは電気化学デバイスの動作中に溶液中での化学反応により形成することができる。

多くの実施形態では、電解質溶液は、塩基、例えば、強塩基をさらに含む。強塩基の例は、ＬｉＯＨ、ＲｂＯＨ、ＣｓＯＨ、Ｓｒ（ＯＨ）_２、Ｂａ（ＯＨ）_２、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）_２またはそれらの組み合わせを含む。１つの特定の例は、例えば、溶液中に２Ｍ～３Ｍの濃度でのＮａＯＨである。他の実施形態では、電解質溶液は、１種以上の酸、例えば、硝酸または硫酸を含む。

したがって、電解質溶液は、例えば、極性溶媒および酸化剤を含むかまたはそれらからなることができる。極性溶媒の例は、水である。例示的な酸化剤は、ペルオキシ二硫酸の塩（例えば、ペルオキシ二硫酸ナトリウム）である。このような溶液は、酸化剤とは異なる塩をさらに含むかまたはそれからなることができる。例示的な塩は、硫酸塩（例えば、硫酸ナトリウム）である。極性溶媒および酸化剤を含むかもしくはそれらからなる溶液または極性溶媒、酸化剤および塩を含むかもしくはそれらからなる溶液は、塩基または酸をさらに含むかまたはそれらからなることができる。例示的な塩基は、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムを含む。例示的な酸は、硫酸および硝酸を含む。

電解質溶液中の成分の例示的な組み合わせは、下記の表４における組み合わせを含む。一部の実施形態では、番号が付された電解質溶液は、特定された各成分を含む。他の実施形態では、番号が付された電解質溶液は、特定された各成分からなる。

極性溶媒中にアルコールを含む、表４に示した電解質溶液では、アルコールは、１種以上のアルコールであることができ、例えば、メタノール、エタノールまたはメタノールとエタノールとの両方を含むことができる。

理論に拘束されるものではないが、下記の説明は、本開示のセル連続体の一部の実施形態がどのように機能するかを説明すると考えられる。多くの実施形態では、アノードは、アルミニウムであり、カソードは、カソード電流集電体に接触するカソード液であり、カソード液は、水、硫酸ナトリウム、水酸化ナトリウムおよびペルオキシ二硫酸ナトリウムを含む電解質である。

理論に拘束されるものではないが、このような実施形態では、アルミニウムは、アノードにおいて、式（Ａ）に従って酸化され、過硫酸塩還元が、式（Ｂ）により、電流集電体の表面で起こる。

２Ａｌ（ｓ）→２Ａｌ^３＋＋６ｅ^－ （Ａ）
２Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_８（水溶液）＋４ＮａＯＨ（水溶液）＋４ｅ^－→４Ｎａ_２ＳＯ_４（水溶液）＋４（ＯＨ）^－ （Ｂ）
ただし、アルミニウムの酸化から利用可能な２つの余分な電子が存在する。多くの実施形態では、アルミニウムアノードにおいて、プロトンが還元されて、水素ガスを形成することが観察される。このため、水が解離して、Ｈ^＋およびＯＨ^－を形成し、ついで、２つの余分な電子が、Ｈ^＋を水素ガスに還元するのに利用可能であり、このような水素ガスの発生は、アルミニウムアノードで観察されるが、酸化剤が還元される電流集電体では観察されないとさらに考えられる。電解質が、エタノールである場合、同じ水素発生が観察されるため、水酸化物イオン自体が解離して、Ｈ^＋を形成する場合もある。したがって、先に開示したように、電解質溶液は、アルコールまたは水およびアルコールを含むことができ、一例は、エタノールである。

上記の観点から、電流集電体は、「カソード電流集電体」として特徴付けることができる。電流集電体は、（上記の式Ｂに従って）電流集電体の表面で電解質溶液中の酸化剤を還元する電子を供給するためである。この場合、電解質溶液は、カソード液として特徴付けることができる。カソード電流集電体は、例えば、カソード液中に埋め込まれるかまたはカソード液と何等かの方法で適切に接触させることができる。この場合、カソード液は、カソード電流集電体における還元のための酸化剤の供給源である。

その構成材料に応じて、アノード（例えば、アルミニウム製のアノード）は、酸化物層を有することができる。このような酸化物層は、セルの性能を向上させるために破壊することができる。理論に拘束されるものではないが、下記の説明は、本開示の一部の実施形態において、アルミニウムアノード上の酸化物層の破壊を説明すると考えられる。

酸化アルミニウムは、典型的には、アルミニウムの外側に非常に薄い層で形成され、本質的には、金属の腐食を防止する障壁として機能する。酸化物層は、下にあるアルミニウム金属が電気化学反応に関与するのを可能にするために破壊することができる。酸化物層は、塩基性環境もしくは酸性環境のいずれかへの曝露、塩への接触、機械的破壊（例えば、引っ掻きまたは折り曲げ）もしくは電気的破壊等の幾つかの種類の方法で破壊することができる。

酸化物層を破壊するための１つの方法は、電解質溶液中に塩基、例えば、ＮａＯＨを含ませることである。古典的な式Ａｌ＋ＮａＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→ＮａＡｌ（ＯＨ）_４＋Ｈ_２では、まず、ＮａＯＨが、酸化物層を破壊し、ついで、水と共にＡｌを攻撃して、水素ガスを発生させる。ＮａＯＨが、酸化アルミニウムを攻撃すると、ＮａＯＨは、それを無差別に攻撃し、酸化物層に小さな孔を形成する。酸化物層の孔は、小分子、例えば、水が裸のアルミニウム金属を攻撃して水素ガスを発生させることを可能にする。Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_８を水に加えると、２Ｎａ^＋とＳ_２Ｏ_８ ^２－とに解離する。Ｓ_２Ｏ_８ ^２－は、Ｈ_２Ｏと比較して比較的大きな分子であり、酸化アルミニウム層の比較的小さな孔に収まらない場合がある。したがって、Ｓ_２Ｏ_８ ^２－分子が、酸化物層の孔を直接的に利用するのは立体的に妨害される場合がある。電気的な負荷が、システムに適用されると、Ｓ_２Ｏ_８ ^２－イオンは、カソード電流集電体上で還元される。アルミニウムアノードからの電子は、負荷を介して、カソード電流集電体に送られ、そこで、Ｓ_２Ｏ_８ ^２－イオンは、２つのＳＯ_４ ^２－イオンに還元される。

酸性環境を生じさせるために、ＮａＯＨを、Ｈ_２ＳＯ_４により置き換えて、同様の効果を達成することができる。また、塩、例えば、ＮａＣｌも、アルミニウムが海水により腐食するため、海洋社会において一般的に知られているアルミニウムの酸化物層を破壊することができる。Ｃｌ^－イオンは、酸化物層を経時的に攻撃し、破壊することができる攻撃的なイオンである。また、酸化アルミニウム層は、例えば、金属を引っ掻いたりまたは折り曲げたりすることにより、機械的に破壊することもできる。代替的には、酸化物層を電気的に破壊することもできる。

これも理論に拘束されるものではないが、アルミニウムは、負でない酸化状態＋３、＋２、＋１および０で存在することができるが、＋３および０状態のみが、標準的なバッテリ動作条件下でエネルギ的に安定であり、０状態は、固体アルミニウム相である。強力な酸化剤、例えば、Ｓ_２Ｏ_８ ^２－または２Ｈ^＋が、０状態にあるアルミニウム原子に反応すると、アルミニウム原子をエネルギ的に不安定な＋２酸化状態にしようと試みる間に、固体アルミニウム原子から２つの電子を除去する（自身を２ＳＯ_４ ^２－に還元）。この状態は、エネルギ的に好ましくないため、アルミニウム原子は、３個目の電子を放出して、それを安定な＋３状態にする。３個目の電子は、固体アルミニウムを通して、負荷に伝導され、続けて、電流集電体に伝導され、カソード液は、別のＳ_２Ｏ_８ ^２－アニオンを還元する。

比較すると、Ｚｎは、負でない酸化状態＋２、＋１および０で存在することができるが、０および＋２状態のみがエネルギ的に好ましい。したがって、Ｓ_２Ｏ_８ ^２－アニオンが０の酸化状態にある亜鉛原子と反応すると、亜鉛原子から２つの電子を除去し、亜鉛原子を安定な＋２状態にし、電流は生成されない。一方、亜鉛から１つの電子を除去可能な－１状態にある酸化剤が存在する場合、アルミニウムの場合と同様に、電流を生成することができる。

このような単一の電解質システムでは、酸化剤と還元剤とのペアを、酸化剤が１つ以上のさらなる電子の放出を伴って安定な酸化状態に自発的に遷移することができる不安定な酸化状態を還元剤中に形成するのに十分な電子を除去するように選択することができる。このようなペアにおいて、不安定な酸化状態は、安定な酸化状態より低い酸化状態である。安定な酸化状態は、不安定な酸化状態と比較して、＋１または＋２以上の酸化状態を有することができる。例えば、アルミニウムにおいて、安定な酸化状態である＋３は、不安定な酸化状態より１（＋１）多い。

本開示の複数のセル連続体を、互いに直列にまたは並列に構成して、例えば、互いに直列におよび／または並列に、２つ、３つ、４つまたはそれ以上の行のセルの配列を形成することができる。本開示の連続体、または直列におよび／または並列に配置された複数のセル連続体を備えるバッテリも、本開示のさらなる実施形態を形成する。本開示のセル連続体は、任意の他のセル連続体、例えば、伝統的なバッテリと直列にまたは並列に接続することができる。１つの連続体のカソード電流集電体からのワイヤ（例えば、銅線）の形態のような金属導体は、別の連続体のアノードに接続して、１つの連続体を他の連続体と並列に配置することができる。また、ワイヤは、２つのアノードおよび２つのカソード電流集電体同士を接続して、１つの連続体を他の連続体と並列に配置することができる。

したがって、本開示のさらなる実施形態は、本開示の第２のセル連続体と並列に接続している本開示の第１のセル連続体を備える、接続されたセルのアセンブリを含む。さらなる実施形態は、本開示の第２のセル連続体と直列に接続している本開示の第１のセル連続体を備える、接続されたセルのアセンブリを含む。本開示のさらなる実施形態は、本開示の第２のセル連続体と直列に接続している本開示の第１のセル連続体を備え、第１の連続体も、本開示の第３のセル連続体と並列に接続している、接続されたセルのアセンブリを含む。アセンブリ内のセル連続体は、アセンブリ内の任意の他のセル連続体と比較して、同じ数のセルまたは異なる数のセルを含むことができる。一部の実施形態では、アセンブリ内の各セル連続体は、独立して、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、３０、３５、４０、４５または５０個以上のセルを備える。特定の実施形態では、アセンブリ内の各セル連続体は、９個のセルを備える。

本開示のセル連続体は、単独でまたは２つ以上のセル連続体のアセンブリでのいずれかで、バッテリに組み込むことができる。「battery」および「batteries」なる用語は、本開示の実施形態を説明するのに使用する場合、電解質溶液に接触する電気化学セル連続体または電気化学セルの複数の連続体を含むことができる。「battery」および「batteries」なる用語は、さらに、１つ以上のさらなるコンポーネント、例えば関連する配線、セル連続体および電解質を囲むハウジングまたはカバー、および任意の他の構造的コンポーネント、例えばエンドユーザによるデバイスの便利で安全な使用のために追加されるコンポーネントを含む、デバイスに関連する端子およびプラグを含む、デバイスを含むこともできる。

本開示のセル連続体またはバッテリは、単一の電解質溶液に接触して負荷に接続されると、水素または電気および水素の両方を製造することができる。負荷は、ワイヤにおける抵抗または用途の装置またはその両方である場合がある。本開示の実施形態は、本開示のセル連続体またはバッテリにより製造された水素または電気および水素の両方を用途の装置に送る方法をさらに含む。

電気化学セルは、主に電気を発生させるか、主に水素を発生させるか、または両方を種々の比率で発生させるように構成することができる。水素に対する電気の製造比率に影響を及ぼす場合がある変数は、例えば、単一の電解質溶液中の連続体構成におけるセルの数、電解質溶液のｐＨ、アノードの表面積および電解質溶液中の酸化剤の量（例えば、モル濃度）を含む。例えば、実施例１の表５では、ワット数／セルが、連続体におけるセルの数と共に増加することが観察される。オープンセル電圧／セルは、セルの数が増えても変化しないままであるが、負荷を通るアンペア数／セルは、連続体におけるセルの数と共に増加し、より高いワット数をもたらす。これは、アノード酸化の間に放出される電子の分布がセルの数が増えるのにつれて、アノードでの水素発生より、カソード電流集電体での酸化剤還元に偏っていることを意味する。

水素製造は、ｐＨおよびアノードの比表面積を調整することにより制御することができる。アルカリ性溶液から出発して、ｐＨを上昇させ、使用されるアノードの比表面積が大きくなるにつれて、より多くの水素が発生される。例えば、アルミニウムの表面積は、アルミニウムスクリーン上に複数回折り重ねることにより大きくすることができる。ついで、水素は、セル連続体における各アノードでまたは各アノードから収集することができる。有利には、石油製品からの水素製造とは異なり、水素を、ＣＯ_２またはＣＯの遊離なしに形成することができる。

電気は、酸化剤濃度が上昇し、溶液が次第にアルカリ性になる場合に有利であることができる。ｐＨが中性の場合、Ｓ_２Ｏ_８ ^２－は、固体アルミニウムを酸化することができない。Ａｌ_２Ｏ_３薄膜が、固体表面に形成されるためである。系が非常にアルカリ性、例えば、ｐＨが１２以上である場合、ＯＨ^－アニオンは、酸化アルミ薄膜を破壊し、Ｓ_２Ｏ_８ ^２－アニオンが電流を発生させるのを可能にする。ＯＨイオン、例えば、ＮａＯＨの添加またはＨ＋イオンの添加、例えば、硫酸の添加いずれかによってｐＨを調整することにより、ＯＨ－の利用可能性、このため、電流の制御を調節することができる。表面が十分に活性化されていれば、より低いｐＨ、例えば、約１０でも機能することができる。また、電流は、セルを通過する電解質のバルク速度を制御することによっても、効果的に制御することができる。

電気および／または水素は、多くの種類の用途において使用することができまたはこれに送ることができる。電気用途は、例えば、電力グリッド用途、例えば、携帯電話塔、携帯電話塔バックアップ電力、ウィンドファームもしくはソーラーファーム用のバックアップ電力、ガス発生器の代替としてのバッテリバックアップまたは任意の他の電気的負荷を含む。また、電気は、車両、電気モータ、従来のバッテリ、家電、消費財または玩具に電力供給するのにも使用することができる。水素製造の作動のために構成されている場合、水素は、電気発生用の燃料電池、水素圧縮機、車両、燃焼用のエンジンもしくは炉または貯蔵用のタンク等の用途に送ることができる。

本開示のセル連続体または電気化学セルもしくはバッテリは、車両（例えば、電気車両またはハイブリッド車両）に電力供給するように構成することができる。このような車両の例は、スクータ、原動機付食品自動車、フォークリフト、トラック、乗用車、ゴルフカート、リフトトラック、オートバイ、フォークトラック、飛行機、ボート、クワッド、トラクタならびに他の産業用および農業用車両を含む。本開示のセル連続体およびバッテリからの水素は、車両輸送用のモータ用の電力を生成する燃料電池に送ることもできる。また、電気は、燃料電池コントローラに電力を供給し、かつ／または他の車両電子機器、例えば、電気モータに電力を供給することにも使用することができる。

本開示のセル連続体またはバッテリは、ディーゼルアシスト用等の燃焼補助デバイスとして使用することもできる。これは、燃焼を補助するために、セルにより発生された水素をエンジンに供給することを含む。水素の供給により、燃焼プロセスにおける温度を上げ、より効率的な燃焼をもたらし、プロセスにおいて形成される微粒子を少なくすべきである。実施例９は、ディーゼルアシストのための水素発生バッテリの使用を例示する。

本開示のさらなる代替的な実施形態は、さらなる種類の電気化学セルを含む。これらの代替的な実施形態は、場合により、互いに直列に配置することができるが、単一のセルとして動作させることもできる。直列に配置された場合、連続体におけるセルのカソード電流集電体は、連続体における別のセルのアノードに物理的に接触している必要はない。例えば、これらの代替的な実施形態は、導電性ワイヤを使用して、伝統的な直列配置で配置することができる。

本開示の第１の代替的な実施形態は、アノードと、カソード電流集電体と、アノードおよびカソード電流集電体に接触している単一の電解質溶液とを備え、単一の電解質溶液が、塩または酸である酸化剤を含むかまたは酸化剤および塩を含む、電気化学セルを含む。本開示の他の実施形態と同様に、アノードおよびカソード電流集電体は、これら２つの間の物理的接触を回避するために、互いに一定距離で配置される。その結果、セルは、それらの間の距離を維持するために、アノードとカソード電流集電体との間に非導電性スペーサをさらに備えることができる。スペーサは、多孔質または非多孔質であることができる。

本開示の第２の代替実施形態は、アノードと、カソード電流集電体と、アノードおよびカソード電流集電体に接触している単一の電解質溶液と、アノードとカソード電流集電体との間に配設される非多孔性の非導電性スペーサとを備える、電気化学セルを含む。アノードおよびカソード電流集電体は、これら２つの間の物理的接触を回避するために、互いに一定距離で配置される。その間に配設されたスペーサは、その距離を維持するのに使用することができる。単一の電解質溶液は、例えば、塩もしくは酸である酸化剤を含むことができまたは酸化剤および塩を含むことができる。

これらの代替的な実施形態のいずれにおいても、アノードおよびカソード電流集電体は、それらの単一の電解質溶液中に部分的にまたは完全に浸漬させることができる。セルは、セルを通る電解質の流れを収容するフロースルーセルとして機能することができる。スペーサが存在する場合、スペーサは、電解質溶液により占有される場合がある、アノードとカソード電流集電体との間にコンジットを形成することができる。本開示は、第１または第２の代替的な実施形態のいずれかの電気化学セルのアノードとカソード電流集電体との間に電解質溶液の流れを提供するステップを含む、方法をさらに含む。いずれの実施形態も、例えば、負荷に接続された場合、水素または電気および水素の両方を製造するのに使用することもできる。

アノード、カソード電流集電体および多孔質または非多孔質のスペーサの構成材料および幾何学的形状は全て、本開示の他の実施形態について本明細書に記載されたものから選択することができる。同様に、極性溶媒、酸化剤、塩、酸、塩基および任意の他の成分を含む電解質溶液の組成は、本明細書に記載されたものから選択することができる。したがって、電解質溶液は、例えば、水、アルコールまたは水とアルコールの両方、ペルオキシ二硫酸塩（例えば、ペルオキシ二硫酸ナトリウム）、任意のさらなる塩（例えば、硫酸ナトリウム）、塩基、例えば、水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウムまたは酸、例えば、硫酸または硝酸を含むかまたはそれらからなることができる。また、電解質溶液は、表４に開示したもののいずれかから選択することもできる。また、代替的な実施形態の任意の他の属性または組成を、本開示の他の実施形態について本明細書に記載された類似の属性または組成から選択することができる。

図１１に、第１または第２の代替的な実施形態のいずれかのセル連続体を示す。図１１において、３つの電気化学セル連続体が示されている。各セルは、アノード１１００、例えば、アルミニウムを含むものを含む。アノード１１００は、非導電性スペーサ１１１０に接触している。カソード電流集電体１１２０、例えば、リン青銅を含むものは、非導電性スペーサ１１１０の反対面に接触している。コンジット１１４０は、各セルのアノード１１００とカソード電流集電体１１２０との間に提供され、これは、電解質溶液、例えば、ペルオキシ二硫酸ナトリウム（水溶液）を含むものにより占有されうる。スペーサ１１１０が、電解質に対して多孔質である場合、電解質は、多孔質のスペーサ内に配設することができまたは多孔質のスペーサを通して流すこともできる。アノード１１００、電流集電体１１２０およびスペーサ１１１０のスタックは、場合により、物理的完全性のために、サージカルテープに巻き付けられてもよいし、または何等かの方法で圧縮されてもよい。各セルは、隣接するセルと電気的に接触しており、隣接するセルのアノード１１００およびカソード電流集電体１１２０は、銅線１１３０等の導体を介して電気的に接触している。

実施例１：Ｎ個の連続体実験
この実験に使用される材料は、酸化剤であるＮａ_２Ｓ_２Ｏ_８、塩基であるＮａＯＨ、塩であるＮａ_２ＳＯ_４および水を含む電解質溶液を含む。セルは、アルミニウムアノードとリン青銅カソード電流集電体とを使用した。

電解質が横方向に流れるように構成されているＮ個（この実験では、１～６個）のセル連続体を、１／２ＭのＮａ_２ＳＯ_４、３／４ＭのＮａ_２Ｓ_２Ｏ_８および２ＭのＮａＯＨの初期濃度を有する電解質流体に配置した。Ｎ個のセルを、ボックス内の、セルが試験される体積の流体（３Ｌ Ｎ＝１、２、３個；４Ｌ Ｎ＝４、５個；５Ｌ Ｎ＝６個）に配置した。ボックスを、アノードおよびカソード電流集電体の表面間の流体の流れを刺激するために、流体を適切に移動させる速度で、Ｓａ３０オービタルシェーカーに置いた。この流体の流れは、電気および水素の発生につれて、酸化剤および塩基の局所濃度が低下し、移動する流体により補充されるのに関連する。

電圧を、１オーム抵抗器にわたって測定し、オームの法則（Ｖ＝ＩＲ）を使用して電流を求めた。ついで、電力（Ｗ）を、Ｗ＝Ｖ×Ｉを使用して求めた。特定の濃度でのＮ個の連続体セルの最大電力出力が達成されると、濃度を、セルの電力出力を最高の達成可能な水準まで上昇させると考えられる、１ＭのＮａＯＨおよび１／３ＭのＮａ_２Ｓ_２Ｏ_８により上昇させた。これにより、一般的には、電力量の増加がもたらされる。このことは、図６から分かる。

以下の表５に示したデータは、実験についての結果を報告している。一方、図６は、Ｎ＝６の場合の結果を報告している。

実験を、１オーム負荷で行った。余分な化学物質をＴ＝９５０秒前後で添加した場合、ワット数が増加した。記録された最大ワット数は９１．２Ｗであり、Ｎ＝６で割った場合、ワット数／セル＝１５．２Ｗを意味する。

図７は、実験からの２番目のグラフであり、Ｎ＝６である場合の実験についての、経時的な電圧、電流（左Ｙ軸）および温度（右Ｙ軸）を示す。電圧＝１Ωでの電流であり、その結果、これら２つは、図中の同じ太線で表されている。

実施例２：単一の電解質セルベースの系における電気と水素の複合発電
本実施例に記載された単一の電解質セルベースの系は、単一の電解質溶液内で水素および電気を同時に発生させる。水素が捕捉可能となり、電気を発生させる燃料電池の動作に使用され、またはディーゼルエンジン等の効率を高めるために、高温で燃焼される。系が発生させる電気を直接に捕捉し、電子システムのアレイおよび電気モータのアレイへの電力供給に使用することができる。セルは、アノード－カソード電流集電体構造の繰り返し単位である。系のこの特定の実施のために、アルミニウムの大部分は水素を発生させる（表６）。当該実現形態における水素生成速度は、必要に応じて生成することができる程度に十分に速く、ガスの低圧貯蔵を必要とするのみである。

系の電気的側面により消費されるアルミニウムの部分はより小さいが、電流を効果的に生成する（表７）。アルミニウムは、使用することができる唯一の金属ではない。ガリウム、インジウムおよび類似の金属ならびにそれらの種々の合金も適切である。この実施に使用された酸化剤をＮａ_２Ｓ_２Ｏ_８としたが、他の酸化剤も利用可能である。連続体におけるセルを、電解質が横方向に流れるように構成した。化学的性質を調整することにより、水素製造および発電プロセスにより消費されるアルミニウムの相対量を変化させることが可能となる。全てのアルミニウムを発電に向けることができれば、潜在的なエネルギ密度は非常に大きくなる（表７の最終列）。

表６および表７に記載された結果を、２モルのＮａＯＨ、３／４モルのＮａ_２Ｓ_２Ｏ_８および１／２モルのＮａ_２ＳＯ_４の初期濃度で得た。３０分の時点で、１モルのＮａＯＨおよび１／３モルのＮａ_２Ｓ_２Ｏ_８を添加した。全ての実験は、最大電力を生じない１オーム負荷で行った。その結果、ここで測定された特定のエネルギは、必ず真の特定のエネルギを過小評価することになる。

この実施について、「ｎ」は、単一の電解質浴中に配置された連続体におけるセルの数を指す。最大ワット数は、およそＷ_０（ｎ^１．８）のスケールである。式中、Ｗ_０は、単一セルのワット数である。例えば、約３．２Ｗの単一セルのワット数（バッテリの内部抵抗で）を仮定すると、９つのセル系は、約３．２×（９^１．８）＝１６７ワットの最大ワット数を生じる。^＊＊は、これらの実験が温度制御された（６５^ｏ℃未満に維持された）結果であったことを示す。温度が８０℃を超えて上昇すると、ワット数またはワット時は、実質的に変化する可能性が高くなる。

実施例３：非線形抵抗
単一の電解質セルベースの系は、古典的なバッテリとは非常に異なっている。電力およびエネルギ密度は、連続体におけるセルの数の非線形関数である。古典的なバッテリ系では、各セルが孤立しており、それ自身のアノード、カソードおよび電解質を有し、セル内部への唯一の動きは、電気化学的勾配上のイオンの拡散である。単一の電解質セルベースの系では、全てのセルを、アノードおよびカソード電流集電体に対して迅速な対流運動をする共通の電解質に浸漬させることができる。次に示すように、このことから、内部抵抗が連続体におけるセルの数の非線形関数となり、さらに、特定のエネルギおよび電力が連続体におけるセルの数の非線形関数となり、古典的な系と比較して肯定的な結果が提供される。

この効果を実証するために、最大電力が得られる抵抗負荷として定義される内部抵抗を評価するための実験を行った。この実験では、寸法１／８’’（０．３１８ｃｍ）×２’’（５．０８ｃｍ）×４．５’’（１１．４ｃｍ）の平坦なアルミニウム棒ストックを使用した。寸法がほぼ０．００８’’（０．０２０ｃｍ）×２’’（５．０８ｃｍ）×４．５’’（１１．４ｃｍ）の２枚のリン青銅シートを、カソード電流集電体に使用し、アルミニウム棒のそれぞれ反対の側にこのアルミニウムから１／８’’（０．３１８ｃｍ）の距離を離して配置した。電解質（０．５ＭのＮａ_２ＳＯ_４、０．７５ＭのＮａ_２Ｓ_２Ｏ_８および２．０ＭのＮａＯＨ）を、内幅約３．５’’（８．８９ｃｍ）および連続体におけるセルの数に応じて変化する長さのボックスに配置した。続けて、セルを、小型スタンド上の電解質に入れ、それらを直立させ、直列に配置した。続けて、ボックスを、オービタルシェーカーで動かした。シェーカー速度は、アノードおよびカソード電流集電体の表面を通過する実質的な流れを生成するのに十分であった。

従来のバッテリは、直列に配置される場合、線形抵抗を有する。直列に配置された２つの従来のバッテリセルは、内部抵抗を２倍生じさせる。単一のセルの抵抗がｋである場合には、ｎ個のセルは、ｋｎ^１の抵抗を有することになる。ここに記載された単一の電解質セルは、主に単一の共通する流体設計により、伝統的なバッテリのようには挙動しない。本開示のセルを単一の共通する流体内で直列に配置すると、従来のバッテリで期待されるであろう内部抵抗の線形の増加は生じない。対照的に、抵抗は、１未満の電力でスケーリングされる。単一のセルの内部抵抗ｋでは、連続体におけるｎ個のセルのセットは、ｋｎ^ｂの内部抵抗を有する。式中、ｂ＜１である（表８）。

単一の電解質セル系の測定された内部抵抗は、最大電力出力が観察された点である。単一のセルについて測定された内部抵抗は、０．４３５Ωである。一方、共通の流体に浸漬された３０個のセル系についての内部抵抗は、わずか１．９Ωである（表８）。最大電力出力は、内部抵抗が負荷抵抗と等しい場合に発生する。

図８は、表８中のデータのグラフ表示である。図８に示されているように、この系により達成された内部抵抗の改善は、セルの数が増加するのにつれて劇的に向上する。単一の電解質セル系における予測された（線形）抵抗および測定された抵抗をプロットすることにより、見出された差異は全く明確である。このデータ点のセットについて見出された関係は、０．３５９７×ｎ^{０．４４１１}である。ｋｎ^ｂ（ｂ＜１）に比例する内部抵抗を有することにより、単一の電解質セル系に電力を供給することは、セルが単一の共通する流体に浸水された場合、エネルギ技術における根本的かつ明確な進歩を表す。

Ｗ_ｎ ^ｍａｘ＝Ｖ_ｎ ^ｍａｘＩ_ｎ ^ｍａｘ＝ｎＶ_１ ^ｍａｘｎＶ_１ ^ｍａｘｂ_ｎ（Ｔ）／（ｎ^ｘＲ_１ ^{ｉｎｔｅｒｎａｌ}）を、Ｗ～ｎ^２－ｘに設定した。内部抵抗は、ｎおよび何らかの先験的に未知の電力ｘに比例すると仮定した。系内のセルの数が増加するのにつれて、温度も上昇し、この変動を説明するために無次元の関数ｂ_ｎ（Ｔ）が必要となる。３つのセル系および５つのセル系についての上記のデータを使用して、ｂ_３（５４℃）＝０．８およびｂ_５（５４℃）＝０．５１が見出されたが、重要なことは、それぞれＷ_ｎ～ｎ^１．８４およびｎ^１．８６であり、ｎ^２にかなり近いことである。古典的な系は、ｎによる電力スケーリングを有し、この実施例の単一電解質セルベースの系における電力は、ｎ^１．８４によるスケーリングを有する。

実施例４：流速の役割
単一の電解質セルベースのフローバッテリにおける流体の速度は、バッテリの機能に重要である場合がある。速度が遅すぎると、電解質が局所的に消費され、反応は拡散制限されるであろう。流速が速すぎると、電解質は反応する時間を有することができず、効率的に電気を発生させなくなる。対流流速度を０からある臨界数値まで速くすると、電力が増加し、内部抵抗が低下する。この臨界値を超えると、対流速度のさらなる向上により、電力が減少し、内部抵抗が高くなる。正しい流速を選択することにより、系のエネルギ出力を調整し、電力もしくは効率または任意の他の特定の設計目標を最適化することが可能になる。

２つの実験により、この結果を実証する。第１の実験では、電解質が横方向に流れるように構成されている２つの同一の２６個セルの単一の電解質セルベースの系を利用した。この系は、Ｎ＝２個のセルであり、１３個（Ｎ＝２個の連続体のセル）を直列に配置した。第１の系では６．６７ｍｌ／ｓで駆動させ、第２の系では１０．５２ｍｌ／ｓで駆動させた。系の幾何学的形状を考慮すると、電極間の流体の平均速度は、ケース１については０．４５ｃｍ／ｓとし、ケース２については０．７１ｃｍ／ｓとした。

ついで、これらの速度を、試験した系の電気出力と比較した。遅い方の流速では、２ＭのＮａＯＨ、０．５ＭのＮａ_２Ｓ_２Ｏ_８および０．５ＭのＮａ_２ＳＯ_４の濃度で、１０４ワットを生じた。速い方の流速の系では、同じ濃度で、約２０ワットを生じた。これは、低速の系よりはるかに少ない。

第２の実験では、流れを作り出すために２つの異なる構成を利用した。第１の構成では、Ｈ_２を逃がすことができるように、上部が開放されており、オービタルシェーカーに取り付けられた長方形のアクリルフローセルを使用した。第２での構成は、流れが垂直に上方へ方向づけられ、ポンプにより駆動される、静止して密封された透明な塩ビ管を使用する。後者の設計は、３つのセル系により、より高い電力を生じさせ、３０ワットに達する（表９）。それは、ユーザが流速を調整し、所定の試験に最適な電力出力を得ることを可能にすることにより、また、水素ガスバブルを形成させ、流動場を乱すことにより引き起こされる場合がある流れの干渉を最小化することによってもなされる。

実施例５：本開示の装置の構成
この実施例は、本開示のセル連続体の長さに沿った、連続体の一方端から連続体の他方端への電解質の流れを示す。この実施形態では、バルクバッテリ流体が、セル連続体内のアルミニウムアノードとリン青銅カソード電流集電体との間を流れる。流体は、フラップの形態、例えば、図３Ａにおけるセル３０５および３１０上の３４５として示されるものとして示されるように、折り曲げられたリン青銅カソード電流集電体収束ノズルを介してセルに入る。セルは、本開示に係る８つのセル連続体に電気的に接続している。Ｏリングは、各セル内のアノードおよびカソード電流集電体が互いに物理的に接触するのを防止するための非多孔性スペーサとして使用される。これらのＯリングは、セルを通る流体の流れを遮断しないように、セルの長さに沿って配向される。

ついで、セル連続体を、図４Ｂに示されている方法で、管内のチャネルに配置した。収束ノズルを形成するフラップは、セル連続体が管内に配置されるにつれて圧縮される。その結果、それらは、チャネルに沿って管の内壁に接触し、連続体のアノードとカソード電流集電体との間に流体を収束させる。図示の流体チャネルは、長方形管であるが、他の形状および設計も使用することができる。ついで、連続体の正の端部からの１つのワイヤと連続体の負の端子からの１つのワイヤとを負荷に追加して、電気エネルギをハーネスすることができる。ついで、流体が管全体にポンプで送り込まれ、ここで、流れは、アノードとカソード電流集電体との間のセルを通って集中する。

実施例６：収束ノズル実験
アルミニウムアノードの作製：幅（Ｗ）２．５’’（６．３５ｃｍ）×厚さ（Ｔ）０．１２５’’（０．３１８ｃｍ）のバーストックから、長さ（Ｌ）５’’（１２．７ｃｍ）のアルミニウム片（この場合、市販されている合金、６０６１－Ｔ６５１１）を切り出す。長さに対して垂直な１辺あたり２つのノッチを切る。ノッチはそれぞれ、深さ０．２’’（０．５０８ｃｍ）および幅０．２３５’’（０．５９７ｃｍ）であり、２つの横方向位置は、一方端（基部またはバッテリの負極）から１．０’’（２．５４ｃｍ）および２．２５’’（５．７２ｃｍ）である。１辺あたり２つのＯリングを置く。一方（サイズ２１４シリコーン）は、上部から２．２５’’（５．７２ｃｍ）ノッチまで延び、他方は（１１３シリコーン）、基部から１’’（２．５４ｃｍ）ノッチまで延びる。これらのＯリングは、スペーサとして機能して、リン青銅カソード電流集電体をアルミニウムアノードから分離する。

リン青銅カソード電流集電体の作製：厚さ（Ｔ）０．００８’’（０．０２０ｃｍ）×幅（Ｗ）２．３７５’’（６．０３ｃｍ）のリン青銅金属シートから、長さ（Ｌ）５’’（１２．７ｃｍ）を切り出す。２つのスリットを基部（０’’（０ｃｍ）の位置）に、２つのスリットを上部（５’’（１２．７ｃｍ）の位置、バッテリの正の電極）に、それぞれ、両側から深さ１．０’’（２．５４ｃｍ）および０．３７５’’（０．９５ｃｍ）で切る。基部の２つのスリット間の中央部分を１／２’’（１．２７ｃｍ）上方へ折り曲げ、上部の中央部分を１／４’’（０．５４ｃｍ）上方へ折り曲げる。これらの曲がった片は、負極から正極までの長さにわたって、アノードとカソード電流集電体との間のカソード液を送るように機能する。

アノードへの電流集電体の接続：リン青銅電流集電体を、Ｏリングに接触するように、アルミニウムアノードの両側に置く。ここで、Ｏリングはそれぞれ、アノードの中心から１’’（２．５４ｃｍ）ずれて位置する（バッテリの正極を形成するアノードの１’’（２．５４ｃｍ）ノッチから始まり、反対側の端部でアノードから１’’（２．５４ｃｍ）を越えて延びる）。電流集電体の折り曲げ部により形成される２つの折り目のそれぞれにつき、１６’’（４０．６ｃｍ）の長さのサージカルテープの０．３’’（０．７６ｃｍ）の幅のストリップを電流集電体の周りに巻き付ける。セルを急速に動くカソード液に入れたときに、アノードおよびカソード電流集電体がずれることなく互いに固定されたままとなるように、テープは十分に締め付けておくべきである。

本開示に係る連続体における個々のセルの接続：２つのセル１および２にラベルを付ける。セル２のアノードをセル１のカソード電流集電体の間に、１／２’’（１．２７ｃｍ）の深さまでスライドさせ、セルのアノード間に１／２’’（１．２７ｃｍ）の空隙を残す。セル１の両側に０．３７５’’（０．９５ｃｍ）幅の電流集電体ストリップをセル２のアノード上に押し付け、２つのスチール１／２’’（１．２７ｃｍ）ミニバインダクリップを利用して、セル１のカソード電流集電体をセル２のアノードに固定する。このプロセスを、Ｎ鎖を形成する任意の数（Ｎ個）のセルに対して繰り返すことができる。

共通するカソード液を有するフローセルへのＮ鎖の埋め込み：長方形管（ＰＶＣ中空長方形棒、灰色、ＮＳＦ ６１、２－３／４’’（６．９９ｃｍ）×１－３／８’’（３．４９ｃｍ）、０．０９８’’（２．４９ｃｍ）壁）の長さをＮ鎖と同じ長さに切断した。３．５’’（８．８９ｃｍ）ＯＤ×３．２５’’（８．２６ｃｍ）ＩＤのアクリルパイプを２つの２．２５’’（５．７２ｃｍ）片に切断し、長方形管にぴったり嵌まるアクリルパイプ上にエンドキャップを埋め込んだ。アクリルパイプの開口部は、長方形管の内部の開口部である。エンドキャップを有するアクリル片を、長方形管の両端に置き、液圧で固定する。ここで、この管を、共通する３’’（７．６２ｃｍ）配管コネクタに容易に取り付けることができる。Ｎ鎖をこの装置に挿入し、全体をポンプシステムに接続して、カソード液をＮ鎖に通し、水素ガスを処理する。

実験に利用された最初の電解質溶液（カソード液）を、３ＭのＮａＯＨ、３／４ＭのＮａ_２Ｓ_２Ｏ_８水溶液とした。電解質溶液のポンプ輸送速度は、管を通る１分あたり０～１２ガロン（４５．２Ｌ）の範囲とした。温度は、Ｎ鎖の長さに応じて変化する。鎖が長いほど、外部から制御することができる温度が高くなる。

連続体における電力出力および内部抵抗を、長さ２個、３個および９個のセルのＮ鎖について測定した。結果を、図１０に示す。セル連続体にわたる内部抵抗は、予想されたであろうように上昇するのではなく、セルの追加時に低下した。

実施例７：セルのサイズおよび連続体の長さの関数としての電力出力
セル連続体を、実施例６のプロトコルに従って作製した。追加のセル、ただし、元の５’’（１２．７ｃｍ）セル（「フルセル」）の長さの１／２（「１／２セル」）、１／３（「１／３セル」）または１／４（「１／４セル」）のいずれかを作製した。１／２セルは、約２．５’’（６．３５ｃｍ）の長さのアノードおよびカソード電流集電体を含むものとした。１／３セルは、約１．７’’（４．３２ｃｍ）の長さのアノードおよびカソード電流集電体を含むものとした。１／４セルは、約１．２５’’（３．１８ｃｍ）の長さのアノードおよびカソード電流集電体を含むものとした。

実施例６におけるのと同様に、種々のＮ鎖の連続体を、共通する電解質を有するフローセルに埋め込んだ。実験に利用された最初の電解質溶液（カソード液）は、３ＭのＮａＯＨ、３／４ＭのＮａ_２Ｓ_２Ｏ_８水溶液とした。電解質溶液のポンプ輸送速度は、管を通る１分あたり０～１２ガロン（４５．２Ｌ）の範囲とした。温度は、Ｎ鎖の長さに応じて変化する。鎖が長いほど、外部から制御することができる温度が高くなる。各連続体からのワット数は、電解質の最適対流速度、すなわち、最高ワット数を生じる対流速度で測定した。表１０に、フルセルによる実験の結果を報告する。

表１１に、１／２セル、１／３セルおよび１／４セルによる実験の結果を報告する。

実験の結果から、フルセルをより短い長さの複数のセルに分割して、これらのより短い長さのセルを連続体として配置することにより、使用される金属の同じ固定量に対して出力密度を向上させることができることが実証される。例えば、本開示に係る連続体における２つの１／２セルにより、フルセルにおける同じ量の金属により生じる３．２８ワットと比較して、１３ワットを生じる。同様に、連続体における３つの１／３セルまたは４つの１／４セル連続体により、連続体を構成するのに使用される同じ量の金属に対して、漸進的により高いワット数がもたらされた。

実施例８：バッテリ駆動車両
ハイブリッド電気自動車および水素燃料電池自動車を、本開示のバッテリにより電力供給されるように再構成する。図９に示したように、本開示のバッテリ９００は、車両に配置され、電気接続９０５を介して燃料電池コントローラ９４５に電気的に接続されているＤＣ－ＤＣコンバータ９１０Ａに接続されている。提供されるコンポーネント間の全ての電気的接続を９０５として提供している。当該コントローラは、燃料電池冷却システムおよび燃料電池の他のコンポーネントを制御する小型コンピュータである。このコントローラの１つの機能は、９４０内部の冷却システム（図示せず）により、燃料電池の温度を制御することである。燃料電池への水素の流入量は、燃料電池と接続されているまたは燃料電池内部のバルブにより制御される。燃料電池コントローラは、燃料電池と電気的に接触している。

バッテリ９００からの水素を、燃料電池９４０に入る前に乾燥させる。ここで、ＩＦバッテリ９００からの水素を、水素ガスライン９１５を介して、冷却コイル９２０に送る。冷却コイル９２０は、ウォータライン９５０を介してウォータポンプ９６０と流体接続されておりかつウォータライン９５０を介してラジエータ／ファン９５５と流体接続されている。バッテリ９００からのＤＣ－ＤＣコンバータ９１０Ａを通る電気は、ラジエータ／ファン９５５およびウォータポンプ９６０の両方に電力を供給するのに使用することができる。列挙されているコンポーネント間の全ての水素ガスラインは、９１５として列挙されている。冷却された水素は、ガスラインを介してウォータ蓄圧タンク９２５上に移送され、ガスラインを介して分子ふるい９３０を通り、ガスラインを介して圧力調整器９３５を通り、ガスラインを介して燃料電池９４０に送られる。

燃料電池９４０は、水素を電気に変換して、ＤＣ－ＤＣコンバータ９１０Ｃに送り、電気モータ９６５に送り、車両に電力を供給する。任意のＤＣ－ＤＣコンバータ９１０Ｂは、電気モータ９６５に電力を供給することができ、または燃料電池の代わりに使用することもできる。

バッテリ９００は、以下に記載されるように、システム内に配置することができる。このようなシステムでは、バルクバッテリ流体をタンクの底部に貯蔵し、ついで、ポンプにより流体マニホールドに輸送することができる。ついで、流体は、本開示の１つ以上のセル連続体を通して流れ、ついで、流速が制御される流体出口に流れることができる。流体は、バッテリ流体タンクから、ポンプへ、流体マニホールドへ、セルを通して流体出口へ、さらにバッテリ流体タンクへと循環することができる。この循環は、バッテリが作動している限り繰り返すことができる。バッテリ流体タンクには、電解質成分、例えば、ＮａＯＨおよびＮａ_２Ｓ_２Ｏ_８を添加して、定常状態を維持することができる。温度を特定の範囲、例えば４０～８０℃に保つために、ラジエータを追加することもできる。

電線は全て、中央ポートで接続することができる。ダイオードを、各連続体構成と中央電気バスとの間に接続することができる。ダイオードは、一方向弁として機能し、電子が一方向にのみ流れるのを確保する。水素は、Ｈ_２ポートで放出され、ブロック図における水素精製流に入る場合がある。

ブロック図は、バッテリ流体ポンプ９７０と、ＮａＯＨディスペンサ９７５と、Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_８ディスペンサ９８０と、バッテリパックの温度を維持する別のウォータポンプ９６０／ラジエータ９５５の組み合わせとを含む。これらは全て、バッテリからの電力を利用するＤＣ－ＤＣコンバータ（９１０Ａ）により電力供給することができる。化学物質が使い果たされるにつれて濃度を維持するかまたは濃度を向上させるかのいずれかのために、ＮａＯＨディスペンサ９７５およびＮａ_２Ｓ_２Ｏ_８ディスペンサ９８０を使用して、より多くの各化学物質をバッテリ流体タンクに添加する。バッテリ流体ポンプは、タンクから液体マニホールドに流体を送る。流体の流れは、フローバッテリの文脈で使用される。

ハイブリッド電気自動車および水素燃料電池自動車は、例えば、ゴルフカートであることができる。ゴルフカートに使用するための本開示のバッテリは、５３．５ｇまたは（２Ｎ連続体あたり）１０７ｇのアルミニウムアノードと、２×７．５ｇまたは（２Ｎ連続体あたり）３０ｇのリン青銅のカソード電流集電体とを含むことができる。２Ｎ構成のセルを、１２個の連続体構成の他の２Ｎ構成のセルを有するボックスに配置する。ボックスは、連続体の２Ｎセル、または２Ｎ構成のセルの１３個の連続体を含む。連続体セル間の接続は、スズ被覆銅線で行われ、その一方端は、次のアノードに接続するワニ口クリップで終端し、他方端は、放電機械を介して、２つのリン青銅カソード電流集電体片に溶接された鋼リボンで終端する。ついで、セルのボックスを、２ＭのＮａＯＨ、０．５ＭのＮａ_２Ｓ_２Ｏ_８および０．５ＭのＮａ_２ＳＯ_４の４Ｌのバルク流体に入れる。セルの第２のボックスを、同様に準備し、車両に電力供給するためにセルの第１のボックスと直列に接続することができる。

実施例９：水素による燃焼補助
バッテリは、ＮａＯＨ＋Ｈ_２Ｏ＋Ａｌの反応から水素を生成する。水素は、ディーゼルエンジンの取入口にガスを出力するボールバルブにより制御される。水素が空気と混合されると、燃焼時のエネルギ出力がより大きくなるため、ディーゼルエンジンの回転数は、瞬時に３６００ＲＰＭ以上に上昇する。ついで、調速機により、ディーゼル燃料の量を減少させて、調速機により設定された所望の３６００ＲＰＭが達成される。ボールバルブが閉じると、水素が、エンジンに流れ込むのが止まり、エンジンのＲＰＭは、３６００ＲＰＭ以下に低下する。ついで、調速機により、エンジンに噴射されるディーゼル燃料の量を増加させて、エンジン速度を再度３６００ＲＰＭに戻す。

下記の条項は、本開示のさらなる実施形態を形成する。

条項１
電気化学デバイスに使用するためのセル連続体であって、
アノードおよびカソード電流集電体を備える第１のセルと、
アノードおよびカソード電流集電体を備える第２のセルと
を備え、
第１のセルのカソード電流集電体は、第２のセルのアノードに物理的に接触している、
セル連続体。

条項２
セル連続体が、Ｎ個のセルを備え、
各セルが、アノードおよびカソード電流集電体を備え、
連続体におけるＮ－１個のセルが、連続体における隣接するセルのアノードに物理的に接触しているカソード電流集電体を備え、
Ｎが、２より大きい整数である、条項１記載のセル連続体。

条項３
セル連続体が、６個以上のセルを備える、条項１または２記載のセル連続体。

条項４
セル連続体が、９個以上のセルを備える、条項３記載のセル連続体。

条項５
セル連続体が、１２個以上のセルを備える、条項４記載のセル連続体。

条項６
少なくとも１つのセルが、そのアノードとカソード電流集電体との間に非導電性スペーサを備える、条項１から５までのいずれか１項記載のセル連続体。

条項７
非導電性スペーサが、セルのアノードとカソード電流集電体との両方に接触している、条項６記載のセル連続体。

条項８
少なくとも１つのセルのカソード電流集電体が、単一の材料片の形態にある、条項１から７までのいずれか１項記載のセル連続体。

条項９
少なくとも１つのセルのカソード電流集電体が、複数の材料片の形態にある、条項１から７までのいずれか１項記載のセル連続体。

条項１０
セル連続体が、少なくとも１つのセルの複数片のカソード電流集電体のそれぞれとアノードとの間に非導電性スペーサを備え、
複数片のカソード電流集電体材料がそれぞれ、連続体における隣接するセルのアノードに物理的に接触している、条項９記載のセル連続体。

条項１１
セルは、連続体が連続体の一方端から連続体の他方端まで直線状となるように配置されている、条項１から１０までのいずれか１項記載のセル連続体。

条項１２
連続体における少なくとも１つのセルが、そのアノードとカソード電流集電体との間にコンジットを備え、
コンジットが、入口端から出口端まで延びる、条項１から１１までのいずれか１項記載のセル連続体。

条項１３
連続体における少なくとも１つのセルのコンジットが、セルの幅を横断するセルの横断方向に延びる、条項１２記載のセル連続体。

条項１４
連続体における少なくとも１つのセルのコンジットが、連続体の長さに沿った方向に延びる、条項１２記載のセル連続体。

条項１５
連続体における少なくとも１つのセルが、そのアノードとカソード電流集電体との間にコンジットを備え、
コンジットが、入口端から出口端まで延び、
コンジットが、連続体の長さに沿った方向に延びる、条項１から５までのいずれか１項記載のセル連続体。

条項１６
少なくとも１つのセルが、コンジットの入口端に収束ノズルを備える、条項１４記載のセル連続体。

条項１７
少なくとも１つのセルが、コンジットの入口端に収束ノズルを備える、条項１５記載のセル連続体。

条項１８
少なくとも１つのセルのカソード電流集電体が、収束ノズルを形成している、条項１６記載のセル連続体。

条項１９
少なくとも１つのセルのカソード電流集電体が、収束ノズルを形成している、条項１７記載のセル連続体。

条項２０
カソード電流集電体は、セルのカソード電流集電体の少なくとも一部とアノードとの間の距離がコンジットの入口端から出口端までの方向におけるコンジットの断面積を小さくするようにテーパ状になっている湾曲部を備える、条項１８記載のセル連続体。

条項２１
連続体におけるセルの少なくとも１つのアノードが、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびタリウムのうちの少なくとも１つまたはこれらの２つ以上の任意の組み合わせを含む、条項１から２０までのいずれか１項記載のセル連続体。

条項２２
連続体におけるセルの少なくとも１つのアノードが、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびタリウムのうちの少なくとも１つまたはこれらの２つ以上の任意の組み合わせを含む、条項１から５までのいずれか１項記載のセル連続体。

条項２３
連続体におけるセルの少なくとも１つのカソード電流集電体が、青銅、リン青銅、鋼、炭素、炭素のグラファイト同素体、金属を含浸させた炭素、炭素発泡体、銅、スズ、鉄、鉛、白金、金および銀のうちの少なくとも１つまたはこれらの２つ以上の任意の組み合わせを含む、条項１から２２までのいずれか１項記載のセル連続体。

条項２４
連続体におけるセルの少なくとも１つのカソード電流集電体が、青銅、リン青銅、鋼、炭素、炭素のグラファイト同素体、金属を含浸させた炭素、炭素発泡体、銅、スズ、鉄、鉛、白金、金および銀のうちの少なくとも１つまたはこれらの２つ以上の任意の組み合わせを含む、条項１から５までのいずれか１項記載のセル連続体。

条項２５
少なくとも１つのセルの非導電性スペーサが多孔質である、条項６から２４までのいずれか１項記載のセル連続体。

条項２６
少なくとも１つのセルの多孔質の非導電性スペーサが、多孔質のガラス、紙、布、布地、木材、有機ポリマー、ガラス繊維フィルム、ガラスウール、厚紙およびナイロンのうちの少なくとも１つまたはこれらの２つ以上の任意の組み合わせを含む、条項２５記載のセル連続体。

条項２７
少なくとも１つのセルの非導電性スペーサが非多孔質である、条項６から２４までのいずれか１項記載のセル連続体。

条項２８
少なくとも１つのセルの非多孔質の非導電性スペーサが、非多孔質のプラスチック、エラストマー、有機ポリマー、ゲル、ゴムおよびＯリングのうちの少なくとも１つまたはこれらの２つ以上の任意の組み合わせを含む、条項２７記載のセル連続体。

条項２９
電気化学セルであって、
条項１から２８までのいずれか１項記載のセル連続体を備え、
連続体が、単一の電解質溶液に接触している、
電気化学セル。

条項３０
電気化学セルであって、
条項１から５までのいずれか１項記載のセル連続体を備え、
連続体は、単一の電解質溶液に接触している、
電気化学セル。

条項３１
単一の電解質溶液が、ペルオキシ二硫酸の塩または酸と、場合により、硫酸塩とを含む、条項２９記載の電気化学セル。

条項３２
単一の電解質溶液が、ペルオキシ二硫酸の塩または酸と、場合により、硫酸塩とを含む、条項３０記載の電気化学セル。

条項３３
ペルオキシ二硫酸塩が、ペルオキシ二硫酸ナトリウムであり、任意の硫酸塩が、硫酸ナトリウムである、条項３１記載の電気化学セル。

条項３４
ペルオキシ二硫酸塩が、ペルオキシ二硫酸ナトリウムであり、任意の硫酸塩が、硫酸ナトリウムである、条項３２記載の電気化学セル。

条項３５
単一の電解質溶液が、塩基を含む、条項２９から３４までのいずれか１項記載の電気化学セル。

条項３６
塩基が、水酸化ナトリウムである、条項３５記載の電気化学セル。

条項３７
装置であって、
一方の外面から対向する外面まで延びる少なくとも１つのチャネルを備えるハウジングと、
少なくとも１つのチャネル内に配置された、条項１から２８までのいずれか１項記載のセル連続体または条項２９から３６までのいずれか１項記載の電気化学セルと
を備える、装置。

条項３８
ハウジングが、円形または長方形の断面を有する細長い本体であり、チャネルが、細長い本体の一方端から細長い本体の他方端まで延びる、条項３７記載の装置。

条項３９
少なくとも１つのセルのカソード電流集電体が、ハウジングの内面により画定される少なくとも１つのチャネル壁に接触している、条項３８記載の装置。

条項４０
デバイスであって、
共通の床を共有し、それぞれの間に内部容積を画定する接続された周囲壁と、
内部容積内に連続して配置され、互いに一定距離に位置する少なくとも２つの平面材料を収容するように適合化された、少なくとも２つのセル収容領域と、
連続体における１つの領域に配設された平面材料を隣接領域に配設された平面材料に物理的に接触させるための手段と
を備える、デバイス。

条項４１
デバイスが、各セル収容領域に配設された平面アノードおよび平面カソード電流集電体を備える、条項４０記載のデバイス。

条項４２
各領域内のアノードおよびカソード電流集電体が、その間に配設された少なくとも１つのスペーサにより一定距離に維持されている、条項４１記載のデバイス。

条項４３
条項１から２８までのいずれか１項記載のセル連続体または条項２９から３６までのいずれか１項記載の電気化学セルを備える、バッテリ。

条項４４
条項１から２８までのいずれか１項記載のセル連続体または条項２９から３６までのいずれか１項記載の電気化学セルまたは条項４３記載のバッテリを備える、車両。

条項４５
車両が、スクータ、ゴルフカート、原動機付食品自動車、フォークリフト、トラック、乗用車、リフトトラック、オートバイ、フォークトラック、飛行機、ボート、クワッドおよびトラクタから選択される、条項４４記載の車両。

条項４６
方法であって、
条項１から２８までのいずれか１項記載のセル連続体を提供するステップと、
連続体を単一の電解質溶液に接触させるステップと
を含む、方法。

条項４７
方法であって、
条項１２記載のセル連続体を提供するステップと、
連続体におけるセルのコンジットを通して、単一の電解質溶液の流れを提供するステップと
を含む、方法。

条項４８
連続体における少なくとも１つのセルのコンジットが、セルの幅を横断するセルの横断方向に延び、電解質が、コンジットを通してセルを横断して流れるように方向づけられる、条項４７記載の方法。

条項４９
連続体における少なくとも１つのセルのコンジットが、連続体の長さに沿った方向に延び、電解質が、連続体の長さに沿ってコンジットを通して流れるように方向づけられる、条項４７記載の方法。

条項５０
少なくとも１つのセルが、コンジットの入口端に収束ノズルを備える、条項４９記載の方法。

条項５１
連続体における少なくとも１つのセルのカソード電流集電体が、収束ノズルを形成している、条項５０記載の方法。

条項５２
カソード電流集電体は、コンジットの入口におけるカソード電流集電体の少なくとも一部とアノードとの間の距離がコンジットの入口端から出口端までの方向におけるコンジットの断面積を小さくするようにテーパ状になっている湾曲部を備える、条項５１記載の方法。

条項５３
電気を製造するための方法であって、
単一の電解質溶液に接触している条項１から２８までのいずれか１項記載のセル連続体を提供するステップ、または条項２９から３６までのいずれか１項記載の電気化学セルを提供するステップ、または条項４３記載のバッテリを提供するステップと、
セル連続体または電気化学セルまたはバッテリを負荷に接続するステップと
を含む、方法。

条項５４
水素を製造するための方法であって、
条項１から２８までのいずれか１項記載のセル連続体を提供するステップと、
連続体を単一の電解質溶液に接触させるステップと
を含む、方法。

条項５５
電気と水素との両方を製造するための方法であって、
単一の電解質溶液に接触している条項１から２８までのいずれか１項記載のセル連続体を提供するステップ、または条項２９から３６までのいずれか１項記載の電気化学セルを提供するステップ、または条項４３記載のバッテリを提供するステップと、
セル連続体または電気化学セルもしくはバッテリを負荷に接続するステップと
を含む、方法。

条項５６
方法であって、
条項３７から３９までのいずれか１項記載の装置を提供するステップと、
装置の少なくとも１つのチャネルを通して単一の電解質溶液の流れを提供するステップと
を含む、方法。

条項５７
方法であって、
条項４０から４２までのいずれか１項記載のデバイスを提供するステップと、
デバイスの内部容積への単一の電解質溶液の流れを提供するステップと
を含む、方法。

条項５８
電気化学セルであって、
アノードと、
カソード電流集電体と、
アノードおよびカソード電流集電体に接触している単一の電解質溶液と
を備え、
単一の電解質溶液は、塩もしくは酸である酸化剤を含むかまたは酸化剤および塩を含む、電気化学セル。

条項５９
電気化学セルであって、
アノードと、
カソード電流集電体と、
アノードおよびカソード電流集電体に接触している単一の電解質溶液と、
アノードとカソード電流集電体との間に配設された非多孔質の非導電性スペーサと
を備える、電気化学セル。

本開示を、図面および前述の説明において詳細に例証し説明したが、本開示は、例示的なものであって特徴を限定するものではないと見なされるべきであり、特定の例示的な実施形態のみを示し説明したことを理解されたい。当業者であれば、本開示から実質的に逸脱することなく、これらの例示的な実施形態において多くの改変が可能であると理解するであろう。したがって、このような改変は全て、下記の特許請求の範囲に定義される本開示の範囲内に含まれることが意図される。

Claims (59)

1. 電気化学デバイスに使用するためのセル連続体であって、
   アノードおよびカソード電流集電体を備える第１のセルと、
   アノードおよびカソード電流集電体を備える第２のセルと
   を備え、
   前記第１のセルの前記カソード電流集電体は、前記第２のセルの前記アノードに物理的に接触している、
   セル連続体。
2. 前記セル連続体が、Ｎ個のセルを備え、
   各セルが、アノードおよびカソード電流集電体を備え、
   前記連続体におけるＮ－１個のセルは、前記連続体における隣接するセルのアノードに物理的に接触しているカソード電流集電体を備え、
   Ｎが、２より大きい整数である、請求項１記載のセル連続体。
3. 前記セル連続体が、６個以上のセルを備える、請求項１または２記載のセル連続体。
4. 前記セル連続体が、９個以上のセルを備える、請求項３記載のセル連続体。
5. 前記セル連続体が、１２個以上のセルを備える、請求項４記載のセル連続体。
6. 少なくとも１つのセルが、そのアノードとカソード電流集電体との間に非導電性スペーサを備える、請求項１から５までのいずれか１項記載のセル連続体。
7. 前記非導電性スペーサが、前記セルのアノードとカソード電流集電体との両方に接触している、請求項６記載のセル連続体。
8. 少なくとも１つのセルのカソード電流集電体が、単一の材料片の形態にある、請求項１から７までのいずれか１項記載のセル連続体。
9. 少なくとも１つのセルのカソード電流集電体が、複数の材料片の形態にある、請求項１から７までのいずれか１項記載のセル連続体。
10. 前記セル連続体が、前記少なくとも１つのセルの複数片のカソード電流集電体のそれぞれとアノードとの間に非導電性スペーサを備え、
    前記複数片のカソード電流集電体材料がそれぞれ、前記連続体における隣接するセルのアノードに物理的に接触している、請求項９記載のセル連続体。
11. 前記セルは、前記連続体が前記連続体の一方端から前記連続体の他方端まで直線状となるように配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のセル連続体。
12. 前記連続体における少なくとも１つのセルが、そのアノードとカソード電流集電体との間にコンジットを備え、
    前記コンジットが、入口端から出口端まで延びる、請求項１から１１までのいずれか１項記載のセル連続体。
13. 前記連続体における前記少なくとも１つのセルの前記コンジットが、前記セルの幅を横断するセルの横断方向に延びる、請求項１２記載のセル連続体。
14. 前記連続体における前記少なくとも１つのセルの前記コンジットが、前記連続体の長さに沿った方向に延びる、請求項１２記載のセル連続体。
15. 前記連続体における少なくとも１つのセルが、そのアノードとカソード電流集電体との間にコンジットを備え、
    前記コンジットが、入口端から出口端まで延び、
    前記コンジットが、前記連続体の長さに沿った方向に延びる、請求項１から５までのいずれか１項記載のセル連続体。
16. 前記少なくとも１つのセルが、前記コンジットの前記入口端に収束ノズルを備える、請求項１４記載のセル連続体。
17. 前記少なくとも１つのセルが、前記コンジットの前記入口端に収束ノズルを備える、請求項１５記載のセル連続体。
18. 前記少なくとも１つのセルのカソード電流集電体が、前記収束ノズルを形成している、請求項１６記載のセル連続体。
19. 前記少なくとも１つのセルのカソード電流集電体が、前記収束ノズルを形成している、請求項１７記載のセル連続体。
20. 前記カソード電流集電体は、前記セルの前記カソード電流集電体の少なくとも一部と前記アノードとの間の距離が前記コンジットの前記入口端から前記出口端までの方向における前記コンジットの断面積を小さくするようにテーパ状になっている湾曲部を備える、請求項１８記載のセル連続体。
21. 前記連続体における前記セルの少なくとも１つのアノードが、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびタリウムのうちの少なくとも１つまたはこれらの２つ以上の任意の組み合わせを含む、請求項１から２０までのいずれか１項記載のセル連続体。
22. 前記連続体における前記セルの少なくとも１つのアノードが、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびタリウムのうちの少なくとも１つまたはこれらの２つ以上の任意の組み合わせを含む、請求項１から５までのいずれか１項記載のセル連続体。
23. 前記連続体における前記セルの少なくとも１つのカソード電流集電体が、青銅、リン青銅、鋼、炭素、炭素のグラファイト同素体、金属を含浸させた炭素、炭素発泡体、銅、スズ、鉄、鉛、白金、金および銀のうちの少なくとも１つまたはこれらの２つ以上の任意の組み合わせを含む、請求項１から２２までのいずれか１項記載のセル連続体。
24. 前記連続体における前記セルの少なくとも１つのカソード電流集電体が、青銅、リン青銅、鋼、炭素、炭素のグラファイト同素体、金属を含浸させた炭素、炭素発泡体、銅、スズ、鉄、鉛、白金、金および銀のうちの少なくとも１つまたはこれらの２つ以上の任意の組み合わせを含む、請求項１から５までのいずれか１項記載のセル連続体。
25. 前記少なくとも１つのセルの前記非導電性スペーサが多孔質である、請求項６から２４までのいずれか１項記載のセル連続体。
26. 前記少なくとも１つのセルの多孔質の非導電性スペーサが、多孔質のガラス、紙、布、布地、木材、有機ポリマー、ガラス繊維フィルム、ガラスウール、厚紙およびナイロンのうちの少なくとも１つまたはこれらの２つ以上の任意の組み合わせを含む、請求項２５記載のセル連続体。
27. 前記少なくとも１つのセルの前記非導電性スペーサが非多孔質である、請求項６から２４までのいずれか１項記載のセル連続体。
28. 前記少なくとも１つのセルの非多孔質の非導電性スペーサが、非多孔質のプラスチック、エラストマー、有機ポリマー、ゲル、ゴムおよびＯリングのうちの少なくとも１つまたはこれらの２つ以上の任意の組み合わせを含む、請求項２７記載のセル連続体。
29. 電気化学セルであって、
    請求項１から２８までのいずれか１項記載のセル連続体を備え、
    前記連続体が、単一の電解質溶液に接触している、
    電気化学セル。
30. 電気化学セルであって、
    請求項１から５までのいずれか１項記載のセル連続体を備え、
    前記連続体が、単一の電解質溶液に接触している、
    電気化学セル。
31. 前記単一の電解質溶液が、ペルオキシ二硫酸の塩または酸と、場合により、硫酸塩とを含む、請求項２９記載の電気化学セル。
32. 前記単一の電解質溶液が、ペルオキシ二硫酸の塩または酸と、場合により、硫酸塩とを含む、請求項３０記載の電気化学セル。
33. 前記ペルオキシ二硫酸塩が、ペルオキシ二硫酸ナトリウムであり、前記任意の硫酸塩が、硫酸ナトリウムである、請求項３１記載の電気化学セル。
34. 前記ペルオキシ二硫酸塩が、ペルオキシ二硫酸ナトリウムであり、前記任意の硫酸塩が、硫酸ナトリウムである、請求項３２記載の電気化学セル。
35. 前記単一の電解質溶液が、塩基を含む、請求項２９から３４までのいずれか１項記載の電気化学セル。
36. 前記塩基が、水酸化ナトリウムである、請求項３５記載の電気化学セル。
37. 装置であって、
    一方の外面から対向する外面まで延びる少なくとも１つのチャネルを備えるハウジングと、
    前記少なくとも１つのチャネル内に配置された、請求項１から２８までのいずれか１項記載のセル連続体または請求項２９から３６までのいずれか１項記載の電気化学セルと
    を備える、装置。
38. 前記ハウジングが、円形または長方形の断面を有する細長い本体であり、前記チャネルが、前記細長い本体の一方端から前記細長い本体の他方端まで延びる、請求項３７記載の装置。
39. 少なくとも１つのセルのカソード電流集電体が、前記ハウジングの内面により画定される少なくとも１つのチャネル壁に接触している、請求項３８記載の装置。
40. デバイスであって、
    共通の床を共有し、それぞれの間の内部容積を画定する接続された周囲壁と、
    前記内部容積内に連続して配置され、互いに一定距離に位置する少なくとも２つの平面材料を収容するように適合化された、少なくとも２つのセル収容領域と、
    前記連続体における１つの領域に配設された平面材料を隣接領域に配設された平面材料に物理的に接触させるための手段と
    を備える、デバイス。
41. 前記デバイスが、各セル収容領域に配設された平面アノードおよび平面カソード電流集電体を備える、請求項４０記載のデバイス。
42. 各領域内のアノードおよびカソード電流集電体が、その間に配設された少なくとも１つのスペーサにより一定距離に維持されている、請求項４１記載のデバイス。
43. 請求項１から２８までのいずれか１項記載のセル連続体または請求項２９から３６までのいずれか１項記載の電気化学セルを備える、バッテリ。
44. 請求項１から２８までのいずれか１項記載のセル連続体または請求項２９から３６までのいずれか１項記載の電気化学セルまたは請求項４３記載のバッテリを備える、車両。
45. 前記車両が、スクータ、ゴルフカート、原動機付食品自動車、フォークリフト、トラック、乗用車、リフトトラック、オートバイ、フォークトラック、飛行機、ボート、クワッドおよびトラクタから選択される、請求項４４記載の車両。
46. 方法であって、
    請求項１から２８までのいずれか１項記載のセル連続体を提供するステップと、
    前記連続体を単一の電解質溶液に接触させるステップと
    を含む、方法。
47. 方法であって、
    請求項１２記載のセル連続体を提供するステップと、
    前記連続体における前記セルの前記コンジットを通して、単一の電解質溶液の流れを提供するステップと
    を含む、方法。
48. 前記連続体における少なくとも１つのセルの前記コンジットが、セルの幅を横断する前記セルの横断方向に延び、前記電解質が、前記コンジットを通して前記セルを横断して流れるように方向づけられる、請求項４７記載の方法。
49. 前記連続体における少なくとも１つのセルの前記コンジットが、前記連続体の長さに沿った方向に延び、前記電解質が、前記連続体の長さに沿って前記コンジットを通して流れるように方向づけられる、請求項４７記載の方法。
50. 前記少なくとも１つのセルが、前記コンジットの前記入口端に収束ノズルを備える、請求項４９記載の方法。
51. 前記連続体における前記少なくとも１つのセルの前記カソード電流集電体が、前記収束ノズルを形成している、請求項５０記載の方法。
52. 前記カソード電流集電体は、前記コンジットの前記入口における前記カソード電流集電体の少なくとも一部と前記アノードとの間の距離が前記コンジットの前記入口端から前記出口端までの方向における前記コンジットの断面積を小さくするようにテーパ状になっている湾曲部を備える、請求項５１記載の方法。
53. 電気を製造するための方法であって、
    単一の電解質溶液に接触している請求項１から２８までのいずれか１項記載のセル連続体を提供するステップ、または請求項２９から３６までのいずれか１項記載の電気化学セルを提供するステップ、または請求項４３記載のバッテリを提供するステップと、
    前記セル連続体または前記電気化学セルまたは前記バッテリを負荷に接続するステップと
    を含む、方法。
54. 水素を製造するための方法であって、
    請求項１から２８までのいずれか１項記載のセル連続体を提供するステップと、
    前記連続体を単一の電解質溶液に接触させるステップと
    を含む、方法。
55. 電気と水素との両方を製造するための方法であって、
    単一の電解質溶液に接触している請求項１から２８までのいずれか１項記載のセル連続体を提供するステップ、または請求項２９から３６までのいずれか１項記載の電気化学セルを提供するステップ、または請求項４３記載のバッテリを提供するステップと、
    前記セル連続体または前記電気化学セルまたは前記バッテリを負荷に接続するステップと
    を含む、方法。
56. 方法であって、
    請求項３７から３９までのいずれか１項記載の装置を提供するステップと、
    前記装置の前記少なくとも１つのチャネルを通して単一の電解質溶液の流れを提供するステップと
    を含む、方法。
57. 方法であって、
    請求項４０から４２までのいずれか１項記載のデバイスを提供するステップと、
    前記デバイスの前記内部容積への単一の電解質溶液の流れを提供するステップと
    を含む、方法。
58. 電気化学セルであって、
    アノードと、
    カソード電流集電体と、
    前記アノードおよび前記カソード電流集電体に接触している単一の電解質溶液と
    を備え、
    前記単一の電解質溶液は、塩もしくは酸である酸化剤を含むかまたは酸化剤および塩を含む、電気化学セル。
59. 電気化学セルであって、
    アノードと、
    カソード電流集電体と、
    前記アノードおよび前記カソード電流集電体に接触している単一の電解質溶液と、
    前記アノードと前記カソード電流集電体との間に配設された非多孔質の非導電性スペーサと
    を備える、電気化学セル。

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