JP2652236B2 - 電気化学電池における気体の触媒再化合の促進に使用する装置とそれを使用する電気化学電池 - Google Patents
電気化学電池における気体の触媒再化合の促進に使用する装置とそれを使用する電気化学電池Info
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- JP2652236B2 JP2652236B2 JP1046355A JP4635589A JP2652236B2 JP 2652236 B2 JP2652236 B2 JP 2652236B2 JP 1046355 A JP1046355 A JP 1046355A JP 4635589 A JP4635589 A JP 4635589A JP 2652236 B2 JP2652236 B2 JP 2652236B2
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
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- H01M10/52—Removing gases inside the secondary cell, e.g. by absorption
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気化学電池とともに使用する装置、より詳
しくは、電気化学電池で発生する気体を再化合させる装
置に関する。
しくは、電気化学電池で発生する気体を再化合させる装
置に関する。
周知のように、電気化学電池、特にアルカリ蓄電池た
とえばNi−Cd蓄電池では、動作中に電池電解液の水分の
損失が起る。この水分損失は過充電時に水の水素と酸素
への転換を引起す電気分解によつて生じる。その結果、
電池内の電解液量が減少し、この減少がそのまま続く
と、電池の故障が起る。
とえばNi−Cd蓄電池では、動作中に電池電解液の水分の
損失が起る。この水分損失は過充電時に水の水素と酸素
への転換を引起す電気分解によつて生じる。その結果、
電池内の電解液量が減少し、この減少がそのまま続く
と、電池の故障が起る。
電気化学電池における水分損失をおさえる一つの方法
は、発生する酸素と水素を再化合させて失われた水分を
再生してから電池電解液に戻すようなやり方に電池を適
合させることを含む。この方法では、再化合反応に対す
る触媒作用のために触媒たとえば白金を使用する。しか
し、この触媒反応は発熱性が強いため、制御するのに困
難があつた。反応の制御に失敗すると、小さな電池にお
いては、触媒の破壊が起ることがあり、大きな電池にお
いては、ずつと深刻な状態たとえば電池の故障が起りう
る。
は、発生する酸素と水素を再化合させて失われた水分を
再生してから電池電解液に戻すようなやり方に電池を適
合させることを含む。この方法では、再化合反応に対す
る触媒作用のために触媒たとえば白金を使用する。しか
し、この触媒反応は発熱性が強いため、制御するのに困
難があつた。反応の制御に失敗すると、小さな電池にお
いては、触媒の破壊が起ることがあり、大きな電池にお
いては、ずつと深刻な状態たとえば電池の故障が起りう
る。
したがつて、本発明の第１の目的は、電気化学電池で
発生する気体を再化合させるための改良された装置を提
供することである。
発生する気体を再化合させるための改良された装置を提
供することである。
本発明のもう一つの目的は、電気化学電池の発生熱を
制御する一方電池の効率とまとまりを保つような、電気
化学電池で発生する水素気体と酸素気体を再化合させる
ための触媒装置を提供することである。
制御する一方電池の効率とまとまりを保つような、電気
化学電池で発生する水素気体と酸素気体を再化合させる
ための触媒装置を提供することである。
本発明の原理によれば、前記の目的およびその他の目
的は、電気性の疎水性薄膜で覆われた触媒ストリツプか
ら成る装置において達成される。この薄膜は二つの通気
性金属層の間にはさまれてサンドイツチ構造を形成し、
このサンドイツチ構造はらせん状に成形される。
的は、電気性の疎水性薄膜で覆われた触媒ストリツプか
ら成る装置において達成される。この薄膜は二つの通気
性金属層の間にはさまれてサンドイツチ構造を形成し、
このサンドイツチ構造はらせん状に成形される。
以下に開示する装置実施例においては、金属タブがら
せんの端にとりつけられ、装置は前記タブを一つの電池
端子の内部部分に結合することによつて電池の内部にと
りつけられる。電池電極にとりつけられたストラツプも
この端子部分に結合され、ストラツプと装置タブとに対
して共通の結合が使用される。
せんの端にとりつけられ、装置は前記タブを一つの電池
端子の内部部分に結合することによつて電池の内部にと
りつけられる。電池電極にとりつけられたストラツプも
この端子部分に結合され、ストラツプと装置タブとに対
して共通の結合が使用される。
本発明の前記特徴と側面およびその他の特徴と側面
は、添付の図面を用いた以下の詳しい説明を読むことに
よりいつそう明確になるであろう。
は、添付の図面を用いた以下の詳しい説明を読むことに
よりいつそう明確になるであろう。
第１図には、本発明による装置１を示す。装置１は、
過充電時に電気化学電池31で発生する水素気体と酸素気
体を再化合させるために、電池31内に組込まれる。ここ
で電池31はNi−Cd蓄電池とする。この水素気体と酸素気
体は装置１によつて再化合させられて水を生成し、この
水は電池の電解液に戻される。
過充電時に電気化学電池31で発生する水素気体と酸素気
体を再化合させるために、電池31内に組込まれる。ここ
で電池31はNi−Cd蓄電池とする。この水素気体と酸素気
体は装置１によつて再化合させられて水を生成し、この
水は電池の電解液に戻される。
本発明によれば、第３および４図に詳しく示すよう
に、装置１は二つの外側の通気性金属層２および３なら
びに内側層４から成るサンドイツチ構造である。内側層
４は触媒ストリツプ4aから成り、ストリツプ4aは疎水性
の通気性薄膜4bで覆われている。このサンドイツチは第
３図に示すように巻かれてらせん構造物が得られる。
に、装置１は二つの外側の通気性金属層２および３なら
びに内側層４から成るサンドイツチ構造である。内側層
４は触媒ストリツプ4aから成り、ストリツプ4aは疎水性
の通気性薄膜4bで覆われている。このサンドイツチは第
３図に示すように巻かれてらせん構造物が得られる。
金属層２および３は層４よりも幅と長さが大きくなる
ように作られる。金属層２および３の延長部分はらせん
の端にタブ５を与え（第１および２図参照）、このタブ
は装置１の電池31へのとりつけを容易にする。また、こ
れらの層の拡幅部分は層４に対する冷却フインを与え
る。このことについては以下にもつと詳しく述べる。
ように作られる。金属層２および３の延長部分はらせん
の端にタブ５を与え（第１および２図参照）、このタブ
は装置１の電池31へのとりつけを容易にする。また、こ
れらの層の拡幅部分は層４に対する冷却フインを与え
る。このことについては以下にもつと詳しく述べる。
第１図に示すように電池31はケーシング32から成り、
該ケーシング内には電極構造物33および電解液34が収容
されている。電極構造物33はカソード33aから成り、隣
り合う33aの間にはさまれるようにセパレータとアノー
ドのユニツト33bが配置してある。
該ケーシング内には電極構造物33および電解液34が収容
されている。電極構造物33はカソード33aから成り、隣
り合う33aの間にはさまれるようにセパレータとアノー
ドのユニツト33bが配置してある。
ストラツプ35の端35aはカソード板33aを電池のカソー
ド端子36の下部部分36bに結合する。端子部分36bはケー
シング32内にあるが、一方端子36の上部部分36aは電池
からエネルギーが供給される装置への接続のためにケー
シングの外に延び出している。ボルト37が端子36の下部
部分36bとストラツプ端35aとを貫通して、ストラツプし
たがつてカソード33aの端子への結合を達成している。
ド端子36の下部部分36bに結合する。端子部分36bはケー
シング32内にあるが、一方端子36の上部部分36aは電池
からエネルギーが供給される装置への接続のためにケー
シングの外に延び出している。ボルト37が端子36の下部
部分36bとストラツプ端35aとを貫通して、ストラツプし
たがつてカソード33aの端子への結合を達成している。
本発明によれば、装置１はやはり端子36の下部部分36
bに結合することによつて電池31内にとりつけられる。
これは装置の前記タブ５によつて達成される。該タブも
ボルト37によつて下部部分36bにボルト締めされる。
bに結合することによつて電池31内にとりつけられる。
これは装置の前記タブ５によつて達成される。該タブも
ボルト37によつて下部部分36bにボルト締めされる。
装置１を前述のように構成することによつて、電池31
内で発生する水素と酸素の再化合が、制御された状態
で、電池の効率に大きな悪影響を与えることなく行われ
る。具体的には、発生する酸素と水素は、装置１内には
いり、通気性の金属層２および３ならびに通気性薄膜4b
を通過して触媒ストリツプ4aに達する。ストリツプ4aに
おいて、気体は触媒再化合を起して水蒸気となり、今度
はこの水蒸気が薄膜4bならびに層２および３を通過して
外に出て端子部分36bで凝縮する。次に、凝縮水は電解
液34内に戻り、電気分解によつて電池で失われた水を補
充する。
内で発生する水素と酸素の再化合が、制御された状態
で、電池の効率に大きな悪影響を与えることなく行われ
る。具体的には、発生する酸素と水素は、装置１内には
いり、通気性の金属層２および３ならびに通気性薄膜4b
を通過して触媒ストリツプ4aに達する。ストリツプ4aに
おいて、気体は触媒再化合を起して水蒸気となり、今度
はこの水蒸気が薄膜4bならびに層２および３を通過して
外に出て端子部分36bで凝縮する。次に、凝縮水は電解
液34内に戻り、電気分解によつて電池で失われた水を補
充する。
装置１のコイル状またはらせん状構成は、小さなスペ
ース内で触媒再化合反応のために大きな表面積を与える
という点で大きな効果を有するものである。さらに、二
つの金属層２および３の拡幅部分によつて与えられる前
述の冷却用フインは装置からの熱移動を制御するのに役
立つ。このほか、装置１が電池のカソード端子36に結合
されていることの結果として、追加制御が実現される。
端子36は、この場合、装置１の冷却を促進する冷却用放
熱器として働くが、同時に装置１を、電池気体が発生す
る位置に置いて再化合過程が促進されるようにする。装
置１のこの熱移動制御により、水蒸気が薄膜4bの内側で
凝縮する傾向が小さくおさえられ、また凝縮した場合で
も再蒸発が速められる。
ース内で触媒再化合反応のために大きな表面積を与える
という点で大きな効果を有するものである。さらに、二
つの金属層２および３の拡幅部分によつて与えられる前
述の冷却用フインは装置からの熱移動を制御するのに役
立つ。このほか、装置１が電池のカソード端子36に結合
されていることの結果として、追加制御が実現される。
端子36は、この場合、装置１の冷却を促進する冷却用放
熱器として働くが、同時に装置１を、電池気体が発生す
る位置に置いて再化合過程が促進されるようにする。装
置１のこの熱移動制御により、水蒸気が薄膜4bの内側で
凝縮する傾向が小さくおさえられ、また凝縮した場合で
も再蒸発が速められる。
本発明のこの説明用実施例の場合、触媒ストリツプ4a
はポリテトラフルオロエチレン（PTFE）と、カーボンを
担体とする白金との混合物から成る。PTFEをストリツプ
の結合剤として使用することにより、ストリツプに対し
て可撓性のほかに疎水性が与えられる。薄膜4bもPTFEか
ら成る。
はポリテトラフルオロエチレン（PTFE）と、カーボンを
担体とする白金との混合物から成る。PTFEをストリツプ
の結合剤として使用することにより、ストリツプに対し
て可撓性のほかに疎水性が与えられる。薄膜4bもPTFEか
ら成る。
Ni−Cd蓄電池用の装置１を製作する特定実施例の場
合、米国特許第3,898,099号明細書に開示してあるロー
ル結合電極法を使用して、自立部材としての触媒ストリ
ツプ4aを成形する。もつと詳しく言うと、まずPTFEと、
カーボンを担体とする白金との湿潤混合物をカレンダー
にかけてから乾燥させ、0.4mm（0.016インチ）厚の可撓
性シートにする。白金添加量は触媒総重量の5.5％と
し、0.5〜0.6mgPt/cm2の添加量となるようにする。
合、米国特許第3,898,099号明細書に開示してあるロー
ル結合電極法を使用して、自立部材としての触媒ストリ
ツプ4aを成形する。もつと詳しく言うと、まずPTFEと、
カーボンを担体とする白金との湿潤混合物をカレンダー
にかけてから乾燥させ、0.4mm（0.016インチ）厚の可撓
性シートにする。白金添加量は触媒総重量の5.5％と
し、0.5〜0.6mgPt/cm2の添加量となるようにする。
1.3cm×38cm（0.5インチ×15インチ）の触媒ストリツ
プを前記シートから切出す。このストリツプを0.13mm
（0.005インチ）厚の焼結してないPTFE薄膜の外被で覆
つてシールする。次に、このPTFE薄膜を２枚の0.076mm
（0.003インチ）厚のニツケル箔層ではさむ。２枚の層
のうち内側層は幅1.9cm（3/4インチ）×長さ43cm（17イ
ンチ）であり、外側層は幅1.9cm（3/4インチ）×長さ48
cm（19インチ）である。このようにして得られるサンド
イツチを巻いて、外径1.9cm（3/4インチ）×高さ1.9cm
（3/4インチ）×内径0.64cm（1/4インチ）の密ならせん
またはスプールとする。PTFE外被を越えて延びるニツケ
ル箔部分を結合することによつて、らせんの端に高さ1.
9cm（3/4インチ）×長さ2.5cm（１インチ）のタブを成
形する。このタブをカソードストラツプの間に挿入し、
カソード端子にボルト締めすることによつて、装置を10
0アンペア時のNi−Cd蓄電池に組込む。この電池を動作
させたところ、約45％の初期効率を示し、安定化後、約
85％の効率を示した。
プを前記シートから切出す。このストリツプを0.13mm
（0.005インチ）厚の焼結してないPTFE薄膜の外被で覆
つてシールする。次に、このPTFE薄膜を２枚の0.076mm
（0.003インチ）厚のニツケル箔層ではさむ。２枚の層
のうち内側層は幅1.9cm（3/4インチ）×長さ43cm（17イ
ンチ）であり、外側層は幅1.9cm（3/4インチ）×長さ48
cm（19インチ）である。このようにして得られるサンド
イツチを巻いて、外径1.9cm（3/4インチ）×高さ1.9cm
（3/4インチ）×内径0.64cm（1/4インチ）の密ならせん
またはスプールとする。PTFE外被を越えて延びるニツケ
ル箔部分を結合することによつて、らせんの端に高さ1.
9cm（3/4インチ）×長さ2.5cm（１インチ）のタブを成
形する。このタブをカソードストラツプの間に挿入し、
カソード端子にボルト締めすることによつて、装置を10
0アンペア時のNi−Cd蓄電池に組込む。この電池を動作
させたところ、約45％の初期効率を示し、安定化後、約
85％の効率を示した。
装置１の気体再化合特性をさらに高めるために、電池
31にわずかに加圧して、発生する水素および酸素気体の
電池内滞留時間を長くすることができる。これは、電池
の通気孔38に弁39を使用することによつて実現できる。
加圧の代表的大きさは約0.2atm（約3psi）の程度であ
り、この大きさは0.2atm（3psi）圧力レベルで作動する
ばね作動プラスチツク弁の使用により実現できる。
31にわずかに加圧して、発生する水素および酸素気体の
電池内滞留時間を長くすることができる。これは、電池
の通気孔38に弁39を使用することによつて実現できる。
加圧の代表的大きさは約0.2atm（約3psi）の程度であ
り、この大きさは0.2atm（3psi）圧力レベルで作動する
ばね作動プラスチツク弁の使用により実現できる。
高温の気候または低換気の電池において特に有効なも
う一つの変形は、装置１の上にたとえばニツケル製のカ
ノピー41を配するものである。このカノピーにより、電
池から出て行こうとする水蒸気の凝縮が促進される。
う一つの変形は、装置１の上にたとえばニツケル製のカ
ノピー41を配するものである。このカノピーにより、電
池から出て行こうとする水蒸気の凝縮が促進される。
すべての場合について、前述の構成は本発明の適用を
代表する数多くの可能な特定実施例を説明するためだけ
のものであると理解すべきである。これらのほかに、本
発明の意図と範囲を逸脱することなく、本発明の原理に
従つて、数多くの変形構成を容易に工夫することができ
る。
代表する数多くの可能な特定実施例を説明するためだけ
のものであると理解すべきである。これらのほかに、本
発明の意図と範囲を逸脱することなく、本発明の原理に
従つて、数多くの変形構成を容易に工夫することができ
る。
第１図は、電気化学電池内に組込まれた、本発明の原理
による装置であり、 第２図は、第１図の電気化学電池内での装置の結合法を
模式的に示す図であり、 第３図は、第１図の装置をやや詳しく示す図であり、 第４図は、第１図の装置の外被で覆つた触媒ストリツプ
をやや詳しく示す図である。 図中、１は本発明の装置、２、３は通気性金属層、４は
内側層、4aは触媒ストリツプ、4bは疎水性の通気性薄
膜、５はタブ、31は電気化学電池、32はケーシング、33
は電極構造物、33aはカソード、33bはセパレータとアノ
ードのユニツト、34は電解液、35はストラツプ、35aは3
5の端、36はカソード端子、36aは36の上部部分、36bは3
6の下部部分、37はボルト、38は通気孔、39は弁、41は
カノピー。
による装置であり、 第２図は、第１図の電気化学電池内での装置の結合法を
模式的に示す図であり、 第３図は、第１図の装置をやや詳しく示す図であり、 第４図は、第１図の装置の外被で覆つた触媒ストリツプ
をやや詳しく示す図である。 図中、１は本発明の装置、２、３は通気性金属層、４は
内側層、4aは触媒ストリツプ、4bは疎水性の通気性薄
膜、５はタブ、31は電気化学電池、32はケーシング、33
は電極構造物、33aはカソード、33bはセパレータとアノ
ードのユニツト、34は電解液、35はストラツプ、35aは3
5の端、36はカソード端子、36aは36の上部部分、36bは3
6の下部部分、37はボルト、38は通気孔、39は弁、41は
カノピー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−54828（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−315964（ＪＰ，Ａ) 実公 昭40−1171（ＪＰ，Ｙ１)
Claims (21)
- 【請求項１】触媒ストリツプ、 該触媒ストリツプを覆う疎水性の通気性薄膜、 該薄膜を協同で被覆してサンドイツチ構造を形成する第
１および第２の通気性の金属層、 らせん状に成形された前記サンドイツチ構造 から成ることを特徴とする、電気化学電池における気体
の触媒再化合の促進に使用する装置。 - 【請求項２】金属タブが前記らせんの外側端にとりつけ
られる請求項１記載の装置。 - 【請求項３】前記第１および第２の金属層のうち少くと
も一つの金属層の端が前記薄膜の端を越えて延びて前記
タブを形成する請求項２記載の装置。 - 【請求項４】前記第１および第２の両金属層の端が前記
薄膜の端を越えて延びて前記タブを形成する請求項３記
載の装置。 - 【請求項５】前記金属層と前記タブがニツケルから成る
請求項２記載の装置。 - 【請求項６】前記疎水性の通気性薄膜がポリテトラフル
オロエチレン（PTFE）から成る請求項５記載の装置。 - 【請求項７】前記PTFEが焼結されていない請求項６記載
の装置。 - 【請求項８】前記触媒が白金とPTFEとの混合物から成る
請求項６記載の装置。 - 【請求項９】前記金属層のうち少くとも一つの層の幅が
前記薄膜の幅よりも大きく、そのことによつて前記装置
の冷却用フインが形成される請求項１記載の装置。 - 【請求項１０】前記疎水性の通気薄膜がPTFEから成る請
求項１記載の装置。 - 【請求項１１】前記PTFEが焼結されていない請求項10記
載の装置。 - 【請求項１２】前記触媒が白金とPTFEとの混合物から成
る請求項１記載の装置。 - 【請求項１３】ケーシング、 該ケーシング内に収容された電極構造物、 触媒ストリツプ、該触媒ストリツプを覆う疎水性の通気
性薄膜、該薄膜を協同で被覆してサンドイツチ構造を形
成する第１および第２の通気性の金属層、ならびにらせ
ん状に成形された前記サンドイツチ構造から成り、電気
化学電池における気体の再化合を促進する、前記ケーシ
ング内にとりつけられる装置 から成る、電解液とともに使用する電気化合電池。 - 【請求項１４】前記装置が、前記らせんの外側端にとり
つけられた金属タブをさらに含み、 前記装置が前記タブにより前記電池にとりつけられる請
求項13記載の電池。 - 【請求項１５】前記ケーシングにとりつけられた端子を
さらに含み、 該端子が、前記ケーシングの内部に延びる第１の部分を
有し、 前記装置が前記端子の前記第１の部分にとりつけられる
請求項13記載の電池。 - 【請求項１６】前記端子がカソード端子である請求項15
記載の電池。 - 【請求項１７】前記電極構造物が複数の電極とそれぞれ
一つの電極にとりつけられた複数のストラツプとを含
み、 前記装置が前記らせんの外側端にとりつけられた金属タ
ブをさらに含む、 前記ストラツプと前記タブを前記端子の前記第１の部分
にとりつけるための装置をさらに含む請求項15記載の電
池。 - 【請求項１８】前記とりつけ装置が、前記第１の部分、
ストラツプ、およびタブを貫通するボルトである請求項
17記載の電池。 - 【請求項１９】前記装置が前記らせんの外側端にとりつ
けられた金属タブをさらに含み、該タブが前記端子の前
記第１の部分にとりつけられる請求項15記載の電池。 - 【請求項２０】前記タブが前記第１および第２の金属層
のうち少くとも一つの層の一端によつて形成される請求
項19記載の電池。 - 【請求項２１】Ni−Cd蓄電池である請求項13記載の電
池。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/172,632 US4810598A (en) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | Gas recombination assembly for electrochemical cells |
| US172632 | 1993-12-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01267969A JPH01267969A (ja) | 1989-10-25 |
| JP2652236B2 true JP2652236B2 (ja) | 1997-09-10 |
Family
ID=22628535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1046355A Expired - Fee Related JP2652236B2 (ja) | 1988-03-24 | 1989-02-27 | 電気化学電池における気体の触媒再化合の促進に使用する装置とそれを使用する電気化学電池 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4810598A (ja) |
| EP (1) | EP0334350B1 (ja) |
| JP (1) | JP2652236B2 (ja) |
| DE (1) | DE68906936T2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4925746A (en) * | 1987-08-10 | 1990-05-15 | Zentralna La Boratoria Po Elektrochimicheski Iztochnici Na Tok | Device for recombing hydrogen and oxygen released in lead-acid storage batteries |
| DE4015370A1 (de) * | 1990-05-12 | 1991-11-14 | Varta Batterie | Bleiakkumulator mit einer vorrichtung zur katalytischen rekombination der elektrolysegase |
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