JP4157769B2 - ソフトポケットを有する金属−気体セル蓄電池 - Google Patents
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Description
亜鉛−空気電池は全ての既知の電池タイプの中で最高クラスの理論上のエネルギー容量を有する。しかしながら亜鉛−空気電池で動く車両が炭化水素燃焼車両の代替えと見なされるまでには多くの問題を克服しなければならない。
このプロセスは各陰極と各陽極の間に電位を生じる。セルが直列に接続されるときは、セル全ての結合電位は相当のものになり、電力源として使用出来る。しかしながら、周知のように、電池の動作は利用可能な金属陽極材料を徐々に消耗し、電池は周期的に充電し直さなければならない。
二元機能の気体拡散電極又は更なる気体拡散電極を使用しなければならないために電池は甚だしく重く、大きく、複雑になる。
この問題を解決するもう一つの試みが米国特許第5,286,578号に開示されている。この特許では、金属−気体セル電池を完全に可撓性のハウジングで作ることが示唆されている。しかしながら、そのようなハウジングは脆く、繰り返される燃料補給に耐えられない。他の完全に可撓性のハウジングシステムが米国特許第5,415,949号及び第5,650,241号に開示されている。そのようなハウジングシステムは甚だしく複雑であり、従って製造、保守及び動作に費用がかかる。
更に陽極の突出部に最も近いセルの最上部に沿って一つ又は二つの小さい通気孔を設けるのが普通である。しかしながらアルカリ溶液は陽極の突出部に沿って陽極を這い上がり、セルから這い出す傾向にある。また、アルカリミストは通気孔から絶えず逃げる。そのような漏れとミストは陽極と空気陰極の上にある導体の急速な酸化を生じ得る。酸化は接触面間の電気抵抗を劇的に増加し、従って電池電力の著しい損失をもたらす。更にアルカリ電解液と電解液ミストの絶え間ない漏れは電池の外部の金属部品の酸化が問題である如何なる環境においても電池の使用を困難にする。最後に、取扱又は操作中の電池の転倒は電解液の電池からのおびただしい漏れを生じる。
あるいは、ソフトポケット閉鎖機構は一つ以上のボルトと一つ以上のナットを備えてもよい。一つの実施例において、ソフトポケットはその右側、左側および下端周縁の断面がW字状に成形された一体部品で構成される。
横に配設された電流コレクタ98が各気体陰極18と20の上端に沿って配設される。図面に図解する好ましい実施例において、二対の電気接点100は各電流コレクタ98から伸びている。第二のハーフシェル体構造38が第一の保持位置に配設されるときは電気接点100の各対は互いに物理的に接触する。このように、二つの気体陰極18と20は互いに電気的に接続される。
電池セル12'と12"を共に各セル12の第一のハーフシェル体構造34を対応する第二のハーフシェル体構造38から離れている第二の保持構造位置に示す。図8に図解するように、各セル12のソフトポケット上開口42は、各セル12のソフトポケット上開口42の第二の保持構造位置を越える拡がりを制限する拡がり押え112を備える。
拡がり押え112を除いて、各セル12のソフトポケット上開口42は全開され、従って各セル12内の陽極24はソフトポケット22から容易に引き出すことが出来、新しい陽極24が各ソフトポケット22の中に容易に挿入出来る。第一と第二のハーフシェル体構造34と38が第一の保持構造位置にあるときはソフトポケット上開口42が密閉される。
図22と図23は二つの隣接する電池セル16のアセンブリーの分解図を図解する。図22に示す実施例において、接続ブロック202が上と下に配設されて第一の電池セル16'の第二のハーフシェル体構造192を第二の電池セル16"の第一のハーフシェル体構造188にロックする。図22と23で分るように、接続ブロック202はπ字状スロットを有し、押し付けられてオスの燕尾型スロット204を形成し、これらのスロット204はセル16'と16"の上部にある隣接する二つの金属部品194、又はセル16'と16"の下部にある金属部品198により形成されるオス燕尾型ほぞ208に嵌るような大きさと寸法を持っている。
Claims (45)
- (i)固い平面の第一のハーフシェル体構造内に配設された第一の気体陰極であって、気体に対して透過性で、液体に対して非透過性の、セルの中まで気体を通過させる第一の気体陰極と、
(ii)固い平面の第二のハーフシェル体構造内に配設された、空気に対して透過性で、液体に対して非透過性の、セルの中まで気体を通過させる第二の気体陰極であって、前記第二のハーフシェル体構造が、前記第一のハーフシェル体構造が前記第二のハーフシェル体構造に最も近づく第一の保持構造位置と、前記第一のハーフシェル体構造が前記第二のハーフシェル体構造から離れている第二の保持構造位置との間を前記第一のハーフシェル体構造に対して移動可能であり、前記第一の気体陰極に電気的に接続されているような第二の気体陰極と、
(iii)前記第一の気体陰極と前記第二の気体陰極との間に配設され、可撓性かつ平面の第一の壁と、可撓性かつ平面の第二の壁とを有するソフトポケットであって、前記第一の壁が周辺と中心開口を有し、前記第二の壁が周辺と中心開口を有し、前記個々の壁の上端に沿った個所を除き、前記第一の壁の前記周辺が、前記第二の壁の前記周辺に接続され、前記第一の壁の前記周辺が前記第一のハーフシェル体構造に取り付けられ、前記第二の壁の前記周辺が前記第二のハーフシェル体構造に取り付けられ、それにより前記第一のハーフシェル体構造と、前記第一の気体陰極と、前記第一の壁と、前記第二の壁と、前記第二のハーフシェル体構造と、前記第二の気体陰極とが協働してソフトポケット下部と、ソフトポケット上部と、前記第一と第二の壁の前記上端の間に定められるソフトポケット上開口とを有する液体保持ソフトポケットチャンバを定め、前記ソフトポケット上開口が前記第二の保持構造位置において開かれ、前記第一の保持構造位置において密閉されるようなソフトポケットと、
(iv)前記第一と第二のハーフシェル体構造を前記第一の保持構造位置で固定するソフトポケット閉鎖機構と、
(v)前記ソフトポケットチャンバ内に配設された金属陽極と、前記ソフトポケットチャンバ内に入れられた電解液と、を有する少なくとも一つの電池セル(a)と、
(b)前記二つの気体陰極に電気的に接続された正の第一の電池端子と、
(c)前記金属陽極に接続された負の第二の電池端子と、
を備える金属−気体セル蓄電池。 - 前記電解液が、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム及び塩化ナトリウムから成る化合物のグループから選択された化合物を含む水溶液であることを特徴とする請求項1記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記電解液が水酸化カリウムを含む水溶液であることを特徴とする請求項1記載の金属−気体セル蓄電池。
- 気体が前記ソフトポケット上部から流れ出るように半透過性膜が前記ソフトポケット上部に配設され、前記半透過性膜が気体に対して透過性で、液体に対しては非透過性であることを特徴とする請求項1記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記半透過性膜がPTFEで出来ていることを特徴とする請求項4記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記ソフトポケット閉鎖機構が少なくとも一つのストラップを備えることを特徴とする請求項1記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記ソフトポケット閉鎖機構が複数のストラップを備えることを特徴とする請求項1記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記ソフトポケット閉鎖機構が一つ以上のボルト又は一つ以上のナットを備えることを特徴とする請求項1記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記上開口が前記第二の保持構造位置を越える前記ソフトポケットの前記上開口の拡がりを制限する拡がり押えを備えることを特徴とする請求項1記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記金属陽極が平面の陽極基部とタブ部を備えることを特徴とする請求 項1記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記陽極基部が包袋内に配設されることを特徴とする請求項10記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記陽極基部が上端と下端を有し、前記陽極基部の前記下端が前記陽極基部の上端より長さが短いことを特徴とする請求項11記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記陽極基部の形状が台形であることを特徴とする請求項12記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記金属陽極が、金属陽極材料が着けられる導電性支持構造を備えることを特徴とする請求項1記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記金属陽極が亜鉛であることを特徴とする請求項14記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記第一と第二の気体陰極がそれぞれ第一と第二の空気陰極であることを特徴とする請求項1記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記第一と第二のハーフシェル体構造が前記第一の保持構造位置にあるときは、前記金属陽極が弾力性保持部材により前記ソフトポケット内に確実に保持されることを特徴とする請求項1記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記弾力性保持部材が前記第二のハーフシェル体構造内に配設されることを特徴とする請求項17記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記少なくとも一つの電池セルが複数の電池セルであることを特徴とする請求項1記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記複数の電池セルが直列に電気的に接続されることを特徴とする請求項19記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記電池が第一のセルと第二の最も外側のセルの間にサンドイッチされた複数の内部セルを備え、各内部セルにある前記陽極の前記タブ部が導体部材により隣接するセルの前記気体陰極に電気的に接続され、前記導体部材が前記陽極の前記タブ部に当接する部分を有することを特徴とする請求項10記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記ソフトポケットが、その右側、左側および下端周縁の断面がW字状に形成された一体部品を備えることを特徴とする請求項1記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記ソフトポケットの有する可撓性且つ平面の第一の壁と可撓性且つ平面の第二の壁とが、布で強化された膜を備えることを特徴とする請求項1記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記布で強化された膜が耐アルカリ性布と、前記布上の少なくとも一つの耐アルカリ性コーティングとを備えることを特徴とする請求項23記載の金属−気体セル蓄電池。
- 前記耐アルカリ性布が、ビニロン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン・プロピレン・ジエンモノマー、ブチルゴム、エチレン−プロピレン・コポリマー、及びクロロスルホン化ポリエチレンで構成されるグループから選択され、前記少なくとも一つの耐アルカリ性コーティングがネオプレン、ポリプロピレン、ポリエチレン及びPVCで構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料からなることを特徴とする請求項24記載の金属−気体セル蓄電池。
- 接着剤なしに機械力により、前記第一の壁の前記周辺が前記第一のハーフシェル体構造に取り付けられ、前記第二の壁の前記周辺が前記第二のハーフシェル体構造に取り付けられることを特徴とする請求項1記載の金属−気体セル蓄電池。
- (i)それぞれが固い平面の第一のハーフシェル体構造内に配設された第一の気体陰極であって、気体に対して透過性で、しかし液体に対して非透過性の、セルの中まで気体を通過させる第一の気体陰極と、
(ii)固い平面の第二のハーフシェル体構造内に配設された、空気に対して透過性で、液体に対して非透過性の、セルの中まで気体を通過させる第二の気体陰極であって、前記第二のハーフシェル体構造が、前記第一のハーフシェル体構造が前記第二のハーフシェル体構造に最も近づく第一の保持構造位置と、前記第一のハーフシェル体構造が前記第二 のハーフシェル体構造から離れている第二の保持構造位置との間を前記第一のハーフシェル体構造に対して移動可能であり、第一の気体陰極に電気的に接続されているような第二の気体陰極と、
(iii)前記第一の空気陰極と前記第二の空気陰極との間に配設され、可撓性かつ平面の第一の壁と、可撓性かつ平面の第二の壁とを有するソフトポケットであって、前記第一の壁が周辺と中心開口を有し、前記第二の壁が周辺と中心開口を有し、前記個々の壁の上端に沿った個所を除き、前記第一の壁の周辺が、前記第二の壁の前記周辺に接続され、前記第一の壁の前記周辺が前記第一のハーフシェル体構造に取り付けられ、前記第二の壁の前記周辺が前記第二のハーフシェル体構造に取り付けられ、それにより前記第一のハーフシェル体構造と、前記第一の空気陰極と、前記第一の壁と、前記第二の壁と、前記第二のハーフシェル体構造と、前記第二の空気陰極とが協働してソフトポケット下部と、ソフトポケット上部と、前記第一と第二の壁の前記上端の間に定められるソフトポケット上開口とを有する液体保持ソフトポケットチャンバを定め、前記ソフトポケット上開口が前記第二の保持構造位置において開かれ、前記第一の保持構造位置において密閉されるようなソフトポケットと、
(iv)前記第一と第二のハーフシェル体構造を前記第一の保持構造位置で固定するソフトポケット閉鎖機構と、
(v)全体が前記ソフトポケットチャンバ内に配設された亜鉛陽極であって、前記亜鉛陽極が平面の陽極基部とタブ部を備え、陽極基部が下端と上端を有し、前記陽極基部の前記下端が前記陽極基部の前記上端より長さが短い亜鉛陽極と、
(vi)前記ソフトポケット上部から気体を流し出せるように前記ソフトポケット上部に配設された気体に対して透過性で、液体に対して非透過性の半透過性膜とを有する第一の最も外側の電池セルと第二の最も外側の電池セルの間にサンドイッチされた、前記ソフトポケットチャンバ内に入れられた電解液を有する複数の内部電池セル(a)と、
(b)前記第一の最も外側の電池セルの前記二つの空気陰極に電気的に接続された正の第一の電池端子と、
(c)前記第二の最も外側の電池セルの前記亜鉛陽極に接続された負の第二の電池端子とを備える亜鉛−空気セル蓄電池であって、
導体部材により各内部セルにある前記陽極の前記タブ部が隣接する電池セルの前記空気陰極に電気的に接続され、前記導体部材が、前記陽極の前記タブ部に当接する部分を有することを特徴とする亜鉛−空気蓄電池。 - 前記電解液が、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム及び塩化ナトリウムから成る化合物のグループから選択された化合物を含む水溶液であることを特徴とする請求項27記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
- 前記電解液が水酸化カリウムを含む水溶液であるであることを特徴とする請求項27記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
- 各セルにある前記第二の半透過性膜がPTFEで出来ていることを特徴とする請求項27記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
- 各セルにある前記ソフトポケット閉鎖機構が少なくとも一つのストラップを備えることを特徴とする請求項27記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
- 各セルにある前記ソフトポケット閉鎖機構が複数のストラップを備えることを特徴とする請求項27記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
- 各セルにある前記ソフトポケット閉鎖機構が一つ以上のボルトおよび一つ以上のナットを備えることを特徴とする請求項27記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
- 各セルにある前記上開口が前記第二の保持構造位置を越える前記ソフトポケットの前記上開口の拡がりを制限する拡がり押えを備えることを特徴とする請求項27記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
- 各セルにある前記陽極基部が包袋内に配設されることを特徴とする請求項27記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
- 各セルにある前記陽極基部の形状が台形であることを特徴とする請求項 27記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
- 各セルにある前記亜鉛陽極が、金属陽極材料が着けられる導電性支持構造を備えることを特徴とする請求項27記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
- 各セルにある前記第一と第二のハーフシェル体構造が前記第一の保持構造位置にあるときは、前記亜鉛陽極が弾力性保持部材により前記ソフトポケット内に確実に保持されることを特徴とする請求項27記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
- 各セルにある前記弾力性保持部材が前記第二のハーフシェル体構造内に配設されることを特徴とする請求項38記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
- 前記複数の電池セルが直列に電気的に接続されることを特徴とする請求項27記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
- 前記ソフトポケットが、その右側、左側および下端周縁の断面がW字状に形成された一体部品を備えることを特徴とする請求項27記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
- 前記ソフトポケットの有する可撓性且つ平面の第一の壁と可撓性且つ平面の第二の壁とが、布で強化された膜を備えることを特徴とする請求項27記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
- 前記布で強化された膜が耐アルカリ性布と、前記布上の少なくとも一つの耐アルカリ性コーティングとを備えることを特徴とする請求項42記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
- 前記耐アルカリ性布が、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン・プロピレン・ジエンモノマー、ブチルゴム、エチレン−プロピレン・コポリマー、及びクロロスルホン化ポリエチレンで構成されるグループから選択され、前記少なくとも一つの耐アルカリ性コーティングがネオプレン、ポリプロピレン、ポリエチレン及びPVCで構成されるグループから選択される少なくとも1つの材料からなることを特徴とする請求項43記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
- 接着剤なしに機械力により、前記第一の壁の前記周辺が前記第一のハーフシェル体構造に取り付けられ、前記第二の壁の前記周辺が前記第二のハーフシェル体構造に取り付けられることを特徴とする請求項27記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
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