JP4309159B2 - 可撓性薄層開放電気化学電池 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学エネルギを電気エネルギに変換することによりバッテリ電源として使用される電気化学電池に関する。より詳細には、本発明は、可撓性薄層および開放構造を維持しながら、湿った（例えば液状の）電解質を用いて化学エネルギの電気エネルギへの変換を達成する通常のもしくは再充電可能なバッテリとして使用されるべき一次もしくは再充電可能な電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、携帯電話機、音声録音再生装置、腕時計、動画および静止画撮影機、液晶ディスプレイ、電卓、ＩＣカード、温度センサ、補聴器、感圧ブザー等のようなコンパクトなデザインの小型および携帯電気駆動器具の開発が進展し続けることにより、それらを作動させるためにコンパクトな薄層バッテリの必要性が大きくなりつつある。したがって、バッテリとして使用されるべき、信頼性のある薄層電気化学電池に対する必要性が存在する。
【０００３】
バッテリは大きく２つに分類することができ、第１の分類のバッテリは湿電界質を含むもの（すなわち液状バッテリ）であり、第２の分類のバッテリは固体電解質を含む。固体バッテリは干からびたり漏出したりしないという固有の長所を有しているが、液状バッテリと比較すると大きな短所を有している。すなわち、固体中のイオン拡散速度は限られているため、固体バッテリの作動ははるかに大きく温度に依存しており、多くは高温下でのみ良好に作動する。そして、上記の限られた拡散速度は、潜在的な化学エネルギに対する発生した電気エネルギの比が低い固体バッテリを特徴づけるものである。液状薄層バッテリは一般にセパレ―タを介して組み合わされた陽性および陰性の活性不溶性物質層を含み、このセパレータは液体電解質溶液に浸漬され、電界液層として機能する。このようなバッテリの例は例えばワキ等（Ｗａｋｉ ｅｔ ａｌ）の米国特許第４，６２３，５９８号およびフミノブ等（Ｆｕｍｉｎｏｂｕ ｅｔ ａｌ）の日本国特許ＪＰ６１−５５８６６号に開示されており、液体の蒸発を防止するために外被フィルム内に封入しなければならず、したがって、密閉電気化学電池である。密閉電池であるため、これらのバッテリは保存時にガスの放出によって膨張する傾向があり、これは機械的な支持のない薄層バッテリにおいては致命的な問題であり、蓄積されたガスによって印加された圧力は層分離を招き、このためにバッテリは作動不能となる。この問題を解決するための手段には（１）バッテリ層を接着（すなわち糊付け）するために取り付けられるヒドロキシエチルセルロースのようなポリマー高粘度剤の使用により、固体支持材がないことによって課せられたこのようなバッテリの固有な問題を解消すること、および（２）水銀の添加によってガス、特に水素の形成を防止することが含まれる。しかしながら、ポリマーはその効力が限られており、水銀は環境に有害である。
【０００４】
上述の制限を解決する方法がキス等（Ｋｉｓ ｅｔ ａｌ）の米国特許第３，９０１，７３２号に開示されており、ここでは、バッテリ内で形成される望ましくないガスの発散を可能にするとともにバッテリからのいかなる電解質損失をも防止するガス浸透性かつ電解質不透性の高分子材料がバッテリ電池を包囲するための外被フィルムとして使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液状薄層バッテリにおける望ましくないガス蓄積を防止するためのより直接的かつ効率的な方法は、これらのバッテリをガスの放出が容易な開放電池とすると同時に液体の蒸発およびバッテリの乾燥を防止する手段を提供することであろう。
【０００６】
したがって、ガスの蓄積および液体蒸発の双方の制限がない開放型電気化学電池の必要性が広く認識されており、これが得られれば極めて有利である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、様々なコンパクトなデザインの小型および携帯電気駆動器具の一次もしくは再充電可能な電源として使用可能な可撓性薄層開放型電気化学電池が提供される。さらに、このような電池の製造方法が提供される。本発明の可撓性薄層開放型電気化学電池は湿電解質を含むが、可撓性で薄く、開放された構成を維持しており、したがって、保存時にガスの蓄積がない。
【０００８】
後述する本発明の好ましい実施態様によれば、電池は不溶性陰極の第１層、不溶性陽極の第２層、および水性電解質の第３層からなり、第３層は第１および第２層の間に配され、（ａ）開放電池を常に湿らせておくための潮解性物質、（ｂ）必要なイオン伝導率を得るための電気活性可溶性物質、および（ｃ）第１および第２層を第３層に接着するために要する粘度を得るための水溶性ポリマーを含む。
【０００９】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、電解質層は多孔性物質によって係止される。
【００１０】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、多孔性物質は濾紙、プラスチック膜、セルロース膜、および布からなる群より選ばれる。
【００１１】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、不溶性陽極の第１層は二酸化マンガン粉末を含み、不溶性陰極の第２層は亜鉛粉末を含む。
【００１２】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、不溶性陰極の第１層および／または不溶性陽極の第２層はさらに炭素粉末を含み、電気活性可溶性物質は塩化亜鉛、臭化亜鉛、フッ化亜鉛、および水酸化カリウムからなる群より選ばれる。
【００１３】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、不溶性陰極の第１層は酸化銀粉末を含み、不溶性陽極の第２層は亜鉛粉末を含み、電気活性可溶性物質は水酸化カリウムである。
【００１４】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、不溶性陰極の第１層はカドミウム粉末を含み、不溶性陽極の第２層は酸化ニッケル粉末を含み、電気活性可溶性物質は水酸化カリウムである。
【００１５】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、不溶性陰極の第１層は鉄粉末を含み、不溶性陽極の第２層は酸化ニッケル粉末を含み、電気活性可溶性物質は水酸化カリウムである。
【００１６】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、不溶性陰極の第１層および不溶性陽極の第２層は酸化鉛粉末を含み、電池はこれらの極に印加された電圧によって充電され、電気活性可溶性物質は硫酸である。
【００１７】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、潮解性物質と電気活性可溶性物質とは同一の物質であり、塩化亜鉛、臭化亜鉛、フッ化亜鉛、および水酸化カリウムからなる群より選ばれる。
【００１８】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、潮解性物質は塩化カルシウム、臭化カルシウム、二燐酸カリウム、および酢酸カリウムからなる群より選ばれる。
【００１９】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、水溶性ポリマーはポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシド、寒天、アガロース、澱粉、ヒドロキシエチルセルロース、およびこれらの組み合わせおよびコポリマーからなる群より選ばれる。
【００２０】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、水溶性ポリマーと潮解性物質とは同一の物質であって、デキストラン、硫酸デキストラン、およびこれらの組み合わせおよびコポリマーからなる群より選ばれる。
【００２１】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、電池はさらに端子を備え、各端子は第１および第２の極層の１つと電気的に接触している。
【００２２】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、端子は黒鉛もしくは金属からなる。
【００２３】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、金属は鉄、ニッケル、チタン、銅、ステンレス鋼、およびこれらの混合物からなる群より選ばれ、端子は例えば、これらに制限されるものではないが、シルク印刷、オフセット印刷、ジェット印刷、ラミネーション、材料蒸発、もしくは粉末拡散のような好適な印刷技術によって電池に取り付けられる。
【００２４】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、電池はさらに、第１および第２の極層の少なくとも一方の導電性を改善する少なくとも１つの導電層を備えている。
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、導電層は黒鉛紙および炭素布からなる群より選ばれる。
【００２５】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、電池はさらに、接着性裏層、保護薄層、および接着性裏層と保護薄層との組み合わせからなる群より選ばれた外層を備える。
【００２６】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、上記のような特徴を有する少なくとも２つの電池を備え、これらの電池が頭尾配向で二極接続されている電源が提供される。
【００２７】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、接続は、導電性両面接着テープおよび導電性接着層からなる群より選ばれた接着材による。
【００２８】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、導電性両面接着テープおよび導電性接着層は印刷技術によって取り付けられる。
【００２９】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、電池は不溶性陰極の第１層、不溶性陽極の第２層、および水性電解質の第３層からなり、第３層は第１および第２層の間に配され、（ａ）第１および第２層を第３層に接着するために要する粘度を得、かつ開放電池を常に湿らせておくのに必要な吸湿性を得るための水溶性ポリマー、および（ｂ）必要なイオン伝導率を得るための電気活性可溶性物質を含む。
【００３０】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、可撓性薄層開放液状電気化学電池の製造方法は（ａ）潮解性物質と電気活性可溶性物質と水溶性ポリマーとを含有する水溶液で第１の面および第２の面を有する多孔性物質を浸潤させ、（ｂ）第１の面に陰極層を取り付け、（ｃ）第２の面に陽極層を取り付けることからなる。
【００３１】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、浸潤化は浸漬もしくは印刷技術による。
【００３２】
記載された好ましい実施態様のさらに別の特徴によれば、陰極層および陽極層は潮解性物質と電気活性可溶性物質と水溶性ポリマーとが混合された活性不溶性粉末物質を含み、陰極層および陽極層の取り付けは印刷技術による。
【００３３】
本発明は、湿った状態を維持するための潮解性物質および極層を水性電解質層に接着するのに必要な粘度を得るための水溶性ポリマーの使用によって常に湿ったそのままの状態に保たれる一方、保存時にガスを蓄積しない可撓性薄層開放電気化学電池を提供することによって、従来公知の構成の短所を首尾よく解消するものである。この電池のさらなる利点には、外側に剛性成型物がなく、したがって、薄く、軽量で可撓性を有し、いかなる寸法、形状、色、および適用パターンでも製造可能であり、よって、様々な用途に好適であること、費用効率が良いこと、環境および人体に無害の物質からなること、および接着性裏層を介して自動接着することが含まれる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明は、様々なコンパクトなデザインの小型および携帯電気駆動器具の一次もしくは再充電可能な電源として使用可能な可撓性薄層開放液状電気化学電池に関する。本発明の可撓性薄層開放液状電気化学電池は湿電解質を含むが、可撓性で薄く、開放された構成を維持しており、したがって、保存時にガスの蓄積がない。
【００３５】
本発明による可撓性薄層開放液状電気化学電池の原理および作用は図面および付随する記載を参照することによってより良く理解することができる。
【００３６】
ここで図面を参照すると、図１は、一般的に１０で示される本発明の可撓性薄層開放液状電気化学電池の基本構成を示すものである。電池１０は以下の３層を含む。不溶性陰極の第１層１４、不溶性陽極の第２層１６、および水性電解質の第３層１２。本明細書においては、放電された陰極上で酸化が起こり、陽極で還元が起こる。水性電解質層１２は、開放電池１０を常に湿らせておくための潮解性（すなわち吸湿性）物質、必要なイオン伝導率を得るための電気活性可溶性物質、および極層１４および１６を水性電解質層１２に接着するために要する粘度を得るための水溶性ポリマーを含む。以下、層１４，１６および１２の各々およびそれらの開放電池１０の作用における働きをさらに詳述する。
【００３７】
水性電解質層１２は典型的には例えば、これらに限定されるものではないが、濾紙、プラスチック膜、布等の多孔性不溶性物質を含み、多孔性物質は３つの成分すなわち、潮解性物質、電気活性可溶性物質、および水溶性ポリマーを含む水溶液によって浸潤される。
【００３８】
潮解性物質は吸湿性であるため、電池１０を常に湿潤状態に維持する。開放電池１０内の水分レベルは潮解性物質の選択、その濃度、および空気の湿度に応じて異なる。好適な潮解性物質には例えば、これらに限定されるものではないが、塩化カルシウム、臭化カルシウム、二燐酸カリウム、酢酸カリウム、およびこれらの組み合わせが含まれる。
【００３９】
電気活性可溶性物質は陰極層および陽極層を形成する物質に従って選択される。本発明に好適な頻繁に使用される電気活性可溶性物質としては例えば、様々な一次電池については塩化亜鉛、臭化亜鉛、およびフッ化亜鉛、再充電可能な電池については水酸化カリウムおよび硫酸が挙げられる。
【００４０】
水溶性ポリマーは極層１４および１６を水性電解質層１２に接着（すなわち糊付け）するための接着材として使用される。多くの型のポリマーが好適であり、例えば、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリビニルピロリドン、酸化ポリエチレン、寒天、アガロース、澱粉、ヒドロキシエチルセルロース、およびこれらの組み合わせおよびコポリマーが挙げられる。
【００４１】
陰極および陽極層１４および１６の各々は、好適な（それぞれ陰性もしくは陽性の）活性不溶性粉末物質と、潮解性物質、電気活性可溶性物質、および水溶性ポリマーを含む上述の溶液と同様な水溶液との混合物を含む。
【００４２】
当業者には明らかなように、電気活性可溶性物質は変えるべきではないが、後者の溶液において潮解性物質および水溶性ポリマーは選択することができる。換言すれば、電気活性可溶性物質は３層１２，１４および１６の全てにおいて同一に保つべきであるが、潮解性物質および水溶性ポリマーは特定の用途に応じて層毎に異なっていてもよい。
【００４３】
以下の実施例に例示されるように、陰極１４および陽極１６層を適合する電気活性可溶性物質とともに適切に選択することにより、電源（すなわちバッテリ）として使用可能な可撓性薄層電池１０が提供され、この電池１０は開放されており、したがって、保存時にガスを蓄積しないが、潮解性物質の吸湿性によって、電池１０は開放されているにも拘わらず常に湿った状態に保たれる。陰極１４および陽極１６に使用される好適な物質の対には例えば、これらに限定されるものではないが、二酸化マンガン／亜鉛、酸化銀／亜鉛、カドミウム／酸化ニッケル、および鉄／酸化ニッケル（当業界において公知なように二酸化マンガンおよび酸化銀は導電性炭素粉末と混合してもよい）が含まれる。
【００４４】
当業者には明らかなように、単一の物質が潮解性物質および電気活性可溶性物質の双方として機能することもある。しかしながら、このような物質は好適な電気活性および吸湿特性を獲得するべきである。この型の好適な物質には例えば、これらに限定されるものではないが、塩化亜鉛および臭化亜鉛が含まれる。
【００４５】
さらに当業者には明らかなように、単一の物質が潮解性物質および水溶性ポリマーとして機能することもある。しかしながら、このような物質は好適な吸湿および接着特性を獲得するべきである。この型の好適な物質には例えば、これらに限定されるものではないが、デキストラン、硫酸デキストラン、およびこれらの組み合わせおよびコポリマーが含まれる。
【００４６】
図１に示され、上述された３つの層１２，１４および１６は薄く製造することができ、可撓性であり、したがって、電池１０は可撓性であって、０．５〜１．５ｍｍ以下と薄い。現在好ましくは、また以下に詳述するように、電池１０は好適な印刷技術によって製造されるであろう。好適な印刷技術には例えば、これらに限定されるものではないが、シルク印刷、オフセット印刷、ジェット印刷、ラミネーション、材料蒸発、および粉末拡散が含まれる。
【００４７】
図２は一般的に２０で参照される電池の別の可能な構成を示すものである。電池１０と同様に、電池２０は基本電池を形成する層１２，１４および１６（斜線部）を含む。電池２０はさらに１枚もしくは２枚の導電層２２および２４を含み、陰極１４および／もしくは陽極１６層の導電性を改善している。好適な導電層は黒鉛紙、炭素布等である。また、電池２０は陰極２６および陽極２８端子を含み、これらの端子２６および２８はそれぞれ対応する極層１４および１６、もしくは対応する導電層２２および２４、もしくは双方と電気的に接触している。端子２６および２８は例えば、これらに限定されるものではないが、黒鉛もしくは鉄、ニッケル、チタン、銅、ステンレス鋼、およびこれらの混合物のような金属のような好適な物質のいずれかで製造され、好ましくは上述のような好適な印刷技術によって電池２０に取り付けられる。端子２６および２８は電池２０を電気駆動器具のような負荷に電気的に接続するために使用される。端子２６および２８は電池２０のいかなる場所に配されてもよく、いかなる好適な形状および寸法を獲得してもよく、特定の用途に応じて端子２６および２８は電池２０の表面から突出してもよい。さらに電池２０は、電池２０を様々な表面に付着させることのできる少なくとも１つの外側に位置する接着性裏層２９および／もしくは他の全ての層を物理的に保護する少なくとも１つの外側に位置する保護薄層３０を含んでもよい。
【００４８】
図３ａ〜ｂはさらに別の構成を示す。２つ以上の電池すなわち図３ａに示す電池１０もしくは図３ｂに示す電池２０は二極接続して、このようにして形成される電源４０および５０それぞれの電気エネルギを付加的に増加させることができる。この目的で、導電性両面接着テープもしくは例えば適切な印刷技術によって取り付けられた導電性接着層４２により、２つ以上の電池を図３ａ〜ｂに層２２，１４，１２，１６および２４の配置で示すように頭尾配向で互いに接着し、隣接する電池間での電子の通行を可能にする。明らかなように、電源４０および／もしくは５０は図２の表面２９と同様の外側に位置する接着性裏層（複数でもよい）および／もしくは図２の層３０と同様の外側に位置する保護薄層（複数でもよい）をさらに含んでもよい。さらに明らかなように、電源４０および５０は図２の端子２６および２８とそれぞれ同様な陰極および陽極端子を含んでもよい。
【００４９】
さらに本発明は、上述の電池と同様の可撓性薄層開放液状電気化学電池を製造するための方法であって、（ａ）潮解性物質と電気活性可溶性物質と水溶性ポリマーとを含有する水溶液で多孔性物質を浸潤させ、この浸潤化は浸漬もしくは印刷技術のいずれかによって達成することができ、（ｂ）多孔性物質の第１の面に陰極層を取り付け、（ｃ）多孔性物質の第２の面に陽極層を取り付けることからなる方法を含む。陰極および陽極層は好ましくは（ａ）と同型の潮解性物質と電気活性可溶性物質と水溶性ポリマーとが混合された活性不溶性粉末物質を含み、好ましくは例えば上述のものから選ばれた好適な印刷技術を用いて取り付けられる。
【００５０】
この方法はさらに、例えば、これらに限定されるものではないが、外側に位置する接着性裏層（複数でもよい）および／もしくは保護薄層（複数でもよい）および陰極および陽極端子のような付加的な層および部品を電池に付加することを含んでもよい。また、この方法はさらに、例えば、導電性両面接着テープもしくは例えば好適な印刷技術によって取り付けられた導電性接着層によって２つ以上の電池を二極接合して、増大した（例えば２倍、３倍等の）電力を有する電源を形成することを含んでもよい。本発明によれば、このような二極接合は２つ以上の予め製造された電池を頭尾配向で接合すること、あるいは好ましくは上述の好適な印刷技術を用いて好適な層を交互に取り付けることによりこのように配置された２つ以上の電池を直接製造することによって行うことができる。
【００５１】
本発明の可撓性薄層開放電気化学電池は従来技術の薄層電池に比して大きな利点を有している。これは開放電池であるために保存時にガスを蓄積せず、また、湿った状態を維持するための潮解性物質および極層を水性電解質層に接着するのに必要な粘度を得るための水溶性ポリマーの使用によって常に湿ったそのままの状態に保たれる。
【００５２】
本発明の可撓性薄層開放電気化学電池は以下のような他の利点を有している。第１に、外側に剛性成型物がなく、したがって、薄く、軽量で可撓性を有し、いかなる寸法、形状、色、および適用パターンでも製造可能であり、よって、様々な用途に好適である。第２に、その製造のために好適な印刷技術を用いることにより、そのコストが低減され、したがって、使用後に廃棄してもよい。これは、大きなシートを製造して印刷後にいずれかの所望の寸法に切断することができ、また、この技術が本質的に費用効率の良いものであるためである。第３に、これは好ましくは環境および人体に無害の物質からなる（好ましくは水銀もしくは重金属を含まない）。そして、最後に、これは接着性裏層を介して自動接着するように製造することができる。
【００５３】
次いで、上記記載とともに本発明を例示する以下の実施例を参照する。
【００５４】
【実施例１】
１．２ｍｌの水に１２０ｍｇのポリビニルアルコール（水溶性ポリマー）および１６８０ｍｇの塩化亜鉛（潮解性物質および電気活性可溶性物質）を含有してなる溶液を用意した。この溶液は糊状の粘性のある外観を呈した。印刷もしくは浸漬技術によって４．５ｃｍ×７ｃｍの濾紙片をこの溶液で浸潤した。３００ｍｇの亜鉛粉末と上記溶液との混合物を用意し、陰極層となる紙片の１つの面上に印刷した。他面上には、２５０ｍｇの二酸化マンガンおよび５０ｍｇの導電性炭素粉末からなる混合物を上記溶液とともに印刷し、陽極層とした。両面で電気接触を行って負荷に接続した際に電流を測定した。室内条件下で、１．７÷１．２Ｖの電圧において平方ｃｍあたり１２μＡの電流が容易に５日間継続して維持された。
【００５５】
【実施例２】
実施例１に記載されたように開放電池を作成し、電圧計に接続した。図４に示すように、室内条件下の電池によって生成される電圧の測定によって、１．７÷１．２Ｖの顕著な電圧が９日間継続して保持されることが明らかになった。
【００５６】
【実施例３】
飽和水酸化カリウム溶液を用意し、水溶性ポリマーと混合することによって糊の粘度とする。多孔性物質（例えば濾紙）をこの溶液で完全に浸潤し、その溶液と酸化ニッケル粉末との混合物を多孔性物質の１つの面上に張り付けて陽極層を形成し、カドミウム粉末との同様な混合物を多孔性物質の他面上に張り付けて陰極層を形成する。電圧計をこれら２面に接続すると１．２Ｖの電圧が測定され、これら２層を負荷に接触させると高い電流が測定される。電池は戸外で干からびることがなく、必要ならば再充電することができる。
【００５７】
【実施例４】
実施例３と同様の水酸化カリウム溶液を用意し、これで多孔性物質を浸潤させる。この溶液と亜鉛粉末との混合物を多孔性物質の１つの面上に張り付けて陰極層を形成し、必要に応じていくらかの炭素粉末を含有する酸化銀粉末との同様の混合物を多孔性物質の他面に張り付けて陽極層を形成する。電圧計をこれら２面に接続すると１．２Ｖの電圧が測定され、これら２層を負荷に接触させるとかなりの電流が測定される。電池は戸外で干からびることがなく、必要ならば再充電することができる。
【００５８】
【実施例５】
実施例３と同様の水酸化カリウム溶液を用意し、これで多孔性物質を浸潤させる。この溶液と亜鉛粉末との混合物を多孔性物質の１つの面上に張り付けて陰極層を形成し、必要に応じていくらかの炭素粉末を含有する二酸化マンガン粉末との同様の混合物を多孔性物質の他面に張り付けて陽極層を形成する。電圧計をこれら２面に接続すると１．５Ｖの電圧が測定され、これら２層を負荷に接触させるとかなりの電流が測定される。電池は戸外で干からびることがない。このように形成された電池を再充電することは困難かも知れない。
【００５９】
【実施例６】
実施例３と同様の水酸化カリウム溶液を用意し、これで多孔性物質を浸潤させる。この溶液と酸化ニッケル粉末との混合物を多孔性物質の１つの面上に張り付けて陽極層を形成し、鉄粉末との同様の混合物を多孔性物質の他面に張り付けて陰極層を形成する。電圧計をこれら２面に接続すると０．９Ｖの電圧が測定され、これら２層を負荷に接触させると電流が測定され得る。電池は戸外で干からびることがなく、必要ならばいくらかの再充電が可能である。
【００６０】
【実施例７】
３０％硫酸溶液を用意し、水溶性ポリマーと混合することによって糊の粘度とする。多孔性物質（例えば濾紙）をこの溶液で完全に浸潤し、その溶液と酸化鉛との混合物を多孔性物質の両面上に張り付ける。両面を電源に接続し、２Ｖを超える電圧を印加することによって電池を充電する。電池を戸外で干からびさせることなく、充電・放電サイクルを繰り返すことができる。
【００６１】
限られた数の実施態様に関して本発明を記載したが、本発明には様々な変形、変更、および他の応用が可能であることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の教示による可撓性薄層開放電気化学電池の基本構成の斜視図である。
【図２】可撓性薄層開放電気化学電池の別の可能な構成の斜視図である。
【図３ａ】図１および図２の２つの電池の二極接続によって形成された電源から得られる電気エネルギを付加的に増加させる電源の構成の斜視図である。
【図３ｂ】図１および図２の２つの電池の二極接続によって形成された電源から得られる電気エネルギを付加的に増加させる電源の構成の斜視図である。
【図４】室内条件下において時間の関数として電圧計で測定された本発明による可撓性薄層開放電気化学電池の電圧を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 可撓性薄層開放液状電気化学電池
１２ 第３層
１４ 第１層
１６ 第２層

Claims (31)

  1. 不溶性陰極の第１層、不溶性陽極の第２層、および水性電解質の第３層からなり、非密閉状態で保持される可撓性薄層開放型電気化学電池であって、
    前記第３層は、前記第１および第２層の間に配され、
    （ａ）開放電池を常に湿らせておくための潮解性物質と、
    （ｂ）必要なイオン伝導率を得るための電気活性可溶性物質と、
    （ｃ）前記第１および第２層を前記第３層に接着するために要する粘度を得るための水溶性ポリマーとを含むことを特徴とする可撓性薄層開放型電気化学電池。
  2. 前記水性電解質が多孔性物質に係止されて前記第３層が構成されることを特徴とする請求項１に記載の電池。
  3. 前記不溶性陰極の第１層が炭素粉末を含むことを特徴とする請求項１に記載の電池。
  4. 前記不溶性陽極の第２層が炭素粉末を含むことを特徴とする請求項１に記載の電池。
  5. 前記電気活性可溶性物質が塩化亜鉛、臭化亜鉛、フッ化亜鉛、および水酸化カリウムからなる群より選ばれることを特徴とする請求項１に記載の電池。
  6. 前記不溶性陰極の第１層が酸化銀粉末を含み、前記不溶性陽極の第２層が亜鉛粉末を含むことを特徴とする請求項１に記載の電池。
  7. 前記電気活性可溶性物質が水酸化カリウムであることを特徴とする請求項６に項記載の電池。
  8. 前記不溶性陰極の第１層がカドミウム粉末を含み、前記不溶性陽極の第２層が酸化ニッケル粉末を含むことを特徴とする請求項１に記載の電池。
  9. 前記電気活性可溶性物質が水酸化カリウムであることを特徴とする請求項８に記載の電池。
  10. 前記不溶性陰極の第１層が鉄粉末を含み、前記不溶性陽極の第２層は酸化ニッケル粉末を含むことを特徴とする請求項１に記載の電池。
  11. 前記電気活性可溶性物質が水酸化カリウムであることを特徴とする請求項１０に記載の電池。
  12. 前記不溶性陰極の第１層および不溶性陽極の第２層が酸化鉛粉末を含み、電池がこれらの極に印加された電圧によって充電されることを特徴とする請求項１に記載の電池。
  13. 前記電気活性可溶性物質が硫酸であることを特徴とする請求項１２に記載の電池。
  14. 前記潮解性物質と電気活性可溶性物質とが同一の物質であることを特徴とする請求項１に記載の電池。
  15. 前記同一の物質が塩化亜鉛、臭化亜鉛、フッ化亜鉛、および水酸化カリウムからなる群より選ばれることを特徴とする請求項１４に記載の電池。
  16. 前記潮解性物質が塩化カルシウム、臭化カルシウム、二燐酸カリウム、および酢酸カリウムからなる群より選ばれることを特徴とする請求項１に記載の電池。
  17. 前記水溶性ポリマーがポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシド、寒天、アガロース、澱粉、ヒドロキシエチルセルロース、およびこれらの組み合わせおよびコポリマーからなる群より選ばれることを特徴とする請求項１に記載の電池。
  18. 前記水溶性ポリマーと潮解性物質とが同一の物質であることを特徴とする請求項１に記載の電池。
  19. 前記同一の物質がデキストラン、硫酸デキストラン、およびこれらの組み合わせおよびコポリマーからなる群より選ばれることを特徴とする請求項１に記載の電池。
  20. さらに端子を備え、各端子は前記第１および第２の極層の１つと電気的に接触していることを特徴とする請求項１に記載の電池。
  21. 前記端子が金属からなることを特徴とする請求項２０に記載の電池。
  22. 前記端子が黒鉛からなることを特徴とする請求項２０に記載の電池。
  23. 前記金属が鉄、ニッケル、チタン、銅、ステンレス鋼、およびこれらの混合物からなる群より選ばれ、前記端子が印刷技術によって電池に取り付けられていることを特徴とする請求項２１に記載の電池。
  24. さらに前記第１および第２の極層の少なくとも一方の導電性を改善する少なくとも１つの導電層を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
  25. 前記導電層が黒鉛紙および炭素布からなる群より選ばれることを特徴とする請求項２４に記載の電池。
  26. さらに外層として、前記電池を接着させるための接着層、前記電池の外面を物理的に保護する保護層、もしくは前記接着層および前記保護層の組み合わせを備えることを特徴とする請求項１に記載の電池。
  27. 請求項１に記載の電池２つを頭尾配向で二極接続してなる電源。
  28. 前記接続が、導電性両面接着テープおよび導電性接着層からなる群より選ばれた接着材によることを特徴とする請求項２７に記載の電源。
  29. 前記導電性両面接着テープおよび前記導電性接着層が印刷技術によって取り付けられることを特徴とする請求項２８に記載の電源。
  30. 不溶性陰極の第１層、不溶性陽極の第２層、および水性電解質の第３層からなり、非密閉状態で保持される可撓性薄層開放型電気化学電池であって、
    前記第３層は、前記第１および第２層の間に配され、
    （ａ）前記第１および第２層を前記第３層に接着するために要する粘度を得、かつ開放電池を常に湿らせておくのに必要な吸湿性を得るための水溶性ポリマー、および
    （ｂ）必要なイオン伝導率を得るための電気活性可溶性物質を含むことを特徴とする電池。
  31. 前記水性電解質が多孔性物質に係止されて前記第３層が構成されることを特徴とする請求項３０に記載の電池。
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