KR20040071298A

KR20040071298A - 예비 배터리

Info

Publication number: KR20040071298A
Application number: KR10-2004-7010640A
Authority: KR
Inventors: 윌리암 모리스; 줄리오 지. 솔로자노; 체핀 차이; 오스틴 수; 루이스 완; 쳉 밍 리; 진-헝 수; 게리 추
Original assignee: 에비오닉스, 인크.
Priority date: 2002-01-08
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2004-08-11
Also published as: JP2005527069A; US20050238949A1; TW200302586A; AU2003205056A1; EP1464090A1; WO2003058736A1; CN1613161A; TWI225318B

Abstract

전기화학 전지 장치에 사용하기 위한 구조물이 제공된다. 구조물은 양극(112)과 음극(132)을 갖춘 다수의 건조 구조물(110)을 구비한 건조 부품 하우징(180)을 포함한다. 건조 부품 하우징의 일단부는 전해질 농축물(고체 또는 액체) 저장소(150)를 포함한다. 전해질 농축물 저장소와 건조 부품들은 유동 제어장치(170), 틈새(172) 또는 장치(170a)를 거쳐서 유체 연결된다. 전기화학 전지는 공급원(262)에 추가하여 구조물을 사용하여 형성된다. 물은 전해질 농축물 저장소의 인접위치에 추가되고, 희석된 전해질은 전해질 유동 제어장치, 구조물이나 장치를 통해서 도입되고, 전지는 활성화된다.

Description

예비 배터리{Reserve Battery}

높은 전압이 요구되는 많은 응용분야에 있어서, 많은 전지들이 필요한 전력 수요를 제공하도록 결합된다. 또한, 많은 응용분야에서는 상대적으로 순간적인 활성화를 요구한다. 전극과 전해질을 비접촉 상태로 유지하도록 시도하기 전에, 하나의 전극(즉, 아연)이 전해질을 갖는 구조물과 대향하는 전극(즉, 탄소) 내로 삽입되고; 전해질과 전극(들) 사이에 있는 라이너를 제거하고; 전지의 기울임 작용이 진행되며, 이에 의해 전해질이 하나 또는 그 이상의 전극들과 접촉하도록 이동하고, 전해질을 주입하거나 쏟고; 원통형 전지에서 전극들 사이의 환형 간격 내로 전해질을 강제로 압입하는 과정들이 수행된다.

공지된 많은 응용분야에서 마주치는 한가지 문제점은, 예비 배터리들이 전지의 전압을 빼앗는 것과 관련된다는 것이다. 이것은 전해질과 전극의 상호작용의 속도와 균일성에 의해서 영향을 받는다.

예비 배터리를 포함한 많은 형태의 배터리들에서 마추지는 다른 문제점은 유체 또는 전해질의 누설문제이다. 이것은 위생과 안전상의 문제를 야기하며, 특히 강산 또는 부식성 전해질이 사용되는 장소에서는 특히 심각하다.

그러므로, 종래 기술분야에서는 전해질 누설이 발생하지 않도록 신속하고 균일한 전해질 도입이 가능한 개선된 예비 배터리의 개발 필요성이 대두되고 있다.

예비 배터리는 전해질이 전지의 하나 또는 그이상의 전극으로부터 절연된 상태로 유지되는 것이다. 그러므로, 전지는 저장되는 경우에 비활성 상태이며, 전극들과 전해질이 이온 접촉하는 경우에 활성화된다. 이러한 상황하에서 전극들과의 반응이나 전극들로인한 에너지의 소모가 없으므로, 저장수명은 필연적으로 무한정이 된다.

도 1A는 예비 전기화학 전지 장치에 대한 건조 부품들 세트의 일 실시 예의 분해 등각도;

도 1B는 예비 전기화학 전지 장치에 대한 건조 부품들 세트의 다른 실시 예의 분해 등각도;

도 1C(i) 및 1C(ii)는 예비 전기화학 전지 장치에 대한 건조 부품들 세트의 또다른 실시 예의 분해 등각도;

도 1D는 내부 건조 부품 부분의 다른 실시 예를 나타낸 도면;

도 1E는 내부 건조 부품 부분의 또다른 실시 예를 나타낸 도면;

도 2는 음극 구조물을 포함한 건조 부품 구조물의 조립체의 등각도;

도 3A는 조립된 건조 부품 구조물의 등각도;

도 3B는 도 3A에 도시된 조립된 건조 부품 구조물의 정면도;

도 3C는 도 3A에 도시된 조립된 건조 부품 구조물을 나타낸 도면으로서, 음극 집전기를 보여주는 도면;

도 3D는 도 3A에 도시된 조립된 건조 부품 구조물을 나타낸 도면으로서, 양극 접근 개구부를 보여주는 도면;

도 4A, 4B 및 4C는 전해질 저장소 부분과 연관된 건조 부품 구조물을 나타낸 도면;

도 5A(i) 내지 도 5A(iii)는 바람직한 전해질 저장소 부분의 바닥 등각도, 상부 등각도 및 상부 평면도;

도 5B(i) 내지 도 5B(ii)는 다른 바람직한 전해질 저장소 부분의 상부 등각도 및 상부 평면도;

도 5C(i) 내지 도 5C(ii)는 압력 경감 플러그를 포함하는 또다른 바람직한 전해질 저장소 부분의 확대도 및 상부 평면도;

도 6A 내지 도 6E는 전해질 유동 제어장치, 구조물 또는 장치들의 다양한 실시 예들을 나타낸 도면;

도 6F는 주변 벽 상에 하나 또는 그이상의 균열들이 있는 가요성 재료(즉, 가요성 플라스틱)로 이루어진 튜브를 나타낸 도면;

도 6G(i) 내지 도 6G(ii)는 액체를 저장소 전기화학 전지 내로 도입하기 위한 길다란 중공 관을 갖는 가요성 병을 나타낸 도면;

도 6H(i) 내지 도 6H(ii)는 유체 저장소의 실시 예를 나타낸 도면;

도 7A는 여기에서 설명한 전지들의 조립체를 나타낸 도면;

도 7B 내지 7E는 전지들의 조립체를 형성하는 다양한 단계들을 나타낸 도면;

도 8A는 성형된 지지 구조물을 형성하기전 전지 조립체를 나타낸 도면;

도 8B는 성형된 지지 구조물을 형성한 후의 전지 조립체를 나타낸 도면; 그리고

도 9A 내지 도 9C는 여기에서 설명한 예비 배터리를 이용하는 이동식 전력 공급장치의 폐쇄된 상태, 열린 상태 및 분해상태를 나타낸 도면이다.

그러므로, 본 발명은 저장중에 질저하가 없으며 간단히 물을 추가하여 활성화되고 최소한의 지연으로 완전한 전력을 전달하는 지연 작용 건조 전지를 제공하는데 있다.

여기에서 제공된 구조물은 전기화학 전지 장치에서 사용하기 위한 것이다. 구조물은 양극과 음극을 갖춘 다수의 건조 부품들을 구비한 건조 부품 하우징을 포함한다. 건조 부품 하우징의 일단부는 전해질 농축물(고체 또는 액체) 저장소를 포함한다. 전해질 농축물 저장소 및 건조 부품들은 유동 제어장치, 틈새 또는 다른 형태의 유동 제어장치를 거쳐서 유체 연결된다.

전기화학 전지는 상기 구조물에 물이나 다른 적당한 액체의 공급원을 추가함으로써 형성된다. 액체가 전해질 농축물 저장소에 인접하여 추가되는 경우, 희석된전해질은 전해질 유동 제어장치, 구조물이나 장치를 통해서 도입되고, 전지는 활성화된다.

또한, 전기화학 전지 키트는 구조물을 포함하여 물이나 다른 적당한 액체를 함유한 병이나 튜브를 추가함으로써 형성된다.

본 발명은 예비 배터리, 특히 예비 배터리의 구성에 있어서 금속 공기 전기화학 전지에 관한 것이다. 종래의 예비 배터리에 비해서 작동성 및 신뢰성을 개선시키기 위한 다양한 신규 특징들이 설명된다.

일반적으로, 여기에서 설명하는 예비 금속 공기 전기화학 전지는 다수의 건조 부품들을 구비한 건조 부품 구조물을 포함한다. 건조 부품들은 양극(일반적으로, 금속 연료 양극)과 음극(특히, 공기 확산 음극)을 포함한다. 건조 부품 구조물의 일단부는 전해질 농축물의 저장소를 포함한다. 활성화가 요구되는 경우, 물이나 다른 적당한 액체가 전해질 농축물의 저장소에 추가되고, 이에 의해 희석 전해질이 전해질 유동 제어 구조물을 통해서 건조 부품 구조물 내로 도입되고, 그 결과 양극과 음극 사이에서 전기화학 반응이 야기된다.

이하, 상기에서는 예비 배터리의 일반적인 작동이 설명되었지만, 하기에서는 전지의 부품들의 다양한 실시 예들이 설명될 것이다.

도 1A, 도 1B, 도 1C(i) 내지 도 1C(ii)를 참조하면, 건조 부품 구조물의 일부의 실시 예들이 도시되어 있다. 도 1A에는 내부 건조 부품 부분(110a)이 도시되어 있고, 도 1B에는 내부 건조 부품 부분(110b)이 도시되어 있으며, 도 1C(i) 및1C(ii)에는 내부 건조 부품 부분(110c)이 도시되어 있다. 내부 건조 부품 부분들(110a,110b,110c) 사이의 한가지 차이점은, 내부 건조 부품 부분(110a)이 소모성 금속 카드의 형태로 이루어진 양극을 포함하는 반면에, 내부 건조 부품 부분들(110b,110c)은 공간들(113)을 포함한다는 것이다. 이때 소모성 금속 연료 재료는 내부 건조 부품 부분들(110b,110c)의 조립후 또는 추후의 단계에 포함될 것이다. 내부 건조 부품 부분(110c)이 일체형 프레임 부분(116c)을 포함한다는 점에서 내부 건조 부품 부분들(110a,110b)과 다르다. 또한, 내부 건조 부품 부분(110c)은 하기에서 설명하는 바와 같이 다수의 건조 부품부들의 조립을 용이하게 하기 위하여 사용되는 안내 보스들(223)을 포함한다. 하기에서 설명할 다른 부품들과 실시 예들과 관련하여 내부 건조 부품 부분에 대한 설명은, 내부 건조 부품 부분(110) 또는 부분(110)으로서 언급될 것이다.

내부 건조 부품 부분(110a,110b)은 다음의 부품들; 상기한 바와 같은 양극(112) 또는 공극들(113), 프레임 부분들(116a,116b); 분리기들(118); 및 프레임들(120)의 대칭적인 세트들에 의해서 둘러싸이는 중앙 양극 집전기(114)를 포함한다. 2개의 분리된 분리기 부분들이 설명되지만, 예를 들어 내부 프레임 부분과 금속 연료 양극을 둘러싸는(이에 의해 임의의 외부 프레임들(120)이 분리기 위로 조립될 것이다) 단일의 분리기가 제공될 수 있다. 양극 집전기(114)는 또한 음극 단자부(122)를 포함한다.

부분(110a)은 양극 카드(112)가 끼워맞추어 수용되는 프레임 부분(116a)을 포함한다. 반면에, 부분들(110b,110c)의 프레임 부분들(116b,116c)은 분말, 유체,펠렛, 섬유들 또는 다른 재료의 형태를 취한 양극 금속 연료재료를 수용하기에 적합하다. 비록 프레임 부분(116b,116c)이 단일 지지부/분할기로 도시되어 있지만, 본 발명의 범위 내에서 개방된 프레임 부분(116a), 그리드 구조물, 관통된 구조물과 같은 다른 구성을 포함하도록 구성될 수 있다.

도 1C(ii)를 참조하면, 프레임 부분(116c)이 보다 상세하게 도시되어 있다. 특히, 프레임 부분(116c)은 단일형 구조물로서 거의 전체적으로 성형된다. 프레임 부분(116c)은 외부(203) 및 일체형 중앙 지지부(209)를 포함한다. 조립체(116c)는 예를 들면 중앙 지지부(209)와 기계적으로 협동하도록 구성되고 치수화된 바 구조물(201)을 포함한다. 특히, 지지 바 구조물(201)은, 프레임 부분(116c)에 집전기(114)를 고정시키도록 중앙부(209)에 위치된 대응 융기부(215)와 기계적으로 협동하게 구성된 틈새(217)를 포함한다. 바 구조물(201)에는 다수의 간격(213)이 제공된다. 바 구조물(201)과 중앙부(209)가 조립되는 경우, 지지 구조물(209)과 바 구조물(201) 상에 각각 제공된 간격(211,213)에 의해서 중앙 틈새가 각각 형성한다. 이러한 공간들은 내부 건조 부품 부분(110c)의 조립도중 또는 추후에 추가될 수 있는 금속 연료 재료의 균등한 분배를 가능하게 한다. 또한, 이러한 공간들은 전해질의 도입후에 전해질 분배를 개선시킨다.

프레임 부분(116c)의 추가적인 특징은 프레임(203) 내에서 집전기(114)의 위치설정을 가능하게 하는 내부 홈(221)이 제공된 사실이다. 프레임(203)으로부터 연장된 단자 구조물(205)은 틈새(207)를 갖는다. 틈새(207)는 집전기(114)의 음극 단자(122)가 빠져나갈 수 있게 한다. 프레임(203)의 대향하는 단부에는 큰 틈새(219c)가 제공되는데, 이 틈새(219c)는 일정한 제조과정 동안에 금속 연료의 도입을 용이하게 할 뿐만아니라 건조 부품 구조물(110c) 내로의 전해질의 도입을 용이하게 한다.

프레임(203)의 다른 특징은 다중 전지 구조물의 조립을 용히하게 하기 위하여 임의의 안내 보스들(223)을 추가한 것이다. 안내 보스들(223)은 조립된 다수의 전지들의 구조적인 완결성을 향상시키기 위해서 건조 부품 구조물(110c)을 몰드에 일시적으로 고정시키도록 다중 전지 구조물의 조립과정 동안에 사용된다.

도 1D를 참조하면, 내부 건조 부품 부분의 다른 실시 예가 제공된다. 이 실시 예에 있어서, 프레임 부분(116d)의 단부들은 금속 연료 및/또는 전해질을 프레임 부분(116d)으로 용이하게 도입하도록 하기 위한 2개의 틈새(219d)를 포함한다. 내부 건조 부품 부분의 다른 실시 예가 도 1E에 도시되어 있다. 여기에서, 프레임 부분(116e)은 금속 연료 및/또는 전해질을 프레임 부분(116e)으로 용이하게 도입하기 위한 단일의 틈새(219e)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 내부 건조 부품 부분(110)에 연관된 음극 구조물(130)이 도시되어 있다. 음극 구조물(130)은 금속 공기 전기화학 전지의 전극 구조물을 형성하도록 내부 건조 부품 부분(110)을 에워싼다.

음극 조립체(130)는 음극 부분(132), 집전기 부분(134), 및 음극 단자(136)를 포함한다. 또한, 도시된 바와 같이, 음극 조립체(130)는 집전기(134) 내에 다수의 레벳들(138)을 포함한다. 이와는 달리, 리벳들은 필수적인 것은 아니다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 이러한 리벳들(138)은 구조물의 지지를 향상시키기 위해서 제공된다. 특히, 리벳들(138)은, 두 부분(132)이 음극 재료의 단일의 연속적인 시이트로부터 형성되는 경우에 구조물의 지지를 향상시키기 위해서 제공된다.

도 3A, 도 3B, 도 3C 및 3D를 참조하면, 완전한 건조 부품 구조물(140)의 등각도, 정면도, 평면도 및 저면도(도 3A 및 3B를 기준으로)가 각각 도시되어 있다. 임의의 외부 음극 프레임 부분(144)은 각각의 음극부(132) 위로 위치된다.

도 3D를 참조하면, 임의의 개구부들(142)이 도시되어 있는데, 이 개구부들(142)은 몇몇 실시 예들에 있어서 건조 금속 연료 재료로 내부 건조 부품 구조물(110b)의 공극(113)을 충진시키거나 및/또는 전해질 도입을 용이하게 하기 위하여 사용된다.

도 4A, 도 4B, 도 4C 및 4D를 참조하면, 농축된 전해질 저장부분(150)과 연관된 건조 부품 구조물(140)이 도시되어 있다. 전해질 저장부분(150)은 말단부에 대향하여 구조물의 일단, 즉 도 3D에 도시된 단부에 형성된다. 저장소(150)는 예를 들어 건조 셀 부품 구조물(140) 내로 직접 분사되는 원하는 농축물에 대한 어떤 전해질을 포함하게 될 것이다. 이와는 달리, 저장소(150)는 건조 전해질과 같은 농축된 전해질을 포함하게될 것이다. 건조 부품 구조물 내로 적당한 농축물의 전해질이 직접 도입되는 곳에서 다양한 도입 메카니즘이 사용될 것이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 전해질 저장소(150)는 분말이나 펠렛들(수산화칼륨 분말 또는 펠렛들)의 형태나 또는 고도로 농축된 액체나 겔 용액의 형태인 농축된 전해질을 포함한다. 이렇게 농축된 전해질은 물이나 다른 적당한 액체의 도입에 의해서 희석된다. 예를 들면, 도 4B에는 건조 부품 전지 구조물(140)의 구간, 및 예를들어 수산화칼륨 분말과 같은 일정량의 분말을 포함하는 전해질 저장소(150)의 구간이 도시되어 있다. 도 4C를 참조하면, 병이나 다른 물 공급원(160)이 전해질을 원하는 농축물로 희석시키도록 일정량의 물을 전해질 저장소(150)로 도입하는데 사용된다. 예를 들면, 금속 공기 전기화학 전지에 대하여, 특별히 양극 재료로서 아연을 사용하고 및 전해질로서 수산화칼륨을 사용하여, 다수의 전지나 단일 전지로부터 형성된 전지 조립체의 원하는 전압 및/또는 전류 출력에 따라서, 용액이 약 50% 또는 그이하로 희석된다.

농축된 전해질로서 수산화칼륨과 같은 고체 전해질을 사용하는 경우, 약 50%수산화칼륨 이하의 작은 농도로 전해질 용액을 물로 희석시키는 것이 바람직하다. 이러한 반응(물과 수산화칼륨 사이의 반응)은 발열반응임이고, 이로 인하여 장치는 외부의 열원없이 냉간 조건하에서 사용하기에 적합하다는 사실에 주목하여야 한다. 이것을 달성하기 위해서, 전해질 유동 제어장치, 구조물 또는 장치(170)가 제공된다. 이러한 전해질 유동 제어장치, 구조물 또는 장치(170)는 하기에서 설명하는 바와 같이 다양한 형태로 실시가 가능하다.

도 4D에 도시된 바와 같은 본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 물 공급원은 하나 또는 그이상의 전지들의 자동화된 활성화를 가능하게 하기 위하여 제어장치에 작동가능하게 연결된다. 단일의 물 공급원(262)은 작동이 요구되는 경우에 제어장치에 의해서 결정되는 바에 따라 포트(260)를 경유하여 개별적으로 또는 조합하여 전지들로 공급될 것이다. 그러한 장치는 예를 들어 조명기구들, 통신장치들에서 지원장치로서 사용되거나 또는 지원 전력장치들에서 고전압 공급원(금속 공기 전지들에 대하여 공지된 바와 같이)으로서 사용될 것이다. 그러한 지원장치의 예들이, 여기에서는 참조문헌으로서 기재된 문헌, 즉 "Selectively Activated Electrochemical Cell System"이라는 발명의 명칭으로 2001년 10월 19일자로 출원된 미국 특허출원 번호 제 10/045,896 호에 개시되어 있다.

도 5A(i) 내지 도 5A(iii)에는 바람직한 전해질 저장소(250)가 바닥 등각도, 상부 등각도 및 상부 평면도로서 도시되어 있다. 전해질 저장소(250)는 물이나 다른 적당한 액체를 분배 영역(254)으로 도입하기 위한 유입구(252)를 포함하며, 이에 의해 액체는 틈새(258)를 거쳐서 다수의 저장소 영역(256)으로 유동한다. 다수의 저장소 영역들(256)은 상기한 바와 같이 적당한 액체 전해질 용액의 형태를 취할 수산화칼륨(KOH) 펠렛들과 같은 건조 전해질을 각각 포함하게될 것이다. 혼합된 액체 전해질은 틈새(270)를 거쳐서 건조 부품 구조물로 직접 들어가거나, 이와는 달리 상기한 전해질 제어 구조물을 이용하여 건조 부품 구조물로 들어가게될 것이다. 본 발명의 다른 실시 예들에 있어서, 틈새(270)는 조립동안에 금속 연료 재료를 도입하도록 이용될 수 있다.

도 5B(i) 내지 도 5B(ii)를 참조하면, 전해질 저장소(350)가 상부 등각도 및 상부 평면도로서 도시되어 있다. 전해질 저장소(350)는 물이나 다른 적당한 액체를 분배 영역(354)으로 도입하기 위한 유입구(352)를 포함하며, 이에 의해 액체는 틈새(358)를 거쳐서 다수의 저장소 영역(356)으로 유동한다.

도 5C(i) 내지 도 5C(ii)를 참조하면, 전해질 저장소(350)는 저장소(350)의꼭대기에 유입구(352)를 포함하는데, 이것은 물병에 대한 유입구이다. 또한, 압력 경감 플러그(360)가 저장소(350)로부터 공기를 방출시킬수 있도록 하기 위하여 제공된다. 플러그(360)는 저장소로부터 H₂O가 방출되는 것을 바람직하게 방지한다. 플러그(360)에 대한 바람직한 재료는 폴리테트라플르오로에틸렌(Teflon®)이다. 그러나, 공기를 방출할 수 있고 물의 방출을 방지할 수 있는 재료는 어떤 재료이든지 사용될 수 있다. 물이 저장소(350) 내로 도입됨에 따라서, 공기는 저장소로부터 플러그(360)를 통해 배출될 것이다. 또한, 액체와 전해질 농축물의 혼합도중에 저장소 내에 조성될 압력이 방출될 수 있다.

도 6A를 참조하면, 전해질 제어 구조물(170a)은 저장소(150)와 건조 부품 구조물(140) 사이에 개구부(172)를 구비할 수 있으며, 예를 들어 유체가 누설될 수 없는 높이로 저장소(150)에 제공되는 다른 임의의 공기 통기 개구부(174)를 구비할 수 있다.

도 6B를 참조하면, 전해질 제어 구조물(170b)은 제어가능한 일방향 밸브의 형태로 구현된다. 이때, 일방향 밸브는 예를 들어 작동가능하게 연결된 레버의 간단한 작용을 이용하여 수동으로 제어되거나 또는 컨트롤러 피동 장치를 거쳐서 자동으로 제어될 것이다.

도 6C를 참조하면, 전해질 제어 구조물(170c)은 전해질 저장소(150)의 내부와 건조 전지 부품 구조물(140) 사이에 유체 연결을 제공하는 거꾸로 뒤집어진 제이(J)형상의 튜브를 구비할 수 있다. 이러한 튜브를 사용하여, 전해질은 거꾸로 뒤집어진 제이(J)형상의 튜브 내에 있는 액체가 저장소(150) 내에서 원하는 높이에 도달할때까지 건조 부품 구조물(140) 내로 도입되지 않을 것이다. 또한, 외부 공기 압력은 전지의 활성화를 위해서 저장소(150)로부터 건조 부품 구조물(140) 내로 유체를 신속하게 이동시키는데 요구될 것이다.

도 6D를 참조하면, 전해질 제어 구조물(170d)은 전해질 저장소(150)와 건조 전지 부품 구조물(140) 사이에 개구부(176)를 구비할 수 있다. 또한, 도관(178)이 저장소(150)의 바닥으로부터 상방향으로 연장된다. 저장소(150)로부터 배출된 전해질 유체가 개구부(176)를 거쳐서 건조 부품 구조물(140) 내로 도입됨에 따라서, 저장소로부터 배출된 공기는 도관(178)을 통해 배출될 것이다. 공기가 건조 부품 구조물(140)로부터 배출됨에 따라서, 활성화 동안에 저장소(150)로부터 배출되는 전해질을 수용하도록 건조 부품 구조물(140) 내에 공간이 제공된다.

도 6E를 참조하면, 전해질 제어 구조물(170e)은 전해질 저장소(150)와 건조 전지 부품 구조물(140) 사이에 개구부(182)를 구비할 수 있다. 건조 전지 부품 구조물(140)의 개구부(182)는 건조 전지 부품 구조물에서 사용된 분리기에 대하여 다음에 설명할 재료들을 포함하는 분리기에 의해서 덮혀진다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 분리기는 건조 부품 구조물 내로 도입되는 액체의 도입을 늦추며 활성화전에 건조 부품 구조물(140)을 채우도록 저장소(150) 내에 수산화칼륨(KOH)를 도입할 수 있게하는 다공성을 갖는 나일론으로 이루어진다.

도 6F를 참조하면, 일방향 밸브의 실시예가 건조 전해질 저장소 내로 물을 도입하기 위한 병이나 다른 콘테이너와 연관된 것으로 도시되어 있다. 주변벽에 하나 또는 그이상의 균열이 형성된 가요성 재료(가요성 플라스틱)로 이루어진 튜브(400)가 도시되어 있다. 균열들(402,404)은 각기다른 형상을 가지며, 종축을 따라서 일정하거나 가변적인 외부 칫수 또는 내부 칫수를 갖는다. 이러한 튜브는 전체 길이, 일정하거나 가변적인 직경과 벽두께를 갖는다.

유량을 제어하기 위해서, 다음의 하나 또는 그이상의 요소들; 튜브 유입구(406)(개구부의 칫수, 개구부 봉쇄)의 칫수와 특성, 압력 P(408), P1(410) 및 P2 (412), 벽 균열(402,404)의 위치, 형상 및 칫수가 조작되어야 한다. 상기한 특성들중 하나 또는 그이상의 변수는 벽 균열들(402,404)을 통해서 튜브(400)의 내부로부터 튜브(400)의 외부로 내부 유체가 누설될 수 있게하고, 또한 유체는 튜브(400)의 외부로부터 튜브(400)의 내부로 역으로 누설되는 것이 방지된다.

예를 들면, 튜브(400)의 일단은 튜브(400)의 특성과 압력 P1(410) 및 P2(412)을 조작함으로써 봉쇄될 수 있다. 그러므로, 튜브(400) 내의 유체는 튜브(400)의 외부로부터 벽 균열들(402,404)을 통해서 누설될 수 있는 반면에, 유체는 튜브(400)의 외부로부터 튜브(400)의 내부로 역으로 누설되는 것이 방지된다.

튜브(400)와 병렬로 사용된 병(414)은 도 6G(i) 및 6G(ii)에 도시된 바와 같이 연속적으로 액체를 공급한다. 가요성 병(414)은 액체를 적재할 수 있고 액체를 공급하도록 주변벽(416,418)에 대하여 가압되거나 압착될 수 있다. 길다란 중공의 튜브(420)는 액체 공급을 위해서 액체를 유동할 수 있게한다. 도 6F에 도시된 바와 같은 일방향 튜브(400)는 액체가 병(414)으로부터 흡입배출되는 방지하기 위하여 주위의 공기가 병(414) 내로 누설될 수 있게한다. 캡(422)은 2개의 구멍(424,426)을 포함한다. 이중 하나는 물 공급 튜브(420)에 대한 것이고 다른 하나는 다른 일방향 튜브(400)에 대한 것이다.

일방향 튜브(400)가 사용되는 경우, 튜브(400)의 일단은 봉쇄되고, 다른 단부는 주위공기가 내부로 들어오도록 개방된다. 튜브(400)의 주변 벽들에는 적당한 균열들(402,404)이 형성된다. 이러한 벽 균열(402,404)은 공기를 병(414)의 외부로부터 내부로 통기시키는데 사용된다.

도 6H(i)에는 유체 저장소 장치의 실시 예가 도시되어 있다. 콘테이너(502)는 예를 들어 도 6F, 6G(i) 및 6G(ii)에 도시된 바와 같이 일정한 체적을 가지며, 일방향 튜브(400)를 구비한다. 이러한 유체 저장소(500)는 일방향 밸브를 통해서 유체에 의해 채워진다.

도 6H(ii)에는 유체 저장소 장치(500)의 다른 실시 예가 도시되어 있다. 여기에서 유체 저장소는 가변 체적 콘테이너(504)(즉, 가요성 재료로 형성됨)의 형태이다. 저장소(500)는 도 6F, 6G(i) 및 6G(ii)에 도시된 바와 같이 일방향 튜브(400)를 구비한다. 이러한 유체 저장소(500)는 일방향 튜브(400)의 입구(406)를 통해서 유체를 공급받을 수 있고, 튜브(400)의 일단부가 봉쇄되고 균열(402,404)을 통해서 유체가 채워지므로 일방향 튜브(400)가 누설을 방지함에 따라 저장소(500)는 채워지거나 팽창된 상태로 유지될 수 있다. 상기한 바와 같이, 유체 저장소(500)의 유체 내부는 일방향 튜브(400)를 채용함으로서 누설이 방지된다. 콘테이너(504)가 가요성을 가지므로 내부에 조성되는 압력에 대응할 수 있다.

도 7A를 참조하면, 다수의 예비 전지들(180)은 직렬로 조립된다. 특히, 양극단자(122)와 음극 단자(136)의 형상과 칫수는, 인접한 양극과 음극 단자들이 납땜이나 다른 전기적 연결에 의해서 용이하게 직렬로 연결되게 한다. 엘(L)자형 음극 단자(136)가 연장 양극 단자(122)(도면에서 도면 페이지의 평면에 대하여 수직하게 연장됨)에 인접한 것에 주목하여야 한다. 도 7에는 5개의 전지들이 직렬로 연결되어 있다. 그러나, 몇몇의 또는 그이상의 전지들이 원하는 전압에 따라 원하는 정도로 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 전지들은 필요에 따라 전류 출력을 증가시키도록 병렬로 배열될 수도 있다.

본 발명의 일 실시 예에 있어서, 5개의 예비 전지들(180)의 세트, 특히 금속 공기 예비 전지들은 통상적인 랜턴 배터리의 구성으로서 배열된다.

도 7B, 7C, 7D, 7E를 참조하면, 도 7에 도시된 구성과 같이, 다수의 전지들로부터 일체형 구조물을 성형하기 위한 다양한 단계, 즉 틀성형단계, 주조단계 및 다른 일체형 형성단계와 같은 단계들이 도시되어 있다. 비록 여기에서는 예비 배터리에 대하여 참고로 설명되었지만, 도 7B, 7C, 7D, 7E를 참조하여 설명한 기술은 다양한 형태의 전기화학 전지, 특히 금속 공기 전기화학 전지에 적용될 수 있다. 도 7B는 5개의 예비 배터리들(180)을 수용하도록 구성된 몰드(190)의 일부분이 도시되어 있다. 도 7C를 참조하면, 하나의 건조 부품 구조물(140)이 몰드(190) 내에 위치된다. 전지 프레임 상의 돌출부들은 몰드(190)의 내벽 상에 대응하는 홈들과 정렬된다. 도 7D를 참조하면, 설명의 명확성을 위하여 몰드(190)의 일 벽이 생략하여 도시되어 있으며, 스페이서(192)가 구조물(140)에 인접하여 제공된 것을 볼 수 있다. 스페이서(192)는 여기에서 설명하는 바와 같이 주조나 몰딩후에 사용하는 동안에 음극부(132)에 대한 공기유동의 접근을 가능하게 한다. 또한, 스페이서(192)는 음극의 주 공기 접근부를 덮으며 음극부의 외부 테두리 부분은 노출된 상태로 남긴다.

도 7E를 참조하면, 다수의 구조물들(140)이 몰드(190) 내에 조립된다. 스페이서들(192)을 개재하여 일단 부품 구조물(140)이 조립되면, 몰드(190)는 단자들에 대항하는 표면을 제외하고는 모든 면들이 폐쇄된다. 따라서, 몰드(190)의 완전한 조립전에, 단자들은 납땜되거나 또는 다른 단자들에 대한 전기적 연결을 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 몰드들(190)은 다양한 형태의 성형기술, 예를 들면 사출성형, 주물 성형, 스핀 주조 또는 다른 성형기술이나 주조 기술을 이용하여 형성될 것이다.

도 7E에서 한쌍의 화살표로 나타낸 바와 같이, 재료들을 주물 성형하기 위한 다양한 위치들이 가능하다. 따라서, 5개의 개별적인 전지들이 누설을 최소화하거나 제거하며 전지들의 도전성 단자들을 절연시키도록 일체형 배터리 구조물로 주조될 것이다.

본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 몰드는 저장소 구조물을 고정시키도록 형상화되고 칫수화될 것이다. 그러므로, 전지들의 주조 동안에, 저장소 구조물은 건조 전지 부품들과 함께 일체형으로 주조될 것이다.

도 8A를 참조하면, 주조전의 건조 전지 부품들과 저장소 구조물이 도시되어 있다. 도 8B에는 도 7B 내지 도 7E에 대하여 설명한 바와 같이 몰드를 사용하여 주조한 후의 전지가 도시되어 있다. 예를 들면, 사출성형, 주물 성형, 스핀 주조 또는 다른 성형기술이나 주조 기술이 채용될 것이다.

본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 있어서, 셸(shell)이 중합체로서 형성될 수 있다(용융 재료가 설정되는 바에 대응하여). 단량체들이 중합체를 형성하도록 선택될 수 있고, 그로인하여 치밀한 밀봉을 형성하도록 음극의 공극들 내에서 중합반응 및 교차결합이 가능하고, 이에 의해 전해질 누설이 최소화되며, 몇몇 셀 구조물들(140) 사이에서 각각의 건조 전지 구조물(140) 내에서 전지 부품들 모두에 대한 구조적인 결합 및 지지가 제공된다. 바람직한 타입의 재료는 저온 저압, 바람직하게는 주위온도와 주위압력하에 중합되는 우레탄을 포함한다. 또한, 바람직한 재료는 수축에 저항한다(즉, 경화중에 최소화되거나 수축이 전혀 일어나지 않음). 그러한 재료로는, 뉴욕 뉴로셸(New Rochelle) 소재의 Tekcast Industries, Inc.사에 의해서 시판중에 있는 TEK 플라스틱 폴리우레탄(TAN)(미시간주 Kalamazoo 소재의 Alumilite Corporation사에 의해서 제조됨)이다.

다수의 셀들이 제공되는데, 이들은 단일의 전해질 저장소 구조물(150)을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 몇몇 실시 예에 있어서, 저장소 구조물(150)은 도 5A(i) 내지 도 5B(ii)에 도시된 바와 같이 각각의 전기화학 전지의 건조 부품 구조물(140)이 관련된 저장소 부분을 가지도록 제공된다. 이것은 다중 전지들에 걸친 회로의 단락을 방지한다. 그러나, 다른 실시 예에 있어서, 도 6C에 도시된 바와 같이, 분리된 저장소 부분들이 요구되지 않으며, 각각의 구조물(170c)에 있는 경로는 전지들 사이의 회로 단락을 효과적으로 방지하는 충분한 저항성을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 있어서, 예비 배터리(180)는, 특히 금속 공기 예비배터리들은 도 9A 내지 도 9C에 도시된 바와 같이, 이동가능한 전력 공급장치를 이용하는 구성에 사용된다. 이동가능한 전력 공급장치는 예를 들면 다음에 설명하는 바와 같이 예비 배터리들과 함께 사용하기에 특히 적당하다.

일반적으로, 본 발명에 따른 적당한 전력 공급 장치는 하나 또는 그이상의 교체가능한 배터리들을 사용하여 교류 전력 공급 유니트로서 기능한다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 배터리들은 다음에 설명하는 바와 같이 예비 금속 공기 배터리들을 포함한다.

전력 공급장치는 사용자로 하여금 전기 또는 전자장치들에 직접 플러그인할 수 있게하는 교류 전력 배출구(702); 장치의 작동을 제어하기 위한 온-오프 스위치(704); 조명을 위한 광 벌브(light bulb)(706)를 포함한다. 이때, 광 벌브는 주 또는 예비 배터리들(180)로부터 나오는 직류전압을 직접 이용한다. 교류-직류 변환기(710) 및 이와 연관된 회로를 에워싸기 위한 상부에서, 통기구들(712)이 주위 공기로부터 냉각을 제공하도록 제공된다. 또한, 전기화학 전지에 있어서, 하우징 부분, 다수의 지붕창(714)이 주위 공기를 이용한 냉각을 제공하도록 제공된다. 이러한 지붕창들은 정적이거나 이와는 달리 이동배치가 가능하다. 가동 지붕창의 경우에 있어서, 바람직한 실시 예는 하중의 존재를 탐지하기 위해서 하중 감지회로를 포함한다. 이에 의해, 지붕창들(714)은 적당한 운동 제어수단에 의해서 하중이 조절되는 경우에만 개방된다. 이것은 주위 공기로부터의 격리(금속 공기 셀 화학에서 "소모성(consumerable)" 전극 재료들 중 하나)가 전지 수명을 연장시키므로, 특히 금속 공기 전지들을 사용하는 장치에 바람직하다.

본 발명에서 사용된 직류-교류 변환기(710)는 분리 하우징에서 주 또는 예비 배터리(180)와의 통합을 위해 재활용가능한 하우징 내에 집적된다. 이것은 소모성 배터리들이 교체될때 이동가능한 전력 공급장치의 계속적인 사용을 가능하게 한다. 바람직하게는, 모든 하우징(직류-교류 변환기(710) 및 배터리들에 대하여)은 균열 및 용융(극단적인 사용 조건하)에 견디는 재료로 구성되며, 또한 부품들(즉, 직류-교류 변환기(710) 및 배터리들)은 전력 공급 유니트가 저하되거나 충격을 받는 경우 충격을 최소화시키는 방식으로 집적된다.

장치는 용이하게 이동할 수 있으며, 일체형의 장치를 이동하능하게 구성된 이동 가방을 채용하여 용이하게 이동할 수 있으며, 임의적으로는 전자장치와 연관된 교류 어댑터를 저장하기위한 이동 가방 내에서 추가적인 외부 가방이나 주머니를 사용할 수 있다.

전력 공급장치를 작동시키도록 한쌍의 배터리들, 예를 들면 주 배터리들이나 예비 배터리들(180)은 (예비 배터리의 활성화후에) 직류-교류 변환기를 연결시키기 위한 연결 와이어들을 구비한다. 그런후에, 직류-교류 하우징은 전지 하우징에 부착되고, 플립 록(flip lock)과 같은 적당한 잠금기구를 사용하여 함게 고정된다. 그런후에, 장치는 통상적인 교류장치들, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, 주방기구, 개인용 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 텔레비젼, 이동식 전자제품, 셀룰러 폰 및 전기 기구들에 전력을 공급한다.

본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 직류 전력을 공급하기 위한 전력공급장치가 제공된다. 예를 들면, 12V의 장치는 하나 또는 그이상의 제거가능한 연관된 예비 배터리들(180)로부터 나오는 에너지 변환을 최대화하도록 약 7V 내지 15V 범위의 입력 전압을 수용할 수 있는 직류-직류 변환장치를 포함한다. 그러므로, 확장된 용도에 따라 배터리의 전압이 강하되므로, 전압 출력이 약 7V로 떨어질 때까지 추가적인 에너지가 배터리로부터 사용된다. 직류-직류 변환기는 연관된 장치들의 전압 및 전력 요구들을 보상한다.

본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 이동가능한 전력 공급은 일체형 팬을 포함한다. 여기에서, 팬은 효과적인 열 분산 및 공기 순환을 위한 온도 센서에 의해서 제어된다.

이동가능한 전력 공급원은 과부하 보호장치, 단락회로 보호장치, 과온도 보호장치 등을 포함한다. 여기에서, 장치는 상기한 조건들중 어느 하나를 탐지하여 자동적으로 정지하거나, 이와는 달리 만족할 만한 작동 조건들이 충족될 때까지 출력 전력을 낮춘다.

상기에서는 본 발명의 다양한 실시 예들의 부품들에 대하여 설명하였지만, 하기에서는 전기화학 전지의 다양한 재료들에 대하여 설명할 것이다.

양극 재료는 분말, 액체 또는 다른 원하는 형태의 소모성 금속 성분들을 포함한다. 임의적으로 이온 전도성 매체가 양극 내에 제공된다. 또한, 몇몇 실시 예에 있어서, 양극은 바인더 및/또는 적당한 첨가제를 포함한다. 바람직하게는, 공식화는 주기동안에 형상변화를 최소화하면서 이온 도전율, 용량성, 밀도, 방전의 전체 깊이를 최적화한다.

금속 성분은 아연, 칼슘, 리튬, 마그네슘, 철금속, 알루미늄과 같은 금속 및금속 화합물, 상기 금속들중 적어도 하나의 산화물, 또는 상기 금속들중 적어도 하나를 함유한 조합물 및 합금을 함유한다. 이들 금속은, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, 비스무스, 칼슘, 마그네슘, 알루미늄, 인듐, 납, 수은, 갈륨, 주석, 카드늄, 게르마늄, 안티몬, 셀레늄, 탈륨, 또는 상기 금속들중 적어도 하나의 산화물, 또는 상기한 성분들중 적어도 하나를 포함한 조합물을 포함하는 성분과 혼합되거나 합금된다. 금속 성분은 분말, 섬유, 먼지, 미립자들, 박편들, 침상 결정체, 펠렛들 또는 다른 입자들의 형태로 제공된다. 몇몇 실시 예에 있어서, 미립자 금속, 특히 아연 합금이 금속 성분으로서 제공된다. 전기화학 공정에서 변환이 진행되는 동안, 금속은 금속산화물로 변환된다.

양극 집전기는 전기 전도성을 제공할 수 있고 양극부를 임의로 지지할 수 있는 모든 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 집전기는, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, 구리, 황동, 스테인레스강과 같은 철금속, 니켈, 탄소, 도전성 중합체, 도전성 세라믹, 알칼리 환경하에 적합하고 전극을 부식시키지 않는 다른 도전성 재료들, 또는 상기 재료들중 적어도 하나를 함유한 조합물 및 합금들을 포함하는 다양한 도전성 재료로 형성될 수 있다. 집전기는 메쉬, 다공성 판, 금속 포말, 스트립, 와이어, 판 또는 다른 적당한 구조물의 형태를 취할 것이다.

양극의 적당한 바인더는 양극의 성분들을 고체로 유지시키거나 일정 형상의 고체 형태로 유지시킨다. 바인더는 적당한 구조물을 형성하도록 양극 재료와 집전기를 고착시키며, 양극의 접착에 적당한 양으로 제공된다. 이 재료는 바람직하게는 전기화학적 환경에 대하여 화학적으로 불활성이다. 몇몇 실시 예에 있어서, 바인더재료는 수용성이거나 또는 물에서 에멀션을 형성할 수 있고, 전해질 용액에는 용해되지 않는다. 적당한 바인더는 폴리테트라플루오로에틸렌기지 중합체 및 공중합체(즉, 독일 윌밍톤 소재의 E.I. dU Point Nemours and Company Corp.사에 의해서 시판중인 Teflon®및 Teflon®T-30), 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리(에틸렌 산화물)(PEO), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 및 파생물들, 상기한 바인더 재료들중 적어도 하나를 함유한 조합물 및 혼합물을 포함한다. 그러나, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 다른 바인더 재료 또한 사용이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

적절한 첨가제들이 부식을 방지하기 위해서 제공될 것이다. 적당한 첨가제들은, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, 산화인듐, 산화아연, EDTA, 스테아르산나트륨과 같은 계면활성제, 포타슘 라우릴 설페이트, Teflon®X-400(CT, Danbury 소재의 Union Carbide Chemical & Plastics Technology Corp.사에 의해서 시판중임), 다른 계면활성제, 파생물, 상기한 첨가재료들중 적어도 하나를 함유한 조합물 및 혼합물을 포함한다. 그러나, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 다른 첨가재료 또한 사용이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

음극부로 공급된 산소는 공기; 세정 공기; 산소 공급장치 또는 산소 제조원으로부터 공급되는 순수 산소; 다른 처리된 공기; 또는 상기한 산소 공급원들중 적어도 하나를 포함한 산소 공급원으로부터 제공될 것이다.

음극부들은 집전기와 같은 적당한 연결 구조물과 함께 예를 들어 활성성분과 탄소 기판을 포함하는 종래의 공기 확산 음극이 될 것이다. 통상적으로, 음극 촉매제는 주위 공기에서 적어도 20㎃/㎠, 바람직하게는 적어도 50㎃/㎠, 보다 바람직하게는 적어도 100㎃/㎠의 전류밀도를 달성하도록 선택된다. 물론, 높은 전류밀도는 적당한 음극 촉매제와 성분들에 의해서 달성될 것이다. 음극은 예를 들어 방전과 충전중에 작동할 수 있는 이중 기능성을 갖는다. 그러나, 여기에서 설명된 장치들을 이용하면, 제 3의 전극이 충전 전극으로서 기능하기 때문에 이중 기능성 음극의 필요성이 제거된다.

사용된 탄소는 전기화학 전지 환경에 대하여 화학적으로 불활성이며, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, 탄소 박편, 흑연, 다른 높은 표면적의 탄소재료, 또는 상기한 탄소 형태들중 적어도 하나를 함유하는 조합물을 포함한 다양한 형태로 제공될 것이다.

음극 집전기는, 전기 전도도를 제공할 수 있고 알칼리 용액에서 화학적으로 안정적이며 임의로 음극(14)을 지지할 수 있는 도전성 재료가 될 것이다. 집전기는 메쉬, 다공성 판, 금속 포말, 스트립, 와이어, 판 또는 다른 적당한 구조의 형태를 취할 것이다. 집전기는 산소 유동 장애를 최소화시키도록 다공성을 갖는다. 집전기는, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, 구리, 스테인레스강과 같은 철금속, 니켈, 크롬, 티타늄, 상기 재료들중 적어도 하나를 함유한 조합물 및 합금들을 포함하는 다양한 도전성 재료들로 형성된다. 적당한 집전기들은 니켈 발포 금속과 같은 다공성 금속을 포함한다.

바인더는 통상적으로 음극에 사용되며, 적당한 구조물을 형성하도록 기판 재료들, 집전기 및 촉매제를 고착시키는 모든 재료가 될 것이다. 바인더는 탄소, 촉매제 및/또는 집전기를 고착시키기에 적당한 양으로 제공될 것이다. 바람직하게는,이 재료는 전기화학적 환경에 대하여 화학적으로 불활성이다. 몇몇 실시 예에 있어서, 바인더 재료는 소수성을 갖는다. 적당한 바인더 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌기지 중합체 및 공중합체(즉, 독일 윌밍톤 소재의 E.I. dU Point Nemours and Company Corp.사에 의해서 시판중인 Teflon®및 Teflon®T-30), 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리(에틸렌 산화물)(PEO), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 및 파생물들, 상기한 바인더 재료들중 적어도 하나를 함유한 조합 및 혼합물을 포함한다. 그러나, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 다른 바인더 재료 또한 사용이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

활성 성분은 음극에서 산소반응을 용이하게 하는 적당한 촉매 재료이다. 촉매 재료는 음극에서 산소반응을 용이하게 하기에 효과적인 양으로 제공된다. 적당한 촉매재료는, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, 망간, 란탄, 스트론튬, 코발트, 백금, 그리고 상기한 촉매재료들중 적어도 하나를 포함한 조합물 및 산화물을 포함한다. 여기에서는 참조문헌으로서 기재된 것으로 Wayne Yao and Tsepin Tsai에게 허여된 미합중국 특허 제 6,368,751 호에는 "연료 전지를 위한 전기화학 전극(Electrochemical Electrode For Fuel Cell)"라는 발명의 명칭으로 모범적인 공기 음극이 개시되어 있다. 그러나, 다른 공기 음극들이 성능에 따라 사용될 수 있음을 해당 기술분야의 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

해당기술분야에 공지된 바와 같이, 양극을 음극으로부터 전기적으로 절연시키기 위하여 전극들 사이에 분리기가 제공된다. 양극과 음극을 전기적으로 절연시킬 수 있고 양극과 음극 사이에 충분한 이온 운반을 가능하게 하는 모든 시판중인분리기가 될 수 있다. 바람직하게는, 분리기는 전지 성분들의 팽창과 수축을 수용할 수 있도록 가요성을 가져야 하며, 전지화학물질들에 대하여 비활성을 나타낼 수 있어야 한다. 적당한 분리기들은, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, 직조물, 비직조물, 다공성(극소 다공성 또는 미소 다공성과 같은) 또는 셀룰러, 중합체 시이트등이 될 수 있다. 분리기로서 적당한 재료로는, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, 폴리올레핀(다우케미컬 컴패니사에 의해서 시판중인 상표명 Gelgard®), 폴리비닐 알코올(PVA), 셀룰로오스(즉, 니트로셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트 등), 폴리에틸렌, 폴리아미드(즉, 나일론), 플루오로카본-타입 수지들(즉, 듀퐁사에 의해서 시판중인 술폰산 그룹 기능성을 갖는 Nafion®패밀리 수지들), 셀로판, 필터지, 및 상기한 재료들중 적어도 하나를 포함한 조합물을 구비한다. 분리기는 전해질에 대한 가용성 및 투과성을 향상시키기 위하여 아크릴 화합물과 같은 첨가제 및/또는 피복을 포함할 것이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

전기화학 전지장치에서 사용하기 위한 구조물로서,

양극과 음극을 구비하며 다수의 건조 부품들을 구비한 건조 부품 구조물을 포함하며, 상기 건조 부품 구조물의 일단부는 전해질 농축물의 저장소를 가지며, 액체가 상기 전해질 농축물의 저장소에 추가되고, 전해질은 전해질 유동 제어 구조물을 통해서 상기 건조 부품 구조물 내로 도입되며, 이에 의해 상기 양극과 상기 음극 사이에서 전기화학 반응이 일어나는 것을 특징으로 하는 구조물.
제 1 항에 있어서, 상기 전해질 유동 제어 구조물은, 상기 건조 부품 구조물 내로 매스(mass)가 도입되기 전에 상기 저장소에 원하는 높이까지 유체를 채울수 있도록 형상화되고 규격화되고 위치되는 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물.
제 2 항에 있어서, 상기 저장소로부터 상기 건조 부품 구조물로의 유체 전달을 용이하게 하도록 상기 원하는 높이로 액체를 추가한 후에 공기가 도입되는 것을 특징으로 하는 구조물.
제 1 항에 있어서, 상기 전해질 유동 제어 구조물은, 상기 저장소와 상기 건조 부품 구조물 사이에 제공된 개구부 및 상기 저장소의 상부에 위치된 플러그를 포함하며, 상기 플러그는 상기 저장소로부터 공기가 배출될 수 있게 하고 유체가 유동하는 것을 방지할 수 있는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 구조물.
제 1 항에 있어서, 상기 전해질 유동 구조물은 제어가능한 일방향 밸브로 이루어진 것을 특징으로 하는 구조물.
제 1 항에 있어서, 상기 전해질 유동 제어 구조물은 거꾸로 뒤집어진 제이(J) 형상의 튜브를 포함하며, 상기 거꾸로 뒤집어진 제이(J) 형상의 튜브는 상기 전해질 저장소의 내부와 상기 건조 구조물 부품 사이에 유체 연결을 제공하며, 이에 의해 전해질은 상기 튜브 내의 액체가 상기 저장소 내에서 원하는 높이에 도달할 때까지 상기 건조 부품 구조물 내로 도입되지 않는 것을 특징으로 하는 구조물.
제 1 항에 있어서, 상기 전해질 유동 제어 구조물은, 상기 전해질 저장소와 상기 건조 구조물 부품 사이에 제공된 개구부, 및 상기 저장소로부터 주위로 연장된 도관을 포함하며, 상기 저장소로부터 배출된 전해질은 상기 건조 부품 구조물을채우고 공기가 상기 저장소로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 구조물.
제 1 항에 있어서, 상기 전해질 유동 제어 구조물은 분리기로 덮힌 개구부로 이루어진 것을 특징으로 하는 구조물.
제 8 항에 있어서, 상기 분리기는 나일론으로 제조된 것을 특징으로 하는 구조물.
제 9 항에 있어서, 상기 나일론은 액체가 상기 건조 전지로 도입되는 것을 늦추는 다공성을 가지며, 이에 의해 전해질은 상기 건조 부품 구조물 내로 들어가기 전에 상기 저장소 내에서 적어도 부분적으로 혼합되는 것을 특징으로 하는 구조물.
전기화학 전지장치에서 사용하기 위한 구조물로서,

양극과 음극을 각각 구비하는 다수의 건조 부품 부분들을 포함하며, 상기 건조 부품 구조물의 일단부는 전해질 농축물의 저장소를 갖는 것을 특징으로 하는 구조물.
제 11 항에 있어서, 액체가 유입구를 거쳐서 도입되고, 상기 유입구는 분배 영역과 유체 연결되며, 상기 저장소는 각각의 상기 건조 부품 부분들과 연관된 지역을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물.
제 1 항에 있어서, 각각의 상기 건조 부품 구조물은 대향하는 면들을 갖는 양극 집전기, 상기 양극 집전기의 각각의 면 상에 제공된 양극 카드, 및 각각의 상기 양극 카드와 연관된 음극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물.
제 1 항에 있어서, 각각의 상기 건조 부품 구조물은 대향하는 면들을 갖는 양극 집전기, 상기 양극 집전기와 전기적으로 접촉하는 양극 재료를 고정시키도록 구성된 양극 프레임, 및 상기 양극 재료와 연관된 음극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물.
제 14 항에 있어서, 상기 양극 프레임은 중앙 지지부와 주변부를 갖는 단일형 구조물이며, 상기 양극 집전기는 상기 양극 프레임에 조립되고 분리 프레임 부분과 함께 고정되고, 상기 분리 프레임 부분은 상기 중앙 지지부와 기계적으로 협동하는 것을 특징으로 하는 구조물.
제 15 항에 있어서, 상기 조립된 구조물은 상기 분리 프레임 부분과 상기 중앙 지지부 사이에 제공된 적어도 하나의 개구부를 포함하며, 상기 개구부는 상기 양극 재료의 충전을 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 구조물.
제 15 항에 있어서, 상기 조립된 구조물은 상기 분리 프레임 부분과 상기 중앙 지지부 사이에 제공된 적어도 하나의 개구부를 포함하며, 상기 개구부는 전해질 접근을 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 구조물.
제 14 항에 있어서, 상기 양극 프레임은 상기 저장소에 인접한 개구부를 구비하며, 상기 개구부는 상기 양극 재료의 충전을 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 구조물.
제 14 항에 있어서, 상기 양극 프레임은 상기 저장소에 인접한 개구부를 구비하며, 상기 개구부는 전해질의 접근을 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 구조물.
제 1 항 또는 11 항에 따른 구조물을 포함하며 에너지를 제공하기 위한 키트로서, 물을 상기 건조 부품 부분으로 도입하도록 구성된 노즐을 갖는 콘테이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 키트.
제 1 항 또는 11 항에 따른 구조물을 포함하며 에너지를 제공하기 위한 장치로서, 물 공급원, 및 물이 상기 건조 부품 부분 내로 도입되는 시기를 결정하기 위한 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 또는 11 항에 따른 예비 배터리를 위한 하우징, 및 직류 교류 변환장치와 교류 직류 변환장치 또는 이들 모두를 포함하는 재활용 가능한 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 전력공급장치.
제 22 항에 있어서, 상기 예비 배터리에 대한 하우징은 공기 유동을 위한 지붕창을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 전력공급장치.
제 22 항에 있어서, 상기 예비 배터리에 대한 하우징은 장치가 작동하는 경우에 공기 유동을 위한 제어가능한 지붕창을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 전력공급장치.
제 22 항에 있어서, 내부에 통합된 팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 전력공급장치.
제 25 항에 있어서, 상기 장치가 작동하는 경우에 상기 팬이 작동하는 것을 특징으로 하는 이동식 전력공급장치.
제 25 항에 있어서, 상기 팬은, 온도 센서가 원하는 수준을 넘어서는 경우에 작동을 위해서 상기 온도 센서에 작동가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 전력공급장치.
금속 공기 전지의 제조방법으로서,

양극 집전기를 제공함으로써 조립체를 형성하고, 상기 양극 집전기를 양극으로 둘러싸며, 상기 양극에 인접하게 음극을 위치시켜서 상기 양극에 대하여 전기적으로 절연시키는 단계;

상기 음극의 공기 접근부를 덮도록 위치된 스페이서를 이용하여 몰드내에 상기 조립체를 위치시키고, 상기 음극의 적어도 하나의 테두리를 노출시키는 단계; 그리고

경화가능한 재료를 상기 몰드 내에서 주조하는 단계;를 포함하며,

이에 의해 상기 경화가능한 재료가 상기 음극의 상기 테두리 내에서 경화되는 것을 특징으로 하는 금속 공기 전지의 제조방법.
금속 공기 예비 배터리의 제조방법으로서,

양극 집전기를 제공함으로써 조립체를 형성하고, 상기 양극 집전기를 양극으로 둘러싸며, 상기 양극에 인접하게 음극을 위치시켜서 상기 양극에 대하여 전기적으로 절연시키는 단계;

상기 음극의 공기 접근부를 덮도록 위치된 스페이서를 이용하여 몰드내에 상기 조립체를 위치시키고, 상기 음극의 적어도 하나의 테두리를 노출시키는 단계;그리고

경화가능한 재료를 상기 몰드 내에서 주조하는 단계;를 포함하며,

이에 의해 상기 경화가능한 재료가 상기 음극의 상기 테두리 내에서 경화되는 것을 특징으로 하는 금속 공기 예비 배터리의 제조방법.
제 29 항에 있어서, 주조전에 상기 조립체의 말단부에 있는 상기 몰드 내에 저장소가 제공되는 것을 특징으로 하는 금속 공기 예비 배터리의 제조방법.
제 29 항에 있어서, 상기 경화재료는 우레탄 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속 공기 예비 배터리의 제조방법.
제 29 항에 있어서, 상기 경화재는 치밀한 밀봉을 형성하도록 상기 음극의 다공들 내에서 중합되는 것을 특징으로 하는 금속 공기 예비 배터리의 제조방법.
제 29 항에 있어서, 상기 경화재는 저온 저압하에서 경화되는 것을 특징으로 하는 금속 공기 예비 배터리의 제조방법.
제 29 항에 있어서, 상기 경화재료는 주위 온도하에서 경화되는 것을 특징으로 하는 금속 공기 예비 배터리의 제조방법.
제 29 항에 있어서, 상기 경화재는 주위 압력하에서 경화되는 것을 특징으로 하는 금속 공기 예비 배터리의 제조방법.
제 29 항에 있어서, 상기 경화재는 수축에 저항하는 것을 특징으로 하는 금속 공기 예비 배터리의 제조방법.