KR20110114539A - 계면 프로세스들의 자극 및 강화 - Google Patents

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빅터 스탄코프스키
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클린 에너지 이노베이션스, 엘엘씨
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Abstract

계면 프로세스들의 자극 및 강화(SIIP)를 통해 전력 저장 장치를 제어하는 시스템 및 방법이 제공된다. 신호 발생기는 충전 및 방전 상태 동안, 배터리 단자, 또는 다른 반응 용기에 저 전압의 정현파 AC 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 배터리/반응 용기는 Li-이온 및 NiMH 설계들, 연료 전지, Zn-O 전지, 또는 재충전가능한 배터리들의 특징을 갖는 다른 장치들이 될 수 있다. 신호 발생기의 출력(즉, 전압, 파(wave)의 타입 및 주파수)은 배터리 파라미터들(예를 들어, 내부 저항, 출력 전력, 온도)에 기초하여 제어될 수 있다. 배터리의 내부 저항이 감소될 수 있고, 방전 시간이 증가될 수 있다. 또한, 배터리/반응 용기에 탄성파들이 제공되어, 계면 프로세스들을 자극할 수 있다. 신호 발생기는 배터리와 패키지되는 집적 회로가 될 수 있으며, 이러한 배터리에 의해 전력을 공급받을 수 있다.

Description

계면 프로세스들의 자극 및 강화{STIMULATION AND INTENSIFICATION OF INTERFACIAL PROCESSES}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2008년 12월 7일 출원된 미국 가 특허 출원 61/120,478호의 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 본원의 참조로서 인용된다.
전력 저장 장치들(power storage devices)은 장치의 성능 및 수명을 향상시키기 위해 전력을 충전 및 방전시키는 데에 간단한 기능들을 수행하는 제어(controls)를 이용할 수 있다. 배터리들의 효율을 개선시키는 것은, 전기 자동차들로의 진보, 및 이동 전화들 및 휴대용 데이터 장치들(즉, 뮤직 플레이어, PND, 노트북 컴퓨터들)과 같은 휴대용 컴퓨팅 기술들의 채택을 고려할 때에, 특히 중요하다. 이에 따라, 기존의 전력 저장 기술들의 성능을 확장시킬 수 있는 솔루션(solution)이 필요하다.
전기 화학적인 에너지 저장 장치(즉, 배터리들, 연료 전지들(fuel cells), 및 연료의 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기타 장치들)에 있어서, 이러한 장치의 전체 성능은 전자 이동(electron transfer) 반응이 일어나는 사이트(site)로의 그리고 이러한 사이트로부터의 질량 이동(mass transport)에 의존할 수 있다. 일반적으로, 질량 이동은 분극화(polarization), 메모리 효과(memory effects), 및 방전의 이력 현상 효과(hysteresis effects) 등의 효과들에 의해 방해를 받을 수 있다. 이러한 효과들중 어느 하나를 개선하거나, 또는 이러한 효과들의 임의의 결합을 개선하게 되면, 전력 저장 장치 내에서의 질량 이동을 개선할 수 있으며, 그에 따라 전력 저장 장치의 성능을 개선할 수 있게 된다.
많은 촉매 반응들에 있어서, 반응 속도는 계면(interface)에 아주 근접하여 일어나는 프로세스들에 의해 결정될 수 있는 것으로 입증되었다. 이러한 프로세스들은 촉매 반응이 일어나기 이전에 또는 촉매 반응이 일어난 이후에 일어날 수 있다. 예를 들어, 촉매 사이트로부터 떨어져있는 반응 종(reaction species)의 확산 속도를 증가시키게 되면, 촉매 프로세스의 전체 속도를 증가시킬 수 있다. 일반적으로, 이러한 계면 프로세스들은 화학 반응기들, 방독면들(gas masks) 및 기타 임의의 유사한 장치들에 대해 유익한 것으로 알려져있다.
계면 프로세스들의 실행은 전력 저장 장치들로 확장될 수 있다. 하기 설명되는 바와 같이, 빠른 전자 이동 또는 이온 이동에 의해 계면 촉매 사이트들을 생성하거나 또는 파괴시킬 수 있다. 이에 따라, 이러한 계면 프로세스들의 제어가 전기 화학적인 에너지 저장 장치들의 질량 이동에 영향을 주고, 이러한 장치들의 개선된 성능을 제공할 수 있다.
일반적으로, 일 양상에 있어서, 본 발명은 전기 화학 디바이스(electrochemical device)를 방전시키는 데에 걸리는 시간을 연장시키기 위한 장치를 제공하는 바, 이 장치는 전기 화학 디바이스와; 상기 전기 화학 디바이스에 연결된 전기 부하와; 그리고 상기 전기 화학 디바이스의 적어도 하나의 단자에 연결되어, 상기 적어도 하나의 단자에 전자기 입력을 제공하도록 구성되는 신호 발생기를 포함한다.
본 발명은 다음의 것들중 하나 이상을 포함하여 실시될 수 있다. 상기 전기 화학 디바이스는 NiMH 전기 화학 전지(electrochemical cell)가 될 수 있다. 상기 전기 화학 디바이스는 적어도 하나의 리튬 음극(Lithium anode)을 포함할 수 있다. 상기 전기 화학 디바이스는 연료 전기가 될 수 있다. 상기 신호 발생기는 상기 적어도 하나의 단자에 주기적인(예를 들어, 1mHz 내지 1GHz) 파형을 제공할 수 있다. 상기 신호 발생기는 가변 파형들을 제공할 수 있다. 음향 트랜스듀서(acoustic transducer)가 상기 신호 발생기에 전기적/기계적으로(예를 들어, 동작가능하게) 결합되어, 상기 전기 화학 디바이스 내에 탄성파(elastic wave)를 전달하도록 구성될 수 있다. 상기 신호 발생기는 적어도 하나의 상기 음향 트랜스듀서에 전자기 입력을 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 신호 발생기는 상기 전기 화학 디바이스 및 상기 적어도 하나의 음향 트랜스듀서에 전자기 신호들을 동시에 제공하도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 다른 양상에서, 본 발명은 반응 용기(reaction vessel)에 대해 계면 프로세스들의 자극(stimulation) 및 강화(intensification)를 제공하기 위한 시스템이 될 수 있다. 이 시스템은 상기 반응 용기에 연결된 입력 장치(input device)와; 전자기 신호 발생기와; 상기 전자기 신호 발생기에 연결되고, 상기 반응 용기 가까이에 (또는 반응 용기와 접촉하는 상태로) 위치되는 전극과; 메모리 장치(memory device)와; 그리고 상기 입력 장치를 통해 상기 반응 용기에 대한 정보를 수신하고, 이 정보에 기초하여 제어 신호를 계산(calculate)하고, 상기 전자기 신호 발생기에게 상기 제어 신호를 출력할 것을 명령하도록 프로그램되는 프로세서를 포함한다.
본 발명은 다음의 것들중 하나 이상을 포함하여 실시될 수 있다. 상기 반응 용기는 전해질(electrolyte)을 포함할 수 있다. 상기 입력 장치는 상기 전해질과 접촉하는 상태로 배치되는 트랜스듀서가 될 수 있다. 1개 보다 더 많은 입력 장치들이 상기 반응 용기에 연결될 수 있고, 상기 프로세서는 상기 입력 장치들 각각에 대해 상기 반응 용기에 대한 정보를 수신한 다음, 상기 입력 장치들중 적어도 하나로부터 수신된 정보에 기초하여 제어 신호를 계산하도록 프로그램될 수 있다. 적어도 하나의 음향 트랜스듀서가 상기 전자기 신호 발생기에 연결되고, 상기 반응 용기 상에 또는 반응 용기 가까이에 위치될 수 있다. 상기 제어 신호는 주기적인 파형 및/또는 임펄스 신호(impulse signal)가 될 수 있다. 상기 전극은 상기 전해질과 접촉할 수 있다.
일반적으로, 다른 양상에서, 본 발명은 배터리의 성능과 관련된 적어도 하나의 파라미터의 값을 검출하는 단계와, 상기 적어도 하나의 파라미터의 값에 기초하여 계면 자극 제어 솔루션(interfacial stimulation control solution)을 계산하는 단계와, 그리고 상기 배터리에 공급되는 적어도 하나의 계면 자극 제어 변수(control variable)를 조정하는 단계를 포함하는 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 실행가능한 명령어들을 갖는 컴퓨터 판독가능한 매체를 제공한다.
본 발명은 다음의 것들중 하나 이상을 포함하여 실시될 수 있다. 상기 배터리의 성능과 관련된 적어도 하나의 파라미터는 내부 저항, 출력 전류, 출력 전압 및/또는 배터리 온도가 될 수 있다. 상기 적어도 하나의 계면 자극 제어 변수는 주파수, 진폭, 펄스당 전력(power per pulse), 전자기 펄스의 형태 인자(form factor), 및/또는 위상각(phase angle)이 될 수 있다. 상기 적어도 하나의 계면 자극 제어 변수는 소정 세기의 버스트(burst), 주파수 분포 및 지속 기간(duration)으로 조정될 수 있다.
본 발명의 실시에 따르면, 하기의 성능들중 하나 이상의 성능을 제공할 수 있다. 전력 저장 장치들(예를 들어, 배터리들, 연료 전지들, 화학 반응기들)을 제어할 수 있다. 전력 저장 장치를 특징화하는 성능 지수(figure of merit)(예를 들어, 수율, 충전의 유효성, 안정성, 신뢰성)가 개선될 수 있다. 전력 저장 장치의 출력 전력이 증가될 수 있다. 전력 저장 장치의 정상 상태 출력의 지속 기간(duration)이 증가될 수 있다. 전력 저장 장치를 충전하는 데에 필요한 시간이 감소될 수 있다. 충전 및 방전 동안의 전력 저장 장치의 온도가 제어될 수 있다. 배터리 화재(battery fire)의 위험이 감소될 수 있다. 본 발명 자체 뿐 아니라, 본 발명의 이러한 성능들 및 기타 성능들은 하기의 도면들, 상세한 설명 및 청구항을 살펴봄으로써 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 계면 자극 및 강화를 갖는 배터리의 예시적인 회로이다.
도 2는 계면 자극이 있는 경우와 계면 자극이 없는 경우에 있어서, 시간의 함수로서의 Li-이온 배터리의 DC 전압 출력의 그래프이다.
도 3은 계면 프로세스들의 자극 및 강화(SIIP)가 있는 경우와 없는 경우에 있어서, 다양한 고갈 단계(depletion stage)들에서의 Li-이온 및 NiMH 배터리들의 내부 저항의 그래프이다.
도 4는 비접촉(contactless) 계면 자극 및 강화를 위한 시스템의 블록도이다.
도 5는 계면 자극 및 강화를 갖는 3 전극(three-electrode) 시스템의 블록도이다.
도 6은 계면 자극 및 강화를 갖는 4 전극(four-electrode) 시스템의 블록도이다.
도 7은 계면 자극 및 강화 제어 시스템의 예시적인 흐름도이다.
본 발명의 실시예들은 계면 프로세스들의 자극 및 강화(SIIP)를 통해 전력 저장 장치를 제어하는 기술들을 제공한다. 제한이 아닌 하나의 예로서, 저 전압(예를 들어, 50mV)의 정현파(sinusoidal) AC 신호(예를 들어, 60Hz)가 충전 상태 및 방전 상태 동안 배터리 단자들에 입력될 수 있다. 배터리는 Li-이온 및 NiMH 설계로 이루어질 수 있다. 배터리는 또한 연료 전지, Zn-O 전지, 또는 재충전가능한 배터리들의 특징을 갖는 다른 장치들이 될 수 있다. 전압, 파(wave)의 타입 및 주파수는 배터리 파라미터들(예를 들어, 내부 저항, 출력 전력, 온도)에 기초하여 제어될 수 있다. 기생 인버터(parasitic inverter)가 배터리로부터 전력을 받아, AC 신호를 발생시킬 수 있다. 이러한 AC 신호 발생기는 배터리와 함께 패키지되는 집적 회로가 될 수 있다. 하지만, 이러한 기술들은 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하는 것이 아닌데, 왜냐하면 본 개시에 따라 다른 실시들이 가능하기 때문이다.
계면 프로세스들의 자극 및 강화(SIIP)는, 배터리들, 연료 전지들, 아연 공기 전지(zinc-air cell)들 및 화학 반응기들과 같은 장치들의 성능 개선을 가져오는 프로세스들의 어레이(array)이다. 전자기파들과 탄성파들의 일치된 행동(concerted action)에 의해 분자 레벨로 가해지는 외부의 물리 작용들(각 타입의 물리 작용은 전기 또는 RF 신호 발생기와 같은 적절한 장치에 의해 방송(放送)된다)의 효과를 통해 질량 및 전하 이동 단계들의 강화가 이루어지는바, 장치의 물리적인 특징의 평가를 통해 파들(waves)을 모니터할 수 있는 효과를 갖는다. 일반적으로, 전하 이동 단계들 이전의 또는 전하 이동 단계들 이후의 확산 프로세스들을 강화하게 되면, 전력 저장 장치의 성능에 대한 계면 분극화의 영향을 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 전하 이동 사이트들의 농도(concentration)의 증가는 그 단계의 운동 동력학(kinetics)과 관련된 분극화의 영향을 감소시킬 수 있을 뿐 아니라, 전력 저장 장치의 다른 특징들(예를 들어, 충전 속도, 열화 특성)도 개선할 수 있게 된다.
일 실시예에서, 전자기파들의 영향에 민감한 계면들의 물리적인 구조들은 개방된 기공(open porosity)을 갖는 구조들을 포함할 수 있으며, 이에 따라 시스템은 작용에 포함되는 액체들의 자유로운 흐름을 가능하게 한다. 이를 테면, 납축 전지(lead-acid battery)에 있어서, 전극들의 구조는 관심 대상의 이온 종의 전극으로의 그리고 이러한 전극으로부터의 확산을 최대화하는 방식으로 설계될 수 있다. 이러한 사상은 임의의 다른 유사한 시스템들(다른 타입들의 배터리들 및 연료 전지들)의 동작으로 확장될 수 있다. 또한, 촉매 반응기들에서의 SIIP에 있어서, 촉매 층(들)은 전극들로서 기능할 수 있는데, 왜냐하면 AC 전류의 과도적인(transient) 통과 조차도 배터리 또는 연료 전지의 전기가 통하는 계면(electrified interface)에서 발생하는 것들과 유사한 영향들을 결정할 것이기 때문이다.
일 실시예에서, 전자기파들의 영향에 민감한 계면들의 물리적인 구조는 전기 전도성의 관점으로부터 시스템 내에 적어도 2개의 타입의 위상들(phases)의 존재를 포함할 수 있다. 극단적인 상황은, 하나의 위상이 금속 전도체(예를 들어, 전극)이고, 다른 위상이 이온 전도체(예를 들어, 전해질)인 것에 의해 설명된다. 다른 전도성을 갖는 2개의 다른 물질들 간의 인터페이스들에서 SIIP 효과가 활성화됨으로써, 위상 혼합(phase composition)시의 연속적인 변형 층과 대조적으로, 이러한 물질들의 상호 용해성이 인터페이스의 형성을 가능하게 할 정도로 충분히 낮게 되는 다른 많은 상황들이 있다. 일반적으로, SIIP 효과는 혼합 전도(mixed conduction)(전자 전도 및 이온 전도)를 갖는 적어도 하나의 위상의 존재에 의해 촉진되는 것으로 보인다.
일 실시예에서, 전자기파들의 영향에 민감한 계면들의 물리적인 구조가 포함할 수 있는 시스템에서, 위상들의 기계적 코히런시(mechanical coherence)는 빠른 온도 변화, 온도 기울기, 그 시스템을 통과하는 유체 흐름의 빠른 변화의 영향하에서 뿐 아니라, 그 시스템을 통해 전달되는 기계적인 진동(예를 들어, 음파)의 영향하에서도 물리적인 완전성(physical integrity)을 유지할 수 있을 정도로 충분하다.
몇몇 실시예들에서, SIIP 효과는 또한, 높은 전기적 또는 자기적 서셉턴스(susceptance)를 갖는 안테나들 또는 서셉터들(susceptors)로서 기능하는 물질들의 입자들(particles), 시트들(sheets) 또는 와이어들(wires)을 시스템의 위상들에 삽입함으로써 촉진될 수 있다. 유사하게, 터뷰너리 필드(turbionary field)를 인가하게 되면, 정적 와동(stationary vortices)을 일으켜 계면들에서의 지향적 증착(oriented deposition)을 촉진시킬 수 있다. 일반적으로, 탄성파(예를 들어, 음파)를 인가하게 되면, 전체적인 질량 및 전하 이동 반응의 확산 컴포넌트(diffusion component)를 강화할 수 있게 된다. 일 예에서, 대칭 또는 비대칭의 전파(electric wave)가 전력 저장 장치 내에 전송되는 동안, 이와 동시에 상기 전파와 동상(in-phase)의 탄성파를 인가할 수 있는데, 이러한 탄성파는 상기 전파의 주파수의 함수인 주파수에서, 그리고 고려되고 있는 특정의 프로세스에 대해 최적화된 세기를 가지며 인가된다. 0 내지 180도 범위의 다른 위상각 차이가 이용될 수 있다. 이러한 위상각 차이의 값은 SIIP를 받고 있는 전력 저장 장치의 성능에 대한 목표 성능 지수의 함수로서 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 전자기파들은 버스트들로 인가되거나, 또는 연속적으로 인가될 수 있다. 일반적으로, 이러한 파들의 주파수 범위는 SIIP를 받게 될 시스템의 특정의 특징들에 의존하게 되며, 마이크로파들(microwaves)과 장파들(long waves)을 특징화하는 주파수 범위의 사이가 될 수 있다. 특정 응용들에 대해 SIIP 프로세스를 최적화할 때에는, 정상파(stationary wave)의 효과들, 마이크로파 방사를 수반하는 표피 효과(skin effect), 전자기파들과 탄성파들에 의해 결정되는 분자 레벨에서의 효과들 간의 상호 작용의 효과들이 고려될 수 있다.
일 실시예에서는, 시스템의 복소 유전 상수(complex dielectric constant) 또는 이로부터 도출되는 양(quantity)의 측정을 통해, 그 시스템 상에서의 SIIP 효과의 실시간 평가를 행할 수 있다. SIIP 조건들 하에서의 시스템의 최적의 동작은 전자기파 및 음파의 인가가, 강화될 프로세스에 적절한 성능 지수의 매트릭스(matrix)에 대해 인가되는 필드(field)를 기술하는 파라미터들(예를 들어, 반응 속도, 배터리의 충전 속도, 배터리 온도, 출력 전압)의 매트릭스의 교정(calibration)을 고려할 때에 일어날 수 있다. 전자기파 및 탄성파에 대한 신호 발생기로서 기능하는 전자 유닛에는, 시스템의 물리적인 특징들(예를 들어, 복소 유전 상수, 주파수와의 상관성(correlation), 세기, 위상 (및 위상각 차이) 및 인가되는 전자기파와 탄성파의 버스트 지속 기간)의 실시간 측정에 기초하여, 피드백 성능이 제공될 수 있다.
제한이 아닌 단지 예들로서, 하기 설명되는 바와 같이, 비접촉 SIIP, 및 2개, 3개, 4개 및 5개의 전극들과 함께 설치되는 SIIP가 고려될 수 있다. 물론, 더 많은 전극들을 이용하는 시스템들도 고려할 수 있다.
도 1을 참조하면, SIIP를 실시하기 위한 회로(10)가 도시되어 있다. 이 회로(10)는 배터리(12), DC 전압계(예를 들어, Fluke 289 Multimeter)(14), AC 전압계(16)(예를 들어, Fluke 284 True RMS Multimeter), 전기 부하(18), 가변 저항(20), 캐패시터(22) 및 AC 전원(예를 들어, 그리드에 연결된 변압기)을 포함한다. 일 실시예에서, 제한이 아닌 단지 예로서, 상기 배터리(12)는 Li-이온 배터리(즉, 대략 1780mAh의 용량을 갖는 Kodak KLIC-8000)이다.
이제, 도 1과 함께 도 2를 참조하면, 배터리(12)로부터의 출력 전압의 예시적인 그래프(30)가 도시되어 있다. 이 그래프(30)는 DC 전압계(14)에 의해 측정되는 배터리(12)에서의 DC 전압을 나타내는 y축(32), 시간(즉, 분 단위)을 나타내는 x축(34), SIIP가 없는 경우 AC 전원(24)에 의해 제공되는 배터리(12)의 출력에 기초하는 제 1 데이터 세트(36), SIIP가 있는 경우 AC 전원(24)에 의해 제공되는 배터리(12)의 출력에 기초하는 제 2 데이터 세트(38), 및 SIIP가 있는 경우 배터리(12)의 성능 개선을 나타내는 시간 부분(time segment)(39)을 포함한다. 이러한 시간 부분(39)은, SIIP가 적용될 때 배터리(12)를 방전시키는 데에 걸리는 시간이 연장됨을 나타낸다. AC 전원(24)이 50Hz에서 50mV 정현파 신호를 공급하는 상태로, Li-이온 배터리들에 대해 실험한 결과, 총 방전 시간의 5-20% 범위의 시간적인 개선(39)을 달성할 수 있음이 증명되었다. 이러한 결과는 단지 예시적인 것으로서, 제한적인 것이 아닌데, 왜냐하면 다른 AC 전원(24) 파라미터들이 이용될 수 있기 때문이다(예를 들어, 1mHz 내지 1GHz(전자기파들)의 주파수 범위에서, 1㎶와 100mV 사이의 전압들이 이용될 수 있고, 파형들은 정현파, 구형파(square wave), 삼각파, 비대칭파들, 백색 잡음(white noise), 임펄스들 및 이들의 결합을 포함할 수 있다). 일 실시예에서는, 배터리(12)에 1mHz 내지 100kHz 범위의 탄성파들이 인가될 수 있다.
도 3을 참조하면, SIIP가 있는 경우와 없는 경우의 Li-이온 배터리의 내부 저항의 그래프(40), 및 SIIP가 있는 경우와 없는 경우의 NiMH 배터리의 내부 저항의 그래프(42)를 도시한다. 약 2000mAh의 출력을 갖는 Energizer
Figure pct00001
AA NiMH 배터리 및 Kodak KLIC-8000 Li-이온 배터리에 대해 실험을 수행하였다. 그래프들(40, 42) 각각에 도시한 바와 같이, 배터리 내에 남아있는 전하의 비율(충전률)(즉, 100%, 75%, 50%, 25%)에 대해 배터리들의 내부 저항(mohm)을 그래프로 나타내었다. 배터리들 각각은 상기 설명한 바와 같이 SIIP가 적용되는 경우(예를 들어, 50Hz에서 50mV)와 적용되지 않는 경우에 대해 테스트되었다. 각 경우, SIIP가 적용될 때에 내부 저항이 감소되었다. 당업계에 알려져있는 바와 같이, 이러한 내부 저항의 감소는 배터리의 성능 개선(예를 들어, 더 높은 펄스 전류, 개선된 통화 시간(talk time))을 가져온다.
도 4는 비접촉 계면 자극 및 강화를 위한 시스템(50)의 블록도를 도시한다. 이 시스템(50)은 예시적인 것으로서, 제한적인 것이 아니다. 이 시스템(50)은 SIIP 신호 발생기 및 데이터 처리 유닛(52), 2개의 전극들(54a, 54b), 2개의 절연체들(56a, 56b), 2개의 음향 트랜스듀서들(58a, 58b) 및 반응기 엔클로저(reactor enclosure)(60)를 포함한다. SIIP 신호 발생기(52)는 전극들(54a, 54b) 및 음향 트랜스듀서들(58a, 58b)에 동작가능하게 연결된다. SIIP 신호 발생기(52)는 프로세서, 메모리, 및 컴퓨터 판독가능한 명령어들을 수신/전송하기 위한 입/출력 포트를 포함할 수 있다. 일반적으로, SIIP 신호 발생기 내의 처리 명령어들은, 통상의 하드 디스크들, CD-ROM, DVD들, 플래시 ROMS, 비휘발성 ROM 및 RAM과 같은 컴퓨터 판독가능한 메모리 내의 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장될 수 있다. 일 실시예에서, SIIP 신호 발생기는 전력 저장 장치와 함께 패키지되는 집적 회로이다. 하지만, 이러한 시스템은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하는 것이 아닌데, 왜냐하면 본 개시에 따라 다른 실시들이 가능하기 때문이다. SIIP 신호 발생기(52)는 시스템 파라미터들을 수신하고, 계면 자극 제어 솔루션을 계산하며, 그리고 전극들(54a, 54b) 및 음향 트랜스듀서들(58a, 58b)에 전송될 가변 신호를 발생시킬 수 있다.
일반적으로, 전극들(54a, 54b)은 안테나들로서 기능하며, 반응기 엔클로저(60) 내로 전자기 에너지를 방사시키도록 구성되는 와이어 및/또는 전도성 시트들로 이루어질 수 있다. 음향 트랜스듀서들(58a, 58b)은 SIIP 신호 발생기(52)로부터 제어 신호를 수신하고, 반응기 엔클로저(60) 내에 음장(acoustic field)을 전송하도록 구성된다. 절연체들(56a, 56b)은 전극들(54a, 54b)로부터 트랜스듀서들(58a, 58b)을 분리하도록 구성된다.
일 실시예에서, 반응기 엔클로저(60)는 SIIP에 민감한(SIIP-susceptible) 계면들(예를 들어, 상기 설명한 전자기파들의 영향에 민감한 계면들의 물리적인 구조들)의 생성 조건을 만족시키는 다공성 물질들의 혼합물로 채워질 수 있다. 이는, 예를 들어 SIIP가 그 내에서의 촉매 프로세스들에 영향을 줄 수 있는 유동층 반응기(fluidized bed reactor)를 포함할 수 있다.
도 4의 비접촉 실시예는 2 전극(two-electrode) 배터리 구성으로 확장될 수 있다. 이러한 실시예에서, SIIP 발생기는 동일한 기능의 구성 요소들을 가질 것이며, 차이점은 전극들이 배터리 내의 전해질과 접촉하고, 음향 트랜스듀서들이 배터리의 케이스 외부에 배치될 수 있다는 것이다. 반응기 엔클로저(60)는 배터리의 전해질이다. 이러한 실시예는, 기존의 배터리 설치를 개장(retrofit)하는 데에 특히 적절하다.
도 1 및 4와 함께 도 5를 참조하면, 계면 자극 및 강화를 갖는 3 전극 시스템(70)의 블록도가 도시되어 있다. 이 시스템(70)은 SIIP 신호 발생기 및 데이터 처리 유닛(52), 2개의 음향 트랜스듀서들(72a, 72b), 2개의 절연체들(74a, 74b), 2개의 전극들(76, 77), 외부 전기 부하(78), 전해질(80), 및 이 전해질(80) 내에 배치되는 기준 전극(reference electrode)(82)을 포함한다. SIIP 신호 발생기(52)는 전극들(77, 76, 82) 및 음향 트랜스듀서들(72a, 72b)에 동작가능하게 연결된다. 전극들(76, 77)은 전해질(80)과 접촉하며 배치된다. 기준 전극(82)은 전해질(80) 내에 배치된다. 외부 전기 부하(78)는 전극들(76, 77)에 동작가능하게 연결된다.
일 실시예에서, 동작에 있어서, SIIP 신호 발생기 및 데이터 처리 유닛(52)은 또한 기준 전극(82)으로부터 정보를 수신하여 처리하도록 구성된다. 일반적으로, 기준 전극(82)은 출력 전압에 대한 베이스라인(baseline)이 될 안정한 전압 측정치(measurement)를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 기준 전극(82)은 전자 전도체(electronic conductor)로 만들어질 수 있는데, 이러한 전자 전도체는 이것이 노출되는 조건하에서 화학적으로 안정하다. 예를 들어, 출력 전극들(76, 77)로부터 전기적으로 절연되는 영역 내의 전해질 상에, 화학 기상 증착(또는 다른 박막 증착 기술)에 의해 얇은 금층(gold layer)이 증착된다. 이러한 전해질은 배터리의 동작 온도 범위 내에서 적절한 열적 안정성을 갖는 화학적으로 안정한 물질이 될 수 있다. 이러한 전해질의 예로는 NafionTM이 있는데, 이는 그 제조회사(DuPont)에 따르면, 약 175℃까지 열적으로 안정한 프로톤 전도체(proton conductor)이다. 전해질(80)은 정적 컨테이너(static container)(예를 들어, 연료 전지, 배터리)로 제한되지 않는데, 왜냐하면 이는 전해질 물질들이 흐를 수 있는 반응 용기로서 구성될 수 있기 때문이다. 예를 들어, SIIP는 정수(water purification), 여과 프로세스들(filtration processes) 및 기타 화학(예를 들어, 촉매) 시스템들에서 실시될 수 있기 때문이다.
도 1, 4 및 5와 함께 도 6을 참조하면, 계면 자극 및 강화를 갖는 4 전극 시스템(90)의 블록도가 도시되어 있다. 이 시스템(90)은 SIIP 신호 발생기 및 데이터 처리 유닛(52), 2개의 음향 트랜스듀서들(72a, 72b), 2개의 절연체들(74a, 74b), 2개의 전극들(76, 77), 외부 전기 부하(78), 전해질(80) 및 이 전해질(80) 내에 배치되는 2개의 기준 전극들(82, 84)을 포함한다. SIIP 신호 발생기(52)는 전극들(77, 76, 82, 84) 및 음향 트랜스듀서들(72a, 72b)에 동작가능하게 연결된다. 전극들(76, 77)은 전해질(80)과 접촉하며 배치된다. 전극들(82, 84)은 전해질(80) 내에 배치된다.
일 실시예에서, 동작에 있어서, SIIP 신호 발생기 및 데이터 처리 유닛(52)은 또한 기준 전극들(82, 84)로부터 정보를 수신하여 처리하도록 구성된다. 부가적인 전극(84)은 전해질(80)의 상태에 대한 부가적인 입력을 SIIP 데이터 처리 유닛(52)에 제공할 수 있다. 전해질(80), 또는 해당하는 반응 용기 내에 배치되는 전극들(82, 84)의 수는 단지 예시적인 것으로서, 제한적인 것이 아니다. 시스템은 특정의 배터리, 또는 반응 용기 구성에 의해 요구되는 부가적인 전극들(즉, 5개, 6개, 7개, 8개)을 포함할 수 있다.
동작에 있어서, 도 1, 4, 5 및 6과 함께 도 7을 참조하면, 개시된 시스템들(50, 70, 90)중 적어도 하나를 이용하여 계면 자극 및 강화를 실시하는 프로세스(100)는 나타낸 단계들을 포함한다. 하지만, 프로세스(100)는 예시적인 것으로서, 제한적인 것이 아니다. 프로세스(100)는, 예를 들어 단계들을 부가하거나, 제거하거나, 또는 재배열함으로써 달라질 수 있다.
단계(102)에서, 배터리 파라미터가 검출될 수 있다. 일 실시예에서, 전해질 물질(80) 내에 배치되는 전극들(82, 84)은 용액(80)의 전기 화학적인 특성들(예를 들어, 내부 저항, 전류, 전압, 위상, 임피던스, 이러한 변수들중 임의의 것의 시간 변화의 1차 도함수(first derivative) 및 이들의 결합)을 검출하고, SIIP 프로세서(52)에 입력을 제공할 수 있다. 또한, 출력 전압 및 배터리 온도와 같은 다른 파라미터들이 결정될 수 있다. 배터리 파라미터들은 배터리가 일부분인 시스템으로 확장될 수 있다. 예를 들어, 배터리 파라미터들은 현재 통화 시간, 재충전 이후의 시간, 배터리가 교체된 이후의 시간과 같은 시스템 정보를 포함할 수 있다. 이러한 파라미터들 각각은 SIIP 프로세서(52)에 입력을 제공할 수 있다.
단계(104)에서, SIIP 제어 솔루션이 계산될 수 있다. 일 실시예에서는, 전극들(54a, 54b, 76, 77)로부터 방출되는 전자기 신호의 주파수 및 진폭이 증가 또는 감소될 수 있다. 일 실시예에서는, 음향 트랜스듀서들(58a, 58b, 72a, 72b)로부터 방출되는 음향 신호의 주파수 및 진폭이 증가 또는 감소될 수 있다. 전해질(80)의 특성에 기초하여, 전자기 및/또는 음향 입력에 있어서의 다른 결합들 및 변형들이 이용될 수 있다.
단계(106)에서, SIIP 제어 변수가 조정될 수 있다. SIIP 프로세서(52)는 전기 및 음향 트랜스듀서들에 입력 신호들을 제공하도록 구성된다. 예를 들어, SIIP 프로세서(52)는 NiMH 배터리의 단자에 저전압의 정현파 신호를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 주파수, 진폭, 펄스당 전력, 전자기 펄스들의 형태 인자, 및/또는 파들의 위상각 관계가 조정될 수 있다. 이러한 조정들의 영향은 단계(102)에서의 검출 프로세스들을 통해 폐쇄 루프 제어로 모니터될 수 있다.
본 발명의 범위 및 정신 내에서 다른 실시예들이 가능하다. 예를 들어, 소프트웨어의 특성으로 인해, 상기 설명한 기능들은 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 하드와이어링(hardwiring), 또는 이들중 임의의 것의 결합을 이용하여 실시될 수 있다. 기능들을 실시하는 특징부들(features) 역시, 기능들의 일부분이 다른 물리적인 위치들에서 실시되도록 분배되는 것을 포함하여, 다양한 장소에 배치될 수 있다.
SIIP는 기존의 촉매 유동층 반응기에서 이용되어, 촉매 사이트들의 농도의 증가를 통해 촉매 프로세스의 속도를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 비접촉 시스템(50)은 석탄(coal) 및 다른 황(sulfur) 함유 물질들의 처리에 이용될 수 있다.
일반적으로, 유동층 반응기의 경우, 외부 전자기장이 반응기를 포함하는 엔클로저에 인가될 수 있다. 서셉터 물질(susceptor material)을 갖는 촉매의 혼합물이, 엔클로저 내부에 배치될 수 있는 고상 지지체(solid support)의 그레인들(grains) 상에 코팅된다. 외부 전자기장이 촉매를 활성화하는 동안, 반응 유체의 전류가 반응기를 통과할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자기장의 작용은 엔클로저 내로 전송되는 탄성파(예를 들어, 음향파들)의 작용과 결합될 수 있다.
많은 증착 프로세스들의 속도는, 관심 대상의 계면으로의 적절한 충전 종(charged species)(예를 들어, 이온들) 또는 다른 분자 종의 공급 속도 뿐 아니라, 이러한 종의 자기 조립(self-assembly)의 속도에 의존할 수 있다. 이러한 공급 속도는 계면을 가로질러 통과하는 전기 전류의 양 및 방향의 강 함수(strong function)이다. 일반적으로, 특정 형태 및 주파수의 탄성파의 인가와 함께, 계면을 가로질러 통과하는 전류의 형태, 지속 기간 및 세기가 템플릿(template) 폴리머 체인들 또는 다른 타입의 템플릿들(이를 테면, 결정(crystal))의 증착을 야기하기 위한 것이라면, 전류 및 탄성파의 특징은 증착의 수율을 최대화하는 방식으로 선택될 수 있다. 이러한 SIIP의 적용은 많은 여과 시스템들에서 이용될 수 있다.
이러한 예들은 단지 예시의 목적으로 제시된 것으로서, 제한들로서 의도되지 않는다. 이러한 예들에 있어서 공통적인 점은, 촉매 반응들, 전기 화학적인 반응들 및 공학에서 중요한 기타 프로세스들, 예를 들어 여과의 가장 중요한 단계들중 일부의 자극 및 강화를 일으키는 외부 작용들을 실시하는 것이다. 촉매 시스템들(화학 반응기들, 촉매 변환기들), 연료 전지들, 여과 장치들(물 여과, 가스 처리 장치들, 촉매 필터들, 방독면들)의 다른 실시예들이 여기에서 설명되는 SIIP의 실시예들로부터 이득을 얻을 수 있다.
또한, 전술한 상세한 설명이 개시된 발명에 관한 것이기는 하지만, 복수의 발명을 포함할 수 있다.

Claims (19)

  1. 전기 화학 디바이스(electrochemical device)를 방전시키는 데에 걸리는 시간을 연장시키기 위한 장치로서,
    상기 전기 화학 디바이스와;
    상기 전기 화학 디바이스에 연결된 전기 부하(electrical load)와; 그리고
    상기 전기 화학 디바이스의 적어도 하나의 단자에 연결되어, 상기 적어도 하나의 단자에 전자기 입력을 제공하도록 구성되는 신호 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스를 방전시키는 데에 걸리는 시간을 연장시키기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 화학 디바이스는 NiMH 전기 화학 전지(electrochemical cell)인 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스를 방전시키는 데에 걸리는 시간을 연장시키기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 화학 디바이스는 적어도 하나의 리튬 음극(Lithium anode)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스를 방전시키는 데에 걸리는 시간을 연장시키기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 화학 디바이스는 연료 전지(fuel cell)인 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스를 방전시키는 데에 걸리는 시간을 연장시키기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 발생기는 상기 적어도 하나의 단자에 주기적인 파형을 제공하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스를 방전시키는 데에 걸리는 시간을 연장시키기 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 발생기에 동작가능하게 결합되어, 상기 전기 화학 디바이스 내에에 탄성파(elastic wave)를 전달하도록 구성되는 적어도 하나의 음향 트랜스듀서(acoustic transducer)를 더 포함하며, 상기 신호 발생기는 상기 적어도 하나의 음향 트랜스듀서에 전자기 입력을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스를 방전시키는 데에 걸리는 시간을 연장시키기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 신호 발생기는 상기 전기 화학 디바이스 및 상기 적어도 하나의 음향 트랜스듀서에 전자기 신호들을 동시에 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스를 방전시키는 데에 걸리는 시간을 연장시키기 위한 장치.
  8. 반응 용기(reaction vessel)에 대해 계면 프로세스들의 자극(stimulation) 및 강화(intensification)를 제공하기 위한 시스템으로서,
    상기 반응 용기에 동작가능하게 결합된 입력 장치(input device)와;
    전자기 신호 발생기와;
    상기 전자기 신호 발생기에 동작가능하게 결합되고, 상기 반응 용기에 근접하게 배치되는 적어도 하나의 전극과;
    메모리 장치(memory device)와; 그리고
    상기 입력 장치를 통해 상기 반응 용기에 대한 정보를 수신하고, 상기 정보에 기초하여 제어 신호를 계산(calculate)하고, 상기 전자기 신호 발생기에게 상기 제어 신호를 출력할 것을 명령하도록 프로그램되는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응 용기에 대해 계면 프로세스들의 자극 및 강화를 제공하기 위한 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 반응 용기는 전해질(electrolyte)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응 용기에 대해 계면 프로세스들의 자극 및 강화를 제공하기 위한 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 입력 장치는 상기 전해질과 접촉하는 상태로 배치되는 트랜스듀서인 것을 특징으로 하는 반응 용기에 대해 계면 프로세스들의 자극 및 강화를 제공하기 위한 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 반응 용기에 동작가능하게 결합되는 다수의 입력 장치들을 더 포함하며,
    상기 프로세서는, 상기 입력 장치들 각각에 대해 상기 반응 용기에 대한 정보를 수신한 다음, 상기 입력 장치들중 적어도 하나로부터 수신된 정보에 기초하여 제어 신호를 계산하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 반응 용기에 대해 계면 프로세스들의 자극 및 강화를 제공하기 위한 시스템.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 전자기 신호 발생기에 동작가능하게 결합되고, 상기 반응 용기에 근접하게 배치되는 적어도 하나의 음향 트랜스듀서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응 용기에 대해 계면 프로세스들의 자극 및 강화를 제공하기 위한 시스템.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 주기적인 파형인 것을 특징으로 하는 반응 용기에 대해 계면 프로세스들의 자극 및 강화를 제공하기 위한 시스템.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 임펄스 신호(impulse signal)인 것을 특징으로 하는 반응 용기에 대해 계면 프로세스들의 자극 및 강화를 제공하기 위한 시스템.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전극은 상기 전해질과 접촉하는 것을 특징으로 하는 반응 용기에 대해 계면 프로세스들의 자극 및 강화를 제공하기 위한 시스템.
  16. 컴퓨터 실행가능한 명령어들을 갖는 컴퓨터 판독가능한 매체로서,
    컴퓨터에 의해 실행될 때, 상기 명령어들은,
    배터리의 성능과 관련된 적어도 하나의 파라미터의 값을 검출하는 단계와;
    상기 적어도 하나의 파라미터의 값에 기초하여 계면 자극 제어 솔루션(interfacial stimulation control solution)을 계산하는 단계와; 그리고
    상기 배터리에 공급되는 적어도 하나의 계면 자극 제어 변수(control variable)를 조정하는 단계를 포함하는 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 매체.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 배터리의 성능과 관련된 적어도 하나의 파라미터는 내부 저항, 출력 전류, 출력 전압 및 배터리 온도로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 매체.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 계면 자극 제어 변수는 주파수, 진폭, 펄스당 전력(power per pulse), 전자기 펄스의 형태 인자(form factor) 및 위상각(phase angle)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 매체.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 계면 자극 제어 변수는 소정 세기의 버스트(burst), 주파수 분포 및 지속 기간(duration)으로 조정되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 매체.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5757111B2 (ja) * 2010-11-19 2015-07-29 ソニー株式会社 二次電池セル、電池パック及び電力消費機器
US9263721B2 (en) 2012-01-13 2016-02-16 Energy Power Systems LLC Lead-acid battery design having versatile form factor
US9595360B2 (en) 2012-01-13 2017-03-14 Energy Power Systems LLC Metallic alloys having amorphous, nano-crystalline, or microcrystalline structure
US8808914B2 (en) 2012-01-13 2014-08-19 Energy Power Systems, LLC Lead-acid battery design having versatile form factor
FR3005216B1 (fr) * 2013-04-29 2015-04-10 Renault Sa Procede et systeme de charge d'une batterie de vehicule automobile en fonction de la temperature
WO2018049178A1 (en) * 2016-09-09 2018-03-15 The Regents Of The University Of California Acoustic wave based dendrite prevention for rechargeable batteries

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4968395A (en) * 1989-06-21 1990-11-06 Richard Pavelle Method and apparatus for increasing catalytic efficiency of electrodes
US5614332A (en) * 1995-05-26 1997-03-25 Pavelle; Richard Method and apparatus for increasing charging and discharging efficiency in batteries
US6060198A (en) * 1998-05-29 2000-05-09 Snaper; Alvin A. Electrochemical battery structure and method
JP2000323188A (ja) * 1999-05-15 2000-11-24 Jec Service Kk 鉛電池の活性化法
JP2005520297A (ja) * 2002-03-11 2005-07-07 バークシャー ラボラトリーズ，インコーポレイティド 電子化学における改良
US7482072B2 (en) * 2002-07-09 2009-01-27 Grintellectual Reserve, Llc Optimizing reactions in fuel cells and electrochemical reactions
US7325392B2 (en) * 2002-07-12 2008-02-05 Catelectric Corp. Control system for catalytic processes
US7592094B2 (en) * 2003-02-03 2009-09-22 Kelly Shawn P Device, system and method for improving efficiency and preventing degradation of energy storage devices
US7950221B2 (en) * 2003-04-25 2011-05-31 Catelectric Corp. Methods and apparatus for controlling catalytic processes, including catalyst regeneration and soot elimination
JP2008071491A (ja) * 2004-11-26 2008-03-27 Pulsetech Japan Corp 中古鉛蓄電池再生／新品鉛蓄電池容量増大方法
JP2006164540A (ja) * 2004-12-02 2006-06-22 Nittetsu Elex Co Ltd 鉛電池再生装置および鉛電池再生方法
US7554294B2 (en) * 2005-01-28 2009-06-30 The Johns Hopkins University Battery health monitor
JP2007322236A (ja) * 2006-05-31 2007-12-13 Murata Mfg Co Ltd 鉛蓄電池およびその残存容量センサ
JP2008135193A (ja) * 2006-11-27 2008-06-12 Ecous Inc 電子機器の消費電力低減及び搭載電池の長寿命化、稼動時間延長用のシート
US7964084B2 (en) * 2007-09-20 2011-06-21 Catelectric Corp. Methods and apparatus for the synthesis of useful compounds
US20090101516A1 (en) * 2007-09-20 2009-04-23 The University Of Connecticut Methods and apparatus for the synthesis of useful compounds

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