(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極板を複数枚積層してなるニッケル−水素角型蓄電池であって、
前記各電極板は、
四角形状の電極本体と、
前記電極本体の上部に取付けられた第１の集電タブと、
前記電極本体の下部に取付けられた第２の集電タブとを備えることを特徴とする、ニッケル−水素角型蓄電池。
【請求項２】
前記第１および第２の集電タブは、前記四角形状の電極本体の対角線上に取付けられていることを特徴とする、請求項１記載のニッケル−水素角型蓄電池。
【請求項３】
前記第１および第２の集電タブの幅は、前記電極本体の幅の２０〜４８％であることを特徴とする、請求項１または請求項２記載のニッケル−水素角型蓄電池。
【請求項４】
ニッケル−水素角型蓄電池を複数集合してなる組電池であって、
第１のニッケル−水素角型蓄電池は、第１の面に第１の対角線上に取付けられた２個の第１の極性の電極端子と、前記第１の面に対面する第２の面に前記第１の対角線と異なる方向の第２の対角線上に取付けられた２個の第２の極性の電極端子とを備え、
第２のニッケル−水素角型蓄電池は、前記第１のニッケル−水素角型蓄電池と鏡像体の関係になるように取付けられた２個の第１の極性の電極端子と２個の第２の極性の電極端子とを備え、
前記第１のニッケル−水素角型蓄電池と前記第２のニッケル−水素角型蓄電池とは、異なる極性の電極端子同士が接触されることにより直列に接続されたことを特徴とする、組電池。
【請求項５】
前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載のニッケル−水素角型蓄電池を複数集合してなる組電池であって、
第１のニッケル−水素角型蓄電池は、第１の面に第１の対角線上に取付けられた２個の第１の極性の電極端子と、前記第１の面に対面する第２の面に前記第１の対角線と異なる方向の第２の対角線上に取付けられた２個の第２の極性の電極端子とを備え、
第２のニッケル−水素角型蓄電池は、前記第１のニッケル−水素角型蓄電池と鏡像体の関係になるように取付けられた２個の第１の極性の電極端子と２個の第２の極性の電極端子とを備え、
前記第１のニッケル−水素角型蓄電池と前記第２のニッケル−水素角型蓄電池とは、異なる極性の電極端子同士が接触されることにより直列に接続されたことを特徴とする、組電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、角型蓄電池に関するものであり、特に、放電容量および充放電サイクル寿命の向上した角型蓄電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電極板を積層してなる角型蓄電池においては、各電極板は、電極本体に１つの集電タブが取付けられて構成されていた。また、この集電タブは、四角形状の電極本体の上部の角に取付けられるのが一般的であった。
【０００３】
しかしながら、タブがこのような位置に１枚だけ取付けられていると、１枚の電極内における分極が大きくなり、電極１枚当りの抵抗が増大する。その結果、充電中に電池が高温になるため、充電効率が低下し、電池容量が低下してしまうという問題があった。また、負極においては、充電中の発熱による腐食により、充放電サイクル寿命が低下するという問題もあった。
【０００４】
一方、角型蓄電池においては、正極端子および負極端子は、電槽の上部に円筒状に突出して取付けられるのが一般的であった。そのため、このように構成される角型蓄電池を複数集合させて組電池を作製する際には、例えば特開平８−８８０２１号公報に開示されるように端子同士をボルト等の金具で接続する必要があった。しかしながら、この金具はそれ自体の抵抗を有するため、電力損失が生じ、充電効率が低下し、電池容量が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述の問題点を解決し、作動電圧および放電容量が増大し、充放電サイクル寿命が向上した蓄電池およびこれを用いた組電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明によるニッケル−水素角型蓄電池は、電極板を複数枚積層してなるニッケル−水素角型蓄電池であって、各電極板は、四角形状の電極本体と、電極本体の上部に取付けられた第１の集電タブと、電極本体の下部に取付けられた第２の集電タブとを備えることを特徴としている。
【０００７】
この発明によれば、各電極板は、２枚の集電タブを備えている。そのため、電極の分極が小さくなり、電極１枚当りの抵抗が低下する。その結果、充電中の熱発生が低減され、正極においては充電効率が向上し、放電容量が増大する。また、負極においても、発熱による腐食が抑制されるため、充放電サイクル寿命が向上する。さらに、分極の低下により放電時に電圧が増大するため、出力特性も向上する。
【０００８】
好ましくは、第１および第２の集電タブは、四角形状の電極本体の対角線上に取付けられているとよい。
【０００９】
集電タブをこのような位置に取付けることにより、１枚の電極内における分極を最小にすることができるからである。
【００１０】
また、好ましくは、第１および第２の集電タブの幅は、電極本体の幅の２０〜４８％であるとよい。２０％より小さいと電極の分極を十分に低減することが困難となり、一方、４８％より大きいと正極と負極とを積層して蓄電池とした際に、正極と負極が接触してショートする可能性があるからである。
【００１１】
また、この発明による組電池は、ニッケル−水素角型蓄電池を複数集合してなる組電池であって、第１のニッケル−水素角型蓄電池は、第１の面に第１の対角線上に取付けられた２個の第１の極性の電極端子と、第１の面に対面する第２の面に第１の対角線と異なる方向の第２の対角線上に取付けられた２個の第２の極性の電極端子とを備え、第２のニッケル−水素角型蓄電池は、第１のニッケル−水素角型蓄電池と鏡像体の関係になるように取付けられた２個の第１の極性の電極端子と２個の第２の極性の電極端子とを備え、第１のニッケル−水素角型蓄電池と第２のニッケル−水素角型蓄電池とは、異なる極性の電極端子同士が接触されることにより直列に接続されたことを特徴としている。
【００１２】
この発明によれば、第１および第２の蓄電池にはそれぞれ互いに鏡像体の関係になるように２個の正極端子と負極端子とが取付けられ、異なる極性の電極端子同士が接触されることにより、蓄電池が直列に接続される。そのため、従来のように端子の接続のために別途金具を用いる必要がなく、金具を用いることによる電力損失の問題も解決される。
【００１３】
さらに、この発明においては、第１の蓄電池と第２の蓄電池とは、異なる極性の電極端子同士が接触されることにより接続される。そのため、従来の金具を使って接続する場合のように、突出した円筒状の大きな電極端子を取付ける必要はなく、電極端子を厚さが薄く体積の小さいものにすることが可能となる。その結果、各蓄電池において端子を取付けることによる体積の損失が減少し、各蓄電池当りの放電容量が増大する。したがって、組電池全体としての放電容量も増大し、組電池全体として体積エネルギ密度に優れたものが得られる。
【００１４】
なお、この発明による組電池には、前述のこの発明による蓄電池を用いることが好ましい。このような組合せにより、放電容量がさらに増大される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
蓄電池に関する実施の形態
以下、図１〜図５を用いて、本発明による角型蓄電池の第１の実施の形態の構造を説明する。
【００１６】
図１は、第１実施形態の蓄電池に用いられる負極板を示す平面図である。
図１を参照して、この負極板１４は、幅１００ｍｍ、高さ１１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの負極板本体２と、幅４８ｍｍ、高さ１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの２枚の集電タブ１とから構成されている。２枚の集電タブ１は、負極板本体２の上部と下部に対角線上に取付けられている。すなわち、図１では、集電タブ１は負極板本体２の左上と右下にそれぞれ取付けられている。
【００１７】
図２は、第１実施形態の蓄電池に用いられる正極板を示す平面図である。
図２を参照して、この正極板１５は、幅１００ｍｍ、高さ１１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの図１に示す負極板本体と同じ大きさの正極板本体３と、幅４８ｍｍ、高さ１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの２枚の集電タブ１とから構成されている。２枚の集電タブ１は、正極板本体３の上部と下部であって負極板の場合とは異なる方向の対角線上に取付けられている。すなわち、図２では、集電タブ１は正極板本体３の右上と左下にそれぞれ取付けられている。
【００１８】
このように構成される負極板１４と正極板１５とを、図３に示すように交互に積層することにより、図４に示すような電極板積層体１６が得られる。この電極板積層体１６は電槽内に収納されて、蓄電池が構成される。
【００１９】
図５は、第１実施形態の蓄電池を示す斜視図である。
図５を参照して、この蓄電池１００は、幅１１０ｍｍ、厚さ３７ｍｍの電槽１７内に、図４に示す電極板積層体１６が収納されて構成されている。電槽１７の上部および下部には、円筒状の負極端子１８と正極端子１９とが、突出するように取付けられ、全体の高さは１７０ｍｍになっている。これらの電極端子１８，１９が取付けられる位置は、電極板積層体１６における各電極板に取付けられた各集電タブの極性に対応している。すなわち、図４において、負極板の集電タブは左上と右下に、正極板の集電タブは右上と左下に存在していることに対応して、図５において、負極端子１８は蓄電池１００の左上と右下に、正極端子１９は蓄電池１００の右上と左下に、それぞれ取付けられている。
【００２０】
このように構成される蓄電池１００においては、各電極板において集電タブが対角線上に取付けられていることから、分極は最小となる。
【００２１】
次に、図６〜図１０を用いて、本発明による角型蓄電池の第２の実施形態の構造を説明する。
【００２２】
図６は、第２実施形態の蓄電池に用いられる負極板を示す平面図である。
図６を参照して、この負極板２４は、負極板本体２と２枚の集電タブ１とから構成され、２枚の集電タブ１は、負極板本体２の上部と下部の同一側に取付けられている。すなわち、図６では、集電タブ１は負極板本体２の左上と左下にそれぞれ取付けられている。なお、他の構成については図１に示す第１実施形態に用いられる負極板１４と全く同様であるので、その説明は省略する。
【００２３】
図７は、第２実施形態の蓄電池に用いられる正極板を示す平面図である。
図７を参照して、この正極板２５は、正極板本体３と２枚の集電タブ１とから構成され、２枚の集電タブ１は、正極板本体３の上部と下部であって、負極板の場合とは異なる側に取付けられている。すなわち、図７では、集電タブ１は正極板本体３の右上と右下にそれぞれ取付けられている。なお、他の構成については図２に示す第２実施形態に用いられる正極板１５と全く同様であるので、その説明は省略する。
【００２４】
このように構成される負極板２４と正極板２５とを、図８に示すように交互に積層することにより、図９に示すような電極板積層体２６が得られる。この電極板積層体２６は電槽内に収納されて、蓄電池が構成される。
【００２５】
図１０は、第２実施形態の蓄電池の構造を示す斜視図である。
図１０を参照して、この蓄電池２００は、電槽２７内に図９に示す電極板積層体２６が収納されて構成されている。また、電槽２７の上部および下部には、円筒状の負極端子２８と正極端子２９とが、突出するように取付けられている。
【００２６】
ここで、この第２実施形態の蓄電池２００においては、図９において、負極板の集電タブは左上と左下に、正極板の集電タブは右上と右下に存在していることに対応して、図１０において、負極端子２８は蓄電池２００の左上と左下に、正極端子２９は蓄電池２００の右上と右下に、それぞれ取付けられている。
【００２７】
なお、他の構成については、図５に示す第１実施形態の蓄電池１００と全く同様であるので、その説明は省略する。
【００２８】
このように構成される蓄電池２００においては、各電極板において集電タブが２枚ずつ取付けられているため、従来のように集電タブが１枚しか取付けられていない場合と比較すると分極は小さくなる。
【００２９】
組電池に関する実施の形態
以下、図１７〜図２０を用いて、本発明による組電池の第１実施形態の構造を説明する。
【００３０】
図１７は、第１実施形態の組電池に用いられる第１蓄電池を示す斜視図である。
【００３１】
図１７を参照して、この蓄電池４００は、幅１１０ｍｍ、高さ１５０ｍｍ、厚さ３７ｍｍの電槽４７内に、複数枚の電極板が積層されてなる電極板積層体が収納されて構成されている。電極板積層体としては、たとえば図４または図９に示す電極板積層体１６または２６が用いられる。
【００３２】
電槽４７の第１の面には、３０ｍｍ×３０ｍｍの大きさで厚さ１ｍｍの正極端子４９が、２個第１の対角線上に取付けられている。さらに、第１の面と対面する第２の面には、同様に３０ｍｍ×３０ｍｍの大きさで厚さ１ｍｍの負極端子４８が、２個第１の対角線と異なる方向の第２の対角線上に取付けられている。
【００３３】
図１８は、第１実施形態の組電池に用いられる第２蓄電池を示す斜視図である。
【００３４】
図１８を参照して、この蓄電池５００は、電槽５７内に電極板積層体が収納されて構成され、２個の負極端子５８と２個の正極端子５９とが、図１７に示す第１蓄電池４００と相互に鏡像体の関係になるように取付けられている。なお、他の構成については図１７に示す蓄電池４００と全く同様であるので、その説明は省略する。
【００３５】
このように構成される第１蓄電池４００と第２蓄電池５００とは、図１９に示すように交互に接続することにより、組電池が得られる。
【００３６】
図２０は、第１実施形態の組電池の構造を示す斜視図である。
図２０を参照して、この組電池６００は、５個の第１蓄電池４００と５個の第２蓄電池５００とが、交互に異なる極性の電極端子同士を接触させることにより、直列に接続されて構成されている。
【００３７】
【実施例】
（実施例１）
▲１▼  負極板の作製
Ｍｍ（ミッシュメタル）とＮｉとＣｏとＡｌとＭｎとをモル比１．０：３．２：１．０：０．２：０．６の割合で混合し、高周波誘導加熱溶解炉で１５００℃で溶融させて得られた水素吸蔵合金溶湯を、冷却した後粉砕して、水素吸蔵合金粉末を得た。
【００３８】
この水素吸蔵合金粉末１０重量部を、ＰＥＯ（ポリエチレンオキサイド）５重量％の水溶液１重量部に分散させてペーストを調製した。次いで、このペーストを、鉄板にＮｉめっきを施したパンチングメタルからなる芯体に塗着し、圧延することにより、板状の水素吸蔵合金電極を作製した。
【００３９】
これを負極板本体として用い、２枚の集電タブを取付けて、図１に示す構造の負極板を作製した。
【００４０】
▲２▼  正極板の作製
公知の焼結式ニッケルからなる理論容量１２０Ａｈの正極板本体を用い、２枚の集電タブを取付けて、図２に示す構造の正極板を作製した。
【００４１】
▲３▼  蓄電池の作製
上述のようにして得られた負極板および正極板を用い、図５に示す構造の蓄電池を作製した。
【００４２】
（実施例２）
▲１▼  負極板の作製
実施例１と同様の水素吸蔵合金電極を負極板本体として用い、２枚の集電タブを取付けて、図６に示す構造の負極板を作製した。
【００４３】
▲２▼  正極板の作製
実施例１と同様の焼結式ニッケル電極を正極板本体として用い、２枚の集電タブを取付けて、図７に示す構造の正極板を作製した。
【００４４】
▲３▼  蓄電池の作製
上述のようにして得られた負極板および正極板を用い、図１０に示す構造の蓄電池を作製した。
【００４５】
（比較例）
▲１▼  負極板の作製
実施例１と同様の水素吸蔵合金電極を負極板本体として用い、１枚だけ集電タブを取付けて、図１１に示す構造の負極板を作製した。
【００４６】
図１１に示す負極板３４は、負極板本体２と、その上部左側に取付けられた１枚の集電タブ１とから構成されている。なお、他の構成については図１に示す負極板１４と全く同様であるので、その説明は省略する。
【００４７】
▲２▼  正極板の作製
実施例１と同様の焼結式ニッケル電極を正極板本体として用い、１枚だけ集電タブを取付けて、図１２に示す構造の正極板を作製した。
【００４８】
図１２に示す正極板３５は、正極板本体３と、その上部右側に取付けられた１枚の集電タブ１とから構成されている。なお、他の構成については図２に示す正極板１５と全く同様であるので、その説明は省略する。
【００４９】
▲３▼  蓄電池の作製
上述のようにして得られた負極板３４と正極板３５とを、図１３に示すように交互に積層することにより、図１４に示すような電極板積層体３６を得た。次に、この電極板積層体３６を電槽内に収納して、蓄電池を作製した。
【００５０】
図１５は、比較例の蓄電池の構造を示す斜視図である。
図１５を参照して、この蓄電池３００は、電槽３７内に図１４に示す電極板積層体３６が収納されて構成されている。また、電槽３７の上部には、円筒状の負極端子３８と正極端子３９とが、それぞれ１個ずつ突出するように取付けられている。
【００５１】
ここで、この比較例１の蓄電池３００においては、図１４において負極板の集電タブが左上に、正極板の集電タブが右上に存在していることに対応して、図１５において、負極端子３８は蓄電池３００の左上に、正極端子３９は蓄電池３００の右上に、それぞれ取付けられている。また、この蓄電池３００においては、用いられる電極板に集電タブが１つしか取付けられていないため、蓄電池全体の高さは１６０ｍｍであり、図５に示す第１実施形態の蓄電池１００と比べて高さが低くなっている。なお、他の構成については図５に示す第１実施形態の蓄電池１００と全く同様であるので、その説明は省略する。
【００５２】
（評価）
▲１▼  分極の測定
上述のようにして得られた実施例１、実施例２および比較例の蓄電池を用いて、１２Ａ（０．１Ｃ）で１２時間充電を行なった後、１２０Ａ（１Ｃ）で放電を行ない、５０％放電時の電圧を電池の作動電圧として分極の指標とした。
【００５３】
このようにして得られた各電池の作動電圧の結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
0003553755.tif 000002
【００５５】
表１より明らかなように、本発明に従い電極板に２枚の集電タブが取付けられた実施例１および実施例２の蓄電池は、集電タブが１枚しか取付けられていない比較例の蓄電池と比較して、作動電圧が大きい。
【００５６】
特に、２枚の集電タブが電極板の対角線上に取付けられた実施例１の蓄電池は、作動電圧が最も大きくなっている。これは、たとえば電極板の左上に集電タブを取付けると、電極板内においてその対角線上に相当する右下の部分で最も分極が大きくなるが、実施例１では、この右下の部分にもう１枚の集電タブが取付けられているため、電極板全体としての分極が最小になったためであると考えられる。
【００５７】
▲２▼  放電容量および充放電サイクル寿命の測定
実施例１、実施例２および比較例の蓄電池を１２Ａ（０．１Ｃ）で１２時間充電した後、２４Ａ（０．２Ｃ）で放電終止電圧１．０Ｖまで放電する充放電サイクルを繰返し、各蓄電池の充放電サイクル特性を調べた。
【００５８】
その結果を図１６に示す。図１６において、横軸は充放電サイクル数（回）を示し、縦軸は放電容量（Ａｈ）を示している。
【００５９】
また、３種の蓄電池の電極板に取付けられた集電タブの数、放電容量、サイクル寿命を、表１に併せて示す。なお、サイクル寿命は、放電容量が初期容量の５０％となった時点とした。
【００６０】
図１６および表１より明らかなように、本発明に従い電極板に２枚の集電タブが取付けられた実施例１および実施例２の蓄電池は、放電容量が大きく、しかもサイクル寿命が長い。
【００６１】
特に、２枚の集電タブが電極板の対角線上に取付けられた実施例１の蓄電池は、放電容量およびサイクル寿命がともに最も大きくなっている。これは、前述のように実施例１では分極が最小になったため、正極では集電効率が向上して放電容量が増大したものと考えられる。
【００６２】
一方、負極では、発熱による負極合金の腐食が抑制されたため、耐食性が向上し、サイクル寿命が長くなったものと考えられる。
【００６３】
（実施例３）
図４に示す電極板積層体１６を用いて、図１７に示す構造の第１蓄電池４００と、図１８に示す構造の第２蓄電池５００を作製し、これらを各５個ずつ交互に接続して、図２０に示す組電池６００を作製した。
【００６４】
（実施例４）
図４に示す電極板積層体１６を用いて、図５に示す構造の蓄電池１００を作製し、これを１０個接続して組電池を作製した。
【００６５】
なお、蓄電池同士の接続は、従来のように円筒状に突出して取付けられた各電極端子同士をボルトで接続することにより行なった。
【００６６】
（評価）
上述のようにして得られた実施例３および実施例４の組電池を用いて、前述と同様の条件で放電容量の測定を行なった。すなわち、組電池を１２Ａ（０．１Ｃ）で１２時間充電した後、２４Ａ（０．２Ｃ）で放電終止電圧１．０Ｖまで放電を行なった。
【００６７】
得られた放電容量の値を表２に示す。また、組電池に用いられた蓄電池の電極板に取付けられた集電タブの数、電池の体積当りの放電容量の算出結果についても、表２に併せて示す。
【００６８】
【表２】
0003553755.tif 000003
【００６９】
表２より明らかなように、本発明に従い、端子同士を接触させることにより蓄電池を接続してなる実施例３の組電池の方が、従来のようにボルトを用いて接続した実施例４の組電池よりも電池の体積当りの放電容量が大きい。
【００７０】
これは、実施例３では、端子を取付けることによる体積の損失が減少し、組電池全体の体積が減少したためと考えられる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、作動電圧および放電容量が増大し、充放電サイクル寿命が向上した蓄電池およびこれを用いた組電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の蓄電池に用いられる負極板を示す平面図である。
【図２】第１実施形態の蓄電池に用いられる正極板を示す平面図である。
【図３】第１実施形態の蓄電池の構造を説明するための図である。
【図４】第１実施形態の蓄電池の構造を説明するための図である。
【図５】第１実施形態の蓄電池の構造を示す斜視図である。
【図６】第２実施形態の蓄電池に用いられる負極板を示す平面図である。
【図７】第２実施形態の蓄電池に用いられる正極板を示す平面図である。
【図８】第２実施形態の蓄電池の構造を説明するための図である。
【図９】第２実施形態の蓄電池の構造を説明するための図である。
【図１０】第２実施形態の蓄電池の構造を示す斜視図である。
【図１１】比較例の蓄電池に用いられる負極板を示す平面図である。
【図１２】比較例の蓄電池に用いられる正極板を示す平面図である。
【図１３】比較例の蓄電池の構造を説明するための図である。
【図１４】比較例の蓄電池の構造を説明するための図である。
【図１５】比較例の蓄電池の構造を示す斜視図である。
【図１６】実施例１、実施例２、比較例の蓄電池のサイクル数と放電容量との関係を示す図である。
【図１７】第１実施形態の組電池に用いられる第１蓄電池を示す斜視図である。
【図１８】第１実施形態の組電池に用いられる第２蓄電池を示す斜視図である。
【図１９】第１実施形態の組電池の構造を説明するための図である。
【図２０】第１実施形態の組電池の構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  集電タブ
２  負極板本体
３  正極板本体
１４，２４，３４  負極板
１５，２５，３５  正極板
１６，２６，３６  電極板積層体
１７，２７，３７，４７，５７  電槽
１８，２８，３８，４８，５８  負極端子
１９，２９，３９，４９，５９  正極端子
１００，２００，３００，４００，５００  角型蓄電池
６００  組電池
なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【図１】
0003553755.tif 000004
【図２】
0003553755.tif 000005
【図３】
0003553755.tif 000006
【図４】
0003553755.tif 000007
【図５】
0003553755.tif 000008
【図６】
0003553755.tif 000009
【図７】
0003553755.tif 000010
【図８】
0003553755.tif 000011
【図９】
0003553755.tif 000012
【図１０】
0003553755.tif 000013
【図１１】
0003553755.tif 000014
【図１２】
0003553755.tif 000015
【図１３】
0003553755.tif 000016
【図１４】
0003553755.tif 000017
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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