(57)【要約】  再充電可能な電力デバイスは、１つまたは複数のスーパーキャパシタと、少なくとも１つの再充電可能な電池と、前記スーパーキャパシタを前記少なくとも１つの再充電可能な電池に結合するように構成された制御電子装置とを含む。その再充電可能なデバイスは、構造が柔軟でありながら、急速に再充電して電子機器に電力を供給するように動作可能にすることができる。その再充電可能な電力デバイスは、ユーザデバイスおよび／または衣服に一体化されることができる。【選択図】  図２Ａ
2019528574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数のスーパーキャパシタと、
少なくとも１つの再充電可能な電池と、
前記スーパーキャパシタを前記少なくとも１つの再充電可能な電池に結合するように構成された制御電子装置とを含む、
再充電可能な電力デバイス。
【請求項２】
複数の前記スーパーキャパシタが、スーパーキャパシタのアレイの各スーパーキャパシタ間に物理的ギャップが存在するように、実質的に平面のアレイ状に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記１つまたは複数のスーパーキャパシタがプリントされたスーパーキャパシタであることを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記複数のスーパーキャパシタが、スクリーン印刷、インクジェット印刷、フレキソ印刷、ステンシル印刷およびグラビア印刷のうちの少なくとも１つを使用してプリントされることを特徴とする、請求項３に記載のデバイスを製造する方法。
【請求項５】
前記スーパーキャパシタが、高表面積機能性材料を含む電極を含むことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記高表面積機能性材料が、グラフェン、活性炭素、カーボンナノチューブ、金属酸化物、層状酸化物、水酸化物、エアロゲルおよびナノポーラス発泡体のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記スーパーキャパシタが、金属性または非金属性の集電体基板を含むことを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のデバイスまたは方法。
【請求項８】
前記金属性集電体基板が、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン、鋼および銀ナノワイヤのうちの少なくとも1つで被覆されたＰＥＴ／ ＰＥＮ／ＰＩを含むことを特徴とする、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記非金属性集電体基板が、インジウム錫酸化物被覆ＰＥＴ ／ ＰＥＮ ／ ＰＩ、窒化チタン被覆ＰＥＴ／ＰＥＮ／ＰＩ、およびポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸被覆ＰＥＴ／ＰＥＮ／ＰＩのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項７または８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記電極が、前記高表面積機能性材料を水性バインダー系と混合してスラリーを形成し、該スラリーを前記金属性または非金属性の集電体基板にプリントしてプリントされた電極を形成することによって、形成されることを特徴とする、請求項７ないし９のいずれか一項に記載のデバイスを製造する方法。
【請求項１１】
前記水性バインダー系が、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、メチルヒドロキシエチルエーテルセルロース、ヒドロキシエチルエーテルセルロース、ポリ（２−ヒドロキシプロピルメタクリレート）、ポリエチレンオキシド、ポリアクリルアミド、カゼイン、ポリアクリル酸、およびグアーガム誘導体のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記プリントされた電極が、近赤外線加熱技術、フォトニック加熱技術およびオーブン加熱技術のうちの少なくとも１つを使用して熱処理されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記スーパーキャパシタが電解質を含むことを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載のデバイスまたは方法。
【請求項１４】
電解質が水性媒体中に配合されていることを特徴とする、請求項１３に記載のデバイスまたは方法。
【請求項１５】
前記スーパーキャパシタが、再充電可能な二次電池として動作することを特徴とする、請求項１ないし１４のいずれか一項に記載のデバイスまたは方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの再充電可能な電池が、プリントされた再充電可能な電池である、請求項１ないし１５のいずれか一項に記載のデバイスまたは方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの再充電可能な電池が、Ｎｉイオン、ＺｎイオンまたはＡｌイオンのうちの少なくとも１つの化学作用に基づくことを特徴とする、請求項１ないし１６のいずれか一項に記載のデバイスまたは方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの再充電可能な電池が、スクリーン印刷、インクジェット印刷、フレキソ印刷、ステンシル印刷およびグラビア印刷のうちの少なくとも１つを使用してプリントされることを特徴とする、請求項１ないし１７のいずれか一項に記載のデバイスまたは方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの再充電可能な電池が、金属性または非金属性の集電体基板を含むことを特徴とする、請求項１ないし１８のいずれか一項に記載のデバイスまたは方法。
【請求項２０】
前記集電体基板が、可撓性、半可撓性または剛性であることを特徴とする、請求項１９に記載のデバイスまたは方法。
【請求項２１】
前記再充電可能な電池が、アノードおよびカソードを含み、前記集電体材料が、前記アノードおよび前記カソードについて同一であるか、または前記アノードおよび前記カソードについて異なるかのいずれかであることを特徴とする、請求項１９または２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記アノードおよびカソードがそれぞれの集電体基板上にプリントされたスラリーから作製されることを特徴とする、請求項２１に記載のデバイスまたは方法。
【請求項２３】
前記スラリーが水性バインダー系を含むことを特徴とする、請求項２２に記載のデバイスまたは方法。
【請求項２４】
前記水性バインダー系が、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、メチルヒドロキシエチルエーテルセルロース、ヒドロキシエチルエーテルセルロース、ポリ（２−ヒドロキシプロピルメタクリレート）、ポリエチレンオキシド、ポリアクリルアミド、カゼイン、ポリアクリル酸およびグアーガムのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項２３に記載のデバイスまたは方法。
【請求項２５】
前記アノードおよびカソードが、大気環境にある前記集電体基板上に前記スラリーをスクリーン印刷することによって作成されることを特徴とする、請求項２１ないし２４のいずれか一項に記載のデバイスまたは方法。
【請求項２６】
前記アノードが、Ｎｉ、ＺｎまたはＡｌのうちの少なくとも１つと前記水性バインダー系とを含むスラリーからプリントされることを特徴とする、請求項２５に記載のデバイスまたは方法。
【請求項２７】
前記カソードが、α−ＭｎＯ２、λ−ＭｎＯ２、ＴｉＯ２、トドロカイト、ヘキサシアノ鉄酸亜鉛、ヘキサシアノ鉄酸銅、スピネル−Ｍｎ２Ｏ４、ヘキサシアノ鉄酸ニッケル、エアロゲル、Ｖ２Ｏ５、エアロゲル、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、酸素含有ペロブスカイト化合物、粘土およびタルクのうちの少なくとも１つと前記水性バインダー系とを含むスラリーからプリントされることを特徴とする、請求項２５または２６に記載のデバイスまたは方法。
【請求項２８】
前記アノードが、Ｎｉ、Ｚｎ、またはＡｌのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項２１ないし２７のいずれか一項に記載のデバイスまたは方法。
【請求項２９】
前記カソードが層状材料を含むことを特徴とする、請求項２１ないし２８のいずれか一項に記載のデバイスまたは方法。
【請求項３０】
前記層状材料が、α−ＭｎＯ２、λ−ＭｎＯ２、ＴｉＯ２、トドロカイト、ヘキサシアノ鉄酸亜鉛、ヘキサシアノ鉄酸銅、スピネル−Ｍｎ２Ｏ４、ヘキサシアノ鉄酸ニッケル、Ｖ２Ｏ５、エアロゲル、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、酸素含有ペロブスカイト化合物、粘土およびタルクのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項２９に記載のデバイスまたは方法。
【請求項３１】
前記アノードおよびカソードが、コンベクションオーブン、近赤外線焼結またはフォトニック焼結のいずれかの熱処理技術を使用して熱処理されることを特徴とする、請求項２１ないし３０のいずれか一項に記載のデバイスまたは方法。
【請求項３２】
前記再充電可能な電池が水性の不燃性電解質を含むことを特徴とする、請求項１ないし３１のいずれか一項に記載のデバイスまたは方法。
【請求項３３】
前記電解質が、Ｎｉ、Ｚｎ、またはＡｌの１つまたは複数の塩類を含むことを特徴とする、請求項３２に記載のデバイスまたは方法。
【請求項３４】
前記電解質が、ＮｉＳＯ４、ＺｎＳＯ４、ＡｌＣｌ３、またはＡｌ２（ＳＯ４）３のいずれかを含むことを特徴とする、請求項３３に記載のデバイスまたは方法。
【請求項３５】
ロールツーロール式またはバッチ式の製造プロセスを使用して製造される、請求項１ないし３４のいずれか一項に記載のデバイスまたは方法。
【請求項３６】
制御電子装置が、前記スーパーキャパシタに送られるエネルギーの量を管理するように構成された入力電力制御電子装置を含むことを特徴とする、請求項１ないし３５のいずれか一項に記載のデバイスまたは方法。
【請求項３７】
前記制御電子装置が、電荷を前記スーパーキャパシタから直接出力管理電子装置に向けるように、または電荷を前記スーパーキャパシタから前記少なくとも１つの再充電可能な電池に向けるように構成された電荷管理電子装置を含むことを特徴とする、請求項１ないし３６のいずれか一項に記載のデバイスまたは方法。
【請求項３８】
前記少なくとも１つの再充電可能な電池が、電荷を出力管理電子装置に向けるように構成されていることを特徴とする、請求項１ないし３７のいずれか一項に記載のデバイスまたは方法。
【請求項３９】
前記制御電子装置が、前記スーパーキャパシタまたは前記少なくとも１つの再充電可能な電池のいずれかから外部デバイスに電力を供給するように構成されていることを特徴とする、請求項１ないし３８のいずれか一項に記載のデバイスまたは方法。
【請求項４０】
外部電源からスーパーキャパシタを急速に充電し、
前記複数のスーパーキャパシタから少なくとも１つの再充電可能な電池をより遅く充電するように構成されている、
請求項１ないし３９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４１】
スーパーキャパシタを急速に充電し、
少なくとも１つの再充電可能な電池を同時に充電するように構成され、
前記スーパーキャパシタおよび少なくとも１つの再充電可能な電池が外部電源から充電されることを特徴とする、
請求項１ないし４０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４２】
前記スーパーキャパシタに蓄積された電荷から直接外部の電子デバイスに電力を供給しまたは再充電するように構成されている、請求項１ないし４１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４３】
前記少なくとも１つの再充電可能な電池に蓄積された電荷から外部の電子デバイスに電力を供給または再充電するように構成されている、請求項１ないし４２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４４】
前記少なくとも１つの再充電可能な電池が、前記複数のスーパーキャパシタに電荷を供給することができるように構成されている、請求項１ないし４３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４５】
前記デバイスが、電子デバイスの誘導充電のために二次電源ユニットに一体化されていることを特徴とする、請求項１ないし４４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４６】
前記デバイスが民生用電子デバイスに一体化されていることを特徴とする、請求項１ないし４４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４７】
外部装置に大量のエネルギーを供給するように構成されている、請求項１ないし４４のいずれか一項に記載のデバイスのアレイ。
【請求項４８】
前記各デバイスが、前記アレイに接続するための押し込みコネクタを含むことを特徴とする、請求項４７に記載のアレイ。
【請求項４９】
必要量のエネルギーを供給するように前記デバイスを構成するように配置された制御ボードを含む、請求項４７または請求項４８に記載のアレイ。
【請求項５０】
従来の電池構造体に一体化されている、請求項１ないし４４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５１】
請求項１ないし４４のいずれか一項に記載のデバイスを含む衣服。
【請求項５２】
前記デバイスが、内側布地層と外側布地層との間に挟まれていることを特徴とする、請求項５１に記載の衣服。
【請求項５３】
前記デバイスによって電力を供給される１つまたは複数のセンサを含む、請求項５１または５２に記載の衣服。
【請求項５４】
前記デバイスによって電力を供給されるディスプレイを含む、請求項５１ないし５３のいずれか一項に記載の衣服。
【請求項５５】
請求項１ないし４４のいずれか一項に記載のデバイスを含むウェアラブル技術デバイス。
【請求項５６】
前記デバイスが一体化されているストラップを有する、請求項５５に記載のウェアラブル技術デバイス。
【請求項５７】
前記再充電可能な電力デバイスが取り外しが可能である、請求項５５または５６に記載のウェアラブル技術デバイス。 
【請求項５８】
請求項１ないし４４のいずれか一項に記載の再充電可能な電力デバイスを含む、多層デバイス。
【請求項５９】
平面発光デバイスを含む、請求項５８に記載の多層デバイス。
【請求項６０】
光起電力セルの平面状アレイを含む、請求項５８または５９に記載の多層デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は再充電可能なパワー（電力）セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
［発明の背景］
従来の再充電可能な電池（複数）は、典型的には、リチウムイオン（Ｌｉイオン）の化学作用に基づいている。これらの電池は通常軽量であって４．２Ｖまでの電圧を供給するが、それがこれらの電池を小型の電気・電子デバイスに給電するのに理想的なものにする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
リチウムイオン再充電可能電池技術の限界は、リチウムイオン電池の充電容量が電池の重量に正比例するため、電動工具やラップトップコンピュータなどのより高いワット数のデバイスに給電するには、より重いリチウムイオン電池が必要となることである。さらなる限界は、典型的には、リチウムイオン電池は充電するのに時間が長くかかり、その成分が高可燃性であるためにいくつかの状況では危険となり得ることである。対照的に、ニッケルイオン（Ｎｉイオン）、亜鉛イオン（Ｚｉイオン）およびアルミニウムイオン（Ａｌイオン）の化学作用に基づく再充電可能な電池は、従来のＬｉイオン電池よりも速く充電することができ、より高いエネルギー密度を有することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
［発明の記載］
本発明の態様は、添付の特許請求の範囲において規定される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、本発明の少なくともいくつかの実施形態におけるパワーセルの構成要素（部品）の配置を示すブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａおよび図２Ｂは、パワーセルの第１の実施形態を示す。
【図２Ｂ】図２Ａおよび図２Ｂは、パワーセルの第１の実施形態を示す。
【図３】図３は、再充電可能な電池の両側にスーパーキャパシタのアレイを備えるパワーセルの第２の実施形態を示す。
【図４】図４は、二次電源ユニットに実装されたパワーセルを示す。
【図５】図５は、民生用電子デバイスを誘導的に充電するように動作する、二次電源ユニットに実装されたパワーセルを示す。
【図６Ａ】図６Ａおよび図６Ｂは、民生用電子デバイスに直接実装されたパワーセルを示す。
【図６Ｂ】図６Ａおよび図６Ｂは、民生用電子デバイスに直接実装されたパワーセルを示す。
【図７】図７は、パワーセルアレイ状に配置された一連のパワーセルを示す。
【図８】図８は、従来の電池型構造体で実施されたパワーセルを示す。
【図９Ａ】図９Ａおよび図９Ｂは、エネルギー収集用でかつ発光用のデバイスに実装されたパワーセルを示す。
【図９Ｂ】図９Ａおよび図９Ｂは、エネルギー収集用でかつ発光用のデバイスに実装されたパワーセルを示す。
【図１０】図１０は、衣服に実装されたパワーセルの第１の実施形態を示す。
【図１１】図１１は、衣服に実装されたパワーセルの第２の実施形態を示す。
【図１２】図１２は、ウェアラブル技術デバイスに実装されたパワーセルの第１の実施形態を示す。
【図１３】図１３は、ウェアラブル技術デバイスに実装されたパワーセルの第２の実施形態を示している。
【図１４】図１４は、ウェアラブル技術デバイスに実装されたパワーセルの第３の実施形態を示す。
【図１５】図１５は、ウェアラブル技術デバイスに実装されたパワーセルの第４の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
［実施形態の詳細な説明］
図１は、パワーセル１の構成要素（部品）の配置を示すブロック図を示す。パワーセル１は、外部電源から電力を供給される入力電源４を含む、そしてその入力電源は標準的な充電器よりもパワーセル１へより多くの量のエネルギーを供給するように設計されたプラグイン電源とすることができる。そのような入力電源は、標準の再充電可能な電池に供給されるであろうよりも多くのエネルギーを供給することができ、また、標準のユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）接続を用いて普通に利用できるものよりも大きなものにすることができる。入力電源４は入力電源制御電子装置ユニット５に接続され、次いでそのユニットはスーパーキャパシタ２に接続されている。入力電源制御電子装置ユニット５は、スーパーキャパシタ２に送られるエネルギー量を安全に管理するように構成された集積回路のシステムとすることができる。スーパーキャパシタ２は、プリントされたスーパーキャパシタでもまたはプリントされたスーパーキャパシタのアレイでも、あるいは同様などんなデバイスでもまたはそのアレイでもよく、形状およびサイズがカスタマイズでき、そしてそのデバイスの内部の化学的性質を損なうことなく急速に充電しまた多数回放電をするのに適しているものであれば良い。
【０００７】
エネルギーは、入力電源４から入力電源制御電子装置５を介しスーパーキャパシタ２へ速やかに送られる。スーパーキャパシタ２は、スーパーキャパシタ制御電子装置８に結合されることができる。エネルギーは、充電管理電子装置６に送られる前にスーパーキャパシタ２に蓄えられる。充電管理電子装置６は、出力管理電子装置７と少なくとも１つの再充電可能な電池３との両方に接続されている。少なくとも１つの再充電可能な電池３も出力管理電子装置に接続されている。少なくとも１つの再充電可能な電池３は、Ｎｉイオン、ＺｎイオンまたはＡｌイオンのいずれかの化学作用に基づく再充電可能な電池を含むことができる。Ｎｉイオン、ＺｎイオンおよびＡｌイオンの化学作用に基づく再充電可能な電池は、Ｎｉイオン、ＺｎイオンおよびＡｌイオンの化学作用に基づく再充電可能な電池がより速い速度でスーパーキャパシタ２によって充電される（take charge）ことができるので、Ｌｉイオンの化学作用によるものよりも好ましい。
【０００８】
スーパーキャパシタ２に蓄積されたエネルギーは、出力管理電子装置７によって直接使用されて電子デバイスに電力を供給しまたは電子デバイスを再充電することができ、あるいはスーパーキャパシタ２に蓄積されたエネルギーは、少なくとも１つの再充電可能な電池３を充電するために使用されることができる。これらの動作は両方ともスーパーキャパシタ２から電荷を移動し、それによって、スーパーキャパシタ２に、更なる電荷を蓄積するための空き容量を提供する。
【０００９】
スーパーキャパシタ２に蓄積されたエネルギーが少なくとも１つの再充電可能な電池３に完全に送られてしまった場合、および／または外部デバイスによって使用されてしまった場合、スーパーキャパシタ２は、高速で更なる電荷を受け入れる（take on）ことができるだろう。少なくとも１つの再充電可能な電池３に蓄えられたエネルギーは、電子デバイスを再充電するために使用されることができ、同時にスーパーキャパシタによって再充電されることができる。
【００１０】
少なくとも１つの再充電可能な電池３は、設定された電圧または放電率（discharge rate）を超えることができず、そのため、エネルギー消費率のより高い電子デバイスに給電するためにその電池が使用されるのを防ぐ。この場合、少くとも１つの再充電可能な電池３の容量は実質的に高いので、その少なくとも１つの再充電可能な電池３はスーパーキャパシタ２を充電するのに使用されることができる。そこで、スーパーキャパシタ２は、出力管理電子デバイス７を介して使用されて、前記少なくとも１つの再充電可能な電池３が達成可能な速度よりも速い速度で、電力の供給を必要とする電子デバイスに電力を供給することができる。
【００１１】
スーパーキャパシタ２は、電源から、従来の再充電可能な電池よりも実質的に速く充電されることができ、したがって、スーパーキャパシタ２は、パワーセル１に、充電時間の実質的な減少をもたらす。次いで、スーパーキャパシタ２に蓄えられたエネルギーは少なくとも１つの再充電可能な電池３をより遅い速度で充電するように使用され、その少なくとも１つの再充電可能な電池３の損傷の可能性を大幅に減少させるとともに、スーパーキャパシタ２の容量を解放して次の充電の際に更なる電荷を迅速に蓄積する。外部電源に接続されている間、入力電源制御電子装置５は、スーパーキャパシタ２を迅速に充電し、また、同時に、少なくとも１つの再充電可能な電池を充電することができる。外部電源が切断されたとき、スーパーキャパシタ２は、長時間記憶（long-term storage）のために、少なくとも１つの再充電可能な電池３に電荷を転送することができる。
【００１２】
パワーセル１が標準的なＵＳＢ電源に接続されたときは、パワーセルは、電荷を供給するデバイスによって維持される速度で、前記少なくとも１つの再充電可能な電池３を充電するであろう。
【００１３】
パワーセル１の構成要素は、多層の活性物質のアセンブリを含むことができるが、その多層の活性物質は、スクリーン印刷、インクジェット印刷、フレキソ印刷、ステンシル印刷およびグラビア印刷などの最新の印刷技術を用いて様々な導電性の基板上にプリントすることができる。その基板は、可撓性、半可撓性または剛性とすることができる。パワーセル１は、ロールツーロール式またはバッチ式の製造プロセス（工程）によって製造することができる。
【００１４】
Ｚｎイオン、ＮｉイオンまたはＡｌイオンの化学作用に基づく高容量のプリントされた再充電可能な電池３は、スーパーキャパシタ２に有利に接続されることができる。理論的な体積容量値は下記の表に示されるが、その表は、Ｎｉ２＋、Ｚｎ２＋およびＡｌ３＋などの多価の陽イオン、これは電気化学反応において２つ以上の電子に寄与する能力を持つが、その多価の陽イオンが、Ｌｉ＋イオンよりも高い容量値をもたらすことを示す。スクリーン印刷されたＮｉ２＋、Ｚｎ２＋およびＡｌ３＋ベースの再充電可能な電池の場合、１５０ｍＡｈ ／ｇを超える（＞１５０ｍＡｈ ／ｇ）平均比容量（average specific capacity）が得られるが、その場合に、同等の傾向が観察される。
【００１５】
イオン        標準電極電位（Ｖ）          体積容量（ｍＡｈ／ｃｍ３）
…………………………………………………………………………………………
Ｌｉ＋              −３.０５                           ２０４４
Ｎｉ２＋            −０.２５                           ８１３３
Ｚｎ２＋            −０.７６                           ５８５４
Ａｌ３＋            −１.６６                           ８０４６
…………………………………………………………………………………………
【００１６】
［再充電可能な電池］
少なくとも１つの再充電可能な電池３は、集電体基板、アノードおよびカソード用のプリントされた電極材料、電解質、ならびに電極間のセパレータを含むことができる。少なくとも１つの再充電可能な電池３の層は、スクリーン印刷、インクジェット印刷、フレキソ印刷、ステンシル印刷およびグラビア印刷などの最新の印刷技術を使用することによってプリントすることができる。
【００１７】
集電体基板は金属性でも非金属性でもよく、プリントされた電極材料を物理的に支持する。金属性集電体基板は、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン、鋼、銀ナノワイヤのいずれかで被覆されたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）／ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）／ＰＩ（ポリイミド樹脂）を含んでもよく、または任意の他の金属性材料を含んでもよい。非金属性集電体基板は、インジウム錫酸化物被覆ＰＥＴ／ＰＥＮ／ＰＩ、窒化チタン被覆ＰＥＴ／ＰＥＮ／ＰＩ、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸被覆ＰＥＴ／ＰＥＮ／ＰＩ、またはその他の非金属性材料のいずれでもよい。アノードおよびカソードは、互いに同じ集電体材料または異なる集電体材料のどちらを含んでもよい。
【００１８】
少なくとも１つの再充電可能な電池のためのアノードおよびカソード（電極）材料は、水性バインダー系中でスラリーの形態で配合（formulate）されることができる。水性バインダー系は、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、メチルヒドロキシエチルエーテルセルロース、ヒドロキシエチルエーテルセルロース、ポリ（２−ヒドロキシプロピルメタクリレート）、ポリエチレンオキシド、ポリアクリルアミド、カゼイン、ポリアクリル酸、またはグアーガム誘導体を含むことができるが、これに限定されない。配合されたスラリーの物理的性質は、再充電可能な電池の製造において関与するプリントプロセスとその製造において使用される集電体基板の表面形態とに応じて最適化されることができる。
【００１９】
Ｎｉ、ＺｎまたはＡｌを含有するスラリーは空気中で直接集電体材料上にスクリーン印刷され、続いて、焼結アノードを得るためにコンベクション（対流式）オーブン中で熱処理することができる。焼結アノードは、ごくわずかな時間で、近赤外線加熱、またはフォトニック焼結などの従来とは異なる熱処理技術によって製造することもできる。これは、再充電可能な電池材料のロールツーロール式製造にとって有益である。
【００２０】
少なくとも１つの再充電可能な電池３用のカソードは、α−ＭｎＯ２、λ−ＭｎＯ２、ＴｉＯ２、トドロカイト、ヘキサシアノ鉄酸亜鉛、ヘキサシアノ鉄酸銅、スピネル−Ｍｎ２Ｏ４、ヘキサシアノ鉄酸ニッケル、エアロゲル、Ｖ２Ｏ５、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、酸素含有ペロブスカイト化合物、粘土およびタルクを含むがこれらに限定されない層状材料で作られることができる。アノードと同様に、カソード材料を含有するスラリーも空気中で集電体基板上にスクリーン印刷され、オーブン中でまたは近赤外線加熱もしくはフォトニック焼結の技術を使用して熱処理されることができる。
【００２１】
水系の不燃性電解質はＮｉイオン、ＺｎイオンおよびＡｌイオンの再充電可能な電池用に使用されることができるが、その水系の不燃性電解質は有機溶媒等価物よりも比較的毒性が低い。これらの電解質は、ＮｉＳＯ４、ＺｎＳＯ４、ＡｌＣｌ３およびＡｌ２（ＳＯ４）３を含むがこれらに限定されない対応する金属イオンの塩類を含む。これらの電解質は、Ｎｉイオン、ＺｎイオンおよびＡｌイオンの再充電可能な電池の様々な電気化学的性質を調整するためのいくつかの追加の添加物を含むことができるが、その様々な電気化学的性質は、電圧、電流、イオン移動度、内部抵抗、腐食速度（corrosion kinetics）などを含む。これらの電解質は空気中で安定であり得るので、Ｎｉイオン、ＺｎイオンおよびＡｌイオンの化学作用に基づく再充電可能な電池は周囲条件で組み立てられることができる。
【００２２】
このようにして製造されたＮｉ、ＺｎまたはＡｌベースの二次電池は、可燃性または高反応性の化学物質を何も必要としない。電極を製造するための電解質およびスラリーは、純粋に水をベースとすることができる。そのため、Ｎｉ、ＺｎおよびＡｌをベースとする再充電可能な電池は、従来のＬｉイオンベースの再充電可能な電池および他のそのようなデバイスよりも環境に優しく安全である。
【００２３】
［スーパーキャパシタ］
スーパーキャパシタ２は、スクリーン印刷、インクジェット印刷、フレキソ印刷、ステンシル印刷およびグラビア印刷、または任意の他のロールツーロール式プロセスなどの従来の印刷技術を使用してプリントされることができる。スーパーキャパシタの電極は、ある範囲の高表面積機能性材料を含むことができるが、その機能性材料は、グラフェン、活性炭素、カーボンナノチューブ、金属酸化物、層状酸化物、水酸化物、エアロゲルおよびナノポーラス発泡体を含むがこれらに限定されない。これらの機能性材料は水性バインダー系とブレンドされることができるが、この水性バインダー系は、スラリーの形態で、スクリーン印刷可能な電極材料を作成する（prepare）ために、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、メチルヒドロキシエチルエーテルセルロース、ヒドロキシエチルエーテルセルロース、ポリ（２−ヒドロキシプロピルメタクリレート）、ポリエチレン酸化物、ポリアクリルアミド、カゼイン、ポリアクリル酸またはグアーガム誘導体を含むことができるが、これに限定されない。スーパーキャパシタ用のプリントされた電極は集電体基板上に作成されることができ、前記集電体基板は金属性でも非金属性でもよく、プリントされた電極材料に物理的支持体を提供する。
【００２４】
スーパーキャパシタ２の金属性集電体基板は、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン、鋼、ＰＩ及び銀ナノワイヤのいずれかで被覆されたＰＥＴ／ＰＥＮ／ＰＩを含んでもよく、または任意の他の金属性材料を含んでもよい。非金属性集電体基板は、インジウム錫酸化物被覆ＰＥＴ／ＰＥＮ／ＰＩ、窒化チタン被覆ＰＥＴ／ＰＥＮ／ＰＩ、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸被覆ＰＥＴ／ＰＥＮ／ＰＩ、またはその他の非金属性材料のいずれでもよい。
【００２５】
前記プリントされた電極は、近赤外線加熱技術、フォトニック加熱技術またはオーブン加熱技術を用いて熱処理されることができる。このようにして製造された、プリントされたスーパーキャパシタは、最適化された電気化学的性能を達成するために、類似または異なる電極材料を使用して組み立てられることができる。スーパーキャパシタの電極は、事実上「対称」または「非対称」のどちらでもよい。非対称型スーパーキャパシタの性能は、結果として得られる製品から、より高い電圧および電気容量の値が得られるように、１つまたは複数の種類の金属酸化物および水酸化物を炭素ベースの材料と組み合わせることによって改善される。例えば、ＭｎＯ２−活性炭素ベースの非対称スーパーキャパシタでは、一方の電極はＭｎＯ２から作られ、他方の電極は活性炭素である。対称スーパーキャパシタでは、両方の電極が同じで、性能が最適化されたカーボンまたは金属の酸化物でできている。
【００２６】
非対称および対称スーパーキャパシタの両方とも、製造プロセス全体を通して有害なまたは高反応性の化学物質を何も必要としない。これらのスーパーキャパシタは、急速な充電および放電のプロセスがそれらに悪影響を及ぼさないという条件で、再充電可能な二次電池の形態を含むことができる。
【００２７】
このようにして製造された前記プリントされたスーパーキャパシタの電気化学的性能は、異なる種類の電解質系を用いて制御されることができる。前記プリントされたスーパーキャパシタ用の電解質は、電圧および電気容量などの電気化学的性質を調整するための１つまたは複数の添加物を伴って水系溶媒中で配合されることができる。
【００２８】
［例示的な製造手順］
以下、パワーセル１の構成要素の例示的な製造手順が説明されている。これに関連して、例示的とは製造手順の一例を規定し、好ましい実施形態を必ずしも規定しない。
【００２９】
Ｚｎイオンの再充電可能な電池
Ｚｎイオンの再充電可能な電池用にスクリーン印刷されたアノードが作成される。１０μｍ未満（＜）の粒径を有する亜鉛金属粒子が、化学的に改質されたＰＶＡ（ポリビニルアルコール）ベースのバインダーに９０重量％の濃度で添加され、そして４０℃で一晩撹拌して均質に分布したＺｎ粒子を有する粘性スラリーを得る。化学的に改質されたＰＶＡは、焼結粒子と集電体材料との間の接着性の改善をもたらす。それはまたバインダー系中にＺｎ粒子の均一な分散を生じさせ、それによって焼結アノードに対し滑らかな表面仕上げを達成する。次に、Ｚｎ粒子を含有する粘性スラリーが空気中で窒化チタン（ＴｉＮ）被覆の鋼箔上にスクリーン印刷され、続いて近赤外線オーブンを使用して熱処理されて溶融Ｚｎ粒子の焼結アノードが製造される。
【００３０】
α−ＭｎＯ２を基にした、スクリーン印刷されたカソードが、α−ＭｎＯ２粒子を化学的に改質されたＰＶＡバインダー中に分散させることによって作成される。α−ＭｎＯ２およびＰＶＡを含有するカソード混合物が４０℃で一晩撹拌されて均質なスラリーを得るが、そのスラリーは、別のＴｉＮ被覆鋼基板上に空気中でスクリーン印刷され、続いて近赤外線加熱技術を用いて過剰のバインダーを除去する。
【００３１】
Ｚｎイオンの再充電可能な電池セルは、電極（Ｚｎアノードおよびα−ＭｎＯ２カソード）、これらは水性ＺｎＳＯ４電解質に浸された薄いセパレータ材料（厚さ約２０μｍ）によって分離されるが、その電極を一緒に挟むことによって空気中で組み立てられる。この場合のセパレータ材料は、アプリケーションの性質に応じて、紙ベースまたはＣＥＬＧＡＲＤ（商標）とすることができる。最後に、組み立てられたＺｎイオンの再充電可能な電池セルは、ラミネートされたアルミニウムパウチを用いて封入され、続いて電極材料に超音波溶接された銅箔コンタクトを取り付ける。
【００３２】
プリントされたスーパーキャパシタ
Ｖ２Ｏ５とＮｉ（ＯＨ）２との混合物が、化学的に改質されたＰＶＡを含有する水ベースバインダー中に１：１の比で配合される。前記配合物は５時間超音波処理され、続いて４０℃で一晩撹拌されて、スーパーキャパシタ電極をプリントするための粘着性のペースト（電極ペースト）を得る。次に電極ペーストはＴｉＮ被覆鋼基板上にスクリーン印刷され、そしてフォトニック焼結ユニットを使用して焼結される。対称スーパーキャパシタセルは、ゲル状の酸性電解質で被覆されたＣＥＬＧＡＲＤ（商標）膜によって分離された、２つの同一の電極板を互いの上に積み重ねることによって組み立てられる。次いで、セル全体がプラスチックパウチに封入され、続いて電極板の端子に電気接点が超音波溶接される。
【００３３】
［特定の実施形態］
図２Ａは、パワーセル１の特定の実施形態を示す。再充電可能な電池３は、任
意の形状またはサイズに充分にカスタマイズ可能な、ロールツーロール式スクリーン印刷された電池である。スーパーキャパシタ２のアレイの、スーパーキャパシタ間ギャップ１１は、もし単一のスーパーキャパシタのみが使用されたとしたら可能であったよりもはるかに大きい曲げ角度を許容するので、スーパーキャパシタ２のアレイはデバイスに高い柔軟性を提供する。パワーセルの動作は制御回路９によって制御されるが、この制御回路は入力電源制御電子装置５、充電管理電子装置６、出力管理電子装置７およびキャパシタ管理電子装置８の組み合わせを含む。パワーセル１は外部デバイスに接続するための接続端子１０を含む。接続端子１０は、また、例えばデバイスの識別のようなしかしこれに限定されない追加のタスクを実行するために、制御回路９の管理電子装置に接続されることになるであろう複数の他の接続部を含むことができる。
【００３４】
図２Ｂは、図２の実施形態の側面図を示し、スーパーキャパシタ２のアレイが再充電可能な電池３の一方の側に取り付けられ、そのスーパーキャパシタ間に制御回路９が配置されていることを示している。 
【００３５】
図３は、スーパーキャパシタ２のアレイがパワーセル１の両側に設けられていることを除いて、第１の実施形態と同様の第２の実施形態を示す。
【００３６】
図４は、電話機などの電子デバイスを誘導的に充電するために使用することができる二次電源ユニット１９に実装されたパワーセル１を示す。二次電源ユニットは、保護ケーシング１２と、入力ソケット１４と、電子デバイスに電荷を出力するための出力ソケット１３とを含む。入力ソケットはＵＳＢ接続ポートまたは他の入力ポートフォーマットとすることができ、出力ソケットはＵＳＢ接続ポートまたは他の任意の出力ポートフォーマットとすることができる。 二次電源ユニットは、急速充電器用ソケット１５と、デバイス制御電子装置１６と、誘導充電電子並びに転送用ユニット１７と、充電レベル指示器１８とをさらに含む。
【００３７】
図５は、図４のパワーセル１の実施を示すもので、そこでは、インダクタ充電コイルを有する民生用電子デバイス２０が二次電源ユニット１９によって充電されている。民生用電子デバイスが誘導充電コイルを持っていな場合、図４に関連して説明したように、民生用電子デバイスは出力ソケット１３によって二次電源ユニット１９に接続されることができる。
【００３８】
図６Ａおよび図６Ｂは、民生用電子デバイス２０に直接実装されたパワーセル１の正面図および側面図を示す。
【００３９】
図７は、自動車機器、同様のニーズを持つことができる他の大規模機器などのアプリケーションに対し大量のエネルギーを供給（deliver）するように設計されたパワーセルアレイ２１に配置された一連のパワーセル１を示す。アレイ状のパワーセル１（複数）は互いに接続されて、アプリケーションの要件に応じていろいろに構成されることができるエネルギーバンクを形成する。押し込み（プッシュイン）コネクタ２２は、素早い交換のためにパワーセル１を簡単かつ迅速に取り外すことを可能にする。押し込みコネクタ２２は消耗されたパワーセル１をフル充電したパワーセル１と交換するのに特に有用である。例えば、パワーセルアレイ２１を有する電気自動車は、ユーザが消耗したパワーセル１を取り外すことができ、そしてその消耗したパワーセル１を、フル充電したパワーセルを分配（dispense）しているディスペンサーの再充電スロットに置くことができる。次いで、ユーザは、交換用パワーセル１をパワーセルアレイ２１の利用可能なスロットに挿入するだけでよい。ユーザが自宅または彼または彼女の職場の充電ユニットにもう一組のパワーセルを有する場合も同様のシナリオが適用できる。パワーセルの充電は、パワーセル１が、装着された（populated）パワーセルアレイ２１に収容されているときにも行なわれることができる。
【００４０】
パワーセルアレイ２１は、アプリケーションの要件に応じて、パワーセル１によって完全にまたは部分的に装着（populated）されることができる構成変更可能な制御ボード２３を含む。スマートプログラミングオプションを使用すれば、正極および負極の端子２５に正しい量のエネルギーを供給するような機器構成にパワーセル１を配置すべく、制御ボード２３及び関連する電子装置に命令を送ることができる。
【００４１】
パワーセルアレイ２１は、パワーセル１および対応する電子制御システムを保護しまたパワーセル１の最適化された動作に適した環境を提供するケーシング２４をさらに含む。パワーセル１を交換するためにケーシングの上部が開くのを可能にするヒンジ２６が設けられている。
【００４２】
いくつかの実施形態では、パワーセル制御電子装置と、パワーセルアレイ２１が接続されているアプリケーションとの間で、情報が送信されることができる。情報は、正極および負極の端子２５を介して、あるいは１つまたは複数の分離したデータ端子を介して信号として送信されることができる。
【００４３】
図８は、ＡＡＡ（単４型）またはＡＡ（単３型）などの従来の電池型構造体、または他の電池型で実施されたパワーセルの実施形態を示す。この実施形態は、スーパーキャパシタ２、少なくとも１つの再充電可能な電池３、充電管理電子装置６および出力管理電子装置７、ならびに正極接続端子２７および負極接続端子２８を含む。
【００４４】
図９Ａは、パワーセル１が実装されている多層デバイスを含む本発明の実施形態を示す。スーパーキャパシタ２および少なくとも１つの再充電可能な電池３は割かれて（split）薄いフィルム（複数）になり、広い面積にわたって広がっている。多層デバイスは、大面積のパワーセル１を使用して、光起電力セル２９のアレイを介したエネルギーの収集、電力の蓄積および電力の出力を提供して、民生用電子デバイスと、暗い場所を照らすためにまたは援助用信号に使用されることができる大面積照光面３０とを充電しおよび／または電力を供給する。
【００４５】
多層デバイスは、軽量、頑強、防水であって多層デバイスの電力再生（reclamation）電子装置に適合するように最適化された光起電力セル２９のアレイを含む。光起電力セル２９のアレイから収集されたエネルギーは、大面積パワーセル１に蓄積される。大面積パワーセル１は、光起電力セル２９のアレイと大面積の照光面３０との間に挟まれる。多層デバイスは、取り外し可能な接続システム、例えば、しかしこれに限定はしないが、民生用電子デバイスを充電および／または給電するためのＵＳＢインターフェースを含むことができる。多層デバイスは、急速充電用電力コネクタをさらに含むことができる。光起電力セル２９のアレイ、大面積パワーセル１、および大面積照光面３０は、防水カバー内に一緒に封入されることができる。
【００４６】
図９Ｂは、図９Ａを参照して説明した多層デバイスの光起電力セル２９のアレイ、大面積パワーセル１および大面積照光面３０の正面図を示す。光起電力セル２９のアレイは、可撓性とすることができ、そして衝撃、水、凍結温度および過度の加熱から生じる損傷から保護されることができる。電気接点は、腐食を止めるように封入されることができる。大面積パワーセル１は、本明細書で前述したように任意の方法で製造された薄い可撓性セルで作られることができる。各セクションは、前述したように互いに接続されたスーパーキャパシタのアレイと少なくとも１つの再充電可能な電池から作られることができる。パワーセルのエネルギー蓄積用構成要素を広い面積にわたって配置することは、デバイスをより薄くかつより柔軟にするのと同様に、デバイス全体にわたって均等に重力を配分することができる。大面積照光面３０は、表面全体に光を均等に配分するように構成された発光ダイオード（ＬＥＤ）ユニット、または多数の導体上に被覆されたエレクトロルミネセント材料、または任意の他の種類の発光技術から作られることができる。一実施形態では、光起電力セル２９のアレイ、大面積パワーセル１、および大面積照光面３０を、耐摩耗性でありかつ可撓性とすることが可能な１つのデバイスに一緒に封入されることができる。
【００４７】
図１０は、例えば、しかしこれに限定しないが、ジャケット、スウェットシャツ、Ｔシャツ、フーディー、トラックスーツトップ、または他のそのような衣類などの衣服３６に組み込まれたパワーセル１を示す。可撓性で薄型のパワーセル１は、本明細書で前述したように構成されることができる。パワーセル１は、外側布地層と内側布地層との間に挟まれて、衣服３６の裏側に配置されることができる。パワーセル１はプログラマブルマイクロコントローラ３１に接続されることができるが、このコントローラは、衣服３６の内層と外層との間に入れることができる。プログラマブルマイクロコントローラは、衣服３６に埋め込まれたセンサ３２への任意の入力および／またはそのセンサからの任意の出力を処理し、可視および／または可聴の出力デバイスにデータを送ることができ、および／または（衣服３６に）内蔵されることのできるデバイスに対し、または、Ｗｉ − Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、赤外線、光ファイバー、人間に明らかでない音声信号などの方法、および／または他の信号送受の方法を使用して遠隔的に衣服３６に接続されることができるデバイスに対し、前記データを記録することができる。
【００４８】
センサ３２は、モーションセンサおよび他の種類のセンサを含むことができるが、これらに限定されない。モーションセンサは、衣服３６の動きを感知し、関連するデータをプログラマブルマイクロコントローラ３１に送るように設計されている。プログラマブルマイクロコントローラ３１およびセンサ３２は、パワーセル１によって電力の供給を受けることができる。他の入出力デバイスもシステムに接続され、パワーセル１によって電力の供給を受けることができる。出力デバイスはエレクトロルミネセントロゴ３３を含むことができ、これは衣服３６上にイルミネーションを施したブランドロゴを提供し、また、低照度（弱光）環境で使用するための視覚補助を提供することができる。心臓モニタ３４用の接続部を、衣服３６を着用しているユーザの身体部に配置することができ、さらに、衣服３６を脱いだときに、心臓モニタ３４用の接続部は衣服３６の内側のポケット内に配置することができる。心臓モニタ３４は、パワーセル１によって電力の供給を受けることができる。衣服３６は、センサからのデータならびに必要とされ得る任意の他の情報を表示することができる表示画面３５を含むことができる。衣服３６の用途に応じて、他のインジケータ、安全灯、エネルギー収集用または付属品用の差し込み口をシステムに組み込むことができる。
【００４９】
図１１は、衣服３７の第２の例を示すが、その衣服にパワーセル１を一体化することができる。衣服３７は、長期間にわたるユーザの多数の活動を監視するために使用することができる完全に一体化されたスポーツシャツを含む。これが可能なのは、パワーセル１が迅速に充電されかつ高容量であるとともに、軽量でありまたバランスよく安全で快適な方法で衣服３７内に組み込まれるからである。衣服３７は、パワーセル１、少なくとも１つの傾斜および重心を感知するセンサ３８、プログラマブルマイクロコントローラ３１、ならびにユーザの動きを詳細にプロットし記録するために使用される複数のモーションセンサ３９を含むことができる。衣服３７は、さらに、エレクトロルミネセントロゴ３３を含むことができ、これは衣服を識別しかつ視認性を高めるために使用することができる。さらに、衣服は、内部の心臓、体温および発汗を監視するモニタ４０、ならびにユーザの経過を視覚化しおよび／または暗闇の中での視覚補助を提供するためのディスプレイ４１を含むことができる。
【００５０】
図１２は、パワーセルがスマートウォッチのようなしかしこれに限定されないウェアラブル技術デバイス４６に一体化されている本発明の実施形態を示す。パワーセルは、時計ストラップが少なくとも１つのマイクロセルの再充電可能な電池３とスーパーキャパシタ２とを含むように、時計ストラップに組み込まれることができる。ウェアラブル技術デバイスは、さらに、誘導性充電パッド４４と電子装置とを含むことができ、また、それは、そのウェアラブル技術デバイス４６に一体化されることができるセンサを収容するために、前記パッドの部分に開口部を有することができる。接続部４５を、ストラップとウェアラブルデバイス４６との間に備えることができる。この構成は、通常の日々の使用におけるウェアラブル技術デバイス４６の動作時間を延ばすために、追加の電源を提供するように設計されている。場合によっては、パワーセルの構成は、ウェアラブル技術デバイス４６にとって唯一の電源となってもよい。
【００５１】
図１３は、パワーセルがウェアラブル技術デバイス自体に組み込まれたコネクタを介してウェアラブル技術デバイスに接続されていることを除いて、図１２のそれと同様のウェアラブル技術デバイス４７を示している。これは、誘導充電パッドを不要とすることができ制御電子装置がウェアラブル技術デバイスに組み込まれることができることを意味する。
【００５２】
図１４は、パワーセル１がウェアラブル技術デバイス４８に直接一体化されて、ただ1回の充電からウェアラブル技術デバイスの機能を最大化することができる本発明の実施形態を示す。ウェアラブル技術デバイス４８は、保護用でありタッチセンシティブで透明な層４９を含むことができるが、その層は、そのデザインに基づいたおよび／またはそのデザインに組み込まれたハプティックフィードバックおよび／または触覚フィードバックの形態を有することができる。ウェアラブル技術デバイスは、ウェアラブル技術デバイス４８の電子的および機械的構成要素を収容することができる保護用であり装飾用のケーシング５０をさらに含むことができる。ストラップ、または必要となる可能性のある他の任意の種類の固定具を接続するために、接続部５２を備えることができる。パワーセル１はパワーセル保護用ケーシング５３内に収容される。パワーセル保護用ケーシング５３は、また、システムの制御、人間とデバイスとの間の感知、および／または、充電を含むがこれに限定されないデバイスとデバイスとの間の伝達のために必要とされる他の任意の電子装置を含むことができる。
【００５３】
保護用および装飾用ケーシング５０とパワーセル保護用ケーシング５３とを一緒にロックするための追加の機構を含むことができる磁気コネクタ５１を備えることができる。磁気コネクタ５１は、２つのケーシングを互いに固定し、ウェアラブル技術デバイス４８の２つのセクション（部分）間のエネルギーおよびデータの転送手段を提供する手段として機能することができる。
【００５４】
ウェアラブル技術デバイス４８は、時計の針と駆動シャフトとこのタイプのユニットに予想される他の既知の構成要素とを有する従来の時計ムーブメント５４とを含むことができる、その既知の構成要素は、従来の時計機構駆動ユニットおよび電子装置５５を含む。ウェアラブル技術デバイス４８は、さらに、従来の時計ムーブメントを収容するために中央に穴が開いた電子ディスプレイ５６を含むことができる。ウェアラブル技術デバイス４８は、当技術分野で知られているような、スマートウォッチ機能用の電子装置５７を含むことができる。ウェアラブル技術デバイス４８は、従来の時計ムーブメントのための交換可能な一次パワーセル５８と、センサアレイおよび電子装置５９とをさらに含むことができる。別個の交換可能な一次パワーセル５８およびパワーセル１は、時間機能がウェアラブル技術デバイスのスマートウォッチ機能とは無関係に動作するような装置を提供することができ、そのため、たとえスマートウォッチ機能用パワーセル１が消耗したとしても、従来の時刻計測システム５４は依然として意図したとおりに動作することができる。
【００５５】
電子ディスプレイ５５は、従来の時計の針の背後にある、時刻計測に無関係の情報を含んでいる多数のウォッチフェイスのうちのいずれか１つを表示する能力を与えることができる。より多くの電力を消費するスマートウォッチの機能を使用しない場合、ウェアラブル技術デバイス４８は何ヶ月もの間時計として機能し続けることができ、当該デバイスに、この能力を提供しない他のそのようなデバイスを超える利点を与える。
【００５６】
図１５は、図１４を参照して説明したウェアラブル技術デバイスを示しており、ウェアラブル技術デバイスの頂部セクション６０は、ウェアラブル技術デバイスの底部セクション６１とは分離している。頂部セクション６０は、従来の時計５４、駆動ユニットおよび電子装置５５、電子ディスプレイ５６、スマートウォッチ機能用の電子装置５７、交換可能な一次パワーセル５８、ならびに、センサアレイおよび電子装置５９を含むことができる。底部セクション６１はパワーセル１とさらなるセンサアレイとを含むことができる。ウェアラブル技術デバイスの頂部セクション６０はそれ自身の一次パワーセル５８を有するので、フル充電されたパワーセル１をウェアラブル技術デバイス４８に取り付けることができかつ電荷の消尽したパワーセル１を急速充電用の充電ユニットに置くことができるように、パワーセル１を含む底部セクション６１から頂部セクション６０を取り外すことができる。
【００５７】
ウェアラブル技術デバイスがモジュール式であることができるように、多くの異なる頂部セクション６０を、多くの異なる底部セクション６１と共に使用することができる。これにより、新しいアップグレードが利用可能になったときに、同じ底部セクション６１を保持しながら頂部セクション６０を交換することができる。他のシナリオでは、例えば、容量が増加したパワーセル１または追加のセンサを有する底部セクション６１を含む新しい底部セクション６１を、底部セクション６１のみの交換を見込むことによって利用可能にすることができる。
【００５８】
［代替実施形態］
上述した開示を読むと代替の実施形態が考えられるが、それでもそれは、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲内とすることができる。
【図１】
2019528574.tif 000003
【図２Ａ】
2019528574.tif 000004
【図２Ｂ】
2019528574.tif 000005
【図３】
2019528574.tif 000006
【図４】
2019528574.tif 000007
【図５】
2019528574.tif 000008
【図６Ａ】
2019528574.tif 000009
【図６Ｂ】
2019528574.tif 000010
【図７】
2019528574.tif 000011
【図８】
2019528574.tif 000012
【図９Ａ】
2019528574.tif 000013
【図９Ｂ】
2019528574.tif 000014
【図１０】
2019528574.tif 000015
【図１１】
2019528574.tif 000016
【図１２】
2019528574.tif 000017
【図１３】
2019528574.tif 000018
【図１４】
2019528574.tif 000019
【図１５】
2019528574.tif 000020
【国際調査報告】
2019528574.tif 000021
2019528574.tif 000022
2019528574.tif 000023
2019528574.tif 000024