(57)【要約】電気化学セル（１）はハウジング（１０）のアウトレット（８）に関連する水素選択性透過性膜（６）を含んでいる。水素選択性透過性膜（６）が基板層（９０）と、金属基準水素移送層といった水素移送層（１００）を含み、また二酸化炭素（ＣＯ２）および水（Ｈ２Ｏ）と比較して水素（Ｈ２）の選択透過性を呈する。
2005502158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソードと、
アノードと、
セパレータと、
前記カソードと前記アノードと前記セパレータを収容し、アウトレットを規定するハウジングと、
前記アウトレットに関連した水素選択性膜と、
有し、前記水素選択性膜がＣＯ２と比較してＨ２を選択的に透過する、電気化学セル。
【請求項２】
前記水素選択性膜が基板層と水素移送層を含む、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項３】
前記基板層がポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリアミド、スチレン−ブタジエンまたはスチレン・ポリイソプレン・ブロック・コポリマー、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリジメチルエチルシロキサンまたはポリトリメチルシリルプロピンである、請求項２に記載の電気化学セル。
【請求項４】
前記水素移送層がＰｔ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｈ、Ｖ、Ｚｒ、Ａｇ、ＡＢ５ミッシュメタル、ＡＢ２ミッシュメタルおよびその合金を含む、請求項２に記載の電気化学セル。
【請求項５】
前記基板層が２５ミクロンから約３００ミクロンの間の厚みを有する、請求項３に記載の電気化学セル。
【請求項６】
前記水素移送層が約１，０００Å未満の厚みを有する、請求項４に記載の電気化学セル。
【請求項７】
前記水素移送層が約５０Åから約１０，０００Å未満の間の厚みを有する、請求項４に記載の電気化学セル。
【請求項８】
前記基板層が約１０Åから約２０００Åの間の孔の直径を有する、請求項３に記載の電気化学セル。
【請求項９】
前記水素選択膜が、前記基板層と前記水素移送層間に配されたプラナー化ポリマーをさらに含む、請求項２に記載の電気化学セル。
【請求項１０】
前記プラナー化ポリマーがシリコン、ウレタンまたはアクリル・ポリマーである、請求項９に記載の電気化学セル。
【請求項１１】
前記プラナー化ポリマーが約１０ミクロン未満の厚みを有する、請求項１０に記載の電気化学セル。
【請求項１２】
前記水素移送層上に分布された保護ガス透過性コーティングをさらに含む、請求項２に記載の電気化学セル。
【請求項１３】
前記水素選択性膜が約１×１０−５ｃｍ３／（ｃｍ２・ｓｅｃ．ｃｍＨｇ）を超える定格でＨ２のパーミアンスを有している、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１４】
前記ハウジングによって規定された前記アウトレットが前記電気化学セルの前記アノード側に配置されている、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１５】
前記電気化学セルがアルカリ・バッテリである、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１６】
前記バッテリが約１０ｍｍ未満の厚みを有する柱状バッテリである、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１７】
前記電気化学セルが金属−空気バッテリである、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１８】
カソードと、
アノードと、
セパレータと、
前記カソードと前記アノードと前記セパレータを収容し、アウトレットを規定するハウジングと、
前記アウトレットに関連した膜と、
を有し、前記膜が基板層と金属基準水素移送層を含んでいる、電気化学セル。
【請求項１９】
前記基板層がポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリアミド、スチレン−ブタジエンまたはスチレン・ポリイソプレン・ブロック・コポリマー、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリジメチルエチルシロキサンまたはポリトリメチルシリルプロピンである、請求項１８に記載の電気化学セル。
【請求項２０】
前記金属基準水素移送層がＰｔ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｈ、Ｖ、Ｚｒ、Ａｇ、ＡＢ５ミッシュメタル、ＡＢ２ミッシュメタルおよびその合金を含む、請求項１８に記載の電気化学セル。
【請求項２１】
前記基板層が２５ミクロンから約３００ミクロンの間の厚みを有する、請求項１９に記載の電気化学セル。
【請求項２２】
前記金属基準水素移送層が約１，０００Å未満の厚みを有する、請求項１９に記載の電気化学セル。
【請求項２３】
前記金属基準水素移送層が約５０Åから約１０，０００Å未満の間の厚みを有する、請求項２０に記載の電気化学セル。
【請求項２４】
前記基板層が約１０Åから約２０００Åの間の孔の直径を有する、請求項２０に記載の電気化学セル。
【請求項２５】
前記膜が、前記基板層と前記水素移送層間に配されたプラナー化ポリマーをさらに含む、請求項１８に記載の電気化学セル。
【請求項２６】
前記プラナー化ポリマーがシリコン、ウレタンまたはアクリル・ポリマーである、請求項２５に記載の電気化学セル。
【請求項２７】
前記プラナー化ポリマーが約１０ミクロン未満の厚みを有する、請求項２６に記載の電気化学セル。
【請求項２８】
前記水素移送層上に配された保護ガス透過性コーティングをさらに含む、請求項１８に記載の電気化学セル。
【請求項２９】
前記膜が約１×１０−５ｃｍ３／（ｃｍ２・ｓｅｃ．ｃｍＨｇ）を超える定格でＨ２のパーミアンスを有している、請求項１７に記載の電気化学セル。
【請求項３０】
前記ハウジングによって規定された前記アウトレットが該電気化学セルの前記アノード側に配置されている、請求項１８に記載の電気化学セル。
【請求項３１】
カソードと、
カソード膜と、
アノードと、
セパレータと、
前記カソードと前記カソード膜と前記アノードと前記セパレータを収容し、アウトレットを規定するハウジングと、
アウトレットに関連した膜と、
を有し、膜が前記カソード膜を介するＨ２のパーミアンスの約１０から約１０，０００倍未満の定格でＨ２のパーミアンスを有する、電気化学セル。
【請求項３２】
前記膜が微細孔ポリエチレンである、請求項３１に記載の電気化学セル。
【請求項３３】
前記膜が、前記基板層と前記水素移送層を含む水素選択性膜である、請求項３１に記載の電気化学セル。
【請求項３４】
前記基板層がポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリアミド、スチレン−ブタジエンまたはスチレン・ポリイソプレン・ブロック・コポリマー、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリジメチルエチルシロキサンまたはポリトリメチルシリルプロピンである、請求項３３に記載の電気化学セル。
【請求項３５】
前記水素移送層がＰｔ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｈ、Ｖ、Ｚｒ、Ａｇ、ＡＢ５ミッシュメタル、ＡＢ２ミッシュメタルおよびその合金を含む、請求項３３に記載の電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明はバッテリに関する。
【０００２】
アルカリ・バッテリおよび金属−空気バッテリのような乾電池がエネルギ源として普通使用される。
【０００３】
一般的に、アルカリ・バッテリはカソード、アノード、セパレータおよび電解質溶液を含んでいる。カソードは、例えば活性物質として二酸化マンガン粒子、カソードの導電性を高揚する炭素粒子および結合剤を含んでいる。アノードは、例えば活性物質として亜鉛粒子を含むゲルである。セパレータはカソードとアノード間に配される。電解質溶液は、例えばバッテリ全体に分散される水酸化物溶液である。
【０００４】
バッテリが、補聴器、懐中電灯または携帯電話のようなデバイス内で電気エネルギ源として使用されるときに、電気的接触がアノードからカソードに形成され、電子がデバイスを通って流れそれぞれ酸化と還元反応が行われて電力の提供がなされる。アノードおよびカソードと接触する電解質がイオンを含んでおり、これが電極間にあるセパレータに流れて、放電中のバッテリ全体の電荷平衡を維持する。
【０００５】
金属空気バッテリにおいて、酸素がカソードで還元され、また亜鉛のような金属がアノードで酸化される。酸素はバッテリハウジングの空気アクセス・ポートを介してセルの外部の大気からカソードに供給される。酸化亜鉛または亜鉛酸塩のような酸化金属がアノード内に形成される。従って、亜鉛−空気電気化学セル内の全体的な電気化学反応は、亜鉛金属が酸化して亜鉛イオンになり、また空気からの酸素が水酸基イオンに還元される。これらの化学反応が発生している間、電子がアノードからカソードに移動され、これによって電力がデバイスに提供される。
【０００６】
亜鉛は直接的に電解質と反応し、結果として亜鉛と、生成水素ガスが消費される。
【０００７】
概して、本発明は電気化学セルのための水素透過性膜に関する。セル内の水素透過性膜は水素ガスをセルから放出させる。この結果、水素透過性膜を含む電気化学セルは普通、水素ガスからの内部圧が低く、漏洩が比較的少ない。
【０００８】
一つの態様において、本発明はカソードと、アノードと、セパレータと、カソードとアノードとセパレータを収容し、アウトレットを規定するハウジングと、ハウジングのアウトレットに関連した水素選択性膜とを含むアルカリ・バッテリまたは金属−空気バッテリのような電気化学セルを特徴とする。水素選択性膜は、例えば膜をハウジング・アウトレットに、またはこれに近接して位置付けするとともに固定することによってバッテリ・アウトレットと関連させる。水素選択性透過性膜は基板層と、金属基準物質のような水素移送層を含んでいる。水素選択性膜は、二酸化炭素（ＣＯ２）、水（Ｈ２Ｏ）および酸素（Ｏ２）と比較して水素（Ｈ２）の選択透過性を呈する。好ましくは、膜の選択透過性はＣＯ２と比べてＨ２の透過性の１０倍、より好ましくは１００倍、また最も好ましくは１０００倍である。膜の選択透過性はまたＨ２Ｏと比べてＨ２の透過性の１０倍、より好ましくは１００倍、また最も好ましくは１０００倍である。
【０００９】
別の態様において、本発明はカソードと、カソード膜と、アノードと、セパレータと、カソードとカソード膜とアノードとセパレータを収容し、アウトレットを規定するハウジングと、アウトレットに関連した膜とを含む金属−空気バッテリのような電気化学セルを特徴とする。膜がカソード膜を介するＨ２のパーミアンスの約１０から約１０，０００倍未満の定格でＨ２のパーミアンスを有している。膜は水素選択性膜、または微細孔ポリウレタンのような非選択性膜である。
【００１０】
本発明の実施形態は次の利点の一つまたはそれ以上を有する。水素選択性膜を含むバッテリは、電気化学セル内でＨ２ＯおよびＣＯ２のレベルを変えることなく水素ガスをハウジングの外へ放出する。膜はまたバッテリの内圧を減じることによってカソードを損傷させる恐れを減じる。膜は水素ガスの正電極材料との反応によるセル内の水素ガスの内部バッテリ圧と電圧損失を減じる。また、電解質の漏洩が低減するか、起こらなくなる。ハウジングのアノードとカソード部分間のシールの破裂圧のような機械的規制が減少内部圧の結果として低減される。ベント膜を通過するＨ２のパーミアンス対カソード膜を通過するパーミアンスの差が、電気化学セルを乾燥することもなくあふれることもなく水素ガスを排出させる。
【００１１】
本発明の一つまたはそれ以上の実施形態の詳細を添付図面と以下の説明により開示する。本発明の他の特徴、目的および利点は詳細な説明と図面および特許請求の範囲から明白となろう。
【００１２】
図１を参照して、金属−空気ボタン・セル・バッテリ１がアノード２とカソード４を有している。アノード２はアノード・カン１０とアノード・ゲル６０を含んでいる。水素透過性膜６が接着剤７を介してアノード・カン１０のアウトレット８と関連している。カソード４はカソード・カン１０とカソード構造４０を含んでいる。絶縁体３０がアノード・カン１０とカソード・カン２０の間に配置されている。セパレータ７０がカソード構造４０とアノード・ゲル６０の間に配置されて、これら二つの要素間の電気的接触を阻止している。カソード・カン２０内に配置された空気アクセス・ポートがセルに対する空気の吸入、放出をし、空気の交換を可能としている。空気放出装置５０が空気アクセス・ポート８０とカソード構造体４０間に配されている。
【００１３】
アノード・カン１０とカソード・カン２０が互いに折り目を付けてセル容器を形成しており、これが内容積、すなわち、セル容積をなしている。アノード・カン１０の内面８２とセパレータ７０が共同してアノード容積８４を形成している。アノード容積８４はアノード・ゲル６０を含んでいる。アノード容積８４の残りの部分が空隙容積９０になっている。アノード・ゲル６０、セパレータ７０およびカソード構造４０が空隙容積９０と一緒になってセル容積を満たしている。空隙容積９０は例えば、５から２０パーセントの間で変化する。空隙容積が増すとＫＯＨの水溶液のような電解質のセルからの漏洩を減じる助けになるとともに、アノード・コンパートメント内のガス発生による圧力上昇を低減することができる。
【００１４】
アウトレット内にまたはこれに近接して水素透過性膜６と関連して使用される適切な接着剤は電気化学セルの物質、すなわち、アノードとカソード物質および電解質と化学的に両立するとともに、膜とバッテリ・ハウジング間に気密シールの形成が可能である物質を含んでいる。例としては、これに限定するのもではないが、ポリアミド、アスファルト接着剤およびワックスが含まれる。適切な接着剤は、例えば接着剤Ｊ−４３としてジグシン・アドヒッシブ・カンパニ（Ｊｉｎｇｘｉｎ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ  Ｃｏ．）から入手することができる。水素透過性膜はまた溝付きナットとＯ−リングまたは溶接ワッシャのような機械的手段によってアウトレットに、またはその近傍に固定することができる。このナットは膜を、ハウジングと膜間に気密シールを形成するＯ−リングに抗して圧縮する。
【００１５】
アウトレット８は、例えば約０．１ｍｍから約１ｍｍの間の直径を有する。一つのアウトレットと水素透過性膜を示しているが、アノード・カン１０は複数のアウトレットと膜を含んでいてもよい。
【００１６】
図２を参照して、水素透過性膜６の一例は支持層９０と保護層１１０間に挟持された水素移送層１００を含んでいる。支持層９０は水素移送層１００の構造上の支持部材を提供し、また支持部材９２と、この支持部材９２の表面９３の非平坦さを平坦にする平坦化部材９４を含んでいる。水素透過性膜を介して移送される水素のパーミアンスは、約１×１０−５ｃｍ３／（ｃｍ２．ｓｅｃ  ｃｍＨｇ）を超えているのが好ましい。水素透過性膜はＣＯ２およびＨ２Ｏと比較してＨ２の選択透過性を呈する。膜の選択透過性は、ＣＯ２と比べてＨ２の透過性の１０倍が好ましく、より好ましくは１００倍であり、また最も好ましくは１０００倍である。膜はまたＯ２と比較してＨ２に選択透過性を示す。保護層をアノード・カンに近接させて示しているが、水素透過性膜は膜、保護層または支持層のいずれのサイドでもアノード・カンのアウトレットに固定することができるが、バッテリの内部に露呈された層に設けられたアノード・カンは電気化学セルの物質、すなわち、アノードおよびカソード物質と化学的に両立できる。
【００１７】
水素移送層１００は、一般的に金属フィルムである。例えば、適切な金属フィルムにはＰｔ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｈ、Ｖ、Ｚｒ、Ａｇ、ＡＢ５ミッシュメタル、ＡＢ２ミッシュメタルおよびその合金が含まれる。金属フィルムは、比率（Ｐｄ：Ａｇ）が、例えば１００：１から約１：１の間、約１０：１から約１：１の間、または約５：１から約２：１の間のＰｄとＡｇ原子の合金を含んでいる。移送層はまたイットリウムのような希土類金属との合金とすることもできる。層１００の厚みは欠陥またはピンホールの問題のない金属フィルムを提供するように調整され、これによって膜を通過するＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２およびＨ２Ｏのようなガスの透過性を減じることができる。ピンホールまたは欠陥のない表面に必要とされる膜の正確な厚みは平坦化層の品質に依存する。一般的に、層１００の厚みは例えば、約５０Åから約１０，０００Åの間である。好ましい水素移送層は約１，０００Å未満の厚さを有する。
【００１８】
支持部材９２の適切な物質は、これに限定するものではないが、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリアミド、スチレン−ブタジエンおよびスチレン・ポリイソプレン・ブロック・コポリマー、およびポリプロピレン、ポリスルホン、ポリジメチルエチルシロキサンまたはポリトリメチルシリルプロピンのようなポリオレフィンである。支持層は例えば、約２５から約３００μｍの間の厚みを有する。支持層の孔の直径は約１０Åから約２，０００Åの間である。セルガード（Ｃｅｌｇａｒｄ）（登録商標）のようなポリプロピレン支持層は、ノースカロライナ州、シャルロットのホーシェット・セラニーズ・コーポレーション（Ｈｏｅｃｈｅｔ  Ｃｅｌａｎｅｓｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から購入できる。
【００１９】
平坦化物質はアモルファス・ポリマーを含んでいる。例にはシリコン、ウレタン、アクリル・ポリマー、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリジメチルエチルシロキサンおよびポリトリメチルシリルプロピンが含まれる。平坦化物質はカルフォルニア州、メンロ・パークにあるメンブレン・テクノロジィズ・アンド・リサーチ・インコーポレーテッド（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，  Ｉｎｃ．，）から入手できる。平坦化物質の厚みは支持面の非平坦性を平坦にするように調整され、これによって水素移送層が適用される平坦面が提供される。平坦化物質は約１０，０００Å未満の厚みを有しているのが好ましい。
【００２０】
保護層は、例えばガス透過性ポリマー・コーティングである。例には、これに限定するものではないが、ポリイミド、ポリアミド、スチレン−ブタジエンまたはスチレン・ポリイソプレン・ブロック・コポリマーおよびポリジメチルシロキサンが含まれる。
【００２１】
水素透過性膜は平坦化層、水素移送層および保護層を支持層上に順次蒸着する多数の技術の組み合わせを介して形成することができる。例えば、平坦化層はスピン−コーティングによって施され、また金属層は真空スパッタ蒸着によって施される。真空スパッタ蒸着によって生成された膜の例としては、ジャーナル・オブ・メンブレン・サイエンス（Ｊｏｕｎａｌ  ｏｆ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ）、９４２９９（１９９４）のアサイドら（Ａｔｈａｙｄｅ  ｅｔ  ａｌ．）による「水素分離のための金属複合膜」（Ｍｅｔａｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ  ｆｏｒ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ）に見ることができるが、本明細書はこれを完全に引用することにより援用するものとする。
【００２２】
アノード・カンはトライクラッドまたはバイクラッド物質を含んでいる。バイクラッド物質は銅の内面を備えたステンレススチールである。このトライクラッド物質は内面に銅層を有し、カンの外面にニッケル層を有するステンレススチールから構成される。アノード・カンも内面に錫のような金属コーティングを含んでいる。錫コーティングがアノード・カンの内面にあって、この内面が亜鉛アノードと電解質と接触しているのが好ましい。錫コーティングはカンの内面上の層となってよい。錫層は約１ミクロンと１２ミクロンの間、好ましくは約２ミクロンと７ミクロンの間、より好ましくは約４ミクロンの厚みを有するメッキ層である。錫コーティングは金属片上に事前メッキするか、またはアノード・カンに事後メッキされる。例えば、錫コーティングは浸せきメッキ（例えば、アトテックから入手できるメッキ溶液を使用する）によって蒸着できる。メッキ層は光沢あり仕上げまたは光沢なし仕上げとなる。多孔度の低い層が低水銀金属−空気電気化学セル内でガスの発生が比較的少ない。コーティング・カンは銀または金混合物を含んでいる。
【００２３】
カソード・カンはニッケルの内層と外層を有する冷間圧延鋼からなる。絶縁ガスケットのような絶縁物がアノード・カンとカソード・カンの間に圧力嵌めされている。このガスケットはセルの容量を増大させるように薄くされている。
【００２４】
アノード・カンはストレートな壁設計で構成され、その側壁はストレートか、または薄い壁のカン（例えば、約４ミル厚）によるフォールドオーバー設計によって構成されるものであって良い。フォールドオーバー設計において、カンの打ち抜き中に発生されたアノード・カンのクリップオフ・エッジがセルの内側に折り曲げられる。フォールドオーバー設計は、アノード・カンのクリップオフ・エッジにおける露呈ステンレススチールのアノード物質との接触の可能性を低減することによって潜在的なガス発生を減じることができる。ストレート壁設計はＬ字状またはＪ字状の絶縁体と共同して使用することができ、好ましくはＪ字状のものはクリップオフ・エッジを絶縁体の足部に埋め込むことができる。フォールドオーバー設計が使用される場合、絶縁体はＬ字状となる。
【００２５】
好ましいアノード物質は亜鉛である。別の例において、アノード物質は亜鉛合金であり、この合金元素には、これに限定するのもではないが、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｂｉまたはこれらの混合物が含まれる。アノード・ゲルは、例えば亜鉛と電解質の混合物を含んでいる。亜鉛と電解質の混合物は吸収ポリアクリレートのようなゲル化剤を含んでおり、セルから電解質の漏洩の回避を助けるとともに、アノード内の亜鉛粒子の懸濁を助ける。適切なゲル化剤は、例えば米国特許第４，５４１，８７１号、同第４，５９０，２２７号または同第４，５０７，４３８号に開示されている。カソード構造は炭素およびカソード・カンの底部のアクセス・ポートを通過する大気の要素としてセルに流入する酸素の還元を触媒作用する物質（例えば、マンガン混合物）を含んでいる。セル内全体の電気化学的反応は、亜鉛金属が酸化され、亜鉛含有イオンとなり、また空気からの酸素が還元され水酸基イオンになる。最終的に、酸化亜鉛または亜鉛酸塩がアノード内に形成される。これらの化学反応が発生している間に、電子がアノードからカソードに移送され、電力がデバイスに提供される。亜鉛物質は空気ブローまたはスパン亜鉛である。適切な亜鉛粒子は、例えば１９９８年９月１８日出願の米国特許願第０９／１５６，９１５号、１９９７年８月１日出願の同第０８／９０５，２５４号および１９９８年７月１５日出願の同第０９／１１５，８６７号に開示されており、本明細書ではこれを引用することにより完全に援用するものとする。亜鉛は粒体である。亜鉛の粒子は球体または非球体である。例えば、亜鉛粒子は形状において針状（少なくとも二つのアスペクト比を有する）である。
【００２６】
カソード構造はアノード・ゲルと対面するサイドと空気アクセス・ポートと対面するサイドを有している。アノード・ゲルと対面するカソード構造のサイドはセパレータによって覆われている。セパレータは多孔性で、ポリプロピレンのような電気絶縁性ポリマーであって、電解質を空気カソードと接触させる。空気アクセス・ポートと対面するカソード構造のサイドは一般的にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）膜によって覆われてアノード・ゲルの乾燥とセルからの電解質の漏洩を回避する助けになる。セルはまたＰＴＦＥ膜と空気アクセス・ポート間に空気放出装置、またはブロッタ物質を含んでいる。空気放出装置は多孔性または繊維質物質でありＰＴＦＥ膜とカソード・カン間に空気分散空間を維持する助けになる。
【００２７】
カソード構造はワイヤ・メッシュのような集電器を含み、この上にカソード化合物が配される。ワイヤ・メッシュがカソード・カンとの電気的接触を形成する。カソード混合物はマンガン化合物のような酸素を還元するための触媒を含んでいる。触媒混合物は結合物質（例えば、ＰＴＦＥ粒子）、炭素粒子およびマンガン混合物の化合物である。触媒化合物は例えば硝酸マンガンを加熱し、または過マンガン酸カリウムを還元してＭｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４およびＭｎＯ２のような酸化マンガンを生成して調整することができる。
【００２８】
貯蔵中、空気アクセス・ポートは、シール・タブとして普通知られている着脱可能シートで一般的に覆われる。このタブはカソード・カンの底部に設けられ空気アクセス・ポートをカバーしてボタン・セルの内部と外部間の空気の流れを制限する。外部環境からボタン・セルの内部に流入する空気からの酸素を使用する前に、ユーザはシール・タブをカソード・カンから剥す。
【００２９】
他の実施形態は請求の範囲内に開示されている。例えば、水素透過性膜はアノード・カンの外部に固定される。また、水素透過性膜はまた化学蒸着などで膜物質をアウトレットに蒸着してアノード・カンに一体的に形成することもできる。ある実施形態において、水素透過性層は炭素基準分子ふるいであり、他のガスと比較して水素が優先的に透過される。炭素基準分子ふるいの例は、例えばニュー・テクノロジ・ジャパン（Ｎｅｗ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｊａｐａｎ）１９９８年４月に見られる。
【００３０】
別の実施形態において、金属−空気ボタン・セル・バッテリは、カソード膜およびアノード膜を含み、カソードを通過するＨ２の割合よりも低い割合でＨ２を通過させる。一般的に、アノード膜は、カソード膜を通過するＨ２の割合よりも約１０倍から約１０，０００倍低い割合でＨ２を通過させるように選択される。アノード膜は上述したように水素に対する選択的透過性を有する水素透過性膜であるか、膜物質が化学的に電気化学セルの物質、すなわち、アノードとカソード物質および電解質と化学的に両立する多孔性ポリマーのような非選択性膜である。概して、多孔性ポリエチレンおよびＰＴＦＥのような非選択性膜は、膜が水を透過する割合と比較できる割合で水素を透過させる。この結果、水素のパーミアンスは水蒸気のパーミアンスをゲージするのに使用することができる。例えば、カソード膜を通過する水素の割合よりも約１０倍から１０，０００倍よりも低い割合で水素を通過させる非選択性アノード膜は、カソードを通過する水蒸気の割合よりも約１０倍から約１０，０００倍低い割合いで水蒸気を通過させる。
【００３１】
電気化学セルにおいて、過剰水素ガスの発生はアノード膜両端のほぼ０．１から２気圧の圧力差を生成し、これがアノード膜をしてセルからの水素を水を移送する割合よりも高い割合でセルから伝送する。カソード膜と比較して低い水素透過性を有するアノード膜を選択することによって、アノード膜はカソード膜よりも水蒸気をあまり透過させず、また電気化学セルを乾燥または越流させることなく過剰水素をベントする。標準ＰＴＦＥカソード膜は約１×１０−２から約１×１０−４ｃｍ３／（ｃｍ２ｓｅｃ  ｃｍＨｇ）の間で水と水素に対してパーミアンスを有する。非選択性アノード膜、例えばトネン、インコーポレーテッド（Ｔｏｎｅｎ，  Ｉｎｃ（Ｊａｐａｎ））（日本）からの微細孔ポリエチレン膜は約１×１０−３から約１×１０−６ｃｍ３／（ｃｍ２ｓｅｃ  ｃｍＨｇ）の間で水素と水に対してパーミアンスを有する。
【００３２】
また、水素透過性およびアノード膜はＡＡ、ＡＡＡ、ＡＡＡＡ、Ｃのようなアルカリ電気化学セルまたはＤアルカリ・バッテリに使用することができる。アルカリ・バッテリの例は、例えば米国特許第５，２８３，１３９号および同第５，８５６，０４０号に開示されており、本明細書は各々これを引用して完全に援用するものとする。シリンダー状アルカリ・バッテリにおいて、水素透過性膜は負性金属キャップに形成されたアウトレットに関連する。アルカリ・ボタン状セルにおいて、膜はアノード・カンに形成されたアウトレットに関連する。膜はまた１０ｍｍ未満、好ましくは４ｍｍ未満の厚みを有する柱状電気化学セルに使用できる。柱状電気化学セルの例は、例えば米国特許第５，９５８，０８８号および同第６，００１，５０４号に開示されており、本明細書は各々これを引用して完全に援用するものとする。
【００３３】
さらに、アウトレットはアノード・カンに示しているが、バッテリ・ハウジングのどの部分にも形成することができる。水素透過性膜は任意のアウトレットに関連している。例えば、水素透過性膜はバッテリ・ハウジングのカソード・サイドに形成されたアウトレットに関連する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
電気化学セルの断面図。
【図２】
図１の部分Ａの断面図。
【国際公開パンフレット】
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