(57)【要約】  材料構造に組み込まれた少なくとも１本の中空繊維を具備する電源であって、前記少なくとも１本の中空繊維は、電力を蓄積又は発生することができる電気回路の少なくとも一部を形成している。このようにして、繊維複合構造又は織物の一体部分として、電源を提供することができる。【選択図】    図２
2011527502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料構造の中に組み込まれた少なくとも１本の細長い中空繊維を具備する、電源であって、
前記少なくとも１本の細長い中空繊維は、電力を蓄積又は発生することができる電気回路の一部を形成している、電源。
【請求項２】
前記細長い中空繊維は、材料のマトリックスに含まれて、それによって繊維強化材料を提供する、請求項１に記載の電源。
【請求項３】
炭素繊維と、ガラス繊維と、鉱物繊維と、セラミック繊維と、高分子繊維と、金属繊維とを含むグループから選択される材料で、前記細長い中空繊維が作られる、請求項１に記載の電源。
【請求項４】
前記細長い中空繊維は、前記細長い中空繊維の塊を含む材料を形成するために、織られ、編まれ、紡がれたフィラメントの巻線又はマットである、請求項１に記載の電源。
【請求項５】
前記細長い中空繊維は、電気化学セルの能動又は受動素子を形成している、請求項１乃至４の何れか１項に記載の電源。
【請求項６】
前記細長い中空繊維は、前記電気化学セルの一部を形成している電解質を含んでいる、請求項５に記載の電源。
【請求項７】
前記細長い中空繊維は、電解質を含んでいて、それぞれの電極を含んでいる２つの電解質コンパートメント間のイオンブリッジの役割をする、請求項６に記載の電源。
【請求項８】
前記細長い中空繊維を被覆するか、又は間隔を空けて位置する電導性電極領域を前記細長い中空繊維の上に堆積させる、請求項５又は請求項６に記載の電源。
【請求項９】
前記間隔を空けて位置する電導性電極領域は、前記細長い中空繊維の向かい合っている内壁領域上に提供される、請求項８に記載の電源。
【請求項１０】
前記間隔を空けて位置する電導性電極領域は、前記細長い中空繊維に対して同心円状に配置されている、請求項８に記載の電源。
【請求項１１】
各細長い中空繊維は、前記細長い中空繊維の長さに沿って配置されている複数の電気化学セルを含む、請求項６乃至１０の何れか１項に記載の電源。
【請求項１２】
繊維における前記電気化学セルの各々は、正の入力／出力端子と負の入力／出力端子との間に並列接続されている、請求項１１に記載の電源。
【請求項１３】
繊維における前記電気化学セルの各々は、正端子と負端子との間に直列接続されている、請求項１１に記載の電源。
【請求項１４】
前記細長い中空繊維は、二次電池を構成している電気化学セルの一部を形成しており、
前記電源は、前記二次電池を充電する手段を更に含む、請求項５乃至１３の何れか１項に記載の電源。
【請求項１５】
前記細長い中空繊維の少なくとも幾つかは、燃料電池の一部を形成している、請求項１乃至４の何れか１項に記載の電源。
【請求項１６】
前記細長い中空繊維は、前記長さに沿って配置されている複数の燃料電池を含む、請求項１５に記載の電源。
【請求項１７】
繊維における前記燃料電池の各々は、正端子と負端子との間に並列接続されている、請求項１５又は１６に記載の電源。
【請求項１８】
繊維における前記燃料電池の各々は、正端子と負端子との間に並列接続されている、請求項１１に記載の電源。
【請求項１９】
前記細長い中空繊維の少なくとも幾つかは、光電池の一部を形成している、請求項１乃至４の何れか１項に記載の電源。
【請求項２０】
前記細長い中空繊維は、前記長さに沿って配置されている複数の光電池を含んでいる、請求項１９に記載の電源。
【請求項２１】
繊維における前記光電池の各々は、正端子と負端子との間に並列接続されている、請求項１９又は２０に記載の電源。
【請求項２２】
繊維における前記光電池の各々は、正端子と負端子との間に直列接続されている、請求項２０に記載の電源。
【請求項２３】
前記細長い中空繊維の少なくとも幾つかは、コンデンサの一部を形成している、請求項１乃至４の何れか１項に記載の電源。
【請求項２４】
電力を蓄積又は発生することができる前記電気回路の一部を形成している前記細長い中空繊維の少なくとも幾つかは、正端子と負端子とに並列接続されている、請求項１乃至２３の何れか１項に記載の電源。
【請求項２５】
電力を蓄積又は発生することができる前記電気回路の一部を形成している前記前記細長い中空繊維の少なくとも幾つかは、正端子と負端子とに直列接続されている、請求項１乃至２４の何れか１項に記載の電源。
【請求項２６】
第１の中空繊維と第２の中空繊維とを含む電源であって、
前記第１の中空繊維と前記第２の中空繊維との各々は、
電気化学セルと、光電池と、燃料電池と、電荷蓄積デバイスとから選択される、それぞれの異なる電源の能動素子又は受動素子を形成している、請求項１乃至２５の何れか１項に記載の電源。
【請求項２７】
請求項１乃至２６の何れか１項に記載の電源を組み込んだ表皮要素を具備する、乗り物。
【請求項２８】
請求項１乃至２０の何れか１項に記載の電源を具備する、衣服。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源、限定的にではないが、特に、構造又は他の材料と統合された電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
デバイスを制御又は操作するための電力を発生又は蓄積する電源を乗り物が必要とするという例は、多数ある。一般に、このような電源は、乗り物内に配置された従来のバッテリーパックの形態をとる。このような電源は、場所をとり、乗り物を重くする一因となる。更に、多くの場合に、電源と、電力が送られる場所とが、若干離れているので、電源に接続される回路及び任意の充電回路の両者と、電源とを接続するために、ケーブルが必要とされ得る。更に、構造が部分的に損傷した場合に、このような電源が離れているという性質は、問題であり得る。
【０００３】
我々は、係属中の先行特許出願において、有害な電磁放射(例えば、核放射)の発生を検出してこのような放射からのアクティブシールディングを提供する乗り物のコンポーネントを供給するために、繊維複合材料に検出器とシールディング構成とを統合した新たな技術を開発して開示した。統合された特別な能力を有する乗り物の表皮要素のようなコンポーネントは、このやり方で生成することができる。更に、乗り物又は物体のレーダ断面を相当に低減できる繊維強化材料を使用し、乗り物又は他の物体の表面又は層を構成している繊維の一部の中に、アクティブに修正可能な材料を使用して、同様の技術を開発した。更に、この表面又は層は、重要な構造特性、航空力学的特性、又はシールディング特性を有し得る。このような装置と、更に、開発中の他のこのような技術とには、電力が必要である。例えば検出及びシールディング機能を構成している複合材料における能動素子に加えて、繊維強化材料に統合できる電源を提供することが望ましい。従って、複合材料の中に統合された電源が、同じ複合材料の中に統合された電気回路、又は電源から離れているかもしれない他のコンポーネントに、電力を供給できる、統合された電源を有する複合材料を提供することが必要とされている。
【０００４】
同様に、例えば繊維複合材料における強化マットとしてレイアップすることを含む広範な応用において、又はシールディング、衣類、等のような他の応用に対して使用するために、繊維の塊（agglomeration）から作られている材料と織物との中に適切な電源を提供することが必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
我々は、必要に応じて、他の能動機能に加えて、繊維複合構造又は他の材料を構成している繊維に統合できる電源を設計した。
【０００６】
従って、１つの態様において、本発明は、材料構造の中に組み込まれた少なくとも１本の中空繊維を具備する、電源であって、前記少なくとも１本の細長い中空繊維は、電力を蓄積又は発生することができるコンポーネント又は電気回路の一部を形成している、電源を提供する。
【０００７】
好ましくは、前記細長い繊維は、マトリックス材料に含まれて、それによって繊維強化材料を提供する。このようにして、繊維複合材料は、一体型の電源を提供することができる。マトリックス材料は、高分子、エラストマ、金属、セラミックス材料、又は任意の他の適切なマトリックス材料、或いはこれらの混合を含み得ることが好都合であり得る。
【０００８】
その代わりに又は更に、前記細長い中空繊維は、前記細長い中空繊維の塊を具備する材料を形成するために、織られ、編まれ、紡がれたフィラメントの巻線又はマットであってもよい。繊維は、比較的に硬い構造を構成し得るか、或いはフレキシブルな又はドレープ可能な（drapable）構造、布、又は材料を定め得る。
【０００９】
前記細長い中空繊維は、任意の適切な材料で作られ得る。任意の適切な材料は、繊維の強化に既に使用されているもの、例えば、炭素繊維と、ガラス繊維と、鉱物繊維と、セラミック繊維と、高分子繊維と、金属繊維とを含むグループから選択される材料を含む。
【００１０】
多くの様々なタイプの電源が考えられる。１つの実施形態において、前記細長い中空繊維は、電気化学セルの能動又は受動素子を形成している。従って、前記細長い中空繊維は、電気化学セルの一部を形成している電解質を含み得る。１つの構成において、前記細長い中空繊維は、電解質を含んでいて、それぞれの電極を含んでいる２つの電解質コンパートメント間のイオンブリッジの役割をする。その代わりに、前記細長い中空繊維が含まれているマトリックス材料が、セル中の電解質の役割をするイオン導電性高分子であってもよい。前記細長い中空繊維を被覆するか、又は間隔を空けて位置する電導性電極領域を前記細長い中空繊維の上に堆積させるか、又はさもなければ電極領域としての役割をするように、その中の選択された部分を電導性にする処理がされ得る。前記電極領域は、前記細長い中空繊維の向かい合っている内壁領域上に提供され得る。その代わりに又は更に、前記間隔を空けて位置する電導性電極領域は、前記細長い中空繊維に対して同心円状に配置されるか、又は例えば高分子材料によって、互いに離されていてもよい。別の構成では、前記電極は、前記繊維の長さに沿って一定間隔で離されていてもよい。
【００１１】
前記又は各細長い中空繊維は、前記細長い中空繊維の長さに沿って配置されている複数の電気化学セルを含み得る。繊維における前記電気化学セルの各々は、正端子と負端子との間に並列接続され得る。その代わりに、繊維における前記電気化学セルの各々は、正端子と負端子との間に直列接続されていてもよい。
【００１２】
前記細長い中空繊維は、二次電池を構成している電気化学セルの一部を形成し得る。前記電源は、二次電池を充電する手段を更に含み得る。
【００１３】
別の形式の電源において、前記細長い中空繊維の少なくとも幾つかは、燃料電池の一部を形成している。従って、前記細長い中空繊維は、それらの長さに沿って配置されている複数の燃料電池を含み得る。繊維における前記燃料電池の各々は、正端子と負端子との間に並列接続され得る。その代わりに、繊維における燃料電池の各々は、正端子と負端子との間に直列接続され得る。
【００１４】
別の形式の電源において、前記細長い中空繊維の少なくとも幾つかは、光電池（photovoltaic cell）の一部を形成している。従って、前記細長い中空繊維は、それらの長さに沿って配置されている複数の光電池を含み得る。繊維における前記光電池の各々は、正端子と負端子との間に直列接続され得る。その代わりに、繊維における燃料電池の各々は、正端子と負端子との間に直列接続され得る。
【００１５】
更に別の形式の電源において、前記細長い中空繊維の少なくとも幾つかは、コンデンサの一部を形成している。従って、前記細長い中空繊維は、適切な誘電体を挟んだ、間隔を空けて位置する電極を含み得る。この容量性電源に対する電極構成は、電気化学セルに使用されている電極構成に似ていてもよい。例えば、１本の中空繊維に対して、多数の構成が可能である。それぞれ中空繊維の内側表面と外側表面との上に、間隔を空けて位置する電極を堆積させてもよい。その代わりに、内側(及び／又は外側)表面の上に、第１の電極層と、誘電層と、第２の電極層を連続して堆積させてもよい。
【００１６】
別の方式では、繊維をほぼ一様に配列してパッケージングしてもよい。各繊維は、電極としての役割をする電導性コアを備えている。従って、繊維材料と繊維マトリックス材料との両者は、誘電体の役割をする。インターディジタル容量性構造を与えるように、交互の層を相互に接続してもよい。
【００１７】
繊維を接続するために、様々なオプションを利用することができる。従って、電力を蓄積又は発生することができる前記電気回路の一部を形成している前記細長い中空繊維の少なくとも幾つかは、正端子と負端子とに並列接続され得る。その代わりに又は更に、電力を蓄積又は発生することができる前記電気回路の一部を形成している前記細長い中空繊維の少なくとも幾つかは、正端子と負端子とに直接接続されていてもよい。
【００１８】
本発明は、上述の電源を組み込んだ表皮要素を具備する陸上車、飛行体、宇宙船、又は船と、上述の電源を組み込んだ衣服又はフレキシブルな材料とに及ぶ。
【００１９】
本発明は、上述に記載されているが、本発明は、上述、後述の説明、又は請求項に記載されている特徴の、発明性のある任意の組み合わせ又は部分的な組み合わせに及ぶ。
【００２０】
本発明は、様々なやり方で行なうことができる。ここで、図面を参照して、様々な実施形態を例示的に詳しく記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】基本的な電気化学セルの構造の模式図である。
【図２】本発明に従って、複合繊維電源を示す模式図である。
【図３】本発明に従って、中空繊維の中に形成された一連のセルを示す模式図である。
【図４ａ】電極構造を提供する繊維内における金属被覆のオプションを示している。
【図４ｂ】電極構造を提供する繊維内における金属被覆のオプションを示している。
【図５】繊維内における電源セルの（ａ）並列グループと、（ｂ）直列グループとを概略的に示している。
【図６ａ】直列接続された電源セルを含んでいる繊維を、直列接続したものを概略的に示している。
【図６ｂ】直列接続された電源セルを含んでいる繊維を、並列接続したものを概略的に示している。
【図７】並列接続された電源セルを含んでいる繊維を、並列接続したものを概略的に示している。
【図８】燃料電池の形態をとった電源の基本構成を示している。
【図９】グレツェルセルの概略図である。
【図１０】イオンブリッジを含んでいる、中空繊維を使用したバッテリ構造の模式図である。
【図１１ａ】本発明に従って、電気化学セル構成を示す概略的断面図である。
【図１１ｂ】本発明に従って、電気化学セル構成を示す概略的平面図である。
【図１２】本発明に従って、グレツェルセル構成を示す概略図である。
【図１３】本発明に従って、燃料電池構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施形態は、小さな中空繊維に組み込まれた電源を含む。更に、これは、構造の主要な、さもなければ重要な、材料特性を提供する。これは、繊維強化プラスチック複合材料、或いはフレキシブルなマット又は織物の繊維状材料である。
【００２３】
様々なタイプの電源を使用することができる。電源は、バッテリと、燃料電池と、太陽電池のような集光性電源と、熱電効果を利用する電源と、音響エネルギの変換による電源と、例えば磁気結合又は圧電効果に基づく、機械装置と、原子力電源とを含む。更に、電源は、電荷を蓄積できる１つ以上のコンデンサであってもよい。以下の実施形態では、具体的な技術の例を提供する。
【００２４】
バッテリ
図１は、基本的な電気化学セル10の構成の模式図を示している。これは、５つの要素から構成されている。即ち、外部容器を形成し且つ活物質を入れることができるケース12と、２つの電極14、16と、２つの電極を離すメンブレン18と、電解質20とである。利用可能な様々なタイプのバッテリは、亜鉛炭素；アルカリ；リチウムと、ヨウ化リチウムと、ヨウ化鉛との化学電池;鉛酸;ニッケルカドミウム;ニッケル水素;リチウムイオン;亜鉛空気;亜鉛酸化水銀;銀亜鉛;金属塩化物を含む。上記のうちの幾つかは、一次電池(シングルユーズ、使い捨て)と、他の二次(再充電可能)電池とである。
【００２５】
現在の二次電池の構成では、様々な材料と化学物質とが使用されている。電極は、金属、酸化物、合金、又は炭素ベースの、例えば、鉛／酸化鉛、カドミウム／酸化ニッケル、酸化ニッケル／金属水素化物(ランタニド／Ｎｉ又はＴｉ／Ｚｒの複合合金)、ＬｉＣｏＯ２／黒鉛、フッ化黒鉛である。電解質は、通常、液体、ゲル、又は更にペーストであって、例えば、硫酸と、水酸化カリウムと、有機溶媒におけるリチウム塩と、高分子電解質(ゲル)とである。メンブレンは、例えば、多孔性イオンセラミックスと、高分子電解質と、透過性高分子とから選択される、多孔性セラミック又は高分子であり得る。スチールと、プラスチックと、更にガラスとから作ることができるケースが使用されている。
【００２６】
図２は、構造繊維強化高分子材料50の一部が中空強化繊維52を具備しているバッテリの具体例を示している。中空強化繊維52は、電極（ここでは、ＫＮＯ３）を含み、電極は、間隔を空けて位置する電解質コンパートメント54、56間のイオンブリッジの役割をする。間隔を空けて位置する電解質コンパートメント54、56は、それぞれ銅と亜鉛との２つの電極58、60に対する適切な電解質(ここではそれぞれ、ＣｕＳＯ４、ＺｎＳＯ４)をそれぞれ含んでいる。この構成において、繊維自体が電極を備える必要はない。その理由は、これらは、電解質コンパートメント間の中空のイオンブリッジとしての役割をするだけであるからである。
【００２７】
他の多くの電気化学構成が可能である。例えば、丈夫な再充電可能電池を提供するために、中空繊維は、一方の端部においてニッケルで内側にめっきをされて、他方の端部において鉄で内側にめっきをされて、繊維の芯の残りはＫＯＨで満たされていてもよい。
【００２８】
図３は、どのようにして、典型的なバッテリ(この場合は、鉛酸バッテリ)を、線形構成を形成するように直列接続できるかと、ケースとしての役割をする中空繊維22内に構成できるかとについての概略図を示している。これが一連のセル10から構成されていて、各セル10が、上述のセルの基本構成要素、即ち、ケース22／12と、電解質20と、電極14、16と、メンブレン18とを具備していることが分かるであろう。セルは、対向する各対の電極14、16を接続する導体24によって直列接続される。導体は、中空繊維22の内側表面を金属被覆することによって形成され得る。
【００２９】
構成材料は、金属(アノード14とカソード16とに対して、２つの異なるタイプの金属が必要である)と、液体又はゲルであり得る電解質20と、アノードとカソードとの間のバリア材又はメンブレン18(例えば、高分子)と、相互接続するための何らかの形態の金属被覆又は導電性経路とである。
【００３０】
電極は、繊維内で離されていなければならない。適切な材料は、イオン透過性材料を含む。イオン透過性材料は、例えば、多孔質セラミックス、高分子、又はゲルである。電極を配置するために代わりの方式を用いてもよい。例えば、繊維の内壁を金属被覆して、同心の電極14、16が高分子材料を挟んで構成される(図４ａ)。或いは、繊維22の向かい合った領域の上に又は更に繊維の長さに沿って、アノード14とカソード16との各々を堆積させることによって、アノード14とカソード16が互いに空間的に離れている線形構成にする(図４ｂ)。図４ａと４ｂは、繊維の穴の中における電極の配置を、繊維の軸から下方に見たものである。図４ａは、高分子電解質20が電極14、16間に挟まれていることを示している。図４ｂは、繊維の穴の中における電解質20と、向かい合っている電極14、16とを示している。
【００３１】
様々な方式を使用して、繊維内で材料を(繊維の長さに沿って)横方向に置くことができる。反応物の位置制御（positional control of reactants）と、試薬の相互置換（co-displacement of reagent）と、反応物の部位阻害と（reactant site inhibition）と、選択的堆積(selective deposition)とのような技術を全て使用できる。例えば、繊維の穴の内側表面上の選択されたエリアにおける金属の離散化成長(discretised growth)を使用してもよい。多層化方法によって、例えば、繊維の内壁を金属被覆して、次に、高分子材料でオーバーコートして、次に、電解液を取り込むことによって、垂直方向に、即ち、繊維の壁から繊維の壁まで、材料を取り込むことができる。様々な方法を使用して、繊維内でセルを相互接続することができる。方法は、繊維内において導電性媒体を取り込むか、又は繊維内に選択的に堆積させることを含む。
【００３２】
有効電圧又は電流の出力で実際に機能する構造を得るために、セルを形成している任意の材料を繊維又は繊維複合材料内でグループ化する。これは、上述で特定した発電方法のうちの何れにも等しく適用できる。従って、この段階において、発電素子は、単に一般的な素子として考えられる。図５の（ａ）と（ｂ）は、任意のこのような電力素子のグループを繊維内にどのように構成できるかを示している。図は、並列構成(図５（ａ）)と、直列構成(図５（ｂ）)との両者を示している。
【００３３】
更に、繊維間の接続は、直列、並列、又は両者であり得る。図６ａと６ｂは、直列構成(図６ａ)と並列構成(図６ｂ)との両者において、繊維中の電力セルの直列構成がどのように一緒に接続され得るかを示している。
【００３４】
図７は、繊維の構成を示していて、各繊維が、並列接続された複数の電力セルを含んでいて、更に、繊維自体が並列接続されている。
【００３５】
コンデンサ
図４ａの構成に対する変形として、繊維の内側表面上に第１の電極を堆積させて、次に、第１の電極の上に誘電体を置いて、前記誘電体上に第２の電極を堆積させることによって、同様のやり方で、コンデンサを構築することができる。これは、繊維の穴の中に同心円状の２つの電極を配置して、誘電材料の円筒型要素の両側面を挟んだ構造を提供する。電解質の代わりに、誘電体を用いて、図４ｂに示されているような他の構成を使用してもよい。
【００３６】
燃料電池
燃料電池は、電気化学セルであるが、バッテリとは対照的に、セルの中へ化学物質を連続的に流し込むことに依存する。図８には、燃料電池の主要な構成要素の模式図が示されており、アノード30と、カソード32と、電極を離している電解質34とを示している。水素は、使用されている燃料の中で最も一般的であって、アノードに流れて、水素イオンと電子とに解離する。プロトンは電解質を移動し、一方で電子は外部回路を流れて、電力を供給する。水素イオンは、例えば高分子フィルムであり得る電解質を通って拡散して、酸素及び電子と結合して、廃棄物として水を生成する。
【００３７】
下記のテーブル１は、燃料電池技術に使用される様々な材料の概要を示している。例えば、水酸化カリウム、セラミックス、又はプロトン導電性高分子膜のような、幾つかのタイプの電解質、液体、又は固体が使用され得る。電極は、例えば、金属、ナノチューブ、等の導電性材料から作ることができ、通常は、反応効率を高めるために、プラチナのような触媒で被覆されている。更に、水素燃料に代わるもの、例えば、アルコール又は他の炭化水素が用いられるが、これらは、燃料から水素を生成するリフォーマを使用して処理される。
【表１】
2011527502.tif 000003
【００３８】
光起電性電源（Photovoltaic source）
光起電性エネルギは、主要な将来性のある再生可能燃料源である。太陽電池技術は、現在、シリコンベースの材料によって占められているが、これらは、製造が難しく、費用がかかる。グレツェルセル（Gratzel cell）は、シリコンセルに代わる低コストのセルを提供し、直接照明の条件の下でシリコンと同様の効率を示して、弱い照明の条件の下で向上した効率を示すことができるので、現在は、グレツェルセルが発展してきている。
【００３９】
グレツェルセルは、入射放射を吸収するために色素増感材料を含む液体電解質から構成されている。図９は、グレツェルセルの模式図を示している。これは、増感色素で被覆されたニ酸化チタン(ＴｉＯ２)コロイド62を使用している。入射光は、セルの透明導電性被覆64(例えば、インジウムスズ酸化物)を通り抜けて、増感剤／ニ酸化チタンのコロイドによって吸収される。光電子が、発生して、負電極66に溜まって、外部回路を流れる。例えばヨウ化物であり得る液体電解質は、回路を完成して、増感剤は、元の状態まで下がる。
【００４０】
従って、図４ｂの構成において示されているものに類似したやり方で繊維の表面上に透明電極をめっきすることによって、電源を提供することができ、増感剤として被覆されたコロイド状のニ酸化チタンを含む電極で、繊維の穴を満たす。
【００４１】
例１
図１０に示されている構造を構築した。これは、２つの電極、ＣｕとＺｎを含み、２つの電極は、水溶性硫酸銅と水溶性硫酸亜鉛とにそれぞれ浸されて、６ｍｍのチューブ40内に取り込まれた硝酸カリウムの電解ゲルと結合される。ゲルを含む全ての試薬は、我々の研究所で用意した。電極を接続したときに、マルチメータによって約１．７Ｖの電圧が測定された。チューブを、１ｍｍの内径まで、連続的により小さな直径の材料に置換した。これらの構造は、約１．５Ｖの電圧を提供した。チューブの長さは、数センチメートル、通常約１５ｃｍである。
【００４２】
ゲル／電解質の組み合わせの化学物質を更に実験して再評価して、充填方法を展開して、製造された構造は４７ミクロンの内径で製造された。内径４７ミクロンの繊維で、０．２乃至０．８ボルトの電圧が得られた。以下のテーブル２において、データを表にまとめた。
【表２】
2011527502.tif 000004
【００４３】
上述の技術の全てを用いて、中空繊維の両端部にわたって電力を送ることができるように、中空繊維は構成されている。直列、並列、又はハイブリッド構成で繊維を一緒に接続する接続方法を開示した。既存の技術を使用して、繊維を複合繊維成分にすることができる。従って、繊維は、硬化性プラスチック材料を予め浸み込ませた、織布／不織布マットにすることができる。その代わりに、モールドの中に繊維又はマットを置いて、次に、硬化性プラスチック材料でモールドを満たしてもよい。更にまた、繊維は、電力を伝達できるフレキシブルな織物材料にすることもできる。
【００４４】
ここで、図１１ａと１１ｂとを参照すると、別の構成において、複合材料70のシートの形態をとった複合構造を提供することによって、電気化学セルが作られている。複合材料70の中には、２つの窪み72、74が形成されている。幾つかの中空繊維76が、窪みの間に延在していて、フローは各窪みに通じている。各中空繊維76は、電解質を含んでいる。一般に、電解質は、水溶液又はゲルの水酸化カリウムを含む。水溶液又はゲルの水酸化カリウムは、窪みの間のイオンブリッジの役割をする。窪みの各々には、適切な金属電極78、80が取り付けられている。金属電極78、80は、例えば、一方はニッケルであって、他方は鉄であるか、又は、一方はニッケルであって、他方はカドミウムである。他の適切な材料は、当然に多数ある。イオンブリッジと結合した金属電極は、電気化学セルを構成する。
【００４５】
他の例では、硫酸銅と硫酸亜鉛のようなそれぞれの電解質が、窪みに入れられて、銅と亜鉛とのそれぞれの金属電極が、これらと接触する。このように形成された電気化学セルは、要求に応じて直接又は並列に相互接続され得る。相互接続は、複合材料の表面上の導電性トラックの形態をとり得るが、マトリックス材料に埋め込まれた電導性繊維82、例えば、炭素又は他の電導性繊維によって接続するのが特に好ましい。これらの繊維は、マトリックス材料に対する繊維強化機能の役割をし得ることが好都合である。
【００４６】
図１２は、本発明に従って、繊維内に配置されたグレツェルセルのコンポーネントを示している。図１３は、本発明に従って、繊維内に配置された燃料電池のコンポーネントを示している。
【００４７】
ここに記載されている装置と方法は、複合繊維構造が完全に構造的な機能以外の機能を行なうように構成されている他の技術に使用できることが分かるであろう。例えば、放射をシールディング及び検出できるインテリジェント構造、並びに／或いは構造の調子を監視及び／又は自己修正する機能を備えることができる構造を構成する他の技術と、本発明の装置と方法とを組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００４８】
10・・・電気化学セル、12,22・・・ケース、14・・・アノード、16・・・カソード、18・・・メンブレン、20・・・電解質、70・・・複合材料、72,74・・・窪み、78,80・・・金属電極、82・・・電導性繊維。
【図１】
2011527502.tif 000005
【図２】
2011527502.tif 000006
【図３】
2011527502.tif 000007
【図４ａ】
2011527502.tif 000008
【図４ｂ】
2011527502.tif 000009
【図５】
2011527502.tif 000010
【図６ａ】
2011527502.tif 000011
【図６ｂ】
2011527502.tif 000012
【図７】
2011527502.tif 000013
【図８】
2011527502.tif 000014
【図９】
2011527502.tif 000015
【図１０】
2011527502.tif 000016
【図１１ａ】
2011527502.tif 000017
【図１１ｂ】
2011527502.tif 000018
【図１２】
2011527502.tif 000019
【図１３】
2011527502.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月4日(2011.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料構造の中に組み込まれた少なくとも１本の細長い中空繊維を具備する、電源であって、
前記少なくとも１本の細長い中空繊維は、電力を蓄積又は発生することができる電気回路の一部を形成している、電源。
【請求項２】
前記少なくとも１本の細長い中空繊維は、材料のマトリックスに含まれて、それによって繊維強化材料を提供する、請求項１に記載の電源。
【請求項３】
炭素繊維と、ガラス繊維と、鉱物繊維と、セラミック繊維と、高分子繊維と、金属繊維とを含むグループから選択される材料で、前記少なくとも１本の細長い中空繊維が作られる、請求項１に記載の電源。
【請求項４】
前記細長い中空繊維は、前記細長い中空繊維の塊を含む材料を形成するために、織られ、編まれ、紡がれたフィラメントの巻線又はマットである、請求項１に記載の電源。
【請求項５】
前記少なくとも１本の細長い中空繊維は、電気化学セルの能動又は受動素子を形成している、請求項１乃至４の何れか１項に記載の電源。
【請求項６】
前記少なくとも１本の細長い中空繊維は、前記電気化学セルの一部を形成している電解質を含んでいる、請求項５に記載の電源。
【請求項７】
前記少なくとも１本の細長い中空繊維は、電解質を含んでいて、それぞれの電極を含んでいる２つの電解質コンパートメント間のイオンブリッジの役割をする、請求項６に記載の電源。
【請求項８】
前記少なくとも１本の細長い中空繊維を被覆するか、又は間隔を空けて位置する電導性電極領域を前記細長い中空繊維の上に堆積させる、請求項５又は請求項６に記載の電源。
【請求項９】
前記間隔を空けて位置する電導性電極領域は、前記細長い中空繊維の向かい合っている内壁領域上に提供される、請求項８に記載の電源。
【請求項１０】
前記間隔を空けて位置する電導性電極領域は、前記細長い中空繊維に対して同心円状に配置されている、請求項８に記載の電源。
【請求項１１】
各細長い中空繊維は、前記細長い中空繊維の長さに沿って配置されている複数の電気化学セルを含む、請求項６乃至１０の何れか１項に記載の電源。
【請求項１２】
繊維における前記電気化学セルの各々は、正の入力／出力端子と負の入力／出力端子との間に並列接続されている、請求項１１に記載の電源。
【請求項１３】
繊維における前記電気化学セルの各々は、正端子と負端子との間に直列接続されている、請求項１１に記載の電源。
【請求項１４】
前記少なくとも１本の細長い中空繊維は、二次電池を構成している電気化学セルの一部を形成しており、
前記電源は、前記二次電池を充電する手段を更に含む、請求項５乃至１３の何れか１項に記載の電源。
【請求項１５】
前記少なくとも１本の細長い中空繊維は、燃料電池の一部を形成している、請求項１乃至４の何れか１項に記載の電源。
【請求項１６】
前記少なくとも１本の細長い中空繊維は、前記長さに沿って配置されている複数の燃料電池を含む、請求項１５に記載の電源。
【請求項１７】
繊維における前記燃料電池の各々は、正端子と負端子との間に並列接続されている、請求項１５又は１６に記載の電源。
【請求項１８】
繊維における前記燃料電池の各々は、正端子と負端子との間に並列接続されている、請求項１１に記載の電源。
【請求項１９】
前記少なくとも１本の細長い中空繊維は、光電池の一部を形成している、請求項１乃至４の何れか１項に記載の電源。
【請求項２０】
前記少なくとも１本の細長い中空繊維は、前記長さに沿って配置されている複数の光電池を含んでいる、請求項１９に記載の電源。
【請求項２１】
前記少なくとも１本の細長い中空繊維は、コンデンサの一部を形成している、請求項１乃至４の何れか１項に記載の電源。
【請求項２２】
第１の中空繊維と第２の中空繊維とを含む電源であって、
前記第１の中空繊維と前記第２の中空繊維との各々は、
電気化学セルと、光電池と、燃料電池と、電荷蓄積デバイスとから選択される、それぞれの異なる電源の能動素子又は受動素子を形成している、請求項１乃至２１の何れか１項に記載の電源。
【請求項２３】
請求項１乃至２２の何れか１項に記載の電源を組み込んだ表皮要素を具備する、乗り物。
【請求項２４】
請求項１乃至２０の何れか１項に記載の電源を具備する、衣服。
【国際調査報告】
2011527502.tif 000021
2011527502.tif 000022
2011527502.tif 000023