(57)【要約】第１のサブスタックに連結される第１の側面と、第２のサブスタックに連結される第２の側面とを有する双極伝導性基板を含むエネルギー貯蔵デバイスが提供される。第１および第２のサブスタックは、複数の交互に積層された正および負の単極電極ユニットを有する。それぞれの単極電極ユニットは各々、伝導性経路の両側に第１および第２の活性材料電極層を有する。セパレータが、隣接する単極電極ユニットの間に提供される。正の単極電極ユニットの伝導性経路は、電子的に連結されて、正のタブ付き電流バスを形成し、負の単極電極ユニットの伝導性経路は、電子的に連結されて、負のタブ付き電流バスを形成する。第１のサブスタックの負のタブ付き電流バスおよび第２のサブスタックの正のタブ付き電流バスはそれぞれ、双極伝導性基板の第１および第２の側面に連結される。
2014519139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー貯蔵デバイスであって、該デバイスは、
双極伝導性基板を備え、該双極伝導性基板は、第１のサブスタックに連結される第１の側面と第２のサブスタックに連結される第２の側面とを有し、
該第１および第２のサブスタックは、
複数の交互に積層された正および負の単極電極ユニットであって、それぞれの単極電極ユニットは各々、伝導性経路の両側面上に第１の活性材料電極層および第２の活性材料電極層を備える、複数の交互に積層された正および負の単極電極ユニットと、
隣接する単極電極ユニットの間に提供されたセパレータと
を備え、
該正の単極電極ユニットの伝導性経路は、電子的に連結されて正のタブ付き電流バスを形成し、該負の単極電極ユニットの伝導性経路は、電子的に連結されて負のタブ付き電流バスを形成し、
該第１のサブスタックの該負のタブ付き電流バスは、該双極伝導性基板の第１の側面に連結され、該第２のサブスタックの該正のタブ付き電流バスは、該双極伝導性基板の第２の側面に連結される、デバイス。
【請求項２】
前記伝導性経路は、穿孔を備える、請求項１に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項３】
前記穿孔は、相互から均一に離間される、請求項２に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項４】
前記穿孔は、均一なように寸法設定される、請求項２に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項５】
前記第１の活性材料電極層と第２の活性材料電極層とは、前記伝導性経路の中の穿孔を介して相互に物理的に結合する、請求項２に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項６】
前記伝導性経路の表面積は、前記穿孔によって画定される面積に等しい、請求項２に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項７】
前記第１および第２の活性材料電極層は、金属発泡体を備え、該金属発砲体は、その中に堆積されるそれぞれの活性材料を有する、請求項１に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項８】
前記第１および第２の活性材料電極層は、それぞれの活性材料を備え、該それぞれの活性材料は、バインダを使用して前記伝導性経路に結合される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項９】
前記伝導性経路は、複数の伝導性フランジを備える、請求項１に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項１０】
前記正のタブ付き電流バスは、前記正の単極電極ユニットの複数の伝導性フランジを備え、前記負のタブ付き電流バスは、前記負の単極電極ユニットの複数の伝導性フランジを備える、請求項９に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項１１】
前記伝導性フランジは、折り畳まれて、前記それぞれの正および負のタブ付き電流バスを形成する、請求項９に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項１２】
前記折り畳まれたタブは、積層方向に整列させられる、請求項１１に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項１３】
前記タブ付き電流バスは、積層方向に平行である、請求項１２に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項１４】
前記正および負のタブ付き電流バスは、電子接続タブを備え、該電子接続タブは、前記それぞれのタブ付き電流バスの一端において、積層方向から外向きに突出する、請求項１１に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項１５】
前記第１のサブスタックの電子接続タブは、前記双極伝導性基板の周りで前記第２のサブスタックの電子接続タブと整列し、該第１および第２のサブスタックの該電子接続タブは、該双極伝導性基板に電子的に連結され、および相互に電子的に連結される、請求項１４に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項１６】
前記電子接続タブは、前記双極伝導性基板に平行に突出する、請求項１４に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項１７】
前記電子接続タブは、前記サブスタックの側面を横断して、および前記積層方向に垂直に延在する、請求項１４に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項１８】
前記双極伝導性基板の第１および第２の側面は、前記第１および第２のサブスタックから外向きに延在して、外向きに延在している部分を形成し、該第１および第２のサブスタックの電子接続タブは、該双極伝導性基板の外向きに延在している部分に連結される、請求項１４に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項１９】
硬質停止部をさらに備え、該硬質停止部は、前記双極伝導性基板を包囲し、前記外向きに延在している部分の周りで、該双極伝導性基板を前記第１および第２のサブスタックの電子接続タブに連結する、請求項１８に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項２０】
前記硬質停止部は、封止リングを受容するための周辺溝を該硬質停止部の外側リムの中に備える、請求項１９に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項２１】
前記封止リングは、前記第１のサブスタックからの電解質が、前記第２のサブスタックからの電解質と統合することを防止する、請求項２０に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項２２】
前記硬質停止部は、複数の切り欠きを備え、該複数の切り欠きは、前記第１および第２のサブスタックの電子接続タブを整列させて、前記双極伝導性基板に関して該電子接続タブを相互に対して方向付ける、請求項１９に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項２３】
双極エネルギー貯蔵デバイスであって、該デバイスは、
双極電極ユニットを備え、該双極電極ユニットは、
複数の交互する正および負の単極電極ユニットの第１のサブスタックであって、それぞれの単極電極ユニットは各々、第１の伝導性経路を備える、第１のサブスタックと、
複数の交互する正および負の単極電極ユニットの第２のサブスタックであって、それぞれの単極電極ユニットは各々、第２の伝導性経路を備える、第２のサブスタックと、
双極伝導性基板であって、該双極伝導性基板は、該第１のサブスタックに連結される第１の側面および該第２のサブスタックに連結される第２の側面を有する、双極伝導性基板と
を備える、デバイス。
【請求項２４】
前記双極伝導性基板は、前記第１のサブスタックの交互する負の単極電極ユニットのための前記第１の伝導性経路に連結され、該双極伝導性基板は、前記第２のサブスタックの交互する正の単極電極ユニットのための前記第２の伝導性経路に連結される、請求項２３に記載の双極エネルギー貯蔵デバイス。
【請求項２５】
エネルギー貯蔵デバイスのためのサブスタックであって、該サブスタックは、
正の端末単極電極ユニットと、
負の端末単極電極ユニットと、
該正の端末単極電極ユニットと負の端末単極電極ユニットとの間に積層された複数の交互する正および負の単極電極ユニットであって、それぞれの単極電極ユニットは各々、
導性経路の両側面上の第１の活性材料電極層および第２の活性材料電極層と、
隣接する単極電極ユニットの間に提供されたセパレータと
を備える、複数の交互する正および負の単極電極ユニットと
を備え、
該サブスタックは、該正または負の端末単極電極ユニットおよび該交互する正および負の単極電極ユニットのそれぞれの正または負の伝導性経路を介して、双極伝導性基板と連結するように構成されている、サブスタック。
【請求項２６】
前記正および負の端末単極電極ユニットは、それぞれの伝導性経路を備え、該それぞれの伝導性経路は、前記交互する正および負の単極電極ユニットに面する該伝導性経路の側面上に活性材料電極層を有する、請求項２５に記載のサブスタック。
【請求項２７】
前記伝導性経路は、複数の伝導性フランジを備える、請求項２５に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項２８】
前記正の単極電極ユニットの前記複数の伝導性フランジを備える正のタブ付き電流バスと、前記負の単極電極ユニットの前記複数の伝導性フランジを備える負のタブ付き電流バスとをさらに備える、請求項２７に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項２９】
前記伝導性フランジは、前記それぞれの正および負のタブ付き電流バスを形成するように折り畳まれる、請求項２８に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項３０】
前記折り畳まれたタブは、積層方向に整列させられる、請求項２９に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項３１】
前記タブ付き電流バスは、前記積層方向に平行である、請求項３０に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項３２】
前記正および負のタブ付き電流バスは、電子接続タブを備え、該電子接続タブは、前記それぞれのタブ付き電流バスの一端において、前記積層方向から外向きに突出する、請求項２９に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６１／４８１，０５９号（２０１１年４月２９日出願）、および米国仮特許出願第６１／４８１，０６７号（２０１１年４月２９日出願）の利益を主張し、これらの両出願は、それぞれの全体が参照することによって本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
エネルギー貯蔵デバイス（ＥＳＤ）容量は、ＥＳＤによって貯蔵される電荷の尺度であり、ＥＳＤから抽出されることができる最大量のエネルギーのコンポーネントである。ＥＳＤの容量は、ＥＳＤ内の電極の間の界面の数に関連し得る。電極の巻回および電極の折畳み等の技法は、電極の間の界面の数を増加させ得る。しかしながら、折り畳まれた電極および巻回された電極の製造は、電極を操作するための特殊技法を必要とするので困難である。加えて、折り畳まれた電極および巻回された電極は、平坦な電極と比較して、付加的な応力が電極の襞または屈曲部に存在し得るので、欠陥を生じやすい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
前述に照らして、ある装置および方法が、積層されたＥＳＤの種々の積層および封止構成を含む積層されたエネルギーデバイス（ＥＳＤ）のために提供される。
【０００４】
本開示のいくつかの側面によると、ＥＳＤに、第１のサブスタックに連結される第１の側面と、第２のサブスタックに連結される第２の側面とを有する双極伝導性基板が提供される。第１および第２のサブスタックは、複数の交互に積層された正および負の単極電極ユニットを含み、それぞれの単極電極ユニットは各々、伝導性経路の両側面上に第１の活性材料電極層および第２の活性材料電極層を備える。セパレータが、隣接する単極電極ユニットの間に提供される。正の単極電極ユニットの伝導性経路は、電子的に連結されて、正のタブ付き電流バスを形成し、負の単極電極ユニットの伝導性経路は、電子的に連結されて、負のタブ付き電流バスを形成する。第１のサブスタックの負のタブ付き電流バスは、双極伝導性基板の第１の側面に連結され、第２のサブスタックの正のタブ付き電流バスは、双極伝導性基板の第２の側面に連結される。
【０００５】
いくつかの実施形態では、伝導性経路は、穿孔を備える。穿孔は、相互から均一に離間されていてもよく、穿孔は、均一なように寸法設定されてもよい。第１および第２の活性材料電極層は、伝導性経路内の穿孔を介して相互に物理的に結合してもよい。いくつかの実施形態では、伝導性経路の表面積は、穿孔によって画定される面積に等しい。
【０００６】
いくつかの実施形態では、第１および第２の活性材料電極層は、その中に堆積されるそれぞれの活性材料を有する金属発泡体を備える。いくつかの実施形態では、第１および第２の活性材料電極層は、バインダを使用して伝導性経路に結合されたそれぞれの活性材料を備える。
【０００７】
いくつかの実施形態では、伝導性経路は、複数の伝導性フランジを備える。正のタブ付き電流バスは、正の単極電極ユニットの複数の伝導性フランジを含み、負のタブ付き電流バスは、負の単極電極ユニットの複数の伝導性フランジを含む。伝導性フランジは、それぞれの正および負のタブ付き電流バスを形成するように折り畳まれる。折り畳まれたタブは、積層方向に整列させられてもよく、タブ付き電流バスは、積層方向に平行であってもよい。
【０００８】
いくつかの実施形態では、正および負のタブ付き電流バスは、それぞれのタブ付き電流バスの一端において、積層方向から外向きに突出する電子接続タブを備える。第１のサブスタックの電子接続タブは、双極伝導性基板の周りで第２のサブスタックの電子タブと整列し、第１および第２のサブスタックの電子接続タブは、双極伝導性基板におよび相互に電子的に連結される。電子接続タブは、双極伝導性基板に平行に突出してもよい。
【０００９】
いくつかの実施形態では、電子接続タブは、サブスタックの側面を横断して、積層方向に垂直に延在する。いくつかの実施形態では、双極伝導性基板の第１および第２の側面は、第１および第２のサブスタックから外向きに延在し、外向きに延在している部分を形成し、第１および第２のサブスタックの電子接続タブは、双極伝導性基板の外向きに延在している部分に連結される。
【００１０】
いくつかの実施形態では、ＥＳＤは、双極伝導性基板を包囲し、外向きに延在している部分の付近に双極伝導性基板を第１および第２のサブスタックの電子接続タブに連結する硬質停止部を備える。硬質停止部は、封止リングを受容するための硬質停止部の外側リム内に周辺溝を含む。封止リングは、第１のサブスタックからの電解質が、第２のサブスタックからの電解質と統合することを防止する。硬質停止部は、第１および第２のサブスタックの電子接続タブを整列させ、双極伝導性基板に関して電子接続タブを相互に対して方向付ける複数の切り欠きを含んでもよい。
【００１１】
本開示のいくつかの側面によると、双極電極ユニットを含む、双極ＥＳＤが提供される。双極電極ユニットは、複数の交互する正および負の単極電極ユニットの第１のサブスタックを含み、各それぞれの単極電極ユニットは、第１の伝導性経路を備える。双極電極ユニットはまた、複数の交互する正および負の単極電極ユニットの第２のサブスタックを含み、各それぞれの単極電極ユニットは、第２の伝導性経路を備える。双極電極ユニットはまた、第１のサブスタックに連結される第１の側面および第２のサブスタックに連結される第２の側面を有する、双極伝導性基板を含む。いくつかの実施形態では、双極伝導性基板は、第１のサブスタックの交互する負の単極電極ユニットのための第１の伝導性経路に連結され、双極伝導性基板は、第２のサブスタックの交互する正の単極電極ユニットのための第２の伝導性経路に連結される。
【００１２】
本開示のいくつかの側面によると、ＥＳＤのためのサブスタックが、提供される。サブスタックは、正の端末単極電極ユニットと、負の端末単極電極ユニットと、正および負の端末単極電極ユニットの間に積層された複数の交互する正および負の単極電極ユニットとを備える。各それぞれの単極電極ユニットは、伝導性経路の両側に、第１の活性材料電極層および第２の活性材料電極層を含む。セパレータが、隣接する単極電極ユニットの間に提供される。サブスタックは、正または負の端末単極電極ユニットならびに交互する正および負の単極電極ユニットのそれぞれの正または負の伝導性経路を介して、双極伝導性基板と連結するように構成される。いくつかの実施形態では、正および負の端末単極電極ユニットは、交互する正および負の単極電極ユニットに向いた伝導性経路の側面に、活性材料電極層を有するそれぞれの伝導性経路を備える。
【００１３】
本開示の前述ならびに他の目的および利点は、同様の参照文字が、全体を通して、同様の部品を指す、付随の図面と併せて、以下の発明を実施するための形態を検討することによって、明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１Ａ−Ｂは、本開示のいくつかの実装による、例示的な単極電極ユニットまたはＭＰＵを示す。
【図２】図２Ａ−Ｄは、本開示のいくつかの実装による、例示的な伝導性経路または「電子配線管」を示す。
【図３】図３は、本開示のいくつかの実装による、複数のＭＰＵを含む、例示的なサブスタックの部分的分解図を示す。
【図４】図４は、本開示のいくつかの実装による、複数のＭＰＵを含む、例示的なサブスタックを示す。
【図５】図５Ａ−Ｂは、本開示のいくつかの実装による、複数のＭＰＵを含む、例示的なサブスタックの断面図を示す。
【図６】図６は、本開示のいくつかの実装による、タブ付き電流バスを伴う、例示的なサブスタックを示す。
【図７】図７Ａ−Ｂは、本開示のいくつかの実装による、タブ付き電流バスを伴う、例示的なサブスタックの断面図を示す。
【図８】図８Ａ−Ｃは、本開示のいくつかの実装による、伝導性フランジを電子的に連結するための種々の技法を描写する。
【図９】図９は、本開示のいくつかの実装による、例示的なサブスタックおよび双極伝導性基板の部分的分解図を示す。
【図１０】図１０は、本開示のいくつかの実装による、硬質停止部を伴う、例示的なサブスタックを示す。
【図１１Ａ】図１１Ａ−Ｂは、本開示のいくつかの実装による、例示的な硬質停止部の斜視図を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ａ−Ｂは、本開示のいくつかの実装による、例示的な硬質停止部の斜視図を示す。
【図１２】図１２は、本開示のいくつかの実装による、硬質停止部を伴う、例示的なサブスタックの断面図を示す。
【図１３】図１３は、本開示のいくつかの実装による、ＥＳＤケーシング内に設置された硬質停止部を伴う、複数のサブスタックの部分的断面斜視図を示す。
【図１４】図１４は、本開示のいくつかの実装による、硬質停止部上に提供された例示的な均圧弁および充填管ポートを示す。
【図１５】図１５は、本開示のいくつかの実装による、ＥＳＤのサブスタックを電解質で充填するための例示的な技法を示す。
【図１６】図１６は、本開示のいくつかの実装による、例示的な長方形サブスタックの斜視図を示す。
【図１７】図１７Ａ−Ｂは、本開示のいくつかの実装による、例示的な長方形ＭＰＵを示す。
【図１８】図１８は、本開示のいくつかの実装による、複数のＭＰＵを含む、例示的な長方形サブスタックの概略図を示す。
【図１９】図１９Ａ−Ｂは、本開示のいくつかの実装による、複数のＭＰＵおよびタブ付き電流バスを含む、例示的な長方形サブスタックの断面図を示す。
【図２０】図２０は、本開示のいくつかの実装による、積層方向に積層された例示的な長方形ＭＰＵの斜視図を示す。
【図２１】図２１は、本開示のいくつかの実装による、硬質停止部を伴う、積層方向に積層された例示的な長方形ＭＰＵを示す。
【図２２Ａ】図２２Ａ−Ｈは、本開示のいくつかの実装による、複数のサブスタックを有するＥＳＤを組み立てるための種々のステップを描写する。
【図２２Ｂ】図２２Ａ−Ｈは、本開示のいくつかの実装による、複数のサブスタックを有するＥＳＤを組み立てるための種々のステップを描写する。
【図２２Ｃ】図２２Ａ−Ｈは、本開示のいくつかの実装による、複数のサブスタックを有するＥＳＤを組み立てるための種々のステップを描写する。
【図２２Ｄ】図２２Ａ−Ｈは、本開示のいくつかの実装による、複数のサブスタックを有するＥＳＤを組み立てるための種々のステップを描写する。
【図２２Ｅ】図２２Ａ−Ｈは、本開示のいくつかの実装による、複数のサブスタックを有するＥＳＤを組み立てるための種々のステップを描写する。
【図２２Ｆ】図２２Ａ−Ｈは、本開示のいくつかの実装による、複数のサブスタックを有するＥＳＤを組み立てるための種々のステップを描写する。
【図２２Ｇ】図２２Ａ−Ｈは、本開示のいくつかの実装による、複数のサブスタックを有するＥＳＤを組み立てるための種々のステップを描写する。
【図２２Ｈ】図２２Ａ−Ｈは、本開示のいくつかの実装による、複数のサブスタックを有するＥＳＤを組み立てるための種々のステップを描写する。
【図２３】図２３Ａ−Ｂは、本開示のいくつかの実装による、ＥＳＤ内の例示的な均圧弁および圧力除去弁を示す。
【図２４】図２４は、本開示のいくつかの実装による、ＥＳＤを冷却するための例示的な熱電発電装置を示す。
【図２５】図２５Ａ−Ｂは、本開示のいくつかの実装による、例示的な硬質停止部の概略断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
ＥＳＤのための種々の積層および封止構成を含む、積層されたエネルギー貯蔵デバイス（ＥＳＤ）のための装置および方法が提供され、図１−２５を参照して、以下に説明される。本開示は、例えば、電気エネルギーまたは電流を貯蔵および／または提供し得るバッテリ、キャパシタ、任意の他の好適な電気化学エネルギーあるいは電力貯蔵デバイス、もしくは任意のそれらの組み合わせを含むＥＳＤに関する。本開示は、積層された双極ＥＳＤの文脈において、本明細書において説明されるが、論じられる概念は、限定されないが、平行プレート、角柱、折畳み、巻回、および／または双極の構成、任意の他の好適な構成、または任意のそれらの組み合わせを含む任意のセルの間の電極構成に適用可能であることを理解されるであろう。
【００１６】
図１Ａ−Ｂは、本開示のいくつかの実装による、例示的な単極電極ユニットまたはＭＰＵ１０２を示す。図１Ａに示されるように、ＭＰＵ１０２は、本明細書では、「電子配線管」とも称される同一の極性を有し、伝導性経路１１４の両側に設置される２つの活性材料電極層１０８ａ−ｂを含む。活性材料電極層１０８ａ−ｂは、金属発泡体が活性材料のための伝導性マトリクスを提供するように、アノードまたはカソード活性材料のいずれかによって、金属発泡体を含浸することによって作製されてもよい。例えば、図ＩＢは、両方とも同一の活性材料でコーティングされ、伝導性経路１１４の両側に設置される２つの金属発泡体から形成され得る２つの活性材料電極層１０８ａ−ｂを有するＭＰＵを示す。いくつかの実施形態では、活性材料電極層１０８ａ−ｂは、２つの層が伝導性経路１１４を介して相互に相互係止するように圧接されてもよい。伝導性経路１１４は、２つの活性金属電極層１０８ａ−ｂの間に狭入される。
【００１７】
アノードまたはカソード活性材料は、同一の極性を有する同一の材料または異なる材料であってもよい。使用される活性材料のタイプは、ＭＰＵの極性を決定する。例えば、アノード活性材料は、負のＭＰＵ内で使用されてもよく、カソード活性材料は、正のＭＰＵ内で使用されてもよい。ある実装では、アノードまたはカソード活性材料は、伝導性経路１１４上にコーティングされてもよい。例えば、活性材料として使用される材料のタイプおよび伝導性経路１１４のために使用される材料のタイプに応じて、適切なバインダ材料が、伝導性経路１１４上へ活性材料を保持するために使用されてもよい。
【００１８】
図２Ａ−Ｄは、本開示のいくつかの実装による、例示的な伝導性経路２０２ａ−ｄ、すなわち、「電子配線管」を示す。伝導性経路２０２ａ−ｄは、電流経路送達構造として作用する、伝導性基板である。図２Ａ−Ｄに示されるように、伝導性経路２０２ａ−ｄは、１０８ａ−ｂ等の活性材料電極層が、伝導性経路２０２ａ−ｄを通して、物理的に相互係止し、一緒に結合することを可能にする、穿孔２０８ａ−ｂを含有する。伝導性経路２０２ａ−ｄ上の穿孔２０８ａ−ｂはまた、伝導性経路２０２ａ−ｄに類似する伝導性経路１１４を含み得るＭＰＵ１１４等のＭＰＵのイオンおよび電子伝導率を補助してもよい。
【００１９】
伝導性経路２０２ａ−ｄの設計は、好ましくは、イオン伝導率、電子伝導率、および熱伝導率ニーズを平衡化する。理想的な伝導性経路２０２ａ−ｄは、完全イオン伝送および無制限の電流搬送能力を有するであろう。しかしながら、これらの２つの目的は、イオン伝導率が、概して、伝導性経路２０２ａ−ｄ上の穿孔２０８ａ−ｂのサイズおよび数に関連する一方、電子伝導率が、概して、伝導性経路２０２ａ−ｄの総表面積（すなわち、穿孔２０８ａ−ｂを含まない）に関連するという点において平衡化される。特定の伝導性経路２０２ａ−ｄの穿孔パターンは、例えば、低電力ＥＳＤにより好適となり得る、穿孔パターンの開放面積を増加することによって、イオン伝導率に有利に働くように調整されてもよい。同様に、特定の伝導性経路２０２ａ−ｄの穿孔パターンは、例えば、高電力ＥＳＤより好適となり得る、電流搬送および放熱のために利用可能な金属の量を増加させることによって、電子伝導率に有利に働くように調整されてもよい。ＥＳＤの電力は、化学（イオン）および電気（電子）運動に関連し、所望のＥＳＤのタイプに基づいて平衡化される。
【００２０】
ある実装では、図２Ａ−Ｂに示されるように、穿孔２０８ａ−ｂは、異なるサイズを有してもよく、および／または穿孔の数は、変動してもよい。例えば、図２Ａは、複数の円形穿孔２０８ｂを有する伝導性経路２０２ａを示す。図２Ｂは、伝導性経路２０２ａの穿孔２０８ａよりも比較的に小さい半径を有する円形穿孔２０８ｂを有する伝導性経路２０２ａを示しているが、穿孔２０８ｂの数は、比較的により多い。穿孔パターンは、穿孔２０８ａ−ｂが相互に均一に離間されているという点において、均一に分散されてもよく、これは、伝導性経路２０２ａ−ｂ全体を通して、実質的に、均一なイオン伝導率および電子伝導率を可能にし得る。穿孔の任意の好適な構成が、伝導性経路２０２ａ−ｄに対して使用されてもよく、穿孔は、長方形、円形、楕円形、三角形、六方晶、または任意の他の所望の形状、あるいは任意のそれらの組み合わせを含む、任意の好適な形状を有してもよい。ある実装では、穿孔の面積は、実質的に、伝導性経路２０２ａ−ｄの表面積に等しく、これは、イオン伝導率と電流搬送伝導性との間に好ましい平衡を提供し得る。
【００２１】
いくつかの実施形態では、伝導性フランジ２１２が、伝導性経路２０２ａ−ｄを中心として提供されてもよく、伝導性経路２０２ａ−ｄから半径方向外向きに突出してもよい。伝導性フランジ２１２は、伝導性フランジ２１２が伝導性経路２０２ａ−ｄの延在部であるので、電気接続をＭＰＵに提供する。いくつかの実施形態では、フランジは、それぞれの伝導性経路と一体的に形成される。いくつかの実施形態では、フランジは、別個に形成され、次いで、それぞれの伝導性経路に連結される。伝導性フランジ２１２は、任意の好適な形状またはサイズを有してもよい一方、伝導性経路２０２ａ−ｄから外向きに延在するように構成される。例えば、伝導性フランジ２１２の断面領域は、実質的に、長方形、三角形、円形または楕円形、六方晶、または任意の他の所望の形状、あるいはそれらの組み合わせであってもよい。
【００２２】
図２Ｃ−Ｄに示されるように、例えば、伝導性フランジ２１２の数は、変動してもよい。図２Ｃでは、３つの伝導性フランジ２１２が、伝導性経路２０２ｃから半径方向外向きに突出するが、図２Ｄでは、伝導性経路２０２ｄから半径方向外向きに突出する、４つの伝導性フランジ２１２が、存在する。伝導性経路２０２ａ−ｄは、任意の好適な数の伝導性フランジ２１２を有してもよいことを理解されるであろう。フランジの数を増加させることは、ＭＰＵ１０２へのより多くの電気接続が利用可能であって、効果的に、ＭＰＵへの接続の全体的抵抗を低減させるため、電気伝導性を増加させ得る。伝導性経路２０２ａ−ｄの厚さは、所望の抵抗に基づいて決定されてもよい。フランジ２１２の数を増加させることは、全体的抵抗を減少させるので、より薄い伝導性経路２０２ａ−ｄが使用されてもよい。
【００２３】
図３は、本開示のいくつかの実装による、複数のＭＰＵ３０８ａ−ｄおよび３１０ａ−ｄを含む例示的なサブスタック３０２の部分的分解図を示す。図３に示されるように、例えば、複数のＭＰＵ３０８ａ−ｄおよび３１０ａ−ｄは、積層方向に実質的に垂直に積層されて、サブスタック３０２を形成してもよい。スタック内のＭＰＵは、伝導性経路１１４を含む、図１Ａ−ＢのＭＰＵ１０２のものに類似する特性を有してもよい。１つのＭＰＵ３０８ａの活性材料電極層が、セパレータ３１４を介して、隣接するＭＰＵ３１０ｂの活性材料電極層に対向させられ得るように、セパレータ３１４が隣接するＭＰＵ（例えば、ＭＰＵ３０８ａと３１０ｂと）の間に提供されてもよい。加えて、ＭＰＵ３０８ａ上の活性材料の極性は、ＭＰＵ３０８ｂ上の活性材料の極性と異なる。サブスタック３０２のエネルギー貯蔵容量を増加させるために、または表面面積／容量比を増加させるために、複数のＭＰＵが相互の上部に積層されてもよい。
【００２４】
各セパレータ３１４は、電解質を保持し得る電解質層を含んでもよい。電解質層は、異なる極性を有する隣接するＭＰＵの活性材料電極層を電気的に分離し得、これは、隣接するＭＰＵ（例えば、ＭＰＵ３０８ａと３１０ｂと）の間の電気短絡を防止する一方、ＭＰＵの間のイオン移動を可能にし得る。同一の極性の伝導性経路の伝導性フランジ３３０ａ−ｂは、ＭＰＵ３０８ａ−ｄの伝導性フランジ３３０ｂが、直接、相互を覆って整列させられように整列させられてもよい。同様に、ＭＰＵ３１０ａ−ｄの伝導性フランジ３３０ａも、整列させられてもよい。伝導性フランジ３３０ａ−ｂは、異なる極性の伝導性フランジ３３０ａ−ｂの間の距離が、実質的に等しく離間されているように整列させられてもよい。
【００２５】
図３の積層されたＭＰＵ３１０ａ−ｄおよび３０８ａ−ｄのサブスタック３０２を継続して参照すると、サブスタック内のＭＰＵは、隣接するＭＰＵを分離するセパレータ３１４を用いて積層されてもよい。例えば、ＭＰＵ３１０ａ−ｄおよびＭＰＵ３０８ａ−ｄは、セパレータ３１４によって相互から分離される。図１ＢのＭＰＵ１０２と同様に、ＭＰＵ３０８ａ−ｄおよび３１０ａ−ｄは、伝導性経路の両側に、同一の極性を有する２つの活性材料電極層を含む。しかしながら、いくつかの実施形態では、図３に示されるように、サブスタックの一端におけるＭＰＵ３１０ａは、ＭＰＵ３１０ａの外側に向いた電極層３８０ａ上にコーティングされた活性材料を有していない。加えて、サブスタックの他端におけるＭＰＵ３０８ｄも、ＭＰＵ３０８ｄの外側を向いた電極層３８０ｂ上にコーティングされた活性材料を有していなくてもよい。活性材料でコーティングされていないＭＰＵ（例えば、ＭＰＵ３１０ａおよび３０８ｄ）の電極層は、電極層上に金属発泡体を含んでもよい。代替として、ある実装では、サブスタックの一端において、ＭＰＵ３１０ａおよび３０８ｄの外側を向いた電極層３８０ａ−ｂは、その上にコーティングされた活性材料を有してもよい。次々に積層されたＭＰＵ３１０ａ−ｄおよび３０８ａ−ｄの極性は、交互する。サブスタックの一端におけるＭＰＵ（例えば、ＭＰＵ３０８ｄ）は、サブスタックの他端におけるＭＰＵ（例えば、ＭＰＵ３１０ａ）と異なる極性を有する（例えば、活性材料電極層に基づいて）。
【００２６】
サブスタック３０２は、同一の極性のＭＰＵ３１０ａ−ｄおよび３０８ａ−ｄの伝導性フランジ３３０ａ−ｂを整列させるための整列レール３４０を有するジグ３３４を使用して構築されてもよい（例えば、ＭＰＵ３１０ａ−ｄの伝導性フランジ３３０ａが一緒に整列させられ、ＭＰＵ３０８ａ−ｄの伝導性フランジ３３０が一緒に整列させられる）。例えば、図３に示されるように、各ＭＰＵ３１０ａ−ｄおよび３０８ａ−ｄ内の伝導性経路は、それぞれの伝導性経路の両側に、半径方向外向きに突出する２つの伝導性フランジ３３０ａ−ｂを有する。同一の極性のＭＰＵ（ＭＰＵ３１０ａ−ｄまたはＭＰＵ３０８ａ−ｄのいずれか）に対応する伝導性フランジ３３０ａ−ｂは、相互を覆って整列させられる。伝導性フランジ３３０ａ−ｂは、ＭＰＵ３１０ａ−ｄおよび３０８ａ−ｄならびに伝導性フランジ３３０ａ−ｂが、それらのそれぞれの整列レール３４０内にあるように設置される。
【００２７】
図４は、本開示のいくつかの実装による、複数のＭＰＵ４０６および４１０を含む例示的なサブスタック４０２を示す。サブスタック４０２は、ある極性の４つのＭＰＵ４１０および反対極性の４つのＭＰＵ４０６を有するように示される。線Ｖは、サブスタック４０２のＭＰＵ４０６の伝導性フランジ４１４を含む、サブスタック４０２の断面領域を示す。線ＩＶは、サブスタック４０２のＭＰＵ４１０の伝導性フランジ４１６を含む、サブスタック４０２の断面領域を示す。
【００２８】
図５Ａ−Ｂは、本開示のいくつかの実装による、複数のＭＰＵ４０６ａ−ｄおよび４１０ａ−ｄを含むサブスタック４０２の種々の断面図を示す。サブスタック４０２は、４つのＭＰＵ４１０ａ−ｄおよび４つのＭＰＵ４０６ａ−ｄを含みサブスタック４０２の一端におけるＭＰＵ４１０ａは、サブスタック４０２の他端におけるＭＰＵ５１６ｄと異なる極性を有する。反対極性を有する活性材料電極層を有する隣接するＭＰＵ（例えば、５３０および５３８）は、セパレータ５２４によって分離される。
【００２９】
図５Ａ−Ｂにおける横断面図のそれぞれにおいて、伝導性フランジは、交互するＭＰＵから突出して示される。図５Ａは、サブスタック４０２の一端から始端する、ある極性のＭＰＵ４１０ａ−ｄから突出する伝導性フランジ４１６を示し、交互するＭＰＵは、外向きに突出する伝導性フランジを有する。同様に、図５Ｂは、サブスタック４０２の他端から始端し、ＭＰＵ４１０ａ−ｄと反対極性を有するＭＰＵ４０６ａ−ｄから突出する伝導性フランジ４１４を示す。前述のように、ＭＰＵ４１０ａおよび４０６ｄの両端における電極層５４８および５５６はそれぞれ、その上にコーティングされた活性材料を有していなくてもよい。代替として、ある実装では、電極層５４８および５５６は、その上にコーティングされたそれぞれの活性材料を有してもよい。
【００３０】
図６は、本開示のいくつかの実装による、タブ付き電流バス６０６および６１２を有する例示的なサブスタック６０２を示す。同一の極性のＭＰＵの伝導性フランジ（例えば、ＭＰＵ４１０ａ−ｄの伝導性フランジ４１６、または異なる極性のＭＰＵ４０６ａ−ｄの伝導性フランジ４１４）は、一緒に電子的に連結され、タブ付き電流バス６０６および６１２を形成する。例えば、伝導性フランジは、それぞれの正および負のタブ付き電流バス６０６および６１２を形成するように折り畳まれる。タブ付き電流バス６０６および６１２は、例えば、サブスタックを一緒に連結するために、他のサブスタックからのタブ付き電流バスに電気的に連結され得る、伝導性構造を提供する。各ＭＰＵは、複数の伝導性フランジ（例えば、伝導性経路２０２ｃ−ｄに関して説明される伝導性フランジ）を有し得るため、各一組の伝導性フランジに対して、複数のタブ付き電流バス６０６または６１２が存在してもよい。１つ以上の伝導性経路の伝導性フランジは、折畳み、圧着、溶接、はんだ付け、接合、リベット留め、ボルト締め、電気連結を提供する任意の他の好適な手段、または任意のそれらの組み合わせによって、一緒に電子的に連結され、タブ付き電流バス６０６および６１２を形成してもよい。
【００３１】
図６に示されるように、各タブ付き電流バス６０６または６１２は、サブスタック６０２の端部６２０ａ、６２０ｂに提供されてもよく、本明細書では、「電子接続タブ」とも称されるタブ付き電流バス６０６または６１２の部分６４０および６４２は、サブスタック６０２から外向きに突出する。一方の極性のタブ付き電流バス６０６は、サブスタック６０２の一端６２０ａから外向きに突出し、反対極性のタブ付き電流バス６１２は、サブスタック６０２の他端６２０ｂから外向きに突出する。タブ付き電流バス６０６および６１２は、積層方向および積層方向に平行に整列させられるように、折り畳まれててもよい。電子接続タブ６４０および６４２は、サブスタック６０２の側面（例えば、側面６８０）を横断して延在し、積層方向に垂直であってもよい。
【００３２】
図７Ａ−Ｂは、本開示のいくつかの実装による、タブ付き電流バス６０６および６１２を有する例示的なサブスタック６０２の断面図を示す。図７Ａは、図６の線ＶＩＩによって示されるサブスタック６０２の断面領域を示す。ＭＰＵ７１４ａ−ｄの伝導性フランジ７０８は、サブスタックの一端に折り畳まれ、一緒に連結されて、タブ付き電流バス６０６を形成する。タブ付き電流バス６０６の一部である電子接続タブ６４２は、サブスタック６０２の上端６２０ａから半径方向外向きに突出する。図７Ｂは、図６の線ＶＩＩＩによって示されるサブスタック６０２の断面領域を示す。ＭＰＵ７１８ａ−ｄの伝導性フランジ７４４は、サブスタックの第２の端部に折り畳まれ、一緒に連結されて、タブ付き電流バス６１２を形成する。タブ付き電流バス６１２の一部である電子接続タブ６４０は、サブスタック６０２の底端６２０ｂから半径方向外向きに突出する。
【００３３】
図８Ａ−Ｃは、本開示のいくつかの実装による、伝導性フランジを電子的に連結するための種々の技法を描写する。図８Ａは、それらを一緒に連結するために、垂直に折り畳まれた各極性の伝導性フランジ（例えば、一方の極性の伝導性フランジ８２４および異なる極性の伝導性フランジ８２０）を示す。伝導性フランジは、折り畳まれる、一緒に圧接される、または溶接され、任意の好適な方法において、タブ付き電流バス８３０または８３６を形成してもよい。相互の上部に整列させられる同一の極性のＭＰＵの伝導性フランジ８２４または８２０は、電子的に一緒に連結され、電子接続タブは、サブスタック８０２のそれぞれの端部に提供されてもよい。いくつかの実装では、伝導性部材８４８は、伝導性フランジの間に設置され、伝導性フランジに溶接され、同一の極性の伝導性フランジを電気的に一緒に連結してもよい。
【００３４】
図８Ｂは、サブスタックの伝導性フランジ（例えば、図４のサブスタック４０２の伝導性フランジ４１４または４１６）を電子的に連結して、タブ付き電流バス（例えば、タブ付き電流バス６０６または６１２）を形成するために使用され得る圧着装置８５０を示す。サブスタックは、圧着装置８５０の上半分８５８が閉鎖され、圧着装置８５０の下半分８５２と合体されると、同一の極性の伝導性フランジが一緒に圧着されるように、圧着装置８５０内に設置されてもよい。一方の極性のＭＰＵは、圧着溝８６６内で第１の方向に圧着される一方、反対極性のＭＰＵの伝導性フランジは、圧着溝８６２内で第２の方向に圧着される。実施例として、圧着装置８５０を使用することによって、サブスタック４０２は、サブスタック６０２のように圧着され、電流タブ付きバス６０６および６１２は折り畳まれ、サブスタック６０２の異なる端部から突出し得る。
【００３５】
図８Ｃは、伝導性フランジ８７４（例えば、サブスタック４０２の伝導性フランジ４１４または４１６）を一緒に電子的に連結し、タブ付き電流バス（例えば、タブ付き電流バス６０６または６１２）を形成するために使用され得る、電子伝導性であるクリップ８７０を示す。同一の極性のＭＰＵ（例えば、サブスタック４０２の伝導性フランジ４１４または４１６）に対する一組の伝導性フランジ８７４が電子伝導性のクリップ８７０の中へ挿入され、次いで、クリップ８７０は、圧縮され、サブスタック６０２のそれぞれの端部に電子接続を提供する。伝導性クリップ８７０は、タブ付き電流バスの中へ折り畳まれおよび圧縮される前に、伝導性フランジ８７４と、随意に、電子接続タブの整列を提供する。伝導性クリップ８７０は、ワッフル状構造を有し、伝導性クリップ８７０の比較的に容易な圧縮を可能にする一方、依然として、伝導性フランジ８７４が、圧縮の間、適所に整列および保持されるための十分な構造を提供する。しかしながら、伝導性クリップ８７０は、伝導性クリップ８７０が圧縮され、それによって、タブ付き電流バスを形成することを可能にする任意の好適な構造を有してもよい。
【００３６】
図９は、本開示のいくつかの実装による、例示的なサブスタック９０２ａ−ｂおよび双極伝導性基板９０８の部分的分解図を示す。２つのサブスタック９０２ａおよび９０２ｂは、その間に設置された双極伝導性基板とともに示される。サブスタック９０２ａおよび９０２ｂは、サブスタック６０２に類似する要素を含み、ＭＰＵ７１４ａ−ｄおよび７１８ａ−ｄ等のＭＰＵと、タブ付き電流バス６０６および６１２と、電子接続タブ６４０および６４２とを含む。各サブスタックのタブ付き電流バス９３０および９３６は、それらのそれぞれの端部に突出する電子接続タブ９３８および９４０とともに、サブスタックの異なる端部に折り畳まれて示される。各サブスタックのタブ付き電流バス９３０および９３６は、サブスタックの積層方向に平行であるように、折り畳まれてもよい。
【００３７】
サブスタック９０２ａ−ｂの間にあるのは、双極伝導性基板９０８である。ある実装では、双極伝導性基板９０８は、隣接するサブスタックの両端（例えば、サブスタック９０２ａの第２の端部９２４ｂおよびサブスタック９０２ｂの第１の端部９２４ａ）において、タブ付き電流バスの間の電気接続を形成する、コーティングされていない金属表面であってもよい。双極伝導性基板９０８は、実質的に不浸透性であり、サブスタック９０２ａ−ｂの間の電解質イオン移動を防止する。双極伝導性基板９０８の領域は、サブスタック９０２ａ−ｂのそれぞれの端部を被覆し、サブスタック９０２ａ−ｂから突出する電子接続タブ９４０および９３０に重複する。電子接続タブ９４０および９３０は、電子接続タブ９４０および９３０に重複する双極伝導性基板９０８の外向きに延在している部分に連結されてもよい。ある実装では、双極伝導性基板９０８は、電子接続タブ９４０および９３０より遠くに延在してもよい。
【００３８】
実施例として、双極伝導性基板９０８は、円形の幾何学形状であり、サブスタック９０２ａ−ｂと、サブスタック９０２ａ−ｂから突出する電子接続タブ９３８および９４０の半径と実質的に等しい半径を有してもよい。ある実施形態では、双極伝導性基板９０８の半径は、電子接続タブ９３８および９４０を含むサブスタック９０２ａ−ｂの半径よりも比較的大きくてもよい。この付加的な長さは、双極伝導性基板９０８が、電子接続タブ９３８および９４０を越えて延在することを確実にし得る。この重複は、基板９０８が、基板の間の電解質の移動を防止することを支援をし得る。実質的に円筒形の幾何学形状を有するように示されているが、双極伝導性基板９０８は、サブスタック９０２ａ−ｂのそれぞれの端部９２４ａおよび９２４ｂを被覆し、ＥＳＤケーシング内に設置されると、隣接するサブスタックの間の電解質の移動を防止する（例えば、サブスタック９０２ａからの電解質が、サブスタック９０２ｂ内に漏出しないように、およびその逆を防止する）任意の好適な幾何学形状を有してもよい。
【００３９】
図９に示されるように、サブスタック９０２ａは、サブスタック９０２ｂの上方に整列させられる。一方の極性のＭＰＵの伝導性経路に連結されるサブスタック９０２ａの第２の端部９２４ｂにおける電子接続タブ９４０は、反対極性のＭＰＵの伝導性経路に連結されるサブスタック９０２ｂの第１の端部９２４ａにおける電子接続タブ９３０と整列させられる。双極伝導性基板９０８は、２つのサブスタック９０２ａ−ｂの間および電子接続タブ９３０と９４０との間に配置される。各サブスタック９０２ａ−ｂは、一方の極性の伝導性経路に接続されたサブスタック９０２ａの一端９２４ｂを中心とした電子接続タブ９４０が、反対極性の伝導性経路に接続された別のサブスタック９０２ｂの反対端９２４ａを中心とした電子接続タブ９３０と整列させられるように、整列させられる。
【００４０】
実施例として、サブスタック９０２ａの第２の端部９２４ｂおよびサブスタック９０２ｂの第１の端部９２４ａは、双極伝導性基板９０８の第１の側面９８０ａおよび第２の側面９８０ｂに連結される。各サブスタックは、複数の交互に積層された正および負のＭＰＵを含み、その間にセパレータを伴う。各サブスタックの正のＭＰＵの伝導性経路は、複数の伝導性フランジを有してもよい。各正のＭＰＵの伝導性フランジは、他の正のＭＰＵの伝導性フランジと整列させられる。相互を覆って整列させられる、伝導性フランジは、正のタブ付き電流バス９３０の端部から外向きに突出するタブ付き電流バスの一部である、またはそこに連結され得る、正のタブ付き電流バス９３０を形成するために、電子接続タブ９３８と連結されてもよい（例えば、折り畳まれる）。正のタブ付き電流バス９３０は、各サブスタックの一端９２４ａに折り畳まれる。同様に、各サブスタックの負のＭＰＵの伝導性経路は、正のＭＰＵ同様に、連結（例えば、折畳み）される、複数の伝導性フランジを有してもよい。負のＭＰＵに連結される負のタブ付き電流バス９３６および負の電子接続タブ９４０は、各サブスタックの正のＭＰＵのタブ付き電流バス９３０から、反対端９２４ｂに折り畳まれる。負の電子接続タブ９４０、ひいては、負のタブ付き電流バス９３６は、双極伝導性基板９０８の１つの側面９８０ａに連結され、正の電子接続タブ９３８、ひいては、正のタブ付き電流バス９３０は、双極伝導性基板９０８の他の側面９８０ｂに連結される。
【００４１】
図１０は、本開示のいくつかの実装によると、硬質停止部１０１８を有する、例示的なサブスタック１００８ａ−ｂを示す。２つのサブスタック１００８ａ−ｂが、図１０に示されており、可視ではない双極伝導性基板は、２つのサブスタック１００８ａ−ｂの間に配置されている。サブスタック１００８ａ−ｂは、サブスタック１００８ａ−ｂ内のＭＰＵによって画定される平面に垂直である方向に積層される。２つのサブスタック１００８ａ−ｂを囲んでいるのは、硬質停止部１０１８であって、これらは、２つのサブスタック１００８ａ−ｂを一緒に保持し、隣接するサブスタック１００８ａおよび１００８ｂの電子接続タブとの間の接触増強を提供することを支援をする（例えば、電子接続タブ１０２４は、電子接続タブ１０３０との増強接点１０５０を有してもよい）。増強接点１０５０は、電子接続タブ（例えば、タブ１０２４と１０３０）の間に比較的により高い伝導性接続を生成する。例えば、増強接点１０５０は、サブスタック１００８ａからの一方の極性の電子接続タブ１０２４が、直接、隣接するサブスタック１００８ｂからの反対極性の電子接続タブ１０３０に電気的に連結されるように、伝導性基板を介してサブスタック１００８ａ−ｂを接続することによって生成されてもよい。直接電気リンクは、隣接するサブスタック１００８ａ−ｂの電子接続タブ１０２４および１０３０を電気的にリンクする溶接、ボルト、ネジ、リベット、または任意の他の手段、あるいは任意のそれらの組み合わせを使用して達成されてもよい。電子リンクは、２つの電子接続タブ１０２４と１０３０との間に電子のための平行経路を提供し、一方の極性のＭＰＵが、双極伝導性基板を介して反対極性のＭＰＵにリンクされるので、双極バッテリ構成の直接電気リンクに類似している。
【００４２】
一方のサブスタック１００８ａの電解質が、別のサブスタック１００８ｂの電解質と統合することを防止するために、硬質停止部１０１８は、隣接するサブスタック１００８ａ−ｂの端部１０３４ａ−ｂおよび２つの隣接するサブスタック１００８ａ−ｂの間の双極伝導性基板（図１０においては可視ではない）の周りに提供されてもよい。硬質停止部１０１８は、実質的に、電解質（例えば、１００８Ａ内または１００８Ｂ内の電解質）をその特定のサブスタック内に封止してもよい。
【００４３】
硬質停止部１０１８は、硬質停止部１０１８の周縁付近に、実質的に電解質が隣接するサブスタック１００８ａ−ｂの電解質と統合することを防止する封止リング１０４４を含み、サブスタック１００８ａ−ｂの間に封止障壁を提供してもよい。封止リング１０４４は、ＥＳＤケーシングの壁と硬質停止部１０１８との間に封止を生成する。
【００４４】
図１１Ａ−Ｂは、本開示のいくつかの実装による、例示的な硬質停止部１１０２ａ−ｂの斜視図を示す。図１１Ａでは、硬質停止部１１０２ａは、第１の連続区画１１０８および第２の連続区画１１１４を含む。第１の区画１１０８および第２の区画１１１４は、それらが界面接触するように構成される、電子接続タブ（例えば、図１０のサブスタック１００８ａ−ｂの電子接続タブ１０２４および１０３０）の形状に切り欠き１１２０を有する。これは、硬質停止部１１０２ａが、ＥＳＤの構築の間に、１００８ａ−ｂ等のサブスタックの付近に設置されることを可能にする。切り欠き１１２０が、電子接続タブ（例えば、１０２４および１０３０）の形状であるので、切り欠き１１２０は、硬質停止部１１０２ａが、隣接するサブスタックの隣接する端部（例えば、サブスタック１００８ａおよび１００８ｂの端部１０３４ａおよび１０３４ｂ）を覆って設置されることを可能にする（そうでなければ、サブスタックの端部を覆う硬質停止部１１０２ａの場所に緩衝し得る）。第１の連続区画１１０８および第２の連続区画１１１４は、双極伝導性基板のそれぞれの側面に一緒に圧着される。第１および第２の区画１１０８および１１１４は、区画を一緒にしっかりと締結するためのボルト締め、溶接、または任意の他の好適な技法、あるいは任意のそれらの組み合わせによって、双極伝導性基板を介して一緒に固着されてもよい。硬質停止部１１０２ａの外側リム１１４０は、封止リング１１５０が、溝内に設置されることを可能にするように溝が付けられてもよい。第１の区画１１０８および第２の区画１１１４は、封止リング１１５０が、硬質停止部１１０２ａの区画の間に嵌合されることを可能にするように、相互に溝がつけられてもよい。ある実装では、硬質停止部１１０２ａの各区画１１０８および１１１４は、その独自の封止リング１１５０に嵌合するための溝を含んでもよい。例えば、各硬質停止部区画１１０８および１１１４は、硬質停止部区画１１０８および１１１４の外側リム１１４０のそれぞれ上にその独自のそれぞれの封止リング１１５０を有してもよい。
【００４５】
ある実装では、硬質停止部１１０２ａは、双極伝導性基板に向いている硬質停止部１０１８の側面に、硬質停止部１１０２ａの内側リム１１６０上に棚を含んでもよい。棚は、サブスタックの間の双極伝導性基板の周囲に嵌合することによって、硬質停止部１１０２ａをサブスタックと整列させてもよい。
【００４６】
図１１Ｂでは、硬質停止部１１０２ｂは、連続区画の代わりに、複数の分断された区域に分離されてもよい。硬質停止部１１０２ｂは、複数の区域、例えば、硬質停止部区域１１９２ａおよび１１９２ｂに分割され、一緒に継合されると、連続硬質停止部１１０２ｂを形成する。硬質停止部区域１１９２ａ−ｂは、一緒にしっかりと継合され、隣接するサブスタックの電解質が統合することを防止する封止を生成する。区域は、区画を一緒にしっかりと締結するボルト締め、溶接、または任意の手段によって、一緒に固着されてもよい。硬質停止部１１０２ｂは、一緒に握着し、連続硬質停止部を形成する、任意の数の区域に分割されてもよい。硬質停止部１１０２ｂは、電子接続タブを囲繞する、電子接続タブの形状（例えば、電子接続タブ１０２４および１０３０の形状）にある切り欠き１１９２を含んでもよい。硬質停止部１１０２ｂの各区域１１９２ａ−ｂの外側リムは、封止リングが、溝内に設置されることを可能にするように、溝が付けられてもよい。複数の溝は、複数の封止リングが、硬質停止部１１０２ｂの外側リム上に嵌合されることを可能にするように作製されてもよい。硬質停止部の形状は、図１１Ｂに示されるように、区域を伴う円形であるが、硬質停止部１１０２ｂは、長方形、三角形、または楕円形等の任意の形状であってもよく、硬質停止部１１０２ｂは、複数の区域に分割されてもよい。
【００４７】
図１２は、本開示のいくつかの実装による、硬質停止部１０１８を伴う、例示的な隣接するサブスタック１００８ａ−ｂの断面図を示す。図１０に関して前述のように、第１のサブスタック１００８ａの一端および第２のサブスタック１００８ｂの反対端は、相互に隣接して設置され、双極伝導性基板１２１４が、２つのサブスタックの間に設置される。サブスタック１００８ａの同一の極性のＭＰＵの伝導性経路の伝導性フランジ１２２０は、一緒に組み合わされ、折り畳まれ、タブ付き電流バス１２２６を形成するように示される。第１のサブスタック１００８ａのタブ付き電流バス１２２６は、突出する電子接続タブ１０３０と一緒に、双極伝導性基板１２１４の１つの側面１２３６ａに連結して示される。第２のサブスタック１００８ｂの伝導性フランジ１２２０に接続されたものと反対極性を有する、ＭＰＵの伝導性経路の伝導性フランジ１２４０は、一緒に組み合わされ、折り畳まれ、タブ付き電流バス１２４６を形成するように示される。サブスタック１００８ｂのタブ付き電流バス１２４６は、突出する電子接続タブ１０２４と一緒に、双極伝導性基板１２１４の他の側面１２３６ｂに連結されるように示される。サブスタック１００８ａ−ｂを包囲するのは、硬質停止部１０１８である。硬質停止部１０１８は、上側硬質停止部区画１２６０ａおよび下側硬質停止部区画１２６０ｂを含む。硬質停止部区画１２６０ａ−ｂは、双極伝導性基板１２１４の両側に連結される。双極伝導性基板１２１４に向いた硬質停止部１２６０ａ−ｂの区画は、電子接続タブ１０２４および１０３０を越えて延在する、双極伝導性基板１２１４の区域１２８６に重複する。硬質停止部区画の外側リム１２８０は、封止リング１０４４がその中に嵌合されることを可能にする、溝付き区画を有する。
【００４８】
図１３は、本開示のいくつかの実装による、硬質停止部１３１０を有し、ＥＳＤケーシング１３１６内に設置される、スタック１３０２内の複数のサブスタック１３０６の斜視図を示す。複数のサブスタック１３０６は、それぞれの双極伝導性基板の間に一緒に連結されて示され、複数の硬質停止部１３１０は、双極伝導性基板を包囲し、スタック１３０２を生成する。サブスタック１３０６は、サブスタック１３０６内のＭＰＵによって画定される平面に垂直な方向に積層される。各硬質停止部１３１０の外側リム１３８０は、封止リング１３２４を含み、ＥＳＤケーシング１３１６の壁１３３２と硬質停止部１３１０との間に封止を生成し、そのサブスタック１３０６内にサブスタック１３０６の電解質を含有し、電解質が他のサブスタック１３０６と統合することを防止する。
【００４９】
いくつかの実装では、硬質停止部１３２４は、スタック１３０２の端部に提供されてもよい。スタック１３０２の端部における硬質停止部１３２４は、スタック１３０２の端部におけるサブスタック１３０６の電解質のための封止を提供し、電解質がＥＳＤケーシングから漏出しないように防止する。
【００５０】
図１４は、本開示のいくつかの実装による、硬質停止部１４０２上に提供される、均圧弁１４０８および充填管ポート１４１４を示す。サブスタック（例えば、サブスタック１３０６）を封止し、第１のサブスタックの電解質が、別のサブスタックの電解質と統合することを防止することによって、サブスタックが充電および放電されるにつれて、圧力差が、隣接するサブスタックの間で生じ得る。均圧弁１４０８は、硬質停止部１４０２上に提供され、そのように生じる圧力差を低減させ得る。均圧弁１４０８は、半浸透性膜として動作し、化学的に、ガスの移動を可能にし、実質的に、電解質の移動を防止してもよい。均圧弁１４０８は、バネ、または時として、圧縮性ゴム塊を使用して、硬質停止部１４０２内の開口部に対して圧縮される剛性材料（例えば、鋼鉄）によって補強された封止材料（例えば、ゴム）の機械的配列であってもよい。サブスタック（例えば、サブスタック１３０６）内側の圧力が、許容限度を超えて増加すると、バネは、圧縮し、ゴム封止は、開口部から押し出され、過剰ガスを逃散させる。圧力が、低減されると、均圧弁１４０８は、次いで、再封止し、サブスタックは、通常通り機能可能である。
【００５１】
均圧弁１４０８は、実質的に、極性液体の移動を防止するが、二原子気体および非反応または貴ガスが、弁１４０８を通して拡散し、弁１４０８の両側の圧力を平衡化することを可能にしてもよい。拡散または移動が遮断される液体として、水、アルコール、食塩水、塩基性溶液、酸性溶液、および極性溶媒が挙げられ得るが、それらに限定されない。均圧弁１４０８は、二原子気体が、極性液体から分離するために使用されてもよい。耐極性溶媒封止材および黒鉛炭素繊維の束から作製される、均圧弁１４０８もまた、使用されてもよい。均圧弁１４０８は、複数のサブスタックＥＳＤ内のサブスタックの間の圧力を平衡化するために使用されてもよい。
【００５２】
充填管ポート１４１４は、ＥＳＤケーシング（例えば、ケーシング１３１６）内に設置された後、封止されたサブスタック（例えば、サブスタック１３０６）を充填する補助をするために、硬質停止部１４０２上に提供される。図１４に示されるように、充填管ポート１４１４は、硬質停止部１４０２のそれぞれ上に提供される。充填管ポート１４１４は、ガスおよび液体が、それを通して通過しないように防止する。充填管または注入器が、各サブスタックに隣接する硬質停止部１４０２の充填管ポート１４１４を通して挿入され、サブスタックを電解質で充填してもよい。このように、充填管または注入器が、複数の硬質停止部を通して、スタックの底部セル区画へと設置されてもよく、次いで、スタックは、底部から電解質で充填され、スタックの各区画が、電解質で充填されるにつれて、充填管または注入器を引き抜いてもよい。
【００５３】
図１５は、本開示のいくつかの実装による、ＥＳＤのサブスタック１５０６ａ−ｅを電解質で充填するための例示的技法を示す。サブスタック１５０６ａ−ｅは、ＥＳＤケーシング１５１６内に設置されるため、ともにスタック１５０８を形成する。スタック１５０８は、硬質停止部１５１０および封止リング１５２４を含み、ともに実質的に、各それぞれのサブスタック１５０６ａ−ｅを封止し、それによって、電解質が隣接するサブスタック（例えば、サブスタック１５０６ａと１５０６ｂ）の間で統合することを防止してもよい。各硬質停止部１５１０上に提供される充填管ポート１５３０は、充填管または充填注入器１５３６が、スタック１５０８の一端において、第１のサブスタック１５０６ａの充填管ポート１５３０を通して進入し、スタック１５０８の他端において、サブスタック１５０６ｅに到達するまで、中間サブスタック１５０６ｂ−ｄの充填管ポート１５３０を通して進行し得るように整列させられる。サブスタック１５０６ｅにくると、充填管１５３６は、終端サブスタック１５０６ｅを電解質で充填してもよい。終端サブスタック１５０６ｅが充填されると、充填管１５３６は、隣接するサブスタック１５０６ｄまで引き上げられてもよい。充填管１５３６が、終端サブスタック１５０６ｅから引き出されると、ガスおよび液体が、ポートに流入またはそこから流出しないように、充填管ポート１５３０が防止するため、終端サブスタック１５０６ｅ内の電解質は、その中に封止される。各サブスタック１５０６ａ−ｅは、終端サブスタック１５０６ｅから第１のサブスタック１５０６ａへと１つずつ充填されてもよい（但し、サブスタックは、任意の他の好適な順序で充填されてもよい）。サブスタック１５０６ａ−ｅが、付加的電解質を必要とする場合、充填管１５３６は、電解質を必要とする、特定のサブスタック１５０６ａ−ｅに到達するまで、填管ポート１５３０を通して設置されてもよく、そのサブスタックは、個々に、電解質で充填されてもよい。充填サブスタック１５０６ａ−ｅを電解質で充填する順序が説明されるが、サブスタック１５０６ａ−ｅを電解質で充填する任意の順序が行われてもよい。
【００５４】
ある実装では、コレクタ板１５６０ａ−ｂが、スタック１５０８の端部に設置されてもよく、硬質停止部１３２４は、コレクタ板の端部を包囲し、スタック１３０２の端部において、サブスタック１３０６の電解質を封止する。
【００５５】
図１６は、本開示のいくつかの実装による、例示的な長方形サブスタック１６０２の斜視図を示す。長方形サブスタック１６０２は、サブスタック１６０２の第１の面１６１２ａおよび第２の面１６１２ｂ上にタブ付き電流バス１６０８ａ−ｂを有する。タブ付き電流バス１６０８ａ−ｂの幅１６７０ａ−ｄは、その電流バスが整列するサブスタック１６０２のそれぞれの面に沿って、サブスタック１６０２の側面１６８０ａ−ｄを横断して延在する。同一の極性のＭＰＵの伝導性経路の伝導性フランジは、一緒に組み合わされ、第１の面１６１２ａに向かって折り畳まれ、サブスタックの両側に上側タブ付き電流バス１６０８ａを形成する。反対極性のＭＰＵの伝導性経路の伝導性フランジは、一緒に組み合わされ、第２の面１６１２ｂに向かって折り畳まれ、サブスタック１６０２の両側に下側タブ付き電流バス１６０８ｂを形成する。タブ付き電流バス１６０８ａ−ｂはそれぞれ、タブ付き電流バス１６０８ａ−ｂが折り畳まれる面に平行に突出する電子接続タブ１６２４ａ−ｂを有する。電子接続タブ１６２４ａ−ｂは、サブスタック１６０２の側面から張り出す。
【００５６】
図１７Ａ−Ｂは、本開示のいくつかの実装による、例示的な長方形ＭＰＵ１７０２を示す。ＭＰＵ１７０２は、例えば、図１６の長方形サブスタック１６０２を構築するために使用されてもよい。図１７Ａに示されるように、ＭＰＵ１７０２は、同一の極性を有し、伝導性経路１７１４の両側に設置される２つの活性材料電極層１７０８ａ−ｂを含む。活性材料電極層１７０８ａ−ｂは、金属発泡体１７２０が活性材料のための伝導性マトリクスを提供するように、金属発泡体をアノードまたはカソード活性材料のいずれかで含浸することによって作製されてもよい。例えば、図１７Ｂに示されるように、活性材料電極層１７０８ａ−ｂは、両方とも、同一の活性材料でコーティングされ、伝導性経路１７１４の両側に設置される２つの金属発泡体区画を使用して形成されてもよい。いくつかの実施形態では、活性材料電極層１７０８ａ−ｂは、２つの層が伝導性経路１７１４を介して相互に相互係止するように圧接されてもよい。伝導性経路１７１４は、２つの活性材料電極層１７０８ａ−ｂの間に狭入される。伝導性経路１７１４は、実質的に、電極層と同一の幅または長さを有するが、他の寸法の電極層を覆って延在する（例えば、示されるように、双極伝導性基板１７１４は、電極層より広いが、同一の長さである）。電極層を覆って延在する伝導性経路１７１４の区域は、伝導性フランジ１７１２である。
【００５７】
アノードまたはカソード活性材料は、同一の極性を有する同一の材料または異なる材料であってもよい。使用される活性材料のタイプは、ＭＰＵ１７０２の極性を決定する。例えば、アノード活性材料は、負のＭＰＵ内で使用されてもよく、カソード活性材料は、正のＭＰＵ内で使用されてもよい。ある実装では、アノードまたはカソード活性材料は、伝導性経路１７１４上にコーティングされてもよい。例えば、活性材料として使用される材料のタイプおよび伝導性経路１７１４のために使用される材料のタイプに応じて、適切なバインダ材料が、活性材料を伝導性経路１７１４上へ保持するために使用されてもよい。
【００５８】
図１８は、本開示のいくつかの実装による、複数のＭＰＵ１８０６ａ−ｃおよび１８０８ａ−ｃを含む、例示的な長方形サブスタック１８０２の概略図を示す。複数の長方形ＭＰＵ１８０６ａ−ｃおよび１８０８ａ−ｃは、実質的に、積層方向に垂直に積層され、サブスタック１８０２を形成し、積層された各ＭＰＵは、交互する極性を有してもよい。例えば、ＭＰＵ１８０６ａおよびＭＰＵ１８０８ａは、反対極性を有し、その間にセパレータ１８２４を伴って積層される。隣接するＭＰＵは、交互する極性を伴って積層されるので、ＭＰＵ１８０８ａに隣接して積層されるのは、ＭＰＵ１８０６ａと同一の極性を有するＭＰＵ１８０６ｂ等となり得る。サブスタック１８０２のエネルギー貯蔵容量またはサブスタックの表面積／容量比は、付加的なＭＰＵを一緒に積層することによって、増加されてもよい。
【００５９】
各セパレータ１８２４は、電解質を保持し得る電解質層を含んでもよい。電解質層は、異なる極性（例えば、正および負の活性材料電極層１８３０および１８３４）を有する隣接するＭＰＵの活性材料電極層を電気的に分離し得、隣接するＭＰＵ（例えば、ＭＰＵ１８０６ｃと１８０８ｃ）との間の電気短絡を防止する一方、ＭＰＵの間のイオン移動を可能にしてもよい。
【００６０】
同一の極性の伝導性経路の伝導性フランジ（例えば、伝導性フランジ１８４８または１８５８）は、同一の極性を有するＭＰＵ１８０８ａ−ｃの伝導性フランジ１８５８が相互に整列させられるように、整列させられてもよい。同様に、ＭＰＵ１８０８ａ−ｃと異なる極性のＭＰＵ１８０６ａ−ｂの伝導性フランジ１８４８は、相互に整列させられてもよい。図１８に示されるように、伝導性フランジ１８４８および１８５８はそれぞれ、ＭＰＵの側面全体を横断して延在し、また、ＭＰＵの側面から突出するので、同一の極性のＭＰＵは、伝導性フランジを有する側面が相互に覆って整列させられるように位置付けられる。例えば、伝導性フランジ１８４８は、相互に覆って整列させられ、同様に、伝導性フランジ１８５８もまた、相互に覆って整列させられる。積層構成は、図１８に示されるように、複数のＭＰＵのそれぞれに対して交互し、そこで、一方の極性の第１のＭＰＵ１８０６ａは、異なる極性のＭＰＵ１８０８ａに隣接して積層され、ＭＰＵ１８０６ａの伝導性フランジ１８４８が、ＭＰＵ１８０８ａの伝導性フランジ１８５８に垂直となるように積層される。積層は、このように継続し、各ＭＰＵは、最終サブスタックが、第１のＭＰＵ１８０６ａと異なる極性を伴って積層されるまで、交互する極性を伴って積層される。
【００６１】
ある実装では、サブスタック１８０２の一端におけるＭＰＵ１８０６ａは、外側を向いた電極層１８６６ａ上にコーティングされた活性材料を有していない。加えて、サブスタック１８０２の他端におけるＭＰＵ１８０８ｃも、外側を向いた電極層１８６６ｂ上にコーティングされた活性材料を有していなくてもよい。サブスタック１８０２のＭＰＵ１８０６ａの電極層１８６６ａは、活性材料でコーティングされていない、金属発泡体であってもよい。同様に、サブスタック１８０２のＭＰＵ１８０８ｃの電極層１８６６ｂは、活性材料でコーティングされていない、金属発泡体であってもよい。
【００６２】
図１９Ａ−Ｂは、本開示のいくつかの実装による、複数のＭＰＵ１９０６ａ−ｃおよび１９０８ａ−ｃならびにタブ付き電流バス１６０８ａ−ｂを含む、例示的な長方形サブスタック１６０２の断面図を示す。同一の極性のＭＰＵの伝導性フランジ１９３０および１９２０は、ともに電子的に連結され、タブ付き電流バス１６０８ａ−ｂを形成する。タブ付き電流バス１６０８ａ−ｂに連結される、電子接続タブ１６２４ａ−ｂは、ＭＰＵの側面から外向きに突出する。電子接続タブ１６２４ａ−ｂおよびタブ付き電流バス１６０８ａ−ｂは、他のサブスタックのタブ付き電流バスに一緒に電気的に連結し得る、伝導性電子リンクを提供する。１つ以上の伝導性経路の伝導性フランジは、ともに電子的に連結され、電気連結を提供する折畳み、圧着、溶接、はんだ付け、接合、リベット留め、ボルト締め、任意の他の好適な手段、または任意のそれらの組み合わせによって、タブ付き電流バスを形成してもよい。
【００６３】
図１９Ａは、図１６における線Ｘによって示される、例示的な長方形サブスタック１６０２の断面図を示す。断面は、サブスタック１６０２の一端に折り畳まれ、一緒に連結されて、タブ付き電流バス１６０８ｂを形成する、一方の極性の各ＭＰＵ１９０８ａ−ｃの伝導性フランジ１９２０を示す。タブ付き電流バス１６０８ｂは、サブスタック１６０２の両側１６８０ｃ−ｄにある。伝導性フランジ１９２０およびタブ付き電流バス１６０８ｂは、サブスタック１６０２の側面１６８０ｃ−ｄの幅に延在し、サブスタック１６０２の端部に向かって折り畳まれる。
【００６４】
図１９Ｂは、図１６における線ＸＩによって示される、例示的な長方形サブスタック１６０２の断面図を示す。断面は、タブ付き電流バス１６０８ａと異なるサブスタックの端部に折り畳まれ、一緒に連結され、タブ付き電流バス１６０８ｂを形成する、ＭＰＵ１９０８ａのものと異なる極性の各ＭＰＵ１９０６ａ−ｃの伝導性フランジ１９３０を示す。ＭＰＵ１９０６ａ−ｃの伝導性フランジ１９３０に連結されるタブ付き電流バス１６０８ｂは、タブ付き電流バス１６０８ａが連結される側面と異なる、サブスタック１６０２の両側１６８０ａ−ｂにある。伝導性フランジ１９３０およびタブ付き電流バス１６０８ａは、サブスタック１６０２の側面１６８０ａ−ｂの幅に延在し、サブスタック１６０２の他端に向かって折り畳まれる。
【００６５】
図２０は、本開示のいくつかの実装による、積層方向に積層された例示的な長方形サブスタック２００２ａ−ｃの部分的分解図を示す。サブスタック２００２ａ−ｃは、一緒に積層された複数の交互する正および負のＭＰＵを有し、そこで、サブスタックのいずれかの端部上のＭＰＵは、異なる極性を有する。サブスタック２００２ａ−ｃの側面を横断して延在する、タブ付き電流バス２００８ａまたは２００８ｂは、同一の極性を有するＭＰＵの伝導性経路の伝導性フランジに連結され、サブスタック２００２ａ−ｃの第１の端部に向かって折り畳まれて示され、電子接続タブ２０１４ａは、サブスタック２００２ａ−ｃの第１の端部から外向きに突出する。異なる極性を有するＭＰＵの伝導性経路の伝導性フランジに連結されるタブ付き電流バス２００８ｂは、タブ付き電流バス２００８ａと異なるサブスタック２００２ａ−ｃの側面に延在する。タブ付き電流バス２００８ｂは、サブスタック２００２ａ−ｃの第２の端部に向かって折り畳まれて示され、電子接続タブ２０１４ｂは、サブスタック２００２ａ−ｃの第２の端部から外向きに突出する。
【００６６】
サブスタック２００２ａ−ｃの間には、双極伝導性基板２０２０がある。ある実装では、双極伝導性基板２０２０は、隣接するサブスタックの端部（例えば、サブスタック２００２ａおよび２００２ｂの隣接する端部）の間に電気接続を形成する、コーティングされていない金属表面を備えてもよい。双極伝導性基板２０２０は、実質的に、不浸透性であって、サブスタック２００２ａ−ｃの間の電解質イオン移動を防止する。双極伝導性基板２０２０の面積は、サブスタック２００２ａ−ｃのそれぞれの側面を網羅し、サブスタック２００２ａ−ｃから突出する、電子接続タブ２０１４ａ−ｂに重複する。図２０に示されるように、双極伝導性基板２０２０は、長方形幾何学形状である。双極伝導性基板２０２０の面積は、サブスタック２００２ａ−ｃの側面上の突出する電子接続タブ２０１４ａ−ｂの長さを網羅する。例えば、サブスタック２００２ａとサブスタック２００２ｂとの間の双極伝導性基板２０２０は、実質的に、サブスタック２００２ａの底部の電子電流タブ２０１４ｂおよびサブスタック２００２ｂの上部の電子電流タブ２０１４ａと等しい距離に延在する。双極伝導性基板２０２０はまた、実質的に、サブスタック２００２ａの上部の電子電流タブ２０１４ａおよびサブスタック２００２ｂの底部の電子電流タブ２０１４ｂと等しい距離に外向きに延在する。実質的に、双極伝導性基板２０２０に連結されない電子電流タブと等しい距離に延在することによって、硬質停止部は、双極伝導性基板２０２０およびサブスタック２００２ａ−ｃの電子電流タブ２０１４ａ−ｂの周囲に嵌合するように作製され得る。双極伝導性基板２０２０の縁は、図１８に示されるように、丸くされるが、双極伝導性基板２０２０の縁は、先鋭、傾斜、または対角線縁等、他の方法で成形されてもよい。双極伝導性基板２０２０はまた、電子電流タブ２０１４ａ−ｂを越えて延在してもよい。この重複は、双極伝導性基板２０２０が、基板の間の電解質の移動を防止する支援をし得る。
【００６７】
図２０に示されるように、サブスタック２００２ａは、一方の極性のＭＰＵの伝導性経路に連結される、サブスタック２００２ａの底部側における電子接続タブ２０１４ｂが、異なる極性のＭＰＵの伝導性経路に連結されるサブスタック２００２ｂの上部側における電子接続タブ２０１４ａと整列させられるように、サブスタック２００２ｂを覆って整列させられる。双極伝導性基板２０２０は、２つのサブスタック２００２ａ−ｂ間および電子接続タブ２０１４ｂと２０１４ａとの間に配置される。各サブスタック２００２ａ−ｃは、一方の極性の伝導性経路に接続されるサブスタックの一端の周りの電子接続タブ２０１４ｂが、反対極性の伝導性経路に接続された別のサブスタックの反対端の周りの電子接続タブ２０１４ａと整列させられるように、整列させられる。例えば、複数のサブスタック２００２ａ−ｃが、積層方向に積層されるとき、各サブスタック２００２ａ−ｃは、隣接するサブスタック（例えば、２００２ａおよび２００２ｂ）に対して、９０度、回転されてもよい。これは、ＭＰＵの反対極性に接続された電子電流タブ（例えば、上部サブスタック２００２ａの電子電流タブ２０１４ｂおよび中央サブスタック２００２ｂの電子電流タブ２０１４ａ）が、隣接し、双極伝導性基板２０２０を通して相互に重複することを確実にし得る。３つのサブスタック２００２ａ−ｃが示されるが、任意の好適な数のサブスタックが、その間に双極伝導性基板を有するように提供されてもよいことを理解されるであろう。
【００６８】
図２１は、本開示のいくつかの実装による、硬質停止部２１０８ａ−ｃを伴う、積層方向に積層された例示的な長方形サブスタック２１０２ａ−ｃを示す。複数のサブスタック２１０２ａ−ｃが、相互の上部に、積層方向に積層されて示される。サブスタックのそれぞれの間には、タブ付き電流バス２１１８ｂおよびタブ付き電流バス２１１８ａの電子接続タブの長さに延在する、双極伝導性基板２１１２がある。サブスタック２１０２ａ−ｃを囲繞するのは、隣接するサブスタック（例えば、サブスタック２１０２ａおよび２１０２ｂ）を一緒に保持する支援をする、硬質停止部２１０８ａ−ｃである。
【００６９】
１つのサブスタック２１０２ａ−ｃの電解質が、別のサブスタック２１０２ａ−ｃの電解質と統合することを防止するために、硬質停止部２１０８ａ−ｃは、隣接するサブスタック２１０２ａ−ｃの端部および隣接するサブスタック２１０２ａ−ｃの間の双極伝導性基板２１１２の周囲に提供され、実質的に、その特定のサブスタック２１０２ａ−ｃ内に電解質を封止してもよい。
【００７０】
例えば、硬質停止部２１０８ａ−ｃは、硬質停止部２１０８ａ−ｃの周縁付近に、封止リング２１２０を含み、サブスタック２１０２ａ−ｃの間に封止障壁を提供し、実質的に電解質が隣接するサブスタック２１０２ａ−ｃの電解質と統合することを防止してもよい。封止リング２１２０は、ＥＳＤケーシングの壁と硬質停止部２１０８ａ−ｃとの間に封止を生成する。硬質停止部２１０８ａ−ｃは、硬質停止部２１０８ａ−ｃを双極伝導性基板２１１２および電子電流タブ２１１８ａ−ｂに固着する、硬質停止部ホルダ２１３０を含んでもよい。硬質停止部ホルダ２１３０は、硬質停止部２１０８ａ−ｃの硬質停止部ホルダ２１３０を横断して、ボルト締めまたはリベット留めされ、硬質停止部２１０８ａ−ｃの側面を一緒に挟持し、硬質停止部２１０８ａ−ｃを双極伝導性基板２１１２および電子電流タブ２１１８ａ−ｂに固着させてもよい。
【００７１】
ある実装では、双極伝導性基板２１１２を通したサブスタック２１０２ａ−ｃの間の伝導性は、双極伝導性基板２１１２を通して、サブスタック２１０２ａ−ｃを接続することによって、増強されてもよい。第１の極性を有する、サブスタック２１０２ａの電子接続タブ２１１８ａは、直接、異なる極性を有する、隣接するサブスタック２１０２ｂの電子接続タブ２１１８ｂに電気的にリンクされてもよい。直接電子リンクは、隣接するサブスタック（例えば、２１０２ａおよび２１０２ｂ）の電子接続タブ（例えば、２１１８ａおよび２１１８ｂ）を電気的にリンクする溶接、ボルト、ネジ、リベット、または任意の他の手段を使用して、達成されてもよい。電子リンクは、２つの電子接続タブ２１１８ａ−ｂの間の電子のための平行経路を提供し、一方の極性のＭＰＵが、双極伝導性基板２１１２を通して、反対極性のＭＰＵにリンクされるため、双極バッテリ構成の直接電気リンクに類似する。
【００７２】
ある実装では、硬質停止部２１０８ａ−ｃは、一緒に組み合わさり、硬質停止部２１０８ａ−ｃを双極伝導性基板２１１２および電子電流タブ２１１８ａ−ｂに固着させる、第１の区画および第２の区画２１４０ａ−ｂを含んでもよい。硬質停止部２１０８ａ−ｃは、界面接触するように構成され、電子接続タブ２１１８ａ−ｂを覆って設置されると、電子接続タブ２１１８ａ−ｂを囲繞する、電子接続タブ２１１８ａ−ｂの形状における切り欠き付き棚２１４６を含んでもよい。切り欠き２１４６は、電子接続タブ２１１８ａ−ｂに面する、硬質停止部の側面上にあってもよい。例えば、サブスタック２１０２ａおよびサブスタック２１０２ｂは、第１および第２の２１４０ａ−ｂ硬質停止部区画間に電子接続タブ２１１８ａ−ｂを有する。第１および第２の硬質停止部区画２１４０ａ−ｂ上の電子接続タブ２１１８ａ−ｂの形状における、切り欠き付き棚２１４６は、電子接続タブ２１１８ａ−ｂを補完および囲繞する。しかしながら、電子接続タブ２１１８ａ−ｂを伴わない側面には、硬質停止部区画２１４０ａ−ｂは、実質的に、双極伝導性基板２１１２に等しい厚さを伴う、切り欠き付き棚２１４８を有する。サブスタック２１０２ｃの底部端には、第１の硬質停止部区画２１４０ａは、サブスタック２１０２ｃの底部端から突出する電子接続タブ２１１８ａを補完および囲繞する、切り欠き付き棚２１５０ａを有する。第２の硬質停止部区画２１４０ｂは、双極伝導性基板２１１２を補完する、切り欠き付き棚２１５０ｂを有する。硬質停止部ホルダ２１３０は、硬質停止部２１０８ａ−ｃを電子接続タブ２１１８ａ−ｂおよび双極伝導性基板２１１２に固着するようにリベット留めまたはボルト締めされてもよい。
【００７３】
図２２Ａ−Ｈは、本開示のいくつかの実装による、複数のサブスタック２２２０を有するＥＳＤ２２０２を組み立てるための例示的表現を示す。図２２Ａは、ＥＳＤ２２０２を組み立てる間、ＥＳＤ２２０２の異なる区画を一緒に整列および保持するために使用される組立ジグ２２０４を示す。組立ジグ２２０４は、組立の間、構成要素を一緒に保持および係止する係止クランプ２２０６を有する。底部硬質停止部区画２２２０が、最初に、組立ジグプラットフォーム２２０８の周囲に設置される。硬質停止部区画２２２２は、硬質停止部区画２２２２の外側リムに取り付けられた封止リング２２２６を有する。接合された底部コレクタ板２２３０が、次いで、組立ジグプラットフォーム２２０８上に設置される。接合された底部コレクタ板２２３０は、コレクタ板２２３０の上面に伝導性基板２２３２を含んでもよい。接合された底部コレクタ板２２３０は、底部コレクタ板２２３０の底部から突出するボス２２３４ｂを含む。ボス２２３４ｂは、ボス２２３４ｂに嵌合し、底部コレクタ板２２３０を適所に保持する、溝２２１０内に設置される。底部コレクタ板２２３０は、係止クランプ２２０６と適所に係止される。
【００７４】
ある実装では、電解質の漏出を防止することを支援するガスケットが、伝導性基板２２３２の外側縁に設置されてもよい。糊が、伝導性基板２２３２を伝導性基板２２３２の上面に設置された構成要素と接合する支援をするために、伝導性基板２２３２の外側縁に設置されてもよい。
【００７５】
図２２Ｂは、底部コレクタ板２２３０の伝導性基板２２３２の上部に設置された第１のサブスタック２２２０ａを示す。第１のサブスタック２２２０ａは、係止クランプ２２０６を使用して適所に係止され、整列させられる。第１のサブスタック２２２０ａは、第１のサブスタック２２２０ａの底面にあるタブ付き電流バス２２３８ａの電子接続タブ２２４０ａを溶接、リベット留め、またはボルト締めすることによって、伝導性基板２２３２に取り付けられる。図２２Ｃでは、第１のサブスタック２２２０ａが、底部コレクタ板２２３０の伝導性基板２２３２に取り付けられた後に、第１のサブスタック２２２０ａの底部にある電子接続タブ２２４０ａおよび底部コレクタ板２２３０の伝導性基板２２３２に取り付けられる上部硬質停止部区画２２２２ｂは、第１のサブスタック２２２０ａの周囲に設置される。その後に、底部硬質停止部区画２２２２ａが、上部硬質停止部区画２２２２を覆って設置される。底部硬質停止部２２２２ｂ区画は、第１のサブスタック２２２０ａの上面の電子接続タブ２２４０ｂに取り付けられる。
【００７６】
図２２Ｄは、第１のサブスタック２２２０ａの上部に設置された双極伝導性基板２２５０を示す。双極伝導性基板２２５０は、係止クランプ２２０６を使用して、適所に係止され、第１のサブスタック２２２０ａに整列させられる。第２のサブスタック２２２０ｂは、双極伝導性基板２２５０の上部に設置される。第２のサブスタック２２２０ｂは、第２のサブスタック２２２０ｂの底面の電子接続タブ２２５２ａが、第１のサブスタック２２２０ａの上面の電子接続タブ２２４０ｂと整列するように、設置される。例えば、第２のサブスタック２２２０ｂは、第１のサブスタック２２２０ａに対して、９０度だけ回転させられる。第２のサブスタック２２２０ｂの底面の電子接続タブ２２５２ａおよび第１のサブスタック２２２０ａの上面の電子接続タブ２２４０ｂは、溶接、リベット留め、またはボルト締めによって、双極伝導性基板２２５０に締結される。第２のサブスタック２２２０ｂの底部電子接続タブ２２５２ａは、電子接続タブを一緒に電気的にリンクする溶接、ボルト、ネジ、リベット、または任意の他の手段を使用することによって、第１のサブスタック２２２０ａの上部電子接続タブ２２４０ｂに電子的に接続されてもよい。第２のサブスタック２２２０ｂが、双極伝導性基板２２５０に締結された後に、上部硬質停止部区画２２２２ｂに続く底部硬質停止部２２２２ａ区画は、第２のサブスタック２２２０ｂの周囲に設置されてもよい（これらの硬質停止部は、図２２Ｄでは、図示せず）。付加的サブスタックおよび伝導性基板が、同様に、相互の上部に積層されてもよい。
【００７７】
図２２Ｅは、積層方向に積層された４つのサブスタック２２２０ａ−ｄを示す。硬質停止部区画２２２２ａ−ｂは、双極伝導性基板２２５０に取り付けられていない。図２２Ｆでは、各サブスタック２２２０ａ−ｄの周囲の底部硬質停止部区画２２２２ｂは、持ち上げられ、双極伝導性基板２２５０の底側の双極伝導性基板２２５０に取り付けられる。上部硬質停止部区画２２２２ａもまた、双極伝導性基板２２５０に取り付けられる。硬質停止部区画２２２２ａ−ｂは、双極伝導性基板２２５０を通って硬質停止部の上部および底部区画を横断して、ボルト締めまたはリベット留めすることによって、双極伝導性基板２２５０に取り付けられてもよい。ある実装では、電子接続タブ２２５２ａ−ｂは、双極伝導性基板２２５０の縁まで延在し、硬質停止部区画２２２２ａ−ｂと一緒に双極伝導性基板２２５０に締結されてもよい。硬質停止部区画２２２２ａ−ｂが締結されると、双極伝導性基板２２５０に隣接して一緒に整列させられた電子接続タブ２２５２ａおよび２２４０ｂは、電子接続タブ２２５２ａおよび２２４０ｂを電気的にリンクする溶接、ボルト、ネジ、リベット、または任意の他の手段を使用して一緒に電子的にリンクされてもよい。
【００７８】
図２２Ｇは、上部サブスタック２２２０ｅの上面に取り付けられた上部コレクタ板２２７０および底部サブスタック２２２０ａの底面に取り付けられた底部コレクタ板２２３０と一緒に積層方向に積層されたスタック２２８０を形成する複数のサブスタック２２２０ａ−ｅを示す。ボス２２３４ａ−ｂは、コレクタ板２２７０および２２３０に垂直に外向きに突出する。圧縮板２２７４は、ボス２２３４ａを囲む上部コレクタ板２２７０に取り付けられてもよい。内部バネ２２７２もまた、上部コレクタ板に取り付けられてもよい。図２２Ｈは、ＥＳＤケーシング２２８６内に設置されたスタック２２８０の横断面図を示す。硬質停止部２２２２ａ−ｂの外側リム上の封止リング２２２６は、ＥＳＤケーシング２２８６の壁と硬質停止部２２２２ａ−ｂとの間に封止を生成し、それ自体内にサブスタック２２２０ａ−ｅの電解質を含有する。これは、隣接するサブスタック２２２０ａ−ｅの電解質が一緒に統合することを防止する。
【００７９】
図２３Ａ−Ｂは、本開示のいくつかの実装による、均圧弁２３０２および圧力除去弁２３０４を示す。例えば、第１のサブスタックの電解質が、別のサブスタックの電解質と統合することを防止するために、サブスタックを封止することは、サブスタックが充電および放電されるにつれて、隣接するサブスタックの間に圧力差を生み出し得る。図２３Ａに示されるように、均圧弁２３０２が、硬質停止部上に提供され、そのように生じる圧力差異を減少させてもよい。均圧弁２３０２は、半浸透性膜として動作し、化学的に、ガスの移動を可能にし、実質的に、電解質の移動を防止してもよい。
【００８０】
図２３Ｂに示されるように、ＥＳＤケーシング２３０８の上部に提供されるのは、ＥＳＤケーシング２３０８変形圧力を下回る圧力において通気されるように設定される、圧力除去弁２３０４であってもよい。したがって、ＥＳＤ２３０８内の圧力が、容器変形限界に近づくと、圧力除去弁２３０４は、過剰圧力を解放し、ＥＳＤケーシング２３０８が変形しないように確実にしてもよい。
【００８１】
図２４は、本開示のいくつかの実装による、ＥＳＤを冷却するための例示的な熱電発電装置２４０２を示す。ＥＳＤケーシング２４１２は、典型的には、金属から作製される。硬質停止部２４１８および各サブスタック２４２０の電解質は、ＥＳＤケーシング２４１２の壁と界面接触するので、熱が、金属ＥＳＤケーシング２４１２に伝達され得る。熱電発電装置２４０２は、ケーシング２４１２の外側に設置され、ＥＳＤケーシング２４１２を、それによって、ＥＳＤ内のサブスタック２４２０を冷却してもよい。熱電発電装置は、発電装置の１つの側面から他の側面まで熱を伝達する。熱電発電装置の１つの側面に連結されるＥＳＤケーシングに蓄積する熱は、熱電発電装置の他の側面に伝達される。対流または他の冷却手段のいずれかを介して、ＥＳＤケーシングに連結されていない熱電発電装置の側面が、次に、冷却される。このプロセスは、事実上、ＥＳＤケーシングを冷却する。熱電発電装置が示されているが、ＥＳＤケーシングから熱を伝達させる任意の機構が使用されてもよい。
【００８２】
図２５Ａ−Ｂは、本開示のいくつかの実装による、硬質停止部２５１４、２５３２、および２５４２ａ−ｄの概略断面図を示す。硬質停止部は、種々の封止構成を有してもよい。例えば、図２５Ａの硬質停止部は、ＥＳＤの外側ケーシングと封止を形成するように構成され、図２５Ｂの硬質停止部は、双極伝導性基板および／または隣接するサブスタックの接続タブの間の封止を形成するように構成される。
【００８３】
図２５Ａは、双極伝導性基板２５１２および電子接続タブ２５０８ａ−ｂと界面接触する硬質停止部２５１４および２５３２を示す。前述のように、硬質停止部は、隣接するサブスタック（例えば、隣接するサブスタック２５０２ａと２５０２ｂと）の間に提供されてもよく、２つの隣接するサブスタックの間に位置する双極伝導性基板２５１２を包囲してもよい。硬質停止部２５１４は、第１の区画２５１４ａおよび第２の区画２５１４ｂを含む。第１および第２の区画２５１４ａ−ｂは、電子接続タブ２５０８ａ−ｂおよび双極伝導性基板２５１２を受容するように成形された切り欠き２５２６を有する。第１および第２の区画２５１４ａ−ｂは、電子接続タブ２５０８ａ−ｂおよび双極伝導性基板２５１２を相互に圧縮し、その付近に硬質停止部２５１４を固着させる力２５２０を提供してもよい。それぞれの硬質停止部区画２５１４ａ−ｂの外側リム２５１８ａは、硬質停止部２５１４の第１の区画２５１４ａと第２の区画ｂとの間に位置する封止リング２５１６を受容するために交互に溝２５２２が付けられている。ある実施形態では、第１および第２の区画の各々は、それぞれの溝を含んでもよい。例えば、硬質停止部２５３２の第１および第２の区画２５３２ａ−ｂは、封止リング２５１６を受容するために、それらのそれぞれの外側リム２５１８ｂ上にそれぞれの溝２５２４ａ−ｂを含む。硬質停止部２５１４および２５３２の周縁付近に提供される封止リング２５１６は、ＥＳＤケーシングの壁２５０４と硬質停止部２５１４および２５３２との間に封止を生成し、それによって、電解質が、隣接するサブスタック２５０２ａ−ｃの間を移動することを防止する。硬質停止部２５３２の第１および第２の区画２５３２ａ−ｂは、同様に、電子接続タブ２５０８ａ−ｂおよび双極伝導性基板２５１２を受容するように成形された切り欠き２５２８を有する。
【００８４】
図２５Ｂは、双極伝導性基板２５３２および電子接続タブ２５３６ａ−ｂおよび２５３８ａ−ｂと界面接触する硬質停止部２５４２ａ−ｄを示す。硬質停止部２５４２ａ−ｄは、その一部のみではなく、サブスタックの全体の周囲に提供される（例えば、硬質停止部２５４２ａ−ｄのそれぞれの高さは、実質的に、それによって囲繞されるサブスタック２５３０ａ−ｄのものに等しい）。例えば、硬質停止部２５４２ｂは、サブスタック２５３０ｂを囲繞し、隣接するサブスタック２５３０ａおよび２５３０ｃの双極伝導性基板２５３２の間に延在する。各硬質停止部２５４２ａ−ｄは、硬質停止部２５４２ａ−ｄと双極伝導性基板２５３２および／または電子接続タブ２５３６ａ−ｂとの間に嵌合される封止リング２５１６を受容するために、その両側に、内部溝２５４０を含む。ある実施形態では、双極伝導性基板は、電子接続タブより遠くに外向きに延在する。例えば、双極伝導性基板２５３２は、電子接続タブ２５３６ａ−ｂより遠くに延在し、したがって、封止リング２５１６は、双極伝導性基板２５３２と界面接触し、電解質が、隣接するサブスタックの間で移動しないように防止する。ある実施形態では、電子接続タブは、実質的に、双極伝導性基板と同一の距離に延在してもよい。例えば、電子接続タブ２５３８ａ−ｂは、双極伝導性基板２５３２と同一の距離に延在し、したがって、封止リングは、電子接続タブ２５３８ａ−ｂと界面を形成し、電解質が、隣接するサブスタックの間で移動しないように防止する。
【００８５】
伝導性基板を形成するために使用される基板は、任意の好適な伝導性かつ不浸透性または実質的に不浸透性である材料から形成されてもよく、例えば、限定されないが、非穿孔金属箔、アルミニウム箔、ステンレス鋼箔、ニッケルおよびアルミニウムを含む被覆材料、銅およびアルミニウムを含む被覆材料、ニッケルめっき鋼鉄、ニッケルめっき銅、ニッケルめっきアルミニウム、金、銀、任意の他の好適な材料、またはそれらの組み合わせを含む。各基板は、ある実施形態では、相互に接着された２つ以上のシートの金属箔から作製されてもよい。
【００８６】
本開示の正の電極層は、任意の好適な活性材料から形成されてもよく、例えば、限定されないが、水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）、亜鉛（Ｚｎ）、任意の他の好適な材料、またはそれらの組み合わせを含む。正の活性材料は、焼結および含浸される、水性バインダでコーティングおよび圧接される、有機バインダでコーティングおよび圧接される、または伝導性マトリクス内に他の補完化学物質とともに正の活性材料を含有するために任意の他の好適な技法によって、含有されてもよい。ＭＰＵの正の電極層は、そのマトリクス内に注入され、膨張を低減させるために、粒子を有してもよく、例えば、限定されないが、金属水素化物（ＭＨ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、任意の他の好適な材料、またはそれらの組み合わせを含む。これは、例えば、サイクル寿命を延長させ、再結合を改善し、セル区域内の圧力を低減させ得る。ＭＨ等のこれらの粒子はまた、Ｎｉ（ＯＨ）２等の活性材料ペーストの接合内にあって、電極内の電気伝導性を改善し、再結合を支援してもよい。
【００８７】
本開示の負の電極層は、任意の好適な活性材料から形成されてもよく、例えば、限定されないが、ＭＨ、Ｃｄ、Ｍｎ、Ａｇ、任意の他の好適な材料、またはそれらの組み合わせを含む。負の活性材料は、例えば、焼結される、水性バインダでコーティングおよび圧接される、有機バインダでコーティングおよび圧接される、または伝導性マトリクス内に他の補完化学物質とともに負の活性材料を含有するための任意の他の好適な技法によって、含有されてもよい。負の電極側は、化学物質を有してもよく、負の電極材料マトリクス内に注入され、構造を安定化し、酸化を低減させ、サイクル寿命を延長させるために、例えば、限定されないが、Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｌ、任意の他の好適な材料、またはそれらの組み合わせを含む。
【００８８】
例えば、限定されないが、有機カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）バインダ、Ｃｒｅｙｔｏｎゴム、ＰＴＦＥ（Ｔｅｆｌｏｎ）、任意の他の好適な材料、またはそれらの組み合わせを含む、種々の好適なバインダが、活性材料層と混合され、層をその基板に保持してもよい。２００ｐｐｉ金属発泡体等の超静止バインダもまた、本開示の積層されたＥＳＤ構造と併用されてもよい。
【００８９】
本開示のＥＳＤの各電解質層のセパレータは、その２つの隣接するＭＰＵを電気的に絶縁する一方、それらのＭＰＵの間のイオン移動を可能にする、任意の好適な材料から形成されてもよい。セパレータは、セルロース超吸収体を含有し、充填を改善し、電解質リザーバとして作用し、サイクル寿命を延長させ得、セパレータは、例えば、高吸収材料から作製されてもよい。セパレータは、それによって、電荷が、ＥＳＤに印加さると、以前に吸収した電解質を解放し得る。ある実施形態では、セパレータは、電極間間隔（ＩＥＳ）が、通常よりも高く開始し、継続的に低減されて、その寿命にわたってＥＳＤの容量（または、Ｃ率）を維持し、かつＥＳＤの寿命を延長し得るように、通常セルより低い密度であって、かつ厚くてもよい。
【００９０】
セパレータは、短絡を低減させ、再結合を改善するために、ＭＰＵ上の活性材料の表面に接合された比較的に薄い材料であってもよい。このセパレータ材料は、例えば、噴霧される、コーティングされる、圧接される、またはそれらの組み合わせであってもよい。セパレータは、ある実施形態では、そこに付着される再結合作用物質を有してもよい。この作用物質は、セパレータの構造内に注入されてもよく（例えば、これは、作用物質をセパレータ繊維に結合するためにポリビニルアルコール（ＰＶＡまたはＰＶＯＨ）を使用する湿潤工程において、作用物質を物理的に捕捉することによって行われてもよく、または作用物質は、電着によってその中に入れられてもよい）、または、例えば、蒸着によって、表面上で層状にされてもよい。セパレータは、例えば、限定されないが、Ｐｂ、Ａｇ、任意の他の好適な材料、またはそれらの組み合わせを含む、再結合を効果的に支持する任意の好適な材料または作用物質で作製されてもよい。セルの基板が相互に向かって移動する場合、セパレータが抵抗を提示し得るが、たわまないように十分に堅い基板を利用し得る本発明のある実施形態では、セパレータが提供されなくてもよい。
【００９１】
本開示のＥＳＤの各電解質層の電解質は、電気的に伝導性媒体を産生するように溶解または溶融されると、イオン化し得る任意の好適な化学化合物から形成されてもよい。電解質は、例えば、限定されないが、ＮｉＭＨを含む任意の好適な化学物質の標準的電解質であってもよい。電解質は、例えば、限定されないが、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カルシウム（ＣａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、任意の他の好適な材料、またはそれらの組み合わせを含む、それらに付加的な化学物質を含有してもよい。電解質はまた、例えば、限定されないが、Ａｇ（ＯＨ）２を含む、再結合を改善するための添加剤を含有してもよい。電解質はまた、例えば、水酸化ルビジウム（ＲｂＯＨ）を含有し、低温性能を改善してもよい。本開示のいくつかの実施形態では、電解質は、セパレータ内において凍結され、次いで、ＥＳＤが完全に組み立てられた後に解凍されてもよい。これは、特に、粘性の電解質が、ガスケットがそれに隣接する電極ユニットとともに実質的に流体密封封止を形成する前に、ＥＳＤの電極ユニットスタックの中へ挿入されることを可能にし得る。
【００９２】
本開示のＥＳＤの封止リングは、硬質停止部、封止リング、およびそれに隣接するＭＰＵによって画定される空間内の電解質を効果的に封止し得る任意の好適な材料または材料の組み合わせから形成されてもよい。ある実施形態では、封止リングは、例えば、限定されないが、ナイロン、ポリプロピレン、セルガード、ゴム、ＰＶＯＨ、任意の他の好適な材料、またはそれらの組み合わせを含む、任意の好適な非伝導性材料から作製され得る、固体封止障壁またはループ、または固体封止ループを形成可能な複数のループ部分から形成されてもよい。
【００９３】
代替として、または加えて、封止リングは、例えば、限定されないが、エポキシ、ブレアタール、電解質（例えば、ＫＯＨ）不浸透性糊、圧縮性接着剤（例えば、シリコン、アクリル、および／または繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）から形成され得、電解質に対して不浸透性であり得る、Ｈｅｎｋｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製Ｌｏｃｔｉｔｅ（登録商標）ブランド接着剤等の２部ポリマー）、任意の他の好適な材料、またはそれらの組み合わせを含む、任意の好適な粘性材料またはペーストから形成されてもよい。いくつかの実施形態では、封止リングは、粘性材料が固体封止ループとＥＳＤケーシングの壁との間の封止を改善し得る固体封止ループおよび粘性材料の組み合わせによって、形成されてもよい。
【００９４】
積層された形状における封止されたサブスタックを伴うように設計されたＥＳＤを利用する利点は、ＥＳＤの放電率の増加であり得る。この放電率の増加は、そうでなければ、角柱または巻回ＥＳＤ設計において実行可能でない場合がある、ある低腐食性電解質の使用を可能にし得る（例えば、刺激性、伝導性の増大、および／または電解質の化学反応性成分または複数の成分除去または低減することによって）。低腐食性電解質を使用するために積層されたＥＳＤ設計によって提供され得る、この余地は、そうでなければ、高腐食性電解質によって腐食され得る封止リングを用いた封止を形成するとき、あるエポキシ（例えば、Ｊ−Ｂ  Ｗｅｌｄエポキシ）が利用されることを可能にし得る。
【００９５】
本開示のＥＳＤの硬質停止部は、任意の好適な材料から形成されてもよく、限定されないが、種々のポリマ−（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン）、セラミック（例えば、アルミナ、シリカ）、任意の他の好適な機械的に耐久性があり、および／または化学的に不活性の材料、あるいはそれらの組み合わせを含む。硬質停止部材料または複数の材料が、例えば、使用され得る種々のＥＳＤ化学物質に耐えるために選択されてもよい。
【００９６】
本開示のＥＳＤは、複数のＭＰＵによって形成される、積層方向に積層された複数のサブスタックを含んでもよい。本開示の実施形態によると、双極伝導性基板、電極層、電解質層、および硬質停止部のそれぞれの厚さおよび材料は、サブスタック毎だけではなく、また、特定のサブスタック内においても、相互に異なってもよい。スタックレベルだけではなく、また、個々のサブスタックレベルにおける、幾何学形状および化学物質のこの変動は、種々の利点および性能特性を伴うＥＳＤを生み出し得る。
【００９７】
加えて、基板、電極層、電解質層、および硬質停止部の材料および幾何学形状は、スタックの高さに沿って、サブスタック毎に変動してもよい。ＥＳＤの電解質層のそれぞれ内で使用される電解質は、そのそれぞれのサブスタックが、セル区域のスタックの中央にどれだけ近接しているかに基づいて、変動してもよい。例えば、最内サブスタックは、第１の電解質から形成される電解質層を含んでもよい一方、中央サブスタックは、それぞれ、第２の電解質から形成される電解質を含んでもよい一方、最外サブスタックは、それぞれ、第３の電解質から形成される電解質を含んでもよい。内部スタック内のより高い伝導性の電解質を使用することによって、抵抗は、生成される熱がより少なくなり得るように、より低くなり得る。これは、外部冷却技法の代わりに、設計によって、ＥＳＤに熱制御を提供し得る。
【００９８】
別の実施例として、ＥＳＤのサブスタックのそれぞれ内で電極層として使用される活性材料もまた、そのそれぞれのサブスタックが、サブスタックのスタックの中央にどれだけ近接するかに基づいて変動してもよい。例えば、最内サブスタックは、第１の温度および／または速度性能を有する第１のタイプの活性材料から形成される電極層を含んでもよい一方、中央サブスタックは、第２の温度および／または速度性能を有する第２のタイプの活性材料から形成される電極層を含んでもよい一方、最外サブスタックは、第３の温度および／または速度性能を有する第３のタイプの活性材料から形成される電極層を含んでもよい。実施例として、ＥＳＤスタックは、例えば、熱をより吸収し得るニッケルカドミウムの電極層で最内サブスタックを構築する一方、最外セル区域が、より低温になる必要があり得るニッケル水素の電極層を備え得ることによって、熱的に管理されてもよい。代替として、ＥＳＤの化学物質また幾何学形状は、非対称であってもよく、スタックの一端におけるサブスタックは、第１の活性材料および第１の高さから作製されてもよい一方、スタックの他端におけるサブスタックは、第２の活性材料および第２の高さであってもよい。
【００９９】
さらに、ＥＳＤのサブスタックのそれぞれの幾何学形状はまた、サブスタックのスタックに沿って変動してもよい。特定のサブスタック内の活性材料の間の距離の変動に加え、あるサブスタックは、それらのサブスタックの活性材料の間に第１の距離を有してもよい一方、他のサブスタックは、それらのサブスタックの活性材料の間に第２の距離を有してもよい。いずれの場合も、活性材料電極層の間により短い距離を有するサブスタックまたはその一部は、例えば、より高い電力を有し得る一方、活性材料電極層の間により長い距離を有するサブスタックまたはその一部は、例えば、樹枝状結晶成長のためのより多くの余地、より長い寿命サイクル、および／またはより多くの電解質貯蔵を有し得る。活性材料電極層の間により長い距離を伴うこれらの部分は、例えば、活性材料電極層の間により短い距離を伴う部分が、最初に充電され得ることを確実にするように、ＥＳＤの電荷受容性を調整し得る。
【０１００】
積層されたＥＳＤの前述に説明および図示された実装は、実質的に丸い断面を有するＭＰＵおよび伝導性基板を円筒形ＥＳＤに、または長方形断面を長方形ＥＳＤに積層することによって形成されたＥＳＤを示すが、種々の形状のうちのいずれかが、積層されたＥＳＤの基板を形成するために利用されてもよいことに留意されたい。例えば、本開示の積層されたＥＳＤは、長方形、三角形、六角形、または任意の他の所望の形状、あるいはそれらの組み合わせである断面領域を有するＭＰＵおよび伝導性基板を積層することによって形成されてもよい。また、円筒形ＥＳＤに関して説明される実装はまた、長方形ＥＳＤ上に実装されてもよく、その逆も然りである。例えば、図１４および図１５に説明される円筒形ＥＳＤの充填ポート管および圧力除去弁は、長方形ＥＳＤ内に実装されてもよい。さらに、図２Ａ−Ｄに関して説明される双極伝導性基板、および図８Ａ−Ｃに関する伝導性フランジを電子的に連結するための技法は、任意の形状（例えば、長方形または円形）の伝導性フランジおよび伝導性基板上に実装されてもよい。
【０１０１】
前述は、本開示の原理の例示にすぎず、種々の修正が、本開示の範囲および精神から逸脱することなく、当業者によって行われてもよいことを理解されるであろう。また、種々の方向および向きの用語、例えば、「水平」および「垂直」、「上部」および「底部」、「表面」および「側面」、「長さ」および「幅」、「高さ」および「厚さ」、「内側」および「外側」、「内部」および「外部」、ならびに同等物は、便宜上、本明細書で使用されるにすぎず、固定あるいは絶対的な方向または向きの限定が、これらの単語の使用によって意図されるわけではないことを理解されるであろう。例えば、本開示のデバイスならびにその個々の構成要素は、任意の所望の向きを有してもよい。再度向けられる場合、異なる方向または向き用語が、その説明において使用されることが必要であってもよいが、本開示の範囲および精神内にあるその基本的性質を改変しないであろう。当業者は、本開示が、限定ではなく、例示の目的のために提示される、説明される実施形態以外で実践されてもよく、本開示が、以下の請求項によってのみ限定されることを理解するであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２２Ｄ】
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【図２２Ｅ】
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【図２２Ｆ】
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【図２２Ｇ】
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【図２２Ｈ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【国際調査報告】
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