(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛陰極と、
ワイヤメッシュ集電体を備えた空気陽極と、を備えた、亜鉛−空気電池であって、
前記ワイヤメッシュ集電体は、
１４０ｋｓｉから２５０ｋｓｉの第１のピーク引張強度を有する第１のニッケル合金ワイヤを備えた経糸と、
ニッケルを含むワイヤを備え、８０ｋｓｉから１５０ｋｓｉの第２のピーク引張強度を有する緯糸と、を備え、
前記第１のピーク引張強度は、前記第２のピーク引張強度以上であり、
第１のニッケル合金ワイヤは、９０重量％から９９重量％のニッケルと１重量％から１０重量％のアルミニウムとを含む、亜鉛−空気電池。
【請求項２】
前記ニッケルを含むワイヤは、９９％超のニッケルを有する、請求項１に記載の亜鉛−空気電池。
【請求項３】
前記第１のニッケル合金ワイヤは、２０℃で２×１０-7Ωｍから５×１０-7Ωｍの抵抗率を有する、請求項１または２に記載の亜鉛−空気電池。
【請求項４】
前記ワイヤメッシュのメッシュ数は、１インチ当たり１６×１６ワイヤから１インチ当たり６０×６０ワイヤであり、０．１から０．５のメッシュ密度を有する、請求項１または２に記載の亜鉛−空気電池。
【請求項５】
前記ニッケルを含むワイヤは、第２のニッケル合金ワイヤである、請求項１または２に記載の亜鉛−空気電池。
【請求項６】
前記経糸は、１８０ｋｇｆ／ｍｍ2から３５０ｋｇｆ／ｍｍ2の微小硬度を提示し、前記緯糸は、９０ｋｇｆ／ｍｍ2から１５０ｋｇｆ／ｍｍ2の微小硬度を提示する、請求項１または２に記載の亜鉛−空気電池。
【請求項７】
前記第１のニッケル合金ワイヤは、１４０ＧＰａより大きいヤング率を有する、請求項１または２に記載の亜鉛−空気電池。
【請求項８】
亜鉛陰極と、
空気陽極と、
ワイヤメッシュ集電体と、を備えた、亜鉛−空気電池であって、
前記ワイヤメッシュ集電体は、
第１のニッケル合金を含むワイヤ経糸と、
第２のニッケル合金を含むワイヤ緯糸と、を備え、
前記第１及び第２のニッケル合金は、水性苛性電解質中で実質的に不溶性であり、
前記経糸は、１８０ｋｇｆ／ｍｍ2から３５０ｋｇｆ／ｍｍ2の微小硬度を提示し、前記緯糸は、９０ｋｇｆ／ｍｍ2から１５０ｋｇｆ／ｍｍ2の微小硬度を提示し、
前記メッシュに組み込む前の前記経糸のワイヤは、２０℃で２×１０-7Ωｍから５×１０-7Ωｍの抵抗率を提示し、
前記メッシュに組み込む前の前記経糸のワイヤは、１４０ｐｓｉより大きいピーク引張強度を提示し、かつ
前記メッシュに組み込む前の前記経糸のワイヤは、１８０ＧＰａから２４０ＧＰａのヤング率を提示する、亜鉛−空気電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年１０月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／０６４，５５１号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本技術は、一般に電池に関する。特に本技術は、電池缶への挿入時に座屈に抵抗する集電体に関する。
【発明の概要】
【０００３】
一態様では、第１のピーク引張強度を有する第１のニッケル合金ワイヤを含む経糸と、第２のピーク引張強度を有するニッケルを含むワイヤを含む緯糸とを含むワイヤメッシュであって、第１のピーク引張強度は第２のピーク引張強度以上である、ワイヤメッシュが提供される。
【０００４】
別の態様では、少なくとも９０重量％のニッケルと１０重量％未満のアルミニウムとを含むニッケル金属合金を含む、エキスパンドメタルメッシュが提供される。
【０００５】
さらに別の態様では、ワイヤメッシュ集電体を含む亜鉛−空気電池であって、該ワイヤメッシュ集電体は、第１のピーク引張強度を有する第１のニッケル合金ワイヤを含む経糸と、ニッケルを含むワイヤを含み、第２のピーク引張強度を有する緯糸とを含み、第１のピーク引張強度は第２のピーク引張強度以上である、亜鉛−空気電池が提供される。
【０００６】
一態様では、ワイヤ経糸及びワイヤ緯糸を備えたワイヤメッシュ集電体を含む亜鉛−空気電池が提供され、該集電体は、以下の特性、（ａ）ワイヤメッシュの金属は水性苛性電解質中で実質的に不溶性であること、（ｂ）メッシュに組み込む前の経糸または緯糸のワイヤは約１３０から約３７５ブリネルの硬度を提示すること、（ｃ）メッシュに組み込む前の経糸または緯糸のワイヤは２０℃で約２×１０-7Ωｍから約５×１０-7Ωｍの抵抗率を提示すること、（ｄ）メッシュに組み込む前の経糸または緯糸のワイヤは１４０ｋｓｉより大きいピーク引張強度を提示すること、及び（ｅ）メッシュに組み込む前の経糸または緯糸のワイヤは約１８０ＧＰａから約２４０ＧＰａのヤング率を提示すること、のうちの少なくとも１つ以上を提示する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の一実施形態の例示的なワイヤメッシュを描写する断面概略図である。
【図２】本開示の一実施形態の例示的な電気化学セルを描写する断面概略図である。
【図３】ニッケル合金集電体電池及びニッケルワイヤ制御電池のクリンプ高に対する所与の閾値を超えるインピーダンス測定値を有する電池のパーセンテージのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、様々な実施形態を説明する。特定の実施形態は、網羅的な説明を意図しておらず、または本明細書で論じられるより広い態様に限定を加えることを意図していないことに留意しなければならない。特定の実施形態に関連して説明される一態様は、必ずしもその実施形態に限定されず、任意の他の実施形態（複数可）で実施されてもよい。
【０００９】
本明細書で使用されるとき、「約」は、当業者によって理解され、それが使用される状況に応じてある程度変化するであろう。当業者にとって明らかでない用語の使用がある場合、それが使われる文脈が与えられ、「約」は、特定の用語のプラスまたはマイナス１０％までを意味するであろう。
【００１０】
要素を説明する文脈（特に以下の特許請求項の文脈）における「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」という用語及び同様の指示対象の使用は、本明細書で特に指示がなければ、または文脈によって明らかに矛盾しなければ、単数及び複数の両方を包含するものと解釈されるべきである。本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書で特に指示がなければ、範囲内に入るそれぞれ別個の値を個別に参照する簡略な方法としてはたらくことを意図するだけであり、各個別の値は、本明細書に個別に列挙されているかのように本明細書の中に組み込まれる。本明細書に説明されるすべての方法は、本明細書で特に指示がなければ、または文脈によって明らかに矛盾しなければ、任意の適切な順序で実行される。本明細書で提供される任意の及びすべての例、または例示的な言葉使い（例えば、「など」）の使用は、単に実施形態をより明確にすることを意図するものであり、特に明記しない限り特許請求の範囲を限定するものではない。本明細書中の言葉使いは、非請求要素を必須として暗に示すと解釈されるできではない。
【００１１】
比率、濃度、量、及び他の数値データは、本明細書では範囲形式で提示される。そのような範囲フォーマットは、単に便宜と簡潔さのために使用されることを理解すべきであり、範囲の限界として明示的に列挙された数値だけでなく、各数値及び部分範囲が明示的に列挙されているかのようにその範囲内に包含されたすべての個々の数値または部分範囲を含むように柔軟に解釈されるべきである。例えば、５から４０モル％は、５から４０モル％の明示的に列挙された限界を含むだけでなく、１０モル％から３０モル％、７モル％から２５モル％等々の部分範囲、並びに特定の範囲内の、例えば１５．５モル％、２９．１モル％、１２．９モル％などの分数量を含む個別の量を含むと解釈されるべきである。
【００１２】
本明細書で使用されるとき、用語「経糸」及び「緯糸」は、メッシュの直交走行を指し、すなわち、縦方向の走行と緯糸が走行する直交走行とが経糸走行の上下に挿入されている。しかしながら、本明細書に記載されるメッシュはワイヤの直交走行の結合の後に各方向で開放されているので、その用語は布織物と完全に一致する仕方では使用されない。すなわち、製造中にメッシュが織機から一旦解放されると経糸及び緯糸は交換可能である。したがって、本明細書で定義されるように、経糸及び緯糸はそれぞれを形成する材料の種類に関して交換可能であり、用語は単に材料の直交走行を意味するだけである。
【００１３】
本明細書で使用される用語「引張強度」は、関連技術に従って定義され、材料が伸張または引っ張られている間に耐えることができる最大応力に関連する。引張強度は、単位面積当たりの力として測定される応力として定義される。引張強度は、一般にｐｓｉ（ポンド／平方インチ）またはｋｓｉ（ｋｉｐ／平方インチ、１ｋｉｐ＝１０００ｐｓｉ）で表現される。本明細書で言及される引張強度は、ＡＳＴＭ  Ｃ１５５７−繊維の引張強度及びヤング率の標準試験法に従って測定された引張強度である。
【００１４】
本明細書で使用される用語「メッシュ密度」は、ワイヤメッシュ及び固体が同一または類似の厚さ及び表面積を有するワイヤメッシュ対固体金属の重量比として定義される。
【００１５】
ワイヤの用語「開口サイズ」は、開口の中心で測定された２本の隣接する経糸または緯糸ワイヤ間の距離を指す。
【００１６】
ワイヤの用語「メッシュ数」は、英国インチ（２５．４ｍｍ）当たりの開口の数を指す。
【００１７】
用語「ワイヤ径」は、織り込む前に測定したワイヤの直径を指す。
【００１８】
ワイヤの用語「ピッチ」は、２本の隣接するワイヤの中点間の距離または開口幅と１本のワイヤ径の和を指す。
【００１９】
用語「メッシュ厚」は、メッシュの平均厚さを指し、ワイヤ径、織プロセス、及び織パターンに基づく。
【００２０】
本明細書で使用されるとき、語句「実質的に不溶性」は、電解液に溶解しないワイヤメッシュの任意の量を指す。
【００２１】
今回、従来の材料と比較した場合、より剛性の高いワイヤ材料が空気電池のカソード集電体として使用できることが発見された。より剛性の高いワイヤは、所定の閾値を超えるインピーダンス測定値によって示されるように、集電体と電池缶の側壁との間に接触不良を有する電池の発生率を低下させることにより製造時の電池製品の歩留まりを向上させる。より剛性の高いものは、十分に低い初期インピーダンス測定値を有するセルをより多く提供し、電池不合格数をより少なくする。理論に束縛されることなく、メッシュに編まれるとき、このワイヤの向上した引張強度及び耐座屈性により、集電体の変形が最小化されて電池缶の側壁への接触が強化され、それにより高インピーダンスセルの割合を減少させると考えられる。そのような電池はまた、制御電池（すなわち、より剛性の高いワイヤ材料を伴わない制御電池）よりも優れた性能特性を提示する傾向がある。
【００２２】
一態様において、経糸ワイヤ及び緯糸ワイヤを含むワイヤメッシュが提供されており、経糸ワイヤは第１のピーク引張強度を有する第１のニッケル合金ワイヤを含み、緯糸ワイヤは第２のピーク引張強度を有するニッケルを含み、第１のピーク引張強度は第２の引張強度以上である。いくつかの実施形態では、第１のピーク引張強度は第２の引張強度より大きい。他の実施形態では、第１のピーク引張強度は第２の引張強度に等しい。いくつかの実施形態では、緯糸ワイヤ及び経糸ワイヤは交換可能である。
【００２３】
特に図１を参照すると、ワイヤメッシュの一実施形態の拡大された断面図が示されている。ワイヤメッシュ１００は、第１のピーク第１引張強度を有する第１のニッケル合金ワイヤで構成された経糸ワイヤ１１０、及び第２の引張強度を有する第２のピークを有するニッケルで構成された緯糸ワイヤ１２０からなる。経糸ワイヤは、ワイヤ径ｄ1、ピッチｐ1、開口サイズｗ1で記述されている。緯糸ワイヤは、ワイヤ径ｄ2、ピッチｐ2、開口サイズｗ2で記述されている。メッシュは、ワイヤの直交走行の結合後は各方向で開口しており、これにより経糸及び緯糸を交換可能にしている。ワイヤメッシュは電池、例えば、金属−空気電池の構造に使用することができる。ワイヤメッシュは、電池内のいずれかの電極用の電極または集電体のいずれかを形成してもよい。陽極または陽極集電体として使用される場合、メッシュの遠位端部がそれぞれ電池缶の内壁に接触するように、ワイヤメッシュは電池缶に導入される。低い引張強度を有する材料を使用する場合、メッシュは許容できないほど高い割合で座屈し、高インピーダンス及びセルの故障をもたらす。本明細書に記載されたワイヤメッシュは、高い引張強度を有する。したがって、本明細書に記載されたワイヤメッシュを使用すると、座屈の発生を低減し、インピーダンス値は特定された限度未満に抑えられ、より低い故障率をもたらす。
【００２４】
メッシュのワイヤは、電極または電極用集電体として、例えば、電気化学セルの陽極アセンブリとインターフェースすることができる適切な導電性材料で構成される。例えば、ワイヤメッシュはニッケルベースの材料で作られたワイヤを含んでもよい。
【００２５】
ニッケルに加えて、メッシュのワイヤは、例えば他の金属などの他の成分を含有してもよい。いくつかの実施形態では、ワイヤは、合金の形態であってもよい。例えば、第１のニッケル合金ワイヤを含む緯糸ワイヤは、ニッケル及びアルミニウムを含むことができる。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、少なくとも約８５重量％のニッケルを含むことができる。これは、少なくとも約９０重量％、少なくとも約９１重量％、少なくとも約９２重量％、少なくとも約９３重量％、少なくとも約９４重量％、少なくとも約９５重量％のニッケルを含む。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、約１５重量％未満のアルミニウムを含むことができる。これは、約１２重量％未満、約１０重量％未満、約９重量％未満、約８重量％未満、約７重量％未満、約６重量％未満、約５重量％未満、約４重量％未満、約３重量％未満のアルミニウム含む。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金は、少なくとも約８５重量％のニッケル及び１５重量％未満のアルミニウムを含む。これは、少なくとも約８５重量％のニッケル及び約１５重量％未満のアルミニウム、少なくとも約８８重量％のニッケル及び約１２重量％未満のアルミニウム、少なくとも約９０重量％のニッケル及び約１０重量％未満のアルミニウム、少なくとも約９５重量％のニッケル及び約５重量％未満のアルミニウム、または少なくとも約９６重量％のニッケル及び約４重量％未満のアルミニウムを含む。他の実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、約９０重量％から約９９重量％のニッケル及び約１重量％から約１０重量％のアルミニウムを含む。これは、約９１重量％から約９８重量％のニッケル及び約２重量％から約９重量％のアルミニウム、約９３重量％から約９７重量％のニッケル及び約３重量％から約７重量％のアルミニウム、約９５重量％から約９６重量％のニッケル及び約４重量％から約５重量％のアルミニウム、及びこれらの値のいずれか２つの間、またはこれらの値のいずれか１つより小さい範囲を含む。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、少なくとも９０重量％のニッケル及び１０重量％未満のアルミニウムを含む。他の実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、約９３重量％から約９７重量％のニッケル及び約３重量％から約７重量％のアルミニウムを含む。
【００２６】
ニッケルとアルミニウムに加えて、第１のニッケル合金ワイヤは、他の適切な成分を含んでもよい。例えば、第１のニッケル合金は、銅、鉄、マンガン、炭素、ケイ素、硫黄、及びチタンのうちの少なくとも１つを含んでもよい。他の適切な成分は、存在する場合、総量で約０重量％から約２重量％含まれてもよい。これは、約０．００００１重量％から約１重量％、約０．０００１重量％から約０．５重量％、約０．００１重量％から約０．１重量％、または約０．０１重量％から約０．０８重量％、及びこれらの値のいずれか２つの間の範囲またはこれらの値のいずれか１つより小さい範囲を含む。
【００２７】
いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは完全焼きなましワイヤである。他の実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは半硬質焼きなましワイヤである。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは引出しワイヤである。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは押出しワイヤである。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは冷間成形または熱間成形ワイヤである。第１のニッケル合金ワイヤは、厚さ及び合金の有無によって、約４００℃から約１４００℃の温度で０分から１０時間焼きなましされてもよい。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、約５００℃から約１２００℃、約５５０℃から約１１００℃、約６００℃から約１０００℃、約７００℃から約９００℃、または約７５０℃から約８５０℃の温度で、かつこれらの値のいずれか２つの間の範囲またはこれらの値のいずれか１つより小さい範囲で焼きなましされる。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金の焼きなまし温度は、約５００℃から約６００℃である。他の実施形態では、第１のニッケル合金の焼きなまし温度は、約６００℃から約８００℃である。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、約５分より長い、約３０分より長い、約４５分より長い、約１時間より長い、約５時間より長い、または約１０時間より長い時間で、かつこれらの値のいずれか２つの間の範囲またはこれらの値のいずれか１つより小さい範囲で焼きなましされる。いくつかの実施形態では、焼きなまし時間は約１時間から約８時間である。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、焼きなましワイヤである。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、半硬質ワイヤである。
【００２８】
いくつかの実施形態では、ワイヤメッシュはニッケル製のワイヤを含み８０％超のニッケルをし得る経糸ワイヤを含む。これは、約８０％超の、約８５％超の、約９０％超の、約９１％超の、約９２％超の、約９３％超の、約９４％超の、約９５％超の、約９６％超の、約９７％超の、約９８％超の、または約９９％超のニッケルを含む。一実施形態では、ニッケルを含むワイヤは９９％超のニッケルを有する。いくつかの実施形態では、ニッケルを含むワイヤは９９．５％超のニッケルを有する。一実施形態では、緯糸ワイヤはニッケルを含み、９９％超のニッケルを有する。いくつかの実施形態では、緯糸ワイヤはニッケルを含み、９９．５％超のニッケルを有する。
【００２９】
いくつかの実施形態では、ニッケルを含むワイヤは第２のニッケル合金ワイヤである。いくつかの実施形態では、ニッケルを含むワイヤはさらに他の成分を含んでもよい。例えば、ニッケルを含むワイヤは、銅、鉄、マンガン、炭素、ケイ素、硫黄、チタン、マグネシウム、モリブデン、ヒ素、またはバナジウムのうちの少なくとも１つを含む第２のニッケル合金ワイヤであってもよい。いくつかの実施形態では、第１及び第２のニッケル合金ワイヤは同じ組成を有する。いくつかの実施形態では、第１及び第２のニッケル合金ワイヤは異なる組成を有する。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤ、第２のニッケル合金ワイヤ、または両方ともが同じまたは他の導電性材料のコーティングで被覆されている。
【００３０】
ニッケルまたは本明細書に記載のニッケル含有合金に加えて、ワイヤメッシュは、ニッケルメッキステンレス鋼、ニッケルクラッドステンレス鋼、ニッケルメッキ冷延鋼、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）（ニッケルの非磁性合金）、微量合金化元素を有する純ニッケル（例えば、ニッケル２００及びニッケル２０１などのニッケル２００合金の関連ファミリーなど）、それはすべてＨｕｎｔｉｎｇｔｏｎ  Ａｌｌｏｙｓ社から入手可能、及びＤＵＲＡＮＩＣＫＥＬ（登録商標）３０１、それはＳｐｅｃｉａｌ  Ｍｅｔａｌｓ社から入手可能、などの他の材料から作られたワイヤを含んでもよい。一実施形態では、いくつかの貴金属は、ワイヤ、ニッケルメッキされたワイヤ、及び缶を製造する前後のワイヤの被覆を含めて、缶金属のメッキ、クラッド、または他のコーティングとして使用することもできる。
【００３１】
本明細書に記載されたワイヤメッシュは、容易に電荷の移動を可能にする低い電気抵抗率を有する。一般に、電気抵抗率は、所定の材料がどれだけ強く電流の流れを妨害するかを定量化する。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、２０℃で測定したとき約５×１０-8Ωｍから約１×１０-6Ωｍの抵抗率を有する。これは、約１×１０-8Ωｍから約９×１０-7Ωｍ、約２×１０-7Ωｍから約５×１０-7Ωｍ、約３×１０-7Ωｍから約４×１０-7Ωの抵抗率、及びこれらの値のいずれか２つの間の範囲またはこれらの値のいずれか１つより少ない範囲を含む。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、２０℃で約２×１０-7Ωｍから約５×１０-7Ωｍの抵抗率を有する。
【００３２】
個々のワイヤまたはワイヤメッシュは、それらの特性を改良するために追加の条件付けまたは処理方法を施してもよい。例えば、本明細書に記載のワイヤは、メッシュ形成の前に、または後に焼きなましを施してもよい。焼きなましという用語は、一般に、結晶構造を修正、及び／または製造を改良するために材料を硬化または軟化させることができる熱処理プロセスを指す。加熱の温度及び持続時間は、ワイヤの組成及び厚さに応じて変わるであろう。したがって、一実施形態では、ニッケルを含むワイヤは焼きなましされたワイヤであってもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態では、ニッケルを含むワイヤは完全焼きなましワイヤである。他の実施形態では、ニッケルを含むワイヤは半硬質焼きなましワイヤである。いくつかの実施形態では、ニッケルを含むワイヤは引出しワイヤである。いくつかの実施形態では、ニッケルを含むワイヤは押出しワイヤである。ニッケルを含むワイヤは、厚さ及び合金の有無によって約４００℃から約１４００℃の温度で０分から１０時間焼きなますことができる。いくつかの実施形態では、ニッケルを含むワイヤは、約５００℃から約１２００℃、約５５０℃から約１１００℃、約６００℃から約１０００℃、約７００℃から約９００℃、または約７５０℃から約８５０℃の温度で、かつこれらの値のいずれか２つの間の範囲またはこれらの値のいずれか１つより少ない範囲で焼きなましされる。いくつかの実施形態では、ニッケルを含むワイヤの焼きなまし温度は、約５００℃から約６００℃である。他の実施形態では、ニッケルを含むワイヤの焼きなまし温度は、約７００℃から９５０℃である。いくつかの実施形態では、ニッケルを含むワイヤは、約５分より長い、約３０分より長い、約４５分より長い、約１時間より長い、約５時間より長い、または約１０時間より長い時間、及びこれらの値のいずれか２つの間の範囲またはこれらの値のいずれか１つより少ない範囲で焼きなましされる。いくつかの実施形態では、焼きなまし時間は、約３０分から約４時間である。いくつかの実施形態では、ニッケルを含むワイヤは焼きなましワイヤである。いくつかの実施形態では、ニッケルを含むワイヤは半硬質ワイヤである。
【００３４】
本技術は、約１２０ｋｓｉより大きい高い引張強度（メッシュに取り込む前の）を有する第１のニッケル合金ワイヤを有するワイヤメッシュを提供する。これは、第１のニッケル合金ワイヤが、１３０ｋｓｉより大きい、１４０ｋｓｉより大きい、１５０ｋｓｉより大きい、１６０ｋｓｉより大きい、１７０ｋｓｉより大きい、１８０ｋｓｉより大きい、１９０ｋｓｉより大きい、２００ｋｓｉより大きい、２１０ｋｓｉより大きい、２２０ｋｓｉより大きい、または２３０ｋｓｉより大きいピーク引張強度を有する実施形態を含む。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、４００ｋｓｉ未満、３５０ｋｓｉ未満、３００ｋｓｉ未満、２５０ｋｓｉ未満、２４０ｋｓｉ未満、２３０ｋｓｉ未満、２２０ｋｓｉ未満、または２１０ｋｓｉ未満のピーク引張強度を有する。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、約１２０ｋｓｉから約３５０ｋｓｉ、約１３０ｋｓｉから約３００ｋｓｉ、約１４０ｋｓｉから約２５０ｋｓｉ、約１５０ｋｓｉから約２４０ｋｓｉ、約１７５ｋｓｉから約２３０ｋｓｉ、約２００ｋｓｉから約２２５ｋｓｉ、約２１０ｋｓｉから約２２０ｋｓｉ、及びこれらの値のいずれか２つの間の範囲またはこれらの値のいずれか１つより少ない範囲のピーク引張強度を有する。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、１４０ｋｓｉより大きいピーク引張強度を有する。他の実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、１８０ｋｓｉより大きいピーク引張強度を有する。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、２００ｋｓｉより大きいピーク引張強度を有する。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、２１０ｋｓｉより大きいピーク引張強度を有する。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、３５０ｋｓｉ未満のピーク引張強度を有する。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、３００ｋｓｉ未満のピーク引張強度を有する。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、２３０ｋｓｉ未満のピーク引張強度を有する。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、約１４０ｋｓｉから約２５０ｋｓｉのピーク引張強度を有する。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、約２００ｋｓｉから約２２５ｋｓｉのピーク引張強度を有する。
【００３５】
本技術は、約６０ｋｓｉより大きい引張強度を有する第２のニッケル合金ワイヤを有するワイヤメッシュを提供する。これは、第２のニッケル合金ワイヤが、７０ｋｓｉより大きい、８０ｋｓｉより大きい、９０ｋｓｉより大きい、１００ｋｓｉより大きい、１１０ｋｓｉより大きい、１２０ｋｓｉより大きい、１３０ｋｓｉより大きい、１５０ｋｓｉより大きい、１８０ｋｓｉより大きい、１３０ｋｓｉより大きい、または２００ｋｓｉより大きいピーク引張強度を有する実施形態を含む。いくつかの実施形態では、第２のニッケル合金ワイヤは、約５０ｋｓｉから約２４０ｋｓｉ、約６０ｋｓｉから約２２０ｋｓｉ、約７０ｋｓｉから約２００ｋｓｉ、約８０ｋｓｉから約１５０ｋｓｉ、約１００ｋｓｉから約１４５ｋｓｉ、約１１０ｋｓｉから約１４０ｋｓｉ、約１２０ｋｓｉから約１３０ｋｓｉ、及びこれらの値のいずれか２つの間の範囲またはこれらの値のいずれか１つより少ない範囲のピーク引張強度を有する。いくつかの実施形態では、第２のニッケル合金ワイヤは、６０ｋｓｉより大きいピーク引張強度を有する。いくつかの実施形態では、第２のニッケル合金ワイヤは、８０ｋｓｉより大きいピーク引張強度を有する。いくつかの実施形態では、第２のニッケル合金ワイヤは、１００ｋｓｉより大きいピーク引張強度を有する。いくつかの実施形態では、第２のニッケル合金ワイヤは、１２０ｋｓｉより大きいピーク引張強度を有する。いくつかの実施形態では、第２のニッケル合金ワイヤは、２００ｋｓｉより大きいピーク引張強度を有する。いくつかの実施形態では、第２のニッケル合金ワイヤは、１５０ｋｓｉより大きいピーク引張強度を有する。いくつかの実施形態では、第２のニッケル合金ワイヤは、約８０ｋｓｉから約１５０ｋｓｉのピーク引張強度を有する。いくつかの実施形態では、第２のニッケル合金ワイヤは、約１１０ｋｓｉから約１４０ｋｓｉのピーク引張強度を有する。
【００３６】
ワイヤメッシュの硬度は、結合強度、試験方法、及び記録平面に依存して変化する。いくつかの実施形態では、メッシュに組み込む前の経糸及び緯糸のワイヤは、約１２０ｋｇｆ／ｍｍ2から約４５０ｋｇｆ／ｍｍ2の微小硬度を提示する。これは、約１３０ｋｇｆ／ｍｍ2から約３９５ｋｇｆ／ｍｍ2、約１６０ｋｇｆ／ｍｍ2から約３５０ｋｇｆ／ｍｍ2、約１７０ｋｇｆ／ｍｍ2から約３００ｋｇｆ／ｍｍ2、約１８０ｋｇｆ／ｍｍ2から約２７０ｋｇｆ／ｍｍ2、約１９０ｋｇｆ／ｍｍ2から約２６０ｋｇｆ／ｍｍ2、約２００ｋｇｆ／ｍｍ2から約２５０ｋｇｆ／ｍｍ2、約２２０ｋｇｆ／ｍｍ2から約２４０ｋｇｆ／ｍｍ2、及びこれらの値のいずれか２つの間の範囲の微小硬度を含む。微小硬度は、標準ガイドライン、例えばＡＳＴＭ  Ｅ３８４ガイドラインを使用して、ビッカース硬度試験を使用して（またはヌープ硬度試験による測定などの他の硬度に相互変換して）測定してもよい。いくつかの実施形態では、所望の特性を得るために、ワイヤまたはメッシュはさらに時効硬化を施してもよい。いくつかの実施形態では、メッシュに組み込む前の経糸または緯糸のワイヤは、約１００から約４５０ブリネルの硬度を提示する。これは、約１２０から約４００ブリネル、約１３０から約３７５ブリネル、約１５０から約３５０ブリネル、約２００から約３００ブリネル、または約２３０から約２７０ブリネル、及びこれらの値のいずれか２つの間の範囲を含む。
【００３７】
いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金である経糸ワイヤは、約１６０ｋｇｆ／ｍｍ2から約３５０ｋｇｆ／ｍｍ2の微小硬度を有し、一方ニッケル、または第２のニッケル合金を含むワイヤである緯糸は約９０ｋｇｆ／ｍｍ2から約１５０ｋｇｆ／ｍｍ2の微小硬度を有する。これは、約１７０ｋｇｆ／ｍｍ2から約３００ｋｇｆ／ｍｍ2、約１８０ｋｇｆ／ｍｍ2から約２７０ｋｇｆ／ｍｍ2、約１９０ｋｇｆ／ｍｍ2から約２６０ｋｇｆ／ｍｍ2、約２００ｋｇｆ／ｍｍ2から約２５０ｋｇｆ／ｍｍ2、約２２０ｋｇｆ／ｍｍ2から約２４０ｋｇｆ／ｍｍ2、及びこれらの値のいずれか２つの間の範囲の微小硬度を有する第１のニッケル合金を含む。これはまた、約９５ｋｇｆ／ｍｍ2から約１５０ｋｇｆ／ｍｍ2、約９５ｋｇｆ／ｍｍ2から約１２０ｋｇｆ／ｍｍ2、約９５ｋｇｆ／ｍｍ2から約１１０ｋｇｆ／ｍｍ2、及びこれらの値のいずれか２つの間の範囲の微小硬度を有する第２のニッケル合金を含む。例えば、経糸は約２００ｋｇｆ／ｍｍ2の微小硬度を有し、一方緯糸は約１００ｋｇｆ／ｍｍ2の微小硬度を有してもよい。
【００３８】
本技術は、オフセットが０．２％で約２０ｋｓｉより大きい降伏強度を有する第１のニッケル合金ワイヤを備えたワイヤメッシュを提供する。これは、約４０ｋｓｉより大きい、約６０ｋｓｉより大きい、約８０ｋｓｉより大きい、約１００ｋｓｉより大きい、約１２０ｋｓｉより大きい、約１４０ｋｓｉより大きい、約１８０ｋｓｉより大きい、約２００ｋｓｉより大きい、または約２２０ｋｓｉより大きい降伏強度を含む。いくつかの実施形態では、本技術は、約２０ｋｓｉから約３００ｋｓｉの降伏強度を有する第１のニッケル合金を備えたワイヤメッシュを提供する。これは、約４０ｋｓｉから約２５０ｋｓｉ、約６０ｋｓｉから約２２０ｋｓｉ、約８０ｋｓｉから約２００ｋｓｉ、約１００ｋｓｉから約１８０ｋｓｉ、約１２０ｋｓｉから約１４０ｋｓｉ、及びこれらの値のいずれか２つの間の範囲またはこれらの値のいずれか１つより小さい範囲の降伏強度を含む。
【００３９】
ワイヤの直径に応じて、ワイヤメッシュのメッシュ数は、１インチ当たり約１０×１０ワイヤから１インチ当たり約１００×１００ワイヤの範囲であってもよい。これは、１インチ当たり約１２×１２ワイヤから１インチ当たり約８０×８０ワイヤ、１インチ当たり約１６×１６ワイヤから１インチ当たり約６０×６０ワイヤ、１インチ当たり約２０×２０ワイヤから１インチ当たり約５０×５０ワイヤ、１インチ当たり約３０×３０ワイヤから１インチ当たり約４０×４０ワイヤ、１インチ当たり約１２×１００ワイヤから１インチ当たり約１００×１２ワイヤ、１インチ当たり約１５×４０ワイヤから１インチ当たり約４０×１５ワイヤ、１インチ当たり約１６×６０ワイヤから１インチ当たり約６０×１６ワイヤ、１インチ当たり約２０×４０ワイヤから１インチ当たり約４０×２０ワイヤ、及びこれらの値のいずれか２つの間、またはこれらの値のいずれか１つより小さい範囲のメッシュ数を含む。いくつかの実施形態では、ワイヤメッシュのメッシュ数は、１インチ当たり約１６×１６ワイヤから１インチ当たり約６０×６０ワイヤである。他の実施形態では、ワイヤメッシュのメッシュ数は、１インチ当たり約３０×３０ワイヤから１インチ当たり約４０×４０ワイヤである。いくつかの実施形態では、ワイヤメッシュのメッシュ数は、１インチ当たり約１６×６０ワイヤから１インチ当たり約６０×１６ワイヤである。
【００４０】
メッシュのワイヤは、同様または異なる直径を有するように構成されてもよい。例えば、経糸ワイヤは緯糸ワイヤと同様の直径またはより大きいあるいはより小さい直径を有してもよい。いくつかの実施形態では、ニッケルを含むワイヤは、第１のニッケル合金ワイヤの直径（ｄ1）よりも大きい断面直径（ｄ2）を有する。例えば、ニッケル及び第１のニッケル合金ワイヤを含むワイヤの断面直径は、約１：９から約９：１の比率を有してもよい。これは、約１：４から約４：１の間、より適切には約１：３から約３：１の間、さらにより適切には約１：２から約２：１の間の比率を含む。いくつかの実施形態では、ニッケル及び第１のニッケル合金ワイヤを含むワイヤの断面直径は、約１：１から約２：１、約１．５：１から約１：１、または約１．２５：１から約１：１の比率を有する。いくつかの実施形態では、ニッケル及び第１のニッケル合金ワイヤを含むワイヤの断面直径は、等しいかまたはほぼ等しい。
【００４１】
メッシュの導電性を向上させるために、導電性領域または電極の単位表面積当たりに多量の導電性材料を提供するように設計されている。この特性は、導電性領域の全表面積に対して充填材または導電線を有する面積の率の尺度であるワイヤメッシュのメッシュ密度の点から表現することができる。一例として、限定するものではないが、ワイヤメッシュは、導電性領域の全表面積の約０．００１％から約２０％のメッシュ密度を有してもよい。これは、導電性領域の全表面積の約０．０５％から約１０％、約０．０１％から約１％、約０．１％から約０．５％、約０．２％から約０．４％、または約０．２５％から約０．３５％、及びこれらの値のいずれか２つの間の範囲またはこれらの値のいずれか１つより小さい範囲のメッシュ密度を含む。
【００４２】
メッシュを準備するために様々な方法を使用することができる。例えば、経糸及び緯糸ワイヤは、織られないままでもよいし、または所望のパターンで織られてもよい。経糸及び緯糸ワイヤを織るために当該技術分野で知られている標準的織り技巧を使用してもよい。一般に、一様な織パターンを形成するようにワイヤは互いに等距離に配置されるが、必ずしもそうである必要はない。限定はされないが、適切な織パターンは、当業者によって知られている平織、斜子織、綾織、サテン織、杉綾織、からみ織、横畝織、畝織、経畝織、畳織、及びベロア織、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、ワイヤメッシュは、平四角織、綾四角織、平畳織、または綾畳織、またはそれらの組み合わせを有する織メッシュである。いくつかの実施形態では、メッシュは２つ以上の織パターンの任意の組み合わせを含んでもよい。織パターンは疎な織であってもよいし、密な織であってもよい。疎な織パターンは特定の用途にとって望ましいワイヤメッシュにより大きな開口部をもたらす。密な織パターンは特定の他の用途に要求され得る、ワイヤメッシュにおけるより小さな開口部をもたらす。
【００４３】
織られた、または織られていないワイヤの網は、メッシュを形成するために熱接着、化学的接着、または機械的接着のような付加的処理を施してもよい。例えば、経糸と緯糸の冷カレンダー加工によってメッシュを形成してもよい。カレンダー加工は、加圧下で、任意に高温でローラーの間にワイヤを通過させることを指す。カレンダー加工はワイヤの交差部の高点を平坦化するのに役立ち、ワイヤ布の厚さを低減し、材料に滑らかな表面を与える。いくつかの実施形態では、ワイヤを所定の場所にロックするために波形がワイヤに形成されるように、メッシュは交差部でワイヤをクリンプすることにより形成される。
【００４４】
いくつかの実施形態では、メッシュは、経糸と緯糸の熱接着によって形成される。熱接着は、経糸及び緯糸ワイヤの交点が高温に加熱、または一緒に半田付けされるプロセスを指す。加熱は、圧力を加えることなく行ってもよい。熱接着の温度は、ワイヤの組成及び／またはワイヤ材料の融点に依存して変化する。いくつかの実施形態では、経糸及び緯糸ワイヤの交点は、適切な半田材料を使用して半田付けされてもよい。いくつかの実施形態では、メッシュワイヤは溶接が施される。他の実施形態では、メッシュワイヤはろう付けが施されてもよい。
【００４５】
いくつかの実施形態では、メッシュは他の金属のような導電性材料の適切なコーティングでメッシュをコーティングして形成される。したがって、いくつかの実施形態では、織られた、または織られていない網または経糸及び緯糸ワイヤは、別の金属でコーティングされてもよい。メッシュをコーティングするのに適した金属の例は、銀、金、銅、アルミニウム、ニッケル、タングステン、亜鉛、鉄、白金、スズ、鋼及び他の導電性金属またはそれらの合金またはそれらの組み合わせを含む。一実施形態では、メッシュはニッケルでコーティングされる。コーティングはワイヤを適所に保つように適用される。
【００４６】
ワイヤメッシュの厚さは、個々のワイヤの厚さまたは経糸と緯糸を組み合わせた厚さに関して測定することができる。いくつかの実施例では、ワイヤメッシュは、約０．０１μＭから約２００μＭの厚さを有してもよい。これは、約０．０５μＭから約１５０μＭ、約０．１μＭから約１００μＭ、約１μＭから約７０μＭ、約２μＭから約５０μＭ、約５μＭから約２０μＭ、約１０μＭから約１８μＭ、約１４μＭから約１７μＭ、約１５μＭから約１６μＭ、及びこれらの値のいずれか２つの間、またはこれらの値のいずれか１つより小さい範囲の厚さを含む。いくつかの実施例では、ワイヤメッシュは、約５から約２０μＭの厚さを有する。いくつかの実施例では、ワイヤメッシュは、約１４から約１７μＭの厚さを有する。
【００４７】
メッシュのワイヤは、所望の弾性または剛性を有するように構成されてもよく、それはそれらのヤング率で表すことができる。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは１２０ＧＰａより大きいヤング率を有する。これは、１３０ＧＰａより大きい、１４０ＧＰａより大きい、１６，２０ＧＰａより大きい、１８０ＧＰａより大きい、２００ＧＰａより大きい、及び２２０ＧＰａより大きいヤング率を含む。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、約１４０ＧＰａ、約１６０ＧＰａ、約１８０ＧＰａ、約２００ＧＰａ、約２１０ＧＰａ、約２２０ＧＰａ、約２４０ＧＰａ、または約２８０ＧＰａのヤング率を有する。他の実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、約１４０ＧＰａから約３００ＧＰａのヤング率を有する。これは、約１５０ＧＰａから約２９０ＧＰａ、約１６０ＧＰａから約２８０ＧＰａ、約１８０ＧＰａから約２４０ＧＰａ、約２００ＧＰａから約２２０ＧＰａ、または約２１０ＧＰａから約２１５ＧＰａ、及びこれらの値のいずれか２つの間、またはこれらの値のいずれか１つより小さい範囲のヤング率を含む。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、１４０ＧＰａより大きいヤング率を有する。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、１８０ＧＰａより大きいヤング率を有する。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、２００ＧＰａより大きいヤング率を有する。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、約２１０ＧＰａのヤング率を有する。いくつかの実施形態では、第１のニッケル合金ワイヤは、約１８０ＧＰａから約２４０ＧＰａのヤング率を有する。
【００４８】
別の実施形態では、エキスパンドメタルメッシュが提供されている。エキスパンドメタルメッシュは、その元の面積の少なくとも１０倍の適切な膨張係数で適切な厚さの金属シートまたはコイルを拡張することによって製造することができる。シートに多数の小さな切れ目を入れ、材料が所望の形状及び大きさの開口を形成するようにシートは引き伸ばされる。シートまたはコイルは、拡張の前または後に焼きなましされる。エキスパンドメタルメッシュは、例えば、純ニッケル、または第１のニッケル合金ワイヤまたは第２のニッケル合金ワイヤと同じ材料を含む任意の適切な金属または合金で作ることができる。いくつかの実施形態では、エキスパンドメタルメッシュは、少なくとも９０重量％のニッケル及び１０重量％未満のアルミニウムを含むニッケル金属合金を含む。他の実施形態では、エキスパンドメタルメッシュは、約９３重量％から約９７重量％のニッケル及び約３重量％から約７重量％のアルミニウムを含むニッケル金属合金を含む。
【００４９】
開示された実施形態のワイヤメッシュは、電池などの従来の電気化学セル中の成分として含まれてもよい。これらは、例えば、金属−空気セル、例えば亜鉛−空気セルなどのガルヴァーニセルを含む。本明細書に記載のワイヤメッシュを含む金属−空気セルは、補聴器電池のような様々な用途のボタンセルとして、かつ腕時計、時計、タイマー、電卓、レーザーポインター、おもちゃ、及び他の目新しい小物の中に組み立てられてもよい。しかしながら、本発明は、ボタンセル以外の電気化学セルへの応用を有することを理解しなければならない。例えば、本メタルメッシュは、平坦、屈曲、または円筒形電極を使用する任意の金属空気セルに用途を見出すことができる。円筒形金属−空気セルの中で、陽極活物質は、任意のボタン形状のもの、補聴器、ＡＡ、ＡＡＡ、ＡＡＡＡ、Ｃ、またはＤセルに応用できる。電気化学セルの他の形態の成分としてのワイヤメッシュの使用もまた熟考されている。
【００５０】
一実施形態では、空気電池用陽極集電体は、上述のワイヤメッシュを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ワイヤメッシュは亜鉛−空気電池の陽極集電体として含まれている。一実施形態では、亜鉛−空気電池は、従来の亜鉛−空気電池セル設計に従ってまたは調和して構成されるが、しかし本明細書に詳しく提供される改善内容も備えて構成されることができる。例えば、様々な実施形態において亜鉛−空気電池は、亜鉛−空気ボタンサイズの電池に適した仕様に設計することができる。
【００５１】
一実施形態では、第１のピーク引張強度を有する第１のニッケル金属合金で構成された経糸及びニッケルを含み第２の引張強度を有するワイヤで構成された緯糸を含む陽極集電体が提供されている。いくつかの実施形態では、第１のピーク引張強度は第２の引張強度以上である。いくつかの実施形態では、集電体は陽極集電体である。いくつかの実施形態では、集電体は亜鉛−空気電池の陽極集電体である。本明細書に記載のメッシュのほかに、集電体は種々の形態をとることができる。例えば、集電体は、ワイヤ、バー、ストリップ、有孔シートなどであってもよい。いくつかの実施形態では、集電体はメッシュワイヤ集電体である。
【００５２】
メッシュワイヤ集電体は、多孔質拡散層及び炭素を含む陽極層のような他の成分とともに陽極ディスクに含まれてもよい。メッシュワイヤ集電体を含有する陽極ディスクが陽極缶に挿入されると、切断されたディスク内のワイヤの接触エッジ部は座屈しにくくなり、集電体と缶壁との間のより良好な接触をもたらす。本明細書に記載されたＮｉ−合金ワイヤ及びワイヤメッシュは、優れた引張破断強度及び優れた引張弾性率、並びに化学物質、例えば電解質及び電解質中の苛性添加物への不活性を提示する。本明細書に記載されたメッシュワイヤ陽極集電体は、缶の側壁へのより良好な接触を維持し、その結果より低いインピーダンスとより少ないセルスクラップをもたらす。
【００５３】
一態様では、経糸及び緯糸を有するワイヤメッシュ集電体を含む亜鉛−空気電池が提供されている。経糸は第１のピーク引張強度を有する第１のニッケル合金ワイヤを含み、そして緯糸はニッケルを含み第２のピーク引張強度を有するワイヤを含み、第１のピーク引張強度は第２の引張強度以上となるようにされている。第１のニッケル合金ワイヤ及びニッケルを含むワイヤは、本明細書に記載されている。亜鉛−空気電池はさらに、亜鉛を含む陰極、電解質、及び隔離版を含む。
【００５４】
負極は、負極活物質として機能する亜鉛または亜鉛合金を含有することができる。いくつかの実施形態では、陰極は水銀フリー亜鉛合金粉末を含む。陰極は、粒状、板、及びゲルなどの任意の形態または形状であってもよい。亜鉛合金は、アマルガムまたはマグネシウム、アルミニウム、リチウム、ビスマス、インジウム、鉛などとの水銀フリー合金であってもよい。亜鉛合金の量は、その合金が負極活物質として所望の性能を保証する限り特に限定されない。好適な亜鉛合金は、水銀及び鉛無しの水銀フリー亜鉛合金、及びアルミニウム、ビスマス、インジウム、またはこれらの任意２つ以上の組み合わせを含有するものである。負極は、本明細書に記載のワイヤメッシュを含む導電性材料平板またはメッシュから構成された適切な集電体によって支持されてもよい。負極集電体用の例示的材料は、ニッケル基材料を含む。例えば、ニッケルとアルミニウムの合金が使用されてもよい。合金に含めることのできる他の金属は、限定はされないが、銅、鉄、マンガン、及びチタンを含み、並びに、限定はされないが、ケイ素、炭素、及び硫黄などの非金属を含む。例示的な材料は、Ｄｕｒａｎｉｃｋｅｌ（登録商標）合金３０１としてスペッシャルメタル社、ハンティングトン、ＷＶから市販されている。
【００５５】
一般に亜鉛−空気電池に使用される様々な電解液を、電解液として使用してもよい。電界液の例としては、水酸化カリウム溶液及び水酸化ナトリウム溶液、塩化亜鉛または亜鉛過塩素酸を含有する溶液、亜鉛過塩素酸を含有する非水溶媒、及び亜鉛ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドを含有する非水溶媒などのアルカリ金属水酸化物溶液を含む。いくつかの実施形態では、電解質は、アルカリ金属水酸化物溶液、例えば、水酸化カリウム溶液を含む。いくつかの実施形態では、電解液として３０から４５重量％の水酸化カリウムを含有する水酸化カリウム溶液が使用される。いくつかの実施形態では、電解質は、Ｃａｐｓｔｏｎｅ（登録商標）ＦＳ−５０、Ｃｈｅｍｇｕａｒｄ  Ｓ−１１１、Ｃｈｅｍｇｕａｒｄ  Ｓ−５００、ＡＰＦＳ−１４、またはそれら任意の２つ以上の組み合わせなどの両性フッ素系界面活性剤を含む。電解質はさらに、例えば、酸化ヘキシルジフェニルジスルホン酸などの界面活性剤を含んでもよい。電解質はまた、腐食抑制剤、ゲル化剤、酸化亜鉛、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化インジウム、ポリアクリレートポリマー、またはそれら任意の２つ以上の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、電解質は、水酸化カリウム溶液を含む。
【００５６】
亜鉛−空気電池は、空気陽極と亜鉛陰極との間に、２つの電極間の短絡を防止するために設計された隔離板を含むことができる。隔離板は、透過膜または非導電性材料でできた多孔膜を含んでもよい。隔離板は、限定はされないが、ポリプロピレン、テフロン（登録商標）、ナイロン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリフェニレンオキサイド、セロファン、またはアクリロニトリル、及びそれらの組み合わせを含む任意の耐アルカリ性材料で作られてもよい。いくつかの実施形態では、隔離板は、ポリプロピレンを含む。
【００５７】
一態様では、ワイヤメッシュの金属が水性苛性電解質中で実質的に不溶性であるワイヤメッシュ集電体を含む亜鉛−空気電池が提供されている。一実施形態では、ワイヤメッシュは、水性苛性電解質中で４０重量％未満、３０重量％未満、１０重量％未満、５重量％未満、または２重量％未満の溶解度を有する。
【００５８】
一態様では、ワイヤ経糸及びワイヤ緯糸を備えるワイヤメッシュ集電体を含む亜鉛−空気電池が提供され、集電体は以下の特性、（ａ）ワイヤメッシュの金属は水性苛性電解質中で実質的に不溶性である、（ｂ）メッシュに組み込む前の経糸または緯糸のワイヤは約１３０から約３７５ブリネルの硬度を提示する、（ｃ）メッシュに組み込む前の経糸または緯糸のワイヤは２０℃で約２×１０-7Ωｍから約５×１０-7Ωｍの抵抗率を提示する、（ｄ）メッシュに組み込む前の経糸または緯糸のワイヤは１４０ｐｓｉ以上のピーク引張強度を提示する、及び（ｅ）メッシュに組み込む前の経糸または緯糸のワイヤは約１８０ＧＰａから約２４０ＧＰａのヤング率を提示する、のうちの少なくとも１つ以上を提示する。
【００５９】
図面に目を向けると、他の設計はそれほど制限されるべきではないが。本開示の亜鉛−空気電池セルが図２に図示されている。特に図２、亜鉛−空気電池のセル１０、を参照すると、負極は、内部に含有された電気化学的に反応する陰極２６及び絶縁ガスケット６０を備えた陰極缶２４を有する陰極缶アセンブリ２２を含有する。陰極缶２４は、ベース壁２８と下方に延びる周側壁３０とを有する。側壁３０は、周缶足３６に終端する。ベース壁及び側壁３０は、一般に陰極缶２４内に陰極空洞３８を画定し、その空洞は陰極２６を含有する。
【００６０】
陽極４２は、隔離板７４の下方から陽極缶４４までの区域を含む。この陽極４２の区域は、多孔質拡散層５７及び陽極活性層７２を含む。ワイヤメッシュは、集電体として陽極活性層７２に含まれる。陽極缶４４は底部４６及び直立周側壁４７を有する。底部４６は、概ね平坦な内面４８、概ね平坦な外面５０、及び平坦な外面５０上に規定された外周部５２を有する。複数の通気口５４が陽極缶４４の底部４６を貫通して設けられ、底部４６を通して隣接する陽極缶アセンブリ４０の中に酸素が通過する通りを提供している。空気溜め５５は、底部４６及び対応する通気口５４から陽極缶アセンブリ４０に空間を取っている。多孔質拡散層５７及びセルロース空気拡散層３２が、空気溜め５５を満たしている。陽極缶の側壁４７は、内面５６及び外面５８を有する。
【００６１】
陰極缶アセンブリ２２は、絶縁ガスケット６０によって陽極缶アセンブリ４０から電気的に絶縁されている。絶縁ガスケット６０は、陽極缶の直立側壁４７と陰極缶の下方に延びる側壁３０との間に配置された周側壁６２を含む。絶縁ガスケット足６４が、陰極缶の缶足３６と陽極缶アセンブリ４０との間に一般に配置される。絶縁ガスケットの頂部６６は、絶縁ガスケット６０の側壁６２がセルの頂部に隣接する側壁３０及び４７との間から延びる部位に配置される。
【００６２】
セル１０の外面６８は、このようにして陰極缶２４の頂部の外面の部分、陽極缶４４の側壁４７の外面５８、陽極缶４４の底部の外面５０、及び絶縁ガスケット６０の頂部６６によって規定される。
【００６３】
一実施形態では、多孔質拡散層５７は、約２５から約１００ミクロンの厚さのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）膜などの微孔疎水性ポリマー材料であり、それは空気がそこを通過するのを許し、一般に電池電界質に影響されない。一実施形態では、多孔質拡散層５７は、テフロン（登録商標）である。いくつかの実施形態では、通気口５４と組み合わせて、多孔質拡散層５７は陽極アセンブリの活性反応表面積に効率的に酸素を輸送するために使用される。
【００６４】
一実施形態では、セルロース空気拡散層３２は、多孔質拡散層５７のすぐ下に位置し、保護的横方向空気拡散層としてはたらく。具体的には、セルが活性化されると、陰極缶アセンブリ２２は隔離板７４を押し下げ、セルロース空気拡散層３２は通気口５４が完全に覆われないように保護するのに役立つ。一実施形態では、隔離板７４と多孔質拡散層５７との間の陽極アセンブリの厚さはできるだけ小さい。
【００６５】
別の実施形態では、亜鉛−空気電池は、結果として生じる電池が本明細書に提示された開示と抵触しない限り、当該技術分野で公知の任意の手段によって準備されてもよい。したがって、本開示は、この開示の全体を通して論じられるような成分及びそれらそれぞれの結集を含む亜鉛−空気電池を準備する方法を含む。
【００６６】
本発明の様々な態様は、以下の実施形態に述べられている。
【００６７】
実施形態Ａ．第１のピーク引張強度を有する第１のニッケル合金ワイヤを備えた経糸と、ニッケルを含むワイヤを備え、第２のピーク引張強度を有する緯糸と、を備え、第１の引張強度は、第２の引張強度以上である、ワイヤメッシュ。
【００６８】
実施形態Ｂ．ニッケルを含むワイヤは、９９％超のニッケルを有する、実施形態Ａに記載のワイヤメッシュ。
【００６９】
実施形態Ｃ．ニッケルを含むワイヤは、９９．５％超のニッケルを有する、実施形態ＡまたはＢに記載のワイヤメッシュ。
【００７０】
実施形態Ｄ．第１のニッケル合金ワイヤは、少なくとも９０重量％のニッケルと１０重量％のアルミニウムとを含む、実施形態Ａ〜Ｃのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００７１】
実施形態Ｅ．第１のニッケル合金ワイヤは、約９３重量％から約９７重量％のニッケルと約３重量％から約７重量％のアルミニウムを含む、実施形態Ａ〜Ｄのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００７２】
実施形態Ｆ．第１のニッケル合金ワイヤはさらに、銅、鉄、マンガン、炭素、ケイ素、硫黄、及びチタンのうちのいずれか１つを含む、実施形態Ａ〜Ｅのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００７３】
実施形態Ｇ．第１のニッケル合金ワイヤは、２０℃で約２×１０-7Ωｍから約５×１０-7Ωｍの抵抗率を有する、実施形態Ａ〜Ｆのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００７４】
実施形態Ｈ．ニッケルを含むワイヤは、焼きなましワイヤである、実施形態Ａ〜Ｇのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００７５】
実施形態Ｉ．第１のニッケル合金ワイヤは、１４０ｐｓｉより大きいピーク引張強度を有する、実施形態Ａ〜Ｈのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００７６】
実施形態Ｊ．第１のニッケル合金ワイヤは、１８０ｐｓｉより大きいピーク引張強度を有する、実施形態Ａ〜Ｉのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００７７】
実施形態Ｋ．第１のニッケル合金ワイヤは、２００ｐｓｉより大きいピーク引張強度を有する、実施形態Ａ〜Ｊのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００７８】
実施形態Ｌ．第１のニッケル合金ワイヤは、２１０ｐｓｉより大きいピーク引張強度を有する、実施形態Ａ〜Ｋのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００７９】
実施形態Ｍ．第１のニッケル合金ワイヤは、３５０ｐｓｉ未満のピーク引張強度を有する、実施形態Ａ〜Ｌのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００８０】
実施形態Ｎ．第１のニッケル合金ワイヤは、３００ｐｓｉ未満のピーク引張強度を有する、実施形態Ａ〜Ｍのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００８１】
実施形態Ｏ．第１のニッケル合金ワイヤは、２３０ｐｓｉ未満のピーク引張強度を有する、実施形態Ａ〜Ｎのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００８２】
実施形態Ｐ．第１のニッケル合金ワイヤは、約１４０ｐｓｉから約２５０ｐｓｉのピーク引張強度を有する、実施形態Ａ〜Ｏのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００８３】
実施形態Ｑ．第１のニッケル合金ワイヤは、約２００ｐｓｉから約２２５ｐｓｉのピーク引張強度を有する、実施形態Ａ〜Ｐのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００８４】
実施形態Ｒ．第２のニッケル合金ワイヤは、６０ｐｓｉより大きいピーク引張強度を有する、実施形態Ａ〜Ｑのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００８５】
実施形態Ｓ．第２のニッケル合金ワイヤは、８０ｐｓｉより大きいピーク引張強度を有する、実施形態Ａ〜Ｒのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００８６】
実施形態Ｔ．第２のニッケル合金ワイヤは、１００ｐｓｉより大きいピーク引張強度を有する、実施形態Ａ〜Ｓのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００８７】
実施形態Ｕ．第２のニッケル合金ワイヤは、１２０ｐｓｉより大きいピーク引張強度を有する、実施形態Ａ〜Ｔのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００８８】
実施形態Ｖ．第２のニッケル合金ワイヤは、１５０ｐｓｉより大きいピーク引張強度を有する、実施形態Ａ〜Ｕのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００８９】
実施形態Ｗ．第２のニッケル合金ワイヤは、２００ｐｓｉより大きいピーク引張強度を有する、実施形態Ａ〜Ｖのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００９０】
実施形態Ｘ．第２のニッケル合金ワイヤは、約８０ｐｓｉから約１５０ｐｓｉのピーク引張強度を有する、実施形態Ａ〜Ｗのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００９１】
実施形態Ｙ．第２のニッケル合金ワイヤは、約１１０ｐｓｉから約１４０ｐｓｉのピーク引張強度を有する、実施形態Ａ〜Ｘのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００９２】
実施形態Ｚ．ワイヤメッシュのメッシュ数は、１インチ当たり約１６×１６ワイヤから１インチ当たり約６０×６０ワイヤである、実施形態Ａ〜Ｙのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００９３】
実施形態ＡＡ．ワイヤメッシュのメッシュ数は、１インチ当たり約３０×３０ワイヤから１インチ当たり約４０×４０ワイヤである、実施形態Ａ〜Ｚのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００９４】
実施形態ＢＢ．ワイヤメッシュのメッシュ数は、１インチ当たり約１６×６０ワイヤから１インチ当たり約６０×１６ワイヤである、実施形態Ａ〜ＡＡのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００９５】
実施形態ＣＣ．ニッケルを含むワイヤは、第１のニッケル合金ワイヤより大きい断面直径を有する、実施形態Ａ〜ＢＢのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００９６】
実施形態ＤＤ．ニッケルを含むワイヤ及び第１のニッケル合金ワイヤの断面直径は、約１：１から約２：１の比率を有する、実施形態Ａ〜ＣＣのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００９７】
実施形態ＥＥ．ニッケルを含むワイヤ及び第１のニッケル合金ワイヤの断面直径は、等しいかまたはほぼ等しい、実施形態Ａ〜ＤＤのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００９８】
実施形態ＦＦ．ニッケルを含むワイヤは、第２のニッケル合金ワイヤである、実施形態Ａ〜ＥＥのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【００９９】
実施形態ＧＧ．第１及び第２のニッケル合金ワイヤは、同じワイヤである、実施形態ＦＦのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【０１００】
実施形態ＨＨ．約０．１から約０．５のメッシュ密度を有する、実施形態Ａ〜ＧＧのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【０１０１】
実施形態ＩＩ．熱接着によって形成された、または別の金属でメッシュをコーティングして形成された経糸と緯糸の冷カレンダー加工によって形成された、実施形態Ａ〜ＨＨのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【０１０２】
実施形態ＪＪ．平織、斜子織、綾織、サテン織、杉綾織、からみ織、横畝織、畝織、経畝織、畳織、及びベロア織を含む織メッシュである、実施形態Ａ〜ＩＩのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【０１０３】
実施形態ＫＫ．約５から約２０μＭの厚さを有する、実施形態Ａ〜ＪＪのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【０１０４】
実施形態ＬＬ．約１４から約１７μＭの厚さを有する、実施形態Ａ〜ＫＫのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【０１０５】
実施形態ＭＭ．第１のニッケル合金ワイヤは、１４０ＧＰａより大きいヤング率を有する、実施形態Ａ〜ＬＬのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【０１０６】
実施形態ＮＮ．第１のニッケル合金ワイヤは、１８０ＧＰａより大きいヤング率を有する、実施形態Ａ〜ＭＭのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【０１０７】
実施形態ＯＯ．第１のニッケル合金ワイヤは、２００ＧＰａより大きいヤング率を有する、実施形態Ａ〜ＮＮのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【０１０８】
実施形態ＰＰ．第１のニッケル合金ワイヤは、約２１０ＧＰａのヤング率を有する、実施形態Ａ〜ＯＯのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【０１０９】
実施形態ＱＱ．第１のニッケル合金ワイヤは、約１８０ＧＰａから約２４０ＧＰａのヤング率を有する、実施形態Ａ〜ＰＰのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【０１１０】
実施形態ＲＲ．経糸は、約１８０ｋｇｆ／ｍｍ2から約３５０ｋｇｆ／ｍｍ2の微小硬度を提示し、緯糸は、約９０ｋｇｆ／ｍｍ2から約１５０ｋｇｆ／ｍｍ2の微小硬度を提示する、実施形態Ａ〜ＱＱのいずれか１つに記載のワイヤメッシュ。
【０１１１】
実施形態ＳＳ．少なくとも９０重量％のニッケルと１０重量％未満のアルミニウムとを含むニッケル金属合金を備えた、エキスパンドメタルメッシュ。
【０１１２】
実施形態ＴＴ．ニッケル金属合金は、約９３重量％から約９７重量％のニッケルと約３重量％から約７重量％のアルミニウムとを含む、実施形態ＳＳに記載のエキスパンドメタルメッシュ。
【０１１３】
実施形態ＵＵ．ニッケル金属合金はさらに、銅、鉄、マンガン、炭素、ケイ素、硫黄、及びチタンのうちの少なくとも１つを含む、実施形態ＳＳ〜ＴＴのいずれか１つに記載のエキスパンドメタルメッシュ。
【０１１４】
実施形態ＶＶ．ニッケル金属合金は、ニッケル金属合金ワイヤを含む、実施形態ＳＳ〜ＵＵのいずれか１つに記載のエキスパンドメタルメッシュ。
【０１１５】
実施形態ＷＷ．ニッケル金属合金ワイヤは、２０℃で約２×１０−７Ωｍから約５×１０−７Ωｍの抵抗率を有する、実施形態ＳＳ〜ＶＶのいずれか１つに記載のエキスパンドメタルメッシュ。
【０１１６】
実施形態ＸＸ．ニッケル金属合金ワイヤは、１４０ｐｓｉより大きいピーク引張強度を有する、実施形態ＳＳ〜ＷＷのいずれか１つに記載のエキスパンドメタルメッシュ。
【０１１７】
実施形態ＹＹ．ニッケル金属合金ワイヤは、１８０ｐｓｉより大きいピーク引張強度を有する、実施形態ＳＳ〜ＸＸのいずれか１つに記載のエキスパンドメタルメッシュ。
【０１１８】
実施形態ＺＺ．ニッケル金属合金ワイヤは、２００ｐｓｉより大きいピーク引張強度を有する、実施形態ＳＳ〜ＹＹのいずれか１つに記載のエキスパンドメタルメッシュ。
【０１１９】
実施形態ＡＡＡ．ニッケル金属合金ワイヤは、２１０ｐｓｉより大きいピーク引張強度を有する、実施形態ＳＳ〜ＺＺのいずれか１つに記載のエキスパンドメタルメッシュ。
【０１２０】
実施形態ＢＢＢ．ニッケル金属合金ワイヤは、３５０ｐｓｉ未満のピーク引張強度を有する、実施形態ＳＳ〜ＡＡＡのいずれか１つに記載のエキスパンドメタルメッシュ。
【０１２１】
実施形態ＣＣＣ．ニッケル金属合金ワイヤは、３００ｐｓｉ未満のピーク引張強度を有する、実施形態ＳＳ〜ＢＢＢのいずれか１つに記載のエキスパンドメタルメッシュ。
【０１２２】
実施形態ＤＤＤ．ニッケル金属合金ワイヤは、２３０ｐｓｉ未満のピーク引張強度を有する、実施形態ＳＳ〜ＣＣＣのいずれか１つに記載のエキスパンドメタルメッシュ。
【０１２３】
実施形態ＥＥＥ．ニッケル金属合金ワイヤは、約１４０ｐｓｉから約２５０ｐｓｉのピーク引張強度を有する、実施形態ＳＳ〜ＤＤＤのいずれか１つに記載のエキスパンドメタルメッシュ。
【０１２４】
実施形態ＦＦＦ．ニッケル金属合金ワイヤは、約２００ｐｓｉから約２２５ｐｓｉのピーク引張強度を有する、実施形態ＳＳ〜ＥＥＥのいずれか１つに記載のエキスパンドメタルメッシュ。
【０１２５】
実施形態ＧＧＧ．第１のピーク引張強度を有する第１のニッケル合金ワイヤを備えた経糸と、ニッケルを含むワイヤを備え、第２のピーク引張強度を有する緯糸と、を備え、第１のピーク引張強度は第２のピーク引張強度以上である、ワイヤメッシュ集電体を備えた、亜鉛−空気電池。または、実施形態Ａ〜ＲＲまたは実施形態ＳＳ〜ＦＦＦのいずれか１つに記載のワイヤメッシュを備えた亜鉛−空気電池。
【０１２６】
実施形態ＨＨＨ．さらに亜鉛、電解質、及び隔離板を備えた陰極を含む、実施形態ＦＦＦに記載の亜鉛−空気電池。
【０１２７】
実施形態ＩＩＩ．ワイヤ経糸と、ワイヤ緯糸と、を備えたワイヤメッシュ集電体を備えた、亜鉛−空気電池であって、ワイヤメッシュの金属は水性苛性電解質中で実質的に不溶性であり、以下、メッシュに組み込む前の経糸または緯糸は約１３０から約３７５ブリネルの硬度を提示する、メッシュに組み込む前の経糸または緯糸は２０℃で約２×１０-7Ωｍから約５×１０-7Ωｍの抵抗率を提示する、メッシュに組み込む前の経糸または緯糸は１４０ｐｓｉより大きいピーク引張強度を提示する、及びメッシュに組み込む前の経糸または緯糸は約１８０ＧＰａから約２４０ＧＰａのヤング率を提示する、のうちの少なくとも２つを提示する、亜鉛−空気電池。
【０１２８】
実施形態ＪＪＪ．第１のニッケル合金を含むワイヤ経糸と、第２のニッケル合金を含むワイヤ緯糸と、を備えたワイヤメッシュ集電体を備えた、亜鉛−空気電池であって、第１及び第２のニッケル合金は水性苛性電解質中で実質的に不溶性であり、経糸は約１８０ｋｇｆ／ｍｍ2から約３５０ｋｇｆ／ｍｍ2の微小硬度を提示し、及び緯糸は約９０ｋｇｆ／ｍｍ2から約１５０ｋｇｆ／ｍｍ2の微小硬度を提示し、メッシュに組み込む前の経糸のワイヤは２０℃で約２×１０-7Ωｍから約５×１０-7Ωｍの抵抗率を提示し、メッシュに組み込む前の経糸のワイヤは１４０ｐｓｉより大きいピーク引張強度を提示し、かつメッシュに組み込む前の経糸のワイヤは約１８０ＧＰａから約２４０ＧＰａのヤング率を提示する、亜鉛−空気電池。
【０１２９】
本明細書に記載されたワイヤメッシュは、例えば、改善された寸法的完全性、高耐食性、高耐酸化性、良好な構造的均一性、及び高耐摩耗性などのいくつかの有利な特性を有する。これらのワイヤは、電池の集電体として使用されるとき、低インピーダンス及び低いスクラップバリューなどの利点を提示する。
【０１３０】
このように総合的に記載された本発明は、例示として提供されたものであり、本発明を限定することを意図するものではないことが、以下の実施例を参照することによってより容易に理解されるであろう。
【実施例】
【０１３１】
実施例１：ワイヤメッシュの作成。第１のニッケル合金、または経糸または緯糸としての使用に特定されたニッケルを含有するワイヤからワイヤを作成する際に、ワイヤは所要のゲージに引き出され、織る前に十分に焼きなましされる。ワイヤロッドが引き出され、最終的所望のワイヤゲージと異なる程度に焼きなましされる。ワイヤは、慣習的な仕方で、織機上でメッシュに織り込まれる。
【０１３２】
実施例２：亜鉛−空気電池の作成。実施例１で得られた複合メッシュ構造体（陽極）は、ストリップ形状で、打抜き型板取セットを通して供給される。複合メッシュ構造体は、所望の直径の円板に切断され、円板を半径方向及び軸方向両方に押さえつける金属缶に挿入される。陰極材料、電解質及び他の添加物を含有する陰極が、陽極部に挿入されクリンプされ閉じられる。
【０１３３】
実施例３：亜鉛−空気電池の比較。以下の実施例では、亜鉛−空気電池セルが制御陽極及びニッケル合金ワイヤメッシュ集電体を有する陽極を使用して試験された。制御陽極は、ニッケル集電体を含んでいた。電池製作及び陰極を陽極にクリンプした後、インピーダンス測定値が得られた。所与の閾値を超えるインピーダンス測定値を有する組電池のパーセンテージを、ニッケル合金集電体電池及び制御電池の両方のクリンプ高に対してグラフ化した。グラフは、図３に提供されている。留意したい点として、クリンプ高が減少するにつれて、制御電池のインピーダンスエラーのパーセンテージが増加し、一方ニッケル合金ワイヤメッシュ集電体電池にはほとんど影響が認められないことである。
【０１３４】
特定の実施形態が例示され説明されてきたが、以下の特許請求項で定義されるようなそのより広い態様の技術から逸脱することなく、当業者に合わせて、そこに変更及び修正を行うことができることが理解されるべきである。
【０１３５】
例示的に本明細書に記載された実施形態は、本明細書に特に開示されていない任意の要素または複数の要素、限定または複数の限定が無くても適切に実施することができる。したがって、例えば、「備える」、「含む」、「含有する」などの用語は、拡張的に、そして限定なしに読み取るべきである。加えて、本明細書で用いられている用語及び表現は、説明の用語として使用されており、限定する用語ではなく、図示され説明された特徴またはそれらの一部のいずれかの等価物を除外する用語及び表現のような使用を意図するものではなく、それは請求された技術の範囲内で様々な修正が可能であることが認識される。さらに、語句「から本質的に成る」は、具体的に列挙された要素及び請求される技術の基本的かつ新規な特性に実質的に影響を与えない追加要素を含むことが理解されるであろう。語句「から成る」は、指定されないどの要素も除外する。
【０１３６】
本開示は、本出願に記載された特定の実施形態に関して限定されるものではない。当業者には明らかなように、多くの修正及び変形がその精神及び範囲から逸脱することなくなされてもよい。本明細書に列挙したものに加えて、本開示の範囲内の機能的に等価的方法及び組成物は、前述の説明から当業者には明らかであろう。そのような修正及び変形は、添付の特許請求の範囲内に該当すると意図されている。本開示は、請求が権利化される等価物の全範囲とともに、添付の特許請求条件によってのみ限定されるべきである。本開示は、特定の方法、試剤、化合物組成物、または生物系に限定されるものではないことを理解すべきであり、それはもちろん変化し得る。また、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明する目的のためであり、限定することを意図するものではないことを理解するべきである。
【０１３７】
加えて、本開示の特徴または態様がマーカッシュグループに関して記載されている場合、当業者は、本開示がまた、それによって、マーカッシュグループのメンバーの任意の個々のメンバーまたはサブグループに関して記載されることを認識するであろう。
【０１３８】
あらゆるすべての目的のために、特に記載された説明を提供することに関して当業者によって理解されるように、本明細書に開示されたすべての範囲はまた、あらゆるすべての可能な部分範囲及びその部分範囲の組み合わせを包含する。任意のリストされた範囲は、十分に説明するとき簡単に認識され、同じ範囲を少なくとも２等分、３分の１、４分の１、５分の１、１０分の１などに分割することを可能にする。非限定的な例として、本明細書で論じられる各範囲は、下３分の１、中３分の１、上３分の１などに分割される。当業者によってまた理解されるように、「まで」、「少なくとも」、「より大きい」、「未満」等、などのすべての言い回しは、列挙された数字を含み、上で論じたようにその後で部分範囲に分割される範囲を指す。最終的に、当業者によって理解されるように、範囲は、各個々の構成部分を含む。
【０１３９】
すべての刊行物、特許出願、発行された特許、及び本明細書で参照された他の文書は、各個々の刊行物、特許出願、発行された特許、または他の文書が、その全体が参照により組み込まれるように明確にかつ個別に指示されたかのように参照により本明細書に組み込まれている。参照によって組み込まれた文章に含まれた定義は、本開示の定義と矛盾する限りにおいて除外される。
【０１４０】
他の実施形態は、以下の特許請求項に示されている。
次に、本発明の好ましい態様を示す。
１．  亜鉛陰極と、
ワイヤメッシュ集電体を備えた空気陽極と、を備えた、亜鉛−空気電池であって、
前記ワイヤメッシュ集電体は、
第１のピーク引張強度を有する第１のニッケル合金ワイヤを備えた経糸と、
ニッケルを含むワイヤを備え、第２のピーク引張強度を有する緯糸と、を備え、
前記第１のピーク引張強度は、前記第２のピーク引張強度以上である、亜鉛−空気電池。
２．  前記ニッケルを含むワイヤは、９９％超のニッケルを有する、上記１に記載の亜鉛電池。
３．  前記ニッケルを含むワイヤは、９９．５％超のニッケルを有する、上記２に記載の亜鉛電池。
４．  前記第１のニッケル合金ワイヤは、少なくとも９０重量％のニッケルと１０重量％未満のアルミニウムとを含む、上記１〜３のいずれか１項に記載の亜鉛電池。
５．  前記第１のニッケル合金ワイヤは、２０℃で約２×１０−７Ωｍから約５×１０−７Ωｍの抵抗率を有する、上記１、２、または３に記載の亜鉛電池。
６．  前記第１のニッケル合金ワイヤは、１４０ｐｓｉより大きいピーク引張強度を有する、上記１〜３のいずれか１項に記載の亜鉛電池。
７．  前記ニッケルを含むワイヤは、６０ｐｓｉより大きいピーク引張強度を有する、上記１〜３のいずれか１項に記載の亜鉛電池。
８．  前記ワイヤメッシュのメッシュ数は、１インチ当たり約１６×１６ワイヤから１インチ当たり約６０×６０ワイヤである、上記１〜３のいずれか１項に記載の亜鉛電池。
９．  前記ニッケルを含むワイヤは、第２のニッケル合金ワイヤである、上記１〜３のいずれか１項に記載の亜鉛電池。
１０．  前記第２のニッケル合金ワイヤは、少なくとも９０重量％のニッケルと１０重量％未満のアルミニウムとを含む、上記９に記載の亜鉛電池。
１１．  前記第２のニッケル合金ワイヤは、２０℃で約２×１０−７Ωｍから約５×１０−７Ωｍの抵抗率を有する、上記９または１０に記載の亜鉛電池。
１２．  約０．１から約０．５のメッシュ密度を有する、上記１〜３のいずれか１項に記載の亜鉛電池。
１３．  前記経糸は、約１８０ｋｇｆ／ｍｍ2から約３５０ｋｇｆ／ｍｍ2の微小硬度を提示し、前記緯糸は、約約９０ｋｇｆ／ｍｍ2から約１５０ｋｇｆ／ｍｍ2の微小硬度を提示する、上記１〜３のいずれか１項に記載の亜鉛電池。
１４．  平四角織、綾四角織、平畳織、または綾畳織を含む織メッシュである、上記１〜３のいずれか１項に記載の亜鉛電池。
１５．  前記経糸のワイヤは、約１６０ｋｇｆ／ｍｍ2から約３５０ｋｇｆ／ｍｍ2の微小硬度を
提示する、上記１〜３のいずれか１項に記載の亜鉛電池。
１６．  前記第１のニッケル合金ワイヤは、１４０ＧＰａより大きいヤング率を有する、上記
１〜１５のいずれか１項に記載の亜鉛電池。
１７．  少なくとも９０重量％のニッケルと１０重量％未満のアルミニウムとを含むニッケル金
属合金を備えた、エキスパンドメタルメッシュ。
１８．  前記ニッケル金属合金は、約９３重量％から約９７重量％のニッケルと約３重量％から
約７重量％のアルミニウムとを含む、上記１７に記載のエキスパンドメタルメッシュ。
１９．  前記ニッケル金属合金はさらに、銅、鉄、マンガン、炭素、ケイ素、硫黄、及びチタン
のうちの少なくとも１つを含む、上記１７または１８に記載のエキスパンドメタルメッ
シュ。
２０．  前記ニッケル金属合金ワイヤは、２０℃で約２×１０−７Ωｍから約５×１０−７Ωｍ
の抵抗率を有する、上記１７、１８、または１９に記載のエキスパンドメタルメッシュ
。
２１．  亜鉛陰極と、
空気陽極と、
ワイヤメッシュ集電体と、を備えた、亜鉛−空気電池であって、
前記ワイヤメッシュ集電体は、
第１のニッケル合金を含むワイヤ経糸と、
第２のニッケル合金を含むワイヤ緯糸と、を備え、
前記第１及び第２のニッケル合金は、水性苛性電解質中で実質的に不溶性であり、
前記経糸は、約１８０ｋｇｆ／ｍｍ2から約３５０ｋｇｆ／ｍｍ2の微小硬度を提示し、前記緯糸は、約約９０ｋｇｆ／ｍｍ2から約１５０ｋｇｆ／ｍｍ2の微小硬度を提示し、
前記メッシュに組み込む前の前記経糸のワイヤは、２０℃で約２×１０-7Ωｍから約５×１０-7Ωｍの抵抗率を提示し、
前記メッシュに組み込む前の前記経糸のワイヤは、１４０ｐｓｉより大きいピーク引張強度を提示し、かつ
前記メッシュに組み込む前の前記経糸のワイヤは、約１８０ＧＰａから約２４０ＧＰａのヤング率を提示する、亜鉛−空気電池。
２２．  第１のピーク引張強度を有する第１のニッケル合金ワイヤを備えた経糸と、
ニッケルを含むワイヤを備え、第２のピーク引張強度を有する緯糸と、を備えた、ワイヤメッシュであって、
前記第１のピーク引張強度は、前記第２のピーク引張強度以上である、ワイヤメッシュ。
２３．  前記ニッケルを含むワイヤは、９９％超のニッケルを有する、上記２２に記載のワイ
ヤメッシュ。
２４．  前記ニッケルを含むワイヤは、９９．５％超のニッケルを有する、上記２２に記載の
ワイヤメッシュ。
２５．  前記第１のニッケル合金ワイヤは、少なくとも９０重量％のニッケルと１０重量％未満
のアルミニウムとを含む、上記２２、２３、または２４に記載のワイヤメッシュ。
２６．  前記第１のニッケル合金ワイヤは、約９３重量％から約９７重量％のニッケルと約３重量％から約７重量％のアルミニウムとを含む、上記２５に記載のワイヤメッシュ。
２７．  前記第１のニッケル合金ワイヤはさらに、銅、鉄、マンガン、炭素、ケイ素、硫黄、及びチタンのうちの少なくとも１つを含む、上記２２、２３、または２４に記載のワイヤメッシュ。
２８．  前記第１のニッケル合金ワイヤは、１４０ｐｓｉより大きいピーク引張強度を有する、上記２２〜２４のいずれか１項に記載のワイヤメッシュ。
２９．  前記第１のニッケル合金ワイヤは、１８０ｐｓｉより大きいピーク引張強度を有する、上記２２〜２４のいずれか１項に記載のワイヤメッシュ。
３０．  前記第１のニッケル合金ワイヤは、約１４０ｐｓｉから約２５０ｐｓｉのピーク引張強度を有する、上記２２〜２４のいずれか１項に記載のワイヤメッシュ。
３１．  前記ワイヤメッシュのメッシュ数は、１インチ当たり約１６×１６ワイヤから１インチ当たり約６０×６０ワイヤである、上記２２〜２４のいずれか１項に記載のワイヤメッシュ。
３２．  前記ニッケルを含むワイヤは、前記第１のニッケル合金ワイヤより大きい断面直径を有する、上記２２〜２４のいずれか１項に記載のワイヤメッシュ。
３３．  前記ニッケルを含むワイヤは、第２のニッケル合金ワイヤである、上記２２〜２４のいずれか１項に記載のワイヤメッシュ。
３４．  約０．１から約０．５のメッシュ密度を有する、上記２２〜２４のいずれか１項に記載のワイヤメッシュ。
３５．  平四角織、綾四角織、平畳織、または綾畳織を含む織メッシュである、上記２２〜２４のいずれか１項に記載のワイヤメッシュ。
３６．  前記第１のニッケル合金ワイヤは、１４０ＧＰａより大きいヤング率を有する、上記２２〜２４のいずれか１項に記載のワイヤメッシュ。
【図１】
0006692353.tif 000002
【図２】
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【図３】
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