(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気正極、亜鉛負極、及び電解質を備える亜鉛空気電池であって、前記電解質が、両性フッ素界面活性剤を含み、前記両性フッ素界面活性剤が、ベタイン官能性を含む、亜鉛空気電池。
【請求項２】
前記両性フッ素界面活性剤が、式（Ｉ）の化合物であり、
【化１】
0006667515.tif 000012
式中、
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、及びＲ8が、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、またはシクロアルキル基であり、
Ｘ1が、−Ｃ（Ｏ）−、−ＳＯ2−、−Ｃ（Ｏ）ＮＲa−、−ＳＯ2ＮＲa−、−ＣＯ2−、または−ＳＯ2Ｏ−であり、
Ｒaが、Ｈまたはアルキル基であり、
ｍ及びｐが、それぞれ独立して、０、１、２、３、４、５、または６であり、
ｎ及びｒが、それぞれ独立して、１、２、３、４、または５である、請求項１に記載の亜鉛空気電池。
【請求項３】
Ｒ1−Ｒ6が、Ｈであり、
Ｒ7及びＲ8が、Ｃ1〜Ｃ4アルキルであり、
Ｘ1が、ＳＯ2であり、
ｎ及びｐが、２であり、
ｍが、４〜６であり、
ｒが、１である、請求項２に記載の亜鉛空気電池。
【請求項４】
前記両性フッ素界面活性剤が、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−１１１、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−５００、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５０、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５１、ＡＰＦＳ−１４、ＤＹＮＡＸ  ＤＸ３００１、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳＫ、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳ−５００、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせから成る群から選択される、請求項１に記載の亜鉛空気電池。
【請求項５】
前記電解質が、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸、ジエチレントリアミン、オクチルフェノキシポリエトキシエタノール、式（ＩＩＩ）の化合物、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである界面活性剤を更に含み、
式（ＩＩＩ）として表わされる前記化合物が、
【化２】
0006667515.tif 000013
であり、Ｒ13、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16、Ｒ17、Ｒ18、Ｒ19、Ｒ20、及びＲ21が、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、またはシクロアルキル基であり、
Ｘ2が、ＯまたはＳであり、
Ｘ3が、ＯＨまたはＳＨであり、
ｗが、５〜５０である、請求項１に記載の亜鉛空気電池。
【請求項６】
Ｒ13が、Ｃ1〜Ｃ12アルキル基であり、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16、Ｒ17、Ｒ18、Ｒ19、Ｒ20、及びＲ21が、それぞれ水素であり、Ｘ2が、Ｏであり、Ｘ3が、ＯＨであり、ｗが、５〜１５である、請求項５に記載の亜鉛空気電池。
【請求項７】
前記電解質が、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、ポリアクリレートポリマー、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせを更に含む、請求項１に記載の亜鉛空気電池。
【請求項８】
前記電解質が、１００ｐｐｍから２５０００ｐｐｍまで前記電解質に存在する腐食抑制剤を更に含み、前記両性フッ素界面活性剤が、２００ｐｐｍから２００００ｐｐｍまで前記電解質に存在する、請求項１に記載の亜鉛空気電池。
【請求項９】
亜鉛空気電池で使用するための両性フッ素界面活性剤及び腐食抑制剤を含む電解質であって、
前記両性フッ素界面活性剤が、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−１１１、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−５００、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５０、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５１、ＡＰＦＳ−１４、ＤＹＮＡＸ  ＤＸ３００１、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳＫ、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳ−５００、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせから成る群から選択され、
前記腐食抑制剤が、水酸化インジウム、水酸化リチウム、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアニリン、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせから成る群から選択される、電解質。
【請求項１０】
前記両性フッ素界面活性剤が、２００ｐｐｍから２００００ｐｐｍまで前記電解質に存在し、前記腐食抑制剤が、１００ｐｐｍから２５０００ｐｐｍまで前記電解質に存在する、請求項９に記載の電解質。
【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１５日に出願された米国仮出願第６２／０６４，２４１号、及び２０１４年１０月１５日に出願された米国仮出願第６２／０６４，２６９号に対する利益を主張し、それらの全内容は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本技術は、一般に、亜鉛空気電池及びそれらの使用の分野に関する。
【発明の概要】
【０００３】
一態様では、空気正極、亜鉛負極、及び電解質を含む亜鉛空気電池であって、電解質が、両性フッ素界面活性剤を含む、亜鉛空気電池が提供される。
【０００４】
一実施形態では、両性フッ素界面活性剤が、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−１１１、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−５００、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５０、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５１、ＡＰＦＳ−１４、ＤＹＮＡＸ  ＤＸ３００１、Ｚｏｎｙｌ（登録商標）ＦＳＫ、Ｚｏｎｙｌ（登録商標）ＦＳ−５００またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである。
【０００５】
一実施形態では、両性フッ素界面活性剤が、約２００ｐｐｍから約２００００ｐｐｍまで電解質に存在する。一実施形態では、電解質における両性フッ素界面活性剤濃度が、約４０００ｐｐｍである。一実施形態では、電解質における両性フッ素界面活性剤濃度が、約１００００ｐｐｍである。
【０００６】
一実施形態では、電解質が、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸、ジエチレントリアミン、オクチルフェノキシポリエトキシエタノール、式（ＩＩＩ）の化合物、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである選択される界面活性剤を更に含む。
【０００７】
一実施形態では、電解質が、界面活性剤系、腐食抑制剤（すなわち、水酸化インジウム、水酸化リチウム、ポリアニリン、ポリエチレングリコール、またはポリプロピレングリコール）、ゲル化剤（すなわち、ポリアクリレートポリマー）、ガス抑制添加剤（すなわち、酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、酢酸鉛、または臭化カルシウム）、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化セシウム、他の機能性添加剤（すなわち、酸化ビスマス、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、錫酸ナトリウム、錫酸カリウム）、あるいはそれらの任意の２つ以上の組み合わせを含んでもよい。
【０００８】
一実施形態では、亜鉛空気電池が、空気正極と亜鉛負極との間にセパレータを含んでもよい。
【０００９】
一実施形態では、電解質が、腐食抑制剤を含んでもよい。いくつかの実施形態では、腐食抑制剤が、約１００ｐｐｍから約２５０００ｐｐｍまで電解質に存在してもよい。
【００１０】
一実施形態では、腐食抑制剤が、ポリアニリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、水酸化リチウム、水酸化インジウム、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである。特定の実施形態では、ポリアニリンが、エメラルジンポリアニリンである。
【００１１】
別の態様では、空気正極、亜鉛負極、及び電解質を含む亜鉛空気電池であって、電解質が、式（ＩＩ）の界面活性剤を含み、
【化１】
0006667515.tif 000002
式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、及びＲ9が、それぞれ独立して、水素、置換もしくは非置換アルキル、アルケニル、またはシクロアルキル基であり、Ｘ1が、ＯまたはＳであり、Ｘ2が、ＯＨまたはＳＨであり、ｎが、５〜５０である、亜鉛空気電池が提供される。いくつかの実施形態では、Ｒ1が、Ｃ1〜Ｃ12アルキル基であり、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、及びＲ9が、それぞれ、水素であり、Ｘ1が、Ｏであり、Ｘ2が、ＯＨであり、ｎが、５〜１５である。いくつかの実施形態では、Ｒ1が、オクチルであり、ｎが、５〜１０である。別の実施形態では、Ｒ1が、１，１，３，３−テトラメチルブチルまたはｎ−オクチルであり、ｎが、５〜１０である。別の実施形態では、Ｒ1が、１，１，３，３−テトラメチルブチルであり、ｎが、５〜１０である。
【００１２】
一実施形態では、式（ＩＩ）の界面活性剤が、Ｉｇｅｐａｌ（登録商標）ＣＡ−６３０（Ｒｈｏｄｉａから入手可能な非イオンアルキルアリルフェノール界面活性剤）、Ｔｒｉｔｏｎ（登録商標）Ｘ−１００（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な非イオンオクチルフェノールエトキシレート界面活性剤）、またはそれらの組み合わせである。
【００１３】
一実施形態では、式（ＩＩ）の界面活性剤が、電解質の総重量に基づいて、約２００ｐｐｍから約２０，０００ｐｐｍまで電解質に存在する。別の実施形態では、界面活性剤が、約２０００ｐｐｍから約１５０００ｐｐｍまで電解質に存在する。別の実施形態では、電解質における界面活性剤濃度が、約３０００ｐｐｍからまで約１２０００である。一実施形態では、電解質における界面活性剤濃度が、約４０００ｐｐｍである。
【００１４】
一実施形態では、電解質が、第２の界面活性剤を更に含む。いくつかの実施形態では、第２の界面活性剤が、ヘキシルジフェニルオキシドスルホン酸、ジエチレントリアミン、両性フッ素界面活性剤、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである。
【００１５】
一実施形態では、電解質が、界面活性剤系、腐食抑制剤（すなわち、水酸化インジウム、水酸化リチウム、ポリアニリン、ポリエチレングリコール、またはポリプロピレングリコール）、ゲル化剤（すなわち、ポリアクリレートポリマー）、ガス抑制添加剤（すなわち、酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、または臭化カルシウム）、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、酢酸鉛、酸化ビスマス、水酸化セシウム、他の機能性添加剤（すなわち、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム、錫酸ナトリウム、錫酸カリウム）、あるいはそれらの任意の２つ以上の組み合わせを含んでもよい。
【００１６】
一実施形態では、亜鉛空気電池が、空気正極と亜鉛負極との間にセパレータを含んでもよい。
【００１７】
一実施形態では、電解質が、腐食抑制剤を含んでもよい。いくつかの実施形態では、腐食抑制剤が、約１００ｐｐｍから約１５，０００ｐｐｍまで電解質に存在してもよい。
【００１８】
一実施形態では、腐食抑制剤が、ポリアニリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、水酸化リチウム、水酸化インジウム、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである。特定の実施形態では、ポリアニリンが、エメラルジンポリアニリンである。
【００１９】
前述の概要は、単に例示的なものであり、決して限定することを意図されるものではない。上記した例示的態様、実施形態、及び特徴に加えて、更なる態様、実施形態、及び特徴が、以下の図面及び発明を実施するための形態を参照して明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本開示の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２】実施例に係る、４か月間の室温遅延における（対照界面活性剤を含有する）対照負極と４０００ｐｐｍの両性フッ素界面活性剤を含有する負極との補聴器標準パルス放電曲線比較である。
【図３】実施例に係る、４か月間の室温遅延における（対照界面活性剤を含有する）対照負極と４０００ｐｐｍの両性フッ素界面活性剤を含有する負極との無線ストリーミングパルス放電曲線比較である。
【図４】実施例に係る、４か月間の室温遅延における（対照界面活性剤を含有する）対照負極と１００００ｐｐｍの両性フッ素界面活性剤を含有する負極との補聴器標準パルス放電曲線比較である。
【図５】実施例に係る、４か月間の室温遅延における（対照界面活性剤を含有する）対照負極と１００００ｐｐｍの両性フッ素界面活性剤を含有する負極との無線ストリーミングパルス放電曲線比較である。
【図６】実施例に係る、４か月間の室温遅延における（対照界面活性剤を含有する）対照負極と４０００ｐｐｍのＩＧＥＰＡＬ（登録商標）界面活性剤を含有する負極との補聴器標準パルス放電曲線比較である。
【図７】実施例に係る、４か月間の室温遅延における（対照界面活性剤を含有する）対照負極と４０００ｐｐｍのＩＧＥＰＡＬ（登録商標）界面活性剤を含有する負極との無線ストリーミングパルス放電曲線比較である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
様々な実施形態が、以下に記載される。具体的な実施形態は、包括的な記載としてまたは本明細書に記述されるより広い態様への限定として意図されないことに留意されたい。特定の実施形態と関連して記載される一態様は、その実施形態に必ずしも限定されず、任意の他の実施形態（複数可）と共に実施され得る。
【００２２】
本明細書に使用される際、「約」は、当業者によって理解され、それが使用される文脈によって、ある程度変動する。当業者にとって明確ではない用語の使用がある場合、それが使用される文脈を考えれば、「約」は、その特定の用語の最大プラスまたはマイナス１０％までを意味する。
【００２３】
要素を記載する文脈における（特に、以下の特許請求の範囲の文脈における）用語「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」、ならびに類似の指示物の使用は、本明細書に別段示されない限りまたは文脈によって明確に否定されない限り、単数と複数の両方を包含するように解釈される。本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書に別段示されない限り、その範囲内に入るそれぞれの個々の値を個別に言及する略式法として機能することを単に意図され、それぞれの個々の値は、あたかも本明細書に個別に列挙されたかのように明細書に組み込まれる。本明細書に記載される全ての方法は、別段本明細書に示されない限りまたはさもなければ文脈によって明確に否定されない限り、任意の適切な順序で行われ得る。本明細書に提供される任意及び全ての実施例、または例示的な言い回し（例えば、「例えば〜など」）の使用は、単に実施形態をより良く明らかにすることを意図され、別段述べられない限り特許請求の範囲への限定をもたらすものではない。本明細書における言い回しは、任意の特許請求されない要素を不可欠なものとして示すように解釈されるべきではない。
【００２４】
一般に、「置換」は、その中に含有される水素原子への１つ以上の結合が、非水素または非炭素原子への結合に置換される、以下に定義されるような（例えば、アルキル基）、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、またはエーテル基のことを言う。置換基はまた、炭素（複数可）または水素（複数可）原子への１つ以上の結合が、ヘテロ原子への二重または三重結合を含む、１つ以上の結合に置換される基を含む。それゆえ、置換基は、別段明記されない限り、１つ以上の置換基で置換される。いくつかの実施形態では、置換基が、１、２、３、４、５、または６個の置換基で置換される。置換基の実施例は、ハロゲン（すなわち、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩ）、ヒドロキシル、アルコキシ、アルケノキシ、アルキノキシ（ａｌｋｙｎｏｘｙ）、アリールオキシ、アラルキルオキシ（ａｒａｌｋｙｌｏｘｙ）、ヘテロシクリルオキシ、及びヘテロシクリルアルコキシ基、カルボニル（オキソ）、カルボキシル、エステル、ウレタン、オキシム、ヒドロキシルアミン、アルコキシアミン、アラルコキシアミン（ａｒａｌｋｏｘｙａｍｉｎｅ）、チオール、硫化物、スルホキシド、スルホン、スルホニル、スルホンアミド、アミン、Ｎ−酸化物、ヒドラジン、ヒドラジド、ヒドラゾン、アジド、アミド、尿素、アミジン、グアニジン、エナミン、イミド、イソシアネート、イソチオシアネート、シアネート、チオシアネート、イミン、ニトロ基、ニトリル（すなわち、ＣＮ）、及び同様のものを含む。
【００２５】
本明細書に使用される際、「アルキル」基は、１〜約２０個の炭素原子、典型的には１〜１２個の炭素または、いくつかの実施形態では、１〜８個の炭素原子を有する、直鎖ならびに分岐アルキル基を含む。アルキル基は、置換されてもよいし、または置換されなくてもよい。直鎖アルキル基の実施例は、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチル、及びｎ−オクチル基を含む。分岐アルキル基の実施例は、限定されるものではないが、イソプロピル、ｓｅｃ−ブチル、ｔ−ブチル、ネオペンチル、イソペンチル、１，１，３，３−テトラメチルブチル、及び２，２，４，４−テトラメチルペンチル基を含む。代表的な置換アルキル基は、１回以上、例えば、アミノ基、チオ基、ヒドロキシ基、シアノ基、アルコキシ基、及び／またはハロ基、例えば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩ基などで置換されてもよい。本明細書に使用される際、ハロアルキルという用語は、１つ以上のハロ基を有するアルキル基である。いくつかの実施形態では、ハロアルキルは、ペル（ｐｅｒ−）ハロアルキル基のことを言う。
【００２６】
シクロアルキル基は、環式アルキル基、例えば、限定されるものではないが、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、及びシクロオクチル基などである。いくつかの実施形態では、シクロアルキル基が、３〜８個の環員を有するのに対して、他の実施形態では、環炭素原子の数は、３から５、６、または７個までに及ぶ。シクロアルキル基は、置換されてもよいし、または置換されなくてもよい。シクロアルキル基は、多環式シクロアルキル基、例えば、限定されるものではないが、ノルボルニル、アダマンチル、ボルニル、カンフェニル（ｃａｍｐｈｅｎｙｌ）、イソカンフェニル（ｉｓｏｃａｍｐｈｅｎｙｌ）、及びカレニル（ｃａｒｅｎｙｌ）基など、ならびに縮合環、例えば、限定されるものではないが、デカリニル（ｄｅｃａｌｉｎｙｌ）、及び同様のものなどを更に含む。シクロアルキル基はまた、上で定義されたような直鎖または分岐鎖アルキル基で置換される環を含む。代表的な置換シクロアルキル基は、一置換されてもよいし、あるいは２回以上、例えば、限定されるものではないが、２，２−、２，３−、２，４−、２，５−、もしくは２，６−二置換シクロヘキシル基または一、二、もしくは三置換ノルボルニルまたはシクロヘプチル基などに、置換されてもよく、それらは、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基、チオ基、ヒドロキシ基、シアノ基、及び／またはハロ基で置換されてもよい。
【００２７】
アルケニル基は、２〜約２０個の炭素原子を有し、かつ少なくとも１つの二重結合を更に含む直鎖、分岐、または環式アルキル基である。いくつかの実施形態では、アルケニル基が、１〜１２個の炭素、または、典型的には、１〜８個の炭素原子を有する。アルケニル基は、置換されてもよいし、または置換されなくてもよい。アルケニル基は、特に、例えば、ビニル、プロペニル、２−ブテニル、３−ブテニル、イソブテニル、シクロヘキセニル、シクロペンテニル、シクロヘキサジエニル、ブタジエニル、ペンタジエニル、及びヘキサジエニル基を含む。アルケニル基は、同様に、アルキル基に置換されてもよい。二価のアルケニル基、すなわち、２つの連結点を有するアルケニル基は、限定されるものではないが、ＣＨ−ＣＨ＝ＣＨ2、Ｃ＝ＣＨ2、またはＣ＝ＣＨＣＨ3を含む。
【００２８】
用語「アルコキシ基」は、Ｈが、本明細書に定義されるような１〜１２個の炭素原子を含むアルキル基に置換された、ヒドロキシ基（ＯＨ）のことを言う。いくつかの実施形態では、アルコキシ基が、１〜７または１〜４個の炭素原子を含む。アルコキシ基は、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｓｅｃ−ブトキシ基、ｔｅｒｔ−ブトキシ基、ペントキシ基、イソペントキシ基、３−メチルブトキシ基、２，２−ジメチルプロポキシ基、ｎ−ヘキシルオキシ基、２−メチルペントキシ基、２，２−ジメチルブトキシ基、２，３−ジメチルブトキシ基、ｎ−ヘプトキシ基、２−メチルヘキソキシ基、２，２−ジメチルペントキシ基、２，３−ジメチルペントキシ基、シクロプロポキシ基、シクロブトキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、シクロヘプチルオキシ基、１−メチルシクロプロピルオキシ基、及び他のものであってもよい。いくつかの実施形態では、アルコキシ基が、Ｏ−Ｃ1〜Ｃ6−アルキル基を含む。他の実施形態では、アルコキシ基が、Ｏ−Ｃ1〜Ｃ4−アルキル基を含む。
【００２９】
本明細書に使用される際、用語「アミン」（または「アミノ」）は、−ＮＲ100Ｒ101基であって、Ｒ100及びＲ101が、独立して、本明細書に定義されるような、水素、あるいは置換もしくは非置換アルキル、アルケニル、アルキニル、シクロアルキル、アリール、アラルキル（ａｒａｌｋｙｌ）、ヘテロシクリルアルキル、またはヘテロシクリル基である、−ＮＲ100Ｒ101基を言う。いくつかの実施形態では、アミンが、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アリールアミノ、またはアルキルアリールアミノである。他の実施形態では、アミンが、ＮＨ2、メチルアミノ、ジメチルアミノ、エチルアミノ、ジエチルアミノ、プロピルアミノ、イソプロピルアミノ、フェニルアミノ、またはベンジルアミノである。
【００３０】
本明細書に使用される際、用語「ハロゲン」または「ハロ」は、臭素、塩素、フッ素、またはヨウ素のことを言う。いくつかの実施形態では、ハロゲンが、フッ素である。他の実施形態では、ハロゲンが、塩素または臭素である。
【００３１】
本明細書に使用される際、用語「ヒドロキシル」は、−ＯＨまたはそのイオン化形態、−Ｏ−のことを言い得る。
【００３２】
本明細書に使用される際、用語「ニトリル」または「シアノ」は、−ＣＮ基のことを言う。
【００３３】
本明細書に使用される際、用語「チオ」は、酸素が硫黄で置換される−Ｓ−基またはエーテルのことを言う。
【００３４】
本明細書に使用される際、用語「カチオンフッ素界面活性剤」は、カチオン基及び／またはカチオン基にプロトン化されることができる基を含有するフッ素界面活性剤のことを言う。いくつかの実施形態では、カチオンフッ素界面活性剤が、第１級、第２級、第３級、及び／または第４級アミン基を含む。
【００３５】
本明細書に使用される際、用語「アニオンフッ素界面活性剤」は、アニオン基及び／またはアニオン基に脱プロトン化されることができる基を含有するフッ素界面活性剤のことを言う。いくつかの実施形態では、アニオンフッ素界面活性剤が、カルボキシ基（複数可）、スルホン基（複数可）、リン酸基（複数可）、ホスホン酸基（複数可）、またはそれらの対応する塩を含む。
【００３６】
本明細書に使用される際、用語「両性フッ素界面活性剤」は、カチオン及びアニオンフッ素界面活性剤について上記で定義されたような少なくとも１つのカチオン基ならびに少なくとも１つのアニオン基を含有するフッ素界面活性剤のことを言う。いくつかの実施形態では、両性フッ素界面活性剤が、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−１１１（アルキルアミンオキシド型の短鎖ペルフルオロをベースとする両性フッ素界面活性剤）、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−５００（短鎖ペルフルオロをベースとする両性フッ素界面活性剤）、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５０（ベタイン部分的フッ化界面活性剤）、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５１（アミンオキシド部分的フッ化界面活性剤）、ＡＰＦＳ−１４（両性のポリフルオロアルキルベタイン界面活性剤）、ＤＹＮＡＸ  ＤＸ３００１（ペルフルオロアルキル−ベタイン型の両性フルオロケミカル界面活性剤）、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳＫ（水難溶性のエトキシル化非イオンフッ素界面活性剤）、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳ−５００（ベタインフッ化両性界面活性剤）、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである。
【００３７】
本明細書に使用される際、用語「ベタイン官能性」は、正に帯電したカチオン官能基及び負に帯電した官能基を有する中性化合物のことを言う。いくつかの実施形態では、カチオン官能基が、水素原子を持たない、第４級アンモニウムまたはホスホニウムカチオンであってもよい。いくつかの実施形態では、負に帯電した官能基が、カルボキシレート基であってもよい。
【００３８】
本明細書に使用される際、用語「短鎖ペルフルオロ置換基」は、Ｃ1〜Ｃ7ペルフルオロ置換基のことを言う。
【００３９】
本明細書に使用される際、用語「亜鉛負極」は、負極活性材料として亜鉛を含む負極のことを言う。
【００４０】
本明細書に使用される際、用語「ｐｐｍ」は、別段明示的に表現されない限り、重量での百万分率を意味する。
【００４１】
現在、亜鉛空気電池における両性フッ素界面活性剤及び式（ＩＩ）の界面活性剤（下記参照）の使用が、高消耗率（ｄｒａｉｎ  ｒａｔｅ）、例えば、パルス状放電の間に直面されるものなどにおいて動作されるときに、かかる電池の動作電圧における改善を提供することが発見されている。電圧の改善は、低電池信号の発生を除去、または少なくとも実質的に減らす。この効果は、電池のカットオフ電圧に対して動作電圧を増加させることによって提供されることが信じられている。
【００４２】
一実施形態では、両性フッ素界面活性剤または式（ＩＩ）の界面活性剤を含む亜鉛空気電池が、補聴器に使用されてもよい。補聴器は、電池動作電圧が、一旦臨界閾値に達したらまたはそれを下回ったら、「電池が少ない」という警告をトリガするようにプログラムされる。この閾値電圧は、高度な補聴器、特に、無線ストリーミングをサポートするものには高い。したがって、補聴器電池が、任意の規定のカットオフ、例えば、１．１Ｖ、１．１２５Ｖ、または１．１５Ｖを上回る動作電圧に耐えることができることが望ましい。式（Ｉ）についての両性フッ素界面活性剤または式（ＩＩ）の界面活性剤を含む亜鉛空気電池のための動作電圧が、対照界面活性剤を含有する亜鉛空気電池と比較されるときに、補聴器標準パルス放電全体を通して、より長い１．０５ＶのＡＮＳＩに要求されたカットオフを超えたままであることが確認された。比較すると、対照は、１．１５Ｖを上回る電圧に耐えることができない。また、式（Ｉ）についての両性フッ素界面活性剤を含む亜鉛空気電池のための動作電圧が、無線ストリーミングパルス放電全体を通して１．１ＶのＡＮＳＩに要求されたカットオフを超えたままであることが確認された。比較すると、対照は、１．１５Ｖを上回る電圧に耐えることができない。
【００４３】
両性フッ素界面活性剤または式（ＩＩ）の界面活性剤が、電池の負極（すなわち、陰極）側に含まれる。理論に束縛されるものではないが、両性フッ素界面活性剤または式（ＩＩ）の界面活性剤は、負極内の亜鉛と相互作用し、それによって、対照界面活性剤（すなわち、非フッ化界面活性剤または式（ＩＩ）の界面活性剤でないもの）を用いる電池と比較すると、電池の動作電圧を著しく上げることが信じられている。高い動作電圧は、特に、電池がパルス状条件下で高い終点まで放電されるときに、亜鉛空気電池の負極が、対照電池（すなわち、両性フッ素界面活性剤または式（ＩＩ）の界面活性剤を用いないもの）よりも良好な性能特性を呈することを可能にする。
【００４４】
パルス状放電の間、電気エネルギーが、パルス形態で亜鉛空気電池によって供給される。この種の放電は、電池が中に位置するデバイスによって、高負荷が電池にかけられることを結果としてもたらす。いくつかの実施形態では、デバイスが、補聴器である。かかるデバイス内の電池は、デバイスからの電池が少ないという信号のトリガの発生を回避するまたは少なくとも最小限にするように、望ましくは、放電寿命の大半にわたって、高い及び安定した動作電圧を呈することが必要である。電池が少ないという信号のための電圧閾値は、デバイス（すなわち、補聴器）毎に変動し得る。
【００４５】
一態様では、空気正極、亜鉛負極、及び電解質を含む亜鉛空気電池であって、電解質が、両性フッ素界面活性剤を含む、亜鉛空気電池が提供される。両性フッ素界面活性剤は、ペルフルオロオクタン酸を形成するように分解しない短鎖ペルフルオロ置換基を含んでもよい。本開示の一実施形態では、両性フッ素界面活性剤が、ベタイン官能性を含む。
【００４６】
両性フッ素界面活性剤は、式（Ｉ）によって表わされる化合物であってもよい。
【化２】
0006667515.tif 000003
式（Ｉ）中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、及びＲ8が、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、またはシクロアルキル基であり、Ｘ1が、−Ｃ（Ｏ）−、−ＳＯ2−、−Ｃ（Ｏ）ＮＲa−、−ＳＯ2ＮＲa−、−ＣＯ2−、または−ＳＯ2Ｏ−であり、Ｒaが、Ｈまたはアルキル基であり、ｍ及びｐが、それぞれ独立して、０、１、２、３、４、５、または６であり、ｎ及びｒが、それぞれ独立して、１、２、３、４、または５である。いくつかの実施形態では、Ｒ1〜Ｒ6が、Ｈであり、Ｒ7及びＲ8が、Ｃ1〜Ｃ4アルキルであり、ｎ及びｐが、２であり、ｍが、４〜６であり、Ｘ1が、ＳＯ2であり、ｒが、１である。いくつかの実施形態では、Ｒaが、Ｈである。他の実施形態では、Ｒaが、Ｃ1〜Ｃ6アルキルである。
【００４７】
適切な両性フッ素界面活性剤は、当分野において既知の方法によって準備され得るか、または市販され得、及び、ペルフルオロ界面活性剤またはポリフルオロアルキルベタイン界面活性剤を、単独でまたは他の成分、例えば、水、エタノール、メタノール、プロピレングリコール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、塩化ナトリウム、酢酸などと組み合わせて含んでもよい  例示的な両性フッ素界面活性剤は、限定されるものではないが、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−１１１、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−５００、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５０、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５１、ＡＰＦＳ−１４、ＤＹＮＡＸ  ＤＸ３００１、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳＫ、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳ−５００、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、界面活性剤系が、少なくとも１つの両性フッ素界面活性剤を含む。いくつかの実施形態では、界面活性剤系が、少なくとも２つの両性フッ素界面活性剤を含む。
【００４８】
理論に束縛されるものではないが、両性フッ素界面活性剤が、ガス発生の信頼性を維持しながら電圧抑制を減らすことが信じられている。
【００４９】
両性フッ素界面活性剤は、電解質の総重量に基づいて、約２００ｐｐｍから約２００００ｐｐｍまで電解質に存在してもよい。別の実施形態では、両性フッ素界面活性剤が、約２０００ｐｐｍから約１５０００ｐｐｍまで電解質に存在する。別の実施形態では、電解質における両性フッ素界面活性剤濃度が、約３０００ｐｐｍから約１２０００までである。一実施形態では、電解質における両性フッ素界面活性剤濃度が、約４０００ｐｐｍ〜約１００００である。一実施形態では、電解質における両性フッ素界面活性剤濃度が、約４０００ｐｐｍである。別の実施形態では、電解質における両性フッ素界面活性剤濃度が、約１００００ｐｐｍである。
【００５０】
別の態様では、空気正極、亜鉛負極、及び電解質を含む亜鉛空気電池であって、電解質が、式（ＩＩ）の界面活性剤を含む、亜鉛空気電池が、提供される。
【化３】
0006667515.tif 000004
式（ＩＩ）中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、及びＲ9が、それぞれ独立して、水素、置換もしくは非置換アルキル、アルケニル、またはシクロアルキル基であり、Ｘ1が、ＯまたはＳであり、Ｘ2が、ＯＨまたはＳＨであり、ｎが、５〜５０である。
【００５１】
式（ＩＩ）のいくつかの実施形態では、Ｒ1が、Ｃ1〜Ｃ12アルキル基であり、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、及びＲ9が、それぞれ、水素であり、Ｘ1が、Ｏであり、Ｘ2が、ＯＨであり、ｎが、５〜１５である。いくつかの実施形態では、Ｒ1が、オクチルであり、ｎが、５〜１０である。いくつかの実施形態では、Ｒ1が、Ｃ1〜Ｃ12アルキル基、例えば、オクチルまたは１，１，３，３−テトラメチルブチルである。いくつかの実施形態では、Ｒ1が、オクチルである。いくつかの実施形態では、Ｒ1が、１，１，３，３−テトラメチルブチルまたはｎ−オクチルである。いくつかの実施形態では、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、及びＲ9が、それぞれ、水素である。いくつかの実施形態では、Ｘ1がＯである。いくつかの実施形態では、Ｘ2がＯＨである。いくつかの実施形態では、ｎが、５〜１５である。いくつかの実施形態では、ｎが、５〜１０である。別の実施形態では、Ｒ1が、１，１，３，３−テトラメチルブチルまたはｎ−オクチルであり、ｎが、５〜１０である。別の実施形態では、Ｒ1が、１，１，３，３−テトラメチルブチルであり、ｎが、５〜１０である。
【００５２】
式（ＩＩ）のいくつかの実施形態では、Ｒ1が、Ｃ1〜Ｃ12アルキル基であり、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、及びＲ9が、それぞれ、水素であり、Ｘ1が、Ｏであり、Ｘ2が、ＯＨであり、ｎが、５〜１５である。いくつかの実施形態では、Ｒ1が、オクチルであり、ｎが、５〜１０である。別の実施形態では、Ｒ1が、１，１，３，３−テトラメチルブチルであり、ｎが、５〜１０である。
【００５３】
式（ＩＩ）によって表わされる例示的な界面活性剤は、限定されるものではないが、Ｉｇｅｐａｌ（登録商標）ＣＡ−６３０、Ｔｒｉｔｏｎ（登録商標）Ｘ−１００、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、界面活性剤が、式（ＩＩ）の少なくとも１つの界面活性剤を含む。いくつかの実施形態では、界面活性剤が、式（ＩＩ）の少なくとも２つの界面活性剤を含む。
【００５４】
式（ＩＩ）の界面活性剤は、ガス発生の信頼性を維持しながら電圧抑制を減らし得る。
【００５５】
式（ＩＩ）の界面活性剤が、電解質の総重量に基づいて、約２００ｐｐｍから約２０，０００ｐｐｍまで電解質に存在してもよい。別の実施形態では、式（ＩＩ）の界面活性剤が、約２０００ｐｐｍから約１５０００ｐｐｍまで電解質に存在する。別の実施形態では、電解質における式（ＩＩ）の界面活性剤濃度が、約３０００ｐｐｍ〜約１２０００である。一実施形態では、電解質における式（ＩＩ）の界面活性剤濃度が、約４０００ｐｐｍである。
【００５６】
本明細書に記載される電解質は、両性フッ素界面活性剤または式（ＩＩ）の界面活性剤、あるいはその一方または両方を含む組み合わせに基づき得るが、電解質は、一般的に、界面活性剤系に対する他の添加剤を含み得る。
【００５７】
一実施形態では、電解質が、腐食抑制剤（すなわち、水酸化インジウム、ポリアニリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、または水酸化リチウム）、ゲル化剤（すなわち、ポリアクリレートポリマー）、ガス抑制添加剤（すなわち、酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、または臭化カルシウム）、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、酢酸鉛、酸化ビスマス、水酸化セシウム、機能性添加剤（すなわち、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、錫酸ナトリウム、錫酸カリウム）、あるいはそれらの任意の２つ以上の組み合わせを更に含んでもよい。
【００５８】
電解質は、第２の界面活性剤であって、限定されるものではないが、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸、ジエチレントリアミン、オクチルフェノキシポリエトキシエタノール、式（ＩＩＩ）の化合物、化合物、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせであり得る、第２の界面活性剤を更に含んでもよい。
【００５９】
式（ＩＩＩ）の化合物は、以下を含む。
【化４】
0006667515.tif 000005
式（ＩＩＩ）中、Ｒ13、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16、Ｒ17、Ｒ18、Ｒ19、Ｒ20、及びＲ21は、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、またはシクロアルキル基であり、Ｘ2は、ＯまたはＳであり、Ｘ3は、ＯＨまたはＳＨであり、ｗは、５〜５０である。いくつかの実施形態では、Ｒ13、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16、Ｒ17、Ｒ18、Ｒ19、Ｒ20、及びＲ21が、それぞれ、水素である。いくつかの実施形態では、Ｘ2がＯである。いくつかの実施形態では、Ｘ3がＯＨである。いくつかの実施形態では、ｗが、５〜１５である。いくつかの実施形態では、ｗが、５〜１０である。いくつかの実施形態では、Ｒ13が、Ｃ1〜Ｃ12アルキル基であり、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16、Ｒ17、Ｒ18、Ｒ19、Ｒ20、及びＲ21が、それぞれ、水素であり、Ｘ2が、Ｏであり、Ｘ3が、ＯＨであり、ｗが、５〜１５である。いくつかの実施形態では、Ｒ13が、オクチルであり、ｗが、５〜１０である。別の実施形態では、Ｒ13が、１，１，３，３−テトラメチルブチルであり、ｗが、５〜１０である。
【００６０】
一実施形態では、電解質が、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸及び少なくとも１つの両性フッ素界面活性剤の組み合わせを含む。別の実施形態では、電解質が、ジエチレントリアミン及び少なくとも１つの両性フッ素界面活性剤の組み合わせを含む。別の実施形態では、電解質が、オクチルフェノキシポリエチオキシ（ｅｔｈｙｏｘｙ）エタノール及び少なくとも１つの両性フッ素界面活性剤の組み合わせを含む。
【００６１】
一実施形態では、電解質が、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸、及び式（ＩＩ）の少なくとも１つの界面活性剤の組み合わせを含む。別の実施形態では、電解質が、ジエチレントリアミン及び式（ＩＩ）の少なくとも１つの界面活性剤の組み合わせを含む。別の実施形態では、電解質が、オクチルフェノキシポリエチオキシエタノール及び式（ＩＩ）の少なくとも１つの界面活性剤の組み合わせを含む。
【００６２】
ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤は、電圧抑制の低減を支援することが信じられている。ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤は、約９．０から約１０．０ポンド／ガロンまでの密度を有し得る。一実施形態では、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤が、約９．８ポンド／ガロンの密度を有する。ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤は、約２．０よりも少ないｐＨを有し得る。ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤は、水中で約５０％の溶解度を有し得る。
【００６３】
ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤は、約７０重量％から約７５重量％までのスルホン化ベンゼン、１，１′−オキシビス−ｓｅｃ−ヘキシル誘導体を含み得る。ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤は、約０重量％から約５重量％まで、または約２重量％から約４重量％までの硫酸を含み得る。別の実施形態では、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤は、約２０重量％から約３０重量％まで、または約２２重量％から約２８重量％までの水を含んでもよい。例示的なヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤は、限定されるものではないが、Ｐｉｌｏｔ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＣａｌｆａｘ（登録商標）６ＬＡ−７０を含んでもよい。Ｃａｌｆａｘ（登録商標）６ＬＡ−７０は界面活性剤であるので、それはまた、結合剤及び／またはＨＬＢ修正剤としても機能することができる。それゆえ、用語「界面活性剤」は、Ｃａｌｆａｘ（登録商標）６ＬＡ−７０に限定する意味にみなされるのではなく、むしろ、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸が提供し得る機能のうちの１つの記載である。
【００６４】
ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤は、電解質の総重量に基づいて、約５００ｐｐｍから約５０００ｐｐｍまでの量で存在してもよい。これは、約１０００ｐｐｍから約４０００ｐｐｍまで、または約２０００ｐｐｍから約３０００ｐｐｍまでを含み得る。別の実施形態では、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤が、約１０００ｐｐｍ、約２０００ｐｐｍ、約３０００ｐｐｍ、約４０００ｐｐｍ、または約５０００ｐｐｍの量で存在するか、または（終点を含む）これらの値のいずれか２つの間に及ぶ。一実施形態では、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤が、約３０００ｐｐｍの量で存在する。別の実施形態では、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤が、約４，５００ｐｐｍの量で存在する。
【００６５】
電解質は、腐食抑制剤を更に含んでもよい。腐食抑制剤は、綺麗な亜鉛表面を維持し、それは、次いで、セル電圧及び効率を上げることが信じられている。いくつかの実施形態では、腐食抑制剤とフッ素界面活性剤の両方が、セル電圧及びセル性能の改善をもたらし得る。別の実施形態では、腐食抑制剤が、伝導度を高め得る。いくつかの実施形態では、腐食抑制剤と式（ＩＩ）の界面活性剤の両方が、セル電圧及びセル性能の改善をもたらし得る。
【００６６】
腐食抑制剤は、個体または液体のいずれかであってもよいし、電解質の溶媒（複数可）に可溶性であってもよいし、または可溶性でなくてもよい。腐食抑制剤は、約１００ｐｐｍから約２５０００ｐｐｍまで電解質に存在してもよい。これは、約２００ｐｐｍから約３００ｐｐｍまでを含んでもよい。別の実施形態では、腐食抑制剤が、約１５０ｐｐｍ、約２００ｐｐｍ、約２５０ｐｐｍ、約３００ｐｐｍ、約３５０ｐｐｍ、約５００ｐｐｍ、約１０００ｐｐｍ、約５０００ｐｐｍ、約１００００ｐｐｍ、約２００００ｐｐｍ、約２５０００ｐｐｍの量で存在するか、または（終点を含む）これらの値のいずれか２つの間に及ぶ。いくつかの実施形態では、腐食抑制剤が、約２５０ｐｐｍの量で存在する。別の実施形態では、腐食抑制剤が、約１００００ｐｐｍ〜約２００００ｐｐｍの量で存在する。腐食抑制剤のみに関して、ｐｐｍ量は、腐食抑制剤が室温において液体であるときに電解質の総重量に基づき、またはそれは、腐食抑制剤が室温において固体であるときに負極内の亜鉛重量に基づく。
【００６７】
一実施形態では、腐食抑制剤が、芳香族アミンポリマー、水酸化インジウム、ポリアニリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、水酸化リチウム、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである。いくつかの実施形態では、腐食抑制剤が、式（ＩＶ）の化合物である。
【化５】
0006667515.tif 000006
Ｒ10、Ｒ11、Ｒ12、及びＲ13が、それぞれ独立して、水素、置換もしくは非置換アルキル、置換もしくは非置換アルケニル、または置換もしくは非置換シクロアルキル基であり、ｍが、１００〜５００である。いくつかの実施形態では、Ｒ10、Ｒ11、Ｒ12、及びＲ13が、それぞれ、水素である。いくつかの実施形態では、ｍが、１００〜２００である。いくつかの実施形態では、Ｒ10、Ｒ11、Ｒ12、及びＲ13が、それぞれ、水素であり、ｍが、１００〜２００である。
【００６８】
別の実施形態では、腐食抑制剤が、ポリアニリンである。いくつかの実施形態では、ポリアニリン腐食抑制剤が、エメラルジンポリアニリンである。別の実施形態では、ポリアニリンが、ポリアニリンの非酸ドープ形態であり、ポリアニリンの伝導性形態ではない。いくつかの実施形態では、ポリアニリンのエメラルジン形態が、中性であり、室温において高安定性を有する。いくつかの実施形態では、ポリアニリンは、腐食抑制剤として機能し得る。しかしながら、ポリアニリンは、腐食抑制剤であることに加えて他の利益をもたらし得る。例えば、いくつかの実施形態では、ポリアニリンが、セルの伝導度を高め得る。
【００６９】
一実施形態では、腐食抑制剤が、水酸化インジウムである。いくつかの実施形態では、水酸化インジウムが、負極内の亜鉛の総重量に基づいて、約２０００ｐｐｍから約４０００ｐｐｍまでの量で存在してもよい。これは、負極内の亜鉛の総重量に基づいて、約２，５００ｐｐｍから約３，５００ｐｐｍまで、または約２，７５０ｐｐｍから約３，２５０ｐｐｍまでを含んでもよい。別の実施形態では、水酸化インジウムが、負極内の亜鉛の総重量に基づいて、約２０００ｐｐｍ、約２，５００ｐｐｍ、約３０００ｐｐｍ、約３，５００ｐｐｍ、約４０００ｐｐｍの量で存在してもよいし、または（終点を含む）これらの値のいずれか２つの間に及ぶ。別の実施形態では、水酸化インジウムが、負極内の亜鉛の総重量に基づいて、約３０００ｐｐｍの量で存在してもよい。
【００７０】
電解質はまた、ゲル化剤を含んでもよい。当分野における任意の適切なゲル化剤は、それが本開示の範囲から逸脱しない限り、使用され得る。一実施形態では、ゲル化剤が、電解質の総重量に基づいて、約５００ｐｐｍから約１，５００ｐｐｍまで、約７５０ｐｐｍから約１，２５０まで、または約９００ｐｐｍ〜約１，１００ｐｐｍまでの量で存在し得る。別の実施形態では、ゲル化剤が、約５００ｐｐｍ、約６００ｐｐｍ、約７００ｐｐｍ、約８００ｐｐｍ、約９００ｐｐｍ、約１０００ｐｐｍ、約１，１００ｐｐｍ、約１，２００ｐｐｍ、約１，３００ｐｐｍ、約１，４００ｐｐｍ、もしくは約１，５００ｐｐｍの量で存在するか、または（終点を含む）これらの値のいずれか２つの間に及ぶ。別の実施形態では、ゲル化剤が、約１０００ｐｐｍの量で存在する。一実施形態では、適切なゲル化剤が、ポリアクリル酸ポリマーである。一実施形態では、ゲル化剤が、架橋ポリアクリル酸ポリマーである。
【００７１】
電解質は、ガス抑制添加剤を含んでもよい。一実施形態では、電解質が、約５００ｐｐｍから約２００００ｐｐｍまでのガス抑制添加剤を含んでもよい。一実施形態では、ガス抑制添加剤が、酸化亜鉛である。
【００７２】
使用されるとき、酸化亜鉛は、電解質の約１重量％から約１０重量％までの量で存在し得る。これは、電解質の約１重量％〜約８重量％、１重量％〜約５重量％、約１．５〜約５重量％、または約２〜約５重量％を含んでもよい。一実施形態では、酸化亜鉛が、電解質の約１重量％、約１．５重量％、約２重量％、約２．５重量％、約３重量％、約３．５重量％、もしくは約４重量％の量で存在してもよいし、または（終点を含む）これらの値のいずれか２つの間に及ぶ。一実施形態では、酸化亜鉛が、電解質の約２重量％の量で存在してもよい。いくつかの実施形態では、酸化亜鉛は、酸化亜鉛を単にガス抑制添加剤として機能することに限定しない他の利益をもたらし得る。それゆえ、酸化亜鉛を「ガス抑制添加剤」として呼ぶことは、酸化亜鉛をその特定の機能のみに限定するものではない。例えば、いくつかの実施形態では、酸化亜鉛が、亜鉛表面不活性化を調節する。
【００７３】
電解質は、水酸化カリウムを含んでもよい。一実施形態では、水酸化カリウムが、電解質の約２０重量％から約４５重量％までの量で存在する。これは、電解質の約２５重量％から約４０重量％まで、または約３０重量％から約３５重量％までを含んでもよい。一実施形態では、水酸化カリウムが、電解質の約４５重量％、約３０重量％、約２５重量％、もしくは約２０重量％の量で存在するか、または（終点を含む）これらの値のいずれか２つの間に及ぶ。別の実施形態では、水酸化カリウムが、電解質の約３０重量％〜約４０重量％の量で存在する。
【００７４】
電解質は、水酸化ナトリウムを含んでもよい。一実施形態では、水酸化ナトリウムが、約２０％から約４５％までの量で存在する。これは、電解質の約２５重量％から約４０重量％まで、または約３０重量％から約３５重量％までを含んでもよい。一実施形態では、水酸化ナトリウムが、電解質の約４５重量％、約３０重量％、約２５重量％、もしくは約２０重量％の量で存在するか、または（終点を含む）これらの値のいずれか２つの間に及ぶ。別の実施形態では、水酸化ナトリウムが、総電解質の約３０重量％〜約４０重量％の量で存在する。
【００７５】
一実施形態では、亜鉛空気電池が、電解質であって、界面活性剤系及び腐食抑制剤を含む、電解質を含む。いくつかの実施形態では、界面活性剤系が、両性フッ素界面活性剤を含む。別の実施形態では、界面活性剤系が、ガス抑制添加剤を更に含む。別の実施形態では、界面活性剤系が、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸、ジエチレントリアミン、またはオクチルフェノキシポリエトキシエタノール、式（ＩＩＩ）の化合物、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせを更に含む。
【００７６】
亜鉛空気電池は、電解質であって、式（Ｉ）の界面活性剤及び腐食抑制剤を含む、電解質を含んでもよい。別の実施形態では、電解質が、ガス抑制添加剤を更に含む。別の実施形態では、電解質が、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤を更に含む。
【００７７】
陰極は、負極、負極活性材料、その活性材料を取り囲む負極缶アセンブリを含む。いくつかの実施形態では、負極活性材料が、亜鉛を含み、負極が、「亜鉛負極」として呼ばれる。これに関して、本明細書に使用される際、負極「活性材料」は、セルの負極における放電反応の一部であると共にセル放電容量に寄与する単一化学化合物であって、その中に存在し得る不純物及び少量の他の部分を含む、単一化学化合物のことを言い得ることに留意する。負極「活性材料」は、亜鉛活性材料を含有または支援し得る集電器、電極リード等を含まない。いくつかの実施形態では、負極が、他の金属との亜鉛の合金を含む。亜鉛合金は、水素放出のために過電圧を上げて負極内の水素の生成を最小限にすることを意図された合金元素を含んでもよい。いくつかの実施形態では、亜鉛が、インジウム、ビスマス、カルシウム、アルミニウム、マグネシウム、及び鉛から選択される１つ以上の金属と共に合金にされてもよい。いくつかの実施形態では、合金金属が、ビスマスである。いくつかの実施形態では、亜鉛合金が、亜鉛、ビスマス、及びインジウムを含む。いくつかの実施形態では、亜鉛合金が、亜鉛、ビスマス、インジウム、及びアルミニウムを含む。いくつかの実施形態では、亜鉛合金が、亜鉛、鉛、インジウム、及びアルミニウム含む。
【００７８】
電解質成分の組み合わせを含む負極が、提供され得る。いくつかの実施形態では、電解質が、腐食抑制剤、ゲル化剤、ガス抑制添加剤、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、酢酸鉛、酸化ビスマス、臭化カルシウム、水酸化セシウムなど、機能性添加剤、例えば、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、錫酸ナトリウム、及び錫酸カリウムなどのうちの１つ以上に加えて、少なくとも１つの界面活性剤を含む。一実施形態では、少なくとも１つの界面活性剤が、両性フッ素界面活性剤である。例示的な両性フッ素界面活性剤は、限定されるものではないが、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−１１１、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−５００、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５０、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５１、ＡＰＦＳ−１４、ＤＹＮＡＸ  ＤＸ３００１、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせを含む。一実施形態では、少なくとも１つの界面活性剤が、式（ＩＩ）の界面活性剤である。例示的な界面活性剤は、限定されるものではないが、ＩＧＥＰＡＬ（登録商標）ＣＡ−６３０、ＴＲＩＴＯＮ（登録商標）Ｘ−１００、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、界面活性剤は、式（ＩＩ）の界面活性剤と組み合わせて両性フッ素界面活性剤を含んでもよい。負極内の成分の組み合わせは、セル電圧及びセル性能の改善をもたらし得る。
【００７９】
一実施形態では、負極が、二段階プロセス（ａ）乾燥亜鉛配合及び（ｂ）電解質準備によって準備される。配合された亜鉛は、セルサイズに従って変動し得る設定比率で、負極缶空洞、その後、電解質の中に分配され得る。いくつかの実施形態では、乾燥亜鉛配合ステップが、亜鉛または亜鉛合金、ゲル化剤、及び腐食抑制剤を混合することを含む。いくつかの実施形態では、低濃度の水が、配合を容易にするために混和物に添加され得、その水が、その後、乾燥され得る。
【００８０】
一実施形態では、乾燥亜鉛配合が、亜鉛合金、ゲル化剤、腐食抑制剤、及び任意選択的に他の添加剤の混合物を含む。一実施形態では、電解質が、水、腐食抑制剤、界面活性剤、ゲル化剤、及び任意選択的に他の添加剤を有するアルカリ金属水酸化物を含む。電解質に対する亜鉛配合の重量比率は、亜鉛約６に対して電解質１の割合から、亜鉛約３に対して電解質１の割合まで及び得る。
【００８１】
適切な亜鉛ベースの合金が、本明細書に記載される。一実施形態では、亜鉛合金が、例えば、亜鉛（Ｚｎ）などの活性剤の合金であって、他の合金剤、例えば、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）ビスマス（Ｂｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、及びアルミニウム（Ａｌ）などを有する、合金である。特定の合金剤が、所望の特性及び性能に基づいて、選択されてもよい。合金材料のいくつかの組み合わせが、他のものよりも亜鉛とうまく働き得る。様々な合金剤の量は、所望の特性に従って変動され得る。例えば、合金剤の濃度は、約２０ｐｐｍから約７５０ｐｐｍまで及び得、約５０ｐｐｍから約１００ｐｐｍまで、約１００ｐｐｍ〜約３００ｐｐｍ、約３００ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、または約４００ｐｐｍ〜約６００ｐｐｍを含み、これらの値のうちのいずれか２つの間に及ぶか、あるいはこれらの値のうちのいずれか１つよりも少ない値にある。いくつかの実施形態では、合金剤が、約５０ｐｐｍ〜５５０ｐｐｍの濃度で存在する。典型的には、合金材料が、約０．０１％から約０．５重量％までの活性剤を単独で、または、約０．００５重量％から約０．２重量％までの１つ以上の合金剤と組み合わせて含んでもよい。一実施形態では、合金が、約４００ｐｐｍから約６００ｐｐｍまでのＰｂ、約１００ｐｐｍ〜約３００ｐｐｍのＩｎ、及び約５０ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍのＡｌを含む。成分の濃度は、負極内の総亜鉛重量に基づいて、指定される。
【００８２】
任意の適切なゲル化剤が、本開示の範囲から逸脱しない限り、使用されてもよい。適切なゲル化剤は、限定されるものではないが、ポリアクリル酸ポリマー、グラフト澱粉材料、ポリアクリル酸の塩、架橋型分岐ポリアクリレート、カルボキシメチルセルロース、天然ゴム、及び同様のもの、またはそれらの組み合わせを含む。適切なポリアクリル酸ポリマーの実施例は、（Ｌｕｂｒｉｚｏｌから入手可能で、Ｂ．Ｆ．Ｇｏｏｄｒｉｃｈによって元々製造された）Ｃａｒｂｏｐｏｌ（登録商標）９４０Ｃａｒｂｏｐｏｌ（登録商標）９３４及びＣａｒｂｏｐｏｌ（登録商標）ＥＴＤ２０５０ならびに（３Ｖから入手可能な）Ｐｏｌｙｇｅｌ  ４Ｐを含む。いくつかの実施形態では、ゲル化剤が、Ｃａｒｂｏｐｏｌ（登録商標）９３４である。他の実施形態では、ゲル化剤が、Ｃａｒｂｏｐｏｌ（登録商標）ＥＴＤ２０５０である。グラフト澱粉材料の実施例は、（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な）Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ  Ａ２２１である。一実施形態では、適切なゲル化剤が、ポリアクリル酸ポリマーである。一実施形態では、適切なゲル化剤が、クロスラインポリアクリル酸ポリマーである。いくつかの実施形態では、超吸収剤としても知られるポリクリリック（ｐｏｌｙｃｒｙｌｉｃ）酸ポリマーの塩が、使用されてもよい。超吸収剤は、負極内での放電性能及び衝撃感度を改善することが信じられている不安定な形状の粒子から成る。ポリアクリル酸の塩の実施例は、（ＳＮＦ  Ｇｒｏｕｐから入手可能な）Ｆｌｏｃａｒｅ（登録商標）ＧＢ３００である。いくつかの実施形態では、ゲル化剤が、ポリアクリル酸ナトリウムゲル化剤を含まない。いくつかの実施形態では、ゲル化剤が、ポリアクリル酸ナトリウムゲル化剤以外の作用剤である。
【００８３】
適切な腐食抑制剤は、例えば、粘土ベースの無機腐食抑制剤及び無機腐食抑制剤を含む。例示的な粘土ベースの無機腐食抑制剤は、天然または合成の層状ケイ酸粘土、例えば、ラポナイト、モンモリロナイト、ベントナイト、もしくはスメクタイトなど、または他の粘土状材料を含む。一実施形態では、粘土ベースの無機腐食抑制剤が、（ＢＹＫ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ  ａｎｄ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能な）Ｌａｐｏｎｉｔｅ−ＲＤＳである。適切な無機腐食抑制剤が、本明細書に記載される。粘土ベースの腐食抑制剤は、約１０ｐｐｍから約３００００ｐｐｍまでの量で存在し得る。これは、約５０ｐｐｍから約２００００ｐｐｍまで、約５００ｐｐｍから約１５０００ｐｐｍまで、約１０００ｐｐｍから約１００００ｐｐｍまで、もしくは約２０００ｐｐｍから約５０００ｐｐｍまでについてを含み、これらの値のうちのいずれか２つの間に及ぶか、またはこれらの値のうちのいずれか１つよりも少ない値にある。腐食抑制剤の総量は、典型的には、負極の、約０．００１重量％から約１０重量％までに及ぶ。これは、負極の重量に対して、約０．０１重量％から約５重量％まで、約０．１重量％〜約４重量％、約０．５重量％〜約３重量％、もしくは約１重量％〜約２重量％を含み、これらの値のうちのいずれか２つの間に及ぶか、またはこれらの値のうちのいずれか１つよりも少ない値にある。
【００８４】
例示的な実施形態では、乾燥亜鉛配合が、Ｚｎ−Ｐｂ−Ｉｎ−Ａｌ合金（９８．９９％ｐｐｍ）を架橋ポリアクリル酸ベースのゲル化剤（０．３０％）、粘土添加剤（０．２０％）、水酸化インジウム（０．３％）、及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末（０．０３％）と混合することを含む。
【００８５】
いくつかの実施形態では、電解質準備が、アルカリ金属水酸化物を水、腐食抑制剤、界面活性剤、及びゲル化剤と結合させることを含む。適切なアルカリ金属水酸化物は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、または水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含む。いくつかの実施形態では、アルカリ金属水酸化物が、ＫＯＨである。
【００８６】
いくつかの実施形態では、電解質が、アルカリ性電解質材料として及び腐食抑制剤としても機能するＬｉＯＨを含む。いくつかの実施形態では、水酸化リチウムが、電解質の総重量に基づいて、約２０００ｐｐｍ〜約４００００ｐｐｍの量で存在し得る。これは、電解質の総重量に基づいて、約５０００ｐｐｍから約３５０００ｐｐｍまで、約７５００ｐｐｍから約３００００ｐｐｍまで、もしくは約１００００ｐｐｍから約２００００ｐｐｍまでを含んでもよいし、または負極内の亜鉛の総重量に基づいて、これらの値のうちの（終点を含む）いずれか２つの間に及ぶ。別の実施形態では、水酸化リチウムが、電解質の総重量に基づいて、約１００００ｐｐｍ〜約２００００ｐｐｍの量で存在してもよい。
【００８７】
いくつかの実施形態では、電解質成分が、限定されるものではないが、ＫＯＨ、脱イオン水、水酸化リチウム、両性界面活性剤、及びゲル化剤を含む。いくつかの実施形態では、ゲル化剤が、Ｃａｒｂｏｐｏｌ（登録商標）ＥＴＤ２０５０である。いくつかの実施形態では、電解質成分が、ＫＯＨ、脱イオン水、水酸化リチウム、両性界面活性剤、及びＣａｒｂｏｐｏｌ（登録商標）ＥＴＤ２０５０ゲル化剤を含む。いくつかの実施形態では、ＬｉＯＨの量が、総電解質重量に基づいて、約１００００ｐｐｍ〜約２００００ｐｐｍである。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される両性界面活性剤の量が、総電解質重量に基づいて、約４０００ｐｐｍ〜約１５０００ｐｐｍである。
【００８８】
負極に対する物理的な修正はまた、セルのサービス寿命を、単独でまたは上記した化学的な修正と組み合わせて改善し得る。例えば、水酸化物イオンについての拡散抵抗を減らすことによって、従来のセルにおいて使用され得るものよりも電解質内で有利に低い濃度の水酸化物イオンを有するセルを効率的に放電することができる。これは、例えば、亜鉛粒子サイズ分布を調整して、負極内に類似の亜鉛粒子サイズの狭い分布を提供することによって達成され得、それによって、水酸化物イオンのための多孔性（拡散経路）を増強する。拡散特性の改善に加えて、本開示の粒子サイズ分布はまた、酸化亜鉛の析出のための多孔性部位を提供し、それによって、負極不活性化を遅延させる。このアプローチは、亜鉛空気電池セルの負極における使用に効果的であり、本明細書に開示される他の改善と組み合わせて使用され得る。
【００８９】
適切な亜鉛粒子サイズ分布は、粒子のうちの少なくとも７０％が、１００ミクロンサイズ範囲内で標準の網状篩目粒子サイズを有するもの、及び分布のモードが、約１００〜約３００ミクロンの間にあるものであり得る。一実施形態では、適切な亜鉛粒子サイズ分布が、上記した試験に適合する粒子サイズ分布であって、１００ミクロン、１５０ミクロン、または２００ミクロンのモードを、それぞれ、プラスまたはマイナス約１０％有する粒子サイズ分布を含む。一実施形態では、粒子のうちの約７０％が、約１００ミクロンよりも狭いサイズ分布範囲内、例えば、約５０ミクロン、もしくは約４０ミクロン、またはそれ以下に分布される。
【００９０】
陽極は、正極缶４４及び正極４２を含む正極缶アセンブリ４０を含んでもよい。正極４２の例示的な実施形態は、図１に最も良く見られる。正極４２の活性層７２は、セパレータ７４と多孔質拡散層５７との間に置かれる。活性層７２は、好適には、約５０ミクロン〜約１，２５０ミクロンの間の厚さに及び、負極内の亜鉛の酸化から発生される電子とのアルカリ性電解質内の水酸化物イオンに対する酸素の還元を容易にする。セパレータ７４は、約２５ミクロンの厚さの微孔質プラスチック膜、典型的には、ポリプロピレンであり、負極の亜鉛粒子が、正極４２の残りの元素と物理接触することを防ぐという一次機能を有する。しかしながら、セパレータ７４は、正極アセンブリを通る水酸化物イオン及び水の通過を許可する。ここで、正極は、空気正極であり、正極活性層は、炭素を含む。
【００９１】
正極缶４４の側壁４７は、中間要素８０によって缶の底部４６に接合される。中間要素８０の外面は、底部４６の外面５０の外周囲５２におけるその下端から、概ね垂直な向きに側壁４７の外面５８につながるその上端まで延在する。中間要素８０の内面は、もしあれば、底部４６の内面４８及び側壁４７の内面５６の接合において表わされる。いくつかの実施形態では、内面４８及び５６は、中間要素の内面が公称寸法のものになるように、急な曲がりの角部において一体となる。いくつかの実施形態では、角部材料が角部の形成において機能される程度に、角部が加工硬化され、それによって、角部構造が中間要素８０において形成される際に、角部構造が、底部４６及び側壁４７に対して強化される。
【００９２】
一実施形態では、十分な強度及び延性が、選択される材料から得られる限り、正極缶が、（缶のめっきまたはクラッディングとは対照的に）正極のものに類似する水素過電圧を有する金属または合金の全体に形成されてもよい。ニッケルに加えて、かかる水素過電圧特性を有する材料は、例えば、限定無しで、コバルト及び金を含む。いくつかの実施形態では、かかる材料は、例えば、めっき、クラッディング、または他の塗布プロセスによって、コア層の上に１つ以上の被膜層として被覆されてもよい。十分な強度及び延性を提供する材料がまた、複合構造の代わりに、単一層材料として使用されてもよい。単一層材料は、コア層としてＣＲＳまたは他の適切な材料を包含する。
【００９３】
一実施形態では、費用検討の理由で、及び一般的にめっき後プロセスを要求しない事前にめっきされた鋼帯が市販されているので、ニッケル及びニッケル合金でめっきされた鋼帯が使用されてもよい。缶内の金属は、好適には、絞り加工プロセスに耐えるのに十分に延性があるだけではなくて、十分に強くて堅く、セル圧着及び密閉プロセスに耐える、さもなければ耐性があるのみならず、一次的な全構造上の強度をセルにもたらす。
【００９４】
一実施形態では、正極缶が、ニッケルめっきステンレス鋼ででき得る。別の実施形態では、正極缶のための材料が、全てＨｕｎｔｉｎｇｔｏｎ  Ａｌｌｏｙｓから入手可能な、ニッケル−クラッドステンレス鋼、ニッケルでめっきされた冷間圧延鋼、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）（ニッケルの非磁性合金）、微量合金元素を有する純ニッケル（例えば、Ｎｉｃｋｅｌ２００及びＮｉｃｋｅｌ２００合金の関連系列、例えば、Ｎｉｃｋｅｌ２０１等）、またはＳｐｅｃｉａｌ  Ｍｅｔａｌｓから入手可能な、ＤＵＲＡＮＩＣＫＥＬ（登録商標）３０１を含む。一実施形態では、いくつかの貴金属がまた、ニッケルでめっきされる鋼帯、及びその後、缶の製造後にニッケルでめっきされる軟鋼帯を被覆することを含む、缶金属用のめっき、クラッディング、または他のコーティングとしての使用を見出され得る。
【００９５】
一実施形態では、両側をニッケルで被覆された複数の層（例えば、ＣＲＳ）が使用される場合、本開示は、ニッケルとＣＲＳとの間の追加的な（例えば、第４、第５等の）層、またはＣＲＳと追加的な層（複数可）との間のニッケル層を伴う、かかる追加的な層のいずれかについて考慮する。例えば、金、コバルト、または他の優れた電気導体は、缶が絞り加工された後、または絞り加工及びしごき加工された後に、（ニッケル層の外側の）正極缶の外面のうちのいくつかまたは全ての上に成膜され得る。代替として、かかる第４等の層が、例えば、ＣＲＳとニッケルとの間の結合増強層であってもよい。
【００９６】
缶は、シート構造としてニッケル／ステンレス鋼（ＳＳＴ）／ニッケル／ＮＩ／ＳＳＴ／ＮＩの典型的な原材料構造を使用して製造され得、かかるシート構造は、約０．００２インチから約０．０１２インチまでである。これは、約０．００３インチ〜約０．０１０インチまたは約０．００４インチ〜約０．００６インチを含んでもよい。いくつかの実施形態では、厚さが、約０．００２インチの厚さ、約０．００３インチの厚さ、約０．００４インチの厚さ、約０．００５インチの厚さ、または約０．００６インチの厚さである。いくつかの実施形態では、厚さが、約０．００５インチの厚さである。いくつかの実施形態では、ニッケル層のそれぞれが、かかる３層構造における金属シートの厚さ全体の約１％〜約１０％に相当する。これは、かかる３層構造における金属シートの厚さ全体の約１．５％〜約９％、約２％〜約８％、約２．５％〜約７％、または約３％〜約６．５％を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ニッケル層のそれぞれが、かかる３層構造における金属シートの厚さ全体の約２％〜約４％に相当する。いくつかの実施形態では、ニッケル層のそれぞれが、かかる３層構造における金属シートの厚さ全体の約２％に相当する。
【００９７】
亜鉛空気電池は、空気正極と亜鉛負極との間にセパレータを含んでもよい。セパレータは、絶縁ガスケットであってもよい。絶縁ガスケットは、一般的に、正極缶と負極缶との間に位置付けられる。絶縁ガスケットは、少なくとも２つの一次機能を果たし得る。第一に、絶縁ガスケットは、負極材料及び／または電解質が、負極缶の側壁の外面と正極缶の側壁の内面との間のセルから漏れることを防ぐための、セル用密閉部として機能する。それゆえ、絶縁ガスケットは、そのような漏れを防ぐために適切な液体封止特性を持つ必要がある。一般に、かかる特性は、種々の弾性的に変形可能な熱可塑性ポリマー材料において得られる。
【００９８】
亜鉛空気電池は、本明細書において詳細に提供される改善を伴う以外に、例えば、酸化亜鉛／銀電池、二酸化亜鉛／マンガン電池等の亜鉛空気電池セル設計に従って構成され得るか、またはそれと一貫し得る。例えば、様々な実施形態において、亜鉛空気電池が、亜鉛空気ボタンサイズ電池に適した仕様に対して設計され得る。いくつかの実施形態では、亜鉛空気電池の形状は、負極が幾分平坦なまたは鍋形状位置に保持されるようなものである。本開示の亜鉛空気電池セルの例示的な実施形態は、図１に例示されるようなものであり得る。
【００９９】
特に、亜鉛空気電池のセル１０を参照すると、陰極は負極缶アセンブリ２２を含有し、負極缶２４は、その中に含有された電気化学的反応性負極２６及び絶縁ガスケット６０を含む。負極缶２４は、底壁２８、及び円周方向に下向きに垂れ下がる側壁３０を有する。側壁３０は、円周方向の缶足部３６において終端する。底壁及び側壁３０は、負極缶２４内の負極空洞３８を概ね画定し、その空洞は、負極２６を含有する。
【０１００】
一実施形態では、負極缶が、銅の合金であって、銅と、金属、例えば、アルミニウム、ケイ素、コバルト、スズ、クロム、亜鉛、及びそれらの任意の２つ以上の混合物などを含む、銅の合金を含んでもよい。一実施形態では、負極缶全体が、銅の合金を含む。いくつかの実施形態では、負極缶が、銅の合金の均質配合を含む。いくつかの実施形態では、負極缶が、層状合金を含まない。いくつかの実施形態では、負極缶が、被膜を含まない。
【０１０１】
正極４２は、セパレータ７４の下から正極缶４４までの領域を含む。この正極４２領域は、多孔質拡散層５７、セルロース空気拡散層、及び正極活性層７２を含む。正極缶４４は、底部４６、及び円周方向に直立する側壁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上に画定される外周囲５２を有する。複数の空気口５４が、正極缶４４の底部４６を通って延在し、底部４６を通る隣接正極缶アセンブリ４０の中への酸素の横断用の道を提供する。空気溜め５５は、底部４６及び対応する空気口５４から正極缶アセンブリ４０を間隔を空けて配置する。多孔質拡散層５７及びセルロース空気拡散層３２は、空気溜め５５を埋める。正極缶の側壁４７は、内面５６及び外面５８を有する。
【０１０２】
負極缶アセンブリ２２は、絶縁ガスケット６０によって正極缶アセンブリ４０から電気的に絶縁される。絶縁ガスケット６０が、正極缶の直立する側壁４７と負極缶の下向きに垂れ下がる側壁３０との間に配置される円周側壁６２を含む。絶縁ガスケット足部６４は、概ね、負極缶の缶足部３６と正極缶アセンブリ４０との間に配置される。絶縁ガスケット頂部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間から延在する場所に位置付けられる。
【０１０３】
それゆえ、セル１０の外面６８は、負極缶２４の頂部の外面、正極缶４４の側壁４７の外面５８、正極缶４４の底部の外面５０、及び絶縁ガスケット６０の頂部６６の部分によって画定される。
【０１０４】
絶縁ガスケットはまた、電気的な絶縁を提供し得、負極缶２４と正極缶４４との間の全ての実効的で直接的な電気接触を防ぐ。したがって、絶縁ガスケットの側壁６２は、一般的に、側壁４７の頂部から側壁３０の底部へと、外面と内面５６との間の電池の外周の全体を取り囲み、それについての電気絶縁特性を提供する必要がある。同様に、絶縁ガスケットの足部６４は、側壁３０の足部３６、側壁４７の下部、及び正極缶アセンブリ４０の外周囲部分の間で、セルの外周の全体を取り囲み、それについての電気絶縁特性を提供する必要がある。良好な液体封止特性と良好な電気的絶縁特性の組み合わせは、典型的には、所望の構成における既知のバッテリグレードナイロンポリマー材料の成形によって達成される。
【０１０５】
電気的絶縁要求を満たすために、絶縁ガスケットは、良好な誘電体絶縁特性を有し得、側壁６２について最小限の厚さを有し得、ならびに側壁３０及び４７間の電流伝達を可能にし得るピンホールまたは他の欠陥の無いものとすることができる。約２００〜約２５０ミクロンの絶縁ガスケット側壁６２についての厚さが、従来の電気化学セルでは一般的である。１００ミクロン程の薄い厚さが、本開示のセルのために許容可能であり、従来技術のより厚い絶縁ガスケットと同じ弾性的に変形可能な熱可塑性ナイロン材料を使用する。
【０１０６】
絶縁ガスケットが適用される電池の構造に応じて、中間的な厚さ、例えば、１５０ミクロン、１４０ミクロン、１２７ミクロン、または同様の厚さなどが、いくつかのセルのために選択されてもよい。しかしながら、セル容積効率が駆動用に考慮すべきものである場合、好適な厚さは、例えば、１２０ミクロンまたは１１０ミクロン未満から１００ミクロン程の薄さまでである。それゆえ、本開示のセル１０における使用に好適な絶縁ガスケット６０のための厚さの範囲は、約１００ミクロンの下端を有する。
【０１０７】
一実施形態では、多孔質拡散層５７が、微孔質疎水性ポリマー材料、例えば、約２５〜約１００ミクロンの厚さのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）膜などであり、それは、空気の通過を可能にし、かつ、それは、一般的に電池電解質を通さない。一実施形態では、多孔質拡散層５７が、Ｔｅｆｌｏｎ（商標）である。いくつかの実施形態では、多孔質拡散層５７が、空気口５４と組み合わせて、酸素を正極アセンブリの活性反応表面積に効率的に運ぶために使用される。
【０１０８】
一実施形態では、セルロース空気拡散層３２が、多孔質拡散層５７の下に位置し、保護的な横方向の空気拡散層として機能する。具体的には、セルが活性化されると、負極缶アセンブリ２２が、セパレータ７４を押し下げて、セルロース空気拡散層３２が、空気口５４が完全に覆われることから保護するのに役立つ。
【０１０９】
一実施形態では、活性層７２が、集電器として、正極缶とインターフェースすることができる接続基層、すなわち、伝導性織込ニッケルワイヤ層（図示しない）を更に含む。一実施形態では、炭素が、ニッケルワイヤの伝導性層を取り囲む母体（ｍａｔｒｉｘ）を形成する。一実施形態では、ニッケルが、伝導性層のために使用され、なぜなら、ニッケルは、亜鉛空気セルの環境において、わずかな腐食を呈するかまたは腐食を呈さないからであり、かつまた、ニッケルは、優れた電気導体であるからである。一実施形態では、セパレータ７４と多孔質拡散層５７との間の正極アセンブリの厚さが、可能な限り小さい。
【０１１０】
別の実施形態では、亜鉛空気電池が、結果的に生じる電池が本明細書に提示される開示と矛盾しない限り、当分野において既知の任意の手段によって準備されてもよい。それゆえ、本開示は、本開示の全体を通して記述されるような構成要素及びそれらのそれぞれの濃度を含む亜鉛空気電池を準備する方法を含む。
【０１１１】
本発明は、以下の実施形態によって更に定義される。
【０１１２】
実施形態Ａ．空気正極、亜鉛負極、及び電解質を含む亜鉛空気電池であって、電解質が両性フッ素界面活性剤を含む、亜鉛空気電池。
【０１１３】
実施形態Ｂ．実施形態Ａの亜鉛空気電池であって、両性フッ素界面活性剤がベタイン官能性を含む、亜鉛空気電池。
【０１１４】
実施形態Ｃ．実施形態Ａ〜Ｂのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池であって、両性フッ素界面活性剤が、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−１１１、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−５００、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５０、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５１、ＡＰＦＳ−１４、ＤＹＮＡＸ  ＤＸ３００１、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳＫ、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳ−５００、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである、亜鉛空気電池。
【０１１５】
実施形態Ｄ．実施形態Ａ〜Ｃのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池であって、両性フッ素界面活性剤が、約２０００ｐｐｍから約２００００ｐｐｍまで電解質に存在する、亜鉛空気電池。
【０１１６】
実施形態Ｅ．実施形態Ａ〜Ｄのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池であって、両性フッ素界面活性剤が、約３０００ｐｐｍから約１２０００ｐｐｍまで電解質に存在する、亜鉛空気電池。
【０１１７】
実施形態Ｆ．実施形態Ａ〜Ｅのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池であって、電解質が、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸、ジエチレントリアミン、オクチルフェノキシポリエトキシエタノール、式（ＩＩＩ）の化合物、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである界面活性剤を更に含み、式（ＩＩＩ）として表わされる化合物が、
【化６】
0006667515.tif 000007
であり、Ｒ13、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16、Ｒ17、Ｒ18、Ｒ19、Ｒ20、及びＲ21が、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、またはシクロアルキル基であり、Ｘ2が、ＯまたはＳであり、Ｘ3が、ＯＨまたはＳＨであり、ｗが、５〜５０である、亜鉛空気電池。
【０１１８】
実施形態Ｇ．実施形態Ｆの亜鉛空気電池であって、Ｒ13が、Ｃ1〜Ｃ12アルキル基であり、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16、Ｒ17、Ｒ18、Ｒ19、Ｒ20、及びＲ21が、それぞれ、水素であり、Ｘ2が、Ｏであり、Ｘ3が、ＯＨであり、ｗが、５〜１５である、亜鉛空気電池。
【０１１９】
実施形態Ｈ．実施形態Ｆ〜Ｇのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池であって、Ｒ13が、オクチル（例えば、ｎ−オクチルまたは１，１，３，３−テトラメチルブチル）であり、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16、Ｒ17、Ｒ18、Ｒ19、Ｒ20、及びＲ21が、それぞれ、水素であり、Ｘ2が、Ｏであり、Ｘ3が、ＯＨであり、ｗが、５〜１５である、亜鉛空気電池。
【０１２０】
実施形態Ｉ．実施形態Ｆ〜Ｈのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池であって、Ｒ13が、オクチルであり、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16、Ｒ17、Ｒ18、Ｒ19、Ｒ20、及びＲ21が、それぞれ、水素であり、Ｘ2が、Ｏであり、Ｘ3が、ＯＨであり、ｗが、１０〜１５である、亜鉛空気電池。
【０１２１】
実施形態Ｊ．実施形態Ａ〜Ｉのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池であって、電解質が、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、ポリアクリレートポリマー、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせを更に含む、亜鉛空気電池。
【０１２２】
実施形態Ｋ．実施形態Ｊの亜鉛空気電池であって、電解質が、水酸化インジウム、水酸化リチウム、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアニリン、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである腐食抑制剤を更に含む、亜鉛空気電池。
【０１２３】
実施形態Ｌ．ポリアニリンを更に含む、実施形態Ａ〜Ｋのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池。
【０１２４】
実施形態Ｌ’．実施形態Ｌの亜鉛空気電池であって、ポリアニリンが、エメラルジンポリアニリンである、亜鉛空気電池。
【０１２５】
実施形態Ｍ．実施形態Ａ〜Ｌのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池であって、空気正極と亜鉛負極との間にセパレータを更に含む、亜鉛空気電池。
【０１２６】
実施形態Ｎ．実施形態Ａ〜Ｍのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池であって、電解質が、約１００ｐｐｍから約２５０００ｐｐｍまで電解質に存在する腐食抑制剤を更に含む、亜鉛空気電池。
【０１２７】
実施形態Ｏ．実施形態Ａ〜Ｎのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池であって、電解質が、ガス抑制添加剤を更に含む、亜鉛空気電池。
【０１２８】
実施形態Ｐ．実施形態Ｏの亜鉛空気電池であって、ガス抑制添加剤が、酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化リチウム、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである、亜鉛空気電池。
【０１２９】
実施形態Ｑ．両性フッ素界面活性剤及び腐食抑制剤を有する電解質。
【０１３０】
実施形態Ｒ．実施形態Ｑの電解質であって、両性フッ素界面活性剤が、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−１１１、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−５００、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５０、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５１、ＡＰＦＳ−１４、ＤＹＮＡＸ  ＤＸ３００１、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳＫ、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳ−５００、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせであり、腐食抑制剤が、水酸化インジウム、水酸化リチウム、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアニリン、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである、電解質。
【０１３１】
実施形態Ｓ．実施形態ＱまたはＲの電解質であって、両性フッ素界面活性剤が、約２００ｐｐｍから約２００００ｐｐｍまで電解質に存在し、腐食抑制剤が、約１００ｐｐｍから約２５０００ｐｐｍまで電解質に存在する、電解質。
【０１３２】
実施形態ＡＡ．空気正極、亜鉛負極、及び電解質を備える、亜鉛空気電池であって、電解質が、式（ＩＩ）の界面活性剤を含み、
【化７】
0006667515.tif 000008
式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、及びＲ9が、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、またはシクロアルキル基であり、Ｘ1が、ＯまたはＳであり、Ｘ2が、ＯＨまたはＳＨであり、ｎが、５〜５０である、亜鉛空気電池。
【０１３３】
実施形態ＢＢ．実施形態ＡＡの亜鉛空気電池であって、Ｒ1が、Ｃ1〜Ｃ12アルキル基であり、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、及びＲ9が、それぞれ、水素であり、Ｘ1が、Ｏであり、Ｘ2が、ＯＨであり、ｎが、５〜１５である、亜鉛空気電池。
【０１３４】
実施形態ＣＣ．実施形態ＡＡまたはＢＢの亜鉛空気電池であって、Ｒ1が、オクチル（例えば、ｎ−オクチルまたは１，１，３，３−テトラメチルブチル）であり、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、及びＲ9が、それぞれ、水素であり、Ｘ1が、Ｏであり、Ｘ2が、ＯＨであり、ｎが、５〜１５である、亜鉛空気電池。
【０１３５】
実施形態ＤＤ．実施形態ＡＡ〜ＣＣのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池であって、式（ＩＩ）の界面活性剤が、Ｉｇｅｐａｌ（登録商標）ＣＡ−６３０、Ｔｒｉｔｏｎ（登録商標）Ｘ−１００、またはそれらの組み合わせである、亜鉛空気電池。
【０１３６】
実施形態ＥＥ．実施形態ＡＡ〜ＤＤのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池であって、式（ＩＩ）の界面活性剤が、約２０００ｐｐｍから約２００００ｐｐｍまで電解質に存在する、亜鉛空気電池。
【０１３７】
実施形態ＦＦ．実施形態ＡＡ〜ＥＥのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池であって、式（ＩＩ）の界面活性剤が、約３０００ｐｐｍから約１２０００ｐｐｍまで電解質に存在する、亜鉛空気電池。
【０１３８】
実施形態ＧＧ．実施形態ＡＡ〜ＥＥのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池であって、電解質が、ヘキシルジフェニルオキシドスルホン酸、ジエチレントリアミン、両性フッ素界面活性剤、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである第２の界面活性剤を更に含む、亜鉛空気電池。
【０１３９】
実施形態ＨＨ．実施形態ＡＡ〜ＧＧのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池であって、電解質が、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、ポリアクリレートポリマー、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせを更に含む、亜鉛空気電池。
【０１４０】
実施形態ＪＪ．実施形態ＨＨの亜鉛空気電池であって、電解質が、水酸化インジウム、水酸化リチウム、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアニリン、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである腐食抑制剤を更に含む、亜鉛空気電池。
【０１４１】
実施形態ＫＫ．ポリアニリンを更に含む、実施形態ＡＡ〜ＧＧのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池。
【０１４２】
実施形態ＬＬ．ポリアニリンが、エメラルジンポリアニリンである、実施形態ＬＬの亜鉛空気電池。
【０１４３】
実施形態ＭＭ．空気正極と亜鉛負極との間にセパレータを更に含む、実施形態ＡＡ〜ＬＬのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池。
【０１４４】
実施形態ＮＮ．実施形態ＡＡ〜ＭＭのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池であって、電解質が、約１００ｐｐｍから約２５０００ｐｐｍまで電解質に存在する腐食抑制剤を更に含む、亜鉛空気電池。
【０１４５】
実施形態ＯＯ．実施形態ＡＡ〜ＮＮのうちのいずれか１つの亜鉛空気電池であって、電解質が、ガス抑制添加剤を更に含む、亜鉛空気電池。
【０１４６】
実施形態ＰＰ．実施形態ＯＯの亜鉛空気電池であって、ガス抑制添加剤が、酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化リチウム、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである、亜鉛空気電池。
【０１４７】
実施形態ＱＱ．腐食抑制剤及び式（ＩＩ）の界面活性剤を含む電解質であって、
【化８】
0006667515.tif 000009
式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、及びＲ9が、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、またはシクロアルキル基であり、Ｘ1が、ＯまたはＳであり、Ｘ2が、ＯＨまたはＳＨであり、ｎが、５〜５０である、電解質。
【０１４８】
実施形態ＲＲ．実施形態ＱＱの電解質であって、Ｒ1が、Ｃ1〜Ｃ12アルキル基であり、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、及びＲ9が、それぞれ、水素であり、Ｘ1が、Ｏであり、Ｘ2が、ＯＨであり、ｎが、５〜１５である、電解質。
【０１４９】
実施形態ＳＳ．実施形態ＱＱまたはＲＲの電解質であって、Ｒ1が、オクチルまたは１，１，３，３−テトラメチルブチルであり、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、及びＲ9が、それぞれ、水素であり、Ｘ1が、Ｏであり、Ｘ2が、ＯＨであり、ｎが、５〜１５である、電解質。
【０１５０】
実施形態ＴＴ．実施形態ＱＱ〜ＳＳのいずれか１つの電解質であって、腐食抑制剤が、水酸化インジウム、水酸化リチウム、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアニリン、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせであり、式（ＩＩ）の界面活性剤が、Ｉｇｅｐａｌ（登録商標）ＣＡ−６３０、Ｔｒｉｔｏｎ（登録商標）Ｘ−１００、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである、電解質。
【０１５１】
実施形態ＵＵ．実施形態ＱＱまたはＲＲの亜鉛空気電池であって、式（ＩＩ）の界面活性剤が、約２００ｐｐｍから約２００００ｐｐｍまで電解質に存在し、腐食抑制剤が、約１００ｐｐｍから約２５０００ｐｐｍまで電解質に存在する、亜鉛空気電池。
【０１５２】
このように一般的に記載された本発明は、以下の実施例を参照してより容易に理解されることになり、それらの実施例は、例示として提供されるものであり、本発明の限定であることを意図されるものではない。
【実施例】
【０１５３】
以下の実施例では、亜鉛空気電池セルを準備して試験した。
【０１５４】
実施例１：対照電池セルの準備
Ｚｎ負極、苛性電解質、及びアミンカルボキシレートをベースとする界面活性剤を有する対照セルを準備した。負極準備は、２つのステップのプロセス、すなわち、乾燥亜鉛配合及び電解質準備を要した。亜鉛配合は、Ｚｎ−Ｐｂ−Ｉｎ−Ａｌ合金（９８．９９％ｐｐｍ）、架橋ポリアクリル酸をベースとするゲル化剤（０．３０％）、粘土添加剤（０．２０％）、水酸化インジウム（０．３％）、及びＴｅｆｌｏｎ（商標）粉末（０．０３％）を含んだ。脱イオン水（０．２０％）を、亜鉛配合の間の中間ステップとして追加し、その後、乾燥させた。濃度は、負極内の総亜鉛重量に基づいて指定される。電解質準備ステップでは、適切な量のＫＯＨを脱イオン水で希釈して、ＫＯＨ濃度を３３％に調整した。７５００ｐｐｍのアミンカルボキシレート界面活性剤及び１０００ｐｐｍの第２の架橋ポリアクリル酸をベースとするゲル化剤を追加して、ＫＯＨと混合して、プロセスを完了させた。セルアセンブリの間、配合した亜鉛を、セルサイズ毎に変動される設定比率で負極缶空洞、その後、電解質に分配した。
【０１５５】
実施例２：両性フッ素界面活性剤を用いる電池セルの準備
また、対照と同じ手法で、ただし、アミンカルボキシレートの代わりに、両性フッ素界面活性剤（４０００〜１５０００ｐｐｍ）及び水酸化リチウム（１００００〜２００００ｐｐｍ）を電解質内に含ませた、亜鉛空気セルを準備した。
【０１５６】
実施例３：ＩＧＥＰＡＬ（登録商標）ＣＡ−６３０を用いる電池セルの準備
実施例１に記載されるような対照と同じ手法で、ただし、アミンカルボキシレートの代わりに、式（ＩＩ）の界面活性剤（例えば、ＩＧＥＰＡＬ（登録商標）ＣＡ−６３０）を電解質内に含ませた、他の亜鉛空気セルを準備した。
【０１５７】
以下に提示される実施例では、開示された発明の亜鉛空気セルを、補聴器標準及び無線ストリーミング放電試験下で試験した。試験プロトコルは、後続の段落に詳細に記載される。
【０１５８】
補聴器標準及び無線ストリーミング試験プロトコル下での電池性能の測定
電気化学セルは、米国規格協会（ＡＮＳＩ：Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）試験標準下のいくつかの方法に従って、試験されてもよい。水性電解質を使用する一次補聴器電池の場合、補聴器標準及び無線ストリーミング試験として既知の一対のＡＮＳＩ試験が、セル性能及び寿命を判断する。補聴器標準試験は、１００ミリ秒間に１０ｍＡの一定の電流負荷、その後、１１９分、５９秒、及び９００ミリ秒間に２ｍＡの負荷を続けて加えること、その後、１２時間の休止期間を含む。１日のサイクルは、１２時間の負荷のオン、その後、１２時間の負荷のオフである（または休止期間下にある）。セル動作電圧が１．０５Ｖを下回るまで、そのサイクルを繰り返した。無線ストリーミング試験は、１２時間について、５ｍＡの１５分の負荷と２ｍＡの４５分の負荷を交互に行うこと、及びその後、１２時間の休止期間を含む。（１２時間オン／１２時間オフの）負荷サイクルは、セル動作電圧が１．１Ｖを下回るまで続く。
【０１５９】
図２〜５は、式（Ｉ）の両性フッ素界面活性剤を含有する負極の放電曲線プロファイルを、対照界面活性剤を含有する従来の負極のものと比較する。図６及び７は、それぞれ、補聴器標準及び無線ストリーミングパルス試験について、ＩＧＥＰＡＬ（登録商標）ＣＡ−６３０を含有する負極の放電曲線プロファイルを、対照界面活性剤を含有する従来の負極のものと比較する。いずれの試験の場合も、式（Ｉ）の両性フッ素界面活性剤またはＩＧＥＰＡＬ（登録商標）ＣＡ−６３０が、対照界面活性剤と比べて使用される場合は常に、大きな「頭隙」が、動作電圧と関係のある終点電圧との間に存在する。ＡＮＳＩ試験プロトコルに従って動作している補聴器放電性能が、対照界面活性剤と比べて、式（Ｉ）の両性フッ素界面活性剤の場合及びＩｇｅｐａｌ（登録商標）ＣＡ−６３０の場合に優れていることが明らかである。対照界面活性剤を有する電池は、放電の間にかなり早く終点に達した。
【０１６０】
一定の実施形態が例示及び記載されたが、変更及び修正が、以下の特許請求の範囲に定義されるようなそのより広い態様における技術から逸脱すること無く、当分野における通常の技術知識に従って、その一定の実施形態になされ得ることを理解されたい。
【０１６１】
本明細書に例示的に記載された実施形態は、本明細書に具体的に開示され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い場合に、適切に実施され得る。それゆえ、例えば、用語「備える」、「含む」、「含有する」等は、拡張的にかつ限定無しで読み取られるものとする。更に、本明細書において用いられた用語及び表現は、限定の観点ではなくて、説明の観点として使用されており、かかる用語及び表現の使用において、図示及び記載された特徴またはそれらの部分の任意の同等物を排除するという意図は存在しない。ただし、様々な修正が、特許請求された技術の範囲内で可能であることが認識される。更に、文言「から本質的に成る」は、具体的に列挙された要素及び特許請求された技術の基本的かつ新規な特性に著しく影響を及ぼさない追加的な要素を含むように理解される。文言「から成る」は、指定されない要素を除外する。
【０１６２】
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。多くの修正及び変形が、当業者に明らかになるように、その趣旨及び範囲から逸脱すること無くなされ得る。本開示の範囲内の機能的に同等な方法及び組成が、本明細書に列挙されたものに加えて、前述の記載から当業者に明らかになる。かかる修正及び変形は、添付の特許請求の範囲内に入ることを意図される。本開示は、添付の特許請求の範囲の用語によってのみ、かかる特許請求の範囲が権利を与えられる同等物の全範囲と共に、限定される。本開示は、特定の方法、試薬、化合物組成、または生物系に限定されず、それは、勿論、変動する可能性があることが理解される。また、本明細書において使用される専門用語は、特定の実施形態のみを記載する目的のためのものであり、限定することを意図されないことが理解される。
【０１６３】
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よって記載される場合、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任意の個々の構成要素または構成要素のサブグループによって記載されることを認識するであろう。
【０１６４】
当業者によって理解されるように、任意及び全ての目的のために、特に、書面での記載を提供する観点から、本明細書に開示された全ての範囲はまた、任意及び全ての可能な部分範囲ならびにそれらの部分範囲の組み合わせを包含する。任意の列挙された範囲は、同じ範囲が、少なくとも二等分、三等分、四等分、五等分、十等分などに分解されることを十分に記載する及び可能にするものとして容易に認識され得る。非限定的な実施例として、本明細書に記述された各範囲は、下部３分の１、中央３分の１、及び上部３分の１等に容易に分解され得る。当業者によって理解されるように、全ての言い回し、例えば、「最大〜まで」、「少なくとも」、「よりも大きい」、「よりも小さい」、及び同様のものなどが、列挙されたその数を含み、後に、上述したような部分範囲に分解され得る範囲のことを言う。最後に、当業者によって理解されるように、ある範囲は、個々の構成要素を含む。
【０１６５】
本明細書に言及される全ての刊行物、特許出願、発行された特許、及び他の文書は、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って組み込まれるように具体的かつ個別に示されるかのように、参照によって本明細書に組み込まれる。参照によって組み込まれる文章に含まれる定義は、それらが本開示における定義を否定する限り、除外される。
【０１６６】
他の実施形態は、以下の特許請求の範囲に規定される。
次に、本発明の好ましい態様を示す。
１．  空気正極、亜鉛負極、及び電解質を備える亜鉛空気電池であって、前記電解質が、両性フッ素界面活性剤を含む、亜鉛空気電池。
２．  前記両性フッ素界面活性剤が、ベタイン官能性を含む、上記１に記載の亜鉛空気電池。
３．  前記両性フッ素界面活性剤が、式（Ｉ）の化合物であり、
【化１】
0006667515.tif 000010
式中、
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、及びＲ8が、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、またはシクロアルキル基であり、
Ｘ1が、−Ｃ（Ｏ）−、−ＳＯ2−、−Ｃ（Ｏ）ＮＲa−、−ＳＯ2ＮＲa−、−ＣＯ2−、または−ＳＯ2Ｏ−であり、
Ｒaが、Ｈまたはアルキル基であり、
ｍ及びｐが、それぞれ独立して、０、１、２、３、４、５、または６であり、
ｎ及びｒが、それぞれ独立して、１、２、３、４、または５である、上記１に記載の亜鉛空気電池。
４．    Ｒ1−Ｒ6が、Ｈであり、
Ｒ7及びＲ8が、Ｃ1〜Ｃ4アルキルであり、
Ｘ1が、ＳＯ2であり、
ｎ及びｐが、２であり、
ｍが、４〜６であり、
ｒが、１である、上記１に記載の亜鉛空気電池。
５．  前記両性フッ素界面活性剤が、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−１１１、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−５００、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５０、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５１、ＡＰＦＳ−１４、ＤＹＮＡＸ  ＤＸ３００１、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳＫ、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳ−５００、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせから成る群から選択される、上記１に記載の亜鉛空気電池。
６．  前記両性フッ素界面活性剤が、約２００ｐｐｍから約２００００ｐｐｍまで前記電解質に存在する、上記１に記載の亜鉛空気電池。
７．  前記両性フッ素界面活性剤が、約４０００ｐｐｍから約１５０００ｐｐｍまで前記電解質に存在する、上記１に記載の亜鉛空気電池。
８．    前記電解質が、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸、ジエチレントリアミン、オクチルフェノキシポリエトキシエタノール、式（ＩＩＩ）の化合物、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである界面活性剤を更に含み、
式（ＩＩＩ）として表わされる前記化合物が、
【化２】
0006667515.tif 000011
であり、Ｒ13、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16、Ｒ17、Ｒ18、Ｒ19、Ｒ20、及びＲ21が、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、またはシクロアルキル基であり、
Ｘ2が、ＯまたはＳであり、
Ｘ3が、ＯＨまたはＳＨであり、
ｗが、５〜５０である、上記１に記載の亜鉛空気電池。
９．  Ｒ13が、Ｃ1〜Ｃ12アルキル基であり、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16、Ｒ17、Ｒ18、Ｒ19、Ｒ20、及びＲ21が、それぞれ水素であり、Ｘ2が、Ｏであり、Ｘ3が、ＯＨであり、ｗが、５〜１５である、上記８に記載の亜鉛空気電池。
１０．  Ｒ13が、オクチルまたは１，１，３，３−テトラメチルブチルであり、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16、Ｒ17、Ｒ18、Ｒ19、Ｒ20、及びＲ21が、それぞれ水素であり、Ｘ2が、Ｏであり、Ｘ3が、ＯＨであり、ｗが、５〜１５である、上記８に記載の亜鉛空気電池。
１１．  前記電解質が、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、ポリアクリレートポリマー、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせを更に含む、上記１に記載の亜鉛空気電池。
１２．  前記電解質が、水酸化インジウム、水酸化リチウム、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアニリン、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせから成る群から選択される腐食抑制剤を更に含む、上記１１に記載の亜鉛空気電池。
１３．  前記腐食抑制剤が、水酸化リチウムである、上記１２に記載の亜鉛空気電池。
１４．  前記空気正極と前記亜鉛負極との間にセパレータを更に含む、上記１に記載の亜鉛空気電池。
１５．  前記電解質が、約１００ｐｐｍから約２５０００ｐｐｍまで前記電解質に存在する腐食抑制剤を更に含む、上記１に記載の亜鉛空気電池。
１６．  前記電解質が、ガス抑制添加剤を更に含む、上記１に記載の亜鉛空気電池。
１７．  前記ガス抑制添加剤が、酸化亜鉛、酢酸鉛、酸化ビスマス、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化リチウム、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせである、請求項１６に記載の亜鉛空気電池。
１８．  両性フッ素界面活性剤及び腐食抑制剤を含む電解質。
１９．    前記両性フッ素界面活性剤が、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−１１１、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ−５００、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５０、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ−５１、ＡＰＦＳ−１４、ＤＹＮＡＸ  ＤＸ３００１、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳＫ、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳ−５００、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせから成る群から選択され、
前記腐食抑制剤が、水酸化インジウム、水酸化リチウム、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアニリン、またはそれらの任意の２つ以上の組み合わせから成る群から選択される、上記１８に記載の電解質。
２０．  前記両性フッ素界面活性剤が、約２００ｐｐｍから約２００００ｐｐｍまで前記電解質に存在し、前記腐食抑制剤が、約１００ｐｐｍから約２５０００ｐｐｍまで前記電解質に存在する、上記１８に記載の電解質。
【図１】
0006667515.tif 000014
【図２】
0006667515.tif 000015
【図３】
0006667515.tif 000016
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006667515.tif 000020