(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属空気セルであって、
空気極と、
金属空気セルの第１の壁に位置する水系電解質溶液入口と、
第１の壁と反対の第２の壁に位置する水系電解質溶液出口であって、第１の壁と第２の壁とは、第１の長さを有する、水系電解質溶液出口と、
金属アノードであって、第１の壁と第２の壁との間に配置され、水系電解質溶液の流路は、前記入口から前記出口までであって、金属アノードの表面上である、金属アノードと、
１つ以上の流れ分配要素であって、前記入口の後に位置し、前記アノードの表面上の水系電解質溶液の流れの方向に垂直であり、少なくとも１つの流れ分配要素の長手寸法は、第１の壁にまたは第２の壁に平行である、１つ以上の流れ分配要素と、
１つ以上のスロット付き要素であって、金属アノードに隣り合って位置し、水系電解質溶液の流れを金属アノードの表面上に向け、１つ以上のスロット付き要素は、水系電解質溶液の流れを、電解質溶液の実質的に均等な分布にするように、金属アノードの表面上に向けるように設計されている複数のスリットを含む、１つ以上のスロット付き要素と、
を備える、金属空気セル。
【請求項２】
請求項１の金属空気セルであって、全てのスリットは、ほぼ同じ断面積を有する、金属空気セル。
【請求項３】
請求項１または２に記載の金属空気セルであって、１つ以上の流れ分配要素は、第１の長さの少なくとも２０％の長手寸法を有し、長手寸法は、第１の壁および第２の壁とほぼ平行である、金属空気電池。
【請求項４】
請求項３の金属空気セルであって、少なくとも１つの流れ分配要素は、入口とアノードとの間に位置し、入口から金属アノードまでの水系電解質溶液流れを部分的にブロックする／妨げる、金属空気セル。
【請求項５】
請求項３の金属空気セルであって、少なくとも１つの流れ分配要素は、アノードと出口との間に位置し、少なくとも１つの流れ分配要素が、金属アノードから出口までの水系電解質溶液の直接的な流れを部分的に妨げることができるようになっている、金属空気セル。
【請求項６】
請求項４に記載の金属空気セルであって、少なくとも１つの流れ分配要素は、入口に関してほぼ対称に延びる、金属空気セル。
【請求項７】
請求項５に記載の金属空気セルであって、少なくとも１つの流れ分配要素は、出口に関してほぼ対称に、金属アノード上の流れの方向とほぼ垂直な方向に、延びる、金属空気セル。
【請求項８】
請求項１〜７に記載の金属空気セルであって、スリットのそれぞれの断面と、水系電解質溶液を金属空気セルに提供する要素の断面と、の比は、電解液流動のほぼ均等な分配を金属アノードの表面に生じさせるように決定される、金属空気セル。
【請求項９】
請求項８に記載の金属空気セルであって、比は０．８未満である、金属空気セル。
【請求項１０】
請求項８に記載の金属空気セルであって、水系電解質溶液を金属空気セルに提供する要素の断面は、金属電極と、それに隣り合う第１の壁または第２の壁と、の間で決定される、金属空気セル。
【請求項１１】
請求項８に記載の金属空気セルであって、水系電解質溶液を提供する要素の断面は、金属電極と流れ分配要素との間で決定される、金属空気セル。
【請求項１２】
請求項１に記載の金属空気セルであって、
１つ以上の流れ分配要素は、第１の長さの少なくとも１．５倍に入口から金属アノードまでの流路の長さの延長を生じさせるように設計されている、金属空気セル。
【請求項１３】
請求項１に記載の金属空気セルであって、少なくとも１つの流れ分配要素は、水系電解質溶液の流れを分配するように構成され、水系電解質溶液の流れを少なくとも２つの流れストリームに分割する、または２つ以上の流れストリームを単一の流れにする、金属空気セル。
【請求項１４】
金属空気電池であって、ほぼ同じ寸法を有する２つ以上のセルを備え、セルのそれぞれは、
金属アノードと、
金属アノードの近くに位置する少なくとも１つの空気極と、
第１水系電解質溶液入口であって、水系電解質溶液をセルに導入し、第１断面を有する、第１水系電解質溶液入口と、
１つ以上の流れ分配要素であって、前記入口の後に位置し、前記アノードの表面上の水系電解質溶液の流れの方向に垂直である、１つ以上の流れ分配要素と、
第２水系電解質溶液入口であって、第２断面を有し、第１水系電解質溶液入口を通じて水系電解質溶液を２つ以上のセルに供給する、第２水系電解質溶液入口と、
を備え、
それぞれのセルでの流れに対する抵抗は、ほぼ同じである、金属空気電池。
【請求項１５】
請求項１４に記載の金属空気電池であって、第１断面と第２断面との比は、０．８未満である、金属空気電池。
【請求項１６】
請求項１４または１５に記載の金属空気電池であって、第１水系電解質溶液入口と第２水系電解質溶液入口とは、セル間で電解液流動のほぼ均等な分配にする、金属空気電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
金属空気電池による発電は、空気（Ｏ２）および水の存在下で、金属（通常はアルミニウム）の酸化に基づいている。アルミニウムは、酸素および水と反応し、次の反応に従って水酸化アルミニウムを生成する。
【背景技術】
【０００２】
（１）  ４Ａｌ＋６Ｈ２Ｏ＋３Ｏ２→４Ａｌ（ＯＨ）３＋２．７１ｖ
しかしながら、ほとんどのアルミニウム空気セルは、２．７１ボルトよりも低い電圧（典型的に０．７〜１．５ボルト）で働き、残りのエネルギーは、熱として散逸／放出される。
【０００３】
発電化学反応とは別に、さらに腐食反応が、金属空気電池／セルで起こり得る。一部のアルミニウムは、次の反応に従って水と反応して水酸化アルミニウムおよび水素を生成し得る。
【０００４】
（２）  ２Ａｌ＋６Ｈ２Ｏ→２Ａｌ（ＯＨ）３＋３Ｈ２
【０００５】
両方の上記反応がアノードの表面で起こり、水に溶けない望ましくないＡｌ（ＯＨ）３でアノードを覆うことがある。Ａｌ（ＯＨ）３コーティングの形成は、反応速度および発電速度の低下につながる。この不足を克服するために、アルミニウム空気セルは、ＫＯＨまたはＮａＯＨなどのアルカリ性電解物を水溶液中に含み、以下のように起こる付加反応がある。
【０００６】
（３）  Ａｌ（ＯＨ）３＋ＫＯＨ→Ｋ＋＋Ａｌ（ＯＨ）−４
【０００７】
塩Ｋ＋＋Ａｌ（ＯＨ）−４は、水に溶ける。この反応は、アノード表面からのＡｌ（ＯＨ）３の除去とセルの連続運転とを可能にする。
【０００８】
反応（３）がアノード表面からＡｌ（ＯＨ）３を効果的に除去するように、アルカリ性水溶液の一定流量が、アノード表面に到達しなければならない。複数のアノードが使用される時および／またはアノードが大きな表面を有する時、アルカリ性水溶液の一定流量は、反応（１）の速度と発電の速度および効率とに影響を与え得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
アルミニウム空気電池の比エネルギーは、セルに含まれるアルミニウムのエネルギーの総量で割られる、セルから引き出すことができるエネルギーの量と定義される。任意のアルミニウム空気電池／セルに対して、それの比エネルギーは、アルミニウム燃料の利用を改良することによって向上でき、例えば、アノード付近の水溶液の、実質的に一定の、望ましくは均等な流量を形成することによってである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態に従って金属空気セルが開示され、金属空気セルは、金属アノードと、空気極と、金属空気セルの第１の壁に位置する水系電解質溶液入口と、第１の壁と反対の第２の壁に位置する水系電解質溶液出口と、水系電解質溶液の流れを金属アノードの表面に向けるための１つ以上のスロット付き要素と、を備え、第１および第２の壁は、第１の長さを有し、１つ以上のスロット付き要素は、水系電解質溶液の流れを金属アノードの表面に向ける複数のスリットを含み、スロット付き要素は、金属アノードに隣り合って位置している。
【００１１】
本発明の実施形態によると、全てのスリットは、ほぼ同じ断面積を有し、さらに金属アノードの表面にわたって電解液流動のほぼ均一な分配にする。
【００１２】
本発明のある実施形態によると、金属空気セルが開示され、金属空気セルは、金属アノードと、空気極と、金属空気セルの第１の壁に位置する水系電解質溶液入口と、第１の壁と反対の第２の壁に位置する水系電解質溶液出口と、水系電解質溶液の流れを金属アノードの表面に向ける１つ以上の流れ分配要素と、を備え、第１および第２の壁は、第１の長さを有し、１つ以上の流れ分配要素は、第１の長さの少なくとも１．５倍に入口から金属アノードまでの流路の長さの延長を生じさせるように設計される。
【００１３】
ある実施形態によると、少なくとも１つの流れ分配要素は、水系電解質溶液の流れを分配するように構成され、水系電解質溶液の流れを少なくとも２つの流れストリームに分割する、または２つ以上の流れストリームを単一の流れにし、さらに、１つ以上の流れ分配要素は、アノードの表面上の水系電解質溶液の流れの方向に垂直に位置し、第１の長さから少なくとも２０％の長手寸法を有し、長手寸法は、第１および第２の壁とほぼ平行である。
【００１４】
ある実施形態によると、金属空気電池が開示され、金属空気電池は、ほぼ同じ寸法を有する２つ以上のセルを備え、セルのそれぞれは、金属アノードと、金属アノードの近くに位置する少なくとも１つの空気極と、水系電解質溶液をセルに導入する第１の断面を有する第１水系電解質溶液入口と、第１水系電解質溶液入口を通じて水系電解質溶液を２つ以上のセルに供給するための第２水系電解質溶液入口と、を備え、それぞれのセルでの流れに対する抵抗は、ほぼ同じである。金属空気電池のある実施形態によると、第１断面と第２断面との比は、０．８未満である。電池のある実施形態によると、第１水系電解質溶液入口と第２水系電解質溶液入口とは、セル間で電解液流動のほぼ均等な分配にする。
【００１５】
本発明と見なされる内容が、特に指摘され、明細書の結論部分で明確に請求される。しかしながら、本発明は、その目的、特徴、および利点と共に、機構および動作方法の両方に関して、添付図面と共に読まれる場合に以下の詳細な説明を参照することによって、最も良く理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本発明のある実施形態による例示的な金属空気電池の概要図である。
【図１Ｂ】本発明のある実施形態による例示的な金属空気電池の概要図である。
【図２】本発明のある実施形態による例示的な金属空気電池の図である。
【図３】本発明のある実施形態による例示的な金属空気電池の図である。
【図４】本発明のある実施形態による例示的な金属空気セルの図である。
【図５】本発明のある実施形態による金属空気電池のシャント電流の図である。
【００１７】
当然のことながら、説明を明確におよび簡潔にするために、図に示されている要素は、必ずしも正確な縮尺率ではない。例えば、一部の要素の寸法は、明確にするために、他の要素に対して誇張されることがある。さらに、適切と考えられる限り、対応するまたは類似する要素を示すために、符号が図の間で繰り返されることがある。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のある実施形態は、金属空気セルおよび電池の改良された構造に関連し得る。改良された構造は、エネルギー損失を防ぐおよび随意になくすことによって、金属空気セルのエネルギー効率を高めることができる。エネルギー損失は、腐食の増加、セル間の望ましくない電気的相互作用、およびセルのアノードの作動中の偏った消耗から生じる。
【００１９】
図１Ａおよび図１Ｂをこれから参照し、図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれ、本発明のある実施形態による金属空気セル１０Ａ，１０Ｂの概要図である。アノード１、カソード（空気極）２および間隙３を表す線は、概要であり、実在する３次元要素を表すことができ、例えば、図の平面に垂直なプレート、およびそれらの間の間隙である。セル１０Ａおよび１０Ｂは、金属空気電池に含まれてよい。図１Ａは、セル１０Ａを表す。セル１０Ａは、金属アノード１、少なくとも１つの空気極２、および水系電解質溶液入口４を含むことができる。例示的な金属アノード１は、アルミニウム陽極、亜鉛陽極または同種のものであってよく、またはそれらを含むことができる。
【００２０】
空気極２は、間隙３が空気極２と金属アノード１との間に形成されるように、金属アノード１の近くに位置することができる。セルの活性化中に、アノード１と空気極２との間の間隙３を、アルカリ性電解質水溶液で満たすことができる。水系電解質溶液は、入口４を通じて入ることができ、出口５を通じて出ることができる。反応（１）および（２）による生成物の除去に加えて、水系電解質溶液は、反応（１）および（２）のために水を提供することができ、さらにアノード１から熱を除去するのに関与することができる。
【００２１】
図１Ｂは、セルを表す。セルは、ほぼ同じ寸法を有する２つ以上のアノード１を含むことができ、一連のセル（セル１０Ａなど）を形成する。セルは、互いに電気的に接続されることができる。共通平面で互いにほぼ平行に示されているセルは、例としてのみ挙げられ、本発明は、セルおよび／またはセル（すなわち、電池）のアノードの特定の配置に限定されない。例えば、アノードは、互いにほぼ平行に、円形、正方形、または三角形配置で配置されることができ、円筒形（矩形または角柱）電池を形成する。ある実施形態では、アノードは、互いに平行でないかもしれない。
【００２２】
ある実施形態では、セル１０Ｂまたは１０Ａ、アノード１、空気極２および間隙３の寸法は、セル中の電解質の流れ分配に影響を与え得る。図２は、本発明のある実施形態による金属空気電池の詳細な概要図である。金属空気電池２００は、２つ以上のセル２０２、および第２水系電解質溶液入口２１を含むことができる。セル２０２のそれぞれは、金属アノード１、少なくとも１つの空気極２、および第１水系電解質溶液入口４を含むことができる。空気極２は、間隙３が空気極２と金属アノード２との間に形成されるように、金属アノード２の近くに位置することができる。第１水系電解質溶液入口４は、第１断面積ｄ１を有し得る。第２水系電解質溶液入口２１は、水系電解質溶液２０４を、第１水系電解質溶液入口４を通じて２つ以上のセル２０２に供給することができる。水系電解質溶液２０４は、入口４からアノード１と空気極２との間の間隙３に流れる。
【００２３】
第２水系電解質溶液入口２１は、入口２１での水系電解質溶液２０４の流れの方向に対し垂直に測定した断面積ｄ２を有し得る。ｄ１およびｄ２の寸法は、各セルでの流れに対する抵抗が実質的に同じになるように、決定される。アノード１の長さはｌ１であることができ、２つの連続したアノード間の距離はｌ２であることができ、電池の全長はｌｂａｔｔであることができる。アノード１の長さと、２つの連続したアノード間の距離と、電池の全長と、第１および第２断面とは、セル２０２のそれぞれと電池２００とを通る流れが一定で一様に保たれることができるように、決定され得る。さらに、水系電解質溶液の流れに対するセルの流路の抗力（例えば、流体の流れに対する抵抗）は、セルに沿って実質的に一定であることができる。
【００２４】
流れに与えられる抗力は、各流路の断面積の大きさに反比例し、その流路の長さに直接関係し得る。ある実施形態では、第１断面と第２断面との比ｄ１／ｄ２は、０．８未満であってよい。小さいｄ１／ｄ２比を有することによって、それぞれのセル２０２での流れに対する入口２１の断面積ｄ２の影響を、それぞれの入口４を通る流れによって作り出される抗力に比べて無視できるようになる。流れは、従って入口４の断面積ｄ１によって実際的に決定されることができ、入口４の全ての流路がほぼ同じ断面積および同じ長さを有するので、セルを通る流れは、ほぼ等しくなることができる。
【００２５】
セルの中でのまたは電池での電流に対するオーム抵抗は、電流経路の長さに概して正比例し、その経路の断面積に反比例する。電池２００に含まれる複数のセルの第１セル２０２を通るオーム抵抗Ｒ１は、電解質が流れる流路の寸法に比例する。オーム抵抗Ｒ１は、以下の方程式に比例する。
【００２６】
Ｉ．  Ｒ１＝（ｌ１＋ｌｂａｔｔ）／ｄ１
【００２７】
電池２００に含まれる複数のセルからの第２セル２０２の電流に対するオーム抵抗は、以下の方程式に比例する。
【００２８】
ＩＩ．  Ｒ２＝（ｌ１＋ｌｂａｔｔ）／ｄ１＋ｌ２／ｄ２
【００２９】
例えば、ｄ１＝４０ｍｍ２，ｄ２＝２００ｍｍ２，セル長さｌｂａｔｔ＝１６０ｍｍ，ｌ１＝１８０ｍｍおよびｌ２＝２０ｍｍの場合である。Ｒ１もＲ２も約１３であり、従って、両方のセルでのオーム抵抗および水溶液流量は、大体同じである。
【００３０】
図３についてこれから言及される。図３は、本発明のある実施形態による金属空気電池３００の図表示である。金属空気電池３００は、Ｎセル３０２を含むことができる。セル３０２のそれぞれは、実質的に同じ部品を含むことができ、図２で示されて上述されたセル２０２とほぼ同じ物理的寸法を有することができる。水系電解質溶液３０４は、第２水系電解質溶液入口３１を通じて電池３００に入ることができ、水系電解質溶液出口３２を通じて電池３００を出ることができる。そのような配置では、ｉ番目のセル（１＜ｉ＜Ｎ）を通るオーム抵抗は、以下に比例し得る。
【００３１】
ＩＩＩ．  Ｒｉ＝（ｉ−ｌ）×（ｌ２／ｄ２）＋（ｌ１＋ｌｂａｔｔ＋ｌ１）／ｄ１＋（ｎ−ｉ）×（ｌ２／ｄ２）
（ｉ−ｌ）×（ｌ２／ｄ２）は、セルｉの前に位置する流路のオーム抵抗に関係し、（ｎ−ｉ）×ｌ２／ｄ２は、セルｉの後に位置する流路のオーム抵抗に関係する。従って、セルｉごとに、セルを通るオーム抵抗は、同じ値（ｌ１＋ｌｂａｔｔ＋ｌ１）／ｄ１＋（ｎ−ｌ）×ｌ２／ｄ２に比例し、セル全体にわたってほぼ均一であることができる。
【００３２】
ある実施形態では、セル３０２間の水系電解質溶液３０４の均等な分布は、放熱の均一性、Ｈ２除去、および反応（１）および反応（２）による生成物の除去を確実にし得る。結果として、電池３００などの電池での他のセルに比べた一つのセルの電圧降下が低減されることができ、セルのアノードが均等に消費されることができ、それは、電池３００に含まれている金属のより高い利用につながり得る。上記の全ては、電池３００のより高いエネルギー効率をもたらし得る。
【００３３】
本発明のある様相は、様々な流れ案内要素を用いて各セルでアノードの表面に水系電解質溶液の流れを向けることに関し得る。図４は、本発明のある実施形態による、金属空気電池の図である。２つ以上の金属空気セル４００が、本発明のある実施形態による電池２００または電池３００などの金属空気電池に含まれてよい。複数のセル４００が、セルファームに含まれてよい。
【００３４】
金属空気電池４００は、金属アノード１、空気極２（図２に示されている）、水系電解質溶液入口４１、水系電解質溶液出口４６、および１つ以上の流れ案内要素、例えば、流れ分配要素４３および／またはスロット付き要素４４を含むことができ、流れ案内要素は、水系電解質溶液４０４の流れを金属アノード１の表面上に向ける。金属アノード１および空気極２は、図１および２に関して上述された金属アノード１および空気極２と実質的に同じである。
【００３５】
水系電解質溶液４０４は、（図２の流路２１または図３の流路３１などの流路を通じて水系電解質溶液４０４で満たされ得る）水系電解質溶液入口４１を通じて入ることができる。水系電解質溶液入口４１は、金属空気セルの第１の壁４７に位置することができる。溶液４０４は、流れ分配要素４３が存在することによって形成される液圧流路４２を通って流れることができ、流れ分配要素４３は、水系電解質溶液流れの妨げになって位置する。水系電解質溶液４０４は、水系電解質溶液出口４６を通じてセル４００を出ることができる。水系電解質溶液出口４６は、第１の壁４７と反対側の第２の壁４８に位置することができる。第１の壁４７および第２の壁４８は、セル４００の幅Ｗｃｅｌｌに等しい第１の長さを有することができる。
【００３６】
セル４００は、いくつかの流れ分配要素４３を含むことができ、流れ分配要素４３は、溶液入口４１からアノード１への水系電解質溶液４０４の流路の長さの実質的な延長を与えることができる。入口４１から流れ分配要素４３に沿った水系電解質溶液４０４流路は、第１の長さＷｃｅｌｌの少なくとも１．５倍に入口から金属アノードまでの流路の長さの延長を生じさせるように設計され得る。電解質溶液の流路が長ければ長いほど、セルのオーム抵抗は大きくなる。この配置は、アノード１のほぼ表面全体上の水系電解質溶液４０４のほぼ均一な流れと、アノード間のシャント電流に対する水系電解質溶液の高いオーム抵抗と、を確実にし得る。シャント電流の望ましくない効果は、図５に関して以下で論じられる。
【００３７】
ある実施形態では、１つ以上の流れ分配要素４３が、金属アノード１の表面上の水系電解質溶液４４の流れの方向に垂直に位置することができる。流れ分配要素４３は、第１の長さＷｃｅｌｌの少なくとも２０％の長手寸法を有し得る。分配要素４３の長手寸法は、第１の壁４７および／または第２の壁４８と実質的に平行であり得る。ある実施形態では、１つ以上の流れ分配要素４３が、第１の壁４７および／または第２の壁４８の少なくとも１つから第１の距離で位置することができる。
【００３８】
少なくとも１つの流れ分配要素４３は、入口４１の後に位置することができ、少なくとも１つの流れ分配要素４３が、入口４１から金属アノード１までの水系電解質溶液流れを少なくとも部分的にブロックできるようにする。水系電解質溶液４０４は、入口４１に入ることができ、流れの速度を落として流れを分割し得る第１の流れ分配要素４３に向かうことができる。図４に示されているように、流れ分配要素４３は、水系電解質溶液４０４の流れを分配するように構成することができ、水系電解質溶液の流れを少なくとも２つの流れストリームに分割する、または２つ以上の流れストリームを単一の流れにする。少なくとも２つのストリームは、長手寸法の少なくとも部分に沿って流れ分配要素４３の終わりまで流れることができ、要素４３を越えてアノード１に到達する。少なくとも１つの流れ分配要素４３は、入口４６に関してほぼ対称に位置することができる。追加的にまたは代替的に、流れ分配要素４３は、入口４１と金属アノード１との間の任意の場所に位置することができる。
【００３９】
ある実施形態では、少なくとも１つの流れ分配要素４３は、アノード１と出口４６との間に位置することができ、少なくとも１つの流れ分配要素４３が、金属アノード１から出口４６までの水系電解質溶液４０４の直接的な流れを少なくとも部分的に妨げることができるようにする。少なくとも１つの流れ分配要素４３は、出口に関してほぼ対称に位置することができ、アノード１上の水系電解質溶液の方向とほぼ垂直な方向に延びる。追加的にまたは代替的に、流れ分配要素４３は、出口４６と金属アノード１との間の任意の場所に位置することができる。
【００４０】
ある実施形態では、セル４００は、電解液流動をアノード１の表面に向けるための１つ以上のスロット付き要素４４を含むことができる。少なくとも１つのスロット付き要素４４は、複数のスリット４９を含むことができ、水系電解質溶液の流れを金属アノード１の表面に向ける。スロット付き要素は、金属アノードに隣り合って位置することができる。本発明のある実施形態によると、全てのスリット４９は、ほぼ同じ断面積を有し得る。スリット４９は、金属アノード１の表面にわたって電解液流動のほぼ均一な分配にするように設計することができる。
【００４１】
ある実施形態では、スリット４９のそれぞれは、断面Ａを有し得る。スリット４９のそれぞれの断面Ａと、水系電解質溶液を金属空気セルに提供する要素の断面と、の比は、電解液流動のほぼ均等な分配を金属アノード１の表面に生じさせるように決定される。ある実施形態では、比は０．８未満であってよい。ある実施形態では、水系電解質溶液を金属空気セルに提供する要素の断面４４０は、金属電極と、それに隣り合う第１の壁５７または第２の壁５８と、の間で決定され得る。ある実施形態では、水系電解質溶液を提供する要素の断面４３０は、金属電極と流れ分配要素４３との間で決定され得る。
【００４２】
断面Ａは、水系電解質溶液を金属空気セルに提供する要素の断面よりも実質的に小さくてよい。例えば、水系電解質溶液を金属空気セルに提供する要素の断面は、金属電極と、それに隣り合う第１の壁５７または第２の壁５８と、の間の距離、または金属電極と流れ分配要素４３との間の距離、およびセル４００の高さ（図示せず）、に基づいて決定され得る。それぞれのスリット４９の断面は、それぞれのスリットの幅（図に示すように）およびそれぞれのスリットの高さ（図示せず）に基づいて決定され得る。それぞれのスリットの高さは、セル４００の高さよりも実質的に小さくてよく、スリット４９の幅は、距離４３０および４４０よりも実質的に小さくてよい。
【００４３】
シャント電流は、異なるセル／サブセル間の瞬時電圧の差に起因する、セルの中の水系電解質溶液を通して生じる電流と定義することができる。ある実施形態では、隣り合うセル（３０２１，３０２２等）間のシャント電流を減少させるために、流路の長さは、流れ案内要素として使用される特別に設計された構造要素を含めることによって、シャント電流に対する各電気路のオーム抵抗を増加させるために、延長されることができ、流れ案内要素は、水系電解質溶液４０４流路（例えば入口４１から出口４６までおよびアノード上）をセルの長さよりも少なくとも１．５倍長くすることができる。
【００４４】
シャント電流の作用は、図５および伴う本文に関してより良く理解され、それは電池５００の部分図を概略的に示す。電池５００は、図４に示されているように少なくとも１つの流れ分配要素４３を含むことができる。流れ分配要素４３があることにより、流れは、入口４１から入り、液圧流路４２に流れ込む２つのストリームに分かれ、流路長さを延長してその流路に沿った水系電解質溶液の電気抵抗を増加させるようになっている。その結果として、電解質を通じて電気的に接続され、相対電圧で互いに異なる、カソードおよび隣り合うセルのアノードは、液圧的に互いに離れることができ、電解質流距離にわたる電解質のオーム抵抗は、セル間のシャント電流を無視できる電流に減らすのに十分であり得る。要素４３の流れ分配器は、水系電解質溶液が直接入口４１からおよびアノード１上を流れるのを阻止し、上述のように水系電解質溶液の均一な流れを生じさせる。
【００４５】
スロット付き要素４４は、アノード１の表面上に水系電解質溶液の均一な流れおよび均一な分配を生じさせる。セル４００は、少なくとも１つのスロット付き要素４４を含むことができる。全てのスリット４９がほぼ同じ面積を有し得るので、それぞれのスリットによって与えられる流れ抵抗は、ほぼ同じであり得る。ある実施形態では、スリット４９の面積と、液圧流路４２の断面の面積と、の比は、流路寸法（例えば、セル壁とアノードとの間の断面領域４４０または流れ分配要素４３とアノードとの間の断面領域４３０）がもたらすオーム抵抗への影響が、狭いスリット４９の影響に比べて無視できるように、なっている。スロット付き要素４４が、複数のスリット４９を含む時、オーム抵抗への影響は、各スリットの面積によって決定される。スリットがほぼ同じ面積を有する場合、それぞれのスリットによるオーム抵抗は、ほぼ同じであり得る。
【００４６】
ある実施形態では、図４に示されているように、セル４００は、２つのスロット付き要素４４と、２つの流れ分配要素４３と、を含むことができる。水系電解質溶液は、入口４１から入り、流れ分配要素４３によって２つのサブストリーム４２に分かれ、スリット４９を介してアノード１の表面を流れることができる。水系電解質溶液は、アノードの反対側でスリット４９を介してアノード１の表面を出て、２つのサブストリーム４２に分かれ、出口４６を介してセルを出ることができる。その結果として、アノード１の表面での水系電解質溶液の均一な流れになることができ、アノードの表面全体で反応（３）が一様に起こり、従って、アノード全体が反応（１）および反応（２）の生成物から均一に広く清浄されることができる。これは、アノードの表面積のより高い利用をもたらし、従ってより高い電圧になり、それは、セルの金属のより高いエネルギー的利用を意味する。
【００４７】
数に関して例示的な実施形態では、電池は、複数のセル（例えば、セル２０２，３０２または４００）を含むことができ、複数のセルはＷｃｅｌｌ＝１６０ｍｍの幅をそれぞれ有する。２つの隣り合うセル間の距離は、Ｗ１＝２０ｍｍである。２つの隣り合うセルを考える場合、セル間の電解質の電気抵抗は、単純なセルが使用されるならば、Ｄ１＝２０ｍｍに線形比例し、例えば図１に示されているセルである。本発明の実施形態によるセル（例えば図４に示されているようなセル）が使用される時、セル間の電解質の電気抵抗は、１．５×Ｗｃｅｌｌ＋Ｗ１＋１．５×Ｗｃｅｌｌ＝５００ｍｍに線形比例する。
【００４８】
本発明による、ある金属空気電池では、セルの電圧は、０．７ｖ〜１．５ｖであってよい。図５についてこれから言及され、図５は、少なくとも２つのセル５００Ａおよび５００Ｂを備える電池５００における典型的なシャント電流の図を表す。バッテリ５００は、セル５００Ａに含まれるアノード５１および空気極５２と、セル５００Ｂに含まれるアノード５３および空気極５４と、を含むことができる。アノード５１とカソード（空気極）５２との間のセル５００Ａでの電圧は、Ｖ１（例えば、１．２ボルト）であり得る。同様に、アノード５３とカソード（空気極）５４との間のセル５００Ａでの電圧は、Ｖ２（例えば、１．２ボルト）であり得る。空気極５２は、コンタクト５５を通じてアノード５３に電気的に接続されることができ、従って、アノード５１と空気極５４との間の電圧は、Ｖ１＋Ｖ２（例えば、２．４ボルト）であり得る。しかしながら、全てのセルは、同じ水系電解質溶液を共有しているので、電解質を通じて、それらの間で「電気的短絡」する。水系電解質溶液によって作り出された電流は、ここで「シャント電流」と称され、図５で電流５７として概略的に示されている。電流５７は、電池によって生成される使用可能電流５５Ａから差し引かれ得る。その結果として、セルの一部のエネルギーは、電池の電気出力で送出されるよりも、シャント電流によって消費され得る。別の起こり得る副次的影響は、水の分解であり、それは、エネルギー損失に加えて、Ｏ２およびＨ２の発生をもたらす。本発明のある実施形態によるセル構造を使用することによって、電池のシャント電流の量を低減でき、水の分解の副次的影響を改善できる。
【００４９】
本発明のある特徴がここに示されて説明されたが、多くの改良、置換、変更、および等価物を当業者は今や思い当たる。従って、添付の「特許請求の範囲」は、本発明の真の趣旨内に含まれるそのような改良および変更を全てカバーするよう意図されていることが、理解されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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