(57)【要約】  少なくとも２つのキャビティ壁によって区画されたセルキャビティを有するセルボディを備えた連続供給電気化学セル。キャビティ壁の１つは、垂直線に対して傾斜している。複数の障壁は、垂直線に対して傾斜したキャビティ壁に接続されている。電気化学的に活性な粒子は、セルキャビティ内に収容される。電解質溶液もまたセルキャビティ内に収容される。カソード集電体は、垂直線に対して傾斜したキャビティ壁、電気化学的に活性な粒子、および電解質溶液に作動的に接続される。アノード集電体は、垂直線に対して傾斜したキャビティ壁、電気化学的に活性な粒子、および電解質溶液に作動的に接続される。【選択図】図１
2010539654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード集電体と、
カソード集電体と、
前記アノード集電体と前記カソード集電体との間の電子的絶縁セパレータと、
前記アノード集電体および前記カソード集電体に作動的に接続され、垂直線に対して５°〜２０°の角度をなすセルキャビティと、
前記セルキャビティ内の電気化学的に活性な粒子と、
前記セルキャビティ内の電解質溶液と、
前記セルキャビティに延びる少なくとも１つの障壁と、
を備えたことを特徴とする連続供給電気化学セル装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの障壁は、導電性の障壁である請求項１に記載の連続供給電気化学セル装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの障壁は、非導電性の障壁である請求項１に記載の連続供給電気化学セル装置。
【請求項４】
前記アノード集電体に沿って延びる仕切り壁を含み、
前記少なくとも１つの障壁は、前記仕切り壁に対して垂直に延びる請求項１に記載の連続供給電気化学セル装置。
【請求項５】
前記カソード集電体は空気カソードである請求項１に記載の連続供給電気化学セル装置。
【請求項６】
前記セルキャビティは、前記アノード集電体、前記カソード集電体、前記電子的絶縁セパレータ、および、前記アノード集電体、前記カソード集電体、および前記電子的絶縁セパレータに対して非平行なセル壁によって形成される請求項１に記載の連続供給電気化学セル装置。
【請求項７】
導電性セル壁を含み、
連続供給電気化学セル装置は、電位差により電力を生成し、
前記セルキャビティは、前記カソード集電体および前記導電性セル壁により形成され、
前記セル壁は、前記カソード集電体と前記導電性セル壁との間の電位差による電力生成が可能な前記アノード集電体である請求項１に記載の連続供給電気化学セル装置。
【請求項８】
導電性セル壁を含み、
連続供給電気化学セル装置は、電位差により電力を生成し、
前記セルキャビティは、前記カソード集電体および前記セル壁により形成され、
電力は、前記カソード集電体と前記導電性セル壁との間の電位差、および前記カソード集電体と前記アノード集電体との間の電位差により生成される請求項１に記載の連続供給電気化学セル装置。
【請求項９】
少なくとも２つのキャビティ壁により区画され、前記キャビティ壁の１つが垂直線に対して傾斜したキャビティ壁であるセルキャビティを有するセルボディと、
垂直線に対して傾斜した前記キャビティ壁から延びる少なくとも１つの障壁と、
前記セルキャビティ内の電気化学的に活性な粒子と、
前記セルキャビティ内の電解質溶液と、
垂直線に対して傾斜した前記キャビティ壁、前記電気化学的に活性な粒子、および前記電解質溶液に作動的に接続されたカソード集電体と、
垂直線に対して傾斜した前記キャビティ壁、前記電気化学的に活性な粒子、および前記電解質溶液に作動的に接続されたアノード集電体と、
を備えたことを特徴とする連続供給電気化学セル装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの障壁は、導電性の障壁である請求項９に記載の連続供給電気化学セル装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの障壁は、非導電性の障壁である請求項９に記載の連続供給電気化学セル装置。
【請求項１２】
垂直線に対して傾斜した前記キャビティ壁は、垂直線に対して５°〜２０°の角度で垂直線に対して傾斜している請求項９に記載の連続供給電気化学セル装置。
【請求項１３】
垂直線に対して傾斜した前記キャビティ壁は、垂直線に対して５°〜２０°の角度で垂直線に対して傾斜し、
前記電気化学的に活性な粒子は、垂直線に対して５°〜２０°の角度で垂直線に対して傾斜している前記キャビティ壁に沿って流れ、
前記少なくとも１つの障壁は、垂直線に対して５°〜２０°の角度で垂直線に対して傾斜している前記キャビティ壁に対して垂直である請求項９に記載の連続供給電気化学セル装置。
【請求項１４】
前記カソード集電体は空気カソードである請求項９に記載の連続供給電気化学セル装置。
【請求項１５】
前記セルキャビティは、開放端を有し、
前記電気化学的に活性な粒子は、前記セルキャビティ内に入り、前記セルキャビティ内を一方向に通過し、
前記キャビティ壁間の間隔は、前記セルキャビティ全域での電気化学的に活性な粒子の架橋と、前記電気化学的に活性な粒子間における空間の形成とを促進し、
前記キャビティ壁に沿った任意地点での前記キャビティ壁間の前記間隔と、当該任意地点での前記電気化学的に活性な粒子の平均直径との比は、約１〜７の範囲である請求項９に記載の連続供給電気化学セル装置。
【請求項１６】
前記連続供給電気化学セルは、亜鉛／フェリシアン化物セルであり、
前記カソード集電体は、フェリシアン化物イオンの減少を補助する多孔性の不活性電極であり、
前記電解質溶液は、フェロシアン化物およびフェリシアン化物を含む電解質溶液である請求項９に記載の連続供給電気化学セル装置。
【請求項１７】
少なくとも２つの非平行なキャビティ壁によって区画され、前記非平行なキャビティ壁の１つが垂直線に対して５°〜２０°の角度で垂直線に対して傾斜している非平行なキャビティ壁であるテーパ状のセルキャビティを有するセルボディと、
垂直線に対して傾斜している前記非平行なキャビティ壁に接続された少なくとも１つの障壁と、
前記テーパ状のセルキャビティ内の電気化学的に活性な粒子と、
前記テーパ状のセルキャビティ内の電解質溶液と、
垂直線に対して傾斜している前記非平行なキャビティ壁、前記電気化学的に活性な粒子、および前記電解質溶液に作動的に接続されたカソード集電体と、
垂直線に対して傾斜している前記非平行なキャビティ壁、前記電気化学的に活性な粒子、および前記電解質溶液に作動的に接続されたアノード集電体と、
前記カソード集電体と前記アノード集電体との間に配置された多孔性の電子的絶縁セパレータと、
を備えたことを特徴とする連続供給電気化学セル装置。
【請求項１８】
垂直線に対して傾斜した前記非平行なキャビティ壁は、垂直線に対して５°〜２０°の角度で垂直線に対して傾斜し、
前記電気化学的に活性な粒子は、垂直線に対して５°〜２０°の角度で垂直線に対して傾斜した前記非平行なキャビティ壁に沿って流れ、
前記少なくとも１つの障壁は、垂直線に対して５°〜２０°の角度で垂直線に対して傾斜した前記非平行なキャビティ壁に対して垂直である請求項１７に記載の連続供給電気化学セル装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの障壁を有する前記アノード集電体に沿って延びる仕切り壁を含み、
前記少なくとも１つの障壁は、前記仕切り壁に対して垂直に延びる請求項１７に記載の連続供給電気化学セル装置。
【請求項２０】
前記テーパ状のセルキャビティは、開放端を有し、
前記電気化学的に活性な粒子は、前記テーパ状のセルキャビティ内に入り、前記テーパ状のセルキャビティ内を一方向に通過し、
前記非平行なキャビティ壁間の間隔は、前記テーパ状のセルキャビティ全域での電気化学的に活性な粒子の架橋と、前記電気化学的に活性な粒子間における空間の形成とを促進し、
前記非平行なキャビティ壁に沿った任意地点での前記非平行なキャビティ壁間の前記間隔と、当該任意地点での前記電気化学的に活性な粒子の平均直径との比は、約１〜７の範囲である請求項１７に記載の連続供給電気化学セル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
合衆国政府は、ローレンス・リヴァーモア国立研究所の運営に関する合衆国エネルギー省とカリフォルニア大学との間の契約Ｗ−７４０５−ＥＮＧ−４８にしたがって本発明に一定の権利を有する。
【０００２】
本発明は、電気化学セル（electrochemical cells）に関し、特に連続供給（continuous-feed）電気化学セルに関する。
【背景技術】
【０００３】
１９７９年４月３日にFrank Solomonらに発行された、攪拌スラリーを備えた電気化学セルについての合衆国特許第４，１４７，８３９号は、技術情報について次のような状況を開示している。「粉末形状の活性金属が電極である電気化学ユニットセルのバッテリでは、セル電解質中の粉末金属をスラリー化することで、高速反応を高効率で得ることができる。スラリー化は、各セル内で完全に実施される。そのため、放電時のセルへの電解質の移動あるいはセルからの電解質の移動が不要である。このようなバッテリは、車への電力供給に適している。このセルを有するバッテリは、空になった後、加圧あるいは真空にすることで充填することができる。ある実施形態では、各セルにおいて、各セル中で形成された放電生成物から活性金属を再生することができる」。
【０００４】
１９９３年２月９日にAvner Brokmanらに発行された、金属空気バッテリ用電極、および、これを備えた燃料電池および金属空気バッテリについての合衆国特許第４，１４７，８３９号は、技術情報について次のような状況を開示している。「・・・酸素リッチな電解質と、そこへ酸素を供給するための非混和有機溶液とを組み合わせた空気カソード、さらに、これを搭載した金属空気バッテリおよび水素酸素燃料電池を提供する」。
【０００５】
１９９５年７月１８日にJohn F Cooperに発行された、非充填微粒子電極（nonpacking particulate electrode）を備えた連続供給電気化学セルについての合衆国特許第５，４３４，０２０号は、技術情報について次のような状況を開示している。「非充填の電解質透過性層（electrochemically-permeable bed）中にある電気化学的に活性な粒子の完全な消費が可能な電気化学セルは、キャビティ（cavity）全域での粒子の架橋を促進する距離だけ離れた２つの平行でない表面で囲まれたテーパ状のセルキャビティを有する。空隙／粒子サイズ比は、粒子が消費され、大きさが小さくなり、セルの入口点からより狭い終点に移動するように維持される。この構造のセルは、セルの活性領域全体での空隙全域にわたる微粒子架橋と、これに関連した空間（voids）の形成および崩壊の繰り返しによって動的定常状態に維持された低充填密度の層を支持する。このセル設計は、燃料補給可能な亜鉛／空気セルおよび亜鉛／フェロシアン化物（ferrocyanide）蓄電池に適用することができる」。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の特徴と利点は、以下の説明で明らかになるであろう。出願人らは、本発明の広範な説明のために、図面と具体的な実施形態の例を含むこの説明を提供する。本発明の精神と範囲を逸脱しない様々な変形および変更が、この説明から、また本発明の実施によって、当業者に明らかになるであろう。本発明の範囲は、開示された構成に限定されるようには意図されておらず、本発明は、請求項によって定義される本発明の精神および範囲に含まれる全ての変更、等価物（同等物）、および代替物を対象とする。
【０００７】
連続供給電気化学セルの格納容器表面（containment surface）が垂直線（鉛直線）に対して５°〜２０°の角度で傾斜し、傾斜角が安息角（angle of repose）を上回る場合、電気化学的に活性な粒子は供給プロセスにおいて表面上を滑り落ちやすい（スライドしやすい）。また、小さい粒子はセルの底部に堆積しやすい。これにより、粘性抵抗によって液体の流れが減少する底部において、セルが詰まりやすくなってしまう。
【０００８】
本発明は、この課題を解消する連続供給電気化学セルを提供する。複数の障壁（a series of barriers）が、傾斜した格納容器表面に取り付けられる。この障壁は、導電性であっても非導電性であってもよい。この障壁は、粒子のスライド方向に対して垂直であり、粒子の移動を遅くするが粒子の落下を妨げない。これにより、連続供給電気化学セルが２つの領域に分割される。２つの領域とは、傾斜した格納容器表面に対して粒子が垂直に移動する、傾斜した格納容器表面に近い領域と、傾斜した格納容器表面に対して粒子が主に平行に移動する、傾斜した格納容器表面から離れた領域である。障壁は、層全体には及ばず、粒子の移動の抵抗を増大させる。
【０００９】
本発明は、少なくとも２つのキャビティ壁（cavity walls）によって区画されたセルキャビティを有するセルボディを備えた連続供給電気化学セルを提供する。キャビティ壁の１つは、垂直線に対して傾斜している。この垂直線に対して傾斜したキャビティ壁は、垂直線に対して５°〜２０°の角度で傾斜している。複数の障壁は、垂直線に対して傾斜したキャビティ壁に連結されている。電気化学的に活性な粒子は、セルキャビティ内に収容される。電解質溶液もセルキャビティ内に収容される。カソード集電体は、垂直線に対して傾斜したキャビティ壁に作動的に（operatively）連結され、また電気化学的に活性な粒子に作動的に接続され、さらに電解質溶液に作動的に接続されている。アノード集電体は、垂直線に対して傾斜したキャビティ壁に作動的に連結され、また電気化学的に活性な粒子に作動的に接続され、さらに電解質溶液に作動的に接続されている。電子的絶縁セパレータは、アノード集電体とカソード集電体の間に配置されている。ある実施形態では、仕切り壁（screen）がアノード集電体に沿って延在し、障壁が仕切り壁に対して垂直に延在している。
【００１０】
本発明は、変更および代替形態の余地がある。具体的な実施形態が例として示される。本発明が、開示される特定の形態に限定されないことは理解されるべきである。本発明は、本発明は、請求項によって定義される本発明の精神および範囲に含まれる全ての変更、等価物（同等物）、および代替物を対象とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
添付の図面は、明細書に組み込まれてその一部を構成するものであり、本発明の具体的な実施形態を図示する。また、この図面は、上述した本発明の概要、および具体的な実施形態の詳細な説明とともに、本発明の原理の説明に供するものである。
【図１】図１は、本発明にしたがって構成された連続供給電気化学セルの一実施形態を示す図である。
【図２】図２は、本発明にしたがって構成された連続供給電気化学セルのアノードおよび仕切り壁の具体例を示す図である。
【図３】本発明にしたがって構成された連続供給電気化学セルのアノードおよび仕切り壁の別の具体例を示す図である。
【図４】本発明にしたがって構成された連続供給電気化学セルの別の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面、以下の詳細な説明、および用いられた材料を参照して、具体的な実施形態の説明を含む本発明についての詳細な情報が提供される。詳細な説明は、本発明の原理の説明に供する。本発明は、変更および代替形態の余地がある。本発明は、開示される特定の形態に限定されない。本発明は、請求項によって定義される本発明の精神および範囲に含まれる全ての変更、等価物（同等物）、および代替物を対象とする。
【００１３】
図面を参照すると、特に図１には、本発明にしたがって構成された連続供給電気化学セルの一実施形態が図示されている。この連続供給電気化学セルの実施形態には符号１００が付されている。連続供給電気化学セル１００では、セルキャビティ内に配置された電解質透過性層中の電気化学的に活性な粒子が消費される。粒子は、セルの入口点から終点に移動して消費される。連続供給電気化学セル１００は、電気エネルギーを生成し、また多くの用途を有する。たとえば、連続供給電気化学セル１００は、燃料補給可能な亜鉛／空気セルおよび亜鉛／フェロシアン化物蓄電池に採用することができる。
【００１４】
連続供給電気化学セル１００は、粒子層１０１を備えたセルキャビティを有する電気化学セルである。電気化学的に活性な粒子１０２は、粒子層１０１内に収容される。粒子層１０１は、仕切り壁１０４を備えたアノード集電体１０３とセル壁１１４との間に配置される。粒子層１０１は、電解質溶液１１５で満たされている。多孔性の電子的絶縁セパレータ１１８は、ガス拡散カソード１１２と、仕切り壁１０４を備えたアノード集電体１０３との間に設けられている。ガス拡散カソード１１２は、空気カソード１１２として示されている。空気空間１１３は、空気カソード１１２中に示されている。複数の突出障壁１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１は、仕切り壁１０４およびアノード集電体１０３から延びている。突出障壁１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１は、金属障壁のように導電性の障壁であってもよく、あるいは、突出障壁１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１は、絶縁体のように非導電性の障壁であってもよい。突出障壁１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１は、アノード集電体１０３の一部であってもよい。
【００１５】
電気化学的に活性な粒子１０２は、セルキャビティ１０１内に収容されている。電解質溶液１１５もセルキャビティ１０１内に収容されている。カソード集電体１１２は、電子的絶縁セパレータ１１８、アノード１０３、仕切り壁１０４、およびセル壁１１４に作動的に接続されている。カソード集電体１１２、電子的絶縁セパレータ１１８、アノード１０３、仕切り壁１０４、およびセル壁１１４は、垂直線に対して傾斜している。図１に示す実施形態では、これらは垂直線に対して５°〜２０°の角度で傾斜している。電気化学的に活性な粒子１０２は、電子的絶縁セパレータ１１８、および仕切り壁１０４を備えたアノード１０３に沿って流れる。障壁１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１は、電子的絶縁セパレータ１１８、および仕切り壁１０４を備えたアノード１０３に対して垂直に配置されている。仕切り壁１０４は、アノード集電体１０３に沿って延び、障壁１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１は、仕切り壁１０４に対して垂直に延びる。
【００１６】
粒子層１０２を構成するセルキャビティは、電気化学的に活性な粒子１０２の入口としての端部１１６と、未使用の電気化学的に活性な粒子１０２および液体のいずれかが退出可能な端部１１７とを有する。電解質溶液１１５は、端部１１６あるいは端部１１７から導入することができる。電気化学的に活性な粒子１０２は、セル１００の端部１１６から入り、セル１００を一方向に通過する。セル１００の壁に沿った任意地点での壁間の距離と、当該任意地点での電気化学的に活性な粒子１０２の平均直径との比は、約１〜７の範囲内である。キャビティ壁間の距離によって、セルキャビティ全域での電気化学的に活性な粒子１０２の架橋が得られ、また、電気化学的に活性な粒子１０２間に空間が形成され得る。
【００１７】
連続供給電気化学セル１００の傾斜した表面が垂直線に対して５°〜２０°の角度で傾斜し、傾斜角が安息角を上回る場合、活性な粒子１０２は供給プロセスにおいて表面（あるいは取り付けられた仕切り壁１０４）上をスライドしやすい。また、小さい粒子はセル１００の端部１１７に堆積しやすい。これにより、粘性抵抗によって液体の流れが減少する底部において、セル１００が詰まりやすくなってしまう。障壁１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１は、仕切り壁１０４に隣接する活性な粒子１０２の移動を遅くするが、活性な粒子１０２の落下を妨げない。障壁１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１は、導電性あるいは不活性であり得る。障壁１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１は、層全体には拡がっていない。障壁１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１は、活性な粒子１０２の移動に対する抵抗を増加させる。
【００１８】
連続供給電気化学セル１００の作動中、電気化学的に活性な粒子１０２は、セル１００内に入り、セルキャビティを一方向に通過する。粒子層１０１は、電解質溶液１１５で満たされている。電解質溶液１１５は、通常はセル１０１の端部１１７から入り、端部１１６から出る。逆流も可能である。空気は、空気カソード１１２の空気空間１１３を流れる。電力は、カソード１１２とアノード１０３との間の電位差によって発生する。連続供給電気化学セルは、１９９５年７月１８日にJohn F Cooperに発行された、非充填微粒子電極を備えた連続供給電気化学セルについての合衆国特許第５，４３４，０２０号にさらに詳細に開示されている。１９９５年７月１８日にJohn F Cooperに発行された、非充填微粒子電極を備えた連続供給電気化学セルについての合衆国特許第５，４３４，０２０号は、参照により本願明細書に援用される。
【００１９】
連続供給電気化学セル１００の傾斜した表面が垂直線に対して５°〜２０°の角度で傾斜し、傾斜角が安息角を上回る場合、供給プロセスにおいて活性な粒子１０２は電子的絶縁セパレータ１１８、アノード１０３、および／または仕切り壁１０４の表面上をスライドしやすい。また、小さい粒子はセル１００の端部１１７に堆積しやすい。これにより、粘性抵抗によって液体の流れが減少する底部において、セル１００が詰まりやすくなってしまう。キャビティ壁間の距離によって、セルキャビティ全域での電気化学的に活性な粒子１０２の架橋形成と、電気化学的に活性な粒子１０２間の空間形成が促進される。キャビティ壁に沿った任意地点でのキャビティ壁間の距離と、当該任意地点での電気化学的に活性な粒子１０２の平均直径との比は、約１〜７の範囲内である。
【００２０】
障壁１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１は、活性粒子１０２の移動を遅らせるが、粒子１０２の落下を妨げない。セル１００内に入った電気化学的に活性な粒子１０２の流れは、セル壁、カソード１１２、およびアノード１０３に対して平行である。電気化学的に活性な粒子１０２の流れが障壁１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１に到達すると、電子的絶縁セパレータ１１８、および仕切り壁１０４を備えたアノード１０３に近い流れの一部は、電子的絶縁セパレータ１１８、および仕切り壁１０４を備えたアノード１０３に対して垂直となる。障壁１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１は、活性粒子１０２の移動に対する抵抗を増大させる。
【００２１】
一実施形態において、連続供給電気化学セル１００は、亜鉛／フェリシアン化物セルである。カソード集電体１１２は、フェリシアン化物イオンの減少を補助する多孔性の不活性電極である。電解質溶液１１５は、フェロシアン化物およびフェリシアン化物を含む電解質溶液である。
【００２２】
連続供給電気化学セル１００の別の実施形態において、アノード集電体１０３は、電気的に絶縁された仕切り壁（仕切り壁１０３）に置き換えられ、電流は、亜鉛粒子層（粒子層１０１）を介して導電性金属あるいは黒鉛で構成されたセル壁１１４に向かって流れる。粒子層１０１は、電解質溶液１１５で満たされている。電力は、カソード１１２と、導電性金属あるいは黒鉛で構成されたセル壁１１４との間の位相差によって生成される。
【００２３】
連続供給電気化学セル１００のまた別の実施形態において、セル壁１１４は、導電性金属あるいは黒鉛である。電流は、亜鉛粒子層（粒子層１０１）を通ってセル壁１１４に流れる。
【００２４】
図２には、本発明にしたがって構成された連続供給電気化学セルのアノードおよび仕切り壁の具体例が図示されている。アノードおよび仕切り壁の具体例には符号２００が付されている。連続供給電気化学セルは、電気エネルギーを作り出すために、電解質透過性層中の電気化学的に活性な粒子を利用する。粒子層は、仕切り壁を備えたアノード集電体とセル壁との間に配置される。この粒子層は、電解質溶液で満たされている。多孔性の電子的絶縁セパレータは、カソードと、仕切り壁を備えたアノード集電体との間に配置される。
【００２５】
粒子層１０１は、電解質溶液１１５で満たされている。電力は、（Ａ）カソード１１２とアノード集電体１１３との間の位相差によって作り出され、また、（Ｂ）カソード１１２と、導電性金属あるいは黒鉛で構成された仕切り壁１１４との間の位相差によって作り出される。
【００２６】
図２に示すように、アノード２０１および仕切り壁２０２は、垂直線２０３に対して傾斜している。図２に示す実施形態では、アノード２０１および仕切り壁２０２は、垂直線２０３に対して５°〜２０°の角度２０４で傾斜している。電気化学的に活性な粒子は、アノード２０１および仕切り壁２０２に沿って流れる。障壁２０５，２０６は、アノード２０１および仕切り壁２０２に対して垂直に位置されている。
【００２７】
傾斜したアノード２０１および仕切り壁２０２と、傾斜角度とは、安息角を上回る。活性な粒子は、アノード２０１および仕切り壁２０２の表面上を滑り落ちやすく、小さい粒子は、セルの端部に堆積しやすい。これにより、粘性抵抗によって液体の流れが減少する底部において、セルが詰まりやすくなる。障壁２０５，２０６は、仕切り壁２０２近くでの活性な粒子の移動を遅くするが、活性な粒子の落下を妨げない。障壁２０５，２０６は、活性な粒子の移動に対する抵抗を増大させる。
【００２８】
セル内に入った電気化学的に活性な粒子の流れは、セル壁、アノード２０１、および仕切り壁２０２に対して平行である。電気化学的に活性な粒子の流れが障壁２０５，２０６に到達すると、仕切り壁２０２に近い流れの一部は、仕切り壁２０２に対して垂直となる。障壁２０５，２０６は、活性な粒子２０２の移動に対して抵抗を高める。
【００２９】
図３には、本発明にしたがって構成された連続供給電気化学セルのアノードおよび仕切り壁の別の具体例が図示されている。アノードおよび仕切り壁の具体例には符号３００が付されている。連続供給電気化学セルは、電気エネルギーを作り出すために、電解質透過性層中の電気化学的に活性な粒子を利用する。粒子層は、仕切り壁を備えたアノード集電体とセル壁との間に配置される。この粒子層は、電解質溶液で満たされている。多孔性の電子的絶縁セパレータは、カソードと、仕切り壁を備えたアノード集電体との間に配置される。
【００３０】
図３に示すように、アノード３０１および仕切り壁３０２は、垂直線３０３に対して傾斜している。図３に示す実施形態では、アノード３０１および仕切り壁３０２は、垂直線３０３に対して５°〜２０°の角度３０４で傾斜している。電気化学的に活性な粒子は、アノード３０１および仕切り壁３０２に沿って流れる。障壁３０５，３０６は、アノード３０１に対して垂直に延びている。
【００３１】
傾斜したアノード３０１の傾斜角は、安息角を上回る。活性な粒子は、アノード３０１の表面上を滑り落ちやすく、小さい粒子は、セルの端部に堆積しやすい。これにより、粘性抵抗によって液体の流れが減少する底部において、セルが詰まりやすくなる。障壁３０５，３０６は、仕切り壁３０２近くでの活性な粒子の移動を遅くするが、活性な粒子の落下を妨げない。障壁３０５，３０６は、活性な粒子の移動に対する抵抗を増大させる。
【００３２】
セル内に入った電気化学的に活性な粒子の流れは、セル壁、アノード３０１、および仕切り壁３０２に対して平行である。電気化学的に活性な粒子の流れが障壁３０５，３０６に到達すると、仕切り壁３０２に近い流れの一部は、仕切り壁３０２に対して垂直となる。障壁３０５，３０６は、活性な粒子３０２の移動に対して抵抗を高める。
【００３３】
図面を参照すると、特に図４には、本発明にしたがって構成された連続供給電気化学セルの一実施形態が図示されている。この連続供給電気化学セルの実施形態には符号４００が付されている。連続供給電気化学セル４００では、２つの平行でない表面で囲まれたテーパ状のセルキャビティ内に配置された非充填の電解質透過性層中の電気化学的に活性な粒子が完全に消費される。粒子は、セルの入口点からより狭い終点に移動して消費される。連続供給電気化学セル４００は、電気エネルギーを生産し、また多くの用途を有する。例えば、連続供給電気化学セル４００は、燃料補給可能な亜鉛／空気セルおよび亜鉛／フェロシアン化物蓄電池に採用することができる。
【００３４】
連続供給電気化学セルは、様々な空隙（あるいはセル幅）大きさ４０１を有するテーパ状の電気化学セル４００である。電気化学的に活性な粒子４０２は、粒子層４１２内に収容される。粒子層４１２は、仕切り壁４０４を備えたアノード集電体４０３とセル壁４１９との間に配置される。粒子層４１２は、電解質溶液４２０で満たされている。多孔性の電子的絶縁セパレータ４１４は、内部集電体４０６を備えたガス拡散カソード４０５と、仕切り壁４０４を備えたアノード集電体４０３との間に配置される。ガス拡散カソード４０５は、空気カソード４０５として示されている。複数の障壁４１５，４１６，４１７，４１８は、アノード集電体４０３を有する仕切り壁４０４に接続されている。
【００３５】
連続供給電気化学セル４００は、粒子層４１２を形成するテーパ状のセルキャビティを備えたセルボディを有する。テーパ状のセルキャビティは、キャビティ壁４１９と、多孔性の電子的絶縁セパレータ４１４とによって区画される。平行でないキャビティ壁の１つは、垂直線に対して傾斜した、平行でないキャビティ壁である。障壁４１５，４１６，４１７，４１８は、垂直線に対して傾いた、平行でないキャビティ壁に接続される。
【００３６】
電気化学的に活性な粒子４０２は、テーパ状のセルキャビティ内に収容される。電解質溶液４２０は、テーパ状のセルキャビティ内に収容される。カソード集電体４０５は、垂直線に対して傾斜した非平行のキャビティ壁に作動的に接続され、また電気化学的に活性な粒子に作動的に接続され、さらに電解質溶液に作動的に接続される。アノード集電体４０３は、垂直線に対して傾斜した非平行のキャビティ壁に作動的に接続され、また電気化学的に活性な粒子に作動的に接続され、さらに電解質溶液に作動的に接続される。非平行なキャビティ壁は、垂直線に対して５°〜２０°の角度で傾斜している。電気化学的に活性な粒子４０２は、垂直線に対して５°〜２０°の角度で傾斜した非平行のキャビティ壁に沿って流れる。障壁４１５，４１６，４１７，４１８は、垂直線に対して傾斜した非平行のキャビティ壁に対して垂直に配置される。仕切り壁４０４は、仕切り壁４０４に対して垂直に延びる障壁４１５，４１６，４１７，４１８を備えたアノード集電体４０３に沿って延びる。
【００３７】
粒子層４１２を形成するテーパ状のセルキャビティは、開放端４２１および開放端４１３を有する。電気化学的に活性な粒子４０２は、テーパ状のセルキャビティ内に入り、テーパ状のセルキャビティ内を一方向に通過する。平行でないキャビティ壁間の間隔４０１は、テーパ状のセルキャビティ全域での電気化学的に活性な粒子４０２の架橋と、電気化学的に活性な粒子４０２間における空間の形成を促進する。平行でないキャビティ壁に沿った任意地点での平行でないキャビティ壁間の距離と、当該任意地点での電気化学的に活性な粒子４０２の平均直径との比は、約１〜７の範囲である。
【００３８】
連続供給電気化学セル４００の作動中、空気４２２は、吸気ポート４０７を通り、空気カソード４０５に隣接する空気流チャンバ４０８を通り、排気ポート４０９から流出する。正電流リード線４１０および負電流リード線４１１は、それぞれカソード集電体４０６およびアノード集電体４０３に接続される。粒子層４１２は、電解質溶液４２０で満たされている。電解質溶液４２０は、通常はセル４００の幅狭端部４１３から入り、幅広端部４２１から出る。逆流も可能である。連続供給電気化学セルは、１９９５年７月１８日にJohn F Cooperに発行された、非充填微粒子電極を備えた連続供給電気化学セルについての合衆国特許第５，４３４，０２０号にさらに詳細に開示されている。１９９５年７月１８日にJohn F Cooperに発行された、非充填微粒子電極を備えた連続供給電気化学セルについての合衆国特許第５，４３４，０２０号は、参照により本願明細書に援用される。
【００３９】
連続供給電気化学セル４００の傾斜した表面が垂直線に対して５°〜２０°の角度で傾斜し、傾斜角が安息角を上回る場合、供給プロセスにおいて活性な粒子４０２は表面（あるいは取り付けられている仕切り壁４０４）上をスライドしやすい。また、小さい粒子はセル４００の幅狭端部４１３に堆積しやすい。これにより、粘性抵抗によって液体の流れが減少する底部において、セル４００が詰まりやすくなってしまう。障壁４１５，４１６，４１７，４１８は、仕切り壁４０４に近い活性粒子４０２の移動を遅らせるが、活性粒子４０２の落下を妨げない。障壁４１５，４１６，４１７，４１８は、導電性（アノード集電体の一部）あるいは不活性であり得る。障壁４１５，４１６，４１７，４１８は、層全体には拡がっていない。障壁４１５，４１６，４１７，４１８は、活性な粒子４０２の移動に対する抵抗を増加させる。
【００４０】
ある実施形態において、連続供給電気化学セル４００は、亜鉛／フェリシアン化物セルである。カソード集電体４０５，４０６は、フェリシアン化物イオンの減少を補助する多孔性の不活性電極である。電解質溶液４２０は、フェロシアン化物およびフェリシアン化物を含む電解質溶液である。
【００４１】
本発明は、変更および代替形態の余地があるが、具体的な実施形態が図面中に例として示され、また明細書中で詳細に説明されている。しかしながら、本発明が開示された特定の形態に限定されることを意図していないことは理解されるべきである。むしろ、本発明は、以下に添付された請求項によって定義される本発明の精神および範囲に含まれる全ての変更、等価物（同等物）、および代替物を対象とするものである。
【図１】
2010539654.tif 000003
【図２】
2010539654.tif 000004
【図３】
2010539654.tif 000005
【図４】
2010539654.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月26日(2010.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【国際調査報告】
2010539654.tif 000008
2010539654.tif 000009
2010539654.tif 000010