(57)【要約】亜鉛−空気セル電池等の金属−気体セル蓄電池は１つもしくは複数の電池セルを有し、各々の電池セルは一対の気体陰極の間に挟まれた金属陽極からなる。各気体陰極は固い保持構造内に配設される。各気体陰極の保持構造は電解液を保持できる拡張可能なソフトポケットにより相互に取り付けられる。上記陽極はソフトポケット内に配設される。セルは、ソフトポケットを拡張して消耗した陽極をセルから容易に取り出し、新しい陽極をセルに簡単に挿入することにより機械的に再充電される。
2004523076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）固い平面の第一の保持構造内に配設された第一の気体陰極であって、気体に対して透過性で、液体に対して非透過性の、セルの中まで気体を通過させる第一の気体陰極と、
（ｉｉ）固い平面の第二の保持構造内に配設された、空気に対して透過性で、液体に対して非透過性の、セルの中まで気体を通過させる第二の気体陰極であって、前記第二の保持構造が、前記第一の保持構造が前記第二の保持構造に最も近づく第一の保持構造位置と、前記第一の保持構造が前記第二の保持構造から離れている第二の保持構造位置との間を前記第一の保持構造に対して移動可能であり、前記第一の気体陰極に電気的に接続されているような第二の気体陰極と、
（ｉｉｉ）前記第一の気体陰極と前記第二の気体陰極との間に配設され、可撓性かつ平面の第一の壁と、可撓性かつ平面の第二の壁とを有するソフトポケットであって、前記第一の壁が周辺と中心開口を有し、前記第一の壁の前記周辺が上端を含み、前記第二の壁が周辺と中心開口を有し、前記第二の壁の前記周辺が上端を含み、前記第一の壁の前記周辺が前記個々の上端に沿った個所を除き前記第二の壁の前記周辺に接続され、前記第一の壁の前記周辺が前記第一の保持構造に取り付けられ、前記第二の壁の前記周辺が前記第二の保持構造に取り付けられ、それにより前記第一の保持構造と、前記第一の気体陰極と、前記第一の壁と、前記第二の壁と、前記第二の保持構造と、前記第二の気体陰極とが協働してソフトポケット下部と、ソフトポケット上部と、前記第一と第二の壁の前記上端の間に定められるソフトポケット上開口とを有する液体保持ソフトポケットチャンバを定め、前記ソフトポケット上開口が前記第二の保持構造位置において開かれ、前記第一の保持構造位置において密閉されるようなソフトポケットと、
（ｉｖ）前記第一と第二の保持構造を前記第一の保持構造位置で固定するソフトポケット閉鎖機構と、
（ｖ）前記ソフトポケットチャンバ内に配設された金属陽極とを備える（ａ）少なくとも一つの電池セルと、（ｂ）前記二つの気体陰極に電気的に接続された正の第一の電池端子と、（ｃ）前記金属陽極に接続された負の第二の電池端子と、
を備える金属−気体セル蓄電池。
【請求項２】
前記電池セルが更に前記ソフトポケットチャンバ内に入れられた電解液を備えることを特徴とする請求項１記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項３】
前記電解液が、水酸化カリウム、水酸化ナトリオウム及び塩化ナトリウムから成る化合物のグループから選択された化合物を含む水溶液であることを特徴とする請求項２記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項４】
前記電解液が水酸化カリウムを含む水溶液であるであることを特徴とする請求項２記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項５】
気体が前記ソフトポケット上部から流れ出るように半透過性膜が前記ソフトポケット上部に配設され、前記半透過性膜が気体に対して透過性で、液体に対しては非透過性であることを特徴とする請求項１記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項６】
前記半透過性膜がＰＴＦＥで出来ていることを特徴とする請求項５記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項７】
前記ソフトポケット閉鎖機構が少なくとも一つのストラップを備えることを特徴とする請求項１記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項８】
前記ソフトポケット閉鎖機構が複数のストラップを備えることを特徴とする請求項１記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項９】
前記ソフトポケット閉鎖機構が一つ以上のボルト又は一つ以上のナットを備えることを特徴とする請求項１記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項１０】
前記上開口が前記第二の保持構造位置を越える前記ソフトポケットの前記上開口の拡がりを制限する拡がり押えを備えることを特徴とする請求項１記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項１１】
前記金属陽極が平面の陽極基部とタブ部を備えることを特徴とする請求項１記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項１２】
前記陽極基部が包袋内に配設されることを特徴とする請求項１１記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項１３】
前記陽極基部が上端と下端を有し、前記陽極基部の前記下端が前記陽極基部の上端より長さが短いことを特徴とする請求項１２記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項１４】
前記陽極基部の形状が台形であることを特徴とする請求項１３記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項１５】
前記金属陽極が、金属陽極材料が着けられる導電性支持構造を備えることを特徴とする請求項１記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項１６】
前記金属陽極が亜鉛であることを特徴とする請求項１５記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項１７】
前記第一と第二の気体陰極がそれぞれ第一と第二の空気陰極であることを特徴とする請求項１記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項１８】
前記第一と第二の保持構造が前記第一の保持構造位置にあるときは、前記金属陽極が弾力性保持部材により前記ソフトポケット内に確実に保持されることを特徴とする請求項１記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項１９】
前記弾力性保持部材が前記第二の保持構造内に配設されることを特徴とする請求項１８記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項２０】
前記少なくとも一つの電池セルが複数の電池セルであることを特徴とする請求項１記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項２１】
前記複数の電池セルが直列に電気的に接続されることを特徴とする請求項２０記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項２２】
前記電池が第一のセルと第二の最も外側のセルの間にサンドイッチされた複数の内部セルを備え、各内部セルにある前記陽極の前記タブ部が導体部材により隣接するセルの前記気体陰極に電気的に接続され、前記導体部材が前記陽極の前記タブ部に当接する部分を有することを特徴とする請求項１１記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項２３】
前記ソフトポケットが、断面がＷ字状の成形された一体部品を備えることを特徴とする請求項１記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項２４】
前記ソフトポケットが布で強化された膜を備えることを特徴とする請求項１記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項２５】
前記布で強化された膜が耐アルカリ性布と、前記布上の少なくとも一つの耐アルカリ性コーティングとを備えることを特徴とする請求項２４記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項２６】
前記耐アルカリ性布が、ビニロン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレンプロピレンジエンモノマー、ブチルゴム、エチレン−プロピレンコポリマー、及びクロロスルホン化ポリエチレンで構成されるグループから選択され、前記少なくとも一つの耐アルカリ性コーティングがネオプレン、ポリプロピレン、ポリエチレン及びＰＶＣで構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料からなることを特徴とする請求項２５記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項２７】
接着剤なしに機械力により、前記第一の壁の前記周辺が前記第一の保持構造に取り付けられ、前記第二の壁の前記周辺が前記第二の保持構造に取り付けられることを特徴とする請求項１記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項２８】
（ｉ）固い平面の第一の保持構造内に配設された第一の気体陰極であって、気体に対して透過性で、液体に対して非透過性の、セルの中まで気体を通過させる第一の気体陰極と、
（ｉｉ）固い平面の第二の保持構造内に配設された、空気に対して透過性で、液体に対して非透過性の、セルの中まで気体を通過させる第二の気体陰極であって、前記第二の保持構造が、前記第一の保持構造が前記第二の保持構造に最も近づく第一の保持構造位置と、前記第一の保持構造が前記第二の保持構造から離れている第二の保持構造位置との間を前記第一の保持構造に対して移動可能であり、前記第一の気体陰極に電気的に接続されているような第二の気体陰極と、
（ｉｉｉ）前記第一の気体陰極と前記第二の気体陰極との間に配設され、可撓性かつ平面の第一の壁と、可撓性かつ平面の第二の壁とを有するソフトポケットであって、前記第一の壁が周辺と中心開口を有し、前記第一の壁の前記周辺が上端を含み、前記第二の壁が周辺と中心開口を有し、前記第二の壁の前記周辺が上端を含み、前記第一の壁の前記周辺が前記個々の上端に沿った個所を除き前記第二の壁の前記周辺に接続され、前記第一の壁の前記周辺が前記第一の保持構造に取り付けられ、前記第二の壁の前記周辺が前記第二の保持構造に取り付けられ、それにより前記第一の保持構造と、前記第一の気体陰極と、前記第一の壁と、前記第二の壁と、前記第二の保持構造と、前記第二の気体陰極とが協働してソフトポケット下部と、ソフトポケット上部と、前記第一と第二の壁の前記上端の間に定められるソフトポケット上開口とを有する液体保持ソフトポケットチャンバを定め、前記ソフトポケット上開口が前記第二の保持構造位置において開かれ、前記第一の保持構造位置において密閉されるようなソフトポケットと、
（ｉｖ）前記第一と第二の保持構造を前記第一の保持構造位置で固定するソフトポケット閉鎖機構と、
（ｖ）全体が前記ソフトポケットチャンバ内に配設された金属陽極とを備える（ａ）少なくとも一つの電池セルと、（ｂ）前記二つの気体陰極に電気的に接続された正の第一の電池端子と、（ｃ）前記金属陽極に接続された負の第二の電池端子と、
を備える金属−気体セル蓄電池。
【請求項２９】
前記電池セルが更に前記ソフトポケットチャンバ内に入れられた電解液を備えることを特徴とする請求項２８記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項３０】
前記電解液が、水酸化カリウム、水酸化ナトリオウム及び塩化ナトリウムから成る化合物のグループから選択された化合物を含む水溶液であることを特徴とする請求項２９記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項３１】
前記電解液が水酸化カリウムを含む水溶液であるであることを特徴とする請求項２９記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項３２】
気体が前記ソフトポケット上部から流れ出るように半透過性膜が前記ソフトポケット上部に配設され、前記半透過性膜が気体に対して透過性で、液体に対しては非透過性であることを特徴とする請求項２８記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項３３】
前記半透過性膜がＰＴＦＥで出来ていることを特徴とする請求項３２記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項３４】
前記ソフトポケット閉鎖機構が少なくとも一つのストラップを備えることを特徴とする請求項２８記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項３５】
前記ソフトポケット閉鎖機構が複数のストラップを備えることを特徴とする請求項２８記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項３６】
前記ソフトポケット閉鎖機構が一つ以上のボルトおよび一つ以上のナットを備えることを特徴とする請求項２８記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項３７】
前記上開口が前記第二の保持構造位置を越える前記ソフトポケットの前記上開口の拡がりを制限する拡がり押えを備えることを特徴とする請求項２８記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項３８】
前記金属陽極が平面の陽極基部とタブ部を備えることを特徴とする請求項２８記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項３９】
前記陽極基部が包袋内に配設されることを特徴とする請求項３８記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項４０】
前記陽極基部が上端と下端を有し、前記陽極基部の前記下端が前記陽極基部の上端より長さが短いことを特徴とする請求項３８記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項４１】
前記陽極基部の形状が台形であることを特徴とする請求項４０記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項４２】
前記金属陽極が、金属陽極材料が着けられる導電性支持構造を備えることを特徴とする請求項２８記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項４３】
前記金属陽極が亜鉛であることを特徴とする請求項４２記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項４４】
前記第一と第二の気体陰極がそれぞれ第一と第二の空気陰極であることを特徴とする請求項２８記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項４５】
前記第一と第二の保持構造が前記第一の保持構造位置にあるときは、前記金属陽極が弾力性保持部材により前記ソフトポケット内に確実に保持されることを特徴とする請求項２８記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項４６】
前記弾力性保持部材が前記第二の保持構造内に配設されることを特徴とする請求項４５記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項４７】
前記少なくとも一つの電池セルが複数の電池セルであることを特徴とする請求項２８記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項４８】
前記複数の電池セルが直列に電気的に接続されることを特徴とする請求項４７記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項４９】
前記電池が第一のセルと第二の最も外側のセルの間にサンドイッチされた複数の内部セルを備え、各内部セルにある前記陽極の前記タブ部が導体部材により隣接するセルの前記気体陰極に電気的に接続され、前記導体部材が前記陽極の前記タブ部に当接する部分を有することを特徴とする請求項３８記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項５０】
前記ソフトポケットが、断面がＷ字状の成形された一体部品を備えることを特徴とする請求項２８記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項５１】
前記ソフトポケットが布で強化された膜を備えることを特徴とする請求項２８記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項５２】
前記布で強化された膜が耐アルカリ性布と、前記布上の少なくとも一つの耐アルカリ性コーティングとを備えることを特徴とする請求項５１記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項５３】
前記耐アルカリ性布が、ビニロン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレンプロピレンジエンモノマー、ブチルゴム、エチレン−プロピレンコポリマー、及びクロロスルホン化ポリエチレンで構成されるグループから選択され、前記少なくとも一つの耐アルカリ性コーティングがネオプレン、ポリプロピレン、ポリエチレン及びＰＶＣで構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料からなることを特徴とする請求項５２記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項５４】
接着剤なしに機械力により、前記第一の壁の前記周辺が前記第一の保持構造に取り付けられ、前記第二の壁の前記周辺が前記第二の保持構造に取り付けられることを特徴とする請求項２８記載の金属−気体セル蓄電池。
【請求項５５】
（ｉ）それぞれが固い平面の第一の保持構造内に配設された第一の気体陰極であって、気体に対して透過性で、しかし液体に対して非透過性の、セルの中まで気体を通過させる第一の気体陰極と、
（ｉｉ）固い平面の第二の保持構造内に配設された、空気に対して透過性で、液体に対して非透過性の、セルの中まで気体を通過させる第二の気体陰極であって、前記第二の保持構造が、前記第一の保持構造が前記第二の保持構造に最も近づく第一の保持構造位置と、前記第一の保持構造が前記第二の保持構造から離れている第二の保持構造位置との間を前記第一の保持構造に対して移動可能であり、第一の気体陰極に電気的に接続されているような第二の気体陰極と、
（ｉｉｉ）前記第一の空気陰極と前記第二の空気陰極との間に配設され、可撓性かつ平面の第一の壁と、可撓性かつ平面の第二の壁とを有するソフトポケットであって、前記第一の壁が周辺と中心開口を有し、前記第一の壁の前記周辺が上端を含み、前記第二の壁が周辺と中心開口を有し、前記第二の壁の前記周辺が上端を含み、前記第一の壁の前記周辺が前記個々の上端に沿った個所を除き前記第二の壁の前記周辺に接続され、前記第一の壁の前記周辺が前記第一の保持構造に取り付けられ、前記第二の壁の前記周辺が前記第二の保持構造に取り付けられ、それにより前記第一の保持構造と、前記第一の空気陰極と、前記第一の壁と、前記第二の壁と、前記第二の保持構造と、前記第二の空気陰極とが協働してソフトポケット下部と、ソフトポケット上部と、前記第一と第二の壁の前記上端の間に定められるソフトポケット上開口とを有する液体保持ソフトポケットチャンバを定め、前記ソフトポケット上開口が前記第二の保持構造位置において開かれ、前記第一の保持構造位置において密閉されるようなソフトポケットと、
（ｉｖ）前記第一と第二の保持構造を前記第一の保持構造位置で固定するソフトポケット閉鎖機構と、
（ｖ）全体が前記ソフトポケットチャンバ内に配設された亜鉛陽極であって、前記亜鉛陽極が平面の陽極基部とタブ部を備え、陽極基部が下端と上端を有し、前記陽極基部の前記下端が前記陽極基部の前記上端より長さが短い亜鉛陽極と、
（ｖｉ）前記ソフトポケット上部から気体を流し出せるように前記ソフトポケット上部に配設された気体に対して透過性で、液体に対して非透過性の半透過性膜とを備える（ａ）第一の最も外側の電池セルと第二の最も外側の電池セルの間にサンドイッチされた複数の内部電池セルと、（ｂ）前記第一の最も外側の電池セルの前記二つの空気陰極に電気的に接続された正の第一の電池端子と、（ｃ）前記第二の最も外側の電池セルの前記亜鉛陽極に接続された負の第二の電池端子とを備える亜鉛−空気セル蓄電池であって、
導体部材により各内部セルにある前記陽極の前記タブ部が隣接する電池セルの前記空気陰極に電気的に接続され、前記導体部材が、前記陽極の前記タブ部に当接する部分を有することを特徴とする亜鉛−空気蓄電池。
【請求項５６】
各電池セルが更に前記ソフトポケットチャンバ内に入れられた電解液を備えることを特徴とする請求項５５記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
【請求項５７】
前記電解液が、水酸化カリウム、水酸化ナトリオウム及び塩化ナトリウムから成る化合物のグループから選択された化合物を含む水溶液であることを特徴とする請求項５６記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
【請求項５８】
前記電解液が水酸化カリウムを含む水溶液であるであることを特徴とする請求項５６記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
【請求項５９】
各セルにある前記第二の半透過性膜がＰＴＦＥで出来ていることを特徴とする請求項５５記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
【請求項６０】
各セルにある前記ソフトポケット閉鎖機構が少なくとも一つのストラップを備えることを特徴とする請求項５５記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
【請求項６１】
各セルにある前記ソフトポケット閉鎖機構が複数のストラップを備えることを特徴とする請求項５５記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
【請求項６２】
各セルにある前記ソフトポケット閉鎖機構が一つ以上のボルトおよび一つ以上のナットを備えることを特徴とする請求項５５記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
【請求項６３】
各セルにある前記上開口が前記第二の保持構造位置を越える前記ソフトポケットの前記上開口の拡がりを制限する拡がり押えを備えることを特徴とする請求項５５記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
【請求項６４】
各セル部にある前記陽極基部が包袋内に配設されることを特徴とする請求項５５記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
【請求項６５】
各セルにある前記陽極基部の形状が台形であることを特徴とする請求項５５記載の亜鉛−空気セル蓄電池
【請求項６６】
各セルにある前記亜鉛陽極が、金属陽極材料が着けられる導電性支持構造を備えることを特徴とする請求項５５記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
【請求項６７】
各セルにある前記第一と第二の保持構造が前記第一の保持構造位置にあるときは、前記亜鉛陽極が弾力性保持部材により前記ソフトポケット内に確実に保持されることを特徴とする請求項５５記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
【請求項６８】
各セルにある前記弾力性保持部材が前記第二の保持構造内に配設されることを特徴とする請求項６７記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
【請求項６９】
前記複数の電池セルが直列に電気的に接続されることを特徴とする請求項５５記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
【請求項７０】
前記ソフトポケットが、断面がＷ字状の成形された一体部品を備えることを特徴とする請求項５５記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
【請求項７１】
前記ソフトポケットが布で強化された膜を備えることを特徴とする請求項５５記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
【請求項７２】
前記布で強化された膜が耐アルカリ性布と、前記布上の少なくとも一つの耐アルカリ性コーティングとを備えることを特徴とする請求項７１記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
【請求項７３】
前記耐アルカリ性布が、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレンプロピレンジエンモノマー、ブチルゴム、エチレン−プロピレンコポリマー、及びクロロスルホン化ポリエチレンで構成されるグループから選択され、前記少なくとも一つの耐アルカリ性コーティングがネオプレン、ポリプロピレン、ポリエチレン及びＰＶＣで構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料からなることを特徴とする請求項７２記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
【請求項７４】
接着剤なしに機械力により、前記第一の壁の前記周辺が前記第一の保持構造に取り付けられ、前記第二の壁の前記周辺が前記第二の保持構造に取り付けられることを特徴とする請求項５５記載の亜鉛−空気セル蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に金属−空気セル電池等の金属−気体セル電池、より詳細には機械的充電式金属−空気セル電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
より強力で、より長寿命の電池は炭化水素燃料車両をスモッグのない電気車両に置き換えようとする全ての国にとって優先度の高い品目である。この点については現在、膨大な研究が亜鉛−空気電池等の金属−気体セル電池に集中している。
亜鉛−空気電池は全ての既知の電池タイプの中で最高クラスの理論上のエネルギー容量を有する。しかしながら亜鉛−空気電池で動く車両が炭化水素燃焼車両の代替えと見なされるまでには多くの問題を克服しなければならない。
【０００３】
全ての金属−気体セル電池は、ある量のアルカリ電解液及び何らかの形式の機械的分離シートにより分離された、少なくとも一つの気体拡散陰極及び金属陽極をそれぞれが有する複数のセルを備える。金属−気体セル電池の動作として、酸素等の反応気体は各気体拡散陰極において反応して陰イオンを形成する。各陽極において、陰イオンは金属陽極材料と反応する。
このプロセスは各陰極と各陽極の間に電位を生じる。セルが直列に接続されるときは、セル全ての結合電位は相当のものになり、電力源として使用出来る。しかしながら、周知のように、電池の動作は利用可能な金属陽極材料を徐々に消耗し、電池は周期的に充電し直さなければならない。
【０００４】
金属−気体セル電池は電気的又は機械的に充電出来る。電気的充電は現存の電力網に容易に適応出来るが、電気充電式電池の寿命は著しく短い。更に電気充電式金属−気体セル電池は二元機能の気体拡散電極又は更なる気体拡散電極を必要とする。
二元機能の気体拡散電極又は更なる気体拡散電極を使用しなければならないために電池は甚だしく重く、大きく、複雑になる。
【０００５】
従って、金属−気体セル電池に対する充電方法の選択肢は、今のところは消耗した金属陽極を物理的に新しい陽極と交換する機械的燃料補給である。機械的燃料補給は二つの方法で達成出来る。第一の方法では金属陽極は電解液内に吊るされた金属ペレット又は粉末を備える。金属ペレット又は粉末を消耗したときは金属ペレット又は粉末はセルから吸い出され、新しいペレット又は粉末がセルの中に注入される。米国特許第３，９８１，７４７号、第５，００６，４２４号、第５，４３４，０２０号及び第５，５５８，９４７号は陽極として亜鉛粒子又はペレットを使用する試みを開示している。
【０００６】
金属−気体電池を機械的に燃料補給する第二の方法は第一の方法よりずっと簡単である。第二の方法では金属陽極は固い構造を有する。金属陽極を消耗したときは、陽極は取り外され、交換陽極がセルの中に入れ直される。理論、構造、保守及び操作が簡単なために、二つの燃料補給方法の内、第二の方法が一般的に採用される。米国特許第３，５１３，０３０号、第５，２０３，５２６号、第５，３１８，８６１号、第５，３６６，８２２号、第５，４１８，０８０号、第５，４４７，８０５号、第５，７５３，３８４号、第５，９０４，９９９号及び第６，０５７，０５３号は全て、固い陽極構造を交換することにより金属−気体セル電池を機械的に燃料補給する種々の方法を開示している。直前の文章に挙げた特許のそれぞれはその全体が本願に引用して援用される。
【０００７】
そのような先行技術の金属−気体セル電池についての一つの問題は固い陽極構造をセルから取り外し、またセルの中に挿入する難しさである。支持構造が全体的に固い従来のセルにおいてはそのような陽極の取り外し及び再挿入のための隙間が一般的に小さい。気体陰極と分離シートは陽極の取り外しと再挿入中にしばしば摩擦される。米国特許第４，３８９，４６６号及び第４，５６０，６２６号はこの問題を解決する試みを開示している。しかしながら、これらの特許に開示された電池に使用される円錐形電流コレクタと金属陽極との間の接触全面積は大電流には不十分である。更にこの特許に開示された電池の電流コレクタ上にある針先が金属陽極の挿入と取り出しを非常に難しくしている。
この問題を解決するもう一つの試みが米国特許第５，２８６，５７８号に開示されている。この特許では、金属−気体セル電池を完全に可撓性のハウジングで作ることが示唆されている。しかしながら、そのようなハウジングは脆く、繰り返される燃料補給に耐えられない。他の完全に可撓性のハウジングシステムが米国特許第５，４１５，９４９号及び第５，６５０，２４１号に開示されている。そのようなハウジングシステムは甚だしく複雑であり、従って製造、保守及び動作に費用がかかる。
【０００８】
米国特許第４，３８９，４６６号及び第４，５６０，６２６号はソフトポケットを作る材料としてネオプレンの使用を開示している。ネオプレンは最良の耐アルカリ性ゴムとして技術的に周知であるけれども、ネオプレンの弾力性のために、ネオプレンで作られたソフトポケットは丁度水で満たされたゴム風船のように大きく変形する。これは後の燃料補給においてあまりにも早くネオプレン製ソフトポケットの疲労を招く。
【０００９】
米国特許第５，２８６，５７８号はその萎み可能な設計を満たすために「可撓性プラスチック材料」を用いて萎み可能な電気化学的セルを開示している。しかしながら可撓性の材料の詳細は開示されなかった。同様に米国特許第５，４１５，９４９号は袋状陰極の使用を示唆しているが、袋をどのように作るかについては何も教示を与えていない。
【００１０】
固い陽極構造の物理的交換により機械的に燃料補給される金属−気体セル電池のもう一つの問題はアルカリ電解液の頻繁な漏れである。先行技術の設計の大部分において、金属−気体セル電池のハウジングは通常は上部で開かれる。この開口は、動作中はセルハウジングと陽極アセンブリーの突出部の間に配設された何らかの形式の弾性シール要素によりシールされる。陽極アセンブリーのこの突出部は電池電極への電気接続に対する設計において広く用いられる。
更に陽極の突出部に最も近いセルの最上部に沿って一つ又は二つの小さい通気孔を設けるのが普通である。しかしながらアルカリ溶液は陽極の突出部に沿って陽極を這い上がり、セルから這い出す傾向にある。また、アルカリミストは通気孔から絶えず逃げる。そのような漏れとミストは陽極と空気陰極の上にある導体の急速な酸化を生じ得る。酸化は接触面間の電気抵抗を劇的に増加し、従って電池電力の著しい損失をもたらす。更にアルカリ電解液と電解液ミストの絶え間ない漏れは電池の外部の金属部品の酸化が問題である如何なる環境においても電池の使用を困難にする。最後に、取扱又は操作中の電池の転倒は電解液の電池からのおびただしい漏れを生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、陽極材料の機械的交換により好都合に再充電可能であり、かつ先行技術における問題を回避する金属−気体セル電池に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明はこの必要性を満たす。本発明は少なくとも一つの電池セルを備える金属−気体セル蓄電池である。各電池セルは（ｉ）固い平面の第一の保持構造内に配設された第一の気体陰極であって、空気に対して透過性で、液体に対して非透過性の、セルの中まで気体を通過させる第一の気体陰極と、（ｉｉ）固い平面の第二の保持構造内に配設された、空気に対して透過性で、液体に対して非透過性の、セルの中まで気体を通過させる第二の気体陰極であって、第二の保持構造が、第一の保持構造が第二の保持構造に最も近づく第一の保持構造位置と、第一の保持構造が第二の保持構造から離れている第二の保持構造位置との間を第一の保持構造に対して移動可能であり、第一の気体陰極に電気的に接続されているような第二の気体陰極と、（ｉｉｉ）第一の気体陰極と第二の気体陰極との間に配設され、可撓性かつ平面の第一の壁と、可撓性かつ平面の第二の壁とを有するソフトポケットであって、第一の壁が周辺と中心開口を有し、第一の壁の周辺が上端を含み、第二の壁が周辺と中心開口を有し、第二の壁の周辺が上端を含み、第一の壁の周辺が個々の上端に沿った個所を除き第二の壁の周辺に接続され、第一の壁の周辺が第一の保持構造に取り付けられ、第二の壁の周辺が第二の保持構造に取り付けられ、それにより第一の保持構造と、第一の気体陰極と、第一の壁と、第二の壁と、第二の保持構造と、第二の気体陰極とが協働してソフトポケット下部と、ソフトポケット上部と、第一と第二の壁の上端の間に定められるソフトポケット上開口とを有する液体保持ソフトチャンバを定め、ソフトポケット上開口が第二の保持構造位置において開かれ、第一の保持構造位置において密閉されるようなソフトポケットと、（ｉｖ）第一と第二の保持構造を第一の保持構造位置で固定するソフトポケット閉鎖機構と、（ｖ）ソフトポケットチャンバ内に配設された金属陽極とを備える。
【００１３】
セルは更に二つの気体陰極に電気的に接続された正の第一の電池正端子と、金属陽極に電気的に接続された負の第二の電池負端子とを備える。
【００１４】
発明の典型的な実施例において、気体陰極は空気陰極であり、金属陽極は実質的に金属亜鉛で構成される。
【００１５】
発明の好ましい実施例において、金属陽極は全体的にソフトポケットチャンバ内に配設される。
【００１６】
発明のもう一つの好ましい実施例において、電池は更に、ソフトポケットチャンバと外気の間の圧力差を減らすためにソフトポケットチャンバの上部内に配設された第二の半透過性膜を備える。
【００１７】
発明のもう一つの好ましい実施例において、ソフトポケットは片面又は両面がネオプレンでコートされたビニロン又はナイロン布等の布で強化された膜、あるいは片面にポリプロピレン又はポリエチレンがコートされたポリプロピレン又はポリエチレン、あるいは第一の面にポリプロピレン又はポリエチレン、第二の面にＰＶＣがコートされたポロプロピレン又はポリエチレンで出来ている。布は耐アルカリ性であり、ビニロン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレンから成るグループから選択される。
【００１８】
典型的な実施例において、ソフトポケット閉鎖機構は一つ以上のセルの周囲を囲む一つ以上のストラップにより提供される。
あるいは、ソフトポケット閉鎖機構は一つ以上のボルトと一つ以上のナットを備えてもよい。一つの実施例において、ソフトポケットは断面がＷ字状の成形された一体部品で構成される。
【００１９】
発明の更なる実施例において、接着剤なしに機械力により、第一の壁の周辺が第一の保持構造に取り付けられ、第二の壁の周辺が第二の保持構造に取り付けられる。
【００２０】
発明は、迅速な燃料補給に適し、また何百回もの燃料補給に十分耐える亜鉛−空気電池等の金属−気体セル電池を提供する。発明はまた電解液又は電解液ミストを漏らさない金属−気体セル電池を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明のこれら及び他の特徴、態様及び利点は以下の説明、添付された特許請求の範囲及び添付図面を参照すればもっと理解されるであろう。
【００２２】
以下の議論は発明の一つの実施例と、その実施例のいくつかの変形を述べる。しかしながらこの議論は発明をそれらの特定の実施例に限定するものと解釈すべきではない。当業者は多数の他の実施例も同様に認識するであろう。
【００２３】
発明は少なくとも一つの電池セル１２、正の第一の電池端子１４及び負の第二の電池端子（図示せず）を備える金属−気体電池１０である。典型的には発明の電池１０は複数の同一の電池セル１２を備える。以下の議論において、電池１０が複数の電池セル１２を備え、反応気体が空気等からの酸素であり、陽極材料が亜鉛又は類似の材料である典型的な実施例が述べられる。
【００２４】
各電池セル１２は第一の気体陰極１８、第二の気体陰極２０及び第一の気体陰極１８と第二の気体陰極２０の間に配設されたソフトポケット２２を備える。ソフトポケット２２はソフトポケットチャンバ９４を定める。各電池セル１２は更にソフトポケットチャンバ９４内に配設された金属陽極２４を備える。発明の好ましいが必須ではない実施例において、金属陽極２４全体がソフトポケットチャンバ９４内に配設される。
【００２５】
図１に図解する実施例において、発明の電池１０は直列に接続された電池セル１２を備える亜鉛−空気電池である。電池１０は何ボルトを所望するかにより、備える電池セル１２の数はいくらでもよい。
【００２６】
電池１０は前カバープレート２６と後カバープレート２８を備える。カバープレート２６は最初の電池セル内の最も外側の気体陰極１８を保護し、カバープレート２８は最後の電池セル内の最も外側の気体陰極２０を保護する。
【００２７】
図２〜９は電池１０に使用可能な典型的なセル１２を図解する。第一の気体陰極１８のそれぞれは固い平面の第一の保持構造３４内に配設された気体陰極である。第一の気体陰極１８は反応気体に対して透過性であるが、液体に対しては非透過性である。反応気体が大気の酸素である場合は、第一の気体陰極１８は酸素を大気からセル１２の中まで通過させる。
【００２８】
第二の気体陰極２０は固い平面の第二の保持構造３８内に配設される。第二の気体陰極２０はまた反応気体に対して透過性であるが、液体に対しては非透過性である。反応気体が大気の酸素である場合は、第二の気体陰極２０は酸素を大気からセル１２の中まで通過させる。
【００２９】
第二の保持構造３８は、第一の保持構造３４が第二の保持構造３８に最も近い第一の保持構造位置と、第一の保持構造３４が第二の保持構造３８から離れている第二の保持構造位置との間を第一の保持構造３４に対して移動可能である。
【００３０】
第一の気体陰極１８と第二の気体陰極２０は共に、十分な空気流を気体陰極１８と２０を通過させる支持格子構造４０を備える。
【００３１】
ソフトポケット２２は第二の保持構造位置において開かれ、第一の保持構造位置において密閉されるソフトポケット上開口４２を有する。「密閉される」とはソフトポケット上開口４２がソフトポケットチャンバ９４からの電解液又は電解液蒸気の漏れを防止するほど十分にシールされることを意味する。
【００３２】
図１に図解するように、ソフトポケット閉鎖機構４４が第一と第二の保持構造３４と３８を第一の保持構造位置に固定するために設けられる。図面に図解する実施例において、ソフトポケット閉鎖機構４４は一対のストラップ４６により提供される。別の実施例においては、一つのストラップ４６を用いてもよい。なお別の実施例においては、一つ以上のクランプを用いてもよい。なお更なる別の実施例においては、前カバープレート２６から後カバープレート２８まで突き出るねじを用いてもよい。ねじを用いる実施例は後述する。
【００３３】
図面に図解する実施例において、各ストラップ４６はポリプロピレン又は他の適当な材料で出来た従来の包装用ストラップでもよい。図１に図解する実施例において、各ストラップ４６の対向する端部が平行な一対の垂直部材５０と一つの横部材５２とを有するＨ型構造４８に固定される。垂直部材５０と横部材５２は共に構造的な剛性を与えるために断面がＵ字状でもよい。Ｈ型構造４８は前カバープレート２６と後カバープレート２８の両方に、例えばねじにより固定される。
【００３４】
図１から分るように、Ｈ型構造４８上の両方の垂直部材５０はストラップ対４６の上に被さって締めるラッチ機構５４を備える。各ストラップ４６の下端は垂直部材５０の一つの下端においてピン５５によりラッチ機構５４に取り付けられ、各ストラップ４６の上端は垂直部材５０の一つの上端に最も近く配設された取り付けリング５６に取り付けられる。各取り付けリング５６は、取り付けリング５６にねじで調節可能に出し入れされるねじ付きフック５８を有する。各フック５８は二つのラッチ機構５４の一つにより係合出来るように配設される。
【００３５】
しかしながら、後カバープレート２８上のＨ型構造４８はラッチ機構５４、ピン５５、リング５６又はフック５８を有さない。後プレート２８上には二つのストラップ４６のそれぞれが二つの垂直部材５０にあるＵ字状溝６０の一つの中に保持される。
【００３６】
正の第一の電池端子１４は図１に図解するように前カバープレート２６に配設されたオスの円錐形又は円筒形構造でもよい。負の第二の電池端子は後カバープレート２８に配設された対応するメスの円錐形又は円筒形構造でもよい。第一の電池端子１４は、第一の電池端子１４に隣接する二つの気体陰極１８と２０に電気的に接続される。第二の電池端子は、第二の電池端子に隣接する陽極２４に電気的に接続される。
【００３７】
電池１０に冷却及び反応酸素を供給する空気は電池セル１２の間に配設された間隙６２を通って電池１０を流れる。
【００３８】
図面に図解する実施例において、陽極２４は全体がソフトポケット２２内に配設される。図３は典型的な陽極２４を詳細に図解する。図３に図解する実施例において、陽極２４は支持構造基部６６と、支持構造基部６６の上に配設された支持構造タブ部６８とを有する導電性支持構造６４を備える。支持構造基部６６とタブ部６８は導電性材料で出来ていてもよい。銅はその低コスト、剛性及び高導電性のために好ましい材料である。支持構造基部６６は再生中の損傷又は歪みを最小にするために十分剛性であるべきであり、最小限の電圧降下で高電流を流せるように大きな断面積を提供すべきである。図３に図解する実施例において、孔とスロット７０が支持構造基部６６内に配設されて支持構造６４の重量を減少し、かつ支持構造基部６６の両側の金属粉末７１（直ぐ後で議論される）を結合して全体を一体化する。
【００３９】
典型的な陽極のもう一つの実施例を図１７に図解する。
【００４０】
亜鉛粉末等の金属粉末７１は支持構造基部６６に押し付けられて陽極基部７２を提供する。好ましくは支持構造基部６６にある孔とスロット７０は、亜鉛粉末７１の全ての粒子と支持構造基部６６の間の電気抵抗がほとんど同一になるように配置かつ構成される。
【００４１】
陽極基部７２は好ましくは平面であり、大面積を提供するように形作られる。陽極２４のソフトポケット２２への挿入を容易にするために、陽極基部７２の最下端７４が陽極基部７２の最上端７６より長さが短いことが望ましい。従って典型的な実施例においては、陽極基部７２は、陽極基部７２の最下端７４が陽極基部７２の最上端７６より長さがわずかに短い台形形状である。そのような実施例においては、ソフトポケット２２が同等の形状を有することもまた典型的である。
【００４２】
支持構造６４のタブ部６８はソフトポケット２２に陽極２４を出し入れするのに有用な好都合なハンドルを提供する。タブ部６８は更に後述のような陽極２４のための電気接続手段を提供する。動作中に陽極２４全体がソフトポケット２２内に配設されるこれらの好ましい実施例において、タブ部６８はシール要素を必要としない。
【００４３】
陽極基部７２は図２と３に図解するように包袋７８内に配設される。包袋７８は多孔質プラスチック膜、織布、又は不織布等の適当な多孔質の可撓性材料であれば何でもよい。包袋７８は一対のクリップ８０により陽極基部７２の周りの所定位置に保持される。
【００４４】
図４は図２に図解する電池セル１２の分解図を図解する。この図から分るように、ソフトポケット２２は可撓性の平面の第一の壁８２と可撓性の平面の第二の壁８４を備える。第一の壁８２と第二の壁８４は共に周辺８６と中心開口８８を有する。第一の壁８２の周辺８６は上端９０を含み、第二の壁８４の周辺８６はまた上端９２を備える。図面に図解する好ましい実施例において、第一の壁８２の周辺８６は更に左端と右端８３を備え、第二の壁８４の周辺８６は更に左端と右端８３を備える。第一の壁の周辺８６は接着剤又は他の類似の取り付け手段により第一の保持構造３４に取り付けられる。同様に、第二の壁８４の周辺８６は接着剤又は他の類似の取り付け手段により第二の保持構造３８に取り付けられる。
【００４５】
図１０はソフトポケット２２を作る好ましい方法を図解する。ソフトポケット２２用に選ばれた一枚のシートが、二つの開口８８、周辺８６、左及び右端８３、上端９０、及び上端９２を有する、図１０に示す形状に打ち抜かれる。材料は折り目８７に沿って折られ、適当な手段により左及び右端８３に沿ってシールされてソフトポケット２２を形成する。上端９０と上端９２はシールされず、従ってソフトポケット上開口４２が作られる。接着面８９は、接着剤が第一の壁の周辺８６を第一の保持構造３４に、また第二の壁８４の周辺８６を第二の保持構造３８に取り付ける好ましい個所である。
【００４６】
この設計により、第一の保持構造３４、第一の気体陰極１８、第一の壁８２、第二の壁８４、第二の保持構造３８及び第二の気体陰極２０は協働してソフトポケット２２を包んでソフトポケットチャンバ９４を形成する。ソフトポケットチャンバ９４は第一の壁８２と第二の壁８４の二つの上端９０と９２の間に定められる上開口４２において開かれている。電解液がソフトポケットチャンバ９４内に入れられると、そのような電解液は第一の壁８２にある中心開口８８を介して第一の気体陰極１８に接触し、その電解液が同様に第二の壁８４にある中心開口８８を通って第二の気体陰極２０に接触する。
【００４７】
ソフトポケット２２の平面壁８２と８４はプラスチック膜又は他の適当な材料で出来ていてもよい。ソフトポケット２２の第一と第二の壁８２と８４は、良好なアルカリ耐性を有することにより電解液による劣化に耐えられるポリエチレン、ポロプロピレン、ナイロン又は他の材料で出来ていてもよい。
【００４８】
電解液による劣化に耐えかつ使用可能な他の材料はエチレン・プロピレン・ジエンモノマー、ブチルゴム、エチレン−プロピレンコポリマー、及びクロロスルホン化ポリエチレンを含む。
【００４９】
ソフトポケット２２の平面壁８２と８４を作る好ましい材料は布で強化された膜である。図１１は第一の側面１５６、第二の側面１５８、及びコーティング１５２を有する布１５４を備える、本発明に使用可能な布で強化された膜１５０の断面を示す。図１１に示す実施例において、布１５４の第一の側面１５６はネオプレンのコーティング１５２でコートされる。布１５４が網であれば、ネオプレンは布１５４の第二の側面１５８にしみ出すかも知れない。良好なアルカリ耐性を有する一つの実施例において、布１５４はビニロンで作られ、ナイロンは布１５４に対する一つの代わりの選択肢であるが、そのアルカリ耐性はビニロンより小さい。
【００５０】
左及び右端８３をシールしてソフトポケット２２を形成するのに用いられる同じ材料は、第一の壁８２の周辺８６を第一の保持構造３４に取り付け、第二の壁８４の周辺８６を第二の保持構造３８に取り付けるのに用いてもよい。布１５４の片面のみがコートされるときはコートされない側は保持構造３４と３８に取り付けるのに好ましい側である。コーティング１５２がネオプレンであるときは、接着剤は好ましくはネオプレン接着剤である。
【００５１】
本発明に使用可能な布で強化された膜１５０のもう一つの好ましい実施例を図１２に示す。この更なる実施例において、布１５４の第一の側面１５６と第二の側面１５８は共にコーティング１５２でコートされる。コーティング１５２がネオプレンであるときは、この構造は保持構造３４と保持構造３８との非常に良好な接着性を提供するが、特にそれらが、高価ではあるがＡＢＳで作られるときはそうである。
【００５２】
本発明に使用可能な布で強化された膜１５０の好ましい実施例を図１３に示す。この実施例において、布１５４の第一の側面１５６はコーティング１５２’でコートされ、その場合、布１５４’は織られないポリプロピレン又はポリエチレンであり、コーティング１５２’はポリプロピレン又はポリエチレンである。織られないポリプロピレン又はポリエチレンが布１５４’に用いられるときは、左及び右端８３を熱シールしてソフトポケット２２を形成することが可能であり、これは接着剤ネオプレンよりずっと容易である。
【００５３】
純粋のポリプロピレン又はポリエチレンは、これらの非分極材料の低表面エネルギーのために接着するのが非常に難しい。これらの種類の材料を接着するために、共に接着する前に表面を処理する多くの方法が開発されて来た。これらの方法のどれもが大量生産において漏れないことを保証出来ない。布１５４’が織られない材料で作られるときは、その多孔質表面のために、不織布がポリエチレン繊維又はポリポロピレン繊維で出来ていても接着剤が吸収されてＡＢＳプラスチックにしっかりと着く。しかしながら、不織布単独では、それが液体電解質に対して透過性であるので、ソフトポケット２２を作るのに用いることは出来ない。
【００５４】
本発明に使用可能な布で強化された膜１５０のもう一つの好ましい実施例を図１４に示す。この実施例において、布１５４’の第一の側面１５６がコーティング１５２’でコートされ、第二の側面１５８がコーティング１５２”でコートされ、その場合、布１５４’は織られないポリプロピレン又はポリエチレンであり、コーティング１５２’はポリプロピレン又はポリエチレンであり、コーティング１５２”はＰＶＣである。この実施例において、ＰＶＣコーティング１５２”の着いた第二の側面１５８は保持構造３４と３８に取り付けられる側である。
【００５５】
図５は如何に第一の気体陰極１８と第二の気体陰極２０が互いに対して配設されるかを図解する。気体陰極１８と２０は産業で知られた適当な気体陰極であれば何でもよい。本発明に使用可能な典型的な気体陰極はEltech Research Corporation及びAlupower, Inc.の両社により製造される。図で分るように、第一の気体陰極１８と第二の気体陰極２０は共に金網９６を備える。
横に配設された電流コレクタ９８が各気体陰極１８と２０の上端に沿って配設される。図面に図解する好ましい実施例において、二対の電気接点１００は各電流コレクタ９８から伸びている。第二の保持構造３８が第一の保持位置に配設されるときは電気接点１００の各対は互いに物理的に接触する。このように、二つの気体陰極１８と２０は互いに電気的に接続される。
【００５６】
第一の気体陰極１８と第二の気体陰極２０のもう一つの実施例を図２１に示す。
【００５７】
図６は二つの隣接する電池セル１２のアセンブリーの分解図を図解する。図６に図解する実施例において、接続ブロック１０２が上と下に配設されて第一の電池セル１２’の第二の保持構造３８を第二の電池セル１２”の第一の保持構造３４にロックする。接続ブロック１０２はメスの燕尾型のスロット１０４を有し、二つの隣接する保持構造３４と３８は結合して接続ブロック１０２に接続されるような大きさと寸法を持ったオスの燕尾型ほぞ１０６を形成する。図６にはまた一対の横側接続バー１０８を図解する。各接続バー１０８は二つの隣接する保持構造３４と３８により提供される燕尾型のほぞ１０６の上に被さって接続するような大きさと寸法を持った多くの燕尾型スロット１０４を有する。接続バー１０８は空気流を電池セル１２の中まで供給する複数の開口１１０を有する。
【００５８】
図６は更に拡がり押え１１２を提供して各セル１２が第二の保持構造位置を越えて拡がるのを防止する一対の相互接続された摺動留め金具の構造を図解する。
【００５９】
図７は図８と９に図解する互いに隣接配置される一対の完全に組立てられた電池セル１２’と１２”を図解する。
【００６０】
図８は発明の電池１０に使用可能な典型的な一対の電池セル１２の断面図を図解する。図８において、第一の電池セル１２’は第二の電池セル１２”に隣接配置される。
電池セル１２’と１２”を共に各セル１２の第一の保持構造３４を対応する第二の保持構造３８から離れている第二の保持構造位置に示す。図８に図解するように、各セル１２のソフトポケット上開口４２は、各セル１２のソフトポケット上開口４２の第二の保持構造位置を越える拡がりを制限する拡がり押え１１２を備える。
拡がり押え１１２を除いて、各セル１２のソフトポケット上開口４２は全開され、従って各セル１２内の陽極２４はソフトポケット２２から容易に引き出すことが出来、新しい陽極２４が各ソフトポケット２２の中に容易に挿入出来る。第一と第二の保持構造３４と３３が第一の保持構造位置にあるときはソフトポケット上開口４２が密閉される。
【００６１】
図８に更に図解するように、発明の電池１０はソフトポケットチャンバ９４内に入れられた電解液１１４で動作する。電解液１１４は典型的には水酸化カリウム、水酸化ナトリウム又は塩化ナトリウムの水溶液である。各セル１２の過剰な電解液１１４はソフトポケットチャンバ９４の底に配設された、萎み可能な電解液容器１１６内に蓄えられる。電解液１１４はソフトポケット２２の下部１１８内に入れられる。電解液１１４の液面１２０より上のソフトポケットチャンバ９４の部分は本願ではソフトポケットチャンバ９４の上部１２２と呼ばれる。
【００６２】
この図面に図解する実施例において、各セル１２内の圧力バランスはソフトポケットチャンバ９４の上部１２２に配設された半透過性膜１２４により与えられる。そのような半透過性膜１２４はＰＴＦＥ又は他の適当な半透過性膜材料で出来ていてもよい。電池セル１２内に発生したどんな気体も半透過性膜１２４を通って大気に流れる。従って、この実施例の電池１０は先行技術の金属−気体セル設計では一般的なセルハウジングまたは陽極２４の上部にある通気孔は必要ない。この実施例の設計によりセル１２内の液体又はミストは全てセル１２内に閉じ込められ、セル１２の外部に漏れない。
【００６３】
図９は図８に図解する第一の電池セル１２の部分の詳細図である。図９から分るように、第二の保持構造３８が（図８と９に図解するような）第二の保持構造位置から第一の保持構造位置（即ちソフトポケット上開口４２が密閉される位置）に移動するときは、陽極支持構造６４のタブ部６８が第一の保持構造３４と第二の保持構造３８との間にしっかりと保持される。Ｕ字状導体要素１２８が第一の保持構造に成形され、陽極支持構造６４のタブ部６８に接触する。第一のセル１２’の第一の保持構造３４にあるＵ字状導体要素１２８は隣接するセル１２”の気体陰極１８と２０に（あるいは第一のセル１２’が最も外側のセルである場合は負の第二の電池端子に）電気的に接続される。第二のセル１２”の第一の保持構造３４にあるＵ字状導体要素１２８は、電流コレクタ９８から伸びかつ第一のセル１２’の第二の保持構造３８の外面１３２に配設された気体陰極導体要素１３０との接触により第一のセル１２’にある気体陰極１８と２０に電気的に接続される。気体陰極導体要素１３０が最も外側のセル１２”内に配設される場合は、気体陰極導体要素１３０は正の第一の電池端末１４に直接電気的に接触する。Ｕ字状導体要素１２８と気体陰極要素導体要素１３０の間の電気接触を容易にするためにＵ字状導体要素１２８と気体陰極要素導体要素１３０の接触面は、それらの個々の接触面の起こり得る酸化を防止するために銀又は他の適当な材料でコートしてもよい。
【００６４】
ソフトポケット２２内に配設された、陽極２４のタブ部６８に最も近い第二の保持構造３８は弾力性保持部材１３４を備える。従って第二の保持構造３８が第一の保持構造３４に対して第一の保持構造位置にあるときは、ソフトポケット２２内に配設された陽極２４のタブ部６８が第二の保持構造３８とＵ字状導体要素１２８の間にしっかりと保持される。
【００６５】
Ｕ字状導体要素１２８はまた電池セル１２から熱を伝導する働きをする。図面に図解する実施例において、各保持構造３４と３８内に配設された横方向通路１３８を通ってＵ字状導体要素１２８の内面１３６のそばに空気を流すことにより熱は放散出来る。電流コレクタ９８から伸びる電気接点１００はまた電池セル１２から熱を伝導する働きをする。電流コレクタ９８は、気体陰極１８と２０の表面を構成する金網９６に対してしっかりと押し付けられる。従って、電流コレクタ９８は電池セル１２内に発生した熱を気体陰極１８と２０の空気側の面に伝導する。
【００６６】
発明は、迅速な燃料補給に適し、かつ何百回もの燃料補給に十分耐えられる亜鉛−空気電池等の金属−気体セル電池を提供する。発明はまた電解液又は電解液蒸気を漏らさない金属−気体セル電池を提供する。
【００６７】
発明の更なる実施例を図１５に示す。図１５に図解するように、本実施例では複数の金属−気体セルを単一の電池としてカバープレート１６０とカバープレート１６２と二つのπ字状の金属部品１６４の間で共に保持するために上と下に付いている多数対のねじ３０とナット３２が用いられる。各セルのソフトポケット１６８の開口１６６はねじ３０とナット３２により密閉されて保持される。この開示に関連する当業者には周知のように、一つ以上のボルトと一つ以上のナットを用いてもこの実施例における閉鎖機構を構築することが可能である。
【００６８】
この更なる実施例において、正の第一の電池端子１７０は任意にオスの円錐形構造でもよく、更には任意に図１５に図解するように前カバープレート１６０に配設されたアイピンを有する赤色ケーブルであってもよい。負の第二の電池端子（図１５には図示せず）は対応するメス円錐形構造、又は任意に後カバープレート１６２に配設されたアイピンを有する黒色ケーブルでもよい。第一の電池端子１７０は第一の気体陰極１８と、第一の端子１７０に隣接する第二の気体陰極２０に電気的に接続される。第二の電池端子は第二の電池端子に隣接する陽極２４に接続される。
【００６９】
図１８は図１６に図解する電池セル１６の分解図を図解する。図２０に示すようなＷ字状断面を有するソフトポケット１６８は、上記のような電解液による劣化に耐えられる種類の非導電性軟材料なら何でもよく、あるいはエチレン−プロピレン・ジエンモノマー、ブチルゴム、エチレン−プロピレン・コポリマー、クロロスルホン化ポリエチレンでもよい。ソフトポケットチャンバ１７２は図１９に示すように第一の壁１７８の上端１７４と上端１７６と、第二の壁１８０との間に定められる上部開口１６６において開かれている。
【００７０】
図２０に示すソフトポケット１６８上の溝１８２と１８４は第一の保持構造１８８の周辺１８６と第二の保持構造１９２の周辺１９０の上に巻かれるべきである。図２６に言及すれば、両方の溝１８２と１８４の四つの端は周辺１８６と周辺１９０の四つの端の上にしっかりと巻かれ、溝１８２と１８４の外面にしっかりと押し付けられた金属部品１９４、１９６、１９８及び２００によりシールされる。
【００７１】
図１９に示す更なる実施例は最初に述べた実施例とは、二つの上端１７４と１７６がどの種類の膜よりも厚くかつ弾力性があり、シールの確実性を増す点において異なる。第一の保持構造１８８と第二の保持構造１９２の上端は完全な平坦面であり、ソフトポケット１６８の開口１６６の長さ全体を完全に押し付けるには十分長い。図１８、図１９及び図２０から分るように、ソフトポケット１６８は断面がＷ字状の成形された一体部品であり、溝１８２と周辺１８６の間の接触面や溝１８４と周辺１９０の間の接触面を通じて以外に漏れが生じないようにする。
【００７２】
この実施例において、これらの接触面は金属部品１９４、１９６、１９８及び２００の変形により生じる機械力により確実にシールされ、如何なる接着剤にも頼らない。更に、ソフトポケット１６８の自然の形態が開いた状態であるので、動作中には圧縮力のみが生じる。π字状金属部品は、第一の気体陰極１８の電気接点１００と第二の気体陰極２０の間の接触力と、Ｓ字状導体要素２２８（図２６に示す）の導電面２３６に対する陽極支持構造６４のタブ６８の接触力を生じるように設けられるだけでなく、ソフトポケット１６８の開口１６６の長さ全体に沿って密着力が均一に分布し、従ってより確実なシールが得られる。
図２２と図２３は二つの隣接する電池セル１６のアセンブリーの分解図を図解する。図２２に示す実施例において、接続ブロック２０２が上と下に配設されて第一の電池セル１６’の第二の保持構造１９２を第二の電池セル１６”の第一の保持構造１８８にロックする。図２２と２３で分るように、接続ブロック２０２はπ字状スロットを有し、押し付けられてオスの燕尾型スロット２０４を形成し、これらのスロット２０４はセル１６’と１６”の上部にある隣接ずる二つの金属部品１９４、又はセル１６’と１６”の下部にある金属部品１９８により形成されるオス燕尾型ほぞ２０８に嵌るような大きさと寸法を持っている。
【００７３】
図２２は更に各セル１６が第二の保持構造位置を越えて拡がらないように拡がり押え２１０を提供する一対の相互接続された摺動留め金具の構造を図解する。
【００７４】
四つのスペーサ２０６を用いて隣接する二つのセル１６’と１６”の間の正しい間隔を与えて反応空気流がセル間の間隙６２を通るようにする。
【００７５】
図２４は図２２に図解するような互いに隣接配置可能な一対の完全に組立てられた電池セル１６’と１６”を図解する。
【００７６】
接触面２３８が図２６に示すＳ字状導体２２８の一部であることに留意のこと。導体２２８の他の端面２３６は陽極構造６４のタブ部６８に密着している。接触面１４０は、気体陰極２０の上端に直接巻かれた電流コレクタ９８の気体陰極導体要素１３０の突出部にある。
【００７７】
一つの電池セルには一つの接触面２３８と一つの導電面１４０があり、従って前記電池セルは所望の電圧を得るために直列に接続出来る。
【００７８】
図２５は発明の電池８に使用可能な典型的な金属−気体セル１６の正面図を図解する。接続ブロック２０２とスペーサ２０６の図示の場所は好ましい実施例の一つである。
【００７９】
図２８は図２５から取られた断面Ｃ−Ｃの構造を示し、動作モードにあるソフトポケット１６８を明瞭に示す。図２７は図２５から取られた断面Ｂ−Ｂの構造を示す。
【００８０】
発明をこのように述べたが、本願において上に記載され、また本願において請求の範囲により述べられた本発明の範囲と公正な意味から逸脱することなく多数の構造的変形と改造が特許請求の範囲により保護されることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】発明の特徴を有する金属−気体電池の斜視図である。
【図２】図１の電池に使用可能な金属−気体セルの斜視図である。
【図３】図２のセルに使用可能な陽極の斜視図である。
【図４】図２に示すセルハウジングの分解図である。
【図５】図２のセルに使用可能な一対の気体陰極の斜視図である。
【図６】発明に使用可能な一対のセルの分解図である。
【図７】図６に示す一対のセルの斜視図である。
【図８】図７に図解する二つのセルの断面図である。
【図９】図８の円で囲われた領域の詳細図である。
【図１０】図４の折り畳まれないソフトポケットの図である。
【図１１】図４のソフトポケットに使用可能なコートされた布の一つの実施例の断面図である。
【図１２】図４のソフトポケットに使用可能なコートされた布の更なる実施例の断面図である。
【図１３】図４のソフトポケットに使用可能なコートされた布の好ましい実施例の断面図である。
【図１４】図４のソフトポケットに使用可能なコートされた布の更なる実施例の断面図である。
【図１５】発明の特徴を有する金属−気体電池のもう一つの実施例の斜視図である。
【図１６】図１５の電池に使用可能な金属−気体セルの斜視図である。
【図１７】図１５の電池に使用可能な陽極の斜視図である。
【図１８】図１６に示すセルハウジングの分解図である。
【図１９】図１８のセルハウジングのフレーム部の断面図である。
【図２０】図１８のセルハウジングのフレーム部の断面図である。
【図２１】図１６のセルに使用可能な一対の気体陰極の斜視図である。
【図２２】発明に使用可能な一対のセルの分解図である。
【図２３】図２２に図解する二つのセルの断面図である。
【図２４】図２２に示す一対のセルの斜視図である。
【図２５】図２２に示す一対のセルの一方の前面図である。
【図２６】図２５のセルの断面図である。
【図２７】図２５のセルのもう一つの断面図である。
【図２８】図２５のセルの断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004523076.tif 000064
【国際調査報告】
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