(57)【要約】  電気エネルギー貯蔵装置（２０）は、アルミニウムおよびインジウムを包含するアノード（２８）、ならびに、非局在化π電子を備える共役系を有するホスト格子（４４）を備える電気活性層（４２）を含有するカソード（３８）を有する二次電池装置（２２）として開示される。アルミニウムを包含するドーパント（４８）は、ホスト格子（４４）と結合され、ホスト格子（４４）内にインターカレートされる。セルロースの膜（３４）は、グリセロールおよびアルミニウムを包含し正電荷を有する第一イオン（２６）およびアルミニウムを包含し負電荷を有する第二イオン（２７）を包含し、アノード（２８）とカソード（３８）との間に挟まれる非水電解液（２４）で濡らされる。二次電池装置（２２）を構成するための方法は、同様に開示され、電解液（２４）、アノード（２８）、およびドーパント（４８）を含有するカソード（３８）を製造するためのステップを含む。
2018501607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギー貯蔵装置（２０）であって、
アルミニウムの層を備えるアノード（２８）と、
前記アノード（２８）で挟まれる膜（３４）と、
アルミニウムを包含し正電荷を有する第一イオン（２６）を含有し、アルミニウムを包含し負電荷を有する第二イオン（２７）を含有する電解液（２４）とを備え、前記電解液（２４）は、前記膜（３４）を含浸し、前記膜（３４）を通ってイオン電流を運び、前記電気エネルギー貯蔵装置（２０）はさらに、
前記膜（３４）で挟まれ、前記アノード（２８）と離間しかつ前記アノード（２８）と平行な関係で配置されるカソード（３８）を備え、
前記電解液（２４）は、グリセロールと、アルミニウムを包含する前記第一イオン（２６）と、アルミニウムを包含する前記第二イオン（２７）とから基本的に成り、前記第一イオン（２６）および前記第二イオン（２７）は、電気エネルギー貯蔵装置（２０）を充電および放電するために、アルミニウムの前記アノード（２８）と前記カソード（３８）との間を移動し、前記アノード（２８）および前記カソード（３８）と反応するための、前記グリセロールに分散されることを特徴とする、電気エネルギー貯蔵装置（２０）。
【請求項２】
アルミニウムを包含する前記第一イオン（２６）は、［Ａｌ（ＣｌＯ4）2・｛Ｃ3Ｈ5（ＯＨ）3｝2］+を含有し、アルミニウムを包含する前記第二イオン（２７）は、［Ａｌ（ＣｌＯ4）4］-を含有する、請求項１に記載の電気エネルギー貯蔵装置（２０）。
【請求項３】
アルミニウムの層を備えるアノード（２８）と、
前記アノード（２８）で挟まれる膜（３４）と、
前記膜（３４）で挟まれ、前記アノード（２８）と離間しかつ前記アノード（２８）と平行な関係で配置されるカソード（３８）とを備え、
前記カソード（３８）は、非局在化π電子を備える共役系を有するホスト格子（４４）と、前記ホスト格子（４４）と結合されるアルミニウムグリセラートを包含するドーパント（４８）とを、前記カソード（３８）の前記ホスト格子（４４）の電気化学的な特性を変化させるために包含することを特徴とする、電気エネルギー貯蔵装置（２０）。
【請求項４】
前記ドーパント（４８）はアルミニウムアルコラートを包含する、請求項３に記載の電気エネルギー貯蔵装置（２０）。
【請求項５】
二次電池装置（２２）であって、
純度９９．９５％の固体アルミニウムの９９．４〜９９．９重量％と、０．１〜０．６重量％のインジウムとの層から成り、１．２ｃｍの第一長さおよび１．７ｃｍの第一幅および０．１ｍｍの第一厚さを備える矩形形状を有する、アノード（２８）と、
前記アノード（２８）に電気的に接触する、外部回路に電流を伝導するための、電気導電性材料の負極リード（３０）と、
前記アノード（２８）と前記負極リード（３０）との間に配置され、前記アノード（２８）と前記負極リード（３０）とを結合する金属の粒子を含有する、その間の電流を伝導するための、セメント（３２）と、
０．０８ｍｍの第三厚さを有し、複数の孔（３６）を規定し、前記アノード（２８）で挟まれる、その間の電気絶縁性を提供するための、セルロースの膜（３４）と、
アルミニウムを包含し正電荷を有する第一イオン（２６）を含有し、アルミニウムを包含し負電荷を有する第二イオン（２７）を含有する電解液（２４）とを備え、前記電解液（２４）は、前記膜（３４）の前記孔（３６）を含浸させ、前記膜（３４）を通ってイオン電流を運び、前記二次電池（２２）はさらに、
前記膜（３４）に隣接しかつ前記膜（３４）に平行に配置される、１．４ｃｍの第二長さおよび１．９ｃｍの第二幅および０．１ｍｍの第二厚さを備える矩形形状を有するカソード（３８）を備え、前記膜（３４）は、前記カソード（３８）と前記アノード（２８）との間に挟まれ、
前記カソード（３８）は、セルロースのキャリアシート（４０）と、前記アノード（２８）に対向する前記キャリアシート（４０）と統合されかつ前記キャリアシート（４０）上の電気活性層（４２）とを含有し、前記二次電池装置（２２）はさらに、
前記カソード（３８）の前記電気活性層（４２）に電気的に接触するグラファイトを包含する、外部回路に電流を伝導するための、正極リード（５０）と、
前記電気活性層（４２）と前記正極リード（５０）との間に配置され、前記電気活性層（４２）と前記正極リード（５０）とを結合するグラファイトを包含する、前記電気活性層（４２）と前記正極リード（５０）との間の電流を伝導するための、接着剤（５２）とを備え、
前記電解液（２４）は、グリセロールと、［Ａｌ（ＣｌＯ4）2・｛Ｃ3Ｈ5（ＯＨ）3｝2］+を含有する前記第一イオン（２６）と、［Ａｌ（ＣｌＯ4）4］-を含有する前記第二イオン（２７）とから実質的に成り、前記第一イオン（２６）および前記第二イオン（２７）は、電気エネルギー貯蔵装置（２０）を充電および放電するために、前記アノード（２８）と前記カソード（３８）との間を移動し、前記アノード（２８）および前記カソード（３８）と反応し、
前記カソード（３８）の前記電気活性層（４２）は、前記二次電池（２２）を充電および放電させるために、非局在化π電子を備える共役系を有するホスト格子（４４）を包含し、空間およびドーパント（４８）を規定し、前記ドーパントは、前記カソード（３８）の前記電気活性層（４２）の電気化学的な特性を変化させ、前記第一イオン（２６）および前記第二イオン（２７）との反応速度を上げるために、前記ホスト格子（４４）の前記共役系と結合され、前記空間にインターカレートされるアルミニウムアルコラートおよびアルミニウムグリセラートを包含することを特徴とする、二次電池装置（２２）。
【請求項６】
前記電気活性層（４２）の前記ホスト格子（４４）は、２００〜３００μｍの粒径を有するグラファイトの薄片（５４）と、グリセロールによって濡らすことが可能なバインダー材料とを備える、請求項５に記載の二次電池装置（２２）。
【請求項７】
前記バインダー材料はアルキル接着剤を含む、請求項６に記載の二次電池装置（２２）。
【請求項８】
前記バインダー材料はアクリル接着剤を含む、請求項６に記載の二次電池装置（２２）。
【請求項９】
前記電気活性層（４２）の前記ホスト格子（４４）は、非晶質の熱膨張可能なグラファイトの粒子と、二酸化マンガンと、活性二酸化マンガンと、アセチレンブラックと、グリセロールによって濡らされることが可能なバインダー材料と、グラファイトを含有する電気伝導性塗料とを備える、請求項５に記載の二次電池装置（２２）。
【請求項１０】
前記バインダー材料はアルキル接着剤である、請求項９に記載の二次電池装置（２２）。
【請求項１１】
前記バインダー材料はアクリル接着剤である、請求項９に記載の二次電池装置（２２）。
【請求項１２】
前記バインダー材料はグラファイトを含有する電気伝導性塗料である、請求項９に記載の二次電池装置（２２）。
【請求項１３】
前記電気活性層（４２）の前記ホスト格子（４４）は、多共役直鎖炭化水素ポリマーを含有する、請求項５に記載の二次電池装置（２２）。
【請求項１４】
前記電気活性層（４２）の前記ホスト格子（４４）は、ポリアニリンの環状多共役鎖ポリマーを含有する、請求項５に記載の二次電池装置（２２）。
【請求項１５】
アノード（２８）と膜（３４）と電解液（２４）とカソード（３８）とを有する電気エネルギー貯蔵装置（２０）を構成する方法であって、前記方法は、
電解液（２４）で前記膜（３４）を濡らすことと、
前記アノード（２８）上かつ前記アノード（２８）に平行な前記膜（３４）を積み重ねることと、
前記膜（３４）上かつ前記膜（３４）に平行なカソード（３８）を積み重ねることとを備え、前記膜（３４）は前記アノード（２８）と前記カソード（３８）との間に配置され、前記方法はさらに、
前記電解液（２４）を作製するために、グリセロールにアルミニウム過塩素酸塩粉末を飽和状態まで溶解させることを備えることを特徴とする、方法。
【請求項１６】
アルミニウムを包含するやすり屑（７０）を用いて、電気エネルギー貯蔵装置（２０）の電極（２８，３８）にアルミニウムを包含するドーパント（４８）を運ぶためのドーピング液（６２）を作製するためのステップを備え、前記方法は、
エタノールにＡｌＣｌ3粉末を溶解させてバックグラウンド溶液（６６）を生成することを備え、前記方法は、
前記バックグラウンド溶液（６６）をグリセロールと混合して二成分溶液（６８）を製造することと、
アルミニウムを包含する前記やすり屑（７０）が溶解するまで、前記二成分溶液（６８）にアルミニウムを包含する前記やすり屑（７０）を含浸させて前記ドーピング液（６２）を製造することを備えることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
アノード（２８）と負極リード（３０）と膜（３４）と電解液（２４）とカソード混合物（６０）を用いるセルロースのキャリアシート（４０）を有するカソード（３８）とを有する二次電池装置（２２）を構成する方法であって、前記方法は、
純度９９．９５％のアルミニウムおよび０．１〜０．６重量％のインジウムのプレートを４５０℃の温度まで加熱することと、
毎分１０℃よりも大きな速度で冷却しながら、前記プレートの前記厚さを低減するために前記プレートを圧延して低減された厚さにすることと、
前記プレートの前記低減された厚さを再加熱し、前記プレートの前記低減された厚さを再圧延して、アルミニウム酸化物および表面汚染物質でコーティングされ、０．０５ｍｍと０．１ｍｍとの間の厚さを有する箔（５６）にすることと、
前記箔（５６）を、前記箔（５６）から表面汚染物を除去するためにエタノールで洗うことと、
前記箔（５６）の前記表面からアルミニウム酸化物を除去するために、１分間、水および４モルの濃度を有する水酸化物の溶液中に前記箔（５６）を沈めることと、
前記箔（５６）を、前記箔（５６）から水酸化物を除去するために水で洗うことと、
前記箔（５６）を、前記箔（５６）から水滴を蒸発させるために３０分間７０℃に曝すことと、
前記箔（５６）を無水環境で囲むことと、
１．２ｃｍの第一長さと１．７ｃｍの第一幅とを有する前記アノード（２８）を規定するために、前記箔（５６）を矩形状に分割することと、
銀の粒子を含有するセメント（３２）で、負極リード（３０）をアノード（２８）に取り付けることと、
前記電解液（２４）で前記膜（３４）を濡らすことと、
前記アノード（２８）上かつ前記アノード（２８）に平行な膜（３４）を積み重ねることと、
前記キャリアシート（４０）に浸すために、セルロースの前記キャリアシート（４０）の片側に、薄膜層の前記カソード混合物（６０）を塗布することと、
前記カソード混合物（６０）を前記キャリアシート（４０）上かつ前記キャリアシート（４０）内に配置されるホスト格子（４４）の中へ固化するために、前記カソード混合物（６０）を５０〜６０℃の温度に曝すことと、
ドーパント（４８）を前記ホスト格子（４４）と結合し前記ホスト格子（４４）の中へインターカレーションすることを可能にして電気活性層（４２）を作製するために、前記ドーパント（４８）を包含するドーピング液（６２）で、前記ホスト格子（４４）を濡らすことと、
グラファイトを包含する接着剤（５２）で、前記カソード（３８）の電気活性層（４２）と電気的に接触する正極リード（５０）を取り付けることと、
前記膜（３４）上かつ前記膜に（３４）に平行なカソード（３８）を積み重ねることとを備え、前記膜（３４）は、前記アノード（２８）と前記カソード（３８）との間に配置され、前記方法は、
アルミニウム過塩素酸塩粉末をグリセロールに飽和状態まで溶解させて前記電解液（２４）を製造することと、
ＡｌＣｌ3粉末をエタノールに溶解させてバックグラウンド溶液（６６）を製造することと、
４０重量％の前記バックグラウンド溶液（６６）を６０重量％のグリセロールと混合して二成分溶液（６８）を製造することと、
純度９９．９５％の９９．４〜９９．９重量％のアルミニウムおよび０．１〜０．６重量％のインジウムをすりおろして２０〜３０ｃｍ２の等価表面積を有するやすり屑（７０）を作製することと、
前記やすり屑（７０）が溶解するまで１５０〜２００ｍｌの前記二成分溶液（６８）に前記やすり屑（７０）を含浸させて前記ドーピング液（６２）を製造することとを備えることを特徴とする、方法。
【請求項１８】
前記カソード混合物（６０）を作製するためのステップをさらに備え、５重量％のアルキル接着剤と６０重量％のエタノールと３５重量％のグラファイトの薄片（５４）とを混ぜて前記カソード混合物（６０）を作製することを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記カソード混合物（６０）を作製するためのステップをさらに備え、非晶質で熱膨張可能なグラファイト粉末と１〜５重量％ＭｎＯ2と１〜５重量％活性ＭｎＯ2と１〜５重量％のアセチレンブラックとを混ぜて中間混合物を作製することを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記中間混合物にアルキル接着剤のバインダーおよびエタノールを加えて厚く広げることが可能なペーストの稠度を有する前記カソード混合物（６０）を作製するステップをさらに備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記中間混合物にアクリル接着剤のバインダーを加えて厚く広げることが可能なペーストの稠度を有する前記カソード混合物（６０）を作製するステップをさらに備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記中間混合物にグラファイト塗料のバインダーを加えて厚く広げることが可能なペースト稠度を有する前記カソード混合物（６０）を作製するステップをさらに備える、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１４年１１月１２日に提出された米国特許出願第１４／５３９，４４８号の一部継続出願である、２０１５年１月２８日に提出された米国特許出願第１４／６０７，４２９号の利益を主張し、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明の背景
１．本発明の分野
この発明は、アルミニウムのアノードおよびアルミニウムのイオンを包含する電解液を有する電気エネルギー貯蔵装置に関する。
【０００３】
この発明は、アルミニウムのアノードおよびアルミニウムを包含するイオンを含有する電解液を有する電気エネルギー貯蔵装置を構成するための方法にも関する。
【背景技術】
【０００４】
２．先行技術の説明
アルミニウムの層を備えるアノードを有する電池を構成することが一般的に知られる。これらのアルミニウム電池は、通常、米国特許第４，９２５，７４４号に開示された種類などの一次の、または再充電不可能なアルミニウム空気電池の形態を取る。薄膜電池電極を作製するためのインジウムの重量．１〜．５％を有するアルミニウム合金の使用は、米国特許出願公報第２００２／０，１４８，５３９号に開示される。米国特許出願第２０１２／０，０８２，９０４号は、アルミニウム金属を備えるアノードおよびアルミニウムを包含するイオンを含有する電解液を含有する電池を開示する。
【０００５】
層のサンドイッチとして電池を構成することもよく知られる。層のサンドイッチは、膜で挟まれ、アノードと離間しかつ平行な関係で配置されるカソードと、膜に含浸して膜を通ってイオン電流を運ぶための電解液とを備える。一つのこのような例は、米国特許出願第２００９／０１４２６６８号で示される。
【０００６】
電池カソードの電気化学的な特性を変化させるためにドーパントを用いることが知られる。このようなドープされたカソードは、米国特許第６，９４９，２３３号に開示される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アルミニウムのアノードを有する既存のエネルギー貯蔵装置は、腐食によって、および、アノードの表面上の酸化物の形成によって、制約されてきた。このことは、電解液中のイオンがアノードと反応することを可能にすることを阻害し、このような電池が再び放電および再充電されることを抑制する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の概要
本発明は、アルミニウムを包含するアノード、ならびに、アルミニウムを包含するドーパントと結合される非局在化π電子を備える共役系を有するホスト格子を含有するカソード、ならびに、グリセロールに分散されるアルミニウムの正イオンおよび負イオンを備える電解液を備える、電気エネルギー貯蔵装置を提供する。本発明は、グリセロースにアルミニウム過塩素酸塩粉末を溶解させることによって電解液を作製するステップを含む、このような電気エネルギー貯蔵装置を構成する方法も提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の利点
それの最も広い観点における本発明は、アルミニウムのアノードと、グリセロールに分散されるアルミニウムを包含するイオンを含有する新規の電解液とを含有する、電気エネルギー貯蔵装置を提供する。
【００１０】
それの特有の電気化学的な特性により、アルミニウムは、リチウムイオン電池などの電気エネルギー貯蔵装置に一般に使用される他の材料と比べて、はるかに大きなエネルギー密度のポテンシャルを提供する。アルミニウムはさらに、リチウムよりも豊富で、安価で、はるかに低い可燃性であるという点で利点を提供する。
【００１１】
グリセリン（glycerine）、グリセリン（glycerin）またはプロパン−１，２，３−トリオールとも呼ばれるグリセロールは、分子式Ｃ3Ｈ8Ｏ3を有する単純なポリオール（糖アルコール）である。グリセロールは、豊富で、安定で、吸湿性のある、無毒の溶媒で、非水電解液における使用に理想的である。この電解液は、アルミニウム二次電池が、複数の充電および放電サイクルを可能にするアルミニウムのアノードと構成されることを可能にする。これは、アルミニウム二次電池が、破壊的な腐食またはアノードにおけるアルミニウム上の酸化物の形成を被らないからである。
【００１２】
本発明の他の利点は、添付の図面に関して考慮されるとき、以下の詳細な説明を参照することで、同じことがよりよく理解されるように、容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】アルミニウム二次電池の概略断面図である。
【図２】カソード層の上方に配置されるアノードを有する二次電池の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
可能な実施形態の説明
図面を参照して、いくつかの図面を通して数字が対応する部分を示すように、電気エネルギー貯蔵装置２０は、アルミニウムを包含するイオン２６，２７を含有する非水電解液２４を用いる二次電池装置２２として開示される。用語「二次電池」は、再充電されることを可能にする電気化学的なエネルギー貯蔵装置を意味する。用語「非水」は、水の実質的な量を含まない物質を意味する。電気エネルギー貯蔵装置２０の他の種類は、本発明により構成され得る。このような電気エネルギー貯蔵装置２０は、たとえば、一次電池または再充電不可能な電池、および電解キャパシタを含む。
【００１５】
図に示されるように、二次電池装置２２は、薄い層の積層体として構成される。二次電池装置２２は数多くの異なる物理的配置において作製され得ることが理解されるべきである。それらの配置の例は、ラップトップコンピュータ、家電製品、および電気自動車またはハイブリッド電気自動車に一般的に使用されるような、コイン型電池、円筒型電池、および多セルパッケージである。
【００１６】
二次電池装置２２は、純度９９．９５％のアルミニウムと０．１〜０．６重量％のインジウムとのアノード２８を含有する。アノード２８は、１．２ｃｍの第一長さと１．７ｃｍの第一幅と０．１ｍｍの第一厚さとを備える矩形形状を有する。
【００１７】
電気伝導性材料の負極リード３０は、金属の粒子を含有する電気伝導性セメント３２を用いて、アノード２８に電気的接触で取り付けられる。このような電気伝導性セメント３２の例は、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓによって販売されるＴｗｏ  Ｐａｒｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｓｉｌｖｅｒ  Ｐａｉｎｔ（部品番号１２６４２−１４）およびニューヨーク州プレザントビルのＳＯＬＤＥＲ−ＩＴ社によって販売されるＳｏｌｄｅｒ−Ｉｔ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｓｏｌｄｅｒ  Ｐａｓｔｅである。負極リード３０は、アノード２８と電池装置を充電または放電するための外部回路との間の電流を伝導するための接続の点として働く。負極リード３０は、多セル電池装置の一部として、他の電池セルへの接続の点としても働き得る。負極リード３０は、ワイヤ、パッド、端子、または電気接続を作製するための他の好適な手段であり得る。
【００１８】
０．０８ｍｍの厚さを有し、複数の孔３６を規定する、セルロースの膜３４はアノード２８に平行に挟まれかつ接触している。膜３４は電気絶縁体であるが、溶解されたイオン２６，２７に対する透過性を有する。
【００１９】
二次電池２２は、１．４ｃｍの第二長さと１．９ｃｍの第二幅と０．１ｍｍの第二厚さとを備える矩形形状を有するカソード３８も含有する。カソード３８は、膜３４に隣接して配置されかつ平行である。膜３４は、カソード３８とアノード２８との間に挟まれる。
【００２０】
カソード３８は、セルロースのキャリアシート４０と、アノード２８に面する側上のキャリアシート４０上に配置され、かつ、キャリアシート４０内に統合される電気活性層４２とを含む。言い換えれば、電気活性層４２は、キャリアシート４０の表面をコーティングし、キャリアシート４０の構造内に延在する。電気活性層４２は、複数の空間を規定し、非局在化されたπ電子を備える共役系を含有するホスト格子４４を包含する。共役系は、化合物中に非局在化電子を包含する結合されたｐ軌道の系として規定される。より具体的には、共役は、隣接した単（シグマ）結合と交差する他のｐ軌道とｐ軌道との重なりである。このような共役系を有する化合物の一つは、グラファイトである。限定されないが、ポリアニリンおよび多共役直鎖炭化水素ポリマーなどの他の化合物も、ｐ軌道の重なりを有する共役系を含有する。アルミニウムアルコラートおよびアルミニウムグリセラートを含有するドーパント４８は、ホスト格子４４の共役系に結合され、カソード層３８の電気活性層４２の電気化学的な特性を変化させ、二次電池装置２２を充電および放電するための第一イオン２６および第二イオン２７と反応速度を増加させる。ドーパント４８もまた、ホスト格子４４にインターカレートされ、これによりドーパント４８の粒子は、ホスト格子４４の空間に組み込まれる。
【００２１】
グラファイトを含有する正極リード５０は、カソード３８と電池を充電または放電するための外部回路との間の電流を伝導するために、カソード３８の電気活性層４２に電気的に接続される。正極リード５０は、グラファイトを包含する導電性接着剤５２で、カソード３８の電気活性層４２に電気的かつ機械的に取り付けられる。一つのこのような導電性接着材５２は、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓによって販売されるＧｒａｐｈｉｔｅ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ  ５２  １１２（部品番号１２６９３−３０）である。正極リード５０は、好ましくは、熱膨張されたグラファイトの薄膜片から作製される。正極リード５０は、０．１ｍｍの直径を有するグラファイトの棒であってもよい。正極リード５０は、多セル電池装置の一部として、他の電池セルとの接続の点としても働き得る。正極リード５０は、ワイヤ、パッド、端子、または電気結合を作製する他のあらゆる適切な方法を含んでもよい。金属の導体は、カソード３８の電気活性層４２に直接接触するように配置されるべきではない。これは、二次電池装置２２を充電および放電する際、いくつかの金属は電気活性層４２に移動し、カソード３８の機能性を妨げることが示されているためである。
【００２２】
電解液２４は、基本的に、グリセロールと、アルミニウムを包含し正電荷を有する［Ａｌ（ＣｌＯ4）2・｛Ｃ3Ｈ5（ＯＨ）3｝2］+等の第一イオン２６と、アルミニウムを包含し負電荷を有する［Ａｌ（ＣｌＯ4）4］-等の第二イオンとを含む。電解液２４は、膜３４を通ってイオン２６，２７を運搬するための膜３４の孔３６を、含浸させるまたは浸す。これにより、電池を充電および放電するために、アルミニウムのイオン２６，２７は、それらがアノード２８とカソード３８との間を移動し、アノード２８およびカソード３８と反応するような、イオン電流を備える。
【００２３】
一実施形態では、電気活性層４２のホスト格子４４は、２００〜３００μｍの粒径を有するグラファイトの薄片５４とグリセロールによって濡らすことのできるバインダー材料とを備える。アルキル接着剤およびアクリル接着剤はそれぞれ好適なバインダー材料であり、どちらが利用されてもよい。
【００２４】
代替の実施形態では、電気活性層４２のホスト格子４４は、非晶質で熱膨張可能なグラファイトと、二酸化マンガンと、活性二酸化マンガンと、アセチレンブラックと、グラファイト等の電気伝導性塗料と、グリセロールで濡らすことが可能であるバインダー材料とを備える。アルキル接着剤、アクリル接着剤、およびグラファイト等の導電性塗料はそれぞれ、好適なバインダーであるとされている。
【００２５】
他の代替の実施形態では、電気活性層４２のホスト格子４４は、多共役直鎖炭化水素ポリマーを含有する。
【００２６】
他の代替の実施形態では、電気活性層４２のホスト格子４４は、ポリアニリン等の環状多共役鎖ポリマーを含む。
【００２７】
本発明は、二次電池装置２２を構成するための方法も提供する。
当該方法は、純度９９．９５％のアルミニウムと、０．１〜０．６重量％のインジウムとのプレートを４５０℃の温度まで加熱することによって箔５６を作製することと、毎分１０℃よりも大きい速度で冷却しながら、プレートの厚さを低減するためにプレート圧延して低減された厚さにすることと、低減された厚さのプレートを再加熱することと、低減された厚さのプレートを、酸化アルミニウムおよび表面汚染物質でコーティングされ、０．０５〜０．１ｍｍの間の厚さを有する箔５６に再び圧延することとを含む。
【００２８】
当該方法は、箔５６を加工および保管するためのステップを進める。当該方法は、箔５６から表面汚染物質を除去するためにエタノールで箔５６を洗うことと、箔５６の表面からあらゆる酸化アルミニウムを除去するために、１分間、水と水酸化物の４モル溶液に箔５６を浸すことと、箔５６から全ての水酸化物を除去するために水で箔５６を洗うことと、箔５６からあらゆる水滴を蒸発させるために、３０分間、箔５６を７０℃に曝すことと、酸化を防ぐために無水環境で箔５６を保管することとを含む。
【００２９】
当該方法は、第一長さ１．２ｃｍと第一幅１．７ｃｍとを有するアノード２８を規定するために、箔５６を矩形に分割することによって、箔５６からアノード２８を作製し、銀塗料またはアルミニウムはんだペーストのセメント３２で、負極リード３０をアノード２８に取り付けるためのステップを進める。
【００３０】
当該方法は、電解液２４で膜３４を濡らすこと、アノード２８上かつアノード２８に平行に膜３４を積み重ねることによって、電池装置を構成するためのステップを含む。
【００３１】
当該方法は、セルロースのキャリアシート４０の片側に薄膜層のカソード混合物６０を塗布してキャリアシート４０に浸すこと、カソード混合物６０を５０〜６０℃の温度に曝してキャリアシート４０上かつキャリアシート４０内に配置されるホスト格子４４の中にカソード混合物６０を固めること、ドーパント４８をホスト格子４４と結合しおよびホスト格子４４の中へインターカレートすることを可能にするために、ドーパント４８を包含するドーピング液６２でホスト格子４４を濡らして電気活性層４２を製造すること、グラファイトを包含する接着剤５２でカソード３８の電気活性層４２と電気的に接触する正極リード５０を取り付けることによって、カソード３８を作製するステップを含む。
【００３２】
当該方法はさらに、膜３４上かつ膜３４に平行にカソード３８を積み重ねることによって電池装置を構成するためのステップを含む。膜３４は、アノード２８とカソード３８との間に配置される。
【００３３】
当該方法は、グリセロールにアルミニウム過塩素酸塩粉末を飽和状態まで溶解させて電解液２４を製造することによって電解液２４を製造するためのステップを含む。
【００３４】
当該方法はまた、エタノールにＡｌＣｌ3粉末を飽和状態まで溶解させてバックグラウンド溶液６６を製造すること、４０重量％のバックグラウンド溶液６６を６０重量％のグリセロールと混合して二成分溶液６８を製造すること、１ｃｍ３の９９．４〜９９．９重量％の純度９９．９５％のアルミニウムおよび０．１〜０．６重量％のインジウムをすりおろして（grating）２０〜３０ｃｍ２の等価表面積を有するやすり屑（filings）７０を作製すること、やすり屑７０が溶解するまで１５０〜２００ｍｌの二成分溶液６８にやすり屑７０を浸してドーピング液６２を製造することによって、ドーピング液６２を製造するステップを含む。
【００３５】
本発明はまた、第一の方法を提供する。その方法は、５重量％のアルキル接着剤と６０重量％のエタノールと３５重量％のグラファイトの薄片５４とを混合することによって、カソード混合物６０を作製するための方法である。
【００３６】
本発明は、第二の代替の方法を提供する。その方法は、非晶質の熱膨張可能なグラファイト粉末と１〜５重量％の二酸化マンガンと１〜５重量％活性二酸化マンガンと１〜５重量％アセチレンブラックとを混合して中間混合物を作製すること、アルキル接着剤とエタノール、またはアクリル接着剤、またはグラファイト塗料のバインダーを中間混合物に添加して厚く広げることのできるペーストの稠度を有するカソード混合物６０を作製することによって、カソード混合物６０を作製する方法である。
【００３７】
言うまでもなく、本発明の多くの改良や変更は、上記の教示に照らせば可能であり、添付された請求項の範囲内で具体的に説明されたこと以外のことが実施され得る。本請求項における従来技術であるものは、「を特徴とする」節に記載される新規な事項に先行する。新規な事項は、「を特徴とする」節で具体的かつ明瞭に記載されるべきである一方、先行の記載は発明に存在する古くよく知られた組み合わせを記載するにすぎない。これらの先行の記載は、発明的な新規な事項がその実用性を発揮するあらゆる組み合わせをカバーするために解釈されるべきである。本装置の請求項における用語「前記（said)」の使用は、請求項の範囲に含められるべきである肯定的な記載である先行詞を意味する一方、用語「前記（the）」は、本請求項の範囲に含められるべきではない用語に先行する。加えて、本請求項の参照符号は、単に便宜上のものであり、決して制限するものとして読まれるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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