(57)【要約】  本開示は、燃料を酸化する燃料極と、酸化剤を還元する酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極との間でイオンを伝導して燃料及び酸化剤極における電気化学反応を支持するイオン伝導性媒体とを備える電気化学セルに関する。前記イオン伝導性媒体は、電気化学セル内の少なくとも一つの電気化学反応を促進する（速度、過電圧及び／又は好ましい反応部位を制御する）ための少なくとも一つの活性添加剤を含む。電気化学セルは更に、イオン伝導性媒体に接触して配置され、前記イオン伝導性媒体中で腐食又は溶解可能な少なくとも一つの活性添加剤を収容する添加剤媒体を備える。前記添加剤媒体及び／又は枠体は、セルの動作中にイオン伝導性媒体中の活性添加剤の濃度が激減すると、活性添加剤をイオン伝導性媒体に放出るように構成される。
2018508944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を酸化する燃料極と、
酸化剤を還元する酸化剤極と、
前記燃料極と前記酸化剤極との間でイオンを伝導して、前記燃料極及び前記酸化剤極での電気化学反応を支持するイオン伝導性媒体と、を備える電気化学セルであって、
前記イオン伝導性媒体は、電気化学セル内の少なくとも一つの電気化学反応を強化するための少なくとも一つの活性添加剤を含み、
前記添加剤媒体は前記イオン伝導性媒体における腐食又は溶解のための少なくとも一つの活性添加剤を含み、前記添加剤媒体は前記活性添加剤を前記イオン伝導性媒体に放出して、前記イオン伝導性媒体中で消耗した前記活性添加剤の濃度を上げるように構成される、電気化学セル。
【請求項２】
前記酸化剤極及び第３の電極からなる群から選択される充電電極を更に備え、
前記燃料極が還元可能燃料種を当該燃料極上で燃料として還元するカソードとして機能し前記充電電極が酸化可能酸化剤種を酸化するように、前記燃料極と前記充電電極との間に充電電位を印加することによって、前記電気化学セルは再充電可能である、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項３】
前記充電電極は、酸素を生じさせるように酸化可能酸化剤種を酸化する、請求項２に記載の電気化学セル。
【請求項４】
前記燃料極は、互いに間隔を空けて配置された一連の透過性電極体を備え、前記透過性電極体が互いに間隔を空けて配置されることにより、前記充電電極と前記一連の透過性電極体のうちの少なくとも一つとの間に前記充電電位が印加されることを可能とし、
前記充電電極をアノードとして機能させるとともに前記少なくとも一つの透過性電極体をカソードとして機能させ、前記還元可能燃料種が還元されて前記少なくとも一つの透過性電極体上に燃料として酸化可能な形態で電着し、当該電着によって前記一連の透過性電極体間に前記燃料が成長して、当該電着した燃料によって前記一連の透過性電極体間に電気接続が確立される、請求項２に記載の電気化学セル。
【請求項５】
前記添加剤は、前記燃料と共に堆積することにより、再充電の間に前記イオン伝導性媒体中で消耗することを特徴とする、請求項２に記載の電気化学セル。
【請求項６】
前記活性添加剤は、誘導体沈殿種の形成により前記イオン伝導性媒体中で消耗することを特徴とする、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項７】
前記添加剤媒体は、前記イオン伝導性媒体中において所定濃度の活性添加剤を維持するべく、前記添加剤媒体の腐食速度が設定されるような表面積対体積比を有するように成形される、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項８】
前記添加剤媒体は、イオン伝導性媒体１リットル当たりの表面積対体積比が１〜１００ｃｍ2／ｃｍ3であるように成形される、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項９】
過飽和状態を維持するべく、前記所定の活性添加剤の濃度は前記イオン伝導性媒体中の前記活性添加剤の溶解限度よりも大きい、請求項６に記載の電気化学セル。
【請求項１０】
前記添加剤媒体は、腐食電流が全容量／寿命にわたって一定であり、前記電気化学セルの寿命にわたって一定の速度で十分な量の活性材料を供給するように成形される、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１１】
前記添加剤媒体は、異種の基板、誘導体又はこれらの組み合わせ上に設けられた箔、ペレット、ショット、コーティング又はめっきとして提供される、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１２】
前記活性添加剤は、インジウム、アルミニウム、鉄、ニッケル、鉛、マグネシウム、ストロンチウム、マンガン、クロム、カドミウム、スズ、ビスマス、ゲルマニウム、アンチモン、タングステン又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１３】
前記燃料は亜鉛であり、前記イオン伝導性媒体は還元性亜鉛イオンを含む、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１４】
前記イオン伝導性媒体との相互作用を促進するべく、前記添加剤媒体を収容するように構成された組立体を更に備える、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１５】
前記添加剤媒体は、第１の金属及び第２の金属を含み、前記第２の金属は前記第１の金属より不活性度が高く、
前記第１の金属及び前記第２の金属は、前記第１の金属が腐食されるようにガルバニック結合される、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１６】
前記第１の金属の腐食速度は、前記第２の金属の表面積により設定される、請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項１７】
前記第１の金属と前記第２の金属との間の動作可能な電気接続部に位置する抵抗器を更に備える、請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項１８】
前記第１の金属の酸化速度は、前記第１の金属と前記第２の金属との間の動作可能な電気接続における外部電源によって増大される、請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項１９】
前記第１の金属と前記第２の金属との間の動作可能な電気接続に配置されたスイッチを更に備える、請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項２０】
前記電気化学セルの充電動作の間は、前記スイッチは閉位置にされる、請求項１９に記載の電気化学セル。
【請求項２１】
前記電気化学セルの放電動作の間は、前記スイッチは閉位置にされる、請求項１９に記載の電気化学セル。
【請求項２２】
前記添加剤媒体は、前記イオン伝導性媒体に前記活性添加剤を暴露して放出させるべく、前記イオン伝導性媒体中で少なくとも部分的に腐食又は溶解させる前記活性添加剤を内包する枠体を含む、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項２３】
複数の枠体を更に備え、当該枠体はそれぞれ少なくとも一回投与分の前記活性添加剤を内包し、
前記枠体はそれぞれ、前記イオン伝導性媒体中で腐食又は溶解することにより前記活性添加剤を露出させて前記イオン導電性媒体中に放出するための部分を有する、請求項２２に記載の電気化学セル。
【請求項２４】
前記複数の枠体における腐食又は溶解する前記部分がそれぞれ異なる厚さを有する、請求項２３に記載の電気化学セル。
【請求項２５】
複数の枠体を更に備え、当該複数の枠体はそれぞれ少なくとも一回投与分の前記活性添加剤を内包し、
前記枠体はそれぞれ、前記活性添加剤を計量して前記活性添加剤を前記イオン伝導性媒体中に放出するための計量閉鎖部を有する、請求項２２に記載の電気化学セル。
【請求項２６】
前記計量閉鎖部はそれぞれ異なる厚さを有する、請求項２５に記載の電気化学セル。
【請求項２７】
前記計量閉鎖部は、前記活性添加剤を前記イオン伝導性媒体に暴露して放出させるべく、前記イオン伝導性媒体中で腐食又は溶解させるための窓を有する、請求項２５に記載の電気化学セル。
【請求項２８】
前記計量閉鎖部はそれぞれ異なる厚さを有する、請求項２７に記載の電気化学セル。
【請求項２９】
燃料を酸化する燃料極と、
酸化剤を還元する酸化剤極と、
前記燃料極と前記酸化剤極との間でイオンを伝導して、前記燃料極及び前記酸化剤極での電気化学反応を支持するイオン伝導性媒体と、を備える電気化学セルであって、
前記イオン伝導性媒体は、電気化学セル内の少なくとも一つの電気化学反応を強化するための少なくとも一つの活性添加剤を含み、
前記電気化学セルは、前記活性添加剤を内包する枠体を有する添加剤含有媒体を更に備え、
前記枠体の少なくとも一部分は前記イオン伝導性媒体中で腐食性又は溶解性を有し、前記イオン伝導性媒体に前記活性添加剤を晒して前記イオン伝導性媒体中に放出させることによって、前記イオン伝導性媒体中で消耗した前記活性添加剤の濃度を上昇させる、電気化学セル。
【請求項３０】
複数の枠体を更に備え、当該枠体はそれぞれ少なくとも一回投与分の前記活性添加剤を内包し、
前記枠体はそれぞれ、前記活性添加剤を露出させて前記イオン導電性媒体中に放出するべく、前記イオン伝導性媒体中で腐食又は溶解する部分を有する、請求項２９に記載の電気化学セル。
【請求項３１】
前記複数の枠体における腐食又は溶解する前記部分がそれぞれ異なる厚さを有する、請求項３０に記載の電気化学セル。
【請求項３２】
複数の枠体を更に備え、当該複数の枠体はそれぞれ少なくとも一回投与分の前記活性添加剤を内包し、
前記枠体はそれぞれ、前記活性添加剤を計量して前記活性添加剤を前記イオン伝導性媒体中に放出するための計量閉鎖部を有する、請求項２９に記載の電気化学セル。
【請求項３３】
前記計量閉鎖部はそれぞれ異なる厚さを有する、請求項３２に記載の電気化学セル。
【請求項３４】
前記計量閉鎖部は、前記活性添加剤を前記イオン伝導性媒体に暴露して放出させるべく、前記イオン伝導性媒体中で腐食又は溶解させるための窓を有する、請求項３２に記載の電気化学セル。
【請求項３５】
前記窓はそれぞれ異なる厚みを有する、請求項３４に記載の電気化学セル。
【請求項３６】
電気化学セルに活性添加剤を添加する方法であって、
前記電気化学セルは、燃料を酸化する燃料極と、酸化剤を還元する酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極との間でイオンを伝導して、前記燃料極及び前記酸化剤極での電気化学反応を支持するイオン伝導性媒体と、を備え、
前記活性添加剤は、前記電気化学セル内の少なくとも一つの電気化学反応を強化し、
前記方法は、前記イオン伝導性媒体に接触させるように添加剤媒体を配置する工程を備え、
前記添加剤媒体は前記イオン伝導性媒体における腐食又は溶解のための少なくとも一つの活性添加剤を含み、前記添加剤媒体は前記活性添加剤を前記イオン伝導性媒体に放出して、前記イオン伝導性媒体中で消耗した前記活性添加剤の濃度を上げるように構成される、方法。
【請求項３７】
電気化学セルに活性添加剤を添加する方法であって、
前記電気化学セルは、燃料を酸化する燃料極と、酸化剤を還元する酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極との間でイオンを伝導して、前記燃料極及び前記酸化剤極での電気化学反応を支持するイオン伝導性媒体と、を備え、
前記活性添加剤は、前記電気化学セル内の少なくとも一つの電気化学反応を強化し、
前記方法は、前記イオン伝導性媒体に接触させるように添加剤媒体を配置する工程を備え、
前記添加剤媒体は前記活性添加剤を内包する枠体を含み、前記枠体の少なくとも一部分は前記イオン伝導性媒体中で腐食性又は溶解性を有し、前記イオン伝導性媒体に前記活性添加剤を晒して前記イオン伝導性媒体中に放出させることによって、前記イオン伝導性媒体中で消耗した前記活性添加剤の濃度を上昇させる、方法。
【請求項３８】
複数の枠体を更に備え、
前記複数の枠体はそれぞれ少なくとも一回投与分の前記活性添加剤を内包し、
前記枠体はそれぞれ、前記活性添加剤を露出させて前記イオン導電性媒体中に放出するべく、前記イオン伝導性媒体中で腐食又は溶解する部分を有し、
前記方法は更に、前記イオン電導性媒体中における部分をそれぞれ選択的に腐食又は溶解する工程を備える、請求項３７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
本出願は、米国特許出願第６２／１０８，２６２号（出願日：２０１５年１月２７日）に基づく優先権を主張するものであり、この米国特許出願の開示は、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は概して電解質添加剤を備える電気化学セルに関し、より詳細には、電気化学セル中の添加剤を管理するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
電気化学セル／電池は、イオン伝導性媒体として電解質溶液を利用する。燃料として金属を使用する電気化学セルでは、放電時には、アノードとして機能する燃料極において金属燃料が酸化されて、還元可能な金属燃料イオンとなる。充電時には、還元可能な金属燃料イオンは、今度はカソードとして機能する燃料極において金属燃料へと還元される。このようなプロセスにおいて、金属燃料が電着することにより、燃料極がめっきされる。
【０００４】
電気化学セルの動作を向上させるために、電気化学セルの電解質に、種々の添加剤を添加することができる。しかしながら、メンテナンスを行わないと、電気化学セルが寿命となるまでの間に添加剤が多様なメカニズムで消費されてしまい、電池効率及び電池寿命が制限されることにつながる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本出願は、特に、電気化学セル中の添加剤の濃度を管理する効果的且つ改善された方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様は、燃料を酸化する燃料極と、酸化剤を還元する酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極との間でイオンを伝導して燃料及び酸化剤極における電気化学反応を支持するイオン伝導性媒体とを備える電気化学セルを提供する。前記イオン伝導性媒体は、電気化学セル内の少なくとも一つの電気化学反応を促進する（例えば、速度、過電圧及び／又は好ましい反応部位を制御する）ための少なくとも一種類の活性添加剤を含む。前記電気化学セルは、イオン伝導性媒体と接触する添加剤媒体を更に含む。前記添加剤媒体は、イオン伝導性媒体中における腐食又は溶解を促進する少なくとも一種類の活性添加剤を含有してもよい。いくつかの実施形態では、前記添加剤媒体（及び／又は担持体（若しくは容器（ｃｏｎｔａｉｎｅｒ））は、イオン伝導性媒体における腐食又は溶解のための少なくとも一つの金属を収容する。前記添加剤媒体は、活性添加剤をイオン伝導性媒体に放出して、セル内で消耗したイオン伝導性媒体中の活性添加剤の濃度を上げるように構成される。
【０００７】
本開示の別の態様は、燃料を酸化する燃料極と、酸化剤を還元する酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極との間でイオンを伝導して燃料極及び酸化剤極における電気化学反応を支持するイオン伝導性媒体とを備える電気化学セルを提供する。前記イオン伝導性媒体は、電気化学セル内の少なくとも一つの電気化学反応を強化するための少なくとも一つの活性添加剤を含む。前記電気化学セルは、前記少なくとも一つの活性添加剤を内包する枠体を含む添加剤含有媒体を更に備える。前記枠体はイオン伝導性媒体中で腐食性又は溶解性を有し、イオン伝導性媒体に活性添加剤を晒してその中に放出させることによって、イオン伝導性媒体中で消耗した活性添加剤の濃度を上昇させる。
【０００８】
本開示の別の態様は、燃料を酸化する燃料極と、酸化剤を還元する酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極との間でイオンを伝導して燃料及び酸化剤極における電気化学反応を支持するイオン伝導性媒体とを備える電気化学セルに活性添加剤を添加する方法を提供する。前記イオン伝導性媒体は、前記電気化学セル内の少なくとも一つの電気化学反応を促進するための少なくとも１つの活性添加剤を含む。前記方法は、前記イオン伝導性媒体に接触させるように添加剤媒体を配置する工程を備え、前記添加剤媒体は前記イオン伝導性媒体における腐食又は溶解のための少なくとも１つの活性添加剤を含み、前記添加剤媒体は活性添加剤をイオン伝導性媒体へと放出して、イオン伝導性媒体中で消耗した活性添加剤の濃度を上げるように構成される。
【０００９】
本開示の別の態様は、燃料を酸化する燃料極と、酸化剤を還元する酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極との間でイオンを伝導して燃料及び酸化剤極における電気化学反応を支持するイオン伝導性媒体とを備える電気化学セルに活性添加剤を添加する方法を提供する。前記イオン伝導性媒体は、前記電気化学セル内の少なくとも一つの電気化学反応を促進するための少なくとも１つの活性添加剤を含む。前記方法は、前記イオン伝導性媒体に接触させるように添加剤媒体を配置する工程を備え、前記添加剤媒体は活性添加剤を内包する枠体を含み、前記枠体はイオン伝導性媒体中で腐食性又は溶解性を有し、イオン伝導性媒体に前記活性添加剤を晒してイオン伝導性媒体中に放出させることによって、イオン伝導性媒体中で枯渇した活性添加剤の濃度を上昇させる。
【００１０】
本開示の上記以外の特徴及び効果は、以下の詳細な説明、図面及び特許請求の範囲により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
以下、本開示の実施形態を、添付の概略図を参照しつつ、単に例示として説明する。この概略図において、対応する参照符号は、対応する構成要素を示す。
【００１２】
【図１】メッシュバスケット及び金属箔を備える電気化学セル内の添加剤を管理するための組立体の実施形態を示す。
【００１３】
【図２】電極の直接接続を含む電気化学セル内の添加剤を管理するための組立体の実施形態を示す。
【００１４】
【図３】スイッチを含む電気化学セル内の添加剤を管理するための組立体の実施形態を示す。
【００１５】
【図４】可変抵抗器を含む電気化学セル内の添加剤を管理するための組立体の実施形態を示す。
【００１６】
【図５】電源を含む電気化学セル内の添加剤を管理するための組立体の実施形態を示す。
【００１７】
【図６】インジウム箔を用いた自動投与と、溶媒和されたインジウムを電気化学セルに注入することによる定期的な手動投与との関数として、電気化学セル中のインジウムの濃度を示したグラフである。
【００１８】
【図７】インジウム源の表面積が変化した場合の関数としての電解質中のインジウムの濃度を示すグラフである。
【００１９】
【図８】アイドル期間及び放電期間中並びに酸素飽和電解質による充電期間中における金属空気電池内のインジウム源の腐食電流密度を示すグラフである。
【００２０】
【図９】添加剤を収容する中空カプセル及び腐食可能窓を備える電気化学セル内の添加剤を管理するための組立体の実施形態を示す。
【００２１】
【図１０】投与バスケットを備えるハウジング及び電気化学セルカバーに関連する添加剤を管理するための組立体の実施形態の平面図を示す。
【００２２】
【図１１】図１０に示した組立体の投与バスケット内の投与容器の平面図を示す。
【００２３】
【図１２】図１０の組立体における図１１の投与容器のうちの一つを詳細に示した平面図である。
【００２４】
【図１３】投与バスケット及び投与容器を備えるハウジング及び電気化学セルカバーに関連する添加剤を管理するための組立体の実施形態の右側平面図を示す。
【００２５】
【図１４】図１３の組立体及び電気化学的セルハウジングの左側平面図を示す。
【００２６】
【図１５】カバーがない状態の図１３の組立体及び電気化学的セルハウジングの左側平面図を示す。
【００２７】
【図１６】図１５の組立体及び電気化学的セルハウジングの左側面図を示す。
【図１７】図１５の組立体及び電気化学的セルハウジングの正面図を示す。
【図１８】図１５の組立体及び電気化学的セルハウジングの右側面図を示す。
【００２８】
【図１９】図１３の組立体における投与容器の一部分を詳細に示した平面図である。
【００２９】
【図２０】図１９の投与容器の左側の詳細図を示す。
【００３０】
【図２１】図２０の線Ｂ−Ｂに沿った投与容器の断面図である。
【００３１】
【図２２】図２０の線Ｃ−Ｃに沿った投与容器の断面図である。
【００３２】
【図２３】金属箔の下に添加剤を含む腐食性金属シートの層を備える電気化学セル内の金属含有添加剤を管理するための組立体の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本明細書に記載する一実施形態は、燃料を酸化する燃料極と、酸化剤を還元する酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極との間でイオンを伝導して燃料及び酸化剤極における電気化学反応を支持するイオン伝導性媒体とを備える電気化学セルを提供する。前記イオン伝導性媒体は、電気化学セルの少なくとも一つの電気化学反応を強化するための少なくとも一つの添加剤を含む。例えば、前記添加剤は、電気化学セル内の少なくとも一つの電気化学反応の速度、過電圧及び／又は好ましい反応部位を制御することを助ける。以下に記載するように、本開示の実施形態は、電気化学セル中の添加剤を管理するためのシステム及び方法を提供する。
【００３４】
一実施形態において、燃料極は、セルが放電モード又は発電モード時にアノードとして機能する金属燃料極である。燃料極は、透過性電極体を含み得る。この透過性電極体は、例えば、電着により又は他の方法により、セル内で循環するイオン伝導性媒体から金属燃料の粒子又はイオンを捕捉して保持することが可能な任意の組成により形成されたスクリーンである。
【００３５】
燃料は、鉄、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム又はリチウムといったような金属とすることができる。金属という用語は、電極本体に収集されたときに、原子、分子（金属水素化物を含む）及び合金のいずれかの形態をとる、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタニド、アクチナイド及び遷移金属に限定されずこれらを含む、周期表において金属としてみなされる全ての元素を包含するように解釈されるものである。しかしながら、本開示は、特定の燃料に限定されるように意図されたものではなく、他の燃料を用いてもよい。燃料は、イオン伝導性媒体に懸濁した粒子として電気化学セルに供給されるものであってもよい。
【００３６】
燃料は、燃料極がアノードとして動作する場合に燃料極において酸化され、酸素等の酸化剤は、酸化剤極がカソードとして動作する場合、すなわち電気化学セルが負荷に接続されて放電モード又は発電モードにある場合に、酸化剤極において還元される。放電モードにおける反応によって、例えば、還元性燃料種のような副生成物の沈殿物がイオン伝導性媒体中に生成される。例えば、燃料が亜鉛である実施形態では、酸化亜鉛が、副産物沈殿物／還元可能燃料種として生成され得る。充電モードの間には、例えば酸化亜鉛である副産物沈殿物が可逆的に還元されて、充電モードの間にカソードとして機能する燃料極上に、例えば亜鉛である燃料として堆積される。充電モードの間には、酸化剤極又はこれとは別の充電電極のうちのいずれかが、アノードとして機能する。
【００３７】
イオン伝導性媒体は水溶液であってもよい。好適な媒体の例としては、硫酸、燐酸、トリフリン酸、硝酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウム、硝酸カリウム又は塩化リチウムを含む水溶液が含まれる。また、イオン伝導性媒体として、非水溶媒又はイオン溶液を用いることができる。
【００３８】
幾つかの実施形態では、前記イオン伝導性媒体は、電気化学セルの少なくとも一つの電気化学反応を促進する（例えば、速度、過電圧及び／又は好ましい反応部位を制御する）ための少なくとも一種類の活性添加剤を含む。添加剤は、金属含有添加剤であってもよい。例えば、亜鉛電極を備える電池では、インジウムが電解質中に供給されることによって水素過電圧を大幅に上昇させて、充電プロセス中の亜鉛めっきの電流効率を高めることができる。インジウムが水素発生に対する障壁として作用して、外部電源からセルへの電流の印加中、すなわち電池の充電中に、亜鉛の析出が促進されることが理解されよう。また、添加剤の別の機能として、金属燃料のめっき形態を改善し、電池効率を制限することにつながる樹枝状結晶形成を抑制することができる。
【００３９】
本明細書に記載の様々な例示的実施形態では、カチオン性インジウムが活性添加剤として提供され、インジウム金属又はその塩（例えば、塩化インジウム、硫酸インジウム、リン酸インジウム、フッ化インジウム、水酸化インジウム等）が金属含有添加剤媒体として提供される。「金属含有」という言葉は、金属の塩、又は、金属若しくはそのイオンを含む他の分子、錯体又は合金を含む。しかしながら、電気化学セルの動作を改善する任意の適切な添加剤を、任意の適切な添加剤媒体から電解液中に放出してもよい。金属燃料を含む電池における水素過電圧を下げることは、様々な濃度の他の様々な添加剤によって達成され得ることは明らかである。例えば、ビスマス（Ｂｉ）、スズ（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、タリウム（Ｔｌ）及びこれらの酸化物又は塩を使用することができ、例えば、三酸化二インジニウム（Ｉｎ2Ｏ3）、三酸化二ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化スズ（ＳｎＯ）、三酸化二ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）等を用いることもできる。溶液中の添加剤はアニオン種であってもよい。添加剤は、カチオン性、アニオン性又は中性の添加剤種であってもよいことは明らかである。
【００４０】
亜鉛金属燃料を含む電気化学セルに関する幾つかの実施形態では、活性添加剤の濃度は、（Ｚｎに対して）５ｍｏｌ％未満、（Ｚｎに対して）２ｍｏｌ％未満、又は（Ｚｎに対して）１ｍｏｌ％未満であってもよい。しかし、このような元素又は他の化合物が比較的高い溶解度を示す場合、（Ｚｎに対して）５ｍｏｌ％を超える濃度であっても適切であると考えられる。
【００４１】
いくつかの実施形態では、前記添加剤媒体及び／又は担持体若しくは容器（ｃｏｎｔａｉｎｅｒ）は、イオン伝導性媒体における腐食又は溶解のための少なくとも一つの活性添加剤を収容する。イオン伝導性媒体に接触させるように、イオン伝導性媒体中において腐食又は溶解することが可能な少なくとも１つの活性添加剤を収容する媒体又は組立体を配置することで、セルが動作する間にイオン伝導性媒体中の活性添加剤の濃度が非常に低下した場合に、前記活性添加剤をイオン伝導性媒体に放出するように構成してもよい。しかしながら、活性添加剤は、金属又は金属イオンを必ずしも含有しなくてもよい。活性添加剤は、任意の適切なメカニズムによって電解液中に放出されてもよい。また、メカニズム（例えば、容器、担持体等）は、本明細書の実施形態に従って、金属成分を有する必要はない。
【００４２】
図１から図５は、活性添加剤を電解液中に放出する組立体及び媒体の様々な例示的実施形態を示す。
【００４３】
投与は連続的であっても離散的であってもよいことは明らかである。例えば、可溶性ポリマー、金属又はセラミックの膜を設けて腐食及び／又は溶解させ、それによって固体（例えば粉末）又は液体の形態の所定量の添加剤を瞬間的に投与することができる。また、添加剤の投与を手動で行ってもよい。例えば、保守を行う技術者が、添加剤及び／又は添加剤を電気化学セルに手動で添加してもよい。手作業による添加剤の添加は、電気化学セルの状態に関する測定、所定のスケジュール等で行ってもよい。
【００４４】
図１は、添加剤媒体１０１の自由腐食（又は溶解）によって、電気化学セル内の添加剤の濃度を維持する組立体１００の実施形態を示す。組立体１００は、添加剤媒体１０１を保持する容器１０２を含む。必要に応じて添加剤媒体１０１を交換できるように、組立体１００を添加剤媒体１０１に容易にアクセスできるように構成してもよい。組立体１００は、電気化学セルの壁面に取り付けられてもよく、例えば、上部の壁面に設けられて、ユーザが組立体に容易にアクセスすることができるようにしてもよい。例えば、キャップをねじ切りして電気化学セルのハウジング内のネジ切りされた開口部にねじ込むことにより、添加剤媒体１０１をイオン伝導性媒体内に配置してもよい。このような態様によれば、組立体を容易に取り除く又は交換することができる。その他の取り付け構成を使用してもよい。容器１０２は、好適な不活性ポリマー又はポリプロピレンのようなプラスチックで作製されていてもよい。容器１０２はまた、物が落下してセルの電極と接触することを防止しながら、電解質が添加剤媒体１０１へアクセス可能となるような任意の形状に形成されてもよい。例えば、容器１０２は、図１の実施形態に示すようにメッシュバスケットとして又は穴あきカップとして形成されてもよい。
【００４５】
一実施形態では、電解質の高さが高さＬに達するように、組立体１００を電気化学セル内に配置する。添加剤媒体１０１の自由腐食は、更なる活性添加剤を電解液に提供する。添加剤媒体１０１は、（ａ）最適濃度を維持するべく、時間の経過と共に失われる活性及び溶解種の損失を相殺する、又は、（ｂ）最適値が溶解限度よりも高い場合には、一定レベルの過飽和度を維持するように作用する、ように設計された幾何学的形状（表面積／体積）を有してもよい。添加剤媒体１０１は、箔、ペレット、プラグ又はショット（ｓｈｏｔ）を含む様々な形態で作製されてもよい。添加剤媒体１０１は、一種類の金属として又はその他の材料として形成されてもよいし、コーティング又はめっきされた基板の形態であってもよい。一実施形態では、添加剤媒体１０１はインジウム箔であってもよい。別の実施形態では、添加剤媒体１０１は、ニッケル箔上にめっきされたインジウムであってもよい。
【００４６】
別の実施形態では、添加剤媒体の腐食はガルバニック腐食によるものであってもよく、この場合、他の金属に比べて腐食しやすい第１の金属を含む金属含有添加剤媒体を、当該第１の金属と電気的に接触させて配置させてもよい。図２から図５には、ガルバニック腐食の実施形態が示されている。
【００４７】
図２は、コロージョン・カップルの直接的な短絡を伴う組立体２００の実施形態を示す。組立体２００は、電解質の高さが高さＬに達するように電気化学セル内に配置され、それにより媒体２０１が浸漬される。金属含有添加剤２０１は、接続部２０３を介して対向電極２０２に電気的に接続され（更に電解質に浸漬され）る。いくつかの実施形態では、金属含有添加剤媒体２０１は、インジウム箔又はインジウムめっきされたニッケル箔であってもよい。対向電極２０２は、腐食金属含有添加剤媒体２０１の金属の陰極である任意の金属又は合金であってもよい。
【００４８】
図３は、電解質中への添加剤の更なる添加の速度及びタイミングを更に制御するべく、スイッチ３０３を使用する組立体３００の一実施形態を示す。組立体３００は、電解質の高さが高さＬに達するように電気化学セル内に配置され、それにより媒体３０１が浸漬される。スイッチ３０３は、添加剤媒体３０１を対向電極３０２に電気的に接続する。いくつかの実施形態では、金属含有添加剤媒体２０１は、インジウム箔又はインジウムめっきされたニッケル箔であってもよい。対向電極３０２は、腐食金属含有添加剤媒体３０１の金属の陰極である任意の金属又は合金であってもよい。
【００４９】
電極間のスイッチ３０３は、充電モード、放電モード及び／又はアイドルモードの間は、閉位置にあってもよい。一例として、スイッチは、充電モード、放電モード及び／又はアイドルモードの間に、定期的に、所定の時間だけ、閉じてもよい。スイッチ３０３は、入力の関数として制御することができる。入力は、電気化学セルの電流センサ又は電圧センサなどのセンサ（図示せず）を介して取得することができる。このような実施形態では、スイッチングの頻度及び持続時間は、充電容量、放電容量、添加剤消費量、添加剤媒体腐食速度、電圧測定値、電流測定値、サイクル数又はこれらの組み合わせにより、決められてもよい。また、スイッチ３０３は、センサ入力を使用せずに時間ベースで（すなわち、数日、週、月毎等）、単純に動作させてもよい。いくつかの実施形態では、ハードウェアデバイス（例えば、マイクロコントローラ）を使用して、温度、スイッチング周波数、スイッチング持続時間、充電状態又は電気化学セルの状態に関するその他の情報と添加剤放出速度とを関連付けるルックアップテーブル、又は式を格納してもよい。
【００５０】
図４は、金属含有添加剤媒体４０１のガルバニック腐食の制御を補助するべく可変抵抗器４０３を使用する組立体４００の一実施形態を示す。組立体４００は、電解質の高さが高さＬに達するように電気化学セル内に配置され、それにより媒体４０１が浸漬される。可変抵抗器４０３は、金属含有添加剤媒体４０１を対向電極４０２に電気的に結合させる。いくつかの実施形態では、金属含有添加剤媒体４０１は、インジウム箔又はインジウムめっきされたニッケル箔であってもよい。対向電極４０２は、腐食金属含有添加剤媒体４０１の金属の陰極である任意の金属又は合金であってもよい。
【００５１】
可変抵抗器４０３は、入力の関数としての抵抗値を提供する。入力は、電気化学セルの電流センサ又は電圧センサなどのセンサ（図示せず）を介して取得することができる。このような実施形態では、抵抗値は、電池の電流、電圧、動作時間、充電容量の入力／出力、ユーザコマンド又はサイクル履歴によって通知されてもよい。
【００５２】
図５は、金属含有添加剤媒体５０１のガルバニック腐食の制御を補助するべく外部電源ＰＳを使用する組立体５００の一実施形態を示す。組立体５００は、電解質の高さが高さＬに達するように電気化学セル内に配置されてもよい。金属含有添加剤媒体５０１は、電源ＰＳを介して対向電極５０２に５０３において電気的に結合される。いくつかの実施形態では、金属含有添加剤媒体５０１は、インジウム箔又はインジウムめっきされたニッケル箔であってもよい。対向電極５０２は、腐食金属含有添加剤媒体５０１の金属の陰極である任意の金属又は合金であってもよい。
【００５３】
入力の関数として、電源ＰＳを、金属含有添加剤媒体５０１のガルバニック腐食を促進するように採用してもよい。入力は、電気化学セルの電流センサ又は電圧センサなどのセンサ（図示せず）を介して取得することができる。このような実施形態において、電源ＰＳの追加は、電池の電流、電圧、動作時間、充電容量の入力／出力、ユーザコマンド又はサイクル履歴によって通知されてもよい。
【００５４】
他の実施形態では、金属含有添加剤媒体用に設けられる対向電極を省略することができ、腐食を引き起こす電気化学的結合は、電気化学セル内の別の電極と確立することができる。例えば、空気電極、充電電極、又は燃料極と電気化学的結合を確立して、媒体の腐食を引き起こす電位差を生成することができる。したがって、本明細書の実施形態は、添加剤媒体との電気化学的結合専用の対向電極に限定されない。
【００５５】
[実施例]
図６は、溶媒和インジウムを電気化学セルに注入する周期的手動投与と比較した、インジウム箔による自動投与の利点を示す例示的プロットである。プロットは、動作中の金属−空気電池に浸漬されたインジウム箔の溶液中における腐食電流（黒丸、左軸）及び結果として生じるインジウム酸濃度（灰色三角、右軸）を示す。また、インジウム箔による投与を行っていない複製の電気化学セルのインジウム濃度（白四角、右軸）も示されている。両方の電気化学セルにおいて、溶液中４２ｐｐｍのインジウムで実験を開始した。インジウム箔を有さない電気化学セルは、１８００時間経過した時点でインジウム塩溶液により４２ｐｐｍまで手動で投与して戻した。これは約２０００時間（白抜きの四角）の時点で観察された高いインジウム濃度となっている要因である。自由腐食条件下において、インジウム箔を設けることにより、長いセル動作時間にわたって最適な添加剤レベルを維持することができる。
【００５６】
いかなる特定の理論にも拘束されるものではないが、提供される添加剤媒体の表面積は、電解質化学反応及び体積に加えて、添加剤消費速度、腐食電流密度、材料に固有の不動態化電流密度に依存する。例えば、提供されるインジウムの量は、腐食速度及び電気化学セルの容量／寿命に大きく依存する。非限定的な例として、インジウムの表面積／容積の比は、イオン伝導性媒体１リットル当たり１〜１００ｃｍ2／ｃｍ3の範囲であってもよい。この特定の例では、電解質溶液中への活性添加剤の溶解速度は相対的に低い。
【００５７】
別の例として、図７は、添加剤媒体（インジウム金属）の表面積を異ならせた場合の、３つの金属空気電池の動作中の電解質中の添加剤濃度（インジウム）を示す。インジウム金属の表面積はそれぞれ、９．６ｃｍ2（赤円、上段の黒丸）、６．３ｃｍ2（黒円、下段の黒丸）及び０ｃｍ2（インジウム源なし、白抜き四角）とした。表面積の大きなインジウム源を有する電気化学セルは、金属含有添加剤媒体の腐食電流が大きくなるため、より高いインジウム濃度を維持できる。
【００５８】
充電中の補助的な反応である酸素発生反応によって作動する再充電可能電池に関するいくつかの実施形態では、電解質中への活性添加剤の放出速度、又は、金属含有添加剤媒体の金属腐食速度は、放電又はアイドル状態時よりも充電プロセス時の方が大きい。この場合、実効腐食速度は主に電気化学セルのＯＮ時間に基づく（すなわち、腐食性金属の寿命は、相対的に見て、アイドル時間対トータル時間の比に関係しない）。したがって、本明細書に記載された開示は、例えば、金属空気電池のような酸素発生反応を利用して作動する電気化学セルでの実施に特に有益であり得ることが理解されよう。
【００５９】
図８に示すように、インジウムの溶解速度は、電気化学セルの充電時間、又は、放電容量（Ａｈ  ｏｕｔ）に近い充電容量（Ａｈ  ｉｎ）に依存する。図８は、酸素飽和電解質を用いた場合の、アイドル期間及び放電期間（黒円、下の列の黒丸）並びに充電期間（赤円、上の列の黒丸）における金属空気電池におけるインジウム源の腐食電流密度を示す。図から分かるように、充電期間よりもアイドル期間及び放電期間の方が腐食速度がはるかに小さいので、添加剤媒体（例えば、金属箔中の）からの活性添加剤（例えば、インジウム酸）は、必要とされない時に浪費されることはない。
【００６０】
上述したインジウム、添加剤としてインジウム又はそれらの種を用いた実施形態では、腐食／溶媒和種を放出してイオン伝導性媒体中の添加剤として機能させる。他の実施形態では、添加剤を媒体に放出するために腐食及び／又は溶解する枠体に添加剤が収容されていてもよい。
【００６１】
例えば、一実施形態では、枠体は、（図１の実施形態のような）イオン伝導性媒体中に遊離したり溶解したりする金属若しくはその種、又は他の材料（例えばポリマー）であってもよく、枠体が腐食してその中に収容されている添加剤をイオン導電性媒体に暴露するための開口部が形成された時点で、添加剤がイオン伝導性媒体へと放出される。
【００６２】
上述のガルバニックカップリング手法と同様に、金属又は金属種の枠体は、腐食を促進させるべく（セル内の専用の対向電極又は別の電極に結合することによって）ある電位に結合されてもよい。この場合も、イオン伝導性媒体への添加剤の暴露及び放出が引き起こされる。枠体の交換を容易にするために、枠体が収容されているバスケット又はカップは導電性であり、腐食電位が印加されている。したがって、添加剤含有媒体を単にバスケット又はカップに配置することで、枠体とバスケットカップとの間の電気接続が確立される（したがって、接触によって枠体に腐食電位が印加される）。
【００６３】
金属／金属種枠体のいずれかにおいて、当該枠体は、ホイルパウチ、球状、箱状、又は、他の任意の形状であってもよい。枠体は、部分的に不活性であってもよく、例えば、部分的にプラスチックで形成された枠体であってもよく、添加剤を受け取り、腐食／溶解する金属又は金属種の箔によって封止された開口部を有する。例示的な一実施形態が図９に示されている。組立体９００は、一方の面に窓９０２を有する中空円盤状のカプセル９０１である。カプセル９０１は、イオン伝導性媒体中での分解に対して安定なポリマーから形成することができ、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリロニトリル等から形成することができる。カプセル９０１は、添加剤で満たされていてもよい。窓９０２は、箔、又は、他の適切な形状で設けられる腐食性金属で覆われてもよい。金属が腐食すると、カプセル９０１の内部空間がイオン伝導性媒体にアクセス可能となり、カプセル９０１内の任意の添加剤媒体がイオン伝導性媒体に添加され得る。
【００６４】
また、これらの実施形態のいずれにおいても、時間の経過と共に複数回の放出を制御するために、異なる手法を使用することができる。例えば、様々な厚さの枠体からなるセットが使用されてもよく、それにより、各枠体が異なる時間に開いて、添加剤を放出させる。同様に、枠体は、それぞれが所定量の添加剤をその中に入れて収容することができる。従って、最も外側の枠体が腐食／溶解すると、その内部の添加剤が放出され、その後に次の枠体の腐食／溶解が始まり、枠体が全て溶解されるまで続く。
【００６５】
別の手法は、別個の複数の組立体１００、又は、別個の複数のバスケット／カップを有する１つの組立体１００を有し、一度に１つの枠体を腐食するべく異なる時間に、各バスケット／カップに個別に腐食電位を印加することである。
【００６６】
図１０は、投与バスケット１１０２を備える電気化学セルカバー及びハウジングを伴う組立体１１００の実施形態を示す。組立体１１００は、少なくとも１つの活性添加剤をその内部に含む交換可能な添加剤媒体１１０４を保持する。組立体１１００は、電気化学セルの壁面に取り付けられてもよく、例えば、上部の壁面又はカバーに設けられて、ユーザが組立体に容易にアクセスすることができるようにしてもよい。例えば、投与バスケット１１０２の上部をねじ切りして電気化学セルのハウジング又はカバーのネジ切りされた開口部にねじ込んで、媒体１１０４をイオン伝導性媒体内に配置するように設計してもよい。このような態様によれば、組立体を容易に取り除く又は交換することができる。締結具のような他の取り付け具を使用することもできる。投与バスケット１１０２は、適切な不活性ポリマー又はポリプロピレンのようなプラスチックで作ることができる。投与バスケット１１０２は、図示のような穴あきカップ若しくはメッシュバスケット、又は、添加剤媒体の放出を可能にする（例えば、１つ又は複数の壁の）穴又は穿孔又は開口部を有する別の容器であってもよい。組立体１１００は、電解質の高さが高さＬに達するように電気化学セル内に配置され、媒体１１０４が浸される。いくつかの実施形態では、添加剤媒体１１０４は、例えば、インジウム箔又はインジウムめっきされたニッケル箔であってもよく、その投与は、電気接触又は電荷の印加（によって腐食を引き起こす）を介して制御されてもよい。
【００６７】
図１１は、図１０の組立体１１００の投与バスケット１１０２を外した状態を示す。より詳細には、図１１は、組立体１１００の投与バスケット１１０２内に設けられる投与容器１２０２のスタック１２００及びそこに収容される添加剤媒体１１０４が示されている。例えば、図１２に詳細に示すように、添加剤媒体１１０４は容器、担持体又は投薬容器１２０２内に配置されてもよい。複数の容器１２０２は、組立体１１００内で積み重ねられてもよい（例えば、一方は他方の上に長手方向に重ねられる）。添加剤媒体１１０４は、例えば、容器の一部分の周囲に巻かれた固体材料であってもよい。担持体は、固体添加剤材料を所定の位置に適切な向きに保持するための機械的支持を提供する。しかしながら、図２１に示す添加剤媒体１１０４及び容器部分の描写は、これに限定することを意図するものではない。一実施形態では、複数の容器１２０２の各々は、それぞれ別個のエンティティであってよく、スタック１２００内で１つずつ（必要に応じて又は所望時に、例えば、添加剤を交換するために）取り除かれる又は交換されてもよい。別の実施形態では、複数の容器１２０２がスタック１２００内で接続されて、組立体全体又はスタック全体のみがバスケット１１０２又は電気化学セルから取り外し可能にしてもよい。組立体１１００は、各容器１２０２の媒体１１０４が浸漬されるように電解質の高さが高さＬに達するように電気化学セルに配置されてもよい。いくつかの実施形態では、組立体１１００中の添加剤媒体１１０４は、例えば、インジウム箔又はインジウムめっきされたニッケル箔であってもよく、その投与は、電気接触又は電荷の印加（によって腐食を引き起こす）を介して制御されてもよい。
【００６８】
図１３及び図１４は、投与バスケット１３０２及び投与容器１３０４の両方を有する電気化学セルカバー及び電気化学セルハウジングに関連する組立体１３００の更なる別の実施形態を示す。組立体１３００は、上壁又はカバーといった電気化学セルの壁に取り付けることができる。図１０を参照して上記で説明したのと同様に、投与バスケット１３０２は、腐食又は溶解するための少なくとも一つの活性添加剤を含有する添加剤媒体１３０６を保持する。投与バスケット１３０２は、適切な不活性ポリマー又はポリプロピレンのようなプラスチックで作ることができる。投与バスケット１３０２は、図示のような穴あきカップ若しくはメッシュバスケット、又は、添加剤媒体の放出を可能にする（例えば、１つ又は複数の壁の）穴又は穿孔又は開口部を有する別の容器であってもよい。投与容器１３０４はまた、その中に活性添加剤を含む多量の添加剤媒体を収容することができる。投与容器１３０４は、組立体１３００内に（例えば、縦方向に重ねて）積み重ねられた複数の本体を有してもよく、図１５から図１８に示すように、例えば、酸化剤電極１３０８の近くのような、電気化学セルの一方の側の付近に取り付けられてもよい。一実施形態では、複数の投与容器１３０４は、個々に形成され、互いに対して取り付けられる。別の実施形態では、投与容器１３０４は、関連付られた複数のリザーバを有する単一の容器として一体的に形成される。複数の投与容器１３０４は、それぞれが別個のエンティティ（及び別個に取り外し可能）であってもよいし、又は、一緒に接続されて（ユニット全体としてのみ取り外し可能であり得る）いてもよい。別の実施形態では、組立体は、分離され区画された部屋を有する単一シリンダであってもよい。
【００６９】
図１９に詳細に示すように、投与容器１３０４（又は各投薬容器）の一部分は、その収容体に関連する投与閉鎖部１３１０（又はプラグ又はキャップ）、及び、１つ又は複数の充填穴１３１２を有してもよい。投与閉鎖部１３１０はそれぞれ、一回投与分又は複数回投与分の添加剤媒体を計量して、及び／又は、当該添加剤媒体を、例えば、空洞及びリザーバから電気化学セルへと放出するように構成される。一実施形態では、投与閉鎖部１３１０自体が腐食及び／又は溶解して、その関連付けられたリザーバから一回量の添加剤媒体を放出することができる。別の実施形態では、投与閉鎖部１３１０は、当該投与閉鎖部に関連付けられた溶解可能な及び／又は腐食可能な窓、プレート又はディスク（又は他の部分）を有してもよい。例えば、投与閉鎖部１３１０の窓は溶解及び／又は腐食して、添加剤媒体を当該窓を通過させて放出するように設計された溶解性及び／又は腐食性の金属窓であってもよい。窓は、溶解又は腐食することができる任意の材料（非金属を含む）で作製することができる。腐食性又は溶解性の窓を、例えば、外部の電解質との相互作用により当該窓が破損するまでは、添加剤を分離するのに使用してもよい。一実施形態では、区画又は容器１３０４のそれぞれは、個別の投与量を保持し、窓の厚さに応じて異なる時間に破損するようにしてもよい。一実施形態では、バスケット１３０２及び／又は容器１３０４は、少なくとも部分的に腐食性又は溶解性を有してもよい。一実施形態では、投与容器１３０４内の添加剤媒体は、各リザーバ内において固体、半固体、液体及び／又は流体の形態であってもよく、投与閉鎖部１３１０を通して電気化学セル内に放出させるべく腐食性及び／又は溶解性を有するように構成される。充填孔１３１２は、使用者が容器１３０４に添加剤媒体を加える、充填する及び／又は交換することを可能にする。
【００７０】
図２０から図２２は、一実施形態に係る容器の詳細を示したものであり、例えば、図１３及び図１４に示されるような電気化学セルの他の容器と共に使用される又は積み重ねられ得る容器の詳細を示す。図２２に示すように、容器１３０４は、腐食又は溶解のための少なくとも一つの活性添加剤を含有する添加剤媒体を保持するための空洞部１３１４又はリザーバを内部に有する。空洞部１３１４から所定の投与量の添加剤を電気化学セルに送達するために、投与閉鎖部１３１０と容器１３０４の送達ポート１３１６とを接続する。リザーバに隣接して設けられるＯリング１３１８及びディスク１３２０が、投与閉鎖部１３１０と関連付けられている。Ｏリング１３１８は、リザーバ１３１６を有する容器１３０４の本体部分に投与閉鎖部１３１０を固定するのを補助している。投与閉鎖部１３１０は、例えば、容器１３０４上に圧入して取り付けることができる。図２１及び図２２に示すように、ディスク１３２０は、リザーバ１３１６及びＩ−Ｏ−リング１３１８に隣接して設けられている。一実施形態では、ディスク１３２０は、（空洞部１３１４から又は空洞部１３１４に含まれる）活性添加剤をイオン伝導性媒体に露出させて放出するために、イオン伝導性媒体に溶解可能な及び／又は腐食性である窓１３２２を有する。例えば、窓は、リザーバ１３１６の開口部に隣接して位置してもよく、開口部を覆って、容器１３０４の空洞部１３１４内に添加材料を収容することができる。一実施形態では、ディスク１３２０全体は、（空洞部１３１４からの）活性添加剤をイオン伝導性媒体に露出させて放出するためにイオン伝導性媒体に溶解又は腐食するように設計された溶解性及び／又は腐食性を有した部分である。ディスク内の窓又はディスク自体の全体が、例えば、インジウム箔又はインジウムメッキされたニッケル箔から形成されてもよい。
【００７１】
一実施形態によれば、容器１３０４のイオン伝導性媒体中の複数の投与閉鎖部１３１０は、様々な厚みを有する腐食性及び／又は溶解性の窓を有する。例えば、投与閉鎖部はそれぞれ、異なる厚さの腐食性及び／又は溶解性の窓を有してもよい。様々な厚みを有するようにすることで、小さな投与量を複数回にわたって供給することが可能となることから、一回で投与量を与える場合と比較して、投与量の幅を広げることができ、それによって、最適レベルに近い添加剤濃度を狙った精密な濃度制御が可能となる。一実施形態では、ディスク１３２０（及び／又はその窓）はそれぞれ異なる厚さを有する。これに代えて、閉鎖部１３１０はそれぞれ、異なる厚さを有してもよい。
【００７２】
組立体１３００は、電解質の高さが高さＬに達するように電気化学セル内に配置され、それにより媒体が浸漬される。いくつかの実施形態では、添加剤媒体１３０６は、インジウム箔又はインジウムめっきされたニッケル箔であってもよい。いくつかの実施形態では、投与容器１３０４内の流体の又は液体の添加剤媒体は有機種である。他の実施形態では、添加剤媒体は固体有機種である。いくつかの実施形態では、投与閉鎖部１３１０は、容器１３０４内に添加剤媒体（例えば、液体又は固体の有機種）を保持し、かつ、溶解及び／又は腐食して活性添加剤を放出する二つの目的を達成するように構成されたインジウムプラグである。他の実施形態では、投与閉鎖部１３１０は、インジウムから形成された別体のプラグ本体と、容器１３０４から活性添加剤を放出するインジウム箔又はインジウムめっきニッケル箔の腐食性（及び／又は溶解性）窓とを有する。
【００７３】
図２３に示す実施形態において、組立体１０００は、腐食性金属シート１００１，１００２，１００３の積層を含む。一実施形態では、腐食性金属シート１００１，１００２及び１００３の各層は、活性添加剤をイオン伝導性媒体に放出するように構成することができる。腐食性金属シートの各層は、異なる速度で腐食してもよい。一実施形態では、金属が腐食すると、添加剤がイオン導電性媒体に放出されるように、金属シートの下に添加剤を配置することができる。
【００７４】
いくつかの実施形態では、添加剤媒体は、金属を含まない活性添加剤を含む。
【００７５】
他の実施形態では、枠体又は容器は金属を有する必要はない。例えば、枠体は、イオン伝導性媒体中に時間とともに溶解するポリマーであってもよい。経時放出管理について同様の枠体の構成及び手法を使用してもよい。例えば、厚さの異なるポリマーを、複数の枠体からなるセットに対して使用して、各添加剤媒体が異なる時間にその添加剤を放出するようにすることができる。
【００７６】
枠体又は容器を使用する実施形態のいずれにおいても、例えば、様々な種類の添加剤を使用することができる。例えば、米国特許出願公開第２０１５０２２１９９９号、第２０１４０２６６０５５号及び第２０１２０３２１９６９号、並びに、米国特許第９，１４７，９１９号及び第８，７４１，４９１号明細書（に記載されている添加剤のいずれかジアゾ二環式種を有する全ての添加剤を含む）を使用することができる。上記出願は参照によりその内容が本明細書に組み込まれる。幾つかの実施形態において、異なる種類の添加剤材料を組み合わせて、電気化学セル内の組立体（例えば、固体添加剤材料と、液体又は流体添加剤材料との組み合わせ）に提供することができる。
【００７７】
上述した実施形態は、専ら本開示の構造的及び機能的な原理を例示するために提供されており、限定することを意図したものではない。例えば、本開示は、様々な燃料、酸化剤、電解質、及び／又は、全体の構造的な構成又は材料を用いて実施され得る。このように、本開示は、添付した特許請求の範囲の思想及び範囲内にある、全ての修正、代用、変更及び均等物を包含するように意図されている。
【図１】
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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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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