(57)【要約】  一又は複数の電気化学セル内の水分量を管理するシステム及び方法が開示される。このシステムは、前記電気化学セルに関連付けられた湿り気相を受け取る気相管路と、各電気化学セルと接続され、前記湿り気相から水分を抽出するように構成された乾燥ユニットと、前記乾燥ユニットを選択的に加熱する加熱器と、前記乾燥ユニットに接続された二酸化炭素（ＣＯ２）スクラバーと、を備える。前記システムは、動作モードによって、乾燥ユニットにおいて電気化学セルから流出する湿り気相から水蒸気を捕捉し、また加熱器の作動によって乾燥ユニット内で水蒸気を放出し、この水蒸気が前記電気化学セル内に運ばれる。動作モードに基づいて、ＣＯ２スクラバーを用いて水蒸気を捕捉してもよい。
2018510476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが複数の電極及び液状のイオン伝導性媒質を有する一の又は複数の電気化学セル内の水分量を管理するシステムであって、
前記電気化学セルに関連付けられた湿り気相を受け取る気相管路と、
各電気化学セルと接続され、前記湿り気相から水分を抽出するように構成された乾燥ユニットと、
抽出した水分を前記乾燥ユニットから選択的に放出するべく、前記乾燥ユニットを選択的に加熱する加熱器と、
前記乾燥ユニットに接続され、二酸化炭素を吸収するように構成された二酸化炭素スクラバーと、
を備え、
水捕捉モードの間、前記システムは、前記乾燥ユニットにおいて電気化学セルから流出する湿り気相から水蒸気を捕捉するように構成され、セル加湿モードの間、前記システムは、加熱器の作動によって乾燥ユニット内で水蒸気を放出し、前記電気化学セル内に運ばれる湿り気相を生成するように構成される、システム。
【請求項２】
前記電気化学セルは、燃料極と、気体状酸化剤収容空間と、一方の面が前記イオン伝導性媒質に面し反対の面が前記気体状酸化剤収容空間に面する酸化剤還元極と、前記気体状酸化剤収容空間を介して接続され、それによって前記気体状酸化剤収容空間へのガスの出入りを可能にする気体状酸化剤流入口及び気体状酸化剤流出口と、を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記二酸化炭素スクラバーは前記乾燥ユニットの後段かつ前記気体状酸化剤流入口より前段に設けられる、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記二酸化炭素スクラバーは前記乾燥ユニットと並列かつ前記気体状酸化剤流入口より前段に設けられる、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記水捕捉モードはセル放電モードと同時に実行される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記加湿モードは、セル充電モード、セル休止モード、セル放電モード、又はこれらの組み合わせと同時に実行される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
酸化剤の流れを各電気化学セルを通して移動させるための送風機をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
各電気化学セルに関連付けられ、気体状酸化剤収容空間内への酸化剤の流れを発生させることによって、各セル個別の水分量の管理を容易にする送風機をさらに備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記イオン伝導性媒質の液位を感知する、電気化学セルに関連付けられた液位センサをさらに備え、前記液位が所定の下限より低い場合に、前記電気化学セルは除湿モードに入る、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記イオン伝導性媒質の液位を感知する、電気化学セルに関連付けられた液位センサをさらに備え、前記液位が所定の上限より高い場合に、前記電気化学セルは水捕捉モードに入る、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
電気化学セルに関連付けられた液位センサをさらに備え、前記液位センサは前記加熱器に結合され、捕捉された水分を前記乾燥ユニットから放出するべく、前記加熱器を作動させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
気体状酸化剤流入口を通して気体状酸化剤収容空間に運ばれる前記湿り気相の相対湿度は５０％より高い、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
スクラバー加湿モードの間、前記システムは乾燥ユニット内に水蒸気を放出して湿り気相を生成し、当該湿り気相が前記二酸化炭素スクラバーに送られて前記二酸化炭素スクラバーを予備加湿するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
セル放電モードの間、システムは周囲の酸化剤を二酸化炭素スクラバーを通して各電気化学セルに送り、これによって湿度及び前記気体状酸化剤の二酸化炭素濃度の管理を容易にするように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記湿り気相は前記乾燥ユニットから開かれた管路を介して前記二酸化炭素スクラバーに送られる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記湿り気相は貯水器を介して前記二酸化炭素スクラバーに送られ、前記貯水器は乾燥ユニットから流出する水分を回収して前記二酸化炭素スクラバーに送るように構成される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
前記乾燥ユニットから流出する湿り気相の一部は、各電気化学セルを加湿するように向けられる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１８】
前記スクラバー加湿モードはセル休止モードの間に実行される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１９】
前記スクラバー加湿モードは外部敷設電力が利用できるときに実行される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２０】
電気化学セルから流出する湿り気相は乾燥ユニットに向けられ、それによって電気化学セルから出る水蒸気を捕捉する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２１】
前記二酸化炭素スクラバーは、ソーダ石灰、苛性ソーダ、水酸化カリウム、水酸化リチウム、過酸化リチウム、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、蛇紋岩、ケイ酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、かんらん石、分子篩、アミン、モノエタノールアミン、及びこれらの誘導体及び組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
それぞれが複数の電極及び液状のイオン伝導性媒質を有する一の又は複数の電気化学セル内の水分量を管理する方法であって、
前記一の又は複数の電気化学セルからの湿り空気を乾燥ユニットで受け取る工程と、
加熱器を用いて前記乾燥ユニットを選択的に加熱する工程と、
前記乾燥ユニットに接続された二酸化炭素スクラバーを用いて、前記湿り空気から二酸化炭素を吸収する工程と、
前記湿り空気を、前記二酸化炭素スクラバーから前記イオン伝導性媒質へと向かわせる工程と、
を備える方法。
【請求項２３】
前記一又は複数の電気化学セルはそれらに関連付けられた送風機を有し、前記方法は、
前記送風機を用いて各電気化学セルを通して酸化剤の流れを移動させる工程をさらに備える、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
貯水器を用いて前記乾燥ユニットから流出する水分を選択的に回収する工程と、
前記貯水器を介して前記二酸化炭素スクラバーに水分を選択的に送る工程と、
をさらに備える、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
それぞれが複数の電極及び液状のイオン伝導性媒質を有する一の又は複数の電気化学セルを含むシステム内の水分量を管理する方法であって、前記システムは二酸化炭素スクラバーをさらに含み、前記方法は、
外部の大気源から前記二酸化炭素スクラバーに空気を入力する工程と、
前記二酸化炭素スクラバーを用いて前記外部の大気から二酸化炭素を吸収する工程と、
外部の空気を前記二酸化炭素スクラバーから前記一又は複数の電気化学セルの前記イオン伝導性媒質に向かわせる工程と、
前記一の又は複数の電気化学セルからの湿り空気を乾燥ユニットで受け取る工程と、
を備え、
前記乾燥ユニット及び前記二酸化炭素スクラバーは選択的に連通可能に結合されるように構成される、方法。
【請求項２６】
前記一又は複数の電気化学セルはそれらに関連付けられた送風機を有し、前記方法は、
前記送風機を用いて各電気化学セルを通して酸化剤の流れを移動させる工程をさらに備える、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
湿り空気を前記乾燥ユニットから前記二酸化炭素スクラバーに、及び前記一又は複数の電気化学セルの前記イオン伝導性媒質に、選択的に入力する工程
をさらに備える、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
貯水器を用いて前記乾燥ユニットから流出する水分を選択的に回収する工程と、
前記貯水器を介して前記二酸化炭素スクラバーに水分を選択的に送る工程と、
をさらに備える、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、米国特許仮出願第６２／１４０，２５７号（２０１５年３月３０日出願）に基づく優先権を主張するものであり、この米国特許仮出願の開示は、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は電気化学セルに関し、特に空気吸入カソードを備え、液体イオン伝導性媒質を利用する電気化学セルに関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの種類の電気化学セルは、セル内の電気化学反応を支持するために液体イオン伝導性媒質を用いている。電気化学セルは、好適な燃料から構成される燃料極と接続された空気吸入極を利用する場合がある。例えば、金属空気電気化学セルシステムは複数のセルを含んでいる。各セルはアノードとして働く燃料極を有しており、この電極において金属燃料は酸化される。また、各セルは空気吸入酸化剤還元極を有しており、この電極において周囲空気からの酸素が還元される。このようなセルの内部の液体イオン伝導性媒質は、上記電極間で酸化／還元されたイオンを伝達している。
【０００４】
様々なイオン伝導性媒質において、イオン伝導性媒質からの水分の蒸発、電気分解（例えば、再充電における水の分解）又はその他の要因による水分の喪失は、電気化学セルに弊害をもたらす。特に運転に水を必要とするセルについてはなおさらである。例えば、イオン伝導性媒質が塩化することによって、電気化学電池の酸化剤極が詰まってしまい、性能が低下して、場合によっては、セルの完全な機能停止に至ることもある。このような塩化又はその他の故障は、例えば、酸化剤極の空気側又は酸化剤極の一部が過剰に乾燥してしまう部位で発生する。さらに、イオン伝導性媒質の水分含有量が減少すると、媒質の溶媒化能力、すなわち、溶質を溶解する能力を低下させる、又は、媒質中の溶質のパーセント濃度が高くなる。
【０００５】
電気化学セルを管理するためのシステムが開発されてきた。同じ出願人によって２０１４年２月１０日に出願された米国特許出願公開第２０１４／０２２７６１５号明細書はバッテリの水管理システムの例を提示しており、この明細書の内容は参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【０００６】
本願の開示は、液体イオン伝導性媒質を備える任意の電気化学セルにおいて、ポンプ、貯水器及び機械式液位制御弁を使用することなく、水の含有量を維持するための水管理システムを提供する。
【発明の概要】
【０００７】
本開示の一態様において、一又は複数の電気化学セル内の水の含有量を管理するためのシステムが提供される。各電気化学セルは複数の電極及び液体イオン伝導性媒質を有する。このシステムは、前記電気化学セルに関連付けられた湿り気相を受け取る気相管路と、各電気化学セルと接続され、前記湿り気相から水分を抽出するように構成された乾燥ユニットと、抽出した水分を前記乾燥ユニットから選択的に放出するべく、前記乾燥ユニットを選択的に加熱する加熱器と、前記乾燥ユニットに接続され、二酸化炭素を吸収するように構成された二酸化炭素スクラバーと、を備え、水捕捉モードの間、前記システムは、乾燥ユニットにおいて電気化学セルから流出する湿り気相から水蒸気を捕捉するように構成される。セル加湿モードの間、前記システムは、加熱器の作動によって乾燥ユニット内で水蒸気を放出し、前記電気化学セル内に運ばれる湿り気相を生成するように構成される。
【０００８】
本開示の他の態様において、一又は複数の電気化学セル内の水の含有量を管理する方法が提供される。各電気化学セルは複数の電極及び液体イオン伝導性媒質を有する。この方法は、前記一の又は複数の電気化学セルからの湿り空気を乾燥ユニットで受け取る工程と、加熱器を用いて前記乾燥ユニットを選択的に加熱する工程と、前記乾燥ユニットに接続された二酸化炭素スクラバーを用いて、前記湿り空気から二酸化炭素を吸収する工程と、前記湿り空気を、前記二酸化炭素スクラバーから前記イオン伝導性媒質へと向かわせる工程と、を備える方法。
【０００９】
本開示のさらに別の態様において、一又は複数の電気化学セルを備えるシステム内の水の含有量を管理する方法が提供される。各電気化学セルは複数の電極及び液体イオン伝導性媒質を有する。また、このシステムは二酸化炭素スクラバーを有する。この方法は、外部の大気源から前記二酸化炭素スクラバーに空気を入力する工程と、前記二酸化炭素スクラバーを用いて前記外部の大気から二酸化炭素を吸収する工程と、外部の空気を前記二酸化炭素スクラバーから前記一又は複数の電気化学セルの前記イオン伝導性媒質に向かわせる工程と、前記一の又は複数の電気化学セルからの湿り空気を乾燥ユニットで受け取る工程と、を備える。前記乾燥ユニット及び前記二酸化炭素スクラバーは選択的に連通可能に結合されるように構成される。
【００１０】
本発明の他の態様は、以下の詳細な説明、添付した図面及び添付した特許請求の範囲から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
以下の図面は例示のためのものであり、限定を目的としたものではない。簡潔さと明瞭さのため、所与の構造のすべての特徴が、それが描かれるすべての図において必ずしも参照番号を付与されるわけではない。また、同一の参照番号が同一の構造を示すとは限らない。むしろ、同一の参照番号は、同一でない参照番号と同様に、類似の特徴又は類似の機能を有する特徴を示すために用いられる場合もある。
【００１２】
【図１】水管理システムに接続されるように構成された浸漬酸化剤還元電極を有する電気化学セルの一実施形態を概略的に示した図である。
【００１３】
【図２】水管理システムに接続されるように構成された電気化学セルの別の実施形態を概略的に示した図である。
【００１４】
【図３】図１及び図２のような電気化学セルに接続され得る水管理システムの一実施形態を示した図である。
【００１５】
【図４】乾燥ユニット及びＣＯ２スクラバーが直列に接続された、複数の電気化学セルを含む水管理システムの一実施形態を示した図である。
【００１６】
【図５】乾燥ユニット及びＣＯ２スクラバーが並列に接続された、複数の電気化学セルを含む水管理システムの一実施形態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本開示は、空気吸入極に関連付けられた湿度を制御することに加えて、電気化学セル内の望ましい水の含有量を維持しやすくすることを意図したものである。特に、本出願は、空気吸入極によって電気化学セルの水の含有量を維持するためのシステム及び方法を開示する。
【００１８】
一実施形態に係る以下に詳細に説明するバッテリの水管理システムにおいて、電気化学セルは、空気吸入酸化剤極を備える。このような一実施形態では、水管理システムは、電気化学セル内の水量を維持する機能及び空気吸入極に関連付けられた湿度の制御を行う機能の両方を提供する。
【００１９】
図１は電気化学セル１００の一実施形態の概略断面図である。図に示すとおり、電気化学セル１００の構成要素は少なくとも部分的に、対応するハウジング１１０内に収容されている。セル１００は、ハウジング１１０内に収容されその中で循環してセル１００内でイオンを伝導するように構成された液体イオン伝導性媒質を用いている。イオン伝導性媒質は時にハウジング１１０内で、例えば停滞領域やその他の一定量のイオン伝導性媒質において、概ね静止しているものの、セル１００はイオン伝導性媒質の対流を生成するように構成されていることが理解できる。一部の実施形態では、このような対流は、制御された方向を有する気泡によって生成される。この気泡は、セル内の電気化学プロセスによって、スパージャを使用して、又は、その他の気泡生成工程によって生成される。一部の実施形態では、対流は、これに限定されないが、例えば、ポンプのようなその他の対流生成器によって生成される。一部の実施形態では、局所的な加熱によって、液体を対流させることができる。
【００２０】
電気化学セル１００の様々な部分が任意の適切な構造及び組成を有しており、それらにはプラスチック、金属、樹脂、又はこれらの組合せを含むがこれらには限定されない。従って、セル１００は、複数の構成要素から形成したり、一体に成型したり、といったように任意の方法で組み立てることができる。様々な実施形態において、セル１００及び／又はハウジング１１０は、米国特許第８，１６８，３３７号、第８，３０９，２５９号、第８，４９１，７６３号、第８，４９２，０５２号、第８，６５９，２６８号、第８，８７７，３９１号、第８，８９５，１９７号、第８，９０６，５６３号、第８，９１１，９１０号、第９，１０５，９１０号、第９，１０５，９４６号、第９，１７８，２０７号、第９，２１４，７０８号、第９，２６９，９９５号、第９，２６９，９９６号、及び米国特許出願公開第２０１０／０３１６９３５号、第２０１１／００７０５０６号、第２０１１／０２５０５１２号、第２０１２／０３２１９６９号、第２０１３／０１１５５２３号、及び第２０１３／０１１５５２５号の各明細書のうちの一又は複数に記載された構成要素又は構成を含んでおり、これらの各明細書は参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【００２１】
電気化学セル１００の構成は実施形態によって様々に異なるが、図１の断面図に示す実施形態では、ハウジング１１０内に電池室１２０を備える。イオン伝導性媒質は一般的に、電池室１２０内で塊で存在するが、電池室１２０内を対流してもよいし、電池室１２０を通過するように（例えば、一の電気化学セル１００から別の電気化学セル１００へと、若しくは、貯水器から電気化学セル１００へと又はその反対に）流れてもよい。セル１００の燃料極１３０は、イオン伝導性媒質に接触するように電池室１２０内で支持されている。一実施形態において、燃料極１３０は、後述するようにセル１００の放電モード（すなわち、発電モード）においてアノードとして機能する金属燃料極である。図示するように、一部の実施形態では燃料極１３０は複数の透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅを含む。図の実施形態では５個の透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅが用いられているが、他の実施形態ではこの数は任意である。各透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅは、電着により、又は、他の方法により、電池室１２０を通過するか又は他の態様でその中に存在するイオン伝導性媒質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組成（ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）により形成されたスクリーン（ｓｃｒｅｅｎ）を含むことができる。一実施形態において、電極本体１３０ａは端子電極本体であり、この端子電極本体は、充電時に金属燃料が電極本体１３０ａ−１３０ｅの全体に付着して電極本体１３０ａから電極本体１３０ｅに向かう方法に成長するように構成される。上記段落で参照により組み込まれた米国特許第８，６５９，２６８号明細書に記載されるように、図の実施形態において、透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅは階段状スカフォード（ｓｔｅｐｐｅｄ  ｓｃａｆｆｏｌｄ）構成となるように異なる大きさを有しているが、他の実施形態においては、透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅは実質的に同じ大きさを有する。
【００２２】
一部の実施形態において、複数のスペーサが透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅを隔てており、これにより燃料極１３０内に流路が形成される。一部の実施形態において、複数のスペーサはハウジング１１０に接続されて燃料極１３０がハウジング１１０に対して適切な位置に保持されるようになっているが、他の実施形態では、スペーサは透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅの間、及び場合によっては燃料極１３０及び充電極１４０の間に成型され、透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅ（及び場合によっては充電極１４０）が複合電極モジュールの一部となっている。このような構成は、上記段落で参照により全体が組み込まれた米国特許第８，４９２，０５２号明細書に記載されている。様々な実施形態において、スペーサは非伝導性であり電気化学的に不活性であって、セル１００における電気化学的反応に関して不活性となっている。一部の実施形態において、スペーサは適切なプラスチック材料、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ノリル、ＡＢＳ、フッ素重合体、エポキシ、などから形成される。燃料極１３０内の流路は三次元的に構成され、スペーサと実質的に等しい高さを有している。スペーサは全体に垂直方向に向けられており、泡を生成する充電極に平行な流路を形成するようになっているが、例えば以下に述べるように燃料極１３０の最上部が塞がれているがこれに限定されない他の実施形態においては、スペーサは透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅを通り抜ける方向に向けられた流路を形成する方向に向けられている。しかし、スペーサ及び／又は流路は任意付加的なものであって、実施形態によっては省略されてもよい。
【００２３】
例えば図に示すようなセル１００の一部の実施形態において、充電極１４０は燃料極１３０から離間して配置され、端子電極本体１３０ａから遠位（すなわち、電極本体１３０ｅに対して近位）となっている。一部の実施形態において、充電極１４０は燃料極１３０の一部である（例えば、透過性電極本体１３０ｂ−１３０ｅのうちの一又は複数である場合を含む）。燃料極１３０の場合と同様に、充電極１４０は電池室１２０内に配置され、イオン伝導性媒質と接触するようになっている。図の実施形態において、充電用電極１４０は透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅと類似の段階的な構成となっている。しかし、他の実施形態においては、電極本体１３０ａ−１３０ｅが階段状スカフォード（ｓｔｅｐｐｅｄ  ｓｃａｆｆｏｌｄ）構成であるか、又は他の態様で寸法が異なっている場合、充電極１４０は少なくとも透過性電極１３０ａ−１３０ｅのうち最も長いものと同じ長さにわたって延在する。以下により詳細に述べるが、充電極１４０は液体イオン伝導性媒質内に存在する酸化可能な酸化剤種の酸化に関与するように構成され、セル１００の充電中に、酸化した金属燃料種の還元及び燃料極１３０における金属燃料の成長を促進する。従って、一部の実施形態において、充電極１４０は酸素発生電極として特徴づけることができる。というのは、以下に詳述するように、電気化学セル１００の充電中に充電極１４０から酸素ガスの泡が発生するからである。
【００２４】
さらに図１は酸化剤還元極１５０を示しており、この酸化剤還元極１５０は燃料極１３０及び充電極１４０から離間し、端子電極本体１３０ａから遠位にある。図に示すとおり、酸化剤還元極１５０は封止され、又はその他の方法で組み立てられて酸化剤還元極モジュール１６０となり、これが電池室１２０内のイオン伝導性媒質１４５に浸漬される。参照番号１６５で表される連通流路が酸化剤還元極モジュール１６０の内部へ延在し、空気又は他の酸化剤を酸化剤還元極モジュール１６０のハウジングと酸化剤還元極１５０との間に形成された空隙１７０に供給し、また流出口を提供する。空隙１７０内の空気又は他の酸化剤が、酸化剤還元極１５０に酸化剤を供給することが理解できる。したがって、酸化剤還元極１５０は一面がイオン伝導性媒質１４５に面し、反対の面が気体状酸化剤収容空間１７０に面している。このような構成の更なる詳細については、先に参照によって全体が本明細書に組み込まれている米国特許出願公開第２０１３／０１１５５２３号明細書（発明の名称：「電気化学セルシステム用の浸漬可能な気体状の酸化剤カソード」）に記載されている。上記では連通流路１６５が、管状又は同様な構成を有しているが、これは、イオン伝導性媒質が酸化還元電極モジュール１６０の上方を通過可能とする（例えば、連通流路１６５のどちらか一方側へと向かう）と同時に、酸化剤還元極１５０へと酸化剤を供給するのを容易にしていることは明らかである。
【００２５】
図１には示されていないが、図３から図５に示されるような一部の実施形態では、連通流路１６５は、空隙１７０へと延びる又は空隙１７０から延出する別個の空気流路流入口及び流出口をそれぞれ有してもよく、連通流路１６５が空隙１７０を通過する空気流経路の一部を形成することを可能にしてもよい。空気流経路については、以下に詳細に説明する。上記の空気流路流入口及び空気流路流出口は、ある実施形態では、イオン伝導性媒質を通過して酸化剤還元極モジュール１６０まで延びる共通のハウジングを共有してもよく、別の実施形態では、連通流路１６５が、イオン伝導性媒質を通過して酸化剤還元極モジュール１６０まで延びる一対の間隔を空けて設けられた空気経路を備えてもよい。
【００２６】
図に示すように、別個の充電極１４０を含む実施形態において、この別個の充電極１４０は酸化剤還元極１５０及び燃料極１３０の間に配置されている。この別個の充電極１４０がないセル１００の実施形態においては、酸化剤還元極１５０はセル１００の充電中及び放電中のいずれにも（すなわち、充電中はアノードとして、放電中はカソードとして）用いることができる。
【００２７】
セル１００の構成要素、例えば、燃料極１３０、透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅ、別個の充電極１４０、及び酸化剤還元極１５０は、任意の好適な構造又は構成を採ることができ、例えば、ニッケル又はニッケル合金（ニッケル−コバルト、ニッケル−鉄、ニッケル−銅（すなわちモネル）、又は超合金を含む）、銅又は銅合金、真ちゅう、青銅、炭素、白金、銀、銀−パラジウム、又はこれら以外の任意の好適な金属又は合金から構成される。一部の実施形態において、燃料極１３０、別個の充電極１４０、及び酸化剤還元極１５０などのセル１００の構成要素のうちの一又は複数は、耐劣化性のより強い材料でめっきした高導電性材料からなる。例えば、一部の実施形態では、セルの一又は複数の構成要素は、ニッケル、すず、銀、金又はその他の化学的に同等な材料によってめっきされた銅で構成される。上述したように、一部の実施形態において、燃料極１３０は透過性の金属スクリーン（すなわち、透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅ）から形成され、これが金属燃料の成長プラットフォームを捕捉、保持、及び提供するように構成される。同様に、一部の実施形態において、別個の充電極１４０は透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅのうちの１つと類似の構成を有している。他の実施形態において、充電極１４０は他の構成を有し、燃料極１３０と電位差を生じるように構成され、電気化学セル１００の充電中に燃料極上の燃料成長を促す。以下でより詳しく述べるように、充電極１４０は充電工程中に酸素気泡を発生させるように構成され、この酸素気泡がイオン伝導性媒質内での浮力によってセル１００内を上昇し、イオン伝導性媒質の対流を発生させる。
【００２８】
燃料極１３０及び充電極１４０と同様に、酸化剤還元極１５０も任意の適切な構造又は構成を有している。例えば、酸化剤還元極１５０は電気化学セル１００内での酸素還元を行うように構成されており、セル１００の放電中に燃料極１３０と電位差を生じるように構成される。一実施形態において、酸化剤還元極１５０はメッシュ又はコーティングを有する活性層を含み、これは電気化学反応を促進する「活性材料」として特徴づけられる。したがって、一実施形態において、酸化剤還元極１５０は、活性材料がイオン伝導性媒質と接触しそれを通して燃料極１３０との間でイオンが相互に伝導されるように、セルハウジング１１０内に配置される。一部の実施形態において、活性材料は触媒粒子又は触媒材料、導電性マトリックス、及び疎水性材料の混合物を焼結して複合材料としたものか又は他の方法で積層したものによって形成される。様々な実施形態において、活性材料は限定的ではないが上述したような金属のうちの一又は複数から構成される。一部の実施形態において、活性材料は触媒フィルムを含むが、これは様々な実施形態において溶射、プラズマ溶射、電着、又は他の任意の粒子被覆方法を含むがこれらに限定されない技術によって形成される。
【００２９】
この活性材料には集電体が電気的に接続されており、この集電体はセル１００が放電モードにあるときに、酸化剤還元反応における消費のために負荷から電子を受け取るように構成される。同様に、セル１００が充電モードにあるときに、（酸化剤還元極１５０が充電極として機能しているならば）集電体は活性材料において酸化反応から電子を回収して電源ＰＳに送達し、活性材料での電気化学反応に関与するように構成される。集電体は、内部に間隙を有する金属スクリーンからなる構成を含むがこれに限定されない好適な構造及び構成を有する。様々な実施形態において、集電体は限定的ではないが活性層として上述したような金属又は合金から構成される。
【００３０】
酸化剤還元極１５０にはさらに一又は複数の疎水性の材料が含まれており、これらの材料は略ガス透過性だが液体は透過しない。これによってセルハウジング１１０内にイオン伝導性媒質を収容し、又は他の方法で（酸化剤還元極モジュール１６０内の）酸化剤還元極１５０に対応する空隙を維持する。疎水性とは文脈によっては「嫌水性」と理解され得るが、本明細書において用いられている通り、疎水性とは単にイオン伝導性媒質内の水だけでなくイオン伝導性媒質全体の浸透に耐えそれを透過しないことを意味することを理解すべきである。従って、疎水性の材料は疎湿性、すなわち「嫌液性」ともみなすことができる。酸化剤還元極１５０は全体として液体を透過しないが、気体状の酸化剤は透過する。よって気体状の酸化剤は酸化剤還元極１５０の活性材料と接触し、セル１００の放電中に発生する電気化学反応において酸化剤として機能する。様々な実施形態において、疎水性材料は活性材料を支持するのが容易になる任意の好適な構造又は構成を有しており、気体状の酸化剤に対して略透過性を有し、イオン伝導性媒質に対して略透過性を有さない。
【００３１】
一部の実施形態において、疎水性材料は活性材料及び／又は集電体の基材として機能する。疎水性材料は実施形態によって異なるが、一部の実施形態においては疎水性材料はフッ素重合体からなる、又は他の態様でフッ素重合体を含む。例として、様々な実施形態では、疎水性材料はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ又はＴｅｆｌｏｎ（ＴＭ）とも称する）からなり、これは一部の実施形態においては熱機械的に延ばされる（ｅＰＴＦＥ又はＧｏｒｅ−Ｔｅｘ（登録商標）とも称する）。他の実施形態において、疎水性材料はフッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰとも称する）、フッ素重合体、又は、その他の任意の疎水性バインダー（例えば、ポリプロピレン及び／又はポリエチレン）からなる。一部の実施形態において、疎水性材料は微小な細孔径を有しており、例えば、約１ミクロン未満、又はより具体的な例では約５０から約２００ナノメータであるがこれには限定されない。一部の実施形態においては、疎水性材料は酸化剤還元極１５０の厚みにわたって引っ張り強度が限定されている。したがって、一部の実施形態において、疎水性材料は酸化剤透過性強化層によって強化されている。この酸化剤透過性強化層の例は、先に参照によって全体が本明細書に組み込まれた米国特許出願公開第２０１３／０１１５５２５号明細書（名称：「酸化剤極用の外部ＰＴＦＥ層強化」）に記載されている。
【００３２】
一実施形態において、セル１００で用いられる燃料は、鉄、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、マンガン、カドミウム、鉛、ゲルマニウム、ナトリ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、これに限定されないが、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、遷移後及び遷移金属を含む、周期表において金属又は半金属としてみなされるすべ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、本発明は、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。一実施形態において、燃料は、イオン伝導性媒質に懸濁した粒子としてセル１００に供給されるものであってもよい。
【００３３】
イオン伝導性媒質は水溶液であってもよい。好適な媒質には、例えば、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。一実施形態において、イオン伝導性媒質は、例えばエチレン・カーボネート、炭酸ジメチル、又はその他の好適な有機溶剤を含む。一部の実施形態において、イオン伝導性媒質は水性の水酸化カリウムである。一実施形態では、イオン伝導性媒質は、電解質を含み得る。例えば、先に参照によって全体が組み込まれた米国特許第８，８９５，１９７号明細書において述べられているように、従来の液体電解質溶液を用いてもよく、室温イオン液体を用いてもよい。一部の実施形態において、例えば、先に参照によって組み込まれた米国特許第８，８７７，３９１号明細書及び米国特許出願公開第２０１２／０３２１９６９号明細書に記載されたような、燃料極１３０上の金属燃料の電着工程を増進する添加剤を含むがこれに限定されない添加剤を、イオン伝導性媒質に加えてもよい。このような添加剤は燃料粒子の目の粗い樹枝状成長を低減し、よって例えばこのような燃料粒子が燃料極１３０から分離する可能性を低減する。一部の実施形態では、イオン伝導性媒質は、米国特許出願公開第２０１２／０３２１９６９号明細書に記載されたような任意の好適な分離剤又はイオン交換膜を有してもよい。
【００３４】
運用可能な相対湿度の範囲は、具体的なイオン伝導性媒質とともに、例えば、周囲空気及びセルの温度に依存する。例えば、水酸化カリウムなどの水性塩電解質は吸湿性として特徴づけられてもよい。例えば、水性のＫＯＨ電解質を含むセルの場合、相対湿度が約５０％未満であれば酸化剤還元極又は空気極を通して水損失が生じる。周囲の相対湿度が８０％より高ければ（又は約８０％よりも高ければ）、酸化剤還元極又は空気極を通してセル内へ水が吸収される。カソードを通した水の放出は、（カソード／酸化剤還元極モジュール１６０の）５０℃から８０℃までの空気温度範囲において約５０％より高い相対湿度で発生する。５０％以上８０％以下の相対湿度、すなわち中間範囲の相対湿度は中性的として特徴づけられる。例えば、セル内に７０％の相対湿度が流入した場合、５０℃で２５０ｍｌの水が喪失され、２５℃では僅かに１５ｍｌの水が喪失される（これは合計８リットルの容積を有するセルにおいては無視できると考えられる）。これらの数値範囲は、付加的に、及び／又は代替的に、イオン伝導性媒質によって、及びその吸湿性／疎湿性によって変化することが理解されよう。
【００３５】
セル１００の動作中に、燃料は燃料極１３０がアノードとして動作する場合に燃料極１３０において酸化され、酸素（Ｏ2）、Ｃｌ2、又は、その他の任意の好適な酸化剤は、酸化剤還元電極１５０がカソードとして動作する場合、つまり後述するようにセル１００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、酸化剤還元電極１５０において還元される。放電モードにおける反応によって、還元性燃料種等の副生成物の沈殿物がイオン伝導性媒質中に生成されることがある。例えば、燃料が亜鉛であるような実施形態では、酸化亜鉛が、副産物沈殿物／還元可能な燃料種として生成されうる。酸化した亜鉛又は他の金属は、また、沈殿物（例えば、亜鉛酸塩が燃料に残存する電気分解された還元可能な燃料種でありうる）を形成することなく、電解質溶液により保持され、電解質溶液を用いて酸化され、又は、電解質溶液に溶媒和されうる。後述の再充電モードにおいては、酸化亜鉛、亜鉛酸塩イオン等の還元性燃料種は、可逆的に還元され、カソードとして機能する燃料極１３０の少なくとも一部に亜鉛等の燃料として沈殿することがある。同時に、酸化剤還元極１５０又は別個の充電用電極１４０、及び／又は燃料極１３０の他の部分はアノードとして機能し、酸化可能な酸素種（例えば、ＯＨ-イオン）をイオン伝導性媒質内で酸化して酸素ガスを発生させる。一実施形態においては、酸化可能な酸素種は、放電中にセル１００内で生成される還元された酸化剤種でもよい。
【００３６】
一部の実施形態においては、酸化剤は受動システムによって酸化剤還元極１５０に供給されるが、これは例えば空気中の酸素を酸化剤還元極１５０内に拡散又は浸透させるのに十分である。しかし他の実施形態においては、酸化剤を酸化剤還元極に移動させるための他の酸化剤源もしくは機構を用いてもよい。例えば、一実施形態においては、空気ポンプＡＰ等のポンプを用いて、酸化剤に圧力をかけて酸化剤還元極１５０に供給してもよい。空気ポンプＡＰは、空気又はその他の酸化剤の一定又は間欠的な流れを生成するように構成された、送風機又は他の空気移動装置からなる構成を含むがこれに限定されない好適な構造又は構成を有する。酸化剤源は、内蔵された酸化剤源であってもよい。一実施形態において、例えば先に参照によって全体が組み込まれた米国特許第８，４９１，７６３号明細書に記載されているように、酸素は電気化学セルモジュール１００から再循環してもよい。同様に、酸化剤が大気から得られる酸素の場合には、受動的なものであれ能動的なもの（例えば、ポンプ、送風機等）であれ、空気が酸化剤還元極１５０に流れるようにする供給機構が広く酸化剤源とみなされる。このように、「酸化剤源」という語は、内蔵型の酸化剤、及び／又は、酸素を大気から酸化剤還元極１５０に受動的にもしくは能動的に供給する構成の両方を含む。
【００３７】
様々な実施形態において、透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅ、別個の充電極１４０、及び酸化剤還元極１５０は、セル１００を電源ＰＳ、負荷、又は他のセル１００と直列に接続するように構成されたスイッチング・システムによって接続されてもよい。放電中に、燃料極１３０は負荷に接続され、アノードとして動作して、燃料が燃料極１３０で酸化されたときに金属燃料によって放出された電子が外部負荷に流れることになる。酸化剤還元極１５０は放電中にカソードとして機能し、外部負荷から電子を受け取って、酸化剤還元極１５０と接触する酸化剤、特にセル１００の周囲の空気中の酸素、セル１００内に供給される酸素、又はセル１００から再循環される酸素を還元するように構成される。
【００３８】
スイッチング・システムの動作は実施形態によって異なり、一部の実施形態においてこの動作は、先に参照によって組み込まれた米国特許第８，９１１，９１０号明細書に記載されたものと類似している。他の例として、一実施形態において、先に参照によって組み込まれた米国特許第８，３０９，２５９号明細書に詳述されるように、外部負荷は透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅの一部に並列接続される。他の実施形態において、外部負荷は酸化剤還元極１５０から遠位にある端子透過性電極本体１３０ａのみに接続され、燃料消費は各透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅの間から直列に発生する。一部の実施形態において、先に参照によって組み込まれた米国特許第８，８９５，１９７号明細書（出願日：２０１０年９月１７日）に詳述されるように、セル１００は充電／放電モードの切替えができるように構成される。
【００３９】
一部の実施形態において、電極本体１３０ａ−１３０ｅ、酸化剤還元極１５０、及び／又は充電極１４０のうちの一又は複数はスイッチング・システム又は他の任意の回路によって相互に接続され、セル１００の充電及び放電の制御を選択的に促進する。このスイッチングシステムに対応するスイッチはコントローラによって制御され、このコントローラは、一部の実施形態において、先に参照によって組み込まれた米国特許第８，９１１，９１０号明細書、同第９，１７８，２０７号明細書、及び米国特許出願公開第２０１１／０２５０５１２号明細書に記載されるものと略適合する任意の好適な構造及び構成を有している。様々な実施形態において、スイッチングシステムのスイッチの制御はユーザによる選択、センサによる読取り値、又は他の任意の入力によって決定される。一部の実施形態において、コントローラはまた負荷、電源ＰＳ、及び複数のセル１００の間の接続性を管理する機能を有する。一部の実施形態において、コントローラは、所定の閾値に達した電圧の検出（所定の閾値を下回ったこと等）に応じて各セル１００に対応するバイパススイッチを作動させる、適切なロジック又は回路を備えることができる。
【００４０】
図１に示すように、電池室１２０内のＬの液位までイオン伝導性媒質が充填される。後述するように、イオン伝導性媒質の液位Ｌは異なるモード、例えば、水吸収モード又は加湿（又は除湿）モードで変化する。図１に示すように、水管理システムが酸化剤還元極モジュール１６０に接続されてもよく、空隙１７０内の湿度レベルを管理すると同時に、水として湿気を再捕捉して、当該水を乾燥ユニット１２２及び／又はＣＯ２スクラバー１９０へと流すように構成されてもよく、これによって電池室１２０内のイオン伝導性媒質を補充する。水管理システムは、本開示の特徴であり、以下に詳細に説明する。
【００４１】
図１に示す実施形態においては、セルハウジング１１０は酸化剤還元極１５０が酸化剤還元極モジュール１６０とともに電池室１２０内に浸漬されるように構成されているが、様々な実施形態においては、セル１００の他の構成が可能であることが理解されよう。例えば、図２において、セル１００の他の実施形態（具体的には、セル１００*）が提示されているが、ここで酸化剤還元極１５０*は電池室１２０の境界壁を画定しており、ハウジング１１０*の一部に封止されてその間にイオン伝導性媒質が浸出することを防いでいる。このような構成では酸化剤還元極１５０*が故障した場合にイオン伝導性媒質がセル１００*から漏出する可能性があるため、一部の実施形態においては、電池室１２０内のイオン伝導性媒質の対流は、上方に向かいかつ酸化剤還元極１５０*から離れて燃料極１３０の上端を横切る方向に向かうようにしてもよい。酸化剤還元極１５０*の境界壁を有する電気化学セル１００*には上記のような不都合な点を有するが、このような構成の電気化学セル１００*が存在する場合もあることは明らかであり、本願の水管理システムに組み込まれる可能性もある。
【００４２】
図２に示すように、一実施形態では、上記のような電気化学セル１００*の組み込みは、酸化剤還元極１５０*の空気と面する側を外側空気室１９０で囲むことを含み得る。図示の実施形態では、外側空気室１９０は、セルハウジング１１０*に対してシールされているが、別の実施形態では、外側空気室１９０は酸化剤還元極１５０*に対してシールされてもよく、又は、電気化学セル１００*を概ね囲むように構成されてもよい。他の構成もまた可能である。一部の実施形態では、外側空気室１９０は電気化学セル１００*の一部分に対してシールされてもよいし、別の実施形態では、外側空気室１９０は単純に電気化学セル１００*に当てつけられてもよいし、大まかに言うと電気化学セル１００*に取り付けられてもよいことは明らかである。図の実施形態では、外側空気室１９０は、酸化剤還元極１５０*と外側空気室１９０の壁との間に空気で満たされた空間である空隙１７０を形成している。図１の酸化剤還元極モジュール１６０から延出する実施形態と同様に、連通流路１６５は外側空気室１９０から延出してもよく、それにより空隙１７０と水管理システムとの間に空気が流れる経路を形成している。
【００４３】
図３は、図１及び図２に示すような一又は複数の電気化学セル内の水の含有量を管理するための水管理システム１０２の一実施形態を概略的に示す。図３にはまた、電気化学セル１００が概略的に図示されている。図に示すように、セルハウジング１１０は、（例えば、液位Ｌを満たすような）一定量のイオン伝導性媒質１４５を収容する電池室１２０を画定している。燃料極１３０及び別個の充電極１４０が、イオン伝導性媒質に浸漬される（図３には充電極１４０は示されていないが、先の説明によって理解できるように、一実施形態においては燃料極１３０と酸化剤還元極モジュール１６０との間に設けられる）。酸化剤還元極１５０もイオン伝導性媒質１４５に浸漬されて、酸化剤還元極モジュール１６０に対してシールされて、内部に空隙（１７０）が保持される。図３に示すように、連通流路は気体状酸化剤収容空間１７０を介して接続された気体状酸化剤流入口１１２及び気体状酸化剤流出口１１４を含み、これによって気体状酸化剤収容空間１７０へのガスの流出入を可能にしている。このような構成において、以下に詳細に説明するが、外部のソース（例えば、周囲空気又は収容されている酸化剤源）からの酸化剤を含む空気の流れが、流入口１１２を介して空隙／気体状酸化剤収容空間１７０へと流入した後、流出口１１４を介して気体状酸化剤収容空間１７０から流れ出る。酸化剤還元極１５０は、電気化学セル１００の放電モードの間、酸化剤に面する側を介して気体状の酸化剤を吸収して気体状の酸化剤を還元するように構成される。図３の概略図では、流入口と流出口とが酸化剤還元極１５０に対して異なる間隔で設けられているように示されるが、当該図は空気流の動きを概略的に示したに過ぎず、一部の実施形態では、流入口１１２及び流出口１１４が、酸化剤還元極１５０の平面と平行な面に互いに並ぶように配置されてもよい。
【００４４】
図３の水管理システム１０２を、当該システム内の空気の流れの観点で説明する。図示するように、空気流入口１４２は、電気化学セル１００及び水管理システム１０２の外部からの空気を受け取る。本明細書で説明したような一部の実施形態では、空気は水管理システム１０２外部の大気中の周囲空気からの空気であってもよいし、別の実施形態では、収容されている酸化剤源（例えば、純粋酸素又は混合酸素のタンク）からの空気であってもよい。図示されたように空気が周囲の大気から供給される実施形態では、空気流入口１４２は、空気から粒子又はその他の汚染物質を取り除くように構成されたフィルタ又はその他の濾過構造を有してもよい。このようなフィルタは必要に応じて設けられ、一部の実施形態では設けられない。空気流入口１４２から取り込まれた流入空気は、後述する選択的に開閉可能な弁１４６を通過してもよい。一実施形態において、弁１４６は空気流経路内の流入口１１２より前段の任意の箇所に配置してよい。さらに、弁１４６は、任意の適切な構造又は構成を有してもよく、一部の実施形態では、逆止弁又はリード弁であってもよい。一部の実施形態における弁１４６の動作（例えば、選択的に開閉される場合）について以下に詳細に説明する。図に示すように、水管理システム１０２は、空気流入口１４２からの空気を酸化剤還元極１５０と関連付けられた連通流路の流入口１１２へと流すような流れを生成する位置に設けられた送風機１３２又はその他の気流生成器を備えてもよい。一実施形態において、弁１４６は空気流経路内の送風機１３２より前段の位置に配置されてもよい。
【００４５】
疎湿性のコーティング及びその他の機構によってイオン伝導性媒質が酸化剤還元極１５０に浸透するのを防ぐようにすることができるが、それでもなお、イオン伝導性媒質からの水（例えば、水蒸気）は、ゆっくりと酸化剤還元極１５０を通過して、空隙１７０内の空気の湿度が上昇することは明らかである。いかなる特定の理論にも拘束されるものではないが、水は空気極を通して蒸発し、電解質塩は電極内に沈殿し、それによって電極の濡れ及び／又は漏れを促す。また、浸透力によって、水が酸化剤還元極１５０のイオン伝導性媒質と接触する側から酸化剤還元極の空気側へと浸透する。このような現象は、空隙内の相対的な湿度が低い場合（すなわち、約１０％）に多く発生する。
【００４６】
前述のように、一部の実施形態において、流入口１１２を介して空隙１７０に入る空気流の相対湿度は一定でないが、気体状酸化剤流入口１１２を通って気体状酸化剤収容空間１７０に入る湿り気相の相対湿度は、使用される電解質、周囲空気の温度、相対湿度、及び／又はセルの温度に基づいて変化する。さらに、空気流が空隙１７０を横断し、空隙１７０内の水分による湿気を多く含んだ後、当該空気流は、流出口１１４を介して酸化剤還元極モジュール１６０から流出してもよい。繰り返すが、空隙１７０を出る空気流の相対湿度と同様に、流出口１１４より先の空気流の相対湿度も一定でなく、（上述したような）様々な条件に基づいて変化する。さらに、送風機１３２などの送風機が気体状酸化剤流出口１１４からガスを出すのを補助してもよいことが理解されよう。
【００４７】
後述するが、空気流路流出口１１４を出た湿り空気は、選択的に開閉可能な弁１４８を通過して、空気流出口１４４から排気ガスとして大気に出るか、又は流出口経路１７９から乾燥ユニット１２２内に流れるかのいずれかである。一実施形態において、弁１４８は、流出口１１４より先の空気流経路のいずれの位置に配置されてもよく、ある実施形態では、弁１４８は乾燥ユニット１２２内に配置されてもよい。さらに、弁１４８は、任意の適切な構造又は構成を有してもよく、一部の実施形態では、逆止弁又はリード弁であってもよく、単純に望ましくない逆流を防ぐように構成されてもよい。一部の実施形態における弁１４８の動作（例えば、選択的に開閉される場合）について以下に詳細に説明する。図示の実施形態の弁１４８は一例に過ぎず、その他の実施形態では、流出口１１４を選択的に乾燥ユニット１２２又は空気流出口１４４へと接続する複数の弁及び経路を使用してもよい。
【００４８】
乾燥ユニット１２２はまた、任意の適切な構造又は構成を有してもよく、弁１４８を通過して流出口経路１７９を介して乾燥ユニット１２２内に流入する湿り空気から水分を選択的に捕捉し、放出するように構成される。一部の実施形態において、乾燥ユニット１２２は乾燥剤を含んだ室からなり、この室は気体状酸化剤流入口１１２及び気体状酸化剤流出口１１４と連通している。一実施形態において、乾燥ユニット１２２はシリカゲルを備えてもよく、又は、湿り空気から水分を吸収するためにその他の吸湿剤を使用してもよい。例えば、一部の実施形態では、乾燥ユニット１２２は、シリカゲル、活性炭、酸化アルミニウム、硫酸カルシウム、塩化カルシウム、モンモリロナイト粘土及び／又は分子篩のうちの一又は複数を備えてもよい。発熱吸水性及び吸熱脱水性を有するその他の構造又は構成を、更に又は上記に替えて利用してもよい。これに代えて、乾燥ユニット中の空気から湿気を分離するその他の機構を使用してもよい。非制限的な一例として、乾燥ユニットは、ユニット内の空気から水分を凝縮及び分離するように構成された太陽熱蒸留器を備えてもよい。また、一部の実施形態では、受動的又は能動的な冷却凝縮ユニットを採用することができる。例えば、能動的な冷却凝縮ユニットは、ペルチェ素子／熱電素子によって構成することができる。乾燥ユニット１２２が乾燥剤内の湿気から水分を吸収して貯蔵するように構成された実施形態では、乾燥剤を加熱することによって選択的に水分を放出することができることは明らかである。この場合、図示の実施形態では、乾燥ユニット１２２は加熱器１２４を備えてもよく、この加熱器１２４を選択的に起動すると乾燥ユニット１２２を加熱することによって乾燥剤を加熱し、延いては蒸留された水を乾燥ユニット１２２から選択的に放出できる。図３の概略図では、加熱され放出された水／蒸気が乾燥ユニット１２２からどのように流出するかについては示していないが、流出経路１５５に水が入ることを可能にする様々な構成が様々な実施形態で可能であることは明らかである。例えば、乾燥ユニット１２２は、角度をつけた壁又は台を使用して構成して、流出経路１５５へと繋げてもよい。別の例では、加熱器１２４は、水分を蒸気に変換できるように水分を加熱して、蒸気を流出経路１５５へと向けるように構成してもよい。
【００４９】
図３に示すように、選択的に開閉可能な弁１４６を流入経路１７７を介して乾燥ユニット１２２に接続してもよい。弁１４６は、乾燥ユニット１２２への流入経路１７７又は（外側から空気を受け入れるための）空気流入口１４２を、選択的に電気化学セル１００の流入口１１２へと接続するように構成されてもよい。一実施形態において、弁１４６は空気流経路内の流入口１１２より前段の任意の箇所に配置してよい。さらに、弁１４６は、任意の適切な構造又は構成を有してもよく、一部の実施形態では、逆止弁又はリード弁であってもよく、単純に望ましくない逆流を防ぐように構成されてもよい。一部の実施形態における弁１４６の動作（例えば、選択的に開閉される場合）について以下に詳細に説明する。図示の実施形態の弁１４６は一例に過ぎず、その他の実施形態では、乾燥ユニット１２２を選択的に空気流入口１４２又は流入経路１７７へと接続する複数の弁及び経路を使用してもよい。
【００５０】
電気化学セル１００の動作によって、水管理システム１０２の動作を変更してもよいことは明らかである。具体的には、水管理システム１０２は、電気化学セル１００が放電モードである時と再充電モードである時とで、異なった動作をしてもよい。例えば、電気化学セル１００が放電している場合の一実施形態では、燃料極１３０と酸化剤極１５０との間で電位差が発生しており、燃料極１３０における金属燃料が酸化され、酸化剤（例えば、空気流入口１４２で受け取った空気中の酸素）が酸化剤還元極１５０において還元される。電気化学セル１００が再充電モードになると、酸素イオンが酸化されて、別個の充電極１４０及び／又は燃料極１３０の一方の部分に酸素ガスが放出され、燃料イオンが少なくとも燃料極１３０の他方の部分から還元されて、少なくとも燃料極１３０の他方の部分において金属燃料がめっきされる。あるいは、水管理システム１０２は電気化学セル１００の動作モードと関わりのないモードで動作するように構成されてもよい。
【００５１】
電気化学セルの動作モード及び動作条件のさらなる例は、開示された実施形態並びに他の動作シナリオを参照して以下に説明する。
【００５２】
一実施形態において、水管理システム１０２はセル加湿モードで動作する。加熱器１２２を起動し、乾燥剤からの吸熱脱水によって、電気化学セル１００に取り込まれる空気に水分を供給する。乾燥ユニット１２２は外気又は大気流入口１７５から入力周囲空気を受け取り、その入力空気中に水蒸気を放出する。この湿り空気が流入経路１７７から弁１４６を通り、この弁１４６が流入口１１２に対して開かれている（かつ空気流入口１４２からの周囲空気の取り込みに対して閉じられている）。したがって、システム１０２は（加熱器１２４の起動によって）乾燥ユニット１２２内に水蒸気を放出して湿り気相を生成し、この気相が気体状酸化剤流入口１１２からセル１００の気体状酸化剤収容空間１７０に運ばれる。こうして、調整された湿度を含む気相を気体状酸化剤収容空間１７０を介して酸化剤還元極１５０に供給することによって、電気化学セル１００の水の含有量を管理することができる。一実施形態において、湿気は空隙１７０を通過する空気の流れに移動するので、弁１４８を開放して空気流路流出口１１４を出た空気の流れが空気流出口１４４への経路を介して大気に開放されていてもよい。送風機１３２を任意付加的に用いて空気の流れを動かしてもよい。
【００５３】
上述の加湿モードは、電気化学セル１００の放電モード、セルの充電又は再充電モード、セルの休止モード、又はそれらの組み合わせのモードの間に、同時に実行されてもよい。
【００５４】
あるいは、システム１０２は水捕捉モードにおいて、気体状酸化剤流出口１１４を介して電気化学セル１００から流出する湿り気相から、乾燥ユニット１２２で水蒸気を捕捉するように構成されてもよい。例えば、このようなモードでは、大気に開放された（かつ乾燥ユニット１２２からの空気の取り込みに対して閉じられた）弁１４６を介して周囲空気が取り込まれてもよい。空気は流入口１１２内に向けられ、その流れは空隙１７０を通過するため、弁１４８を開放し（かつ大気に対して閉じ）ることによって、空気流路流出口１１４を出た空気の流れが乾燥ユニット１２２に入るようにしてもよい。一部の実施形態では、流出経路１５５と空気流出口をつなげることにより、乾燥ユニット１２２内の湿り空気から湿気が吸収されて、乾燥した空気が大気へと放出されることは明らかである。したがって、乾燥ユニット１２２は元々イオン伝導性媒質から出た水分を吸収する。イオン伝導性媒質からの水分が吸収されない場合には、酸化剤還元極１５０を介して大気中へと逃げるので蒸発を引き起こし、イオン伝導性媒質の濃度が上昇する。電気化学セル１００を出る湿り排気は乾燥ユニット１２２内の乾燥剤媒質によって捕捉され、システム内に湿気が保持される（対照的に、流出経路１５５を介して直接周囲空気に排気される場合には、時間とともにイオン伝導性媒質内の水の含有量が低下する）。送風機１３２を任意付加的に用いて空気の流れを動かしてもよい。こうして、システム１０２は乾燥ユニット１２２内で、電気化学セル１００の排気ストリームから水蒸気を放出する（ユニット１２２が水分を取り込む）。
【００５５】
一実施形態において、上述のようにシステム１０２はセルの放電と同時に乾燥ユニット１２２において水蒸気を捕捉するように構成される。
【００５６】
一実施形態において、例えば、電気化学セル１００が休止又は停止しているとき、及び再充電モードであるとき、加熱器１２２及び送風機１３２は共に作動して水をセル内に動かしてもよい。弁１４６を開放し、加熱器１２４によって乾燥ユニット１２２を加熱して水を放出してもよい。したがって、加熱器１２４による加熱中には、切り替え弁１４８を乾燥ユニット１２２に対して閉じるとともに、大気（及び空気流出口１４４）に対して開放してもよい。このように、加熱された水が流入口１１２を通して送られ、イオン伝導性媒質の表面で凝縮する又はイオン伝導性媒質と再結合する。乾燥ユニット１２０で吸収された水分は、放出されてセル１００のイオン伝導性媒質に戻され、それが検出されると加熱器１２４は停止される。
【００５７】
一実施形態において、（酸化剤還元極１５０の休止中に）空気流入口１１２に対して弁１４６を閉じて、空気流入口１４２から流入経路１７７を通って乾燥ユニット１２２に入る直接的な周囲空気に対して弁１４６を開くことによって、乾燥ユニット１２２がその内部に水蒸気を捕捉するようにしてもよい。加熱器１２４によって任意付加的に乾燥ユニット１２２を加熱して水を放出し、流出経路１５５を介して大気に排出してもよい。弁１４６を閉じることにより、乾燥ユニット１２２からの水が空気流入口１１２へと（例えば、蒸気として）放出されるのを防ぐことができることが理解できよう。
【００５８】
したがって、従来のバッテリ給水システムとは異なり、液体状の水が直接セルに戻されることはなく、むしろ水は湿り気相を介して電気化学セル１００に加えられ、この気相が空気極と接触する。
【００５９】
一部の実施形態では、複数の電気化学セルが、共通の水管理システムを共有してもよい。このような水管理システムは、当該水管理システムと関連付けされた複数の電気化学セルのそれぞれが、所要量のイオン伝導性媒質を確実に保持するように構成されてもよい。その他の実施形態では、更なる電気化学セル１００を使用してもよいことは明らかである。さらに、別の実施形態では、その他の電気化学セル（例えば、電気化学セル１００*）を追加して又は上記に代えて使用してもよい。
【００６０】
さらに、一部の実施形態において、開示されたシステムは二酸化炭素（ＣＯ２）スクラバーを有してもよい。一実施形態において、二酸化炭素スクラバーは乾燥ユニットの後段かつセルの気体状酸化剤流入口より前段に設けられる。図４及び図５の例示的な実施形態を参照して以下に説明するように、二酸化炭素（ＣＯ２）スクラバーは、二酸化炭素スクラバー媒体を用いて、（例えば、流入経路を介して）乾燥ユニット及び／又は空気流入口に取り込まれる空気がセルの流入口に送られる前に、その空気から二酸化炭素（ＣＯ2）を吸収する。一実施形態において、二酸化炭素スクラバーは乾燥ユニットと直列かつ気体状酸化剤流入口より前段に設けられる（図４参照）。一実施形態において、二酸化炭素スクラバーは乾燥ユニットと並列かつ気体状酸化剤流入口より前段に設けられる（図５参照）。
【００６１】
二酸化炭素（ＣＯ2）を、例えば、約４００ｐｐｍのＣＯ2を含む通常の空気から電解質に接触させた場合、炭酸塩が形成される。電解質中の炭酸塩の形成及び存在によって、セルの電圧が低減され、結局は低サイクル寿命及び／又は故障につながる。例えば、ＣＯ2は水酸化カリウム（ＫＯＨ）電解質と反応し、等式１に従って炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）を形成する。
２ＫＯＨ  ＋  ＣＯ2  ＝  Ｋ2ＣＯ3  ＋Ｈ2Ｏ                （１）
【００６２】
Ｋ2ＣＯ3などの炭酸塩はアルカリ性の電解質内に徐々に蓄積し、ＫＯＨの導電性及びアルカリ度を低減し、それによってセルの極性を弱める。さらに、炭酸塩は空気極の微細孔内に炭酸塩結晶を堆積させ、それによって酸素の輸送を阻止し、漏れを発生させ、空気極の寿命を短縮する。このように、ＣＯ２スクラバーをセルの気体状酸化剤流入口（例えば、１１２）より前段に設けるメリットには、セルの電圧が高くなること、セルのサイクル寿命が長くなること、及び効率がよくなることが含まれることが、当業者によって理解されよう。
【００６３】
一実施形態において、図４及び図５の二酸化炭素スクラバーは、ソーダ石灰、苛性ソーダ、水酸化カリウム、水酸化リチウム、過酸化リチウム、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、蛇紋岩、ケイ酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、かんらん石、分子篩、アミン、モノエタノールアミン、及び／又はそれらの誘導体及び／又は組み合わせからなる群から選択される二酸化炭素スクラバー媒質又は材料を利用する。
【００６４】
二酸化炭素（ＣＯ２）スクラバー内のＣＯ２スクラバー媒質は、より大きい水含有量とともにより高いＣＯ2捕捉効率を有するように選択されてもよい。したがって、二酸化炭素（ＣＯ２）スクラバーを乾燥ユニットと統合することによって、ＣＯ2捕捉媒質の効率の向上、並びにＣＯ2捕捉媒質の「予備加湿」（セルの放電前）の選択肢が可能になり、放電中の電気化学セル（１００）内に供給される空気の流れが低ＣＯ2濃度及び高湿度になる。
【００６５】
例示的な図を参照すると、図４は一実施形態に従う水管理システム２００の図であり、水管理システム２００は複数の電気化学セル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、及び直列に接続された乾燥ユニット２２０及びＣＯ２スクラバー２４０を含む。図４に示されるセルの数は単なる例であり、限定を意図したものではない。電気化学セル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各々は、図１及び図２に関して先に述べた特徴を含む。例えば、電気化学セル２０２ａ−２０２ｃの各々はイオン伝導性媒質１４５、及び一面がイオン伝導性媒質１４５に面し、反対の面が気体状酸化剤収容空間１７０に面している酸化剤還元極１５０を含んでもよい。セル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各々はさらに、酸化剤を含む空気を受け入れるための気体状酸化剤流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃと、気体状酸化剤収容空間１７０を介して接続され、それによって気体状酸化剤収容空間１７０への気体の出入りを可能にする気体状酸化剤流出口２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃとをそれぞれ含んでもよい。酸化剤は気体状酸化剤流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを介して気体状酸化剤収容空間１７０に流入し、気体状酸化剤流出口２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃを介して気体状酸化剤収容空間１７０から流出する。セル２０２ａ−２０２ｃの各々に対応する酸化剤還元極１５０は、例えば、電気化学セルの放電モードの間、酸化剤に面する側を介して気体状の酸化剤を吸収して気体状の酸化剤を還元するように構成される。
【００６６】
図４の水管理システム２００において、周囲空気は大気から流入口流路２０２などの入力及び弁２２４を介して乾燥ユニット２２０に入る。任意選択的に、送風機２０４を設けて乾燥ユニット２２０内に空気を吸引及び押し込んでもよい。空気は乾燥ユニット２２０から入力流路２０６を介して乾燥ユニット２２０と直列に接続されたＣＯ２スクラバー２４０に送られる。ＣＯ２スクラバー２４０から、空気はセル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各々の流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを介して出力される。流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを介して空間１７０に入る空気の流れの相対湿度は様々であるが、一部の実施形態において、気体状酸化剤流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを介して気体状酸化剤収容空間１７０に入る湿り気相の相対湿度は５０％より高い。
【００６７】
一実施形態において、送風機２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃはシステム２００内のセル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各々に（それぞれ）対応する。送風機２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃの各々は、作動時において、酸化剤を含む空気の流れを発生させて、気体状酸化剤流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを介して気体状酸化剤収容空間１７０に送り込み、各々のセルの水の含有量の管理を容易にする。セル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各々の空隙１７０を横断し、空隙１７０内の水分による湿気を多く含んだ後（又は例えば、空気吸入セルが湿気の多い領域で作動している場合など、電解質の液位を下げることが望ましいときには、水の含有量を減らした後）、空気の流れはセル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各々と対応する酸化剤還元極モジュール１６０から流出口２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃを介して流出する。繰り返すが、流出口２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃより先の空気の流れの相対湿度は、例えば、動作モードによって様々に変化する。一部の実施形態において、空隙１７０を出る空気の相対湿度は流入する空気よりも高いが、他の実施形態において、空隙１７０を出る空気の相対湿度は流入する空気の湿度よりも低い。さらに、送風機２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが気体状酸化剤流出口２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃからガスを出すのを補助してもよいことが理解されよう。あるいは、他の実施形態において、セルブロック又はシステムの全体に用いる送風機を設けて、気体状酸化剤流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ内にガスを送り込む（及び気体状酸化剤流出口２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃからガスを送り出す）ようにしてもよい。
【００６８】
空気流路流出口２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃを出た湿り空気は、選択的に開閉可能な弁２１８を通過して、例えば、空気流出口２１６から排気ガスとして大気に出るか、又は流出口経路２１４から乾燥ユニット２２０内に流れるかのいずれかである。一実施形態において、流出する空気の流れは、水管理システム２００の出口空気マニホールド（図示せず）において再度結合した後、空気流出口２１６から排出される。
【００６９】
乾燥ユニット２２０が乾燥剤内の湿気から水分を吸収して貯蔵するように構成された実施形態では、乾燥剤を加熱することによって選択的に水分を放出することができることは明らかである。この場合、図示の実施形態では、乾燥ユニット２２０は対応する加熱器２２５を備えており、この加熱器２２５を選択的に起動すると乾燥ユニット２２０を加熱することによって乾燥剤を加熱し、延いては蒸留された水を乾燥ユニット２２０から選択的に放出できる。
【００７０】
一実施形態において、乾燥ユニットは入力時にバイパスされるが、セルを出る湿り気相から水分を吸収する。これは周囲空気の相対湿度が約５０％未満であり、かつ電解質の液位が高いときに実行されてもよく、その結果セルから水が取り除かれる。図４を参照すると、この場合、周囲空気は流入口流路２０２を介して入力され、入力流路２０７及び弁２２４を介してＣＯ２スクラバー２４０に流入する。ＣＯ２スクラバー２４０から、空気はセル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各々の流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを介して出力される。送風機２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃは、酸化剤を含む空気の流れを発生させて、気体状酸化剤流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを介して気体状酸化剤収容空間１７０に送り込み、各々のセルの水の含有量の管理を容易にする。セル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各々の空隙１７０を横断し、空隙１７０内の水分による湿気を多く含んだ後、空気の流れはセル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各々と対応する酸化剤還元極モジュール１６０から流出口２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃを介して流出する。さらに、送風機２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが気体状酸化剤流出口２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃからガスを出すのを補助してもよいことが理解されよう。空気は乾燥ユニット２２０に送られてもよい。一実施形態において、空気は乾燥ユニット２２０から流出口２１６を介して排出されてもよい。
【００７１】
他の実施形態において、空気は湿り気相で入力として入力流路２０６を介してＣＯ２スクラバー内に送り込まれ、例えば、水の吸収が行われてもよい。この場合、セルは放電モードで動作していなくてもよいことが理解されよう。というのは、湿り気相はセルに入る流入空気と混合し、これによってセルに入る酸素の全体量を低下させるためである。
【００７２】
図４の水管理システム２００の図示された実施形態において、別個の空気流経路がＣＯ２スクラバー２４０から延出しているが、これは限定を意図したものではない。すなわち、ＣＯ２スクラバー２４０は空気マニホールド（図示せず）に空気を送る１つの出力を含み、この空気マニホールドによって空気がセル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃに向けられてもよい。
【００７３】
他の実施形態においては、流入口、流出口、及び経路を選択的に乾燥ユニット２２０、ＣＯ２スクラバー２４０、及び／又は空気流出口２１６，２２２に結合する、又はこれらから結合する複数の弁及び経路を用いてもよいことが理解されよう。
【００７４】
図５は他の実施形態に従う水管理システム３００を示す図であり、複数の電気化学セル３０２ａ，３０２ｂ、及び並列に接続された乾燥ユニット３２０とＣＯ２スクラバーを備えている。図５に示されるセルの数は単なる例であり、限定を意図したものではない。例えば、電気化学セル３０２ａ，３０２ｂの各々はイオン伝導性媒質１４５、及び一面がイオン伝導性媒質１４５に面し、反対の面が気体状酸化剤収容空間１７０に面している酸化剤還元極１５０を含んでもよい。セル３０２ａ，３０２ｂの各々はさらに、酸化剤を含む空気を受け入れるための気体状酸化剤流入口３１０ａ，３１０ｂと、気体状酸化剤収容空間１７０を介して接続され、それによって気体状酸化剤収容空間１７０への気体の出入りを可能にする気体状酸化剤流出口３１２ａ，３１２ｂとをそれぞれ含んでもよい。セル３０２ａ，３０２ｂの各々に対応する酸化剤還元極１５０は、例えば、電気化学セルの放電モードの間、酸化剤に面する側を介して気体状の酸化剤を吸収して気体状の酸化剤を還元するように構成される。
【００７５】
図５の水管理システム３００において、二酸化炭素スクラバー３４０はセル３０２ａ，３０２ｂの気体状酸化剤流入口３１０ａ，３１０ｂの前段で乾燥ユニット３２０と並列に設けられる。周囲空気は流入口流路３３０などの入力を介してシステム３００に流入する。任意選択的に、送風機３３２を設けて乾燥ユニット３２０又はＣＯ２スクラバー３４０内に空気を吸引及び押し込んでもよい。例えば、３方向弁Ｖ１を設けて周囲空気を流入口流路３３０から乾燥ユニット又はＣＯ２スクラバー３４０、あるいはその両方に送ってもよい。空気は乾燥ユニット３２０又はＣＯ２スクラバーから各セル３０２ａ，３０２ｂの流入口３１０ａ，３１０ｂに送られる。３方向弁Ｖ２を設けて、乾燥ユニット３２０からの湿り気相の空気を開かれた管路を介して流入口３１０ａ，３１０ｂ並びに二酸化炭素スクラバー３４０に入れるように制御する。（後述の加熱器３２２を起動して）乾燥ユニット３２０内に水を放出して、湿り気相を生成し、この気相が二酸化炭素スクラバー３４０に送られることによって、二酸化炭素スクラバー３４０の「予備加湿」が行われる。一実施形態において、湿り気相は乾燥ユニット３２０から開かれた管路（開かれた弁Ｖ２）を介して二酸化炭素スクラバー３４０に送られる。
【００７６】
図５に示す一実施形態において、貯水器３６０を水管理システム３００の一部として任意選択的に設けてもよい。貯水器３６０はＣＯ２スクラバー３４０及び乾燥ユニット３２０に接続されてもよい。一実施形態において、貯水器３６０は乾燥ユニット３２０を出る水を回収して（滴下又はその他の方法により）二酸化炭素スクラバー３４０に送るように構成される。例えば、この処理はシステムの休止中又は充電中に実行されてもよい。次回の放電時に、空気が（弁Ｖ１によって）ＣＯ２スクラバーに送られ、そこでＣＯ２スクラバー媒質上に吸収／吸着された水の蒸発によって、相対湿度が上昇し、空気が加湿される。空気は次いで弁Ｖ２によってセルの流入口３１０ａ，３１０ｂに送られる。これによって放電中に加熱器３２２を動作させることなく流入空気を加湿できる（加熱器３２２を動作させるとシステムの出力が下がる）。また、乾燥ユニット３２０が放電中にセルを出る空気から水分を吸収することが可能になる。
【００７７】
流入口３１０ａ，３１０ｂを介して空間１７０に入る空気の流れの相対湿度は様々であるが、一部の実施形態において、気体状酸化剤流入口３１０ａ，３１０ｂを介して気体状酸化剤収容空間１７０に入る湿り気相の相対湿度は５０％より高い。
【００７８】
一実施形態において、送風機３３０ａ，３３０ｂはシステム３００内のセル３０２ａ，３０２ｂの各々に（それぞれ）対応する。送風機３３０ａ，３３０ｂの各々は、作動時において、酸化剤を含む空気の流れを発生させて、気体状酸化剤流入口３１０ａ，３１０ｂを介して気体状酸化剤収容空間１７０に送り込み、各々のセルの水の含有量の管理を容易にする。セル３０２ａ，３０２ｂの各々の空隙１７０を横断し、空隙１７０内の水分による湿気を多く含んだ後、空気の流れはセル３０２ａ，３０２ｂの各々と対応する酸化剤還元極モジュール１６０から流出口３１２ａ，３１２ｂを介して流出する。流出口３１２ａ，３１２ｂから出た後の空気流の相対的な湿度は様々であり得るが、ある実施形態では、空隙１７０から流出した後の空気の相対的な湿度は、約７０％である。当然ながら、先述のように、空気流が空隙１７０を横断し、空隙１７０内の水分による湿気を多く含んだ後、当該空気流は、流出口を介して酸化剤還元極モジュールから流出してもよい。繰り返すが、空隙１７０を出る空気流の相対湿度と同様に、流出口３１２ａ，３１２ｂより先の空気流の相対湿度も一定でなく、（上述したような）様々な条件に基づいて変化する。さらに、送風機３３０ａ，３３０ｂが気体状酸化剤流出口３１２ａ，３１２ｂからガスを出すのを補助してもよいことが理解されよう。あるいは、他の実施形態において、セルブロック又はシステムの全体に用いる送風機を設けて、気体状酸化剤流入口３１０ａ，３１０ｂ内にガスを送り込む（及び気体状酸化剤流出口３１２ａ，３１２ｂからガスを送り出す）ようにしてもよい。
【００７９】
後述するが、空気流路流出口３１２ａ，３１２ｂを出た湿り空気の残りは、選択的に開閉可能な弁Ｖ３を通過して、空気流出口３４４から排気ガスとして大気に出るか、又は流出口経路３７９から乾燥ユニット３２０内に流れるかのいずれかである。一実施形態において、弁Ｖ３は、流出口３１２ａ，３１２ｂより先の空気流経路のいずれの位置に配置されてもよく、ある実施形態では、弁Ｖ３は乾燥ユニット３２０内に配置されてもよい。さらに、弁Ｖ３は、任意の適切な構造又は構成を有してもよく、一部の実施形態では、逆止弁又はリード弁であってもよく、単純に望ましくない逆流を防ぐように構成されてもよい。一部の実施形態における弁Ｖ３の動作（例えば、選択的に開閉される場合）について以下に詳細に説明する。図示の実施形態の弁Ｖ３は一例に過ぎず、その他の実施形態では、流出口３１２ａ，３１２ｂを選択的に乾燥ユニット３２０又は空気流出口３４４へと接続する複数の弁及び経路を使用してもよい。
【００８０】
乾燥ユニット３２０が乾燥剤内の湿気から水分を吸収して貯蔵するように構成された実施形態では、乾燥剤を加熱することによって選択的に水分を放出することができることは明らかである。この場合、図示の実施形態では、乾燥ユニット３２０は対応する加熱器３２２を備えており、この加熱器３２２を選択的に起動すると乾燥ユニット３２０を加熱することによって乾燥剤を加熱し、延いては蒸留された水を乾燥ユニット３２０から選択的に放出できる。例えば、加熱器３２２は、吸収された水を蒸気に変え、その蒸気を流出経路３３５へ送る程度に乾燥剤を加熱し、それによってセル３０２ａ，３０２ｂをバイパスして乾燥ユニット３２０に水分を取り込むように構成されてもよい。一実施形態において、乾燥ユニット３２０を出る湿り気相のごく一部はセル３０２を加湿するために送られる。
【００８１】
実施形態によって様々な構成が可能であり、例えば、二酸化炭素スクラバー３４０の「予備加湿」ができる。一実施形態において、湿り気相は乾燥ユニット３２０から開かれた管路（例えば、開かれた弁Ｖ２）を介して二酸化炭素スクラバー３４０に送られる。他の実施形態において、湿り気相は貯水器３６０を介して二酸化炭素スクラバー３４０に送られる。貯水器３６０は乾燥ユニット３２０を出る水を（例えば、加熱器３２２で加熱して蒸気によって、滴下によって、又はその他の方法で）回収し、二酸化炭素スクラバー３４０に送るように構成される。
【００８２】
電気化学セル３０２ａ，３０２ｂの動作によって、水管理システム３００の動作を変更してもよいことは明らかである。具体的には、水管理システム３００は、電気化学セル３０２ａ，３０２ｂが放電モードである時と再充電モードである時とで、異なった動作をしてもよい。あるいは、水管理システム３００は電気化学セル３０２ａ，３０２ｂの動作モードと関わりのないモードで動作するように構成されてもよい。
【００８３】
一実施形態において、水管理システム３００はセル加湿モードで動作する。加熱器３２２を起動し、電気化学セル１００に取り込まれる空気を加湿することによって、水をセル内に移動する。具体的には、乾燥ユニット３２０は流入口流路３３０（及び送風機３３２）を通して入力空気を受け取る。というのは、弁Ｖ１が乾燥ユニット３２０に対して開かれ、ＣＯ２スクラバー３４０に対して閉じられているからである。従って、水蒸気が空気中に放出され、この湿り気相の空気が、セル３０２ａ，３０２ｂの流入口３１０ａ，３１０ｂに対して開かれた弁Ｖ２を通して送られる。一部の実施形態において、この湿り気相の空気は、弁Ｖ２を介してセル３０２ａ，３０２ｂの流入口３１０ａ，３１０ｂに送られるとともに、開かれた管路を介して二酸化炭素スクラバー３４０にも送られる。したがって、システム３００は（加熱器３２２の起動によって）乾燥ユニット３２０内に水蒸気を放出して湿り気相を生成し、この気相が気体状酸化剤流入口３１０ａ，３１０ｂからセル３０２ａ，３０２ｂの気体状酸化剤収容空間１７０に運ばれる。こうして、湿気を含む気相を気体状酸化剤収容空間１７０を介して酸化剤還元極１５０に供給することによって、電気化学セル３０２ａ，３０２ｂの水の含有量を管理することができる。一実施形態において、送風機３３０ａ，３３０ｂを任意選択的に用いて空気の流れをセル３０２ａ，３０２ｂ内に移動してもよい。
【００８４】
上述の加湿モードは、電気化学セル３０２ａ，３０２ｂの放電モード、セルの充電又は再充電モード、セルの休止モード、又はそれらの組み合わせのモードの間に、同時に実行されてもよい。一実施形態において、スクラバー加湿モードは外部敷設電力が利用できる場合に実行される。
【００８５】
あるいは、システム３００は水捕捉モードにおいて、気体状酸化剤流出口３１２ａ，３１２ｂを介して電気化学セル３０２ａ，３０２ｂから流出する湿り気相の空気から、乾燥ユニット３２０で水蒸気を捕捉し、それによって電気化学セル３０２を出る水蒸気を捕捉するように構成されてもよい。周囲空気が大気から流入口流路３３０を介して取り込まれ、ＣＯ２スクラバー３４０に送られる（乾燥ユニット３２０に対して閉じられる）空気はスクラバー３４０から流入口３１０ａ，３１０ｂ内に送られ、その流れは空隙１７０を通過するため、弁Ｖ３を開放し（かつ大気又は流出口３４４に対して閉じ）ることによって、空気流路流出口３１２ａ，３１２ｂを出た空気の流れが乾燥ユニット３２０に入るようにしてもよい。一部の実施形態では、流出経路３５５と空気流出口をつなげることにより、乾燥ユニット３２０内の湿り空気から湿気が吸収されて、乾燥した空気が大気へと放出されることは明らかである。したがって、乾燥ユニット３２０は元々イオン伝導性媒質から出た水分を吸収する。イオン伝導性媒質からの水分が吸収されない場合には、酸化剤還元極１５０を介して大気中へと逃げるので蒸発を引き起こし、イオン伝導性媒質の濃度が上昇する。電気化学セル３０２ａ，３０２ｂを出る湿り排気は乾燥ユニット３２０内の乾燥剤媒質によって捕捉され、システム内に湿気が保持される（対照的に、排気口３５５を介して直接周囲空気に排気される場合には、時間とともにイオン伝導性媒質内の水の含有量が低下する）。送風機３３０ａ，３３０ｂを任意付加的に用いて空気の流れを動かしてもよい。こうして、システム３００は乾燥ユニット３２０内で、電気化学セル３０２ａ，３０２ｂの排気ストリームから水蒸気を放出する（ユニット３２０が水分を取り込む）。
【００８６】
さらに、一実施形態において、システム３００はまた、（加熱器３２２を起動して）乾燥ユニット３２０内に水を放出して、湿り気相を生成し、この気相が二酸化炭素スクラバー３４０に送られることによって、二酸化炭素スクラバー３４０の「予備加湿」が行われるように構成される。
【００８７】
他の実施形態において、セルの放電モードの間に、システム３００は周囲の酸化剤を二酸化炭素スクラバー３４０を通して電気化学セル３０２ａ，３０２ｂの気体状酸化剤流入口３１０ａ，３１０ｂに送り、これによって湿度及び気体状酸化剤の二酸化炭素濃度の管理を容易にするように構成される。
【００８８】
一実施形態において、上述のようにシステム３００はセルの放電モードと同時に乾燥ユニット３２０において水蒸気を捕捉するように構成される。
【００８９】
繰り返すが、図３から図５を参照して説明した上述のモードのいずれかにおける電気化学セルの動作を選択して、対応する水管理システムの動作を修正できることが理解されよう。水管理システムは、電気化学セルが放電モードである時と再充電モードである時とで、異なった動作をしてもよい。本明細書で開示する電気化学セル内で利用可能な動作モードの例を以下の表にまとめる。
【００９０】
ＣＯ２スクラバーがない場合（例えば、図３参照）
【表１】
2018510476.tif 000003
ＣＯ２スクラバーがある場合（例えば、図４及び／又は図５参照）
【表２】
2018510476.tif 000004
【００９１】
一部の実施形態では、電気化学セルの充電時は、送風機を分離するように構成されてもよく、別の実施形態では、湿気を含む空気が循環するように送風機を接続したままにしてもよい。一部の実施形態では、送風機はパルス状に又は他の態様で間欠的に動作してもよく、別の実施形態では、送風機は連続的に動作してもよい。さらに、送風機は、電気化学セル（又は、電気化学セルに関連付けられたメインコントローラ）と関連付けられたタイミング回路、制御回路、及び／又は、水管理システムと関連付けられたセンサを介して制御されてもよい。他の実施形態においては、他の構成も可能である。
【００９２】
他の実施形態においては、流入口、流出口、及び経路を選択的に乾燥ユニット３２０、ＣＯ２スクラバー３４０、及び／又は空気流出口３５５又は流入口に結合する、又はこれらから結合する複数の弁及び経路を用いてもよいことが理解されよう。また、各実施形態において図示されていないものの、空気マニホールドを水管理システム内に設けて、例えば、入力及び／又は排出された空気を電気化学セルに入れる、又は電気化学セルから出すようにしてもよい。
【００９３】
水管理システムの液位自己平準化機能は、図１に示された電気化学セル１００を参照することにより理解できる。図示のように、電気化学セル１００内のイオン伝導性媒質の液位Ｌが示される。一部の実施形態では、電気化学セル１００は、イオン伝導性媒質の液位を確認するように構成された液位センサを備えてもよいことは明らかである。液位センサ、周囲温度、周囲相対湿度、セルを出る空気の相対湿度、又はこれらの組み合わせに基づいて、制御が行われ得る。液位センサは、これに限定されないが、浮力／フロートセンサ、光学センサ、熱センサ、導電センサ等の構造又は構成であってもよい。一実施形態において、一又は複数の電気化学セルのイオン伝導性媒質が望ましい液位又は所定の下限を下回った場合、システムは除湿モードに移って動作する。すなわち、加熱器１２４を起動して乾燥ユニット１２２から水を放出する。他の実施形態では、タイマ回路又は同様な制御機構に基づいて、補充を自動で行ってもよい。一部の実施形態では、乾燥ユニット１２２に関連付けされたセンサにより、いつ加熱器１２４を作動させるべきかを決定してもよい。例えば、液位センサを加熱器１２４に結合し、加熱器を起動して捕捉した水を乾燥ユニット１２２から放出してもよい。非制限的な一例として、センサが、乾燥剤が完全に飽和しており乾燥ユニット１２２内の湿度レベルが上昇してる（これ以上乾燥剤で水分を吸収することができない状態を示唆する）と判定した場合に、加熱器１２４により水分を気化させて、電池室を充填するようにしてもよい。液位Ｌが所定の上限を超える場合、システムは水捕捉モードに入る。その他の構成が可能であり、実施形態によって異なってもよい。
【００９４】
上記の構造、構成及び配置は例に過ぎず、異なる実施形態では異なってもよい。一部の実施形態では、弁は、動作するのに外部制御装置を必要としない受動的な弁であってもよい。一部の実施形態では、弁は、作動させる外部手段を備える能動的な弁であってもよい。例えば、本発明で使用される弁は、これに限定されないが、三方弁、リード弁、バイメタル・スナップ型逆止弁等の任意の好適な構成であってもよい。弁は任意の好適なソースによって作動され、これに限定されないが、例えば、サーボ、電子制御装置、熱（例えば、構成要素１２４などの加熱器からの熱）、又は、圧力（例えば、構成要素１３２などの送風機によって生成される空気流からの圧力、又は、加熱された水蒸気に関連する圧力）のようなソースによって作動されてもよい。更に、マニホールド、パイプ、チューブ、連結装置又はその他の空気／水流経路は、これに限定されないが、金属、プラスチック及び／又はゴムのような任意の好適な材料で形成されてもよい。電気化学セル（例えば、電気化学セル１００）又は水管理システム（例えば、水管理システム３３０）のその他の構成要素も同様に、様々な構造又は構成を有してもよい。
【００９５】
また、例示的な一実施形態において、亜鉛を燃料として用い（て酸化亜鉛を生成す）ることを記載したが、実施形態に従い、開示されたシステムはいかなる種類のバッテリーセル（いかなる種類のアルカリバッテリ、及び／又は酸化剤電極／カソード）と共に用いて水を管理してもよい。例えば、これに限定されないが、金属空気、ニッケル・亜鉛、ニッケル・カドミウム、鉛・酸、銀・亜鉛、及び／又はニッケル・水素蓄電池などの様々な種類の電気化学セルが、開示されたシステムを用いて上述のように水蒸気を捕捉してもよい。バッテリの種類によっては、ガスの運搬は酸化剤還元極又はその他の種類の空気透過性の膜を通して行われてもよい（例えば、多孔性フルオロポリマー、多孔性金属、多孔性セラミックスなど）。
【００９６】
上述した実施形態は、専ら本発明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、本発明は、異なる燃料、異なる酸化剤、異なる電解質、及び／又は、異なる全体的な構造的構成又は材料を用いて、実施することが可能なものである。このように、本発明は、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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【手続補正書】
【提出日】平成28年9月2日(2016.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、米国特許仮出願第６２／１４０，２５７号（２０１５年３月３０日出願）に基づく優先権を主張するものであり、この米国特許仮出願の開示は、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は電気化学セルに関し、特に空気吸入カソードを備え、液体イオン伝導性媒質を利用する電気化学セルに関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの種類の電気化学セルは、セル内の電気化学反応を支持するために液体イオン伝導性媒質を用いている。電気化学セルは、好適な燃料から構成される燃料極と接続された空気吸入極を利用する場合がある。例えば、金属空気電気化学セルシステムは複数のセルを含んでいる。各セルはアノードとして働く燃料極を有しており、この電極において金属燃料は酸化される。また、各セルは空気吸入酸化剤還元極を有しており、この電極において周囲空気からの酸素が還元される。このようなセルの内部の液体イオン伝導性媒質は、上記電極間で酸化／還元されたイオンを伝達している。
【０００４】
様々なイオン伝導性媒質において、イオン伝導性媒質からの水分の蒸発、電気分解（例えば、再充電における水の分解）又はその他の要因による水分の喪失は、電気化学セルに弊害をもたらす。特に運転に水を必要とするセルについてはなおさらである。例えば、イオン伝導性媒質が塩化することによって、電気化学電池の酸化剤極が詰まってしまい、性能が低下して、場合によっては、セルの完全な機能停止に至ることもある。このような塩化又はその他の故障は、例えば、酸化剤極の空気側又は酸化剤極の一部が過剰に乾燥してしまう部位で発生する。さらに、イオン伝導性媒質の水分含有量が減少すると、媒質の溶媒化能力、すなわち、溶質を溶解する能力を低下させる、又は、媒質中の溶質のパーセント濃度が高くなる。
【０００５】
電気化学セルを管理するためのシステムが開発されてきた。同じ出願人によって２０１４年２月１０日に出願された米国特許出願公開第２０１４／０２２７６１５号明細書はバッテリの水管理システムの例を提示しており、この明細書の内容は参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【０００６】
本願の開示は、液体イオン伝導性媒質を備える任意の電気化学セルにおいて、ポンプ、貯水器及び機械式液位制御弁を使用することなく、水の含有量を維持するための水管理システムを提供する。
【発明の概要】
【０００７】
本開示の一態様において、一又は複数の電気化学セル内の水の含有量を管理するためのシステムが提供される。各電気化学セルは複数の電極及び液体イオン伝導性媒質を有する。このシステムは、前記電気化学セルに関連付けられた湿り気相を受け取る気相管路と、各電気化学セルと接続され、前記湿り気相から水分を抽出するように構成された乾燥ユニットと、抽出した水分を前記乾燥ユニットから選択的に放出するべく、前記乾燥ユニットを選択的に加熱する加熱器と、前記乾燥ユニットに接続され、二酸化炭素を吸収するように構成された二酸化炭素スクラバーと、を備え、水捕捉モードの間、前記システムは、乾燥ユニットにおいて電気化学セルから流出する湿り気相から水蒸気を捕捉するように構成される。セル加湿モードの間、前記システムは、加熱器の作動によって乾燥ユニット内で水蒸気を放出し、前記電気化学セル内に運ばれる湿り気相を生成するように構成される。
【０００８】
本開示の他の態様において、一又は複数の電気化学セル内の水の含有量を管理する方法が提供される。各電気化学セルは複数の電極及び液体イオン伝導性媒質を有する。この方法は、前記一の又は複数の電気化学セルからの湿り空気を乾燥ユニットで受け取る工程と、加熱器を用いて前記乾燥ユニットを選択的に加熱する工程と、前記乾燥ユニットに接続された二酸化炭素スクラバーを用いて、前記湿り空気から二酸化炭素を吸収する工程と、前記湿り空気を、前記二酸化炭素スクラバーから前記イオン伝導性媒質へと向かわせる工程と、を備える方法。
【０００９】
本開示のさらに別の態様において、一又は複数の電気化学セルを備えるシステム内の水の含有量を管理する方法が提供される。各電気化学セルは複数の電極及び液体イオン伝導性媒質を有する。また、このシステムは二酸化炭素スクラバーを有する。この方法は、外部の大気源から前記二酸化炭素スクラバーに空気を入力する工程と、前記二酸化炭素スクラバーを用いて前記外部の大気から二酸化炭素を吸収する工程と、外部の空気を前記二酸化炭素スクラバーから前記一又は複数の電気化学セルの前記イオン伝導性媒質に向かわせる工程と、前記一の又は複数の電気化学セルからの湿り空気を乾燥ユニットで受け取る工程と、を備える。前記乾燥ユニット及び前記二酸化炭素スクラバーは選択的に連通可能に結合されるように構成される。
【００１０】
本発明の他の態様は、以下の詳細な説明、添付した図面及び添付した特許請求の範囲から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
以下の図面は例示のためのものであり、限定を目的としたものではない。簡潔さと明瞭さのため、所与の構造のすべての特徴が、それが描かれるすべての図において必ずしも参照番号を付与されるわけではない。また、同一の参照番号が同一の構造を示すとは限らない。むしろ、同一の参照番号は、同一でない参照番号と同様に、類似の特徴又は類似の機能を有する特徴を示すために用いられる場合もある。
【００１２】
【図１】水管理システムに接続されるように構成された浸漬酸化剤還元電極を有する電気化学セルの一実施形態を概略的に示した図である。
【００１３】
【図２】水管理システムに接続されるように構成された電気化学セルの別の実施形態を概略的に示した図である。
【００１４】
【図３】図１及び図２のような電気化学セルに接続され得る水管理システムの一実施形態を示した図である。
【００１５】
【図４】乾燥ユニット及びＣＯ２スクラバーが直列に接続された、複数の電気化学セルを含む水管理システムの一実施形態を示した図である。
【００１６】
【図５】乾燥ユニット及びＣＯ２スクラバーが並列に接続された、複数の電気化学セルを含む水管理システムの一実施形態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本開示は、空気吸入極に関連付けられた湿度を制御することに加えて、電気化学セル内の望ましい水の含有量を維持しやすくすることを意図したものである。特に、本出願は、空気吸入極によって電気化学セルの水の含有量を維持するためのシステム及び方法を開示する。
【００１８】
一実施形態に係る以下に詳細に説明するバッテリの水管理システムにおいて、電気化学セルは、空気吸入酸化剤極を備える。このような一実施形態では、水管理システムは、電気化学セル内の水量を維持する機能及び空気吸入極に関連付けられた湿度の制御を行う機能の両方を提供する。
【００１９】
図１は電気化学セル１００の一実施形態の概略断面図である。図に示すとおり、電気化学セル１００の構成要素は少なくとも部分的に、対応するハウジング１１０内に収容されている。セル１００は、ハウジング１１０内に収容されその中で循環してセル１００内でイオンを伝導するように構成された液体イオン伝導性媒質を用いている。イオン伝導性媒質は時にハウジング１１０内で、例えば停滞領域やその他の一定量のイオン伝導性媒質において、概ね静止しているものの、セル１００はイオン伝導性媒質の対流を生成するように構成されていることが理解できる。一部の実施形態では、このような対流は、制御された方向を有する気泡によって生成される。この気泡は、セル内の電気化学プロセスによって、スパージャを使用して、又は、その他の気泡生成工程によって生成される。一部の実施形態では、対流は、これに限定されないが、例えば、ポンプのようなその他の対流生成器によって生成される。一部の実施形態では、局所的な加熱によって、液体を対流させることができる。
【００２０】
電気化学セル１００の様々な部分が任意の適切な構造及び組成を有しており、それらにはプラスチック、金属、樹脂、又はこれらの組合せを含むがこれらには限定されない。従って、セル１００は、複数の構成要素から形成したり、一体に成型したり、といったように任意の方法で組み立てることができる。様々な実施形態において、セル１００及び／又はハウジング１１０は、米国特許第８，１６８，３３７号、第８，３０９，２５９号、第８，４９１，７６３号、第８，４９２，０５２号、第８，６５９，２６８号、第８，８７７，３９１号、第８，８９５，１９７号、第８，９０６，５６３号、第８，９１１，９１０号、第９，１０５，９１０号、第９，１０５，９４６号、第９，１７８，２０７号、第９，２１４，７０８号、第９，２６９，９９５号、第９，２６９，９９６号、及び米国特許出願公開第２０１０／０３１６９３５号、第２０１１／００７０５０６号、第２０１１／０２５０５１２号、第２０１２／０３２１９６９号、第２０１３／０１１５５２３号、及び第２０１３／０１１５５２５号の各明細書のうちの一又は複数に記載された構成要素又は構成を含んでおり、これらの各明細書は参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【００２１】
電気化学セル１００の構成は実施形態によって様々に異なるが、図１の断面図に示す実施形態では、ハウジング１１０内に電池室１２０を備える。イオン伝導性媒質は一般的に、電池室１２０内で塊で存在するが、電池室１２０内を対流してもよいし、電池室１２０を通過するように（例えば、一の電気化学セル１００から別の電気化学セル１００へと、若しくは、貯水器から電気化学セル１００へと又はその反対に）流れてもよい。セル１００の燃料極１３０は、イオン伝導性媒質に接触するように電池室１２０内で支持されている。一実施形態において、燃料極１３０は、後述するようにセル１００の放電モード（すなわち、発電モード）においてアノードとして機能する金属燃料極である。図示するように、一部の実施形態では燃料極１３０は複数の透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅを含む。図の実施形態では５個の透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅが用いられているが、他の実施形態ではこの数は任意である。各透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅは、電着により、又は、他の方法により、電池室１２０を通過するか又は他の態様でその中に存在するイオン伝導性媒質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組成（ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）により形成されたスクリーン（ｓｃｒｅｅｎ）を含むことができる。一実施形態において、電極本体１３０ａは端子電極本体であり、この端子電極本体は、充電時に金属燃料が電極本体１３０ａ−１３０ｅの全体に付着して電極本体１３０ａから電極本体１３０ｅに向かう方法に成長するように構成される。上記段落で参照により組み込まれた米国特許第８，６５９，２６８号明細書に記載されるように、図の実施形態において、透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅは階段状スカフォード（ｓｔｅｐｐｅｄ  ｓｃａｆｆｏｌｄ）構成となるように異なる大きさを有しているが、他の実施形態においては、透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅは実質的に同じ大きさを有する。
【００２２】
一部の実施形態において、複数のスペーサが透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅを隔てており、これにより燃料極１３０内に流路が形成される。一部の実施形態において、複数のスペーサはハウジング１１０に接続されて燃料極１３０がハウジング１１０に対して適切な位置に保持されるようになっているが、他の実施形態では、スペーサは透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅの間、及び場合によっては燃料極１３０及び充電極１４０の間に成型され、透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅ（及び場合によっては充電極１４０）が複合電極モジュールの一部となっている。このような構成は、上記段落で参照により全体が組み込まれた米国特許第８，４９２，０５２号明細書に記載されている。様々な実施形態において、スペーサは非伝導性であり電気化学的に不活性であって、セル１００における電気化学的反応に関して不活性となっている。一部の実施形態において、スペーサは適切なプラスチック材料、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ノリル、ＡＢＳ、フッ素重合体、エポキシ、などから形成される。燃料極１３０内の流路は三次元的に構成され、スペーサと実質的に等しい高さを有している。スペーサは全体に垂直方向に向けられており、泡を生成する充電極に平行な流路を形成するようになっているが、例えば以下に述べるように燃料極１３０の最上部が塞がれているがこれに限定されない他の実施形態においては、スペーサは透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅを通り抜ける方向に向けられた流路を形成する方向に向けられている。しかし、スペーサ及び／又は流路は任意付加的なものであって、実施形態によっては省略されてもよい。
【００２３】
例えば図に示すようなセル１００の一部の実施形態において、充電極１４０は燃料極１３０から離間して配置され、端子電極本体１３０ａから遠位（すなわち、電極本体１３０ｅに対して近位）となっている。一部の実施形態において、充電極１４０は燃料極１３０の一部である（例えば、透過性電極本体１３０ｂ−１３０ｅのうちの一又は複数である場合を含む）。燃料極１３０の場合と同様に、充電極１４０は電池室１２０内に配置され、イオン伝導性媒質と接触するようになっている。図の実施形態において、充電用電極１４０は透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅと類似の段階的な構成となっている。しかし、他の実施形態においては、電極本体１３０ａ−１３０ｅが階段状スカフォード（ｓｔｅｐｐｅｄ  ｓｃａｆｆｏｌｄ）構成であるか、又は他の態様で寸法が異なっている場合、充電極１４０は少なくとも透過性電極１３０ａ−１３０ｅのうち最も長いものと同じ長さにわたって延在する。以下により詳細に述べるが、充電極１４０は液体イオン伝導性媒質内に存在する酸化可能な酸化剤種の酸化に関与するように構成され、セル１００の充電中に、酸化した金属燃料種の還元及び燃料極１３０における金属燃料の成長を促進する。従って、一部の実施形態において、充電極１４０は酸素発生電極として特徴づけることができる。というのは、以下に詳述するように、電気化学セル１００の充電中に充電極１４０から酸素ガスの泡が発生するからである。
【００２４】
さらに図１は酸化剤還元極１５０を示しており、この酸化剤還元極１５０は燃料極１３０及び充電極１４０から離間し、端子電極本体１３０ａから遠位にある。図に示すとおり、酸化剤還元極１５０は封止され、又はその他の方法で組み立てられて酸化剤還元極モジュール１６０となり、これが電池室１２０内のイオン伝導性媒質１４５に浸漬される。参照番号１６５で表される連通流路が酸化剤還元極モジュール１６０の内部へ延在し、空気又は他の酸化剤を酸化剤還元極モジュール１６０のハウジングと酸化剤還元極１５０との間に形成された空隙１７０に供給し、また流出口を提供する。空隙１７０内の空気又は他の酸化剤が、酸化剤還元極１５０に酸化剤を供給することが理解できる。したがって、酸化剤還元極１５０は一面がイオン伝導性媒質１４５に面し、反対の面が気体状酸化剤収容空間１７０に面している。このような構成の更なる詳細については、先に参照によって全体が本明細書に組み込まれている米国特許出願公開第２０１３／０１１５５２３号明細書（発明の名称：「電気化学セルシステム用の浸漬可能な気体状の酸化剤カソード」）に記載されている。上記では連通流路１６５が、管状又は同様な構成を有しているが、これは、イオン伝導性媒質が酸化還元電極モジュール１６０の上方を通過可能とする（例えば、連通流路１６５のどちらか一方側へと向かう）と同時に、酸化剤還元極１５０へと酸化剤を供給するのを容易にしていることは明らかである。
【００２５】
図１には示されていないが、図３から図５に示されるような一部の実施形態では、連通流路１６５は、空隙１７０へと延びる又は空隙１７０から延出する別個の空気流路流入口及び流出口をそれぞれ有してもよく、連通流路１６５が空隙１７０を通過する空気流経路の一部を形成することを可能にしてもよい。空気流経路については、以下に詳細に説明する。上記の空気流路流入口及び空気流路流出口は、ある実施形態では、イオン伝導性媒質を通過して酸化剤還元極モジュール１６０まで延びる共通のハウジングを共有してもよく、別の実施形態では、連通流路１６５が、イオン伝導性媒質を通過して酸化剤還元極モジュール１６０まで延びる一対の間隔を空けて設けられた空気経路を備えてもよい。
【００２６】
図に示すように、別個の充電極１４０を含む実施形態において、この別個の充電極１４０は酸化剤還元極１５０及び燃料極１３０の間に配置されている。この別個の充電極１４０がないセル１００の実施形態においては、酸化剤還元極１５０はセル１００の充電中及び放電中のいずれにも（すなわち、充電中はアノードとして、放電中はカソードとして）用いることができる。
【００２７】
セル１００の構成要素、例えば、燃料極１３０、透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅ、別個の充電極１４０、及び酸化剤還元極１５０は、任意の好適な構造又は構成を採ることができ、例えば、ニッケル又はニッケル合金（ニッケル−コバルト、ニッケル−鉄、ニッケル−銅（すなわちモネル）、又は超合金を含む）、銅又は銅合金、真ちゅう、青銅、炭素、白金、銀、銀−パラジウム、又はこれら以外の任意の好適な金属又は合金から構成される。一部の実施形態において、燃料極１３０、別個の充電極１４０、及び酸化剤還元極１５０などのセル１００の構成要素のうちの一又は複数は、耐劣化性のより強い材料でめっきした高導電性材料からなる。例えば、一部の実施形態では、セルの一又は複数の構成要素は、ニッケル、すず、銀、金又はその他の化学的に同等な材料によってめっきされた銅で構成される。上述したように、一部の実施形態において、燃料極１３０は透過性の金属スクリーン（すなわち、透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅ）から形成され、これが金属燃料の成長プラットフォームを捕捉、保持、及び提供するように構成される。同様に、一部の実施形態において、別個の充電極１４０は透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅのうちの１つと類似の構成を有している。他の実施形態において、充電極１４０は他の構成を有し、燃料極１３０と電位差を生じるように構成され、電気化学セル１００の充電中に燃料極上の燃料成長を促す。以下でより詳しく述べるように、充電極１４０は充電工程中に酸素気泡を発生させるように構成され、この酸素気泡がイオン伝導性媒質内での浮力によってセル１００内を上昇し、イオン伝導性媒質の対流を発生させる。
【００２８】
燃料極１３０及び充電極１４０と同様に、酸化剤還元極１５０も任意の適切な構造又は構成を有している。例えば、酸化剤還元極１５０は電気化学セル１００内での酸素還元を行うように構成されており、セル１００の放電中に燃料極１３０と電位差を生じるように構成される。一実施形態において、酸化剤還元極１５０はメッシュ又はコーティングを有する活性層を含み、これは電気化学反応を促進する「活性材料」として特徴づけられる。したがって、一実施形態において、酸化剤還元極１５０は、活性材料がイオン伝導性媒質と接触しそれを通して燃料極１３０との間でイオンが相互に伝導されるように、セルハウジング１１０内に配置される。一部の実施形態において、活性材料は触媒粒子又は触媒材料、導電性マトリックス、及び疎水性材料の混合物を焼結して複合材料としたものか又は他の方法で積層したものによって形成される。様々な実施形態において、活性材料は限定的ではないが上述したような金属のうちの一又は複数から構成される。一部の実施形態において、活性材料は触媒フィルムを含むが、これは様々な実施形態において溶射、プラズマ溶射、電着、又は他の任意の粒子被覆方法を含むがこれらに限定されない技術によって形成される。
【００２９】
この活性材料には集電体が電気的に接続されており、この集電体はセル１００が放電モードにあるときに、酸化剤還元反応における消費のために負荷から電子を受け取るように構成される。同様に、セル１００が充電モードにあるときに、（酸化剤還元極１５０が充電極として機能しているならば）集電体は活性材料において酸化反応から電子を回収して電源ＰＳに送達し、活性材料での電気化学反応に関与するように構成される。集電体は、内部に間隙を有する金属スクリーンからなる構成を含むがこれに限定されない好適な構造及び構成を有する。様々な実施形態において、集電体は限定的ではないが活性層として上述したような金属又は合金から構成される。
【００３０】
酸化剤還元極１５０にはさらに一又は複数の疎水性の材料が含まれており、これらの材料は略ガス透過性だが液体は透過しない。これによってセルハウジング１１０内にイオン伝導性媒質を収容し、又は他の方法で（酸化剤還元極モジュール１６０内の）酸化剤還元極１５０に対応する空隙を維持する。疎水性とは文脈によっては「嫌水性」と理解され得るが、本明細書において用いられている通り、疎水性とは単にイオン伝導性媒質内の水だけでなくイオン伝導性媒質全体の浸透に耐えそれを透過しないことを意味することを理解すべきである。従って、疎水性の材料は疎湿性、すなわち「嫌液性」ともみなすことができる。酸化剤還元極１５０は全体として液体を透過しないが、気体状の酸化剤は透過する。よって気体状の酸化剤は酸化剤還元極１５０の活性材料と接触し、セル１００の放電中に発生する電気化学反応において酸化剤として機能する。様々な実施形態において、疎水性材料は活性材料を支持するのが容易になる任意の好適な構造又は構成を有しており、気体状の酸化剤に対して略透過性を有し、イオン伝導性媒質に対して略透過性を有さない。
【００３１】
一部の実施形態において、疎水性材料は活性材料及び／又は集電体の基材として機能する。疎水性材料は実施形態によって異なるが、一部の実施形態においては疎水性材料はフッ素重合体からなる、又は他の態様でフッ素重合体を含む。例として、様々な実施形態では、疎水性材料はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ又はＴｅｆｌｏｎ（ＴＭ）とも称する）からなり、これは一部の実施形態においては熱機械的に延ばされる（ｅＰＴＦＥ又はＧｏｒｅ−Ｔｅｘ（登録商標）とも称する）。他の実施形態において、疎水性材料はフッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰとも称する）、フッ素重合体、又は、その他の任意の疎水性バインダー（例えば、ポリプロピレン及び／又はポリエチレン）からなる。一部の実施形態において、疎水性材料は微小な細孔径を有しており、例えば、約１ミクロン未満、又はより具体的な例では約５０から約２００ナノメータであるがこれには限定されない。一部の実施形態においては、疎水性材料は酸化剤還元極１５０の厚みにわたって引っ張り強度が限定されている。したがって、一部の実施形態において、疎水性材料は酸化剤透過性強化層によって強化されている。この酸化剤透過性強化層の例は、先に参照によって全体が本明細書に組み込まれた米国特許出願公開第２０１３／０１１５５２５号明細書（名称：「酸化剤極用の外部ＰＴＦＥ層強化」）に記載されている。
【００３２】
一実施形態において、セル１００で用いられる燃料は、鉄、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、マンガン、カドミウム、鉛、ゲルマニウム、ナトリ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、これに限定されないが、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、遷移後及び遷移金属を含む、周期表において金属又は半金属としてみなされるすべ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、本発明は、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。一実施形態において、燃料は、イオン伝導性媒質に懸濁した粒子としてセル１００に供給されるものであってもよい。
【００３３】
イオン伝導性媒質は水溶液であってもよい。好適な媒質には、例えば、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。一実施形態において、イオン伝導性媒質は、例えばエチレン・カーボネート、炭酸ジメチル、又はその他の好適な有機溶剤を含む。一部の実施形態において、イオン伝導性媒質は水性の水酸化カリウムである。一実施形態では、イオン伝導性媒質は、電解質を含み得る。例えば、先に参照によって全体が組み込まれた米国特許第８，８９５，１９７号明細書において述べられているように、従来の液体電解質溶液を用いてもよく、室温イオン液体を用いてもよい。一部の実施形態において、例えば、先に参照によって組み込まれた米国特許第８，８７７，３９１号明細書及び米国特許出願公開第２０１２／０３２１９６９号明細書に記載されたような、燃料極１３０上の金属燃料の電着工程を増進する添加剤を含むがこれに限定されない添加剤を、イオン伝導性媒質に加えてもよい。このような添加剤は燃料粒子の目の粗い樹枝状成長を低減し、よって例えばこのような燃料粒子が燃料極１３０から分離する可能性を低減する。一部の実施形態では、イオン伝導性媒質は、米国特許出願公開第２０１２／０３２１９６９号明細書に記載されたような任意の好適な分離剤又はイオン交換膜を有してもよい。
【００３４】
運用可能な相対湿度の範囲は、具体的なイオン伝導性媒質とともに、例えば、周囲空気及びセルの温度に依存する。例えば、水酸化カリウムなどの水性塩電解質は吸湿性として特徴づけられてもよい。例えば、水性のＫＯＨ電解質を含むセルの場合、相対湿度が約５０％未満であれば酸化剤還元極又は空気極を通して水損失が生じる。周囲の相対湿度が８０％より高ければ（又は約８０％よりも高ければ）、酸化剤還元極又は空気極を通してセル内へ水が吸収される。カソードを通した水の放出は、（カソード／酸化剤還元極モジュール１６０の）５０℃から８０℃までの空気温度範囲において約５０％より高い相対湿度で発生する。５０％以上８０％以下の相対湿度、すなわち中間範囲の相対湿度は中性的として特徴づけられる。例えば、セル内に７０％の相対湿度が流入した場合、５０℃で２５０ｍｌの水が喪失され、２５℃では僅かに１５ｍｌの水が喪失される（これは合計８リットルの容積を有するセルにおいては無視できると考えられる）。これらの数値範囲は、付加的に、及び／又は代替的に、イオン伝導性媒質によって、及びその吸湿性／疎湿性によって変化することが理解されよう。
【００３５】
セル１００の動作中に、燃料は燃料極１３０がアノードとして動作する場合に燃料極１３０において酸化され、酸素（Ｏ2）、Ｃｌ2、又は、その他の任意の好適な酸化剤は、酸化剤還元電極１５０がカソードとして動作する場合、つまり後述するようにセル１００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、酸化剤還元電極１５０において還元される。放電モードにおける反応によって、還元性燃料種等の副生成物の沈殿物がイオン伝導性媒質中に生成されることがある。例えば、燃料が亜鉛であるような実施形態では、酸化亜鉛が、副産物沈殿物／還元可能な燃料種として生成されうる。酸化した亜鉛又は他の金属は、また、沈殿物（例えば、亜鉛酸塩が燃料に残存する電気分解された還元可能な燃料種でありうる）を形成することなく、電解質溶液により保持され、電解質溶液を用いて酸化され、又は、電解質溶液に溶媒和されうる。後述の再充電モードにおいては、酸化亜鉛、亜鉛酸塩イオン等の還元性燃料種は、可逆的に還元され、カソードとして機能する燃料極１３０の少なくとも一部に亜鉛等の燃料として沈殿することがある。同時に、酸化剤還元極１５０又は別個の充電用電極１４０、及び／又は燃料極１３０の他の部分はアノードとして機能し、酸化可能な酸素種（例えば、ＯＨ-イオン）をイオン伝導性媒質内で酸化して酸素ガスを発生させる。一実施形態においては、酸化可能な酸素種は、放電中にセル１００内で生成される還元された酸化剤種でもよい。
【００３６】
一部の実施形態においては、酸化剤は受動システムによって酸化剤還元極１５０に供給されるが、これは例えば空気中の酸素を酸化剤還元極１５０内に拡散又は浸透させるのに十分である。しかし他の実施形態においては、酸化剤を酸化剤還元極に移動させるための他の酸化剤源もしくは機構を用いてもよい。例えば、一実施形態においては、空気ポンプＡＰ等のポンプを用いて、酸化剤に圧力をかけて酸化剤還元極１５０に供給してもよい。空気ポンプＡＰは、空気又はその他の酸化剤の一定又は間欠的な流れを生成するように構成された、送風機又は他の空気移動装置からなる構成を含むがこれに限定されない好適な構造又は構成を有する。酸化剤源は、内蔵された酸化剤源であってもよい。一実施形態において、例えば先に参照によって全体が組み込まれた米国特許第８，４９１，７６３号明細書に記載されているように、酸素は電気化学セルモジュール１００から再循環してもよい。同様に、酸化剤が大気から得られる酸素の場合には、受動的なものであれ能動的なもの（例えば、ポンプ、送風機等）であれ、空気が酸化剤還元極１５０に流れるようにする供給機構が広く酸化剤源とみなされる。このように、「酸化剤源」という語は、内蔵型の酸化剤、及び／又は、酸素を大気から酸化剤還元極１５０に受動的にもしくは能動的に供給する構成の両方を含む。
【００３７】
様々な実施形態において、透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅ、別個の充電極１４０、及び酸化剤還元極１５０は、セル１００を電源ＰＳ、負荷、又は他のセル１００と直列に接続するように構成されたスイッチング・システムによって接続されてもよい。放電中に、燃料極１３０は負荷に接続され、アノードとして動作して、燃料が燃料極１３０で酸化されたときに金属燃料によって放出された電子が外部負荷に流れることになる。酸化剤還元極１５０は放電中にカソードとして機能し、外部負荷から電子を受け取って、酸化剤還元極１５０と接触する酸化剤、特にセル１００の周囲の空気中の酸素、セル１００内に供給される酸素、又はセル１００から再循環される酸素を還元するように構成される。
【００３８】
スイッチング・システムの動作は実施形態によって異なり、一部の実施形態においてこの動作は、先に参照によって組み込まれた米国特許第８，９１１，９１０号明細書に記載されたものと類似している。他の例として、一実施形態において、先に参照によって組み込まれた米国特許第８，３０９，２５９号明細書に詳述されるように、外部負荷は透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅの一部に並列接続される。他の実施形態において、外部負荷は酸化剤還元極１５０から遠位にある端子透過性電極本体１３０ａのみに接続され、燃料消費は各透過性電極本体１３０ａ−１３０ｅの間から直列に発生する。一部の実施形態において、先に参照によって組み込まれた米国特許第８，８９５，１９７号明細書（出願日：２０１０年９月１７日）に詳述されるように、セル１００は充電／放電モードの切替えができるように構成される。
【００３９】
一部の実施形態において、電極本体１３０ａ−１３０ｅ、酸化剤還元極１５０、及び／又は充電極１４０のうちの一又は複数はスイッチング・システム又は他の任意の回路によって相互に接続され、セル１００の充電及び放電の制御を選択的に促進する。このスイッチングシステムに対応するスイッチはコントローラによって制御され、このコントローラは、一部の実施形態において、先に参照によって組み込まれた米国特許第８，９１１，９１０号明細書、同第９，１７８，２０７号明細書、及び米国特許出願公開第２０１１／０２５０５１２号明細書に記載されるものと略適合する任意の好適な構造及び構成を有している。様々な実施形態において、スイッチングシステムのスイッチの制御はユーザによる選択、センサによる読取り値、又は他の任意の入力によって決定される。一部の実施形態において、コントローラはまた負荷、電源ＰＳ、及び複数のセル１００の間の接続性を管理する機能を有する。一部の実施形態において、コントローラは、所定の閾値に達した電圧の検出（所定の閾値を下回ったこと等）に応じて各セル１００に対応するバイパススイッチを作動させる、適切なロジック又は回路を備えることができる。
【００４０】
図１に示すように、電池室１２０内のＬの液位までイオン伝導性媒質が充填される。後述するように、イオン伝導性媒質の液位Ｌは異なるモード、例えば、水吸収モード又は加湿（又は除湿）モードで変化する。図１に示すように、水管理システムが酸化剤還元極モジュール１６０に接続されてもよく、空隙１７０内の湿度レベルを管理すると同時に、水として湿気を再捕捉して、当該水を乾燥ユニット１２２及び／又はＣＯ２スクラバーへと流すように構成されてもよく、これによって電池室１２０内のイオン伝導性媒質を補充する。水管理システムは、本開示の特徴であり、以下に詳細に説明する。
【００４１】
図１に示す実施形態においては、セルハウジング１１０は酸化剤還元極１５０が酸化剤還元極モジュール１６０とともに電池室１２０内に浸漬されるように構成されているが、様々な実施形態においては、セル１００の他の構成が可能であることが理解されよう。例えば、図２において、セル１００の他の実施形態（具体的には、セル１００*）が提示されているが、ここで酸化剤還元極１５０*は電池室１２０の境界壁を画定しており、ハウジング１１０*の一部に封止されてその間にイオン伝導性媒質が浸出することを防いでいる。このような構成では酸化剤還元極１５０*が故障した場合にイオン伝導性媒質がセル１００*から漏出する可能性があるため、一部の実施形態においては、電池室１２０内のイオン伝導性媒質の対流は、上方に向かいかつ酸化剤還元極１５０*から離れて燃料極１３０の上端を横切る方向に向かうようにしてもよい。酸化剤還元極１５０*の境界壁を有する電気化学セル１００*には上記のような不都合な点を有するが、このような構成の電気化学セル１００*が存在する場合もあることは明らかであり、本願の水管理システムに組み込まれる可能性もある。
【００４２】
図２に示すように、一実施形態では、上記のような電気化学セル１００*の組み込みは、酸化剤還元極１５０*の空気と面する側を外側空気室１９０で囲むことを含み得る。図示の実施形態では、外側空気室１９０は、セルハウジング１１０*に対してシールされているが、別の実施形態では、外側空気室１９０は酸化剤還元極１５０*に対してシールされてもよく、又は、電気化学セル１００*を概ね囲むように構成されてもよい。他の構成もまた可能である。一部の実施形態では、外側空気室１９０は電気化学セル１００*の一部分に対してシールされてもよいし、別の実施形態では、外側空気室１９０は単純に電気化学セル１００*に当てつけられてもよいし、大まかに言うと電気化学セル１００*に取り付けられてもよいことは明らかである。図の実施形態では、外側空気室１９０は、酸化剤還元極１５０*と外側空気室１９０の壁との間に空気で満たされた空間である空隙１７０を形成している。図１の酸化剤還元極モジュール１６０から延出する実施形態と同様に、連通流路１６５は外側空気室１９０から延出してもよく、それにより空隙１７０と水管理システムとの間に空気が流れる経路を形成している。
【００４３】
図３は、図１及び図２に示すような一又は複数の電気化学セル内の水の含有量を管理するための水管理システム１０２の一実施形態を概略的に示す。図３にはまた、電気化学セル１００が概略的に図示されている。図に示すように、セルハウジング１１０は、（例えば、液位Ｌを満たすような）一定量のイオン伝導性媒質１４５を収容する電池室１２０を画定している。燃料極１３０及び別個の充電極１４０が、イオン伝導性媒質に浸漬される（図３には充電極１４０は示されていないが、先の説明によって理解できるように、一実施形態においては燃料極１３０と酸化剤還元極モジュール１６０との間に設けられる）。酸化剤還元極１５０もイオン伝導性媒質１４５に浸漬されて、酸化剤還元極モジュール１６０に対してシールされて、内部に空隙（１７０）が保持される。図３に示すように、連通流路は気体状酸化剤収容空間１７０を介して接続された気体状酸化剤流入口１１２及び気体状酸化剤流出口１１４を含み、これによって気体状酸化剤収容空間１７０へのガスの流出入を可能にしている。このような構成において、以下に詳細に説明するが、外部のソース（例えば、周囲空気又は収容されている酸化剤源）からの酸化剤を含む空気の流れが、流入口１１２を介して空隙／気体状酸化剤収容空間１７０へと流入した後、流出口１１４を介して気体状酸化剤収容空間１７０から流れ出る。酸化剤還元極１５０は、電気化学セル１００の放電モードの間、酸化剤に面する側を介して気体状の酸化剤を吸収して気体状の酸化剤を還元するように構成される。図３の概略図では、流入口と流出口とが酸化剤還元極１５０に対して異なる間隔で設けられているように示されるが、当該図は空気流の動きを概略的に示したに過ぎず、一部の実施形態では、流入口１１２及び流出口１１４が、酸化剤還元極１５０の平面と平行な面に互いに並ぶように配置されてもよい。
【００４４】
図３の水管理システム１０２を、当該システム内の空気の流れの観点で説明する。図示するように、空気流入口１４２は、電気化学セル１００及び水管理システム１０２の外部からの空気を受け取る。本明細書で説明したような一部の実施形態では、空気は水管理システム１０２外部の大気中の周囲空気からの空気であってもよいし、別の実施形態では、収容されている酸化剤源（例えば、純粋酸素又は混合酸素のタンク）からの空気であってもよい。図示されたように空気が周囲の大気から供給される実施形態では、空気流入口１４２は、空気から粒子又はその他の汚染物質を取り除くように構成されたフィルタ又はその他の濾過構造を有してもよい。このようなフィルタは必要に応じて設けられ、一部の実施形態では設けられない。空気流入口１４２から取り込まれた流入空気は、後述する選択的に開閉可能な弁１４６を通過してもよい。一実施形態において、弁１４６は空気流経路内の流入口１１２より前段の任意の箇所に配置してよい。さらに、弁１４６は、任意の適切な構造又は構成を有してもよく、一部の実施形態では、逆止弁又はリード弁であってもよい。一部の実施形態における弁１４６の動作（例えば、選択的に開閉される場合）について以下に詳細に説明する。図に示すように、水管理システム１０２は、空気流入口１４２からの空気を酸化剤還元極１５０と関連付けられた連通流路の流入口１１２へと流すような流れを生成する位置に設けられた送風機１３２又はその他の気流生成器を備えてもよい。一実施形態において、弁１４６は空気流経路内の送風機１３２より前段の位置に配置されてもよい。
【００４５】
疎湿性のコーティング及びその他の機構によってイオン伝導性媒質が酸化剤還元極１５０に浸透するのを防ぐようにすることができるが、それでもなお、イオン伝導性媒質からの水（例えば、水蒸気）は、ゆっくりと酸化剤還元極１５０を通過して、空隙１７０内の空気の湿度が上昇することは明らかである。いかなる特定の理論にも拘束されるものではないが、水は空気極を通して蒸発し、電解質塩は電極内に沈殿し、それによって電極の濡れ及び／又は漏れを促す。また、浸透力によって、水が酸化剤還元極１５０のイオン伝導性媒質と接触する側から酸化剤還元極の空気側へと浸透する。このような現象は、空隙内の相対的な湿度が低い場合（すなわち、約１０％）に多く発生する。
【００４６】
前述のように、一部の実施形態において、流入口１１２を介して空隙１７０に入る空気流の相対湿度は一定でないが、気体状酸化剤流入口１１２を通って気体状酸化剤収容空間１７０に入る湿り気相の相対湿度は、使用される電解質、周囲空気の温度、相対湿度、及び／又はセルの温度に基づいて変化する。さらに、空気流が空隙１７０を横断し、空隙１７０内の水分による湿気を多く含んだ後、当該空気流は、流出口１１４を介して酸化剤還元極モジュール１６０から流出してもよい。繰り返すが、空隙１７０を出る空気流の相対湿度と同様に、流出口１１４より先の空気流の相対湿度も一定でなく、（上述したような）様々な条件に基づいて変化する。さらに、送風機１３２などの送風機が気体状酸化剤流出口１１４からガスを出すのを補助してもよいことが理解されよう。
【００４７】
後述するが、空気流路流出口１１４を出た湿り空気は、選択的に開閉可能な弁１４８を通過して、空気流出口１４４から排気ガスとして大気に出るか、又は流出口経路１７９から乾燥ユニット１２２内に流れるかのいずれかである。一実施形態において、弁１４８は、流出口１１４より先の空気流経路のいずれの位置に配置されてもよく、ある実施形態では、弁１４８は乾燥ユニット１２２内に配置されてもよい。さらに、弁１４８は、任意の適切な構造又は構成を有してもよく、一部の実施形態では、逆止弁又はリード弁であってもよく、単純に望ましくない逆流を防ぐように構成されてもよい。一部の実施形態における弁１４８の動作（例えば、選択的に開閉される場合）について以下に詳細に説明する。図示の実施形態の弁１４８は一例に過ぎず、その他の実施形態では、流出口１１４を選択的に乾燥ユニット１２２又は空気流出口１４４へと接続する複数の弁及び経路を使用してもよい。
【００４８】
乾燥ユニット１２２はまた、任意の適切な構造又は構成を有してもよく、弁１４８を通過して流出口経路１７９を介して乾燥ユニット１２２内に流入する湿り空気から水分を選択的に捕捉し、放出するように構成される。一部の実施形態において、乾燥ユニット１２２は乾燥剤を含んだ室からなり、この室は気体状酸化剤流入口１１２及び気体状酸化剤流出口１１４と連通している。一実施形態において、乾燥ユニット１２２はシリカゲルを備えてもよく、又は、湿り空気から水分を吸収するためにその他の吸湿剤を使用してもよい。例えば、一部の実施形態では、乾燥ユニット１２２は、シリカゲル、活性炭、酸化アルミニウム、硫酸カルシウム、塩化カルシウム、モンモリロナイト粘土及び／又は分子篩のうちの一又は複数を備えてもよい。発熱吸水性及び吸熱脱水性を有するその他の構造又は構成を、更に又は上記に替えて利用してもよい。これに代えて、乾燥ユニット中の空気から湿気を分離するその他の機構を使用してもよい。非制限的な一例として、乾燥ユニットは、ユニット内の空気から水分を凝縮及び分離するように構成された太陽熱蒸留器を備えてもよい。また、一部の実施形態では、受動的又は能動的な冷却凝縮ユニットを採用することができる。例えば、能動的な冷却凝縮ユニットは、ペルチェ素子／熱電素子によって構成することができる。乾燥ユニット１２２が乾燥剤内の湿気から水分を吸収して貯蔵するように構成された実施形態では、乾燥剤を加熱することによって選択的に水分を放出することができることは明らかである。この場合、図示の実施形態では、乾燥ユニット１２２は加熱器１２４を備えてもよく、この加熱器１２４を選択的に起動すると乾燥ユニット１２２を加熱することによって乾燥剤を加熱し、延いては蒸留された水を乾燥ユニット１２２から選択的に放出できる。図３の概略図では、加熱され放出された水／蒸気が乾燥ユニット１２２からどのように流出するかについては示していないが、流出経路１５５に水が入ることを可能にする様々な構成が様々な実施形態で可能であることは明らかである。例えば、乾燥ユニット１２２は、角度をつけた壁又は台を使用して構成して、流出経路１５５へと繋げてもよい。別の例では、加熱器１２４は、水分を蒸気に変換できるように水分を加熱して、蒸気を流出経路１５５へと向けるように構成してもよい。
【００４９】
図３に示すように、選択的に開閉可能な弁１４６を流入経路１７７を介して乾燥ユニット１２２に接続してもよい。弁１４６は、乾燥ユニット１２２への流入経路１７７又は（外側から空気を受け入れるための）空気流入口１４２を、選択的に電気化学セル１００の流入口１１２へと接続するように構成されてもよい。一実施形態において、弁１４６は空気流経路内の流入口１１２より前段の任意の箇所に配置してよい。さらに、弁１４６は、任意の適切な構造又は構成を有してもよく、一部の実施形態では、逆止弁又はリード弁であってもよく、単純に望ましくない逆流を防ぐように構成されてもよい。一部の実施形態における弁１４６の動作（例えば、選択的に開閉される場合）について以下に詳細に説明する。図示の実施形態の弁１４６は一例に過ぎず、その他の実施形態では、乾燥ユニット１２２を選択的に空気流入口１４２又は流入経路１７７へと接続する複数の弁及び経路を使用してもよい。
【００５０】
電気化学セル１００の動作によって、水管理システム１０２の動作を変更してもよいことは明らかである。具体的には、水管理システム１０２は、電気化学セル１００が放電モードである時と再充電モードである時とで、異なった動作をしてもよい。例えば、電気化学セル１００が放電している場合の一実施形態では、燃料極１３０と酸化剤極１５０との間で電位差が発生しており、燃料極１３０における金属燃料が酸化され、酸化剤（例えば、空気流入口１４２で受け取った空気中の酸素）が酸化剤還元極１５０において還元される。電気化学セル１００が再充電モードになると、酸素イオンが酸化されて、別個の充電極１４０及び／又は燃料極１３０の一方の部分に酸素ガスが放出され、燃料イオンが少なくとも燃料極１３０の他方の部分から還元されて、少なくとも燃料極１３０の他方の部分において金属燃料がめっきされる。あるいは、水管理システム１０２は電気化学セル１００の動作モードと関わりのないモードで動作するように構成されてもよい。
【００５１】
電気化学セルの動作モード及び動作条件のさらなる例は、開示された実施形態並びに他の動作シナリオを参照して以下に説明する。
【００５２】
一実施形態において、水管理システム１０２はセル加湿モードで動作する。加熱器１２２を起動し、乾燥剤からの吸熱脱水によって、電気化学セル１００に取り込まれる空気に水分を供給する。乾燥ユニット１２２は外気又は大気流入口１７５から入力周囲空気を受け取り、その入力空気中に水蒸気を放出する。この湿り空気が流入経路１７７から弁１４６を通り、この弁１４６が流入口１１２に対して開かれている（かつ空気流入口１４２からの周囲空気の取り込みに対して閉じられている）。したがって、システム１０２は（加熱器１２４の起動によって）乾燥ユニット１２２内に水蒸気を放出して湿り気相を生成し、この気相が気体状酸化剤流入口１１２からセル１００の気体状酸化剤収容空間１７０に運ばれる。こうして、調整された湿度を含む気相を気体状酸化剤収容空間１７０を介して酸化剤還元極１５０に供給することによって、電気化学セル１００の水の含有量を管理することができる。一実施形態において、湿気は空隙１７０を通過する空気の流れに移動するので、弁１４８を開放して空気流路流出口１１４を出た空気の流れが空気流出口１４４への経路を介して大気に開放されていてもよい。送風機１３２を任意付加的に用いて空気の流れを動かしてもよい。
【００５３】
上述の加湿モードは、電気化学セル１００の放電モード、セルの充電又は再充電モード、セルの休止モード、又はそれらの組み合わせのモードの間に、同時に実行されてもよい。
【００５４】
あるいは、システム１０２は水捕捉モードにおいて、気体状酸化剤流出口１１４を介して電気化学セル１００から流出する湿り気相から、乾燥ユニット１２２で水蒸気を捕捉するように構成されてもよい。例えば、このようなモードでは、大気に開放された（かつ乾燥ユニット１２２からの空気の取り込みに対して閉じられた）弁１４６を介して周囲空気が取り込まれてもよい。空気は流入口１１２内に向けられ、その流れは空隙１７０を通過するため、弁１４８を開放し（かつ大気に対して閉じ）ることによって、空気流路流出口１１４を出た空気の流れが乾燥ユニット１２２に入るようにしてもよい。一部の実施形態では、流出経路１５５と空気流出口をつなげることにより、乾燥ユニット１２２内の湿り空気から湿気が吸収されて、乾燥した空気が大気へと放出されることは明らかである。したがって、乾燥ユニット１２２は元々イオン伝導性媒質から出た水分を吸収する。イオン伝導性媒質からの水分が吸収されない場合には、酸化剤還元極１５０を介して大気中へと逃げるので蒸発を引き起こし、イオン伝導性媒質の濃度が上昇する。電気化学セル１００を出る湿り排気は乾燥ユニット１２２内の乾燥剤媒質によって捕捉され、システム内に湿気が保持される（対照的に、流出経路１５５を介して直接周囲空気に排気される場合には、時間とともにイオン伝導性媒質内の水の含有量が低下する）。送風機１３２を任意付加的に用いて空気の流れを動かしてもよい。こうして、システム１０２は乾燥ユニット１２２内で、電気化学セル１００の排気ストリームから水蒸気を放出する（ユニット１２２が水分を取り込む）。
【００５５】
一実施形態において、上述のようにシステム１０２はセルの放電と同時に乾燥ユニット１２２において水蒸気を捕捉するように構成される。
【００５６】
一実施形態において、例えば、電気化学セル１００が休止又は停止しているとき、及び再充電モードであるとき、加熱器１２２及び送風機１３２は共に作動して水をセル内に動かしてもよい。弁１４６を開放し、加熱器１２４によって乾燥ユニット１２２を加熱して水を放出してもよい。したがって、加熱器１２４による加熱中には、切り替え弁１４８を乾燥ユニット１２２に対して閉じるとともに、大気（及び空気流出口１４４）に対して開放してもよい。このように、加熱された水が流入口１１２を通して送られ、イオン伝導性媒質の表面で凝縮する又はイオン伝導性媒質と再結合する。乾燥ユニット１２０で吸収された水分は、放出されてセル１００のイオン伝導性媒質に戻され、それが検出されると加熱器１２４は停止される。
【００５７】
一実施形態において、（酸化剤還元極１５０の休止中に）空気流入口１１２に対して弁１４６を閉じて、空気流入口１４２から流入経路１７７を通って乾燥ユニット１２２に入る直接的な周囲空気に対して弁１４６を開くことによって、乾燥ユニット１２２がその内部に水蒸気を捕捉するようにしてもよい。加熱器１２４によって任意付加的に乾燥ユニット１２２を加熱して水を放出し、流出経路１５５を介して大気に排出してもよい。弁１４６を閉じることにより、乾燥ユニット１２２からの水が空気流入口１１２へと（例えば、蒸気として）放出されるのを防ぐことができることが理解できよう。
【００５８】
したがって、従来のバッテリ給水システムとは異なり、液体状の水が直接セルに戻されることはなく、むしろ水は湿り気相を介して電気化学セル１００に加えられ、この気相が空気極と接触する。
【００５９】
一部の実施形態では、複数の電気化学セルが、共通の水管理システムを共有してもよい。このような水管理システムは、当該水管理システムと関連付けされた複数の電気化学セルのそれぞれが、所要量のイオン伝導性媒質を確実に保持するように構成されてもよい。その他の実施形態では、更なる電気化学セル１００を使用してもよいことは明らかである。さらに、別の実施形態では、その他の電気化学セル（例えば、電気化学セル１００*）を追加して又は上記に代えて使用してもよい。
【００６０】
さらに、一部の実施形態において、開示されたシステムは二酸化炭素（ＣＯ２）スクラバーを有してもよい。一実施形態において、二酸化炭素スクラバーは乾燥ユニットの後段かつセルの気体状酸化剤流入口より前段に設けられる。図４及び図５の例示的な実施形態を参照して以下に説明するように、二酸化炭素（ＣＯ２）スクラバーは、二酸化炭素スクラバー媒体を用いて、（例えば、流入経路を介して）乾燥ユニット及び／又は空気流入口に取り込まれる空気がセルの流入口に送られる前に、その空気から二酸化炭素（ＣＯ2）を吸収する。一実施形態において、二酸化炭素スクラバーは乾燥ユニットと直列かつ気体状酸化剤流入口より前段に設けられる（図４参照）。一実施形態において、二酸化炭素スクラバーは乾燥ユニットと並列かつ気体状酸化剤流入口より前段に設けられる（図５参照）。
【００６１】
二酸化炭素（ＣＯ2）を、例えば、約４００ｐｐｍのＣＯ2を含む通常の空気から電解質に接触させた場合、炭酸塩が形成される。電解質中の炭酸塩の形成及び存在によって、セルの電圧が低減され、結局は低サイクル寿命及び／又は故障につながる。例えば、ＣＯ2は水酸化カリウム（ＫＯＨ）電解質と反応し、等式１に従って炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）を形成する。
２ＫＯＨ  ＋  ＣＯ2  ＝  Ｋ2ＣＯ3  ＋Ｈ2Ｏ                （１）
【００６２】
Ｋ2ＣＯ3などの炭酸塩はアルカリ性の電解質内に徐々に蓄積し、ＫＯＨの導電性及びアルカリ度を低減し、それによってセルの極性を弱める。さらに、炭酸塩は空気極の微細孔内に炭酸塩結晶を堆積させ、それによって酸素の輸送を阻止し、漏れを発生させ、空気極の寿命を短縮する。このように、ＣＯ２スクラバーをセルの気体状酸化剤流入口（例えば、１１２）より前段に設けるメリットには、セルの電圧が高くなること、セルのサイクル寿命が長くなること、及び効率がよくなることが含まれることが、当業者によって理解されよう。
【００６３】
一実施形態において、図４及び図５の二酸化炭素スクラバーは、ソーダ石灰、苛性ソーダ、水酸化カリウム、水酸化リチウム、過酸化リチウム、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、蛇紋岩、ケイ酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、かんらん石、分子篩、アミン、モノエタノールアミン、及び／又はそれらの誘導体及び／又は組み合わせからなる群から選択される二酸化炭素スクラバー媒質又は材料を利用する。
【００６４】
二酸化炭素（ＣＯ２）スクラバー内のＣＯ２スクラバー媒質は、より大きい水含有量とともにより高いＣＯ2捕捉効率を有するように選択されてもよい。したがって、二酸化炭素（ＣＯ２）スクラバーを乾燥ユニットと統合することによって、ＣＯ2捕捉媒質の効率の向上、並びにＣＯ2捕捉媒質の「予備加湿」（セルの放電前）の選択肢が可能になり、放電中の電気化学セル（１００）内に供給される空気の流れが低ＣＯ2濃度及び高湿度になる。
【００６５】
例示的な図を参照すると、図４は一実施形態に従う水管理システム２００の図であり、水管理システム２００は複数の電気化学セル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、及び直列に接続された乾燥ユニット２２０及びＣＯ２スクラバー２４０を含む。図４に示されるセルの数は単なる例であり、限定を意図したものではない。電気化学セル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各々は、図１及び図２に関して先に述べた特徴を含む。例えば、電気化学セル２０２ａ−２０２ｃの各々はイオン伝導性媒質１４５、及び一面がイオン伝導性媒質１４５に面し、反対の面が気体状酸化剤収容空間１７０に面している酸化剤還元極１５０を含んでもよい。セル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各々はさらに、酸化剤を含む空気を受け入れるための気体状酸化剤流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃと、気体状酸化剤収容空間１７０を介して接続され、それによって気体状酸化剤収容空間１７０への気体の出入りを可能にする気体状酸化剤流出口２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃとをそれぞれ含んでもよい。酸化剤は気体状酸化剤流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを介して気体状酸化剤収容空間１７０に流入し、気体状酸化剤流出口２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃを介して気体状酸化剤収容空間１７０から流出する。セル２０２ａ−２０２ｃの各々に対応する酸化剤還元極１５０は、例えば、電気化学セルの放電モードの間、酸化剤に面する側を介して気体状の酸化剤を吸収して気体状の酸化剤を還元するように構成される。
【００６６】
図４の水管理システム２００において、周囲空気は大気から流入口流路２０２などの入力及び弁２２４を介して乾燥ユニット２２０に入る。任意選択的に、送風機２０４を設けて乾燥ユニット２２０内に空気を吸引及び押し込んでもよい。空気は乾燥ユニット２２０から入力流路２０６を介して乾燥ユニット２２０と直列に接続されたＣＯ２スクラバー２４０に送られる。ＣＯ２スクラバー２４０から、空気はセル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各々の流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを介して出力される。流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを介して空間１７０に入る空気の流れの相対湿度は様々であるが、一部の実施形態において、気体状酸化剤流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを介して気体状酸化剤収容空間１７０に入る湿り気相の相対湿度は５０％より高い。
【００６７】
一実施形態において、送風機２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃはシステム２００内のセル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各々に（それぞれ）対応する。送風機２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃの各々は、作動時において、酸化剤を含む空気の流れを発生させて、気体状酸化剤流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを介して気体状酸化剤収容空間１７０に送り込み、各々のセルの水の含有量の管理を容易にする。セル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各々の空隙１７０を横断し、空隙１７０内の水分による湿気を多く含んだ後（又は例えば、空気吸入セルが湿気の多い領域で作動している場合など、電解質の液位を下げることが望ましいときには、水の含有量を減らした後）、空気の流れはセル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各々と対応する酸化剤還元極モジュール１６０から流出口２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃを介して流出する。繰り返すが、流出口２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃより先の空気の流れの相対湿度は、例えば、動作モードによって様々に変化する。一部の実施形態において、空隙１７０を出る空気の相対湿度は流入する空気よりも高いが、他の実施形態において、空隙１７０を出る空気の相対湿度は流入する空気の湿度よりも低い。さらに、送風機２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが気体状酸化剤流出口２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃからガスを出すのを補助してもよいことが理解されよう。あるいは、他の実施形態において、セルブロック又はシステムの全体に用いる送風機を設けて、気体状酸化剤流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ内にガスを送り込む（及び気体状酸化剤流出口２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃからガスを送り出す）ようにしてもよい。
【００６８】
空気流路流出口２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃを出た湿り空気は、選択的に開閉可能な弁２１８を通過して、例えば、空気流出口２１６から排気ガスとして大気に出るか、又は流出口経路２１４から乾燥ユニット２２０内に流れるかのいずれかである。一実施形態において、流出する空気の流れは、水管理システム２００の出口空気マニホールド（図示せず）において再度結合した後、空気流出口２１６から排出される。
【００６９】
乾燥ユニット２２０が乾燥剤内の湿気から水分を吸収して貯蔵するように構成された実施形態では、乾燥剤を加熱することによって選択的に水分を放出することができることは明らかである。この場合、図示の実施形態では、乾燥ユニット２２０は対応する加熱器２２５を備えており、この加熱器２２５を選択的に起動すると乾燥ユニット２２０を加熱することによって乾燥剤を加熱し、延いては蒸留された水を乾燥ユニット２２０から選択的に放出できる。
【００７０】
一実施形態において、乾燥ユニットは入力時にバイパスされるが、セルを出る湿り気相から水分を吸収する。これは周囲空気の相対湿度が約５０％未満であり、かつ電解質の液位が高いときに実行されてもよく、その結果セルから水が取り除かれる。図４を参照すると、この場合、周囲空気は流入口流路２０２を介して入力され、入力流路２０７及び弁２２４を介してＣＯ２スクラバー２４０に流入する。ＣＯ２スクラバー２４０から、空気はセル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各々の流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを介して出力される。送風機２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃは、酸化剤を含む空気の流れを発生させて、気体状酸化剤流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを介して気体状酸化剤収容空間１７０に送り込み、各々のセルの水の含有量の管理を容易にする。セル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各々の空隙１７０を横断し、空隙１７０内の水分による湿気を多く含んだ後、空気の流れはセル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各々と対応する酸化剤還元極モジュール１６０から流出口２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃを介して流出する。さらに、送風機２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが気体状酸化剤流出口２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃからガスを出すのを補助してもよいことが理解されよう。空気は乾燥ユニット２２０に送られてもよい。一実施形態において、空気は乾燥ユニット２２０から流出口２１６を介して排出されてもよい。
【００７１】
他の実施形態において、空気は湿り気相で入力として入力流路２０６を介してＣＯ２スクラバー内に送り込まれ、例えば、水の吸収が行われてもよい。この場合、セルは放電モードで動作していなくてもよいことが理解されよう。というのは、湿り気相はセルに入る流入空気と混合し、これによってセルに入る酸素の全体量を低下させるためである。
【００７２】
図４の水管理システム２００の図示された実施形態において、別個の空気流経路がＣＯ２スクラバー２４０から延出しているが、これは限定を意図したものではない。すなわち、ＣＯ２スクラバー２４０は空気マニホールド（図示せず）に空気を送る１つの出力を含み、この空気マニホールドによって空気がセル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの流入口２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃに向けられてもよい。
【００７３】
他の実施形態においては、流入口、流出口、及び経路を選択的に乾燥ユニット２２０、ＣＯ２スクラバー２４０、及び／又は空気流出口２１６，２２２に結合する、又はこれらから結合する複数の弁及び経路を用いてもよいことが理解されよう。
【００７４】
図５は他の実施形態に従う水管理システム３００を示す図であり、複数の電気化学セル３０２ａ，３０２ｂ、及び並列に接続された乾燥ユニット３２０とＣＯ２スクラバーを備えている。図５に示されるセルの数は単なる例であり、限定を意図したものではない。例えば、電気化学セル３０２ａ，３０２ｂの各々はイオン伝導性媒質１４５、及び一面がイオン伝導性媒質１４５に面し、反対の面が気体状酸化剤収容空間１７０に面している酸化剤還元極１５０を含んでもよい。セル３０２ａ，３０２ｂの各々はさらに、酸化剤を含む空気を受け入れるための気体状酸化剤流入口３１０ａ，３１０ｂと、気体状酸化剤収容空間１７０を介して接続され、それによって気体状酸化剤収容空間１７０への気体の出入りを可能にする気体状酸化剤流出口３１２ａ，３１２ｂとをそれぞれ含んでもよい。セル３０２ａ，３０２ｂの各々に対応する酸化剤還元極１５０は、例えば、電気化学セルの放電モードの間、酸化剤に面する側を介して気体状の酸化剤を吸収して気体状の酸化剤を還元するように構成される。
【００７５】
図５の水管理システム３００において、二酸化炭素スクラバー３４０はセル３０２ａ，３０２ｂの気体状酸化剤流入口３１０ａ，３１０ｂの前段で乾燥ユニット３２０と並列に設けられる。周囲空気は流入口流路３３０などの入力を介してシステム３００に流入する。任意選択的に、送風機３３２を設けて乾燥ユニット３２０又はＣＯ２スクラバー３４０内に空気を吸引及び押し込んでもよい。例えば、３方向弁Ｖ１を設けて周囲空気を流入口流路３３０から乾燥ユニット又はＣＯ２スクラバー３４０、あるいはその両方に送ってもよい。空気は乾燥ユニット３２０又はＣＯ２スクラバーから各セル３０２ａ，３０２ｂの流入口３１０ａ，３１０ｂに送られる。３方向弁Ｖ２を設けて、乾燥ユニット３２０からの湿り気相の空気を開かれた管路を介して流入口３１０ａ，３１０ｂ並びに二酸化炭素スクラバー３４０に入れるように制御する。（後述の加熱器３２２を起動して）乾燥ユニット３２０内に水を放出して、湿り気相を生成し、この気相が二酸化炭素スクラバー３４０に送られることによって、二酸化炭素スクラバー３４０の「予備加湿」が行われる。一実施形態において、湿り気相は乾燥ユニット３２０から開かれた管路（開かれた弁Ｖ２）を介して二酸化炭素スクラバー３４０に送られる。
【００７６】
図５に示す一実施形態において、貯水器３６０を水管理システム３００の一部として任意選択的に設けてもよい。貯水器３６０はＣＯ２スクラバー３４０及び乾燥ユニット３２０に接続されてもよい。一実施形態において、貯水器３６０は乾燥ユニット３２０を出る水を回収して（滴下又はその他の方法により）二酸化炭素スクラバー３４０に送るように構成される。例えば、この処理はシステムの休止中又は充電中に実行されてもよい。次回の放電時に、空気が（弁Ｖ１によって）ＣＯ２スクラバーに送られ、そこでＣＯ２スクラバー媒質上に吸収／吸着された水の蒸発によって、相対湿度が上昇し、空気が加湿される。空気は次いで弁Ｖ２によってセルの流入口３１０ａ，３１０ｂに送られる。これによって放電中に加熱器３２２を動作させることなく流入空気を加湿できる（加熱器３２２を動作させるとシステムの出力が下がる）。また、乾燥ユニット３２０が放電中にセルを出る空気から水分を吸収することが可能になる。
【００７７】
流入口３１０ａ，３１０ｂを介して空間１７０に入る空気の流れの相対湿度は様々であるが、一部の実施形態において、気体状酸化剤流入口３１０ａ，３１０ｂを介して気体状酸化剤収容空間１７０に入る湿り気相の相対湿度は５０％より高い。
【００７８】
一実施形態において、送風機３３０ａ，３３０ｂはシステム３００内のセル３０２ａ，３０２ｂの各々に（それぞれ）対応する。送風機３３０ａ，３３０ｂの各々は、作動時において、酸化剤を含む空気の流れを発生させて、気体状酸化剤流入口３１０ａ，３１０ｂを介して気体状酸化剤収容空間１７０に送り込み、各々のセルの水の含有量の管理を容易にする。セル３０２ａ，３０２ｂの各々の空隙１７０を横断し、空隙１７０内の水分による湿気を多く含んだ後、空気の流れはセル３０２ａ，３０２ｂの各々と対応する酸化剤還元極モジュール１６０から流出口３１２ａ，３１２ｂを介して流出する。流出口３１２ａ，３１２ｂから出た後の空気流の相対的な湿度は様々であり得るが、ある実施形態では、空隙１７０から流出した後の空気の相対的な湿度は、約７０％である。当然ながら、先述のように、空気流が空隙１７０を横断し、空隙１７０内の水分による湿気を多く含んだ後、当該空気流は、流出口を介して酸化剤還元極モジュールから流出してもよい。繰り返すが、空隙１７０を出る空気流の相対湿度と同様に、流出口３１２ａ，３１２ｂより先の空気流の相対湿度も一定でなく、（上述したような）様々な条件に基づいて変化する。さらに、送風機３３０ａ，３３０ｂが気体状酸化剤流出口３１２ａ，３１２ｂからガスを出すのを補助してもよいことが理解されよう。あるいは、他の実施形態において、セルブロック又はシステムの全体に用いる送風機を設けて、気体状酸化剤流入口３１０ａ，３１０ｂ内にガスを送り込む（及び気体状酸化剤流出口３１２ａ，３１２ｂからガスを送り出す）ようにしてもよい。
【００７９】
後述するが、空気流路流出口３１２ａ，３１２ｂを出た湿り空気の残りは、選択的に開閉可能な弁Ｖ３を通過して、空気流出口３４４から排気ガスとして大気に出るか、又は流出口経路３７９から乾燥ユニット３２０内に流れるかのいずれかである。一実施形態において、弁Ｖ３は、流出口３１２ａ，３１２ｂより先の空気流経路のいずれの位置に配置されてもよく、ある実施形態では、弁Ｖ３は乾燥ユニット３２０内に配置されてもよい。さらに、弁Ｖ３は、任意の適切な構造又は構成を有してもよく、一部の実施形態では、逆止弁又はリード弁であってもよく、単純に望ましくない逆流を防ぐように構成されてもよい。一部の実施形態における弁Ｖ３の動作（例えば、選択的に開閉される場合）について以下に詳細に説明する。図示の実施形態の弁Ｖ３は一例に過ぎず、その他の実施形態では、流出口３１２ａ，３１２ｂを選択的に乾燥ユニット３２０又は空気流出口３４４へと接続する複数の弁及び経路を使用してもよい。
【００８０】
乾燥ユニット３２０が乾燥剤内の湿気から水分を吸収して貯蔵するように構成された実施形態では、乾燥剤を加熱することによって選択的に水分を放出することができることは明らかである。この場合、図示の実施形態では、乾燥ユニット３２０は対応する加熱器３２２を備えており、この加熱器３２２を選択的に起動すると乾燥ユニット３２０を加熱することによって乾燥剤を加熱し、延いては蒸留された水を乾燥ユニット３２０から選択的に放出できる。例えば、加熱器３２２は、吸収された水を蒸気に変え、その蒸気を流出経路３３５へ送る程度に乾燥剤を加熱し、それによってセル３０２ａ，３０２ｂをバイパスして乾燥ユニット３２０に水分を取り込むように構成されてもよい。一実施形態において、乾燥ユニット３２０を出る湿り気相のごく一部はセル３０２を加湿するために送られる。
【００８１】
実施形態によって様々な構成が可能であり、例えば、二酸化炭素スクラバー３４０の「予備加湿」ができる。一実施形態において、湿り気相は乾燥ユニット３２０から開かれた管路（例えば、開かれた弁Ｖ２）を介して二酸化炭素スクラバー３４０に送られる。他の実施形態において、湿り気相は貯水器３６０を介して二酸化炭素スクラバー３４０に送られる。貯水器３６０は乾燥ユニット３２０を出る水を（例えば、加熱器３２２で加熱して蒸気によって、滴下によって、又はその他の方法で）回収し、二酸化炭素スクラバー３４０に送るように構成される。
【００８２】
電気化学セル３０２ａ，３０２ｂの動作によって、水管理システム３００の動作を変更してもよいことは明らかである。具体的には、水管理システム３００は、電気化学セル３０２ａ，３０２ｂが放電モードである時と再充電モードである時とで、異なった動作をしてもよい。あるいは、水管理システム３００は電気化学セル３０２ａ，３０２ｂの動作モードと関わりのないモードで動作するように構成されてもよい。
【００８３】
一実施形態において、水管理システム３００はセル加湿モードで動作する。加熱器３２２を起動し、電気化学セル１００に取り込まれる空気を加湿することによって、水をセル内に移動する。具体的には、乾燥ユニット３２０は流入口流路３３０（及び送風機３３２）を通して入力空気を受け取る。というのは、弁Ｖ１が乾燥ユニット３２０に対して開かれ、ＣＯ２スクラバー３４０に対して閉じられているからである。従って、水蒸気が空気中に放出され、この湿り気相の空気が、セル３０２ａ，３０２ｂの流入口３１０ａ，３１０ｂに対して開かれた弁Ｖ２を通して送られる。一部の実施形態において、この湿り気相の空気は、弁Ｖ２を介してセル３０２ａ，３０２ｂの流入口３１０ａ，３１０ｂに送られるとともに、開かれた管路を介して二酸化炭素スクラバー３４０にも送られる。したがって、システム３００は（加熱器３２２の起動によって）乾燥ユニット３２０内に水蒸気を放出して湿り気相を生成し、この気相が気体状酸化剤流入口３１０ａ，３１０ｂからセル３０２ａ，３０２ｂの気体状酸化剤収容空間１７０に運ばれる。こうして、湿気を含む気相を気体状酸化剤収容空間１７０を介して酸化剤還元極１５０に供給することによって、電気化学セル３０２ａ，３０２ｂの水の含有量を管理することができる。一実施形態において、送風機３３０ａ，３３０ｂを任意選択的に用いて空気の流れをセル３０２ａ，３０２ｂ内に移動してもよい。
【００８４】
上述の加湿モードは、電気化学セル３０２ａ，３０２ｂの放電モード、セルの充電又は再充電モード、セルの休止モード、又はそれらの組み合わせのモードの間に、同時に実行されてもよい。一実施形態において、スクラバー加湿モードは外部敷設電力が利用できる場合に実行される。
【００８５】
あるいは、システム３００は水捕捉モードにおいて、気体状酸化剤流出口３１２ａ，３１２ｂを介して電気化学セル３０２ａ，３０２ｂから流出する湿り気相の空気から、乾燥ユニット３２０で水蒸気を捕捉し、それによって電気化学セル３０２を出る水蒸気を捕捉するように構成されてもよい。周囲空気が大気から流入口流路３３０を介して取り込まれ、ＣＯ２スクラバー３４０に送られる（乾燥ユニット３２０に対して閉じられる）空気はスクラバー３４０から流入口３１０ａ，３１０ｂ内に送られ、その流れは空隙１７０を通過するため、弁Ｖ３を開放し（かつ大気又は流出口３４４に対して閉じ）ることによって、空気流路流出口３１２ａ，３１２ｂを出た空気の流れが乾燥ユニット３２０に入るようにしてもよい。一部の実施形態では、流出経路３５５と空気流出口をつなげることにより、乾燥ユニット３２０内の湿り空気から湿気が吸収されて、乾燥した空気が大気へと放出されることは明らかである。したがって、乾燥ユニット３２０は元々イオン伝導性媒質から出た水分を吸収する。イオン伝導性媒質からの水分が吸収されない場合には、酸化剤還元極１５０を介して大気中へと逃げるので蒸発を引き起こし、イオン伝導性媒質の濃度が上昇する。電気化学セル３０２ａ，３０２ｂを出る湿り排気は乾燥ユニット３２０内の乾燥剤媒質によって捕捉され、システム内に湿気が保持される（対照的に、排気口３５５を介して直接周囲空気に排気される場合には、時間とともにイオン伝導性媒質内の水の含有量が低下する）。送風機３３０ａ，３３０ｂを任意付加的に用いて空気の流れを動かしてもよい。こうして、システム３００は乾燥ユニット３２０内で、電気化学セル３０２ａ，３０２ｂの排気ストリームから水蒸気を放出する（ユニット３２０が水分を取り込む）。
【００８６】
さらに、一実施形態において、システム３００はまた、（加熱器３２２を起動して）乾燥ユニット３２０内に水を放出して、湿り気相を生成し、この気相が二酸化炭素スクラバー３４０に送られることによって、二酸化炭素スクラバー３４０の「予備加湿」が行われるように構成される。
【００８７】
他の実施形態において、セルの放電モードの間に、システム３００は周囲の酸化剤を二酸化炭素スクラバー３４０を通して電気化学セル３０２ａ，３０２ｂの気体状酸化剤流入口３１０ａ，３１０ｂに送り、これによって湿度及び気体状酸化剤の二酸化炭素濃度の管理を容易にするように構成される。
【００８８】
一実施形態において、上述のようにシステム３００はセルの放電モードと同時に乾燥ユニット３２０において水蒸気を捕捉するように構成される。
【００８９】
繰り返すが、図３から図５を参照して説明した上述のモードのいずれかにおける電気化学セルの動作を選択して、対応する水管理システムの動作を修正できることが理解されよう。水管理システムは、電気化学セルが放電モードである時と再充電モードである時とで、異なった動作をしてもよい。本明細書で開示する電気化学セル内で利用可能な動作モードの例を以下の表にまとめる。
【００９０】
ＣＯ２スクラバーがない場合（例えば、図３参照）
【表１】
2018510476.tif 000010
ＣＯ２スクラバーがある場合（例えば、図４及び／又は図５参照）
【表２】
2018510476.tif 000011
【００９１】
一部の実施形態では、電気化学セルの充電時は、送風機を分離するように構成されてもよく、別の実施形態では、湿気を含む空気が循環するように送風機を接続したままにしてもよい。一部の実施形態では、送風機はパルス状に又は他の態様で間欠的に動作してもよく、別の実施形態では、送風機は連続的に動作してもよい。さらに、送風機は、電気化学セル（又は、電気化学セルに関連付けられたメインコントローラ）と関連付けられたタイミング回路、制御回路、及び／又は、水管理システムと関連付けられたセンサを介して制御されてもよい。他の実施形態においては、他の構成も可能である。
【００９２】
他の実施形態においては、流入口、流出口、及び経路を選択的に乾燥ユニット３２０、ＣＯ２スクラバー３４０、及び／又は空気流出口３５５又は流入口に結合する、又はこれらから結合する複数の弁及び経路を用いてもよいことが理解されよう。また、各実施形態において図示されていないものの、空気マニホールドを水管理システム内に設けて、例えば、入力及び／又は排出された空気を電気化学セルに入れる、又は電気化学セルから出すようにしてもよい。
【００９３】
水管理システムの液位自己平準化機能は、図１に示された電気化学セル１００を参照することにより理解できる。図示のように、電気化学セル１００内のイオン伝導性媒質の液位Ｌが示される。一部の実施形態では、電気化学セル１００は、イオン伝導性媒質の液位を確認するように構成された液位センサを備えてもよいことは明らかである。液位センサ、周囲温度、周囲相対湿度、セルを出る空気の相対湿度、又はこれらの組み合わせに基づいて、制御が行われ得る。液位センサは、これに限定されないが、浮力／フロートセンサ、光学センサ、熱センサ、導電センサ等の構造又は構成であってもよい。一実施形態において、一又は複数の電気化学セルのイオン伝導性媒質が望ましい液位又は所定の下限を下回った場合、システムは除湿モードに移って動作する。すなわち、加熱器１２４を起動して乾燥ユニット１２２から水を放出する。他の実施形態では、タイマ回路又は同様な制御機構に基づいて、補充を自動で行ってもよい。一部の実施形態では、乾燥ユニット１２２に関連付けされたセンサにより、いつ加熱器１２４を作動させるべきかを決定してもよい。例えば、液位センサを加熱器１２４に結合し、加熱器を起動して捕捉した水を乾燥ユニット１２２から放出してもよい。非制限的な一例として、センサが、乾燥剤が完全に飽和しており乾燥ユニット１２２内の湿度レベルが上昇してる（これ以上乾燥剤で水分を吸収することができない状態を示唆する）と判定した場合に、加熱器１２４により水分を気化させて、電池室を充填するようにしてもよい。液位Ｌが所定の上限を超える場合、システムは水捕捉モードに入る。その他の構成が可能であり、実施形態によって異なってもよい。
【００９４】
上記の構造、構成及び配置は例に過ぎず、異なる実施形態では異なってもよい。一部の実施形態では、弁は、動作するのに外部制御装置を必要としない受動的な弁であってもよい。一部の実施形態では、弁は、作動させる外部手段を備える能動的な弁であってもよい。例えば、本発明で使用される弁は、これに限定されないが、三方弁、リード弁、バイメタル・スナップ型逆止弁等の任意の好適な構成であってもよい。弁は任意の好適なソースによって作動され、これに限定されないが、例えば、サーボ、電子制御装置、熱（例えば、構成要素１２４などの加熱器からの熱）、又は、圧力（例えば、構成要素１３２などの送風機によって生成される空気流からの圧力、又は、加熱された水蒸気に関連する圧力）のようなソースによって作動されてもよい。更に、マニホールド、パイプ、チューブ、連結装置又はその他の空気／水流経路は、これに限定されないが、金属、プラスチック及び／又はゴムのような任意の好適な材料で形成されてもよい。電気化学セル（例えば、電気化学セル１００）又は水管理システム（例えば、水管理システム３３０）のその他の構成要素も同様に、様々な構造又は構成を有してもよい。
【００９５】
また、例示的な一実施形態において、亜鉛を燃料として用い（て酸化亜鉛を生成す）ることを記載したが、実施形態に従い、開示されたシステムはいかなる種類のバッテリーセル（いかなる種類のアルカリバッテリ、及び／又は酸化剤電極／カソード）と共に用いて水を管理してもよい。例えば、これに限定されないが、金属空気、ニッケル・亜鉛、ニッケル・カドミウム、鉛・酸、銀・亜鉛、及び／又はニッケル・水素蓄電池などの様々な種類の電気化学セルが、開示されたシステムを用いて上述のように水蒸気を捕捉してもよい。バッテリの種類によっては、ガスの運搬は酸化剤還元極又はその他の種類の空気透過性の膜を通して行われてもよい（例えば、多孔性フルオロポリマー、多孔性金属、多孔性セラミックスなど）。
【００９６】
上述した実施形態は、専ら本発明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、本発明は、異なる燃料、異なる酸化剤、異なる電解質、及び／又は、異なる全体的な構造的構成又は材料を用いて、実施することが可能なものである。このように、本発明は、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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが複数の電極及び液状のイオン伝導性媒質を有する一の又は複数の電気化学セル内の水分量を管理するシステムであって、
前記電気化学セルに関連付けられた湿り気相を受け取る気相管路と、
各電気化学セルと接続された入力を有し、前記湿り気相から水分を抽出するように構成された乾燥ユニットと、
抽出した水分を前記乾燥ユニットから選択的に放出して出力湿り気相を提供するべく、前記乾燥ユニットを選択的に加熱する加熱器と、
前記乾燥ユニットの出力に接続され、二酸化炭素を吸収するように構成された二酸化炭素スクラバーと、
を備え、
水捕捉モードの間、前記システムは、前記乾燥ユニットにおいて電気化学セルから流出する湿り気相から水蒸気を捕捉するように構成され、セル加湿モードの間、前記システムは、加熱器の作動によって前記乾燥ユニット内で水蒸気を放出し、前記電気化学セル内及び前記電気化学セル内の液状のイオン伝導性媒質に運ばれる前記湿り気相を生成するように構成され、
前記乾燥ユニット及び前記二酸化炭素スクラバーは、前記出力湿り気相を前記乾燥ユニットから前記二酸化炭素スクラバーに送るべく、選択的に結合されるようにさらに構成される、
システム。
【請求項２】
前記電気化学セルは、燃料極と、気体状酸化剤収容空間と、一方の面が前記イオン伝導性媒質に面し反対の面が前記気体状酸化剤収容空間に面する酸化剤還元極と、前記気体状酸化剤収容空間を介して接続され、それによって前記気体状酸化剤収容空間へのガスの出入りを可能にする気体状酸化剤流入口及び気体状酸化剤流出口と、を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記二酸化炭素スクラバーは前記乾燥ユニットの後段かつ前記気体状酸化剤流入口より前段に設けられる、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記二酸化炭素スクラバーは前記乾燥ユニットと並列かつ前記気体状酸化剤流入口より前段に設けられる、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記水捕捉モードはセル放電モードと同時に実行される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記加湿モードは、セル充電モード、セル休止モード、セル放電モード、又はこれらの組み合わせと同時に実行される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
酸化剤の流れを各電気化学セルを通して移動させるための送風機をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
各電気化学セルに関連付けられ、気体状酸化剤収容空間内への酸化剤の流れを発生させることによって、各セル個別の水分量の管理を容易にする送風機をさらに備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記イオン伝導性媒質の液位を感知する、電気化学セルに関連付けられた液位センサをさらに備え、前記液位が所定の下限より低い場合に、前記電気化学セルは除湿モードに入る、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記イオン伝導性媒質の液位を感知する、電気化学セルに関連付けられた液位センサをさらに備え、前記液位が所定の上限より高い場合に、前記電気化学セルは水捕捉モードに入る、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
電気化学セルに関連付けられた液位センサをさらに備え、前記液位センサは前記加熱器に結合され、捕捉された水分を前記乾燥ユニットから放出するべく、前記加熱器を作動させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
気体状酸化剤流入口を通して気体状酸化剤収容空間に運ばれる前記湿り気相の相対湿度は５０％より高い、請求項２に記載のシステム。
【請求項１３】
スクラバー加湿モードの間、前記システムは乾燥ユニット内に水蒸気を放出して前記出力湿り気相を生成し、当該出力湿り気相が前記二酸化炭素スクラバーに送られて前記二酸化炭素スクラバーを予備加湿するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
セル放電モードの間、システムは周囲の酸化剤を二酸化炭素スクラバーを通して各電気化学セルに送り、これによって湿度及び前記気体状酸化剤の二酸化炭素濃度の管理を容易にするように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記出力湿り気相は前記乾燥ユニットから開かれた管路を介して前記二酸化炭素スクラバーに送られる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記出力湿り気相は貯水器を介して前記二酸化炭素スクラバーに送られ、前記貯水器は乾燥ユニットから流出する水分を回収して前記二酸化炭素スクラバーに送るように構成される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
前記乾燥ユニットから流出する前記出力湿り気相の一部は、各電気化学セルを加湿するように向けられる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１８】
前記スクラバー加湿モードはセル休止モードの間に実行される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１９】
前記スクラバー加湿モードは外部敷設電力が利用できるときに実行される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２０】
電気化学セルから流出する湿り気相は乾燥ユニットに向けられ、それによって当該電気化学セルから出る水蒸気を捕捉する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２１】
前記二酸化炭素スクラバーは、ソーダ石灰、苛性ソーダ、水酸化カリウム、水酸化リチウム、過酸化リチウム、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、蛇紋岩、ケイ酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、かんらん石、分子篩、アミン、モノエタノールアミン、及びこれらの誘導体及び組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
それぞれが複数の電極及び液状のイオン伝導性媒質を有する一の又は複数の電気化学セル内の水分量を管理する方法であって、
前記一の又は複数の電気化学セルから出力された湿り空気を乾燥ユニットで受け取り、当該湿り空気から水分を抽出する工程と、
その後に、抽出された水分を前記乾燥ユニットから放出して前記乾燥ユニットから出力するための湿り空気を提供すべく、加熱器を用いて前記乾燥ユニットを選択的に加熱する工程と、
前記乾燥ユニットから前記乾燥ユニットに接続された二酸化炭素スクラバーに前記湿り空気を選択的に出力する工程と、
前記二酸化炭素スクラバーを用いて、前記乾燥ユニットからの前記湿り空気から二酸化炭素を吸収する工程と、
前記湿り水分を、前記二酸化炭素スクラバーから前記イオン伝導性媒質へと向かわせる工程と、
を備える方法。
【請求項２３】
前記一又は複数の電気化学セルはそれらに関連付けられた送風機を有し、前記方法は、
前記送風機を用いて各電気化学セルを通して酸化剤の流れを移動させる工程をさらに備える、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
貯水器を用いて前記乾燥ユニットから流出する水分を選択的に回収する工程と、
前記貯水器を介して前記二酸化炭素スクラバーに水分を選択的に送る工程と、
をさらに備える、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
それぞれが複数の電極及び液状のイオン伝導性媒質を有する一の又は複数の電気化学セルを含むシステム内の水分量を管理する方法であって、前記システムは二酸化炭素スクラバーをさらに含み、前記方法は、
外部の大気源から前記二酸化炭素スクラバーに空気を入力する工程と、
前記二酸化炭素スクラバーを用いて前記外部の大気から二酸化炭素を吸収する工程と、
外部の空気を前記二酸化炭素スクラバーから前記一又は複数の電気化学セルの前記イオン伝導性媒質に向かわせる工程と、
前記一の又は複数の電気化学セルからの湿り空気を乾燥ユニットで受け取り、当該湿り空気から水分を抽出する工程と、
を備え、
抽出された水分を放出して前記乾燥ユニットから出力するための湿り空気を提供するべく、前記乾燥ユニットが選択的に加熱され、
前記乾燥ユニット及び前記二酸化炭素スクラバーは、前記湿り空気を前記乾燥ユニットから前記二酸化炭素スクラバーに送って前記二酸化炭素スクラバーを加湿するべく、選択的に結合される、方法。
【請求項２６】
前記一又は複数の電気化学セルはそれらに関連付けられた送風機を有し、前記方法は、
前記送風機を用いて各電気化学セルを通して酸化剤の流れを移動させる工程をさらに備える、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
湿り  貯水器を用いて前記乾燥ユニットから流出する水分を選択的に回収する工程と、
前記貯水器を介して前記二酸化炭素スクラバーに水分を選択的に送る工程と、
をさらに備える、請求項２５に記載の方法。
【国際調査報告】
2018510476.tif 000012
2018510476.tif 000013
2018510476.tif 000014