(57)【要約】  アルカリ／オキシダント電池が、電池容量を創出する関連した方法と共に提供される。電池は、電池が充電されているときにリチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、及びカリウム（Ｋ）などの還元形第１アルカリ金属を含むアノードから作成される。この電池のカソード液は、電池充電状態において、アルカリ金属水酸化物と共に、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、酸化マグネシウム（ＩＶ）（Ｍｎ（４＋）Ｏ２）又はオキシ水酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３）などの成分を含む。アルカリ金属イオン透過性隔離板がアノード液とカソード液の間に置かれる。例えば、カソード液が電池放電状態において水酸化ニッケル（ＩＩ）（Ｎｉ（ＯＨ）２）を含む場合、カソード液は電池充電状態においてはＮｉＯＯＨを含む。この例を続けると、アノード液は放電状態において溶解したリチウムイオン（Ｌｉ＋）を含むことができ、電池充電状態においては固相還元形Ｌｉがアノード上に形成される。
2016539473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池充電状態において還元形第１アルカリ金属を含むアノード、
アノード液、
前記電池充電状態において、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、酸化マグネシウム（ＩＶ）（Ｍｎ（４＋）Ｏ２）、及びオキシ水酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３）から成る群から選択された成分を含むカソード、
第１アルカリ金属水酸化物を含むカソード液、及び、
前記アノード液と前記カソード液の間に置かれた第１アルカリ金属イオン透過性隔離板、
を備えたアルカリ／オキシダント電池。
【請求項２】
前記カソードは、電池放電状態において水酸化ニッケル（ＩＩ）（Ｎｉ（ＯＨ）２）、及び前記電池充電状態においてＮｉＯＯＨを含む、請求項１に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項３】
前記アノード液は、前記電池放電状態においてリチウムイオン（Ｌｉ＋）を含む、請求項２に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項４】
前記カソード液及びカソードは、カソードスラリを含む同じ成分であり、
前記カソードは、前記カソードスラリ内に沈められたカソード電流コレクタをさらに備える、
請求項１に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項５】
前記アノード、前記アノード液、前記第１アルカリ金属イオン透過性隔離板、入口ポート及び出口ポートを備えたセルと、
前記セルの入口及び出口ポートに結合され、前記電池が負荷のもとで放電されているときに酸化カソードスラリを供給し、前記電池が充電されているときに還元カソードスラリを供給する、カソードスラリ貯蔵槽と、
をさらに備える、請求項４に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項６】
直列電気結合及び並列電気結合から成る群から選択された構成において結合された複数のセルをさらに備える、請求項５に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項７】
前記カソードスラリ貯蔵槽及び前記複数のセルは、前記カソードスラリを移送するために並列に結合される、請求項６に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項８】
前記アノード液は、前記電池放電状態において、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、及びカリウムイオン（Ｋ＋）から成る群から選択されたアルカリ金属イオンを含み、
前記アノードは、前記電池充電状態において、Ｌｉ、Ｎａ、及びＫから成る群からそれぞれ選択された、電流コレクタを覆う固相還元形アルカリ金属を含む、
請求項１に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項９】
前記カソードは、前記電池充電状態においてＭｎ（４＋）Ｏ２、及び前記電池放電状態においてオキシ水酸化マグネシウム（ＩＩＩ）（Ｍｎ（３＋）ＯＯＨ）を含む、請求項１に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項１０】
前記カソードは、前記電池充電状態においてＦｅ（３＋）（ＯＨ）３、及び前記電池放電状態においてオキシ水酸化鉄（ＩＩ）（Ｆｅ（２＋）（ＯＨ）２）を含む、請求項１に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項１１】
前記カソードは、前記電池充電状態においてＮｉＯＯＨであり、以下の反応：
ＮｉＯＯＨ＋Ｈ２Ｏ＋ｅ−＝Ｎｉ（ＯＨ）２＋ＯＨ−
によって前記電池充電状態から前記電池放電状態へ進む、
請求項１に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項１２】
前記カソードは、前記電池充電状態においてＭｎ（４＋）Ｏ２であり、以下の反応：
Ｍｎ（４＋）Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋ｅ−  →  Ｍｎ（３＋）ＯＯＨ＋ＯＨ−
によって前記電池充電状態から前記電池放電状態へ進む、
請求項１に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項１３】
前記カソードは、前記電池充電状態においてＦｅ（３＋）（ＯＨ）３であり、以下の反応：
Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３＋ｅ−  →  Ｆｅ（２＋）（ＯＨ）２＋ＯＨ−
によって前記電池充電状態から前記電池放電状態へ進む、
請求項１に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項１４】
前記アノードは、前記電池充電状態において、固相還元形第１アルカリ金属、及び電流コレクタを覆う固相還元形第１アルカリ金属から成る群から選択される、請求項１に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項１５】
アルカリ／オキシダント電池容量を創出する方法であって、
充電状態において、第１アルカリ金属アノード、アノード液、第１アルカリ金属イオン透過性隔離板、並びに、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、酸化マグネシウム（ＩＶ）（Ｍｎ（４＋）Ｏ２）、及びオキシ水酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３）から成る群から選択された酸化成分を含むカソード、並びに、第１アルカリ金属水酸化物を含むカソード液を有する電池を形成するステップと、
前記カソード内の酸化成分及び前記アノードにおける還元形第１アルカリ金属の量に対応する第１の電池容量を創出するステップと、
を含む方法。
【請求項１６】
前記電池を形成するステップは、前記電池充電状態において、ＮｉＯＯＨカソード及び還元形第１アルカリ金属（Ｘ）アノードを形成するステップを含み、ここでＸはリチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、及びカリウム（Ｋ）から成る群から選択され、
前記方法は、以下の反応：
アノード：Ｘ＝Ｘ＋＋ｅ−  及び、
カソード：ＮｉＯＯＨ＋Ｈ２Ｏ＋ｅ−＝Ｎｉ（ＯＨ）２＋ＯＨ−
を行うことによって前記電池を放電させるステップをさらに含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記電池を形成するステップは、前記充電状態において、Ｍｎ（４＋）Ｏ２カソード及び還元形第１アルカリ金属（Ｘ）アノードを形成するステップを含み、ここでＸはＬｉ、Ｎａ、及びＫから成る群から選択され、
前記方法は、以下の反応：
アノード：Ｘ＝Ｘ＋＋ｅ−  及び、
カソード：Ｍｎ（４＋）Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋ｅ−  →  Ｍｎ（３＋）ＯＯＨ＋ＯＨ−
を実行することによって前記電池を放電させるステップをさらに含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記電池を形成するステップは、前記充電状態において、Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３カソード及び還元形第１アルカリ金属（Ｘ）アノードを形成するステップを含み、ここでＸはＬｉ、Ｎａ、及びＫから成る群から選択され、
前記方法は、以下の反応：
アノード：Ｘ＝Ｘ＋＋ｅ−  及び、
カソード：Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３＋ｅ−  →  Ｆｅ（２＋）（ＯＨ）２＋ＯＨ−
を実行することによって前記電池を放電させるステップをさらに含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記アノード液中に溶解したリチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、及びカリウムイオン（Ｋ＋）で構成される第１アルカリ金属の群から選択されたイオンを含む前記アノード液を形成することによって前記電池を放電させるステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記電池を形成するステップは、前記カソード及びカソード液をカソードスラリにするステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
電池充電状態において還元形Ｌｉを含むアノード、
アノード液、
前記電池放電状態においてオキシ水酸化Ｎｉ（Ｎｉ（ＯＨ）２）及び電池充電状態においてオキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）を含むカソード、
ＬｉＯＨを含むカソード液、及び
前記アノード液と前記カソード液の間に置かれたリチウムイオン（Ｌｉ＋）透過性隔離板、
を備えるリチウム（Ｌｉ）／ニッケル（Ｎｉ）電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に電気化学セルに関し、より具体的にはアルカリアノード、及びニッケル、マグネシウム、又は鉄を含むカソードから形成される電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池は、電子及びイオンがアノードとカソードの間を移動して電気化学反応を実現する電気化学装置である。電池の電圧及び容量は電極材料によって決定される。通常の電池では、アノード材料、カソード材料、隔離板、電解液、及び電流コレクタを含む全ての構成要素が容積固定容器内に詰められる。電池が組み立てられている限りそのエネルギー及び容量を変えることはできない。フロースルー型電池は、イオン交換膜で分離された電流コレクタ（電極）で構成され、一方、そのアノード及びカソード材料は別の貯蔵タンク内に貯蔵される。アノード及びカソード材料は、フロースルー型電池を通して循環され、その電池の中で電気化学反応が起こり、エネルギーが出力され及び貯蔵される。従って、電池の容量及びエネルギーは、（１）電極材料（アノード液、カソード液）、（２）アノード液及びカソード液の濃度、並びに（３）アノード液及びカソード液の貯蔵タンクの容積によって決定される。従来の最先端のアノード及びカソード材料は、通常、幾つかのレドックス対を含む水溶液又は非水溶液（電解液）と反応する。
【０００３】
一般に、金属をアノード材料として使用することは、電池の高い電圧を実現することができると同時にそれらの低分子量が大きい容量をもたらす。例えば、リチウムは、Ｈ２／Ｈ＋に対する−３．０４ボルト（Ｖ）の最大負電位、及び３８６０ミリアンペア時毎グラム（ｍＡｈ／ｇ）の最大容量を有する。高い電圧及び大きい容量は、電池に大きい全エネルギーをもたらす。さらに、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、カルシウム、アルミニウムなどが、金属イオン電池のアノード材料としての優れた候補である。
【０００４】
最先端のカソード材料は金属イオンホスト化合物に集中する。金属イオンは、充電プロセス中に電極材料の格子間空間から引き出され、放電プロセス中に材料内に挿入されることができる。しかし、充電／放電プロセスは材料の格子を激しく変形させ、このことが数サイクル後にそれらの構造を本質的に破壊することに留意すべきである。さらに、これらのカソード材料は、金属アノード材料の１０分の１未満の容量をもたらすことしかできない。従って、（１）アノード材料のより大きい容量に適合し、（２）金属イオン電池のための長いサイクル寿命を示す、新規のカソード材料を開発する必要がある。
【０００５】
１９９６年にアブラハム（Ａｂｒａｈａｍ）とチアン（Ｊｉａｎｇ）は、高分子電解質ベースの、酸素がカソード材料として使用された再充電可能リチウム／酸素電池について報告した（非特許文献１）。空気中の酸素が電池内に連続的に流され、５２００ワット時毎キログラム（Ｗｈ／ｋｇ）の非常に高い比エネルギーをもたらした。しかし、酸素カソードは幾つかの不利点を有する。第１に、電池内に高価な電極触媒が酸素反応の速度障壁を下げるために使用された。第２に、酸素の遅い電気化学反応が、リチウム／空気電池内に大きな過電圧を生じる。第３に、リチウム／空気電池は空気出入を可能にするために開放カソードを維持する必要がある。同様に、酸素カソードは亜鉛―空気電池にも使用された（特許文献１、フィリップ（Ｐｈｉｌｉｐ）  Ｎ．ロス（Ｒｏｓｓ），Ｊｒ．「亜鉛電極および再充電可能亜鉛―空気電池（Ｚｉｎｃ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｎｄ  ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ  ｚｉｎｃ−ａｉｒ  ｂａｔｔｅｒｙ）」）。
【０００６】
２０１１年にＬｕとＧｏｏｄｅｎｏｕｇｈは、リチウムイオン電池用の水性カソードを公開した（非特許文献２）。彼らは、水溶性レドックス対、例えば、Ｆｅ（ＣＮ）６３−／Ｆｅ（ＣＮ）６４−の水溶液をカソードとして使用した。リチウム／水性カソード電池は、周囲環境において約３．４ボルトで動作した。この電池は、小さい過電圧、高いクーロン効率、及び長いサイクル寿命を実証した。しかし、水は電気化学システムにおいては不活性な物質であり、このことがカソードの比容量を減らす。リチウム／フロースルー型カソード電池の設計が容量及びエネルギーを増すことができるが、その容積が必然的に大きくなるはずである。
【０００７】
類似の電池構造体により、Ｎｉ（ＯＨ）２がカソードとして、リチウムアノードに適合するように使用された（非特許文献３）。Ｌｉ／Ｎｉ（ＯＨ）２電池は、Ｎｉ（ＯＨ）２を反応：
Ｎｉ（ＯＨ）２＋ＯＨ−＝ＮｉＯＯＨ＋Ｈ２Ｏ＋ｅ−
に従ってＮｉＯＯＨに酸化できるように充電する必要がある。同時に、次の反応：
Ｌｉ＋＋ｅ−＝Ｌｉ
が起こり、ここでリチウムイオンは電解液から供給される。
【０００８】
従って、Ｎｉ（ＯＨ）２は、２６０ｍＡｈ／ｇの大きい容量を実験的に実証するが、電池容量は電解液中のＬｉイオン濃度によって限定される。Ｌｉ／Ｎｉ電池の容量の利点は、電解液中のＬｉイオン濃度によって限定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４，８４２，９６３号
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１１／０１８９５２０号
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｋ．Ｍ．アブラハム（Ａｂｒａｈａｍ）及びＺ．チアン（Ｊｉａｎｇ）著「高分子電解質ベースの再充電可能リチウム／酸素電池（Ａ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ−ｂａｓｅｄ  ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ  ｌｉｔｈｉｕｍ／ｏｘｙｇｅｎ  ｂａｔｔｅｒｙ）」、ジャーナルオブザエレクトロケミカルソサイエティ（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ）、１４３巻（１９９６年）、ｐ．１−５
【非特許文献２】ユハオ・ルー（Ｙｕｈａｏ  Ｌｕ）、ジョン（Ｊｏｈｎ）  Ｂ．グッドイナフ（Ｇｏｏｄｅｎｏｕｇｈ）及びヨンシクキム（Ｙｏｕｎｇｓｉｋ  Ｋｉｍ）著「次世代アルカリ―イオン電池用の水性カソード（Ａｑｕｅｏｕｓ  ｃａｔｈｏｄｅ  ｆｏｒ  ｎｅｘｔ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ａｌｋａｌｉ−ｉｏｎ  ｂａｔｔｅｒｉｅｓ）」、ジャーナルオブザアメリカンケミカルソサイエティ（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ）、１３３巻（２０１１年）、ｐ．５７５６−５７５９
【非特許文献３】Ｈ．リー（Ｌｉ）、Ｙ．ワン（Ｗａｎｇ）、Ｈ．ナー（Ｎａ）、Ｈ．リュー（Ｌｉｕ）及びＨ．チョウ（Ｚｈｏｕ）著「水系／非水系一体型再充電可能Ｎｉ−Ｌｉ電池（Ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ  Ｎｉ−Ｌｉ  ｂａｔｔｅｒｙ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ａｑｕｅｏｕｓ／ｎｏｎａｑｕｅｏｕｓ  ｓｙｓｔｅｍ）」ジャーナルオブザアメリカンケミカルソサイエティ（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．）、１３１巻（２００９年）、ｐ．１５０９８−１５０９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
リチウムアノードを有する電池のカソード材料としてＮｉＯＯＨを使用し、それによりＬｉ／Ｎｉ電池の容量が製造時のカソード内のＮｉＯＯＨの量によって決定されるようにすることができれば、有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様により、アルカリ／オキシダント電池は、電池充電状態において還元形第１アルカリ金属を含むアノードと、アノード液と、電池充電状態において、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、酸化マグネシウム（ＩＶ）（Ｍｎ（４＋）Ｏ２）、及びオキシ水酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３）から成る群から選択された成分を含むカソードと、第１アルカリ金属水酸化物を含むカソード液と、アノード液とカソード液の間に置かれた第１アルカリ金属イオン透過性隔離板と、を備える。
【００１３】
本発明の別の態様により、アルカリ／オキシダント電池の容量を創出する方法は、充電状態において、第１アルカリ金属のアノードと、アノード液と、第１アルカリ金属イオン透過性隔離板と、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、酸化マグネシウム（ＩＶ）（Ｍｎ（４＋）Ｏ２）、及びオキシ水酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３）から成る群から選択された酸化成分を含むカソードと、第１アルカリ金属水酸化物を含むカソード液とを有する電池を形成するステップと、第１の電池容量を創出するステップとを含み、ここで、第１の電池容量は、カソード内の酸化成分及びアノードにおける還元形第１アルカリ金属の量に対応する。
【００１４】
本発明の別の態様により、リチウム（Ｌｉ）／ニッケル（Ｎｉ）電池は、電池充電状態において還元形Ｌｉを含むアノード、アノード液、電池放電状態においてオキシ水酸化Ｎｉ（Ｎｉ（ＯＨ）２）及び電池充電状態においてオキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）を含むカソード、ＬｉＯＨを含むカソード液、並びに、アノード液とカソード液の間に置かれたリチウムイオン（Ｌｉ＋）透過性隔離板を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】充電されたアルカリ／オキシダント電池の部分断面図である。
【図２】放電状態におけるアルカリ／オキシダント電池の部分断面図である。
【図３Ａ】アノードがアノード液に溶解した物質であるアルカリ／オキシダント電池を描いた部分断面図である。
【図３Ｂ】アノードがアノード液に溶解した物質であるアルカリ／オキシダント電池を描いた部分断面図である。
【図４Ａ】カソード液及びカソードがカソードスラリを含む同じ成分であるアルカリ／オキシダント電池の部分断面図である。
【図４Ｂ】カソード液及びカソードがカソードスラリを含む同じ成分であるアルカリ／オキシダント電池の部分断面図である。
【図５】カソードスラリを用いた代替のアルカリ／オキシダント電池の部分断面図である。
【図６】カソードスラリを用いた代替のアルカリ／オキシダント電池の部分断面図である。
【図７】複数のセルを描いた略ブロック図である。
【図８】異なる視点からのアルカリ／オキシダント電池を描いた部分断面略ブロック図である。
【図９】カソードスラリを有するフロースルー型電池を描いた部分断面略ブロック図である。
【図１０】パイプラインによってスラリ貯蔵槽に結合された電池の幾つかのブロックの部分断面略ブロック図である。
【図１１】アルカリ／オキシダント電池の容量を創出する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書で開示するのは、アルカリ金属アノード電池内のカソード材料として、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、酸化マグネシウム（ＩＶ）（Ｍｎ（４＋）Ｏ２）、又はオキシ水酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３）を使用するリチウムアノード電池である。カソード材料は、電流コレクタ上に固体として固定することができ、及びスラリカソード液として作成することもでき、このスラリカソード液が電池のカソード側をフロースルーし、機械的（電気的／化学的とは対照的な）方法を用いて電池を迅速に充電することを可能にする。
【００１７】
従って、アルカリ／オキシダント電池が提供される。この電池は、電池が充電されたときに還元形第１アルカリ金属リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、及びカリウム（Ｋ）を含むアノードから作成される。電池のカソードは、電池の充電状態において、ＮｉＯＯＨ、Ｍｎ（４＋）Ｏ２、又はＦｅ（３＋）（ＯＨ）３などの成分を含み、アルカリ金属水酸化物がカソード液に含まれる。アルカリ金属イオン透過性隔離板がアノード液とカソード液の間に置かれる。例えば、電池放電状態においてカソードが水酸化ニッケル（ＩＩ）（Ｎｉ（ＯＨ）２）を含む場合、カソードは電池充電状態においてＮｉＯＯＨを含む。この例を続けると、アノード液は、放電状態において溶解したリチウムイオン（Ｌｉ＋）を含むことができ、電池充電状態においては固相の還元形Ｌｉがアノード上に形成される。
【００１８】
一態様において、カソード及びカソード液はカソードスラリで形成された同じ成分であり、カソード電流コレクタがカソードスラリ内に沈められる。この態様において、セルは、アノード、アノード液、及び隔離板、並びに、セルの入口ポート及び出口ポートに結合されて、電池が充電済みであるかまたは負荷のもとで放電されているときに酸化カソードスラリを供給し、電池が充電されているときに還元カソードスラリを供給する、カソードスラリ貯蔵槽を含む。さらに、複数のセルを直列又は並列電気結合で結合することができる。
【００１９】
上記の電池及びアルカリ／オキシダント電池容量を創出する方法の付加的な詳細が以下に与えられる。
【００２０】
図１は、充電されたアルカリ／オキシダント電池の部分断面図である。電池１００は、電池充電状態において還元形第１アルカリ金属１０４を含むアノード１０２、及びアノード液１０６を備える。電池１００は、電池充電状態において、例えば、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、酸化マグネシウム（ＩＶ）（Ｍｎ（４＋）Ｏ２）、又はオキシ水酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３）などの酸化材料１１３を含むカソード１１０と、第１アルカリ金属水酸化物１０８を含むカソード液１１１とをさらに備える。ここで、第１アルカリ金属水酸化物は、簡単のためにカソード液１１１内の長円体成分として図式的に表される。これらのカソード材料は水に不溶で、安定な循環を推進する。これら材料は、レドックス対に関連する明確な電位、及び高エネルギー密度を推進する低分子量を有する。カソード液は水溶液とすることができ、その理由はレドックスが行われる電位において水が反応も絶縁破壊もしないので十分であるためである。さらに、水は有機電解質とは異なり、安価で不燃性である。第１アルカリ金属イオン透過性隔離板１１２がアノード液１０６とカソード液１１１の間に置かれる。通常、アノード液は有機溶媒、例えば、エチレンカーボネート、ジエチレンカーボネート、又はこれら２つの混合物などを含む。例えば、ＬｉＰＦ６などのリチウム塩が溶媒に溶けると、Ｌｉ＋ＰＦ６−に解離する。
【００２１】
隔離板１１２は、アノード１０２とカソード１１０の間に配置され、２つの電極を離れたままに保持して短絡を防ぎ、同時に電池１００内の電流の通過中に回路を閉じるのに必要なイオン電荷キャリアの輸送を可能にする透過性膜である。隔離板１１２は微孔性層を形成するポリマ膜とすることができる。通常、この膜はアノード液及びカソード液材料に対して化学的及び電気化学的に安定である。
【００２２】
図２は、放電状態にあるアルカリ／オキシダント電池の部分断面図である。本明細書で用いる場合、電池は、カソード内の電気化学的活性材料が酸化状態にあり、アノード内の電気化学的材料が還元状態にあるときに充電状態にある。電池が放電状態にあるとき、カソード内の電気化学的活性材料は還元状態にあり、アノード内の電気化学的材料は酸化状態にある。換言すれば、カソードとアノードの間の負荷を通る外部結合を設けることにより、自発的電気化学反応が起こって電流がカソードからアノードへ（又は電子がアノードからカソードへ）流れるとき、電池が充電される。同時に起ることで、これらの反応がカソード活性材料を還元し、アノード活性材料を酸化する。同様に、電池は、カソードとアノードの間の負荷を通る外部結合を設けることにより、自発的な電気化学反応が起きず、電流がカソードからアノードへ（又は電子がアノードからカソードへ）流れないとき、電池は放電される。その代りに、電流をアノードからカソードへ（又は電子をカソードからアノードへ）強制的に流して充電電池内のそうでなければ自発的な反応を逆向させるためには外部電源が必要である。
【００２３】
一般に、電池１００は、分子、原子、又はイオンによる電子損失又は酸化状態の上昇である酸化と、分子、原子、又はイオンによる電子獲得又は酸化状態の下降である還元と、を含むレドックス反応の結果として動作する。一つの場合、図１及び図２の両方を参照すると、カソード１１０は、電池放電状態において水酸化ニッケル（ＩＩ）（Ｎｉ（ＯＨ）２）などの還元成分２００、及び電池充電状態においてＮｉＯＯＨなどの酸化成分１１３を含む。この例を続けると、アノード液１０６は、電池放電状態において、リチウムイオン（Ｌｉ＋）などのアルカリ金属イオン２０２を含むことができる。より一般的には、アノード液１０６は、電池放電状態においてアルカリ金属イオン２０２、例えば、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、又はカリウムイオン（Ｋ＋）を含む。電池充電状態において、アノード１０２は固相の還元形アルカリ金属１０４、それぞれ、Ｌｉ、Ｎａ、又はＫを含む。
【００２４】
他の例において、カソード１１０は、電池充電状態において酸化マグネシウム（ＩＶ）（Ｍｎ（４＋）Ｏ２）１１３、及び、電池放電状態においてオキシ水酸化マグネシウム（ＩＩＩ）（Ｍｎ（３＋）ＯＯＨ）２００を含む。代替的に、カソード１１０は、電池充電状態においてＦｅ（３＋）（ＯＨ）３１１３、及び、電池放電状態においてオキシ水酸化酸化鉄（ＩＩ）（Ｆｅ（２＋）（ＯＨ）２）２００を含む。
【００２５】
電池充電状態においてカソード１１０がＮｉＯＯＨであるとき、このカソードは、以下の反応：
ＮｉＯＯＨ＋Ｈ２Ｏ＋ｅ−＝Ｎｉ（ＯＨ）２＋ＯＨ−
により、電池充電状態から電池放電状態に進む。
【００２６】
電池充電状態においてカソード１１０がＭｎ（４＋）Ｏ２であるとき、このカソードは、以下の反応：
Ｍｎ（４＋）Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋ｅ−  →  Ｍｎ（３＋）ＯＯＨ＋ＯＨ−
により、電池充電状態から電池放電状態に進む。
【００２７】
電池充電状態においてカソード１１０がＦｅ（３＋）（ＯＨ）３であるとき、このカソードは、以下の反応
Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３＋ｅ−  →  Ｆｅ（２＋）（ＯＨ）２＋ＯＨ−
により、電池充電状態から電池放電状態に進む。
【００２８】
図１及び２は、活性材料固相アノード及び活性材料カソードを有するアルカリ／オキシダント電池を示す。活性材料によって、アノード１０２及びカソード１１０が、それぞれアノード液１０６及びカソード液１１１とレドックス反応で反応して電池を充電及び放電することを可能にすることを意味する。明示的に示さないが、アノード１０２及びカソード１１０は、電流コレクタを覆うように形成することができる。この例において、アノード１０２は、電池が充電状態にあるとき、Ｌｉ、Ｎａ、又はＫなどの還元形固相アルカリ金属１０４である。さらに、カソード１１０は電池充電状態においてＭｎ（４＋）Ｏ２  １１３、及び電池放電状態においてＭｎ（３＋）ＯＯＨ ２００を含む。代替的に、カソード１１０は電池充電状態においてＦｅ（３＋）（ＯＨ）３１１３、及び電池放電状態においてＦｅ（２＋）（ＯＨ）２  ２００を含む。別の態様において、カソード１１０は電池充電状態においてＮｉＯＯＨ  １１３であり、電池放電状態においてはＮｉ（ＯＨ）２  ２００である。例えば、Ｎｉ（ＯＨ）２の粉末を、水中で結合材（ポリマ）及び導電性カーボン（カーボンブラック又はグラファイト又はカーボンファイバ）と混合してペーストを形成することができ、このペーストが電流コレクタ（ニッケル箔又はニッケル発泡体）に塗布される。カソードは、水分を抜いて乾燥するために押圧され加熱される。カソード１１０は、ここでは固体と見なされるが、カソード液１１１が毛細管力によってその内部に浸透する微細孔を有する。
【００２９】
図３Ａ及び３Ｂは、アノードがアノード液に溶解した材料であるアルカリ／オキシダント電池を描く部分断面図である。カソード１１０及びカソード液１１１は、図１及び２の説明において前述したものであるが、カソード電流コレクタ３００が明示的に示されている。この態様において、アノードは電池充電状態（図３Ａ）において、電流コレクタ３０２上に形成された還元形アルカリ金属１０４（即ち、Ｌｉ、Ｎａ、又はＫ）を含む。電池放電状態においては、アルカリ金属イオン２０２（即ち、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、又はＫ＋）がアノード液１０６に溶解する。電池放電状態においては、アルカリ金属は電流コレクタ３０２上に必然的に付着しない。
【００３０】
図４Ａ及び４Ｂは、カソード液とカソードがカソードスラリを含む同じ成分であるアルカリ／オキシダント電池の部分断面図である。カソード電流コレクタ３００はカソードスラリ１１０／１１１内に沈められる。これらの図において、アノード１０２及びアノード液１０６は、図１及び２の説明において前述したのと同じであり、簡潔にするために説明を繰返さない。セル４００はアノード１０２、アノード液１０６、第１アルカリ金属イオン透過性隔離板１１２、入口ポート４０２、及び出口ポート４０４を備える。カソードスラリ貯蔵槽４０６がセルの入口ポート４０２及び出口ポート４０４に結合されて、電池充電状態（図４Ａ）において酸化カソードスラリ１１３を供給し、即ち電気負荷のもとで電荷を維持し、及び、電池が放電状態（図４Ｂ）にあるとき又は充電されているときに還元カソードスラリ２００を供給する。簡単のために、酸化カソードスラリ１１３及び還元カソードスラリ２００は、カソードスラリ１１０／１１１内の長円体として図式的に表されている。
【００３１】
図５及び６は、カソードスラリを使用する代替のアルカリ／オキシダント電池の部分断面図である。これらの図において、アノード１０２及びアノード液１０６は、図３Ａ及び３Ｂの説明において前述したのと同じものであり、簡潔にするために説明を繰返さない。セル４００はアノード１０２、アノード液１０６、第１アルカリ金属イオン透過性隔離板１１２、入口ポート４０２、及び出口ポート４０４を備える。カソードスラリ貯蔵槽４０６がセルの入口ポート４０２及び出口ポート４０４に結合されて、電池充電状態（図５）において酸化カソードスラリ１１３を供給して電気負荷のもとで電荷を維持し、及び、電池が放電状態（図６）にあるとき又は充電されているときに還元カソードスラリ２００を供給する。
【００３２】
図７は、複数のセルを描いた略ブロック図である。セル７００−０〜７００−ｎが示されており、ここでｎは１より大きい整数であるが、別にいずれかの特定の値に限定されるものではない。セル７００−０〜７００−ｎは電気的に直列に接続されるように示されているが、代替的に（図示せず）セルは電気的に並列に接続することもできる。一態様において、図に示すように、カソードスラリ貯蔵槽４０６と複数のセル７００−０〜７００−ｎとは、カソードスラリ１１０／１１１を輸送するように並列に結合される。図示しないが代替的に、セルをスラリ貯蔵槽と直列に結合することもできる。
【００３３】
図８は、アルカリ／オキシダント電池を異なる視点から描いた部分断面略ブロック図である。一態様において図に示すように、ＮｉＯＯＨがリチウム／ニッケル電池８００のカソード材料８０２として使用される。電池８００は、アノード８０４側とカソード８０２側の間でＬｉイオン８０８を移送するＬｉイオン透過性隔離板８０６によって隔てられたリチウム金属アノード８０４とＮｉＯＯＨカソード８０２を備える。リチウム／ＮｉＯＯＨ電池８００は、初めの組み立ての後、電気化学反応：
アノード側：Ｌｉ＝Ｌｉ＋＋ｅ−；
カソード側：ＮｉＯＯＨ＋Ｈ２Ｏ＋ｅ−＝Ｎｉ（ＯＨ）２＋ＯＨ−；
全体の反応：Ｌｉ＋ＮｉＯＯＨ＋Ｈ２Ｏ＝Ｎｉ（ＯＨ）２＋ＬｉＯＨ
によって放電させる必要がある。
【００３４】
その容量が電解液中のＬｉイオン濃度によって限定される、非特許文献３（Ｈ．リー（Ｌｉ）他）に関連し、上記の背景技術の節で説明したリチウム／Ｎｉ（ＯＨ）２電池とは異なり、図８のＬｉ／ＮｉＯＯＨ電池の容量は電極内の活性材料によってのみ決定される。具体的には、非特許文献３では、アノードがＬｉであり、カソードがＮｉ（ＯＨ）２であり、電解液はＬｉＯＨを有する。電池組み立て後の初めの反応は、電池を充電するプロセスとなるはずである。充電プロセス中に電解液中のＬｉＯＨが解離し、Ｌｉ＋がアノード側に移動してＬｉ金属アノード上にメッキされ、ＯＨ−イオンがＮｉ（ＯＨ）２と反応してＮｉＯＯＨとＨ２Ｏを生じる。この電池の容量は液体電解質に加えられたＬｉＯＨの量によって決定される。
【００３５】
電池８００においては、アノードがＬｉ金属であり、カソードがＮｉＯＯＨである。上述の従来技術の電池（非特許文献３）とは異なり、電池組み立て後の初めの反応は電池８００を放電させるためのものである。Ｌｉ＋がアノード側でアノード液に溶解し、カソード側に移動する。カソード材料ＮｉＯＯＨが反応してＮｉ（ＯＨ）２を生じる。電池の容量は、電池が製造されたときに存在するＬｉ又はＮｉＯＯＨの初期量によって限定される。Ｌｉは、ＬｉＯＯＨカソード（２６１ｍＡｈ／ｇ）より大きい、非常に大きな容量（＞３０００ｍＡｈ／ｇ）を有するので、Ｌｉ／ＮｉＯＯＨ電池の容量は、カソードにおけるＮｉＯＯＨの初期量によって決定される。従って、初めに充電されたＮｉＯＯＨカソードを有する電池は、Ｎｉ（ＯＨ）２電極及びＬｉＯＨ液体電解質によって初めに放電される非特許文献３における電池より遥かに大きい容量を有する。
【００３６】
図９は、カソードスラリを有するフロースルー型電池を描いた部分断面略ブロック図である。ひとたび電池８００のＮｉＯＯＨが、組み立て時に電流コレクタ上に添加されると、電池容量が固定される。電池容量をさらに増加させるために、図９のフロースルー型電池９００はスラリカソード液９０２としてＮｉＯＯＨを形成し、このＮｉＯＯＨをカソード電流コレクタ９０４内に供給してリチウムアノード８０４の高い容量に適合させることができる。Ｃａｒｔｅｒ及びＣｈｉａｎｇ（特許文献２、ウィリアム（Ｗｉｌｌｉａｍ）  Ｃ．カーター（Ｃａｒｔｅｒ）、イェット・ミン・チャン（Ｙｅｔ−Ｍｉｎｇ  Ｃｈｉａｎｇ）、「高エネルギー密度のレドックスフロー装置（Ｈｉｇｈ  ｅｎｅｒｇｙ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｒｅｄｏｘ  ｆｌｏｗ  ｄｅｖｉｃｅ）」、背景技術の節を参照されたい）は、電池内の電極材料としての流動性スラリの使用を開示した。しかし、ＬｉＣｏＯ２スラリカソード液を用いた彼らの電池は、２Ｖと４．５Ｖの間で、ＬｉＣｏＯ２分子へ／からの０．３６Ｌｉイオンの可逆的な挿入／引出しを示したが、これは９９ｍＡｈ／ｇの容量に相当し、ＮｉＯＯＨの容量２６１ｍＡｈ／ｇより遥かに小さい。フロースルー型Ｌｉ／ＮｉＯＯＨ電池９００は、リチウムアノード８０４、及び、Ｌｉイオン透過性膜のカソードコンパートメント隔離板又はＬｉイオン伝導性固体電解質８０６、で構成される。放電中、ＮｉＯＯＨはＮｉ（ＯＨ）２に還元される。機械的に充電される（カソードスラリが貯蔵槽からの酸化スラリで補給される）場合、電池９００は電力を発生し続けることができる。同様に、アノードコンパートメントもまた、アノードを交換するために容易に分解して機械的充電を実現することができる。幾つかの態様において、電流コレクタ９０４は付加的に、スラリを収容するコンパートメントの壁で構成することができる。
【００３７】
図１０は、パイプラインによってスラリ貯蔵槽に結合される電池の幾つかのブロックの部分断面略ブロック図である。各ブロック１００２は、電気的に並列に結合された複数のフロースルー型電池９００を含む。高電圧及び高エネルギーを得るために、ブロック１００２を図のように電気的に直列に結合して電池スタック１０００を形成することができる。幾つかのブロック１００２をパイプラインによって並列に（図のように）又は直列に結合してＮｉＯＯＨスラリカソード液を循環させることができる。図９のフロースルー型Ｌｉ／ＮｉＯＯＨ電池と同様に、スタック１０００もまた、Ｌｉアノード交換及びＮｉＯＯＨスラリカソード液補充によって機械的に充電することができる。
【００３８】
以下は、図１〜図６に説明した電池構成の要約である。
１．スラリカソード／固体金属アノード；
２．固体カソード／固体金属アノード；
３．スラリカソード／アノード液に溶解したアノード材料；
４．固体カソード／アノード液に溶解したアノード材料。
【００３９】
スラリ又は固体カソードは、還元状態から酸化状態に（及び酸化状態から還元状態に）進む際に相変化しない。電池を放電又は充電する（即ち、アノード及びカソードにおいて共にレドックス反応が起る）ためには、カソードとアノードの酸化状態が逆でなければならない。
【表１】
2016539473.tif 000003
【００４０】
放電中、スラリカソードは酸化状態（ＮｉＯＯＨ）に入り、アノードは金属Ｌｉ（還元状態）になる。スラリは還元状態（Ｎｉ（ＯＨ）２）のままである。従って、電池は、スラリの流れを反転させることにより充電することができ、即ちＮｉ（ＯＨ）２が還元状態に入り、酸化状態（ＮｉＯＯＨ）のままである。金属Ｌｉは酸化されると溶解する、即ち、Ｌｉ＋が水性電解液中に可溶となる。この電池は、固体金属アノードの量（電解質溶液中の遥かに小さくなるアルカリ金属イオンの濃度とは対照的に）によって決定される高容量を有する。
【表２】
2016539473.tif 000004
【００４１】
前述のように、金属Ｌｉは還元されると溶解する、即ち、Ｌｉ＋が水性電解液に可溶となる。それゆえに、固体アノードがなく、適切な材料の電流コレクタだけの電池を構築することが可能である。金属イオン（酸化された）がアノード液に溶解する。充電中、スラリカソードは、アノードが酸化されるにつれて還元状態（Ｎｉ（ＯＨ）２）に入る。スラリは酸化状態（ＮｉＯＯＨ）のままである。従って、電池は、スラリの流れを反転させることによって放電させることができ、即ち、ＮｉＯＯＨが酸化状態に入り、還元状態（Ｎｉ（ＯＨ）２）のままである。金属Ｌｉは還元されると電流コレクタ上にメッキされる。この電池の容量は電解質溶液中の金属イオンの濃度によって決定される。
【００４２】
図１１はアルカリ／オキシダント電池の容量を創出する方法を示すフローチャートである。この方法は、明瞭にするために一連の番号付けしたステップとして示されるが、番号付けはステップの順番を必ずしも決定するものではない。これらのステップの幾つかは、省略し、並行に実行し、又は正確な順番を維持することを必要とせずに実行することができることに留意されたい。しかし一般に、本方法は示されたステップの番号順に従う。本方法はステップ１１００で始まる。
【００４３】
ステップ１１０２は、第１アルカリ金属アノード、アノード液、第１アルカリ金属イオン透過性隔離板、及び酸化成分を含むカソードを有する充電状態の電池を形成する。酸化成分はオキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、酸化マグネシウム（ＩＶ）（Ｍｎ（４＋）Ｏ２）、又はオキシ水酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３）とすることができる。この電池はさらに、第１アルカリ金属水酸化物を含むカソード液を備える。一態様において、カソード及びカソード液はカソードスラリである。ステップ１１０４は、カソード内の酸化成分及びアノードにおける還元形第１アルカリ金属の量に対応する、第１の電池容量を創出する。
【００４４】
一態様において、ステップ１１０２は、ＮｉＯＯＨカソード、及び還元形第１アルカリ金属（Ｘ）アノードを有し、Ｘがリチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、又はカリウム（Ｋ）である、充電状態の電池を形成する。次にステップ１００６は、以下の反応：
アノード：Ｘ＝Ｘ＋＋ｅ−  及び、
カソード：ＮｉＯＯＨ＋Ｈ２Ｏ＋ｅ−＝Ｎｉ（ＯＨ）２＋ＯＨ−
を行うことによって電池を放電させる。
【００４５】
別の態様において、ステップ１１０２は、Ｍｎ（４＋）Ｏ２カソード、及び還元形第１アルカリ金属（Ｘ）アノードを有し、ＸがＬｉ、Ｎａ、又はＫである、充電状態の電池を形成する。次にステップ１１０６において電池を放電させるステップは、以下の反応：
アノード：Ｘ＝Ｘ＋＋ｅ−  及び、
カソード：Ｍｎ（４＋）Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋ｅ−  →  Ｍｎ（３＋）ＯＯＨ＋ＯＨ−
を実行するステップを含む。
【００４６】
さらに別の態様において、ステップ１１０２は、Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３カソード、及び還元形第１アルカリ金属（Ｘ）アノードを有し、ＸがＬｉ、Ｎａ、又はＫである、充電状態の電池を形成する。次にステップ１１０６において電池を放電させるステップは、以下の反応：
アノード：Ｘ＝Ｘ＋＋ｅ−  及び、
カソード：Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３＋ｅ−  →  Ｆｅ（２＋）（ＯＨ）２＋ＯＨ−
を実行するステップを含む。
【００４７】
一態様において、ステップ１１０６において電池を放電させるステップは、アノード液に溶解したリチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、又はカリウムイオン（Ｋ＋）を有するアノード液を形成するステップを含む。
【００４８】
アルカリ／オキシダント電池を、電池容量を創出する関連した方法と共に提供してきた。本発明を例証するために、材料及びスラリフロー構成の例を提示してきた。しかし、本発明は、単にそれらの例に限定されるものではない。当業者であれば、本発明の他の変形物及び実施形態を思い付くであろう。
【００４９】
以下の全ての出願、即ち、（１）２０１３年９月３０日出願のＹｕｈａｏ  Ｌｕ他によって発明された「イオン交換膜を有するフロースルー型金属電池（ＦＬＯＷ−ＴＨＲＯＵＧＨ  ＭＥＴＡＬ  ＢＡＴＴＥＲＹ  ＷＩＴＨ  ＩＯＮ  ＥＸＣＨＡＮＧＥ  ＭＥＭＢＲＡＮＥ）」と題する米国特許出願第１４／０４２，２６４号の出願（代理人整理番号第ＳＬＡ３２９４）、（２）２０１２年８月１日出願のＹｕｈａｏ  Ｌｕ他によって発明された「低温溶融塩（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｍｏｌｔｅｎ  Ｓａｌｔ：ＬＴＭＳ）カソードを有する電池（Ｂａｔｔｅｒｙ  ｗｉｔｈ  Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｍｏｌｔｅｎ  Ｓａｌｔ（ＬＴＭＳ）  Ｃａｔｈｏｄｅ）」と題する米国特許出願第１３／５６４，０１５号の出願（代理人整理番号第ＳＬＡ３１６５）が、引用により本明細書に組み入れられる。
【図１】
2016539473.tif 000005
【図２】
2016539473.tif 000006
【図３Ａ】
2016539473.tif 000007
【図３Ｂ】
2016539473.tif 000008
【図４Ａ】
2016539473.tif 000009
【図４Ｂ】
2016539473.tif 000010
【図５】
2016539473.tif 000011
【図６】
2016539473.tif 000012
【図７】
2016539473.tif 000013
【図８】
2016539473.tif 000014
【図９】
2016539473.tif 000015
【図１０】
2016539473.tif 000016
【図１１】
2016539473.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月30日(2016.6.30)
【手続補正１】
【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】
電池充電状態において還元される第１アルカリ金属を含むアノード、
前記アノードが浸けられたアノード液、
前記電池充電状態において、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、酸化マンガン（ＩＶ）（Ｍｎ（４＋）Ｏ２）、及び水酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３）から成る群から選択された成分を含むカソード、
前記カソードが浸けられた第１アルカリ金属水酸化物を含むカソード液、及び、
前記アノード液と前記カソード液の間に置かれた第１アルカリ金属イオン透過性セパレータ、
を備えたアルカリ／オキシダント電池。
【請求項２】
前記カソードは、電池放電状態において水酸化ニッケル（ＩＩ）（Ｎｉ（ＯＨ）２）、及び前記電池充電状態においてＮｉＯＯＨを含む、請求項１に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項３】
前記アノード液は、前記電池放電状態においてリチウムイオン（Ｌｉ＋）を含む、請求項２に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項４】
前記カソード液及びカソードは、カソードスラリを含む同じ成分であり、
前記カソードは、前記カソードスラリ内に沈められたカソード電流コレクタをさらに備える、
請求項１に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項５】
前記アノード、前記アノード液、前記第１アルカリ金属イオン透過性セパレータ、入口ポート及び出口ポートを備えたセルと、
前記セルの入口及び出口ポートに結合され、前記電池が負荷のもとで放電されているときに酸化カソードスラリを供給し、前記電池が充電されているときに還元カソードスラリを供給する、カソードスラリ貯蔵槽と、
をさらに備える、請求項４に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項６】
直列接続及び並列接続から成る群から選択された構成において接続された複数のセルをさらに備える、請求項５に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項７】
前記カソードスラリ貯蔵槽及び前記複数のセルは、前記カソードスラリを移送するために並列に結合される、請求項６に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項８】
前記アノード液は、前記電池放電状態において、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、及びカリウムイオン（Ｋ＋）から成る群から選択されたアルカリ金属イオンを含み、
前記アノードは、前記電池充電状態において、Ｌｉ、Ｎａ、及びＫから成る群からそれぞれ選択された、電流コレクタを覆う固相還元されたアルカリ金属を含む、
請求項１に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項９】
前記カソードは、前記電池充電状態においてＭｎ（４＋）Ｏ２、及び前記電池放電状態においてオキシ水酸化マンガン（ＩＩＩ）（Ｍｎ（３＋）ＯＯＨ）を含む、請求項１に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項１０】
前記カソードは、前記電池充電状態においてＦｅ（３＋）（ＯＨ）３、及び前記電池放電状態において水酸化鉄（ＩＩ）（Ｆｅ（２＋）（ＯＨ）２）を含む、請求項１に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項１１】
前記カソードは、前記電池充電状態においてＮｉＯＯＨであり、以下の反応：
ＮｉＯＯＨ＋Ｈ２Ｏ＋ｅ−＝Ｎｉ（ＯＨ）２＋ＯＨ−
によって前記電池充電状態から前記電池放電状態へ進む、
請求項１に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項１２】
前記カソードは、前記電池充電状態においてＭｎ（４＋）Ｏ２であり、以下の反応：
Ｍｎ（４＋）Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−  →  Ｍｎ（３＋）ＯＯＨ＋ＯＨ−
によって前記電池充電状態から前記電池放電状態へ進む、
請求項１に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項１３】
前記カソードは、前記電池充電状態においてＦｅ（３＋）（ＯＨ）３であり、以下の反応：
Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３＋２ｅ−  →  Ｆｅ（２＋）（ＯＨ）２＋ＯＨ−
によって前記電池充電状態から前記電池放電状態へ進む、
請求項１に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項１４】
前記アノードは、前記電池充電状態において、固相還元された第１アルカリ金属、及び電流コレクタを覆う固相還元された第１アルカリ金属から成る群から選択される、請求項１に記載のアルカリ／オキシダント電池。
【請求項１５】
アルカリ／オキシダント電池容量を創出する方法であって、
充電状態において、第１アルカリ金属アノード、アノード液、第１アルカリ金属イオン透過性セパレータ、並びに、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、酸化マンガン（ＩＶ）（Ｍｎ（４＋）Ｏ２）、及び水酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３）から成る群から選択された酸化成分を含むカソード、並びに、第１アルカリ金属水酸化物を含むカソード液を有する電池を形成するステップと、
前記カソード内の酸化成分及び前記アノードにおける還元された第１アルカリ金属の量に対応する第１の電池容量を創出するステップと、
を含む方法。
【請求項１６】
前記電池を形成するステップは、前記電池充電状態において、ＮｉＯＯＨカソード及び還元された第１アルカリ金属（Ｘ）アノードを形成するステップを含み、ここでＸはリチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、及びカリウム（Ｋ）から成る群から選択され、
前記方法は、以下の反応：
アノード：Ｘ＝Ｘ＋＋ｅ−  及び、
カソード：ＮｉＯＯＨ＋Ｈ２Ｏ＋ｅ−＝Ｎｉ（ＯＨ）２＋ＯＨ−
を行うことによって前記電池を放電させるステップをさらに含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記電池を形成するステップは、前記充電状態において、Ｍｎ（４＋）Ｏ２カソード及び還元された第１アルカリ金属（Ｘ）アノードを形成するステップを含み、ここでＸはＬｉ、Ｎａ、及びＫから成る群から選択され、
前記方法は、以下の反応：
アノード：Ｘ＝Ｘ＋＋ｅ−  及び、
カソード：Ｍｎ（４＋）Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋ｅ−  →  Ｍｎ（３＋）ＯＯＨ＋ＯＨ−
を実行することによって前記電池を放電させるステップをさらに含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記電池を形成するステップは、前記充電状態において、Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３カソード及び還元される第１アルカリ金属（Ｘ）アノードを形成するステップを含み、ここでＸはＬｉ、Ｎａ、及びＫから成る群から選択され、
前記方法は、以下の反応：
アノード：Ｘ＝Ｘ＋＋ｅ−  及び、
カソード：Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３＋ｅ−  →  Ｆｅ（２＋）（ＯＨ）２＋ＯＨ−
を実行することによって前記電池を放電させるステップをさらに含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記アノード液中に溶解したリチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、及びカリウムイオン（Ｋ＋）で構成される第１アルカリ金属の群から選択されたイオンを含む前記アノード液を形成することによって前記電池を放電させるステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記電池を形成するステップは、前記カソード及びカソード液をカソードスラリにするステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
電池充電状態において還元されたＬｉを含むアノード、
アノード液、
前記電池放電状態において水酸化Ｎｉ（Ｎｉ（ＯＨ）２）及び電池充電状態においてオキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）を含むカソード、
ＬｉＯＨを含むカソード液、及び
前記アノード液と前記カソード液の間に置かれたリチウムイオン（Ｌｉ＋）透過性セパレータ、
を備えるリチウム（Ｌｉ）／ニッケル（Ｎｉ）電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の一態様により、アルカリ／オキシダント電池は、電池充電状態において還元された第１アルカリ金属を含むアノードと、アノード液と、電池充電状態において、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、酸化マンガン（ＩＶ）（Ｍｎ（４＋）Ｏ２）、及び水酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３）から成る群から選択された成分を含むカソードと、第１アルカリ金属水酸化物を含むカソード液と、アノード液とカソード液の間に置かれた第１アルカリ金属イオン透過性セパレータと、を備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の別の態様により、アルカリ／オキシダント電池の容量を創出する方法は、充電状態において、第１アルカリ金属のアノードと、アノード液と、第１アルカリ金属イオン透過性セパレータと、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、酸化マンガン（ＩＶ）（Ｍｎ（４＋）Ｏ２）、及び水酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３）から成る群から選択された酸化成分を含むカソードと、第１アルカリ金属水酸化物を含むカソード液とを有する電池を形成するステップと、第１の電池容量を創出するステップとを含み、ここで、第１の電池容量は、カソード内の酸化成分及びアノードにおける還元された第１アルカリ金属の量に対応する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の別の態様により、リチウム（Ｌｉ）／ニッケル（Ｎｉ）電池は、電池充電状態において還元されるＬｉを含むアノード、アノード液、電池放電状態において水酸化Ｎｉ（Ｎｉ（ＯＨ）２）及び電池充電状態においてオキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）を含むカソード、ＬｉＯＨを含むカソード液、並びに、アノード液とカソード液の間に置かれたリチウムイオン（Ｌｉ＋）透過性セパレータを備える。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本明細書で開示するのは、アルカリ金属アノード電池内のカソード材料として、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、酸化マンガン（ＩＶ）（Ｍｎ（４＋）Ｏ２）、又は水酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３）を使用するリチウムアノード電池である。カソード材料は、電流コレクタ上に固体として固定することができ、及びスラリカソード液として作成することもでき、このスラリカソード液が電池のカソード側をフロースルーし、機械的（電気的／化学的とは対照的な）方法を用いて電池を迅速に充電することを可能にする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
従って、アルカリ／オキシダント電池が提供される。この電池は、電池が充電されたときに還元される第１アルカリ金属リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、及びカリウム（Ｋ）を含むアノードから作成される。電池のカソードは、電池の充電状態において、ＮｉＯＯＨ、Ｍｎ（４＋）Ｏ２、又はＦｅ（３＋）（ＯＨ）３などの成分を含み、アルカリ金属水酸化物がカソード液に含まれる。アルカリ金属イオン透過性セパレータがアノード液とカソード液の間に置かれる。例えば、電池放電状態においてカソードが水酸化ニッケル（ＩＩ）（Ｎｉ（ＯＨ）２）を含む場合、カソードは電池充電状態においてＮｉＯＯＨを含む。この例を続けると、アノード液は、放電状態において溶解したリチウムイオン（Ｌｉ＋）を含むことができ、電池充電状態においては固相の還元されたＬｉがアノード上に形成される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
一態様において、カソード及びカソード液はカソードスラリで形成された同じ成分であり、カソード電流コレクタがカソードスラリ内に沈められる。この態様において、セルは、アノード、アノード液、及びセパレータ、並びに、セルの入口ポート及び出口ポートに結合されて、電池が充電済みであるかまたは負荷のもとで放電されているときに酸化カソードスラリを供給し、電池が充電されているときに還元カソードスラリを供給する、カソードスラリ貯蔵槽を含む。さらに、複数のセルを直列又は並列電気結合で結合することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
図１は、充電されたアルカリ／オキシダント電池の部分断面図である。電池１００は、電池充電状態において還元される第１アルカリ金属１０４を含むアノード１０２、及びアノード液１０６を備える。電池１００は、電池充電状態において、例えば、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、酸化マンガン（ＩＶ）（Ｍｎ（４＋）Ｏ２）、又は水酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３）などの酸化材料１１３を含むカソード１１０と、第１アルカリ金属水酸化物１０８を含むカソード液１１１とをさらに備える。ここで、第１アルカリ金属水酸化物は、簡単のためにカソード液１１１内の長円体成分として図式的に表される。これらのカソード材料は水に不溶で、安定な循環を推進する。これら材料は、レドックス対に関連する明確な電位、及び高エネルギー密度を推進する低分子量を有する。カソード液は水溶液とすることができ、その理由はレドックスが行われる電位において水が反応も絶縁破壊もしないので十分であるためである。さらに、水は有機電解質とは異なり、安価で不燃性である。第１アルカリ金属イオン透過性セパレータ１１２がアノード液１０６とカソード液１１１の間に置かれる。通常、アノード液は有機溶媒、例えば、エチレンカーボネート、ジエチレンカーボネート、又はこれら２つの混合物などを含む。例えば、ＬｉＰＦ６などのリチウム塩が溶媒に溶けると、Ｌｉ＋ＰＦ６−に解離する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
セパレータ１１２は、アノード１０２とカソード１１０の間に配置され、２つの電極を離れたままに保持して短絡を防ぎ、同時に電池１００内の電流の通過中に回路を閉じるのに必要なイオン電荷キャリアの輸送を可能にする透過性膜である。セパレータ１１２は微孔性層を形成するポリマ膜とすることができる。通常、この膜はアノード液及びカソード液材料に対して化学的及び電気化学的に安定である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
一般に、電池１００は、分子、原子、又はイオンによる電子損失又は酸化状態の上昇である酸化と、分子、原子、又はイオンによる電子獲得又は酸化状態の下降である還元と、を含むレドックス反応の結果として動作する。一つの場合、図１及び図２の両方を参照すると、カソード１１０は、電池放電状態において水酸化ニッケル（ＩＩ）（Ｎｉ（ＯＨ）２）などの還元成分２００、及び電池充電状態においてＮｉＯＯＨなどの酸化成分１１３を含む。この例を続けると、アノード液１０６は、電池放電状態において、リチウムイオン（Ｌｉ＋）などのアルカリ金属イオン２０２を含むことができる。より一般的には、アノード液１０６は、電池放電状態においてアルカリ金属イオン２０２、例えば、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、又はカリウムイオン（Ｋ＋）を含む。電池充電状態において、アノード１０２は固相の還元されたアルカリ金属１０４、それぞれ、Ｌｉ、Ｎａ、又はＫを含む。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
他の例において、カソード１１０は、電池充電状態において酸化マンガン（ＩＶ）（Ｍｎ（４＋）Ｏ２）１１３、及び、電池放電状態においてオキシ水酸化マンガン（ＩＩＩ）（Ｍｎ（３＋）ＯＯＨ）２００を含む。代替的に、カソード１１０は、電池充電状態においてＦｅ（３＋）（ＯＨ）３１１３、及び、電池放電状態においてオキシ水酸化酸化鉄（ＩＩ）（Ｆｅ（２＋）（ＯＨ）２）２００を含む。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
電池充電状態においてカソード１１０がＭｎ（４＋）Ｏ２であるとき、このカソードは、以下の反応：
Ｍｎ（４＋）Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−  →  Ｍｎ（３＋）ＯＯＨ＋ＯＨ−
により、電池充電状態から電池放電状態に進む。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
電池充電状態においてカソード１１０がＦｅ（３＋）（ＯＨ）３であるとき、このカソードは、以下の反応
Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３＋２ｅ−  →  Ｆｅ（２＋）（ＯＨ）２＋ＯＨ−
により、電池充電状態から電池放電状態に進む。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
図１及び２は、活性材料固相アノード及び活性材料カソードを有するアルカリ／オキシダント電池を示す。活性材料によって、アノード１０２及びカソード１１０が、それぞれアノード液１０６及びカソード液１１１とレドックス反応で反応して電池を充電及び放電することを可能にすることを意味する。明示的に示さないが、アノード１０２及びカソード１１０は、電流コレクタを覆うように形成することができる。この例において、アノード１０２は、電池が充電状態にあるとき、Ｌｉ、Ｎａ、又はＫなどの還元された固相アルカリ金属１０４である。さらに、カソード１１０は電池充電状態においてＭｎ（４＋）Ｏ２  １１３、及び電池放電状態においてＭｎ（３＋）ＯＯＨ ２００を含む。代替的に、カソード１１０は電池充電状態においてＦｅ（３＋）（ＯＨ）３１１３、及び電池放電状態においてＦｅ（２＋）（ＯＨ）２  ２００を含む。別の態様において、カソード１１０は電池充電状態においてＮｉＯＯＨ  １１３であり、電池放電状態においてはＮｉ（ＯＨ）２  ２００である。例えば、Ｎｉ（ＯＨ）２の粉末を、水中で結合材（ポリマ）及び導電性カーボン（カーボンブラック又はグラファイト又はカーボンファイバ）と混合してペーストを形成することができ、このペーストが電流コレクタ（ニッケル箔又はニッケル発泡体）に塗布される。カソードは、水分を抜いて乾燥するために押圧され加熱される。カソード１１０は、ここでは固体と見なされるが、カソード液１１１が毛細管力によってその内部に浸透する微細孔を有する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
図３Ａ及び３Ｂは、アノードがアノード液に溶解した材料であるアルカリ／オキシダント電池を描く部分断面図である。カソード１１０及びカソード液１１１は、図１及び２の説明において前述したものであるが、カソード電流コレクタ３００が明示的に示されている。この態様において、アノードは電池充電状態（図３Ａ）において、電流コレクタ３０２上に形成された還元されたアルカリ金属１０４（即ち、Ｌｉ、Ｎａ、又はＫ）を含む。電池放電状態においては、アルカリ金属イオン２０２（即ち、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、又はＫ＋）がアノード液１０６に溶解する。電池放電状態においては、アルカリ金属は電流コレクタ３０２上に必然的に付着しない。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
図４Ａ及び４Ｂは、カソード液とカソードがカソードスラリを含む同じ成分であるアルカリ／オキシダント電池の部分断面図である。カソード電流コレクタ３００はカソードスラリ１１０／１１１内に沈められる。これらの図において、アノード１０２及びアノード液１０６は、図１及び２の説明において前述したのと同じであり、簡潔にするために説明を繰返さない。セル４００はアノード１０２、アノード液１０６、第１アルカリ金属イオン透過性セパレータ１１２、入口ポート４０２、及び出口ポート４０４を備える。カソードスラリ貯蔵槽４０６がセルの入口ポート４０２及び出口ポート４０４に結合されて、電池充電状態（図４Ａ）において酸化カソードスラリ１１３を供給し、即ち電気負荷のもとで電荷を維持し、及び、電池が放電状態（図４Ｂ）にあるとき又は充電されているときに還元カソードスラリ２００を供給する。簡単のために、酸化カソードスラリ１１３及び還元カソードスラリ２００は、カソードスラリ１１０／１１１内の長円体として図式的に表されている。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図５及び６は、カソードスラリを使用する代替のアルカリ／オキシダント電池の部分断面図である。これらの図において、アノード１０２及びアノード液１０６は、図３Ａ及び３Ｂの説明において前述したのと同じものであり、簡潔にするために説明を繰返さない。セル４００はアノード１０２、アノード液１０６、第１アルカリ金属イオン透過性セパレータ１１２、入口ポート４０２、及び出口ポート４０４を備える。カソードスラリ貯蔵槽４０６がセルの入口ポート４０２及び出口ポート４０４に結合されて、電池充電状態（図５）において酸化カソードスラリ１１３を供給して電気負荷のもとで電荷を維持し、及び、電池が放電状態（図６）にあるとき又は充電されているときに還元カソードスラリ２００を供給する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
図８は、アルカリ／オキシダント電池を異なる視点から描いた部分断面略ブロック図である。一態様において図に示すように、ＮｉＯＯＨがリチウム／ニッケル電池８００のカソード材料８０２として使用される。電池８００は、アノード８０４側とカソード８０２側の間でＬｉイオン８０８を移送するＬｉイオン透過性セパレータ８０６によって隔てられたリチウム金属アノード８０４とＮｉＯＯＨカソード８０２を備える。リチウム／ＮｉＯＯＨ電池８００は、初めの組み立ての後、電気化学反応：
アノード側：Ｌｉ＝Ｌｉ＋＋ｅ−；
カソード側：ＮｉＯＯＨ＋Ｈ２Ｏ＋ｅ−＝Ｎｉ（ＯＨ）２＋ＯＨ−；
全体の反応：Ｌｉ＋ＮｉＯＯＨ＋Ｈ２Ｏ＝Ｎｉ（ＯＨ）２＋ＬｉＯＨ
によって放電させる必要がある。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
図９は、カソードスラリを有するフロースルー型電池を描いた部分断面略ブロック図である。ひとたび電池８００のＮｉＯＯＨが、組み立て時に電流コレクタ上に添加されると、電池容量が固定される。電池容量をさらに増加させるために、図９のフロースルー型電池９００はスラリカソード液９０２としてＮｉＯＯＨを形成し、このＮｉＯＯＨをカソード電流コレクタ９０４内に供給してリチウムアノード８０４の高い容量に適合させることができる。Ｃａｒｔｅｒ及びＣｈｉａｎｇ（特許文献２、ウィリアム（Ｗｉｌｌｉａｍ）  Ｃ．カーター（Ｃａｒｔｅｒ）、イェット・ミン・チャン（Ｙｅｔ−Ｍｉｎｇ  Ｃｈｉａｎｇ）、「高エネルギー密度のレドックスフロー装置（Ｈｉｇｈ  ｅｎｅｒｇｙ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｒｅｄｏｘ  ｆｌｏｗ  ｄｅｖｉｃｅ）」、背景技術の節を参照されたい）は、電池内の電極材料としての流動性スラリの使用を開示した。しかし、ＬｉＣｏＯ２スラリカソード液を用いた彼らの電池は、２Ｖと４．５Ｖの間で、ＬｉＣｏＯ２分子へ／からの０．３６Ｌｉイオンの可逆的な挿入／引出しを示したが、これは９９ｍＡｈ／ｇの容量に相当し、ＮｉＯＯＨの容量２６１ｍＡｈ／ｇより遥かに小さい。フロースルー型Ｌｉ／ＮｉＯＯＨ電池９００は、リチウムアノード８０４、及び、Ｌｉイオン透過性膜のカソードコンパートメントセパレータ又はＬｉイオン伝導性固体電解質８０６、で構成される。放電中、ＮｉＯＯＨはＮｉ（ＯＨ）２に還元される。機械的に充電される（カソードスラリが貯蔵槽からの酸化スラリで補給される）場合、電池９００は電力を発生し続けることができる。同様に、アノードコンパートメントもまた、アノードを交換するために容易に分解して機械的充電を実現することができる。幾つかの態様において、電流コレクタ９０４は付加的に、スラリを収容するコンパートメントの壁で構成することができる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
ステップ１１０２は、第１アルカリ金属アノード、アノード液、第１アルカリ金属イオン透過性セパレータ、及び酸化成分を含むカソードを有する充電状態の電池を形成する。酸化成分はオキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、酸化マンガン（ＩＶ）（Ｍｎ（４＋）Ｏ２）、又は水酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３）とすることができる。この電池はさらに、第１アルカリ金属水酸化物を含むカソード液を備える。一態様において、カソード及びカソード液はカソードスラリである。ステップ１１０４は、カソード内の酸化成分及びアノードにおける還元された第１アルカリ金属の量に対応する、第１の電池容量を創出する。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
一態様において、ステップ１１０２は、ＮｉＯＯＨカソード、及び還元された第１アルカリ金属（Ｘ）アノードを有し、Ｘがリチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、又はカリウム（Ｋ）である、充電状態の電池を形成する。次にステップ１００６は、以下の反応：
アノード：Ｘ＝Ｘ＋＋ｅ−  及び、
カソード：ＮｉＯＯＨ＋Ｈ２Ｏ＋ｅ−＝Ｎｉ（ＯＨ）２＋ＯＨ−
を行うことによって電池を放電させる。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
別の態様において、ステップ１１０２は、Ｍｎ（４＋）Ｏ２カソード、及び還元された第１アルカリ金属（Ｘ）アノードを有し、ＸがＬｉ、Ｎａ、又はＫである、充電状態の電池を形成する。次にステップ１１０６において電池を放電させるステップは、以下の反応：
アノード：Ｘ＝Ｘ＋＋ｅ−  及び、
カソード：Ｍｎ（４＋）Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋ｅ−  →  Ｍｎ（３＋）ＯＯＨ＋ＯＨ−
を実行するステップを含む。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
さらに別の態様において、ステップ１１０２は、Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３カソード、及び還元された第１アルカリ金属（Ｘ）アノードを有し、ＸがＬｉ、Ｎａ、又はＫである、充電状態の電池を形成する。次にステップ１１０６において電池を放電させるステップは、以下の反応：
アノード：Ｘ＝Ｘ＋＋ｅ−  及び、
カソード：Ｆｅ（３＋）（ＯＨ）３＋ｅ−  →  Ｆｅ（２＋）（ＯＨ）２＋ＯＨ−
を実行するステップを含む。
【国際調査報告】
2016539473.tif 000018
2016539473.tif 000019