(57)【要約】界面過程の刺激および強化（ＳＩＩＰ）を通して電力貯蔵デバイスを制御するためのシステムおよび方法を提供する。信号発生器は、充電および放電状態中に、バッテリ端子または他の反応容器にわたって低電圧正弦波ＡＣ信号を提供することができる。例えば、バッテリ／反応容器は、Ｌｉイオン設計およびＮｉＭＨ設計のもの、燃料電池、Ｚｎ−Ｏ電池、または充電式バッテリの特徴を有する他のデバイスであり得る。信号発生器の出力（すなわち、電圧、波の種類、および周波数）は、バッテリパラメータ（例えば、内部抵抗、出力電力、温度）に基づいて制御することができる。バッテリの内部抵抗を低減することができ、放電時間を増加させることができる。界面過程を刺激するように、弾性波も、バッテリ／反応容器に提供することができる。信号発生器は、バッテリと共にパッケージされ、バッテリによって電力供給することができる集積回路であり得る。
2012511239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学デバイスを放電させる時間を延長するための装置であって、
電気化学デバイスと、
該電気化学デバイスに接続されている電気負荷と、
該電気化学デバイスの少なくとも１つの端子に接続され、該少なくとも１つの端子に電磁入力を提供するように構成されている信号発生器と
を備えている、装置。
【請求項２】
前記電気化学デバイスは、ＮｉＭＨ電気化学電池である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電気化学デバイスは、少なくとも１つのリチウムアノードを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記電気化学デバイスは、燃料電池である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記信号発生器は、前記少なくとも１つの端子に周期波形を提供する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記信号発生器に動作可能に連結され、前記電気化学デバイスに弾性波を伝送するように構成されている少なくとも１つの音響トランスデューサを備え、該信号発生器は、該少なくとも１つの音響トランスデューサに電磁入力を提供するようにさらに構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記信号発生器は、電気化学デバイスおよび前記少なくとも１つの音響トランスデューサに電磁信号を同時に提供するように構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
反応容器に界面過程の刺激および強化を提供するためのシステムであって、
該反応容器に動作可能に連結されている入力デバイスと、
電磁信号発生器と、
該電磁信号発生器に動作可能に連結され、該反応容器に近接して配置されている少なくとも１つの電極と、
メモリデバイスと、
プロセッサであって、
該入力デバイスを介して該反応容器に関する情報を受信することと、
該情報に基づいて制御信号を計算することと、
該電磁信号発生器に該制御信号を出力するように命令することと
を行うようにプログラムされているプロセッサと
を備えている、システム。
【請求項９】
前記反応容器は、電解質を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記入力デバイスは、前記電解質と接触して配置されているトランスデューサである、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記反応容器に動作可能に連結されている複数の入力デバイスを備え、前記プロセッサは、該入力デバイスのそれぞれに対して該反応容器に関する情報を受信し、該入力デバイスのうちの少なくとも１つから受信した該情報に基づき、制御信号を計算するようにプログラムされている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記電磁信号発生器に動作可能に連結され、前記反応容器に近接して配置されている、少なくとも１つの音響トランスデューサを備えている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記制御信号は、周期波形である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
前記制御信号は、インパルス信号である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの電極は、前記電解質と接触している、請求項９に記載のシステム。
【請求項１６】
コンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ可読媒体であって、該コンピュータ実行可能命令は、
バッテリの性能に関連する少なくとも１つのパラメータの値を検出することと、
該少なくとも１つのパラメータの値に基づき、界面刺激制御解を計算することと、
該バッテリに供給される少なくとも１つの界面刺激制御変数を調整することと
を含む方法を実行する、
コンピュータ可読媒体。
【請求項１７】
前記バッテリの性能に関連する１つのパラメータは、内部抵抗、出力電流、出力電圧、およびバッテリ温度から成る群より選択される、請求項１６に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項１８】
前記１つの界面刺激制御変数は、周波数、振幅、パルス当たりの電力、電磁パルスの波形率、および位相角から成る群より選択される、請求項１６に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの界面刺激制御変数は、突発的な所定の強度、周波数分布、および継続時間において調整される、請求項１６に記載のコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、米国仮出願第６１／１２０，４７８号（２００８年１２月７日出願）の利益を主張する。該出願の全体が参照により本明細書に引用される。
【背景技術】
【０００２】
電力貯蔵デバイスは、デバイスの性能および耐用期間を改善するように、電力を充電し、放電する単純な機能を果たす、制御を採用することができる。電動自動車への動きならびに携帯電話および携帯型データデバイス（すなわち、音楽再生器、ＰＮＤ、ノートブックコンピュータ）等の携帯型コンピューティング技術への採択の観点から、バッテリの効率を改善することは、特に重要である。したがって、既存の電力貯蔵技術の性能を拡張するための解決策を提供する必要性が存在する。
【０００３】
電気化学エネルギー貯蔵デバイス（すなわち、バッテリ、燃料電池、および燃料の化学エネルギーを電気エネルギーに変換するための他のそのようなデバイス）では、デバイスの全体的性能は、電子移動反応が起こる部位へ、またはそれからの質量輸送に依存し得る。一般に、質量輸送は、放電の分極、メモリ効果、およびヒステリシス効果等の効果によって阻害され得る。これらの影響のいずれ、またはこれらの効果のいずれの組み合わせにおける改善は、電力貯蔵デバイス内の質量輸送を改善することができ、したがって、電力貯蔵デバイスの性能を改善する。
【０００４】
多くの触媒反応において、反応の速度は、界面に近接して生じる過程によって決定することができることが確立されている。これらの過程は、触媒反応が生じる前または生じた後のいずれかで起こり得る。例えば、触媒部位から離れる反応種の拡散速度の増加は、触媒過程の全体速度を増加させることができる。これらの界面過程は、化学反応器、ガスマスク、および任意の他の同様のデバイスにとって有利であり得ることが一般的に知られている。
【０００５】
界面過程の導入を、電力貯蔵デバイスに拡張することができる。以下に記載されるように、高速電子またはイオン輸送を介して、界面触媒部位を形成または破壊することが可能である。したがって、そのような界面過程の制御は、電気化学エネルギー貯蔵デバイス内の質量輸送に影響を及ぼし、デバイスの性能の改善をもたらすことができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一般に、ある局面において、本発明は、電気化学デバイスと、電気化学デバイスに接続される電気負荷と、電気化学デバイスの少なくとも１つの端子に接続され、少なくとも１つの端子に電磁入力を提供するように構成されている、信号発生器とを含む、電気化学デバイスを放電させる時間を延長するための装置を提供する。
【０００７】
本発明の実装は、以下のうちの１つ以上を含み得る。電気化学デバイスは、ＮｉＭＨ電気化学電池であり得る。電気化学デバイスは、少なくとも１つのリチウムアノードを含むことができる。電気化学デバイスは、燃料電池であり得る。信号発生器は、少なくとも１つの端子に周期（例えば、１ｍＨｚ〜１ＧＨｚ）波形を提供することができる。信号発生器は、可変波形を提供することができる。音響トランスデューサは、信号発生器に電気的／機械的に（例えば、動作可能に）連結することができ、電気化学デバイスに弾性波を伝送するように構成することができる。信号発生器は、少なくとも１つの音響トランスデューサに電磁入力を提供するように構成することができる。信号発生器は、電気化学デバイスおよび少なくとも１つの音響トランスデューサに電磁信号を同時に提供するように構成することができる。
【０００８】
一般に、別の局面において、本発明は、界面過程の刺激および強化を反応容器に提供するためのシステムであり得る。システムは、反応容器に接続される入力デバイスと、電磁信号発生器と、電磁信号発生器に接続され、反応容器の近くに位置する（または接触している）電極と、メモリデバイスと、入力デバイスを介して反応容器に関する情報を受信し、情報に基づき、制御信号を計算し、電磁信号発生器に制御信号を出力するよう命令するようにプログラムされるプロセッサとを含むことができる。
【０００９】
本発明の実装は、以下のうちの１つ以上を含み得る。反応容器は、電解質を含むことができる。入力デバイスは、電解質と接触して定置されるトランスデューサであり得る。２つ以上の入力デバイスを反応容器に接続することができ、プロセッサは、入力デバイスのそれぞれに対して反応容器に関する情報を受信し、次いで、入力デバイスのうちの少なくとも１つから受信した情報に基づき、制御信号を計算するようにプログラムすることができる。少なくとも１つの音響トランスデューサを、電磁信号発生器に接続することができ、反応容器上またはその近くに位置付けることができる。制御信号は、周期波形および／またはインパルス信号であり得る。電極は、電解質と接触し得る。
【００１０】
一般に、別の局面において、本発明は、バッテリの性能に関連付けられる、少なくとも１つのパラメータの値を検出することと、少なくとも１つのパラメータの値に基づき、界面刺激制御解を計算することと、バッテリに供給される、少なくとも１つの界面刺激制御変数を調整することとを含む方法を実施するためのコンピュータ実行可能命令を有する、コンピュータ可読媒体を提供する。
【００１１】
本発明の実装は、以下のうちの１つ以上を含み得る。バッテリの性能に関連付けられる、１つのパラメータは、内部抵抗、出力電流、出力電圧、および／またはバッテリ温度であり得る。１つの界面刺激制御変数は、周波数、振幅、パルス当たりの電力、電磁パルスの波形率、および／または位相角であり得る。少なくとも１つの界面刺激制御変数を、突発的な所定の強度、周波数分布、および継続時間において調整することができる。
【００１２】
本発明の実装によると、以下の能力のうちの１つ以上が提供され得る。電力貯蔵デバイス（例えば、バッテリ、燃料電池、化学反応器）のための制御を形成することができる。電力貯蔵デバイスを特徴付ける性能指数（例えば、産出量、電荷の利用可能性、安定性、信頼性）を改善することができる。貯蔵デバイスの出力電力を増加させることができる。電力貯蔵デバイスの定常状態出力の継続時間を増加させることができる。電力貯蔵デバイスを充電するのに必要とされる時間を短縮することができる。充電および放電中の電力貯蔵デバイスの温度を制御することができる。バッテリ発火の危険性を低減することができる。本発明のこれらおよび他の能力は、本発明自体と共に、以下の図面、詳細な説明、および特許請求の範囲を検討した後、より完全に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、界面刺激および強化を伴うバッテリの例示的な回路である。
【図２】図２は、界面刺激を伴う、および伴わない、時間の関数としてのＬｉイオンバッテリのＤＣ電圧出力のグラフである。
【図３】図３は、界面過程の刺激および強化（ＳＩＩＰ）を伴う、ならびに伴わない、様々な消耗段階でのＬｉイオンバッテリおよびＮｉＭＨバッテリの内部抵抗のグラフである。
【図４】図４は、非接触界面刺激および強化のためのシステムのブロック図である。
【図５】図５は、界面刺激および強化を伴う、三電極システムのブロック図である。
【図６】図６は、界面刺激および強化を伴う、四電極システムのブロック図である。
【図７】図７は、界面刺激および強化制御システムの例示的なフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態は、界面過程の刺激および強化（ＳＩＩＰ）を通して電力貯蔵デバイスを制御するための技術を提供する。制限としてではなく、実施例として、充電および放電状態中に、バッテリ端子にわたって低電圧（例えば、５０ｍＶ）正弦波ＡＣ信号（例えば、６０Ｈｚ）を入力することができる。バッテリは、Ｌｉイオン設計およびＮｉＭＨ設計のものであり得る。また、バッテリは、燃料電池、Ｚｎ−Ｏ電池、または充電式バッテリの特徴を有する他のデバイスであり得る。電圧、波の種類、および周波数は、バッテリパラメータ（例えば、内部抵抗、出力電力、温度）に基づいて制御することができる。寄生インバータは、ＡＣ信号を生成するために、バッテリから電力を受信することができる。ＡＣ信号発生器は、バッテリと共にパッケージされる、集積回路であり得る。これらの技術は、例示ではあるが、しかしながら、本開示に従う他の実現が可能であるように、本発明の制限ではない。
【００１５】
界面過程の刺激および強化（ＳＩＩＰ）は、バッテリ、燃料電池、亜鉛−空気電池、および化学反応器のようなデバイスの性能の改善をもたらす、一連の過程である。外部物理作用の効果を介した質量および電荷移動ステップの強化は、電磁波および弾性波の協調作用によって分子レベルで発揮され、各種の物理作用は、電気またはＲＦ信号発生器等の適切な装置によって伝達され、波の影響は、デバイスの物理特性の評価を通して監視される。一般に、電荷移動ステップに先行する、または後続する拡散過程の強化は、電力貯蔵デバイスの性能における界面分極の効果の低減をもたらすことができる。さらに、電荷移動部位の濃度の増加は、ステップの動力学に関連付けられる分極効果の低減、ならびに電力貯蔵デバイスの他の特性（例えば、充電速度、劣化特性）の改善をもたらすことができる。
【００１６】
実施形態では、電磁波の効果の影響を受けやすい界面の物理的構造は、システムが、反応に関与する流体が自由に流れることを可能にするように、開放孔を伴う構造を含むことができる。例として、鉛−酸バッテリでは、関心イオン種の電極へ、および電極からの拡散を最大にするように、電極の構造を設計することができる。この考えは、任意の他の同様のシステム（他の種類のバッテリおよび燃料電池）の動作にも拡張することができる。さらに、触媒反応器におけるＳＩＩＰでは、ＡＣ電流の一時的通過さえ、バッテリまたは燃料電池内の帯電界面で生じる効果と同様の効果を決定するため、触媒層（単数または複数）は、電極としての機能を果たすことができる。
【００１７】
実施形態では、電磁波の効果の影響を受けやすい界面の物理的構造は、電気伝導率の観点から、システム内に、少なくとも２つの種類の相を含むことができる。１つの相が金属伝導体（例えば、電極）であり、もう一方がイオン伝導体（例えば、電解質）である状況によって、極限状況が説明される。相組成が連続的に変化する層とは対照的に、材料の相互溶解性が界面の形成を可能にするのに十分に低い、異なる伝導率を伴う２つの異なる材料間の界面でのＳＩＩＰ効果を達成することができる、多くの他の状況が存在する。一般に、ＳＩＩＰ効果は、混合伝導（イオンおよび電子）を伴う、少なくとも１つの相の存在によって高まるように思われる。
【００１８】
実施形態では、電磁波の効果の影響を受けやすい界面の物理的構造は、相の機械的コヒーレンスが、高速温度変化、温度勾配、システムを通過する流体の流れにおける高速変動の影響、ならびにシステムを通って伝播する機械的振動（例えば、音波）の影響下で、物理的完全性を維持するのに十分である、システムを含むことができる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、高い電気もしくは磁気感受性を伴う、アンテナまたはサセプタとしての機能を果たす、材料の粒子、ワイヤ、あるいはシートのシステムを相に含むことによって、ＳＩＩＰ効果をさらに促進することができる。同様に、渦巻状場の印加は、界面での配向堆積を促進する、定在渦をもたらすことができる。一般に、弾性（例えば、音）波の印加は、全質量および電荷移動反応の拡散成分を強化することができる。実施例では、考慮下の特定の過程のために最適化された強度を伴う、電波の周波数の関数である周波数で、電波と同相の弾性波を同時に印加しながら、対称または非対称の電波を電力貯蔵デバイスに伝送することができる。ゼロから１８０度の範囲の他の位相角差を使用することができる。位相角差の値は、ＳＩＩＰを受ける電力貯蔵デバイスの性能の標的性能指数の関数として決定することができる。
【００２０】
実施形態では、電磁波を、突発的または継続的に印加することができる。これらの波の周波数範囲は、概して、ＳＩＩＰを受けるシステムの特定の特性に依存し、長波およびマイクロ波を特徴付ける周波数範囲の間に位置付けることができる。特定の用途のためのＳＩＰ過程の最適化において、定在波の効果、マイクロ波放射に伴う表皮効果、電磁波によって決定される分子レベルでの効果と弾性波によって決定される分子レベルでの効果との間の相互作用の効果が考慮され得る。
【００２１】
実施形態では、システムにおけるＳＩＩＰの効果のリアルタイム評価は、システムの複素誘電率またはそれから導かれる量（実数、虚数、絶対値、位相角等）の測定を介して行うことができる。電磁波および音波の印加が、強化される過程に関連する性能指数（例えば、反応速度、バッテリの充電速度、バッテリ温度、出力電圧）のマトリックスに対して適用されるフィールドを表現するパラメータのマトリックスの較正を考慮する場合に、ＳＩＩＰ状態下でのシステムの最適動作が生じ得る。電磁波および弾性波の信号発生器としての役割を果たす電子ユニットは、システムの物理特性リアルタイム測定（例えば、複素誘電率であり、それを印加された電磁波および弾性波の周波数、強度、相（位相角差）、ならびにバースト継続時間と相関させる）に基づき、フィードバック能力を提供され得る。
【００２２】
制限としてではなく、実施例としてのみ、以下に記載されるような、２つ、３つ、４つ、および５つの電極を伴う非接触ＳＩＩＰおよび設備中のＳＩＩＰが考えられ得る。より多くの電極を採用するシステムも考えられる。
【００２３】
図１を参照すると、ＳＩＩＰを実装するための回路１０が示されている。回路１０は、バッテリ１２と、ＤＣ電圧計（例えば、Ｆｌｕｋｅ２８９マルチメータ）１４と、ＡＣ電圧計１６（例えば、Ｆｌｕｋｅ２８４  Ｔｒｕｅ  ＲＭＳマルチメータ）と、電気負荷１８と、可変抵抗器２０と、コンデンサ２２と、ＡＣ電源（例えば、グリッドに接続される変成器）とを含む。制限としてではなく、実施例としてのみ、実施形態では、バッテリ１２は、Ｌｉイオンバッテリ（すなわち、約１７８０ｍＡｈの容量を伴う、Ｋｏｄａｋ  ＫＬＩＣ−８０００）である。
【００２４】
図１をさらに参照して、図２を参照すると、バッテリ１２からの電圧出力の例示的なグラフ３０が示されている。グラフ３０は、ＤＣメータ２４によって測定されるバッテリ１２でのＤＣ電圧を表すｙ軸３２と、時間（すなわち、分単位の）を表すｘ軸３４と、ＡＣ電源２４によってＳＩＩＰが提供されていないバッテリ１２の出力に基づく第１のデータセット３６と、ＡＣ電源２４によってＳＩＩＰが提供されているバッテリ１２の出力に基づく第２のデータセット３８と、ＳＩＩＰを伴うバッテリ１２の性能改善を表す時間区分３９とを含む。時間区分３９は、ＳＩＩＰが適用される時のバッテリ１２を放電する時間の延長を表す。５０ｍＶの正弦波信号を５０Ｈｚで供給するＡＣ源２４を伴う、Ｌｉイオンバッテリを用いた実験は、総放電時間の５％〜２０％の範囲の時間的改善３９を示した。他のＡＣ源２４のパラメータが使用され得（例えば、１ｍＨｚ〜１ＧＨｚ（電磁波）の周波数範囲での１μＶ〜１００ｍＶの間の電圧であり、波形は、正弦波、方形波、三角波、非対称波形、白色雑音、インパルス、およびこれらの組み合わせを含むことができる）、これらの結果は、例示に過ぎず、制限ではない。実施形態では、１ｍＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲の弾性波をバッテリ１２に印加することができる。
【００２５】
図３を参照すると、ＳＩＩＰを伴う、および伴わない、Ｌｉイオンバッテリの内部抵抗のグラフ４０、ならびにＳＩＩＰを伴う、および伴わない、ＮｉＭＨバッテリの内部抵抗のグラフ４２が示されている。約２０００ｍＡｈの出力を伴う、Ｋｏｄａｋ  ＫＬＩＣ−８０００Ｌｉイオンバッテリ、およびＥｎｅｒｇｉｚｅｒ（登録商標）ＡＡ  ＮｉＭＨバッテリで、実験が実施された。グラフ４０、４２のそれぞれに描写されるように、バッテリの内部抵抗（ｍオーム）は、バッテリ内に残存する電荷の百分率（すなわち、１００、７５、５０、２５）に対してプロットされる。バッテリのそれぞれは、上述されるように、ＳＩＩＰを適用して、および適用せずに試験された（例えば、５０Ｈｚで５０ｍＶ）。いずれの場合でも、ＳＩＩＰが適用される際に、内部抵抗は減少した。内部抵抗の減少は、当該技術分野において既知であるように、バッテリ性能の改善（例えば、より高いパルス電流、改善された通話時間）をもたらす。
【００２６】
図４を参照すると、非接触界面刺激および強化のためのシステム５０のブロック図が示されている。システム５０は、例示に過ぎず、制限ではない。システム５０は、ＳＩＩＰ信号発生器およびデータ処理ユニット５２と、２つの電極５４ａ、５４ｂと、２つの絶縁体５６ａ、５６ｂと、２つの音響トランスデューサ５８ａ、５８ｂと、反応器封入体６０とを含む。ＳＩＩＰ信号発生器５２は、電極５４ａ、５４ｂ、および音響トランスデューサ５８ａ、５８ｂに動作可能に接続される。ＳＩＩＰ信号発生器５２は、プロセッサと、メモリと、コンピュータ可読命令を受信／送信するための入力／出力ポートとを含むことができる。一般に、ＳＩＩＰ信号発生器では、処理命令は、従来のハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュＲＯＭ、非揮発性ＲＯＭ、およびＲＡＭ等のコンピュータ可読媒体内のコンピュータ可読メモリ内に記憶することができる。実施形態では、ＳＩＩＰ信号発生器は、電力貯蔵デバイスと共にパッケージされる、集積回路である。開示に係る他の実装が可能であるというように、このシステムは、例示ではあるが、しかしながら、本発明の制限ではない。ＳＩＩＰ信号発生器５２は、システムパラメータを受信し、界面刺激制御解を計算し、電極５４ａ、５４ｂおよび音響トランスデューサ５８ａ、５８ｂに伝送される可変信号を生成することができる。
【００２７】
一般に、電極５４ａ、５４ｂは、アンテナとして機能し、反応器封入体６０に電磁エネルギーを放射するように構成されているワイヤおよび／または伝導性シートから成ってもよい。音響トランスデューサ５８ａ、５８ｂは、ＳＩＩＰ信号発生器５２から制御信号を受信し、反応器封入体６０内の音響場を伝送するように構成されている。絶縁体５６ａ、５６ｂは、トランスデューサ５８ａ、５８ｂを電極５４ａ、５４ｂから分離するように構成されている。
【００２８】
実施形態では、反応器封入体６０は、ＳＩＩＰの影響を受けやすい界面（例えば、上述された、電磁波の効果の影響を受けやすい界面の物理的構造）を形成するための条件を満たす、材料の多孔質混合物で充填することができる。これには、例えば、ＳＩＩＰがその中で触媒過程に影響を及ぼすことができる、流動床反応器を含むことができる。
【００２９】
図４の非接触実施形態は、二電極バッテリ構成に拡張することができる。この実施形態では、ＳＩＩＰ発生器は、同一の機能構成要素を有し、電極がバッテリ内の電解質と接触しているという違いを有し、音響トランスデューサは、バッテリのケーシングの外に定置され得る。反応器封入体６０は、バッテリの電解質である。この実施形態は、既存のバッテリ設備を改造するのに特に好適である。
【００３０】
図１および図４をさらに参照して、図５を参照すると、界面刺激および強化を伴う、三電極システム７０のブロック図が示されている。システム７０は、ＳＩＩＰ信号発生器およびデータ処理ユニット５２と、２つの音響トランスデューサ７２ａ、７２ｂと、２つの絶縁体７４ａ、７４ｂと、２つの電極７６、７７と、外部電気負荷７８と、電解質８０と、電解質８０内に配置される参照電極８２とを含む。ＳＩＩＰ信号発生器５２は、電極７７、７６、８２、および音響トランスデューサ７２ａ、７２ｂに動作可能に接続される。電極７６、７７は、電解質８０と接触して配置される。電極８２は、電解質８０内に配置される。外部電気負荷７８は、電極７６、７７に動作可能に連結される。
【００３１】
動作中、実施形態では、ＳＩＩＰ信号発生器およびデータ処理ユニット５２はさらに、参照電極８２から情報を受信し、処理するように構成されている。一般に、参照電極８２は、出力電圧に関する基準となる、安定した電圧測定を提供することができる。実施形態では、参照電極８２は、それが暴露される状況下で化学的に安定な電子伝導体から作製することができる。例えば、化学気相堆積（別の薄層堆積技術）によって、出力電極７６、７７から電気的に絶縁されている領域内の電解質上に堆積された金の薄層である。この電解質は、バッテリの動作の温度範囲内で適切な熱安定性を有する化学的に好適な材料であり得る。そのような電解質の例は、その製造業者（ＤｕＰｏｎｔ）によると、最高で約１７５℃まで熱的に安定な陽子伝導体である、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）である。電解質８０は、電解材料がそれを通って流れることができる反応容器として構成することができるので、静止コンテナ（例えば、燃料電池、バッテリ）に制限される必要はない。例えば、ＳＩＩＰは、浄水、濾過過程、および他の化学（例えば、触媒）システムにおいて実装することができる。
【００３２】
図１、図４、および図５をさらに参照して、図６を参照すると、界面刺激および強化を伴う、四電極システム９０のブロック図が示されている。システム９０は、ＳＩＩＰ信号発生器およびデータ処理ユニット５２と、２つの音響トランスデューサ７２ａ、７２ｂと、２つの絶縁体７４ａ、７４ｂと、２つの電極７６、７７と、外部電気負荷７８と、電解質８０と、電解質８０内に配置される２つの参照電極８２、８４とを含む。ＳＩＩＰ信号発生器５２は、電極７７、７６、８２、８４、および音響トランスデューサ７２ａ、７２ｂに動作可能に連結される。電極７６、７７は、電解質８０と接触して定置される。電極８２、８４は、電解質８０内に配置される。
【００３３】
動作中、実施形態では、ＳＩＩＰ信号発生器およびデータ処理ユニット５２はさらに、参照電極８２、８４から情報を受信し、処理するように構成されている。追加電極８４は、ＳＩＩＰデータ処理ユニット５２に電解質８０の状態に関する追加入力を提供することができる。電解質８０内または対応する反応容器内に配置される電極８２、８４の数は、例示に過ぎず、制限ではない。システムは、特定のバッテリまたは反応容器構成が必要とする追加電極（すなわち、５つ、６つ、７つ、８つ）を含むことができる。
【００３４】
動作中、図１、図４、図５、および図６をさらに参照して、図７を参照すると、開示されるシステム５０、７０、９０のうちの少なくとも１つを使用して、界面刺激および強化を実装するための過程１００は、示される段階を含む。しかしながら、過程１００は、例示に過ぎず、制限ではない。過程１００は、例えば、段階を追加する、削除する、または並べ替えることによって、変更され得る。
【００３５】
段階１０２で、バッテリパラメータを検出することができる。実施形態では、電解材料８０内に配置される電極８２、８４は、溶液８０中の電気化学的性質（例えば、内部抵抗、電流、電圧、相、インピーダンス、任意のこれらの変数の時間変化の一次導関数、およびこれらの組み合わせ）を検出し、ＳＩＩＰプロセッサ５２に入力を提供することができる。また、出力電圧およびバッテリ温度等の他のパラメータも決定することができる。バッテリパラメータは、バッテリがその一部であるシステムに拡張することができる。例えば、バッテリパラメータは、現在の通話時間、再充電からの時間、バッテリが交換されてからの時間等のシステム情報を含むことができる。これらのパラメータのそれぞれは、ＳＩＩＰプロセッサ５２に入力を提供することができる。
【００３６】
段階１０４で、ＳＩＩＰ制御解を計算することができる。実施形態では、電極５４ａ、５４ｂ、７６、７７から発される電磁信号の周波数および振幅を増加または減少させることができる。実施形態では、音響トランスデューサ５８ａ、５８ｂ、７２ａ、７２ｂから発される音響信号の周波数および振幅を増加または減少させることができる。電解質８０の性質に基づき、電磁および／または音響入力における他の組み合わせならびに変形を使用することができる。
【００３７】
段階１０６で、ＳＩＩＰ制御変数を調整することができる。ＳＩＩＰプロセッサ５２は、電気および音響トランスデューサに入力信号を提供するように構成されている。例えば、ＳＩＩＰプロセッサ５２は、ＮｉＭＨバッテリの端子にわたって低電圧正弦波信号を提供することができる。実施形態では、周波数、振幅、パルス当たりの電力、電磁パルスの波形率、および／または波の位相角関係を調整することができる。調整の影響は、段階１０２での検出過程を介した閉鎖ループ制御において監視することができる。
【００３８】
他の実施形態は、本発明の範囲および趣旨内である。例えば、ソフトウェアの性質により、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、配線、または任意のこれらの組み合わせを使用して、上述される機能を実装することができる。また、機能を実装する特徴も、機能の部分が異なる物理的な位置で実装されるように分散されていることを含む、様々な位置に物理的に位置してもよい。
【００３９】
ＳＩＩＰは、触媒部位の濃度の増加を介して、触媒過程の速度を増加させるために、既存の触媒流動床反応器で利用することができる。例えば、非接触システム５０は、石炭および他の硫黄含有材料の処理で使用することができる。
【００４０】
一般に、流動床反応器の場合、反応器を含む筐体に、外部電磁場を印加することができる。触媒のサセプタ材料との混合物は、筐体の内部に定置することができる中実支持体の粒上にコーティングすることができる。反応流体の電流は、外部電磁場が触媒を活性化している間、反応器を通過することができる。いくつかの実施形態では、電磁場の作用を、筐体に伝送される弾性波（例えば、音響波）の作用と合わせることができる。
【００４１】
多くの堆積過程の速度は、関心界面への関連荷電種（例えば、イオン）または他の分子種の供給速度、ならびにこれらの種の自己集合速度に依存し得る。この供給速度は、界面を通過する電流の量および方向の強関数である。一般に、界面を横断する電流の形状、継続時間、および強度が、特定の形状および周波数の弾性波の印加と合わせて、テンプレートポリマー鎖または他の種類のテンプレート（例として、結晶）の堆積をもたらすものである場合、電流および弾性波の特性は、堆積の産出を最大化するように選択することができる。このＳＩＩＰの適用は、多くの濾過システムで使用することができる。
【００４２】
これらの実施例は、例証するだけのために与えられており、制限であることは意図されない。これらの実施例に共通するのは、触媒反応、電気化学反応、ならびに濾過等の工学において重要な他の過程の最も重要なステップのうちのいくつかの刺激および強化をもたらす外部作用の実装である。触媒システム（化学反応器、触媒コンバータ）、燃料電池、濾過デバイス（水の濾過、ガス処理デバイス、触媒フィルタ、ガスマスク）の異なる実施形態は、本明細書に記載されるＳＩＩＰの実施形態から利益を得ることができる。
【００４３】
さらに、上記の説明は、本発明に言及するが、説明は、２つ以上の発明を含み得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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