(57)【要約】本開示は、アノードと、カソードと、固体金属ポリマー／ガラス電解質とを含む熱エネルギー式電気化学セルを提供する。固体金属ポリマー／ガラス電解質は、全固体金属ポリマー／ガラス電解質重量と比較して、重量比で１％〜５０％の金属ポリマーと、全固体金属ポリマー／ガラス電解質重量と比較して、重量比で５０％〜９０％の固体ガラス電解質とを含む。固体ガラス電解質は、作業カチオンと、電気双極子とを含む。熱エネルギー式電気化学セルは、太陽熱、廃熱、および体熱を含む種々の源から熱を捕捉するために使用され得る。熱エネルギー式電気化学セルは、大面積の薄いセルにおいて製作され得る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱エネルギー式電気化学セルであって、前記熱エネルギー式電気化学セルは、
アノードと、
カソードと、
固体金属ポリマー／ガラス電解質と
を備え、
前記固体金属ポリマー／ガラス電解質は、
全固体金属ポリマー／ガラス電解質重量と比較して、重量比で１％〜５０％の金属ポリマーと、
前記全固体金属ポリマー／ガラス電解質重量と比較して、重量比で５０％〜９０％の固体ガラス電解質と
を備え、
前記固体ガラス電解質は、
作業カチオンと、
電気双極子と
を備えている、熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項２】
前記熱エネルギー式電気化学セルは、所与の温度において、または所与の温度範囲内において、同一のアノードと、同一のカソードと、前記固体ガラス電解質とを有するが、前記金属ポリマーを欠いている電気化学セルの少なくとも８５％の電力（Ｐｄｉｓ）を供給する、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項３】
前記熱エネルギー式電気化学セルは、所与の温度において、または所与の温度範囲内において、同一のアノードと、同一のカソードと、前記固体ガラス電解質とを有するが、前記金属ポリマーを欠いている電気化学セルの少なくとも１２５％の電力（Ｐｄｉｓ）を供給する、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項４】
前記熱エネルギー式電気化学セルは、１２０ＧＰａ／ｍｍ２より小さいヤング率を有する、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項５】
前記固体金属ポリマー／ガラス電解質は、１２０ＧＰａ／ｍｍ２より小さいヤング率を有する、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項６】
前記熱エネルギー式電気化学セルは、少なくとも１ｍ２の最大外部表面の表面積を有する、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項７】
前記固体金属ポリマー／ガラス電解質は、２５℃における前記固体ガラス電解質のイオン伝導率の少なくとも２５％であるイオン伝導率を有する、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項８】
前記アノードは、金属箔を備えている、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項９】
前記アノードは、炭素を備えている、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項１０】
前記金属ポリマーは、金属ポリアクリル酸塩を備えている、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項１１】
前記金属ポリアクリル酸塩は、ポリアクリル酸ナトリウムを備えている、請求項１０に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項１２】
前記金属ポリマーは、金属ポリエチレングリコールを備えている、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項１３】
前記金属ポリマーにおける金属は、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、またはアルミニウム（Ａｌ）を備えている、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項１４】
前記固体金属ポリマー／ガラス電解質は、前記カソード、前記アノード、または両方に接着する、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項１５】
前記作業カチオンは、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、またはアルミニウムイオン（Ａｌ３＋）を備えている、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項１６】
前記双極子は、一般式ＡｙＸｚまたは一般式Ａｙ−１Ｘｚ−ｑを有し、Ａは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、および／またはＡｌであり、Ｘは、Ｓおよび／またはＯであり、０＜ｚ≦３であり、ｙは、一般式ＡｙＸｚの双極子の電荷中性または一般式Ａｙ−１Ｘｚ−ｑの双極子の−ｑの電荷を確実にするために十分であり、１≦ｑ≦３である、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項１７】
前記双極子は、双極子添加剤の前記固体ガラス電解質重量の最大５０重量％を備えている、請求項１６に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項１８】
前記双極子添加剤は、一般式ＡｙＸｚまたは一般式Ａｙ−１Ｘｚ−ｑを有する、化合物のうちの１つまたは組み合わせを備え、Ａは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、および／またはＡｌであり、Ｘは、Ｓ、Ｏ、Ｓｉ、および／またはＯＨであり、０＜ｚ≦３であり、ｙは、一般式ＡｙＸｚの双極子添加剤の電荷中性または一般式Ａｙ−１Ｘｚ−ｑの双極子添加剤の−ｑの電荷を確実にするために十分であり、１≦ｑ≦３である、請求項１７に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項１９】
前記カソードは、金属箔を備えている、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項２０】
前記カソードは、炭素を備えている、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項２１】
前記カソードは、金属発泡体を備えている、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項２２】
前記カソードは、金属酸化物を備えている、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項２３】
前記熱エネルギー式電気化学セルは、太陽熱によってエネルギー供給される、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項２４】
前記熱エネルギー式電気化学セルは、体熱によってエネルギー供給される、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項２５】
前記熱エネルギー式電気化学セルは、廃熱によってエネルギー供給される、請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セル。
【請求項２６】
請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セルを備えている熱エネルギー式バッテリシステム。
【請求項２７】
熱エネルギー式バッテリシステムであって、前記熱エネルギー式バッテリシステムは、
請求項１に記載の熱エネルギー式電気化学セルと、
前記熱エネルギー式電気化学セルに電気的に接続された再充電可能バッテリまたは燃料電池と
を備えている、熱エネルギー式バッテリシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱エネルギーによってエネルギー供給される固体金属ポリマー／ガラス電解質を含む電気化学セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学セルは、電解質によって分離された２つの電極、アノードおよびカソードを有する。従来的な電気化学セルでは、これらの電極における材料は、電気的および化学的の両方で活性である。アノードは、化学還元剤であり、カソードは、化学酸化剤である。アノードおよびカソードの両方は、イオン、典型的に、バッテリの作業カチオンと称される同一のイオンを獲得および損失することができる。電解質は、作業カチオンの導体であるが、通常、イオンを獲得および損失することができない。電解質は、電子絶縁体であり、それは、バッテリ内の電子の移動を可能にしない。従来的な電気化学セルでは、アノードおよびカソードの両方または少なくとも一方は、電気化学セルの循環に先立って、作業カチオンを含む。
【０００３】
電気化学セルは、電子およびイオン成分を有する２つの電極間の反応を介して動作する。電解質は、セルの内側で作業カチオンを伝導し、同様に反応に関与する電子に外部回路を通過させる。
【０００４】
バッテリは、単純な電気化学セルであり得るか、または、それは、複数の電気化学セルの組み合わせであり得る。
【０００５】
そのような電気化学セルを含む再充電可能電気化学セルおよび再充電可能バッテリは、典型的に、外部電源からの電気エネルギーを使用して充電される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、アノードと、カソードと、固体金属ポリマー／ガラス電解質とを含む熱エネルギー式電気化学セルを提供する。固体金属ポリマー／ガラス電解質は、全固体金属ポリマー／ガラス電解質重量と比較して、重量比で１％〜５０％の金属ポリマーと、全固体金属ポリマー／ガラス電解質重量と比較して、重量比で５０％〜９０％の固体ガラス電解質とを含む。固体ガラス電解質は、作業カチオンと、電気双極子とを含む。
【０００７】
以下の追加の特徴は、明確に相互排他的ではない限り、任意の組み合わせで、上記の熱エネルギー式電気化学セルと、本明細書内の任意の他の特徴と、および互いに組み合わせられ得る。
ｉ）熱エネルギー式電気化学セルは、所与の温度において、または所与の温度範囲内において、同一のアノードと、同一のカソードと、固体ガラス電解質とを有するが、金属ポリマーを欠いている電気化学セルの少なくとも８５％の電力（Ｐｄｉｓ）を供給し得る。
ｉｉ）熱エネルギー式電気化学セルは、所与の温度において、または所与の温度範囲内において、同一のアノードと、同一のカソードと、固体ガラス電解質とを有するが、金属ポリマーを欠いている電気化学セルの少なくとも１２５％の電力（Ｐｄｉｓ）を供給し得る。
ｉｉｉ）熱エネルギー式電気化学セルは、１２０ＧＰａ／ｍｍ２より小さいヤング率を有し得る。
ｉｖ）固体金属ポリマー／ガラス電解質は、１２０ＧＰａ／ｍｍ２より小さいヤング率を有し得る。
ｖ）熱エネルギー式電気化学セルは、少なくとも１ｍ２の最大外部表面の表面積を有し得る。
ｖｉ）固体金属ポリマー／ガラス電解質は、２５℃における固体ガラス電解質のイオン伝導率の少なくとも２５％であるイオン伝導率を有し得る。
ｖｉｉ）アノードは、金属箔を含み得る。
ｖｉｉｉ）アノードは、炭素を含み得る。
ｉｘ）金属ポリマーは、金属ポリアクリル酸塩を含み得る。
ｘ）金属ポリアクリル酸塩は、ポリアクリル酸ナトリウムを含み得る。
ｘｉ）金属ポリマーは、金属ポリエチレングリコールを含み得る。
ｘｉｉ）金属ポリマーにおける金属は、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、またはアルミニウム（Ａｌ）を含み得る。
ｘｉｉｉ）固体金属ポリマー／ガラス電解質は、カソード、アノード、または両方に接着し得る。
ｘｉｖ）作業カチオンは、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、またはアルミニウムイオン（Ａｌ３＋）を含み得る。
ｘｖ）双極子は、一般式ＡｙＸｚまたは一般式Ａｙ−１Ｘｚ−ｑを有し得、Ａは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、および／またはＡｌであり、Ｘは、Ｓおよび／またはＯであり、０＜ｚ≦３であり、ｙは、一般式ＡｙＸｚの双極子の電荷中性または一般式Ａｙ−１Ｘｚ−ｑの双極子の−ｑの電荷を確実にするために十分であり、１≦ｑ≦３である。
ｘｖｉ）双極子は、双極子添加剤の固体ガラス電解質重量の最大５０重量％を含み得る。
ｘｖｉｉ）双極子添加剤は、一般式ＡｙＸｚまたは一般式Ａｙ−１Ｘｚ−ｑを有する、化合物のうちの１つまたは組み合わせを含み得、Ａは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、および／またはＡｌであり、Ｘは、Ｓ、Ｏ、Ｓｉ、および／またはＯＨであり、０＜ｚ≦３であり、ｙは、一般式ＡｙＸｚの双極子添加剤の電荷中性または一般式Ａｙ−１Ｘｚ−ｑの双極子添加剤の−ｑの電荷を確実にするために十分であり、１≦ｑ≦３である。
ｘｖｉｉｉ）カソードは、金属箔を含み得る。
ｘｉｘ）カソードは、炭素を含み得る。
ｘｘ）カソードは、金属発泡体を含み得る。
ｘｘｉ）カソードは、金属酸化物を含み得る。
ｘｘｉｉ）熱エネルギー式電気化学セルは、太陽熱によってエネルギー供給され得る。
ｘｘｉｉｉ）熱エネルギー式電気化学セルは、体熱によってエネルギー供給され得る。
ｘｘｉｖ）熱エネルギー式電気化学セルは、廃熱によってエネルギー供給され得る。
【０００８】
本開示は、上記または別様に本明細書の任意の熱エネルギー式電気化学セルを含む熱エネルギー式バッテリシステムをさらに含む。
【０００９】
本開示は、上記または別様に本明細書の任意の熱エネルギー式電気化学セルと、熱エネルギー式電気化学セルに電気的に接続された再充電可能バッテリまたは燃料電池とを含む熱エネルギー式バッテリシステムも含む。
【００１０】
本発明およびその特徴ならびに利点のより完全な理解のために、ここで、付随する図面と併せて解釈される以下の説明が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本開示による、熱エネルギー式電気化学セルの概略断面図である。
【図２】図２は、ＬＥＤに給電する熱エネルギー式Ａｌ／Ｎａ＋−ガラス＋ポリマー／Ｃｕ電気化学セルの写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示は、熱エネルギー式電気化学セルおよび熱エネルギー式バッテリ、そのような熱エネルギー式電気化学セルおよび熱エネルギー式バッテリを含む種々のデバイス、および、そのような電気化学セルおよびバッテリを使用する方法に関する。これらの熱エネルギー式デバイスは、熱エネルギーを直流電力に変換し得る。
【００１３】
図１に描写されるような熱エネルギー式電気化学セル１０は、２つの電極２０、カソード２０ａおよびアノード２０ｂを含み、それらの間に本明細書に説明されるような固体金属ポリマー／ガラス電解質３０を有する。電極２０は、大面積電極であり得る。固体金属ポリマー／ガラス電解質３０は、固体ガラス電解質４０と金属ポリマー５０とを含み、固体ガラス電解質４０は、それが含む双極子として描写されている。熱エネルギー式電気化学セルは、作業カチオンを使用し、作業カチオンは、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋等のアルカリ金属カチオン、もしくはＭｇ２＋、Ｃｕ＋、および／またはＡｌ３＋等の金属カチオンであり得る。熱エネルギー式電気化学セルは、全固体電気化学セルであり得る。
【００１４】
本開示の熱エネルギー式バッテリ等のバッテリは、電気化学セルと、少なくとも追加の構成要素（別の電気化学セル、ケーシング、電気接点、制御機器（コンピュータまたはプロセッサもしくは計測器またはセンサ等）、または、安全機器等（遮断スイッチもしくは消火機器等））とを含む。バッテリは、したがって、コイン電池、ゼリーロール、または角柱電池と同程度に単純であるか、または、自動車または他の車両用のバッテリまたは大型グリッド、家庭用または業務用の蓄電池と同程度に複雑であり得る。本開示の熱エネルギー式バッテリは、全固体バッテリであり得る。
【００１５】
熱エネルギー式電気化学セルは、下でより具体的に説明されるが、本開示は、そのような熱エネルギー式電気化学セルを含む熱エネルギー式バッテリに平等に適用可能である。
【００１６】
（熱エネルギー供給および自己充電／自己循環）
本開示の熱エネルギー式電気化学セルは、自己充電および自己循環挙動も示す。自己充電は、開回路における印加された充電電力（Ｐｃｈ）がない場合の電気化学セルにおける充電反応である。電気化学セルの化学反応は、典型的には作業カチオンを伴うイオン成分と、電子移動を伴う電子成分とを含む。自己充電は、電気化学セルの化学反応のイオン成分が、従来的な電気化学セルのように２つの電極間ではなく、アノードと電解質との間にあるが、電子成分が、従来的な電気化学セルのように２つの電極間のままである場合に起こる。自己充電および関連付けられる自己循環現象は、電解質が高いイオン伝導率を伴う作業カチオンだけでなく、より遅い並進移動性を伴う電気双極子も含む場合に起こる。
【００１７】
開回路では、電子流は、流動せず、電気化学セルの開回路電圧Ｖｏｃは、電子電荷の規模ｅによって除算された２つの電極（単純に電流コレクタであり得る）の化学エネルギー（フェルミ準位）における差異である。開回路における電気化学セルにおける化学反応のための駆動力は、ヘテロ接合界面において互いに接触する２つの材料の化学エネルギーが均等化されるという要件であり、化学反応は、界面の両側を横断する、またはその両側の荷電粒子の運動および／または生成によって、ヘテロ接合界面を横断して電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）を作成する。従来的な電気化学セルにおける電極／電解質界面におけるＥＤＬＣは、アノードに向かい、カソードから離れる電解質内の正電荷作業カチオンの運動によって開回路において作成され、典型的に金属である電極におけるミラー電子電荷の生成を伴う。
【００１８】
自己充電および自己循環電気化学セルでは、電解質内の２つの異なるタイプの正電荷、高速移動作業カチオンと、はるかに低速移動する電気双極子とがある。結果として、高速移動カチオンは、電極／電解質界面接合部の両側で材料のフェルミエネルギーを平衡化するための必要なＥＤＬＣを作成することができる。しかしながら、カチオン再分配によって電解質を横断して生成される電場内で移動する低速移動電気双極子の遅れた到着時、ＥＤＬＣを横断する過充電は、界面を横断して作業カチオンをアノードにめっきすることによって調節され、自己充電電流を与えることができる。閉回路では、自己充電電流は、放電または充電電流に加わることも、それから引くこともある。
【００１９】
自己循環は、電解質の作業カチオンが電極上にめっきされた場合に起こり、それは、電解質を負に帯電させる。電解質内の負電荷は、十分に大きいとき、めっき金属をカチオンとして電解質に戻るように剥ぎ取り、電子を外部回路に放出する。電解質内の双極子とイオンとの異なる応答の率と、外部回路への電子とは、外部回路内の電流の循環、および／または、セル電圧をもたらす。
【００２０】
自己充電および自己循環挙動の両方は、外部エネルギー入力を伴わずに起こり得るが、両方の現象は、外部充電／放電入力に伴うセル充電／放電性能の成分としても起こり得る。例えば、自己充電電気化学セルは、外部エネルギー入力として充電電流を提供され得、その場合、それは、充電電流によって決定付けられるよりも大きい電荷を示し、１００％より大きいクーロン効率を生じるであろう。別の例として、放電電流および／または電圧は、充電／放電循環周波数と異なる周波数の自己循環成分を有し得る。
【００２１】
放電時、電気化学セルまたはバッテリは、放電電流（Ｉｄｉｓ）および放電電圧（Ｖｄｉｓ）の積（Ｐｄｉｓ＝ＩｄｉｓＶｄｉｓ）である電力（Ｐｄｉｓ）を供給する。複数の電気化学セルを含むバッテリでは、セルは、直列に接続され、特定のバッテリ放電電圧（Ｖｄｉｓ）を取得し、並列に接続され、特定のバッテリ放電電流（Ｉｄｉｓ）を提供すし得る。
【００２２】
電気化学セルの放電電流（Ｉｄｉｓ）は、作業カチオンの移動性と、作業カチオンが容易に電解質から電極にめっきされ得る程度、または電極から電解質の中に剥ぎ取られ得る程度に依存する。これらの特性の両方は、温度による影響を受ける。故に、放電電流（Ｉｄｉｓ）、最終的に、任意の電気化学セルによって供給される電力（Ｐｄｉｓ）は、温度に幾分依存する。しかしながら、本開示の熱エネルギー式電気化学セルでは、ポリマー／ガラス電解質内の双極子は、高い誘電率を有し、それは、従来的な電気化学セルよりも電力（Ｐｄｉｓ）への温度のはるかに大きい影響につながる。
【００２３】
本開示の熱エネルギー式電気化学セルまたは熱エネルギー式バッテリは、所与の温度において、または所与の温度範囲内において、本明細書に開示される固体／ポリマーガラス電解質の固体ガラス電解質成分のみを含む同等の電気化学セルの少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも１００％、少なくとも１２５％、または少なくとも１５０％の電力（Ｐｄｉｓ）を供給し得る。
【００２４】
（可撓性）
本開示の熱エネルギー式電気化学セルは、可撓性でもあり得る。例えば、それは、１２０ＧＰａ／ｍｍ２未満、７０ＧＰａ／ｍｍ２未満、５０ＧＰａ／ｍｍ２未満、２０ＧＰａ／ｍｍ２未満、１０ＧＰａ／ｍｍ２未満、または５ＧＰａ／ｍｍ２より小さいヤング率を有し得る。
【００２５】
本開示の熱エネルギー式電気化学セルは、上記の限界のうちの任意のものより小さいヤング率を伴う固体金属ポリマー／ガラス電解質を含み得る。そのような固体金属ポリマー／ガラス電解質は、したがって、金属ポリマーを欠いているが、そうでなければ化学的に同じ固体ガラス電解質のヤング率より少なくとも１０％低い、少なくとも２５％低い、少なくとも５０％低い、少なくとも７５％低い、または少なくとも９０％低い、ヤング率を有し得る。
【００２６】
本開示の熱エネルギー式電気化学セルは、両方の電極の外部表面で測定された広い表面積を有することが可能であり得る。例えば、表面積は、少なくとも０．０５ｍ２、０．１ｍ２、０．５ｍ２、１ｍ２、少なくとも３ｍ２、または少なくとも６ｍ２であり得る。
【００２７】
固体金属ポリマー／ガラス電解質は、少なくとも０．０５ｍ２、０．１ｍ２、０．５ｍ２、１ｍ２、少なくとも３ｍ２、または少なくとも６ｍ２の表面積を有するシートにも形成され得、それは、電気化学セルの大型ロールでのその使用、およびフロースルー電気化学セルにおけるセパレータ膜としてのその使用を可能にし得る。固体金属ポリマー／ガラス電解質は、上で説明される表面積を伴って形成されたときでさえ、５ｍｍ未満、１ｍｍ未満、または０．５ｍｍ未満の厚さを有し得る。
【００２８】
（水分不感受性）
本開示の熱エネルギー式電気化学セルにおける金属ポリマーは、それらを金属ポリマーを欠いている電気化学セルほど水に敏感ではなくし得る。これは、金属ポリマーがアクリル酸ナトリウム等の金属アクリル酸塩を含むとき、特に当てはまり得る。この特性は、本開示の熱エネルギー式電気化学セルが、短い持続時間にわたって空気にさらされることを可能にし得る。例えば、熱エネルギー式電気化学セル材料のロールが、密閉されたコンテナから除去され、周囲空気にさらされている間に好適なサイズの断片に切断され、次いで、バッテリの中に設置され得る。これは、建物および産業施設等のより大型の構造内の熱エネルギー式電気化学セル材料の据え付け特に促進し得る。それは、より水に敏感な材料を含むバッテリと比較して、熱エネルギー式バッテリの製造費も減少させ得る。加えて、本開示の熱エネルギー式電気化学セルが取り扱われ得る容易性も、適応バッテリ構造を促進する。例えば、より多くの電圧が必要とされ、容量が低減させられ得る場合、熱エネルギー式電気化学セルのシートが、単純に、半分に切断され、直列の２つの別個のセルとして組み立てられ得、電圧を倍増させ、結果として生じるバッテリの容量を有する。
【００２９】
（固体ポリマー／ガラス電解質）
固体金属ポリマー／ガラス電解質は、それがＸ線回折を通して確認され得るような非晶質であるので、ガラスと称される。特に、固体金属ポリマー／ガラス電解質は、Ｘ線回折によって検出可能ではない２％未満の結晶性材料を含み得るか、または、Ｘ線回折を使用して検出されるような検出可能な結晶性材料を含まない。
【００３０】
固体金属ポリマー／ガラス電解質は、不燃性であり得、電極電流コレクタおよび／またはそれ自体の上にデンドライトを含まないアルカリ金属をめっきすることが可能であり、めっき金属の原子は、電解質の作業カチオンに由来し、めっき作業カチオンは、他方の電極から電解質に再供給されることも、されないこともある。
【００３１】
固体金属ポリマー／ガラス電解質がアノードによって還元されることも、静電エネルギーの高電圧貯蔵を含む高電圧カソードによって酸化されることもない場合、電極／電解質界面において形成される固体電解質相間（ＳＥＩ）が存在せず、電気化学セルは、１０，０００超のサイクルにわたる等の長いサイクル寿命を有することができる。
【００３２】
特に、固体金属ポリマー／ガラス電解質は、作業カチオンとしてのアルカリ金属カチオン（Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋等）または金属カチオン（Ｍｇ２＋、Ｃｕ＋、もしくはＡｌ３＋等）と、電気双極子（Ａ２ＸまたはＡＸ−、または、ＭｇＸまたはＡｌ２Ｘ３等）とを含むＡ＋−ガラス電解質あり得る（Ａ＝Ｌｉ、Ｎａ、またはＫであり、Ｘ＝ＯまたはＳ、または別の元素または双極子分子である）。好適なＡ＋−ガラス電解質およびそれらを作製する方法は、両方のアルカリ金属イオン開示が、参照することによって本明細書に組み込まれる、国際公開第ＷＯ２０１５／１２８８３４号（Ａ  Ｓｏｌｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｇｌａｓｓ  ｆｏｒ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  ｏｒ  Ｓｏｄｉｕｍ  Ｉｏｎ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ）および国際公開第ＷＯ２０１６／２０５０６４号（Ｗａｔｅｒ−Ｓｏｌｖａｔｅｄ  Ｇｌａｓｓ／Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｓｏｌｉｄ  Ｉｏｎｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）で以前に説明されている。
【００３３】
一般に、本開示の熱エネルギー式電気化学セルで使用される固体金属ポリマー／ガラス電解質内の金属作業カチオンは、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、またはＭｇ２＋もしくはＡｌ３＋等のアルカリ金属イオンであり得、これらの可動作業カチオンのうちの一部は、アニオンにも取り付けられ、Ａ２Ｘ、ＡＸ−、または、より大型の強誘電体分子の中へのこれらの凝縮物等のあまり可動性ではない電気双極子を形成し得、Ａ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ａｌであり、ｘ＝Ｏ、Ｓ、または別のアニオン原子である。固体金属ポリマー／ガラス電解質は、添加剤として、双極子添加剤を伴わないガラス合成で使用される前駆体から形成されるそれら以外の電気双極子分子の最大５０重量％も含み得る。電気双極子の存在は、ガラスに高い誘電率を与え、双極子は、自己充電および自己循環現象を促進することにおいても有効である。加えて、固体金属ポリマー／ガラス電解質は、金属リチウム、ナトリウム、またはカリウムとの接触時、還元されず、それらは、スピネルＬｉ［Ｎｉ０．５Ｍｎ１．５］Ｏ４またはオリビンＬｉＣｏ（ＰＯ４）およびＬｉＮｉ（ＰＯ４）等の高電圧カソードとの接触時、酸化されない。したがって、不動態化固体電解質相間（ＳＥＩ）の形成がない。固体ガラス電解質の表面は、アルカリ金属によって湿潤され、それは、ガラス電解質デンドライトを含まないアルカリ金属からのめっきを可能にし、ガラス電解質デンドライトを含まないアルカリ金属は、少なくとも１，０００、少なくとも２，０００、または少なくとも５，０００回の充電／放電サイクルにわたって電極／電解質界面を横断するイオンの移動に対する低い抵抗を提供する。
【００３４】
固体金属ポリマー／ガラス電解質は、広い表面積にわたってスラリとして適用され得、スラリは、カーボン紙等の紙、または他の可撓性セルロースもしくはポリマー膜の中に組み込まれ、または、炭素フェルトまたは金属発泡体電極上に組み込まれ得、乾燥時、スラリは、連続固体金属ポリマー／ガラス電解質を形成する。膜フレームワークは、取り付けられた電気双極子を有し得るか、または、ガラスとの接触時、回転移動性のみを有する電気双極子を形成する。ガラス内の電気双極子は、２５℃において並進移動性および回転移動性を有し得る。並進移動性を伴う双極子間の反応は、強誘電体分子へのある程度の双極子凝縮を伴って、ガラス電解質内に双極子の豊富な領域を形成し得、電解質のエージングとも称される双極子の合体は、２５℃で何日もかかり得るが、１００℃で数分で遂行されることができる。
【００３５】
双極子のうちの１つ以上のものは、２５℃でさえもある程度の移動性を有し得る。
【００３６】
固体金属ポリマー／ガラス電解質は、１０２以上の比誘電率（σＲ）等の大きい誘電率を有し得る。固体金属ポリマー／ガラス電解質は、不燃性であり、２５℃において少なくとも１０−２Ｓ／ｃｍの作業カチオンＡ＋のイオン伝導率σＡを有し得る。この伝導率は、Ｌｉイオンバッテリで使用される可燃性の従来の有機液体電解質のイオン伝導率と同等であり、セルを安全にする。
【００３７】
固体金属ポリマー／ガラス電解質が、高速移動イオンと低速移動および／または低速回転電気双極子との両方を含む一方で、従来の電解質は、高速移動イオンのみを含む。電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）を形成するためのアノード／電解質界面への高速移動電荷と低速移動電荷との異なるタイミングと、界面におけるＥＤＬＣが界面において等しいフェルミ準位（電気化学ポテンシャル）を保持するという要件とは、いくつかの高速移動固体金属ポリマー／ガラス電解質カチオンのアノードへのめっきをもたらす。カソードからの可動カチオンの補充を要求しないこのプロセスは、アノード電解質化学反応の結果としての自己充電を表し、反応の電子成分は、それにもかかわらず、２つの電極間にある。
【００３８】
固体金属ポリマー／ガラス電解質内の高速移動イオンは、典型的に、作業カチオンである。自己充電の現象は、固体金属ポリマー／ガラス電解質が高速移動カチオンと電気双極子の低速移動電荷との両方を含む場合に起こる。閉回路では、自己充電は、外部電荷Ｐｃｈが要求される前、何ヶ月も持続し得る出力電力Ｐｄｉｓ＝ＩｄｉｓＶｄｉｓをもたらす。Ｐｄｉｓの自己充電および供給のプロセスは、熱エネルギーによって駆動され、Ｐｄｉｓは、ガラス遷移温度を横断するにつれて、セルの温度とともに劇的に増加し得る。
【００３９】
固体金属ポリマー／ガラス電解質は、作業カチオンまたはその構成前駆体を含む（典型的に、Ｏ、ＯＨ、および／またはハロゲン化物に結合された作業カチオンを含む）結晶電子絶縁体を作業イオン伝導ガラス／非晶質固体に変換することによって、形成され得る。このプロセスは、双極子添加剤の存在下でも行われることができる。作業カチオン含有結晶、電子絶縁体、またはその構成前駆体は、一般式Ａ３−ｘＨｘＯＸを伴う材料であり得、０≦ｘ≦１であり、Ａは、少なくとも１つのアルカリ金属であり、Ｘは、少なくとも１つのハロゲン化物である。水は、特に、加熱に起因して、その形成中に固体金属ポリマー／ガラス電解質から退出し得る。水は、２３０℃またはそれよりも高い、もしくは２３０℃〜２６０℃等のより高い温度において、固体金属ポリマー／ガラス電解質から蒸発させられ得る。
【００４０】
固体金属ポリマー／ガラス電解質内の金属ポリマーは、固体金属ポリマー／ガラス電解質が、２５℃における金属ポリマーを伴わない固体ガラス電解質のイオン伝導率の少なくとも２５％、少なくとも５０％、少なくとも７５％、または少なくとも９０％であるイオン伝導率を有するように、固体ガラス電解質と反応することなく、かつイオン伝導率を低減させることなく；または、固体金属ポリマー／ガラス電解質のイオン伝導率を２５℃において１０−２Ｓ／ｃｍ未満まで低減させることなく、固体ガラス電解質と複合材料を形成し得る任意の金属ポリマーを含み得る。いくつかのポリマーは、例えば、２５℃における金属ポリマーを伴う固体ガラス電解質と比較して、固体金属ポリマー／ガラス電解質のイオン伝導率を少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも２５％、または少なくとも５０％増加させることによって、イオン伝導率を実際に改良し得る。
【００４１】
金属ポリマーは、固体ガラス電解質を還元または酸化することなく、かつガラス内の可動電荷の移動性を妨げることなく、固体ガラス電解質に結合し得る。金属ポリマーは、固体金属ポリマー／ガラス電解質を機械的に頑丈かつ可撓性にし、電極または電極電流コレクタとの結合を向上させ得るだけではなく、高電圧充電中、および充電電圧を受けているアルカリ金属アノードとの接触時、固体金属ポリマー／ガラス電解質を安定した状態にもさせ得る。
【００４２】
金属ポリマーは、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、またはアルミニウム（Ａｌ）等の１つ以上のタイプの金属を含み得る。ポリマーは、コポリマーであり得る。金属ポリマーは、ゲル重合によって、または、溶液または懸濁重合等の他の方法によって、生産され得る。ポリマーは、有機ポリマー、特に、ポリアクリル酸ナトリウム等のポリアクリル酸塩またはポリエチレングリコールであり得る。
【００４３】
金属ポリマーは、（ポリマー重量）／（固体金属ポリマー／ガラス電解質重量）で、１％〜５０％の量で存在し得る。
【００４４】
本開示の固体金属ポリマー／ガラス電解質に存在する金属ポリマーは、固体金属ポリマー／ガラス電解質を熱エネルギー式電気化学セルにおける一方または両方の電極に接着させ得る。これは、電解質と電極とを分離する傾向がある機械的応力を受けたとき、セルを故障しにくくするか、または、性能減少を経験しにくくし得る。加えて、一方または両方の電極もしくは他のバッテリは、概して、電極を電解質に接着させるためにしばしば使用されるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）およびＮ−メチル−２−ピロリジン（ＮＭＰ）等の結合剤を欠き得る。
【００４５】
加えて、本開示の熱エネルギー式電気化学セルにおける固体金属ポリマー／ガラス電解質は、作業カチオンがアノードにおいてデンドライトなしにめっきすることを可能にし得る。
【００４６】
（電極）
本開示の熱エネルギー式電気化学セルで使用される電極は、電流コレクタおよび／または活性酸化還元材料を含み得る。電極電流コレクタは、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）等の金属を含み得、それは、ある形態の炭素、合金、または窒化チタン（ＴｉＮ）等の化合物、もしくは遷移金属酸化物も含み得る。電流コレクタは、その上に活性材料を伴わない電極であり得るか、または、それは、その上の活性材料に／から電子を輸送し得、活性材料は、アルカリ金属、アルカリ金属の合金、または電解質の作業カチオンの原子を含む化合物であり得る。電流コレクタは、外部回路に、またはそれから、および電極の活性材料に、または、それから、電子を輸送し、電極の活性材料は、電流コレクタとの電子接触と電解質とのイオン接触とを有することによって、電解質の作業カチオンと反応する。電解質とのイオン接触は、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）を作成する電極／電解質界面において、過剰もしくは不足作業イオン濃度のみを伴い得るか、または、電極表面における化学相の形成も伴い得る。本開示の熱エネルギー式電気化学セルでは、電極表面上の任意の化学形成、ならびに電極／電解質界面を横断するＥＤＬＣは、可逆的である。
【００４７】
本発明によると、電気化学セルにおける一方または両方の電極は、製作時、例えば、原子吸光分光法によって、７，０００ｐｐｍまでの電解質の作業カチオンの検出可能な原子を含まない電流コレクタでしかないこともある。しかしながら、セル組み立て後、電解質の作業カチオンの原子は、原子吸光分光法によって、または他の手段によって、電極上で検出され得る。
【００４８】
加えて、セルの一方または両方の電極は、炭素等の追加の電子導電性材料を含み得、追加の電子導電性材料は、複合電流コレクタの有効フェルミ準位を著しく変化させることなく、電流コレクタ上の作業カチオンのめっきを補助する。
【００４９】
カソードは、スピネルＬｉ［Ｎｉ０．５Ｍｎ１．５］Ｏ４等の高電圧活性材料、または、ＬｉＦｅ（ＰＯ４）、ＬｉＣｏ（ＰＯ４）、およびＬｉＮｉ（ＰＯ４）等のオリビン、または、別の金属酸化物も含み得る。脆性材料がカソードまたはアノードで使用されるとき、カソードまたはアノードは、ポリマーまたは金属発泡体等の他の作用物質内に位置する粒子としてこれらの脆性材料を含み得、それは、脆性材料のシートまたはより大型の構造が耐え得るよりも可撓性にする。これは、可撓性熱エネルギー式電気化学セル内で脆性電極活性材料の使用を可能にする。
【００５０】
特に、本開示の熱エネルギー式電気化学セルは、アルミニウム（Ａｌ）アノードおよび銅（Ｃｕ）カソードを含み得る。これらの金属は、金属のみとして存在するか、または、炭素フィルムでコーティングされ得る。いくつかの実施例では、特にナトリウムイオンバッテリに関して、金属酸化物（特にＭｎＯ２）／炭素／金属発泡体カソード等のより複雑なカソードが、使用され得る。Ｃｕ発泡体または他の金属発泡体電極、および炭素フェルトまたは炭素布を含む電極も、使用され得る。
【００５１】
カソードは、Ｓ８、ＭｎＯ２、ＦｅＰＯ４等の粒子、またはフェロセン等の分子によっても接触され得る。
【００５２】
電極として、または電極において使用され得る他の電子導体は、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、スズ（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、またはＴｉＮもしくはＦｅ３Ｏ４等の伝導性化合物を含む。
【００５３】
いくつかの実施例では、カソードは、アルカリ金属アノードと組み合わせられ得るフロースルーカソードであり得る。
【００５４】
（用途および使用）
本開示の熱エネルギー式バッテリは、従来的なバッテリ、またはポリマーを伴わない固体ガラス電解質を含むバッテリでさえ適していない種々の用途で使用され得る。
【００５５】
例えば、上で記述されるように、熱エネルギー式バッテリは、建物または産業施設で使用され得、それらは、太陽光発生または廃熱を使用して電力を生成し得る。
【００５６】
熱エネルギー式バッテリは、太陽光発生熱を使用し得るが、太陽光に直接露出させられる必要がある光起電力電池と異なる。何故なら、光と異なり、熱エネルギーを提供する太陽からの赤外電磁放射が、不透明材料を通して進行することができからである。熱エネルギー式バッテリは、日中の太陽放射のスペクトル全体によって発生される熱および夜間および日中の両方の廃熱を、電力に変換することが可能であり得る。この能力は、より多くの据え付けオプション、ならびにより低費用の製作および維持を提供する。
【００５７】
加えて、埃および他の不透明材料の蓄積に起因する性能の減少等の光起電力電池と関連付けられるいくつかの問題が、回避され得る。さらに、熱エネルギー式バッテリは、屋上だけではなく、任意の熱源の近傍に据え付けられ得る。
【００５８】
加えて、本開示の熱エネルギー式電気化学セルおよび熱エネルギー式バッテリの可撓性は、カスタムサイズおよび湾曲または鋭利特徴が収容される必要があり得る建物または産業施設での使用を促進し得る。
【００５９】
いくつかの実施例では、熱エネルギー式バッテリは、建物の屋根に据え付けられ得る。これは、熱エネルギー式バッテリが、建物の屋根から逃れる太陽熱エネルギーおよび廃熱エネルギーの両方が電力を生成するために使用されるように、変えることを可能にする。熱エネルギー式バッテリは、外側屋根層として、または屋根板もしくは別の屋根葺き材料等の保護材料の下に据え付けられ得る。熱エネルギー式バッテリは、建物の内部屋根表面上に、または天井材料等の内部層の下にさえも据え付けられ得る。熱エネルギー式バッテリが外側屋根層上に据え付けられるとき、外側屋根層は、電力生成を促進するように適合され得る。例えば、外側屋根層は、日中の一部の間に特定の温度範囲内で熱エネルギー式バッテリを維持するように設計される赤外反射率を有し得る。
【００６０】
熱エネルギー式バッテリは、建物の内または外壁上もしくは内に据え付けられ得る。例えば、特に、構造から失われている廃熱の形態の熱エネルギーが実質的熱エネルギー源であり得る寒冷気候では、熱エネルギー式バッテリは、構造の壁または少なくとも壁の上側部分に含まれ得る。
【００６１】
熱エネルギー式バッテリは、温水器、洗濯機器、化石燃料動力型自動車、化石燃料動力型産業用発電機またはモータ、および他の加熱または発熱産業用機器等の発熱機器を包囲する内壁にさらに含まれ得る。
【００６２】
熱エネルギー式バッテリは、家庭内のパイプおよびタンクの周囲にも据え付けられ得る。
【００６３】
特に、産業設定では、加熱または発熱機器、特に、パイプおよびタンクは、本開示の熱エネルギー式バッテリで被覆され得る。
【００６４】
熱エネルギー式バッテリは、それらが体熱から電力を生成し得る腕時計または衣類等のウェアラブル電子デバイスでも使用され得る。
【００６５】
熱エネルギー式バッテリは、ユーザの手からの熱が電力を生成するために使用され得るハンドヘルドデバイスでも使用され得る。
【００６６】
熱エネルギー式バッテリは、廃熱を捕捉するために、任意の燃焼デバイスの周囲または近傍で使用され得る。
【００６７】
熱エネルギー式バッテリは、特に、ハイブリッド電気自動車内の化石燃料動力型発電機を含む石燃料動力型モータ等の発熱構成要素からの熱を捕捉するために、車両でさらに使用され得る。熱エネルギー式バッテリは、車、バス、およびトラックの屋根およびボンネット、飛行機およびドローンの翼および上側胴体、および貨物カバー、帆、および太陽エネルギー収集構造を含む船の甲板および上部構造等の太陽光に一般的にさらされる車両の部品内にも位置し得る。熱エネルギー式バッテリは、これらおよび他のタイプの車両内のエンジン等の他のエネルギー源からの廃熱も収集し得る。
【００６８】
熱エネルギー式バッテリはまた、再充電可能バッテリまたは光起電力電池との使用のためにすでに適合されている機器のエネルギー効率または実際の利用可能性を改良するために使用され得る。例えば、電動工具バッテリは、スペアバッテリが、単純に、作業現場における日当たりの良い場所にそれらを設置することによって、再充電されることを可能にする熱エネルギー式バッテリを含み得る。多くの場合、軍隊によって、発展途上の場所で、または伝染病対応中に使用されるようなポータブル医療機器のためのバッテリは、同一の様式で充電され得る。加えて、熱エネルギー式バッテリは、代わりに、電力を生成するための体熱または別の熱源の使用を可能にすることによって、光起電力電池に現在依拠しているあるポータブル医療機器の夜間使用を可能にするか、または、延長し得る。
【００６９】
熱エネルギー式バッテリは、太陽エネルギーファーム上等のグリッドエネルギー産生で光起電力電池の代わりにも使用され得る。光起電力電池を通過する熱エネルギーを吸収するために下にある熱エネルギー式バッテリの上に光起電力電池を伴うデバイス等のハイブリッドエネルギー発生デバイスも、可能である。
【００７０】
身体および／または太陽からの熱が、個人的に携行されるバッテリ動力型モバイルデバイス、または遠隔場所で使用されるバッテリ動力型デバイスを再充電するために、使用され得る。これらのデバイスは、医療機器、通信デバイス、または機械的機器を含み得る。熱エネルギーを電力に変換する安価な熱エネルギー式バッテリは、再充電可能バッテリ内の太陽光発生電力の貯蔵、または水の電解からの水素等の汎用化学品の産生のための光電デバイスに取って代わり得る。
【００７１】
加えて、本開示の熱エネルギー式バッテリは、熱エネルギーを使用して生成される電力が、例えば、周囲温度が減少したとき、以降の使用のために貯蔵されることを可能にする従来的な再充電可能バッテリまたは燃料電池等の他のエネルギー貯蔵構成要素と容易に合体可能である。
【００７２】
（実施例）
以下の実施例は、本発明の原理および具体的側面をさらに例証するために提供される。それらは、本発明の全ての側面の範疇全体を包含することを意図しておらず、そのように解釈されるべきではない。
【００７３】
（実施例１）
熱エネルギー式電気化学セルが、金属箔電流コレクタであり得るアルミニウム（Ａｌ）アノードを用いて調製され得る。箔は、炭素でさらにコーティングされ得る。
【００７４】
熱エネルギー式電気化学セルは、金属ポリマーとしてポリアクリル酸ナトリウムと、ガラスとして、Ａが、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、またはカリウム（Ｋ）であるＡ＋−ガラスとを含み得る固体金属ポリマー／ガラス電解質を有し得る。具体的には、Ａ＋−ガラスは、乾燥非晶質セラミック誘電体電解質を形成するように、ｘ≦１０であるＢａ（ＯＨ）２ｘＨ２Ｏ等のわずかな割合（≦１ｗ％）の水和水酸化物の添加によって、Ｘ＝ＣｌまたはＢｒ前駆体であるセラミックＡ３−ｘＨｘＯＸから形成され得る。固体金属ポリマー／ガラス電解質は、ポリマーとしてＡ＋−ポリアクリル酸塩を用いて形成され得る。
【００７５】
熱エネルギー式電気化学セルは、金属箔コレクタであり得る銅（Ｃｕ）カソードを用いて調製され得る。箔は、炭素フィルムでコーティングされ得る。
【００７６】
そのような熱エネルギー式電気化学セルは、自己充電、長い自己充電／放電サイクル寿命、機械的頑健性、および熱変動、変化する周囲空気環境、水、および機械的乱用の耐性を示し得る。そのような熱エネルギー式電気化学セルは、大面積の薄いセル等の大面積シートとしてさえも、製作することが容易でもあり得る。
【００７７】
そのような熱エネルギー式電気化学セルは、セル膜がほぼ９０°曲げられても、赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）を照明して図２に図示される。本実施例は、熱エネルギー式電気化学セルにおける固体金属ポリマー／ガラス電解質の機械的頑健性質、および外部Ｐｃｈの印加を伴わずに電力を供給する能力を例証する。しかしながら、セルは、最初に充電され、実証が行われる前に完全に放電された。いずれの電極も電解質の可動Ａ＋カチオンを最初に含まなかったことに留意されたい。セルの表記法は、以下の通りである：カソード／電解質／アノード。
【００７８】
（実施例２）
熱エネルギー式電気化学セルが、金属ナトリウム（Ｎａ）アノード、金属ポリマーとして１０重量％ポリアクリル酸ナトリウムと、ガラスとしてＮａ＋−ガラスとを含んだ、固体金属ポリマー／ガラス電解質、および酸化マンガン（ＭｎＯ２）および炭素（Ｃ）を含むＣｕ発泡体カソードを用いて、調製された。アノードおよびカソードは、最初に、Ｎａ＋作業カチオンを欠いていた。
【００７９】
カソード内のＭｎＯ２粒子は、カソードの優勢電位を決定し、熱エネルギー式電気化学セルの放電によって還元されなかった。セルは、
【数１】
2020537810.tif 000002
を伴う自己充電を示した。
【００８０】
（実施例３）
熱エネルギー式電気化学セルが、Ａｌアノード、最初にＮａ＋作業カチオンを欠いていた炭素およびＣｕカソード、金属ポリマーとして１０重量％ポリアクリル酸ナトリウムと、ガラスとしてＮａ＋−ガラスとを含んだ固体金属ポリマー／ガラス電解質を用いて、調製された。セルは、熱エネルギーに由来する電力を使用して、赤色、白色、および青色ＬＥＤに給電したマルチセルバッテリを形成するように直列に接続された２つ以上の断片に切断された。
【００８１】
（実施例４）
熱エネルギー式電気化学セルが、実施例３と同様であるが、炭素フェルトカソードを用いて調製された。この電気化学セルは、２５℃において周囲熱を電力に変換することが実証された。
【００８２】
（実施例５）
熱エネルギー式電気化学セルが、実施例３と同様であるが、銅発泡体上炭素カソードを用いて調製された。この電気化学セルは、２５℃において周囲熱を電力に変換することが実証された。
【００８３】
（実施例６）
熱エネルギー式電気化学セルが、Ａｌアノード、金属ポリマーとして１０重量％ポリアクリル酸ナトリウムと、ガラスとしてＮａ＋−ガラスとを含んだ固体金属ポリマー／ガラス電解質、およびＣｕ箔カソードを用いて、調製された。アノードおよびカソードは、最初に、Ｎａ＋作業カチオンを欠いていた。
【００８４】
熱エネルギー式電気化学セルは、大面積の薄いセルとして製作された。このセルの放電電流（Ｉｄｉｓ）は、空調の効いた研究室から、保護プラスチックカバーを通して供給される約３０〜４０℃における屋外太陽熱に輸送された後、７倍増加した。
【００８５】
加えて、大面積の薄いセルは、２５℃における０Ｖから７２℃における０．９１Ｖまで、温度の上昇とともにその放電電圧（Ｖｄｉｓ）を増加させた。
【００８６】
（実施例７）
熱エネルギー式電気化学セルは、金属リチウム（Ｌｉ）、固体金属ポリマー／ガラス電解質、およびフロースルーカソードを用いて調製され得る。熱エネルギー式電気化学セルは、セパレータとして固体金属ポリマー／ガラス電解質を伴って機能した。
【００８７】
上記開示される主題は、制限的ではなく例証的と見なされるものであり、添付の請求項は、本開示の真の精神および範囲内に入る、全てのそのような修正、向上、および他の実施形態を網羅することを意図している。したがって、法によって許容される最大の程度に、本開示の範囲は、以下の請求項およびそれらの均等物の最も広範な許容解釈によって決定されるものであり、前述の発明を実施するための形態によって制限または限定されないものとする。
【図１】
2020537810.tif 000003
【図２】
2020537810.tif 000004
【国際調査報告】
2020537810.tif 000005
2020537810.tif 000006