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▶ エナジャイザー ブランズ リミテッド ライアビリティ カンパニーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-29
(45)【発行日】2024-11-07
(54)【発明の名称】極小の空気アクセスを有する金属空気セル
(51)【国際特許分類】
H01M 12/06 20060101AFI20241030BHJP
【ＦＩ】
H01M12/06 B
H01M12/06 G
H01M12/06 D
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2021537727
(86)(22)【出願日】2019-12-24
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-02-28
(86)【国際出願番号】 US2019068473
(87)【国際公開番号】W WO2020139881
(87)【国際公開日】2020-07-02
【審査請求日】2022-12-20
(31)【優先権主張番号】62/785,619
(32)【優先日】2018-12-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】516268286
【氏名又は名称】エナジャイザー ブランズ リミテッド ライアビリティ カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100119013
【弁理士】
【氏名又は名称】山崎 一夫
(74)【代理人】
【識別番号】100123777
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 さつき
(74)【代理人】
【識別番号】100111796
【弁理士】
【氏名又は名称】服部 博信
(74)【代理人】
【識別番号】100193493
【弁理士】
【氏名又は名称】藤原 健史
(72)【発明者】
【氏名】ポズドル イアン
(72)【発明者】
【氏名】シヴェルトセン マーク
(72)【発明者】
【氏名】ラブサム トニー
(72)【発明者】
【氏名】シュネッツ コキー
【審査官】井原 純
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１７－５３１２９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００４－５１８２４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１７４７９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１４１７４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５３１９０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１０８３８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１７０２２０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ １２／００－１２／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
空気正極と、負極と、水性電解質と、ハウジングと、を備える電池であって、前記電池は、サイズ１３の金属空気電池であり；
前記ハウジングは、通気領域を画定する１つ以上の空気口を備え；
前記空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０５０ｍｍ2～約０．１１５ｍｍ2であり；且つ
前記水性電解質は、両性フッ素界面活性剤を含む、
電池。
【請求項2】
前記空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０５ｍｍ2～約０．１０ｍｍ2
、又は約０．０６０ｍｍ
2
～約０．９５０ｍｍ
2
、又は約０．０６０ｍｍ
2
～約０．０８５ｍｍ
2
、又は約０．０７ｍｍ
2
～約０．０９ｍｍ
2
、又は約０．０８ｍｍ
2
～約０．０８５ｍｍ
2
である、請求項１に記載の電池。
【請求項3】
前記負極は、亜鉛を含む、請求項１に記載の電池。
【請求項4】
二酸化炭素吸収剤を更に含み、前記二酸化炭素吸収剤は、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、過酸化リチウム、アミン、又はカンラン石を含む、請求項１に記載の電池。
【請求項5】
空気拡散パッドを更に含み、前記空気拡散パッドは前記二酸化炭素吸収剤を含む、又は
前記二酸化炭素吸収剤のコーティングを有する前記ハウジングの内面を更に含む、又は
前記ハウジングと前記電池内の空気拡散層とによって画定される空気溜めを更に含み、かつ前記二酸化炭素吸収剤は粉末又はフィルムとして前記空気溜めの表面上に付着されている、請求項４に記載の電池。
【請求項6】
前記両性フッ素界面活性剤は、式（Ｉ）の化合物を含み、【化1】
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、及びＲ8は、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、又はシクロアルキル基であり；
Ｘ1は、－Ｃ（Ｏ）－、－ＳＯ2－、－Ｃ（Ｏ）ＮＲa－、－ＳＯ2ＮＲa－、－ＣＯ2－、又は－ＳＯ2Ｏ－であり；
Ｒaは、Ｈ又はアルキル基であり；
ｍ及びｐは、それぞれ独立して、０、１、２、３、４、５、又は６であり；
ｎ及びｒは、それぞれ独立して、１、２、３、４、又は５である、
請求項１に記載の電池。
【請求項7】
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、及びＲ6は、それぞれＨであり；Ｒ7及びＲ8は、それぞれ独立して、Ｃ1～Ｃ4アルキルであり；
Ｘ1は、ＳＯ2であり；
ｎ及びｐは、２であり；
ｍは、４、５、又は６であり；
ｒは、１である、
請求項６に記載の電池。
【請求項8】
空気正極と、負極と、水性電解質と、ハウジングと、を備える電池であって、前記電池は、サイズ３１２の金属空気電池であり；
前記ハウジングは、通気領域を画定する１つ以上の空気口を備え；
前記空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０３ｍｍ2～約０．０８ｍｍ2であり；且つ
前記水性電解質は、両性フッ素界面活性剤を含む、
電池。
【請求項9】
前記空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０４ｍｍ2～約０．０７ｍｍ2
、又は約０．０４ｍｍ
2
～約０．０６ｍｍ
2
、又は約０．０４ｍｍ
2
～約０．０５ｍｍ
2
である、請求項８に記載の電池。
【請求項10】
前記負極は、亜鉛を含む、請求項８に記載の電池。
【請求項11】
二酸化炭素吸収剤を更に含み、前記二酸化炭素吸収剤は、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、過酸化リチウム、アミン、又はカンラン石を含む、請求項８に記載の電池。
【請求項12】
空気拡散パッドを更に含み、前記空気拡散パッドは二酸化炭素吸収剤を含む、又は
前記二酸化炭素吸収剤のコーティングを有する前記ハウジングの内面を更に含む、又は
前記ハウジングと前記電池内の空気拡散層とによって画定される空気溜めを更に含み、かつ前記二酸化炭素吸収剤は粉末又はフィルムとして前記空気溜めの表面上に付着されている、請求項１１に記載の電池。
【請求項13】
前記両性フッ素界面活性剤は、式（Ｉ）の化合物を含み、【化2】
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、及びＲ8は、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、又はシクロアルキル基であり；
Ｘ1は、－Ｃ（Ｏ）－、－ＳＯ2－、－Ｃ（Ｏ）ＮＲa－、－ＳＯ2ＮＲa－、－ＣＯ2－、又は－ＳＯ2Ｏ－であり；
Ｒaは、Ｈ又はアルキル基であり；
ｍ及びｐは、それぞれ独立して、０、１、２、３、４、５、又は６であり；
ｎ及びｒは、それぞれ独立して、１、２、３、４、又は５である、
請求項８に記載の電池。
【請求項14】
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、及びＲ6は、それぞれＨであり；Ｒ7及びＲ8は、それぞれ独立して、Ｃ1～Ｃ4アルキルであり；
Ｘ1は、ＳＯ2であり；
ｎ及びｐは、２であり；
ｍは、４、５、又は６であり；
ｒは、１である、
請求項１３に記載の電池。
【請求項15】
前記水性電解質は、約５００ｐｐｍ～約２０，０００ｐｐｍの水酸化リチウムを更に含む、請求項８～１４のいずれか一項に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年１２月２７日に出願された米国仮出願第６２／７８５，６１９号に対する利益を主張し、その全内容は、あらゆる目的で参照により本明細書に援用される。
本技術は、一般に、金属空気電池及びその使用の分野に関する。
本出願は、２０１８年１２月２７日に出願された米国仮出願第６２／７８５，６１９号に対する利益を主張し、その全内容は、あらゆる目的で参照により本明細書に援用される。
本技術は、一般に、金属空気電池及びその使用の分野に関する。
【発明の概要】
【0002】
一態様において、空気正極と、負極と、水性電解質と、ハウジングと、を含む電池であって、ハウジングは、通気領域を画定する１つ以上の空気口を含み、水性電解質は、両性フッ素界面活性剤と、任意で水酸化リチウムとを含む電池が提供される。電池がサイズ１３の金属空気電池である場合、空気口の全てによって画定される全通気領域は、０．０５ｍｍ2～０．１１５ｍｍ2である。電池がサイズ３１２の金属空気電池である場合、空気口の全てによって画定される全通気領域は、０．０３ｍｍ2～０．０８ｍｍ2である。
【図面の簡単な説明】
【0003】
【図1】例示的な電気化学セルを示す断面概略図である。
【図2】実施例に係る、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ試験に従って８０％ＲＨ（相対湿度）において１０／２ｍＡで放電した本技術のサイズ１３のセルと比較用「標準」セルとを比較した箱ひげ図である。
【図3】実施例に係る、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ試験に従って８０％ＲＨ（相対湿度）において１０／２ｍＡで放電した本技術のサイズ３１２のセルと比較用「標準」セルとを比較した箱ひげ図である。
【図4】実施例に係る、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ試験に従って２０％ＲＨ（相対湿度）において１０／２ｍＡで放電した本技術のサイズ３１２のセルと比較用「標準」セルとを比較した箱ひげ図である。
【図5】実施例に係る、３種類の電解質を用いた金属空気セルの正極に１ｍＡ／ｃｍ2及び５ｍＡ／ｃｍ2の電流引込みを適用したときの純亜鉛参照に対する電位をプロットした図である。
【発明を実施するための形態】
【0004】
様々な実施形態が、以下に記載される。具体的な実施形態は、包括的な記載となること又は本明細書に記述されるより広い態様への限定となることを意図するものではないことに留意されたい。特定の実施形態と関連して記載される一態様は、その実施形態に必ずしも限定されず、任意の他の実施形態（複数可）と共に実施され得る。
本明細書で使用するとき、「約」は、当業者によって理解されるものであり、それが使用される文脈によってある程度変動する。当業者にとって明確ではない用語の使用がある場合、それが使用される文脈を考えれば、「約」は、その特定の用語のプラス又はマイナス１０％までを意味し、例えば、「約１０質量％」は「９質量％～１１質量％」を意味すると理解される。「約」がある用語に先行するとき、その用語は、その用語並びに「約」で修飾されていない用語を「おおよそ（約）」表すと解釈され、例えば、「約１０質量％」はだけでなく「９質量％～１１質量％」も表す。
要素を記載する文脈における（特に、以下の特許請求の範囲の文脈における）用語「１つの」（「ａ」及び「ａｎ」）、及び「当該」（「ｔｈｅ」）、並びに類似の指示物の使用は、本明細書に別段示されない限り又は文脈によって明確に否定されない限り、単数と複数の両方を包含すると解釈される。本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書に別段示されない限り、その範囲内に入るそれぞれの個々の値を個別に言及する略式法として機能することを単に意図し、それぞれの個々の値は、あたかも本明細書に個別に列挙されたかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記載される全ての方法は、別段本明細書に示されない限り、又は別の方法で文脈によって明確に否定されない限り、任意の適切な順序で実施できる。本明細書に提供される任意及び全ての例、又は例示的な言い回し（例えば、「～等」）の使用は、単に実施形態をより良く明らかにすることを意図し、別段記載のない限り、特許請求の範囲への限定をもたらすものではない。本明細書における言語は、任意の特許請求されていない要素を不可欠なものとして示すと解釈されるべきではない。
本明細書で使用するとき、「約」は、当業者によって理解されるものであり、それが使用される文脈によってある程度変動する。当業者にとって明確ではない用語の使用がある場合、それが使用される文脈を考えれば、「約」は、その特定の用語のプラス又はマイナス１０％までを意味し、例えば、「約１０質量％」は「９質量％～１１質量％」を意味すると理解される。「約」がある用語に先行するとき、その用語は、その用語並びに「約」で修飾されていない用語を「おおよそ（約）」表すと解釈され、例えば、「約１０質量％」はだけでなく「９質量％～１１質量％」も表す。
要素を記載する文脈における（特に、以下の特許請求の範囲の文脈における）用語「１つの」（「ａ」及び「ａｎ」）、及び「当該」（「ｔｈｅ」）、並びに類似の指示物の使用は、本明細書に別段示されない限り又は文脈によって明確に否定されない限り、単数と複数の両方を包含すると解釈される。本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書に別段示されない限り、その範囲内に入るそれぞれの個々の値を個別に言及する略式法として機能することを単に意図し、それぞれの個々の値は、あたかも本明細書に個別に列挙されたかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記載される全ての方法は、別段本明細書に示されない限り、又は別の方法で文脈によって明確に否定されない限り、任意の適切な順序で実施できる。本明細書に提供される任意及び全ての例、又は例示的な言い回し（例えば、「～等」）の使用は、単に実施形態をより良く明らかにすることを意図し、別段記載のない限り、特許請求の範囲への限定をもたらすものではない。本明細書における言語は、任意の特許請求されていない要素を不可欠なものとして示すと解釈されるべきではない。
【0005】
一般に、「置換」は、以下に定義されるような（例えば、アルキル基）、その中に含有される水素原子への１つ以上の結合が、非水素原子又は非炭素原子への結合に置換された、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、又はエーテル基を指す。置換基には、炭素（複数可）又は水素（複数可）原子への１つ以上の結合が、ヘテロ原子への二重又は三重結合を含む、１つ以上の結合に置換された基も含まれる。それゆえ、置換基は、別段明記されない限り、１つ以上の置換基で置換される。いくつかの実施形態では、置換基は、１、２、３、４、５、又は６個の置換基で置換される。置換基の例としては、ハロゲン（即ち、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩ）；ヒドロキシル；アルコキシ、アルケノキシ、アルキノキシ、アリールオキシ、アラルキルオキシ、ヘテロシクリルオキシ、及びヘテロシクリルアルコキシ基；カルボニル（オキソ）；カルボキシル；エステル；ウレタン；オキシム；ヒドロキシルアミン、アルコキシアミン；アラルコキシアミン；チオール；スルフィド；スルホキシド；スルホン；スルホニル；スルホンアミド；アミン；Ｎ－オキシド；ヒドラジン；ヒドラジド；ヒドラゾン；アジド；アミド；尿素；アミジン；グアニジン；エナミン；イミド；イソシアネート；イソチオシアネート；シアネート；チオシアネート；イミン；ニトロ基；ニトリル（即ち、ＣＮ）等が挙げられる。
【0006】
本明細書で使用するとき、「アルキル」基は、１～約２０個の炭素原子、典型的には１～１２個の炭素、又は、いくつかの実施形態では、１～８個の炭素原子を有する、直鎖及び分岐アルキル基を含む。アルキル基は、置換されていても非置換でもよい。直鎖アルキル基の例としては、メチル、エチル、ｎ－プロピル、ｎ－ブチル、ｎ－ペンチル、ｎ－ヘキシル、ｎ－ヘプチル、及びｎ－オクチル基が挙げられる。分岐アルキル基の例としては、限定するものではないが、イソプロピル、ｓｅｃ－ブチル、ｔ－ブチル、ネオペンチル、及びイソペンチル基が挙げられる。代表的な置換アルキル基は、例えば、アミノ基、チオ基、ヒドロキシ基、シアノ基、アルコキシ基、及び／又はハロ基（例えば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩ基等）で１回以上、置換されていてもよい。本明細書で使用するとき、ハロアルキルという用語は、１つ以上のハロ基を有するアルキル基である。いくつかの実施形態では、ハロアルキルは、ペルハロアルキル基を指す。
シクロアルキル基は、環状アルキル基、例えば、限定するものではないが、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、及びシクロオクチル基等である。いくつかの実施形態では、シクロアルキル基は、３～８個の環員を有するのに対して、他の実施形態では、環炭素原子の数は、３から５、６、又は７個までの範囲である。シクロアルキル基は、置換されていても非置換でもよい。シクロアルキル基としては、更に、多環式シクロアルキル基、例えば、限定するものではないが、ノルボルニル、アダマンチル、ボルニル、カンフェニル、イソカンフェニル、及びカレニル基等、及び縮合環、例えば、限定するものではないが、デカリニル等が挙げられる。シクロアルキル基には、上で定義されたような直鎖又は分岐鎖アルキル基で置換された環も含まれる。代表的な置換シクロアルキル基は、一置換でもよく、又は２回以上置換されていてもよく、例えば、限定するものではないが、２，２－、２，３－、２，４－、２，５－、又は２，６－二置換シクロヘキシル基又は一、二、三置換ノルボルニル又はシクロヘプチル基等でもよく、これらは、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基、チオ基、ヒドロキシ基、シアノ基、及び／又はハロ基で置換されていてもよい。
アルケニル基は、２～約２０個の炭素原子を有し、且つ少なくとも１つの二重結合を更に含む直鎖、分岐、又は環状アルキル基である。いくつかの実施形態では、アルケニル基は、１～１２個の炭素、又は、典型的には、１～８個の炭素原子を有する。アルケニル基は、置換されていても非置換でもよい。アルケニル基としては、例えば、ビニル、プロペニル、２－ブテニル、３－ブテニル、イソブテニル、シクロヘキセニル、シクロペンテニル、シクロヘキサジエニル、ブタジエニル、ペンタジエニル、及びヘキサジエニル基が特に挙げられる。アルケニル基は、同様にアルキル基に置換されていてもよい。二価のアルケニル基、即ち、２つの連結点を有するアルケニル基としては、限定するものではないが、ＣＨ－ＣＨ＝ＣＨ2、Ｃ＝ＣＨ2、又はＣ＝ＣＨＣＨ3が挙げられる。
シクロアルキル基は、環状アルキル基、例えば、限定するものではないが、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、及びシクロオクチル基等である。いくつかの実施形態では、シクロアルキル基は、３～８個の環員を有するのに対して、他の実施形態では、環炭素原子の数は、３から５、６、又は７個までの範囲である。シクロアルキル基は、置換されていても非置換でもよい。シクロアルキル基としては、更に、多環式シクロアルキル基、例えば、限定するものではないが、ノルボルニル、アダマンチル、ボルニル、カンフェニル、イソカンフェニル、及びカレニル基等、及び縮合環、例えば、限定するものではないが、デカリニル等が挙げられる。シクロアルキル基には、上で定義されたような直鎖又は分岐鎖アルキル基で置換された環も含まれる。代表的な置換シクロアルキル基は、一置換でもよく、又は２回以上置換されていてもよく、例えば、限定するものではないが、２，２－、２，３－、２，４－、２，５－、又は２，６－二置換シクロヘキシル基又は一、二、三置換ノルボルニル又はシクロヘプチル基等でもよく、これらは、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基、チオ基、ヒドロキシ基、シアノ基、及び／又はハロ基で置換されていてもよい。
アルケニル基は、２～約２０個の炭素原子を有し、且つ少なくとも１つの二重結合を更に含む直鎖、分岐、又は環状アルキル基である。いくつかの実施形態では、アルケニル基は、１～１２個の炭素、又は、典型的には、１～８個の炭素原子を有する。アルケニル基は、置換されていても非置換でもよい。アルケニル基としては、例えば、ビニル、プロペニル、２－ブテニル、３－ブテニル、イソブテニル、シクロヘキセニル、シクロペンテニル、シクロヘキサジエニル、ブタジエニル、ペンタジエニル、及びヘキサジエニル基が特に挙げられる。アルケニル基は、同様にアルキル基に置換されていてもよい。二価のアルケニル基、即ち、２つの連結点を有するアルケニル基としては、限定するものではないが、ＣＨ－ＣＨ＝ＣＨ2、Ｃ＝ＣＨ2、又はＣ＝ＣＨＣＨ3が挙げられる。
【0007】
用語「アルコキシ基」は、本明細書に定義される１～１２個の炭素原子を含むアルキル基でＨが置換された、ヒドロキシ基（ＯＨ）を指す。いくつかの実施形態では、アルコキシ基は、１～７又は１～４個の炭素原子を含む。アルコキシ基は、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ－ブトキシ基、ｓｅｃ－ブトキシ基、ｔｅｒｔ－ブトキシ基、ペントキシ基、イソペントキシ基、３－メチルブトキシ基、２，２－ジメチルプロポキシ基、ｎ－ヘキソキシ基、２－メチルペントキシ基、２，２－ジメチルブトキシ基、２，３－ジメチルブトキシ基、ｎ－ヘプトキシ基、２－メチルヘキソキシ基、２，２－ジメチルペントキシ基、２，３－ジメチルペントキシ基、シクロプロポキシ基、シクロブトキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、シクロヘプチルオキシ基、１－メチルシクロプロピルオキシ基等であってもよい。いくつかの実施形態では、アルコキシ基は、Ｏ－Ｃ1～Ｃ6－アルキル基を含む。他の実施形態では、アルコキシ基は、Ｏ－Ｃ1～Ｃ4－アルキル基を含む。
【0008】
用語「アミン」（又は「アミノ」）は、本明細書で使用するとき、－ＮＲ100Ｒ101基を指し、式中、Ｒ100及びＲ101は、独立して、水素、又は本明細書の定義による置換若しくは非置換アルキル、アルケニル、アルキニル、シクロアルキル、アリール、アラルキル、ヘテロシクリルアルキル又はヘテロシクリル基である。いくつかの実施形態では、アミンは、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アリールアミノ、又はアルキルアリールアミノである。他の実施形態では、アミンは、ＮＨ2、メチルアミノ、ジメチルアミノ、エチルアミノ、ジエチルアミノ、プロピルアミノ、イソプロピルアミノ、フェニルアミノ、又はベンジルアミノである。
【0009】
本明細書で使用するとき、用語「ハロゲン」又は「ハロ」は、臭素、塩素、フッ素、又はヨウ素を指す。いくつかの実施形態では、ハロゲンは、フッ素である。他の実施形態では、ハロゲンは、塩素又は臭素である。
本明細書で使用するとき、用語「ヒドロキシル」は、－ＯＨ又はそのイオン化形態、－Ｏ－のことを指し得る。
用語「ニトリル」又は「シアノ」は、本明細書で使用するとき、－ＣＮ基を指す。
本明細書で使用するとき、用語「チオ」は、－Ｓ－基又は酸素が硫黄で置換されたエーテルを指す。
本明細書で使用するとき、「両性フッ素界面活性剤」は、
少なくとも１つのカチオン基及び／又はプロトン化されてカチオン基を生成できる基、例えば、第１級、第２級、第３級、及び／又は第４級アミン基と、
少なくとも１つのアニオン基及び／又は脱プロトン化されてアニオン基を生成できる基、例えば、カルボキシ基、スルホネート基、ホスフェート基、ホスホネート基、及びこれらの任意の１つ以上の塩と、
を含むフッ素界面活性剤を指す。
本明細書で使用するとき、用語「ベタイン官能性」は、正に帯電したカチオン性官能基と、負に帯電した官能基とを有する中性化合物を指す。いくつかの実施形態では、カチオン性官能基は、水素原子を持たない、第４級アンモニウム又はホスホニウムカチオンであってもよい。いくつかの実施形態では、負に帯電した官能基は、カルボキシレート基であってもよい。
本明細書で使用するとき、用語「短鎖ペルフルオロ置換基」は、Ｃ1～Ｃ7ペルフルオロ置換基を指す。
本明細書で使用するとき、用語「亜鉛負極」は、負極活物質として亜鉛を含む負極を指す。
本明細書で使用するとき、用語「ｐｐｍ」は、別段明示的に表現されない限り、質量での百万分率を意味する。
本明細書で使用するとき、用語「ヒドロキシル」は、－ＯＨ又はそのイオン化形態、－Ｏ－のことを指し得る。
用語「ニトリル」又は「シアノ」は、本明細書で使用するとき、－ＣＮ基を指す。
本明細書で使用するとき、用語「チオ」は、－Ｓ－基又は酸素が硫黄で置換されたエーテルを指す。
本明細書で使用するとき、「両性フッ素界面活性剤」は、
少なくとも１つのカチオン基及び／又はプロトン化されてカチオン基を生成できる基、例えば、第１級、第２級、第３級、及び／又は第４級アミン基と、
少なくとも１つのアニオン基及び／又は脱プロトン化されてアニオン基を生成できる基、例えば、カルボキシ基、スルホネート基、ホスフェート基、ホスホネート基、及びこれらの任意の１つ以上の塩と、
を含むフッ素界面活性剤を指す。
本明細書で使用するとき、用語「ベタイン官能性」は、正に帯電したカチオン性官能基と、負に帯電した官能基とを有する中性化合物を指す。いくつかの実施形態では、カチオン性官能基は、水素原子を持たない、第４級アンモニウム又はホスホニウムカチオンであってもよい。いくつかの実施形態では、負に帯電した官能基は、カルボキシレート基であってもよい。
本明細書で使用するとき、用語「短鎖ペルフルオロ置換基」は、Ｃ1～Ｃ7ペルフルオロ置換基を指す。
本明細書で使用するとき、用語「亜鉛負極」は、負極活物質として亜鉛を含む負極を指す。
本明細書で使用するとき、用語「ｐｐｍ」は、別段明示的に表現されない限り、質量での百万分率を意味する。
【0010】
金属空気電気化学セルにおける酸素利用率は、フッ化両性界面活性剤を有する電解質と水酸化リチウムとを、空気アクセスが限られたセルハウジング内で組合せることによって、予想外に改善され得ることが今回観察された。電解質配合物は、閉セル電圧を増大し、所与の電流引込みのためにセルが必要とする酸素の濃度の低減を可能にしながら、所望の閉回路電圧を維持することが見出された。この、より大きい酸素利用効率と、より高いセル電圧により、セル外側への通気領域をより小さくでき、水分及びＣＯ2の悪影響への曝露を低減することができる。これは、低湿度及び高湿度条件並びにＣＯ2濃度が高い環境での性能を改善する。
【0011】
本明細書に記載されるのは、両性フッ素界面活性剤を含む高電圧負極配合物と、セル限界電流が可能な最低レベルまで低減され、なおも消耗率（ｄｒａｉｎ ｒａｔｅ）使用要件に適合するように設計されたセルとの組合せである。本技術は、空気正極と、負極と、両性界面活性剤を含む水性電解質と、空隙の全領域（「通気領域」）を画定する１つ以上の空気口を含むハウジングと、を含む電池を提供し、ここで、
（１）電池は、サイズ１３の金属空気電池であり、空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０５０ｍｍ2～約０．１１５ｍｍ2である；又は
（２）電池は、サイズ３１２の金属空気電池であり、空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０３ｍｍ2～約０．０８ｍｍ2である。
本明細書の任意の実施形態では、電解質は水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）を含んでもよく、これを本明細書でより詳細に論じる。
（１）電池は、サイズ１３の金属空気電池であり、空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０５０ｍｍ2～約０．１１５ｍｍ2である；又は
（２）電池は、サイズ３１２の金属空気電池であり、空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０３ｍｍ2～約０．０８ｍｍ2である。
本明細書の任意の実施形態では、電解質は水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）を含んでもよく、これを本明細書でより詳細に論じる。
【0012】
本明細書に記載の驚くべき観察によると、両性フッ素界面活性剤を本技術の電池の電解質中で使用したとき、空気口によって画定される最小必要全通気領域が驚くほど低いことが見出された。例として、本技術の改善された電池において、サイズ３１２のセルの全通気領域は、０．０４９８ｍｍ2（標準／従来寸法の０．１３２９ｍｍ2から６３％低減）となり得る。別の例として、本技術の改善された電池において、サイズ１３のセルの全通気領域は、０．０８４５ｍｍ2（標準／従来寸法の０．１５３７ｍｍ2から４５％低減）となり得る。理論に束縛されるものではないが、通気領域の低減は、高電圧と、より効率的な電解質配合物（即ち、両性フッ素界面活性剤と、任意選択でＬｉＯＨと、を含む）とによって可能となることが提案され、ここで両性フッ素界面活性剤は、電圧抑制を助けると同時にガス発生の信頼性を維持することができ、負極中の成分の組合せは、セル電圧及びセル性能の大幅な強化改善をもたらし得る。
【0013】
本明細書の任意の実施形態では、両性フッ素界面活性剤は、短鎖ペルフルオロ置換基を含んでもよく、これはペルフルオロオクタン酸へと分解し得ない。本明細書の任意の実施形態では、両性フッ素界面活性剤は、ベタイン官能性を含んでもよい。例えば、両性フッ素界面活性剤は、式（Ｉ）の化合物として表すことができ：
式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、及びＲ8は、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、又はシクロアルキル基であり；Ｘ1は、－Ｃ（Ｏ）－、－ＳＯ2－、－Ｃ（Ｏ）ＮＲa－、－ＳＯ2ＮＲa－、－ＣＯ2－、又は－ＳＯ2Ｏ－であり；Ｒaは、Ｈ又はアルキル基であり；ｍ及びｐは、それぞれ独立して、０、１、２、３、４、５、又は６であり；ｎ及びｒは、それぞれ独立して、１、２、３、４、又は５である。いくつかの実施形態では、Ｒ1～Ｒ6は、Ｈであり、Ｒ7及びＲ8は、Ｃ1～Ｃ4アルキルであり、ｎ及びｐは、２であり、ｍは、４、５、又は６からであり、Ｘ1はＳＯ2であり；ｒは、１である。
本明細書の任意の実施形態では、両性フッ素界面活性剤は、電解質中に約２００ｐｐｍ～約２０，０００ｐｐｍ存在し得る。従って、本明細書の任意の実施形態では、電解質は、両性フッ素界面活性剤を、約５００ｐｐｍ、約６００ｐｐｍ、約７００ｐｐｍ、約８００ｐｐｍ、約９００ｐｐｍ、約１，０００ｐｐｍ、約２，０００ｐｐｍ、約３，０００ｐｐｍ、約４，０００ｐｐｍ、約５，０００ｐｐｍ、約６，０００ｐｐｍ、約７，０００ｐｐｍ、約８，０００ｐｐｍ、約９，０００ｐｐｍ、約１０，０００ｐｐｍ、約１１，０００ｐｐｍ、約１２，０００ｐｐｍ、約１３，０００ｐｐｍ、約１４，０００ｐｐｍ、約１５，０００ｐｐｍ、約１６，０００ｐｐｍ、約１７，０００ｐｐｍ、約１８，０００ｐｐｍ、約１９，０００ｐｐｍ、約２０，０００ｐｐｍ、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）の量で含み得る。例えば、本明細書の任意の実施形態では、両性フッ素界面活性剤は、電解質中に約２０００ｐｐｍ～約１５０００ｐｐｍ又は約３０００ｐｐｍ～約１２０００ｐｐｍ存在し得る。別の例として、本明細書の任意の実施形態では、電解質中の両性フッ素界面活性剤濃度は、約４０００ｐｐｍであってもよい。
【化1】
本明細書の任意の実施形態では、両性フッ素界面活性剤は、電解質中に約２００ｐｐｍ～約２０，０００ｐｐｍ存在し得る。従って、本明細書の任意の実施形態では、電解質は、両性フッ素界面活性剤を、約５００ｐｐｍ、約６００ｐｐｍ、約７００ｐｐｍ、約８００ｐｐｍ、約９００ｐｐｍ、約１，０００ｐｐｍ、約２，０００ｐｐｍ、約３，０００ｐｐｍ、約４，０００ｐｐｍ、約５，０００ｐｐｍ、約６，０００ｐｐｍ、約７，０００ｐｐｍ、約８，０００ｐｐｍ、約９，０００ｐｐｍ、約１０，０００ｐｐｍ、約１１，０００ｐｐｍ、約１２，０００ｐｐｍ、約１３，０００ｐｐｍ、約１４，０００ｐｐｍ、約１５，０００ｐｐｍ、約１６，０００ｐｐｍ、約１７，０００ｐｐｍ、約１８，０００ｐｐｍ、約１９，０００ｐｐｍ、約２０，０００ｐｐｍ、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）の量で含み得る。例えば、本明細書の任意の実施形態では、両性フッ素界面活性剤は、電解質中に約２０００ｐｐｍ～約１５０００ｐｐｍ又は約３０００ｐｐｍ～約１２０００ｐｐｍ存在し得る。別の例として、本明細書の任意の実施形態では、電解質中の両性フッ素界面活性剤濃度は、約４０００ｐｐｍであってもよい。
【0014】
電池は、亜鉛／酸化銀電池、亜鉛／二酸化マンガン電池等の金属空気電池セル設計に従って又は一致して構成されてもよい。例えば、電池は、金属空気ボタンサイズ電池に好適な仕様に設計されてもよい。更に、電池の形状は、負極がある程度平坦又は皿型の位置に保持されるようなものであってもよい。
【0015】
以後、理解のために図１を参照して開示を記載するが、これは、本技術の金属空気電池に記載された特徴を含むことを義務付けることを意図するものではない。しかしながら、本開示の任意の実施形態では、本開示の電池は、図１に例証するとおりであってもよい。図１は、電池のセル１０において、負極は、負極缶アセンブリ２２と、その中に収容された電気化学的反応性負極２６を含む負極缶２４と、絶縁ガスケット６０と、を含むことを示す。負極缶２４は、底壁２８と、円周方向に下向きに垂れ下がる側壁３０とを有する。側壁３０は、円周方向の缶足部３６において終端する。底壁及び側壁３０は、負極缶２４内の負極空洞３８を概ね画定し、当該空洞は、負極２６を含有する。
負極缶２４は、銅の合金を含んでもよく、該合金は、銅と、金属、例えば、アルミニウム、ケイ素、コバルト、スズ、クロム、亜鉛、及びこれらの任意の２つ以上の混合物等を含む。例えば、本明細書に開示される任意の実施形態では、負極缶全体２４が、銅の合金を含み得る。
正極４２は、セパレータ７４の下から正極缶４４までの領域を含む。この正極４２領域は、多孔質拡散層５７、セルロース空気拡散層、及び正極活性層７２を含む。正極缶４４は、底部４６、及び円周方向に直立する側壁４７を有する。底部４６は、概ね平坦な内面４８、概ね平坦な外面５０、及び平坦な外面５０上に画定される外周囲５２を有する。複数の空気口５４が、正極缶４４の底部４６を通って延び、酸素が底部４６を通って隣接する正極缶アセンブリ４０へと横断するための道を提供する。空気溜め５５は、正極缶アセンブリ４０を、底部４６及び対応する空気口５４から間隔を空けて配置する。多孔質拡散層５７及びセルロース空気拡散層３２は、空気溜め５５を埋める。正極缶の側壁４７は、内面５６及び外面５８を有する。
負極缶２４は、銅の合金を含んでもよく、該合金は、銅と、金属、例えば、アルミニウム、ケイ素、コバルト、スズ、クロム、亜鉛、及びこれらの任意の２つ以上の混合物等を含む。例えば、本明細書に開示される任意の実施形態では、負極缶全体２４が、銅の合金を含み得る。
正極４２は、セパレータ７４の下から正極缶４４までの領域を含む。この正極４２領域は、多孔質拡散層５７、セルロース空気拡散層、及び正極活性層７２を含む。正極缶４４は、底部４６、及び円周方向に直立する側壁４７を有する。底部４６は、概ね平坦な内面４８、概ね平坦な外面５０、及び平坦な外面５０上に画定される外周囲５２を有する。複数の空気口５４が、正極缶４４の底部４６を通って延び、酸素が底部４６を通って隣接する正極缶アセンブリ４０へと横断するための道を提供する。空気溜め５５は、正極缶アセンブリ４０を、底部４６及び対応する空気口５４から間隔を空けて配置する。多孔質拡散層５７及びセルロース空気拡散層３２は、空気溜め５５を埋める。正極缶の側壁４７は、内面５６及び外面５８を有する。
【0016】
上記のように、空気口５４は通気領域を画定し、酸素は該領域を通ってセルに入ることができ、亜鉛と共にボルタ電池を形成し、電流を発生する。本明細書に記載の驚くべき観察によると、両性フッ素界面活性剤を本技術の電池の電解質中に使用したとき、空気口５４によって画定される最小必要全通気領域が驚くほど低いことが見出された。前述のように、金属空気電池がサイズ１３のセルである場合、ハウジング内の空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０５ｍｍ2～約０．１１５ｍｍ2である。従って、本明細書に開示されるサイズ１３のセルの任意の実施形態では、空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０５ｍｍ2～約０．１０ｍｍ2、約０．０６ｍｍ2～約０．０９５ｍｍ2、約０．０６ｍｍ2～約０．０８５ｍｍ2、約０．０７ｍｍ2～約０．０９ｍｍ2、又は約０．０８ｍｍ2～約０．０８５ｍｍ2であり得る。同じく本開示で前述のように、金属空気電池がサイズ３１２のセルである場合、ハウジング内の空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０３ｍｍ2～約０．０８ｍｍ2である。従って、本明細書に開示されるサイズ３１２のセルの任意の実施形態では、空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０４ｍｍ2～約０．０７ｍｍ2、約０．０４ｍｍ2～約０．０６ｍｍ2、又は約０．０４ｍｍ2～約０．０５ｍｍ2であり得る。
負極缶アセンブリ２２は、絶縁ガスケット６０によって正極缶アセンブリ４０から電気的に絶縁される。絶縁ガスケット６０は、正極缶の直立する側壁４７と負極缶の下向きに垂れ下がる側壁３０との間に配置された円周側壁６２を含む。絶縁ガスケット足部６４は、概ね、負極缶の缶足部３６と正極缶アセンブリ４０との間に配置される。絶縁ガスケット頂部６６は、絶縁ガスケット６０の側壁６２が、セルの頂部に隣接する側壁３０と側壁４７との間から延びた場所に位置付けられる。
それゆえ、セル１０の外面６８は、負極缶２４の頂部の外面、正極缶４４の側壁４７の外面５８、正極缶４４の底部の外面５０、及び絶縁ガスケット６０の頂部６６の部分によって画定される。
負極缶アセンブリ２２は、絶縁ガスケット６０によって正極缶アセンブリ４０から電気的に絶縁される。絶縁ガスケット６０は、正極缶の直立する側壁４７と負極缶の下向きに垂れ下がる側壁３０との間に配置された円周側壁６２を含む。絶縁ガスケット足部６４は、概ね、負極缶の缶足部３６と正極缶アセンブリ４０との間に配置される。絶縁ガスケット頂部６６は、絶縁ガスケット６０の側壁６２が、セルの頂部に隣接する側壁３０と側壁４７との間から延びた場所に位置付けられる。
それゆえ、セル１０の外面６８は、負極缶２４の頂部の外面、正極缶４４の側壁４７の外面５８、正極缶４４の底部の外面５０、及び絶縁ガスケット６０の頂部６６の部分によって画定される。
【0017】
絶縁ガスケットは、少なくとも２つの一次機能を果たす。第一に、絶縁ガスケット６０は、セル１０用密閉部として機能し、負極２６及び／又は電解質が負極缶３０の側壁の外面と正極缶４７の側壁の内面５６との間のセルから漏れることを防ぐ。従って、絶縁ガスケット６０は、そのような漏れを防ぐために適切な液体封止特性を持つ必要がある。一般に、かかる特性は、種々の弾性的に変形可能な熱可塑性ポリマー材料で得られる。
第２に、絶縁ガスケット６０は、電気的な絶縁を提供し、負極缶２４と正極缶４４との間の全ての実効的で直接的な電気接触を防ぐ。従って、絶縁ガスケット６０の側壁６２は、一般的に、側壁４７の頂部から側壁３０の底部まで、外面と内面５６との間の電池の外周の全体を取り囲み、当該全体について絶縁特性を提供する必要がある。同様に、絶縁ガスケット６０の足部６４は、側壁３０の足部３６、側壁４７の下部、及び正極缶アセンブリ４０の外周囲部分の間で、セルの外周の全体を取り囲み、当該全体について電気絶縁特性を提供する必要がある。良好な液体封止特性と良好な電気絶縁特性との組合せは、典型的には、既知の電池グレードナイロンポリマー材料を所望の構成で成することによって達成される。
電気絶縁要求を満たすために、絶縁ガスケット６０は、良好な誘電体絶縁特性を有してもよく、側壁６２について最小限の厚さを有してもよく、且つ側壁３０と４７との間の電流伝達を可能にし得るピンホール又は他の欠陥の無いものとしてもよい。絶縁ガスケット側壁６２の厚さは、約２００～約２５０ミクロンが従来の電気化学セルでは一般的である。従来技術の厚い絶縁ガスケットと同じ弾性的に変形可能な熱可塑性ナイロン材料を使用して、１００ミクロンもの薄さが、本開示のセルに許容可能である。
絶縁ガスケットが適用される電池の構造に応じて、１５０ミクロン、１４０ミクロン、１２７ミクロン等の中間的な厚さが、一部のセルに選択されてもよい。しかしながら、セル容積効率が運転時に考慮すべきものである場合、好ましい厚さは、例えば、１２０ミクロン又は１１０ミクロン未満から１００ミクロンの薄さまでである。それゆえ、本開示のセル１０における使用に好ましい絶縁ガスケット６０の厚さの範囲は、約１００ミクロンを下端とする。
第２に、絶縁ガスケット６０は、電気的な絶縁を提供し、負極缶２４と正極缶４４との間の全ての実効的で直接的な電気接触を防ぐ。従って、絶縁ガスケット６０の側壁６２は、一般的に、側壁４７の頂部から側壁３０の底部まで、外面と内面５６との間の電池の外周の全体を取り囲み、当該全体について絶縁特性を提供する必要がある。同様に、絶縁ガスケット６０の足部６４は、側壁３０の足部３６、側壁４７の下部、及び正極缶アセンブリ４０の外周囲部分の間で、セルの外周の全体を取り囲み、当該全体について電気絶縁特性を提供する必要がある。良好な液体封止特性と良好な電気絶縁特性との組合せは、典型的には、既知の電池グレードナイロンポリマー材料を所望の構成で成することによって達成される。
電気絶縁要求を満たすために、絶縁ガスケット６０は、良好な誘電体絶縁特性を有してもよく、側壁６２について最小限の厚さを有してもよく、且つ側壁３０と４７との間の電流伝達を可能にし得るピンホール又は他の欠陥の無いものとしてもよい。絶縁ガスケット側壁６２の厚さは、約２００～約２５０ミクロンが従来の電気化学セルでは一般的である。従来技術の厚い絶縁ガスケットと同じ弾性的に変形可能な熱可塑性ナイロン材料を使用して、１００ミクロンもの薄さが、本開示のセルに許容可能である。
絶縁ガスケットが適用される電池の構造に応じて、１５０ミクロン、１４０ミクロン、１２７ミクロン等の中間的な厚さが、一部のセルに選択されてもよい。しかしながら、セル容積効率が運転時に考慮すべきものである場合、好ましい厚さは、例えば、１２０ミクロン又は１１０ミクロン未満から１００ミクロンの薄さまでである。それゆえ、本開示のセル１０における使用に好ましい絶縁ガスケット６０の厚さの範囲は、約１００ミクロンを下端とする。
【0018】
本開示に開示される任意の実施形態では、多孔質拡散層５７は、約２５～約１００ミクロンの厚さの微孔質疎水性ポリマー材料、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）膜であり、該膜は、空気の通過を可能にし、且つ一般的に電池電解質を通さない。例えば、多孔質拡散層５７は、Ｔｅｆｌｏｎ（商標）である。本明細書に開示される任意の実施形態では、多孔質拡散層５７を、空気口５４と組合せて、酸素を正極アセンブリの活性反応表面領域に効率的に運ぶために使用してもよい。
セルロース空気拡散層３２は、多孔質拡散層５７の下に位置し、保護的な横方向の空気拡散層として機能し得る。具体的には、セルが活性化されると、負極缶アセンブリ２２はセパレータ７４を押し下げ、セルロース空気拡散層３２は、空気口５４が完全に覆われないよう保護するのに役立つ。
活性層７２は、集電体として、正極缶とインターフェースすることができる接続基層、即ち、導電性織込ニッケルワイヤ層（図示せず）を更に含み得る。本明細書に開示される任意の実施形態では、炭素は、ニッケルワイヤの導電層を取り囲むマトリックス形成し得る。ニッケルは、亜鉛空気セルの環境において腐食をほとんど又は全く呈さないことから、及びニッケルは優れた電気導体であることからも、ニッケルが導電層に使用され得る。本明細書に開示される任意の実施形態では、セパレータ７４と多孔質拡散層５７との間の正極アセンブリの厚さは、可能な限り小さい。
セルロース空気拡散層３２は、多孔質拡散層５７の下に位置し、保護的な横方向の空気拡散層として機能し得る。具体的には、セルが活性化されると、負極缶アセンブリ２２はセパレータ７４を押し下げ、セルロース空気拡散層３２は、空気口５４が完全に覆われないよう保護するのに役立つ。
活性層７２は、集電体として、正極缶とインターフェースすることができる接続基層、即ち、導電性織込ニッケルワイヤ層（図示せず）を更に含み得る。本明細書に開示される任意の実施形態では、炭素は、ニッケルワイヤの導電層を取り囲むマトリックス形成し得る。ニッケルは、亜鉛空気セルの環境において腐食をほとんど又は全く呈さないことから、及びニッケルは優れた電気導体であることからも、ニッケルが導電層に使用され得る。本明細書に開示される任意の実施形態では、セパレータ７４と多孔質拡散層５７との間の正極アセンブリの厚さは、可能な限り小さい。
【0019】
本技術の金属空気電池用の水性電解質は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、又はこれらの組合せ等の塩基を含んでもよい。本明細書に開示される任意の実施形態の電解質は、界面活性剤系、腐食抑制剤（例えば、水酸化インジウム、ポリアニリン、ポリエチレングリコール、又はポリプロピレングリコール、及び水酸化リチウムのうちの１つ以上）、ゲル化剤（例えば、ポリアクリレートポリマー）、ガス抑制添加剤（例えば、酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、ＬｉＯＨ、及び臭化カルシウムのうちの１つ以上）、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化セシウム、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、スズ酸ナトリウム、スズ酸カリウム、又はこれらの任意の２つ以上の組合せを含み得る。
【0020】
界面活性剤系は、少なくとも１つの両性フッ素界面活性剤を含み得る。例えば、界面活性剤系は、少なくとも２つの両性フッ素界面活性剤を含み得る。本明細書の任意の実施形態では、界面活性剤系は、１つ以上の両性フッ素界面活性剤と、腐食抑制剤（例えば、水酸化インジウム、ポリアニリン、ポリエチレングリコール、又はポリプロピレングリコール、及び水酸化リチウムのうちの１つ以上）、ゲル化剤（例えば、ポリアクリレートポリマー）、ガス抑制添加剤（例えば、酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、ＬｉＯＨ、及び臭化カルシウムのうちの１つ以上）、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化セシウム、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、スズ酸ナトリウム、スズ酸カリウムのうちの１つ以上と、を含み得る。本明細書の任意の実施形態では、界面活性剤系は、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ－１１１、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ－５００、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ－５０、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ－５１、ＡＰＦＳ－１４、ＤＹＮＡＸ ＤＸ３００１、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳＫ、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳ－５００、又はこれらの任意の２つ以上の組合せであってもよい。
【0021】
本明細書の任意の実施形態の電解質及び／又は界面活性剤系は、追加の界面活性剤、例えば、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸、ジエチレントリアミン、オクチルフェノキシポリエトキシエタノール、式（ＩＩＩ）の化合物、又はこれらの任意の２つ以上の組合せを含み得る。式（ＩＩＩ）の化合物としては、
が挙げられ、式中、Ｒ13、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16、Ｒ17、Ｒ18、Ｒ19、Ｒ20、及びＲ21は、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、又はシクロアルキル基であり；Ｘ2は、Ｏ又はＳであり；Ｘ3は、ＯＨ又はＳＨであり；ｗは、５～５０である。本明細書に開示される任意の実施形態では、Ｒ13、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16、Ｒ17、Ｒ18、Ｒ19、Ｒ20、及びＲ21はそれぞれ水素であってもよい。本明細書に開示される任意の実施形態では、Ｘ2は、Ｏであってもよい。本明細書に開示される任意の実施形態では、Ｘ3は、ＯＨであってもよい。本明細書に開示される任意の実施形態では、ｗは、５～１５であってもよい。本明細書に開示される任意の実施形態では、ｗは、５～１０であってもよい。本明細書に開示される任意の実施形態では、Ｒ13は、Ｃ1～Ｃ12アルキル基であり；Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16、Ｒ17、Ｒ18、Ｒ19、Ｒ20、及びＲ21は、それぞれ水素であり；Ｘ2は、Ｏであり；Ｘ3は、ＯＨであり；ｗは、５～１５であることが可能である。本明細書に開示される任意の実施形態では、Ｒ13はオクチルであってもよく、ｗは、５～１０であってもよい。別の実施形態において、Ｒ13は１，１，３，３－テトラメチルブチルであり、ｗは、５～１０である。
【化2】
【0022】
本明細書の任意の実施形態の電解質は、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸を、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤系の一部として更に含み得る。ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤系は、電圧抑制を低減し得る。本明細書に開示される任意の実施形態のヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤系は、約１．０８ｇ／ｃｍ3～約１．２０ｇ／ｃｍ3（約９．０～約１０．０ポンド／ガロン）の密度、例えば、約１．１７ｇ／ｃｍ3（約９．８ポンド／ガロン）の密度を有し得る。本明細書に開示される任意の実施形態のヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤系は、約２．０未満のｐＨを有し得る。ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸は、水中で約５０％の溶解度を有し得る。
本明細書に開示される任意の実施形態のヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤系は、約７０質量％～約７５質量％のスルホン化ベンゼン、１，１’－オキシビス－ｓｅｃ－ヘキシル誘導体を含み得る。本明細書の任意の実施形態では、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤系は、約０質量％～約５質量％又は約２質量％～約４質量％の硫酸を含み得る。本明細書に開示される任意の実施形態のヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤は、約２０質量％～約３０質量％又は約２２質量％～約２８質量％の水を含んでもよい。例示的な実施形態では、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤は、Ｐｉｌｏｔ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ（２７４４Ｅａｓｔ Ｋｅｍｐｅｒ Ｒｏａｄ，Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，Ｏｈｉｏ，４５２４１）から入手可能なＣａｌｆａｘ（登録商標）６ＬＡ－７０であり、Ｃａｌｆａｘ（登録商標）６ＬＡ－７０は、本開示の他の実施形態において、カップリング剤及び／又はＨＬＢ調整剤としても作用し得る。それゆえ、用語「界面活性剤」は、Ｃａｌｆａｘ（登録商標）６ＬＡ－７０で例示される限定的な意味とみなされるべきではなく、この用語は、例えば、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸及び／又はヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤系が提供し得る機能のうちの１つを説明する。
本明細書の任意の実施形態では、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸は、約５００ｐｐｍ～約５，０００ｐｐｍ、例えば、約１，０００ｐｐｍ～約４，０００ｐｐｍ又は約２，０００ｐｐｍ～約３，０００ｐｐｍの量で存在してもよい。従って、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸は、約１，０００ｐｐｍ、約２，０００ｐｐｍ、約３，０００ｐｐｍ、約４，０００ｐｐｍ、若しくは約５，０００ｐｐｍ、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）の量で存在し得る。例えば、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸は、約３０００ｐｐｍの量で存在してもよく；別の実施形態では、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸は、約４，５００ｐｐｍの量で存在してもよい。
本明細書に開示される任意の実施形態のヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤系は、約７０質量％～約７５質量％のスルホン化ベンゼン、１，１’－オキシビス－ｓｅｃ－ヘキシル誘導体を含み得る。本明細書の任意の実施形態では、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤系は、約０質量％～約５質量％又は約２質量％～約４質量％の硫酸を含み得る。本明細書に開示される任意の実施形態のヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤は、約２０質量％～約３０質量％又は約２２質量％～約２８質量％の水を含んでもよい。例示的な実施形態では、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤は、Ｐｉｌｏｔ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ（２７４４Ｅａｓｔ Ｋｅｍｐｅｒ Ｒｏａｄ，Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，Ｏｈｉｏ，４５２４１）から入手可能なＣａｌｆａｘ（登録商標）６ＬＡ－７０であり、Ｃａｌｆａｘ（登録商標）６ＬＡ－７０は、本開示の他の実施形態において、カップリング剤及び／又はＨＬＢ調整剤としても作用し得る。それゆえ、用語「界面活性剤」は、Ｃａｌｆａｘ（登録商標）６ＬＡ－７０で例示される限定的な意味とみなされるべきではなく、この用語は、例えば、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸及び／又はヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸界面活性剤系が提供し得る機能のうちの１つを説明する。
本明細書の任意の実施形態では、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸は、約５００ｐｐｍ～約５，０００ｐｐｍ、例えば、約１，０００ｐｐｍ～約４，０００ｐｐｍ又は約２，０００ｐｐｍ～約３，０００ｐｐｍの量で存在してもよい。従って、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸は、約１，０００ｐｐｍ、約２，０００ｐｐｍ、約３，０００ｐｐｍ、約４，０００ｐｐｍ、若しくは約５，０００ｐｐｍ、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）の量で存在し得る。例えば、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸は、約３０００ｐｐｍの量で存在してもよく；別の実施形態では、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸は、約４，５００ｐｐｍの量で存在してもよい。
【0023】
本明細書に開示される任意の実施形態の電解質は、腐食抑制剤を更に含んでもよい。腐食抑制剤は、清浄な亜鉛表面の維持を補佐するために使用されてもよく、清浄な亜鉛表面は、次に、セル電圧及び効率を上げる。腐食抑制剤と両性フッ素界面活性剤の両方が、セル電圧及びセル性能の改善をもたらし得る。腐食抑制剤は、導電率を増強し得る。腐食抑制剤は、電解質中に約１００ｐｐｍ～約１５，０００ｐｐｍ、例えば、約２００ｐｐｍ～約３００ｐｐｍ存在し得る。本明細書の任意の実施形態では、腐食抑制剤は、約１５０ｐｐｍ、約２００ｐｐｍ、約２５０ｐｐｍ、約３００ｐｐｍ、約３５０ｐｐｍ、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）の量で存在し得る。本明細書の任意の実施形態では、腐食抑制剤は、約２５０ｐｐｍで存在し得る。腐食抑制剤のみに関して、ｐｐｍ量は、腐食抑制剤が室温で液体の場合は電解質の総質量に基づき、又は腐食抑制剤が室温で固体の場合は負極内の亜鉛質量に基づく。
【0024】
本技術の任意の実施形態の腐食抑制剤は、芳香族アミンポリマー、水酸化インジウム、ポリアニリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、水酸化リチウム、又はこれらの任意の２つ以上の組合せであってもよい。例えば、腐食抑制剤としては、式（ＩＩ）の化合物が挙げられ、
式中、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11、及びＲ12は、それぞれ独立して、水素、置換若しくは非置換アルキル、置換若しくは非置換アルケニル、又は置換若しくは非置換シクロアルキル基であり；ｔは、１００～５００である。本明細書に開示される任意の実施形態では、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11、及びＲ12は、それぞれ水素であってもよい。本明細書に開示される任意の実施形態では、ｔは、１００～２００であってもよい。本明細書に開示される任意の実施形態では、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11、及びＲ12は、それぞれ水素であってもよく、ｍは、１００～２００であってもよい。
上記のように、腐食抑制剤は、ポリアニリンを含んでもよい。例えば、ポリアニリンは、エメラルジンポリアニリンであってもよい。エメラルジン型のポリアニリンは、中性で、室温において高安定性を有し得る。本明細書に開示される任意の実施形態のポリアニリンは、非酸ドープ型のポリアニリンであってもよく、導電型のポリアニリンではない。本明細書に開示される任意の実施形態のポリアニリンは、腐食抑制剤として作用してもよく、及び／又はポリアニリンが腐食抑制剤としてのみ作用することに限定しない他の利益をもたらしてもよい。従って、ポリアニリンを「腐食抑制剤」と呼ぶことは、ポリアニリンをその特定の機能のみに限定するものではない。例えば、ポリアニリンは、導電率を増強し得る。
上記のように、腐食抑制剤は、水酸化インジウムを含んでもよい。本明細書に開示される任意の実施形態では、水酸化インジウムは、負極内の亜鉛の総質量に基づいて、約２０００ｐｐｍ～約４０００ｐｐｍ、例えば、約２，５００ｐｐｍ～約３，５００ｐｐｍ、又は約２，７５０ｐｐｍ～約３，２５０ｐｐｍの量で存在してもよい。従って、水酸化インジウムは、約２，０００ｐｐｍ、約２，５００ｐｐｍ、約３，０００ｐｐｍ、約３，５００ｐｐｍ、約４，０００ｐｐｍ、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）の量で存在し得る。例えば、水酸化インジウムは、本明細書に開示される任意の実施形態において、負極内の亜鉛の総質量に基づいて、約３０００ｐｐｍの量で存在してもよい。
【化3】
上記のように、腐食抑制剤は、ポリアニリンを含んでもよい。例えば、ポリアニリンは、エメラルジンポリアニリンであってもよい。エメラルジン型のポリアニリンは、中性で、室温において高安定性を有し得る。本明細書に開示される任意の実施形態のポリアニリンは、非酸ドープ型のポリアニリンであってもよく、導電型のポリアニリンではない。本明細書に開示される任意の実施形態のポリアニリンは、腐食抑制剤として作用してもよく、及び／又はポリアニリンが腐食抑制剤としてのみ作用することに限定しない他の利益をもたらしてもよい。従って、ポリアニリンを「腐食抑制剤」と呼ぶことは、ポリアニリンをその特定の機能のみに限定するものではない。例えば、ポリアニリンは、導電率を増強し得る。
上記のように、腐食抑制剤は、水酸化インジウムを含んでもよい。本明細書に開示される任意の実施形態では、水酸化インジウムは、負極内の亜鉛の総質量に基づいて、約２０００ｐｐｍ～約４０００ｐｐｍ、例えば、約２，５００ｐｐｍ～約３，５００ｐｐｍ、又は約２，７５０ｐｐｍ～約３，２５０ｐｐｍの量で存在してもよい。従って、水酸化インジウムは、約２，０００ｐｐｍ、約２，５００ｐｐｍ、約３，０００ｐｐｍ、約３，５００ｐｐｍ、約４，０００ｐｐｍ、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）の量で存在し得る。例えば、水酸化インジウムは、本明細書に開示される任意の実施形態において、負極内の亜鉛の総質量に基づいて、約３０００ｐｐｍの量で存在してもよい。
【0025】
電解質は、ゲル化剤を含んでもよい。当該技術分野における任意の好適なゲル化剤を、それが本開示の範囲から逸脱しない限り、使用してもよい。ゲル化剤は、電解質の総質量に基づいて、約５００ｐｐｍ～約１，５００ｐｐｍ、約７５０ｐｐｍ～約１，２５０、又は約９００ｐｐｍ～約１，１００ｐｐｍの量で存在し得る。従って、ゲル化剤は、約５００ｐｐｍ、約６００ｐｐｍ、約７００ｐｐｍ、約８００ｐｐｍ、約９００ｐｐｍ、約１，０００ｐｐｍ、約１，１００ｐｐｍ、約１，２００ｐｐｍ、約１，３００ｐｐｍ、約１，４００ｐｐｍ、又は約１，５００ｐｐｍ、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）の量で存在し得る。例えば、ゲル化剤は、本明細書に開示される任意の実施形態において、約１，０００ｐｐｍの量で存在し得る。本明細書に開示される任意の実施形態では、ゲル化剤は、架橋ポリアクリル酸ポリマー等のポリアクリル酸ポリマーであってもよい。
【0026】
電解質は、ポリアクリレートポリマーを含んでもよい。ポリアクリレートポリマーは、約１，０００ｐｐｍ～約５，０００ｐｐｍの量で存在し得る。これは、約２，０００ｐｐｍ～約４，０００ｐｐｍ、又は約２，５００ｐｐｍ～約３，５００ｐｐｍを含み得る。従って、ポリアクリレートポリマーは、本明細書に開示される任意の実施形態において、約２，０００ｐｐｍ、約２，５００ｐｐｍ、約３，０００ｐｐｍ、約３，５００ｐｐｍ、約４，０００ｐｐｍ、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）の量で存在し得る。例えば、ポリアクリレートポリマーは、約２，０００ｐｐｍの量で存在し得る。例として、好適なポリアクリレートポリマーは、架橋ポリアクリレートポリマーである。
酸化亜鉛は、電解質質量基準で、約１％～約１０％の量で存在し得る。これは、電解質質量基準で、約１％～約８％、１％～約５％、約１．５％～約５％、又は約２％～約５％を含み得る。従って、酸化亜鉛は、本明細書に開示される任意の実施形態において、電解質質量基準で、約１％、約１．５％、約２％、約２．５％、約３％、約３．５％、若しくは約４％、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）の量で存在し得る。例えば、酸化亜鉛は、電解質質量基準で、約２％の量で存在してもよい。酸化亜鉛、他の利益をもたらし得ることから、酸化亜鉛を単にガス抑制添加剤として作用することに限定しない。従って、酸化亜鉛を「ガス抑制添加剤」と呼ぶことは、酸化亜鉛をその特定の機能のみに限定するものではない。例えば、本明細書に開示される任意の実施形態の酸化亜鉛は、亜鉛表面不動態化を調節し得る。
電解質は、水酸化カリウムを含んでもよい。水酸化カリウムは、電解質質量基準で、約２０％～約４５％、例えば、約２５％～約４０％又は約３０％～約３５％の量で存在し得る。本明細書に開示される任意の実施形態では、水酸化カリウムは、電解質質量基準で、約４５％、約３０％、約２５％、又は約２０％、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）の量で存在し得る。例えば、水酸化カリウムは、電解質質量基準で、約３３％の量で存在し得る。
電解質は、水酸化ナトリウムを含んでもよい。水酸化ナトリウムは、電解質質量基準で、約２０％～約４５％、例えば、約２５％～約４０％又は約３０％～約３５％の量で存在し得る。水酸化ナトリウムは、本明細書に開示される任意の実施形態において、電解質質量基準で、約４５％、約３０％、約２５％、若しくは約２０％、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）の量で存在し得る。例えば、水酸化ナトリウムは、電解質質量基準で、約３３％の量で存在し得る。
酸化亜鉛は、電解質質量基準で、約１％～約１０％の量で存在し得る。これは、電解質質量基準で、約１％～約８％、１％～約５％、約１．５％～約５％、又は約２％～約５％を含み得る。従って、酸化亜鉛は、本明細書に開示される任意の実施形態において、電解質質量基準で、約１％、約１．５％、約２％、約２．５％、約３％、約３．５％、若しくは約４％、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）の量で存在し得る。例えば、酸化亜鉛は、電解質質量基準で、約２％の量で存在してもよい。酸化亜鉛、他の利益をもたらし得ることから、酸化亜鉛を単にガス抑制添加剤として作用することに限定しない。従って、酸化亜鉛を「ガス抑制添加剤」と呼ぶことは、酸化亜鉛をその特定の機能のみに限定するものではない。例えば、本明細書に開示される任意の実施形態の酸化亜鉛は、亜鉛表面不動態化を調節し得る。
電解質は、水酸化カリウムを含んでもよい。水酸化カリウムは、電解質質量基準で、約２０％～約４５％、例えば、約２５％～約４０％又は約３０％～約３５％の量で存在し得る。本明細書に開示される任意の実施形態では、水酸化カリウムは、電解質質量基準で、約４５％、約３０％、約２５％、又は約２０％、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）の量で存在し得る。例えば、水酸化カリウムは、電解質質量基準で、約３３％の量で存在し得る。
電解質は、水酸化ナトリウムを含んでもよい。水酸化ナトリウムは、電解質質量基準で、約２０％～約４５％、例えば、約２５％～約４０％又は約３０％～約３５％の量で存在し得る。水酸化ナトリウムは、本明細書に開示される任意の実施形態において、電解質質量基準で、約４５％、約３０％、約２５％、若しくは約２０％、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）の量で存在し得る。例えば、水酸化ナトリウムは、電解質質量基準で、約３３％の量で存在し得る。
【0027】
本明細書に開示される任意の実施形態では、金属空気電池の電解質は、界面活性剤系と腐食抑制とを含んでもよく、界面活性剤系は両性フッ素界面活性剤を含む。界面活性剤系は、ガス抑制添加剤を更に含み得る。本明細書に開示される任意の実施形態では、界面活性剤系は、ヘキシルジフェニルオキシドジスルホン酸、ジエチレントリアミン、又はオクチルフェノキシポリエトキシエタノール、式（ＩＩＩ）の化合物、又はこれらの任意の２つ以上の組合せを更に含み得る。ガス抑制添加剤は、ＬｉＯＨ又はＺｎＯ等の材料を含み得る。本明細書に開示される任意の実施形態では、電解質は、約５００ｐｐｍ～約２０，０００ｐｐｍのガス抑制添加剤を含み得る。従って、電解質は、ガス抑制添加剤を、約５００ｐｐｍ、約６００ｐｐｍ、約７００ｐｐｍ、約８００ｐｐｍ、約９００ｐｐｍ、約１，０００ｐｐｍ、約２，０００ｐｐｍ、約３，０００ｐｐｍ、約４，０００ｐｐｍ、約５，０００ｐｐｍ、約６，０００ｐｐｍ、約７，０００ｐｐｍ、約８，０００ｐｐｍ、約９，０００ｐｐｍ、約１０，０００ｐｐｍ、約１１，０００ｐｐｍ、約１２，０００ｐｐｍ、約１３，０００ｐｐｍ、約１４，０００ｐｐｍ、約１５，０００ｐｐｍ、約１６，０００ｐｐｍ、約１７，０００ｐｐｍ、約１８，０００ｐｐｍ、約１９，０００ｐｐｍ、約２０，０００ｐｐｍ、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）の量で含み得る。
本明細書に開示される任意の実施形態の電解質は、ＬｉＯＨを、約５００ｐｐｍ、約６００ｐｐｍ、約７００ｐｐｍ、約８００ｐｐｍ、約９００ｐｐｍ、約１，０００ｐｐｍ、約２，０００ｐｐｍ、約３，０００ｐｐｍ、約４，０００ｐｐｍ、約５，０００ｐｐｍ、約６，０００ｐｐｍ、約７，０００ｐｐｍ、約８，０００ｐｐｍ、約９，０００ｐｐｍ、約１０，０００ｐｐｍ、約１１，０００ｐｐｍ、約１２，０００ｐｐｍ、約１３，０００ｐｐｍ、約１４，０００ｐｐｍ、約１５，０００ｐｐｍ、約１６，０００ｐｐｍ、約１７，０００ｐｐｍ、約１８，０００ｐｐｍ、約１９，０００ｐｐｍ、約２０，０００ｐｐｍ、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）の量で含み得る。
本明細書に開示される任意の実施形態の電解質は、ＬｉＯＨを、約５００ｐｐｍ、約６００ｐｐｍ、約７００ｐｐｍ、約８００ｐｐｍ、約９００ｐｐｍ、約１，０００ｐｐｍ、約２，０００ｐｐｍ、約３，０００ｐｐｍ、約４，０００ｐｐｍ、約５，０００ｐｐｍ、約６，０００ｐｐｍ、約７，０００ｐｐｍ、約８，０００ｐｐｍ、約９，０００ｐｐｍ、約１０，０００ｐｐｍ、約１１，０００ｐｐｍ、約１２，０００ｐｐｍ、約１３，０００ｐｐｍ、約１４，０００ｐｐｍ、約１５，０００ｐｐｍ、約１６，０００ｐｐｍ、約１７，０００ｐｐｍ、約１８，０００ｐｐｍ、約１９，０００ｐｐｍ、約２０，０００ｐｐｍ、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）の量で含み得る。
【0028】
本明細書に開示される任意の実施形態の金属空気電池は、セル性能と寿命を改善するための二酸化炭素吸収剤（ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ ａｇｅｎｔ）を含んでもよい。空気がセルに入ると、二酸化炭素は二酸化炭素吸収剤（ｓｃｒｕｂｂｅｒ）と反応して、二酸化炭素と電解質中又は空気拡散膜の表面におけるアルカリ成分との反応を防止又は少なくとも最小限に抑える。吸収剤は、電解質の導電率及び正極多孔性を長時間維持することを可能にする。本明細書に開示される任意の実施形態の電解質に、電解質中に存在するアルカリ水酸化物との反応の前に、溶解した二酸化炭素と優先的に反応する材料を添加してもよい。
例証的な二酸化炭素吸収剤としては、限定するものではないが、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、過酸化リチウム、酸化リチウム、アミン、カンラン石、又はその他の塩基性水酸化物が挙げられる。
本明細書に開示される任意の実施形態において、二酸化炭素吸収剤は、流入空気が負極活物質（即ち、亜鉛）と接触する前に吸収剤に遭遇し得る空間において正極缶の内側をコーティングするために使用できる。例えば、図１に例証するように、空気溜め５５は、電池セル内の空隙である。セルは、空気が拡散層３２と接触する前に空気口５４を通ってセルに入るように構成される。従って、二酸化炭素吸収剤は、二酸化炭素が空気口５４を通ってセルに入ったときに二酸化炭素を除去又は少なくとも減ずるために、空気溜め５５内のセルの内面に塗布されてもよい。吸収剤は、セルロース空気拡散層３２、正極４２、又は多孔質拡散層５７のいずれかの中に埋め込まれるか、又はこれらの上に付着されていてもよい。吸収剤は、粉末として付着されてもよく、後で除去される溶媒を用いて塗布することでフィルムとして付着されてもよく、又は他の実用的手段によって付着されてもよい。
本明細書に開示される任意の実施形態では、二酸化炭素吸収剤は、アルカリ電解質に添加されてもよい。かかる実施形態では、吸収剤は、物質が最初に二酸化炭素と反応し、その間、電解質中に存在するＮａＯＨ又はＫＯＨは保持されるように選択される。理論に束縛されるものではないが、ＣＯ2が亜鉛空気セルに入ると、ＣＯ2は水性電解質に溶解し、それによって炭酸を発生し得ると考えられる。その後、炭酸は、電解質中に存在するＮａＯＨ又はＫＯＨと反応する前に吸収剤と反応し、その結果電解質の所望のアルカリ度が維持される。
本明細書に開示される任意の実施形態では、二酸化炭素吸収剤は、セル使用前の二酸化炭素曝露による保管時損傷を最小限に抑えるために、補聴器用セル（本技術による）を収容したパッケージに含まれてもよい。例えば、パッケージは、補聴器用電池等の亜鉛空気セルを、保管又は販売のために保持することを意図したチャンバを含有してもよい。パッケージは、粉末として、パッケージ上のコーティングとして、又はパッケージング及びチャンバ形成材料のプラスチック又は紙の中に埋め込まれた、酸化炭素吸収剤を含んでもよい。
例証的な二酸化炭素吸収剤としては、限定するものではないが、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、過酸化リチウム、酸化リチウム、アミン、カンラン石、又はその他の塩基性水酸化物が挙げられる。
本明細書に開示される任意の実施形態において、二酸化炭素吸収剤は、流入空気が負極活物質（即ち、亜鉛）と接触する前に吸収剤に遭遇し得る空間において正極缶の内側をコーティングするために使用できる。例えば、図１に例証するように、空気溜め５５は、電池セル内の空隙である。セルは、空気が拡散層３２と接触する前に空気口５４を通ってセルに入るように構成される。従って、二酸化炭素吸収剤は、二酸化炭素が空気口５４を通ってセルに入ったときに二酸化炭素を除去又は少なくとも減ずるために、空気溜め５５内のセルの内面に塗布されてもよい。吸収剤は、セルロース空気拡散層３２、正極４２、又は多孔質拡散層５７のいずれかの中に埋め込まれるか、又はこれらの上に付着されていてもよい。吸収剤は、粉末として付着されてもよく、後で除去される溶媒を用いて塗布することでフィルムとして付着されてもよく、又は他の実用的手段によって付着されてもよい。
本明細書に開示される任意の実施形態では、二酸化炭素吸収剤は、アルカリ電解質に添加されてもよい。かかる実施形態では、吸収剤は、物質が最初に二酸化炭素と反応し、その間、電解質中に存在するＮａＯＨ又はＫＯＨは保持されるように選択される。理論に束縛されるものではないが、ＣＯ2が亜鉛空気セルに入ると、ＣＯ2は水性電解質に溶解し、それによって炭酸を発生し得ると考えられる。その後、炭酸は、電解質中に存在するＮａＯＨ又はＫＯＨと反応する前に吸収剤と反応し、その結果電解質の所望のアルカリ度が維持される。
本明細書に開示される任意の実施形態では、二酸化炭素吸収剤は、セル使用前の二酸化炭素曝露による保管時損傷を最小限に抑えるために、補聴器用セル（本技術による）を収容したパッケージに含まれてもよい。例えば、パッケージは、補聴器用電池等の亜鉛空気セルを、保管又は販売のために保持することを意図したチャンバを含有してもよい。パッケージは、粉末として、パッケージ上のコーティングとして、又はパッケージング及びチャンバ形成材料のプラスチック又は紙の中に埋め込まれた、酸化炭素吸収剤を含んでもよい。
【0029】
負極は、負極活物質を含み、負極缶アセンブリは負極活物質を取り囲む。本明細書に開示される任意の実施形態では、負極活物質は亜鉛を含んでもよく、負極は「亜鉛負極」と呼ばれる。これに関して、本明細書で使用するとき、負極「活物質」は、セルの負極における放電反応の一部であると共にセル放電容量に寄与する単一化学化合物であって、その中に存在し得る不純物及び少量の他の部分を含む、単一化学化合物のことを指し得ることに注意する。負極「活物質」は、亜鉛活物質を含有又は支援し得る集電体、電極リード等を含まない。
負極に対する物理的な変更はまた、単独で、又は上記した化学的修飾との組合せで、セルの寿命を改善し得る。例えば、水酸化物イオンについての拡散抵抗を減らすことによって、従来のセルにおいて使用され得るものよりも有利に低い濃度の水酸化物イオンを電解質中に有するセルを効率的に放電することができる。これは、例えば、亜鉛粒径分布を調整して、負極内に類似の亜鉛粒径の狭い分布を提供することによって達成でき、それによって、水酸化物イオンのための多孔性（拡散経路）を増強する。拡散特性の改善に加えて、本開示の粒径分布はまた、ＺｎＯ析出のための多孔性部位を提供し、それによって、負極不動態化を遅延させる。このアプローチは、亜鉛空気電池セルの負極における使用に効果的であり、本明細書に開示される他の改善と組合せて使用され得る。
負極に対する物理的な変更はまた、単独で、又は上記した化学的修飾との組合せで、セルの寿命を改善し得る。例えば、水酸化物イオンについての拡散抵抗を減らすことによって、従来のセルにおいて使用され得るものよりも有利に低い濃度の水酸化物イオンを電解質中に有するセルを効率的に放電することができる。これは、例えば、亜鉛粒径分布を調整して、負極内に類似の亜鉛粒径の狭い分布を提供することによって達成でき、それによって、水酸化物イオンのための多孔性（拡散経路）を増強する。拡散特性の改善に加えて、本開示の粒径分布はまた、ＺｎＯ析出のための多孔性部位を提供し、それによって、負極不動態化を遅延させる。このアプローチは、亜鉛空気電池セルの負極における使用に効果的であり、本明細書に開示される他の改善と組合せて使用され得る。
【0030】
好適な亜鉛粒径分布は、粒子のうちの少なくとも７０％が１００ミクロンサイズ範囲内の標準メッシュ篩目粒径を有するもの、及び分布の最頻値が約１００～約３００ミクロンの間にあるものであり得る。好適な亜鉛粒径分布としては、上記の試験に適合し、約１００ミクロン、約１５０ミクロン、又は約２００ミクロンの最頻値を有する粒径分布が挙げられる。本明細書に開示される任意の実施形態では、粒子のうちの約７０％が、約１００ミクロンよりも狭い粒径分布範囲、例えば、約５０ミクロン、又は約４０ミクロン以下の範囲に分布している。
【0031】
陽極は、正極缶４４及び正極４２を含む正極缶アセンブリ４０を含んでもよい。正極４２の例示的な実施形態は、図１に最も良く見られる。正極４２の活性層７２は、セパレータ７４と多孔質拡散層５７との間に置かれる。活性層７２は、好ましくは、厚さが約５０ミクロン～約１，２５０ミクロンの範囲であり、電解質中のヒドロキシルイオンと、空気の正極酸素との間の反応を促進する。セパレータ７４は、微孔質プラスチック膜及び微孔質セルロース紙のうちの一方又は両方を含んでもよく、又はこれらからなってもよい。微孔質プラスチック膜は厚さ約２５μｍであり、典型的には、ポリプロピレンで構成される。紙材料は、厚さ７０～９０ミクロンで、坪量が２０～２５ｇ／ｍ2であり、典型的にはポリビニルアルコールとセルロース材料で構成される。セパレータは、負極の亜鉛粒子が、正極４２の残留元素と物理的に接触するのを防ぐという一次機能を有する。しかしながら、セパレータ７４は、ヒドロキシルイオン及び水がセパレータを通過して正極アセンブリへ行くことは許可する。ここで、正極は、空気正極であり、正極活性層は、炭素を含む。
正極缶４４の側壁４７は、中間要素８０によって缶の底部４６に接合される。中間要素８０の外面は、底部４６の外面５０の外周囲５２におけるその下端から、概ね垂直な向きに側壁４７の外面５８に接合するその上端まで延びる。中間要素８０の内面は、存在する場合には、底部４６の内面４８及び側壁４７の内面５６の接合において表わされる。内面４８及び５６は、中間要素の内面が公称寸法のものになるように、急な曲がりの角部において一体となる。角部材料が角部の形成時に加工される程度に角部が加工硬化されてもよく、それによって、角部構造が中間要素８０において形成される際に、角部構造が、底部４６及び側壁４７に対して強化される。
正極缶４４の側壁４７は、中間要素８０によって缶の底部４６に接合される。中間要素８０の外面は、底部４６の外面５０の外周囲５２におけるその下端から、概ね垂直な向きに側壁４７の外面５８に接合するその上端まで延びる。中間要素８０の内面は、存在する場合には、底部４６の内面４８及び側壁４７の内面５６の接合において表わされる。内面４８及び５６は、中間要素の内面が公称寸法のものになるように、急な曲がりの角部において一体となる。角部材料が角部の形成時に加工される程度に角部が加工硬化されてもよく、それによって、角部構造が中間要素８０において形成される際に、角部構造が、底部４６及び側壁４７に対して強化される。
【0032】
本明細書に開示される任意の実施形態では、缶／ハウジングは、選択した材料から十分な強度及び延性が得られる限り、（缶のめっき又はクラッディングとは対照的に）正極の水素過電圧に近い水素過電圧を有する金属又は合金で全体が形成されてもよい。ニッケルに加えて、かかる水素過電圧特性を有する材料としては、例えば、限定するものではないが、コバルト及び金が挙げられる。いくつかの実施形態では、かかる材料は、例えば、めっき、クラッディング、又は他の塗布プロセスによって、１つ以上の被膜層としてコア層の上にコーティングされてもよい。十分な強度及び延性を提供する材料は、複合構造の代わりに、単一層材料としての使用できる。単一層材料は、ＣＲＳ又は他の適切な材料をコア層として包含する。
本明細書に開示される任意の実施形態では、費用検討から、更には一般的にめっき後プロセスを必要としない事前にめっきされた鋼帯が市販されていることから、ニッケル及びニッケル合金でめっきされた鋼帯が使用されてもよい。缶／ハウジング内の金属は、好ましくは、絞り加工プロセスに耐えるのに十分な延性と、セル圧着及び密閉プロセスに耐え、その他の耐性を有するのに十分な強度及び剛性の両方を備え、セル／電池に主要な全体的な構造強度をもたらす。
本明細書に開示される任意の実施形態では、ハウジングは、ニッケル－クラッドステンレス鋼；ニッケルめっき冷間圧延鋼；ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）（ニッケルの非磁性合金）；微量合金元素を有する純ニッケル（例えば、Ｎｉｃｋｅｌ ２００及びＮｉｃｋｅｌ ２００合金の関連系列、例えば、Ｎｉｃｋｅｌ ２０１等）（全てＨｕｎｔｉｎｇｔｏｎ Ａｌｌｏｙｓから入手可能）、又はＳｐｅｃｉａｌ Ｍｅｔａｌｓから入手可能なＤＵＲＡＮＩＣＫＥＬ（登録商標）３０１を含み得る。例えば、ハウジングは、ニッケルめっきステンレス鋼製であってもよい。いくつかの貴金属も、缶／ハウジング金属用のめっき、クラッディング、又は他のコーティングとして使用でき、その例は、ニッケルめっきされた鋼帯、及び缶の製造後にニッケルでめっきされた軟鋼帯の被覆である。
両側をニッケルでコーティングされた複数の層（例えば、ＣＲＳ）が使用される場合、本開示は任意選択で追加の（例えば、第４、第５等の）層を想到し、該層は、ニッケルとＣＲＳとの間であるか、又はＣＲＳと追加的な層（複数可）との間にニッケル層を有するかのいずれかである。例えば、金、コバルト、又は他の優れた導電体を、正極缶を絞り加工した後、又は絞り加工及びしごき加工した後に、（ニッケル層の外側の）正極缶の外面の一部又は全部の上に付着してもよい。別の方法として、かかる第４層等の層は、例えば、ＣＲＳとニッケルとの間の結合増強層であってもよい。
缶／ハウジングが、典型的な原材料構造のニッケル／ステンレス鋼（ＳＳＴ）／ニッケル／ＮＩ／ＳＳＴ／ＮＩをシート構造として使用して製造される場合、かかるシート構造は、約０．０５ｍｍ～約０．３０ｍｍ（約０．００２インチ～約０．０１２インチ）であってもよい。これは、約０．０８ｍｍ～約０．２５ｍｍ（約０．００３インチ～約０．０１０インチ）又は約０．１０ｍｍ～約０．１５ｍｍ（約０．００４インチ～約０．００６インチ）を含んでもよく、従って、厚さは約０．０５ｍｍ（約０．００２インチ）、約０．０８ｍｍ（約０．００３インチ）、約０．１０ｍｍ（約０．００４インチ）、約０．１３ｍｍ（約０．００５インチ）、又は約０．１５ｍｍ（約０．００６インチ）、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）であってもよい。例えば、厚さは、約０．１３ｍｍ（約０．００５インチ）であってもよい。本明細書に開示される任意の実施形態では、ニッケル層のそれぞれが、かかる３層構造における金属シートの厚さ全体の約１％～約１０％に相当し得る。これは、かかる３層構造における金属シートの厚さ全体の約１．５～約９％、約２％～約８％、約２．５％～約７％、又は約３％～約６．５％を含み得る。例えば、ニッケル層のそれぞれが、かかる３層構造における金属シートの厚さ全体の約２％～約４％に相当する。本明細書に開示される任意の実施形態では、ニッケル層のそれぞれが、かかる３層構造における金属シートの厚さ全体の約２％に相当し得る。
本明細書に開示される任意の実施形態では、費用検討から、更には一般的にめっき後プロセスを必要としない事前にめっきされた鋼帯が市販されていることから、ニッケル及びニッケル合金でめっきされた鋼帯が使用されてもよい。缶／ハウジング内の金属は、好ましくは、絞り加工プロセスに耐えるのに十分な延性と、セル圧着及び密閉プロセスに耐え、その他の耐性を有するのに十分な強度及び剛性の両方を備え、セル／電池に主要な全体的な構造強度をもたらす。
本明細書に開示される任意の実施形態では、ハウジングは、ニッケル－クラッドステンレス鋼；ニッケルめっき冷間圧延鋼；ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）（ニッケルの非磁性合金）；微量合金元素を有する純ニッケル（例えば、Ｎｉｃｋｅｌ ２００及びＮｉｃｋｅｌ ２００合金の関連系列、例えば、Ｎｉｃｋｅｌ ２０１等）（全てＨｕｎｔｉｎｇｔｏｎ Ａｌｌｏｙｓから入手可能）、又はＳｐｅｃｉａｌ Ｍｅｔａｌｓから入手可能なＤＵＲＡＮＩＣＫＥＬ（登録商標）３０１を含み得る。例えば、ハウジングは、ニッケルめっきステンレス鋼製であってもよい。いくつかの貴金属も、缶／ハウジング金属用のめっき、クラッディング、又は他のコーティングとして使用でき、その例は、ニッケルめっきされた鋼帯、及び缶の製造後にニッケルでめっきされた軟鋼帯の被覆である。
両側をニッケルでコーティングされた複数の層（例えば、ＣＲＳ）が使用される場合、本開示は任意選択で追加の（例えば、第４、第５等の）層を想到し、該層は、ニッケルとＣＲＳとの間であるか、又はＣＲＳと追加的な層（複数可）との間にニッケル層を有するかのいずれかである。例えば、金、コバルト、又は他の優れた導電体を、正極缶を絞り加工した後、又は絞り加工及びしごき加工した後に、（ニッケル層の外側の）正極缶の外面の一部又は全部の上に付着してもよい。別の方法として、かかる第４層等の層は、例えば、ＣＲＳとニッケルとの間の結合増強層であってもよい。
缶／ハウジングが、典型的な原材料構造のニッケル／ステンレス鋼（ＳＳＴ）／ニッケル／ＮＩ／ＳＳＴ／ＮＩをシート構造として使用して製造される場合、かかるシート構造は、約０．０５ｍｍ～約０．３０ｍｍ（約０．００２インチ～約０．０１２インチ）であってもよい。これは、約０．０８ｍｍ～約０．２５ｍｍ（約０．００３インチ～約０．０１０インチ）又は約０．１０ｍｍ～約０．１５ｍｍ（約０．００４インチ～約０．００６インチ）を含んでもよく、従って、厚さは約０．０５ｍｍ（約０．００２インチ）、約０．０８ｍｍ（約０．００３インチ）、約０．１０ｍｍ（約０．００４インチ）、約０．１３ｍｍ（約０．００５インチ）、又は約０．１５ｍｍ（約０．００６インチ）、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲（終点を含む）であってもよい。例えば、厚さは、約０．１３ｍｍ（約０．００５インチ）であってもよい。本明細書に開示される任意の実施形態では、ニッケル層のそれぞれが、かかる３層構造における金属シートの厚さ全体の約１％～約１０％に相当し得る。これは、かかる３層構造における金属シートの厚さ全体の約１．５～約９％、約２％～約８％、約２．５％～約７％、又は約３％～約６．５％を含み得る。例えば、ニッケル層のそれぞれが、かかる３層構造における金属シートの厚さ全体の約２％～約４％に相当する。本明細書に開示される任意の実施形態では、ニッケル層のそれぞれが、かかる３層構造における金属シートの厚さ全体の約２％に相当し得る。
【0033】
このように一般的に記載された本発明は、以下の実施例を参照してより容易に理解されることになり、該実施例は、例示として提供されるものであり、本発明を限定することを意図するものではない。
【実施例】
【0034】
実施例１．全通気領域が０．０４９８ｍｍ2である本技術のサイズ３１２のセルを、亜鉛負極と、（電解質質量基準）３１．５％の水酸化カリウム、１０，０００ｐｐｍの両性フッ素界面活性剤、１．５％の水酸化リチウム、２％の酸化亜鉛、及び１，０００ｐｐｍのポリアクリル酸を含む水性電解質と、を用いて調製した。比較用「標準」セルを、標準セルは両性フッ素界面活性剤を含まず、全通気領域が０．１３２９ｍｍ2であったことを除き、同様に調製した。セルを、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ試験に従って８０％ＲＨ（相対湿度）において１０／２ｍＡで放電した結果、本技術のセルは、比較用「標準」セルと比較して約１５％の容量改善を示した。
実施例２．全通気領域が０．０９９８ｍｍ2である本技術のサイズ１３のセルを、亜鉛負極と、水酸化カリウム、実施例１の両性フッ素界面活性剤、水酸化リチウム、及び実施例１のポリアクリル酸を実施例１の電解質と同じ量で含む水性電解質と、を用いて調製した。比較用「標準」セルを、標準セルは両性フッ素界面活性剤を含まず、全通気領域が０．１２９５ｍｍ2であったことを除き、同様に調製した。セルを、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ試験に従って８０％ＲＨ（相対湿度）において１２／３ｍＡで放電した結果、本技術のセルは、比較用「標準」セルと比較して約７％の容量改善を示した（図２）。
実施例３．全通気領域が０．０６６０ｍｍ2である本技術のサイズ３１２のセルを、亜鉛負極と、水酸化カリウム、実施例１の両性フッ素界面活性剤、水酸化リチウム、及び実施例１のポリアクリル酸を実施例１の電解質と同じ量で含む水性電解質と、を用いて調製した。比較用「標準」セルを、標準セルは両性フッ素界面活性剤を含まず、全通気領域が０．０８６９ｍｍ2であったことを除き、同様に調製した。セルを、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ試験に従って８０％ＲＨ（相対湿度）において１０／２ｍＡで放電した結果、本技術のセルは、比較用「標準」セルと比較して約１３％の容量改善を示した（図３）。
実施例４．全通気領域が０．０６６０ｍｍ2である本技術のサイズ３１２のセルを、亜鉛負極と、水酸化カリウム、実施例１の両性フッ素界面活性剤、水酸化リチウム、及び実施例１のポリアクリル酸を実施例１の電解質と同じ量で含む水性電解質と、を用いて調製した。比較用「標準」セルを、標準セルは両性フッ素界面活性剤を含まず、全通気領域が０．０８６９ｍｍ2であったことを除き、同様に調製した。セルを、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ試験１０／２ｍＡに従って２０％ＲＨ（相対湿度）で放電した結果、本技術のセルは、比較用「標準」セルと比較して約４％の容量改善を示した（図４）。
実施例５．本技術の電池の性能に対する電解質自体の寄与を更に例証するため、３種類の水性電解質を以下のように生成し、評価した。３種類の電解質は：
（１）３３％の水酸化カリウム（電解質質量基準）と、２％の酸化亜鉛（電解質質量基準）と、を含む水性電解質；
（２）３３％の水酸化カリウム（電解質質量基準）と、２％の酸化亜鉛（電解質質量基準）と、７，５００ｐｐｍのカルボキシル化アミン界面活性剤と、を含む水性電解質；及び
（３）３３％の水酸化カリウム（電解質質量基準）と、２％の酸化亜鉛（電解質質量基準）と、１０，０００ｐｐｍの両性フッ素界面活性剤と、を含む本技術の水性電解質
であった。
正極に近い溶液に純亜鉛参照電極を配置することによって、電解質の使用から得られる正極性能を、負極とは独立に試験した（注：全ての試験に正極から同じ距離を使用した）。正極は、片側は空気アクセスが無制限であり、もう片側は電解質に曝露していた。続いて、正極に１ｍＡ／ｃｍ2及び５ｍＡ／ｃｍ2の電流引込みを適用し、純亜鉛参照に対する電位を、上記の各電解質について記録した。図５に例証するように、本技術の水性電解質（３）は、水性電解質（１）及び（２）と比較して、同じ電流引込みで、電圧降下がより少ない、改善された挙動を示した。
実施例２．全通気領域が０．０９９８ｍｍ2である本技術のサイズ１３のセルを、亜鉛負極と、水酸化カリウム、実施例１の両性フッ素界面活性剤、水酸化リチウム、及び実施例１のポリアクリル酸を実施例１の電解質と同じ量で含む水性電解質と、を用いて調製した。比較用「標準」セルを、標準セルは両性フッ素界面活性剤を含まず、全通気領域が０．１２９５ｍｍ2であったことを除き、同様に調製した。セルを、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ試験に従って８０％ＲＨ（相対湿度）において１２／３ｍＡで放電した結果、本技術のセルは、比較用「標準」セルと比較して約７％の容量改善を示した（図２）。
実施例３．全通気領域が０．０６６０ｍｍ2である本技術のサイズ３１２のセルを、亜鉛負極と、水酸化カリウム、実施例１の両性フッ素界面活性剤、水酸化リチウム、及び実施例１のポリアクリル酸を実施例１の電解質と同じ量で含む水性電解質と、を用いて調製した。比較用「標準」セルを、標準セルは両性フッ素界面活性剤を含まず、全通気領域が０．０８６９ｍｍ2であったことを除き、同様に調製した。セルを、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ試験に従って８０％ＲＨ（相対湿度）において１０／２ｍＡで放電した結果、本技術のセルは、比較用「標準」セルと比較して約１３％の容量改善を示した（図３）。
実施例４．全通気領域が０．０６６０ｍｍ2である本技術のサイズ３１２のセルを、亜鉛負極と、水酸化カリウム、実施例１の両性フッ素界面活性剤、水酸化リチウム、及び実施例１のポリアクリル酸を実施例１の電解質と同じ量で含む水性電解質と、を用いて調製した。比較用「標準」セルを、標準セルは両性フッ素界面活性剤を含まず、全通気領域が０．０８６９ｍｍ2であったことを除き、同様に調製した。セルを、ＡＮＳＩ／ＩＥＣ試験１０／２ｍＡに従って２０％ＲＨ（相対湿度）で放電した結果、本技術のセルは、比較用「標準」セルと比較して約４％の容量改善を示した（図４）。
実施例５．本技術の電池の性能に対する電解質自体の寄与を更に例証するため、３種類の水性電解質を以下のように生成し、評価した。３種類の電解質は：
（１）３３％の水酸化カリウム（電解質質量基準）と、２％の酸化亜鉛（電解質質量基準）と、を含む水性電解質；
（２）３３％の水酸化カリウム（電解質質量基準）と、２％の酸化亜鉛（電解質質量基準）と、７，５００ｐｐｍのカルボキシル化アミン界面活性剤と、を含む水性電解質；及び
（３）３３％の水酸化カリウム（電解質質量基準）と、２％の酸化亜鉛（電解質質量基準）と、１０，０００ｐｐｍの両性フッ素界面活性剤と、を含む本技術の水性電解質
であった。
正極に近い溶液に純亜鉛参照電極を配置することによって、電解質の使用から得られる正極性能を、負極とは独立に試験した（注：全ての試験に正極から同じ距離を使用した）。正極は、片側は空気アクセスが無制限であり、もう片側は電解質に曝露していた。続いて、正極に１ｍＡ／ｃｍ2及び５ｍＡ／ｃｍ2の電流引込みを適用し、純亜鉛参照に対する電位を、上記の各電解質について記録した。図５に例証するように、本技術の水性電解質（３）は、水性電解質（１）及び（２）と比較して、同じ電流引込みで、電圧降下がより少ない、改善された挙動を示した。
【0035】
一定の実施形態を例証及び記載してきたが、変更及び修正が、以下の特許請求の範囲に定義されるような、より広い態様における技術から逸脱することなく、当該技術分野における通常の技術知識に従って、その一定の実施形態になされ得ることを理解されたい。
本明細書に例証的に記載された実施形態は、本明細書に具体的に開示されない任意の要素又は複数の要素、限定又は複数の限定が無い場合に、適切に実施され得る。従って、例えば、用語「備える」、「含む」、「含有する」等は、拡張的にかつ限定無しで読み取られるものとする。更に、本明細書において用いられた用語及び表現は、限定の語句ではなく、説明の語句として使用されており、かかる用語及び表現の使用において、図示及び記載された特徴又はそれらの部分の任意の同等物を排除するという意図は存在せず、様々な修正が、特許請求された技術の範囲内で可能であることが認識される。更に、「から本質的になる」という文言は、具体的に列挙された要素及び特許請求された技術の基本的かつ新規な特性に著しく影響を及ぼさない追加的な要素を含むように理解される。「からなる」という文言は、指定されない要素を除外する。
本開示は、本出願に記載された特定の実施形態に関して限定するものではない。多くの修正及び変形が、当業者に明らかになるように、その趣旨及び範囲から逸脱することなく実施できる。本開示の範囲内の機能的に同等な方法及び組成が、本明細書に列挙されたものに加えて、前述の記載から当業者に明らかとなる。かかる修正及び変形は、添付の特許請求の範囲内に入ることを意図する。本開示は、かかる特許請求の範囲が権利を与えられる等価物の全範囲に加えて、添付の特許請求の範囲の用語によってのみ限定される。本開示は、特定の方法、試薬、化合物組成、又は生物系に限定されず、当然変動し得ることは理解されるべきである。また、本明細書において使用される専門用語は、特定の実施形態のみを記載する目的のためのものであり、限定することを意図しないことは理解されるべきである。
加えて、本開示の特徴又は態様が、マーカッシュグループによって記載される場合、当業者は、本開示がまた、それによって、マーカッシュグループの任意の個々の構成要素又は構成要素のサブグループによって記載されることを認識するであろう。
当業者によって理解されるように、任意及び全ての目的のために、特に、書面での記載を提供する観点から、本明細書に開示された全ての範囲はまた、任意及び全ての可能な部分範囲並びにそれらの部分範囲の組合せを包含する。任意の列挙された範囲は、同じ範囲が、少なくとも二等分、三等分、四等分、五等分、十等分などに分解されることを十分に記載する及び可能にするものとして容易に認識され得る。非限定的な実施例として、本明細書に記述された各範囲は、下部３分の１、中央３分の１、及び上部３分の１等に容易に分解され得る。当業者によって理解されるように、全ての言い回し、例えば、「最大～まで」、「少なくとも」、「よりも大きい」、「よりも小さい」等が、列挙されたその数を含み、後に、上述したような部分範囲に分解され得る範囲を指す。最後に、当業者によって理解されるように、ある範囲は、個々の構成要素を含む。
本明細書に言及される全ての刊行物、特許出願、発行された特許、及び他の文書は、個々の刊行物、特許出願、発行された特許、又は他の文書が、その全体が参照によって組み込まれるように具体的かつそれぞれ個別に示されるかのように、参照によって本明細書に組み込まれる。参照によって組み込まれる文章に含まれる定義は、それらが本開示における定義を否定する限り、除外される。
本明細書に例証的に記載された実施形態は、本明細書に具体的に開示されない任意の要素又は複数の要素、限定又は複数の限定が無い場合に、適切に実施され得る。従って、例えば、用語「備える」、「含む」、「含有する」等は、拡張的にかつ限定無しで読み取られるものとする。更に、本明細書において用いられた用語及び表現は、限定の語句ではなく、説明の語句として使用されており、かかる用語及び表現の使用において、図示及び記載された特徴又はそれらの部分の任意の同等物を排除するという意図は存在せず、様々な修正が、特許請求された技術の範囲内で可能であることが認識される。更に、「から本質的になる」という文言は、具体的に列挙された要素及び特許請求された技術の基本的かつ新規な特性に著しく影響を及ぼさない追加的な要素を含むように理解される。「からなる」という文言は、指定されない要素を除外する。
本開示は、本出願に記載された特定の実施形態に関して限定するものではない。多くの修正及び変形が、当業者に明らかになるように、その趣旨及び範囲から逸脱することなく実施できる。本開示の範囲内の機能的に同等な方法及び組成が、本明細書に列挙されたものに加えて、前述の記載から当業者に明らかとなる。かかる修正及び変形は、添付の特許請求の範囲内に入ることを意図する。本開示は、かかる特許請求の範囲が権利を与えられる等価物の全範囲に加えて、添付の特許請求の範囲の用語によってのみ限定される。本開示は、特定の方法、試薬、化合物組成、又は生物系に限定されず、当然変動し得ることは理解されるべきである。また、本明細書において使用される専門用語は、特定の実施形態のみを記載する目的のためのものであり、限定することを意図しないことは理解されるべきである。
加えて、本開示の特徴又は態様が、マーカッシュグループによって記載される場合、当業者は、本開示がまた、それによって、マーカッシュグループの任意の個々の構成要素又は構成要素のサブグループによって記載されることを認識するであろう。
当業者によって理解されるように、任意及び全ての目的のために、特に、書面での記載を提供する観点から、本明細書に開示された全ての範囲はまた、任意及び全ての可能な部分範囲並びにそれらの部分範囲の組合せを包含する。任意の列挙された範囲は、同じ範囲が、少なくとも二等分、三等分、四等分、五等分、十等分などに分解されることを十分に記載する及び可能にするものとして容易に認識され得る。非限定的な実施例として、本明細書に記述された各範囲は、下部３分の１、中央３分の１、及び上部３分の１等に容易に分解され得る。当業者によって理解されるように、全ての言い回し、例えば、「最大～まで」、「少なくとも」、「よりも大きい」、「よりも小さい」等が、列挙されたその数を含み、後に、上述したような部分範囲に分解され得る範囲を指す。最後に、当業者によって理解されるように、ある範囲は、個々の構成要素を含む。
本明細書に言及される全ての刊行物、特許出願、発行された特許、及び他の文書は、個々の刊行物、特許出願、発行された特許、又は他の文書が、その全体が参照によって組み込まれるように具体的かつそれぞれ個別に示されるかのように、参照によって本明細書に組み込まれる。参照によって組み込まれる文章に含まれる定義は、それらが本開示における定義を否定する限り、除外される。
【0036】
本技術は、限定するものではないが、以下の文字を付与した段落に記載の特徴及び複数の特徴の組合せを含んでもよく、以下の段落は、本明細書に添付の特許請求の範囲を限定するもの、又は全てのかかる特徴がかかる特許請求の範囲に必ず含まれなければならないと義務づけるもの、と解釈されるべきではない。
Ａ．空気正極と、負極と、水性電解質と、ハウジングと、を備える電池であって、
電池は、サイズ１３の金属空気電池であり；
ハウジングは、通気領域を画定する１つ以上の空気口を備え；
空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０５０ｍｍ2～約０．１１５ｍｍ2であり；且つ
水性電解質は、両性フッ素界面活性剤を含む、
電池。
Ｂ．空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０５ｍｍ2～約０．１０ｍｍ2である、段落Ａに記載の電池。
Ｃ．空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０６０ｍｍ2～約０．９５０ｍｍ2である、段落Ａ又は段落Ｂに記載の電池。
Ｄ．空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０６０ｍｍ2～約０．０８５ｍｍ2である、段落Ａ～Ｃのいずれか１つに記載の電池。
Ｅ．空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０７ｍｍ2～約０．０９ｍｍ2である、段落Ａ～Ｃのいずれか１つに記載の電池。
Ｆ．空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０８ｍｍ2～約０．０８５ｍｍ2である、段落Ａ～Ｅのいずれか１つに記載の電池。
Ｇ．負極は、亜鉛を含む、段落Ａ～Ｆのいずれか１つに記載の電池。
Ｈ．二酸化炭素吸収剤を更に含む、段落Ａ～Ｇのいずれか１つに記載の電池。
Ｉ．二酸化炭素吸収剤は、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、過酸化リチウム、アミン、又はカンラン石を含む、段落Ｈに記載の電池。
Ｊ．空気拡散パッドを更に含み、空気拡散パッドは二酸化炭素吸収剤を含む、段落Ｈ又は段落Ｉに記載の電池。
Ｋ．二酸化炭素吸収剤のコーティングを有するハウジングの内面を更に含む、段落Ｈ～Ｊのいずれか１つに記載の電池。
Ｌ．ハウジングと電池内の空気拡散層とによって画定される空気溜めを更に含み、二酸化炭素吸収剤は粉末又はフィルムとして空気溜めの表面上に付着されている、段落Ｈ～Ｋのいずれか１つに記載の電池。
Ｍ．両性フッ素界面活性剤は、ペルフルオロオクタン酸へと分解し得ない短鎖ペルフルオロ置換基を含む、段落Ａ～Ｌのいずれか１つに記載の電池。
Ｎ．両性フッ素界面活性剤は、ベタイン官能性を含む、段落Ａ～Ｍのいずれか１つに記載の電池。
Ｏ．両性フッ素界面活性剤は、式（Ｉ）の化合物を含み、
式中、
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、及びＲ8は、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、又はシクロアルキル基であり；
Ｘ1は、－Ｃ（Ｏ）－、－ＳＯ2－、－Ｃ（Ｏ）ＮＲa－、－ＳＯ2ＮＲa－、－ＣＯ2－、又は－ＳＯ2Ｏ－であり；
Ｒaは、Ｈ又はアルキル基であり；
ｍ及びｐは、それぞれ独立して、０、１、２、３、４、５、又は６であり；
ｎ及びｒは、それぞれ独立して、１、２、３、４、又は５である、
段落Ａ～Ｎのいずれか１つに記載の電池。
Ｐ．Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、及びＲ6は、それぞれＨであり；
Ｒ7及びＲ8は、それぞれ独立して、Ｃ1～Ｃ4アルキルであり；
Ｘ1は、ＳＯ2又は－ＳＯ2ＮＲaであり；
Ｒaは、Ｈであり；
ｎは、２又は３であり；
ｐは、２、３、４、又は５であり；
ｍは、３、４、５、又は６であり；
ｒは、１である、
段落Ｏに記載の電池。
Ｑ．Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、及びＲ6は、それぞれＨであり；
Ｒ7及びＲ8は、それぞれ独立して、Ｃ1～Ｃ4アルキルであり；
Ｘ1は、ＳＯ2であり；
ｎ及びｐは、２であり；
ｍは、４、５、又は６であり；
ｒは、１である、
段落Ｏ又は段落Ｐに記載の電池。
Ｒ．水性電解質は、界面活性剤系を含む、段落Ａ～Ｑのいずれか１つに記載の電池。
Ｓ．界面活性剤系は、両性フッ素界面活性剤を含む、段落Ｒに記載の電池。
Ｔ．界面活性剤系は、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ－１１１、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ－５００、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ－５０、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ－５１、ＡＰＦＳ－１４、ＤＹＮＡＸ ＤＸ３００１、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳＫ、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳ－５００、又はこれらの任意の２つ以上の組合せを含む、段落Ｒ又は段落Ｓに記載の電池。
Ｕ．水性電解質は、水酸化リチウムを更に含む、段落Ａ～Ｔのいずれか１つに記載の電池。
Ｖ．水性電解質は、約５００ｐｐｍ～約２０，０００ｐｐｍの水酸化リチウムを含む、段落Ａ～Ｕのいずれか１つに記載の電池。
Ｗ．空気正極と、負極と、水性電解質と、ハウジングと、を備える電池であって、
電池は、サイズ３１２の金属空気電池であり；
ハウジングは、通気領域を画定する１つ以上の空気口を備え；
空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０３ｍｍ2～約０．０８ｍｍ2であり；
水性電解質は、両性フッ素界面活性剤を含む、
電池。
Ｘ．空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０４ｍｍ2～約０．０７ｍｍ2である、段落Ｗに記載の電池。
Ｙ．空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０４ｍｍ2～約０．０６ｍｍ2である、段落Ｗ又は段落Ｘに記載の電池。
Ｚ．空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０４ｍｍ2～約０．０５ｍｍ2である、段落Ｗ～Ｙのいずれか１つに記載の電池。
ＡＡ．負極は、亜鉛を含む、段落Ｗ～Ｚのいずれか１つに記載の電池。
ＡＢ．二酸化炭素吸収剤を更に含む、段落Ｗ～ＡＡのいずれか１つに記載の電池。
ＡＣ．二酸化炭素吸収剤は、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、過酸化リチウム、アミン、又はカンラン石を含む、段落ＡＢに記載の電池。
ＡＤ．空気拡散パッドを更に含み、空気拡散パッドは二酸化炭素吸収剤を含む、段落ＡＢ又は段落ＡＣに記載の電池。
ＡＥ．二酸化炭素吸収剤のコーティングを有するハウジングの内面を更に含む、段落ＡＢ～ＡＤのいずれか１つに記載の電池。
ＡＦ．ハウジングと電池内の空気拡散層とによって画定される空気溜めを更に含み、二酸化炭素吸収剤は粉末又はフィルムとして空気溜めの表面上に付着されている、段落ＡＢ～ＡＥのいずれか１つに記載の電池。
ＡＧ．両性フッ素界面活性剤は、ペルフルオロオクタン酸へと分解し得ない短鎖ペルフルオロ置換基を含む、段落Ｗ～ＡＦのいずれか１つに記載の電池。
ＡＨ．両性フッ素界面活性剤は、ベタイン官能性を含む、段落Ｗ～ＡＧのいずれか１つに記載の電池。
ＡＩ．両性フッ素界面活性剤は、式（Ｉ）の化合物を含み、
式中、
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、及びＲ8は、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、又はシクロアルキル基であり；
Ｘ1は、－Ｃ（Ｏ）－、－ＳＯ2－、－Ｃ（Ｏ）ＮＲa－、－ＳＯ2ＮＲa－、－ＣＯ2－、又は－ＳＯ2Ｏ－であり；
Ｒaは、Ｈ又はアルキル基であり；
ｍ及びｐは、それぞれ独立して、０、１、２、３、４、５、又は６であり；
ｎ及びｒは、それぞれ独立して、１、２、３、４、又は５である、
段落Ｗ～ＡＨのいずれか１つに記載の電池。
ＡＪ．Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、及びＲ6は、それぞれＨであり；
Ｒ7及びＲ8は、それぞれ独立して、Ｃ1～Ｃ4アルキルであり；
Ｘ1は、ＳＯ2又は－ＳＯ2ＮＲaであり；
Ｒaは、Ｈであり；
ｎは、２又は３であり；
ｐは、２、３、４、又は５であり；
ｍは、３、４、５、又は６であり；
ｒは、１である、
段落ＡＩに記載の電池。
ＡＫ．Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、及びＲ6は、それぞれＨであり；
Ｒ7及びＲ8は、それぞれ独立して、Ｃ1～Ｃ4アルキルであり；
Ｘ1は、ＳＯ2であり；
ｎ及びｐは、２であり；
ｍは、４、５、又は６であり；
ｒは、１である、
段落ＡＩ又は段落ＡＪに記載の電池。
ＡＬ．水性電解質は、界面活性剤系を含む、段落Ｗ～ＡＫのいずれか１つに記載の電池。
ＡＭ．界面活性剤系は、両性フッ素界面活性剤を含む、段落ＡＬに記載の電池。
ＡＮ．界面活性剤系は、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ－１１１、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ－５００、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ－５０、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ－５１、ＡＰＦＳ－１４、ＤＹＮＡＸ ＤＸ３００１、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳＫ、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳ－５００、又はこれらの任意の２つ以上の組合せを含む、段落ＡＬ又は段落ＡＭに記載の電池。
ＡＯ．水性電解質は、水酸化リチウムを更に含む、段落Ｗ～ＡＮのいずれか１つに記載の電池。
ＡＰ．水性電解質は、約５００ｐｐｍ～約２０，０００ｐｐｍの水酸化リチウムを含む、段落Ｗ～ＡＯのいずれか１つに記載の電池。
Ａ．空気正極と、負極と、水性電解質と、ハウジングと、を備える電池であって、
電池は、サイズ１３の金属空気電池であり；
ハウジングは、通気領域を画定する１つ以上の空気口を備え；
空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０５０ｍｍ2～約０．１１５ｍｍ2であり；且つ
水性電解質は、両性フッ素界面活性剤を含む、
電池。
Ｂ．空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０５ｍｍ2～約０．１０ｍｍ2である、段落Ａに記載の電池。
Ｃ．空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０６０ｍｍ2～約０．９５０ｍｍ2である、段落Ａ又は段落Ｂに記載の電池。
Ｄ．空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０６０ｍｍ2～約０．０８５ｍｍ2である、段落Ａ～Ｃのいずれか１つに記載の電池。
Ｅ．空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０７ｍｍ2～約０．０９ｍｍ2である、段落Ａ～Ｃのいずれか１つに記載の電池。
Ｆ．空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０８ｍｍ2～約０．０８５ｍｍ2である、段落Ａ～Ｅのいずれか１つに記載の電池。
Ｇ．負極は、亜鉛を含む、段落Ａ～Ｆのいずれか１つに記載の電池。
Ｈ．二酸化炭素吸収剤を更に含む、段落Ａ～Ｇのいずれか１つに記載の電池。
Ｉ．二酸化炭素吸収剤は、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、過酸化リチウム、アミン、又はカンラン石を含む、段落Ｈに記載の電池。
Ｊ．空気拡散パッドを更に含み、空気拡散パッドは二酸化炭素吸収剤を含む、段落Ｈ又は段落Ｉに記載の電池。
Ｋ．二酸化炭素吸収剤のコーティングを有するハウジングの内面を更に含む、段落Ｈ～Ｊのいずれか１つに記載の電池。
Ｌ．ハウジングと電池内の空気拡散層とによって画定される空気溜めを更に含み、二酸化炭素吸収剤は粉末又はフィルムとして空気溜めの表面上に付着されている、段落Ｈ～Ｋのいずれか１つに記載の電池。
Ｍ．両性フッ素界面活性剤は、ペルフルオロオクタン酸へと分解し得ない短鎖ペルフルオロ置換基を含む、段落Ａ～Ｌのいずれか１つに記載の電池。
Ｎ．両性フッ素界面活性剤は、ベタイン官能性を含む、段落Ａ～Ｍのいずれか１つに記載の電池。
Ｏ．両性フッ素界面活性剤は、式（Ｉ）の化合物を含み、
【化4】
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、及びＲ8は、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、又はシクロアルキル基であり；
Ｘ1は、－Ｃ（Ｏ）－、－ＳＯ2－、－Ｃ（Ｏ）ＮＲa－、－ＳＯ2ＮＲa－、－ＣＯ2－、又は－ＳＯ2Ｏ－であり；
Ｒaは、Ｈ又はアルキル基であり；
ｍ及びｐは、それぞれ独立して、０、１、２、３、４、５、又は６であり；
ｎ及びｒは、それぞれ独立して、１、２、３、４、又は５である、
段落Ａ～Ｎのいずれか１つに記載の電池。
Ｐ．Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、及びＲ6は、それぞれＨであり；
Ｒ7及びＲ8は、それぞれ独立して、Ｃ1～Ｃ4アルキルであり；
Ｘ1は、ＳＯ2又は－ＳＯ2ＮＲaであり；
Ｒaは、Ｈであり；
ｎは、２又は３であり；
ｐは、２、３、４、又は５であり；
ｍは、３、４、５、又は６であり；
ｒは、１である、
段落Ｏに記載の電池。
Ｑ．Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、及びＲ6は、それぞれＨであり；
Ｒ7及びＲ8は、それぞれ独立して、Ｃ1～Ｃ4アルキルであり；
Ｘ1は、ＳＯ2であり；
ｎ及びｐは、２であり；
ｍは、４、５、又は６であり；
ｒは、１である、
段落Ｏ又は段落Ｐに記載の電池。
Ｒ．水性電解質は、界面活性剤系を含む、段落Ａ～Ｑのいずれか１つに記載の電池。
Ｓ．界面活性剤系は、両性フッ素界面活性剤を含む、段落Ｒに記載の電池。
Ｔ．界面活性剤系は、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ－１１１、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ－５００、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ－５０、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ－５１、ＡＰＦＳ－１４、ＤＹＮＡＸ ＤＸ３００１、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳＫ、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳ－５００、又はこれらの任意の２つ以上の組合せを含む、段落Ｒ又は段落Ｓに記載の電池。
Ｕ．水性電解質は、水酸化リチウムを更に含む、段落Ａ～Ｔのいずれか１つに記載の電池。
Ｖ．水性電解質は、約５００ｐｐｍ～約２０，０００ｐｐｍの水酸化リチウムを含む、段落Ａ～Ｕのいずれか１つに記載の電池。
Ｗ．空気正極と、負極と、水性電解質と、ハウジングと、を備える電池であって、
電池は、サイズ３１２の金属空気電池であり；
ハウジングは、通気領域を画定する１つ以上の空気口を備え；
空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０３ｍｍ2～約０．０８ｍｍ2であり；
水性電解質は、両性フッ素界面活性剤を含む、
電池。
Ｘ．空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０４ｍｍ2～約０．０７ｍｍ2である、段落Ｗに記載の電池。
Ｙ．空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０４ｍｍ2～約０．０６ｍｍ2である、段落Ｗ又は段落Ｘに記載の電池。
Ｚ．空気口の全てによって画定される全通気領域は、約０．０４ｍｍ2～約０．０５ｍｍ2である、段落Ｗ～Ｙのいずれか１つに記載の電池。
ＡＡ．負極は、亜鉛を含む、段落Ｗ～Ｚのいずれか１つに記載の電池。
ＡＢ．二酸化炭素吸収剤を更に含む、段落Ｗ～ＡＡのいずれか１つに記載の電池。
ＡＣ．二酸化炭素吸収剤は、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、過酸化リチウム、アミン、又はカンラン石を含む、段落ＡＢに記載の電池。
ＡＤ．空気拡散パッドを更に含み、空気拡散パッドは二酸化炭素吸収剤を含む、段落ＡＢ又は段落ＡＣに記載の電池。
ＡＥ．二酸化炭素吸収剤のコーティングを有するハウジングの内面を更に含む、段落ＡＢ～ＡＤのいずれか１つに記載の電池。
ＡＦ．ハウジングと電池内の空気拡散層とによって画定される空気溜めを更に含み、二酸化炭素吸収剤は粉末又はフィルムとして空気溜めの表面上に付着されている、段落ＡＢ～ＡＥのいずれか１つに記載の電池。
ＡＧ．両性フッ素界面活性剤は、ペルフルオロオクタン酸へと分解し得ない短鎖ペルフルオロ置換基を含む、段落Ｗ～ＡＦのいずれか１つに記載の電池。
ＡＨ．両性フッ素界面活性剤は、ベタイン官能性を含む、段落Ｗ～ＡＧのいずれか１つに記載の電池。
ＡＩ．両性フッ素界面活性剤は、式（Ｉ）の化合物を含み、
【化5】
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、及びＲ8は、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、又はシクロアルキル基であり；
Ｘ1は、－Ｃ（Ｏ）－、－ＳＯ2－、－Ｃ（Ｏ）ＮＲa－、－ＳＯ2ＮＲa－、－ＣＯ2－、又は－ＳＯ2Ｏ－であり；
Ｒaは、Ｈ又はアルキル基であり；
ｍ及びｐは、それぞれ独立して、０、１、２、３、４、５、又は６であり；
ｎ及びｒは、それぞれ独立して、１、２、３、４、又は５である、
段落Ｗ～ＡＨのいずれか１つに記載の電池。
ＡＪ．Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、及びＲ6は、それぞれＨであり；
Ｒ7及びＲ8は、それぞれ独立して、Ｃ1～Ｃ4アルキルであり；
Ｘ1は、ＳＯ2又は－ＳＯ2ＮＲaであり；
Ｒaは、Ｈであり；
ｎは、２又は３であり；
ｐは、２、３、４、又は５であり；
ｍは、３、４、５、又は６であり；
ｒは、１である、
段落ＡＩに記載の電池。
ＡＫ．Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、及びＲ6は、それぞれＨであり；
Ｒ7及びＲ8は、それぞれ独立して、Ｃ1～Ｃ4アルキルであり；
Ｘ1は、ＳＯ2であり；
ｎ及びｐは、２であり；
ｍは、４、５、又は６であり；
ｒは、１である、
段落ＡＩ又は段落ＡＪに記載の電池。
ＡＬ．水性電解質は、界面活性剤系を含む、段落Ｗ～ＡＫのいずれか１つに記載の電池。
ＡＭ．界面活性剤系は、両性フッ素界面活性剤を含む、段落ＡＬに記載の電池。
ＡＮ．界面活性剤系は、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ－１１１、ＣＨＥＭＧＵＡＲＤ（登録商標）Ｓ－５００、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ－５０、ＣＡＰＳＴＯＮＥ（登録商標）ＦＳ－５１、ＡＰＦＳ－１４、ＤＹＮＡＸ ＤＸ３００１、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳＫ、ＺＯＮＹＬ（登録商標）ＦＳ－５００、又はこれらの任意の２つ以上の組合せを含む、段落ＡＬ又は段落ＡＭに記載の電池。
ＡＯ．水性電解質は、水酸化リチウムを更に含む、段落Ｗ～ＡＮのいずれか１つに記載の電池。
ＡＰ．水性電解質は、約５００ｐｐｍ～約２０，０００ｐｐｍの水酸化リチウムを含む、段落Ｗ～ＡＯのいずれか１つに記載の電池。
【0037】
その他の実施形態は、以下の特許請求の範囲に記載されている。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
