레버를 이용하는 유체 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 document_id A220623108844

전기 에너지를 생성하기 위해 셀의 외부로부터의 산소 및 기타 가스와 같은 유체를 활성 물질로서 이용하는 공기 소극 셀, 공기 보조 셀 및 연료 셀 형태의 배터리 셀 등의 전기화학적 배터리 셀은 다양한 휴대용 전자 장치에 전력을 공급하는 데에 이용될 수 있다. 예를 들면, 공기가 공기 소극 셀 또는 공기 보조 셀 내로 유입되며, 여기서 양전극 활성 물질로서 사용되거나 그 활성 물질을 충전할 수 있다. 산소 환원 전극은 셀의 전해질과 산소의 반응을 촉진시키고, 궁극적으로는 산소에 의한 음전극 활성 물질의 산화를 촉진시킨다. 산소와 전해질의 반응을 촉진시키는 산소 환원 전극의 물질은 흔히 촉매로 지칭되고 있다. 그러나, 산소 환원 전극에 이용되고 있는 몇몇 물질은 특히 방전 속도가 비교적 높은 기간 동안에 그러한 물질들이 적어도 부분적으로 환원될 수 있기 때문에 진정한 촉매는 아니다. 공기 소극 셀의 한가지 형태로는 아연/공기 셀이 있다. 이러한 형태의 셀은 음전극 활성 물질로서 아연을 사용하고, 수성 알칼리(예를 들면, KOH) 전해질을 갖고 있다. 아연/공기 셀에 이용될 수 있는 망간 산화물은 특히 공기 전극으로의 산소의 확산 속도가 충분하지 않을 경우에 음전극 활성 물질의 산화와 더불어 전기화학적으로 환원될 수 있다. 그 후에, 그러한 망간 산화물은 방전 속도가 낮거나 정지 기간 동안에 산소에 의해 다시 산화될 수 있다. 공기 보조 셀은 소모성 양전극 및 음전극 활성 물질뿐만 아니라 산소 환원 전극을 갖고 있는 하이브리드 셀이다. 양전극은 상당한 기간의 시간 동안 높은 방전 속도를 유지할 수 있지만, 방전 속도가 낮거나 방전을 하지 않는 기간 동안에는 산소 환원 전극을 통해 산소가 양전극에 부분적으로 재충전되어, 전체 셀 방전 용량의 상당 부분에 대해 산소가 이용될 수 있다. 이는 셀 내에 넣어둔 양전극 활성 물질의 양이 감소하고 음전극 활성 물질의 양은 증가하여 셀의 총 용량을 증가시킬 수 있음을 의미한다. 공기 보조식 셀의 일례가 본 출원인에게 양도된 미국 특허 제6,383,674호 및 제5,079,106호에 개시되어 있다. 공기 소극 셀, 공기 보조 셀, 및 연료 셀의 이점은 적어도 하나의 전극의 활성 물질의 적어도 일부분이 셀 외부로부터의 유체(예를 들면, 가스)로부터 얻어지거나 그 유체에 의해 재생되기 때문에 에너지 밀도가 높다는 점이다. 그러한 셀의 단점은 이들 셀에서 가능한 최대 방전 속도가 산소가 산소 환원 전극으로 유입될 수 있는 속도에 의해 제한될 수 있다는 점이다. 종래에, 산소 환원 전극으로의 산소의 유입 속도를 증가시키고 및/또는 쓸모없는 반응을 야기할 수 있는 이산화탄소와 같은 바람직하지 않은 가스의 유입 속도를 제어할 뿐만 아니라, 부피가 늘어나는 방전 반응 생성물을 수용하도록 된 셀 내의 공극 공간을 채울 수 있거나 셀을 건조시킬 수 있는 물의 유입 또는 유실 속도(이러한 물의 유입 또는 감소는 셀의 내부와 외부의 상대 수증기 분압에 좌우됨)를 제어하는 데에 노력하였다. 이러한 기법들의 일례는 미국 특허 제6,558,828호, 제6,492,046호, 제5,795,667호, 제5,733,676호, 미국 특허 공개 공보 제2002/0150814호, 국제 특허 출원 공개 공보 제WO02/35641호에서 확인할 수 있다. 그러나, 그러한 가스 중 하나의 확산 속도를 변경하게 되면 대체로 다른 가스의 속도도 영향을 받게 된다. 산소의 높은 확산 속도에 대한 요구와 CO2 및 물의 낮은 확산 속도에 대한 요구를 균형을 맞추려고 노력하였더라도, 그 성공은 단지 제한적이었다. 높은 방전 속도에서는 충분한 산소를 산소 환원 전극에 제공하는 것이 보다 중요하지만, 방전 속도가 낮거나 셀이 사용되고 있지 않은 기간 동안에는 CO2 및 물의 확산을 최소화하는 것에 대한 중요성이 증가한다. 단지 방전 속도가 높은 기간 동안만 셀 안으로의 공기 흐름을 증가시키기 위해, 셀 내로 공기를 강제로 주입하기 위해 팬을 사용하였지만(예를 들면, 미국 특허 제6,500,575호), 팬 및 이를 위한 제어부는 제조 비용을 증가시키고 제조를 복잡하게 할 수 있으며, 소형 팬의 경우라도 팬은 개별 셀, 복수의 셀의 배터리 팩 및 장치 내의 귀중한 용적을 차지할 수 있다. 제안된 또 다른 기법에서는 셀로 유입되는 공기의 양을 제어하기 위해 밸브를 사용하고 있지만(예를 들면, 미국 특허 제6,641,947호, 및 미국 특허 공개 공보 제2003/0186099호), 밸브의 작동을 위해서는 팬 및/또는 비교적 복잡한 전자 요소와 같은 외부적 수단이 필요할 수 있다. 또 다른 기법에서는, 배터리가 방전 중에 있을 때에 예를 들면 산소의 소모로 인한 공기 압력의 차이에 따라 개폐될 수 있는 플랩(flap)을 갖는 물 불투과성 멤브레인이 산소 환원 전극과 외부 환경 사이에 이용되고 있다(미국 특허 공개 공보 제2003/0049508호). 그러나, 압력차는 작을 수 있을 뿐만 아니라, 배터리 외부의 대기 조건에 의해 영향을 받을 수 있다. 본 출원인에게 양도된 미국 특허 공개 공보 제2005/0136321호에서는 액추에이터에 의해 작동하는 밸브를 개시하고 있는 데, 액추에이터는 액추에이터를 가로질러 인가되는 전위의 변화에 응답하여 밸브를 개폐하게 된다.