CN110313094A - 液流电池 - Google Patents

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CN110313094A CN201780086298.4A CN201780086298A CN110313094A CN 110313094 A CN110313094 A CN 110313094A CN 201780086298 A CN201780086298 A CN 201780086298A CN 110313094 A CN110313094 A CN 110313094A
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Abstract

本实施方式所述的液流电池具备绝缘性框体、正极、第一隔膜、第一负极、反应室、电解液、第一保液片材和流动装置。框体具有在一个端面开口的空间。正极被容纳于空间内。第一隔膜与一个端面接触并覆盖空间。第一负极夹着第一隔膜与正极相对。反应室容纳正极和第一负极。电解液被容纳于反应室的内部，且与正极、第一负极和第一隔膜接触。第一保液片材以与正极接触的方式配置在正极与第一隔膜之间，且保持电解液。流动装置使反应室中的电解液流动。

Description

液流电池
技术领域
本发明的实施方式涉及液流电池。
背景技术
以往，已知使含有四羟基锌酸根离子([Zn(OH)4]2-)的电解液在正极与负极之间流动的液流电池(例如，参照非专利文献1)。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Y.Ito.et al.：Zinc morphology in zinc-nickel flow assistedbatteries and impact on performance，Journal of Power Sources，Vol.196，pp.2340-2345，2011
发明内容
本实施方式的一个方式所述的液流电池具备绝缘性框体、正极、第一隔膜、第一负极、反应室、电解液、第一保液片材和流动装置。框体具有在一个端面开口的空间。正极被容纳于上述空间内。第一隔膜与上述一个端面接触并覆盖上述空间。第一负极夹着上述第一隔膜与上述正极相对。反应室容纳上述正极和上述第一负极。电解液被容纳于上述反应室的内部，且与上述正极、上述第一负极和上述第一隔膜接触。第一保液片材以与上述正极接触的方式配置在上述正极与上述第一隔膜之间，且保持上述电解液。流动装置使上述反应室中的上述电解液流动。
附图说明
图1是表示第一实施方式所述的液流电池的概略图。
图2是表示第一实施方式所述的液流电池所具备的气泡发生部的概略图。
图3是表示第一实施方式所述的液流电池所具备的反应室的概略图。
图4A是表示第一实施方式所述的液流电池所具备的正极的配置的概略图。
图4B是表示第一实施方式所述的液流电池所具备的正极的配置的概略图。
图4C是表示第一实施方式所述的液流电池所具备的正极的配置的概略图。
图5是对于第一实施方式所述的液流电池中的电极之间的连接的一例进行说明的图。
图6是表示第一实施方式的变形例所述的液流电池所具备的正极的配置的概略图。
图7是表示第一实施方式的变形例所述的液流电池所具备的正极的配置的概略图。
图8是表示第一实施方式的变形例所述的液流电池所具备的正极的配置的概略图。
图9是表示第一实施方式所述的液流电池所具备的正极和负极的配置的概略图。
图10是表示第一实施方式的变形例所述的液流电池所具备的正极和负极的配置的概略图。
图11A是表示第一实施方式的变形例所述的液流电池所具备的气泡发生部的概略图。
图11B是表示第一实施方式的变形例所述的液流电池所具备的气泡发生部的概略图。
图12A是表示第二实施方式所述的液流电池的概略图。
图12B表示第二实施方式的变形例所述的液流电池的概略图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本申请公开的液流电池的实施方式。需要说明的是，本发明不限定于以下示出的实施方式。
[第一实施方式]
首先，对于第一实施方式所述的液流电池的构成，使用图1进行说明。图1是表示第一实施方式所述的液流电池的概略图。图1所示的液流电池1具备：由正极2A、2B、2C和负极3A、3B、3C、3D构成的多个电极；电解液4；气泡发生部5；反应室10；气体供给部11；供给流路12和回收流路13。多个电极以负极3A、正极2A、负极3B、正极2B、负极3C、正极2C、负极3D依次沿着Y轴方向正负极交替排列的方式进行配置。
需要说明的是，为了便于说明，图1中示出包含以垂直向上为正方向、以垂直向下为负方向的Z轴的三维正交坐标系。所述正交坐标系有时也示于后述说明所使用的其它附图。
正极2A、2B、2C被容纳于反应室10内。正极2A、2B、2C是例如含有镍化合物或锰化合物作为正极活性物质的导电性部件。镍化合物可以使用例如羟基氧化镍、氢氧化镍、含钴化合物的氢氧化镍等。锰化合物可以使用例如二氧化锰等。另外，正极2A、2B、2C可以包含钴化合物、石墨、炭黑、导电性树脂等。从电解液4被分解的氧化还原电位的观点出发，正极2A、2B、2C可以含有镍化合物。
另外，正极2A、2B、2C以多个粒状体的形式包含上述正极活性物质、导电体、其它添加剂。具体而言，正极2A、2B、2C如下获得：例如，将同时含有有助于保形性的粘结剂、预先以规定比例配合而成的粒状的活性物质和导电体的膏状的正极材料压入至发泡镍等具有导电性的发泡金属中，成形为期望形状并使其干燥。需要说明的是，对于正极2A、2B、2C的具体配置例详见后述。
负极3A、3B、3C、3D被容纳于反应室10内。负极3A、3B、3C、3D以金属锌或锌化合物的形式包含负极活性物质。负极3A、3B、3C、3D可以使用例如用具有耐电解液性的镍、锡、锌对不锈钢、铜等基材进行镀敷处理而得的物质。另外，也可以将经镀敷处理的表面被部分氧化的物质用作负极3A、3B、3C、3D。
电解液4以与正极2A、2B、2C和负极3A、3B、3C、3D接触的方式被容纳于反应室10的内部。电解液4是例如含有锌种的碱水溶液。电解液4中的锌种以[Zn(OH)4]2-的方式溶解存在。电解液4可以使用例如使氧化锌在包含K+、OH-的碱水溶液中饱和而得的电解液。此处，作为碱水溶液，可以使用例如6.7moldm-3的氢氧化钾水溶液。另外，可通过例如对6.7moldm-3的氢氧化钾水溶液添加ZnO直至ZnO饱和来制备电解液4。
气泡发生部5被配置于反应室10的下部。气泡发生部5的一端经由供给流路12而连接于气体供给部11，另一端向容纳有电解液4的反应室10的内部敞开。气泡发生部5将由气体供给部11送来的气体供给至电解液4中，使气泡6产生。即，第一实施方式所述的液流电池1具备包括气体供给部11和气泡发生部5的气泡发生装置。
此处，对于气泡发生部5的构成例，使用图2进行说明。图2是表示第一实施方式所述的液流电池1所具备的气泡发生部5的概略图。图2所示的气泡发生部5具有沿着X轴方向和Y轴方向排列的多个开口5a。气泡发生部5配置在反应室10的下部，更具体而言，配置在容纳有电解液4的壳体8的底面8e上。
气泡发生部5通过从开口5a喷出自气体供给部11经由供给流路12供给的气体而使电解液4中产生气泡6。开口5a只要能够使产生的气泡6在彼此相对的正极与负极之间分别适当地流动即可，可以为任意配置。
回到图1，对于第一实施方式所述的液流电池1，进一步进行说明。气泡6由例如相对于正极2A、2B、2C、负极3A、3B、3C、3D和电解液4为不活泼的气体构成。作为这样的气体，可列举出例如氮气、氦气、氖气或氩气等。通过使电解液4产生不活泼气体的气泡6，能够降低电解液4的改性。另外，例如能够降低含有锌种的碱水溶液、即电解液4的劣化，将电解液4的离子传导性维持得较高。进而，负极3A、3B、3C、3D的氧化也受到抑制，有助于降低自放电。需要说明的是，气体可以为空气。
通过从设置于气泡发生部5的开口向电解液4中供给的气体而产生的气泡6在以规定的间隔配置的电极之间、即负极3A与正极2A之间、正极2A与负极3B之间、负极3B与正极2B之间、正极2B与负极3C之间、负极3C与正极2C之间、正极2C与负极3D之间分别在电解液4中朝向上方流动。在电解液4中以气泡6的形式流动的气体在电解液4的液面消失，在反应室10中的电解液4的上方构成气体层7。
反应室10具备壳体8和上板9。壳体8和上板9由例如聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯等具有耐碱性和绝缘性的树脂材料构成。壳体8和上板9优选由彼此相同的材料构成，也可以由不同的材料构成。
壳体8容纳有正极2A、2B、2C、负极3A、3B、3C、3D和电解液4。另外，壳体8设置有穿通或连接至构成供给流路12的配管的开口。另外，在上板9的下表面9a与电解液4的液面之间具有空间，其构成气体层7。
气体供给部11是例如能够移送气体的泵(气体泵)、压气机或鼓风机。气体供给部11将经由回收流路13从位于反应室10上部的气体层7回收的气体经由供给流路12送出至气泡发生部5。如果提高气体供给部11的气密性，则不易发生由作为气泡6的发生源的气体、源自电解液4的水蒸气漏出至外部所导致的液流电池1的发电性能的降低。
供给流路12的一端与气体供给部11连接，另一端经由设置于反应室10的开口而与气泡发生部5连接。另外，回收流路13的一端与气体供给部11连接，另一端向反应室10中构成的气体层7敞开。回收流路13将自反应室10回收的气体排出至反应室10的外部，并送出至气体供给部11。
在图1所示的例子中，回收流路13在上板9的中央部分具有开口，但不限定于此，只要以面向气体层7的方式进行配置，则也可以在上板9或壳体8的任意位置设置有回收流路13的开口。另外，在图1所示的例子中，在1处配置有将回收流路13与反应室10的内部连接的开口，但不限定于此，也可以按照使回收流路13的另一端分支从而配置与反应室10的内部连通的多个开口的方式来构成。
此处，对于反应室10中的电极反应，举出作为正极活性物质应用了氢氧化镍的镍锌液流电池为例进行说明。充电时的正极和负极处的反应式分别如下所示。
正极：Ni(OH)2+OH-→NiOOH+H2O+e-
负极：[Zn(OH)4]2-+2e-→Zn+4OH-
由反应式可明确：在正极2A、2B、2C处，因充电而消耗电解液4中的氢氧化物离子。但如上所述，电解液4是包含大过量的氢氧化物离子的碱水溶液，与电解液4中所含的氢氧化物离子相比，因充电而被消耗的氢氧化物离子的比例微小。
另一方面，在负极3A、3B、3C、3D处，随着因充电而析出锌，负极3A、3B、3C、3D附近的电解液4中的[Zn(OH)4]2-的浓度降低。并且，若[Zn(OH)4]2-的浓度已降低的电解液4滞留在负极3A、3B、3C、3D的附近，则成为析出至负极3A、3B、3C、3D的锌以枝晶的形式生长的一个因素。即，若使因充电反应而导致[Zn(OH)4]2-的浓度局部降低的电解液4迅速流动而不滞留在负极3A、3B、3C、3D的附近，则枝晶的生长得以降低。
因而，在第一实施方式所述的液流电池1中，从配置在反应室10内部的气泡发生部5向电解液4中供给气体而产生气泡6。气泡6按照在以规定的间隔彼此相邻的电极之间分别从反应室10的下方朝向上方在电解液4中上升的方式流动。
另外，随着彼此相邻的电极之间的上述气泡6的流动，电解液4中产生上升液流。在负极3A与正极2A之间、正极2A与负极3B之间、负极3B与正极2B之间、正极2B与负极3C之间、负极3C与正极2C之间、正极2C与负极3D之间，电解液4分别从反应室10的下方朝向上方流动。
并且，负极3A与反应室10的内壁8a分离，负极3D与反应室10的内壁8b分离。因此，随着电解液4的上升液流，在反应室10的内壁8a与负极3A之间、以及反应室10的内壁8b与负极3D之间产生下降液流，电解液4从反应室10的上方朝向下方流动。即，电解液4以在反应室10的内部沿着图1所示的YZ平面的方式进行循环。但是，随着气泡6的流动，电解液4中发生的液流循环的方向不限定于图1所示的方向。对于这一点，使用图3进行说明。
图3是示出第一实施方式所述的液流电池1所具备的反应室10的概略图。需要说明的是，图3中省略了图1所示的供给流路12和回收流路13的图示。
图3所示的反应室10是图1所示的反应室10的I-I截面图。如图3所示，使在正极2A与负极3A之间流动的气泡6产生的多个开口以沿着X轴方向排列的方式配置于气泡发生部5。
如上所述，气泡6以在彼此相对的电极之间分别从反应室10的下方朝向上方在电解液4中上升的方式流动。随着这种气泡6的流动，在电解液4中产生上升液流，电解液4在各电极之间从反应室10的下方朝向上方流动。并且，各电极的X轴方向的两侧面与反应室10的内壁8c和8d分离，因此，随着电解液4的上升液流，在反应室10的内壁8c和内壁8d的附近产生下降液流，电解液4从反应室10的上方朝向下方流动。即，电解液4以在反应室10的内部沿着图3所示的ZX平面的方式进行循环。
像这样，在第一实施方式所述的液流电池1中，通过使气泡6在电极之间流动，能够使[Zn(OH)4]2-的浓度局部降低的电解液4迅速循环而将电解液4中的[Zn(OH)4]2-的浓度保持为均匀，并降低与枝晶的生长相伴的负极与正极的导通。
然而，在第一实施方式所述的液流电池1中，如上所述，以气泡6在正极2A、2B、2C与负极3A、3B、3C、3D之间流动的方式配置有气泡发生部5，但有时因例如气体供给部11的运作状况的变化而导致气泡6接近或接触正极2A、2B、2C。另外，有时也因电解液4的脉流、紊流等流动状态的变化而导致正极2A、2B、2C从电解液4承受到的负荷发生变动。
若因气泡6的接近或接触或者电解液4的流动状态的变化等而导致正极2A、2B、2C承受超过由粘结剂带来的保形性能的过度负荷，则在电解液4中露出的正极2A、2B、2C的一部分脱落(滑落)至电解液4中。并且，若正极2A、2B、2C承受这种过度的负荷而导致正极活性物质滑落，则电池容量有时降低。另外，若构成正极2A、2B、2C的导电体滑落，则有时接触电阻增大、充放电响应特性降低。
进而，若正极2A、2B、2C的滑落加剧，则电解液4污浊、例如气泡发生部5的开口5a的一部分堵塞，因气泡6的产生不均而导致充电时的负极3A、3B、3C、3D处产生枝晶的悬念增大。因此，作为正极2A、2B、2C的配置结构，要求即使在气泡6、电解液4的流动暂时紊乱的情况下，也能够降低滑落的发生，确保维持电池性能这一程度的保形性。
因而，在第一实施方式所述的液流电池1中，为了不使正极2A、2B、2C直接承受由气泡6的接触、电解液4的流动状态的暂时性变化导致的过度负荷而分别对正极2A、2B、2C进行覆盖。由此，正极2A、2B、2C不会承受过度的负荷，正极2A、2B、2C难以滑落。因此，能够减小因正极2A、2B、2C的滑落而导致的电池性能的降低。
接着，对于第一实施方式所述的液流电池1所具备的正极2A、2B、2C的具体配置，使用图4A、图4B进行说明。以下，代表正极2A、2B、2C而对于正极2A的配置进行说明，但自不用说其也可适用于正极2B、2C。
图4A是表示第一实施方式所述的液流电池1所具备的正极2A的配置的概略的主视图，图4B是图4A的侧面图。如图4A、图4B所示，液流电池1具备框体20、作为第一隔膜的隔膜21和作为第二隔膜的隔膜22。
框体20具有：作为与图1所示的负极3A相对的一个端面的面20a、以及作为与负极3B相对的另一个端面的面20b。另外，框体20具有以与面20a和面20b连通的方式开口的空间20c，正极2A被容纳于空间20c内。
框体20由例如聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯等具有耐碱性和绝缘性的树脂材料构成。框体20可以由与壳体8和上板9相同的材料构成，也可以由不同的材料构成。
另外，隔膜21以接触面20a且覆盖空间20c的方式配置。同样地，隔膜22以接触面20b并覆盖空间20c的方式配置。隔膜21、22由将正极2A自负极3A、3B分别进行分离且允许电解液4所含的离子移动的材料构成。
作为隔膜21、22的材料，例如为了使隔膜21、22具有氢氧化物离子传导性，可列举出阴离子传导性材料。作为阴离子传导性材料，可列举出例如有机水凝胶那样的具有三维结构的凝胶状的阴离子传导性材料、或者固体高分子型阴离子传导性材料等。固体高分子型阴离子传导性材料包含例如聚合物、以及从含有选自元素周期表第1族～第17族中的至少一种元素的氧化物、氢氧化物、层状双氢氧化物、硫酸化合物和磷酸化合物组成的组中选择的至少一种化合物。
隔膜21、22为了抑制具备比氢氧化物离子更大的离子半径的[Zn(OH)4]2-等金属离子络合物的透过而优选由致密的材料构成，且具有规定的厚度。作为致密的材料，可列举出例如具有由阿基米德法算出的90％以上、更优选92％以上、进一步优选95％以上的相对密度的材料。规定的厚度例如为10μm～1000μm、更优选为50μm～500μm。
这种情况下，在充电时，能够降低在负极3A、3B中析出的锌以枝晶(针状结晶)的形式生长并贯穿隔膜21、22。其结果，能够降低彼此相对的负极与正极之间的导通。
另外，隔膜21、22与框体20分别使用例如环氧树脂系等具有耐电解液性的粘接材料在隔膜21与面20a、隔膜22与面20b各自的接触部分的整周进行固定。此时，通过面向空间20c的隔膜21、22不配置粘接材料地固定隔膜21、22，能够充分发挥由隔膜21、22带来的阴离子交换性能。
另外，隔膜21、22与框体20分别以隔膜21、22不发生挠曲的方式一边施加张力一边进行粘接，但隔膜21、22因与电解液4接触而导致未被固定至框体20的部分以波纹的方式不规则地发生溶胀。若与电解液4接触的隔膜21、22不规则地发生溶胀，则隔膜21、22所具有的阴离子传导性部分地受到阻碍，电池性能有时降低。另外，气泡6的接触、电解液4的流动状态的变化经由不规则地溶胀的隔膜21、22而间接性地传导至正极2A，并产生正极2A的一部分发生滑落的新悬念。
因而，在第一实施方式所述的液流电池1中，通过在正极2A与隔膜21、22之间分别进一步配置其它部件来克服与隔膜21、22的不规则性溶胀相伴的不良情况。对于这一点，使用图4C进一步进行说明。
图4C是图4A的II-II截面图。如图4C所示，在正极2A与隔膜21之间具备作为第一保液片材的保液片材23。另外，在正极2A与隔膜22之间具备作为第二保液片材的保液片材24。
保液片材23、24由保持电解液4的耐电解液性的部件构成。保液片材23、24通过保持电解液4而分别溶胀。发生了溶胀的保液片材23、24以沿着Y轴方向、即隔膜21、22的厚度方向的方式从框体20的内侧朝向外侧分别挤压隔膜21、22。由此，隔膜21、22以阴离子传导性不发生不均的程度均匀地溶胀。因此，根据第一实施方式所述的液流电池1，能够减小由隔膜21、22所具有的阴离子传导性的部分性阻碍引起的电池性能的降低。
另外，正极2A通过隔膜21、22和保液片材23、24这两层从气泡6的接触、电解液4的流动状态的变化分隔开。因此，即使在隔膜21、22受到与气泡6的接触、电解液4的流动状态的变化相伴的影响的情况下，所述影响也被保液片材23、24吸收。进而，发生了溶胀的保液片材23、24将以夹持在保液片材23、24之间的方式配置的正极2A沿着Y轴方向从两侧进行挤压，由此确保正极2A的保形性。因此，根据第一实施方式所述的液流电池1，能够减小由正极2A的滑落引起的电池性能的降低。
此处，作为保液片材23、24的材料，可以使用例如包含聚乙烯或聚丙烯的纤维的无纺布。另外，可以使用保液片材23、24的厚度在例如干燥时为100μm左右、在溶胀时为500～1000μm左右的无纺布，但不限定于此。只要是能够通过保持电解液4并发生溶胀而保持隔膜21、22的形状，且确保正极2A的保形性，则保液片材23、24的材料没有限定，可以为例如编织布。
接着，对于液流电池1中的电极间的连接进行说明。图5是对于第一实施方式所述的液流电池1的电极间的连接的一例进行说明的图。
如图5所示，负极3A、3B、3C、3D、正极2A、2B、2C分别经由从端部突出的极耳(未图示)而并列连接。像这样，通过将负极和正极分别并列连接，即使在正极和负极的总数不同的情况下，也能够将液流电池1的各电极间适当地连接并使用。需要说明的是，从容纳于框体20的正极2A突出的极耳通过将空间20c与框体20的外部连通的开口部(未图示)而被引出至外部。
接着，对于第一实施方式所述的液流电池1的变形例，使用图6进行说明。图6是表示第一实施方式的变形例所述的液流电池1所具备的正极2A的配置的概略的截面图。需要说明的是，图6所示的截面结构与图4C所示的截面结构相对应。另外，在没有特别说明的情况下，对于后述的其它附图所示的截面结构也同样。
图6所示的正极2A的配置结构在进一步设置有作为第三保液片材的保液片材25和作为第四保液片材的保液片材26这一点上与图4A～图4C所示的正极2A的配置结构不同。分别地，保液片材25以夹着隔膜21与保液片材23相对的方式配置，保液片材26以夹着隔膜22与保液片材24相对的方式配置。需要说明的是，图6和后述说明所使用的其它附图中示出的正极2A的配置结构之中，对与图4A～图4C所示的正极2A的构成要素相同或类似的构成要素标注相同的符号，省略重复的说明。
保液片材25、26由与上述保液片材23、24相同的材料构成。通过将隔膜21、22的外侧用保液片材25、26进行覆盖，分别地，隔膜21被保液片材23、25夹持而配置，隔膜22被保液片材24、26夹持而配置。需要说明的是，保液片材25、26分别使用例如环氧树脂系等具有耐电解液性的粘接材料从而固定于框体20。
因电解液4而发生了溶胀的保液片材23、25将以夹持于保液片材23、25之间的方式配置的隔膜21沿着Y轴方向从两侧进行挤压，由此，隔膜21均匀地溶胀，保形性得以确保。同样地，因电解液4而发生了溶胀的保液片材24、26将以夹持于保液片材24、26之间的方式配置的隔膜22沿着Y轴方向从两侧进行挤压，由此，隔膜22均匀地溶胀，保形性得以确保。因此，根据第一实施方式的变形例所述的液流电池1，能够减小由隔膜21、22所具有的阴离子传导性的部分性阻碍引起的电池性能的降低。
需要说明的是，在上述实施方式中，框体20配置有1个正极2A，但不限定于此，也可以配置多个正极。以下，对于这一点，使用图7、图8进行说明。
图7、图8是表示第一实施方式的变形例所述的液流电池1所具备的正极2A的配置的概略的截面图。图7、图8所示的正极2A的配置结构在具备配置有包含多种正极材料的正极2A的框体120来代替配置有1个正极2A的框体20这一点上分别与图4A～图4C、图6所示的正极2A的配置结构不同。
图7、图8所示的正极2A包含作为第一正极材料的正极材料2A1、以及作为与正极材料2A1并列的第二正极材料的正极材料2A2。另外，在正极材料2A1、2A2之间夹持有作为保持电解液4的正极材料间保液片材的保液片材30。保液片材30由与上述保液片材23、24相同的材料构成。
例如，若增大正极2A的厚度，则能量密度随之增大，另一方面，电解液4难以遍布框体20中的远离电解液4的正极2A的内侧部分，例如倍率特性、放电容量之类的电池性能有时降低。因而，通过将正极2A分割成多个正极材料2A1、2A2，同时将保液片材30设置在远离保液片材23、25的正极材料2A1、2A2之间，电解液4容易遍布正极2A的整体。因此，根据第一实施方式的变形例所述的液流电池1，能够增大能量密度且减小电池性能的降低。
需要说明的是，图7、图8中，正极2A由2个正极材料2A1、2A2构成，但不限定于此，可以由3个以上的正极材料构成。具体而言，例如可以将1个正极材料的厚度设为1mm以下，但不限定于此。另外，正极材料2A1、2A2分别具有突出的极耳，并向外部引出。
另外，使保液片材30吸收电解液4的时机可以是配置于框体120并夹持在正极材料2A1、2A2间之前，也可以是作为液流电池1而组入之后。
另外，在上述实施方式中，仅对于正极2A的配置进行了说明，但也可以将正极2A与相邻的负极3A、3B一体化来配置。以下，对于这一点，使用图9进行说明。
图9是表示第一实施方式所述的液流电池1所具备的正极和负极的配置的概略的截面图。此处，作为正极2A而示出如图4C那样配置的正极来为例，但也可以应用如图6～图8那样配置的正极2A。
如图9所示，在隔膜21与负极3A之间设置有间隔件41a、41b。通过利用间隔件41a、41b来保持隔膜21与负极3A的间隔，隔膜21与负极3A之间的流通电解液4和气泡6的路径得以确保。
同样地，在隔膜22与负极3B之间设置有间隔件42a、42b。通过利用间隔件42a、42b来保持隔膜22与负极3B的间隔，隔膜22与负极3B之间的流通电解液4和气泡6的路径得以确保。
需要说明的是，间隔件41a、41b、42a、42b可以均由与框体20相同的材料构成。另外，间隔件41a、41b、42a、42b只要能够分别确保隔膜21与负极3A之间、隔膜22与负极3B之间的流通电解液4和气泡6的路径，则可以为任意形状。
另外，间隔件41a、41b、42a、42b可以以任意方式进行固定，例如，预先分别将间隔件41a、41b固定于负极3A，并将间隔件42a、42b固定于负极3B后，以挤压夹持各部件的方式进行配置。
另外，在图9中，对于正极2A与夹着正极2A彼此相对的负极3A、3B的配置例进行了说明，但不限定于此，例如，可以在图1所示的负极3A、正极2A、负极3B、正极2B、负极3C、正极2C和负极3D的各电极之间夹着间隔件并进行一体化。
另外，在图9中，对于在正极2A的两侧分别配置有负极3A、3B的例子进行了说明，但以下对于在正极2A的一侧配置有负极3B的例子，使用图10进行说明。
图10是表示第一实施方式的变形例所述的液流电池1所具备的正极和负极的配置的概略的截面图。图10所示的正极2A的配置结构在具备向作为一个端面的面220a敞开的框体220来代替向面20a、20b敞开的框体20这一点上与图9所示的正极2A的配置结构不同。
向面220a敞开的空间被隔膜22覆盖，在隔膜22与正极2A之间配置有保液片材24。另一方面，作为框体220的另一个端面的面220b被封闭，在面220b未设置与隔膜和保液片材相当的部件，正极2A被夹在保液片材24与框体220之间。在所述构成中，正极2A在保液片材24与框体220之间也能够确保保形性，能够减小与正极2A的滑落相伴的电池性能的降低。
需要说明的是，如上所述，由于面220b被堵塞，因此，无法期待正极2A和以与面220b相对的方式配置的负极之间的充放电反应。即，具备所述框体220的正极2A以例如配置于反应室10端部的方式构成即可。
需要说明的是，在上述的各实施方式中，以气泡发生部5配置于壳体8的底面8e的形式进行了说明，但不限定于此，也可以以填埋至底面8e的内部的方式配置。另外，也可以使用具有其他构成的气泡发生部来代替具有图2所示构成的气泡发生部5。对于这一点，使用图11A、图11B进行说明。
图11A、图11B是表示第一实施方式的变形例所述的液流电池1所具备的气泡发生部的概略图。图11A所示的气泡发生部55是例如由陶瓷等构成的多孔体。使用气泡发生部55来代替气泡发生部5时，不再需要与开口5a相当的构成。电解液4中的气泡发生部55随机地产生气泡6，因此，有时气泡6也与容纳正极2A的框体20接触，但正极2A被隔膜21、22和保液片材23、24保护。因此，根据第一实施方式的变形例所述的液流电池1，能够减小由正极2A的滑落引起的电池性能的降低。
另外，图11B所示的气泡发生部65由多个气泡发生部651～656构成。气泡发生部651～656分别以使气泡6在各电极之间流动的方式配置在壳体8的底面8e上或底面8e的内部。使用所述气泡发生部65来代替气泡发生部5时，可以以根据使气泡6流动的电极间的宽度来变更开口65a～65f的大小、形状的方式来构成。
另外，在上述实施方式中，设为电解液4因气泡6而流动，但不限定于此。对于这一点，使用图12A、图12B进行说明。
[第二实施方式]
图12A是表示第二实施方式所述的液流电池的概略图，图12B是表示第二实施方式的变形例所述的液流电池的概略图。图12A所示的液流电池1A除了具备电解液供给部11a来代替图1所示的气体供给部11之外，具有与第一实施方式所述的液流电池1相同的构成。另外，图12B所示的液流电池1B在供给流路12和回收流路13配置于X轴方向的端部而不配置于Y轴方向的端部这一点上与图12A所示的液流电池1A不同。
供给流路12的一侧与电解液供给部11a连接，另一侧与设置于反应室10下部的开口连接。另外，回收流路13的一端与电解液供给部11a连接，另一端向在反应室10中构成的气体层7的下部、即比电解液4的液面更靠下的部分敞开。回收流路13将回收自反应室10的电解液4向反应室10的外部排出，并送出至电解液供给部11a。
电解液供给部11a是例如能够移送电解液4的泵。电解液供给部11a将经由回收流路13从反应室10回收的电解液4经由供给流路12送出至反应室10的内部。如果提高电解液供给部11a的气密性，则难以发生由电解液4漏出至外部导致的液流电池1A、1B的发电性能的降低。
并且，与第一实施方式所述的液流电池1同样地，向反应室10的内部输送的电解液4在各电极间向上方流动的期间被供给至充放电反应。
此处，图12A所示的液流电池1A以各电极的主面与具有连接至供给流路12的开口的内壁8b相对的方式配置。根据所述液流电池1A，在各电极间流动的电解液4的流速在X轴方向整体上大致均匀。
另一方面，图12B所示的液流电池1B以各电极的侧面与具有连接至供给流路12的开口的内壁8d相对的方式配置。根据所述液流电池1B，供给流路12的开口与各电极的距离大致相同，因此，被输送至各电极间的电解液4的流速大致均匀。因此，可以根据期望的电极性能来选择配置了供给流路12的液流电池1A、1B。
以上，针对本发明的各实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述各实施方式，可以在不超脱其主旨的范围内进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，合计7片电极以负极和正极交替配置的方式构成，但不限定于此，可以交替地配置5片以下或9片以上的电极，也可以将正极和负极分别1片片地配置。另外，在上述实施方式中，以两端均为负极(3A、3D)的方式构成，但不限定于此，也可以以两端均为正极的方式构成。
进而，可以以一端成为正极、另一端成为负极的方式分别交替地配置相同片数的负极和正极。在该情况下，电极间的连接可以为并联，也可以为串联。
另外，气体供给部11和电解液供给部11a可以一直工作，但从抑制电力消耗的观点出发，可以仅在电解液4中的电解质浓度容易产生偏差的充放电时使其工作，也可以仅在容易产生枝晶的充电时使其工作。另外，还可以以根据电解液4中的[Zn(OH)4]2-的消耗速率来变更从气泡发生部5供给的气体的供给速度的方式构成。
另外，在上述实施方式中，正极2A、2B、2C作为将含有粒状的活性物质和导电体的正极材料成形后，使其干燥而得的产物进行了说明，但也可以在干燥后使其烧结，或者，可以不含粒状体。
另外，在上述实施方式中，保液片材23、24、保液片材25、26、保液片材30可以由相同的材料构成，也可以由不同的材料构成。
本领域技术人员可以轻易地导出进一步的效果、变形例。因此，本发明的更宽泛的方式不限定于如上示出且记载的特定的详细实施方式代表性实施方式。因此，可以在不超脱由所附的权利要求及其均等物定义的总括性的发明概念的精神或范围的条件下进行各种变更。
附图标记说明
1、1A、1B 液流电池
2A～2C 正极
2A1、2A2 正极材料
3A～3D 负极
4 电解液
5、55、65 气泡发生部
6 气泡
7 气体层
8 壳体
9 上板
10 反应室
11 气体供给部
11a 电解液供给部
12 供给流路
13 回收流路
20 框体
20c 空间
21、22 隔膜
23～26、30 保液片材
41a、41b、42a、42b 间隔件

Claims (9)

1.一种液流电池，其具备：
具有在一个端面开口的空间的绝缘性框体；
被容纳于所述空间内的正极；
与所述一个端面接触并覆盖所述空间的第一隔膜；
夹着所述第一隔膜与所述正极相对的第一负极；
容纳所述正极和所述第一负极的反应室；
被容纳于所述反应室的内部，且与所述正极、所述第一负极和所述第一隔膜接触的电解液；
以与所述正极接触的方式配置在所述正极与所述第一隔膜之间，且保持所述电解液的第一保液片材；以及
使所述反应室中的所述电解液流动的流动装置。
2.根据权利要求1所述的液流电池，其还具备第三保液片材，
所述第三保液片材以夹着所述第一隔膜与所述第一保液片材相对的方式进行配置，且保持所述电解液。
3.根据权利要求1或2所述的液流电池，其中，所述框体的另一个端面以与所述空间连通的方式开口，所述液流电池还具备：
与所述另一个端面接触并覆盖所述空间的第二隔膜；以及
以与所述正极接触的方式配置在所述正极与所述第二隔膜之间，且保持所述电解液的第二保液片材。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的液流电池，其中，所述正极包含：
与所述第一保液片材接触的第一正极材料；以及
与所述第一正极材料隔开间隔且在所述空间内并列设置的第二正极材料，
所述液流电池还具备正极材料间保液片材，所述正极材料间保液片材配置在所述第一正极材料与所述第二正极材料之间，且保持所述电解液。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的液流电池，其还具备保持所述第一隔膜与所述第一负极的间隔的间隔件。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的液流电池，其中，所述流动装置包括：
使所述电解液产生气泡的气泡发生部；以及
向所述气泡发生部供给气体的气体供给部。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的液流电池，其中，在所述反应室的内部还具备第二负极，
所述第二负极与所述电解液接触，且夹着所述正极与所述第一负极相对。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的液流电池，其中，所述第一保液片材为保持所述电解液并发生溶胀的无纺布。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的液流电池，其中，所述第一隔膜具有氢氧化物离子传导性。
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