CN110352519A - 单元框架、电池单元、单元堆和氧化还原液流电池 - Google Patents

单元框架、电池单元、单元堆和氧化还原液流电池 Download PDF

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Abstract

一种单元框架包括双极板和设置在所述双极板的外周上的框架本体。所述双极板包括位于其表面的沟部，从所述单元框架的外部供应的电解液流动通过所述沟部。所述沟部包括液体保持部，当停止从外部供应电解液时，所述液体保持部保持所述电解液。所述框架本体具有开口，所述开口的平面面积为250cm2或者更大。由所述双极板和框架本体的内壁所形成的凹部的体积和所述液体保持部的总体积的体积总和是5cm3或者更大。

Description

单元框架、电池单元、单元堆和氧化还原液流电池
技术领域
本发明涉及一种单元框架、一种电池单元、一种单元堆和一种氧化还原液流电池。
背景技术
蓄电池中的一种是氧化还原液流电池(下文中可称作“RF电池”)，在所述氧化还原液流电池中，通过向电极供应电解液来进行电池反应。RF电池包括作为主要构件的电池单元，所述电池单元包括被供应有正极电解液的正极电极、被供应有负极电解液的负极电极和置于所述两个电极之间的隔膜。所述电池单元通常通过使用包括双极板和设置在所述双极板的外周上的框架本体的单元框架形成(例如，专利文献1)。所述单元框架具有由所述双极板的前表面和后表面与所述框架本体的内壁形成的凹部，所述前表面和后表面均用作底表面，所述内壁用作周壁，并且所述凹部用作在其中放置电极的空间。在所述RF电池的操作期间，通过使用泵来将每个电极的电解液从用于相应电极的箱体供应到相应的电极。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本未审专利申请公报No.2015-122230
发明内容
根据本公开的一种单元框架是
一种单元框架，所述单元框架包括双极板和设置在所述双极板的外周上的框架本体，
其中，所述双极板包括位于其表面的沟部，从所述单元框架的外部供应的电解液流动通过所述沟部，
所述沟部包括液体保持部，当停止从外部供应电解液时，所述液体保持部保持所述电解液，
所述框架本体具有开口，所述开口的平面面积为250cm2或者更大，并且
由所述双极板和所述框架本体的内壁所形成的凹部的体积与所述液体保持部的总体积的体积总和是5cm3或者更大。
根据本公开的一种电池单元是
一种包括电极和单元框架的电池单元，所述单元框架包括双极板和框架本体，所述电极被设置在所述双极板上，所述框架本体被设置在所述双极板的外周上，
其中，所述双极板包括位于其表面的沟部，从所述电池单元的外部供应的电解液流动通过所述沟部，
所述沟部包括液体保持部，当停止从外部供应电解液时，所述液体保持部保持所述电解液，
所述电极具有250cm2或者更大的平面面积，并且
所述电极的体积与所述液体保持部的总体积的体积总和是5cm3或者更大。
根据本公开的一种单元堆包括
多个电池单元，其中，每个所述电池单元是根据本公开的电池单元。
根据本公开的一种氧化还原液流电池包括
根据本公开的电池单元或者根据本公开的单元堆。
附图简要说明
[图1]图1是示出实施例1的单元框架的概略平面图。
[图2]图2包括概略平面图，每个所述概略平面图示出在实施例1的单元框架中包括的双极板。
[图3]图3包括分解立体图和概略立体图，所述分解立体图示出包括实施例1的单元框架的、实施例1的电池单元，所述概略立体图示出实施例1的单元堆。
[图4]图4是示出实施例1的氧化还原液流电池的实例的概略结构图表。
[图5]图5包括概略平面图，每个所述概略平面图示出在实施例2的单元框架中所包括的双极板。
[图6]图6包括概略平面图，每个所述概略平面图示出在实施例3的单元框架中所包括的双极板。
[图7]图7包括概略平面图，每个所述概略平面图示出在实施例4的单元框架中所包括的双极板。
[图8]图8包括概略平面图，每个所述概略平面图示出在实施例5的单元框架中所包括的双极板。
[图9]图9包括概略平面图，每个所述概略平面图示出在实施例6的单元框架中所包括的双极板。
[图10]图10包括概略平面图，每个所述概略平面图示出在实施例7的单元框架中所包括的双极板。
[图11]图11包括概略平面图，每个所述概略平面图示出在实施例8的单元框架中所包括的双极板。
[图12]图12包括概略平面图，每个所述概略平面图示出在实施例9的单元框架中所包括的双极板。
[图13]图13包括概略平面图，每个所述概略平面图示出在实施例10的单元框架中所包括的双极板。
具体实施方式
[技术问题]
期望的是，即便在向泵供应电力的电力系统中发生电力故障，氧化还原液流电池(RF电池)仍然能够启动所述泵。
在所述电力系统中的电力故障期间，向所述泵的电力供应停止。因此，电解液不能被泵从所述箱体供应到RF电池，并且RF电池实际上不能操作。例如，可设想通过提供不间断电源而启动泵。然而，期望的是，能够在不提供不间断电源等的情况下通过使用所述RF电池的电力来启动泵。
鉴于此，一个目的在于提供一种单元框架，所述单元框架能够构造这样一种氧化还原液流电池，所述氧化还原液流电池能够在电力系统中发生电力故障期间启动泵。另一个目的在于提供一种电池单元、单元堆和氧化还原液流电池，所述电池单元和单元堆能够构造在电力系统中发生电力故障期间能够启动泵的氧化还原液流电池，所述氧化还原液流电池能够在电力系统中发生电力故障期间启动泵。
[本公开有利的效果]
本公开的单元框架、本公开的电池单元和本公开的单元堆能够构造一种在电力系统中发生电力故障期间能够启动泵的氧化还原液流电池。本公开的氧化还原液流电池能够在电力系统中电力故障期间启动泵。
[本发明实施例的说明]
首先，将列出并且描述本发明的实施例。
(1)根据本发明实施例的一种单元框架是
一种单元框架，所述单元框架包括双极板和设置在所述双极板的外周上的框架本体，
其中，所述双极板包括位于其表面的沟部，从所述单元框架的外部供应的电解液流动通过所述沟部，
所述沟部包括液体保持部，当停止从外部供应电解液时，所述液体保持部保持所述电解液，
所述框架本体具有开口，所述开口的平面面积为250cm2或者更大，并且
由所述双极板和所述框架本体的内壁所形成的凹部的体积与所述液体保持部的总体积的体积总和是5cm3或者更大。
在停止从外部供应电解液的状态下，包括上述单元框架的所述RF电池能够在所述单元框架中所包括的双极板的液体保持部和凹部中保持电解液。特别地，由于所述凹部中包含电极，其通常在碳毡等的纤维之间具有空间，因此易于保持电解液，从而所述凹部能够更加可靠地保持电解液。所保持的电解液量对应于设置在所述双极板的表面中的液体保持部的总体积和凹部的体积总和，并且就数量而言是5cm3或者更大。在存在5cm3或者更多的电解液时，所述RF电池能够通过使用该电解液来释放启动泵所必要的电力，并且在电力系统中发生电力故障期间启动所述泵。一旦泵能够启动，存储在所述箱体中的电解液便能够被连续地供给到所述RF电池。从而，所述RF电池能够继续放电操作，并且向诸如电力系统这样的负载供应电力。
特别地，因为所述单元框架包括具有开口的框架本体，该开口具有250cm2或者更大的平面面积，所以能够被放置在所述凹部中的电极能够具有250cm2或者更大的平面面积。包括具有这种大平面面积的电极的RF电池能够用作高输出电池，并且更加可靠地保持电解液。
相应地，上述单元框架能够构造在电力系统中发生电力故障期间能够启动泵的RF电池。所述单元框架能够构造高输出RF电池，并且预期在电力系统中发生电力故障期间使用。
(2)单元框架的一个实例包括
其中，所述液体保持部的总体积与所述凹部的体积和所述液体保持部的总体积的体积总和的比率是5％或者更大。
在以上实施例中，关于保持在所述凹部和液体保持部中的电解液量，液体保持部的比率高到某个程度，因此更加易于保持电解液。这是因为，认为保持在所述凹部中的电解液发生脱漏(fall out)，并且保持在所述液体保持部中的电解液随后发生脱漏。相应地，在该实施例中，能够更加可靠地构造在电力系统中发生电力故障期间能够启动泵的RF电池。
(3)根据本发明实施例的一种电池单元包括根据以上(1)或者(2)的单元框架。
如上所述，在停止从外部供应电解液的状态下，以上电池单元能够通过单元框架和放置在凹部中的电极以5cm3或者更大的量保持电解液。进而，如上所述，因为所述电池单元包括上述单元框架，所以所述电池单元能够包括具有250cm2或者更大的平面面积的大电极。相应地，以上电池单元能够构造在电力系统中发生电力故障期间能够启动泵的RF电池。所述电池单元能够构造高输出RF电池，并且预期在电力系统中发生电力故障期间使用。
(4)根据本发明的另一个实施例的一种电池单元是
一种包括电极和单元框架的电池单元，所述单元框架包括双极板和框架本体，所述电极被设置在所述双极板上，所述框架本体被设置在所述双极板的外周上，
其中，所述双极板包括位于其表面的沟部，从所述电池单元的外部供应的电解液流动通过所述沟部，
所述沟部包括液体保持部，当停止从外部供应电解液时，所述液体保持部保持所述电解液，
所述电极具有250cm2或者更大的平面面积，并且
所述电极的体积与所述液体保持部的总体积的体积总和是5cm3或者更大。
在停止从外部供应电解液的状态下，包括上述电池单元的RF电池能够在双极板的液体保持部和电极中保持电解液。所述电池单元包括具有250cm2或者更大的平面面积的大电极，并且这种结构还能够更加可靠地保持电解液。所保持的电解液量对应于设置在双极板的表面中的液体保持部的总体积和电极的体积的体积总和，并且就数量而言是5cm3或者更大。如上所述，在存在5cm3或者更多的电解液时，RF电池能够在电力系统中发生电力故障期间启动泵，并且进一步继续放电操作。相应地，上述电池单元能够构造在电力系统中发生电力故障期间能够启动泵的RF电池。因为如上所述，所述电池单元包括具有大平面面积的电极，所以电池单元能够构造高输出RF电池，并且预期在电力系统中发生电力故障期间使用。
(5)电池单元的一个实例包括
其中，所述液体保持部的总体积与所述电极的体积和所述液体保持部的总体积的体积总和的比率是5％或者更大。
在以上实施例中，关于保持在电极和液体保持部中的电解液量，液体保持部的比率高到某个程度，因此电解液更加易于保持。这是因为，认为保持在电极中的电解液发生脱漏，并且保持在液体保持部中的电解液随后发生脱漏。相应地，在该实施例中，能够更可靠地构造在电力系统中发生电力故障期间能够启动泵的RF电池。
(6)电池单元的一个实例包括
其中，所述沟部包括交替布置有导入沟和排出沟的部分，所述导入沟是这样的沟部：电解液通过所述导入沟而被引入；所述排出沟是这样的沟部：所述排出沟不与所述导入沟连通，并且独立于所述导入沟，并且所述电解液通过所述排出沟而被排出，并且
所述液体保持部包括所述排出沟的至少一部分。
在以上实施例中，如下文所述，每个排出沟具有沟端，所述沟端位于重力方向上的下方位置处，并且具有封闭部分，因此能够令人满意地用作液体保持部。相应地，在以上实施例中，能够构造在电力系统中发生电力故障期间能够启动泵的RF电池。在以上实施例中，因为所述导入沟和排出沟被交替地布置，所以能够均匀地并且有效地从所述导入沟向置放在所述双极板上的电极供应未反应的电解液，并且从所述电极排放在所述电极中的电池反应中使用的、已反应的电解液。
(7)根据本发明实施例的一种单元堆包括
多个电池单元，其中，每个所述电池单元是根据以上(3)到(6)中任一项所述的电池单元。
如上所述，包括以上单元堆的RF电池包括多个电池单元，其中，每个所述电池单元是在停止从外部供应电解液的状态下能够以5cm3或者更大量保持电解液的上述电池单元。所保持的电解液量对应于由保持在单个电池单元中的电解液量和单元数目的乘积表示的量，并且能够进一步增加。因此，所述单元堆能够更加可靠地输出启动泵所必要的电力。相应地，所述单元堆能够构造在电力系统中发生电力故障期间能够更加可靠地启动泵的RF电池。因为所述单元堆包括多个电池单元，所以所述单元堆能够构造高输出RF电池，并且预期在电力系统中发生电力故障期间使用。当所述单元堆包括具有250cm2或者更大的平面面积的电极时，能够构造更高输出的电池。
(8)根据本发明实施例的一种氧化还原液流电池包括
根据以上(3)到(6)中任一项所述的电池单元或者根据以上(7)所述的单元堆。
以上RF电池包括如上所述能够在停止从外部供应电解液的状态下以5cm3或者更大量保持电解液的电池单元，或者单元堆。相应地，所述RF电池能够在电力系统中发生电力故障期间启动泵。当所述RF电池包括具有大平面面积的上述电极或者上述单元堆或者满足这两个条件时，所述RF电池能够是高输出电池，并且预期在电力系统中发生电力故障期间使用。
[本发明实施例的细节]
在下文中，将具体参考附图描述本发明实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同的部分。
在图1到3和图5到13中，为了更加易于理解，以强调的方式示出了设置在双极板5和5A到5I中的沟部50，并且所述沟部50的尺寸可以不同于实际尺寸。
图2和图5到13分别仅示出了双极板5和5A到5I中的液体流动区域(其细节将在下文描述)。在图2和图5到13每一个中，所述液体流动区域的下端边缘是供应边缘，所述液体流动区域的上端边缘是排放边缘(与上相同)。
图2和图5到13的上图中的每一个是液体流动区域的平面图。在附图中，脊部由交叉阴影示意，从而易于理解沟部50。沟部50中示出的实线箭头虚拟地示出电解液沿着沟部50的流动，虚线箭头虚拟地示出电解液通过电极13从双极板5和5A到5I的流动(图1等)。
图2和图5到13的下图中的每一个是解释性视图，其示出了当停止从外部供应电解液时、电解液被保持的状态。在附图中，电解液被保持的部分(液体保持部55)由阴影示意。
[实施例1]
将参考图1到4顺序地描述实施例1的单元框架2、电池单元10、单元堆3和RF电池1。
在图4中，正极电解液箱体16和负极电解液箱体17中示出的离子是用于电极的相应电解液中包含的离子种类的实例。
<单元框架>
<<概要>>
如图1所示，实施例1的单元框架2通常被用作RF电池1(图4)的构件，并且包括双极板5和设置在所述双极板5的外周上的框架本体22。由双极板5和框架本体22的内壁220形成凹部，更具体而言，由双极板5的、用作底表面的表面和用作周壁的内壁220形成凹部(还参考图3)，所述凹部被用作其中放置RF电池1的电极13的空间和从RF电池1的外部供应的电解液通过其流动的空间。
实施例1的单元框架2包括位于所述双极板5的表面中的沟部50，从所述单元框架2的外部供应的电解液通过所述沟部流动。所述沟部50包括液体保持部55，当停止从所述单元框架2的外部供应电解液时，所述液体保持部保持电解液。进而，在实施例1的单元框架2中，上述凹部的体积Vf和液体保持部55的总体积Vs的体积总和Va是5cm3或者更大。
<<双极板>>
所述双极板5是传导电流但是不允许电解液流动通过的导电板状部件，并且用于所述双极板5和置于所述双极板5上的电极13之间的电子转移。
在这个实例中，所述框架本体22的开口具有矩形形状。相应地，在所述双极板5中，从所述框架本体22的开口暴露的区域(在下文中，这个区域可以称作“液体流动区域”)具有矩形平面形状。该矩形液体流动区域的下端边缘被定义为设置在电解液供应侧上的供应边缘。所述矩形液体流动区域的上端边缘被定义为设置在电解液被排放到双极板5的外部的一侧上的排放边缘。在这里，将对电解液被从所述双极板5的液体流动区域的供应边缘朝向排放边缘供应的情形(即，在图1中电解液从下侧朝向上侧供应的情形)进行描述。在下文中，下文所述的图1到4和图5到13的上下方向可以称作“电解液流动方向”或者“竖直方向”。每个附图的左右方向可以称作“正交于电解液流动方向的方向”或者“水平方向”。
<沟部>
所述沟部50被设置在所述双极板5的液体流动区域中。所述沟部50用作电解液的流道。在所述双极板5中，被所述框架本体22支撑的周边区域(被所述框架本体22隐藏并且在图1和3中看不到的区域)不必包括沟部50，但是可以包括沟部50。
所述沟部50的形状、尺寸(诸如沟长度、沟宽度、沟深度和相邻沟之间的间隙)、数目、形成位置等能够在满足上述总体积Va的范围内适当地选择。在这里，所述长度指的是沿着电解液流动方向的尺寸，所述宽度指的是沿着正交于电解液流动方向的方向的尺寸。在这里，所述沟深度指的是沿着所述双极板5的厚度方向的尺寸。
所述沟部50可以包括向着所述双极板5的液体流动区域的周边开口的沟(例如下文所述的纵沟51)，可以包括不向周边开口的沟(例如图12和13中的孤立沟53)，或者包括这两种类型的沟(例如图12和13)。
所述沟部50可以包括如本实例所述的单个连续沟。可替代地，所述沟部50可以包括多个独立沟(例如图5到13)。在每个情形中，例如，当所述沟部50包括其中沿着单个方向延伸的直线状沟(例如以后描述的纵沟51或者横沟52)以预定间隔平行布置的沟群时，能够实现电解液的良好的可流动性。当所述沟部50包括所述沟群时，能够形成将相邻沟相互分离的脊部。所述脊部用作与电极13相接触的区域，并且能够用作用于在双极板5和电极13之间进行电子转移的区域。
这个实例的沟部50包括蛇行沟，所述蛇行沟是向所述双极板5的液体流动区域的周边开口的单个连续沟，并且基本在整个矩形液体流动区域之上蛇行。所述蛇行沟包括纵沟51和横沟52，所述纵沟51沿着电解液流动的方向线性地延伸，所述横沟沿着正交于电解液流动的方向的方向延伸。更具体地，多个纵沟51沿着水平方向成间隔地平行布置，每个所述纵沟51从靠近所述供应边缘的位置延伸到靠近所述排放边缘的位置，位于水平方向上的右端和左端上的纵沟51分别向供应边缘和排放边缘开口。所述横沟52被布置成将相邻纵沟51的上端连接到一起，并且将相邻纵沟51的下端连接到一起。包括纵沟51和横沟52的蛇行沟的振幅方向是竖直方向。纵沟51和横沟52形成蛇行沟，并且两个相邻纵沟51和将所述纵沟51的下端相互连接的横沟52被布置成形成U形。相邻纵沟51之间的间隙基本彼此相等。所述纵沟51具有相同的形状(矩形平面形状和矩形截面形状)和相同尺寸(沟长度、沟宽度和沟深度)。所述横沟52也具有相同的形状和相同的尺寸。
这里，作为一个实例，对包括平行于电解液流动方向的纵沟51和正交于该方向的横沟52的蛇行沟进行说明。可替代地，所述蛇行沟可以包括相互交叉从而不正交于电解液流动方向的沟。例如，所述蛇行沟可以是波纹形或者锯齿形蛇行沟。除了所述供应边缘或者排放边缘之外，如作为实例在图8和9中所示，所述开口可以被设置在连接所述供应边缘和排放边缘的侧边缘上。
<液体保持部>
所述沟部50的至少一部分中包括液体保持部55。
术语“液体保持部55”指的是沟部50中的、在停止向包括所述单元框架2的RF电池1供应电解液的状态下电解液不会由于其自身重量从单元框架2脱漏的部分，或者是虽然电解液可能经过长时间后脱漏、但是能够从停止供应起至少在例如5分钟或者更短时间(在下文中，这个时间称作“完全停止时间”)内保持电解液的部分。在如该实例中那样在所述双极板5的液体流动区域的排放边缘上具有开口的沟中，所述液体保持部55可以包括这样的部分：该部分被设置为比所述开口更加靠近所述供应边缘，并且其位于重力方向下方位置处的端部被封闭。可替代地，所述液体保持部55可以包括不向所述双极板5的液体流动区域的周边开口的沟(例如，孤立沟53)。
在以下说明中，术语“所保持的电解液量”指的是能够在完全停止时间期间所保持的量，并且表述“沟部50、凹部或者电极13保持电解液”意味着所述电解液在完全停止时间期间被保持。
这个实例的液体保持部55包括位于所述沟部50中的上述部分(图2中的四个部分)，每个所述部分被布置成形成U形。被布置成形成U形的所述部分具有重力方向上的下部被封闭的形状。这个U形部分是电解液不太可能从其脱漏的部分。因为所述液体保持部55包括电解液不太可能从其脱漏的这种部分，所以当停止从外部供应电解液时，所述液体保持部55更加易于保持电解液。
所述液体保持部55的总体积Vs能够在如下范围内适当地选择：其中，所述凹部的体积Vf和所述液体保持部55的总体积Vs的体积总和Va满足5cm3或者更大。虽然依赖于所述双极板5的尺寸(液体流动区域的平面面积＝开口的平面面积Sf、厚度等)，但是沟形状、沟长度、沟宽度、沟深度等被调节为使得所述总体积Vs满足预定大小。如本实例所述，当所述沟部50包括多个液体保持部55时，每个液体保持部55的体积、液体保持部55的数目等被调节为使得总体积Vs满足预定大小。当所述沟部50包括多个液体保持部55时，所述液体保持部55的例如形状和尺寸(诸如沟长度、沟宽度、沟深度和体积)这些规格可以与本实例相同或者可以改变。进而，随着所述沟部50中的液体保持部55的比率增加，能够确保更大量的所保持的电解液。例如，相对于所述沟部50的总平面面积，所述液体保持部55的总平面面积的比率可以是45％或者更大，并且进而是55％或者更大。
构成所述双极板5的材料的实例包括包含导电材料和有机材料的、所谓传导性塑料的有机复合材料，所述导电材料例如是碳系材料或者金属，所述有机材料例如是热塑性树脂。通过成形为板并且通过例如已知方法形成沟部50而能够生产所述双极板5。用于形成所述传导性塑料的方法的实例包括注射成型、压制成型和真空成型。可以对平坦板材进行切割加工等，以形成所述沟部50。
<<框架本体>>
所述框架本体22支撑所述双极板5，从开口暴露所述双极板5的液体流动区域，并且利用所述液体流动区域和内壁220形成凹部。所述框架本体22用于向放置在所述凹部中的电极13供应电解液，并且用于从电极13排放电解液。因此，所述框架本体22包括电解液的供应通道和排放通道。所述供应通道包括液体供应歧管(正极电极中的24和负极电极中的25)。所述排放通道包括液体排放歧管(正极电极中的26和负极电极中的27)。所述供应通道和排放通道中的每一个包括连接每个歧管和所述开口(窗部)的狭缝(正极电极中的28和负极电极中的29)。在如在图1所示的单元框架2的平面图中，所述框架本体22被设置成使得狭缝28和29中的每一个的开口基本与所述双极板5的液体流动区域的供应边缘或者排放边缘一致。
进而，所述框架本体22可以包括沿着所述开口的内周边延伸的整流沟(未示出)。该整流沟沿着所述双极板5的供应边缘或者排放边缘设置。因此，当所述框架本体22包括整流沟时，电解液易于被均匀地沿着水平方向引入双极板5和电极13中或由此排放。在所述框架本体22包括整流沟的情形中，所述狭缝28和29向所述整流沟开口。
这个实例的框架本体22是如上所述具有矩形开口和矩形外形的框架。然而，所述开口和外形的形状可以根据需要改变。如图1所示，所述开口和外形的形状可以是相互类似的形状(具有不同的长边与短边比率的矩形)。可替代地，所述开口和外形的形状可以例如是类似的形状或者完全不同的形状诸如圆形和矩形组合。
所述框架本体22的开口的平面面积Sf是250cm2或者更大。当所述平面面积Sf是250cm2或者更大时，易于确保所述凹部具有大体积Vf，并且能够增加在所述凹部中保持的电解液量。在此情形中，能够使得可以被放置在所述凹部中的电极13的平面面积Se是250cm2或者更大。当大电极13能够被放置在所述凹部中时，电解液易于被大电极13保持。进而，能够在此情形中构造高输出电池。随着平面面积Sf增加，能够实现更大的体积Vf、更大尺寸的电极13和更高的输出。所述平面面积Sf可以是300cm2或者更大，进一步800cm2或者更大，并且进一步为2000cm2或者更大。例如，考虑所述框架本体22的刚度和强度以及RF电池1的组装作业性，所述平面面积Sf可以是5000cm2或者更小。
所述框架本体22的内壁220沿着框架本体22的厚度方向的尺寸被定义为高度。通常，所述内壁220的高度可以基本等于能够放置在所述凹部中的电极13的最大厚度。所述高度与所述开口的平面面积Sf一起是与所述凹部的体积Vf有关的参数。相应地，优选地在总体积Va满足5cm3或者更大的范围内根据电极13的厚度、体积Vf和面积Sf调节该高度。随着高度的增加，即使当平面面积Sf小到某个程度时，仍然更加易于增加所述凹部的体积Vf，并且能够增加在所述凹部中保持的电解液量。从这个观点来看，所述高度可以是0.05mm或者更大。在小高度的情形中，所述单元框架2的厚度易于减小，因此在构造包括多个电池单元10(图4)的多单元电池时，能够易于减小厚度和尺寸。从这个观点来看，所述高度可以是8mm或者更小。注意，即使当所述高度较小时，只要所述平面面积Sf大到某个程度，仍然易于增加所述凹部的体积Vf。
当所述凹部的体积Vf是例如15cm3或者更大时，能够在所述凹部中保持大量的电解液。当所述体积Vf是例如250cm3或者更小时，易于抑制由于所述框架本体22的开口的平面面积Sf过大而引起的、框架本体22的刚度和强度的降低和RF电池1的组装作业性的降低等，或者由于框架本体22的内壁220的高度过大而引起的尺寸的增加。
构成所述框架本体22的材料的实例包括具有良好的电解液耐受性和良好电绝缘性质的树脂。在一个实施例中，所述框架本体22可以包括例如沿着所述框架本体22的厚度方向划分的一对框架本体片，并且所述双极板5的周边区域可以从所述双极板5的前部和后部被夹持在所述框架本体片之间，以支撑所述双极板5。可以根据需要联结其间具有所述双极板5的所述成对框架本体片。
<<液体保持部和凹部的总体积>>
在实施例1的单元框架2中，所述凹部的体积Vf和液体保持部55的总体积Vs的体积总和Va是5cm3或者更大。随着所述总体积Va增加，能够增加在所述凹部和液体保持部55中保持的电解液量，并且能够更可靠地产生启动泵160和170(图4)所必要的电力。从这个观点来看，总体积Va可以是10cm3或者更大。在100cm3或者更大的总体积Va下，即使在RF电池1是多单元电池或者包括大电极13的高输出电池的情形中，仍然能够更加可靠地产生用于启动泵160和170的电力。所述液体保持部55的总体积Vs和凹部的体积Vf(框架本体22的开口的平面面积Sf和内壁220的高度)优选地被调节为使得总体积Va是期望值。过大的总体积Va会由于RF电池1的构件的尺寸增加而导致例如组装作业性降低。相应地，考虑到组装作业性等，总体积Va可以是例如1000cm3或者更小。
所述液体保持部55的总体积Vs与所述凹部的体积Vf和液体保持部55的总体积Vs的体积总和Va的比率((Vs/Va)×100)可以是5％或者更大。当所述电解液被保持在凹部和液体保持部55中时，认为电解液首先从所述凹部脱漏，然后从所述液体保持部55脱漏。因此，当以上比率是5％或者更大时，比所述凹部更加易于保持电解液的液体保持部55的体积比率较高，因此能够更加可靠地保持电解液。
(应用实例)
实施例1的单元框架2能够在包括单个电池单元10的单单元电池和多单元电池任何一个中使用。
在单单元电池的构造的情形中，可以制备两个单元框架2(在下文中，可以称作“单侧沟框架”)，每个所述单元框架仅仅在双极板5的前表面和后表面中的一个上包括液体保持部55，所述液体保持部55包括沟部50，所述单侧沟框架中的一个可以用于正极电极，并且另一个单侧沟框架可以用于负极电极。
在多单元电池的构造的情形中，可以制备单元框架2(在下文中，可以称作“双侧沟框架”)，所述单元框架2在双极板5的前表面和后表面两者上包括液体保持部55，所述液体保持部55包括沟部50，在一个表面侧上的凹部可以用于正极电极，并且在另一个表面侧上的凹部可以用于负极电极。在多单元电池的一个实例中，在多个堆叠的电池单元10中，置放在中间位置处的电池单元10可以包括双侧沟框架，置放在两个端部位置处的电池单元10可以包括单侧沟框架。
<电池单元>
如图3中所示，实施例1的电池单元10通常用作RF电池1的主要构件，并且包括电极13和单元框架2。所述单元框架2包括在其上置放电极13的双极板5和设置在双极板5的外周上的框架本体22。所述双极板5的一个表面中包括沟部50，从电池单元10的外部供应的电解液通过所述沟部50流动。所述沟部50包括液体保持部55，当停止从电池单元10的外部供应电解液时，所述液体保持部55保持电解液。进而，在实施例1的电池单元10中，所述电极13的体积Ve和液体保持部55的总体积Vs的体积总和Vc是5cm3或者更大。上述实施例1的单元框架2能够适当地被用作在实施例1的电池单元10中包括的这种单元框架2。实施例1的电池单元10的典型实例是包括实施例1的单元框架2的电池单元10。在包括实施例1的单元框架2的电池单元10中，所述框架本体22的开口的平面面积Sf是250cm2或者更大，并且凹部的体积Vf和液体保持部55的总体积Vs的体积总和Vc是5cm3或者更大。注意，在单个电池单元10中，正极电极侧上的总体积Vc是5cm3或者更大，负极电极侧上的总体积Vc是5cm3或者更大。相应地，在单个电池单元10中，正极电极侧和负极电极侧上的总体积Vc是10cm3或者更大。
所述电池单元10包括作为电极13的正极电极14或者负极电极15。所述电池单元10通常包括：被供应正极电解液的正极电极14；被供应负极电解液的负极电极15；置放在所述正极电极14和负极电极15之间的隔膜11；和对夹持所述隔膜11的正极电极14和负极电极15进行进一步夹持的成对单元框架2(还参考图4)。在下文中，正极电极14和负极电极15可以一起地称作“电极14和15”。
在实施例1的电池单元10中包括的单元框架2可以是单侧沟框架和双侧沟框架中的至少一个。当实施例1的电池单元10是单单元电池时，可以设置成对的单侧沟框架。当实施例1的电池单元10是多单元电池时，电池单元10的形式的实例包括如下形式：包括至少一个双侧沟框架、包括成对的单侧沟框架和这些形式的组合。在多单元电池中，因为能够增加所保持的电解液量，所以以上组合形式是优选的。在所述成对的单侧沟框架中，单侧沟框架中的一个在其凹部中具有正极电极14，并且另一个单侧沟框架在其凹部中具有负极电极15。正极电极14被放置在双侧沟框架的凹部中的一个中，并且负极电极15被放置在另一个凹部中。
电极14和15均是包含活性材料的电解液被供应于此并且活性材料(离子)在此造成电池反应的反应场所。所述电极的典型实例包括碳材料的纤维聚集体(诸如碳毡、碳纸和碳布)。所述纤维聚集体通常具有亲水性，并且易于在诸如在纤维之间间隙这样的空间中保持电解液，因此在完全停止时间期间，所述电解液不太可能脱漏。也可以使用其它已知材料。
所述电极14和15中的每一个的尺寸能够在如下范围中适当地选择：所述电极14和15能够被放置在单元框架2的凹部中。特别地，当所述电极14和15均具有250cm2或者更大的平面面积Se时，易于增加所述电极14和15中每一个的体积Ve。相应地，当停止从外部供应电解液时，易于更加可靠地保持电解液。进而，随着平面面积Se的增加，能够构造更高输出的电池。从这个观点来看，例如，平面面积Se可以是300cm2或者更大，进一步800cm2或者更大，并且进一步为2000cm2或者更大。另一方面，即使当平面面积Se小到某个程度时，只要电极14和15中的每一个的厚度大到某个程度，仍然易于增加体积Ve。考虑例如在其中放置电极14和15的单元框架2的刚度和强度和RF电池1的组装作业性，平面面积Se可以是5000cm2或者更小。注意，当电极14和15中的每一个的平面面积Se基本等于框架本体22的开口的平面面积Sf时，易于增加体积Ve。当电极14和15中的每一个的平面面积Se小于框架本体22的开口的平面面积Sf时，电极13易于被置放在框架本体22中。
电极14和15中的每一个的厚度能够在如下范围中适当地选择：所述厚度等于或者小于内壁220的高度。在这个范围中，厚度越大，越易于增加电极14和15中的每一个的体积Ve，并且当停止从外部供应电解液时，越可靠地并且越易于保持电解液。从这个观点来看，所述厚度可以是0.05mm或者更大。在RF电池1的构造中，所述电池单元10通常沿着构件堆叠的方向被压缩。因此，即便将构造之前的厚度大于内壁220的高度的电极用作电极14和15中的每一个，在压缩状态(RF电池1被构造的状态)下，电极14和15中的每一个的最大厚度仍然对应于内壁220的高度。
<<液体保持部和电极的总体积>>
在实施例1的电池单元10中，电极13的体积Ve和液体保持部55的总体积Vs的体积总和Vc是5cm3或者更大。随着总体积Vc的增加，能够增加由电极13和液体保持部55保持的电解液量，并且能够更加可靠地产生启动泵160和170所必要的电力。从这个观点来看，总体积Vc可以是10cm3或者更大。在100cm3或者更大的总体积Vc下，即使在RF电池1是多单元电池或者包括大电极13的高输出电池的情形中，仍然能够更加可靠地产生用于启动泵160和170的电力。所述液体保持部55的总体积Vs和电极14和15中的每一个的体积Ve(平面面积Se和厚度)优选地被调节为使得总体积Vc是期望值。过大的总体积Vc会由于RF电池1的构件尺寸增加而导致例如组装作业性降低。相应地，考虑到组装作业性等，所述总体积Vc可以例如是1000cm3或者更小。
所述液体保持部55的总体积Vs与电极的体积Ve和液体保持部55的总体积Vs的体积总和Vc的比率((Vs/Vc)×100)可以是5％或者更大。当电解液被保持在电极13和液体保持部55中时，认为电解液首先从所述电极13脱漏，然后从所述液体保持部55脱漏。因此，当以上比率是5％或者更大时，比电极13更加易于保持电解液的液体保持部55的体积比率较高，因此能够更加可靠地保持电解液。
因为所述电极13被放置在所述凹部中，所以总体积Vc可以是小于所述凹部的体积Vf和液体保持部55的总体积Vs的体积总和Va的值。然而，当所述总体积Vc和总体积Va基本彼此相等时，如上所述，所述电极13所保持的电解液量可以对应于保持在所述凹部中的电解液量，因此预期电解液较少可能脱漏。
所述隔膜11是将正极电极14和负极电极15相互分离的部件，并且允许特定离子由此透过。离子交换隔膜等被用作所述隔膜11。
<单元堆>
实施例1的单元堆3包括实施例1的多个电池单元10，并且用作RF电池1的主要构件。单元堆3是多个电池单元10被堆叠以形成如
图3和4中所示多层结构的积层体，并且在多单元电池中使用。
所述单元堆3通常包括积层体、夹持所述积层体的成对端板32、诸如螺母此类的紧固部件和诸如长螺栓此类在所述端板32之间连接的联结部件33，在所述积层体中，单元框架2(双极板5)、正极电极14、隔膜11和负极电极15以此次序被堆叠多次。当所述端板32被所述紧固部件紧固时，沿着堆叠方向的紧固力维持所述积层体的堆叠状态。如作为实例在图3中所示，所述单元堆3可以具有如下形式：预定数目的电池单元10形成子单元堆，并且多个子单元堆被堆叠。密封部件18被置于相邻的框架本体22(图4)之间，从而所述积层体以液密方式被维持。
所述单元堆3可以包括作为单元框架2的、位于所述积层体的堆叠方向两端处的单侧沟框架和位于所述积层体的堆叠方向的中间位置处的双侧沟框架。每个单侧沟框架可以具有这样的结构：由金属等制成的集电器板被置于所述双极板5的表面上，该表面上没有设置电极13。
所述单元堆3中的单元的数目能够被适当地选择。由所述单元堆3的凹部或者电极13和液体保持部55保持的电解液量对应于由保持在单个电池单元10中的电解液量(总体积Va或者总体积Vc)和单元数目的乘积表示的量。因此，随着单元数目的增加，能够增加所保持的电解液的量，并且能够被更加可靠地输出启动泵160和170所必要的电力。另外，随着单元数目的增加，能够构造更高输出的电池。从这个观点来看，所述单元的数目可以是例如20或者更多，并且进一步为200或者更多。
<RF电池>
如图4中所示，实施例1的RF电池1通过交流/直流变换器、变电设备等被连接到发电单元和诸如电力系统或者消费者这样的负载，使用发电单元作为电力供给源来进行充电，并且向作为电力供给目标的负载进行放电。所述发电单元的实例包括太阳能发电设备、风力发电设备和其它一般的发电厂。实施例1的RF电池1可以是包括实施例1的一个电池单元10的单单元电池、包括实施例1的多个电池单元10的多单元电池，或者包括实施例1的单元堆3的多单元电池。RF电池1进一步包括向电池单元10或者单元堆3循环并且供应电解液的循环机构。所述电池单元10和单元堆3的细节如上所述。在下文中，将描述循环机构。
<<循环机构>>
所述循环机构包括正极电解液箱体16、负极电解液箱体17、管道162、164、172和174和泵160和170。所述正极电解液箱体16存储被循环并且供应到正极电极14的正极电解液。所述负极电解液箱体17存储被循环并且供应到负极电极15的负极电解液。所述管道162和164连接在正极电解液箱体16和电池单元10(单元堆3)之间。所述管道172和174连接在负极电解液箱体17和电池单元10(单元堆3)之间。所述泵160和170被分别设置在向所述电池单元10(单元堆3)进行供应的供应侧上的管道162和172上。所述管道162和164与管道172和174被分别连接在单元框架2的液体供应歧管24和25与液体排放歧管26和27之间，从而电解液能够由此流动，并且构造电极的电解液的循环路径。
关于电池单元10、单元堆3和RF电池1的基本配置、材料等，能够适当地参照已知的配置、材料等。作为电解液，能够使用包含钒离子作为正活性材料和负活性材料的电解液(专利文献1)、包含作为正极电极活性材料的锰离子和作为负极电极活性材料的钛离子的电解液和具有已知组成的其它电解液。
(主要有利效果)
在RF电池1中使用实施例1的单元框架2，使得即使当由于例如电力系统中发生电力故障而停止向泵160和170供应电力时，RF电池1仍然能够启动泵160和170。其原因如下。所述单元框架2包括具有液体保持部55的双极板5，并且液体保持部55的总体积Vs和凹部的体积Vf的体积总和Va满足5cm3或者更大。因此，在停止从外部供应电解液的状态下，能够由凹部和液体保持部55确保能够产生启动泵160和170所必要的电力的电解液量(5cm3或者更大)。特别地，在实施例1的单元框架2中，所述框架本体22的开口的平面面积Sf是250cm2或者更大，并且具有250cm2或者更大的平面面积Se的电极13能够被放置在凹部中。相应地，RF电池1能够更加可靠地用电极13保持电解液。进而，因为实施例1的单元框架2能够在其凹部中包括具有250cm2或者更大的平面面积Se的电极13，所以能够构造高输出电池。
在RF电池1中使用实施例1的电池单元10或者实施例1的单元堆3，使得即使当由于例如电力系统中发生电力故障而停止向泵160和170供应电力时，RF电池1仍然能够启动泵160和170。其原因如下。电池单元10和单元堆3包括实施例1的单元框架2，并且总体积Va满足5cm3或者更大，或者电极13的体积Ve和液体保持部55的总体积Vs的体积总和Vc满足5cm3或者更大。因此，在停止从外部供应电解液的状态下，双极板5的液体保持部55和凹部或者电极13能够确保能够产生启动泵160和170所必要的电力的电解液量(5cm3或者更大)。特别地，当实施例1的电池单元10和实施例1的单元堆3包括具有250cm2或者更大的平面面积Se的电极13时，电极13能够更加可靠地保持电解液，并且能够构造高输出电池。
即使当由于例如电力系统中发生电力故障而停止向泵160和170供应电力时，实施例1的RF电池1仍然能够启动泵160和170。其原因如下。RF电池1包括实施例1的电池单元10或者实施例1的单元堆3，并且总体积Va或者总体积Vc满足5cm3或者更大。因此，在停止从外部供应电解液的状态下，双极板5的液体保持部55和凹部或者电极13能够确保能够产生启动泵160和170所必要的电力的电解液量(5cm3或者更大)。特别地，当实施例1的电池单元10包括具有250cm2或者更大的平面面积Se的电极13时，电极13能够更加可靠地保持电解液，并且能够构造高输出电池。
[使用]
对于诸如太阳能发电或者风力发电这样的自然能量发电，实施例1的RF电池1能够用于蓄电池，从而稳定电力输出的波动、在供应过剩期间存储所产生的电力、调平负载等。进而，实施例1的RF电池1能够另外被放置在普通发电厂中，并且作为针对瞬时电压降/电力故障的对策或者为了调平负载而被用作蓄电池。特别地，因为当由于例如电力故障而不从电力系统等向泵160和170供应电力时，RF电池能够启动泵160和170，因此实施例1的RF电池1能够作为针对电力故障的对策被适当地用作蓄电池。实施例1的单元框架2、电池单元10和单元堆3能够被适当地用作蓄电池的构件。
[实施例2到10]
将参考图5到13描述实施例2到10的单元框架。实施例1和实施例2到11之间的主要差异在于沟部50。在下文中，将主要描述所述沟部50，并且将省略其它配置、有利的效果等的详细描述。
[实施例2]
在图5所示实施例2的单元框架中包括的双极板5A的沟部50包括多个独立纵沟51。
这里，当所述沟部50包括多个沟时，所述沟部50可以包括例如导入沟5i和排出沟5o，电解液通过所述导入沟5i而引入，所述排出沟5o不与所述导入沟5i连通，并且独立于所述导入沟5i，并且电解液通过所述排出沟5o而排放。在这个实施例中，能够均匀且有效地从所述导入沟5i向电极13(图1等)供应未反应的电解液，并且通过所述排出沟5o从所述电极13排放在电极13中的电池反应中使用的、已反应的电解液。
在这个实例中，所述导入沟5i均可以是这样的沟：其在双极板5的液体流动区域的周边处具有开口，并且在与所述开口隔开的位置处具有沟端，所述沟端具有封闭部分，所述沟端被设置为比所述开口更加靠近排放边缘。作为实例在图5中示出的每个导入沟5i由沿着电解液流动方向以直线状延伸的纵沟51形成。所述纵沟51的一个端部向液体流动区域的周边的供应边缘形成部开口，并且被设置成从所述开口朝向排放边缘延伸，所述纵沟51的另一个端部被设置在所述排放边缘侧上，并且所述另一个端部在如下位置处封闭：所述位置与所述开口隔开，即，所述位置靠近所述排放边缘。如上所述，当用作导入沟5i的沟的端部(该端部被设置在所述排放边缘侧上)靠近所述排放边缘定位时，所述沟具有较长的长度，并且具有良好的电解液流动性。所述导入沟5i的开口形成电解液的进口。
在这个实例中，排出沟5o均可以是这样的沟：其在双极板5的液体流动区域的周边处具有开口，并且在与所述开口分隔的位置处具有沟端，所述沟端具有封闭部分，所述沟端被设置为比所述开口更加靠近所述供应边缘。作为一个实例在图5中示出的每个排出沟5o由纵沟51形成。所述纵沟51的一个端部向所述液体流动区域的周边的排放边缘形成部开口，并且被设置成从所述开口朝向所述供应边缘延伸，所述纵沟51的另一个端部被设置在所述供应边缘侧上，所述另一个端部在如下位置处封闭：所述位置与所述开口隔开，即，所述位置靠近所述供应边缘。如上所述，当用作排出沟5o的沟的端部(该端部被设置在所述供应边缘侧上)靠近所述供应边缘定位时，所述沟具有较长的长度，并且具有良好的电解液流动性。所述排出沟5o的开口形成电解液的出口。
进而，所述沟部50可以包括交替布置所述导入沟5i和排出沟5o的部分。在这个交替布置的部分处，用作导入沟5i的沟和用作排出沟5o的沟被布置成面对彼此并且相互啮合(在下文中，可以称作“对向啮合的梳齿形状”)。在这个实施例中，能够更加均匀地并且更加有效地供应未反应的液体以及排放已反应的液体。当设置多个导入沟5i和多个排出沟5o时，所述导入沟5i和排出沟5o中的某些可以被交替地布置，其余的导入沟5i和排出沟5o可以被布置成使得相同类型的沟彼此相邻。
这个实例的双极板5基本在整个矩形液体流动区域上包括沟部50。如图5中所示，这个实例的沟部50包括沿着水平方向成间隔地平行布置的多个纵沟51。如上所述，所述纵沟51用作导入沟5i和排出沟5o，并且形成导入沟5i和排出沟5o交替布置的、对向啮合的梳齿形状。彼此相邻的导入沟5i和排出沟5o之间的间隙基本彼此相等。所述纵沟51具有相同形状(矩形平面形状和矩形截面形状)和相同尺寸(沟长度、沟宽度和沟深度)。所述单元框架2(所述单元框架2包括双极板5，所述双极板5包括沟部50，所述沟部50包括多个导入沟5i和多个排出沟5o，并且形成对向啮合的梳齿形状)实现了下述有利效果(a)-(d)。这个实例的沟部50不包括任何横沟52。
(a)每个沟部50中不太可能发生电解液流动压力的变化，从而实现了良好的电解液流动性。
(b)虽然纵沟51的数目取决于沟宽度，但是易于增加纵沟51的数目。因此，进一步增强了电解液的流动性。
(c)将相邻纵沟51相互分离的每个脊部也具有在电解液流动方向上沿着所述纵沟51的形状延伸的长窄形矩形形状。每个脊部在其纵向方向的整个区域上具有基本均匀的宽度。相应地，能够令人满意地确保电子转移区域(脊部)。进而，在电极13中，还沿着电解液流动方向设置有对应于所述脊部的区域。相应地，能够在电极13中确保进行电池反应的宽广反应区域，并且能够令人满意地执行电池反应。
(d)虽然双极板5包括多个纵沟51和脊部，但是双极板5具有简单形状。因此，双极板5具有良好的制造性。
这个实例的液体保持部55包括至少部分的排出沟5o。如上所述，每个排出沟5o具有这样的部分：其被设置为比所述开口更加靠近所述供应边缘，并且位于所述供应边缘侧上的端部被封闭。具体地，位于重力方向下部处的沟端具有封闭部分。整个封闭部分能够保持电解液，并且形成液体保持部55。在这个实例中，用作排出沟5o的每个纵沟51整个形成液体保持部55(参考图5中的下图)。当设置导入沟5i和排出沟5o时，至少部分的排出沟5o(图8和9)或者具有某些沟形状的整个排出沟5o(例如图5(本实例)、图6等)能够形成液体保持部55。可替代地，所述液体保持部55可以包括部分的导入沟5i(例如图9)。
在包括上述双极板5A的实施例2的单元框架中，整个排出沟5o形成液体保持部55，并且当停止从外部供应电解液时易于保持电解液。相应地，包括实施例2的单元框架的RF电池能够在例如电力系统中发生电力故障期间更可靠地启动泵(还参考下述测试实例1)。
[实施例3]
与实施例2相同，在图6所示实施例3的单元框架中所包括的双极板5B的沟部50包括多个纵沟51，并且包括导入沟5i和排出沟5o形成对向啮合的梳齿形状的部分。另外，所述沟部50包括横沟52，所述横沟52沿着正交于电解液流动方向的方向(图6中的左右方向)延伸。
更具体地，所述双极板5B的沟部50包括：沿着所述供应边缘设置、向所述供应边缘开口并且形成一部分导入沟5i的横沟52；和沿着所述排放边缘设置、向所述排放边缘开口并且形成一部分排出沟5o的横沟52。每个纵沟51的一个端部向所述横沟52开口。即，形成导入沟5i的其余部分的多个纵沟51从形成所述一部分导入沟5i的横沟52延伸。形成排出沟5o的其余部分的多个纵沟51从形成所述一部分排出沟5o的横沟52延伸。相应地，所述沟部50的导入沟5i和排出沟5o中的每个包括纵沟51和横沟52。
在包括上述双极板5B的实施例3的单元框架中，与实施例2的单元框架相同，整个排出沟5o形成液体保持部55。进而，所述液体保持部55包括横沟52。因为所述横沟52被设置成正交于重力方向，所以与沿着重力方向延伸的纵沟51相比较，所述横沟52易于用作电解液不太可能由于其自身重量而脱漏的部分。因此，当停止从外部供应电解液时，这个液体保持部55更易于保持电解液。相应地，预期包括实施例3的单元框架的RF电池在例如电力系统中发生电力故障期间更加可靠地启动泵。
另外，所述双极板5B中的横沟52能够被用作整流沟。因此，电解液易于被均匀地沿着水平方向引入双极板5B和电极13中，或者由此排放(图1等)。
[实施例4]
与上述实施例3相同，在图7所示实施例4的单元框架中所包括的双极板5C的沟部50包括导入沟5i和排出沟5o，每个所述导入沟5i和排出沟5o包括纵沟51和横沟52。然而，在双极板5C的沟部50中，横沟52不向供应边缘或者排放边缘开口，而是分开包括向所述供应边缘或者排放边缘开口的沟(下述的短沟51)。
具体地，所述导入沟5i包括多个纵沟51和一个相对短纵沟51，所述多个纵沟51从横沟52朝向所述排放边缘延伸，并且形成对向啮合的梳齿形状，所述相对短纵沟51从横沟52朝向所述供应边缘延伸。这个短纵沟51形成这样的部分：电解液通过所述短纵沟被集中引入到用作整流沟的横沟52中。所述排出沟5o包括多个纵沟51和一个相对短纵沟51，所述多个纵沟51从横沟52朝向供应边缘延伸，并且形成对向啮合的梳齿形状，所述相对短纵沟51从横沟52朝向排放边缘延伸。这个短纵沟51用作这样的部分：电解液通过所述短纵沟被收集，并且被排放到用作整流沟的横沟52。
在包括上述双极板5C的实施例4的单元框架中，与实施例2的单元框架相同，整个排出沟5o形成液体保持部55。因为所述液体保持部55与实施例3中那样包括横沟52，所以预期包括实施例4的单元框架的RF电池在例如电力系统发生电力故障期间更加可靠地启动泵。
[实施例5]
在图8所示实施例5的单元框架中所包括的双极板5D的沟部50包括导入沟5i和排出沟5o，与上述实施例3相同，所述导入沟5i和排出沟5o中的每个包括纵沟51和横沟52。然而，在双极板5D的沟部50中，横沟52不向供应边缘或者排放边缘开口，而是向液体流动区域的侧边缘开口。所述沟部50包括从相应的纵沟51延伸的多个相对短横沟52(在下文中，可以称作“阶形沟52”)。
具体地，除了设置在双极板5D的水平方向两端上的纵沟51，所述多个纵沟51均包括水平向左突出和水平向右突出的多个阶形沟52，所述阶形沟52沿着竖直方向成间隔地布置。位于双极板5D的水平方向两端上的纵沟51中的每一个仅在远离液体流动区域的侧边缘的一侧上包括阶形沟52。位于纵沟51左侧上的阶形沟52和位于右侧上的阶形沟52被设置成沿着竖直方向相互偏移。因此，所述阶形沟52被设置成：在相邻的纵沟51中，从一个纵沟51延伸的阶形沟52被设置在从其它纵沟51延伸且沿着竖直方向平行布置的阶形沟52之间。
在包括上述双极板5D的实施例5的单元框架中，排除朝着侧边缘开口的横沟52的排出沟5o、即纵沟51和阶形沟52形成液体保持部55。因为所述液体保持部55包括阶形沟52，所以预期包括实施例5的单元框架的RF电池在例如电力系统发生电力故障期间更加可靠地启动泵。
进而，在双极板5D中，导入沟5i的阶形沟52和排出沟5o的阶形沟52形成对向啮合的梳齿形状。因为双极板5D具有由纵沟51和横沟52(阶形沟52)形成的对向啮合的梳齿形状，所以电解液易于在整个液体流动区域上展开。相应地，对于电极13(图1等)，能够更加均匀并且更有效率地供应未反应的液体和排放已反应的液体。
[实施例6]
在图9所示实施例6的单元框架中所包括的双极板5E的沟部50与实施例5的单元框架中所包括的双极板5D的沟部50的不同之处在于阶形沟52的端部的形状。具体地，每个阶形沟52包括从其端部延伸的相对短纵沟51(在下文中，可以称作“返回沟51”)。所述阶形沟52和返回沟51被布置成L形。
在这个实例中，沿着竖直方向向上延伸的返回沟51被设置成连接到沿着水平方向朝着纵沟51的左侧延伸的阶形沟52。沿着竖直方向向下延伸的返回沟51被设置成连接到沿着水平方向朝着纵沟51的右侧延伸的阶形沟52。
在包括上述双极板5E的实施例6的单元框架中，排除朝着侧边缘开口的横沟52的排出沟5o、即纵沟51、阶形沟52和返回沟51形成液体保持部55。在导入沟5i中，向下延伸的返回沟51还形成液体保持部55。进而，在排出沟5o中，纵沟51、阶形沟52和向上延伸的返回沟51被布置成J形，并且这个J形部分是电解液不太可能从其脱漏的部分。如上所述，所述液体保持部55不仅包括阶形沟52，而且还包括电解液不太可能从其脱漏的部分。相应地，预期包括实施例6的单元框架的RF电池在例如电力系统发生电力故障期间仍然更加可靠地启动泵。进而，在实施例6的单元框架中，部分导入沟5i还用作液体保持部55，因此，在某些情形中，能够使得由液体保持部55保持的电解液量比实施例5中更大。
另外，除了阶形沟52，双极板5E还包括返回沟51，并且向上延伸的返回沟51和向下延伸的返回沟51被布置在对角位置处。因此，电解液比实施例5更加易于在双极板5E的整个液体流动区域上展开。相应地，对于电极13(图1等)，能够更均匀并且更有效率地供应未反应的液体和排放已反应的液体。
[实施例7]
在图10所示实施例7的单元框架中所包括的双极板5F的沟部50包括导入沟5i和排出沟5o，所述导入沟5i和排出沟5o中的每个包括纵沟51和横沟52，并且所述沟部50具有形成对向啮合的梳齿形状的部分。然而，在双极板5F的沟部50中，多个横沟52形成对向啮合的梳齿形状。双极板5F包括多对这种形成对向啮合的梳齿形状的部分，这些部分沿着水平方向布置(作为一个实例，图10示出两对)。
具体地，一个导入沟5i包括纵沟51和多个横沟52，所述纵沟朝着供应边缘开口，所述横沟从所述纵沟51沿着水平方向向左延伸，并且沿着竖直方向成间隔地布置。一个排出沟5o包括纵沟51和多个横沟52，所述纵沟朝着排放边缘开口，所述横沟从所述纵沟51沿着水平方向向右延伸，并且沿着竖直方向成间隔地布置。形成导入沟5i的横沟52和形成排出沟5o的横沟52被交替地布置。
在包括上述双极板5F的实施例7的单元框架中，与实施例2的单元框架相同，每个排出沟5o整个地形成液体保持部55。因为液体保持部55如实施例3中那样包括横沟52，所以预期包括实施例7的单元框架的RF电池在例如电力系统发生电力故障期间更加可靠地启动泵。
进而，因为双极板5F包括多对形成对向啮合的梳齿形状的部分，所以电解液易于在双极板5F的整个液体流动区域上展开。相应地，对于电极13(图1等)，能够更均匀并且更有效率地供应未反应的液体和排放已反应的液体。
[实施例8]
在图11所示实施例8的单元框架中所包括的双极板5G的沟部50包括导入沟5i和排出沟5o，每个导入沟5i和排出沟5o包括纵沟51和横沟52。与实施例7相同，每个导入沟5i和排出沟5o包括向供应边缘或者排放边缘开口的纵沟51和从纵沟51延伸的多个横沟52。然而，双极板5G的沟部50不形成对向啮合的梳齿形状。形成导入沟5i的横沟52和相应的形成排出沟5o的横沟52被设置在竖直方向上的相同的位置处，并且面对彼此而不啮合。
在包括上述双极板5G的实施例8的单元框架中，与实施例2的单元框架相同，整个排出沟5o形成液体保持部55。因为液体保持部55如实施例3中那样包括横沟52，所以预期包括实施例8的单元框架的RF电池在例如电力系统发生电力故障期间更加可靠地启动泵。
[实施例9]
在图12中所示实施例9的单元框架中所包括的双极板5H的沟部50包括导入沟5i和排出沟5o，每个所述导入沟5i和排出沟5o包括纵沟51和横沟52，并且所述沟部50还包括不向双极板5H的液体流动区域的周边开口的孤立沟53。简言之，在实施例4的单元框架中所包括的双极板5C的沟部50(图7)中，形成对向啮合的梳齿形状的每个纵沟51沿着竖直方向划分成短沟，并且所述短沟沿着竖直方向成间隔地布置。所述短沟用作孤立沟53。
具体地，所述导入沟5i包括多个相对短纵沟51和一个纵沟51，所述多个相对短纵沟51从横沟52朝向排放边缘延伸，所述一个纵沟51从横沟52朝向供应边缘延伸，并且形成引入部分。所述排出沟5o包括多个相对短纵沟51和一个纵沟51，所述多个相对短纵沟从横沟52朝向供应边缘延伸，所述一个纵沟从横沟52朝向排放边缘延伸，并且形成排放部分。多个孤立沟53被布置成行，以从所述导入沟5i和排出沟5o中的所述相对短纵沟51的每个端部延伸。
在包括上述双极板5H的实施例9的单元框架中，与实施例2的单元框架相同，整个排出沟5o形成液体保持部55。进而，所述孤立沟53形成液体保持部55。因为所述孤立沟53不向双极板5H的液体流动区域的周边开口，所以所述孤立沟53是这样的部分：与纵沟51和横沟52相比较，电解液不太可能由于其自身重量而从其脱漏。因此，当停止从外部供应电解液时，这个液体保持部55更加易于保持电解液。相应地，预期包括实施例9的单元框架的RF电池在例如电力系统发生电力故障期间更加可靠地启动泵。
这里，作为一个实例，对所述孤立沟53具有相同形状和尺寸并且每个孤立沟53具有矩形平面形状的情形进行了说明。然而，能够根据需要改变所述孤立沟53的形状和尺寸。这点还适用于下述实施例10。这里，作为一个实例描述了多个孤立沟53被布置成行的情形。然而，也能够根据需要改变布置状态。
[实施例10]
与实施例2相同，在图13所示实施例10的单元框架中包括的双极板5I的沟部50包括多个纵沟51，并且包括这样部分：导入沟5i和排出沟5o在该部分形成对向啮合的梳齿形状(未示出)。进而，所述沟部50包括孤立沟53，所述孤立沟53由位于形成导入沟5i的纵沟51和形成排出沟5o的纵沟51之间的纵沟51形成。作为代表性实例，图13仅示出一个沟群，其中，导入沟5i、孤立沟53和排出沟5o从右侧顺序地布置。然而，所述沟群可以沿着水平方向反复地布置。
这个实例的孤立沟53的一个端部被布置在这样的位置处：所述位于高于(在其排放边缘侧上)相邻导入沟5i的下端(供应边缘)，并且低于(在其供应边缘侧上)相邻排出沟5o的下端。所述孤立沟53的另一个端部被布置在这样的位置处：所述位置高于相邻导入沟5i的上端，并且低于相邻排出沟5o的上端(排放边缘)。因此，所述孤立沟53的这两个端部和靠近这两个端部的区域不被布置在相邻导入沟5i和排出沟5o之间，并且所述孤立沟53的中间部分被布置在相邻导入沟5i和排出沟5o之间。所述孤立沟53的所述两个端部中的每个都被封闭。
在包括上述双极板5I的实施例10的单元框架中，与实施例2的单元框架相同，整个排出沟5o形成液体保持部55。进而，所述孤立沟53形成液体保持部55。因为这个液体保持部55如在实施例9中那样包括孤立沟53，所以当停止从外部供应电解液时，液体保持部55更加易于保持电解液。相应地，预期包括实施例10的单元框架的RF电池在例如电力系统发生电力故障期间更加可靠地启动泵。
[测试实例1]
通过使用RF电池检查RF电池实现的泵的启动状态，该RF电池包括作为构件的单元框架，所述单元框架包括设置有沟部的双极板。测试条件将在下面描述。
在这个测试中，制备RF电池，所述RF电池具有除了双极板的沟部的规格之外的相同配置。每个RF电池包括单元堆，所述单元堆包括多个电池单元。关于单元框架，制备成对单侧沟框架，每个所述单侧沟框架仅在双极板的前表面和后表面中的一个上具有下述的沟部；并且制备多个双侧沟框架，每个所述双侧沟框架在双极板的前表面和后表面中的每一个上具有下述的沟部。所述单元堆包括位于电池单元堆叠方向的端部位置处的单侧沟框架和位于中间位置处的双侧沟框架。每个双极板的沟部包括多个沟。每个沟的沟宽度和沟深度沿着沟的纵向方向是均匀的。
<测试条件>
<<电极>>
平面形状：边长为17.0cm的正方形
厚度：0.01cm
平面面积Se：289cm2(>250cm2)
体积Ve：2.89cm3
<<单元框架>>
双极板的液体流动区域的平面形状：边长为17.0cm的正方形
双极板的厚度：0.12cm
框架本体的开口的平面面积Sf：289cm2(>250cm2)
由双极板和框架本体的内壁形成的凹部的体积Vf：2.89cm3
<沟部>
沟的基本形状：多个纵沟，所述多个纵沟沿着电解液流动方向从液体流动区域的供应边缘或者排放边缘延伸
一个纵沟的沟长度：15cm
一个纵沟的沟宽度：0.1cm
一个纵沟的沟深度：0.05cm
一个纵沟的沟体积：0.075cm3
一个纵沟的沟截面形状：矩形
沟的布置形式：对向啮合的梳齿形状(参考图5)，其包括由纵沟形成的导入沟和由纵沟形成的排出沟
<沟的布置和尺寸>
样本No.1
相邻排出沟之间的间隙：0.7cm(＝7mm)
排出沟的数目：24
导入沟的数目：24
排出沟的总体积：1.8cm3
样本No.2
相邻排出沟之间的间隙：0.5cm(＝5mm)
排出沟的数目：32
导入沟的数目：32
排出沟的总体积：2.4cm3
排出沟的总平面面积与沟部的总平面面积的比率：50％
<<电极或者凹部和排出沟的总体积>>
样本No.1：4.69cm3(<5cm3)
样本No.2：5.29cm3(≥5cm3)
<<排出沟的总体积与电极或者凹部和排出沟的总体积的比率>>
样本No.1：38.4％(≈(1.8/4.69)×100)
样本No.2：45.4％(≈(2.4/5.29)×100)
术语“相邻排出沟之间的间隙”指的是形成排出沟的纵沟的中心之间的距离。通常，形成导入沟的一个纵沟被设置在相邻排出沟之间。
彼此相邻的排出沟和导入沟之间的最小距离(所述沟的周边的侧边缘之间的距离，该侧边缘被布置成相互靠近)在样本No.1中是2.5mm，在样本No.2中是1.5mm。
这里，所述排出沟对应于上述液体保持部。
通过使用满足上述测试条件的电极和单元框架制备每个具有多个单元240的单元堆。通过使用泵，电解液被供应到包括每个RF电池(所述RF电池包括所述单元堆，所述单元堆包括所述样本)，以在RF电池中存储电解液，然后停止向泵供电(在下文中，称作“外部电力”)。泵被电连接到RF电池(单元堆)，从而由来自RF电池的电力驱动。
所述电解液是具有50％的SOC(荷电状态，还称作“充电深度”)的硫酸钒的水溶液(V浓度：1.7mol/L，硫磺酸浓度：4.3mol/L)。
所述泵是具有0.6kW的额定容量的市售电泵。
检查泵是否能够在停止用于泵的外部电力之后5分钟内启动。根据结果，包括样本No.1的RF电池不能够启动，而包括样本No.2的RF电池能够启动。这些结果表明，当停止用于泵的外部电力时，具有5cm3或者更大的总体积Vc或者Va的RF电池能够启动泵(总体积Vc或者Va是电极的体积Ve或者单元框架的凹部的体积Vf和排出沟的总体积Vs的体积总和)。参考这个测试，即使当用于泵的外部电力停止时，也能够通过如下方式使得所述泵能够由RF电池自身启动：调节电极的体积Ve或者所述单元框架的凹部的体积Vf和能够在所述沟部中保持电解液的部分(本测试中为排出沟)的总体积Vs中的至少一个，从而使得总体积Va或者Vc是5cm3或者更大。
[考虑]
在下文中，将对于当用于泵的外部电力停止时、RF电池能够自身启动泵的电解液量V(公升)进行考虑。
泵的流量由Q表示，由于将电解液输送到RF电池而引起的压力损失由ΔP表示，泵效率由ηp表示，在流量Q下以量V输送电解液所必要的时间由t表示，电解液的活性材料离子的摩尔浓度由n0表示，法拉第常数由F(＝96,500C/mol)表示，RF电池的电动势由E表示，能够在电解液中放电的SOC由χ表示，当用于泵的外部电力停止时启动泵所必要的电解液的体积由Vx表示，并且电池效率由ηc表示。
当用于泵的外部电力停止时，为了利用RF电池自身启动泵，考虑到电解液拥有的能量，有必要满足以下公式1。
<公式1>((ΔP×Q)/ηp)×t≤((n0×F×E×χ×Vx)/√ηc
例如，参考钒基RF电池等的操作条件，假设摩尔浓度n0为1.7mol/L，假设电动势E为1.4V，假设SOCχ为0.5，并且假设电池效率ηc为0.8。基于在典型RF电池中使用的泵的性能曲线，假设泵效率ηp为0.3。通过将这些值代入公式1中，给出以下公式。
<公式2>(ΔP×Q×t)/38517(J/L)≤V
参考操作条件等，假设流量Q的最小值是1升/分钟，假设时间t的最小值是2分钟，并且基于实际测量值等假设压力损失ΔP的最小值是95kPa。通过将这些值代入公式2中，给出以下公式。
(95×1×2)/38517≈0.005(升)＝5cm3≤V
这个考虑还表明，当电极的体积Ve或者凹部的体积Vf和双极板的液体保持部的总体积Vs的体积总和是5cm3或者更大时，RF电池能够以对应于这个总体积的量保持电解液。因此，这支持了当用于泵的外部电力停止时RF电池能够自身启动泵。
[修改]
关于任何实施例的单元框架2和在任何该施例的电池单元10、单元堆3或者RF电池1中包括的单元框架2，能够作出下述改变中的至少一个。
(1)改变双极板5的液体流动区域(框架本体22)的平面形状。其实例包括椭圆、跑道形状和诸如六边形和八边形这样的多边形形状。
(2)改变沟的平面形状。其实例包括：具有部分不同的宽度并且局部地具有厚部和薄部的沟形；和诸如波浪线形状这样的弯曲形。其实例进一步包括纵沟51或者横沟52的宽度从一端朝向另一端降低的渐缩形。
(3)改变沟的截面形状。其实例包括半圆弧形状、V形、U形，和沟的开口宽度小于沟的底表面宽度的燕尾沟形状。
本发明不限于上述实例而是由所附权利要求限定。本发明旨在涵盖在等价于权利要求的那些的含义和范围内的所有的修改。
附图标记列表
1 氧化还原液流电池(RF电池)
10 电池单元
11 隔膜
13 电极
14 正极电极
15 负极电极
16 正极电解液箱体
17 负极电解液箱体
160、170 泵
162、164、172、174 管道
18 密封部件
2 单元框架
5、5A到5I 双极板
50 沟部
51 纵沟(返回沟)
52 横沟(阶形沟)
53 孤立沟
55 液体保持部
5i 导入沟
5o 排出沟
22 框架本体
220 内壁
24、25 液体供应歧管
26、27 液体排放歧管
28、29 狭缝
3 单元堆
32 端板
33 联结部件

Claims (8)

1.一种单元框架，所述单元框架包括双极板和设置在所述双极板的外周上的框架本体，
其中，所述双极板包括位于其表面的沟部，从所述单元框架的外部供应的电解液流动通过所述沟部，
所述沟部包括液体保持部，当停止从外部供应电解液时，所述液体保持部保持所述电解液，
所述框架本体具有开口，所述开口的平面面积为250cm2或者更大，并且
由所述双极板和所述框架本体的内壁所形成的凹部的体积与所述液体保持部的总体积的体积总和是5cm3或者更大。
2.根据权利要求1所述的单元框架，其中，所述液体保持部的总体积与所述凹部的体积和所述液体保持部的总体积的体积总和的比率是5％或者更大。
3.一种电池单元，包括根据权利要求1或者2所述的单元框架。
4.一种包括电极和单元框架的电池单元，所述单元框架包括双极板和框架本体，所述电极被设置在所述双极板上，所述框架本体被设置在所述双极板的外周上，
其中，所述双极板包括位于其表面的沟部，从所述电池单元的外部供应的电解液流动通过所述沟部，
所述沟部包括液体保持部，当停止从外部供应电解液时，所述液体保持部保持所述电解液，
所述电极具有250cm2或者更大的平面面积，并且
所述电极的体积与所述液体保持部的总体积的体积总和是5cm3或者更大。
5.根据权利要求4所述的电池单元，其中，所述液体保持部的总体积与所述电极的体积和所述液体保持部的总体积的体积总和的比率是5％或者更大。
6.根据权利要求3到5中任何一项所述的电池单元，其中，所述沟部包括交替布置有导入沟和排出沟的部分，所述导入沟是这样的沟部：电解液通过所述导入沟而被引入；所述排出沟是这样的沟部：所述排出沟不与所述导入沟连通，并且独立于所述导入沟，并且所述电解液通过所述排出沟而被排出，并且
所述液体保持部包括所述排出沟的至少一部分。
7.一种包括多个电池单元的单元堆，其中，每个所述电池单元是根据权利要求3到6中任一项所述的电池单元。
8.一种氧化还原液流电池，包括根据权利要求3到6中任一项所述的电池单元或者根据权利要求7所述的单元堆。
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