CN116034502A - 双极板、单元框架、电池单元、电池堆以及氧化还原液流电池 - Google Patents
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Abstract
一种双极板，具备彼此相对的第一面和第二面，其中，第一面和第二面分别具备第一缘、第二缘以及中央区域，第一缘是位于电解液被供给的一侧的缘，第二缘是位于电解液被排出的一侧的缘，中央区域是从中央线分别趋向第一缘和第二缘且在缘间隔的20％以内的区域，中央线是将第一缘与第二缘之间二等分的线，缘间隔是第一缘与第二缘的间隔，第一面和第二面中的至少一个面的中央区域具备供电解液流通的多个槽部，中央区域具备将双极板在特定方向切断而形成的特定截面，特定方向是与从第一缘趋向第二缘的方向正交的方向，特定截面是截面积比B/(A+B)为0.05以上且0.60以下的截面，A是双极板的截面积，B是多个槽部的合计截面积。
Description
技术领域
本公开涉及双极板、单元框架、电池单元、电池堆以及氧化还原液流电池。
背景技术
专利文献1公开了一种双极板，该双极板在彼此相对的第一面和第二面中的至少一个面具备供电解液流通的多个槽部。就双极板而言，在双极板的外周配置框体，以被称为单元框架的形式用于氧化还原液流电池。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/208482号
发明内容
本公开的双极板是具备彼此相对的第一面和第二面的双极板，其中，所述第一面和所述第二面分别具备第一缘、第二缘以及中央区域，所述第一缘是位于电解液被供给的一侧的缘，所述第二缘是位于所述电解液被排出的一侧的缘，所述中央区域是从中央线分别趋向所述第一缘和所述第二缘且在缘间隔的20％以内的区域，所述中央线是将所述第一缘与所述第二缘之间二等分的线，所述缘间隔是所述第一缘与所述第二缘的间隔，所述第一面和所述第二面中的至少一个面的所述中央区域具备供所述电解液流通的多个槽部，所述中央区域具备将所述双极板在特定方向上切断而形成的特定截面，所述特定方向是与从所述第一缘趋向所述第二缘的方向正交的方向，所述特定截面是截面积比B/(A+B)为0.05以上且0.60以下的截面，其中，所述A是所述双极板的截面积，所述B是所述多个槽部的合计截面积。
本公开的单元框架具备：本公开的双极板；以及框体，设于所述双极板的外周。
本公开的电池单元具备本公开的单元框架。
本公开的电池堆具备多个本公开的电池单元。
本公开的氧化还原液流电池具备本公开的电池单元或本公开的电池堆。
附图说明
图1是表示实施方式的双极板的俯视图。
图2是按图1的II－II线切断而成的剖视图。
图3是表示实施方式的单元框架的俯视图。
图4是示意性地表示实施方式的氧化还原液流电池的基本构造的说明图。
图5是表示实施方式的电池单元和实施方式的电池堆的概略的立体图。
具体实施方式
[本公开所要解决的问题]
在氧化还原液流电池的运转时，因电解液流通而产生的热应力会作用于双极板。针对该双极板的热应力，要求单元框架不损伤。此外，在氧化还原液流电池中，要求电流效率高。
因此，本公开的目的之一在于，提供能抑制由热应力引起的单元框架的损伤，并且获得电流效率高的电池单元的双极板。此外，本公开的另一个目的在于，提供能抑制由热应力引起的单元框架的损伤，并且获得电流效率高的电池单元的单元框架。而且，本公开的又一个目的在于，提供能抑制由热应力引起的单元框架的损伤，并且电流效率高的电池单元、电池堆以及氧化还原液流电池。
[本公开的效果]
本公开的双极板和单元框架能抑制由热应力引起的单元框架的损伤，并且获得电流效率高的电池单元。本公开的电池单元、电池堆以及氧化还原液流电池能抑制由热应力引起的单元框架的损伤，并且电流效率高。
[本公开的实施方式的说明]
就单体的双极板而言，包括厚度和刚性在内的机械特性高，不易由于热应力而产生损伤。但是，判明了在将双极板与框体组合来作为单元框架用于电池单元的情况下，若双极板厚，则在双极板与框体的接合部及其附近可能会产生损伤。除此之外，若双极板厚，则电池单元的电流效率有变低的倾向。
在具备槽部的双极板中，在研究了特定的区域中的槽部的大小后，得知能抑制在双极板与框体的接合部及其附近产生由热应力引起的损伤，并且获得电流效率高的电池单元。本公开基于上述见解，在双极板的特定截面中规定双极板与多个槽部的截面积比。
首先列举本公开的实施方式来进行说明。
(1)本公开的一个方案的双极板是具备彼此相对的第一面和第二面的双极板，其中，所述第一面和所述第二面分别具备第一缘、第二缘以及中央区域，所述第一缘是位于电解液被供给的一侧的缘，所述第二缘是位于所述电解液被排出的一侧的缘，所述中央区域是从中央线分别趋向所述第一缘和所述第二缘且在缘间隔的20％以内的区域，所述中央线是将所述第一缘与所述第二缘之间二等分的线，所述缘间隔是所述第一缘与所述第二缘的间隔，所述第一面和所述第二面中的至少一个面的所述中央区域具备供所述电解液流通的多个槽部，所述中央区域具备将所述双极板在特定方向上切断而形成的特定截面，所述特定方向是与从所述第一缘趋向所述第二缘的方向正交的方向，所述特定截面是截面积比B/(A+B)为0.05以上且0.60以下的截面，其中，所述A是所述双极板的截面积，所述B是所述多个槽部的合计截面积。
可以说截面积比为0.05以上的双极板在一定程度上确保了槽部。截面积比为0.05以上的双极板与槽部极少的双极板相比刚性低。双极板的刚性低，由此，即使热应力作用于双极板，也能抑制在双极板与框体的接合部及其附近，双极板和框体中的至少一个产生损伤。
可以说截面积比为0.60以下的双极板在一定程度上确保了构成双极板的实体部分。因此，能抑制双极板的刚性变得过低而在双极板自身产生损伤。若槽部被确保得多，则双极板中的被电解液润湿的面积会增加，电解液可能会渗透至双极板。可以说截面积比为0.60以下的双极板与截面积比超过0.60的双极板即槽部极多的双极板相比，被电解液润湿的面积小。该润湿的面积小，由此，电解液不易渗透至双极板。作为结果，能抑制电解液在双极板的第一面与第二面之间流通。因此，能抑制在第一面流通的电解液和在第二面流通的电解液混合。能抑制由于上述混合而在电池单元中产生自放电。其结果是，能抑制电池单元的电流效率变低。
(2)作为本公开的双极板的一个例子，举出所述双极板的厚度为2mm以上且15mm以下的方案。
双极板的厚度为2mm以上，由此，易于确保构成双极板的实体部分，易于抑制电解液渗透至双极板。另一方面，双极板的厚度为15mm以下，由此，易于抑制双极板的刚性变得过高。此外，双极板的厚度为15mm以下，由此，易于抑制双极板的厚壁化，易于抑制电池单元的电流效率变低。
(3)作为本公开的双极板的一个例子，举出所述多个槽部的每一个的截面积为0.8mm2以上且8mm2以下的方案。
各槽部的截面积为0.8mm2以上，由此，易于抑制双极板的刚性变得过高。此外，各槽部的截面积为0.8mm2以上，由此，易于确保电解液的流通性。另一方面，各槽部的截面积为8mm2以下，由此，易于确保构成双极板的实体部分，易于抑制电解液渗透至双极板。
(4)作为本公开的双极板的一个例子，举出所述多个槽部的每一个的槽深为0.7mm以上且7mm以下的方案。
槽深为0.7mm以上，由此，易于抑制双极板的刚性变得过高。此外，槽深为0.7mm以上，由此，易于确保电解液的流通性。另一方面，槽深为7mm以下，由此，易于确保构成双极板的实体部分，易于抑制电解液渗透至双极板。
(5)作为本公开的双极板的一个例子，举出所述多个槽部的每一个的槽宽为0.6mm以上且6mm以下的方案。
槽宽为0.6mm以上，由此，易于抑制双极板的刚性变得过高。此外，槽宽为0.6mm以上，由此，易于确保电解液的流通性。另一方面，槽宽为6mm以下，由此，易于确保构成双极板的实体部分，易于抑制电解液渗透至双极板。
(6)作为本公开的双极板的一个例子，举出相邻的所述槽部间的距离为1mm以上且10mm以下的方案。
相邻的槽部间的距离为1mm以上，由此，易于确保构成双极板的实体部分，易于抑制电解液渗透至双极板。另一方面，相邻的槽部间的距离为10mm以下，由此，易于确保槽部，易于抑制双极板的刚性变得过高。
(7)作为本公开的双极板的一个例子，举出所述多个槽部中的80％以上的槽部具有相同的截面形状的方案。
上述方案易于制造满足上述截面积比的双极板。
(8)本公开的一个方案的单元框架具备：上述(1)至(7)中的任一个双极板；以及框体，设于所述双极板的外周。
本公开的单元框架具备本公开的双极板，由此，即使热应力作用于双极板，也能抑制在双极板与框体的接合部及其附近，双极板和框体中的至少一个产生损伤。此外，本公开的单元框架具备本公开的双极板，由此，能抑制电池单元的电流效率变低。
(9)本公开的一个方案的电池单元具备上述(8)的单元框架。
本公开的电池单元具备本公开的单元框架，由此，能抑制由热应力引起的单元框架的损伤，并且电流效率高。
(10)本公开的一个方案的电池堆具备多个上述(9)的电池单元。
本公开的电池堆具备本公开的电池单元，由此，能抑制由热应力引起的单元框架的损伤，并且电流效率高。
(11)本公开的一个方案的氧化还原液流电池具备上述(9)的电池单元或上述(10)的电池堆。
本公开的氧化还原液流电池具备本公开的电池单元或本公开的电池堆，由此，能抑制由热应力引起的单元框架的损伤，并且电流效率高。
[本公开的实施方式的详情]
参照附图对本公开的实施方式的双极板、单元框架、电池单元、电池堆以及氧化还原液流电池的详情进行说明。以下，将氧化还原液流电池称为RF电池。图中的相同附图标记表示相同名称物。
＜双极板＞
〔概要〕
参照图1和图2对实施方式的双极板1进行说明。图1是从第一面1a侧观察双极板1的俯视图。双极板1具备多个槽部2。在图1中，仅图示多个槽部2中的相邻的三个槽部2，将其他的槽部以“…(点)”进行省略来表示。在图1中，为了便于理解，对槽部2以外的区域标注阴影线。图2示出双极板1的中央区域13(图1)中的特定截面14。在特定截面14中，将双极板的截面积设为A，将多个槽部2的合计截面积设为B。实施方式的双极板1的特征之一在于，在特定截面14中，用B/(A+B)表示的截面积比为0.05以上且0.60以下。
〔基本构成〕
双极板1是RF电池100(图4)的构成构件。双极板1是对在电池单元100C(图4)内流通的正极电解液和负极电解液进行划分的导电性的平板。如图1和图2所示，双极板1具备彼此相对的第一面1a和第二面1b。如图1所示，第一面1a具备第一缘11、第二缘12以及中央区域13。虽然未图示，但第二面1b也与第一面1a同样地具备第一缘、第二缘以及中央区域。
就双极板1而言，在双极板1的外周配置后述的框体80(图3)而构成单元框架8。第一缘11是位于电解液被供给的一侧的缘。第一缘11在构成单元框架8时，如图3所示，是双极板1的缘中的位于设在框体80的供给路所在的一侧的缘。框体80中的供给路具备给液歧管82、83、给液狭缝82s、83s以及给液整流部86。
第二缘12是位于电解液被排出的一侧的缘。第二缘12在构成单元框架8时，如图3所示，是双极板1的缘中的位于设在框体80的排出路所在的一侧的缘。框体80中的排出路具备排液歧管84、85、排液狭缝84s、85s以及排液整流部87。
第一缘11和第二缘12相对地配置。如图1所示，本例的双极板1是矩形的平板。因此，在本例中，第一缘11和第二缘12是彼此相对的直线状的缘。因此，在本例中，第一缘11与第二缘12的间隔沿着第一缘11或第二缘12的长尺寸方向是一样的。以下，将第一缘11与第二缘12的间隔称为缘间隔6。
双极板1的平面形状除矩形以外，还可以是六边形、八边形等多边形或者圆形、椭圆形等。根据双极板1的平面形状，有时第一缘11和第二缘12也是折线状、曲线状的缘而不是直线状的缘。在该情况下，有时缘间隔6会沿着第一缘11或第二缘12的长尺寸方向而不同。
如图1所示，中央区域13是从中央线5分别趋向第一缘11和第二缘12且在缘间隔6的20％以内的区域。中央线5是将第一缘11与第二缘12之间二等分的线。本例的中央线5是直线。根据双极板1的平面形状，有时中央线5也是折线、曲线，而不是直线。缘间隔6采用固定的值。在缘间隔6沿着第一缘11或第二缘12的长尺寸方向而不同的情况下，采用最大值来作为缘间隔6。例如，在双极板1的平面形状为圆形的情况下，缘间隔6采用直径。就中央区域13的与中央线5的长尺寸方向正交的方向上的长度而言，沿着中央线5的长尺寸方向是一样的。
第一面1a和第二面1b中的至少一个面的中央区域13具备多个槽部2。在本例中，如图2所示，多个槽部2设于第一面1a和第二面1b各自的中央区域13(图1)。
〔槽部〕
电解液在多个槽部2中流通。正极电解液在设于第一面1a的多个槽部2中流通。负极电解液在设于第二面1b的多个槽部2中流通。通过对各槽部2的形状、尺寸进行调整来对电解液的流动进行调整。
如图1所示，本例的各槽部2被配置为将第一缘11与第二缘12相连。本例的各槽部2由将第一缘11与第二缘12相连的单个槽构成。中央区域13中的各槽部2是上述单个的各槽部2的一部分。在本例中，所有的槽部2由沿着从第一缘11趋向第二缘12的方向的直线状的槽构成。就各槽部2的宽度而言，既可以在槽部2的长尺寸方向上是一样的，也可以从第一缘11朝向第二缘12变宽或反之变窄，或者在槽部2的长尺寸方向上不同。此外，各槽部2也可以在槽部2的长尺寸方向上被分割。此外，各槽部2也可以在槽部2的长尺寸方向上弯折或弯曲。就各槽部2的深度而言，既可以在槽部2的长尺寸方向上是一样的，也可以从第一缘11朝向第二缘12变深或反之变浅，或者在槽部2的长尺寸方向上不同。
多个槽部2沿着第一缘11或第二缘12的长尺寸方向并排设置。就双极板1而言，如后述那样，在双极板1的外周配置框体80，以被称为单元框架8的形式被利用(图3至图5)。电解液在双极板1中的从框体80露出的露出区域中流通。因此，举出多个槽部2均匀地设于上述露出区域。电解液不在双极板1中的与框体80重叠的被覆区域15(图2)中流通。就被覆区域15而言，存在框体80与第一面1a和第二面1b这两面重叠的情况和框体80仅与第一面1a和第二面1b中的任一个面重叠的情况。举出多个槽部2不仅设于上述露出区域的中央，还被设置直至被覆区域15附近。
在相邻的槽部2间构成垄部3。垄部3构成双极板1的最表面的大部分。当构建后述的电池单元100C(图4、图5)时，第一面1a中的垄部3与正极电极104接触，第二面1b中的垄部3与负极电极105接触。在电池单元100C中，双极板1上的电解液的流动由沿着各槽部2的流动和跨越垄部3并遍及相邻的槽部2间这样的流动构成。
双极板1的中央区域13具备将双极板1在特定方向上切断而形成的特定截面14(图2)。特定方向是与从第一缘11趋向第二缘12的方向正交的方向。从第一缘11趋向第二缘12的方向是指在双极板1整体上观察时的电解液的流通方向。在本例的电池单元100C中，如图5所示，电解液沿从竖直方向下侧朝向上侧的方向流动。因此，本例的特定方向是水平方向。特定截面14在中央线5是直线、折线、曲线等任一个的情况下均由平面构成。此外，即使在缘间隔6沿着第一缘11或第二缘12的长尺寸方向而不同的情况下，特定截面14也由平面构成。特定截面14不会部分地包含中央区域13以外的区域，而是在整个区域内包含中央区域13。
特定截面14在第一面1a和第二面1b中的至少一个面具备多个槽部2。如图2所示，本例的特定截面14在第一面1a和第二面1b分别具备多个槽部2。
在第一面1a和第二面1b双方具备多个槽部2的情况下，在俯视观察双极板1时，如图2所示，设于第一面1a的槽部2和设于第二面1b的槽部2也可以处于重叠的位置。在俯视观察双极板1时，设于第一面1a的槽部2和设于第二面1b的槽部2既可以是一部分重叠，也可以是相互错开而不重叠。
在特定截面14中，将双极板1的截面积设为A。双极板1的截面积A是双极板1的实体部分的截面积。双极板1的截面积A是图2所示的阴影部分的截面积。
在特定截面14中，将多个槽部2的合计截面积设为B。各槽部2的截面积是用直线将槽部2的开口缘彼此相连，被该直线和槽部2的内周缘包围的截面积。各槽部2的截面积是图2所示的空白的矩形的部分的截面积。多个槽部2的合计截面积B是各槽部2的截面积的合计。
《截面积比》
在特定截面14中，用B/(A+B)表示的截面积比为0.05以上且0.60以下。可以说截面积比为0.05以上的双极板1在一定程度上确保了槽部2。通过槽部2在一定程度上被确保，易于确保电解液的流通性。此外，通过槽部2在一定程度上被确保，能通过槽部2的存在来抑制双极板1的刚性变得过高。双极板1的刚性不过高，由此，即使热应力作用于双极板1，也能抑制在双极板1与框体80的接合部及其附近，双极板1和框体80中的至少一个产生损伤。
另一方面，可以说截面积比为0.60以下的双极板1在一定程度上确保了构成双极板1的实体部分。因此，能抑制双极板1的刚性变得过低而在双极板1自身产生损伤。此外，可以说截面积比为0.60以下的双极板1抑制了被电解液润湿的面积的增加。双极板1由不使电解液通过的材料构成。但是，在双极板1具备槽部2的情况下，双极板1中的被电解液润湿的面积会增加，电解液可能会渗透至双极板1。截面积比为0.60以下，由此，电解液不易渗透至双极板1。作为结果，能抑制电解液在双极板1的第一面1a与第二面1b之间流通。因此，能抑制在第一面1a流通的电解液和在第二面1b流通的电解液混合。其结果是，能抑制由于上述混合而在电池单元100C(图4、图5)中产生自放电。由于能抑制自放电，从而能抑制电池单元100C的电流效率变低。
截面积比进一步优选为0.10以上且0.40以下，特别优选为0.15以上且0.30以下。
中央区域13能采取在上述特定方向上切断而形成的多个截面。只要多个截面中的至少一个截面是满足上述截面积比的特定截面14即可。举出在中央区域13中，等间隔地采取五个以上的截面。在该情况下，优选五个以上的截面中的80％以上的截面是满足上述截面积比的特定截面14，进一步优选五个以上的截面中的90％以上的截面是满足上述截面积比的特定截面14，特别优选五个以上的截面中的全部的截面是满足上述截面积比的特定截面14。
《槽形状》
在特定截面14中，各槽部2的截面形状可以选择任意的形状。作为各槽部2的截面形状，例如举出矩形、半圆形、V字形、U字形、槽部2的开口宽度比底面的宽度宽的梯形、槽部2的开口宽度比底面的宽度窄的燕尾槽形等。既可以是所有的槽部2的截面形状相同，也可以包括不同的截面形状的槽部2。在将多个槽部2的条数设为100％时，优选多个槽部2中的80％以上的槽部2为相同的截面形状。相同的截面形状是指，各槽部2中的长尺寸方向的相同位置处的截面形状全等或相似。多个槽部2的80％以上具有相同的截面形状，由此易于制造满足上述截面积比的双极板1。特别优选的是，在将多个槽部2的条数设为100％时，多个槽部2中的80％以上的槽部2为全等。多个槽部2的80％以上为全等，由此电解液的流通状态易于变得均匀。从上述的制造的容易性的观点出发，也可以是多个槽部2的85％以上进而90％以上具有相同的截面形状。此外，从上述的制造的容易性和电解液的流通状态的均匀性的观点出发，也可以是多个槽部2的85％以上进而90％以上为全等。也可以是所有的槽部2的截面形状相同。
《槽截面积》
在特定截面14中，各槽部2的截面积优选为0.8mm2以上且8mm2以下。各槽部2的截面积为0.8mm2以上，由此，易于确保电解液的流通性。此外，各槽部2的截面积为0.8mm2以上，由此，易于抑制双极板1的刚性变得过高。另一方面，各槽部2的截面积为8mm2以下，由此，槽部2易于遍及双极板1的整体地均匀地配置。如此一来，易于抑制在双极板1产生刚性的不均。各槽部2的截面积进一步优选为1mm2以上且4mm2以下，特别优选为1.5mm2以上且3mm2以下。在采取了多个特定截面14的情况下，优选的是，特定截面14的每一个满足上述各槽部2的截面积。
《槽深》
在特定截面14中，各槽部2的槽深D优选为0.7mm以上且7mm以下。槽深D设为从将槽部2的开口缘彼此相连的直线起至槽底的最远处为止的长度。槽深D为0.7mm以上，由此，易于确保电解液的流通性。此外，槽深D为0.7mm以上，由此，易于抑制双极板1的刚性变得过高。另一方面，槽深D为7mm以下，由此，易于确保构成双极板1的实体部分，易于抑制电解液渗透至双极板1。各槽部2的槽深D进一步优选为1mm以上且4mm以下、1mm以上且3mm以下，特别优选为1mm以上且2mm以下。各槽部2的槽深D也可以为1.4mm以上。在采取了多个特定截面14的情况下，优选的是，特定截面14的每一个满足上述各槽部2的槽深D。
在特定截面14中，各槽部2的槽深D优选为双极板1的厚度T的12％以上且39％以下。槽深D为双极板1的厚度T的12％以上，由此，易于确保电解液的流通性。此外，槽深D为双极板1的厚度T的12％以上，由此，易于抑制双极板1的刚性变得过高。另一方面，槽深D为双极板1的厚度T的39％以下，由此，易于确保构成双极板1的实体部分，易于抑制电解液渗透至双极板1。各槽部2的槽深D进一步优选为双极板1的厚度T的15％以上且33％以下，特别优选为18％以上且25％以下。
《槽宽》
在特定截面14中，各槽部2的槽宽W优选为0.6mm以上且6mm以下。在从槽部2的开口缘朝向槽底具有不一样的宽度的情况下，将槽宽W设为最宽的宽度。槽宽W为0.6mm以上，由此，易于确保电解液的流通性。此外，槽宽W为0.6mm以上，由此，易于抑制双极板1的刚性变得过高。另一方面，槽宽W为6mm以下，由此，易于确保构成双极板1的实体部分，易于抑制电解液渗透至双极板1。各槽部2的槽宽W进一步优选为1mm以上且4mm以下，特别优选为1.2mm以上且3mm以下。在采取了多个特定截面14的情况下，优选的是，特定截面14的每一个满足上述各槽部2的槽宽W。
《槽间距离》
在特定截面14中，相邻的槽部2间的槽间距离M优选为1mm以上且10mm以下。槽间距离M是垄部3的宽度。槽间距离M为1mm以上，由此，易于确保构成双极板1的实体部分，易于抑制电解液渗透至双极板1。另一方面，槽间距离M为10mm以下，由此，易于确保槽部2，易于抑制双极板1的刚性变得过高。槽间距离M进一步优选为1.1mm以上且7mm以下，特别优选为1.2mm以上且5mm以下。槽间距离M也可以为1.5mm以上且7mm以下，特别是，还可以为2mm以上且5mm以下。在采取了多个特定截面14的情况下，优选的是，特定截面14的每一个满足上述槽间距离M。
《双极板的厚度》
双极板1的厚度T优选为2mm以上且15mm以下。双极板1的厚度T是双极板1中的从框体80(图4、图5)的露出区域中的第一面1a与第二面1b的最表面间的长度。双极板1的厚度T为2mm以上，由此，易于确保构成双极板1的实体部分，易于抑制电解液渗透至双极板1。另一方面，双极板1的厚度T为15mm以下，由此，易于抑制双极板1的刚性变得过高。此外，双极板1的厚度为15mm以下，由此，易于抑制双极板1的厚壁化，易于抑制电池单元100C(图4、图5)的电流效率变低。双极板1的厚度T进一步优选为3mm以上且10mm以下，特别优选为4mm以上且8mm以下。
就本例的双极板1而言，配置有框体80(图4、图5)的被覆区域15和从框体80露出的露出区域实质上以相同的厚度T构成。除此之外，被覆区域15也可以比露出区域薄地构成。例如，在框体80设有凹部(未图示)的情况下，通过将由薄壁部构成的被覆区域15嵌入至该凹部，能使双极板1和框体80一体化。
《双极板的构成材料》
就双极板1的构成材料而言，例如举出有机复合材料、所谓的导电性塑料等。就有机复合材料而言，例如举出包含碳系材料、金属等导电性材料以及热塑性树脂等有机材料的材料。双极板1例如通过用公知的方法成型为板状来获得。就导电性塑料的成型方法而言，例如举出注塑成型、压力成型、真空成型等。举出多个槽部2在将双极板1成型为板状时的同时成型。除此之外，也可以对平坦的平板件进行切削加工等来形成多个槽部2。
＜单元框架＞
参照图3对实施方式的单元框架8进行说明。单元框架8具备双极板1和框体80。双极板1是上述的实施方式的双极板1。框体80设于双极板1的外周。框体80支承双极板1。
框体80被用于向配置于双极板1的表里的正极电极104和负极电极105(图4、图5)供给电解液，并且从正极电极104和负极电极105排出电解液。框体80具备窗部81、电解液的供给路以及电解液的排出路。窗部81设于框体80的中央部，使双极板1中的配置有正极电极104和负极电极105的区域露出。在图2中，作为框体80，举例示出外形为长方形且窗部81的形状也为长方形的情况。框体80的外形和窗部81的形状可以适当选择。
代表性的是，框体80在第一面具备正极电解液的供给路和排出路，在第二面具备负极电解液的供给路和排出路。正极电解液的供给路具备给液歧管82、给液狭缝82s以及给液整流部86。本例的给液整流部86由形成于框体80的内周缘的切口构成。给液狭缝82s将给液歧管82与给液整流部86相连。给液整流部86使从给液狭缝82s供给的正极电解液沿着双极板1中的第一缘11的长尺寸方向扩散。正极电解液的排出路具备排液歧管84、排液狭缝84s以及排液整流部87。本例的排液整流部87由形成于框体80的内周缘的切口构成。排液狭缝84s将排液歧管84与排液整流部87相连。排液整流部87将从双极板1排出的正极电解液汇集并引导至排液狭缝84s。负极电解液的供给路与正极电解液的供给路同样地，具备给液歧管83、给液狭缝83s以及给液整流部(未图示)。此外，负极电解液的排出路与正极电解液的排出路同样地，具备排液歧管85、排液狭缝85s以及排液整流部(未图示)。在本例的框体80中，沿着周向设有密封槽88。在密封槽88中配置有密封构件89(图4、图5)。
框体80由电绝缘材料形成。就电绝缘材料而言，例如举出热塑性树脂这样的各种树脂。就热塑性树脂而言，例如举出氯乙烯。框体80例如可以通过将分割片组合来构成。单元框架8例如可以通过以夹着双极板1的方式将分割片组合并适当接合来构成。作为接合方法，举出热熔接、经由密封构件(未图示)进行压缩。除此之外，单元框架8可以通过将双极板1嵌入至框体80的窗部81来构成。除此之外，单元框架8可以通过在双极板1的外周通过注塑成型等成型出框体80来构成。
＜RF电池＞
参照图4和图5，对实施方式的RF电池100进行说明。RF电池100是电解液循环型的蓄电池的一种。RF电池100具备：电池单元100C或电池堆200；以及循环机构，向电池单元100C供给电解液。RF电池100一边向电池单元100C供给电解液，一边进行充放电。
代表性的是，RF电池100经由变电设备700、交流/直流转换器600连接于发电部800和负载900。RF电池100以发电部800为电力供给源进行充电，以负载900为电力提供对象进行放电。就发电部800而言，例如举出太阳能发电机、风力发电机、其他一般的发电厂等。就负载900而言，例如举出电力系统、电力的需求方等。RF电池100用于负载均衡化、瞬间电压降补偿、紧急用电源、太阳能发电、风力发电这样的自然能源发电的输出平滑化等。
＜电池单元＞
电池单元100C被隔膜101分离成正极单元102和负极单元103。在正极单元102中内置有被供给正极电解液的正极电极104。在负极单元103中内置有被供给负极电解液的负极电极105。电池单元100C被一组单元框架8夹持而构成。单元框架8是上述的实施方式的单元框架8。就正极电极104和负极电极105而言，例如举出碳系材料的纤维集合体、多孔质的金属构件等。就碳系材料的纤维集合体而言，例如举出碳毡、碳纸、碳布等。就隔膜101而言，例如举出离子交换膜等。
在RF电池100是具备一个电池单元100C的单体电池的情况下，RF电池100具备将单元框架8、正极电极104、隔膜101、负极电极105、单元框架8依次层叠而成的层叠物。在RF电池100是具备多个电池单元100C的多单元电池的情况下，RF电池100具备将单元框架8、正极电极104、隔膜101、负极电极105依次反复层叠而成的层叠物。该层叠物是电池堆200。在电池堆200中，为了获得规定的输出电压，将上述的构造的电池单元100C层叠并串联连接。
＜电池堆＞
代表性的是，电池堆200具备：上述的层叠物，具备多个电池单元100C；一对端板210、220；以及紧固构件230。就紧固构件230而言，举出长螺栓等连结件和螺母等。一对端板210、220通过紧固构件230进行紧固。通过该紧固力，上述层叠体被保持为层叠的状态。
就电池堆200而言，将规定数量的电池单元100C作为子堆(未图示)，以层叠了多个子堆的形式被利用。在电池堆200中，与子堆、电池堆200中的位于电池单元100C的层叠方向的两端的单元框架8相接地配置给排板(未图示)。
＜循环机构＞
循环机构具备使正极电解液在正极单元102中循环的正极循环机构和使负极电解液在负极单元103中循环的负极循环机构。正极循环机构具备正极电解液罐106、去路配管108、回路配管110以及泵112。正极电解液罐106储留正极电解液。去路配管108和回路配管110将正极电解液罐106与正极单元102之间相连。泵112设于供给侧的去路配管108。负极循环机构具备负极电解液罐107、去路配管109、回路配管111以及泵113。负极电解液罐107储留负极电解液。去路配管109和回路配管111将负极电解液罐107与负极单元103之间相连。泵113设于供给侧的去路配管109。
正极电解液从正极电解液罐106经由去路配管108被供给至正极电极104，从正极电极104经由回路配管110返回至正极电解液罐106。负极电解液从负极电解液罐107经由去路配管109被供给至负极电极105，从负极电极105经由回路配管111返回至负极电解液罐107。使正极电解液在正极电极104中循环，并且使负极电解液在负极电极105中循环，由此，电池单元100C随着各极的电解液中的活性物质离子的价态变化反应而进行充放电。
上述的RF电池100的基本构成可以适当利用公知的构成。
＜电解液＞
在电解液中，可以利用包含成为活性物质的离子的溶液。就代表性的电解液而言，举出包含上述离子和酸的水溶液。就电解液而言，可以利用包含钒离子来作为正负的活性物质的全钒系RF电池、包含锰离子来作为正极活性物质并且包含钛离子来作为负极活性物质的Mn－Ti系RF电池等公知的组成的电解液。
[试验例]
使用在表里面的中央区域具备多个槽部的双极板制作了多个RF电池。在本例中，如图1所示，设于双极板的表里面的各面的多个槽部由沿着从第一缘趋向第二缘的方向的直线状的槽构成。此外，在本例中，如图2所示，多个槽部满足以下的条件(1)至条件(3)。(1)设于双极板的表面的槽部的个数和设于里面的槽部的个数相同。表1所记载的槽部的个数是双极板的表面的槽部与里面的槽部的合计数。(2)以在俯视观察双极板时，设于表面的槽部与设于里面的槽部重叠的方式设置各槽部。(3)各槽部的截面形状为矩形。在本例中，将所有的槽部设为相同的截面形状且相同的尺寸。在本例中，如表1所示，制作出改变了双极板的厚度T、各槽部的槽深D、槽宽W、槽部的个数的试验体A至试验体H。各槽部的截面积用槽深D与槽宽W之积来表示。表1所示的各数值包括四舍五入后的估算值。各槽部的尺寸参照图2。双极板的宽度均设为600mm。双极板的宽度是图2的左右方向的长度。
[表1]
使用各试验体的RF电池来进行充放电，并调查了电解液向双极板的渗透情况和双极板与框体的接合情况。在50℃下，以正负极间的压差为0.1MPa进行了充放电。就电解液的渗透情况而言，在进行了充放电之后，通过观察双极板的截面来调查电解液中所包含的元素是否包含在双极板中。具体而言，使用能量色散型X射线分析装置(EDX)来对上述截面进行元素分析，并对电解液中所包含的元素进行映射(mapping)。对电解液中所包含的元素距双极板的表面或里面的深度进行了测定。作为电解液中所包含的元素，使用了硫酸中的硫。将在上述截面中未观察到电解液的渗透的情况评价为A，将在小于截面的70％的区域观察到渗透的情况评价为B，将在截面的70％以上观察到渗透的情况评价为C。双极板与框体的接合情况在进行了充放电之后通过目视进行了确认。将在双极板与框体之间未观察到剥离的情况评价为A，将观察到小的剥离的情况评价为B，将观察到大的剥离的情况评价为C。此外，对进行充放电时的电流效率进行了测定。电流效率通过(放电时间/充电时间)×100(％)来求出。将其结果示于表2。
[表2]
根据表1和表2可知，在截面积比为0.05以上的试验体A至试验体G中，在双极板与框体之间未观察到大的剥离。特别是，在截面积比为0.15以上的试验体A至试验体E中，在双极板与框体之间未实质观察到剥离。认为这是因为，截面积比越大，槽部被确保得越多，从而通过槽部的存在抑制了双极板的刚性变得过高。双极板的刚性不过高，由此，即使热应力作用于双极板中的从框体露出的区域，也能抑制双极板、框体产生损伤，从而抑制了双极板与框体的剥离。
根据表1和表2可知，在截面积比为0.60以下的试验体B至试验体H中，未观察到遍及双极板的整个区域的电解液的渗透。特别是，在截面积比为0.30以下的试验体D至试验体H中，未实质观察到电解液向双极板的渗透。认为这是因为，截面积比越小，构成双极板的实体部分被确保得越多，并且抑制了双极板的被电解液润湿的面积增加。
若观察表2所示的电流效率，则可知，在截面积比为0.05以上且0.60以下的试验体B至试验体G中，电流效率为90％以上，电流效率高。认为这是因为，在试验体B至试验体G中，能适度地确保双极板的刚性，并且抑制了电解液向双极板的渗透。
在截面积比为0.69的试验体A中，电解液遍及双极板的整个区域地渗透。因此，在试验体A中，电流效率低至65％。认为这是因为，在试验体A中，电解液渗透至双极板，由此，在双极板的第一面中流通的正极电解液和在第二面中流通的负极电解液混合，从而产生了自放电。在截面积比为0.04的试验体H中，在双极板与框体之间观察到大的剥离。因此，在试验体H中，电流效率低至77％。认为这是因为，在试验体H中，双极板与框体大幅剥离，由此，正极电极和负极电解液在双极板与框体的接合部分混合，从而产生了自放电。
本发明不限定于这些示例，而是由权利要求书示出，意图在于包括与权利要求书等同的意义和范围内的所有变更。例如，在试验例中，可以适当变更双极板的宽度和厚度T、各槽部的槽深D、槽宽W、个数、形状、槽间距离M等。
附图标记说明：
1：双极板；
1a：第一面；1b：第二面；
11：第一缘；12：第二缘；
13：中央区域；14：特定截面；15：被覆区域；
2：槽部；3：垄部；
5：中央线；6：缘间隔；
T：厚度；D：槽深；W：槽宽；M：槽间距离；
8：单元框架；
80：框体；81：窗部；
82、83：给液歧管；84、85：排液歧管；
82s、83s：给液狭缝；84s、85s：排液狭缝；
86：给液整流部；87：排液整流部；
88：密封槽；89：密封构件；
100：RF电池；
100C：电池单元；
101：隔膜；
102：正极单元；103：负极单元；
104：正极电极；105：负极电极；
106：正极电解液罐；107：负极电解液罐；
108、109：去路配管；110、111：回路配管；
112、113：泵；
200：电池堆；210、220：端板；230：紧固构件；
600：交流/直流转换器；700：变电设备；800：发电部；900：负载。
Claims (11)
1.一种双极板，具备彼此相对的第一面和第二面，其中，
所述第一面和所述第二面分别具备第一缘、第二缘以及中央区域，
所述第一缘是位于电解液被供给的一侧的缘，
所述第二缘是位于所述电解液被排出的一侧的缘，
所述中央区域是从中央线分别趋向所述第一缘和所述第二缘且在缘间隔的20％以内的区域，
所述中央线是将所述第一缘与所述第二缘之间二等分的线，
所述缘间隔是所述第一缘与所述第二缘的间隔，
所述第一面和所述第二面中的至少一个面的所述中央区域具备供所述电解液流通的多个槽部，
所述中央区域具备将所述双极板在特定方向上切断而形成的特定截面，
所述特定方向是与从所述第一缘趋向所述第二缘的方向正交的方向，
所述特定截面是截面积比B/(A+B)为0.05以上且0.60以下的截面，
其中，所述A是所述双极板的截面积，
所述B是所述多个槽部的合计截面积。
2.根据权利要求1所述的双极板，其中，
所述双极板的厚度为2mm以上且15mm以下。
3.根据权利要求1或2所述的双极板，其中，
所述多个槽部的每一个的截面积为0.8mm2以上且8mm2以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的双极板，其中，
所述多个槽部的每一个的槽深为0.7mm以上且7mm以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的双极板，其中，
所述多个槽部的每一个的槽宽为0.6mm以上且6mm以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的双极板，其中，
相邻的所述槽部间的距离为1mm以上且10mm以下。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的双极板，其中，
所述多个槽部中的80％以上的槽部具有相同的截面形状。
8.一种单元框架，具备：
如权利要求1至7中任一项所述的双极板；以及
框体，设于所述双极板的外周。
9.一种电池单元，具备：
如权利要求8所述的单元框架。
10.一种电池堆，具备：
多个如权利要求9所述的电池单元。
11.一种氧化还原液流电池，具备：
如权利要求9所述的电池单元或如权利要求10所述的电池堆。
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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