JP2002367658A - レドックスフロー電池用セルフレーム及びレドックスフロー電池 - Google Patents

レドックスフロー電池用セルフレーム及びレドックスフロー電池

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JP2002367658A
JP2002367658A JP2001177203A JP2001177203A JP2002367658A JP 2002367658 A JP2002367658 A JP 2002367658A JP 2001177203 A JP2001177203 A JP 2001177203A JP 2001177203 A JP2001177203 A JP 2001177203A JP 2002367658 A JP2002367658 A JP 2002367658A
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cell
bipolar plate
plate
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Hiroyuki Nakaishi
博之 中石
Takeshi Kanno
毅 寒野
Seiji Ogino
誠司 荻野
Takefumi Itou
岳文 伊藤
Toshio Shigematsu
敏夫 重松
Nobuyuki Tokuda
信幸 徳田
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Kansai Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Kansai Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フレーム枠と双極板とのシール性に優れるレ
ドックスフロー電池用セルフレームと、それを用いたレ
ドックスフロー電池を提供する。 【解決手段】 双極板9と、双極板9の外周に装着される
フレーム枠2Aとを具えるレドックスフロー電池用セルフ
レームである。フレーム枠2Aは塩化ビニルを50質量％以
上含有する。双極板は黒鉛を40〜90質量％と、塩素化有
機化合物を10〜60質量％含有した導電性プラスチックで
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レドックスフロー
電池用のセルフレームと、それを用いたレドックスフロ
ー電池に関するものである。特に、フレーム枠と双極板
とのシール性に優れるセルスタックに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図5は従来のレドックスフロー2次電池の
動作原理を示す説明図である。この電池は、イオンが通
過できる隔膜103で正極セル100Aと負極セル100Bとに分
離されたセル100を具える。正極セル100Aと負極セル100
Bの各々には正極電極104と負極電極105とを内蔵してい
る。正極セル100Aには、正極用電解液を供給及び排出す
る正極用タンク101が導管106、107を介して接続されて
いる。同様に負極セル100Bには、負極用電解液を供給及
び排出する負極用タンク102が導管109、110を介して接
続されている。各電解液は、バナジウムイオンなどの価
数が変化するイオンの水溶液を用い、ポンプ108、111で
循環させ、正極電極104及び負極電極105におけるイオン
の価数変化反応に伴って充放電を行う。
【０００３】図6は、上記の電池に用いるセルスタック
の概略構成図である。通常、上記の電池には、複数のセ
ルが積層されたセルスタック200と呼ばれる構成が利用
される。各セルは、隔膜103の両側にカーボンフェルト
製の正極電極104および負極電極105を具える。そして、
正極電極104と負極電極105の各々の外側には、セルフレ
ーム210が配置される。
【０００４】セルフレーム210は、プラスチック製のフ
レーム枠212と、その内側に固定されるプラスチックカ
ーボン製の双極板211とを具える。一般に、一対のフレ
ーム片を用意し、これらフレーム片を接合してフレーム
枠212を構成すると共に、両フレーム片の内周部の間に
双極板211の外周部を挟み込むことでセルフレーム210を
形成している。正極電極104および負極電極105は双極板
211に接着剤で固定されている。
【０００５】このようなセルフレーム210と電極104、10
5の積層体は、その両端部にエンドプレート201を配置
し、両エンドプレート201を棒状体202で貫通して、棒状
体202の端部にナット203をねじ込むことで締め付けてい
る。エンドプレート201には、矩形板201A上に格子枠201
Bを一体化して補強したものが用いられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のセルフ
レームでは、フレーム枠と双極板の材料、一体化方法、
あるいは機械的補強方法について十分な検討がなされて
おらず、フレーム枠と双極板のシール性に一層の改善が
望まれていた。フレーム枠と双極板の一体性がより高い
信頼性を持って実現できれば、双極板の表裏間で正極電
解液と負極電解液との混合を防止でき、電池効率の改善
を図ることができる。
【０００７】従って、本発明の主目的は、フレーム枠と
双極板とのシール性に優れるレドックスフロー電池用セ
ルフレームと、それを用いたレドックスフロー電池を提
供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明セルフレームは、
双極板と、双極板の外周に装着されるフレーム枠とを具
えるレドックスフロー電池用セルフレームであって、前
記フレーム枠は塩化ビニルを50質量％以上含有し、前記
双極板は黒鉛を10〜80質量％と、塩素化有機化合物を10
〜60質量％含有した導電性プラスチックであることを特
徴とする。
【０００９】このように、フレーム枠と双極板の材質を
特定することで、両者の接着性を高め、よりシール性の
高いセルフレームを得ることができる。
【００１０】塩化ビニルは、耐酸性と融着性に優れ、電
解液に接触すると共に双極板と一体化されるフレーム枠
の材料として好適である。塩化ビニルを50質量％以上含
有することで、この優れた耐酸性と融着性を活かすこと
ができる。
【００１１】塩化ビニルに混合する他の成分としては熱
可塑性樹脂が好ましい。例えば、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合
体（ABS）などが挙げられる。
【００１２】また、塩化ビニルの成型には射出成型が好
適で、射出成型により複雑形状のフレーム枠を容易に形
成することができる。
【００１３】双極板は、その両側に正極電極と負極電極
が配置され、導電性を具えることが要求される。そこ
で、本発明では、双極板に黒鉛を含有させる。黒鉛は、
多いほど双極板の電気抵抗を小さくし導電性に優れる
が、上記含有量が上限値を超えるとフレーム枠との十分
な接着性が得られない。また、黒鉛の含有量が前記下限
値を下回ると十分な導電性が得られない。図6に示すよ
うに、双極板の組織を拡大して見ると、黒鉛71の断片が
塩素化有機化合物72中に多数分散配置された構成であ
る。双極板の導電性は基本的に黒鉛71によりもたらされ
る。ただし、黒鉛71の一部をカーボンブラック73に置換
しても良い。黒鉛71とカーボンブラック73の双方を含有
させることで、黒鉛71の断片間の導通をカーボンブラッ
ク73の粒子によりとることができて一層好ましい。カー
ボンブラックの好ましい置換量は5〜30質量％である。
さらに、カーボンブラックの平均粒径は10−５〜10−３
mmが好ましい。さらに、カーボンブラックの代わりに若
しくはカーボンブラックと併せてダイヤモンドライクカ
ーボンを添加しても良い。
【００１４】また、双極板は、電解液に接触するため耐
酸性が求められると共に、セルスタックを構成した場
合、締付力や熱伸縮に伴う応力が作用するため、ある程
度の可撓性も要求される。これらの耐酸性、可撓性、塩
化ビニルとの接着性を総合的に考慮すると、双極板には
塩素化有機化合物が10〜60質量％含有されていることが
望ましい。塩素化有機化合物の含有量が前記下限値を下
回ると、フレーム枠との十分な接着性が得られない、
双極板が多孔質状態となって正負極間の電解液の混合
を防ぐことが困難となる、成形加工が難しくなる等の
問題がある。逆に、前記上限値を超えると、抵抗が大き
くなりすぎる。塩素化有機化合物の具体例としては塩化
ビニル、塩素化ポリエチレン、塩素化パラフィンなどが
挙げられる。その他、双極板には、加工助剤、強化剤、
熱安定化剤、光安定剤、老化防止剤などの補助添加物を
必要に応じて適宜加えることが好ましい。
【００１５】フレーム枠と双極板との一体化手段として
は融着が好適である。融着には、熱融着や、溶剤による
融着の双方が含まれる。熱融着は、予め一対のフレーム
片を用意し、各フレーム片と双極板の接着代を加熱して
溶融させることで行えば良い。溶剤を用いる場合は、予
め一対のフレーム片を用意し、各フレーム片と双極板の
接着代に溶剤を塗布して接合すればよい。溶剤の具体例
としては、テトラヒドロフランが挙げられる。溶剤を用
いる場合、接着剤を用いる必要がなく、電解液により接
着剤が膨潤してガイド溝を閉塞させると言った問題も解
消できる。
【００１６】その他、双極板を中子としてフレーム枠を
射出成形にて一体成型することも好ましい。その場合、
一対のフレーム片を接合する必要がなく、効率的にセル
フレームを製造することができる。
【００１７】また、フレーム枠と双極板との境界部に補
強板を介在させることも好ましい。セルフレームを積層
してセルスタックを構成した場合、運転時に熱伸縮が起
こり双極板にも応力が加わる。双極板におけるフレーム
枠との境界部で熱伸縮に伴う屈曲が繰り返し加わると、
双極板が損傷するおそれがある。そこで、補強板を設け
ることで、双極板の損傷を防止する。
【００１８】さらに、双極板におけるフレーム枠の内縁
付近には、電極に接触していない個所があり、この個所
で電解液の酸化還元反応が生じると、双極板も酸化還元
反応に関与して電池効率の低下や双極板の劣化を招く。
そのため、補強板は、フレーム枠の内縁付近で電極に接
触していない個所を覆う大きさを有することが好まし
い。
【００１９】補強板は、耐酸性、双極板を補強できる強
度を具えるものであれば種々の材料が利用できる。例え
ば、塩化ビニルなどが利用できる。補強板の厚さは0.5m
m以下であることが好ましい。0.5mmを超えると、補強板
と双極板との境界部で双極板の屈曲が生じやすくなるか
らである。
【００２０】さらに、本発明レドックスフロー電池は、
上記のセルフレームと、電極と、隔膜とを積層したセル
スタックを具えることを特徴とする。
【００２１】セルスタックの積層構造は従来と同様のも
のでよい。すなわち、セルフレーム、正極電極、隔膜、
負極電極、セルフレームの順に繰り返し積層して積層体
を形成し、その端部に電気を取り出す電気端子、電解液
の供給・排出を行う給排板、エンドプレートとを配置す
る。そして、このエンドプレートを締め付けてセルスタ
ックを保持する。従来、双極板と電極とは接着剤で接着
されていたが、この接着剤を用いず、単に締付力だけに
より積層状体が保持されるセルスタックとしても良い。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。 （全体構成）図１は本発明電池に用いるセルスタックを
上部から見た概略構成図である。このセルスタック1
は、セルフレーム2と電極3、4と隔膜5とを積層し、その
積層体の両端部に給排板6およびエンドプレート7を配置
して、締付機構8にて締め付けた構成である。このセル
スタック1を用いたレドックスフロー電池の動作原理
は、図5に関して説明したものと同様であり、電解液が
タンクより正極電極3および負極電極4に循環供給される
点も同様である。図示していないが、このセルスタック
1は、支持台により大地上に設置される。その際、この
支持台を碍子とすることで大地に対する絶縁性を確保す
ることができる。
【００２３】（セルフレーム）セルフレーム2は、フレ
ーム枠2Aと、フレーム枠2Aの内側に固定された双極板9
とからなる。
【００２４】フレーム枠2Aは塩化ビニルを主成分とする
プラスチックで形成された枠状体である。一方、双極板
9は黒鉛を含有した導電性プラスチックカーボン製の矩
形板からなる。フレーム枠2Aと双極板9とを一体化する
方法には、射出成形などで得られた２枚のフレーム片
を用意し、これらフレーム片を接合してフレーム枠2Aを
構成すると共に、両フレーム片の内周部の間に双極板9
の外周部を挟み込む方法と、双極板9を中子としてフ
レーム枠2Aを射出成形にて形成する方法とがある。本例
では、前者によりセルフレーム2を構成した。
【００２５】フレーム片の平面図を図2に示す。フレー
ム片20の長辺には、複数のマニホールド21A、21Bが形成
されている。複数のセルフレームを積層した際、マニホ
ールド21A、21Bは積層方向に伸びる電解液の流路とな
る。本例では、フレーム片20の長辺方向に並ぶマニホー
ルドを交互に正極電解液用マニホールド21A、負極電解
液用マニホールド21Bとして利用する。
【００２６】このフレーム片20は、表面に電解液の流通
部22Aを具えている。流通部22Aは、マニホールド21Aか
ら伸びる電解液のガイド溝22A-1と、ガイド溝22A-1から
供給される電解液を正極電極の縁部沿いに拡散させる整
流部22A-2とからなる。整流部22A-2は、フレーム片20の
長辺沿いに形成された矩形の凹凸部で、この凹部を通っ
て電解液が正（負）極電極へと導かれる。ガイド溝22A-
1も整流部22A-2も、本例の形状や数に限定されるわけで
はない。
【００２７】また、フレーム片20の一方の長辺と他方の
長辺におけるガイド溝22A-1の配置を点対称とした。こ
の配置により、同一形状のフレーム片20同士を向きを変
えて接合すればフレーム枠を形成でき、複数の形状のフ
レーム片20を用意する必要がない。
【００２８】このようなフレーム片20は、双極板との接
着代にテトラヒドロフランを塗布し、フレーム片20同士
を貼り合わせることで双極板と一体化される。前述のフ
レーム片20を接合したセルフレームに電極を配置した状
態の部分平面図を図3に、図3におけるX-X断面図を図4に
示す。フレーム片20の内縁と双極板9の境界部には補強
板60を介在させることが好ましい。補強板60は、フレー
ム片20の内縁と双極板9の境界部にまたがる枠状シート
で、双極板9におけるフレーム枠との境界部で熱伸縮に
伴う屈曲が繰り返し加わった場合に、双極板9が損傷す
ることを防止する。図4に示すように、双極板9の上に補
強板60は配置され、そのほぼ半分がフレーム片20との間
に挟み込まれている。補強板のほぼ上縁部に沿って正極
電極3（負極側は図示を省略）が配置される。補強板60
は、例えば、双極板9の外周部に予め融着や溶剤による
接着で固定しておき、フレーム片20を補強板60の一部に
重なるように貼り合わせてセルフレームを構成すれば良
い。
【００２９】このセルフレームにおいて、実線のガイド
溝22A-1はフレーム枠2Aの表面に形成されており、破線
のガイド溝22B-1はフレーム枠2Aの裏面に形成されてい
る。すなわち、左側のマニホールドが正極電解液用マニ
ホールド21Aで、そこから実線のガイド溝22A-1を通った
正極電解液は双極板9の表面側に配置された正極電極3に
導かれる。また、右側のマニホールドが負極電解液用マ
ニホールド21Bで、そこから破線のガイド溝22B-1を通っ
た負極電解液は双極板9の裏面側に配置された負極電極
（図示せず）に導かれる。
【００３０】このようなガイド溝22A-1と整流部22A-2
は、プラスチック製の保護板23で覆われている。この保
護板23はマニホールド21Aに対応する位置に円孔が形成
され、ガイド溝22A-1および整流部22A-2の全面と、整流
部22A-2の若干上部までを覆う大きさを有する。セルス
タック1(図1参照)にした場合、セルフレーム2(同)の両
面には隔膜5(同)が配置される。保護板23を用いたの
は、凹凸のあるガイド溝22A-1や整流部22A-2が隔膜5に
接触すると、薄い隔膜5に破れが生じることを防止する
ためである。また、保護板23を整流部22A-1の若干上部
まで覆う大きさとしたのは、保護板23で正極電極3（負
極電極4）の上下端を双極板9との間に挟み込み、押さえ
としての機能を持たせることで組立作業性の向上を図る
ためである。保護板23の厚みは0.1〜0.3mm程度である。
保護板23が装着される位置には、その外縁形状に対応し
た凹部24がフレーム枠2Aに形成されており（図2参
照）、保護板23の位置合わせは容易に行える。
【００３１】なお、マニホールド周辺に形成されている
円溝25およびセルフレーム外周に沿って形成されている
枠溝26には、セルフレーム構造を積層した際に各マニホ
ールド21A、21BをシールするOリングおよびセルフレー
ム外部への電解液のもれを防止するOリングがはめ込ま
れる。
【００３２】（電極）前述した双極板9の表面には正極
電極3が、裏面には負極電極が配置される。通常、正
（負）極電極3には、カーボンフェルトが用いられる。
正（負）極電極3の大きさは、セルフレーム内に形成さ
れる矩形空間に対応したサイズとする。通常、正（負）
極電極3は双極板9に接着剤で接着していたが、本例では
接着剤は用いず、後述する締付機構の締付力によりセル
スタックの形態を保持する。
【００３３】（隔膜）隔膜は、イオン交換膜を用いる。
厚さは20〜400μm程度で、材料にはイオン交換樹脂に塩
化ビニル、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン
などを含有したものが利用できる。この隔膜は、セルフ
レームとほぼ同等の面積を有し、マニホールドに面する
個所には透孔が形成されている。
【００３４】（電気端子）セルスタック1の両端部付近
には、レドックスフロー電池としての充放電を行うため
の電気端子10が設けられている。図１に示すように、セ
ルスタック1は、セルフレーム2、正極電極3、隔膜5、負
極電極4、セルフレーム2を順次繰り返して積層して構成
される。この積層体における端部の電極3、4に銅板11を
接触させ、この銅板11から電気端子10を引き出す。
【００３５】（給排板）給排板6は、電解液タンクとセ
ルフレーム2のマニホールドとを連結して、マニホール
ドへ電解液を供給・排出するための構造である。給排板
6にはパイプ12が取り付けられ、このパイプ12は電解液
タンクへと接続される。パイプ12は給排板6内の電解液
流路を介してセルフレーム2のマニホールドへと接続さ
れる。本例では、前記の電気端子10とパイプ12との引出
方向をセルスタック1の反対側とし、電気系統と電解液
の流通系統とを区分することで、電気端子10と機器との
接続作業およびパイプ12とタンクへ繋がる配管との接続
作業を容易にした。特に、パイプ12から電解液が漏れる
ことがあっても、漏れた電解液が電気端子10にかかるこ
とがなく好ましい。
【００３６】（エンドプレート）エンドプレート7は、
セルフレーム2、電極3、4、隔膜5、給排板6の積層体の
両端部を挟み込む格子板である。エンドプレート7の平
面図を図４に示す。格子板の格子内は抜けており、エン
ドプレート7の軽量化を図っている。このエンドプレー
ト7の外周縁部7Aには、多数の貫通孔が形成されてい
る。この貫通孔に後述する棒状体8Aを差し込み、ナット
8Bで締め付けることでセルフレーム2、電極3、4、隔膜
5、給排板6の積層構造を保持する(図1参照)。
【００３７】（締付機構）締付機構8は、図1に示すよう
に両エンドプレート7を互いに圧接させてセルスタック1
としての構成を保持させるためのもので、エンドプレー
ト7の貫通孔に挿通される棒状体8Aと、棒状体8Aにねじ
込まれるナット8Bとを具えている。棒状体8Aは、その両
端部にナット8Bをねじ込むための雄ネジ加工がなされ、
中間部には熱収縮チューブによる絶縁被覆が形成されて
いる。棒状体8Aを用いてセルフレーム2や電極3、4の積
層体の締め付けを行うと、積層体の外周に多数の棒状体
8Aが並列して配置された状態となる。さらに、本例で
は、ナット8Bとエンドプレート7との間において、棒状
体8Aの外周にコイルばね13を配置して、セルスタック1
の熱伸縮を吸収するように構成した。
【００３８】（実施例1） ＜フレーム枠＞ 寸法 外寸：幅1000mm、高さ800mm、厚さ5mm 内寸：幅900mm、高さ600mm シール溝：幅3mm、深さ1mm、溝間隔5mm Oリングサイズ：線径1.5mm、直径1000mm 内外周シール溝の配置：セルフレームの表裏において同
一位置 セルフレームの全幅に対するマニホールド径の比率：3
％ セルフレームの全幅に対する隣接マニホールド間距離の
比率：40％ ガイド溝の断面積：5mm2 材質：塩化ビニル50質量％、アクリロニトリルブタジエ
ンスチレン共重合体（ABS）50質量％の樹脂 補強板：厚さ0.3mm、幅5mmの塩化ビニルシートを溶剤に
て接着 製法：射出成型
【００３９】＜双極板＞ 寸法：厚さ0.3mm 材質：黒鉛50質量％、カーボンブラック10質量％ 塩素化ポリエチレン29質量％、塩化ビニル5％ 塩素化パラフィン5％、安定化剤および充填剤 合計1質
量％
【００４０】＜電極＞ 材質：カーボンフェルト
【００４１】＜積層構造＞ 総セルフレーム枚数：100枚（25枚積層したものを仮留
めし、その仮留め積層体を４組積層）
【００４２】＜電解液＞ 組成：バナジウムイオン濃度：2.0モル/L、フリーの硫
酸濃度：2.0モル/L、添加燐酸濃度：0.3モル/L 電解液量：20m3
【００４３】＜締付機構＞ 長ボルト本数：20本 コイルばねのばね定数：1000N/m 有効巻数3.0 締付時のコイルバネの自由長からの縮み：30mm
【００４４】＜結果＞ 電池効率：86％ 放電可能電力量：350kWH その他：フレーム枠と双極板の一体化は非常に強固に行
われ、運転時セルスタックに熱収縮が生じても何ら問題
なく、セルフレーム間からの電解液の漏れも皆無であっ
た。
【００４５】(実施例2)本発明セルを用いて、実施例１
とは別のレドックスフロー電池を作製し、電池性能及び
放電可能電力量を測定した。以下に、セルスタックの材
料、サイズ等の諸元について実施例1と相違する点と測
定結果を示す。
【００４６】＜フレーム枠＞ 寸法 外寸：幅1000mm、高さ500mm、厚さ4mm 内寸：幅900mm、高さ300mm シール溝：幅2mm、深さ1mm、溝間隔10mm Oリングサイズ：線径1.5mm、直径750mm 内外周シール溝の配置：セルフレームの表裏において8m
mずれた位置 セルフレームの全幅に対するマニホールド径の比率：2.
0％ セルフレームの全幅に対する隣接マニホールド間距離の
比率：30％ 材質：塩化ビニル90質量％、アクリロニトリルブタジエ
ンスチレン共重合体（ABS）10質量％の樹脂 補強板：厚さ0.5mm、幅5mmの塩化ビニルシートを溶剤に
て接着 製法：射出成型
【００４７】＜双極板＞ 寸法：厚さ0.1mm 材質：黒鉛29質量％、カーボンブラック13質量％ 塩素化ポリエチレン31質量％、塩化ビニル13％ 塩素化パラフィン13％、安定化剤および充填剤 合計1
質量％
【００４８】＜積層構造＞ 総セルフレーム枚数：75枚（25枚積層したものを仮留め
し、その仮留め積層体を３組積層）
【００４９】＜締付機構＞ 長ボルト本数：18本 コイルばねのばね定数：1600N/m 有効巻数2.5 締付時のコイルバネの自由長からの縮み：15mm
【００５０】＜結果＞ 電池効率：87％ 放電可能電力量：450kWH その他：フレーム枠と双極板の一体化は非常に強固に行
われ、運転時セルスタックに熱収縮が生じても何ら問題
なく、セルフレーム間からの電解液の漏れも皆無であっ
た。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フレーム枠と双極板の材質を工夫することで、フレーム
枠と双極板とのシール性に優れるレドックスフロー電池
用セルフレームを得ることができる。従って、このセル
フレームを積層してレドックスフロー電池を構成するこ
とで、信頼性の高い電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明セルスタックの概略構成図である。
【図２】本発明セルスタックに用いるフレーム片の平面
図である。
【図３】本発明セルスタックに用いるセルフレームと電
極との組合せ状態を示す平面図である。
【図４】図３のX-X断面図である
【図５】エンドプレートの平面図である。
【図６】双極板の組織模式図である。
【図７】レドックスフロー電池の動作原理を示す説明図
である。
【図８】従来のセルスタックの説明図である。
【符号の説明】
1 セルスタック 2 セルフレーム 2A フレーム枠
3 正極電極 4 負極電極 5 隔膜 6 給排板 7 エンドプレート
7A 外周縁部 8 締付機構 8A 棒状体 8B ナット 9 双極板 10
電気端子 11 銅板 12 パイプ 20 フレーム片 21A、21B マニホールド 22A 流通
部 22A-1、22B-1 ガイド溝 22A-2 整流部 23 保護板
24 凹部 25 円溝 26 枠溝 60 補強板 100 セル 100A 正極セル 100B 負極セル 101 正
極用タンク 102 負極用タンク 103 隔膜 104 正極電極 105
負極電極 106、107、109、110 導管 108、111 ポンプ 200 セルスタック 201 エンドプレート 201A 矩形
板 201B 格子枠 202 棒状体 203 ナット 210 セルフレーム 211 双極板 212 フレーム枠
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寒野 毅 大阪府大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 荻野 誠司 大阪府大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 伊藤 岳文 大阪府大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 重松 敏夫 大阪府大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 徳田 信幸 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA10 BB01 BB02 BB04 BB08 CC08 CV01 CX10 EE06 EE17 EE18 HH03 HH05

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 双極板と、双極板の外周に装着されるフ
    レーム枠とを具えるレドックスフロー電池用セルフレー
    ムであって、 前記フレーム枠は塩化ビニルを50質量％以上含有し、 前記双極板は黒鉛を40〜90質量％と、塩素化有機化合物
    を10〜60質量％含有した導電性プラスチックであること
    を特徴とするレドックスフロー電池用セルフレーム。
  2. 【請求項2】 双極板は、黒鉛の一部をカーボンブラッ
    ク5〜30質量％に置換して含有することを特徴とする請
    求項1に記載のレドックスフロー電池用セルフレーム。
  3. 【請求項3】 フレーム枠と双極板とは融着により一体
    化されていることを特徴とする請求項1に記載のレドッ
    クスフロー電池用セルフレーム。
  4. 【請求項4】 フレーム枠と双極板と境界部に補強板を
    介在させたことを特徴とする請求項1に記載のレドック
    スフロー電池用セルフレーム。
  5. 【請求項5】 補強板の厚さが0.5mm以下であることを特
    徴とする請求項4に記載のレドックスフロー電池用セル
    フレーム。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかのセルフレーム
    と、電極と、隔膜とを積層したセルスタックを具えるこ
    とを特徴とするレドックスフロー電池。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011129215A1 (ja) * 2010-04-16 2011-10-20 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池用双極板
JP2014529858A (ja) * 2011-08-22 2014-11-13 ゼットビービー エナジー コーポレーション コモンＤＣバスに接続されたＺｎＢｒフローバッテリーのための反転可能な極性動作およびスイッチング方法
US10193178B2 (en) 2016-03-29 2019-01-29 Sumitomo Electric Inductries, Ltd. Redox flow battery frame body, redox flow battery, and cell stack
WO2019030903A1 (ja) * 2017-08-10 2019-02-14 住友電気工業株式会社 セルスタック、及びレドックスフロー電池
KR20200068432A (ko) * 2018-12-05 2020-06-15 주식회사 코리드에너지 유로 채널이 보강된 셀프레임 및 이를 이용한 레독스흐름전지

Families Citing this family (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6905797B2 (en) * 2001-04-12 2005-06-14 Squirrel Holdings Ltd. Porous mat electrodes for electrochemical reactor having electrolyte solution distribution channels
CN100483812C (zh) * 2006-01-25 2009-04-29 中国科学院大连化学物理研究所 氧化还原液流储能电池用一体化电极双极板及其制备
CN100459269C (zh) * 2006-03-31 2009-02-04 中国科学院大连化学物理研究所 用于液流蓄电的铁-配合物/卤素电化学体系
CN101308923B (zh) * 2007-05-18 2010-05-19 大连融科储能技术发展有限公司 一种液流储能电池用碳塑导电复合双极板及其制备
CN101325252B (zh) * 2007-06-15 2010-09-29 清华大学 一种液流电池的双极板
US8587150B2 (en) 2008-02-28 2013-11-19 Deeya Energy, Inc. Method and modular system for charging a battery
US7927731B2 (en) 2008-07-01 2011-04-19 Deeya Energy, Inc. Redox flow cell
US7820321B2 (en) 2008-07-07 2010-10-26 Enervault Corporation Redox flow battery system for distributed energy storage
US8785023B2 (en) 2008-07-07 2014-07-22 Enervault Corparation Cascade redox flow battery systems
CN102246385B (zh) 2008-10-10 2015-07-29 艾默吉电力系统股份有限公司 用于确定电池的荷电状态的方法和设备
WO2010042905A1 (en) 2008-10-10 2010-04-15 Deeya Energy Technologies, Inc. Level sensor for conductive liquids
US8883297B2 (en) 2008-10-10 2014-11-11 Imergy Power Systems, Inc. Methods for bonding porous flexible membranes using solvent
CN102245954B (zh) 2008-10-10 2014-01-15 迪亚能源股份有限公司 柔性多壁管路组件
US8236463B2 (en) 2008-10-10 2012-08-07 Deeya Energy, Inc. Magnetic current collector
WO2010138949A2 (en) * 2009-05-28 2010-12-02 Deeya Energy, Inc. Optical leak detection sensor
US8723489B2 (en) 2009-05-28 2014-05-13 Deeya Energy, Inc. Bi-directional buck-boost circuit
CN102460811B (zh) 2009-05-28 2015-11-25 艾默吉电力系统股份有限公司 氧化还原流通单元电池再平衡
EP2436080A2 (en) 2009-05-28 2012-04-04 Deeya Energy, Inc. Electrolyte compositions
CN102460812B (zh) 2009-05-28 2014-12-31 艾默吉电力系统股份有限公司 由原料制备流通电池电解质
US8587255B2 (en) 2009-05-28 2013-11-19 Deeya Energy, Inc. Control system for a flow cell battery
WO2010138947A2 (en) 2009-05-29 2010-12-02 Deeya Energy, Inc. Methods of producing hydrochloric acid from hydrogen gas and chlorine gas
CN102148381A (zh) * 2010-02-10 2011-08-10 大连融科储能技术发展有限公司 一种氧化还原液流电池的电极框结构
US8951665B2 (en) 2010-03-10 2015-02-10 Imergy Power Systems, Inc. Methods for the preparation of electrolytes for chromium-iron redox flow batteries
US9281535B2 (en) 2010-08-12 2016-03-08 Imergy Power Systems, Inc. System dongle
CN102034993A (zh) * 2010-11-19 2011-04-27 清华大学深圳研究生院 一种液流电池电极框架
CN103339762B (zh) 2011-01-13 2016-03-30 伊莫基动力系统公司 液流电池单元堆
US8980484B2 (en) 2011-03-29 2015-03-17 Enervault Corporation Monitoring electrolyte concentrations in redox flow battery systems
US8916281B2 (en) 2011-03-29 2014-12-23 Enervault Corporation Rebalancing electrolytes in redox flow battery systems
CN102288918A (zh) * 2011-05-09 2011-12-21 清华大学 实验室科研测试用液流电池堆测试机构
CN103579641B (zh) * 2012-08-03 2015-10-28 上海神力科技有限公司 一种液流电池的电堆结构
CN102867974B (zh) * 2012-09-26 2013-11-06 湖南省银峰新能源有限公司 一种液流电池的密封结构及其电堆
DE102012024753A1 (de) * 2012-12-19 2014-06-26 Eisenhuth Gmbh & Co. Kg Rahmen mit integrierter Bipolarplatte für elektrochemischen Reaktor
DK3008769T3 (en) * 2013-06-13 2018-09-03 United Technologies Corp FLOW BATTERY WITH MANIFOLD PASSAGE VARIABLE IN SECTION
KR101459927B1 (ko) * 2013-07-12 2014-11-07 오씨아이 주식회사 전해액 분배 효율성을 향상시킨 셀 프레임 및 이를 구비하는 레독스 흐름 전지
JP6699674B2 (ja) 2016-02-03 2020-05-27 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池
JP6088083B1 (ja) * 2016-03-14 2017-03-01 株式会社東芝 処理装置及びコリメータ
KR101808606B1 (ko) * 2016-12-09 2017-12-13 주식회사 에이치투 열가소성 수지를 이용한 분리판-전극조립체 및 그 제조방법
WO2018134928A1 (ja) * 2017-01-18 2018-07-26 住友電気工業株式会社 双極板、セルフレーム、セルスタック、及びレドックスフロー電池
CN109428093B (zh) * 2017-08-21 2021-07-30 上海电气集团股份有限公司 液流框及包含其的电堆
CN108400366B (zh) * 2018-03-09 2024-02-20 上海电气(安徽)储能科技有限公司 密封结构及包含其的液流电池
US11056698B2 (en) 2018-08-02 2021-07-06 Raytheon Technologies Corporation Redox flow battery with electrolyte balancing and compatibility enabling features
CN113889638B (zh) * 2020-07-03 2023-10-13 中国科学院大连化学物理研究所 全钒液流电池用一体化电池结构及制备和应用
US11271226B1 (en) 2020-12-11 2022-03-08 Raytheon Technologies Corporation Redox flow battery with improved efficiency

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0821400B2 (ja) * 1987-03-04 1996-03-04 関西電力株式会社 電解液循環型２次電池
JPH06231772A (ja) * 1993-01-29 1994-08-19 Shin Etsu Polymer Co Ltd ２次電池用双極板または電極板
US6180275B1 (en) * 1998-11-18 2001-01-30 Energy Partners, L.C. Fuel cell collector plate and method of fabrication
JP2000200619A (ja) * 1999-01-08 2000-07-18 Kashimakita Kyodo Hatsuden Kk レドックス電池
JP3386410B2 (ja) * 1999-06-29 2003-03-17 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池の電池セル用フレーム付き双極板およびレドックスフロー電池

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011129215A1 (ja) * 2010-04-16 2011-10-20 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池用双極板
JP2011228059A (ja) * 2010-04-16 2011-11-10 Sumitomo Electric Ind Ltd レドックスフロー電池用双極板
JP2014529858A (ja) * 2011-08-22 2014-11-13 ゼットビービー エナジー コーポレーション コモンＤＣバスに接続されたＺｎＢｒフローバッテリーのための反転可能な極性動作およびスイッチング方法
US10193178B2 (en) 2016-03-29 2019-01-29 Sumitomo Electric Inductries, Ltd. Redox flow battery frame body, redox flow battery, and cell stack
WO2019030903A1 (ja) * 2017-08-10 2019-02-14 住友電気工業株式会社 セルスタック、及びレドックスフロー電池
KR20200068432A (ko) * 2018-12-05 2020-06-15 주식회사 코리드에너지 유로 채널이 보강된 셀프레임 및 이를 이용한 레독스흐름전지
KR102150052B1 (ko) * 2018-12-05 2020-08-31 주식회사 코리드에너지 유로 채널이 보강된 셀프레임 및 이를 이용한 레독스흐름전지

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