JP2002367659A - 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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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電解液がセルフレーム外部へ漏れるのを防止
し、かつレドックスフロー電池を組み立てる際の作業性
に優れるレドックスフロー電池用セルフレームと、この
セルフレーム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21と、双極板21の外周に装着され
るフレーム枠31とを具えるレドックスフロー電池用セル
フレーム30であって、このフレーム枠31の両面に、隔膜
を圧接すると共に電解液をシールする内周シール及び外
周シールを具える。フレーム枠31の両面には、電解液が
外部に漏れるのを防止する内周シール及び外周シールが
配置される内周シール溝34及び外周シール溝35が設けら
れ、各溝34、35にはOリングが配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電解液がセルフレ
ーム外部へ漏れることの防止に効果的なレドックスフロ
ー電池用セルフレーム及びこのセルフレームを用いたレ
ドックスフロー電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】図8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4で正極セル1Aと負極セル1Bとに分離され
たセル1を具える。正極セル1Aと負極セル1Bの各々には
正極電極5と負極電極6とを内蔵している。正極セル1Aに
は、正極電解液を供給及び排出する正極用タンク2が導
管7、8を介して接続されている。同様に負極セル1Bに
は、負極用電解液を供給及び排出する負極用タンク3が
導管10、11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9、12で循環させ、正極電極5及び負極電極6
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9は、上記電池に用いるセルスタックの
概略構成図である。この電池は、通常、複数のセルフレ
ーム20を積層したセルスタック100と呼ばれる構成が利
用される。
【０００４】セルスタック100は、セルフレーム20、カ
ーボンフェルト製の正極電極5、隔膜4、カーボンフェル
ト製の負極電極6、セルフレーム20が、この順に繰り返
して積層されている。この積層体の両端部にエンドプレ
ートを配置し、エンドプレートに長ボルト101を貫通さ
せてナットで締め付けることによりセルスタック100が
構成される。
【０００５】セルフレーム20は、プラスチックカーボン
製の双極板21と双極板の外周に形成されるフレーム枠22
とを具える。このフレーム枠22の下辺及び上辺には、通
常、各セルに電解液を供給及び排出するマニホールド23
A、23Bと呼ばれる孔と、各マニホールドに繋がって電解
液を電極5、6に導くガイド溝24が設けられている。
【０００６】図10は、従来のセルフレームを積層させた
際のフレーム枠付近の断面を模式的に示した部分拡大図
である。セルフレーム間からの電解液の漏れを防止する
構造として、特開2000-260460号公報に開示されたOリン
グによるシール(図10(a)〜(c)参照)や、特開平8-7913号
公報に開示された平パッキンによるシール(同(d)参照)
が知られている。
【０００７】図10(a)に示すセルフレーム20aは、両面に
Oリング溝25を一つずつ対向する位置に設け、Oリング溝
25にOリング26が配置される。
【０００８】同(b)に示すセルフレーム20bは、一面に内
周Oリング溝25a、他面に外周Oリング溝25bを各一つずつ
互い違いの位置に設け、各溝25a、25bにそれぞれ内周O
リング26a、外周Oリング26bが配置される。
【０００９】同(c)に示すセルフレーム20cは、片面に大
きさの異なる内周Oリング溝25a及び外周Oリング溝25bが
それぞれ一つずつ並列に設けられ、同様に各溝25a、25b
にそれぞれ内周Oリング26a、外周Oリング26bが配置され
る。
【００１０】同(d)に示すセルフレーム20dは、両面にセ
ルフレーム20dに適合した形状の平パッキン27が配置さ
れる。
【００１１】また、比較的小さいサイズの電池では、
「電力貯蔵電池規定」に掲載されているような熱溶着法
によるシールも知られている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のセ
ルフレームを用いたセルスタックには、以下の問題があ
った。
【００１３】(1) セルフレーム間から電解液の漏れを
効果的に防止することが難しい。 図10(a)〜(c)に示すセルフレーム20a〜20cを用いたセ
ルスタックでは、Oリング26、26aの外側に突出した隔膜
4が乾燥により湿潤状態が維持されず、破れることがあ
る。この破れ目がOリング26、26aよりも内側に進展する
と、破れ目から電解液がセルフレーム20a〜20cの外部に
漏れるおそれがある。 図10(d)に示す平パッキン27は大容量が得られる大面
積のセルフレームに好適である。しかし、平パッキン27
を配置してセルフレーム20dを積層する場合、平パッキ
ン27の配置を厳密に行い、かつ積層した複数のセルフレ
ーム20dを複数の長ボルト101によって均一に締め付けな
ければ、電解液の漏洩を防止しにくい。
【００１４】(2) セルスタックの組立作業性が劣る。 図10(b)及び(c)に示すセルフレーム20b、20cを用いた
セルスタックでは、介在させる隔膜4を内周Oリング26a
上でかつ外周Oリング26bよりも内側に配置するために、
隔膜4の加工には非常に高い切断精度が求められる。ま
た、切断した隔膜4とセルフレームには厳密な位置合わ
せが必要であり、セルスタックを作製する際の作業性が
非常に悪い。 図10(d)に示す平パッキン27も、セルフレーム20dと平
パッキン27の配置を厳密に行う必要があり、セルスタッ
クの組立作業際が悪い。 熱溶着法によるシールは、サイズが大きくなると溶着
作業が行いにくく適用が困難である。また、このシール
を用いた場合、コストが高くなる。
【００１５】そこで、本発明の主目的は、電解液のセル
フレーム外部への漏れ防止に効果的で、かつレドックス
フロー電池を組み立てる際の作業性に優れるレドックス
フロー電池用セルフレームを提供することにある。
【００１６】また、本発明の他の目的は、このセルフレ
ームを用いたレドックスフロー電池を提供することにあ
る。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、双極板と、双
極板の外周に形成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、このフレーム枠
の両面に、隔膜を圧接すると共に電解液をシールする内
周シール及び外周シールを具えることを特徴とする。
【００１８】本発明レドックスフロー電池用セルフレー
ムは、隔膜を介して積層された際、隔膜を内周シール及
び外周シールで挟持する。このとき、主として内周シー
ルによって、電解液の外部への漏洩防止及び各極用電解
液の混合防止を行う。また、外部シールによって乾燥に
よる隔膜の破れ目がより内側に伝播するのを遮ることで
電解液の外部への漏れの防止を行う。即ち、本発明は、
内周シール及び外周シールの双方で隔膜を挟持すること
で、隔膜の破れ目が内周シールで挟まれる部分よりも内
側に進展するのを防ぐ。このように本発明は、2重にシ
ールを配置することで、電解液のセルフレーム外部への
漏洩防止に関して高い信頼性を確保することができる。
【００１９】また、外部シールが配置されることで、隔
膜がセルフレームの周縁から突出することを許容する。
そのため、隔膜の加工精度及び隔膜のセルフレームへの
配置精度に関して厳密性を問わず、本発明セルフレーム
を積層してセルスタックを作製する際の作業性に極めて
優れる。更に、2重にシールが配置されることで本発明
セルフレーム間に介在される隔膜は、確実に湿潤状態が
維持される。
【００２０】以下、本発明を詳しく説明する。内周シー
ル及び外周シールの双方とも、Oリングを用いることが
好ましい。ただし、少なくとも内周シールをOリングと
することが好適で、外周シールは平パッキンでもよい。
セルフレームには、平パッキンに適した溝やOリング溝
を設けておく。
【００２１】Oリングや平パッキンをはめる溝の位置
は、セルフレームの両面において同位置であることが好
ましい。ただし、両シールが配置されたセルフレームを
対向させる際、各セルフレームにおけるシールの位置に
ずれがあっても構わない。
【００２２】内周シール及び外周シールは、隔膜が乾燥
して破れても、その破れ目が内周シールよりも内側にま
で容易に伝播しない程度に間隔をあけて配置されること
が望ましい。具体的には、1mm以上の間隔をあけること
が望ましい。この間隔は、両溝の中心線間の距離を言
う。
【００２３】本発明セルフレームは、電解液の流路とな
るマニホールドと、マニホールドからフレーム枠の内側
に電解液を案内するガイド溝とを具え、このガイド溝の
断面積が5mm2以下であることが好適である。この断面積
は、ガイド溝が複数ある場合、単一のガイド溝の断面積
のことである。ガイド溝の断面積を大きくすると、一つ
のガイド溝を流れる電解液量が増すことで電解液中を流
れる電流によるロスが大きくなる。また、ガイド溝の断
面積が大きいと、セルフレームを積層させて締め付けた
際、締付圧力を溝内の空間で支持することになる。この
とき、締付圧力によっては、ガイド溝内の空間が押し潰
され溝が破壊される恐れがある。そこで、本発明では、
電解液中に流れる電流によるロスを低く抑えるためにガ
イド溝の断面積を規定する。
【００２４】また、マニホールドは、セルフレームのフ
レーム枠の上辺及び下辺にそれぞれ2つ以上設けること
が好ましい。電解液の流通用の孔を多くすることで、通
液の際の圧損を十分に低くできる。セルフレームの下辺
に位置するマニホールドを各極電解液供給用、上辺に位
置するマニホールドを各極電解液排出用とするとよい。
このようなマニホールドは、通液の際の圧損をより低く
するためにセルフレームの全幅に対して1％〜5％の大き
さを直径とするものが好ましい。また、隣接するマニホ
ールドの中心間の距離は、セルフレームの全幅に対して
5％〜50％の大きさとすることが好ましい。マニホール
ドの中心間の距離を規定するのは、セルフレーム内の巾
方向における電解液の流れを均一にできるからである。
【００２５】本発明セルフレームは、フレーム片同士の
接合具合やフレーム片と双極板との接合具合などを目視
などにより簡単に把握できる程度に透明に形成されるこ
とが好ましい。特に、樹脂などで射出成形により形成す
るとよい。フレーム枠と双極板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を構成する
と共に、両フレーム片の内周部の間に双極板の外周部を
挟み込む方法と、双極板を中子としてフレーム枠を射
出成形にて形成する方法とがある。
【００２６】各フレーム片は、マニホールド及びガイド
溝の位置がフレーム片の対角線の交点を中心とする点対
称な形状であることが望ましい。点対称なフレーム片同
士は、そのまま向きを変えて接合することでフレーム枠
を形成できるため、同一の金型を用いた製造が可能であ
り、生産性に優れる。
【００２７】上記本発明セルフレームを用いたレドック
スフロー電池において、隔膜は、厚みが400μm以下であ
ることが好適である。隔膜の厚みが400μm以下であれ
ば、内部抵抗の低減による電池効率向上の点で好ましい
からである。
【００２８】また、上記本発明セルフレームを用いたレ
ドックスフロー電池において、電極から電気を取り出す
電気端子と電解液を供給及び排出する給排部とは、セル
スタックにおいて対向する面に配置されることが好まし
い。電気端子と給排部とが異なる方向に配置されること
で、メンテナンスが行い易い。また、電池を組み立てる
際の作業性に優れる。更に、給排部から電解液が漏れる
ことがあっても、電気端子に電解液がかかることがほと
んどないので、電気系統に電流が流れる恐れがなく好ま
しい。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。本発明レドックスフロー電池は、図8、9で示した
ようなレドックスフロー電池と同じ動作原理であり、用
いられるセルスタックの全体構造も基本的に共通してい
る。以下にセルスタックの構成部材を詳しく説明する。
【００３０】図1は、セルフレームを構成するフレーム
片の平面図、図2は、本発明セルフレームを積層させた
際のフレーム枠付近の部分拡大図、図3は、同フレーム
枠付近の断面を模式的に示した部分拡大図である。図
中、同一符号は同一物を示す。
【００３１】(セルフレーム)本発明セルフレーム30は、
図2に示すように双極板21と双極板21の外周に形成され
るフレーム枠31とを具えると共に電解液中のイオンが通
過できる隔膜4(図3参照)を介して積層されるものであ
る。フレーム枠31の両面には電解液の外部への漏れを防
止する内周シール32(同)及び外周シール33(同)が配置さ
れる。そして、隔膜4を介してセルフレーム30を積層し
た際、これらシール32、33で隔膜4を圧接して挟持す
る。
【００３２】セルフレーム30は、フレーム枠31を構成す
る一対のフレーム片31a、31b間に双極板21を配置し、フ
レーム片31a、31bの内周部に双極板21の外周部が接合さ
れている。このようなセルフレーム30を構成するフレー
ム片31a、31bは、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、ポ
リエチレン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、などのプラス
チックやゴムを用いて射出成型などにより形成する。フ
レーム片31a、31bの材料は、耐酸性、電気的絶縁性、機
械的強度を満たすものであれば種々のものが利用でき
る。
【００３３】セルフレーム30の両面には、内周シール32
(図3参照)及び外周シール33(同)を配置するための内周
シール溝34及び外周シール溝35をその周縁に沿って並列
させて設けている(図1参照)。両シール溝34、35間は、1
mm以上あけている。本例では、両シール溝34、35をセル
フレーム30の両面において同位置に設けている。シール
溝34、35はセルフレーム表裏でずれた位置に設けても良
い。
【００３４】セルフレーム30は、上記のように2重にシ
ール32、33を配置することで、積層した際、電解液がセ
ルフレーム30の外部へ漏洩するのを防止する。即ち、セ
ルフレーム30を複数積層して長ボルトにより締め付ける
と、対向し合う内周シール32同士で隔膜4(図3参照)を圧
接し挟むことで、隔膜4を伝って電解液がセルフレーム3
0の外部へ漏洩することを防止し、かつ各極用電解液の
混合を防ぐ。同様に対向し合う外周シール33同士で隔膜
4を圧接し挟むことで、隔膜4において外周シール33から
外側に突出した部分が乾燥により破れても、より内側に
破れ目が伝播するのを防ぎ、隔膜4の破れ目からセルフ
レーム30外部へ電解液が漏れるのを防止する。
【００３５】セルフレーム30の長辺には、図1に示すよ
うに複数のマニホールド23A、23Bが形成されている。こ
れらマニホールド23A、23Bは、複数のセルフレームを積
層した際、積層方向に伸びる電解液の流路となる。本例
では、上辺及び下辺に各4個ずつ合計8個設け、セルフレ
ーム30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23A、負極電解液用マニホールド23Bと
して利用する。セルフレーム30の下辺に位置するマニホ
ールド23A、23Bが順に正極電解液供給用、負極電解液供
給用、上辺に位置するものが順に正極電解液排出用、負
極電解液排出用である。これらマニホールド23A、23Bの
径は、電解液が流通する際の圧損を低くできるように、
設けた数及びセルフレームの大きさなどを考慮して適宜
変更するとよい。また、これらマニホールド23A、23Bの
中心間の距離も、設けた数及びセルフレームの大きさな
どを考慮して適宜変更するとよい。マニホールド23Bの
周辺に形成されている円溝28には、各セルフレーム30間
をシールするOリング(図示せず)が嵌め込まれる。
【００３６】更に、セルフレーム30は、外面に電解液の
流通部24Aを具えている。流通部24Aは、マニホールド23
Aに繋がって電解液を通す複数のガイド溝24A-1と、ガイ
ド溝24A-1を流れてきた電解液を正極電極5(図2参照)の
縁部に沿って拡散させる整流部24A-2とからなる。ガイ
ド溝24A-1は、断面矩形状で角部を湾曲させた形状であ
る。本例では、各ガイド溝24A-1の断面積を5mm2以下に
し、複数設けることで電解液中を流れる電流によるロス
を低く抑える。整流部24A-2は、セルフレーム30の長辺
沿いに形成された矩形の凹凸部で、凹部を通って電解液
が正極電極5へと導かれる。このようなガイド溝24A-1及
び整流部24A-2は、本例の形状や数に限定されるわけで
はない。
【００３７】本例においてフレーム片は、点対称な形状
とした（図１）。即ち、一方の長辺と他方の長辺におけ
る流通部24A-1、24A-2の位置をフレーム枠の対角線の交
点を中心とする点対称な形状とした。この配置により、
フレーム片を接合させたセルフレームも点対称な形状と
なるため、一方の長辺と他方の長辺のいずれを上向きに
しても流通部は同じ向きの配置となり、セルフレームの
上下方向を気にすることなく積層作業が行える。また、
フレーム片を点対称な形状とすることで、フレーム片を
同一の金型から成型することができ、生産性に優れる。
【００３８】このようなセルフレーム30は、厚さ2mm以
上8mm以下、より好ましくは、3mm以上6mm以下であるこ
とが好ましい。2mm以上にするのは、2mm未満であるとシ
ール溝を形成することが難しく、かつセルフレーム30間
に配置される正極電極5、負極電極6(図3参照)を十分圧
縮できず、双極板21(同)との接触抵抗が大きくなるから
である。8mm以下に薄くするのは、8mmより厚いと併せて
電極5、6も厚くなるため、必要量の電解液を通過させる
ための圧力損失が大きくなるからである。即ち、セルフ
レーム30の厚さを2mm以上8mm以下、より好ましくは、3m
m以上6mm以下とすることで、液シール性を十分に確保
し、レドックスフロー電池に用いた際、電池の性能を向
上させる。
【００３９】ガイド溝24A-1及び整流部24A-2は、図2に
示すように、積層する際、プラスチック製の保護板29で
覆う。保護板29は、マニホールド23Aに対応する位置に
円孔が形成され、ガイド溝24A-1及び整流部24A-2の全面
と、整流部24A-2の若干上部までを覆う大きさを有す
る。この保護板29によってガイド溝24A-1及び整流部24A
-2の上部を覆うことで電解液の流通路を形成する。ま
た、保護板29によって凹凸のあるガイド溝24A-1や整流
部24A-2を覆うことで、積層した際、隔膜4が直接ガイド
溝24A-1や整流部24A-2に接触することがなく、隔膜4に
破れが生じることを防止する。この保護板29を整流部24
A-1の若干上部まで覆う大きさとしたのは、保護板29で
正極電極5又は負極電極の上下端を双極板21との間に挟
み込み、電極の押さえとして機能させ、セルフレーム30
を積層する際の作業性の向上を図るためである。保護板
29は、厚さ1mm以下のものを用いる。なお、セルフレー
ム30には、保護板29の位置合わせが容易に行えるよう
に、保護板29の外形に対応した凹部29aを形成している
(図1参照)。
【００４０】図2に示すように双極板21の外縁はA、B、C
で示される破線上に位置し、整流部24A-2が形成されて
いる個所の裏側に、双極板21の表裏を接合した状態であ
る。この構成により、ガイド溝24A-1や整流部24A-2を通
る電解液が直接双極板21に接することはない。正極電極
5は、丁度整流部24A-2の上縁に沿って配置される。上記
構成は、表面としている正極電極5側のみを説明した
が、隔膜4を介して裏面に配置される負極電極も同様で
ある。また、裏面には、負極電極への整流部が正極電極
5側と同様に設けられているが、ここでは省略し、ガイ
ド溝24B-1のみ破線で示す。
【００４１】(シール)本例では、内周シール、外周シー
ルの双方にOリングを用いる。Oリングの線径は3mm以下
が好ましく、内周シール32(図3参照)と外周シール33
(同)とで線径が異なってもよい。Oリングの外径は、セ
ルフレーム30の大きさに合わせて適宜変更させるとよ
い。
【００４２】(隔膜)隔膜4は、イオン交換膜などのイオ
ンが通過できるものを用いる。このような隔膜4は、例
えば、塩化ビニル、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプ
ロピレンなどから形成される。厚さは、400μm以下、特
に好ましくは200μm以下、大きさは、セルフレーム30の
フレーム枠31の外寸よりも若干大きいものを用いる。厚
さの下限は、現状では20μm程度である。
【００４３】(双極板及び電極)双極板21は、プラスチッ
クカーボン製の矩形板で、図3に示すように一面に正極
電極5が配置され、他面に負極電極6が配置される。この
ような双極板21は、黒鉛、カーボン微粒子、塩素を含む
材料から形成するとよい。厚さは、0.1〜1mm、大きさは
フレーム枠31の内周に形成される矩形空間よりも若干大
きいものを用いる。電極5、6は、カーボン繊維からなる
ものを用いる。これら電極5、6の大きさは、フレーム枠
31の内周に形成される矩形空間に対応したサイズとす
る。
【００４４】(セルスタックの組立手順)まず、本発明セ
ルフレーム30の作製手順を説明する。金型によりフレー
ム片31a、31bを成型する。一対のフレーム片31a、31bを
用意し、その内周部に双極板21の外周部を接着剤により
接合し、セルフレーム30を形成する。セルフレーム30
は、フレーム片31a、31bの接合状態が把握できる程度に
透明な材料で形成しておくことが好ましい。
【００４５】次に、本発明セルフレーム30を電極や隔膜
と積層する。図4は、本発明セルフレーム30を用いたセ
ルスタック40を模式的に表した上面図、図5はセルスタ
ック40の正面図、図6はその左側面図、図7はその右側面
図である。図中、同一記号は同一物を示す。
【００４６】まず、セルフレーム30の双極板21の一面に
正極電極5、他面に負極電極6を配置して、図2に示すよ
うに保護板29で押さえる。このセルフレーム30の両面の
内周シール溝34及び外周シール溝35に内周シール32(図3
参照)及び外周シール33(同)を配置しておく。
【００４７】セルスタック40は、上記双極板21、電極
5、6及び内周シール32、外周シール33を具えたセルフレ
ーム30を複数積層させて、その両側に順に端部フレーム
41、塩化ビニル製のプラスチック板42、エンドプレート
43を配置し、一方のエンドプレート43から他方のエンド
プレート43に貫通する複数本の長ボルト44を締め付ける
ことで形成する。端部フレーム41は、銅板の内周にプラ
スチックカーボンシートを具えるものが好ましい。銅板
の表面処理は、メッキ、溶射、蒸着などにより行うとよ
い。この端部フレーム41には、通電のための電気端子45
を具える。プラスチック板42には、電解液を供給及び排
出するための給排部46を具える。このプラスチック板42
の厚さは、10〜50mmが好ましい。
【００４８】エンドプレート43は、図5に示すように外
周縁43aに長ボルト44が貫通される孔(図示せず)を有
し、外周縁43a内の矩形空間に格子状に支持部43bを具え
るものである。格子状に支持部43bを具えることでエン
ドプレート43は、長ボルト44の両端部にねじ込んだナッ
ト50で締め付けた際、セルフレーム30(図4参照)の各部
を均一に押圧することができる。また、従来の平板部と
格子部とを一体化したエンドプレート102(図9参照)と同
等の押圧力を保持することができる。同時に、外周縁43
a内の矩形空間がほとんど空洞であることでエンドプレ
ート43は、少ない材料で形成できて軽量化されるため、
セルスタック40の組み立ての際、作業者の負担を少なく
できる。また、長ボルト44端部の外周には、コイルバネ
48が配置されており、セルスタックの熱伸縮を吸収す
る。
【００４９】本例において長ボルト44は、その中央部に
絶縁被覆を施している。前述したように、各セルフレー
ムの間には隔膜4が挟み込まれ、隔膜4の外縁がセルフレ
ームの外縁よりわずかに露出していることがある。隔膜
4には電解液が含浸されているため、セルフレームの外
縁から露出した隔膜4に接触すると導通がとられること
になる。そこで、セルフレームの外縁に近接して配置さ
れる長ボルト44にも絶縁被覆を設けることで、長ボルト
を通しての導通を防止することができる。つまり、この
セルスタックは、支持碍子47によりエンドプレートを大
地に対して絶縁し、さらにセルフレームと隔膜の積層体
と長ボルトとの間も絶縁している。絶縁被覆は、塗装、
絶縁性の熱収縮チューブなどの装着、絶縁テープの巻回
などにより施すとよい。また、支持碍子47は、セルスタ
ック40と大地との絶縁を確保しながら、セルスタック40
の支持台としても機能する。
【００５０】本例において、図4、図6及び図7に示すよ
うに電解液給液口46A、46B及び排液口46A'、46B'をセル
スタック40における電気端子45を配置した面と対向する
面に配置している。このように電解液給液口46A、46B及
び排液口46A'、46B'と電気端子45とを反対方向に配置す
ることで、メンテナンスが行い易く、また組み立て作業
性がよい。更に、電解液が給排部46から漏れることがあ
っても電気端子45に掛かることがないため、電気系統に
電流が流れる恐れがほとんどない。なお、電解液給液口
46Aは正極用、電解液給液口46Bは負極用、電解液排液口
46A'は正極用、電解液排液口46B'は負極用である。ま
た、セルスタック40の上方に配置される板は、カバー49
である。
【００５１】(実施例1)上記のセルスタックを用いてレ
ドックスフロー二次電池を構成し、電池性能及び放電可
能電力量を測定した。セルスタックの材料、サイズ等の
諸元および測定結果は以下の通りである。
【００５２】＜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：30％ 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 製法：射出成型
【００５３】＜双極板＞ 寸法：厚さ0.5mm 材質：黒鉛10質量％含有塩素化ポリエチレン
【００５４】＜電極＞ 材質：カーボンフェルト
【００５５】＜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）
【００５６】＜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
【００５７】＜締付機構＞ 長ボルト本数：20本 コイルばねのばね定数：1000(N/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
【００５８】＜結果＞ 電池効率：86％ 放電可能電力量：350kWH その他：運転時セルスタックに熱伸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。
【００５９】(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2次電池を作製し、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。
【００６０】＜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5mm 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
％ 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：35％ 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
【００６１】＜双極板＞ 寸法：厚さ0.1mm 材質：黒鉛10質量％含有塩素化ポリエチレン
【００６２】＜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）
【００６３】＜締付機構＞ 長ボルト本数：24本 コイルばねのばね定数：1600(N/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
【００６４】＜結果＞ 電池効率：87％ 放電可能電力量：450kWH その他：運転時セルスタックに熱伸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。
【００６５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明レッドクス
フロー電池用セルフレーム及びこのセルを用いたレドッ
クスフロー電池によれば、次の効果を奏する。
【００６６】内外周シールの2重シールによって電解液
がセルフレーム外部へ漏れるのをより効果的に防止する
ことができる。特に、隔膜の破れ目が伝播しない程度に
外周シールと内周シールとの間隔をあけておくことで、
隔膜が破れても、その破れ目から電解液がセルフレーム
外部に漏れることがほとんどない。
【００６７】隔膜がセルフレームの外周枠から突出する
ことを許容するため、高精度の隔膜加工や、厳密な隔膜
の配置が必要なく、電池の組み立て作業性に非常に優れ
る。
【００６８】セルフレームにマニホールド及び断面積5m
m2以下のガイド溝を複数設けることで、通液の際の圧損
を低くし、かつ電解液中を流れる電流によるロスを低減
することで、電池効率を向上させることができる。
【００６９】フレーム片をフレーム枠の対角線の交点を
中心とする点対称な形状とすることで、フレーム片毎に
金型を変えることなく、同一の金型で成型することがで
き、生産性及び経済性に優れる。更に、フレーム片を点
対称な形状とすることで、接合させたセルフレームも点
対称となり、積層の際、方向性が規定されず、組み立て
作業性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明セルフレームを構成するフレーム片の平
面図である。
【図2】本発明セルフレームを積層させた際のフレーム
枠付近の部分拡大図である。
【図3】本発明セルフレームを積層させた際のフレーム
枠付近の断面を模式的に示した部分拡大図である。
【図4】本発明セルフレームを用いたセルスタックを模
式的に示した上面図である。
【図5】本発明セルフレームを用いたセルスタックの正
面図である。
【図6】本発明セルフレームを用いたセルスタックの左
側面図である。
【図7】本発明セルフレームを用いたセルスタックの右
側面図である。
【図8】従来の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9】レドックスフロー電池に用いるセルスタックの
概略構成図である。
【図10】従来のセルフレームを積層させた際のフレーム
枠付近の断面を模式的に示した部分拡図である。
【符号の説明】
1 セル 1A 正極セル 1B 負極セル 2 正極用タン
ク 3 負極用タンク 4 隔膜 5 正極電極 6 負極電極 7、8、10、11
導管 9、12 ポンプ 20、20a、20b、20c、20d セルフレーム 21 双極板
22 フレーム枠 23A、23B マニホールド 24 ガイド溝 25 Oリング
溝 25a 内周Oリング溝 25b 外周Oリング溝 26 Oリン
グ 26a 内周Oリング 26b 外周Oリング 27 平パッキン 28 円溝 29 保護板 30 セルフレーム 31 フレーム枠 31a、31b フレー
ム片 32 内周シール 33 外周シール 34 内周シール溝 35 外周シール溝 40 セルスタック 41 端部フレーム 42 プラスチッ
ク板 43 エンドプレート 43a 外周縁 43b 支持部 44
長ボルト 45 電気端子 46 給排部 46A、46B 電解液給液口 46A'、46B' 電解液排液口 47 支持碍子 48 コイル
バネ 49 カバー 50 ナット 100 セルスタック 101 長ボルト 102
エンドプレート
───────────────────────────────────────────────────── 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） 3J040 AA01 AA12 BA02 CA02 HA03 5H026 AA10 BB02 BB08 CV01 CX08 CX09 CX10 EE18 HH02 HH03 RR01

Claims (9)

    【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、 このフレーム枠の両面に、隔膜を圧接すると共に電解液
    をシールする内周シール及び外周シールを具えることを
    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】 内周シールはOリングであることを特徴
    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】 内周シールと外周シールの間隔が1mm以
    上であ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】 前記フレーム枠には、電解液の流路とな
    るマニホールドと、マニホールドからフレーム枠の内側
    に電解液を案内するガイド溝とを具え、 このガイド溝の断面積が5mm2以下であることを特徴とす
    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。
  5. 【請求項５】 マニホールドの直径は、セルフレームの
    全幅の1％〜5％の大きさ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】 フレーム枠は、一対のフレーム片を接合
    して形成され、各フレーム片は、ガイド溝の位置がフレ
    ーム枠の対角線の交点を中心とする点対称な形状である
    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。
  7. 【請求項７】 請求項1に記載のセルフレームと、隔膜
    と、電極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。
  8. 【請求項８】 隔膜の厚みが400μm以下であることを特
    徴とする請求項7に記載のレドックスフロー電池。
  9. 【請求項9】 電極から電気を取り出す電気端子と、電
    極に電解液を供給及び排出する給排部とを具え、 この電気端子と給排部とが対向し合う面に配置されるこ
    とを特徴とする請求項7に記載のレドックスフロー電
    池。
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