JP2011222312A - 電解液循環型二次電池用セルスタックおよび電解液循環型二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】電解液の外部への漏れを効果的に防止でき、かつ、組み立て時の作業効率に優れる電解液循環型二次電池用セルスタックおよびこのセルスタックを用いた電解液循環型二次電池を提供する。
【解決手段】セルスタック1は、セルフレーム2、正極電極3、隔膜4、負極電極5を順次積層することにより構成され、隔膜4とセルフレーム2との間に介在して設けられたシール部材11をさらに備え、シール部材11は、紫外線硬化型樹脂により形成されている。
【選択図】図1
【解決手段】セルスタック1は、セルフレーム2、正極電極3、隔膜4、負極電極5を順次積層することにより構成され、隔膜4とセルフレーム2との間に介在して設けられたシール部材11をさらに備え、シール部材11は、紫外線硬化型樹脂により形成されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、電解液循環型二次電池用セルスタックおよび電解液循環型二次電池に関する。
電解液循環型二次電池の一種であるレドックスフロー電池は、活物質として電解液のイオンの価数の変化(酸化還元反応)を利用した電池であり、(1)活物質の劣化が少ない、(2)電池寿命が長い、(3)高速応答性および高出力対応が可能である、さらに、(4)排ガスが発生せず環境汚染の虞が少ない、などの特徴を有している。
図4は、レドックスフロー電池の概略構成図である。レドックスフロー電池は、例えばイオン交換膜からなる隔膜101で正極セル100Aと負極セル100Bとに分離されたセル100を備える。正極セル100Aおよび負極セル100B内には、それぞれ電極として正極電極102または負極電極103が内蔵されている。正極セル100Aには、正極電解液を貯留する正極液タンク104が導管105を介して接続され、負極セル100Bには、負極電解液を貯留する負極液タンク106が導管107を介して接続されている。各導管105,107の途中には、循環ポンプ108,109がそれぞれ設けられており、これらの導管105,107を介して、各電解液がそれぞれのタンクとセルとの間で循環される。各極電解液にはバナジウムイオンなどの金属イオンを溶解させた酸性水溶液が用いられ、各循環ポンプ108,109の駆動により電解液を循環させ、正極電極102、負極電極103近傍におけるイオンの価数変化反応に伴って充放電を行う。
図5は、上記したレドックスフロー電池の主要部を構成するセルスタック110の外観構成を示す斜視図である。セルスタック110は、セルフレーム111、正極電極102、隔膜101、負極電極103が、この順に繰り返して複数積層されて構成されている。各セルフレーム111は、プラスチック製の固定枠112と、その内側に固定される双極板113とを備える。正極電極102および負極電極103は、双極板113に接着剤などで固定されている。この積層体の両端に端子板および電解液の給液管と排液管を備えた給排液板を配設した後、その両側に加圧板114を位置させ、これらの間に棒状体115を挿通し、棒状体115の両端部に形成されたねじ部にナット116を螺合して、加圧板114を両側から締め付けることにより、セルスタック110が構成される。
上記した構成のセルスタック110では、積層されるセルフレーム111間は、電解液が外部に漏れ出したりなどしないように、通常、シール手段によって液密にシールされている。このセルフレーム111間を液密にシールするためのシール手段としては、図6に示すように、隔膜101の両面に平板状パッキン117を配置し、セルフレーム111同士を、平板状パッキン117を介して重ね合わせて、セルフレーム111と隔膜101との間を面シールすることで、セルフレーム111間から電解液の漏れを防止することが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、図7に示すように、セルフレーム111の固定枠112の両面にリング溝118を設け、このリング溝118にOリング119を嵌め込む方法も知られている(例えば、特許文献2参照)。この方法では、隔膜101外周部の一方表面に一方のセルフレーム111のOリング119が当接し、隔膜101外周部の他方表面に他方のセルフレーム111のOリング119が当接することで、セルフレーム111間からの電解液の漏れが防止される。
しかしながら、上記した平板状パッキン117を配置してセルフレーム111間を液密にシールする場合、セルフレーム111に対する平板状パッキン117の配置を厳密に行ったうえで複数のセルフレーム111を積層させなければ、電解液の漏れを防止しにくい。よって、セルスタックを作製する際の作業性が非常に悪く、作製作業の効率が劣るという問題がある。
また、上記したOリング119を用いてセルフレーム111間を液密にシールする場合、セルフレーム111の重ね合わせ施工の際に、Oリング119のリング溝118からの脱落が頻発し、同様に、セルスタック作製の作業効率が低下する問題がある。さらに、シール手段として、リング溝118とOリング119とを設けるのは、部品点数が増え、また、加工に手数がかかる問題がある。
本発明は、上記した問題に着目してなされたもので、電解液の外部への漏れを効果的に防止でき、かつ、組み立てる際の作業効率に優れる電解液循環型二次電池用セルスタックおよびこのセルスタックを用いた電解液循環型二次電池を提供することを目的とする。
本願発明の上記目的は、セルフレーム、正極電極、隔膜、負極電極を順次積層することにより構成される電解液循環型二次電池用セルスタックにおいて、前記隔膜と前記セルフレームとの間に介在して設けられたシール部材をさらに備え、前記シール部材は、紫外線硬化型樹脂からなることを特徴とする電解液循環型二次電池用セルスタックにより達成される。
本発明の好ましい実施態様においては、前記シール部材は、前記セルフレームの周縁に沿って額縁状に設けられていることを特徴としている。
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記シール部材を構成する紫外線硬化型樹脂が、チクソ性付与剤を含有することを特徴としている。
前記シール部材は、硬化前のチクソ性の度合いを示すTI値が2.0以上であることを特徴としている。
本願発明の上記目的は、上記した構成の電解液循環型二次電池用セルスタックを備えている電解液循環型二次電池によっても達成される。
本発明によれば、電解液の外部への漏れを効果的に防止でき、かつ、組み立てる際の作業性に優れる電解液循環型二次電池用セルスタックおよびこのセルスタックを用いた電解液循環型二次電池を提供することができる。
図1は、本発明の一実施例である電解液循環型二次電池用セルスタック1(以下、単に「セルスタック」という。)の概略構成を示す断面図である。このセルスタック1は、電解液循環型二次電池の一種であるレドックスフロー電池の主要部を構成するものであり、双極板20を備えたセルフレーム2、正極電極3、隔膜4、および負極電極5が複数積層されたセル積層体10の両端部に、それぞれ端子板6および給排液板7を配置した後、加圧板8を配置して、締付部材9にて各部材を締め付けた構成のものである。
セル積層体10は、隔膜4の両側に、電極(正極電極3または負極電極5)およびセルフレーム2がそれぞれ配置されてなるセルを複数積層した構成のものである。前記セルは、2枚のセルフレーム2が、隔膜4を挟んだ状態でシール部材11を介して貼り合わされている構成のものであり、このシール部材11の内周側の領域に電解液が封入される。また、隔膜4とセルフレーム2の双極板20との間に、正極電極3および負極電極5が配置されている。
セルフレーム2は、開口部22(図2に示す)を有する矩形状の固定枠21と、固定枠21の開口部22に固定された双極板20とから構成される。固定枠21は、塩化ビニルを主成分とする合成樹脂で形成された枠状体である。なお、固定枠21を構成する材料は、耐酸性、電気的絶縁性、機械的強度などを満たすものであれば種々の合成樹脂を利用することができる。一方、双極板20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。
固定枠21には、図2に示すように、その長辺部分に、複数のマニホールド23が形成されている。これらのマニホールド23は、電極3,5に電解液を供給する給液用マニホールドと、電極3,5からの電解液を外部に排出する排液用マニホールドとに区別されている。複数のセルフレーム2を積層した際、各セルフレーム2の固定枠21のマニホールド23が連続した状態となることで、これらマニホールド23により積層方向に伸びる電解液の流路が形成される。さらに、固定枠21には、所定のマニホールド23と開口部22とを連通する流通溝24が形成されており、給液用マニホールドを流れる電解液を給液用の連通溝24を介して電極3,5に供給し、電極3,5に供給された電解液を排液用の連通溝24を介して排液用マニホールドへと排出するようになっている。
図1に戻って、双極板20の一方の面には正極電極3が、他方の面には負極電極5が配置される。各電極3,5は、カーボンフェルトにより構成されている。これら各電極3,5の大きさは、セルフレーム2の開口部22に対応したサイズとなっている。なお、各電極3,5は、双極板20に接着剤で接着するようにしてもよいし、後述する締付部材9の締付力により双極板20に各電極3,5を当接させるようにしてもよい。
隔膜4は、電解液中のイオンが通過可能なものであり、矩形状のイオン交換膜により構成される。この隔膜4は、セルフレーム2とほぼ同じ大きさに形成されていて、その外周縁部は、セルフレーム2のシール部材11に密着している。また、この隔膜4のセルフレーム2のマニホールド23に面する個所には、透孔(図示せず)が形成されている。
固定枠21の両面には、図2に示すように、セル積層体10の外部への電解液の漏れを防止するシール部材11が設けられている。シール部材11は、本実施例では、固定枠21の周縁に沿って額縁状に2列並列して設けられている。一方のシール部材11は、固定枠21の外周縁に沿って、他方のシール部材11は、固定枠21の内周縁(開口部22)に沿って、それぞれ設けられていて、マニホールド23を挟むようにして所定の間隔が空けられている。隔膜4を介してセルフレーム2を複数積層した際、図3に示すように、各シール部材11が隔膜4に密着することで、シール部材11と隔膜4との間、および、シール部材11とセルフレーム2との間の各々で内周側に存在する電解液に対するシールがなされて、セルフレーム2間からの電解液の漏れが防止される。
なお、本実施例では、各シール部材11を、固定枠21の両面において同位置に設けているが、シール部材11は固定枠21の表裏でずれた位置に設けるようにしてもよい。このように2重にシール部材11を配置することで、セルフレーム2を複数積層した際、電解液がセルフレーム2の外部へ漏洩するのが確実に防止される。
各シール部材11は、防水性に優れる紫外線硬化型樹脂により形成されている。この紫外線硬化型樹脂は、紫外線および可視光線の照射を受けることで重合反応を引き起こして硬化する光重合開始剤が配合されたものであり、ラジカル重合タイプ、光カチオン重合タイプのものが好ましく使用される。
ラジカル重合タイプの紫外線硬化型樹脂の重合性組成物として、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、クロロスチレンなどのスチレン系化合物;
酢酸ビニル、N−ビニルピロリドンなどのビニル化合物;
メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、s−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、n−ペンチル(メタ)アクリレート、イソペンチル(メタ)アクリレート、へキシル(メタ)アクリレート、ヘプチル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、n−ノニル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート、n−デシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、n−ドデシル(メタ)アクリレート、イソミリスチル(メタ)アクリレート、n−トリデシル(メタ)アクリレート、n−テトラデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレートなどのアルキル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノ(メタ)アクリレート、テトラフロロプロピル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、ブトキシヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、モノアクリロキシコハク酸エチル、(メタ)アクリロキシエトキシジヒドロキシフォスフィンオキサイド、(メタ)アクリロイルモルホリン、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、ダイアセトン(メタ)アクリルアミドなどの単官能モノマー;
1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジシクロペンタジエニルジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、テトラブロモビスフェノールAジアクリレート、亜鉛ジ(メタ)アクリレート、メチレンビス(メタ)アクリルアミドなどの2官能モノマー;
トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレートなどの3官能以上のモノマー;
ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ビスフェノールS型、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型、脂環型のエポキシ(メタ)アクリレート、エポキシ化油(メタ)アクリレート、ポリエステル型、ポリエーテル型、スピラン環型のウレタン(メタ)アクリレート、不飽和ポリエステル(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレート、ポリエーテル(メタ)アクリレート、ポリアクリル(メタ)アクリレート、ビニル/アクリルオリゴマー、ポリオール/ポリチオール、シリコーン(メタ)アクリレート、ポリブタジエン(メタ)アクリレート、ポリスチリルエチル(メタ)アクリレート、シリコーン系(メタ)アクリレート、ポリエチレンポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、カーボネートアクリルオリゴマー、ポリテトラメチレングリコールジアクリレート、ポリカプロラクトンジアクリレートなどのオリゴマー;
などが挙げられる。これらの重合性組成物は、単独または2種以上併用して用いることができる。
酢酸ビニル、N−ビニルピロリドンなどのビニル化合物;
メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、s−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、n−ペンチル(メタ)アクリレート、イソペンチル(メタ)アクリレート、へキシル(メタ)アクリレート、ヘプチル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、n−ノニル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート、n−デシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、n−ドデシル(メタ)アクリレート、イソミリスチル(メタ)アクリレート、n−トリデシル(メタ)アクリレート、n−テトラデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレートなどのアルキル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノ(メタ)アクリレート、テトラフロロプロピル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、ブトキシヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、モノアクリロキシコハク酸エチル、(メタ)アクリロキシエトキシジヒドロキシフォスフィンオキサイド、(メタ)アクリロイルモルホリン、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、ダイアセトン(メタ)アクリルアミドなどの単官能モノマー;
1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジシクロペンタジエニルジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、テトラブロモビスフェノールAジアクリレート、亜鉛ジ(メタ)アクリレート、メチレンビス(メタ)アクリルアミドなどの2官能モノマー;
トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレートなどの3官能以上のモノマー;
ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ビスフェノールS型、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型、脂環型のエポキシ(メタ)アクリレート、エポキシ化油(メタ)アクリレート、ポリエステル型、ポリエーテル型、スピラン環型のウレタン(メタ)アクリレート、不飽和ポリエステル(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレート、ポリエーテル(メタ)アクリレート、ポリアクリル(メタ)アクリレート、ビニル/アクリルオリゴマー、ポリオール/ポリチオール、シリコーン(メタ)アクリレート、ポリブタジエン(メタ)アクリレート、ポリスチリルエチル(メタ)アクリレート、シリコーン系(メタ)アクリレート、ポリエチレンポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、カーボネートアクリルオリゴマー、ポリテトラメチレングリコールジアクリレート、ポリカプロラクトンジアクリレートなどのオリゴマー;
などが挙げられる。これらの重合性組成物は、単独または2種以上併用して用いることができる。
そして、ラジカル重合タイプの紫外線硬化型樹脂の光重合開始剤は、紫外光や可視光により容易に重合開始するものであれば、いずれでも良い。例えば、アルキルフェノン型、アシルフォスフィンオキサイド型、チタノセン型及びオキシムエステル型などが使用される。
アルキルフェノン型として、例えば、ベンジルケタ−ル(2,2−ジメトキシ−1,2ジフェニルエタン−1−オンなど)、α−ヒドロキシアセトフェノン(2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オンなど)、α−アミノアセトフェノン(2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1など)などが挙げられる。
アシルフォスフィンオキサイド型として、例えば、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド、2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−フォスフィンオキサイドなどが挙げられる。
チタノセン型としては、例えば、ビス(η6−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロ−ル−1−イル)−フェニル)チタニウムなどが挙げられる。
オキシムエステル型として、例えば、1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)−,2−(O−ベンゾイルオキシム)]などが挙げられる。
一方、光カチオン重合タイプの紫外線硬化型樹脂の重合性組成物として、例えば、脂環式エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、脂肪族系エポキシ樹脂およびトリグリシジルイソシアヌレートなどのエポキシ樹脂が挙げられ、また、3−エチル−3−(2−エチルヘキシロキシメチル)オキセタン、3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、1,4−ビス−{[(3−エチル−3−オキセタニル)メトキシ]メチル}ベンゼンおよびオキセタニル−シルセスキオキサンなどのオキセタン樹脂が挙げられる。
そして、光カチオン重合タイプの紫外線硬化型樹脂の光重合開始剤として、例えば、アリルジアゾニウム塩(ヘキサフルオロフォスフェート、テトラフルオロボラート)、ジアリルヨードニウム塩、鉄−アレン錯体、スルホン酸エステルなどが挙げられる。
以上、ラジカル重合タイプおよび光カチオン重合タイプの紫外線硬化型樹脂それぞれの重合性組成物および光重合開始剤について説明したが、重合性組成物に対する光重合開始剤の配合量は限定されず、重合性組成物と光重合開始剤の種類に応じて設定できる。例えば、光重合開始剤の配合量は、重合性組成物100重量部に対して0.1〜10重量部程度が好ましく、0.1〜5重量部程度がより好ましい。
紫外線硬化型樹脂には、必要に応じて、粘着剤、安定剤、硬化促進剤、紫外線吸収剤など公知の添加剤を添加することができる。また、微粒子非晶質シリカや微粒子炭酸カルシウムなどのチクソ性を増大させるチクソ性付与剤を紫外線硬化型樹脂に添加するのが望ましい。紫外線硬化型樹脂のチクソ性の好ましい範囲としては、Ti値にもとづいて2.0以上を例示できる。チクソ性が2.0に達しない場合には、固定枠21上に設けられる紫外線硬化型樹脂が、硬化する前に固定枠21上ににじみ出てしまって、シール部材11としての形状を保持させるのが難しいからである。
また、紫外線硬化型樹脂の硬度の好ましい範囲としては、JISK6253の方法に従って、A型硬さ試験による23℃での硬度が90以下であることが好ましい。硬度が90を超えると、紫外線硬化型樹脂が硬くなりすぎて柔軟に変形せず、その結果、隔膜4に十分に密着しないことから、シール不良(シール漏れ)を生じるおそれがあるからである。
上記した紫外線硬化型樹脂でシール部材11を形成する方法としては、例えば、紫外線硬化型樹脂を溶液とし、この溶液をグラビアコート法、ロールコート法、ディスペンサ−描画法、印刷法などの周知の塗布法で、セルフレーム2の所定の位置、すなわち、固定枠21の周縁に沿って額縁状に2列並列して塗布する。そして、紫外線硬化型樹脂が塗布されたセルフレーム2の上に、正極電極3、隔膜4、負極電極5を載置した後、紫外線硬化型樹脂が塗布された別のセルフレーム2を重ね合わせる。このような手順で、セルフレーム2を所定枚数(例えば、96枚)重ね合わせ、上方向から力を加えて、各セルフレーム2をプレスする。
そして、セルフレーム2、正極電極3、隔膜4、および負極電極5が複数積層されたこのセル積層体10に、紫外線照射装置によって、例えば高圧水銀灯を用いて、積算光量で2000mJ/cm2〜4000mJ/cm2の紫外線を照射して、紫外線硬化型樹脂を硬化させる。これにより、各セルフレーム2と隔膜4との間が紫外線硬化型樹脂により接合されて、セルフレーム2間が、紫外線硬化型樹脂層からなるシール部材11により液密にシールされる。シール部材11の厚み、つまり、セルフレーム2の固定枠21上に形成される紫外線硬化型樹脂層の厚みは、組み立てられるセルスタック1の大きさに応じて適宜選択できるが、1mm以下程度が適当である。
図1に戻って、セル積層体10の両端付近には、レドックスフロー電池としての充放電を行うために、例えば銅板からなる端子板6が設けられている。セル積層体10における端部の各電極3,5に端子板6を接触させ、この端子板6から図示しない電気端子を引き出すことで、セル積層体10に対する電力の出し入れが行われる。
セル積層体10の両端には、給排液板7が配置されている。給排液板7は、電解液タンクと各セルフレーム2のマニホールド23とを連結して、マニホールド23へ電解液を供給・排出するためのものである。給排液板7にはパイプ(図示せず)が取り付けられ、このパイプは電解液タンクに接続されている。パイプは、給排液板7内の電解液流路(図示せず)を介して各セルフレーム2のマニホールド23に接続されている。
セル積層体10に重ね合わされた端子板6および給排液板7の外側には、それぞれ加圧板8が配置されている。この加圧板8の外周縁部には、多数の貫通孔が形成されている。この貫通孔に棒状体12を差し込むことで各加圧板8を連結し、ナットなどの締付部材9で締め付けることで、セルフレーム2、各電極3,5、隔膜4、端子板6、給排液板7が互いに圧接されて、セルスタック1が構成される。
以上のように構成されたセルスタック1を用いたレドックスフロー電池の動作原理は、図4で説明したものと同様であり、セルスタック1に、図示しない正極液タンク、正極液用循環ポンプ、正極液用導管、負極液タンク、負極液用循環ポンプ、負極液用導管などが付加されて、レドックスフロー電池が構成される。レドックスフロー電池に使用する電解液としては、イオンの酸化還元反応が可能な種々の電解液が使用できる。例えば、バナジウムイオンを含む電解液(バナジウム硫酸水溶液)を好ましく使用できる。
上記した構成のセルスタック1およびこのセルスタック1を用いたレドックスフロー電池によれば、セルフレーム2の固定枠21上に紫外線硬化型樹脂を塗布し、この紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射して硬化させるだけで、シール部材11を容易にセルフレーム2に一体に設けることができる。そのため、従来の平板状パッキンのように、セルスタック1の組み立て作製時に、シール部材11とセルフレーム2との配置を厳密に行ったりする必要がなく、また、従来のOリングのように、セルスタック1の組み立て形成時に、シール部材11がセルフレーム1から脱落することもなく、その上、部品点数や加工の手数も減らせるので、セルスタック1を簡単に組み上げることが可能となり、セルスタック1作製の作業効率を格段に改善することができる。
また、紫外線硬化型樹脂は、チクソ性を有しているので、硬化前にセルフレーム2上に塗布された状態においても液だれせずに所望の形状を保持可能である。また、柔軟かつ強靭な硬化物(シール部材11)が得られるので、経年変化しにくいうえ、シール部材11が容易に変形して隔膜4に密着するので、シール不良(シール漏れ)が確実に防止され、液シールの信頼性を十分に確保可能である。
以上、本発明の一実施例について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。例えば、本実施例では、シール部材11をセルフレームの周縁に沿って額縁状に2列並列して設けているが、電解液の漏れを防止可能な配置であれば、どのような配置であっても構わない。本発明では、セルフレーム2上に紫外線硬化型樹脂を塗布するラインを自由に描くことができるから、これによって、シール部材11をセルフレーム2の所望位置に容易に設けることが可能となっている。
なお、上記実施例では、レドックスフロー電池を例にとり説明したが、本発明がレドックスフロー電池のみに限定されないのは言うまでもない。
1 セルスタック
2 セルフレーム
3 正極電極
4 隔膜
5 負極電極
11 シール部材
2 セルフレーム
3 正極電極
4 隔膜
5 負極電極
11 シール部材
Claims (5)
- セルフレーム、正極電極、隔膜、負極電極を順次積層することにより構成される電解液循環型二次電池用セルスタックにおいて、
前記隔膜と前記セルフレームとの間に介在して設けられたシール部材をさらに備え、前記シール部材は、紫外線硬化型樹脂からなることを特徴とする電解液循環型二次電池用セルスタック。 - 前記シール部材は、前記セルフレームの周縁に沿って額縁状に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の電解液循環型二次電池用セルスタック。
- 前記シール部材を構成する紫外線硬化型樹脂が、チクソ性付与剤を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の電解液循環型二次電池用セルスタック。
- 前記紫外線硬化型樹脂は、硬化前のチクソ性が2.0以上であることを特徴とする請求項3に記載の電解液循環型二次電池用セルスタック。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の電解液循環型二次電池用セルスタックを備えている電解液循環型二次電池。
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