JP2016207669A - 枠体、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

Abstract

【課題】スリット内の電解液の放熱を改善でき、電解液の温度上昇を抑制できるレドックスフロー電池のセルに用いられる枠体を提供する。【解決手段】レドックスフロー電池のセルに用いられる枠体であって、前記枠体の内側に形成された開口と、電解液が流通するマニホールドと、前記マニホールドと前記開口とを接続し、前記マニホールドと前記開口との間で前記電解液の流路を形成するスリットとを備え、前記スリットは、前記電解液の流通方向に直交する断面において、互いに対向する一対の側壁を有し、前記スリットの深さ方向の少なくとも一部に、前記側壁の間隔が深さ方向に狭くなる幅狭部を有する枠体。【選択図】図３

Description

本発明は、レドックスフロー電池のセルに用いられる枠体、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に関する。特に、枠体に設けられたスリット内の電解液の放熱を改善でき、電解液の温度上昇を抑制できるレドックスフロー電池用セルの枠体に関する。

大容量の蓄電池の一つとして、レドックスフロー電池（以下、「ＲＦ電池」と呼ぶ場合がある）が知られている（特許文献１、２を参照）。レドックスフロー電池の用途としては、負荷平準化用途の他、瞬低補償や非常用電源などの用途、大量導入が進められている太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーの出力平滑化用途などが挙げられる。

ＲＦ電池は、正極電解液及び負極電解液に酸化還元により価数が変化する金属イオン（活物質）を含有する電解液を使用して充放電を行う電池である。図１０に、正極電解液及び負極電解液に活物質となるＶイオンを含有するバナジウム電解液を使用したバナジウム系ＲＦ電池３００の動作原理図を示す。図１０中の電池セル１００内の実線矢印は充電反応を、破線矢印は放電反応をそれぞれ示す。

ＲＦ電池３００は、水素イオンを透過させるイオン交換膜１０１で正極セル１０２と負極セル１０３とに分離されたセル１００を備える。正極セル１０２には正極電極１０４が内蔵され、かつ正極電解液を貯留する正極電解液用タンク１０６が導管１０８，１１０を介して接続されている。一方、負極セル１０３には負極電極１０５が内蔵され、かつ負極電解液を貯留する負極電解液用タンク１０７が導管１０９，１１１を介して接続されている。そして、ポンプ１１２，１１３により、各タンク１０６，１０７に貯留される電解液をセル１００（正極セル１０２及び負極セル１０３）に循環流通させて、充放電を行う。

上記ＲＦ電池３００には、通常、複数のセル１００が積層されたセルスタックを備える構成が利用されている。図１１は、セルスタックの概略構成図である。図１１に例示するセルスタック１０Ｓは、矩形枠状の枠体２２の内側に双極板２１が設けられたセルフレーム２０、正極電極１０４、イオン交換膜１０１、及び負極電極１０５をそれぞれ複数積層してなり、その積層体を２枚のエンドプレート２５０で挟み込んで締め付けることで形成されている。枠体２２は、その内側に開口が形成されており、セルフレーム２０は、枠体２２の開口に双極板２１が嵌め込まれて構成されている。セルフレーム２０は、枠体２２の内周面及び双極板２１の表面により枠体２２の内側に凹部（チャンバー）２４が形成され、双極板２１の一面側に正極電極１０４が配置され、他面側に負極電極１０５が配置される。枠体２２の内側に形成されたチャンバー２４には、電極（正極電極１０４又は負極電極１０５）が収納され、双極板２１と枠体２２とイオン交換膜１０１とで囲まれるチャンバー２４の内部空間がセル（正極セル又は負極セル）を構成する。上記セルスタック１０Ｓでは、図１１に示すように、隣接するセルフレーム２０の間に、イオン交換膜１０１を挟んで正負一対の電極１０４，１０５が配置されることにより、１つのセル（単セル）１００が形成されることになる。

セルスタック１０Ｓにおける電解液の流通は、枠体２２に貫通して形成されたマニホールド２００、及び枠体２２の表面に形成され、マニホールド２００とチャンバー２４との間を接続するスリット２１０により行われる。図１１に例示するセルスタック１０Ｓでは、正極電解液は、給液マニホールド２０１から枠体２２の一面側（紙面表側）に形成された給液スリット２１１を介して正極電極１０４が収納されるチャンバー２４に供給され、このチャンバー２４内を流通し、排液スリット２１３を介して排液マニホールド２０３に排出される。同様に、負極電解液は、給液マニホールド２０２から枠体２２の他面側（紙面裏側）に形成された給液スリット２１２を介して負極電極１０５が収納されるチャンバーに供給され、排液スリット２１４を介してチャンバーから排液マニホールド２０４に排出される。セルフレーム２０間には、電解液の漏洩を抑制するため、枠体２２の外縁部に沿ってＯリングや平パッキンなどの環状のシール部材５０が配置されている。

特開２０１３−８０６１３号公報 特開２００２−２４６０６１号公報

ＲＦ電池では、スリット内に充電状態の電解液が満たされていると、スリット内の電解液を通じてシャント電流が流れ、シャント電流による損失（シャント電流損失）が生じる。このシャント電流に起因して電解液が発熱し、電解液の温度が上昇する場合がある。例えば、ＲＦ電池の待機時は、スリット内に電解液が留まっているため、電解液を流通させる運転時に比較して、スリット内で電解液の温度が上昇し易い。電解液の温度が上昇すると、電解液に析出物が生じることがあり、電解液が劣化するなど電池性能の低下を招く虞がある。また、電解液の温度上昇により、その熱によって枠体が軟化して変形するなど枠体（セルフレーム）にダメージを与える虞がある。したがって、スリット内の電解液の温度上昇を抑制するため、電解液の放熱を改善することが望まれる。

従来のＲＦ電池のセルに用いられている枠体では、一般に、スリットの断面形状が略正方形状である。従来、スリットの断面形状について、スリット内の電解液の放熱を改善する観点から、必ずしも十分な検討が行われていなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的の１つは、レドックスフロー電池用セルの枠体において、スリット内の電解液の放熱を改善でき、電解液の温度上昇を抑制できる枠体を提供することにある。

本発明の一態様に係る枠体は、レドックスフロー電池のセルに用いられる枠体であって、前記枠体の内側に形成された開口と、電解液が流通するマニホールドと、前記マニホールドと前記開口とを接続し、前記マニホールドと前記開口との間で前記電解液の流路を形成するスリットとを備える。前記スリットは、前記電解液の流通方向に直交する断面において、互いに対向する一対の側壁を有し、前記スリットの深さ方向の少なくとも一部に、前記側壁の間隔が深さ方向に狭くなる幅狭部を有する。

本発明の一態様に係るレドックスフロー電池用セルフレームは、上記本発明の一態様に係る枠体と、前記枠体の開口に嵌め込まれる双極板とを備え、前記枠体及び前記双極板により前記枠体の内側にチャンバーが形成されている。

本発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、上記本発明の一態様に係るレドックスフロー電池用セルフレームを備える。

上記枠体は、スリット内の電解液の放熱を改善でき、電解液の温度上昇を抑制できる。上記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は、セルを構成する枠体に設けられたスリット内の電解液の放熱を改善でき、電解液の温度上昇を抑制できる。

実施形態１に係る枠体の概略正面図である。 実施形態１に係る枠体を備えるセルフレームの概略正面図である。 実施形態１に係る枠体におけるスリットの断面形状を示す概略断面図である。 実施形態２に係る枠体におけるスリットの断面形状を示す概略断面図である。 実施形態３に係る枠体におけるスリットの断面形状を示す概略断面図である。 実施形態４に係る枠体におけるスリットの断面形状を示す概略断面図である。 実施形態５に係る枠体におけるスリットの断面形状を示す概略断面図である。 スリットの断面形状の変形例を示す概略断面図である。 スリットの断面形状の別の変形例を示す概略断面図である。 スリットの断面形状の更に別の変形例を示す概略断面図である。 スリットの断面形状の他の変形例を示す概略断面図である。 レドックスフロー電池の動作原理図である。 セルスタックの概略構成図である。

［本発明の実施形態の説明］
本発明者らは、枠体に設けられたスリットでの電解液成分の析出を抑制するため、スリット内の電解液の放熱を改善して電解液の温度上昇を抑制できるスリットの断面形状について検討を試みた。「スリットの断面形状」とは、電解液の流通方向に直交する断面の形状を意味し、当該断面において、スリットを構成する壁面と開口部とで囲まれる閉領域で表される。以下の説明において、特に断りがない限り、「スリットの断面」とは、電解液の流通方向に直交する断面を意味する。

シャント電流による発熱によってスリット内の電解液の温度が上昇した場合、電解液の熱は電解液が接するスリットの壁面から放熱され、冷却される。そのため、スリット内において、スリットの壁面に接している部分では、熱伝導によって電解液の温度が低くなり、温度差により電解液の対流が起こる。この対流を促進させることができれば、電解液からスリット壁面への熱の移動が促進され、電解液の放熱効率が向上すると考えられる。そこで、本発明者らは、電解液の対流を促進できるスリットの断面形状について種々検討した。

従来のスリットの断面形状は、上述したように略正方形状であり、枠体の表面に平行な底壁と、枠体の表面から底壁に対して垂直方向に延び、互いに平行に対向する一対の側壁とを有する形状である。つまり、従来のスリットは、スリットの深さ方向の全体に亘って側壁の間隔が実質的に一定であり、側壁と底壁とのなす角度が直角（９０°）である。「スリットの深さ方向」とは、電解液の流通方向に直交する断面において、スリットの開口部から底部に向かって枠体の表面に対して垂直な方向（即ち、枠体の厚さ方向）を意味する。

本発明者らは、電解液の対流を促進するため、スリットの断面形状を、側壁の間隔が深さ方向に狭くなる幅狭部を有する形状とすることを考えた。このスリットは、幅狭部において側壁の少なくとも一方が深さ方向に対して傾斜しており、スリット内の電解液に対流が生じた際に側壁に沿って移動する電解液の対流が促進されると考えられる。したがって、このような断面形状のスリットは、側壁が互いに対向し、且つ深さ方向に平行な従来のスリットに比較して、電解液の対流が促進されるため、電解液の放熱を改善でき、電解液の温度上昇を抑制できると考えられる。

本発明者らは、上述の考えに基づいて、本発明を完成するに至った。最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

（１）本発明の一態様に係る枠体は、レドックスフロー電池のセルに用いられる枠体であって、前記枠体の内側に形成された開口と、電解液が流通するマニホールドと、前記マニホールドと前記開口とを接続し、前記マニホールドと前記開口との間で前記電解液の流路を形成するスリットとを備える。前記スリットは、前記電解液の流通方向に直交する断面において、互いに対向する一対の側壁を有し、前記スリットの深さ方向の少なくとも一部に、前記側壁の間隔が深さ方向に狭くなる幅狭部を有する。

上記枠体によれば、スリットが、その断面において、スリットの深さ方向の少なくとも一部に側壁の間隔が深さ方向に狭くなる幅狭部を有することから、電解液の対流が促進される。具体的には、幅狭部において、側壁の少なくとも一方が深さ方向に対して傾斜しており、この側壁の傾斜面に沿って移動する電解液の対流を促進できる。その結果、対流による電解液の放熱効果が向上する。したがって、従来に比較して、スリット内の電解液の放熱を改善でき、電解液の温度上昇を抑制できるので、電解液成分の析出を抑制できる。また、電解液の熱の影響による枠体の軟化、変形を抑制できる。

「幅狭部」とは、側壁の間隔が、スリットの深さ方向（開口部側から底部側）に向かって徐々に狭くなるように連続的に変化する部分である。幅狭部において、側壁の少なくとも一方が深さ方向に対して傾斜していればよく、一方の側壁が深さ方向に対して傾斜し、他方の側壁が深さ方向に沿っていてもよいし、両方の側壁が深さ方向に対して傾斜していてもよい。「深さ方向に沿って」とは、深さ方向に対して実質的に平行（つまり、開口部側から底部側に向かって枠体表面に対して垂直）であることを意味する。また、幅狭部は、スリットの深さ方向の少なくとも一部にあればよく、深さ方向の一部に幅狭部が形成され、その他の部分は側壁の間隔が実質的に一定であってもよい。例えば、開口部から深さ方向の途中位置まで側壁の間隔が実質的に一定で、開口部の幅と同じ部分が存在してもよい。幅狭部の数は１つであってもよいし、複数であってもよい。深さ方向の全体に亘って幅狭部が形成されていることが好ましい。

（２）上記枠体の一形態として、上記スリットは、底壁を有し、前記底壁は、上記枠体の表面に平行な平坦面を有することが挙げられる。

上記形態によれば、底壁が枠体の表面に平行な平坦面を有することで、従来の断面正方形状のスリットに比較して、スリットの断面積を同じとした場合、スリットの周長を長くできる。スリットの周長が長くなれば、その分、電解液との接触面積が大きくなり、電解液からスリット壁面への熱の移動が多くなることから、熱伝導による電解液の放熱効果が向上する。よって、スリット内の電解液の放熱をより改善でき、電解液の温度上昇をより抑制できる。「スリットの周長」とは、電解液の流通方向に直交する断面における周長を意味し、当該断面において、スリットを構成する壁面の周長（側壁及び底壁の全長）と、開口部の幅とを合計した長さで表される。

（３）上記（２）に記載の枠体の一形態として、少なくとも一方の上記側壁と上記底壁とのなす角度が９１°以上１２０°以下であることが挙げられる。

従来の断面正方形状のスリットのように、側壁と底壁とのなす角度が直角（９０°）であると、側壁と底壁との角部に沿った対流が生じ難く、角部近傍において、対流による電解液の放熱が促進され難い。側壁と底壁とのなす角度が９１°以上であることで、側壁と底壁との角部において、側壁の傾斜面に沿って電解液が対流し易く、角部近傍での電解液の放熱が促進される。側壁と底壁とのなす角度が１２０°以下であることで、スリットの断面積を一定とした場合、スリットの周長が長くなり過ぎず、電解液が流通する際の圧力損失が過度に大きくなることを抑制できる。スリットの断面積が大きいほど、或いはスリットの周長が短いほど、圧力損失は小さくなるため、断面積を同じとした場合、周長が短い方が圧力損失を小さくできる。その他、側壁と底壁とのなす角度が１２０°以下であることで、スリットの深さが浅くなり過ぎず、スリットを形成し易い。スリットは、例えば、枠体を射出成形により形成する際に同時に形成したり、切削加工により形成することが挙げられる。また、側壁と底壁とのなす角度が１２０°以下であれば、スリットの開口部の幅が広くなり過ぎず、枠体の幅を小さくでき、枠体の小型化を図ることができる。側壁と底壁とのなす角度は、例えば９５°以上１１０°以下であることが好ましい。

（４）上記（２）又は（３）に記載の枠体の一形態として、少なくとも一方の上記側壁と上記底壁との角部が曲面状に形成されていることが挙げられる。

側壁と底壁との角部が曲面状に形成されていることで、角部に沿って電解液が対流し易く、角部近傍での電解液の放熱が促進される。例えば、角部の曲率半径は０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、更に０．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが挙げられる。

（５）上記枠体の一形態として、上記幅狭部において、上記側壁の少なくとも一方は、深さ方向に対して傾斜する傾斜面を有し、上記傾斜面が平面であることが挙げられる。

幅狭部における側壁の傾斜面が平面であることで、スリットを切削加工により形成する場合など、精度よく形成し易い。

（６）上記枠体の一形態として、上記幅狭部において、上記側壁の少なくとも一方は、深さ方向に対して傾斜する傾斜面を有し、上記傾斜面が曲面であることが挙げられる。

幅狭部における側壁の傾斜面が曲面であることで、傾斜面に沿って移動する電解液の対流がより促進され易く、対流による電解液の放熱効率がより向上する。

（７）上記枠体の一形態として、上記スリットは、底壁を有し、前記底壁は、上記スリットの深さ方向に突出する曲面を有することが挙げられる。

上記形態によれば、底壁がスリットの深さ方向に突出する曲面を有することで、底壁の曲面に沿って電解液が対流し易く、底壁近傍での電解液の放熱が促進される。

（８）上記（７）に記載の枠体の一形態として、上記側壁と上記底壁の全面が曲面状に形成されていることが挙げられる。

側壁と底壁の全面が曲面状、即ちスリットの壁面全体が曲面に形成されていることで、スリットの壁面（側壁及び底壁）に沿って電解液が対流し易く、対流による電解液の放熱効率がより向上する。

（９）上記枠体の一形態として、上記スリットの深さ方向の任意の位置における上記側壁の間隔が、その位置よりも開口部側における上記側壁の間隔に対して同等以下であることが挙げられる。

上記形態によれば、側壁の間隔が、スリットの深さ方向の全体に亘って開口部の幅以下で、かつ、開口部で最も広く、底部で最も狭くなる。側壁の間隔が、開口部から底部に向かって狭くなり、深さ方向の途中で広くなる部分がないため、スリットを形成し易い。例えば、底部からスリットの深さの半分の位置における側壁の間隔が開口部より狭くなっていたり、底部からスリットの深さの１／４の位置より底部側の部分で側壁の間隔が徐々に狭くなっていることが挙げられる。

（１０）本発明の一態様に係るレドックスフロー電池用セルフレームは、上記（１）〜（９）のいずれか１つに記載の枠体と、前記枠体の開口に嵌め込まれる双極板とを備え、前記枠体及び前記双極板により前記枠体の内側にチャンバーが形成されている。

上記セルフレームによれば、本発明の一態様に係る上記枠体を備えることから、レドックスフロー電池のセルを構成する枠体において、スリット内の電解液の放熱を改善でき、電解液の温度上昇を抑制できる。したがって、電解液成分の析出を抑制したり、電解液の熱の影響による枠体の軟化、変形を抑制できる。

（１１）本発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、上記（１０）に記載のレドックスフロー電池用セルフレームを備える。

上記レドックスフロー電池によれば、本発明の一態様に係る上記セルフレームを備えることから、セルを構成する枠体において、スリット内の電解液の放熱を改善でき、電解液の温度上昇を抑制できる。したがって、電解液成分の析出を抑制したり、電解液の熱の影響による枠体の軟化、変形を抑制できる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る枠体、並びにレドックフロー電池用セルフレームの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は同一又は相当部分を示す。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

［実施形態１］
〈枠体〉
図１〜図３を参照して、実施形態１に係る枠体及びセルフレームについて説明する。図１に例示する枠体２２は、互いに対向する一対の長片２２Ｌと、長片２２Ｌの端部同士を繋ぐ一対の短片２２Ｓとを有する矩形枠状であり、その内側に開口２２ｏが形成されている。この開口２２ｏには、後述する双極板２１が嵌め込まれる。枠体２２は、例えば塩化ビニル樹脂、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で形成することが挙げられる。

枠体２２は、その表裏を貫通し、電解液が流通するマニホールド２００（マニホールド２０１〜２０４）と、その表面に形成されて、マニホールド２００と開口２２ｏとの間で電解液の流路を形成するスリット２１０（スリット２１１〜２１４）とを備える。マニホールド２００及びスリット２１０は、例えば、枠体２２を射出成形により形成する際に同時に形成することができる。

（マニホールド・スリット）
マニホールド２０１，２０２は枠体２２の一方の長片２２Ｌ（図１では下側の長片）に形成され、マニホールド２０３，２０４は枠体２２の他方の長片２２Ｌ（図１では上側の長片）に形成されている。スリット２１１，２１３は枠体２２の一面側に形成され、スリット２１２，２１４は枠体２２の他面側に形成されている。各スリット２１１〜２１４の一端はそれぞれ各マニホールド２０１〜２０４に繋がり、他端は開口２２ｏに繋がっており、各スリット２１１〜２１４はそれぞれ、各マニホールド２０１〜２０４と枠体２２の内側に形成された開口２２ｏとを接続する。

〈セルフレーム〉
図２を参照して、図１に示す実施形態１に係る枠体を備えるセルフレームについて説明する。図２に例示するセルフレーム２０は、枠体２２と、枠体２２の開口２２ｏ（図１参照）に嵌め込まれる双極板２１とを備える。セルフレーム２０は、双極板２１の周縁部を表裏から挟むように枠体２２が形成され、双極板２１の外周に枠体２２が射出成形などにより一体化されている。枠体２２の開口２２ｏに双極板２１が嵌め込まれることで、枠体２２及び双極板２１により凹部（チャンバー２４）が形成される。具体的には、セルフレーム２０は、枠体２２の内周面及び双極板２１の表面により枠体２２の内側に電極（図示せず）が収納されるチャンバー２４が形成されている。図２では、セルフレーム２０の一面側（紙面表側）のチャンバー２４のみ図示しているが、他面側（紙面裏側）にもチャンバーが形成されている。セルフレーム２０の一面側のチャンバーに正極電極、他面側のチャンバーに負極電極が収納され、双極板２１の一面側に正極電極、他面側に負極電極が配置される（図１１参照）。双極板２１には、プラスチックカーボン製のものが利用できる。

図２に例示するセルフレーム２０（枠体２２）の場合、マニホールド２０１及び２０３が正極電解液用の給液マニホールド及び排液マニホールドであり、スリット２１１及び２１３が正極電解液用の給液スリット及び排液スリットである。マニホールド２０２及び２０４が負極電解液用の給液マニホールド及び排液マニホールドであり、スリット２１２及び２１４が負極電解液用の給液スリット及び排液スリットである。各給液マニホールド２０１，２０２から延びる各給液スリット２１１，２１２がチャンバー２４（開口２２ｏ（図１参照））の下縁部に繋がっており、各排液マニホールド２０３，２０４から延びる各排液スリット２１３，２１４がチャンバー２４（開口２２ｏ）の上縁部に繋がっている。つまり、チャンバー２４の下側からチャンバー２４内に電解液が導入され、チャンバー２４の上側から電解液が排出される。チャンバー２４の下縁部及び上縁部には、縁部に沿って整流部（図示せず）が形成されている。整流部は、給液スリット２１１，２１２から導入された電解液をチャンバー２４の下縁部に沿って拡散させたり、チャンバー２４の上縁部から排出される電解液を排液スリット２１３，２１４へ集約する機能を有する。この整流部により、チャンバー２４の下縁部から上縁部に向かってチャンバー２４内を電解液が流通するようになっている。

正負の電解液には、公知の電解液を利用できる。例えば、正負の電解液としては、正極及び負極の活物質としてＶイオンを含有するＶ系電解液、正極活物質としてＦｅイオン、負極活物質としてＣｒイオンを含有するＦｅ／Ｃｒ系電解液の組み合わせ、正極活物質としてＭｎイオン、負極活物質としてＴｉイオンを含有するＴｉ／Ｍｎ系電解液などが挙げられる。

（保護板）
セルフレーム２０には、枠体２２のスリット２１１〜２１４が形成された部分に、イオン交換膜（図１１参照）を保護するプラスチック製の保護板４０が配置されていてもよい。保護板４０は、各スリット２１１〜２１４を覆うように枠体２２の長片２２Ｌの表面にそれぞれ配置され、各保護板４０には、各マニホールド２０１〜２０４に対応する位置に貫通孔又は切欠きが形成されている。図２に例示する保護板４０の場合、正極電解液用のスリット２１１，２１３が形成された枠体２２の一面側に配置される保護板４０については、正極電解液用のマニホールド２０１，２０３に対して円形状の貫通孔が形成され、負極電解液用のマニホールド２０２，２０４に対しては矩形状の切欠きが形成されている。逆に、負極電解液用のスリット２１２，２１４が形成された枠体２２の他面側に配置される保護板４０では、正極電解液用のマニホールド２０１，２０３に対して矩形状の切欠きが形成され、負極電解液用のマニホールド２０２，２０４に対しては円形状の貫通孔が形成されている。この保護板４０によって、セルフレーム２０を用いてレドックスフロー電池のセル（図１１参照）を構成したとき、各スリット２１１〜２１４がイオン交換膜に接触することがなくなり、スリットの凹凸によってイオン交換膜が損傷することを防止できる。図２では、枠体２２の一面側に形成されたスリット２１１，２１３を覆う保護板４０のみ図示しているが、枠体２２の他面側にも保護板が配置されており、スリット２１２，２１４が保護板で覆われている。

（スリットの断面形状）
図３は、実施形態１に係る枠体（セルフレーム）におけるスリット２１０の断面形状を示している。スリット２１０は、電解液の流通方向に直交する断面において、互いに対向する一対の側壁３１を有し、スリット２１０の深さ方向の少なくとも一部に、側壁３１の間隔が深さ方向に狭くなる幅狭部３１０を有する。以下、実施形態１のスリット２１０の断面形状について、より詳しく説明する。

実施形態１のスリット２１０は、一対の側壁３１の下端（底部側）同士を繋ぐ底壁３２を有する。この底壁３２は、枠体２２の表面に平行な平坦面を有する。一対の側壁３１は、深さ方向に対して傾斜しており、側壁３１の間隔が深さ方向（開口部３３から底壁３２）に向かって徐々に狭くなっている。各側壁３１は、開口部３３から底壁３２にかけて全面が傾斜面となっており、傾斜面が平面である。各側壁３１（傾斜面）の深さ方向に対する傾斜角度βは略等しい。したがって、実施形態１のスリット２１０では、深さ方向の全体に亘って幅狭部３１０が形成されており、スリットの断面形状が、開口部３３を長辺、底壁３２を短辺とする台形状（具体的には等脚台形状）である。

このスリット２１０は、深さ方向の任意の位置における側壁３１の間隔が、その位置よりも開口部３３側における側壁３１の間隔に対して同等以下である。つまり、側壁３１の間隔が、深さ方向の全体に亘って開口部３３の幅以下で、かつ、開口部３３で最も広く、底壁３２側で最も狭くなる。

スリット２１０において、側壁３１と底壁３２とがなす角部３４の角度αは、９０°超１８０°未満であり、例えば９１°以上１２０°以下、好ましくは９５°以上１１０°以下であることが挙げられる。側壁３１（傾斜面）の深さ方向に対する傾斜角度βは、例えば１°以上４５°以下、更に３０°以下、好ましくは５°以上２０°以下であることが挙げられる。開口部３３の幅ｗは、例えば０．１ｍｍ以上、特に０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下、更に１．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下であることが挙げられる。深さｈ（開口部３３から底壁３２までの深さ方向の長さ）は、例えば０．１ｍｍ以上、特に０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、更に１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが挙げられる。

｛作用効果｝
実施形態１に係る枠体２２（セルフレーム２０）は、スリット２１０の深さ方向の少なくとも一部に幅狭部３１０を有しており、側壁３１の傾斜面に沿って移動する電解液の対流を促進できる。対流による電解液の放熱効率が向上するため、スリット内の電解液の放熱を改善でき、電解液の温度上昇を抑制できる。その結果、電解液成分の析出を抑制できる。特に、側壁３１が深さ方向に対して傾斜し、側壁３１の全面が傾斜面となっており、深さ方向の全体に亘って幅狭部３１０が形成されていることから、側壁３１に沿って電解液が対流し易く、対流による電解液の放熱効果が高い。更に、側壁３１と底壁３２とのなす角度αが９１°以上１２０°以下であることで、角部３４において、側壁３１の傾斜面に沿って電解液が対流し易く、角部３４近傍での電解液からの放熱を促進できる。

実施形態１のスリット２１０は、断面形状が台形状（具体的には等脚台形状）であり、断面形状が正方形状の従来のスリットに比較して、断面積を同じとした場合、スリットの周長が長くなる。そのため、電解液との接触面積が大きくなり、熱伝導による電解液の放熱効率が向上する。

また、側壁３１の間隔が、開口部３３から底壁３２に向かって狭くなっていることから、深さ方向の途中で広くなる部分がないため、スリット２１０を形成し易い。

［変形例］
実施形態１では、スリット２１０の断面形状が等脚台形状であり、幅狭部３１０を構成する一対の側壁３１が深さ方向に対して互いに傾斜し、側壁３１の間隔が深さ方向に向かって狭くなる形態を説明した。実施形態１の変形例として、一対の側壁３１のうち、一方の側壁３１が深さ方向に対して傾斜し、他方の側壁３１が深さ方向に沿っていてもよい。また、各側壁３１の傾斜角度βが異なっていてもよい。

次に、図４〜図７に基づいて、スリット２１０の断面形状の他の形態例を説明する。以下では、スリット２１０について、上述の実施形態１と同様の構成には同一符号を付してその説明を省略し、実施形態１との相違点を中心に説明する。

［実施形態２］
図４に示す実施形態２では、側壁３１と底壁３２との角部３４が曲面状に形成されている。

実施形態２のスリット２１０は、角部３４が曲面状に形成されていることで、角部３４に沿って電解液が対流し易く、角部３４近傍での電解液の放熱が促進される。角部３４の曲率半径ｒは、例えば０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、更に０．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが挙げられる。

［実施形態３］
図５に示す実施形態３では、幅狭部３１０を構成する側壁３１の傾斜面が曲面である。

実施形態３のスリット２１０は、側壁３１の傾斜面が曲面であることで、傾斜面に沿って移動する電解液の対流をより促進でき、対流による電解液の放熱効率がより向上する。曲面の形状としては、例えば、円弧形状、楕円弧形状などが挙げられる。

［実施形態４］
図６に示す実施形態４では、底壁３２が深さ方向に突出する曲面を有する。

実施形態４のスリット２１０は、底壁３２が曲面を有することで、底壁３２の曲面に沿って電解液が対流し易く、底壁３２近傍での電解液の放熱が促進される。

［実施形態５］
図７に示す実施形態５では、側壁３１と底壁３２の全面が曲面状に形成されている。

側壁３１と底壁３２の全面が曲面状、即ちスリット２１０の壁面全体が曲面に形成されていることで、壁面（側壁３１及び底壁３２）に沿って電解液が対流し易く、対流による電解液の放熱効率がより向上する。スリット２１０の断面形状としては、半円形状、半楕円形状などが挙げられ、図７に示すスリット２１０の場合、半楕円形状である。

（その他）
上述の実施形態では、底壁３２を有する形態を説明したが、底壁を有さない形態、例えば、スリットの断面形状が、底部を頂点とし、開口部３３を底辺とする三角形状（具体例、二等辺三角形状）であってもよい。

上述の実施形態では、側壁３１の全面が傾斜面であり、深さ方向の全体に亘って幅狭部３１０を有する形態を説明したが、側壁３１の一部が傾斜面であり、深さ方向の一部に幅狭部３１０が形成され、その他の部分は側壁３１の間隔が実質的に一定であってもよい。例えば、図８（ａ）に示すように、側壁３１の上端（開口部３３側）が傾斜し、開口部３３側に幅狭部３１０を有する形態や、図８（ｂ）に示すように、側壁３１の下端（底壁３２側）が傾斜し、底壁３２側に幅狭部３１０を有する形態が挙げられる。図８（ａ）の場合、幅狭部３１０より底壁３２側の部分で側壁３１の間隔が一定であり、図８（ｂ）の場合、開口部３３から幅狭部３１０までの部分では、側壁３１の間隔が開口部３３の幅と同等である。また、図８（ｃ）に示すように、側壁３１の中央が傾斜し、深さ方向の途中に幅狭部３１０が形成されていてもよい。

更に、幅狭部３１０の数は１つに限らず、複数であってもよい。例えば、図９に示すように、開口部３３側と底壁３２側にそれぞれ幅狭部３１０を有する形態が挙げられる。この場合、各幅狭部３１０における側壁３１（傾斜面）の傾斜角度は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

以上説明した実施形態に係るセルフレームを備えるレドックスフロー電池について説明する。セルフレームをレドックスフロー電池に適用する場合は、セルフレームと、正極電極と、イオン交換膜と、負極電極とをそれぞれ複数積層してなるセルスタック（図１１参照）の形態で利用される。そして、レドックスフロー電池は、このセルスタックを備える構成とすることが挙げられる。

本発明の枠体及びセルフレームは、レドックスフロー電池の構成部品に好適に利用可能である。

１００ セル
１０１ イオン交換膜
１０２ 正極セル １０４ 正極電極
１０３ 負極セル １０５ 負極電極
１０６ 正極電解液用タンク
１０８，１１０ 導管 １１２ ポンプ
１０７ 負極電解液用タンク
１０９，１１１ 導管 １１３ ポンプ
２０ セルフレーム
２１ 双極板 ２２ 枠体
２２Ｌ 長片 ２２Ｓ 短片 ２２ｏ 開口
２４ チャンバー
２００ マニホールド
２０１，２０２ 給液マニホールド
２０３，２０４ 排液マニホールド
２１０ スリット
２１１，２１２ 給液スリット
２１３，２１４ 排液スリット
３１ 側壁 ３１０幅狭部
３２ 底壁
３３ 開口部 ３４ 角部
４０ 保護板
５０ シール部材
１０Ｓ セルスタック
２５０ エンドプレート
３００ レドックスフロー電池（ＲＦ電池）

Claims (11)

1. レドックスフロー電池のセルに用いられる枠体であって、
   前記枠体の内側に形成された開口と、
   電解液が流通するマニホールドと、
   前記マニホールドと前記開口とを接続し、前記マニホールドと前記開口との間で前記電解液の流路を形成するスリットとを備え、
   前記スリットは、前記電解液の流通方向に直交する断面において、互いに対向する一対の側壁を有し、
   前記スリットの深さ方向の少なくとも一部に、前記側壁の間隔が深さ方向に狭くなる幅狭部を有する枠体。
2. 前記スリットは、底壁を有し、
   前記底壁は、前記枠体の表面に平行な平坦面を有する請求項１に記載の枠体。
3. 少なくとも一方の前記側壁と前記底壁とのなす角度が９１°以上１２０°以下である請求項２に記載の枠体。
4. 少なくとも一方の前記側壁と前記底壁との角部が曲面状に形成されている請求項２又は請求項３に記載の枠体。
5. 前記幅狭部において、前記側壁の少なくとも一方は、深さ方向に対して傾斜する傾斜面を有し、前記傾斜面が平面である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の枠体。
6. 前記幅狭部において、前記側壁の少なくとも一方は、深さ方向に対して傾斜する傾斜面を有し、前記傾斜面が曲面である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の枠体。
7. 前記スリットは、底壁を有し、
   前記底壁は、前記スリットの深さ方向に突出する曲面を有する請求項１に記載の枠体。
8. 前記側壁と前記底壁の全面が曲面状に形成されている請求項７に記載の枠体。
9. 前記スリットの深さ方向の任意の位置における前記側壁の間隔が、その位置よりも開口部側における前記側壁の間隔に対して同等以下である請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の枠体。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の枠体と、
    前記枠体の開口に嵌め込まれる双極板とを備え、
    前記枠体及び前記双極板により前記枠体の内側にチャンバーが形成されているレドックスフロー電池用セルフレーム。
11. 請求項１０に記載のレドックスフロー電池用セルフレームを備えるレドックスフロー電池。

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