JP2017208272A - レドックスフロー電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電解液中における異物の双極板の溝への詰まりを抑制して、電池性能の低下を抑制できるレドックスフロー電池を提供する。
【解決手段】電池セルを構成する電極と接する双極板と、前記双極板の周縁を囲む枠体とを有するセルフレームを備えるレドックスフロー電池であって、前記双極板は、前記電極側の面に電解液が流通する複数の溝部を有する流路を備え、前記枠体は、前記電池セルの内部に前記電解液を供給する給液マニホールドと、前記給液マニホールドから前記双極板へ前記電解液を導く給液ガイド溝と、前記給液ガイド溝を流れる前記電解液を分流させる分流壁部により形成され、前記電解液に含まれる異物を捕捉する複数の異物捕捉流路とを備え、前記双極板の前記溝部における前記電解液の流入口の幅Ｗｉと、前記異物捕捉流路の最大幅Ｗｍａｘとの幅比Ｗｍａｘ／Ｗｉが、Ｗｍａｘ／Ｗｉ＜２を満たすレドックスフロー電池。
【選択図】図１

Description

本発明は、レドックスフロー電池に関する。

太陽光発電や風力発電といった自然エネルギー由来の電力を蓄電する大容量の蓄電池の一つにレドックスフロー電池（ＲＦ電池）がある。ＲＦ電池は、正極電解液が供給される正極電極と、負極電解液が供給される負極電極と、両極の電極間に介在される隔膜とを備える電池セルを主な構成要素とし、各極の電極に各極の電解液を供給して充放電を行う。上記電池セルは、代表的には、表裏面に各極の電極が配置される双極板と、双極板の外周縁部に設けられる樹脂製の枠体とを備えるセルフレームを用いて形成される。

特許文献１のＲＦ電池では、双極板に電解液が流通する複数の溝部が形成されている。双極板の複数の溝部は、電極の広範囲に電解液を均一的に行き渡らせて、電極の広範囲に渡って均一な電池反応が行われるようにしている。

特開２０１５−１２２２３０号公報

ＲＦ電池に使用される各極電解液は、例えば、ＲＦ電池の組立の途中でゴミなどの異物が混入したり、充放電の繰り返しに伴い、電池セル、循環経路、或いは各極電解液タンクなどの構成材料が次第に溶出し、異物として析出したりする場合がある。異物が混入した電解液を使用してＲＦ電池を運転（充放電）すると、特許文献１のように双極板に溝が形成されていれば、異物は双極板の溝に詰まる虞がある。そうすると、双極板上での電解液の流れが局所的に阻害され、電池反応の部分的な低下に伴い電池セルの内部抵抗が上昇したりして電池性能が低下する虞がある。

そこで、電解液中における異物の双極板の溝への詰まりを抑制して、電池性能の低下を抑制できるレドックスフロー電池を提供することを目的の一つとする。

本開示に係るレドックスフロー電池は、
電池セルを構成する電極と接する双極板と、前記双極板の周縁を囲む枠体とを有するセルフレームを備えるレドックスフロー電池であって、
前記双極板は、前記電極側の面に電解液が流通する複数の溝部を有する流路を備え、
前記枠体は、
前記電池セルの内部に前記電解液を供給する給液マニホールドと、
前記給液マニホールドから前記双極板へ前記電解液を導く給液ガイド溝と、
前記給液ガイド溝を流れる前記電解液を分流させる分流壁部により形成され、前記電解液に含まれる異物を捕捉する複数の異物捕捉流路とを備え、
前記双極板の前記溝部における前記電解液の流入口の幅Ｗｉと、前記異物捕捉流路の最大幅Ｗｍａｘとの幅比Ｗｍａｘ／Ｗｉが、Ｗｍａｘ／Ｗｉ＜２を満たす。

上記レドックスフロー電池は、電解液中における異物の双極板の溝への詰まりを抑制して、電池性能の低下を抑制できる。

実施形態１に係るレドックスフロー電池に備わるセルフレームを示す概略平面図である。 図１に示すセルフレームにおけるガイド溝の（ＩＩ）−（ＩＩ）切断線で切断した状態を示す断面図である。 レドックスフロー電池の動作原理図である。 レドックスフロー電池に備わ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》
最初に本発明の実施態様の内容を列記して説明する。

（１）本発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、
電池セルを構成する電極と接する双極板と、前記双極板の周縁を囲む枠体とを有するセルフレームを備えるレドックスフロー電池であって、
前記双極板は、前記電極側の面に電解液が流通する複数の溝部を有する流路を備え、
前記枠体は、
前記電池セルの内部に前記電解液を供給する給液マニホールドと、
前記給液マニホールドから前記双極板へ前記電解液を導く給液ガイド溝と、
前記給液ガイド溝を流れる前記電解液を分流させる分流壁部により形成され、前記電解液に含まれる異物を捕捉する複数の異物捕捉流路とを備え、
前記双極板の前記溝部における前記電解液の流入口の幅Ｗｉと、前記異物捕捉流路の最大幅Ｗｍａｘとの幅比Ｗｍａｘ／Ｗｉが、Ｗｍａｘ／Ｗｉ＜２を満たす。

上記の構成によれば、複数の異物捕捉流路のうち、一部の異物捕捉流路で電解液中の異物を捕捉し、残部の異物捕捉流路で電解液を双極板へ流通させられる。Ｗｍａｘ／Ｗｉ＜１のとき、双極板よりも上流の給液ガイド溝における複数の異物捕捉流路の最大幅Ｗｍａｘが双極板の溝部における電解液の流入口の幅Ｗｉよりも小さいからである。一方、１≦Ｗｍａｘ／Ｗｉ＜２のとき、異物捕捉流路の最大幅Ｗｍａｘが双極板の溝部における電解液の流入口の幅Ｗｉよりも大きいが、双極板は一般にカーボンを含むことで異物が双極板の溝部内で滑り易くて溝部に詰まり難い。そのため、この範囲内であれば、双極板の溝部における電解液の流入口の幅Ｗｉよりも大きい異物が双極板の溝部に流入しても、双極板の溝部が閉塞し難い。以上により、異物の双極板への流通を抑制できて、双極板の溝部での異物の詰まりを抑制し易いため、電解液の流れが双極板上で局所的に阻害され難く、双極板の略全域に渡って電解液を流通させ易い。それにより、電解液の流れの阻害による電池反応の部分的な低下に伴う電池セルの内部抵抗の上昇を抑制し易い。従って、電池性能が低下することを抑制できる。

（２）上記レドックスフロー電池の一形態として、前記幅比Ｗｍａｘ／Ｗｉが、０．５≦Ｗｍａｘ／Ｗｉを満たすことが挙げられる。

幅比Ｗｍａｘ／Ｗｉが０．５以上であれば、異物捕捉流路の幅が過度に狭すぎず、異物捕捉流路による圧力損失の増加を抑制し易い。

（３）上記レドックスフロー電池の一形態として、前記異物捕捉流路の最大幅Ｗｍａｘは、０．５ｍｍ＜Ｗｍａｘ＜４ｍｍを満たすことが挙げられる。

異物捕捉流路の最大幅Ｗｍａｘが０．５ｍｍ超であれば、異物捕捉流路の幅が過度に狭すぎず、圧力損失の増加を抑制し易い。異物捕捉流路の最大幅Ｗｍａｘが４ｍｍ未満であれば、異物の捕捉を十分に行える。また、異物捕捉流路の溝の幅が過度に広すぎず、異物捕捉流路を形成するスペースの確保のために枠体のサイズが大きくなり難く、ひいてはセルフレームの巨大化を抑制し易い。

（４）上記レドックスフロー電池の一形態として、前記異物捕捉流路の最大幅Ｗｍａｘと、前記給液ガイド溝における前記複数の異物捕捉流路よりも下流の幅Ｗｄとの幅比Ｗｍａｘ／Ｗｄは、Ｗｍａｘ／Ｗｄ≦０．５を満たすことが挙げられる。

幅比Ｗｍａｘ／Ｗｄが０．５以下であれば、異物捕捉流路の幅が給液ガイド溝の下流の幅に比べて小さいため、異物捕捉流路で異物を捕捉させ易い。

（５）上記レドックスフロー電池の一形態として、前記複数の異物捕捉流路の合計幅Ｗａと、前記給液ガイド溝における前記複数の異物捕捉流路よりも下流の幅Ｗｄとの幅比Ｗａ／Ｗｄが、１≦Ｗａ／Ｗｄを満たすことが挙げられる。

幅比Ｗａ／Ｗｄが１以上であれば、異物捕捉流路での圧力損失の増大を抑制し易い。

（６）上記レドックスフロー電池の一形態として、前記分流壁部は、前記給液ガイド溝の途中に設けられ、前記異物捕捉流路の最大幅Ｗｍａｘと、前記給液ガイド溝における前記異物捕捉流路よりも上流の幅Ｗｕとの幅比Ｗｍａｘ／Ｗｕは、Ｗｍａｘ／Ｗｕ≦０．５を満たすことが挙げられる。

幅比Ｗｍａｘ／Ｗｕが０．５以下であれば、異物捕捉流路の幅が給液ガイド溝の上流の幅に比べて小さいため、異物捕捉流路で異物を捕捉させ易い。

（７）前記分流壁部が前記給液ガイド溝の途中に設けられる上記レドックスフロー電池の一形態として、前記複数の異物捕捉流路の合計幅Ｗａと、前記給液ガイド溝における前記異物捕捉流路よりも上流の幅Ｗｕとの幅比Ｗａ／Ｗｕが、１≦Ｗａ／Ｗｕを満たすことが挙げられる。

幅比Ｗａ／Ｗｕが１以上であれば、給液ガイド溝の異物捕捉流路よりも上流から異物捕捉流路に電解液が流れ易いため、異物捕捉流路での圧力損失の増大を抑制し易い。

《本発明の実施形態の詳細》
本発明の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。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。まず、図３，図４を参照して、レドックスフロー電池（ＲＦ電池）１の概要及び基本構成を説明し、その後、主として図１，図２を参照して、実施形態に係るＲＦ電池の各構成を詳細に説明する。

〔ＲＦ電池の概要〕
ＲＦ電池１は、代表的には、図３に示すように、交流／直流変換器を介して発電部（例えば、太陽光発電装置や風力発電装置、その他一般の発電所など）と負荷（需要家など）との間に接続され、発電部で発電した電力を充電して蓄え、蓄えた電力を放電して負荷に供給する。

〔ＲＦ電池の基本構成〕
ＲＦ電池１は、水素イオンを透過させる隔膜１０１で正極セル１０２と負極セル１０３とに分離された電池セル１００を備える。正極セル１０２には正極電極１０４が内蔵され、正極電解液を貯留する正極電解液タンク１０６が供給導管１０８、排出導管１１０を介して接続されている。同様に、負極セル１０３には負極電極１０５が内蔵され、負極電解液を貯留する負極電解液タンク１０７が供給導管１０９、排出導管１１１を介して接続されている。各極電解液は、各供給導管１０８，１０９の途中に設けられたポンプ１１２，１１３により各供給導管１０８、１０９から各極セル１０２、１０３に供給され、各極セル１０２、１０３から各排出導管１１０、１１１を流通して各極タンク１０６、１０７に排出されることで各極セル１０２、１０３に循環される。ＲＦ電池１は、こうして電解液を循環して、正極電解液に含まれるイオンと負極電解液に含まれるイオンの酸化還元電位の差を利用して充放電を行う。図３では、各極電解液に含まれるイオンとしてバナジウムイオンを示しており、実線矢印は充電、破線矢印は放電を意味する。

電池セル１００は、通常、図４下図に示すセルスタック２００と呼ばれる構造体の内部に形成される。セルスタック２００は、その両側から２枚のエンドプレート２１０、２２０で挟み込んで締付機構により締め付けられている。セルスタック２００は、図４上図に示すように、セルフレーム２、正極電極１０４、隔膜１０１、及び負極電極１０５を、この順番で積層することで形成される積層体を備える。セルフレーム２は、双極板３とその周縁を囲む枠体４とを備える。この構成の場合、隣接するセルフレーム２の双極板３の間に一つの電池セル１００が形成され、双極板３を挟んで表裏に、隣り合う電池セル１００の正極電極１０４（正極セル１０２）と負極電極１０５（負極セル１０３）とが配置される。

各極電解液の各極電極１０４、１０５への供給は、枠体４の長片（給液側片、図４紙面下側）に形成される給液マニホールド４４、給液ガイド溝４６、及び給液整流部（図示略）により行われる。各極電解液の各極電極１０４、１０５からの排出は、枠体４の長片（排液側片、図４紙面上側）に形成される排液マニホールド４５、排液ガイド溝４７、及び排液整流部（図示略）により行われる。正極電解液は、給液マニホールド４４から枠体４の一面側（紙面表側）の給液側片に形成される給液ガイド溝４６を通り、給液側片の内縁に形成される給液整流部によりその内縁沿いに拡散されて正極電極１０４に供給される。そして、図４上図の矢印に示すように正極電極１０４の下側から上側へ流通し、枠体４の排液側片の内縁に形成される排液整流部により集約され、排液側片に形成される排液ガイド溝４７を通って排液マニホールド４５に排出される。負極電解液の供給及び排出は、枠体４の他面側（紙面裏側）で行われる点を除き、正極電解液と同様である。各枠体４間には、Ｏリングや平パッキンなどの環状のシール部材５が配置され、電池セル１００からの電解液の漏洩を抑制している。

〔実施形態１〕
実施形態１に係るＲＦ電池の特徴の一つは、セルフレーム２の双極板３が、複数の溝部３２（図１右下一点鎖線円内）を有する点と、セルフレーム２の枠体４が、電解液中の異物を捕捉する異物捕捉流路４６ｃ（図１左下一点鎖線円内）を有する点とにある。以下、詳細を説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。

［セルフレーム］
セルフレーム２には、上記積層体の隣り合う電池セル１００（図４）の間に配置される中間セルフレームと、上記積層体の両端に配置される端部セルフレームとがある。中間セルフレームは、双極板３の表裏に一方の電池セル１００の正極電極１０４及び他方の電池セル１００の負極電極１０５が接し、端部セルフレームは、双極板３の一方の面に電池セル１００の正負のいずれかの電極と接する。セルフレーム２の表裏（正極側・負極側）面の構成は、中間セルフレーム及び端部セルフレームのいずれにおいても同様である。

（双極板）
双極板３は、原則として隣接する電池セル１００（図３、図４）を仕切る。双極板３の形状は、矩形状の板である。双極板３は、電極側の面に電解液が流通する複数の溝部３２を有する流路３１を備える（図１右下一点鎖線円内）。

〈流路〉
流路３１は、双極板３上での電解液の流れを調整する。電解液の流れは、流路３１の形状や寸法などによって調整できる。流路３１の形状は、特に限定されない。流路３１の形状は、ここでは複数の溝部３２が後述する枠体４の給液側片４１から排液側片４２に至る方向（連結片４３）に沿った縦溝で構成されるストライプ形状としているが、公知（例えば特許文献１）の噛合型の対向櫛歯形状、非噛合型の対向櫛歯形状、グリッド形状、断続形状、一連の蛇行形状などとすることができる。溝部３２同士の間には、畝部３３が形成されている（図１右下一点鎖線円内）。図１右下一点鎖線円内に示す畝部３３には、説明の便宜上、ハッチングを付している。双極板３上での電解液の流れは、溝部３２に沿った流れと、畝部３３を渡るような流れとを形成する。

溝部３２の幅や深さ、隣り合う溝部３２同士の間隔（畝部３３の幅）は、特に限定されず、双極板３のサイズや厚さなどに応じて適宜選択できる。溝部３２の幅は、その長手方向に一様であってもよいし、例えば、流入口から流出口に向かって幅が小さくなるようにその長手方向で異なっていてもよい。ここでは、溝部３２の幅及び深さは、その長手方向に一様である。即ち、溝部３２の横断面形状は、幅が開口部から底部に向かって一様な四角形状である。溝部３２の幅（流入口の幅Ｗｉ）は、例えば、０．２５ｍｍ以上８ｍｍ以下程度が挙げられる。

双極板３の材質には、電流は通すが電解液は通さない材料を用いることができる。加えて、耐酸性および適度な剛性を有する材料であることが好ましい。双極板３の材質は、例えば、黒鉛およびポリオレフィン系有機化合物または塩素化有機化合物から形成される導電性プラスチックが挙げられる。黒鉛の一部をカーボンブラックおよびダイヤモンドライクカーボンの少なくとも一方に置換した導電性プラスチックでもよい。ポリオレフィン系有機化合物は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンなどが挙げられる。塩素化有機化合物は、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。双極板３がこのような材料から形成されることで、双極板３の電気抵抗を小さくできる上に、耐酸性に優れる。

（枠体）
枠体４は、内側に電池セル１００（図３、図４）となる領域を形成する。枠体４は、給液側片４１と、給液側片４１に対向する排液側片４２と、給液側片４１と排液側片４２との端部同士を連結し、互いに対向すると共に給液側片４１及び排液側片４２に対して直交する一対の連結片４３とを備える。枠体４の形状は、矩形枠状である。給液側片４１及び排液側片４２は、矩形枠の長片を構成し、連結片４３は、矩形枠の短片を構成する。セルフレーム２を平面視した際、給液側片４１と排液側片４２とが互いに対向する方向を縦方向、縦方向に直交する方向を横方向とすると、給液側片４１が縦方向下側、排液側片４２が縦方向上側に位置している。電解液の主たる流れは、枠体４の縦方向下側から縦方向上側に向かう方向である。

〈給液側片〉
給液側片４１には、給液マニホールド４４と、給液ガイド溝４６と、給液整流部４８とが形成されている。給液マニホールド４４は、電池セル１００の内部に電解液を供給する。給液ガイド溝４６は、給液マニホールド４４と双極板３との間を渡して給液マニホールド４４から双極板３へ電解液を導く。給液ガイド溝４６は、セルスタック２００を構築する際、プラスチック製の保護板（図示略）により覆われる。それにより、電解液が給液ガイド溝４６から漏れることなく給液マニホールド４４と双極板３との間で電解液を流通させられる。給液ガイド溝４６には、後述する複数の異物捕捉流路４６ｃ（図１左下一点鎖線円内、図２）が形成されている。給液整流部４８は、給液側片４１の内縁に形成され、その内縁沿いに電解液を拡散する。電解液を拡散させることで、各極電解液が各極電極１０４，１０５（図４）の幅方向の全域に渡るようにしている。

・異物捕捉流路
異物捕捉流路４６ｃは、給液マニホールド４４から双極板３（電極）に至る流路で電解液に含まれる異物を捕捉する。それにより、双極板３の溝部３２での異物の詰まりを抑制できる。そのため、双極板３での電解液の流れが阻害され難く、電池セル１００（図３、図４）の内部抵抗が上昇したりして電池性能が低下することを抑制できる。異物とは、ＲＦ電池１の組立の途中で混入したゴミや、充放電の繰り返しに伴い、電池セル１００、循環経路（供給導管１０８，１０９，排出導管１１０，１１１）、或いは各極電解液タンク１０６，１０７などの構成材料が次第に溶出した析出物などが挙げられる。

異物捕捉流路４６ｃの最大幅Ｗｍａｘは、双極板３における溝部３２の流入口の幅Ｗｉとの幅比Ｗｍａｘ／Ｗｉが、Ｗｍａｘ／Ｗｉ＜２を満たす大きさであることが挙げられる。そうすれば、複数の異物捕捉流路４６ｃのうち、一部の異物捕捉流路４６ｃで電解液中の異物を捕捉し、残部の異物捕捉流路４６ｃで電解液を双極板３へ流通させられる。Ｗｍａｘ／Ｗｉ＜１のとき、双極板３よりも上流の給液ガイド溝４６における複数の異物捕捉流路４６ｃの最大幅Ｗｍａｘが双極板３の溝部３２における電解液の流入口の幅Ｗｉよりも小さいからである。一方、１≦Ｗｍａｘ／Ｗｉ＜２のとき、異物捕捉流路４６ｃの最大幅Ｗｍａｘが双極板３の溝部３２における電解液の流入口の幅Ｗｉよりも大きいが、双極板が上記材質で構成されていることで異物が双極板３の溝部３２内で滑り易くて溝部３２に詰まり難い。そのため、この範囲内であれば、双極板３の溝部３２における電解液の流入口の幅Ｗｉよりも大きい異物が双極板３の溝部３２に流入しても、双極板３の溝部３２が閉塞し難い。以上により、異物の双極板３への流通を抑制できて、双極板３の溝部３２での異物の詰まりを抑制し易いため、電解液の流れが双極板３上で局所的に阻害され難く、双極板３の略全域に渡って電解液を流通させ易い。それにより、電解液の流れの阻害による電池反応の部分的な低下に伴う電池セル１００（図３，図４）の内部抵抗の上昇を抑制し易い。従って、電池性能が低下することを抑制できる。

上記幅比Ｗｍａｘ／Ｗｉは、０．５≦Ｗｍａｘ／Ｗｉを満たすことが好ましい。そうすれば、異物捕捉流路４６ｃの幅が過度に狭すぎず、圧力損失の増加を抑制し易い。この幅比Ｗｍａｘ／Ｗｉは、更に０．７≦Ｗｍａｘ／Ｗｉ≦１．５を満たすことが好ましく、特に０．８≦Ｗｍａｘ／Ｗｉ≦１．０を満たすことが好ましい。各異物捕捉流路４６ｃの最大幅Ｗｍａｘは、同一でもよいし、異なっていてもよい。

異物捕捉流路４６ｃの最大幅Ｗｍａｘは、例えば、０．５ｍｍ＜Ｗｍａｘ＜４ｍｍを満たすことが好ましい。異物捕捉流路４６ｃの最大幅Ｗｍａｘが０．５ｍｍ超であれば、異物捕捉流路４６ｃの幅が過度に狭すぎず、圧力損失の増加を抑制し易い。異物捕捉流路４６ｃの最大幅Ｗｍａｘが４ｍｍ未満であれば、異物の捕捉を十分に行える。また、異物捕捉流路４６ｃの幅が過度に広すぎず、異物捕捉流路４６ｃを形成するスペースの確保のために給液側片４１の幅が大きくなり難い。異物捕捉流路４６ｃの最大幅Ｗｍａｘは、更に１≦Ｗｍａｘ≦３を満たすことが好ましく、特に１．５≦Ｗｍａｘ≦２．５を満たすことが好ましい。

異物捕捉流路４６ｃは、給液ガイド溝４６を流れる電解液を分流させる分流壁部４６ｗ（図１左下一点鎖線円内、図２）により形成される。分流壁部４６ｗは、給液ガイド溝４６に形成される。分流壁部４６ｗにより形成されるとは、少なくとも分流壁部４６ｗと給液ガイド溝の両側壁とでその間に形成されることを言い、分流壁部４６ｗの数によっては更に分流壁部４６ｗ同士でその間に形成される場合を含む。異物捕捉流路４６ｃは、分流壁部４６ｗが単数の場合のように、分流壁部４６ｗと給液ガイド溝４６の各側壁とでそれらの間にのみ形成される場合と、分流壁部４６ｗが複数の場合のように、分流壁部４６ｗと給液ガイド溝４６の各側壁とでそれらの間と、分流壁部４６ｗ同士でその間との両方の間に形成される場合とがある。図１左下一点鎖線円内に示す分流壁部４６ｗには、説明の便宜上、ハッチングを付している。この分流壁部４６ｗは、図２に示すように、給液ガイド溝４６の底面から立設して形成されている。

異物捕捉流路４６ｃの数は、分流壁部４６ｗの数を調整することで適宜選択できる。異物捕捉流路４６ｃの数は、分流壁部４６ｗの数がｎ個とするとき、ｎ＋１個である。ｎ＋１個の異物捕捉流路４６ｃのうち、分流壁部４６ｗと給液ガイド溝４６の両側壁とでその間に形成される異物捕捉流路４６ｃの数は２個で、分流壁部４６ｗ同士でその間に形成される異物捕捉流路４６ｃの数はｎ−１個である。例えば、分流壁部４６ｗの数がｎ＝１個（２個）のとき、異物捕捉流路４６ｃの数はｎ＋１＝２個（３個）であり、そのうち分流壁部４６ｗと給液ガイド溝４６の側壁とでその間に形成される異物捕捉流路４６ｃの数は２個（２個）で、分流壁部４６ｗ同士でその間に形成される異物捕捉流路４６ｃの数はｎ−１＝０個（１個）である。

異物捕捉流路４６ｃの数は、多いほど複数の異物捕捉流路４６ｃのうち一部の異物捕捉流路４６ｃに異物が捕捉されても、残部の異物捕捉流路４６ｃにより電解液を給液マニホールド４４から双極板３に供給させ易い。そのため、電池としての動作に及ぼす影響が小さい。但し、異物捕捉流路４６ｃの数が多すぎれば、複数の異物捕捉流路４６ｃを形成するスペースの確保のために給液側片４１の幅が大きくなり、枠体４ひいてはセルフレーム２が巨大化し易い。

ここでは、異物捕捉流路４６ｃの数は３個（分流壁部４６ｗの数は２個）としている。即ち、給液ガイド溝４６は、その途中に三股状の流通領域が形成されている。３個の異物捕捉流路４６ｃのうち、図１左下一点鎖線円内や図２に示すように、分流壁部４６ｗと給液ガイド溝４６の側壁とでその間に形成される異物捕捉流路４６ｃの数は２個であり、分流壁部４６ｗ同士でその間に形成される異物捕捉流路４６ｃの数は１個である。

異物捕捉流路４６ｃの長さ（形成領域）は、分流壁部４６ｗの長さ（形成領域）を調整することで適宜選択できる。異物捕捉流路４６ｃの長さ（形成領域）は、給液ガイド溝４６の長手方向の一部となる長さ（領域）としてもよいし、給液ガイド溝４６の長手方向の全長に渡る長さ（領域）としてもよいし。

異物捕捉流路４６ｃの長さ（形成領域）を給液ガイド溝４６の長手方向の一部となる長さ（領域）とする場合、異物捕捉流路４６ｃの形成箇所は、即ち、分流壁部４６ｗの形成箇所は、特に限定されず、給液ガイド溝４６の上流側、下流側、その途中（給液ガイド溝４６の両端を除く）のいずれか適宜選択できる。異物捕捉流路４６ｃ（分流壁部４６ｗ）の形成箇所を給液ガイド溝４６の上流側とする場合、異物捕捉流路４６ｃの入口は、給液マニホールド４４に連続し、異物捕捉流路４６ｃの出口は、給液整流部４８に連続せず給液ガイド溝４６のうち下流側給液ガイド溝４６ｄに連続する。異物捕捉流路４６ｃ（分流壁部４６ｗ）の形成箇所を給液ガイド溝４６の下流側とする場合、異物捕捉流路４６ｃの入口は、給液マニホールド４４に連続せず給液ガイド溝４６のうち上流側給液ガイド溝４６ｕに連続し、異物捕捉流路４６ｃの出口は、給液整流部４８に連続する。異物捕捉流路４６ｃ（分流壁部４６ｗ）の形成箇所を給液ガイド溝４６の途中とする場合、異物捕捉流路４６ｃの入口は、給液マニホールド４４に連続せず上流側給液ガイド溝４６ｕに連続し、異物捕捉流路４６ｃの出口は、給液整流部４８に連続せず下流側給液ガイド溝４６ｄに連続する。異物捕捉流路４６ｃの長さ（形成領域）を給液ガイド溝４６の長手方向の全長に渡る長さとする場合、異物捕捉流路４６ｃの入口は、給液マニホールド４４に連続し、異物捕捉流路４６ｃの出口は、給液整流部４８に連続する。

ここでは、異物捕捉流路４６ｃの長さ（形成領域）は、給液ガイド溝４６の長手方向の一部である。異物捕捉流路４６ｃの形成箇所は、異物捕捉流路４６ｃの入口及び出口が給液マニホールド４４及び給液整流部４８のいずれにも連続しないように給液ガイド溝４６の途中としている。即ち、異物捕捉流路４６ｃの入口は、給液ガイド溝４６のうち上流側給液ガイド溝４６ｕに連続し、異物捕捉流路４６ｃの出口は、給液ガイド溝４６のうち下流側給液ガイド溝４６ｄに連続している。

異物捕捉流路４６ｃの形成箇所が給液ガイド溝４６の上流側、或いは本例のように給液ガイド溝４６の途中の場合、異物捕捉流路４６ｃの最大幅Ｗｍａｘと、下流側給液ガイド溝４６ｄの幅Ｗｄとの幅比Ｗｍａｘ／Ｗｄは、Ｗｍａｘ／Ｗｄ≦０．５を満たすことが好ましい。そうすれば、異物捕捉流路４６ｃで異物を捕捉させ易い。幅比Ｗｍａｘ／Ｗｄは、０．１≦Ｗｍａｘ／Ｗｄを満たすことが好ましい。そうすれば、異物捕捉流路４６ｃの幅が過度に狭すぎないため、異物捕捉流路４６ｃで異物を捕捉させ易い。幅比Ｗｍａｘ／Ｗｄは、更に０．２≦Ｗｍａｘ／Ｗｄ≦０．４５を満たすことが好ましく、特に０．２５≦Ｗｍａｘ／Ｗｄ≦０．４を満たすことが好ましい。

異物捕捉流路４６ｃの形成箇所が給液ガイド溝４６の上流側、或いは本例のように給液ガイド溝４６の途中の場合、複数の異物捕捉流路の合計幅Ｗａと、下流側給液ガイド溝４６ｄの幅Ｗｄとの幅比Ｗａ／Ｗｄは、１≦Ｗａ／Ｗｄを満たすことが好ましい。そうすれば、異物捕捉流路４６ｃでの圧力損失の増大を抑制し易い。幅比Ｗａ／Ｗｄは、Ｗａ／Ｗｄ≦４を満たすことが好ましい。幅比Ｗａ／Ｗｄは、更に、１．５≦Ｗａ／Ｗｄ≦３．５を満たすことが好ましく、特に２≦Ｗａ／Ｗｄ≦３を満たすことが好ましい。

異物捕捉流路４６ｃの形成箇所が給液ガイド溝４６の下流側、或いは本例のように給液ガイド溝４６の途中に設けられる場合、異物捕捉流路４６ｃの最大幅Ｗｍａｘと、上流側給液ガイド溝４６ｕの幅Ｗｕとの幅比Ｗｍａｘ／Ｗｕは、Ｗｍａｘ／Ｗｕ≦０．５を満たすことが好ましい。そうすれば、異物捕捉流路４６ｃで異物を捕捉させ易い。幅比Ｗｍａｘ／Ｗｕは、０．１≦Ｗｍａｘ／Ｗｕを満たすことが好ましい。そうすれば、異物捕捉流路４６ｃの幅が過度に狭すぎないため、圧力損失の増加を抑制し易い。幅比Ｗｍａｘ／Ｗｕは、更に０．２≦Ｗｍａｘ／Ｗｕ≦０．４５を満たすことが好ましく、特に０．２５≦Ｗｍａｘ／Ｗｕ≦０．４を満たすことが好ましい。

異物捕捉流路４６ｃの形成箇所が給液ガイド溝４６の下流側、或いは本例のように給液ガイド溝４６の途中に設けられる場合、複数の異物捕捉流路の合計幅Ｗａと、上流側給液ガイド溝４６ｕの幅Ｗｕとの幅比Ｗａ／Ｗｕは、１≦Ｗａ／Ｗｕを満たすことが好ましい。そうすれば、異物捕捉流路４６ｃで圧力損失が増大することを抑制し易い。幅比Ｗａ／Ｗｕは、Ｗａ／Ｗｕ≦４を満たすことが好ましい。そうすれば、給液側片４１のサイズが過度に大きくなりすぎない。幅比Ｗａ／Ｗｕは、更に、１．５≦Ｗａ／Ｗｕ≦３．５を満たすことが好ましく、特に２≦Ｗａ／Ｗｕ≦３を満たすことが好ましい。

〈排液側片〉
排液側片４２には、排液マニホールド４５と、排液ガイド溝４７と、排液整流部（図示略）とが形成されている。排液マニホールド４５は、電池セル１００の外部に電解液を排出する。排液ガイド溝４７は、排液マニホールド４５と双極板３との間を渡して双極板３から排液マニホールド４５へ電解液を導く。排液ガイド溝４７は、上述の給液ガイド溝４６と同様、セルスタック２００を構築する際、プラスチック製の保護板（図示略）により覆われる。排液整流部は、電極及び双極板を流通した電解液を集約して排液ガイド溝４７へ流通させる。

枠体４の材質は、耐酸性、電気絶縁性、機械的特性を満たす材料が挙げられる。枠体４の材質は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどの種々のフッ素系樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、塩化ビニル樹脂が挙げられる。ここでは、枠体４の材質は、硬質塩化ビニル樹脂としている。

〔用途〕
実施形態１のＲＦ電池は、太陽光発電、風力発電などの新エネルギーの発電に対して、発電出力の変動の安定化、発電電力の余剰時の蓄電、負荷平準化などを目的とした用途に好適に利用することができる。また、ＲＦ電池は、一般的な発電所に併設されて、瞬低・停電対策や負荷平準化を目的とした大容量の蓄電池としても好適に利用することができる。

〔作用効果〕
実施形態１のＲＦ電池によれば、以下の効果を奏することができる。

（１）電解液中における異物の双極板の溝への詰まりを抑制して、電池性能の低下を抑制できる。複数の異物捕捉流路４６ｃのうち、一部の異物捕捉流路４６ｃで異物を捕捉することで異物の双極板３への流通を抑制して双極板３の溝部３２での異物の詰まりを抑制し、残部の異物捕捉流路４６ｃで電解液を双極板３へ流通させられるからである。そのため、電解液の流れが双極板３上で局所的に阻害され難く、双極板３の略全域に渡って電解液を流通させ易い。それにより、電解液の流れの阻害による電池反応の部分的な低下に伴う電池セル１００の内部抵抗の上昇を抑制し易い。

（２）異物捕捉流路４６ｃがセルフレーム２における枠体４の給液ガイド溝４６に形成されているため、異物を除去するフィルターなどを循環経路（供給導管１０８，１０９，排出導管１１０，１１１）途中などに別途設ける必要がない。

１ レドックスフロー（ＲＦ）電池
２ セルフレーム
３ 双極板
３１ 流路 ３２ 溝部 ３３ 畝部
４ 枠体
４１ 給液側片 ４２ 排液側片 ４３ 連結片
４４ 給液マニホールド ４５ 排液マニホールド
４６ 給液ガイド溝
４６ｕ 上流側給液ガイド溝 ４６ｄ 下流側給液ガイド溝
４６ｃ 異物捕捉流路 ４６ｗ 分流壁部
４７ 排液ガイド溝
４８ 給液整流部
５ シール部材
１００ 電池セル
１０１ 隔膜 １０２ 正極セル １０３ 負極セル
１０４ 正極電極 １０５ 負極電極
１０６ 正極電解液タンク １０７ 負極電解液タンク
１０８、１０９ 供給導管 １１０、１１１ 排出導管
１１２、１１３ ポンプ
２００ セルスタック ２１０、２２０ エンドプレート

Claims (7)

1. 電池セルを構成する電極と接する双極板と、前記双極板の周縁を囲む枠体とを有するセルフレームを備えるレドックスフロー電池であって、
   前記双極板は、前記電極側の面に電解液が流通する複数の溝部を有する流路を備え、
   前記枠体は、
   前記電池セルの内部に前記電解液を供給する給液マニホールドと、
   前記給液マニホールドから前記双極板へ前記電解液を導く給液ガイド溝と、
   前記給液ガイド溝を流れる前記電解液を分流させる分流壁部により形成され、前記電解液に含まれる異物を捕捉する複数の異物捕捉流路とを備え、
   前記双極板の前記溝部における前記電解液の流入口の幅Ｗｉと、前記異物捕捉流路の最大幅Ｗｍａｘとの幅比Ｗｍａｘ／Ｗｉが、Ｗｍａｘ／Ｗｉ＜２を満たすレドックスフロー電池。
2. 前記幅比Ｗｍａｘ／Ｗｉが、０．５≦Ｗｍａｘ／Ｗｉを満たす請求項１に記載のレドックスフロー電池。
3. 前記異物捕捉流路の最大幅Ｗｍａｘは、０．５ｍｍ＜Ｗｍａｘ＜４ｍｍを満たす請求項１又は請求項２に記載のレドックスフロー電池。
4. 前記異物捕捉流路の最大幅Ｗｍａｘと、前記給液ガイド溝における前記複数の異物捕捉流路よりも下流の幅Ｗｄとの幅比Ｗｍａｘ／Ｗｄは、Ｗｍａｘ／Ｗｄ≦０．５を満たす請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池。
5. 前記複数の異物捕捉流路の合計幅Ｗａと、前記給液ガイド溝における前記複数の異物捕捉流路よりも下流の幅Ｗｄとの幅比Ｗａ／Ｗｄが、１≦Ｗａ／Ｗｄを満たす請求項４に記載のレドックスフロー電池。
6. 前記分流壁部は、前記給液ガイド溝の途中に設けられ、
   前記異物捕捉流路の最大幅Ｗｍａｘと、前記給液ガイド溝における前記異物捕捉流路よりも上流の幅Ｗｕとの幅比Ｗｍａｘ／Ｗｕは、Ｗｍａｘ／Ｗｕ≦０．５を満たす請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池。
7. 前記複数の異物捕捉流路の合計幅Ｗａと、前記給液ガイド溝における前記異物捕捉流路よりも上流の幅Ｗｕとの幅比Ｗａ／Ｗｕが、１≦Ｗａ／Ｗｕを満たす請求項６に記載のレドックスフロー電池。

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