JP2018170231A - フロー電池 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギ密度を向上することができるフロー電池を提供する。【解決手段】実施形態に係るフロー電池は、セルスタックと、反応室と、電解液と、発生部と、供給部とを備える。セルスタックは、スペーサを介して正極および負極を交互に積層した積層体と、積層体を保持するように積層体の外周を囲む枠体とを有する。反応室は、セルスタックを収容する。電解液は、反応室の内部に収容され、正極および負極に接触する。発生部は、電解液に気泡を発生させる。供給部は、発生部に気体を供給する。【選択図】図４

Description

開示の実施形態は、フロー電池に関する。

従来、正極と負極との間に、テトラヒドロキシ亜鉛酸イオン（［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−）を含有する電解液を循環させるフロー電池が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

Y. Ito. et al.: Zinc morphology in zinc-nickel flow assisted batteries and impact on performance, Journal of Power Sources, Vol. 196, pp. 2340-2345, 2011

ところで、フロー電池においては、エネルギ密度の向上が要求されている。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、エネルギ密度を向上することができるフロー電池を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るフロー電池は、セルスタックと、反応室と、電解液と、発生部と、供給部とを備える。セルスタックは、スペーサを介して正極および負極を交互に積層した積層体と、該積層体を保持するように前記積層体の外周を囲む枠体とを有する。反応室は、前記セルスタックを収容する。電解液は、前記反応室の内部に収容され、前記正極および前記負極に接触する。発生部は、前記電解液に気泡を発生させる。供給部は、前記発生部に気体を供給する。

実施形態の一態様のフロー電池によれば、エネルギ密度を向上することができる。

図１は、実施形態に係るフロー電池の概略を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係るフロー電池の平面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。 図４は、図３のＢ−Ｂ断面図である。 図５Ａは、実施形態に係るフロー電池が備える正極を示す図である。 図５Ｂは、図５ＡのＣ−Ｃ断面図である。 図６は、実施形態に係るフロー電池が備えるセルスタックにおける電極間の接続の一例について説明する図である。 図７は、実施形態に係るフロー電池におけるセルスタック間の接続の一例について説明する図である。 図８は、実施形態の変形例に係るフロー電池が備える発生部の概略を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するフロー電池の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係るフロー電池の概略を示す斜視図であり、図２は、実施形態に係るフロー電池の平面図である。図１、図２に示すフロー電池１００は、収納容器５０と、マニホールド６０と、供給部Ｐ１〜Ｐ４とを備える。なお、図１、図２では、例えば後述するセルスタックや電解液など、収納容器５０に収容される各部材の図示を省略している。また、図１では、供給部Ｐ１〜Ｐ４および供給部Ｐ１〜Ｐ４に接続される各配管についても図示を省略している。

なお、説明を分かりやすくするために、図１、図２には、鉛直上向きを正方向とし、鉛直下向きを負方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、後述の説明に用いる他の図面でも示す場合がある。

収納容器５０は、平面視して長手方向がＸ軸方向に沿うように延び、短手方向であるＹ軸方向に沿って所定間隔で並ぶ複数の反応部３１〜３８を含む。反応部３１〜３８にはそれぞれ、後述するセルスタックおよび電解液が個別に収容される。なお、収納容器５０が有する反応部３１〜３８の数は一例にすぎず、要求される出力性能等に応じて変更することができる。

また、収納容器５０の上部には、反応部３１〜３８の内部に連通する負極タブ引出口３１ａ〜３８ａ、正極タブ引出口３１ｂ〜３８ｂが設けられている。これらの説明については後述する。

マニホールド６０は、第１マニホールド６１〜第４マニホールド６４を含む。第１マニホールド６１は、反応部３１，３２と隣接するように配置されており、第２マニホールド６２は、反応部３３，３４と隣接するように配置されている。また、第３マニホールド６３は、反応部３５，３６と隣接するように配置されており、第４マニホールド６４は、反応部３７，３８と隣接するように配置されている。

また、供給部Ｐ１〜Ｐ４はそれぞれ、例えば気体を移送可能なポンプ（気体ポンプ）、コンプレッサまたはブロワである。供給部Ｐ１〜Ｐ４は、気体や電解液に由来する水蒸気を外部に漏出させることでフロー電池１００の発電性能を低減させないよう高い気密性を有するものが好ましい。

供給部Ｐ１〜Ｐ４は、配管４１〜４４を介して反応部３１〜３８から回収された気体を、配管４５〜４８を介してマニホールド６０（第１マニホールド６１〜第４マニホールド６４）に供給する。

ここで、マニホールド６０（第１マニホールド６１〜第４マニホールド６４）の流路構造について説明する。以下では、マニホールド６０（第１マニホールド６１〜第４マニホールド６４）を代表して第１マニホールド６１を例に挙げて説明し、第２マニホールド６２〜第４マニホールド６４については説明を省略する。第１マニホールド６１は、貯留部６５と分岐流路６６，６７とを有し、反応部３１，３２に気体を供給する流路の一部を構成する。

貯留部６５は、外部から供給された気体を一時的に蓄える。分岐流路６６は、貯留部６５と反応部３１とを、分岐流路６７は、貯留部６５と反応部３２とを、それぞれ連通するように構成されている。配管４５を介して貯留部６５に蓄えられた気体は、分岐流路６６，６７を経由して反応部３１，３２にそれぞれ分配されるように供給される。

このように第１マニホールド６１を設けて隣り合う反応部３１，３２に気体を供給する配管を共通化すると、第１マニホールド６１の貯留部６５がバッファタンクとしての機能を兼ねることとなる。このため、反応部３１，３２に対する気体の供給圧力を均一にすることができる。

なお、実施形態に係るフロー電池１００では、マニホールド６０（第１マニホールド６１〜第４マニホールド６４）が反応部３１〜３８の側面に配置されたが、これに限らず、反応部３１〜３８の上方または下方に配置されてもよい。また、第１マニホールド６１は２つの反応部３１，３２に気体を分配するように構成されたが、３つ以上の反応部に気体を分配するように構成してもよい。

また、マニホールド６０（第１マニホールド６１〜第４マニホールド６４）と反応部３１〜３８とは離れていてもよいが、好ましくは近接するように配置される。マニホールド６０（第１マニホールド６１〜第４マニホールド６４）と反応部３１〜３８とが近接するように配置されると、マニホールド６０（第１マニホールド６１〜第４マニホールド６４）と反応部３１〜３８とを接続する配管が不要となり、フロー電池１００が小型化することでエネルギ密度が向上する。

次に、反応部３１〜３８の内部構造について、図３、図４を用いて説明する。以下では、反応部３１〜３８を代表して反応部３１を例に挙げて説明し、反応部３２〜３８については説明を省略する。図３は、図２に示す反応部３１のＡ−Ａ断面図であり、図４は、図３のＢ−Ｂ断面図である。

図３、図４に示すように、反応部３１は、発生部２０と反応室３０とを有する。

発生部２０は、反応部３１の下部、具体的には反応室３０の下方に配置されている。発生部２０は、一方は第１マニホールド６１を介して供給部Ｐ１に接続されており、他方は電解液５を収容した反応室３０の内部に開口している。発生部２０は、供給部Ｐ１から送られた気体を電解液５中に供給し、気泡６を発生させる。

発生部２０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って並ぶ複数の開口２０ａを有している。開口２０ａは、発生部２０の天面を兼ねる反応室３０の底面３０ｅに設けられる。

発生部２０は、供給部Ｐ１から供給された気体を開口２０ａから吐出することにより、電解液５中に気泡６を発生させる。開口２０ａは、例えば０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の直径を有する。また、Ｘ軸方向に沿った開口２０ａの間隔（ピッチ）は、例えば、２．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。ただし、開口２０ａは、発生した気泡６を互いに向かい合う正極と負極との間にそれぞれ適切に流動させることができるように配置されるものであれば、大きさや間隔に制限はない。

次に、反応室３０について説明する。反応室３０は、反応部３１の上部、具体的には発生部２０の上方に配置されている。反応室３０には、セルスタック１０と電解液５とが収容されている。セルスタック１０は、積層体１と枠体２５，２６とを備える。

積層体１は、正極と負極とが交互に配置された積層構造を有している。具体的には、積層体１は、負極３Ａと、正極２Ａと、負極３Ｂと、正極２Ｂと、負極３Ｃとが予め定められた間隔でＹ軸方向に沿って順に並ぶように配置されている。また、積層体１は、隣り合う正極と負極との間、すなわち負極３Ａと正極２Ａとの間、正極２Ａと負極３Ｂとの間、負極３Ｂと正極２Ｂとの間、正極２Ｂと負極３Ｃとの間にそれぞれ設けられたスペーサ１１，１２を含む。スペーサ１１，１２によって隣り合う正極と負極との間隔をそれぞれ保持することにより、正極と負極との間における電解液５および気泡６を流通する経路が確保される。

また、積層体１は、正極２Ａの積層方向、すなわちＹ軸方向の両側を挟むように配置された隔膜１３，１４をさらに含む。ここで、正極２Ａおよび隔膜１３，１４の詳細な構成について、図５Ａ、図５Ｂを用いて説明する。以下では、正極２Ａ，２Ｂを代表して正極２Ａを例に挙げて説明し、正極２Ｂについては説明を省略する。

図５Ａは、実施形態に係るフロー電池１００が備える正極２Ａを示す図であり、図５Ｂは、図５ＡのＣ−Ｃ断面図である。

図５Ａ、図５Ｂに示すように、正極２Ａは、正極材２Ａａと、支持枠２Ａｂとを備える。支持枠２Ａｂは、正極材２Ａａの周縁部を囲むように配置され、Ｙ軸方向の両端が連通するように開口している。隔膜１３，１４は、支持枠２Ａｂの開口部分を塞ぐように正極材２Ａａを挟んで互いに向かい合い、例えばエポキシ樹脂系等の耐電解液性を有する接着材料により支持枠２Ａｂに固定されている。

正極材２Ａａは、例えば、ニッケル化合物またはマンガン化合物を正極活物質として含有する導電性の部材である。ニッケル化合物は、例えば、オキシ水酸化ニッケル、水酸化ニッケル、コバルト含有水酸化ニッケル等が好ましい。マンガン化合物は、例えば、二酸化マンガン等が好ましい。また、正極材２Ａａは、コバルト化合物、黒鉛、カーボンブラック、導電性樹脂等を含んでもよい。電解液５が分解される酸化還元電位の観点からは、正極材２Ａａはニッケル化合物を含有することが好ましい。

また、正極材２Ａａは、上記した正極活物質や導電体その他の添加剤を複数の粒状体として含む。具体的には、正極材２Ａａは、例えば、予め定められた割合で配合された粒状の活物質および導電体を、保形性に寄与するバインダとともに含有するペースト状の正極材料を発泡ニッケルなどの導電性を有する発泡金属へ圧入し、所望の形状に成形し、乾燥させたものである。

支持枠２Ａｂは、例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニルなど、耐アルカリ性および絶縁性を有する樹脂材料で構成される。支持枠２Ａｂは、好ましくは収納容器５０と同じ材料で構成されるが、異なる材料で構成されてもよい。

また、隔膜１３，１４は、正極材２Ａａを負極３Ａ，３Ｂからそれぞれ分離すると共に、電解液５に含まれるイオンの移動を許容する材料で構成される。

隔膜１３，１４の材料としては、例えば、隔膜１３，１４が水酸化物イオン伝導性を有するように、陰イオン伝導性材料が挙げられる。陰イオン伝導性材料としては、例えば、有機ヒドロゲルのような三次元構造を有するゲル状の陰イオン伝導性材料、または固体高分子型陰イオン伝導性材料などが挙げられる。固体高分子型陰イオン伝導性材料は、例えば、ポリマーと、周期表の第１族〜第１７族より選択された少なくとも一種類の元素を含有する、酸化物、水酸化物、層状複水酸化物、硫酸化合物およびリン酸化合物からなる群より選択された少なくとも一つの化合物とを含む。

隔膜１３，１４は、好ましくは、水酸化物イオンよりも大きいイオン半径を備えた［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−等の金属イオン錯体の透過を抑制するように緻密な材料で構成されると共に所定の厚さを有する。緻密な材料としては、例えば、アルキメデス法で算出された９０％以上、より好ましくは９２％以上、さらに好ましくは９５％以上の相対密度を有する材料が挙げられる。所定の厚さは、例えば、１０μｍ〜１０００μｍ、より好ましくは５０μｍ〜５００μｍである。

この場合には、充電の際に、負極３Ａ，３Ｂにおいて析出する亜鉛がデンドライト（針状結晶）として成長し、隔膜１３，１４を貫通することを低減することができる。その結果、互いに向かい合う負極と正極との間の導通を低減することができる。

図３に戻り、正極２Ａ（正極材２Ａａ）は、正極タブ引出口３１ｂから反応室３０の外部に引き出された板状または棒状のタブ２Ａ１と電気的に接続されている。同様に、正極２Ｂは、後述するタブ２Ｂ１と電気的に接続されている。

図３、図４に戻り、負極３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、反応室３０に収容されている。負極３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、例えば負極活物質を金属亜鉛または亜鉛化合物として含む。負極３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、例えば、ステンレスや銅などの基材を、耐電解液性を有するニッケルやスズ、亜鉛でメッキ処理したものを使用することができる。また、メッキ処理された表面が一部酸化されたものを負極３Ａ，３Ｂ，３Ｃとして使用してもよい。また、負極３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、例えばカーボンペーパーやカーボンフェルトといった炭素系電極材料を用いてもよい。

また、負極３Ａは、負極タブ引出口３１ａから反応室３０の外部に引き出された板状または棒状のタブ３Ａ１と電気的に接続されている。同様に、負極３Ｂ，３Ｃは、後述するタブ３Ｂ１、３Ｃ１とそれぞれ電気的に接続されている。

枠体２５，２６は、Ｙ軸方向に沿って積層された積層体１の外周をＹＺ平面に沿うように囲むことにより、スペーサを挟んで正極と負極とが交互に積層された積層体１の積層構造を保持する部材である。

枠体２５，２６は、例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニルなど、耐アルカリ性および絶縁性を有する樹脂材料で構成される。枠体２５，２６は、好ましくは収納容器５０と同じ材料で構成されるが、異なる材料で構成されてもよい。

また、図３に示すように、枠体２５は、反応室３０の内壁３０ｃとは離れて配置されている。同様に、枠体２６は、反応室３０の内壁３０ｄとは離れて配置されている。このように枠体２５，２６を配置することにより、枠体２５，２６がセルスタック１０から脱落してしまう不具合を低減することができる。また、枠体２５，２６は、開口２０ａを塞がないように開口２０ａの間に配置される。ここで、枠体２５，２６のＸ軸方向の幅ｗ１は、例えば０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、より好ましくは２．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。幅ｗ１をこの範囲とすることで、枠体２５，２６の強度低下を抑制し、枠体２５，２６が開口２０ａを塞ぐことがなく、気泡６の流動を安定化できる。

なお、枠体２５，２６は、内壁３０ｃ，３０ｄとそれぞれ当接するように配置されてもよい。このように配置された枠体２５，２６を有するセルスタック１０では、反応室３０におけるＸ軸方向の位置決めが容易となる。

また、図４に示すように、Ｙ軸負方向側に位置する枠体２５の外周面２５ａは、反応室３０の内壁３０ａに当接するように配置されている。同様に、Ｙ軸正方向側に位置する枠体２５の外周面２５ｂは、反応室３０の内壁３０ｂに当接するように配置されている。このように枠体２５，２６を有するセルスタック１０を反応室３０に配置することにより、反応室３０におけるＹ軸方向の位置決めが容易となる。また、枠体２５，２６のかかる配置により、負極３Ａと内壁３０ａとの間、負極３Ｃと内壁３０ｂとの間、底面３０ｅと積層体１の下端１ｅとの間に、電解液５が自由に流動可能な隙間ができる。

ここで、枠体２５，２６のＹ軸方向の厚みｔ１は、例えば、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。厚みｔ１を０．５ｍｍ以上に設定することで、電解液５の流動を阻害することがなく、枠体２５，２６の強度低下をなくすことができる。また、厚みｔ１を１０ｍｍ以下に設定することで、反応室３０の容積に対して積層体１の占める割合を大きくすることができ、エネルギ密度の低下を抑制することができる。また、積層体１と内壁３０ａ，３０ｂとの隙間を狭くすることができ、電解液５の流動を速めることができる。

また、枠体２５，２６は、反応室３０の底面３０ｅと積層体１の下端１ｅとの間隔ｈ１が、例えば、０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように形成される。電解液５は後述するように反応室３０内を流れるため、間隔ｈ１が０．５ｍｍ以上であると、積層体１と底面３０ｅとの隙間を広くすることができ、電解液５の流動がスムーズに行われる。間隔ｈ１が２０ｍｍ以下であると、反応室３０の容積に対して積層体１の占める割合を大きくすることができ、エネルギ密度を高くすることができる。なお、枠体２５，２６と底面３０ｅとの間には、空間Ｓを形成するための脚部２５ｆを設けてもよい。脚部２５ｆを設けることにより、積層体１と底面３０ｅとの間における電解液５の流動がより円滑になる。

なお、枠体２５，２６は、内壁３０ａ，３０ｂと当接していなくてもよく、例えばＹ軸方向の位置決めが容易となる程度に例えば１ｍｍ程度離間して近接していてもよい。

電解液５は、正極２Ａ，２Ｂおよび負極３Ａ，３Ｂ，３Ｃに接触するように反応室３０の内部に収容されている。電解液５は、例えば、亜鉛種を含有するアルカリ水溶液である。電解液５中の亜鉛種は、［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−として溶存している。電解液５は、例えば、Ｋ^＋やＯＨ⁻を含むアルカリ水溶液に酸化亜鉛を飽和させたものを使用することができる。ここで、アルカリ水溶液としては、例えば、６．７ｍｏｌｄｍ^−３の水酸化カリウム水溶液を使用することができる。また、例えば、６．７ｍｏｌｄｍ^−３の水酸化カリウム水溶液に対し、ＺｎＯが飽和するまで添加することにより電解液５を調製することができる。

気泡６は、例えば正極２Ａ，２Ｂ、負極３Ａ，３Ｂ，３Ｃおよび電解液５に対して不活性な気体で構成される。このような気体としては、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、またはアルゴンガスなどが挙げられる。電解液５に不活性な気体の気泡６を発生させることにより、電解液５の変性を低減することができる。また、例えば、亜鉛種を含有するアルカリ水溶液である電解液５の劣化を低減し、電解液５のイオン伝導度を高く維持することができる。なお、気体は空気であってもよい。

開口２０ａから電解液５中に供給された気体により発生した気泡６は、所定の間隔で配置された電極間、すなわち、負極３Ａと正極２Ａとの間、正極２Ａと負極３Ｂとの間、負極３Ｂと正極２Ｂとの間、正極２Ｂと負極３Ｃとの間において、それぞれ電解液５中を上方に向かって流動する。電解液５中を気泡６として流動した気体は、電解液５の液面で消滅し、反応室３０における電解液５の上方に気体層７を構成する。

ここで、反応室３０における電極反応について、正極活物質として水酸化ニッケルを適用したニッケル亜鉛フロー電池を例に挙げて説明する。充電時における正極および負極での反応式はそれぞれ、以下のとおりである。

正極：Ｎｉ（ＯＨ）_２ ＋ ＯＨ⁻ → ＮｉＯＯＨ ＋ Ｈ_２Ｏ ＋ ｅ⁻
負極：［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２− ＋ ２ｅ⁻ → Ｚｎ ＋４ＯＨ⁻

反応式から明らかなように、負極３Ａ，３Ｂ，３Ｃでは、充電により亜鉛が析出するのに伴い、負極３Ａ，３Ｂ，３Ｃの近傍における電解液５中の［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−の濃度が低下する。そして、［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−の濃度が低下した電解液５が負極３Ａ，３Ｂ，３Ｃの近傍に滞留すると、負極３Ａ，３Ｂ，３Ｃに析出した亜鉛がデンドライトとして成長する一因となる。すなわち、充電反応により［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−の濃度が局所的に低下した電解液５を負極３Ａ，３Ｂ，３Ｃの近傍に滞留させることなく速やかに流動させると、デンドライトの成長が低減される。

そこで、実施形態に係るフロー電池１００では、反応室３０の内部に開口した発生部２０の開口２０ａから電解液５中に気体を供給して気泡６を発生させることとした。気泡６は、負極３Ａと正極２Ａとの間、正極２Ａと負極３Ｂとの間、負極３Ｂと正極２Ｂとの間、正極２Ｂと負極３Ｃとの間のそれぞれにおいて反応室３０の下方から上方に向かって電解液５中を上昇するように流動する。

また、電極間における上記した気泡６の流動に伴い、電解液５には上昇液流が発生し、負極３Ａと正極２Ａとの間、正極２Ａと負極３Ｂとの間、負極３Ｂと正極２Ｂとの間、正極２Ｂと負極３Ｃとの間では反応室３０の底面３０ｅから上方に向かって電解液５が流動する。そして、電解液５の上昇液流に伴い、主に内壁３０ａ、３０ｂと積層体１との間で下降液流が発生し、電解液５が反応室３０の上方から下方に向かって流動する。図４に、電解液５の主な流れを矢印で記載した。

このように実施形態に係るフロー電池１００では、［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−の濃度が局所的に低下した電解液５を速やかに循環させることで電解液５中の［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−の濃度を均一に保つことができ、デンドライトの成長に伴う負極と正極との導通を低減することができる。

ここで、負極３Ａと隔膜１３との間隔、および、負極３Ｂと隔膜１４との間隔は、好ましくは１ｃｍ以下となるように設けられる。負極と隔膜との間隔を１ｃｍ以下とすることにより、電極間のイオン伝導に伴う電圧低下を低減することができる。また、気泡６を負極３Ａ，３Ｂ，３Ｃの近傍により確実に流動させることができることから、電解液５中の［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−の濃度を速やかに均一化することができ、デンドライトの成長に伴う負極と正極との導通を低減することができる。なお、正極２Ｂを覆う隔膜と負極３Ｂ，３Ｃとの間隔についても、同様に設定することができる。

なお、図３、図４に示す反応室３０では、電解液５の上面、すなわち電解液５と気体層７との境界は枠体２５，２６の上面よりも高くなるように構成されたが、これに限らず、例えば、電解液５の上面が積層体１の上端と枠体２５，２６の上面との間に位置するようにしてもよい。

次に、フロー電池１００における電極間およびセルスタック間の接続について説明する。図６は、実施形態に係るフロー電池１００の電極間の接続の一例について説明する図であり、図７は、実施形態に係るフロー電池１００におけるセルスタック間の接続の一例について説明する図である。

図６に示すように、負極３Ａ，３Ｂおよび３Ｃは、負極タブ引出口３１ａから引き出されたタブ３Ａ１，３Ｂ１，３Ｃ１を介して、負極板３を用いて並列接続されている。また、正極２Ａおよび２Ｂは、正極タブ引出口３１ｂから引き出されたタブ２Ａ１，２Ｂ１を介して、正極板２を用いて並列接続されている。このように負極および正極をそれぞれ並列に接続することにより、正極および負極の総数が異なる場合であってもフロー電池１００の各電極間を適切に接続し、使用することができる。

また、図７に示すように、セルスタック１０の正極板２とセルスタック１０１の負極板３とは接続部材５１を介して電気的に接続されている。また、セルスタック１０１の正極板２とセルスタック１０２の負極板３とは接続部材５２を介して電気的に接続されている。また、セルスタック１０２の正極板２とセルスタック１０３の負極板３とは接続部材５３を介して電気的に接続されている。また、セルスタック１０３の正極板２とセルスタック１０４の負極板３とは接続部材５４を介して電気的に接続されている。また、セルスタック１０４の正極板２とセルスタック１０５の負極板３とは接続部材５５を介して電気的に接続されている。また、セルスタック１０５の正極板２とセルスタック１０６の負極板３とは接続部材５６を介して電気的に接続されている。また、セルスタック１０６の正極板２とセルスタック１０７の負極板３とは接続部材５７を介して電気的に接続されている。

このように、互いに隣り合うセルスタックの正極板２と負極板３とを接続部材を用いて接続することにより、セルスタック１０，１０１〜１０７は直列接続される。なお、図７に示すように、正極板２と負極板３の配置は、Ｙ軸方向に正極板２と負極板３とが互い違いに配置されるように構成すると、接続部材５１〜５７のサイズを小さくすることができ、充放電性能の低下を低減することができる。

なお、上記した実施形態では、合計５枚の電極が負極および正極が交互に配置されるように構成されたが、これに限らず、３枚または６枚以上の電極を交互に配置するようにしてもよく、正極および負極をそれぞれ１枚ずつ配置させてもよい。また、上記した実施形態では、両端がともに負極（３Ａ，３Ｃ）となるように構成されたが、これに限らず、両端がともに正極となるように構成してもよい。

さらに、一方を正極、他方を負極となるように同枚数の負極および正極をそれぞれ交互に配置してもよい。かかる場合、電極間の接続は並列であってもよく、直列であってもよい。

次に、発生部２０が備える開口２０ａの変形例について説明する。図８は、実施形態の変形例に係るフロー電池１００が備える発生部２０の概略を示す断面図である。

図８に示すように、発生部２０は、反応室３０に向かって突出する複数の突出部１９を有する。これらの突出部１９はそれぞれ、上方に開口する開口２０ｂを有している。突出部１９の高さｈ２は、積層体１の下端１ｅよりも上方に位置するように設定される。このため、開口２０ｂから吐出された気体による気泡６を電極間により確実に誘導することができる。また、粉末状に加工または生成された酸化亜鉛を混在させた電解液５を適用した場合には、酸化亜鉛による開口２０ｂの目詰まりを低減することができる。突出部１９の高さｈ２は、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。

また、突出部１９は、好ましくは上端側を頂点とする円錐筒形状を有している。このように構成された突出部１９では、電解液５の流動に対する抵抗を受けにくく、例えば破損などの不具合を受けにくい。また、例えば電解液５の流れを阻害する不具合を低減することができる。

開口２０ｂは、例えば１０μｍ以上２００μｍ以下の直径を有する。開口２０ｂの直径をこのように規定することにより、開口２０ｂから発生部２０に電解液５が進入する不具合を低減することができる。また、開口２０ｂから吐出される気体に対し、気泡６を発生させるのに適した圧力損失を与えることができる。

また、Ｘ軸方向に沿った開口２０ｂの間隔（ピッチ）は、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。ただし、開口２０ｂは、発生した気泡６を互いに向かい合う正極と負極との間にそれぞれ適切に流動させることができるように配置されるものであれば、大きさや間隔に制限はない。

なお、上記した実施形態では、供給部Ｐ１〜Ｐ４は、常時動作していてもよいが、電力消費を低減する観点から、電解液５中の電解質濃度に偏りが生じやすい充放電時にのみ動作させることが好ましく、デンドライトが生じやすい充電時にのみ動作させるのがより好ましい。また、電解液５中の［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−の消費レートに応じて発生部２０から供給される気体の供給速度を変更するように構成してもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 積層体
２ 正極板
２Ａ，２Ｂ 正極
３ 負極板
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 負極
５ 電解液
６ 気泡
７ 気体層
１０，１０１〜１０７ セルスタック
１１，１２ スペーサ
１３，１４ 隔膜
２０ 発生部
２０ａ，２０ｂ 開口
２５、２６ 枠体
３０ 反応室
３１〜３８ 反応部
５０ 収納容器
６０ マニホールド
１００ フロー電池
Ｐ１〜Ｐ４ 供給部

Claims (1)

1. スペーサを介して正極および負極を交互に積層した積層体と、該積層体を保持するように前記積層体の外周を囲む枠体とを有するセルスタックと、
   前記セルスタックを収容する反応室と、
   前記反応室の内部に収容され、前記正極および前記負極に接触する電解液と、
   前記電解液に気泡を発生させる発生部と、
   前記発生部に気体を供給する供給部と
   を備えることを特徴とするフロー電池。

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