JP2019511104A - 予め設計されたフローフィールドを有する電気化学セルおよびその生産方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
該当なし。
該当なし。
エネルギー密度=(26.8A−h/mol)×OCV×[e−] (1)
式中、OCVは50%の充電状態での開路電位であり、(26.8A−h/mol)はファラデー定数であり、[e−]は99%の充電状態で活物質に貯蔵される電子の濃度である。正の電解液および負の電解液の活物質がいずれも原子種または分子種を主に含む場合、[e−]は以下の式2によって計算することができる。
[e−]=[活物質]×N/2 (2)
式中、[活物質]は負の電解液または正の電解液の活物質のモル濃度のうちいずれか低い方であり、Nは活物質1分子当たりの移動電子の数である。関連用語の「電荷密度(charge density)」は、各電解液が含有する電荷の総量を指す。所与の電解液について、電荷密度は以下の式3によって計算することができる。
電荷密度=(26.8A−h/mol)×[活物質]×N (3)
式中、[活物質]およびNは上記で定めた通りである。
Veff,RT=Vdischarge/Vcharge×100% (4)
Claims (29)
- 第1のハーフセルと第2のハーフセルとの間に配置されたイオン伝導性のセパレータと、
前記第1のハーフセル内に設けられる第1のバイポーラプレートと、
前記第2のハーフセル内に設けられる第2のバイポーラプレートと、
を備え、前記第1のバイポーラプレートおよび前記第2のバイポーラプレートのうち少なくとも一方が、導体材料および閉塞材料を含有する複合材料である、電気化学セルであって、
前記閉塞材料は、互いに離間すると共に、前記イオン伝導性のセパレータに対して横方向に前記複合材料を通って延在する、複数の流路を形成し、
前記複数の流路は、前記複合材料内で互いに流体連通している、電気化学セル。 - 前記導体材料は、不織カーボンペーパー、カーボン織布、カーボンフェルト、またはカーボン発泡体を含む、請求項1に記載の電気化学セル。
- 前記複数の流路は、前記複合材料の中で互いに略平行に延びている、請求項1に記載の電気化学セル。
- 前記第1のハーフセル内に設けられる第1の電極と、
前記第2のハーフセル内に設けられる第2の電極と、
をさらに備え、
前記第1の電極が、前記第1のバイポーラプレートと前記イオン伝導性のセパレータとの間に挟まれ、
前記第2の電極が、前記第2のバイポーラプレートと前記イオン伝導性のセパレータとの間に挟まれている、
請求項1に記載の電気化学セル。 - 前記第1のバイポーラプレートが、前記第1の電極に接し、
前記第2のバイポーラプレートが、前記第2の電極に接している、
請求項4に記載の電気化学セル。 - 前記第1のバイポーラプレートおよび前記第2のバイポーラプレートは、前記イオン伝導性のセパレータの両面に接している、請求項1に記載の電気化学セル。
- 前記閉塞材料は、ポリマー材料を含む、請求項1に記載の電気化学セル。
- 前記ポリマー材料は、熱可塑性ポリマーを含む、請求項7に記載の電気化学セル。
- 前記閉塞材料は、前記導体材料に含浸されている、請求項1に記載の電気化学セル。
- 前記閉塞材料は、前記導体材料の上に層を備えている、請求項1に記載の電気化学セル。
- 前記第1のバイポーラプレートに第1の電解液を供給し、前記第2のバイポーラプレートに第2の電解液を供給するように構成された流体入口マニホールドと、
前記第1のバイポーラプレートから前記第1の電解液を排出し、前記第2のバイポーラプレートから前記第2の電解液を排出するように構成された流体出口マニホールドと、
をさらに備え、
前記流体入口マニホールドおよび前記流体出口マニホールドは、前記複合材料内の交互配列された流路に対して、前記第1の電解液と前記第2の電解液との供給および排出を行うように構成されている、
請求項1に記載の電気化学セル。 - 前記流体入口マニホールドおよび前記流体出口マニホールドは、前記第1のバイポーラプレートおよび前記第2のバイポーラプレートの両側面に対して、前記第1の電解液と前記第2の電解液との供給および排出を行うように構成されている、請求項11に記載の電気化学セル。
- 前記第1のハーフセル内に前記第1のバイポーラプレートを保持し、前記第1のハーフセル内に流体シールを設けるように構成された1つ以上のフレーム層と、
前記第2のハーフセル内に前記第2のバイポーラプレートを保持し、前記第2のハーフセル内に流体シールを設けるように構成された1つ以上のフレーム層と、
をさらに備え、
前記第1のハーフセル内の前記フレーム層の少なくとも1つが、前記第1のバイポーラプレートに前記第1の電解液を供給するように構成され、
前記第2のハーフセル内の前記フレーム層の少なくとも1つが、前記第2のバイポーラプレートに前記第2の電解液を供給するように構成されている、
請求項11に記載の電気化学セル。 - 前記第1のハーフセル内に前記第1のバイポーラプレートを保持し、前記第1のハーフセル内に流体シールを設けるように構成された1つ以上のフレーム層と、
前記第2のハーフセル内に前記第2のバイポーラプレートを保持し、前記第2のハーフセル内に流体シールを設けるように構成された1つ以上のフレーム層と、
をさらに備える、請求項1に記載の電気化学セル。 - 請求項1に記載の電気化学セルを複数備え、該複数の電気化学セルが互いに当接する、電気化学スタック。
- 隣接する電気化学セルの間に追加の導体層をさらに備えている、請求項15に記載の電気化学スタック。
- フロー電池内に設けられている、請求項15に記載の電気化学スタック。
- 前記第1のバイポーラプレートに第1の電解液を供給し、前記第2のバイポーラプレートに第2の電解液を供給するように構成された流体入口マニホールドと、
前記第1のバイポーラプレートから前記第1の電解液を排出し、前記第2のバイポーラプレートから前記第2の電解液を排出するように構成された流体出口マニホールドと、
をさらに備え、
前記流体入口マニホールドおよび前記流体出口マニホールドは、前記複合材料内の交互配列された流路に対して、前記第1の電解液と前記第2の電解液との供給および排出を行うように構成されている、請求項15に記載の電気化学スタック。 - 導体材料の一部に閉塞材料を含浸させて複合材料を形成することと、
第1のハーフセル内に設けられる第1のバイポーラプレートと、第2のハーフセル内に設けられる第2のバイポーラプレートとを備え、前記第1のハーフセルおよび前記第2のハーフセルがイオン伝導性のセパレータによって隔てられている電気化学セルを作製することと、を含む方法であって、
前記第1のバイポーラプレートおよび前記第2のバイポーラプレートのうち少なくとも一方は、前記複合材料を含み、
前記閉塞材料は、互いに離間するともに、前記イオン伝導性のセパレータに対して横方向に前記複合材料を通って延在する、複数の流路を形成し、
前記複数の流路は、前記複合材料内で互いに流体連通している、方法。 - 前記電気化学セルが、連続的な生産ラインでロール状の原材料から作製される、請求項19に記載の方法。
- 前記連続的な生産ラインにおいて、前記電気化学セルを作製する前に、前記複合材料の形成および該複合材料への前記複数の流路の形成も行う、請求項20に記載の方法。
- 前記閉塞材料を含浸させることは、前記導体材料に熱可塑性ポリマーを熱含浸させることを含む、請求項19に記載の方法。
- 複数の前記電気化学セルを互いに当接させて電気化学スタックを形成することをさらに含む、請求項19に記載の方法。
- 導体材料上の層に閉塞材料を配置して複合材料を形成することと、
前記層から前記閉塞材料の一部を除去して互いに離間した複数の流路を形成することと、
第1のハーフセル内に設けられる第1のバイポーラプレートと、第2のハーフセル内に設けられる第2のバイポーラプレートとを備え、前記第1のハーフセルおよび前記第2のハーフセルがイオン伝導性のセパレータによって隔てられている電気化学セルを作製することとを含む方法であって、
前記第1のバイポーラプレートおよび前記第2のバイポーラプレートのうち少なくとも一方は、前記複合材料を含み、
前記複数の流路は、前記イオン伝導性のセパレータに対して横方向に前記複合材料を通って延在し、
前記複数の流路は、前記複合材料内で互いに流体連通している、方法。 - 前記電気化学セルが、連続的な生産ラインでロール状の原材料から作製される、請求項24に記載の方法。
- 前記連続的な生産ラインにおいて、前記電気化学セルを作製する前に、前記複合材料の形成および該複合材料への前記複数の流路の形成も行う、請求項25に記載の方法。
- 熱含浸によって前記導体材料に前記閉塞材料を少なくとも部分的に含浸させることをさらに含み、
前記閉塞材料が熱可塑性ポリマーを含む、前記請求項24に記載の方法。 - 複数の前記電気化学セルを互いに当接させて電気化学スタックを形成することをさらに含む、請求項24に記載の方法。
- 前記閉塞材料の一部を除去して互いに離間した複数の流路を形成することは、前記閉塞材料のレーザアブレーションを含む、請求項24に記載の方法。
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