JP2020021565A - Flow battery - Google Patents

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Toshiaki Shigeoka
俊昭 重岡
佐郷 文昭
Fumiaki Sago
文昭 佐郷
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Abstract

To provide a flow battery that can reduce performance degradation.SOLUTION: A flow battery includes an electrode 2, a negative electrode 3, an electrolytic solution 6, and a generating unit 9. The electrolytic solution contacts the positive and negative electrodes. The generating unit has a groove 11 and a discharge port 9a, and is arranged below the positive and negative electrodes. The groove extends in the width direction of the negative electrode. The discharge port discharges gas into the electrolytic solution from the bottom surface of the groove to generate bubbles.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

開示の実施形態は、フロー電池に関する。   The disclosed embodiments relate to a flow battery.

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)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)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a flow battery in which an electrolytic solution containing tetrahydroxyzinc acid ion ([Zn (OH) 4 ] 2− ) is circulated between a positive electrode and a negative electrode (for example, see Non-Patent Document 1). .

また、亜鉛種などの活物質を含む負極を、選択的イオン電導性を有するイオン電導層で覆うことでデンドライトの成長を抑制する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Further, a technique has been proposed in which a negative electrode containing an active material such as a zinc species is covered with an ion conductive layer having selective ion conductivity to suppress the growth of dendrites (for example, see Patent Document 1).

特開2015−185259号公報JP-A-2005-185259

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, 2011Y. 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

しかしながら、上記に記載の電池では、電極表面に生成した活物質が充放電に寄与しない状態で脱落し、滞留することで電池性能が劣化する懸念があった。   However, in the battery described above, there is a concern that the active material generated on the electrode surface falls off in a state not contributing to charge and discharge and stays there, thereby deteriorating the battery performance.

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、性能劣化を低減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。   An aspect of the embodiment has been made in view of the above, and has as its object to provide a flow battery that can reduce performance deterioration.

実施形態の一態様に係るフロー電池は、正極および負極と、電解液と、発生部とを備える。電解液は、前記正極および前記負極に接触する。発生部は、溝部と吐出口とを有し、前記正極および前記負極より下方に配置される。溝部は、前記負極の幅方向に延びる。吐出口は、前記溝部の底面から前記電解液中に気体を吐出して気泡を発生させる。   A flow battery according to one aspect of an embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a generator. The electrolyte contacts the positive electrode and the negative electrode. The generator has a groove and a discharge port, and is arranged below the positive electrode and the negative electrode. The groove extends in the width direction of the negative electrode. The discharge port discharges gas into the electrolytic solution from the bottom surface of the groove to generate bubbles.

実施形態の一態様のフロー電池によれば、性能劣化を低減することができる。   According to the flow battery of one embodiment of the present invention, performance deterioration can be reduced.

図1は、実施形態に係るフロー電池の概略を示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a flow battery according to an embodiment. 図2は、実施形態に係るフロー電池が備える天板の概略を示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a top plate included in the flow battery according to the embodiment. 図3は、図2のI−I断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line II of FIG. 図4は、図2のII−II断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line II-II of FIG. 図5は、実施形態に係るフロー電池の電極間の接続の一例について説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a connection between electrodes of the flow battery according to the embodiment. 図6は、実施形態の第1変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a configuration of a top plate included in a flow battery according to a first modification of the embodiment. 図7は、実施形態の第2変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す図である。FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a configuration of a top plate included in a flow battery according to a second modification of the embodiment. 図8は、実施形態の第3変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す図である。FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a configuration of a top plate included in a flow battery according to a third modification of the embodiment. 図9は、実施形態の第4変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す図である。FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a configuration of a top plate included in a flow battery according to a fourth modification of the embodiment. 図10は、実施形態の第5変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a top plate included in a flow battery according to a fifth modified example of the embodiment. 図11は、実施形態の第5変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a top plate included in a flow battery according to a fifth modified example of the embodiment.

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。   Hereinafter, embodiments of the flow battery disclosed in the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited by the embodiments described below.

<実施形態に係るフロー電池>
図1は、実施形態に係るフロー電池の概略を示す図である。図1に示すフロー電池1は、筐体17に収容された反応部10および発生部9と、供給部14とを備える。反応部10は、正極2と、負極3と、隔膜4,5と、電解液6と、粉末7とを備える。フロー電池1は、発生部9で発生した気泡8を電解液6中で浮上させることにより反応部10内に収容された電解液6を流動させる装置である。
<Flow battery according to embodiment>
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a flow battery according to an embodiment. The flow battery 1 shown in FIG. 1 includes a reaction unit 10 and a generation unit 9 housed in a housing 17, and a supply unit 14. The reaction section 10 includes the positive electrode 2, the negative electrode 3, the diaphragms 4 and 5, the electrolyte 6, and the powder 7. The flow battery 1 is a device that causes the bubbles 8 generated in the generating unit 9 to float in the electrolytic solution 6 to flow the electrolytic solution 6 contained in the reaction unit 10.

なお、説明を分かりやすくするために、図1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。   In order to make the description easy to understand, FIG. 1 illustrates a three-dimensional orthogonal coordinate system including a Z-axis having a vertically upward direction as a positive direction and a vertically downward direction as a negative direction. Such an orthogonal coordinate system may be shown in other drawings used in the following description.

正極2は、例えば、ニッケル化合物、マンガン化合物またはコバルト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、コバルト化合物含有水酸化ニッケル等が使用できる。マンガン化合物は、例えば、二酸化マンガン等が使用できる。コバルト化合物は、例えば、水酸化コバルト、オキシ水酸化コバルト等が使用できる。また、正極2は、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6が分解される酸化還元電位の観点からは、正極2はニッケル化合物を含有してもよい。また、正極2は、ニッケル金属、コバルト金属またはマンガン金属、あるいはそれらの合金であってもよい。   The positive electrode 2 is a conductive member containing, for example, a nickel compound, a manganese compound, or a cobalt compound as a positive electrode active material. As the nickel compound, for example, nickel oxyhydroxide, nickel hydroxide, nickel hydroxide containing a cobalt compound and the like can be used. As the manganese compound, for example, manganese dioxide or the like can be used. As the cobalt compound, for example, cobalt hydroxide, cobalt oxyhydroxide and the like can be used. Further, the positive electrode 2 may include graphite, carbon black, a conductive resin, or the like. From the viewpoint of the oxidation-reduction potential at which the electrolytic solution 6 is decomposed, the positive electrode 2 may contain a nickel compound. The positive electrode 2 may be made of nickel metal, cobalt metal, manganese metal, or an alloy thereof.

また、正極2は、例えば、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2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、乾燥させたものを使用することができる。   The positive electrode 2 includes, for example, the above-described positive electrode active material, the conductor, and other additives as a plurality of particles. Specifically, for example, the positive electrode 2 is made of a paste-like positive electrode material containing a particulate active material and a conductor mixed at a predetermined ratio together with a binder that contributes to shape retention, and is made of a conductive material such as foamed nickel. It can be used by press-fitting it into a foamed metal having properties, forming it into a desired shape, and drying it.

負極3は、負極活物質を金属として含む。負極3は、例えば、ステンレスや銅などの金属板や、ステンレスや銅板の表面をニッケルやスズ、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3として使用してもよい。   The negative electrode 3 contains a negative electrode active material as a metal. As the negative electrode 3, for example, a metal plate such as stainless steel or copper, or a material obtained by plating the surface of a stainless steel or copper plate with nickel, tin, or zinc can be used. Alternatively, a partially oxidized surface of the plated surface may be used as the negative electrode 3.

負極3は、正極2を挟んで互いに向かい合うように配置された負極3aおよび負極3bを含む。正極2および負極3は、負極3aと、正極2と、負極3b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。このように隣り合う正極2と負極3との間隔をそれぞれ設けることにより、正極2と負極3との間における電解液6および気泡8の流通経路が確保される。なお、負極3a,負極3bを区別なく説明する場合、図示にかかわらず単に負極3として説明する場合がある。   The negative electrode 3 includes a negative electrode 3a and a negative electrode 3b arranged so as to face each other with the positive electrode 2 interposed therebetween. The positive electrode 2 and the negative electrode 3 are arranged such that the negative electrode 3a, the positive electrode 2, and the negative electrode 3b are sequentially arranged at predetermined intervals along the Y-axis direction. By providing the intervals between the adjacent positive electrode 2 and negative electrode 3 in this manner, a flow path of the electrolytic solution 6 and the bubble 8 between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 is secured. When the negative electrode 3a and the negative electrode 3b are described without distinction, they may be simply described as the negative electrode 3 regardless of the drawings.

隔膜4,5は、正極2の厚み方向、すなわちY軸方向の両側を挟むように配置される。隔膜4,5は、電解液6に含まれるイオンの移動を許容する材料で構成される。具体的には、隔膜4,5の材料として、例えば、隔膜4,5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。   The diaphragms 4 and 5 are arranged so as to sandwich both sides of the positive electrode 2 in the thickness direction, that is, the Y-axis direction. The diaphragms 4 and 5 are made of a material that allows movement of ions contained in the electrolyte 6. Specifically, examples of the material of the diaphragms 4 and 5 include an anion conductive material so that the diaphragms 4 and 5 have hydroxide ion conductivity. Examples of the anion conductive material include a gel anion conductive material having a three-dimensional structure such as an organic hydrogel, and a solid polymer type anion conductive material. The solid polymer type anion conductive material is, for example, an oxide, a hydroxide, or a layered double hydroxide containing a polymer and at least one element selected from Groups 1 to 17 of the periodic table. And at least one compound selected from the group consisting of sulfuric acid compounds and phosphoric acid compounds.

隔膜4,5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)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。 The diaphragms 4 and 5 are preferably made of a dense material so as to suppress the permeation of a metal ion complex such as [Zn (OH) 4 ] 2- having an ionic radius larger than the hydroxide ion, and It has a predetermined thickness. Examples of the dense material include a material having a relative density of 90% or more, more preferably 92% or more, and still more preferably 95% or more, calculated by the Archimedes method. The predetermined thickness is, for example, 10 μm to 1000 μm, and more preferably 50 μm to 500 μm.

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4,5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3と正極2との間の導通を低減することができる。   In this case, it is possible to reduce the possibility that zinc deposited on the negative electrodes 3 a and 3 b grows as dendrites (needle crystals) and penetrates the diaphragms 4 and 5 during charging. As a result, conduction between the negative electrode 3 and the positive electrode 2 facing each other can be reduced.

電解液6は、6mol・dm−3以上のアルカリ金属を含有するアルカリ水溶液である。アルカリ金属は、例えばカリウムである。具体的には、例えば、6〜6.7moldm−3の水酸化カリウム水溶液を電解液6として使用することができる。また、酸素発生抑制を目的に、リチウムやナトリウムなどのアルカリ金属を水酸化物(水酸化リチウム、水酸化ナトリウム)として添加してもよい。 The electrolytic solution 6 is an alkaline aqueous solution containing 6 mol · dm −3 or more of an alkali metal. The alkali metal is, for example, potassium. Specifically, for example, an aqueous solution of potassium hydroxide of 6 to 6.7 moldm- 3 can be used as the electrolyte 6. Further, an alkali metal such as lithium or sodium may be added as a hydroxide (lithium hydroxide, sodium hydroxide) for the purpose of suppressing oxygen generation.

また、電解液6は、亜鉛成分を含有する。亜鉛成分は、[Zn(OH)2−として電解液6中に溶存している。亜鉛成分としては、例えば酸化亜鉛または水酸化亜鉛を使用することができる。また、1dm−3の水酸化カリウム水溶液に対し、0.5molの割合でZnOを添加し、必要に応じて後述する粉末7を追加することにより電解液6を調製することができる。未使用、あるいは放電終了後の電解液6は、例えば1×10−4mol・dm−3以上5×10−2mol・dm−3以下、好ましくは1×10−3mol・dm−3以上2.5×10−2mol・dm−3以下の亜鉛成分を含有することができる。 Further, the electrolytic solution 6 contains a zinc component. The zinc component is dissolved in the electrolytic solution 6 as [Zn (OH) 4 ] 2− . As the zinc component, for example, zinc oxide or zinc hydroxide can be used. Further, the electrolytic solution 6 can be prepared by adding ZnO to a 1 dm −3 aqueous solution of potassium hydroxide at a ratio of 0.5 mol, and adding a powder 7 described below as necessary. The electrolyte solution 6 not used or after the discharge is completed is, for example, 1 × 10 −4 mol · dm −3 or more and 5 × 10 −2 mol · dm −3 or less, preferably 1 × 10 −3 mol · dm −3 or more. A zinc component of 2.5 × 10 −2 mol · dm −3 or less can be contained.

粉末7は、亜鉛を含む。具体的には、粉末7は、例えば粉末状に加工または生成された酸化亜鉛、水酸化亜鉛等である。粉末7は、アルカリ水溶液中には容易に溶解するが、亜鉛種の飽和した電解液6中には溶解せずに分散または浮遊し、一部が沈降した状態で電解液6中に混在する。電解液6が長時間静置されていた場合、ほとんどの粉末7が、電解液6の中で沈降した状態になることもあるが、電解液6に対流等を生じさせれば、沈降していた粉末7の一部は、電解液6に分散または浮遊した状態になる。つまり、粉末7は、電解液6中に移動可能に存在している。なお、ここで移動可能とは、粉末7が、周囲の他の粉末7の間にできた局所的な空間の中のみを移動できることではなく、電解液6の中を別の位置に粉末7が移動することにより、当初の位置以外の電解液6に粉末7が晒されるようになっていることを表す。さらに、移動可能の範疇には、正極2および負極3の両方の近傍まで粉末7が移動できるようになっていることや、筐体17内に存在する電解液6中の、ほぼどこにでも粉末7が移動できるようになっていることが含まれる。電解液6中に溶存する[Zn(OH)2−が消費されると、電解液6中に混在する粉末7は、粉末7および電解液6が互いに平衡状態を維持するよう電解液6中に溶存する[Zn(OH)2−が飽和濃度に近づくように溶解する。粉末7は、電解液6中の亜鉛濃度を調整するとともに、電解液6のイオン伝導度を高く維持することができる。 Powder 7 contains zinc. Specifically, the powder 7 is, for example, zinc oxide, zinc hydroxide, or the like processed or generated into a powder. The powder 7 is easily dissolved in the alkaline aqueous solution, but is dispersed or suspended without dissolving in the electrolytic solution 6 saturated with the zinc species, and is mixed in the electrolytic solution 6 in a partially settled state. When the electrolytic solution 6 is allowed to stand for a long time, most of the powder 7 may be settled in the electrolytic solution 6. However, if the electrolytic solution 6 causes convection or the like, the powder 7 is settled. A part of the powder 7 is dispersed or suspended in the electrolyte 6. That is, the powder 7 is movably present in the electrolytic solution 6. Here, “movable” means that the powder 7 can move only in a local space formed between the surrounding other powders 7, but the powder 7 can be moved to another position in the electrolytic solution 6. The movement indicates that the powder 7 is exposed to the electrolyte 6 other than the initial position. Further, the movable category includes that the powder 7 can be moved to the vicinity of both the positive electrode 2 and the negative electrode 3 and that the powder 7 can be almost anywhere in the electrolytic solution 6 existing in the housing 17. That can be moved. When the [Zn (OH) 4 ] 2− dissolved in the electrolyte 6 is consumed, the powder 7 mixed in the electrolyte 6 is changed so that the powder 7 and the electrolyte 6 maintain an equilibrium state with each other. [Zn (OH) 4 ] 2- dissolved therein is dissolved so as to approach the saturation concentration. The powder 7 can maintain the ionic conductivity of the electrolytic solution 6 high while adjusting the zinc concentration in the electrolytic solution 6.

気泡8は、例えば正極2、負極3および電解液6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6に不活性な気体の気泡8を発生させることにより、電解液6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6の劣化を低減し、電解液6のイオン伝導度を高く維持することができる。なお、気体は空気を含有してもよい。   The bubbles 8 are made of, for example, a gas that is inert to the positive electrode 2, the negative electrode 3, and the electrolytic solution 6. Examples of such a gas include a nitrogen gas, a helium gas, a neon gas, and an argon gas. By generating an inert gas bubble 8 in the electrolytic solution 6, denaturation of the electrolytic solution 6 can be reduced. Further, for example, it is possible to reduce the deterioration of the electrolytic solution 6 which is an alkaline aqueous solution containing a zinc species, and to maintain the ionic conductivity of the electrolytic solution 6 high. The gas may contain air.

発生部9から電解液6中に供給された気体により発生した気泡8は、所定の間隔で配置された電極間、より具体的には、負極3aと正極2との間、正極2と負極3bとの間において、それぞれ電解液6中を浮上する。電解液6中を気泡8として浮上した気体は、電解液6の液面6aで消滅し、上板18と電解液6の液面6aとの間に気体層13を構成する。   The bubbles 8 generated by the gas supplied from the generator 9 into the electrolytic solution 6 are generated between the electrodes arranged at predetermined intervals, more specifically, between the negative electrode 3a and the positive electrode 2, and between the positive electrode 2 and the negative electrode 3b. Floats in the electrolytic solution 6 between the two. The gas floating in the electrolyte 6 as bubbles 8 disappears at the liquid surface 6 a of the electrolyte 6, and forms a gas layer 13 between the upper plate 18 and the liquid surface 6 a of the electrolyte 6.

ここで、フロー電池1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電池を例に挙げて説明する。充電時における正極2および負極3での反応式はそれぞれ、以下のとおりである。   Here, the electrode reaction in the flow battery 1 will be described by taking a nickel zinc battery to which nickel hydroxide is applied as a positive electrode active material as an example. Reaction formulas at the positive electrode 2 and the negative electrode 3 during charging are as follows, respectively.

正極:Ni(OH) + OH → NiOOH + HO + e
負極:[Zn(OH)2− + 2e → Zn +4OH
The positive electrode: Ni (OH) 2 + OH - → NiOOH + H 2 O + e -
Negative electrode: [Zn (OH) 4 ] 2− + 2e → Zn + 4OH

一般的には、この反応に伴って負極3で生成したデンドライトが正極2側へ成長し、正極2と負極3とが導通する懸念がある。反応式から明らかなように、負極3では、充電により亜鉛が析出するのに伴い、負極3の近傍における[Zn(OH)2−の濃度が低下する。そして、析出した亜鉛の近傍で[Zn(OH)2−の濃度が低下する現象が、デンドライトとして成長する一因である。すなわち、充電時に消費される電解液6中の[Zn(OH)2−を補給することにより、電解液6中の亜鉛種である[Zn(OH)2−の濃度が高い状態に保持される。これにより、デンドライトの成長が低減され、正極2と負極3とが導通する可能性が低減される。 Generally, there is a concern that dendrite generated in the negative electrode 3 accompanying this reaction grows toward the positive electrode 2 and the positive electrode 2 and the negative electrode 3 conduct. As is apparent from the reaction formula, in the negative electrode 3, the concentration of [Zn (OH) 4 ] 2- in the vicinity of the negative electrode 3 decreases as zinc is deposited by charging. The phenomenon in which the concentration of [Zn (OH) 4 ] 2- decreases in the vicinity of the deposited zinc is one of the factors that cause growth as dendrites. That is, by supplying [Zn (OH) 4 ] 2− in the electrolytic solution 6 consumed at the time of charging, a state in which the concentration of the zinc species [Zn (OH) 4 ] 2− in the electrolytic solution 6 is high. Is held. Thereby, the growth of dendrite is reduced, and the possibility of conduction between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 is reduced.

フロー電池1では、電解液6中に亜鉛を含む粉末7を混在させるとともに、発生部9の吐出口9aから電解液6中に気体を供給して気泡8を発生させる。気泡8は、負極3aと正極2との間、正極2と負極3bとの間のそれぞれにおいて筐体17の下方から上方に向かって電解液6中を浮上する。   In the flow battery 1, the powder 7 containing zinc is mixed in the electrolytic solution 6, and gas is supplied into the electrolytic solution 6 from the discharge port 9 a of the generator 9 to generate bubbles 8. The bubbles 8 float in the electrolyte 6 from below to above the housing 17 between the negative electrode 3a and the positive electrode 2 and between the positive electrode 2 and the negative electrode 3b.

また、電極間における上記した気泡8の浮上に伴い、電解液6には上昇液流が発生し、負極3aと正極2との間、正極2と負極3bとの間では反応部10の内底10e側から上方に向かって電解液6が流動する。そして、電解液6の上昇液流に伴い、主に反応部10の内壁10aと負極3aとの間、および内壁10bと負極3bとの間で下降液流が発生し、電解液6が反応部10の内部を上方から下方に向かって流動する。   In addition, as the bubbles 8 float between the electrodes, an ascending liquid flow is generated in the electrolytic solution 6, and the inner bottom of the reaction section 10 is formed between the negative electrode 3 a and the positive electrode 2 and between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 b. The electrolyte 6 flows upward from the 10e side. The rising liquid flow of the electrolytic solution 6 causes a descending liquid flow mainly between the inner wall 10a and the negative electrode 3a of the reaction section 10 and between the inner wall 10b and the negative electrode 3b. 10 flows downward from above in the interior of 10.

これにより、充電によって電解液6中の[Zn(OH)2−が消費されると、これに追従するように粉末7中の亜鉛が溶解することで高濃度の[Zn(OH)2−を含有する電解液6が負極3の近傍に補給される。このため、電解液6中の[Zn(OH)2−を濃度が高い状態に保つことができ、デンドライトの成長に伴う正極2と負極3との導通の可能性を低減することができる。 Thus, when in the electrolytic solution 6 [Zn (OH) 4] 2- is consumed by charging, a high concentration by zinc powder 7 is dissolved to follow to [Zn (OH) 4 The electrolyte solution 6 containing 2- is supplied near the negative electrode 3. For this reason, [Zn (OH) 4 ] 2− in the electrolytic solution 6 can be kept in a high concentration state, and the possibility of conduction between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 due to the growth of dendrite can be reduced. .

なお、粉末7としては、酸化亜鉛および水酸化亜鉛以外に、金属亜鉛、亜鉛酸カルシウム、炭酸亜鉛、硫酸亜鉛、塩化亜鉛などが挙げられ、酸化亜鉛および水酸化亜鉛が好ましい。   The powder 7 includes, in addition to zinc oxide and zinc hydroxide, zinc metal, calcium zincate, zinc carbonate, zinc sulfate, zinc chloride, and the like, and zinc oxide and zinc hydroxide are preferable.

また、負極3では、放電によりZnが消費され、[Zn(OH)2−を生成するが、電解液6はすでに飽和状態であるため、電解液6中では、過剰となった[Zn(OH)2−からZnOが析出する。このとき負極3で消費される亜鉛は、充電時に負極3の表面に析出した亜鉛である。このため、元来亜鉛種を含有する負極を用いて充放電を繰り返す場合とは異なり、負極3の表面形状が変化するいわゆるシェイプチェンジが生じない。これにより、実施形態に係るフロー電池1によれば、負極3の経時劣化を低減することができる。なお、電解液6の状態によっては、過剰となった[Zn(OH)2−から析出するのは、Zn(OH)や、ZnOとZn(OH)とが混合したものになる。 Further, in the negative electrode 3, Zn is consumed by the discharge and generates [Zn (OH) 4 ] 2− , but since the electrolytic solution 6 is already in a saturated state, the excess [Zn] in the electrolytic solution 6 is obtained. (OH) 4 ] ZnO precipitates from 2- . The zinc consumed at the negative electrode 3 at this time is zinc deposited on the surface of the negative electrode 3 during charging. Therefore, unlike the case where charge and discharge are repeated using the negative electrode originally containing the zinc species, a so-called shape change in which the surface shape of the negative electrode 3 changes does not occur. Thereby, according to the flow battery 1 according to the embodiment, the deterioration with time of the negative electrode 3 can be reduced. Depending on the state of the electrolytic solution 6, the precipitate from excess [Zn (OH) 4 ] 2− is Zn (OH) 2 or a mixture of ZnO and Zn (OH) 2. .

実施形態に係るフロー電池1についてさらに説明する。発生部9は、反応部10の下方に配置されている。発生部9は、後述する供給部14から供給された気体を一時的に貯留するよう内部が中空となっている。また、反応部10の内底10eは、発生部9の中空部分を覆うように配置されており、発生部9の天板20を兼ねている。   The flow battery 1 according to the embodiment will be further described. The generation unit 9 is arranged below the reaction unit 10. The inside of the generator 9 is hollow so as to temporarily store gas supplied from a supply unit 14 described later. Further, the inner bottom 10 e of the reaction section 10 is arranged so as to cover the hollow portion of the generation section 9, and also serves as the top plate 20 of the generation section 9.

発生部9は、天板20に形成された溝部11と、吐出口9aとを有する。溝部11および吐出口9aは、平面視で負極3aと正極2との間、正極2と負極3bとの間にそれぞれ配置されている。ここで、天板20が有する溝部11および吐出口9aについて、図2〜図4を用いて説明する。図2は、実施形態に係るフロー電池が備える天板の概略を示す図である。また、図3は、図2のI−I断面図、図4は、図2のII−II断面図である。図2は、図1に示すフロー電池1が有する発生部9の天板20を、内底10e側から平面視したものに相当する。なお、図2では、説明の簡略化を目的として、隔膜4,5、電解液6および粉末7等の図示を省略している。また、後述の説明に用いる他の図面でも図示を省略する場合がある。   The generator 9 has a groove 11 formed in the top plate 20 and a discharge port 9a. The groove portion 11 and the discharge port 9a are respectively arranged between the negative electrode 3a and the positive electrode 2 and between the positive electrode 2 and the negative electrode 3b in plan view. Here, the groove 11 and the discharge port 9a of the top plate 20 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a top plate included in the flow battery according to the embodiment. FIG. 3 is a sectional view taken along the line II of FIG. 2, and FIG. 4 is a sectional view taken along the line II-II of FIG. FIG. 2 corresponds to a plan view of the top plate 20 of the generator 9 included in the flow battery 1 shown in FIG. 1 from the inner bottom 10e side. In FIG. 2, illustration of the diaphragms 4 and 5, the electrolytic solution 6, the powder 7, and the like is omitted for the purpose of simplifying the description. Further, the drawings may be omitted in other drawings used in the following description.

溝部11は、X軸方向に沿うように所定の間隔で複数配置されている。吐出口9aは、溝部11の底面11eに開口している。供給部14(図1参照)から供給された気体は、吐出口9aから溝部11を経由して内底10e側に吐出される。   A plurality of grooves 11 are arranged at predetermined intervals along the X-axis direction. The discharge port 9a is open on the bottom surface 11e of the groove 11. The gas supplied from the supply unit 14 (see FIG. 1) is discharged from the discharge port 9a to the inner bottom 10e through the groove 11.

天板20が溝部11を有しない場合、例えば、負極3aから脱落した金属亜鉛、および凝集あるいは大きく粒成長した粉末7等の異物が、吐出口9aを塞ぐように内底10e上に滞留すると、吐出口9aからの気体の吐出が妨げられる。これにより、電解液6の円滑な循環が阻害されると、例えば充電時にデンドライトが成長しやすくなるなど、性能劣化につながる懸念がある。   When the top plate 20 does not have the groove portion 11, for example, when foreign matter such as the metal zinc dropped from the negative electrode 3a and the powder 7 that has agglomerated or grown large particles stays on the inner bottom 10e so as to close the discharge port 9a, Discharge of the gas from the discharge port 9a is hindered. As a result, if the smooth circulation of the electrolytic solution 6 is hindered, there is a concern that performance may be deteriorated, for example, dendrite may easily grow during charging.

これに対し、図2、図3に示すように、平面視で吐出口9aを覆うように内底10e上に異物30が滞留した場合であっても、吐出口9aと異物30との間にはX軸方向に延びる溝部11が介在する。かかる場合、吐出口9aから吐出された気体により発生した気泡8(図1参照)は、異物30と溝部11との隙間を通り、内底10e側に収容された電解液6中を浮上する。このため、電解液6の円滑な循環が確保され、例えば吐出口9aの目詰まりに伴う性能劣化を低減することができる。   On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 3, even when the foreign matter 30 stays on the inner bottom 10e so as to cover the discharge port 9a in plan view, the gap between the discharge port 9a and the foreign matter 30 Has a groove 11 extending in the X-axis direction. In such a case, the bubbles 8 (see FIG. 1) generated by the gas discharged from the discharge port 9a pass through the gap between the foreign matter 30 and the groove portion 11 and float in the electrolyte solution 6 accommodated on the inner bottom 10e side. For this reason, smooth circulation of the electrolytic solution 6 is ensured, and for example, performance deterioration due to clogging of the discharge port 9a can be reduced.

ここで、図3を参照し、吐出口9aの中心線CLと吐出口9aの内周面との間隔、すなわち吐出口9aの半径Aは、例えば0.025mm以上0.25mm以下、さらに0.05mm以上0.1mm以下とすることができる。半径Aをこのように規定することにより、吐出口9aから発生部9の内部に電解液6や粉末7が進入する不具合を低減することができる。また、吐出口9aから吐出される気体に対し、気泡8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。一方、半径Aが0.025mm未満だと、電解液6が反応部10内を適切に循環できる程度に流動しない可能性がある。また、半径Aが0.25mmを超えると、単位時間あたりに吐出口9aに吐出される気体の量が多くなり、供給部14(図1参照)での電力消費が増大する可能性がある。   Here, referring to FIG. 3, the distance between the center line CL of the discharge port 9a and the inner peripheral surface of the discharge port 9a, that is, the radius A of the discharge port 9a is, for example, 0.025 mm or more and 0.25 mm or less, and 0.1 mm or less. It can be not less than 05 mm and not more than 0.1 mm. By defining the radius A as described above, it is possible to reduce the problem that the electrolyte 6 and the powder 7 enter the inside of the generation unit 9 from the discharge port 9a. Further, a pressure loss suitable for generating bubbles 8 can be given to the gas discharged from the discharge port 9a. On the other hand, if the radius A is less than 0.025 mm, there is a possibility that the electrolytic solution 6 does not flow to such an extent that it can be appropriately circulated in the reaction section 10. If the radius A exceeds 0.25 mm, the amount of gas discharged to the discharge port 9a per unit time increases, and there is a possibility that power consumption in the supply unit 14 (see FIG. 1) increases.

また、中心線CLと溝部11のY軸方向の端部11aとの間隔Bは、例えば、負極3aと中心線CLとの間隔Cよりも小さい。より具体的には、B≦2/3×Cとすることにより、吐出口9aから溝部11を経由して浮上する気泡8をより確実に正極2と負極3との間に誘導することができる。さらに、B≦1/2×Cとすることにより、吐出口9aから溝部11を経由して浮上する気泡8をさらに確実に正極2と負極3との間に誘導することができ、また、気泡8を挟んで正極2側および負極3側における電解液6の流動がより円滑となる。   The distance B between the center line CL and the end 11a of the groove 11 in the Y-axis direction is smaller than the distance C between the negative electrode 3a and the center line CL, for example. More specifically, by setting B ≦ 2 / 3 × C, bubbles 8 floating from the discharge port 9 a via the groove 11 can be more reliably guided between the positive electrode 2 and the negative electrode 3. . Further, by setting B ≦ 1 / × C, the air bubbles 8 floating from the discharge port 9 a via the groove 11 can be more reliably guided between the positive electrode 2 and the negative electrode 3. 8, the flow of the electrolyte 6 on the positive electrode 2 side and the negative electrode 3 side becomes smoother.

また、溝部11のY軸方向の幅が吐出口9aの直径よりも大きいことにより、溝部11の幅程度より大きい異物30により、吐出口9aが塞がりにくくなる。なお、異物30は不定形状であることが多いので、大きな異物30により、溝部11全体が塞がれてしまうことも起きにくい。   In addition, since the width of the groove 11 in the Y-axis direction is larger than the diameter of the discharge port 9a, the discharge port 9a is less likely to be blocked by a foreign material 30 that is about as large as the width of the groove 11. In addition, since the foreign matter 30 often has an irregular shape, it is unlikely that the entire foreign matter 30 is blocked by the large foreign matter 30.

また、図2を参照し、溝部11のうち、負極3の幅方向の両端間の距離は、負極3の幅よりも小さい。具体的には、負極3のX軸負方向側の一端3eは、X軸負方向側の端部に位置する溝部11の一端11bよりも幅Dだけ反応部10のX軸負方向側の内壁(図示せず)に近い。例えば、幅D≧半径A、より具体的には、D≧2mm、さらにD≧5mmとすることができる。これにより、電極間を上昇した電解液6が下降する経路をより確実に確保することができ、電解液6の流動がより円滑となる。なお、図2に示した例では、正極2と負極3a,3bとのX軸方向の幅が同じであるとして図示したが、これに限らず、異なっていてもよい。かかる場合、正極2および負極3a,3bのうち、X軸方向の幅が最も小さいものを基準として幅Dを規定してもよい。   Referring to FIG. 2, the distance between both ends in the width direction of negative electrode 3 in groove 11 is smaller than the width of negative electrode 3. Specifically, one end 3e of the negative electrode 3 on the negative side of the X-axis is closer to the inner wall of the reaction unit 10 on the negative side of the X-axis by a width D than one end 11b of the groove 11 located at the end on the negative side of the X-axis. (Not shown). For example, width D ≧ radius A, more specifically, D ≧ 2 mm, and D ≧ 5 mm. This makes it possible to more reliably secure a path in which the electrolytic solution 6 that has risen between the electrodes descends, and the flow of the electrolytic solution 6 becomes smoother. In the example shown in FIG. 2, the positive electrode 2 and the negative electrodes 3a and 3b are illustrated as having the same width in the X-axis direction. However, the width is not limited to this and may be different. In such a case, of the positive electrode 2 and the negative electrodes 3a and 3b, the width D may be defined based on the one having the smallest width in the X-axis direction.

また、溝部11の深さEは、少なくとも吐出口9aが配置されている部分において0.5mm以上であれば、吐出口9aの上方に異物30があった場合に、吐出口9aから溝部11に気泡8が入り易くできる。また、深さEは、天板20の強度および加工の難易の程度に応じて設定することができる。具体的には、深さEを0.5mm以上2mm以下、例えば1mmとすることができるが、これに限らず、例えば0.5mm未満であってもよく、または2mmを超えてもよい。   Further, if the depth E of the groove 11 is at least 0.5 mm at least in a portion where the discharge port 9a is disposed, when the foreign matter 30 is present above the discharge port 9a, the depth E is changed from the discharge port 9a to the groove 11. Bubbles 8 can easily enter. Further, the depth E can be set according to the strength of the top plate 20 and the degree of difficulty in processing. Specifically, the depth E can be set to 0.5 mm or more and 2 mm or less, for example, 1 mm, but is not limited to this. For example, the depth E may be less than 0.5 mm, or may be more than 2 mm.

また、図4を参照し、X軸方向に隣り合う吐出口9aの中心間距離Fは、例えば、2.5mm以上50mm以下であり、さらに10mm以下にしてもよい。   Referring to FIG. 4, the distance F between the centers of the discharge ports 9a adjacent in the X-axis direction is, for example, not less than 2.5 mm and not more than 50 mm, and may be not more than 10 mm.

また、中心線CLと溝部11のX軸方向の端部11cとの間隔Gは、例えば、G≦5×A、より具体的には2mm以下とすることができる。これにより、吐出口9aから溝部11を経由して浮上する気泡8のX軸方向の位置精度が高まり、電解液6の流動がより円滑となる。特に、G≦1/5×Fとすることで、例えば吐出口9a等に滞留した異物を迂回して溝部11から浮上するまでの、気泡8の吐出口9aからのX軸方向の移動可能範囲に上限を設けることになる。これにより、吐出口9aに対する気泡8の浮上位置のずれが小さくなるので、電極間を浮上する電解液6の流動がより円滑となる。   The distance G between the center line CL and the end 11c of the groove 11 in the X-axis direction can be, for example, G ≦ 5 × A, more specifically, 2 mm or less. Thereby, the positional accuracy in the X-axis direction of the bubbles 8 floating from the discharge ports 9a via the grooves 11 is increased, and the flow of the electrolytic solution 6 becomes smoother. In particular, by setting G ≦ 1 / × F, the movable range of the bubble 8 from the discharge port 9a in the X-axis direction until the foreign matter staying at the discharge port 9a or the like and floating from the groove 11 is bypassed. Will have an upper limit. Accordingly, the displacement of the floating position of the bubble 8 with respect to the discharge port 9a is reduced, so that the flow of the electrolytic solution 6 floating between the electrodes becomes smoother.

また、X軸方向に隣り合う溝部11同士の間隔Hは、気泡8が隣り合う溝部11にまで移動しにくいようにするという観点では、大きさに特に制限はない。間隔Hを、例えば、6mm以上とすれば、X軸方向の全体にわたり気泡8を均等に浮上させることができ、電解液6の流動がより円滑となる。   In addition, the distance H between the adjacent grooves 11 in the X-axis direction is not particularly limited in size from the viewpoint of making it difficult for the bubbles 8 to move to the adjacent grooves 11. If the interval H is, for example, 6 mm or more, the bubbles 8 can be evenly floated over the whole in the X-axis direction, and the flow of the electrolytic solution 6 becomes smoother.

なお、溝部11および吐出口9aは、天板20の研削加工により形成することができるが、加工方法は特に制限されず、例えば射出成型など、上記した溝部11を適切に形成できるものであればいかなる手法で加工されてもよい。   In addition, the groove 11 and the discharge port 9a can be formed by grinding the top plate 20, but the processing method is not particularly limited as long as the groove 11 can be appropriately formed, such as injection molding. It may be processed by any method.

図1に戻り、実施形態に係るフロー電池1についてさらに説明する。供給部14は、配管16を介して筐体17の内部から回収された気体を、配管15を介して発生部9に供給する。供給部14は、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14の気密性を高くすれば、気体や電解液6に由来する水蒸気を外部に漏出させることによるフロー電池1の発電性能の低下が起きにくい。   Returning to FIG. 1, the flow battery 1 according to the embodiment will be further described. The supply unit 14 supplies the gas recovered from the inside of the housing 17 via the pipe 16 to the generation unit 9 via the pipe 15. The supply unit 14 is, for example, a pump (gas pump), a compressor, or a blower that can transfer gas. If the airtightness of the supply unit 14 is increased, the power generation performance of the flow battery 1 is unlikely to be reduced due to leakage of gas and water vapor derived from the electrolytic solution 6 to the outside.

天板20を含む筐体17および上板18は、例えば、ポリスチレン、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。筐体17および上板18は、好ましくは互いに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、天板20は、筐体17と一体に成形されてもよく、たとえば接合などの後工程によって天板20と筐体17とを一体化させてもよい。   The housing 17 including the top plate 20 and the upper plate 18 are made of, for example, an alkali-resistant and insulating resin material such as polystyrene, polypropylene, polyethylene terephthalate, and polytetrafluoroethylene. The housing 17 and the upper plate 18 are preferably made of the same material as each other, but may be made of different materials. Further, the top plate 20 may be formed integrally with the housing 17, and the top plate 20 and the housing 17 may be integrated by a post-process such as joining.

次に、フロー電池1における電極間の接続について説明する。図5は、実施形態に係るフロー電池1の電極間の接続の一例について説明する図である。   Next, connection between the electrodes in the flow battery 1 will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a connection between electrodes of the flow battery 1 according to the embodiment.

図2に示すように、負極3aおよび負極3bは並列接続されている。このように負極3を並列に接続することにより、正極2および負極3の総数が異なる場合であってもフロー電池1の各電極間を適切に接続し、使用することができる。   As shown in FIG. 2, the negative electrode 3a and the negative electrode 3b are connected in parallel. By connecting the negative electrodes 3 in parallel in this manner, the respective electrodes of the flow battery 1 can be appropriately connected and used even when the total number of the positive electrodes 2 and the negative electrodes 3 is different.

また、第1の実施形態に係るフロー電池1では、正極2を挟んで互いに向かい合うように配置された負極3a,3bを備える。このように1つの正極2に対して2つの負極3a,3bが対応したフロー電池1では、正極2と負極3とが1:1で対応するフロー電池と比較して負極1つ当たりの電流密度が低下する。このため、第1の実施形態に係るフロー電池1によれば、負極3a,3bでのデンドライトの生成がさらに低減されるため、負極3a,3bと正極2との導通をさらに低減することができる。   Further, the flow battery 1 according to the first embodiment includes the negative electrodes 3a and 3b arranged so as to face each other with the positive electrode 2 interposed therebetween. As described above, in the flow battery 1 in which the two negative electrodes 3a and 3b correspond to one positive electrode 2, the current density per one negative electrode is smaller than that in the flow battery in which the positive electrode 2 and the negative electrode 3 correspond to each other at a ratio of 1: 1. Decrease. For this reason, according to the flow battery 1 according to the first embodiment, since the generation of dendrites in the negative electrodes 3a and 3b is further reduced, the conduction between the negative electrodes 3a and 3b and the positive electrode 2 can be further reduced. .

なお、図1に示すフロー電池1では、合計3枚の電極が、負極3および正極2が交互に配置されるように構成されたが、これに限らず、正極2および負極3をそれぞれ1枚ずつ配置させてもよい。また、図1に示すフロー電池1では、両端がともに負極3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2となるように構成してもよい。   In the flow battery 1 shown in FIG. 1, a total of three electrodes are configured such that the negative electrode 3 and the positive electrode 2 are alternately arranged. However, the present invention is not limited to this, and one positive electrode 2 and one negative electrode 3 are provided. May be arranged one by one. Further, in the flow battery 1 shown in FIG. 1, both ends are configured to be the negative electrode 3. However, the present invention is not limited thereto, and the both ends may be configured to be the positive electrode 2.

<第1変形例>
図6は、実施形態の第1変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す図である。図6に示す天板20は、Y軸方向の幅が吐出口9aの直径以下の溝部11を有することを除き、図2に示す天板20と同様の構成を有している。別の表現をすれば、溝部11は、Y軸方向に関して、吐出口9aの存在する範囲内に収まっている。溝部11のY軸方向の幅は、吐出口9aの直径の2/3倍以下にしてもよく、さらに、1/2倍以下にしてもよい。このように、溝部11の軸方向の幅を制限することにより、図2に示した溝部11と比較して吐出口9aから溝部11を経由して浮上する気泡8のY軸方向の位置精度がさらに高まり、より確実に正極2と負極3との間に気泡8を誘導することができる。
<First Modification>
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a configuration of a top plate included in a flow battery according to a first modification of the embodiment. The top plate 20 shown in FIG. 6 has the same configuration as the top plate 20 shown in FIG. 2 except that the top plate 20 shown in FIG. In other words, the groove 11 is within the range where the discharge port 9a exists in the Y-axis direction. The width of the groove 11 in the Y-axis direction may be 以下 or less times the diameter of the discharge port 9a, or may be に し て も or less. As described above, by limiting the axial width of the groove 11, the positional accuracy in the Y-axis direction of the bubble 8 that floats from the discharge port 9a via the groove 11 as compared with the groove 11 shown in FIG. Further, the air bubbles 8 can be more reliably induced between the positive electrode 2 and the negative electrode 3.

<第2変形例、第3変形例>
図7、図8は、それぞれ、実施形態の第2変形例、第3変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す図である。図7、図8に示す天板20は、X軸方向に沿うように所定の間隔で配置された複数の吐出口9aが、X軸方向に延在する1つの溝部11に配置されていることを除き、図2、図6に示す天板20とそれぞれ同様の構成を有している。このようにX軸方向に延在する溝部11であっても、吐出口9aから溝部11を経由して浮上する気泡8を正極2と負極3との間に誘導することができる。
<Second Modification, Third Modification>
FIGS. 7 and 8 are diagrams schematically illustrating the configuration of a top plate included in a flow battery according to a second modification and a third modification of the embodiment, respectively. In the top plate 20 shown in FIGS. 7 and 8, a plurality of discharge ports 9a arranged at a predetermined interval along the X-axis direction are arranged in one groove portion 11 extending in the X-axis direction. Except for this, each has the same configuration as the top plate 20 shown in FIGS. Thus, even with the groove 11 extending in the X-axis direction, the air bubbles 8 floating from the discharge port 9 a via the groove 11 can be guided between the positive electrode 2 and the negative electrode 3.

<第4変形例>
図9は、実施形態の第4変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す図である。図9に示す天板20は、平面視で正極2と負極3との間に配置された溝部11が、負極3寄りに配置された第1溝部111と正極2寄りに配置された第2溝部112とを含む。また、図9に示す天板20は、溝部11ごとにそれぞれ形成された吐出口9aが、第1溝部111に形成された第1吐出口9a1と、第2溝部112に形成された第2吐出口9a2とを含む。このようにY軸方向に複数の吐出口9aを配置する場合であっても、X軸方向に延びる溝部11をそれぞれ配置することにより、吐出口9aから溝部11を経由して浮上する気泡8を正極2と負極3との間に誘導することができる。また、第1吐出口9a1および第2吐出口9a2からそれぞれ吐出された気泡8を精度よく正極2と負極3との間に誘導することで、気泡8が一体化して電解液6の流動が不均一になる不具合を低減することができる。なお、図9では、図2に示す天板20が備える溝部11および吐出口9aをY軸方向に複数配置した例について図示したが、第1変形例〜第3変形例に係る天板20が備える溝部11および吐出口9aをY軸方向に複数配置してもよい。
<Fourth modification>
FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a configuration of a top plate included in a flow battery according to a fourth modification of the embodiment. The top plate 20 shown in FIG. 9 has a groove 11 disposed between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 in plan view, a first groove 111 disposed closer to the negative electrode 3 and a second groove disposed closer to the positive electrode 2. 112. Further, the top plate 20 shown in FIG. 9 is configured such that the discharge ports 9 a formed for each of the grooves 11 have the first discharge ports 9 a 1 formed in the first grooves 111 and the second discharge ports 9 a formed in the second grooves 112. Outlet 9a2. Even when a plurality of outlets 9a are arranged in the Y-axis direction in this manner, by arranging the grooves 11 extending in the X-axis direction, the bubbles 8 floating from the outlets 9a via the grooves 11 are formed. It can be guided between the positive electrode 2 and the negative electrode 3. Further, the bubbles 8 discharged from the first discharge port 9a1 and the second discharge port 9a2, respectively, are accurately guided between the positive electrode 2 and the negative electrode 3, so that the bubbles 8 are integrated and the flow of the electrolytic solution 6 is impeded. The problem of uniformity can be reduced. Note that FIG. 9 illustrates an example in which a plurality of the groove portions 11 and the discharge ports 9a provided in the top plate 20 illustrated in FIG. 2 are arranged in the Y-axis direction. A plurality of provided grooves 11 and discharge ports 9a may be arranged in the Y-axis direction.

<第5変形例>
図10、図11は、実施形態の第5変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す断面図である。図10、図11に示す天板20は、溝部11のX軸方向の端部11dがXY平面に沿うように延在する内底10eに対して傾斜していることを除き、図6に示す溝部11と同様の構成を有している。別の表現をすれば、溝部11は、X軸方向の端部11dにおいて、X軸方向の端に向かって深さが浅くなるように傾斜している。傾斜は、X軸方向の正側あるいは負側の一端だけにあってもよいし、両端にあってもよい。また、傾斜は溝部11の全体になくてもよく、溝部11のX軸方向の中央部において、溝部11の底面は、内底10eと実質的に平行であってもよい。
<Fifth modification>
FIGS. 10 and 11 are cross-sectional views schematically illustrating a configuration of a top plate included in a flow battery according to a fifth modification of the embodiment. The top plate 20 shown in FIGS. 10 and 11 is shown in FIG. 6 except that the end 11d in the X-axis direction of the groove 11 is inclined with respect to the inner bottom 10e extending along the XY plane. It has the same configuration as the groove 11. In other words, the groove 11 is inclined such that the depth decreases toward the end in the X-axis direction at the end 11d in the X-axis direction. The inclination may be at only one end on the positive side or the negative side in the X-axis direction, or may be at both ends. The inclination may not be provided in the entire groove 11, and the bottom surface of the groove 11 may be substantially parallel to the inner bottom 10 e at the center of the groove 11 in the X-axis direction.

また、図7あるいは図8に示した実施形態において、溝部11が次のようになっていてもよい。すなわち、溝部11の中に複数配置されている吐出口9aのうち、X軸方向の最も端にある吐出口9aよりもX軸方向の端の部分において、端部11dが傾斜していてもよい。そして、X軸方向において、吐出口9aが存在する範囲内の溝部11の底面は、内底10eと実質的に平行であってもよい。   Further, in the embodiment shown in FIG. 7 or FIG. 8, the groove 11 may be as follows. That is, of the plurality of outlets 9a arranged in the groove 11, the end 11d may be inclined at the end in the X-axis direction more than the endmost outlet 9a in the X-axis direction. . Then, in the X-axis direction, the bottom surface of the groove 11 within the range where the discharge port 9a exists may be substantially parallel to the inner bottom 10e.

また、図10に示した例では、端部11dの傾斜は、X軸方向の端に向かって、深さが漸近的に0になるように浅くなっている。他の態様として、端部11dの傾斜は、X軸方向の端に向かって、深さが所定の値になるように浅くなっていてもよい。   Further, in the example shown in FIG. 10, the inclination of the end portion 11d is shallow so that the depth becomes asymptotically zero toward the end in the X-axis direction. As another mode, the inclination of the end portion 11d may be shallower toward the end in the X-axis direction so that the depth becomes a predetermined value.

吐出口9aの上部に滞留した異物30により、浮上できずに溝部11内を端部11dに向かった気泡8には、溝部11の深さが浅くなることで溝部11から外に出すように働く力が大きくなり、溝部11が存在しなくなる部分に到達する前に、溝部11より出る可能性が高くなる。つまり、上述のように溝部11の端部11dを傾斜させることにより、吐出口9aから溝部11を経由して浮上する気泡8のX軸方向の位置精度がさらに向上する。   Due to the foreign matter 30 staying in the upper part of the discharge port 9a, the bubbles 8 which cannot float and head toward the end 11d in the groove 11 work to get out of the groove 11 due to the shallow depth of the groove 11. The force increases, and it is more likely to come out of the groove 11 before reaching a portion where the groove 11 no longer exists. That is, by inclining the end 11d of the groove 11 as described above, the positional accuracy in the X-axis direction of the bubble 8 floating from the discharge port 9a via the groove 11 is further improved.

ここで、内底10eに開口した溝部11のX軸方向の幅Nは、例えば、吐出口9aの直径M(=A×2)の3倍以上50倍以下とすることができる。また、溝部11のY軸方向の幅Pは、例えば、幅Nの0.01倍以上0.1倍以下とすることができる。このように溝部11のX軸方向およびY軸方向の幅を規定することにより、吐出口9aから溝部11を経由して浮上する気泡8のX軸方向およびY軸方向の位置精度がさらに高まり、より確実に正極2と負極3との間に気泡8を誘導することができる。   Here, the width N in the X-axis direction of the groove 11 opened in the inner bottom 10e can be, for example, not less than 3 times and not more than 50 times the diameter M (= A × 2) of the discharge port 9a. The width P of the groove 11 in the Y-axis direction can be, for example, not less than 0.01 times and not more than 0.1 times the width N. By defining the width of the groove 11 in the X-axis direction and the Y-axis direction in this way, the positional accuracy in the X-axis direction and the Y-axis direction of the bubble 8 floating from the discharge port 9a via the groove 11 is further increased, The bubbles 8 can be more reliably induced between the positive electrode 2 and the negative electrode 3.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記した実施形態では、電解液6中に粉末7が混在されているとして説明したが、これに限らず、粉末7を有しなくてもよい。かかる場合、負極3が含有する負極活物質を増量するとよい。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the description has been made assuming that the powder 7 is mixed in the electrolytic solution 6. However, the present invention is not limited to this, and the powder 7 may not be provided. In such a case, the amount of the negative electrode active material contained in the negative electrode 3 may be increased.

また、上記した実施形態では、隔膜4,5は正極2の厚み方向の両側を挟むように配置されるとして説明したが、これに限らず、正極2を被覆していてもよい。また、隔膜4,5は、必ずしも配置されなくともよい。   In the above-described embodiment, the diaphragms 4 and 5 have been described as being arranged so as to sandwich both sides in the thickness direction of the positive electrode 2. However, the present invention is not limited to this, and the positive electrode 2 may be covered. Further, the diaphragms 4 and 5 are not necessarily required to be arranged.

なお、供給部14は、吐出口9aの目詰まり防止の観点から常時動作させることが好ましいが、電力消費を低減する観点から、放電時には充電時よりも気体の供給レートを低下させてもよい。   The supply unit 14 is preferably operated at all times from the viewpoint of preventing clogging of the discharge port 9a. However, from the viewpoint of reducing power consumption, the gas supply rate may be lower during discharging than during charging.

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。   Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Thus, the broader aspects of the present invention are not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Accordingly, various modifications may be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and equivalents thereof.

1 フロー電池
2 正極
3,3a,3b 負極
4,5 隔膜
6 電解液
7 粉末
8 気泡
9 発生部
9a 吐出口
10 反応部
11 溝部
14 供給部
17 筐体
18 上板
20 天板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Flow battery 2 Positive electrode 3, 3a, 3b Negative electrode 4, 5 Diaphragm 6 Electrolyte solution 7 Powder 8 Bubbles 9 Generation part 9a Discharge port 10 Reaction part 11 Groove part 14 Supply part 17 Housing 18 Top plate 20 Top plate

Claims (12)

正極および負極と、
前記正極および前記負極に接触する電解液と、
前記負極の幅方向に延びる溝部と、前記溝部の底面から前記電解液中に気体を吐出して気泡を発生させる吐出口とを有し、前記正極および前記負極より下方に配置された発生部と
を備えることを特徴とするフロー電池。
A positive electrode and a negative electrode,
An electrolyte that contacts the positive electrode and the negative electrode,
A groove extending in the width direction of the negative electrode, having a discharge port for discharging a gas into the electrolytic solution from the bottom surface of the groove to generate bubbles, and a generating unit disposed below the positive electrode and the negative electrode; A flow battery comprising:
前記溝部の前記負極の厚み方向の端と前記吐出口との間隔が、前記負極と前記吐出口との間隔よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載のフロー電池。   2. The flow battery according to claim 1, wherein an interval between an end of the groove in a thickness direction of the negative electrode and the discharge port is smaller than an interval between the negative electrode and the discharge port. 3. 前記溝部は、前記負極の厚み方向の幅が、前記吐出口の直径よりも大きいことを特徴とする請求項1または2に記載のフロー電池。   The flow battery according to claim 1, wherein the groove has a width in a thickness direction of the negative electrode that is larger than a diameter of the discharge port. 前記溝部は、前記負極の厚み方向の幅が、前記吐出口の直径以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のフロー電池。   3. The flow battery according to claim 1, wherein the width of the groove in the thickness direction of the negative electrode is equal to or less than the diameter of the discharge port. 4. 前記溝部は、前記負極の幅方向の端部において、前記負極の幅方向の端に向かって深さが浅くなるように傾斜していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のフロー電池。   5. The groove according to claim 1, wherein at a widthwise end of the negative electrode, the groove is inclined so that a depth decreases toward a widthwise end of the negative electrode. 6. 3. The flow battery according to 1. 前記溝部のうち、前記負極の幅方向の両端間の距離は、前記負極の幅よりも小さいことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載のフロー電池。   The flow battery according to claim 1, wherein a distance between both ends of the groove in the width direction of the negative electrode is smaller than a width of the negative electrode. 前記溝部は、前記負極の幅方向に沿って複数配置され、
前記吐出口は、前記溝部ごとにそれぞれ配置されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載のフロー電池。
The plurality of grooves are arranged along the width direction of the negative electrode,
The flow battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the discharge port is arranged for each of the grooves.
前記溝部は、前記負極の厚み方向に複数配置され、
前記吐出口は、前記溝部ごとにそれぞれ配置されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載のフロー電池。
The plurality of grooves are arranged in the thickness direction of the negative electrode,
The flow battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the discharge port is arranged for each of the grooves.
前記吐出口は、平面視で前記正極と前記負極との間に配置されることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載のフロー電池。   The flow battery according to any one of claims 1 to 8, wherein the discharge port is disposed between the positive electrode and the negative electrode in plan view. 前記溝部は、平面視で前記正極と前記負極との間に配置されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載のフロー電池。   The flow battery according to any one of claims 1 to 9, wherein the groove is disposed between the positive electrode and the negative electrode in a plan view. 前記負極は、前記正極を挟んで向かい合う第1負極および第2負極を含み、
前記気泡は、前記第1負極と前記正極との間、および前記正極と前記第2負極との間を浮上することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載のフロー電池。
The negative electrode includes a first negative electrode and a second negative electrode that face each other across the positive electrode,
The flow cell according to any one of claims 1 to 10, wherein the air bubbles float between the first negative electrode and the positive electrode and between the positive electrode and the second negative electrode.
亜鉛を含み、前記電解液中を移動可能に混在する粉末
をさらに備えることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1つに記載のフロー電池。
The flow battery according to any one of claims 1 to 11, further comprising a powder containing zinc and movably mixed in the electrolytic solution.
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4039729A (en) * 1974-05-09 1977-08-02 Deutsche Automobilgesellschaft Mbh, Firma Rechargeable galvanic cell with zinc electrode and auxiliary structure
JPS59189570A (en) * 1983-01-13 1984-10-27 ストルク スクリ−ンスベ−・ハウ Storage battery
JP2006054194A (en) * 1999-10-29 2006-02-23 Kawasaki Heavy Ind Ltd Battery
CN101677135A (en) * 2008-09-18 2010-03-24 中国人民解放军63971部队 Zinc-manganese flow battery
US20120015264A1 (en) * 2010-07-19 2012-01-19 Fluidic, Inc. Electrochemical cell with catch tray
JP2013507741A (en) * 2009-10-08 2013-03-04 フルイディック,インク. Electrochemical battery with flow management system
JP2016501425A (en) * 2012-11-09 2016-01-18 リサーチ ファウンデーション オブ シティ ユニバーシティ オブ ニューヨーク Secondary zinc-manganese dioxide battery for high power applications
CN105336971A (en) * 2015-09-25 2016-02-17 中国人民解放军63971部队 Water-system zinc-manganese single flow battery
WO2017142042A1 (en) * 2016-02-16 2017-08-24 京セラ株式会社 Flow battery

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4039729A (en) * 1974-05-09 1977-08-02 Deutsche Automobilgesellschaft Mbh, Firma Rechargeable galvanic cell with zinc electrode and auxiliary structure
JPS59189570A (en) * 1983-01-13 1984-10-27 ストルク スクリ−ンスベ−・ハウ Storage battery
JP2006054194A (en) * 1999-10-29 2006-02-23 Kawasaki Heavy Ind Ltd Battery
CN101677135A (en) * 2008-09-18 2010-03-24 中国人民解放军63971部队 Zinc-manganese flow battery
JP2013507741A (en) * 2009-10-08 2013-03-04 フルイディック,インク. Electrochemical battery with flow management system
US20120015264A1 (en) * 2010-07-19 2012-01-19 Fluidic, Inc. Electrochemical cell with catch tray
JP2016501425A (en) * 2012-11-09 2016-01-18 リサーチ ファウンデーション オブ シティ ユニバーシティ オブ ニューヨーク Secondary zinc-manganese dioxide battery for high power applications
CN105336971A (en) * 2015-09-25 2016-02-17 中国人民解放军63971部队 Water-system zinc-manganese single flow battery
WO2017142042A1 (en) * 2016-02-16 2017-08-24 京セラ株式会社 Flow battery

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