JP2020129501A - Bipolar plate, cell frame, cell stack, and redox flow battery - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、双極板、セルフレーム、セルスタック、及びレドックスフロー電池に関する。 The present disclosure relates to bipolar plates, cell frames, cell stacks, and redox flow batteries.
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1〜3を参照)。RF電池は、正極電極と、負極電極と、両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する。一般に、RF電池では、セルスタックと呼ばれる複数の電池セルを備える積層体が利用される。セルスタックは、セルフレーム、正極電極、隔膜、負極電極を順に繰り返し積層した構造となっている。セルフレームは、正極電極と負極電極との間に配置される双極板と、双極板の外周に設けられる枠体とを有する。セルスタックでは、隣接するセルフレームの双極板の間に、隔膜を挟んで正負の電極が対向するように配置されて、1つの電池セルが構成される。電池セルには電解液が供給され、電極で電池反応を行い、反応後の電解液が電池セルから排出される。
As one of large-capacity storage batteries, a redox flow battery (hereinafter sometimes referred to as "RF battery") is known (see
特許文献1〜3は、電極と対向する面(電極側の面)に電解液が流通する複数の溝部からなる流路を備える双極板を開示する。
RF電池の更なる電池性能の向上が望まれており、電池反応を効率よく行うことが求められている。特に、電解液の流通性を改善して圧力損失を低減できつつ、電極の広範囲に電解液を拡散して電池反応を電極の全域で均一に生じさせることが求められている。 Further improvement in battery performance of RF batteries is desired, and efficient battery reaction is required. In particular, it is required to improve the flowability of the electrolytic solution and reduce the pressure loss, and at the same time, to diffuse the electrolytic solution over a wide area of the electrode to cause the cell reaction uniformly in the entire area of the electrode.
そこで、本開示は、電池反応効率を向上させることができる双極板を提供することを目的の一つとする。また、本開示は、電池反応効率を向上させることができるセルフレーム及びセルスタックを提供することを別の目的の一つとする。更に、本開示は、電池反応効率が高いレドックスフロー電池を提供することを別の目的の一つとする。 Then, this indication makes it one of the objectives to provide the bipolar plate which can improve a battery reaction efficiency. In addition, another object of the present disclosure is to provide a cell frame and a cell stack that can improve battery reaction efficiency. Further, another object of the present disclosure is to provide a redox flow battery having high battery reaction efficiency.
本開示の双極板は、
電極に対向して配置され、電解液が供給される供給側の第一の縁部と前記電解液が排出される排出側の第二の縁部とを有する双極板であって、
互いに隣り合う第一のトンネルと第二のトンネルとを備え、
前記第一のトンネルは、前記双極板の内部に形成され、前記第一の縁部に開口し、排出側に端部を有し、
前記第一のトンネルは、前記電極側の面に開口する第一の開口部を有しており、
前記第一のトンネルにおける排出側の端部には、前記第一のトンネルから前記第二の縁部への前記電解液の流れを阻害する第一の流れ阻害構造を有し、
前記第二のトンネルは、前記双極板の内部に形成され、前記第二の縁部に開口し、供給側に端部を有し、
前記第二のトンネルは、前記電極側の面に開口する第二の開口部を有しており、
前記第二のトンネルにおける供給側の端部には、前記第一の縁部から前記第二のトンネルへの前記電解液の流れを阻害する第二の流れ阻害構造を有する。
The bipolar plate of the present disclosure is
A bipolar plate arranged facing the electrode, having a supply-side first edge to which an electrolytic solution is supplied and a discharge-side second edge to which the electrolytic solution is discharged,
A first tunnel and a second tunnel that are adjacent to each other are provided,
The first tunnel is formed inside the bipolar plate, has an opening at the first edge, and has an end on the discharge side,
The first tunnel has a first opening opening on the surface of the electrode side,
The discharge side end of the first tunnel has a first flow inhibition structure that inhibits the flow of the electrolytic solution from the first tunnel to the second edge,
The second tunnel is formed inside the bipolar plate, has an opening at the second edge, and has an end on the supply side,
The second tunnel has a second opening opening on the surface of the electrode side,
The end on the supply side of the second tunnel has a second flow obstruction structure that obstructs the flow of the electrolytic solution from the first edge to the second tunnel.
本開示のセルフレームは、
本開示の双極板と、
前記双極板の外周に設けられる枠体と、を有する。
The cell frame of the present disclosure is
A bipolar plate of the present disclosure;
A frame provided on the outer periphery of the bipolar plate.
本開示のセルスタックは、
本開示のセルフレームを備える。
The cell stack of the present disclosure is
A cell frame of the present disclosure is provided.
本開示のレドックスフロー電池は、
本開示のセルスタックを備える。
The redox flow battery of the present disclosure is
A cell stack of the present disclosure is provided.
本開示の双極板は、電池反応効率を向上させることができる。また、本開示のセルフレーム及びセルスタックは、電池反応効率を向上させることができる。本開示のレドックスフロー電池は、電池反応効率が高い。 The bipolar plate of the present disclosure can improve battery reaction efficiency. In addition, the cell frame and cell stack according to the present disclosure can improve battery reaction efficiency. The redox flow battery of the present disclosure has high battery reaction efficiency.
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
[Description of Embodiments of the Present Disclosure]
First, embodiments of the present disclosure will be listed and described.
(1)本開示の実施形態に係る双極板は、
電極に対向して配置され、電解液が供給される供給側の第一の縁部と前記電解液が排出される排出側の第二の縁部とを有する双極板であって、
互いに隣り合う第一のトンネルと第二のトンネルとを備え、
前記第一のトンネルは、前記双極板の内部に形成され、前記第一の縁部に開口し、排出側に端部を有し、
前記第一のトンネルは、前記電極側の面に開口する第一の開口部を有しており、
前記第一のトンネルにおける排出側の端部には、前記第一のトンネルから前記第二の縁部への前記電解液の流れを阻害する第一の流れ阻害構造を有し、
前記第二のトンネルは、前記双極板の内部に形成され、前記第二の縁部に開口し、供給側に端部を有し、
前記第二のトンネルは、前記電極側の面に開口する第二の開口部を有しており、
前記第二のトンネルにおける供給側の端部には、前記第一の縁部から前記第二のトンネルへの前記電解液の流れを阻害する第二の流れ阻害構造を有する。
(1) The bipolar plate according to the embodiment of the present disclosure is
A bipolar plate arranged facing the electrode, having a supply-side first edge to which an electrolytic solution is supplied and a discharge-side second edge to which the electrolytic solution is discharged,
A first tunnel and a second tunnel that are adjacent to each other are provided,
The first tunnel is formed inside the bipolar plate, has an opening at the first edge, and has an end on the discharge side,
The first tunnel has a first opening opening on the surface of the electrode side,
The discharge side end of the first tunnel has a first flow inhibition structure that inhibits the flow of the electrolytic solution from the first tunnel to the second edge,
The second tunnel is formed inside the bipolar plate, has an opening at the second edge, and has an end on the supply side,
The second tunnel has a second opening opening on the surface of the electrode side,
The end on the supply side of the second tunnel has a second flow obstruction structure that obstructs the flow of the electrolytic solution from the first edge to the second tunnel.
本開示の双極板は、電解液の流路として第一のトンネル及び第二のトンネルを備えることで、電池セルにおける電解液の流通性を改善することができる。よって、本開示の双極板は、電解液の流通抵抗を小さくでき、電池セルでの電解液の圧力損失を低減できる。 The bipolar plate of the present disclosure can improve the flowability of the electrolytic solution in the battery cell by providing the first tunnel and the second tunnel as the flow path of the electrolytic solution. Therefore, the bipolar plate of the present disclosure can reduce the flow resistance of the electrolytic solution and reduce the pressure loss of the electrolytic solution in the battery cell.
第一のトンネル及び第二のトンネルの各トンネルがそれぞれ開口部を有することで、各トンネルによって双極板における供給側と排出側との間の電解液の流れを調整できながら、各開口部によって電極に流れる電解液の流れを調整できる。具体的には、第一のトンネル及び第二のトンネルにより、電極での電解液の流れの影響を受け難くして、双極板の供給側から排出側に向かって流れる電解液の流れを制御できる。また、第一の開口部及び第二の開口部を介して、第一のトンネルから第二のトンネルとの間を渡るように電極に流れる電解液の流れを制御できる。そのため、本開示の双極板は、供給側と排出側との間の双極板内での電解液の流れ場と、双極板内から電極に流れる電解液の流れ場とを独立に設計することが可能である。 Since each of the first tunnel and the second tunnel has an opening, each tunnel can adjust the flow of the electrolytic solution between the supply side and the discharge side of the bipolar plate, and each opening allows an electrode to be formed. It is possible to adjust the flow of the electrolytic solution flowing to the. Specifically, the first tunnel and the second tunnel make it difficult to be influenced by the flow of the electrolytic solution at the electrodes and control the flow of the electrolytic solution flowing from the supply side to the discharge side of the bipolar plate. .. Further, the flow of the electrolytic solution flowing through the electrode from the first tunnel to the second tunnel can be controlled via the first opening and the second opening. Therefore, in the bipolar plate of the present disclosure, it is possible to independently design the flow field of the electrolytic solution in the bipolar plate between the supply side and the discharge side and the flow field of the electrolytic solution flowing from the bipolar plate to the electrode. It is possible.
第一のトンネルの排出側の端部に第一の流れ阻害構造を有し、第二のトンネルの供給側の端部に第二の流れ阻害構造を有することで、隣り合う第一のトンネル及び第二のトンネルの間に電解液の圧力差が生じる。これにより、第一の開口部及び第二の開口部を介して両トンネル間を渡るような電解液の流れが生じ、電極に電解液が流れる。具体的には、供給された電解液は、第一のトンネルに流入し、第一の開口部を介して電極に流れる。そして、電極に流れた電解液は、第二の開口部を介して、第二のトンネルに流出して排出される。本開示の双極板は、各トンネルと電極との間を電解液が移動するとき、それぞれの開口部を通ることによって、電極の広範囲に電解液を拡散し易い。そのため、電池反応を電極の全域で均一に生じさせることができるので、電池セル内で電池反応を効率よく行うことができる。したがって、本開示の双極板は、RF電池の電池反応効率を向上させることができる。 The first flow blocking structure is provided at the discharge side end of the first tunnel, and the second flow blocking structure is provided at the supply side end of the second tunnel. A pressure difference of the electrolyte occurs between the second tunnels. As a result, a flow of the electrolytic solution across the tunnels is generated via the first opening and the second opening, and the electrolytic solution flows to the electrodes. Specifically, the supplied electrolytic solution flows into the first tunnel and flows to the electrode through the first opening. Then, the electrolytic solution that has flowed to the electrode flows out into the second tunnel through the second opening and is discharged. When the electrolytic solution moves between each tunnel and the electrode, the bipolar plate of the present disclosure easily diffuses the electrolytic solution in a wide range of the electrode by passing through each opening. Therefore, the battery reaction can be uniformly generated in the entire area of the electrode, so that the battery reaction can be efficiently performed in the battery cell. Therefore, the bipolar plate of the present disclosure can improve the battery reaction efficiency of the RF battery.
(2)上記の双極板の一形態として、
前記第一の開口部の供給側及び排出側の端部、並びに、前記第二の開口部の供給側及び排出側の端部が閉じられていることが挙げられる。
(2) As one form of the bipolar plate,
It can be mentioned that the supply-side and discharge-side ends of the first opening and the supply-side and discharge-side ends of the second opening are closed.
上記形態は、各開口部の供給側及び排出側の端部が閉じられていることで、各開口部が第一の縁部及び第二の縁部に連通していない。上記形態によれば、電極の広範囲に電解液をより拡散し易く、電池反応効率の更なる向上に寄与する。 In the above embodiment, the openings on the supply side and the discharge side of each opening are closed, so that each opening does not communicate with the first edge and the second edge. According to the above aspect, the electrolytic solution is more easily diffused in a wide range of the electrode, which contributes to further improvement of the battery reaction efficiency.
(3)上記の双極板の一形態として、
前記第一の開口部の開口面積が前記第一のトンネルの平面断面積よりも小さく、
前記第二の開口部の開口面積が前記第二のトンネルの平面断面積よりも小さいことが挙げられる。
(3) As one form of the bipolar plate,
The opening area of the first opening is smaller than the plane cross-sectional area of the first tunnel,
The opening area of the second opening may be smaller than the plane cross-sectional area of the second tunnel.
各開口部の開口面積が各トンネルの平面断面積よりも小さいことで、各開口部を通ることによって、電極に電解液が流れ易くなり、電極に電解液を行き渡らせ易い。そのため、上記形態は、電極の広範囲に電解液をより拡散し易く、電池反応効率の更なる向上に寄与する。 Since the opening area of each opening is smaller than the plane cross-sectional area of each tunnel, the electrolytic solution can easily flow to the electrode by passing through each opening, and the electrolytic solution can be easily spread to the electrode. Therefore, the above-described embodiment facilitates the diffusion of the electrolytic solution over a wide area of the electrode and contributes to further improvement of the battery reaction efficiency.
(4)上記の双極板の一形態として、
前記第一のトンネルの周長に占める前記第一の開口部の幅の割合、及び、前記第二のトンネルの周長に占める前記第二の開口部の幅の割合が50%未満となる横断面を有することが挙げられる。
(4) As one form of the bipolar plate,
A cross ratio in which the ratio of the width of the first opening to the circumference of the first tunnel and the ratio of the width of the second opening to the circumference of the second tunnel is less than 50%. It has a face.
各トンネルの周長に占める各開口部の幅の割合が50%未満であることで、各開口部を通ることによって、電極に電解液が流れ易くなり、電極に電解液を行き渡らせ易い。そのため、上記形態は、電極の広範囲に電解液をより拡散し易く、電池反応効率の更なる向上に寄与する。 When the ratio of the width of each opening to the perimeter of each tunnel is less than 50%, the electrolytic solution easily flows through the electrodes and easily spreads over the electrode by passing through each opening. Therefore, the above-described embodiment facilitates the diffusion of the electrolytic solution over a wide area of the electrode and contributes to further improvement of the battery reaction efficiency.
(5)上記の双極板の一形態として、
前記第一の開口部の供給側の端部と前記第一の縁部との距離と、前記第二の開口部の供給側の端部と前記第一の縁部との距離とが実質的に同一であること、及び、
前記第一の開口部の排出側の端部と前記第二の縁部との距離と、前記第二の開口部の排出側の端部と前記第二の縁部との距離とが実質的に同一であること、の少なくとも一方を満たすことが挙げられる。
(5) As one form of the bipolar plate,
The distance between the supply-side end of the first opening and the first edge, and the distance between the supply-side end of the second opening and the first edge are substantially Is identical to, and
The distance between the discharge-side end of the first opening and the second edge and the distance between the discharge-side end of the second opening and the second edge are substantially. To be at least one of the above.
上記形態は、電極に流れる電解液の流れを均一に調整し易く、電池反応をより均一に生じさせ易い。 In the above-mentioned form, it is easy to uniformly control the flow of the electrolytic solution flowing to the electrodes, and it is easy to cause the battery reaction to be more uniform.
(6)上記の双極板の一形態として、
前記第一のトンネルは供給側よりも排出側の断面積が小さいこと、及び、
前記第二のトンネルは供給側よりも排出側の断面積が大きいこと、の少なくとも一方を満たすことが挙げられる。
(6) As one form of the bipolar plate,
The first tunnel has a smaller cross-sectional area on the discharge side than on the supply side; and
The second tunnel may have at least one of a larger cross-sectional area on the discharge side than on the supply side.
第一のトンネルの断面積が供給側よりも排出側の方が小さいことで、第一のトンネルにおける電解液の圧力損失を低減できる。また、第二のトンネルの断面積が供給側よりも排出側の方が大きいことで、第二のトンネルにおける電解液の圧力損失を低減できる。そのため、上記形態は、供給側から排出側に向かって流れる電解液の圧力損失をより低減できる。 Since the cross-sectional area of the first tunnel is smaller on the discharge side than on the supply side, the pressure loss of the electrolytic solution in the first tunnel can be reduced. Moreover, since the cross-sectional area of the second tunnel is larger on the discharge side than on the supply side, the pressure loss of the electrolytic solution in the second tunnel can be reduced. Therefore, the said form can reduce more the pressure loss of the electrolyte solution which flows toward a discharge side from a supply side.
(7)上記の双極板の一形態として、
前記第一の開口部の中心線と前記第二の開口部の中心線との距離が、長手方向にわたって実質的に同一であることが挙げられる。
(7) As one form of the bipolar plate,
It can be mentioned that the distance between the center line of the first opening and the center line of the second opening is substantially the same in the longitudinal direction.
上記形態は、電極に流れる電解液の流れを均一に調整し易く、電池反応をより均一に生じさせ易い。第一の開口部から第二の開口部に向かって電極に流れる電解液の流通長を実質的に同一にできるからである。 In the above-mentioned form, it is easy to uniformly control the flow of the electrolytic solution flowing to the electrodes, and it is easy to cause the battery reaction to be more uniform. This is because the flow length of the electrolytic solution flowing from the first opening toward the second opening to the electrode can be made substantially the same.
(8)上記の双極板の一形態として、
前記第一の開口部の開口面積と前記第二の開口部の開口面積とが実質的に同一であることが挙げられる。
(8) As one form of the bipolar plate,
The opening area of the first opening and the opening area of the second opening may be substantially the same.
上記形態は、電極に流れる電解液の流れを均一に調整し易く、電池反応をより均一に生じさせ易い。第一の開口部を介して電極に流入される電解液の流量と第二の開口部を介して電極から流出される電解液の流量とを実質的に同一にできるからである。 In the above-mentioned form, it is easy to uniformly control the flow of the electrolytic solution flowing to the electrodes, and it is easy to cause the battery reaction to be more uniform. This is because the flow rate of the electrolytic solution flowing into the electrode through the first opening and the flow rate of the electrolytic solution flowing out of the electrode through the second opening can be made substantially the same.
(9)上記の双極板の一形態として、
前記第一の開口部及び前記第二の開口部における単位長さ当たりの開口面積が長手方向にわたって実質的に同一であることが挙げられる。
(9) As one mode of the bipolar plate,
The opening area per unit length in the first opening and the second opening may be substantially the same in the longitudinal direction.
特に、第一のトンネル及び第二のトンネルが第一の開口部及び前記第二の開口部をそれぞれ1つのみ有する場合、上記形態は、電極に流れる電解液の流れを均一に調整し易く、電池反応をより均一に生じさせ易い。 In particular, in the case where the first tunnel and the second tunnel each have only one first opening and one second opening, the above embodiment facilitates uniform adjustment of the flow of the electrolytic solution flowing to the electrodes, The battery reaction is likely to occur more uniformly.
(10)本開示の実施形態に係るセルフレームは、
上記(1)から(9)のいずれか1つに記載の双極板と、
前記双極板の外周に設けられる枠体と、を有する。
(10) The cell frame according to the embodiment of the present disclosure is
The bipolar plate according to any one of (1) to (9) above,
A frame provided on the outer periphery of the bipolar plate.
本開示のセルフレームは、電解液の流通性を改善して圧力損失を低減しつつ、電極の広範囲に電解液を拡散できる。この圧力損失の低減と電解液の拡散により、電池反応を電極の広範囲に均一に生じさせることができる。これは、上記のセルフレームが上述の本開示の双極板を有するからである。よって、本開示のセルフレームは、RF電池の電池反応効率を向上させることができる。 The cell frame of the present disclosure can diffuse the electrolyte solution over a wide range of the electrode while improving the flowability of the electrolyte solution and reducing the pressure loss. Due to the reduction of the pressure loss and the diffusion of the electrolytic solution, the battery reaction can be uniformly generated in a wide range of the electrode. This is because the cell frame described above has the bipolar plate of the present disclosure described above. Therefore, the cell frame of the present disclosure can improve the battery reaction efficiency of the RF battery.
(11)本開示の実施形態に係るセルスタックは、
上記(10)に記載のセルフレームを備える。
(11) The cell stack according to the embodiment of the present disclosure is
The cell frame according to (10) above is provided.
本開示のセルスタックは、上述の本開示のセルフレームを備えるため、RF電池の電池反応効率を向上させることができる。 Since the cell stack of the present disclosure includes the above-described cell frame of the present disclosure, it is possible to improve the battery reaction efficiency of the RF battery.
(12)本開示の実施形態に係るレドックスフロー電池は、
上記(11)に記載のセルスタックを備える。
(12) The redox flow battery according to the embodiment of the present disclosure is
The cell stack according to (11) above is provided.
本開示のRF電池は、上述の本開示のセルスタックを備えるため、電池反応効率が高い。 The RF battery of the present disclosure includes the cell stack of the present disclosure described above, and thus has high battery reaction efficiency.
[本開示の実施形態の詳細]
本開示の双極板、セルフレーム、セルスタック、及びレドックスフロー電池(RF電池)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、本願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。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
Specific examples of the bipolar plate, cell frame, cell stack, and redox flow battery (RF battery) of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. The same reference numerals in the drawings indicate the same or corresponding parts. It should be noted that the present invention is not limited to these exemplifications, and is shown by the scope of the claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of the claims and all modifications within the scope.
[実施形態]
実施形態に係る双極板の一例を図5〜図8に示す。実施形態に係る双極板31は、図5に示すように、互いに隣り合う第一のトンネル51と第二のトンネル52とを備える。実施形態に係る双極板31の特徴の1つは、図5〜図8に示すように、第一のトンネル51が第一の開口部61を有し、第二のトンネル52が第二の開口部62を有する点にある。以下では、初めに、図1〜図4を参照して、実施形態に係るRF電池1、並びに、セルスタック2、及び双極板31を有するセルフレーム3の概要を説明する。その後、図5〜図13を参照して、実施形態に係る双極板31に備える第一のトンネル51及び第二のトンネル52の各構成について詳しく説明する。
[Embodiment]
An example of the bipolar plate according to the embodiment is shown in FIGS. As shown in FIG. 5, the
《RF電池》
図1、図2を参照して、実施形態に係るRF電池1、及びRF電池1に備える電池セル10の一例を説明する。図1、図2に示すRF電池1は、正極電解液及び負極電解液として、酸化還元により価数が変化する金属イオンを活物質として含有する電解液を使用する。RF電池1は、正極電解液に含まれるイオンの酸化還元電位と、負極電解液に含まれるイオンの酸化還元電位との差を利用して充放電を行う。ここでは、RF電池1の一例として、正極電解液及び負極電解液にバナジウム(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電池を示す。図1中の電池セル10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している。RF電池1は、交流/直流変換器80を介して電力系統90に接続されている。RF電池1は、例えば、負荷平準化用途、瞬低補償、非常用電源などの用途、太陽光発電、風力発電といった自然エネルギー発電の出力平滑化用途に利用される。RF電池1は、正極電解液にマンガンイオンを含み、負極電解液にチタンイオンを含むマンガン−チタン系RF電池などでもよい。電解液は公知の組成のものを利用できる。
<<RF battery>>
An example of the
RF電池1は、充放電を行う電池セル10と、電解液を貯留するタンク106、107と、タンク106、107と電池セル10との間で電解液を循環させる循環流路100P、100Nとを備える。
The
《電池セル》
電池セル10は、図1に示すように、正極電極14と、負極電極15と、両電極間に介在される隔膜11とを備える。電池セル10の構造は、隔膜11を挟んで正極セル12と負極セル13とに分離され、正極セル12に正極電極14、負極セル13に負極電極15が内蔵されている。電池セル10は、図2に示すように、双極板31の間に、正極電極14と負極電極15とが隔膜11を介して対向するように配置されて構成される(図3も参照)。
《Battery cell》
As shown in FIG. 1, the
(電極)
正極電極14及び負極電極15の各電極には、電解液(正極電解液及び負極電解液)が流れる。正極電極14及び負極電極15は、電解液中の活物質が電池反応を行う反応場として機能する。正極電極14及び負極電極15は、導電性を有する多孔体で形成されている。隔膜11は、例えば、水素イオンを透過するイオン交換膜で形成されている。
(electrode)
An electrolytic solution (a positive electrode electrolytic solution and a negative electrode electrolytic solution) flows through each of the
正極電極14及び負極電極15の各電極は、カーボン繊維を主成分(質量比で50%以上)とすることが好ましく、代表的には、カーボンフェルト、カーボンクロス、カーボンペーパーなどが好適に利用できる。カーボン繊維を主成分とすることで、電極内に空隙を有するため、電極に電解液を拡散させることができる。
Each of the
電極の空隙率は、例えば50%以上、更に60%以上、70%以上であることが挙げられる。空隙率が50%以上であることで、電解液の流通性を確保し易く、電解液を十分に拡散させ易い。空隙率の上限は、特に限定されてないが、例えば95%以下、更に90%以下である。ここでは、非圧縮状態(自然状態)での空隙率とする。空隙率は、電極の真の体積をV、見かけの体積をVaとした場合、{(Va−V)/Va}×100(%)として求めることができる。更に、電極の厚さ方向の空隙率は、隔膜11側の面近傍で極小値となるような分布を有することが好ましい。ここでいう「近傍」とは、隔膜11側の面から厚さ方向に例えば50μm以内の領域とする。
The porosity of the electrode is, for example, 50% or more, further 60% or more, 70% or more. When the porosity is 50% or more, the flowability of the electrolytic solution is easily secured and the electrolytic solution is easily diffused sufficiently. The upper limit of the porosity is not particularly limited, but is, for example, 95% or less, and further 90% or less. Here, the porosity in the non-compressed state (natural state) is used. When the true volume of the electrode is V and the apparent volume of the electrode is Va, the porosity can be obtained as {(Va-V)/Va}×100(%). Further, it is preferable that the porosity in the thickness direction of the electrode has a distribution that has a minimum value in the vicinity of the surface on the side of the
また、非圧縮状態での電極の平均厚さは、例えば0.1mm以上3mm以下であることが挙げられる。 Further, the average thickness of the electrode in the uncompressed state is, for example, 0.1 mm or more and 3 mm or less.
電池セル10(正極セル12及び負極セル13)には、図1、図2に示すように、循環流路100P、100Nを通して電解液(正極電解液及び負極電解液)が循環する。正極セル12には、正極電解液を貯留する正極電解液タンク106が正極循環流路100Pを介して接続されている。同様に、負極セル13には、負極電解液を貯留する負極電解液タンク107が負極循環流路100Nを介して接続されている。各循環流路100P、100Nは、各タンク106、107から電池セル10へ電解液を送る往路配管108、109と、電池セル10から各タンク106、107へ電解液を戻す復路配管110、111とを有する。各往路配管108、109には、各タンク106、107に貯留される電解液を圧送するポンプ112、113が設けられている。このポンプ112、113により電解液が電池セル10に循環される。
As shown in FIGS. 1 and 2, an electrolytic solution (positive electrode electrolytic solution and negative electrode electrolytic solution) circulates in the battery cells 10 (
《セルスタック》
RF電池1は通常、図2に示すような、複数の電池セル10が積層されたセルスタック2が利用される。セルスタック2は、図3に示すように、複数のサブスタック200をその両側から2枚のエンドプレート220で挟み込み、両側のエンドプレート220を締付機構230で締め付けることで構成されている。図3は、複数のサブスタック200を備えるセルスタック2を例示している。サブスタック200は、セルフレーム3、正極電極14、隔膜11、負極電極15の順に繰り返し積層され、その積層体の両端に給排板210が配置された構造である。給排板210には、各循環流路100P、100N(図1、図2参照)の往路配管108、109及び復路配管110、111が接続される。
《Cell stack》
The
《セルフレーム》
セルフレーム3は、図3に示すように、正極電極14と負極電極15との間に配置される双極板31と、双極板31の周囲に設けられる枠体32とを有する(図4も参照)。双極板31の一面側には、正極電極14が対向するように配置される。双極板31の他面側には、負極電極15が対向するように配置される。枠体32の内側には、双極板31が設けられ、双極板31と枠体32により凹部32oが形成される。凹部32oは、双極板31の両側にそれぞれ形成される。一方の凹部32o内に正極電極14が収納され、他方の凹部32o内に負極電極15が収納されることにより、正極電極14及び負極電極15が双極板31を挟んで配置される。各凹部32oは、正極セル12及び負極セル13(図1参照)の各セル空間を形成する。
《Cell frame》
As shown in FIG. 3, the
双極板31は、例えば導電性プラスチック、代表的にはプラスチックカーボン(導電性カーボンと樹脂との複合材料)などで形成されている。枠体32は、例えば、塩化ビニル樹脂(PVC)、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で形成されている。セルフレーム3は、双極板31の周囲に枠体32を射出成型などにより一体化することで製造することが挙げられる。その他、セルフレーム3は、双極板31の外周部と枠体32の内周部との間にシール部材を配置し、双極板31の外周部と枠体32の内周部とを重ね合わせることで製造することもできる。
The
セルスタック2(サブスタック200)は、隣接する各セルフレーム3の枠体32の一面側と他面側とが互いに対向して突き合わされる。隣接する各セルフレーム3における双極板31の間にそれぞれ1つの電池セル10が形成される(図3参照)。換言すれば、隣り合う電池セル10の間に双極板31が介在される。正極電極14及び負極電極15の各電極は、電池セル10を構成したときに枠体32の各凹部32o内に収納される。各セルフレーム3の枠体32の間には、電解液の漏洩を抑制するため、Oリング又は平パッキンなどの環状のシール部材37(図2、図3参照)が配置されている。枠体32には、シール部材37を配置するためのシール溝38(図4参照)が形成されている。
In the cell stack 2 (sub-stack 200), one surface side and the other surface side of the
電池セル10における電解液の流通は、セルフレーム3の枠体32に貫通して形成された給液マニホールド33、34及び排液マニホールド35、36と、枠体32に形成された給液スリット33s、34s及び排液スリット35s、36sにより行われる。この例に示すセルフレーム3(枠体32)の場合、正極電解液は、枠体32の下部に形成された給液マニホールド33から枠体32の一面側に形成された給液スリット33sを介して双極板31の一面側に供給される。供給された正極電解液は、枠体32の上部に形成された排液スリット35sを介して排液マニホールド35に排出される。同様に、負極電解液は、枠体32の下部に形成された給液マニホールド34から枠体32の他面側に形成された給液スリット34sを介して双極板31の他面側に供給される。供給された負極電解液は、枠体32の上部に形成された排液スリット36sを介して排液マニホールド36に排出される。給液マニホールド33、34及び排液マニホールド35、36は、セルフレーム3が積層されることによって電解液の流路を構成する。これら流路は、給排板210(図3参照)を介して各循環流路100P、100N(図1、図2参照)の往路配管108、109及び復路配管110、111にそれぞれ連通している。これにより、給液マニホールド33、34及び排液マニホールド35、36を介して電池セル10内に電解液を流通させることが可能である。
The flow of the electrolytic solution in the
この例に示す電池セル10は、双極板31の下縁側から電解液が供給され、双極板31の上縁側から電解液が排出されるように構成されている。つまり、電池セル10における全体的な電解液の流れる方向は、紙面上方向となる。
The
本例のセルフレーム3は、図4に示すように、供給側整流部330と排出側整流部350とを有する。供給側整流部330は、枠体32の一面側に形成され、枠体32の内周の下縁に沿って伸びる溝である。供給側整流部330に給液スリット33sがつながっている。供給側整流部330は、給液スリット33sから供給された正極電解液を双極板31の下縁部に沿って拡散させる機能を有する。排出側整流部350は、枠体32の一面側に形成され、枠体32の内周の上縁に沿って伸びる溝である。排出側整流部350に排液スリット35sがつながっている。排出側整流部350は、双極板31の上縁部から排出された正極電解液を排液スリット35sに集約する機能を有する。
As shown in FIG. 4, the
この例では、供給側整流部330及び排出側整流部350を枠体32に設けているが、供給側整流部330及び排出側整流部350は双極板31に設けることも可能である。双極板31に供給側整流部330を設ける場合は双極板31の下縁部に沿って溝を形成すればよい。また、双極板31に排出側整流部350を設ける場合は双極板31の上縁部に沿って溝を形成すればよい。
In this example, the supply
図4では、正極電極14(図3参照)が配置されるセルフレーム3の一面側(正極側)に形成された正極電解液用の供給側整流部330及び排出側整流部350のみ図示している。負極電極15(図3参照)が配置されるセルフレーム3の他面側(負極側)にも、一面側と同様に、負極電解液用の供給側整流部及び排出側整流部が形成されている。セルフレーム3の他面側に形成された負極電解液用の供給側整流部及び排出側整流部の構成は、図4に示す供給側整流部330及び排出側整流部350と同様であるので、その説明を省略する。
In FIG. 4, only the supply
《双極板》
双極板31は、図4、図5に示すように、電解液が供給される供給側の第一の縁部311と、電解液が排出される排出側の第二の縁部312とを有する。本例の場合、双極板31の下縁部が、電解液が供給される側となる第一の縁部311である。双極板31の上縁部が、電解液が排出される側となる第二の縁部312である。
《Bipolar plate》
As shown in FIGS. 4 and 5, the
本例の双極板31の平面形状は矩形状である。図4、図5に示す双極板31の一面側(紙面表側)は、正極電極14(図3参照)に対向する面である。双極板31の他面側(紙面裏側)は、負極電極15(図3参照)に対向する面である。
The planar shape of the
双極板31は、第一のトンネル51と第二のトンネル52とを備える。以下、第一のトンネル51及び第二のトンネル52の構成の一例を、図5〜図8を参照して詳しく説明する。以下の説明において、双極板31の供給側(第一の縁部311)から排出側(第二の縁部312)に向かう方向(紙面上下方向)を長さ方向とする。第一の縁部311及び第二の縁部312に沿う方向(紙面左右方向)を幅方向とする。また、長さ方向及び幅方向の双方に直交する方向を厚さ方向とする。図5〜図8では、双極板31の一面側(正極側)に備える正極電解液用の第一のトンネル51及び第二のトンネル52しか図示していないが、双極板31の他面側(負極側)にも、一面側と同様に、負極電解液用の第一のトンネル及び第二のトンネルを備える。双極板31の他面側に形成された負極電解液用の第一のトンネル及び第二のトンネルの構成は、図5〜図8に示す第一のトンネル51及び第二のトンネル52と同様であるので、その説明を省略する。
The
第一のトンネル51と第二のトンネル52とは、双極板31の一面側(正極側)の内部に、幅方向に互いに隣り合うように並んでいる。本例の場合、図5に示すように、双極板31の一面側の概ね全域にわたって、第一のトンネル51と第二のトンネル52とが交互に並んで設けられている。第一のトンネル51と第二のトンネル52とは、連通せずに独立している。第一のトンネル51と第二のトンネル52とは、双極板31の一面側の少なくとも一部の領域において形成されていればよい。
The
(第一のトンネル)
第一のトンネル51は、図6に示すように、双極板31の内部に形成され、供給側(第一の縁部311)から排出側(第二の縁部312)に向かって伸びる。第一のトンネル51は、第一の縁部311に開口し、排出側に端部512を有する。排出側の端部512には、後述する第一の流れ阻害構造512aを有する。また、第一のトンネル51は、図5、図6に示すように、後述する第一の開口部61を有する。
(First tunnel)
As shown in FIG. 6, the
第一のトンネル51は直線状に形成されている。この例では、第一のトンネル51の断面形状が長手方向に一様であり、第一のトンネル51の断面積が長手方向に実質的に同一である。「第一のトンネル51の断面形状」とは、第一のトンネル51の長手方向に直交する横断面の形状である。「第一のトンネル51の断面積」とは、第一のトンネル51の横断面の断面積である。「第一のトンネル51の断面積が長手方向に実質的に同一」とは、第一のトンネル51の断面積の平均値(ave)に対する標準偏差(σ)の割合[(σ/ave)×100]が30%以下であることを意味する。この割合が小さいほど、第一のトンネル51の断面積が長手方向に同一であるといえる。上記の割合は、更に20%以下、10%以下であることが好ましい。第一のトンネル51の断面積の平均値(ave)及び標準偏差(σ)は、第一のトンネル51の長手方向における任意の点を複数(例えば10点以上)選択して、それぞれの点での断面積から平均値及び標準偏差を求めるものとする。任意の点は、第一のトンネル51の長手方向に沿って等間隔に設定するとよい。この例では、第一のトンネル51の断面積が長手方向に沿って一定であり、第一のトンネル51の断面積の平均値に対する標準偏差の割合が実質的に0%である。
The
第一のトンネル51の断面形状は矩形状である(図8参照)。第一のトンネル51の断面形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状、半円形状、楕円形状、半楕円形状、三角形状、台形状、その他の多角形状などであってもよい。第一のトンネル51の断面積は、例えば1mm2以上200mm2以下、更に2mm2以上50mm2以下であることが挙げられる。第一のトンネル51の断面積が1mm2以上200mm2以下であることで、電解液の流通性を確保することができる。
The cross-sectional shape of the
第一のトンネル51の長さ(図6中、L51で示される寸法)は、例えば双極板31の長さ(第一の縁部311から第二の縁部312までの寸法)の70%以上、更に80%以上、90%以上であることが挙げられる。第一のトンネル51の長さは、第一の縁部311から排出側の端部512までの距離に等しい。また、第一のトンネル51の幅(図8中、W51で示される寸法)は、例えば1mm以上50mm以下、更に2mm以上20mm以下であることが挙げられる。第一のトンネル51の幅は、双極板31の厚さ方向に変化してもよい。この場合、第一のトンネル51の幅は、第一のトンネル51の横断面における最大幅とする。例えば、第一のトンネル51の断面形状が円形状である場合、第一のトンネル51の中心位置で最大幅となり、その中心位置から双極板31の厚さ方向の一方側(表面側)及び他方側(中心側)に向かって幅が減少する。第一のトンネル51の高さ(図8中、H51で示される寸法)は、例えば1mm以上20mm以下、更に2mm以上10mm以下であることが挙げられる。この例では、第一のトンネル51の幅及び高さが、第一のトンネル51の長手方向に沿って一定である。
The length of the first tunnel 51 (the dimension indicated by L 51 in FIG. 6) is, for example, 70% of the length of the bipolar plate 31 (the dimension from the
〈第一の開口部〉
第一の開口部61は、図6に示すように、双極板31の電極側(正極電極14側)の面に開口する。第一の開口部61は、双極板31における電極と対向する電極側の面に形成され、第一のトンネル51に連通する。第一の開口部61は、第一のトンネル51の長手方向に沿って形成されている。この例では、第一の開口部61が1つの長孔で形成されている。
<First opening>
As shown in FIG. 6, the
第一の開口部61の平面形状は矩形状である(図5参照)。第一の開口部61の平面形状は、図5に示すような矩形状の他、例えば、長円形状、多角形状などであってもよい。多角形状としては、例えば、三角形状、台形状、菱形状、六角形状などが挙げられる。第一のトンネル51における第一の開口部61が形成された部分において、第一の開口部61の幅(図8中、W61で示される寸法)は、第一のトンネル51の幅(W51)未満である。「第一の開口部61の幅」とは、第一のトンネル51の横断面において、第一のトンネル51と第一の開口部61との接続位置における幅である。第一の開口部61の幅は、例えば1mm以上50mm以下、更に2mm以上20mm以下であることが挙げられる。第一の開口部61の幅は、第一のトンネル51の幅よりも小さいことが好ましい。この例では、第一の開口部61の幅が、第一のトンネル51の長手方向に沿って一定であり、第一のトンネル51の幅よりも小さい。また、双極板31を平面視したとき、第一の開口部61の中心線(図5中、二点鎖線で示す)が第一のトンネル51の中心線と一致している。「第一の開口部61の中心線」とは、第一のトンネル51の長手方向に沿って、第一の開口部61の幅の中心を通る線である。「第一のトンネル51の中心線」とは、第一のトンネル51の長手方向に沿って、第一のトンネル51の幅の中心を通る線である。
The planar shape of the
第一のトンネル51における第一の開口部61が形成された部分において、第一のトンネル51の周長に占める第一の開口部61の幅(W61)の割合は、50%未満であることが好ましい。「第一のトンネル51の周長」とは、第一のトンネル51の横断面の周囲長である。第一のトンネル51における第一の開口部61が形成されていない部分では、第一のトンネル51の横断面の周囲が閉鎖されている。つまり、第一のトンネル51の周長の100%が閉鎖されている。一方、第一のトンネル51における第一の開口部61が形成された部分では、第一の開口部61によって第一のトンネル51の横断面の周囲が開口している(図8参照)。第一のトンネル51における第一の開口部61が形成されている部分の周長は、第一のトンネル51の横断面において、第一のトンネル51の壁面の長さと第一の開口部61の幅との合計になる。「第一のトンネル51の周長に占める第一の開口部61の幅の割合が50%未満」とは、第一のトンネル51の周長の平均値に対する第一の開口部61の幅の平均値の比率が0%超50%未満であることを意味する。第一のトンネル51の周長及び第一の開口部61の幅の平均値は、第一のトンネル51における第一の開口部61が形成された部分において、長手方向における任意の点を複数(例えば10点以上)選択して、それぞれの点での第一のトンネル51の周長及び第一の開口部61幅の平均値とする。任意の点は、第一のトンネル51の長手方向に沿って等間隔に設定するとよい。上記の割合が小さいほど、第一のトンネル51の横断面の周囲が閉鎖されている割合が大きいといえる。上記の割合が50%未満の場合、第一のトンネル51の周長の50%超100%未満が閉鎖されていることになる。上記の割合は、更に40%未満、30%未満であることが好ましい。
In the portion of the
本例の第一の開口部61は、図6に示すように、供給側の端部611及び排出側の端部621が閉じられている。そのため、第一の開口部61は、第一の縁部311及び第二の縁部312に連通していない。また、図5に示すように、第一の開口部61の開口面積が第一のトンネル51の平面断面積よりも小さい。「第一の開口部61の開口面積」とは、双極板31を平面視したときの第一の開口部61の面積である。「第一のトンネル51の平面断面積」とは、双極板31の面方向に平行な断面、即ち厚さ方向に直交する断面における第一のトンネル51の最大断面積である。換言すれば、第一のトンネル51の平面断面積は、双極板31を平面透視した場合に、第一のトンネル51の輪郭から得られる面積に等しい。第一の開口部61の開口面積は、第一のトンネル51の平面断面積の50%以下であることが好ましく、更に30%以下であることがより好ましい。
As shown in FIG. 6, the
(第二のトンネル)
第二のトンネル52は、図7に示すように、双極板31の内部に形成され、排出側(第二の縁部312)から供給側(第一の縁部311)に向かって伸びる。第二のトンネル52は、第二の縁部312に開口し、供給側に端部521を有する。供給側の端部521には、後述する第二の流れ阻害構造521aを有する。また、第二のトンネル52は、図5、図7に示すように、双極板31の電極側(正極電極14側)の面に開口する第二の開口部62を有する。
(Second tunnel)
As shown in FIG. 7, the
第一のトンネル51と第二のトンネル52との違いは、第一のトンネル51が第一の縁部311に開口し、排出側に端部512を有するのに対し、第二のトンネル52が第二の縁部312に開口し、供給側に端部521を有する点にある。上述した第一のトンネル51の説明において、「第一のトンネル51」及び「第一の開口部61」をそれぞれ、「第二のトンネル52」及び「第二の開口部62」に読み替えれば、第二のトンネル52の構成の説明になる。なお、第二のトンネル52の長さ(図7中、L52で示される寸法)は、第二の縁部312から供給側の端部521までの距離に等しい。また、図8中のW52及H52は、第二のトンネル52の幅及び高さを示す。図8中のW62は、第二の開口部62の幅を示す。この例では、第一のトンネル51の幅及び高さと第二のトンネル52の幅及び高さとがそれぞれ同じであり、第一のトンネル51の断面積と第二のトンネル52の断面積とが等しい。
The difference between the
本例の場合、図5に示すように、第一のトンネル51と第二のトンネル52とが平行に設けられている。第一のトンネル51と第二のトンネル52とは、部分的に幅方向に互いに並ぶように設けられている。具体的には、第一のトンネル51における開口近傍から端部512までの部分と、第二のトンネル52における開口近傍から端部521までの部分とが、幅方向に互いに並ぶように形成されている。また、第一の開口部61と第二の開口部62とは長さが同じであり、幅方向に互いに並ぶように形成されている。
In the case of this example, as shown in FIG. 5, a
〈流れ阻害構造〉
第一のトンネル51における排出側の端部512には、図6に示すように、第一の流れ阻害構造512aを有する。第二のトンネル52における供給側の端部521には、図7に示すように、第二の流れ阻害構造521aを有する。第一の流れ阻害構造512aは、第一のトンネル51から第二の縁部312への電解液の流出を阻害する構造である。第二の流れ阻害構造521aは、第一の縁部311から第二のトンネル52への電解液の流入を阻害する構造である。第一の流れ阻害構造512a及び第二の流れ阻害構造521aはそれぞれ、電解液の流れを阻害する構造であればよい。第一の流れ阻害構造512a及び第二の流れ阻害構造521aの具体的な例としては、排出側の端部512及び供給側の端部521が完全に閉鎖された構造、或いは、部分的に閉鎖された構造などが挙げられる。「部分的に閉鎖された構造」とは、例えば、排出側の端部512又は供給側の端部521において、第一のトンネル51又は第二のトンネル52の断面積が部分的に小さくなっていることが挙げられる。この例では、排出側の端部512及び供給側の端部521が完全に閉鎖された構造によって、第一の流れ阻害構造512a及び第二の流れ阻害構造521aが構成されている。
<Flow obstruction structure>
The discharge-
第一のトンネル51の排出側の端部512又は第二のトンネル52の供給側の端部521が部分的に閉鎖された構造によって、第一の流れ阻害構造512a又は第二の流れ阻害構造521aを構成する場合、次の要件を満たすものとする。第一のトンネル51において、第一の流れ阻害構造512aが設けられる排出側の端部512は、部分的に閉鎖されており、断面積が小さい。第一のトンネル51における排出側の端部512の開口の断面積は、隣り合う第二のトンネル52における第二の縁部312に開口する断面積よりも小さい。第二のトンネル52において、第二の流れ阻害構造521aが設けられる供給側の端部521は、部分的に閉鎖されており、断面積が小さい。第二のトンネル52における排出側の端部521の開口の断面積は、隣り合う第一のトンネル51における第一の縁部311に開口する断面積よりも小さい。
Depending on the structure in which the discharge side end 512 of the
(双極板の製造方法)
本例の双極板31の製造方法の一例としては、以下の方法が挙げられる。双極板31の供給側(第一の縁部311)から排出側(第二の縁部312)に向かってドリルなどにより穴を開けて、第一のトンネル51を形成する。本例の場合、第一のトンネル51の排出側の端部512に第一の流れ阻害構造512aを形成するため、排出側の端部512を残して第一のトンネル51を形成する。双極板31の一面側(正極側)から第一のトンネル51に連通するように孔を開けて、第一の開口部61を形成する。また、双極板31の排出側(第二の縁部312)から供給側(第一の縁部311)に向かってドリルなどにより穴を開けて、第二のトンネル52を形成する。本例の場合、第二のトンネル52の供給側の端部521に第二の流れ阻害構造521aを形成するため、供給側の端部521を残して第二のトンネル52を形成する。双極板31の一面側(正極側)から第二のトンネル52に連通するように穴を開けて、第二の開口部62を形成する。
(Method of manufacturing bipolar plate)
The following method can be given as an example of a method for manufacturing the
双極板31の製造方法の別の一例としては、双極板31を厚さ方向に分割し、双極板31を第一のトンネル51及び第二のトンネル52が形成された基部と、第一の開口部61及び第二の開口部62が形成された表層部とに分けて製造することが挙げられる。この場合、基部の表面に、第一のトンネル51及び第二のトンネル52となる溝を形成しておく。また、表層部に、第一の開口部61及び第二の開口部62となる孔を開けておく。そして、基部に形成した第一のトンネル51及び第二のトンネル52となる溝と、表層部に形成した第一の開口部61及び第二の開口部62となる穴とが互いに重なり合うように、基部に表層部を貼り合わせて一体化する。基部と表層部との一体化は、例えば、熱溶着、接着剤による接着などを利用できる。
As another example of the method for manufacturing the
(双極板の機能)
第一のトンネル51と第二のトンネル52とを備える本例の双極板31は、次の機能を有する。供給側(第一の縁部311)から供給された電解液(正極電解液)は、第一のトンネル51に主として流入する。第一のトンネル51に流入した電解液は、第一の開口部61を介して電極(正極電極14)に流れる。このとき、電解液は、第一の開口部61から第二の開口部62に向かって流れる。つまり、隣り合う第一のトンネル51と第二のトンネル52との間を渡るように電解液が流れる。そのため、電極の広範囲に電解液が拡散され易い。電極に流れた電解液は、第二の開口部62を介して第二のトンネル52に流出し、排出側(第二の縁部312)から排出される。
(Function of bipolar plate)
The
この例では、隣り合う第一のトンネル51と第二のトンネル52とが以下の条件(i)〜(iv)を満たしている。
In this example, the
(i)第一の開口部61の供給側の端部611と第一の縁部311との距離(図6中、D611で示される寸法)と、第二の開口部62の供給側の端部621と第一の縁部311との距離(図7中、D621で示される寸法)とが実質的に同一であること、及び、第一の開口部61の排出側の端部612と第二の縁部312との距離(図6中、D612で示される寸法)と、第二の開口部62の排出側の端部622と第二の縁部312との距離(図7中、D622で示される寸法)とが実質的に同一であること、の少なくとも一方を満たす。
(I) The distance between the
「第一の開口部61の供給側の端部611と第一の縁部311との距離(D611)と、第二の開口部62の供給側の端部621と第一の縁部311との距離(D621)とが実質的に同一」とは、次のように定義される。供給側の端部611における距離(D611)及び供給側の端部621における距離(D621)をそれぞれ測定する。ここでは、隣り合う第一の開口部61と第二の開口部62との複数の組の中から、任意の組(例えば10組以上)を選択する。選択した複数の第一の開口部61及び第二の開口部62のそれぞれについて、各端部611と第一の縁部311との距離(D611)、及び、各端部621と第一の縁部311との距離(D621)を測定する。そして、供給側の端部611における距離(D611)と供給側の端部621における距離(D621)との平均値(ave)及び標準偏差(σ)を求め、平均値(ave)に対する標準偏差(σ)の割合[(σ/ave)×100]が50%以下である場合を距離が実質的に同一であるとみなす。この割合が小さいほど、距離が同一であるといえる。上記の割合は、更に30%以下、20%以下であることが好ましい。
“The distance (D 611 ) between the supply-
「第一の開口部61の排出側の端部612と第二の縁部312との距離(D612)と、第二の開口部62の排出側の端部622と第二の縁部312との距離(D622)とが実質的に同一」とは、次のように定義される。排出側の端部612における距離(D612)及び排出側の端部622における距離(D622)をそれぞれ測定する。ここでは、隣り合う第一の開口部61と第二の開口部62との複数の組の中から、任意の組(例えば10組以上)を選択する。選択した複数の第一の開口部61及び第二の開口部62のそれぞれについて、各端部612と第二の縁部312との距離(D612)、及び、各端部622と第二の縁部312との距離(D622)を測定する。そして、排出側の端部612における距離(D612)と排出側の端部622における距離(D622)との平均値(ave)及び標準偏差(σ)を求め、平均値(ave)に対する標準偏差(σ)の割合[(σ/ave)×100]が50%以下である場合を距離が実質的に同一であるとみなす。この割合が小さいほど、距離が同一であるといえる。上記の割合は、更に30%以下、20%以下であることが好ましい。
“The distance (D 612 ) between the discharge-
この例では、供給側の端部611における距離(D611)と供給側の端部621における距離(D612)とが同等であり、距離(D611)及び距離(D612)の平均値に対する標準偏差の割合が実質的に0%である。また、排出側の端部612における距離(D612)と排出側の端部622における距離(D622)とが同等であり、距離(D612)及び距離(D622)の平均値に対する標準偏差の割合が実質的に0%である。
In this example, the distance (D 611 ) at the end 611 on the supply side and the distance (D 612 ) at the
供給側の端部611における距離(D611)と供給側の端部621における距離(D621)、及び排出側の端部612における距離(D612)と排出側の端部622における距離(D622)のうち、少なくとも一方が実質的に同一であることで、電極に流れる電解液の流れを均一に調整し易く、電池反応をより均一に生じさせ易い。特に、供給側の端部611における距離(D611)と供給側の端部621における距離(D621)、及び排出側の端部612における距離(D612)と排出側の端部622における距離(D622)の双方が実質的に同一であることが好ましい。この場合、電極に流れる電解液の流れをより均一に調整し易い。
The distance at the
(ii)第一の開口部61の中心線と第二の開口部62の中心線との距離(図5中、C6で示される寸法)が、長手方向にわたって実質的に同一である。
(Ii) The distance between the center line of the
「第一の開口部61の中心線と第二の開口部62の中心線との距離(C6)が長手方向にわたって実質的に同一」とは、第一の開口部61と第二の開口部62との中心線間の距離(C6)の平均値(ave)に対する標準偏差(σ)の割合[(σ/ave)×100]が50%以下であることを意味する。この割合が小さいほど、第一の開口部61の中心線と第二の開口部62の中心線との距離が長手方向に同一であるといえる。上記の割合は、更に30%以下、20%以下であることが好ましい。第一の開口部61と第二の開口部62との中心線間の距離の平均値(ave)及び標準偏差(σ)は、長手方向に任意の点を複数(例えば10点以上)選択して、それぞれの点での中心線間の距離から平均値及び標準偏差を求めるものとする。任意の点は、長手方向に沿って等間隔に設定するとよい。
“The distance (C 6 ) between the center line of the
この例では、第一の開口部61の中心線と第二の開口部62の中心線とが平行であり、第一の開口部61と第二の開口部62との中心線間の距離(C6)の平均値に対する標準偏差の割合が実質的に0%である。第一の開口部61の中心線と第二の開口部62の中心線との距離(C6)は、例えば2mm以上50mm以下であることが挙げられる。
In this example, the center line of the
第一の開口部61の中心線と第二の開口部62の中心線との距離(C6)が長手方向にわたって実質的に同一であることで、電極に流れる電解液の流れを均一に調整し易く、電池反応をより均一に生じさせ易い。第一の開口部61から第二の開口部62に向かって電極に流れる電解液の流通長を実質的に同一にできるからである。
The distance (C 6 ) between the center line of the
(iii)第一の開口部61の開口面積と第二の開口部62の開口面積とが実質的に同一である。
(Iii) The opening area of the
「第一の開口部61の開口面積と第二の開口部62の開口面積とが実質的に同一」とは、第一の開口部61の開口面積と第二の開口部62の開口面積との平均値に対して、それぞれの開口面積の差異が30%以下であることを意味する。この割合が小さいほど、第一の開口部61の開口面積と第二の開口部62の開口面積とが同一であるといえる。上記の割合は、更に20%以下、10%以下であることが好ましい。
"The opening area of the
この例では、第一の開口部61の開口面積と第二の開口部62の開口面積とが同等であり、第一の開口部61及び第二の開口部62の開口面積の平均値に対する差異が実質的に0%である。
In this example, the opening area of the
第一の開口部61の開口面積と第二の開口部62の開口面積とが実質的に同一であることで、電極に流れる電解液の流れを均一に調整し易く、電池反応をより均一に生じさせ易い。第一の開口部61を介して電極に流入される電解液の流量と第二の開口部62を介して電極から流出される電解液の流量とを実質的に同一にできるからである。
Since the opening area of the
(iv)第一の開口部61及び第二の開口部62における単位長さ当たりの開口面積が長手方向にわたって実質的に同一である。
(Iv) The opening area per unit length in the
「単位長さ当たりの開口面積が長手方向にわたって実質的に同一」とは、次のように定義される。第一の開口部61及び第二の開口部62における単位長さ(例えば1cm)当たりの開口面積をそれぞれ測定する。ここでは、第一の開口部61及び第二の開口部62を長手方向に任意の複数(例えば10以上)の区間に分け、各区間における単位長さ当たりの開口面積をそれぞれ測定するものとする。任意の区間は、長手方向に沿って等間隔に設定するとよい。そして、第一の開口部61及び第二の開口部62における各区間での単位長さ当たりの開口面積の平均値(ave)及び標準偏差(σ)を求め、平均値(ave)に対する標準偏差(σ)の割合[(σ/ave)×100]が30%以下である場合を単位長さ当たりの開口面積が実質的に同一であるとみなす。この割合が小さいほど、単位長さ当たりの開口面積が同一であるといえる。上記の割合は、更に20%以下、10%以下であることが好ましい。
"The opening area per unit length is substantially the same in the longitudinal direction" is defined as follows. The opening area per unit length (for example, 1 cm) in the
この例では、第一の開口部61及び第二の開口部62のそれぞれの幅が長手方向に沿って一定であり、第一の開口部61の幅と第二の開口部62の幅とが等しい。そのため、第一の開口部61及び第二の開口部62における単位長さ当たりの開口面積が同等であり、単位長さ当たりの開口面積の平均値に対する標準偏差の割合が実質的に0%である。
In this example, the width of each of the
第一の開口部61及び第二の開口部62における単位長さ当たりの開口面積が長手方向にわたって実質的に同一であることで、電極に流れる電解液の流れを均一に調整し易く、電池反応をより均一に生じさせ易い。
Since the opening areas per unit length in the
[実施形態の効果]
実施形態に係る双極板31は、第一のトンネル51及び第二のトンネル52を備えることで、電池セル10(図2、図3参照)における電解液の流通性を改善することができる。よって、双極板31は、電解液の流通抵抗を小さくでき、電池セル10での電解液の圧力損失を低減できる。
[Effect of Embodiment]
Since the
また、第一のトンネル51が第一の開口部61を有し、第二のトンネル52が第二の開口部62を有する。そのため、双極板31は、第一のトンネル51及び第二のトンネル52によって、双極板31における供給側(第一の縁部311)と排出側(第二の縁部312)との間の電解液の流れを調整できる。また、双極板31は、第一の開口部61及び第二の開口部62によって、双極板31から電極に流れる電解液の流れを調整できる。そのため、双極板31は、供給側と排出側との間の双極板31内での電解液の流れ場と、双極板31内から電極に流れる電解液の流れ場とを独立に設計することが可能である。
Further, the
第一のトンネル51と第二のトンネル52とが互いに隣り合うように並んでいることで、電極の広範囲に電解液を拡散し易い。第一のトンネル51が排出側の端部512に第一の流れ阻害構造512aを有し、第二のトンネル52が供給側の端部521に第二の流れ阻害構造521aを有することで、供給側(第一の縁部311)から供給された電解液は、第一のトンネル51に主として流入する。第一のトンネル51と第二のトンネル52とは、第一の流れ阻害構造512a及び第二の流れ阻害構造521aによって、電解液の圧力差が生じる。そのため、第一のトンネル51に流入した電解液は、第一の開口部61を介して電極に流れる。このとき、電解液は、第一の開口部61から第二の開口部62に向かって流れる。つまり、第一のトンネル51と第二のトンネル52との間を渡るような電解液の流れが生じることにより、電極の広範囲に電解液が拡散され易い。電極に流れた電解液は、第二の開口部62を介して第二のトンネル52に流出し、排出側(第二の縁部312)から排出される。よって、双極板31は、電池反応を電極の全域で均一に生じさせることができ、電池セル10内で電池反応を効率よく行うことができる。したがって、双極板31は、RF電池1の電池反応効率を向上させることができる。
By arranging the
実施形態に係るセルフレーム3は、上記の双極板31を有するため、電解液の流通性を改善して圧力損失を低減できつつ、電極の広範囲に電解液を拡散して電池反応を電極の全域で均一に生じさせることができる。よって、セルフレーム3は、RF電池1の電池反応効率を向上させることができる。
Since the
実施形態に係るセルスタック2は、上記のセルフレーム3を備えるため、RF電池1の電池反応効率を向上させることができる。
Since the
実施形態に係るRF電池1は、上記のセルスタック2を備えるため、電池反応効率が高い。
Since the
以下、図9〜図13を参照して、上述した実施形態に係る双極板31の変形例を説明する。なお、変形例の説明においては、上述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
Hereinafter, modified examples of the
[変形例1]
図9、図10を参照して、双極板31の変形例1を説明する。上述した実施形態では、図5に示すように、第一のトンネル51及び第二のトンネル52において、第一の開口部61及び第二の開口部62がそれぞれ1つずつ形成されている構成を説明した。変形例1では、第一のトンネル51及び第二のトンネル52において、第一の開口部61及び第二の開口部62がそれぞれ複数形成されている構成を説明する。
[Modification 1]
図9は、変形例1Aに係る双極板31を示す。図9に示す変形例1Aでは、第一のトンネル51に対し、複数の第一の開口部61が、第一のトンネル51の長手方向に間隔をあけて設けられている。また、第二のトンネル52に対し、複数の第二の開口部62が、第二のトンネル52の長手方向に間隔をあけて設けられている。この例では、第一のトンネル51及び第二のトンネル52に対して、第一の開口部61及び第二の開口部62が長手方向に沿って等間隔に設けられている。
FIG. 9 shows a
変形例1Aに示す第一の開口部61及び第二の開口部62の平面形状は円形状である。この例では、第一の開口部61及び第二の開口部62の個々の開口面積が等しい。第一の開口部61と第二の開口部62とは、幅方向に互いに並ぶ位置に形成されている。
The planar shapes of the
変形例1Aでは、第一の開口部61の中心線と第二の開口部62の中心線との距離(図9中、C6で示される寸法)が、長手方向にわたって実質的に同一である。変形例1Aのように、第一の開口部61が複数ある場合、第一の開口部61の中心線は、各第一の開口部61の幅(直径)の中心を通る近似的な直線として求めるとよい。第二の開口部62が複数ある場合、第二の開口部62の中心線は、各第二の開口部62の幅(直径)の中心を通る近似的な直線として求めるとよい。
In Modification 1A, the distance between the center line of the
また、変形例1Aでは、第一の開口部61の開口面積と第二の開口部62の開口面積とが実質的に同一である。第一の開口部61が複数ある場合、第一の開口部61の開口面積は、各第一の開口部61の合計の開口面積とする。第二の開口部62が複数ある場合、第二の開口部62の開口面積は、各第二の開口部62の合計の開口面積とする。
In Modification 1A, the opening area of the
変形例1Aでは、第一の開口部61及び第二の開口部62の平面形状が円形状である場合を例示したが、これに限定されない。例えば、図10に示す変形例1Bのように、第一の開口部61及び第二の開口部62の平面形状は矩形状であってもよい。第一の開口部61及び第二の開口部62の平面形状は、その他の形状、例えば、長円形状、多角形状などであってもよい。多角形状としては、例えば、三角形状、台形状、菱形状、六角形状などが挙げられる。
In Modification 1A, the case where the planar shapes of the
第一の開口部61及び第二の開口部62の数は同じであってもよいし、異なってもよい。また、各第一の開口部61の平面形状及び開口面積は同じであってもよいし、平面形状及び開口面積の少なくとも一方が異なってもよい。更に、第一の開口部61と第二の開口部62とで、平面形状及び開口面積の少なくとも一方が異なってもよい。
The numbers of the
[変形例2]
図11を参照して、双極板31の変形例2を説明する。上述した変形例1Aでは、図9に示すように、第一の開口部61及び第二の開口部62がそれぞれ複数形成されている構成を説明した。第一の開口部61及び第二の開口部62が複数ある場合、図11に示す変形例2のように、第一の開口部61同士及び第二の開口部62同士がそれぞれ第一の溝部71及び第二の溝部72によって連結されていてもよい。
[Modification 2]
A modified example 2 of the
図11に示す第一の溝部71は、双極板31の一面側の表面において、第一のトンネル51の長手方向に隣り合う第一の開口部61間を連結するように形成されている。第一の溝部71は、第一のトンネル51まで及んでおらず、第一のトンネル51に連通していない。また、第二の溝部72は、双極板31の一面側の表面において、第二のトンネル52の長手方向に隣り合う第二の開口部62間を連結するように形成されている。第二の溝部72は、第二のトンネル52まで及んでおらず、第二のトンネル52に連通していない。
The
[変形例3]
図12を参照して、双極板31の変形例3を説明する。上述した実施形態では、図5に示すように、第一の開口部61の開口面積と第二の開口部62の開口面積とが実質的に同一である構成を説明した。図12に示す変形例3のように、第一の開口部61の開口面積と第二の開口部62の開口面積とは異なってもよい。
[Modification 3]
変形例3では、図12に示すように、第二の開口部62の開口面積が第一の開口部61の開口面積よりも大きい場合を例示しているが、これに限らず、第一の開口部61の開口面積が第二の開口部62の開口面積よりも大きくてもよい。
In the third modification, as shown in FIG. 12, the case where the opening area of the
電極に流れた電解液は、電極内を流通することによって圧力が低下する。図12に示すように、第二の開口部62の開口面積が第一の開口部61の開口面積よりも大きい場合、電極内での電解液の圧力低下を補償する効果が期待できる。
The pressure of the electrolytic solution that has flowed to the electrodes is reduced by flowing through the electrodes. As shown in FIG. 12, when the opening area of the
[変形例4]
図13を参照して、双極板31の変形例4を説明する。上述した実施形態では、図5に示すように、第一のトンネル51及び第二のトンネル52の断面積が長手方向に沿って一定である構成を説明した。図13に示す変形例4のように、第一のトンネル51及び第二のトンネル52の断面積が長手方向に変化してもよい。
[Modification 4]
A modified example 4 of the
図13に示す第一のトンネル51は供給側よりも排出側の断面積が小さい。「供給側よりも排出側の断面積が小さい」とは、第一のトンネル51を長手方向に供給側と排出側の2つの区間に2等分したとき、供給側の区間の断面積の平均値よりも排出側の区間の断面積の平均値が小さいことを意味する。また、第二のトンネル52は供給側よりも排出側の断面積が大きい。「供給側よりも排出側の断面積が大きい」とは、第二のトンネル52を長手方向に供給側と排出側の2つの区間に2等分したとき、供給側の区間の断面積の平均値よりも排出側の区間の断面積の平均値が大きいことを意味する。供給側と排出側の各区間の断面積の平均値は、長手方向に任意の点を複数(例えば10点以上)選択して、それぞれの点での断面積から平均値を求めるものとする。任意の点は、長手方向に沿って等間隔に設定するとよい。
The
変形例4では、図13に示すように、第一のトンネル51の断面積(具体的には幅)が供給側から排出側に向かって徐々に減少している。一方、第二のトンネル52の断面積(具体的には幅)が供給側から排出側に向かって徐々に増加している。
In Modified Example 4, as shown in FIG. 13, the cross-sectional area (specifically, the width) of the
変形例4に係る双極板31は、第一のトンネル51の断面積が供給側よりも排出側の方が小さいことで、第一のトンネル51の断面積が長手方向に一定である場合に比べて、第一のトンネル51における長手方向に沿った電解液の圧力損失をより低減できる。また、第二のトンネル52の断面積が供給側よりも排出側の方が大きいことで、第二のトンネル52の断面積が長手方向に一定である場合に比べて、第二のトンネル52における長手方向に沿った電解液の圧力損失をより低減できる。そのため、変形例4の双極板31は、供給側から排出側に向かって流れる電解液の圧力損失をより低減できる。
In the
特に、第一のトンネル51の供給側より排出側の断面積を小さくする場合、少なくとも第一の開口部61が形成された部分において、第一のトンネル51の断面積が供給側から排出側に向かって徐々に減少することが好ましい。一方、第二のトンネル52の供給側より排出側の断面積を大きくする場合、少なくとも第二の開口部62が形成された部分において、第二のトンネル52の断面積が供給側から排出側に向かって徐々に増加することが好ましい。
In particular, when the cross-sectional area of the discharge side of the
[変形例5]
図14A、図14Bを参照して、双極板31の変形例5を説明する。上述した実施形態では、図5に示すように、第一のトンネル51及び第二のトンネル52の各トンネルが1つのセグメントによって構成された構造である。図14A、図14Bに示す変形例5のように、第一のトンネル51及び第二のトンネル52の少なくとも一方が複数のセグメント81によって構成された構造であってもよい。
[Modification 5]
Modification 5 of the
変形例5では、図14A、図14Bに示すように、第一のトンネル51及び第二のトンネル52の各トンネルが2つのセグメント81によって構成されている場合を例示する。第一のトンネル51(第二のトンネル52)は、幅方向に2つのセグメント81に分割されている。2つのセグメント81に対して1つの第一の開口部61(第二の開口部62)が形成されている。隣接するセグメント81の間には、第一のトンネル51(第二のトンネル52)を幅方向に分割するように壁部82が設けられている。壁部82は、図14Bに示すように、第一のトンネル51(第二のトンネル52)の内部において、底面と、第一の開口部61(第二の開口部62)が開口していない部分の上面とをつなぐ。そのため、第一のトンネル51(第二のトンネル52)において、第一の開口部61(第二の開口部62)が形成されていない部分の上面が壁部82により支持される。したがって、第一のトンネル51(第二のトンネル52)は、その幅方向を壁部82によって複数のセグメント81に分割されることで、壁部82のない単一のトンネルで構成されている場合に比べて、構造強度を向上させることができる。加えて、図14Aに示すように、第一のトンネル51(第二のトンネル52)の長手方向の全長にわたって壁部82が設けられている場合は、構造強度の更なる向上が期待できる。これは、第一のトンネル51(第二のトンネル52)の全長に及ぶ壁部82が、第一のトンネル51(第二のトンネル52)の構造強度を補強するリブとして機能するためである。
Modified Example 5 exemplifies a case where each of the
特に、第一のトンネル51(第二のトンネル52)の断面積が大きい、具体的には、幅が広いほど、第一のトンネル51(第二のトンネル52)の構造強度が低下し易い。第一のトンネル51(第二のトンネル52)の断面積(幅)が大きい場合、第一のトンネル51(第二のトンネル52)を複数のセグメント81に分割することによって、構造強度の低下を効果的に抑制できる。
In particular, the larger the cross-sectional area of the first tunnel 51 (second tunnel 52), specifically, the wider the width, the lower the structural strength of the first tunnel 51 (second tunnel 52) is likely to be. When the cross-sectional area (width) of the first tunnel 51 (second tunnel 52) is large, the structural strength is reduced by dividing the first tunnel 51 (second tunnel 52) into a plurality of
また、この例では、図14Aに示すように、第一のトンネル51(第二のトンネル52)の長手方向全体にわたって壁部82が設けられている。壁部82は、第一のトンネル51(第二のトンネル52)において、第一の開口部61(第二の開口部62)が形成されていない部分にのみ設けてもよい。具体的には、第一のトンネル51において、第一の縁部311と第一の開口部61における供給側の端部611との間、及び第一のトンネル51における排出側の端部512と第一の開口部61における排出側の端部612との間にのみ壁部82を設けてもよい。また、第二のトンネル52において、第二の縁部312と第二の開口部62における排出側の端部622との間、及び第二のトンネル52における供給側の端部521と第二の開口部62における供給側の端部621との間にのみ壁部82を設けてもよい。
Further, in this example, as shown in FIG. 14A, the
更に、図15に示すように、第一のトンネル51(第二のトンネル52)の断面積(具体的には幅)が長手方向に変化する場合は、断面積が大きい部分にのみ壁部82を設けてもよい。図15に示す第一のトンネル51は、図13に示す変形例4と同じように、供給側よりも排出側の断面積が小さい。また、第二のトンネル52は供給側よりも排出側の断面積が大きい。この場合、第一のトンネル51において、断面積が大きい供給側にのみ壁部82を設けてもよい。即ち、第一の縁部311と第一の開口部61における供給側の端部611との間に壁部82を設ける。また、第二のトンネル52において、断面積が大きい排出側にのみ壁部82を設けてもよい。即ち、第二の縁部312と第二の開口部62における排出側の端部622との間に壁部82を設ける。第一のトンネル51(第二のトンネル52)の断面積が大きい部分にのみ壁部82を設けることによって、第一のトンネル51(第二のトンネル52)の構造強度の低下を効果的に抑制できる。
Further, as shown in FIG. 15, when the cross-sectional area (specifically, the width) of the first tunnel 51 (second tunnel 52) changes in the longitudinal direction, the
1 レドックスフロー電池(RF電池)
2 セルスタック
10 電池セル
11 隔膜
12 正極セル 13 負極セル
14 正極電極 15 負極電極
3 セルフレーム
31 双極板
311 第一の縁部
312 第二の縁部
32 枠体
32o 凹部
33、34 給液マニホールド 35、36 排液マニホールド
33s、34s 給液スリット 35s、36s 排液スリット
37 シール部材 38 シール溝
330 供給側整流部
350 排出側整流部
51 第一のトンネル
512 排出側の端部
512a 第一の流れ阻害構造
52 第二のトンネル
521 供給側の端部
521a 第二の流れ阻害構造
61 第一の開口部
62 第二の開口部
611、621 供給側の端部
612、622 排出側の端部
71 第一の溝部
72 第二の溝部
81 セグメント
82 壁部
100P 正極循環流路 100N 負極循環流路
106 正極電解液タンク 107 負極電解液タンク
108、109 往路配管 110、111 復路配管
112、113 ポンプ
200 サブスタック
210 給排板 220 エンドプレート
230 締付機構
80 交流/直流変換器 90 電力系統
1 Redox flow battery (RF battery)
2
Claims (12)
互いに隣り合う第一のトンネルと第二のトンネルとを備え、
前記第一のトンネルは、前記双極板の内部に形成され、前記第一の縁部に開口し、排出側に端部を有し、
前記第一のトンネルは、前記電極側の面に開口する第一の開口部を有しており、
前記第一のトンネルにおける排出側の端部には、前記第一のトンネルから前記第二の縁部への前記電解液の流れを阻害する第一の流れ阻害構造を有し、
前記第二のトンネルは、前記双極板の内部に形成され、前記第二の縁部に開口し、供給側に端部を有し、
前記第二のトンネルは、前記電極側の面に開口する第二の開口部を有しており、
前記第二のトンネルにおける供給側の端部には、前記第一の縁部から前記第二のトンネルへの前記電解液の流れを阻害する第二の流れ阻害構造を有する、
双極板。 A bipolar plate arranged facing the electrode, having a supply-side first edge to which an electrolytic solution is supplied and a discharge-side second edge to which the electrolytic solution is discharged,
A first tunnel and a second tunnel that are adjacent to each other are provided,
The first tunnel is formed inside the bipolar plate, has an opening at the first edge, and has an end on the discharge side,
The first tunnel has a first opening opening on the surface of the electrode side,
The discharge side end of the first tunnel has a first flow inhibition structure that inhibits the flow of the electrolytic solution from the first tunnel to the second edge,
The second tunnel is formed inside the bipolar plate, has an opening at the second edge, and has an end on the supply side,
The second tunnel has a second opening opening on the surface of the electrode side,
The end on the supply side in the second tunnel has a second flow obstruction structure that obstructs the flow of the electrolytic solution from the first edge to the second tunnel,
Bipolar plate.
前記第二の開口部の開口面積が前記第二のトンネルの平面断面積よりも小さい請求項1又は請求項2に記載の双極板。 The opening area of the first opening is smaller than the plane cross-sectional area of the first tunnel,
The bipolar plate according to claim 1 or 2, wherein an opening area of the second opening is smaller than a plane sectional area of the second tunnel.
前記第一の開口部の排出側の端部と前記第二の縁部との距離と、前記第二の開口部の排出側の端部と前記第二の縁部との距離とが実質的に同一であること、の少なくとも一方を満たす請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の双極板。 The distance between the supply-side end of the first opening and the first edge, and the distance between the supply-side end of the second opening and the first edge are substantially Is identical to, and
The distance between the discharge-side end of the first opening and the second edge and the distance between the discharge-side end of the second opening and the second edge are substantially. 5. The bipolar plate according to claim 1, wherein at least one of the above is satisfied.
前記第二のトンネルは供給側よりも排出側の断面積が大きいこと、の少なくとも一方を満たす請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の双極板。 The first tunnel has a smaller cross-sectional area on the discharge side than on the supply side; and
The bipolar plate according to any one of claims 1 to 5, wherein the second tunnel has at least one of a larger cross-sectional area on the discharge side than on the supply side.
前記双極板の外周に設けられる枠体と、を有する、
セルフレーム。 A bipolar plate according to any one of claims 1 to 9;
A frame provided on the outer periphery of the bipolar plate,
Cell frame.
セルスタック。 The cell frame according to claim 10,
Cell stack.
レドックスフロー電池。 Comprising the cell stack of claim 11.
Redox flow battery.
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