JP2021168296A - 電解液の分散が改善された電極組立体およびフロー電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多孔性電極材料42とこれを取り囲むフレーム44と、多孔性電極材料42に埋め込れ電解液を供給するための入口41Aを有する分配管41と、多孔性電極材料42に埋め込れ電解液を放出するための出口43Bを有する別の分配管43とから構成され、分配管41、43の壁には電極材料内の電解液の均一な分散を可能にするために穴または細孔58が設けられているフロー電池用電極組立体を用いることにより、電池スタックのフローセル間に流れるシャント電流を最小限に抑えるために多孔性電極材料42の内部に必要な電解液流路長を提供する。
【選択図】図2−2
Description
− フレーム内に多孔性電極材料を配置するステップと、
− 多孔性電極材料を取り囲むフレームに設けられた穴を通してかつ多孔性電極材料中へ位置決め針を挿入するステップと、
− 多孔性電極材料内に位置決め針を挿入することにより、フレームに設けられた穴を通して、かつ多孔性電極材料に設けられた穴を通して分配管を摺動させて、それにより多孔性材料内にかつフレームに対して分配管を位置決めするステップと、
− フレームの穴内に分配管を密閉するステップと
を含む。
a.少なくとも1つの分配管を電極フレームに固定するステップと、
b.分配管にわたり、電極フレームに隣接して多孔性電極材料を配置するステップと、
c.電極フレーム、分配管、および多孔性電極材料を圧縮して、多孔性電極材料内に分配管を少なくとも部分的に埋め込むステップと
を含む。
a.少なくとも1つの分配管を電極フレームに固定するステップと、
b.分配管を有する電極フレーム、電極材料、セパレータ、別の電極材料、分配管を有する別の電極フレームを重ねて連続的に配置するステップと、
c.スタック内のフローセルが所望の数に達するまでステップa)およびb)を繰り返すステップと、
d.ステップa)〜c)において形成された構成要素のスタックを圧縮して、多孔性電極材料内に分配管を少なくとも部分的に埋め込むステップと
を含む。
a.円筒状のプラスチック外殻および2つのエンドプレートを設けるステップと、
b.フローセルが円筒状のプラスチック外殻の内壁に接続され、および円筒状のプラスチック外殻がフローセルを半径方向に圧縮するように、円筒状のプラスチック外殻内にフローセルのスタックを配置するステップと、
c.2つのエンドプレート間でフローセルのスタックを軸方向に圧縮するステップと
を含む。
Claims (35)
- − 多孔性電極材料と、
− 前記多孔性電極材料を取り囲むフレームと、
− 前記多孔性電極材料に埋め込まれた少なくとも第1の分配管であって、前記多孔性電極材料に電解液を供給するための入口を有する第1の分配管と、
− 前記多孔性電極材料に埋め込まれた少なくとも第2の分配管であって、前記多孔性電極材料から電解液を放出するための出口を有する第2の分配管と
を含む、フロー電池のための電極組立体において、
前記フレームおよび前記分配管が電気的に非伝導性のプラスチック材料でできていることを特徴とする電極組立体。 - 請求項1に記載の電極組立体において、前記第1の分配管および前記第2の分配管が、前記フレームの第1の側と前記フレームの第2の側との間に、前記フレームの前記2つの側間の中間点を越えて延在していることを特徴とする電極組立体。
- 請求項1に記載の電極組立体において、前記第1の分配管が、前記フレームに密閉された出口を有し、および前記第2の分配管が、前記フレームに密閉された入口を有し、前記第1の分配管および前記第2の分配管が、内部流路と、前記内部流路を取り囲む壁とをそれぞれ有する空管であり、前記空管の前記壁が、穴が設けられた固体材料でできており、電解液の流れが前記分配管の前記壁を通って前記多孔性電極材料中へ入ることを可能にすることを特徴とする電極組立体。
- 請求項1に記載の電極組立体において、前記第1の分配管が、前記フレームに密閉された出口を有し、および前記第2の分配管が、前記フレームに密閉された入口を有し、前記第1の分配管および前記第2の分配管が、内部流路と、前記内部流路を取り囲む壁とをそれぞれ有する空管であり、前記空管の前記壁が多孔性材料でできており、電解液の流れが前記分配管の前記壁を通って前記多孔性電極材料中へ入ることを可能にすることを特徴とする電極組立体。
- 請求項1に記載の電極組立体において、前記第1の分配管が、前記多孔性電極材料に開放された出口を有し、および前記第2の分配管が、前記多孔性電極材料に開放された入口を有することを特徴とする電極組立体。
- 請求項5に記載の電極組立体において、前記第1の分配管および前記第2の分配管が、内部流路と、前記内部流路を取り囲む壁とをそれぞれ有する空管であり、前記空管の少なくとも1つの前記壁が固体材料でできていることを特徴とする電極組立体。
- 請求項5に記載の電極組立体において、前記第1の分配管および前記第2の分配管が、内部流路と、前記内部流路を取り囲む壁とを有する空管であり、前記空管の少なくとも1つの前記壁が、前記多孔性電極材料内の電解液の分散を可能にするために多孔性材料でできていることを特徴とする電極組立体。
- 請求項5に記載の電極組立体において、前記第1の分配管および前記第2の分配管が、内部流路と、前記内部流路を取り囲む壁とをそれぞれ有する空管であり、各空管の前記壁が、前記多孔性電極材料内の電解液の分散を可能にするために、少なくとも1つの穴が設けられた固体材料でできていることを特徴とする電極組立体。
- 請求項1に記載の電極組立体において、第1の分配管および前記第2の分配管が、内部流路と、前記内部流路を取り囲む壁とをそれぞれ有する空管であり、前記第1の分配管または前記第2の分配管の少なくとも1つの前記内部流路が、前記壁の空孔率よりも高い空孔率を有する多孔性材料でできていることを特徴とする電極組立体。
- 請求項1に記載の電極組立体において、前記第1の分配管または前記第2の分配管の少なくとも1つが円形の断面を有することを特徴とする電極組立体。
- 請求項1に記載の電極組立体において、前記第1の分配管または前記第2の分配管の少なくとも1つが三角形の断面を有することを特徴とする電極組立体。
- 請求項1に記載の電極組立体において、前記第1の分配管または前記第2の分配管の少なくとも1つが前記多孔性電極材料内に完全に埋め込まれていることを特徴とする電極組立体。
- 請求項1に記載の電極組立体において、前記第1の分配管または前記第2の分配管の少なくとも1つが前記多孔性電極材料に部分的に埋め込まれていることを特徴とする電極組立体。
- 請求項1に記載の電極組立体において、前記第1の分配管または前記第2の分配管の少なくとも1つが、S字曲線形状を有する空管であり、および前記空管の壁が、前記多孔性電極材料内の電解液の分散を可能にするために、少なくとも1つの穴が設けられた固体材料でできていることを特徴とする電極組立体。
- 請求項1に記載の電極組立体において、前記第1の分配管または前記第2の分配管の少なくとも1つが、S字曲線形状を有する空管であり、および前記空管の壁が、前記多孔性電極材料内の電解液の分散を可能にするために多孔性材料でできていることを特徴とする電極組立体。
- 請求項1に記載の電極組立体において、前記多孔性電極材料の領域にわたって均一に分配されている複数の第1の分配管および第2の分配管を含むことを特徴とする電極組立体。
- 請求項1に記載の電極組立体において、断面流量面積が等しい複数の第1の分配管および第2の分配管を含むことを特徴とする電極組立体。
- 請求項1に記載の電極組立体において、前記第1の分配管の長さが前記第2の分配管の長さと等しいことを特徴とする電極組立体。
- 請求項1に記載の電極組立体において、前記第1の分配管および前記第2の分配管がポリエチレンまたはポリプロピレンでできていることを特徴とする電極組立体。
- − 負電極組立体および正電極組立体と、
− 前記正電極組立体と前記負電極組立体とを分離するセパレータと、
− 第1の双極板および第2の双極板であって、各双極板がそれぞれの電極組立体に隣接している、第1の双極板および第2の双極板と
を含む、少なくとも1つのフローセルを含むフロー電池において、
前記負電極組立体または前記正電極組立体の少なくとも1つが、請求項1に記載の電極組立体であることを特徴とするフロー電池。 - 双極板によって分離されたフローセルのスタックを含むフロー電池において、各フローセルが、セパレータによって分離された正電極組立体および負電極組立体を含み、各電極組立体が、フレームによって取り囲まれた多孔性電極材料を有し、前記フローセルのスタックが、2つのエンドプレートが設けられた円筒状のプラスチック外殻に封入され、前記フローセルのスタックが前記円筒状のプラスチック外殻の内壁に接続され、前記円筒状のプラスチック外殻および前記2つのエンドプレートが電気的に非伝導性の材料でできており、および前記円筒状のプラスチック外殻が前記フローセルを半径方向に圧縮し、かつ前記2つのエンドプレートが前記フローセルを軸方向に圧縮することを特徴とするフロー電池。
- 請求項21に記載のフロー電池において、前記円筒状のプラスチック外殻の前記材料および前記エンドプレートの前記材料が、前記フレームの材料とほぼ同じ熱膨張係数を有することを特徴とするフロー電池。
- 請求項22に記載のフロー電池において、前記フレーム、前記円筒状のプラスチック外殻、および前記エンドプレートの前記材料がポリエチレンまたはポリプロピレンであることを特徴とするフロー電池。
- 請求項21に記載のフロー電池において、前記フローセルのスタックが、長方形の外部形状であって、その角が前記円筒状のプラスチック外殻の内部表面と接続している長方形の外部形状を有して、前記スタックと前記円筒状のプラスチック外殻との間に4つの区画を生成していることを特徴とするフロー電池。
- 請求項24に記載のフロー電池において、前記スタックの前記角が封止材を通して前記円筒状のプラスチック外殻の前記内壁に接続されて、前記スタックと前記円筒状のプラスチック外殻との間に、4つの密閉された区画であって、それを通して正極電解液および負極電解液を流すための4つの密閉された区画を生成していることを特徴とするフロー電池。
- 請求項1に記載の電極組立体を有するフローセルのスタックを含むフロー電池において、前記フローセルのスタックが、2つのエンドプレートが設けられた円筒状のプラスチック外殻に封入されており、前記円筒状のプラスチック外殻および前記2つのエンドプレートが電気的に非伝導性の材料でできており、および前記フローセルを一緒に保持しかつそれらを半径方向および軸方向に圧縮していることを特徴とするフロー電池。
- 請求項26に記載のフロー電池において、前記円筒状のプラスチック外殻の前記材料および前記エンドプレートの前記材料が、前記フレームの材料とほぼ同じ熱膨張係数を有することを特徴とするフロー電池。
- 請求項26に記載のフロー電池において、前記フローセルのスタックが、長方形の外部形状であって、その角が前記円筒状のプラスチック外殻の内部表面と接続している長方形の外部形状を有して、前記スタックと前記円筒状のプラスチック外殻との間に4つの区画を生成していることを特徴とするフロー電池。
- 請求項26に記載のフロー電池において、前記スタックの角が封止材を通して前記円筒状のプラスチック外殻の内部表面に接続されて、前記スタックと前記円筒状のプラスチック外殻との間に4つの密閉された区画を生成しており、2つの区画が、それを通して正極電解液を流すためのものであり、および2つの別の区画が、それを通して負極電解液を流すためのものであることを特徴とするフロー電池。
- フロー電池のための電極組立体を製造する方法において、
− フレーム内に多孔性電極材料を配置するステップと、
− 前記多孔性電極材料を取り囲む前記フレームに設けられた穴を通してかつ前記多孔性電極材料中へ位置決め針を挿入するステップと、
− 前記多孔性電極材料内に前記位置決め針を挿入することにより、前記フレームに設けられた前記穴を通して、かつ前記多孔性電極材料に設けられた穴を通して分配管を摺動させて、それにより前記多孔性材料内にかつ前記フレームに対して前記分配管を位置決めするステップと、
− 前記フレームの前記穴内に前記分配管を密閉するステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項30に記載の方法において、少なくとも1つの分配管の端部を密閉して、その入口または出口を通って電解液が流れることを防ぐステップをさらに含むことを特徴とする方法。
- フロー電池のための電極組立体を製造する方法において、
a.少なくとも1つの分配管を電極フレームに固定するステップと、
b.前記分配管にわたり、前記電極フレームに隣接して多孔性電極材料を配置するステップと、
c.前記電極フレーム、前記分配管、および前記多孔性電極材料を圧縮して、前記多孔性電極材料内に前記分配管を少なくとも部分的に埋め込むステップと
を含むことを特徴とする方法。 - フロー電池スタックを製造する方法において、
a.少なくとも1つの分配管を電極フレームに固定するステップと、
b.分配管を有する電極フレーム、電極材料、セパレータ、別の電極材料、分配管を有する別の電極フレームを重ねて連続的に配置するステップと、
c.前記スタック内のフローセルが所望の数に達するまで前記ステップa)およびb)を繰り返すステップと、
d.ステップa)〜c)において形成された構成要素のスタックを圧縮して、前記多孔性電極材料内に前記分配管を少なくとも部分的に埋め込むステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項33に記載の方法において、少なくとも1つの分配管の端部を密閉して、その入口または出口を通って電解液が流れることを防ぐステップをさらに含むことを特徴とする方法。
- 請求項21に記載のフロー電池を作る方法において、
a.前記円筒状のプラスチック外殻および前記2つのエンドプレートを設けるステップと、
b.前記フローセルが前記円筒状のプラスチック外殻の前記内壁に接続され、および前記円筒状のプラスチック外殻が前記フローセルを半径方向に圧縮するように、前記円筒状のプラスチック外殻内に前記フローセルのスタックを配置するステップと、
c.前記2つのエンドプレート間で前記フローセルのスタックを軸方向に圧縮するステップと
を含むことを特徴とする方法。
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