JP2842600B2

JP2842600B2 - 電解液循環型二次電池用セルスタックおよびセルスタック取付用部材

Info

Publication number: JP2842600B2
Application number: JP1003078A
Authority: JP
Inventors: 雅之清水; 龍日子坂本; 和人水浪
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Kansai Denryoku KK
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Kansai Denryoku KK
Priority date: 1989-01-10
Filing date: 1989-01-10
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2014-01-06
Also published as: JPH02183968A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は電解液循環型二次電池用セルスタックおよ
びセルスタック取付用部材に関するものであり、特に、
セルスタックの配置スペースを小さくできるように改良
された電解液循環型二次電池用セルスタックおよびセル
スタック取付用部材に関するものである。

［従来の技術］第10図は、従来より提案されているレドックスフロー
型二次電池の概略構成図である。

レドックスフロー電池は、セル１、正極液タンク６お
よび負極液タンク５を備える。セル１内は、たとえばイ
オン交換膜からなる隔膜２により仕切られており、一方
側が正極セル1aを構成し、他方側が負極セル1bを構成し
ている。正極セル1aおよび負極セル1b内には、それぞれ
電極として正極４または負極３が設けられている。

正極セル1aには正極用電解液を導入するための正極用
電解液導入管30が設けられている。また、正極セル1aに
は、該正極セル1a内に入っていた正極用電解液を流出さ
せる正極用電解液流出管31が設けられている。正極用電
解液導入管30の一端および正極用電解液流出管31の一端
は、正極液タンク６に連結されている。

負極セル1bには、負極用電解液を導入するための負極
用電解液導入管32が設けられている。また、負極セル1b
には、負極セル1b内に入っていた負極用電解液を流出さ
せる負極用電解液流出管33が設けられている。負極用電
解液導入管32の一端および負極用電解液流出管33の一端
は、負極液タンク５に連結されている。

第10図に示したレドックスフロー電池では、たとえば
鉄イオン、クロムイオンのような原子価の変化するイオ
ンの水溶液を正極液タンク６、負極液タンク５に貯蔵
し、これをポンプP₁,ポンプP₂により、セル１に送液
し、酸化還元反応により充放電を行なう。

たとえば、正極活物質としてFe³⁺/Fe²⁺、負極活物質
としてCr²⁺/Cr³⁺を用い、それぞれ、塩酸溶液とした場
合、各酸化還元系の両極3,4における電池反応は、下記
の式のようになる。

上述の式の電気化学反応により、約１ボルトの電圧が
得られる。

ところで、レドックスフロー電池では、その発生電圧
を高めるため、セルを直列に複数個接続した多段接続型
のレドックスフロー電池が提唱されている。第11図に、
１セル型のレドックスフロー電池のセル構造を分解斜視
図で示す。

第11図を参照して、セル１には、図中、左から、双極
板15、負極板13、隔膜12、正極板14および双極板16の構
成要素が順に配列されている。多段接続型は、このセル
１が多数積層されたもの、すなわち、双極板15、負極板
13、隔膜12、正極板14および双極板16からなる構成要素
が多数積層されたものであり、その両端部が端子板17お
よび端子板18で把持される。セル１が多数積層されたも
のを、セルスタックという。双極板15は双極板フレーム
15fを備え、負極板13は負極板フレーム13fを備え、正極
板14は正極板フレーム14fを備え、双極板16は双極板フ
レーム16fを備えている。そして、双極板フレーム15f、
負極板フレーム13f、隔膜12、正極板フレーム14fおよび
双極板フレーム16fは、穴を有し、積層されることによ
り、内部に配管の役目をする通路マニホールド20,21,2
2,23が形成される。

双極板フレーム15fには、正極液供給用スリット15a、
正極液送出用スリット15b、負極液供給用スリット15c、
負極液送出用スリット15dが設けられ、それぞれマニホ
ールド21、マニホールド23、マニホールド20、マニホー
ルド22の管路に連結されている。

双極板フレーム16fには、正極液供給用スリット16a、
正極液送出用スリット16b、負極液供給用スリット16c、
および負極液流出用スリット16dが設けられ、それぞれ
マニホールド21、マニホールド23、マニホールド20、マ
ニホールド22の管路に連結されている。

セルスタック内に存在する多くの双極板フレーム16f
のうち、端子板18に接する双極板16の双極板フレーム16
fに設けられた負極液供給用スリット16cおよび負極液送
出用スリット16dは閉鎖される。また、セルスタック内
に存在する多数の双極板15のうち、端子板17に接する双
極板15の双極板フレーム15fに設けられた正極液供給用
スリット15aおよび正極液送出用スリット15bは閉鎖され
る。

充放電動作の際、正極電解液はマニホールド21を通っ
て、正極液供給用スリット16aから正極セル1a内部に供
給され、正極反応電極14eにて充放電の後、正極液送出
用スリット16bからマニホールド23に送出される。ま
た、負極電解液はマニホールド20を通って、負極液供給
用スリット15cから負極セル1b内部に供給され、負極反
応電極13eにて充放電の後、負極液送出用スリット15dか
らマニホールド22に送出される。このとき、両端子板1
7,18間に電圧が発生し、電流が取出される。

［発明が解決しようとする課題］次に、従来のセルスタックの構造を図を参照して、さ
らに詳細に説明する。第12図は、従来のセルスタックの
斜視図である。セルスタック100は、複数のセル１が積
層されたものである。セルスタック100には、正極液供
給ラインからセルスタック100内に正極液を導入する正
極液入口管路41が設けられ、セルスタック100内から正
極液排出ラインへ正極液を排出する正極液出口管路42が
設けられ、負極液供給ラインからセルスタック100内に
負極液を供給する負極液入口管路43が設けられ、セルス
タック100内から負極液排出ラインへ負極液を排出する
負極液出口管路44が設けられている。この正極液入口管
路41、正極液出口管路42、負極液入口管路43、負極液出
口管路44は、第11図を参照して、マニホールド20、21、
22、23の管路に連結されるものである。従来のセルスタ
ックでは、図のように、正極液入口管路41と負極液入口
管路43が、セルスタック100の積層方向に対して垂直な
側面部の一方100aに設けられ、正極液出口管路42、負極
液出口管路44が、セルスタック100の、積層方向に対し
て垂直な側面部の他方100bに設けられていた。

このようなセルスタックを複数個使用して電池を構成
した場合を第13図に示す。図中、45は正極液供給ライ
ン、46は負極液供給ライン、47は正極液排出ライン、48
は負極液排出ラインである。セルスタック100のそれぞ
れの正極液入口管路41は正極液供給ライン45に接続さ
れ、正極液出口管路42は正極液排出ライン47に接続さ
れ、負極液入口管路43は負極液供給ライン46に接続さ
れ、負極液出口管路44は負極液排出ライン48に接続され
ている。これらの接続には、配管が使用される。

従来のセルスタックは以上のように構成されている。
しかしながら、第13図を参照して、正極液入口管路41、
正極液出口管路42、負極液入口管路43および負極液出口
管路44が、セルスタック100の、積層方向に対して垂直
な側面部100a,100bに設けられているので、セルスタッ
ク100間に配管を配置する必要が出てくることから、ス
ペースを広くとらざるを得ないという問題があった。

第14図は、従来のセルスタックの他の例である。第14
図を参照して、正極液入口管路41、正極液出口管路42、
負極液入口管路43および負極液出口管路44が、セルスタ
ック100の、積層方向に対して垂直な側面部100aに集中
して設けられている。このような構成のセルスタックで
も、第12図に示すセルスタックを使用して電池を構成し
た場合に生じる問題点が生じる。

この発明は上記のような問題点を解決するためなされ
たもので、セルスタックの配置スペースを小さくできる
電解液循環型二次電池用セルスタックおよびセルスタッ
ク取付用部材を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、この発明に従う電解液循
環型二次電池用セルスタックは、電極タンクからの電解
液がセルスタックに設けられた流入口からセルスタック
内に入り、電極反応後、セルスタックに設けられた流出
口から上記電極タンクに出るように、電解液を循環さ
せ、それによって充放電を行なう電解液循環型二次電池
の、セルスタックに係るものである。電解液循環型二次
電池用セルスタックは、セルスタックを備える。上記セ
ルスタックの端部に、その平面部を密着させるように取
付けられ、平面部と、該平面部に垂直な側面部とを有す
る板状の部材が取付けられている。上記板状の部材の厚
み部分には、上記セルスタック内に電解液を流出入させ
る管路が設けられている。上記板状部材の上記側面部に
は、上記管路の一方の末端となり、かつ上記電極タンク
から上記管路内に電解液を流出入させるための第１の開
口部が設けられている。上記板状の部材の上記平面部に
は、上記管路の他方の末端となり、かつ上記管路から上
記セルスタック内に電解液を流出入させるための第２の
開口部が設けられている。

この発明の他の局面に従うセルスタック取付用部材
は、電極タンクからセルスタック内に電解液を流出入さ
せるために上記セルスタックの端部に、その平面部を密
着させるように取付けられるものである。当該セルスタ
ック取付用部材は、平面部と、該平面部に垂直な側面部
とを有する板状の部材を備える。上記板状の部材の厚み
部分には、上記セルスタック内に電解液を流出入させる
管路が設けられている。上記板状の部材の上記側面部に
は、上記管路の一方の末端となり、かつ上記電極タンク
から上記管路内に電解液の流出入を行なうための第１の
開口部が設けられている。上記板状の部材の上記平面部
には、上記管路の他方の末端となり、かつ上記管路から
上記セルスタック内に電解液を流出入させるための第２
の開口部が設けられている。

［作用］この発明に従う電解液循環型二次電池用セルスタック
によれば、セルスタックの端部に、その平面部を密着さ
せるように、平面部と、該平面部に垂直な側面部とを有
する板状の部材が取付けられている。板状の部材の厚み
部分に、セルスタック内に電解液を流出入させる管路が
設けられている。そして、上記板状部材の上記側面部に
は、上記管路の一方の末端となり、かつ上記電極タンク
から上記管路内に電解液を流出入させるための第１の開
口部が設けられているので、電解液の流入および流出用
の配管は、この第１の開口部に接続することができる。
したがって、当該セルスタックを複数個使用して電池を
構成しても、セルスタックの間の空間部に配管を設ける
必要がない。

この発明の他の局面に従うセルスタック取付用部材
は、以上のように構成されているので、このセルスタッ
ク取付用部材をセルスタックに取付けると、電解液の流
入および流出用の配管を、当該セルスタックの、積層方
向に対して垂直な方向に設けることができるようにな
る。

［実施例］以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図は、この発明の一実施例に係る電解液循環型二
次電池用セルスタックの斜視図である。セルスタック10
0はセル１が複数個積層されてなるものである。正極液
出口管路42と負極液入口管路43が、セルスタック100
の、積層方向に対して平行な側面部の一方100cに設けら
れ、正極液入口管路41と負極液出口管路44が、セルスタ
ック100の、積層方向に対して平行な側面部の他方100d
に設けられている。このようなセルスタック100は、第
２図に示すセルスタック取付用部材を、セルスタックの
端部に取付けることによって得られる。第２図は、セル
スタック取付用部材の正面図（ａ）、平面図（ｂ）、側
面図（ｃ）を含んでいる。これらの図を参照して、セル
スタック取付用部材50は、セルスタックの端部に取付け
られる板状の部材である。板状部材50の厚み部分には、
セルスタック内のマニホールドに連結される管路51,52,
53,54が設けられている。管路51,52,53,54の一方の端部
51b,52b,53b,54bは、板状部材50の厚み部分を規定する
側壁面に開孔している。管路51の一方の端部51bは正極
液出口管路42に連結され、管路52の一方の端部52bは負
極液出口管路44に連結され、管路53の一方の端部53bは
正極液入口管路41に連結され、管路54の一方の端部54b
は負極液入口管路43に連結されている。また、管路51,5
2,53,54の他方の端部51a,52a,53a,54aは、マニホールド
に連結されるために、板状平面部のセルスタック側に開
孔している。

第３図は、第１図に示すセルスタックを複数個使用し
て電池を構成したときの模型図である。第３図を参照し
て、セルスタック100が複数個配置されている。それぞ
れのセルスタック100はセルスタック取付用部材50を含
んでいる。そして、正極液出口管路42と負極液入口管路
43が、セルスタック100の、積層方向に対して平行な側
面部の一方に取付けられており、正極液入口管路41と負
極液出口管路44がセルスタック100の、積層方向に対し
て平行な側面部の他方に取付けられている。正極液入口
管路41は正極液供給ライン45に連結され、正極液出口管
路42は正極液排出ライン47に連結され、負極液入口管路
43は負極液供給ライン46に連結され、負極液出口管路44
は負極液排出ライン48に連結されている。以上のよう
に、正極液入口管路41、正極液入口管路42、負極液入口
管路43および負極液出口管路44が、セルスタックの、積
層方向に対して平行な側面部に設けられているので、す
なわち、言い換えると、これらの管路41,42,43,44をセ
ルスタックの積層方向に対して垂直な方向に向けて配置
できるので、セルスタックの間の空間部に配管を設ける
必要がない。それゆえに、セルスタックの配置スペース
を小さくとれるようになる。また、配管（41,42,43,4
4）を、コンパクトにまとめることができる。

第４図は、この発明に係る電解液循環型二次電池用セ
ルスタックの他の実施例の斜視図である。第４図に示す
実施例は、以下の点を除いて、第１図に示す実施例と同
様であり、同一または相当する部分には同一の参照符号
を付し、その説明を省略する。第４図に示す実施例が第
１図に示す実施例と異なる点は、セルスタック100の、
積層方向に対して平行な側面部100cの対角線上に正極液
出口管路42と負極液入口管路43が設けられ、かつセルス
タック100の積層方向に対して平行な側面部100dの対角
線上に正極液入口管路41と負極液出口管路44が設けられ
ている点である。第４図に示す電解液循環型二次電池用
セルスタックを複数個使用して電池を構成すると、第５
図に示すような電池が得られる。第５図から明らかなよ
うに、第４図に示すような電解液循環型二次電池用セル
スタックを用いて電池を構成した場合、セルスタック10
0の空間部に配管を設ける必要がない。したがって、セ
ルスタック100の配置スペースを小さくできる。また、
この場合、第６図に示すように、セルスタック100間の
空間部がなくなるように、セルスタック100を密接して
配置することができるので、よりコンパクトにセルスタ
ック100をまとめることができるようになる。

第７図は、この発明に係る電解液循環型二次電池用セ
ルスタックのさらに他の実施例の斜視図である。第７図
に示す実施例は、以下の点を除いて、第１図に示す実施
例と同様であり、同一または相当する部分には同一の参
照番号を付し、その説明を省略する。

第７図に示す実施例が第１図に示す実施例と異なる点
は、正極液入口管路41と正極液出口管路42と負極液入口
管路43と負極液出口管路44を、セルスタックの、積層方
向に対して平行な一方の側面に偏らせて設けた点であ
る。第８図は、第７図に示す電解液循環型二次電池用セ
ルスタックを、複数個用いて電池を構成したときの斜視
図である。第８図を参照して、セルスタック100が隙間
なく密接して並列されている。セルスタック100間の空
間部は０であり、セルスタック100の配置スペースが小
さくなる。また、正極液入口管路41と正極液出口管路42
と負極液入口管路43と負極液出口管路44が、１つの面に
集められていることにより、配管をコンパクトにまとめ
ることができるという効果を奏する。

第９図は、この発明に係る電解液循環型二次電池用セ
ルスタックのさらに他の実施例の斜視図である。第９図
に示す実施例は第４図に示す実施例と以下の点を除いて
同じである。それゆえ、同一または相当する部材には同
一の参照番号を付しその説明を省略する。

第９図に示す実施例が第４図に示す実施例と異なる点
は、正極液入口管路41の垂直上方向に負極液出口管路を
設け、正極液出口管路42の垂直下方向に負極液入口管路
43を設けた点である。このような構成にしても、実施例
と同様の効果を実現する。

以上、具体的な実施例を挙げてこの発明の電解液循環
型二次電池用セルスタックおよびセルスタック取付用部
材について説明したが、この発明は、その精神または主
要な特徴から逸脱することなく、他の色々な形で実施す
ることができる。それゆえ、前述の実施例はあらゆる点
で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。
本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであ
って明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請
求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発
明の範囲内のものである。

［発明の効果］以上説明したとおり、この発明に従う電解液循環型二
次電池用セルスタックによれば、セルスタックの端部
に、その平面部を密着させるように、平面部と該平面部
に垂直な側面部とを有する板状の部材が取付けられてい
る。板状の部材の厚み部分に、セルスタック内の電解液
を流出入させる管路が設けられている。そして、上記板
状部材の上記側面部には、上記管路の一方の末端とな
り、かつ上記電極タンクから上記管路内に電解液を流出
入させるための第１の開口部が設けられているので、電
解液の流入および流出用の配管は、この第１の開口部に
接続することができる。したがって、当該セルスタック
を複数個使用して電池を構成しても、セルスタックの間
の空間部に配管を設ける必要がない。その結果、セルス
タックの配置スペースを小さくできるという効果を奏す
る。また、これまでのセルスタックをサブスタックとし
てさらに積層して、まとめることができるようにもな
る。また、配管もコンパクトにまとめることができると
いう効果も奏する。

この発明の他の局面に従うセルスタック取付用部材は
以上のように構成されているので、これをセルスタック
に取付けると、流入口および流出口を、当該セルスタッ
クの積層方向に対して垂直方向に設けることができるよ
うになる。その結果、当該セルスタックを複数個使用し
て電池を構成してもセルスタックの間の空間に配管を設
ける必要がなくなり、セルスタックの配置スペースを小
さくできるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る電解液循環型二次電池用セル
スタックの一実施例の斜視図である。第２図はこの発明
の他の局面に従うセルスタック取付用部材の正面図、平
面図、側面図を表わしたものである。第３図は、第１図
に示す電解液循環型二次電池用セルスタックを複数個用
いて電池を構成したときの図である。第４図は、この発
明に係る電解液循環型二次電池用セルスタックの他の実
施例の斜視図である。第５図および第６図は、第４図に
示す実施例に係る電解液循環型二次電池用セルスタック
を複数個配置して電池を構成したときの図である。第７
図はこの発明に係る電解液循環型二次電池用セルスタッ
クのさらに他の実施例の斜視図である。第８図は、第７
図に示す実施例の電解液循環型二次電池用セルスタック
を複数個使用して電池を構成したときの斜視図である。
第９図はこの発明に係る電解液循環型二次電池用セルス
タックのさらに他の実施例の斜視図である。第10図は従
来のレドックスフロー二次電池の概念図である。第11図
は従来のレドックスフロー電池に採用されるセルの分解
斜視図である。第12図は従来のセルスタックの斜視図で
ある。第13図は第12図に示す従来のセルスタックを複数
個並べて構成した電池の概念図である。第14図は従来の
セルスタックのさらに他の例の斜視図である。図において、41は正極液入口管路、42は正極液出口管
路、43は負極液入口管路、44は負極液出口管路、50はセ
ルスタック取付用部材、51,52,53,54は管路である。なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂本龍日子大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号関西電力株式会社内 (72)発明者水浪和人大阪府大阪市此花区島屋１丁目１番３号住友電気工業株式会社大阪製作所内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電極タンクからの電解液がセルスタックに
設けられた流入口からセルスタック内に入り、電極反応
後、セルスタックに設けられた流出口から前記電極タン
クに出るように、電解液を循環させ、それによって充放
電を行なう電解液循環型二次電池のセルスタックであっ
て、セルスタックと、前記セルスタックの端部に、その平面部を密着させるよ
うに取付けられ、平面部と、該平面部に垂直な側面部と
を有する板状の部材と、前記板状の部材の厚み部分に設けられ、前記セルスタッ
ク内に電解液を流出入させる管路と、を備え、前記板状の部材の前記側面部には、前記管路の一方の末
端となり、かつ前記電極タンクから前記管路内に電解液
を流出入させるための第１の開口部が設けられており、前記板状の部材の前記平面部には、前記管路の他方の末
端となり、かつ前記管路から前記セルスタック内に電解
液を流出入させるための第２の開口部が設けられてい
る、電解液循環型二次電池用セルスタック。
【請求項２】電極タンクからセルスタック内に電解液を
流出入させるために前記セルスタックの端部に、その平
面部を密着させるように取付けられるセルスタック取付
用部材であって、平面部と、該平面部に垂直な側面部とを有する板状の部
材と、前記板状の部材の厚み部分に設けられ、前記セルスタッ
ク内に電解液を流出入させる管路と、を備え、前記板状の部材の前記側面部には、前記管路の一方の末
端となり、かつ前記電極タンクから前記管路内に電解液
の流出入を行なうための第１の開口部が設けられてお
り、前記板状の部材の前記平面部には、前記管路の他方の末
端となり、かつ前記管路から前記セルスタック内に電解
液を流出させるための第２の開口部が設けられている、
セルスタック取付用部材。