JP5270656B2 - 電解液循環型電池のセルスタック - Google Patents

Description

本発明は、電池に関する。特に、本発明は、これに限定されるものではないが、キャピラリー管を含むセルスタックを有する電解液循環型電池に関する。

スタンドアロン型の電源システムで用いられる電池としては、一般的に、鉛蓄電池がある。しかし、鉛蓄電池は性能および環境の安全性の面で限界がある。典型的な鉛蓄電池は、高温気候下では、寿命が非常に短いものとなることが度々あり、とりわけ完全に放電されることが時々あると寿命が非常に短くなる。また、鉛蓄電池は、鉛が主要なコンポーネントであり、製造時と廃棄時に深刻な環境問題を引き起こすことがあるため、環境面で有害である。

電解液循環型電池である、亜鉛・臭素電池（ｚｉｎｃ−ｂｒｏｍｉｎｅ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ）、亜鉛・塩素電池（ｚｉｎｃ−ｃｈｌｏｒｉｎｅ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ）、バナジウム循環電池（ｖａｎａｄｉｕｍ ｆｌｏｗ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ）などには、前述の鉛蓄電池の限界を克服できる潜在的な可能性がある。特に、電解液循環型電池の有効寿命は、重放電（ｄｅｅｐ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）による影響を受けず、電解液循環型電池の重量に対するエネルギーの比は、鉛蓄電池の６倍も高い。

しかし、電解液循環型電池の製造は、鉛蓄電池の製造よりも困難なものとなることがある。電解液循環型電池は、鉛蓄電池と同様に、個々のセルよりも特定の高い電圧を生成するためにセルのスタックから構成される。しかし、鉛蓄電池とは異なり、電解液循環型電池のセルは電解液の循環の経路を介して水圧接続（ｈｙｄｒａｕｌｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔ）される。これは、分流が、一連の連結されたセルから他のセルへ電解液の循環の経路を通じて流れ、エネルギーの損失と個々のセルの充電状態の不均衡という問題が発生し得る。このような分流を減らし、または防ぐために、電解液循環型電池は、セル間に十分な長さの、セル間の電気抵抗を増加させる電解液循環経路を含む。

電解液循環型電池のもう一つの問題は、セル内部に均等に化学物質を供給するため、各セルに均一な電解液の流量を必要とすることである。複数のセルを通じての均一な電解液の流量を得るため、電解液循環型電池は、複雑な流量供給ゾーンから構成される。しかし、電解液は油と気体の混相的な性質を有していることがあり、またセルの構造的な制約により、均一な流量が達成されないことが多い。

図１を参照すると、先行技術により既に知られている基本的な亜鉛・臭素電解液循環型電池１００を示すフローダイヤグラムが表わされている。亜鉛・臭素電池１００は、負極の循環の経路１０５と独立した正極の循環の経路１１０を含む。負極の循環経路１０５は、活性化学物質として亜鉛イオンを含み、正極の循環経路１１０は、活性化学物質として臭素イオンを含む。また、亜鉛・臭素電池１００は、負極の電解液ポンプ１１５、正極の電解液ポンプ１２０、負極の電解液タンク１２５、及び正極の電解液タンク１３０を含む。亜鉛・臭素電池１００は、高い電圧を得るために、さらにバイポーラ配置にて接続されたセルのスタックから構成される。たとえば、セル１３５は、バイポーラ電極プレート１５５及びマイクロ多孔質セパレータプレート１６５を含むハーフセル１４０、１４５から構成される。亜鉛・臭素電池１００は、集電極プレート１６０に正極性の端部を有し、集電極プレート１５０に負極性の端部を有する。

ハーフセル１４５のような正極のハーフセル内の充電時の化学反応は、以下の式１で表すことができる：
２Ｂｒ^― → ２Ｂｒ＋２ｅ⁻ （式１）
臭素は、正極の循環経路１１０に水圧接続されている（ｉｎ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）ハーフセルにおいてこのように形成され、その後、正極の電解液タンク１３０に蓄えられる。ハーフセル１４０などの負極のハーフセル内の充電時の化学反応は、以下の式２で表すことができる。
Ｚｎ^２＋＋２ｅ⁻ → Ｚｎ （式２）
亜鉛金属層１７０は、負極の循環の経路１０５に連結された集電極プレート１５０の上にこのように形成される。放電時のハーフセル１４０、１４５の化学反応は、式１及び式２の逆である。

先行技術においては、均一な流量を得る流量供給ゾーンを形成するため、また、電解液循環型電池のセルスタック内のセルの間に十分に長い循環の経路を形成するため、さまざまなアプローチを開示している。その一つのアプローチとして、セルスタックに電解液を供給する外部のマニホールド（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｍａｎｉｆｏｌｄｓ）の内部に、コイル状のキャピラリー管を形成する。コイル状のキャピラリー管は、エラストマー接続管の配列を介してセルの流量供給ゾーンに接続される。各セルは複数の入口および出口を有し、それぞれの外部のマニホールドが、エラストマー接続管の配列を含む繊細な接続装置を用いてセルスタックに接続される。典型的な５４個のセルスタックは、２１６本のエラストマー接続管を必要とする。このような繊細な接続装置は、製造が難しいだけでなく、組立、使用時にも損傷を受けやすい。

別のアプローチとしては、長い循環の経路と、セル内に形成された流量供給ゾーンを用いる。これにより、多くの外部との接続ポイントが削減される。ただし、セルスタックの各セルは、循環の経路から電解液が漏れないように確保するため、内部で溶接される必要がある。そのため、典型的な６０個のセルスタックは、８つの入口／出口のみを有してもよいが、１２１の外部および内部のクリティカルな溶接継目を有することとなる。

図２を参照すると、図は、先行技術により既に知られている電解液循環型電池１００のためのセルスタック２００を示す斜視図を表わしている。セルスタック２００のセルは、外部のマニホールド２０５に、エラストマー接続管２１０の配列を介して接続される。セルスタック２００は、上部の溶接継目２１５、下部の溶接継目２１６、４つの入口部／出口部を密封する溶接継目２２５、及び４つのマニホールド管溶接継目２３０を、１０のクリティカルな溶接継目として有する。

図３を参照すると、図は、先行技術により既に知られているセルスタック２００のセルへの電解質の供給を表している。コイル状のキャピラリー管３０５は、外部マニホールド２０５に配置され、エラストマー接続管２１０を介して電極プレート３１５に形成される流量供給ゾーン３１０に接続される。

図４を参照すると、図は、先行技術により既に知られているセルスタック２００の電極プレート３１５に沿った不均一な電解液流量分布を表わしている。長い矢印４００は、電極プレート３１５の両端部にわたる電解液の流量を図示する一方、短い矢印４０５は、電極プレート３１５の中間セクションにわたる電解液の流量低下を図示している。電極の任意のセクションへの電解液の過度な供給は、電池効率の低下を引き起こす。電極の任意のセクションへの電解液の供給不足は、セル間に短絡（ｓｈｏｒｔｉｎｇ）やセパレータに永久的な損傷を引き起こす可能性のある樹状突起（ｄｅｎｄｒｉｔｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を形成する。

それゆえ、先行技術に係るフロー電解液電池に関する上述の多くの問題を克服し、軽減する必要がある。

したがって、本発明の目的は、電池のサイズを増加させることなく、電解液循環型電池のセルスタックの構造的な堅牢性を向上し、製造コストを減らし、電池セル内の電解液を循環させる構造を改善することにより、先行技術の１つ又は２つ以上の限界を克服し、解決することにある。

本発明のさらなる目的は、製造コストを削減し、電解液循環型電池のセルスタックの構造的な堅牢性を向上するために、改善された電極プレートを提供することである。

一側面においては、本発明は、電解液循環型電池用のセルスタックである。セルスタックは、正極性の端部及び負極性の端部を有するケーシングと、ケーシング内に複数のハーフセルを有する。各ハーフセルは、電極プレートと、隣接するセパレータプレートと、電極プレートと隣接するセパレータプレーとの間に配置される少なくとも1つのキャピラリー管とを有する。キャピラリー管は、ハーフセルの外部に延びた第１端部とハーフセルの内部に配置される第２端部とを有する。少なくとも1つのマニホールドは、各ハーフセル内のキャピラリー管の第１端部を含む複数のキャピラリー管の端部と水圧接続され、各ハーフセルのキャピラリー管により、少なくとも一つのマニホールドを介して複数のハーフセルを通して電解液を循環することができる。

必要に応じて、ケーシングは、正極性の端部に隣接する正極端部プレートと、負極性の端部に隣接する負極端部プレートと、複数のサイドプレートとを有する。

必要に応じて、複数のサイドプレートのうち少なくとも一つのサイドプレートは、各ハーフセルのキャピラリー管の第１端部を含む複数のキャピラリー管の端部を密封するキャピラリー管バスプレート（ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｔｕｂｅ ｂｕｓ ｐｌａｔｅ）を有する。

必要に応じて、各ハーフセルのキャピラリー管は、第１端部の電解液と第２端部の電解液との間に、高い電気抵抗を提供する。

必要に応じて、各電極プレートは、キャピラリー管の一部を受けるための第１キャピラリー管チャネルを有する。

必要に応じて、各電極プレートは、共通のセパレータプレートを共有する隣接するハーフセルにおいて、キャピラリー管の一部を受けるための第２キャピラリー管チャネルを有する。

必要に応じて、第２キャピラリー管チャネルと第１キャピラリー管チャネルとが重なっていない。

必要に応じて、少なくとも1つのキャピラリー管は、Ｕ形状のセクションを有し、キャピラリー管が長くなっている。

必要に応じて、電解液循環型電池はさらに、４つのマニホールドを有し、ケーシングは中空構造であり、１つのマニホールドがケーシングの４つのコーナーの各々に配置され、複数のキャピラリー管の端部を覆うマニホールドを有する。

必要に応じて、セルスタックは、複数のハーフセル及びマニホールドを通って電解液を循環させるポンプに接続される。

必要に応じて、キャピラリー管の第２端部は、隣接するセパレータプレートと電極プレートとの間に形成されたハーフセルの電極キャビティであって、電解液がハーフセルの電極キャビティを通って均一に分布されるためのハーフセルの電極キャビティに接続された流量供給ゾーンに連結される。

必要に応じて、キャピラリー管の第２端部は、隣接するセパレータプレートと電極プレートとの間に形成されたハーフセルの電極キャビティであって、ハーフセルの電極キャビティから電解液を均一に集めるためのハーフセルの電極キャビティに接続された流量回収ゾーンに連結される。

必要に応じて、電解液循環型電池は、亜鉛・臭素電池、亜鉛・塩素電池、バナジウム・バナジウム電池、バナジウム・臭素電池、またはその他の電気エネルギーの蓄積手段として適する化学的構造である。

必要に応じて、電極プレートは、導電性電極、導電性電極を囲む非導電性フレーム、および導電性電極の上のスペーサ板を有する。

必要に応じて、ケーシングは、上部溶接継目と、下部溶接継目と、４つのマニホールド溶接継目との６つの溶接継目を有する。

必要に応じて、電解液循環型電池はさらに、充電器を有する。

必要に応じて、電解液循環型電池はさらに、インバータを有する。

必要に応じて、ハーフセル内の電解液の流動方向は、ハーフセルの長い側に揃えられる。

本発明の理解を助けるために、また当業者が発明を実際的な効果を得て実施することができるように、以下、本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照して例示する方法で説明する。
先行技術により知られている基本的な電解液循環型電池である亜鉛・臭素電池を表す図である。 先行技術により知られている電解液循環型電池が、長方形のケーシングに入れられていることを表す斜視図である。 先行技術により知られている電解液循環型電池におけるセルへの電解液の供給を表す図である。 先行技術により知られている電解液循環型電池の電極プレートに沿った電解液の不均一な流量分布を表す図である。 本発明の実施形態に係る、エラストマー接続管を除いて、先行技術よりも大幅に少ない数のクリティカルな溶接継目を有する電解液循環型電池のセルスタックを表す斜視図である。 本発明の実施形態に係る、セルスタックにマニホールドを接続する溶接継目を表す斜視図である。 本発明の実施形態に係る、交互に配置された電極プレートとセパレータプレートとを有する部分的セルスタック（ａ ｐａｒｔｉａｌ ｃｅｌｌ ｓｔａｃｋ）を表す斜視図である。 本発明の実施形態に係るハーフセルのキャピラリー管の配列を表す分解図である。 本発明の実施形態に係る、流量供給ゾーンの平面的構造を有し、キャピラリー管及びキャピラリー管チャネルの平面配置を有する電極プレートを表す図である。 本発明の実施形態に係る、複数の相互接続した分岐点（ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｓ）を含む電極プレートの流量供給ゾーンを表す詳細図である。

当業者は、図面に図示された構成要素が対称的な配置から少し外れていても、本発明の開示された実施形態の適切な機能を損なわないことを十分に理解するだろう。

本発明の実施形態は、電解液循環型電池のセルスタックを有する。本発明の構成要素は、図面において簡潔な輪郭が図示されており、過度な詳細の開示により不明瞭とならないように、本発明の実施形態を理解するために必要な特定の詳細のみを示しており、詳細な説明を考慮することで当業者に明確となるであろう。

この特許明細書において、一番目と二番目、左と右、前面と背面、上部と下部などの形容詞は、必ずしも、それらの形容詞により表された特定の相対的な位置や順序が要求されるものではなく、単に、一つの要素または方法のステップと、別の要素または方法のステップとを明確にするために用いられる。「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」または「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」などの単語は、要素や方法のステップの排他的な組み合わせ（ｓｅｔ）を定義するために使用されない。むしろ、そのような単語は、単に、本発明の特定の実施形態に含まれる要素や方法のステップの最小の組み合わせを示す。

図５を参照すると、図は、本発明の実施形態に係る、電解液循環型電池のセルスタック５００の斜視図である。セルスタック５００のセルは、負極端部プレート５０５、正極端部プレート（図示せず）、及び４つのサイドプレートを含む長方形のケーシングの内部に格納されている。負極端部プレート５０５は、セルスタック５００の負極性の端部に隣接し、正極端部プレートは、セルスタック５００の正極性の端部に隣接する。したがって、セルスタック５００は、上部溶接継目５１５、下部溶接継目５２０、及び４つのマニホールド５３０の各々に対して１つの溶接継目５２５を含む、合計６つだけのクリティカルな溶接継目を有する。他の利点として、セルスタック５００は、先行技術に関しての前述のエラストマー接続管２１０を不要とし、先行技術に関しての前述のクリティカルな溶接継目の数を減らし、改善された電解液の流量分布を提供する。

図６を参照すると、図は、本発明の実施形態に係る、１つのマニホールド５３０を取り除いた状態を示すセルスタック５００の斜視図である。取り除かれたマニホールド５３０の下には、セルスタック５００の個々のセルに接続されたポート６０５を含むキャピラリー管バスプレート６００がある。よって、マニホールド５３０は、エラストマー接続管の配列を用いなくとも、キャピラリー管バスプレート６００を介して、セルスタックに容易に接続させることができる。

図７を参照すると、図は、本発明の実施形態に係る、セルスタック５００の部分的セルスタック７００を拡大した斜視図である。部分的セルスタック７００は、交互に構成された電極プレート７０５、７１０とセパレータプレート７１５とを有する。千鳥足状に配置されたキャピラリー管７２６、７２７の複数の第１端部７２０、７２５は、部分的セルスタック７００の外に延びている。第１端部７２０、７２５は、キャピラリー管バスプレート６００のポート６０５に水圧接続される。

各電極プレート７０５、７１０は、電極プレート７０５、７１０の上に形成された第１キャピラリー管チャネル７３５を含み、キャピラリー管７２６、７２７の一部を受ける。各電極プレート７０５、７１０はまた、電極プレート７０５、７１０の上に形成された第２キャピラリー管チャネル７３０を含み、キャピラリー管７２６、７２７の一部を受ける。セパレータプレート７１５は、柔軟な素材で作られ、第２キャピラリー管チャネル７３０に沿って、凹み（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）７４０が形成される。図示するように、第１及び第２キャピラリー管チャネル７３０、７３５、および千鳥足状に配置されたキャピラリー管７２６、７２７の配列は、キャピラリー管７２６、７２７の直径を、電極プレート７０５、７１０の厚さに対して大きくすることができる。よって、電極プレート７０５、７１０の厚さを減少させることができ、セルスタック５００のサイズ及び重量を減少させることができる。

図８を参照すると、図は、本発明の実施形態に係る、セルスタック５００の部分的セルスタック７００の３つのハーフセル８００、８０５、８１０の分解図である。第１端部７２０、７２５を有するキャピラリー管７２６、７２７は、それぞれ、第１及び第２キャピラリー管チャネル７３０、７３５から分離されて図示されている。キャピラリー管７２６、７２７は、それぞれＵ形状の部分８２５、８２６有する。Ｕ形状の部分８２５、８２６の目的は、キャピラリー管７２６、７２７の長さを増やし、ハーフセル間に大きな電気抵抗を提供することである。

図８に示す通り、隣接する２つの電極プレート７０５、７１０は、セパレータプレート７１５を共有して、２つのハーフセル８０５、８１０を形成する。各ハーフセル８０５、８１０は、２つのキャピラリー管７２６、７２７を有し、１つは電解液を供給するためであり、もう１つは電解液を回収するためである。２つのキャピラリー管７２６、７２７は、電極プレート７０５、７１０のコーナーに対角線上向かい合って配置される。

ハーフセル８００、８０５、８１０において、電解液を供給するための流量供給ゾーン８３０、及び電解液を回収するための流量回収ゾーン８３５は、それぞれ、各キャピラリー管７２６、７２７の第２端部８４１、８４０に各々接続される。したがって、ハーフセル８００においては、キャピラリー管７２６は、流量回収ゾーン８３５に接続され、キャピラリー管７２７は、流量供給ゾーン８３０に接続される一方、隣接するハーフセル８０５においては、キャピラリー管７２６は、流量供給ゾーン８３０に接続され、キャピラリー管７２７は、流量回収ゾーン８３５に接続される。キャピラリー管７２６、７２７の第２端部８４０、８４１は、ハーフセル８００、８０５、８１０の内部に配置される。

本発明の実施形態によると、セパレータプレート７１５を共有する隣接する２つのハーフセル８０５、８１０のキャピラリー管７２６、７２７は、セパレータプレート７１５が取り除かれた場合でも、互いに接触することはない。例えば、ハーフセル８１０のキャピラリー管７２７は、セパレータプレート７１５の右前部コーナーに配置される一方、隣接するハーフセル８０５のキャピラリー管７２７は、セパレータプレート７１５の左前部コーナーに配置される。同様に、ハーフセル８１０のキャピラリー管７２６は、セパレータプレート７１５の左後部コーナーに配置され、隣接するハーフセル８０５のキャピラリー管７２６は、セパレータプレート７１５の右後部コーナーに配置される。これにより、図７に示されるように、部分的セルスタック７００において、キャピラリー管７２６、７２７が、入れ子状かつ千鳥足状の配置を形成することを可能とする。

本発明の実施形態によれば、電極プレート７０５は、電極プレート７１０と同一の形状であってもよく、部分的セルスタック７００は、電極プレート７０５、７１０の向きを交互に変えて構成されてもよい。たとえば、図８に示すように電極プレート７０５が、垂直軸の周りを１８０度時計回りに（図８の上部から見るように）回転した場合、その向きは、隣接する電極プレート７１０の向きと同じになる。

図９を参照すると、図は、本発明の実施形態に係る、セルスタック５００の電極プレート７０５の平面図を示している。矢印は、キャピラリー管７２７の第１端部７２５から、流量供給ゾーン８３０を通り、電極プレート７０５の表面をわたり、流量回収ゾーン８３５を通り、キャピラリー管７２６を通り、第１端部７２０までの、電解液の流れの経路を表している。本発明の実施形態によれば、流量供給ゾーン８３０及び流量回収ゾーン８３５は、電極プレート７０５の横軸の両端部よりはむしろ、電極プレート７０５の中央縦軸８５０の両端部に配置される。これは、流量供給ゾーン８３０及び流量回収ゾーン８３５のために必要な幅を減らし、より効率的な流量の供給を可能にする。

第１キャピラリー管チャネル７３５は、流量供給ゾーン８３０において、第１分岐点９１０の幹部（ｔｒｕｎｋ）９０５に接続する。第１分岐点９１０の枝部（ｂｒａｎｃｈｅｓ）９１５は、次に第２分岐点９２５の幹部９２０に接続する。同様に、第２分岐点９２５の枝部９３０は、第３分岐点９３６の幹部９３５に接続し、第３分岐点９３６の枝部９４０は、第４分岐点９４６の幹部９４５に接続し、第４分岐点の枝部９４７は、第５分岐点９４９の幹部９４８に接続する。最終的に、第５分岐点９４９の枝部９５０は、電極キャビティ（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｃａｖｉｔｙ）８４５に接続する。第２分岐点９２５、第３分岐点９３６、第４分岐点９４６、及び第５分岐点９４９は、電極プレート７０５の中央縦軸８５０の周りに対称的に配置される。第５分岐点９４９の枝部９５０もまた、対称的に中央縦軸８５０の周りに配置される。これは、その枝部９５０が、均一に電極プレート７０５の側面にわたって分布し、電極プレート７０５の導電性電極９２１にわたって均一な電解液の流動を可能にすることを意味する。

同様に、流量回収ゾーン８３５もまた、第１、第２、第３、第４及び第５の分岐点を有する。したがって、図９に示す通り、流量回収ゾーン８３５の分岐点の配置は、流量供給ゾーン８３０と同じにすることができる。

第５分岐点９４９の枝部９５０から、第１分岐点９１０の幹部９０５までの、各々の電解液の流れの経路の長さはほぼ等しい。さらに、同じ数の直角の曲げ角（ｒｉｇｈｔ ａｎｇｌｅ ｂｅｎｄｓ）が、幹部９０５から第５分岐点９４９のそれぞれの枝部９５０までのそれぞれの経路に含まれる。これは、第５分岐点９４９の枝部９５０の各々と、第１分岐点９１０の幹部９０５との間に、ほぼ等しい水圧抵抗をもたらす。このようなほぼ等しい水圧抵抗は、第５分岐点９４９の枝部９５０の各々からほぼ等しい流量を供給し、電極プレート７０５の導電性電極９２１にわたって（同じ長さの矢印９５５によって示されるように）、電解液の均一な供給レートと均一な回収レートとをもたらす。

図９に示すように、電解液を供給するための第１端部７２５は、キャピラリー管バスプレート６００を介してマニホールド５３０に接続され、電解液を回収するための第１端部７２０は、他のマニホールド５３０に接続される。電解液の循環の経路は、２つのマニホールド５３０を電解液のタンク及びポンプに接続して形成される。このような電解液タンク及びポンプの適切な配置は、先行技術に関する図１に図示されている。

電極プレート７０５は、導電性電極９２１と、導電性電極９２１を囲む非導電性フレーム９２０と、導電性電極９２１の中央部に配置された複数のスペーサ板９２２とを含む。スペーサ板９２２は、電極キャビティを提供するハーフセル８００において、導電性電極９２１の表面と隣接するセパレータプレート７１５との間に、空間を形成する。

図１０を参照すると、図は、分岐矢印１０００、１００５により示される通り、対称的に流量分布を提供する第１分岐点９１０の詳細図を示している。第５分岐点９４９の枝部９５０においておおよそ等しい流量（同じ長さの矢印９５５で示されるように）は、電極プレート７０５の導電性電極９２１にわたって電解液の均一な流量を供給する。

必要に応じて、セルスタック５００は、フィルタリングや太陽電池などの電源の制御のために内蔵される充電器と、安定化したＡＣ（交流）を供給するために内蔵されるインバータを含んでもよい。さらに、亜鉛、鉄、バナジウム、セリウム、臭素、塩素等の組合せのような種々のバリエーションの化学物質は、本発明の様々な実施形態に応じて使用することができる。

要約すれば、本発明の実施形態の効果は、電解液循環型電池の改善された堅牢性及び効率性と小さなサイズ及び重量を含む。千鳥足状に形成された内部のキャピラリー管７２６、７２７により、電極プレート７０５、７１０を相対的に薄くすることができ、これにより、セルスタック５００の全体的なサイズ及び重量を減少させる。また、分岐点を有する流量供給ゾーン８３０及び流量回収ゾーン８３５はセルにおける均一な電解液の分布を提供し、電池の効率及び有効性を向上させる。キャピラリー管の内部へ配置することにより、先行技術のエラストマー接続管２１０無しに、また、余分でクリティカルな溶接継目無しに、部分的セルスタック７００が外部のマニホールド５３０と水圧接続することができ、製造コストを削減し、電解液循環型電池５００の堅牢性を向上させることとなる。さらに、流量供給ゾーン８３０及び流量回収ゾーン８３５を、電極プレート７０５の縦軸８５０の両端部の各々の上に配置することにより、流量供給ゾーン８３０及び流量回収ゾーン８３５の幅を小さくして、さらにセルスタック５００のサイズ及び重量が減少される。

本発明の様々な実施形態に関する上述の説明は、当業者の一に説明を行うために提供されている。本発明は、開示された実施形態により全てが羅列され、また限定されるものではない。上述の通り、本発明には、多数の代替とバリエーションとがあることは、上記の開示により当業者に明らかにされている。よって、いくつかの代替的な実施形態が具体的に論じられたが、その他の実施形態は当業者により明らかであるか比較的容易に想到される。したがって、本特許明細書は、ここで説明された本発明のすべての代替、変形、バリエーション、及び上述の発明の精神及び範囲に含まれるその他の実施形態を包含することが意図されている。

請求項における制限は、請求項で用いられる言葉に基づいて広く解釈されるべきであり、また、そのような制限はここで説明される具体的な例により限定すべきではない。この明細書において、「本発明」という用語は、本発明の開示の範囲内で、１または２以上の側面を参照するのに使用されている。「本発明」の用語を、重要な要素の証明として不適切に解釈するべきではなく、すべての特徴及び実施形態に適用するものと不適切に解釈するべきではなく、また、請求の範囲を制限するものと不適切に解釈するべきではない。

Claims (15)

1. 電解液循環型電池のセルスタックであって、
   正極性の端部及び負極性の端部を有するケーシングと、
   前記ケーシングの内部の複数のハーフセルであって、各々のハーフセルが、
   第１の面にキャピラリー管の一部を受けるための第１キャピラリー管チャネルと、前記第１の面とスタック方向に対向する第２の面に前記第１キャピラリー管チャネルと重ならない位置に配置され、隣接するハーフセルに配置されるキャピラリー管の一部を受けるための第２キャピラリー管チャネルと、を備える電極プレートと、
   隣接するハーフセルと共有して前記電極プレートに隣接して配置されるセパレータプレートと、
   前記電極プレートと前記隣接して配置されるセパレータプレートとの間の前記第１キャピラリー管チャネルに配置され、前記ハーフセルの外部に延びた第１端部および前記ハーフセルの内部に配置された第２端部を備える前記キャピラリー管と、
   を有する複数のハーフセルと、
   前記各ハーフセル内の前記キャピラリー管の第１端部を含む複数のキャピラリー管の端部に水圧接続される少なくとも１つのマニホールドと、を有し、
   前記各ハーフセルの前記キャピラリー管により、前記少なくとも１つのマニホールドを介して、前記複数のハーフセルを通って電解液が循環可能となることを特徴とするセルスタック。
2. 前記ケーシングは、正極性の端部に隣接する正極端部プレートと、負極性の端部に隣接する負極端部プレートと、複数のサイドプレートとを有することを特徴とする請求項１に記載のセルスタック。
3. 複数のサイドプレートのうち少なくとも１つのサイドプレートは、前記各ハーフセル内のキャピラリー管の第１端部を含む複数のキャピラリー管の端部を密封するキャピラリー管バスプレートを有することを特徴とする請求項１に記載のセルスタック。
4. 前記各ハーフセルのキャピラリー管は、高い電気抵抗を前記第１端部の電解液と前記第２端部の電解液との間に提供することを特徴とする請求項１に記載のセルスタック。
5. 少なくとも1つの直線状でないキャピラリー管は、Ｕ形状のセクションを有し、前記キャピラリー管が長くなっていることを特徴とする請求項１に記載のセルスタック。
6. 前記電解液循環型電池はさらに、４つのマニホールドを有し、前記ケーシングは中空構造であり、１つのマニホールドが前記ケーシングの４つのコーナーの各々に配置され、前記マニホールドは、前記複数のキャピラリー管の端部を覆うことを特徴とする請求項１に記載のセルスタック。
7. 前記セルスタックは、前記複数のハーフセル及び前記マニホールドを通って電解液を循環させるポンプに接続されることを特徴とする請求項１に記載のセルスタック。
8. 前記キャパラリー管の前記第２端部は、前記ハーフセルの電極キャビティを通って均一に電解液を分布するための前記ハーフセルの前記電極キャビティに接続された流量供給ゾーンに連結され、
   前記ハーフセルの電極キャビティは、前記電極プレートと前記隣接するセパレータプレートとの間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセルスタック。
9. 前記キャパラリー管の前記第２端部は、前記ハーフセルの電極キャビティから均一に電解液を回収するための前記ハーフセルの前記電極キャビティに接続された流量回収ゾーンに連結され、
   前記ハーフセルの電極キャビティは、前記電極プレートと前記隣接するセパレータプレートとの間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセルスタック。
10. 前記電解液循環型電池は、亜鉛・臭素電池、亜鉛・塩素電池、バナジウム・バナジウム電池、バナジウム・臭素電池、亜鉛・セリウム電池またはその他の電気エネルギーの蓄積手段として適する化学的構造であることを特徴とする請求項１に記載のセルスタック。
11. 前記電極プレートは、導電性電極と、前記導電性電極を囲む非導電性フレームと、前記導電性電極の上にスペーサ板またはメッシュとを有することを特徴とする請求項１に記載のセルスタック。
12. 前記ケーシングは、上部溶接継目と、下部溶接継目と、４つのマニホールド溶接継目との６つの溶接継目を有することを特徴とする請求項１に記載のセルスタック。
13. 前記電解液循環型電池はさらに、充電器を有することを特徴とする請求項１に記載のセルスタック。
14. 前記電解液循環型電池はさらに、インバータを有することを特徴とする請求項１に記載のセルスタック。
15. 前記ハーフセル内の電解液の流動方向は、ハーフセルの長い側に揃えられることを特徴とする請求項１に記載のセルスタック。

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