JP6150069B2 - 電解液循環型電池、及び電解液循環型電池の給排板 - Google Patents

Description

本発明は、レドックスフロー電池などの電解液循環型電池、及び電解液循環型電池のセルの内外に電解液を給排するための電解液循環型電池の給排板に関する。特に、電解液が漏洩したとしても、外部機器と電気を入出力する集電板の端子部に漏洩した電解液が接触し難い電解液循環型電池に関する。

太陽光発電や風力発電といった自然エネルギー由来の電力を蓄電する大容量の蓄電池の一つにレドックスフロー電池（ＲＦ電池）などの電解液循環型電池がある。ＲＦ電池は、正極電解液に含まれるイオンと負極電解液に含まれるイオンの酸化還元電位の差を利用して充放電を行う電池である。

図６のＲＦ電池の動作原理図に示すように、ＲＦ電池１は、水素イオンを透過させる隔膜１０１で正極セル１０２と負極セル１０３とに分離されたセル１００を備える。正極セル１０２には正極電極１０４が内蔵され、かつ正極電解液を貯留する正極電解液タンク１０６が供給導管１０８、排出導管１１０を介して接続されている。同様に、負極セル１０３には負極電極１０５が内蔵され、かつ負極電解液を貯留する負極電解液タンク１０７が供給導管１０９、排出導管１１１を介して接続されている。各タンク１０６、１０７に貯留される電解液は、ポンプ１１２、１１３により各セル１０２、１０３に循環される。

ＲＦ電池１には、通常、図７に示すように、積層された複数のサブセルスタック２００ｓをその両側から２枚のエンドプレート２１０、２２０で挟み込んで締付機構２３０により締め付けたセルスタック２００を備える。サブセルスタック２００ｓは、双極板１２１と双極板１２１を挟持するフレームピース１２２を備えるフレームアッシー１２０、正極電極１０４、隔膜１０１、及び負極電極１０５を、この順番で積層することで形成される積層体を備える。この構成の場合、隣接するフレームアッシー１２０の双極板１２１の間に一つのセル１００が形成されることになる。双極板１２１とフレームピース１２２との一体化は、一対の分割フレームの間に双極板１２１の周縁部を挟み、有機溶剤を用いて分割フレーム同士を溶着してフレームピース１２２を形成すると共にフレームピース１２２と双極板１２１とを溶着することで行っている（例えば、特許文献１の段落００２８など）。

更に、サブセルスタック２００ｓは、積層体の両側に配置される一対の集電板と、一対の集電板の両側に配置される一対の給排板２０１とを備える。集電板は、上記積層体の積層方向両端に位置する双極板１２１に導通されている。そして、一対の給排板２０１の間（給排板２０１と端部の双極板１２１との間）から集電板の周縁よりも外側へ突出する端子部を有する。この端子部を介して、サブセルスタック２００ｓのセル１００と外部機器との間の電気の入出力が行われる。各給排板２０１には、供給導管１０８（１０９）に接続される供給パイプ２０２ｉ、及び排出導管１１０（１１１）に接続される排出パイプ２０２ｏが取り付けられている。このパイプ２０２ｉ，２０２ｏを介してサブセルスタック２００ｓと各タンク１０６、１０７との間での各電解液の流通が行われる。

サブセルスタック２００ｓ内の電解液の流通は、フレームピース１２２に形成される給液マニホールド１２３、１２４と、排液マニホールド１２５，１２６とにより行われる。正極電解液は、給液マニホールド１２３からフレームピース１２２の一面側（紙面表側）に形成される溝を介して正極電極１０４に供給され、フレームピース１２２の上部に形成される溝を介して排液マニホールド１２５に排出される。同様に、負極電解液は、給液マニホールド１２４からフレームピース１２２の他面側（紙面裏側）に形成される溝を介して負極電極１０５に供給され、フレームピース１２２の上部に形成される溝を介して排液マニホールド１２６に排出される。各フレームピース１２２間には、Ｏリングや平パッキンなどの環状のシール部材１２７が配置され、サブセルスタック２００ｓからの電解液の漏洩を抑制している。

特開２００１−１８９１５６号公報

セルを構成する各フレームピース間に配されるシール部材は、柔らかい上に長い紐状なので形状が定まり難くハンドリングが難しい場合がある。そのため、各フレームピース間のシール性が不十分となって、電解液が各フレームピース間から漏洩する虞がある。集電板の端子部が給排板と給排板に隣接するフレームアッシー（以下、このフレームアッシーを端部フレームアッシーという）との間から給排板の表面に沿ってセルの外側に引き出されているので、端子部と最も近接するセルとの間には、せいぜい端部フレームアッシー一枚分しか介在されない。そのため、端子部と最も近接するセルとの間の距離が近く、電解液が漏洩すれば、漏洩した電解液が端子部に接触し易い。

また、従来の端部フレームアッシーを構成するフレームピースには端子部と対向する箇所に凹部が形成されており、この凹部に端子部の一部を嵌め込むことで、端子部を給排板と端部フレームアッシーとの間から引き出している。また、分割フレームの接合面側の内周縁部は、双極板の周縁部が嵌められる環状溝が形成されているため、厚さが薄くなっている。一般に、フレームピースの厚さは給排板に比べて薄く、特に、分割フレームのうち、この端子部と双極板とで挟まれる箇所は、非常に厚さが薄い。そのため、セルスタックの積層方向内方への締付力に対する機械的強度が不十分となる虞がある。

さらに、従来のセルスタックは、積層した複数のサブセルスタックを備える場合、集電板との反対面同士が互いに接する一対の給排板を備える。このとき、各給排板と端部フレームアッシーとの間から引き出される端子部同士の間には、２枚の給排板が介材されるので、上記端子部同士の距離が長くなる。そのため、端子部同士を直接接続することが難しく、両者をつなぐブリッジ金具が必要となり、端子部同士の接続作業が煩雑になる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、電解液が漏洩しても、外部機器と電気を入出力する集電板の端子部に漏洩した電解液が接触し難い電解液循環型電池を提供することにある。

本発明の別の目的は、電解液循環型電池の構成部材の積層方向内方への締付力に対して十分な機械的強度を有する電解液循環型電池を提供することにある。

本発明の他の目的は、端子部同士の接続作業を容易に行うことができる電解液循環型電池を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、上記電解液循環型電池を構築できる電解液循環型電池の給排板を提供することにある。

本発明の電解液循環型電池は、セルと双極板と集電板と給排板とを備える。双極板は、セルを構成する正極電極及び負極電極のどちらか一方の電極と接する。集電板は、セルの外側に引き出される端子部を有すると共に、双極板と導通する。給排板は、集電板に積層されて、セルの内外に電解液を給排する。給排板は、表面と裏面との間を貫通し、端子部が挿通される挿通孔を備える。そして、端子部は、挿通孔を通って給排板の表面側から裏面側に引き出される。ここでは、給排板は、集電板との対向側を表とし、その反対側を裏とする。

本発明の電解液循環型電池の給排板は、セルと外部機器の間で電気を入出力する端子部を有する集電板に積層されて、セルの内外に電解液を給排する。そして、表面と裏面との間を貫通し、端子部を挿通させて表面側から裏面側に引き出す挿通孔を備える。ここでは、給排板は、集電板との対向側を表とし、その反対側を裏とする。

本発明の電解液循環型電池は、電解液が漏洩したとしても、外部機器と電気を入出力する集電板の端子部に漏洩した電解液が接触し難い。

本発明の電解液循環型電池の給排板は、電解液が漏洩しても、外部機器と電気を入出力する集電板の端子部に漏洩した電解液が接触し難い電解液循環型電池を構築できる。

実施形態に係るレドックスフロー電池に備わるセルスタックを示す概略斜視図である。 図１の破線円内に囲まれる集電板の端子部近傍を拡大して示す要部拡大斜視図である。 図１に示すセルスタックの（ＩＩＩ）−（ＩＩＩ）部分断面図である。 セルスタックに備わる給排板と集電板の概略を示す部分分解斜視図である。 実施形態の変形例に係る給排板を示す概略斜視図である。 レドックスフロー電池の動作原理図である。 従来のレドックスフロー電池に備わるセルスタックの概略構成図である。

《本発明の実施形態の説明》
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。

（１）実施形態に係る電解液循環型電池は、セルと双極板と集電板と給排板とを備える。双極板は、セルを構成する正極電極及び負極電極のどちらか一方の電極と接する。集電板は、セルの外側に引き出される端子部を有すると共に、双極板と導通する。給排板は、集電板に積層されて、セルの内外に電解液を給排する。給排板は、表面と裏面との間を貫通し、端子部が挿通される挿通孔を備える。そして、端子部は、挿通孔を通って給排板の表面側から裏面側に引き出される。ここでは、給排板は、集電板との対向側を表とし、その反対側を裏とする。

上記の構成によれば、電解液が漏洩したとしても、漏洩した電解液が集電板の端子部に接触し難い。端子部が給排板の表面側から裏面側に引き出されているため、端子部と最も近接するセルとの間には少なくとも給排板が介在される。即ち、従来の端子部を給排板の表面に沿って引き出す場合に比べ、端子部と最も近接するセルとの距離が長くなるからである。

また、電解液循環型電池の構成部材の積層方向内方への締付力に対して十分な機械的強度を有する。端子部が給排板の表面側から裏面側に引き出されているため、従来のフレームピースのように端子部を引き出す凹部を設ける必要がなく局所的に非常に薄くなる箇所もないからである。

（２）上記電解液循環型電池の一形態として、複数のセルと、複数のセルの間で互いに接すると共に、互いに異なる前記セルの内外に電解液を給排する一対の給排板とを備えることが挙げられる。この場合、各給排板の挿通孔から引き出された端子部同士が接触している。

上記の構成によれば、端子部同士の接続作業を簡略化できる。端子部を給排板の表面側から裏面側へ引き出すため、上記一対の給排板から引き出される端子部同士の間には、従来のような２枚の給排板が存在しない。そのため、その端子部同士を接触させることができるからである。従って、端子部同士を繋ぐブリッジ金具を不要にできる。

（３）上記電解液循環型電池の一形態として、給排板は、裏面に形成され、挿通孔に連続すると共に挿通孔から給排板の周縁に亘る凹部を備えることが挙げられる。この場合、端子部の一部が凹部に嵌め込まれ、端子部の先端が周縁よりも外側に引き出されている。

上記の構成によれば、上記凹部を備えることで、端子部を給排板の裏面に沿って給排板の周縁よりも外側に引き出し易い。また、凹部に端子部の一部を嵌め込むことで、端子部が給排板の裏面よりも突出し難くできる。そのため、例えば、複数のサブセルスタックが隣接されて、互いに接する一対の給排板を備える場合、各給排板から引き出される端子部同士を接触させ易い。

（４）上記電解液循環型電池の一形態として、給排板との間に双極板の周縁部を収納する環状溝を形成するフレームと、環状溝内に配置され、フレームと給排板とで圧接される弾性材料からなる環状のパッキンとを備えることが挙げられる。そして、パッキンは、双極板の周縁部を挟持する。

上記の構成によれば、集電板や給排板とセルとの間をパッキンによりシールでき、パッキンを用いる場合に比べて作業者のスキルに依存し易い溶着作業が不要であるため、組立性に優れる。また、双極板の周縁部へのパッキンの挿着は、パッキンを拡げて嵌め込むだけの簡単な作業で取り付けることができながら、パッキンがずれたり外れたりすることなく確実に取り付けることができる。さらに、弾性材料からなる環状のパッキンを備えることで、パッキンがフレーム及び給排板と双極板の周縁部との間で圧接されることで変形してフレーム、給排板、及び双極板に密着し、高いシール性を確保することができる。そして、パッキンが弾性材料からなることで、電解液の流通に伴い、双極板が変形したり応力を受けたりすることがあっても、パッキンが追従して伸縮するため応力を緩和する効果がある。そのため、フレームや双極板が損傷することを抑制することができる。

なお、従来のような、端子部を給排板の表面に沿って給排板と端部フレームアッシーとの間から外側へ引き出す場合、上述のように端部フレームアッシーのフレームピースには端子部と対向する箇所に凹部が形成されている。この構成のときに上記パッキンによるシール構造を備えると、パッキンの周方向全周に亘って均一的に押圧力を付加することが難しい。フレームピースに形成される凹部に収納された端子部の一部は、給排板やフレームピースと非接触となる箇所があり、セルスタックを締め付ける押圧力を給排板・端子部・フレームピースを介してパッキンに十分に作用させることが困難だからである。そのため、フレームピースにおける凹部の形成された箇所とそれ以外の箇所とで、パッキンに付加される押圧力に差が生じる場合がある。具体的には、フレームピースにおける凹部の形成された箇所に付加される押圧力は、フレームピースにおけるそれ以外の箇所に比べて弱くなる。その結果、パッキンにおけるフレームピースの凹部と対向する箇所のシール性が不十分になる虞がある。或いは、シール性が不十分にならないように押圧力を高めれば、シール性は高められるものの、パッキンにおけるフレームピースの凹部と対向する箇所以外に過剰な押圧力が付加されて部分的にパッキンが劣化し易くなる。その結果、パッキンにおけるフレームピースの凹部と対向する箇所以外のシール性が不十分となる虞がある。

これに対して、上記の構成によれば、端子部が給排板の表面側から裏面側に引き出されているため、従来のフレームピースのように端子部を引き出すための凹部をフレームに設ける必要がない。即ち、フレームの全周に亘って給排板と接触させることができる。そのため、パッキンの周方向全周に亘って均一的に押圧力を付加できる。

（５）上記電解液循環型電池の一形態として、パッキンを備える場合、給排板は、表面に形成され、パッキンを位置決めする凸状枠部を備えることが挙げられる。

上記の構成によれば、凸状枠部を備えることで給排板に対してパッキンを位置決めし易いため、電解液循環型電池の組立の際、パッキンを給排板に対して載置し易い。

（６）上記電解液循環型電池の一形態として、パッキンと凸状枠部とを備える場合、更に、パッキンと凸状枠部との間にパッキンの周方向全周に亘って介在される弾性シートを備えることが挙げられる。

上記の構成によれば、弾性シートを備えることで、パッキンの圧縮永久歪率を低減して、パッキンを長寿命化すると共に、パッキンによるシール性を長期に亘って維持できる。

（７）実施形態に係る電解液循環型電池の給排板は、セルと外部機器の間で電気を入出力する端子部を有する集電板に積層されて、セルの内外に電解液を給排する。そして、表面と裏面との間を貫通し、端子部を挿通させて表面側から裏面側に引き出す挿通孔を備える。ここでは、給排板は、集電板との対向側を表とし、その反対側を裏とする。

上記の構成によれば、電解液が漏洩しても、漏洩した電解液が集電板の端子部に接触し難い電解液循環型電池を構築できる。

《本発明の実施形態の詳細》
本発明の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本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。ここでは、電解液循環型電池としてレドックスフロー電池（ＲＦ電池）を例に説明する。

〔レドックスフロー電池〕
実施形態に係るＲＦ電池は、図６、７を用いて説明した従来のＲＦ電池と同様、セルスタックと、セルスタックに正極用電解液を循環させる正極用循環機構（タンク１０６、供給用導管１０８、排出用導管１１０、ポンプ１１２）と、セルスタックに負極用電解液を循環させる負極用循環機構（タンク１０７、供給用導管１０９、排出用導管１１１、ポンプ１１３）とを備える。実施形態に係るＲＦ電池の主たる特徴とするところは、セルスタックと外部機器との間で電気を入出力する集電部分を含むその近傍の構成にある。具体的には、実施形態に係るＲＦ電池は、給排板及び集電板の構成が従来のＲＦ電池とは異なる。以下の実施形態では、セルスタックの概要を説明した後、主たる特徴部分である給排板及び集電板を中心に説明し、続いて、これらに関連する構成部材を説明する。以下、従来と同様の構成については、図６、７と同一符号を付してその説明を省略する。なお、図６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。図６では、正負極の電解液にバナジウムイオン水溶液を用いたバナジウム系ＲＦ電池の場合を例に示しているが、電解液はバナジウムイオン水溶液に限定されるわけではない。

［セルスタック］
図１に示すセルスタック２は、図７を参照した従来のセルスタック２００と同様に、複数積層したサブセルスタック２ｓを備える。各サブセルスタック２ｓは、フレームアッシーと、正極電極１０４と、隔膜１０１と、負極電極１０５とをこの順番に積層することで形成される積層体で構成され、フレームアッシー間に形成される電極の収納空間でセル１００を構成している。積層体の積層方向両端に位置して、セル１００を構成する正極端部１０４及び負極電極１０５のどちらか一方と隣接するフレームアッシーを、端部フレームアッシー３０という（図３）。また、正極端部１０４及び負極電極１０５の両方と隣接するフレームアッシーを中間フレームアッシー６０という（図３）。更に、上記積層体の両側に積層され、セル１００（サブセルスタック２ｓ）の外側に引き出される端子部１２を有する集電板１０と、集電板１０の両側に積層される給排板２０とを備える。そして、複数積層したサブセルスタック２ｓの両側から２枚のエンドプレート２１０、２２０で挟み込んで締付機構２３０により締め付けることでセルスタック２が構成される（図１）。締付機構２３０は、例えば、締付軸２３１と、締付軸２３１の両端に螺合されるナット２３２，２３３と、ナット２３２とエンドプレート２１０の間に介在される圧縮バネ２３４とで構成されている。

セルスタック２における従来との主な相違点は、給排板２０のセル１００側を表面としその反対側を裏面とするとき、図１、２に示すように、集電板１０の端子部１２が、給排板２０の裏面側に引き出されている点にある。即ち、セルスタック２の両端側（エンドプレート２１０、２２０側）に配置される集電板１０の端子部１２は、図１の両端に示すように、給排板２０とエンドプレート２１０，２２０との間から引き出される。一方、セルスタック２の中間（両端以外）に配置される集電板１０の端子部１２は、図１、２に示すように、互いに接する給排板２０の間から引き出される。図２は、図１の破線円で囲まれた箇所を拡大して示している。なお、図２、３に関し、隣り合う端子部１２（引出片）は、通常、互いに接した状態となっていることが多いが、説明の便宜上、両図では、隣り合う端子部１２の間に若干の隙間を開けて示している。以下、各部材を詳細に説明する。

［給排板］
給排板２０は、セル１００の内外に電解液を給排する。給排板２０の輪郭形状は、ここでは矩形状であるが、その他、円形状や正方形状など適宜選択できる。給排板２０の大きさは、端部フレームアッシー３０の輪郭が形成する大きさと同じである。給排板２０の表面には、端部フレームアッシー３０の端部フレームピース３１が対向する領域と、それ以外の領域（端部フレームピース３１から露出されている双極板１２１と対向する領域）とが存在する（図３）。そして、給排板２０は、図３、４に示すように、表面と裏面との間を貫通する挿通孔２１を備える。図３は、説明の便宜上、エンドプレート２１０，２２０のみ上面図を示している。

（挿通孔）
挿通孔２１は、給排板２０の表面と裏面との間を貫通し、集電板１０の端子部１２を挿通させて給排板２０の表面側から裏面側へ引き出させる。挿通孔２１の形状は、細長い矩形状である（図４）。挿通孔２１の数は、端子部１２の数に合わせて選択すればよい。ここでは、挿通孔２１の数は一つである。

挿通孔２１の形成箇所は、給排板２０のうち、端部フレームピース３１との対向領域よりも内側とすることが好ましい。特に、端部フレームピース３１から露出する双極板１２１の外縁に対向する箇所に挿通孔２１を設ければ、この露出する双極板１２１の実質的に全面を集電板１０の本体部１１で覆うことができる。より具体的には、双極板１２１の周縁部との対向領域よりも内側のうち、パイプ２０２ｉ、２０２ｏ（図７）と同一側、及びパイプ２０２ｉ、２０２ｏとは反対側（図７の紙面奥側）の少なくとも一方とすることが挙げられる。ここでは、挿通孔２１は、上記周縁部との対向領域よりも内側のうち、パイプ２０２ｉ、２０２ｏとは反対側で上記周縁部との対向領域に隣接して設けている。なお、集電板１０が端子部１２を２つ備える場合、挿通孔２１の形成箇所は、上記周縁部との対向領域よりも内側のうち、パイプ２０２ｉ、２０２ｏと同一側と、パイプ２０２ｉ、２０２ｏとは反対側との両方とすることが挙げられる。

（凹部）
給排板２０の裏面には、挿通孔２１に連続すると共に、挿通孔２１から給排板２０の周縁に亘って形成される凹部２２を備えることが好ましい（図３、４）。そうすれば、凹部２２に端子部１２の一部を嵌め込ませて、端子部１２の先端を給排板２０の裏面において上記周縁よりも外側に引き出し易い。

凹部２２の深さは、端子部１２の厚さよりも大きいことが好ましい。凹部２２の深さとは、給排板２０の表裏方向の凹部２２の長さを言う。そうすれば、凹部２２に端子部１２を嵌め込ませた際、端子部１２が給排板２０の裏面よりも外側に突出しない。本例のようにサブセルスタック２ｓを複数積層すると、図１（その他、図２、図３の中央部分）に示すように、異なるサブセルスタック２ｓに備わる給排板２０が互いに接するように配置される。この場合でも、各給排板２０の表面側から裏面側に引き出される端子部１２同士が干渉し合うこと無く接触させることができる。それにより、接触する端子部１２同士を容易に接続することができるため接続作業を簡略化できる。凹部２２の幅は、端子部１２の幅よりも大きければよく、挿通孔２１の幅と同等としてもよいし、挿通孔２１の幅よりも小さくてもよい。凹部２２の幅は、給排板２０の表裏方向と端子部２１の引出方向の両方向に直交する方向の凹部２２の長さを言う。

（凸状枠部）
給排板２０の表面には、凸状枠部２３を備えることが好ましい。この凸状枠部２３は、図３に示すように、端部フレームアッシー３０が双極板１２１の周縁部を挟持する環状のパッキン４０を備える場合に、パッキン４０を位置決めし易い。更に、パッキン４０との間に介在される弾性シート５０を備える場合に、弾性シート５０を位置決めし易い。そのため、サブセルスタック２ｓの組立の際、弾性シート５０及びパッキン４０を載置し易い。また、この凸状枠部２３は、セルスタック２を組み立てた際、弾性シート５０及びパッキン４０を押圧する。

凸状枠部２３の形成箇所は、給排板２０における集電板１０との接触領域と端部フレームピース３１に対向する外周縁領域との間とする。具体的には、凸状枠部２３の一部が挿通孔２１に隣接するように設けることが好ましい。ここでは、挿通孔２１に隣接すると共に、挿通孔２１と集電板１０の本体部１１の周縁に沿うように形成している。そのため、凸状枠部２３を本体部１１（集電板１０）の位置決めに利用することもできる。

凸状枠部２３の幅は、締付機構２３０によりセルスタック２を所望の締付力で締め付けてパッキン４０や弾性シート５０に押圧力が付加された際のパッキン４０や弾性シート５０の幅以上とすることが好ましい。ここでは、凸状枠部２３の幅は、凸状枠部２３の周方向及び給排板２０の表裏方向の両方向に直交する方向の凸枠状部２３の長さを言い、パッキン４０や弾性シート５０の幅は、凸状枠部２３の幅に沿った長さを言う。そうすれば、締付機構２３０によりセルスタック２を所望の締付力で締め付けた状態で、凸状枠部２３に対して、パッキン４０や弾性シート５０の凸状枠部２３との対向面を全面に亘って接触させることができる。そのため、パッキン４０や弾性シート５０の全域に亘って均一的に上記押圧力を付加し易い。即ち、凸状枠部２３の幅は、サブセルスタック２ｓ（セルスタック２）の締付前におけるパッキン４０や弾性シート５０の幅よりも大きい。

凸状枠部２３の高さは、締付機構２３０によりセルスタック２を所望の締付力で締め付けてパッキン４０や弾性シート５０に押圧力が付加された際に、給排板２０と本体部１１との間や、双極板１２１と本体部１１との間に隙間が形成されない程度とすることが好ましい。凸状枠部２３の高さは、給排板２０の表裏方向の凸枠状部２３の突出長さを言う。

（材質）
給排板２０の材質は、各極の電解液に対して化学反応しない材料で、耐食性に優れる上に、耐衝撃性に優れる材質が挙げられる。例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどの種々のフッ素系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、塩化ビニル（耐衝撃性硬質塩化ビニル）などの樹脂とすることが好ましい。

（作製方法）
給排板２０の作製は、押出成型した矩形板に対して切削加工により挿通孔２１、凹部２２、及び凸状枠部２３を形成することで行える。例えば、凸状枠部２３は、押出成型した矩形板の一面のうち、凸状枠部２３となる箇所を除く領域を切削加工することで形成できる。

［集電板］
集電板１０は、セル１００と外部機器との間で電気を入出力する。集電板１０は、双極板１２１との導通面を有する本体部１１と、本体部１１と電気的に接続され、外部機器に接続される端子部１２とを備える。ここでは、本体部１１と端子部１２とは一体に形成されている。

（本体部）
本体部１１の輪郭形状は、導通する双極板１２１の形状に合せて適宜選択できる。ここでは、本体部１１の輪郭形状は、矩形状であるが、その他、円形状や正方形状などとしてもよい。

（端子部）
端子部１２は、Ｌ字状に折り曲げられた屈曲片で構成されており、この屈曲片は本体部１１につながって挿通孔２１内に収納される収納片と、給排板２０の裏面に沿ってサブセルスタック２ｓの外側に引き出される引出片とを備える。上記収納片は、本体部１１に対して略直角につながっている。一方、上記引出片の一部は、給排板２０の凹部２２に嵌め込まれている。そして、端子部１２（引出片）の先端は、給排板２０の裏面に沿って給排板２０の周縁よりも外側に引き出されている。端子部１２の先端には、隣接する端子部１２と接続するためのボルト又はリード線（図示略）を接続するためのボルトを挿通するボルト孔が形成されている。

端子部１２の幅は、本体部１１の幅と同等でもよいし、本体部１１の幅よりも小さくてもよい。後者の場合、端子部１２を本体部１１に対して屈曲させ易い上に、端子部１２自体をＬ字状に屈曲させ易い。ここで、端子部１２の幅とは、凹部２２の幅に沿った方向の長さであり、給排板２０の表裏方向と端子部１２の引出方向の両方に直交する方向の長さを言う。

１つの集電板に備わる端子部１２の数は、単数でもよいし複数（例えば、２つ）でもよい。端子部１２の数を単数とする場合、端子部１２の引出方向は、パイプ２０２ｉ、２０２ｏ（図７）と同一側や、本体部１１を挟んでパイプ２０２ｉ、２０２ｏと反対側とすることが挙げられる。前者の場合、端子部１２とパイプ２０２ｉ，２０２ｏとを同一側に引き出すため、後者の場合に比べて、セルスタック２における上記引出方向の長さを短くでき、セルスタック２を小型化できる。後者の場合、端子部１２と外部機器との接続作業を行い易くて好ましい。パイプ２０２ｉ、２０２ｏに接続される導管１０８〜１１１（図６）が邪魔にならないからである。その上、仮に、パイプ２０２ｉ、２０２ｏと導管１０８〜１１１との接続箇所から電解液が漏洩したとしても、端子部１２と漏れた電解液との距離が遠いため漏れた電解液が端子部１２に接触し難い。

一方、端子部１２の数を２つとする場合、端子部の引出方向は、本体部１１を挟んで互いに対向する方向とすることが挙げられる。そうすれば、サブセルスタック２ｓの組立の際、給排板２０と集電板１０とを一体化した組合体を、本体部１１を下、端子部１２の上記引出片を上として組み立てるとき、両端子部１２を保持して各引出片を互いに離れる方向へ引っ張れば、集電板１０の本体部１１が垂れ下がることを抑制できる。サブセルスタック２ｓを組み立てる際、まず、一方の上記組合体を、その裏面が組立台上に接するように配置する。そして、一方の上記組合体の上に複数のセル１００を積層し、更にその上に他方の上記組合体を載置する。その際、他方の上記組合体は、本体部１１を下、端子部１２の上記引出片を上とした状態で載置される。そのため、両端子部１２を保持すれば本体部１１の中央部分が自重により垂れ下がることを抑制できる。また、端子部１２の数を１つとして端子部の引出方向を一方側とする場合は、本体部１１の端子部１２のある側と反対側が自重により垂れ下がり易いが、上記構成とすることで、本体部１１の端子部１２のある側と反対側の垂れ下がりをも抑制できる。

両端子部の具体的な引出方向は、一方の端子部をパイプ２０２ｉ、２０２ｏと同一側とし、他方の端子部を本体部１１を挟んでパイプ２０２ｉ、２０２ｏと反対側とすることが挙げられる。パイプ２０２ｉ、２０２ｏと同一側に端子部を引き出すと、電気の入出力と電解液の給排をセルスタック２の同じ側で纏めて行うことができる。パイプ２０２ｉ、２０２ｏと反対側に電気の入出力を行う端子部を引き出すと、万一パイプ２０２ｉ、２０２ｏ近傍から電解液が漏洩した場合でも、漏れた電解液が端子部に接触し難い。

ここでは、端子部１２の数は、単数である。また、端子部１２の引出方向は、本体部１１を挟んでパイプ２０２ｉ、２０２ｏと反対側としている。

（材質）
集電板１０の材質は、導電率の高い金属材料からなることが好ましく、具体的には、銅が挙げられる。その他、集電板１０は、鉄、ニッケル、クロム、錫、アルミニウム、およびこれらのいずれかの元素を主成分とする合金で構成することもできる。但し、集電板１０には、高い導電率と高い強度とが求められることから、実用的には集電板１０は銅で構成されている場合が多い。

［給排板と集電板の組立］
給排板２０と集電板１０の組立は、図４を参照して説明する。図４は、給排板２０と集電板１０とが分離し、互いに接触する前の状態を示す。まず、図４の実線に示すように、本体部１１に対して略直角に折り曲げられた端子部１２を備える集電板１０と、給排板２０とを準備する。この端子部１２は、Ｌ型に屈曲される前の平板状である。次に、給排板２０の挿通孔２１内に端子部１２を挿通させて、給排板２０と本体部１１とを接触させる。その状態で、図４の二点鎖線に示すように、端子部１２のうち挿通孔２１から外側に露出する部分を折り曲げて給排板２０の凹部２２に嵌め込む。それにより、端子部１２の先端が給排板２０の周縁よりも外側に引き出される。以上により、端子部１２を給排板２０の表面側から裏面側に引き出すことができる。

［端部フレームアッシー］
端部フレームアッシー３０は、双極板１２１と、端部フレームピース３１と、パッキン４０とを備える。端部フレームアッシー３０に備わる双極板１２１は、正極電極１０４と負極電極１０５のいずれか一方の電極と接触する。端部フレームアッシー３０は、双極板１２１をいわば、一つの端部フレームピース３１で支持したような構成であり、一対の分割フレームを備えていない点で、従来の端部フレームアッシーとは異なる。

双極板１２１の一面は、正極電極１０４及び負極電極１０５のいずれか一方の電極と接触し、他面は集電板１０に導通される。ここでは、双極板１２１の輪郭形状は、矩形状であるが、その他、円形状や正方形状などとしてもよい。双極板１２１の材質は、例えば、プラスチックカーボンやカーボン板が用いられている。

端部フレームピース３１は、給排板２０の表面（上記外周縁領域）と接触すると共に、給排板２０との間に双極板１２１の周縁部を収納する。端部フレームピース３１の断面形状は、Ｌ字状である。ここでいう断面は、端部フレームピース３１の周方向に直交する面である。端部フレームピース３１の給排板２０との対向面には、内周縁部の厚さが薄くなるように段差面が形成されており、この段差面により端部フレームピース３１と給排板２０との間に環状溝３２が形成されている。そして、この環状溝３２内に双極板１２１の周縁部が収納される。端部フレームピース３１の材質は、上述した給排板２０と同様の材質を用いることができる。

パッキン４０は、環状溝３２内に配置され、双極板１２１の周縁部を挟持すると共に、端部フレームピース３１と給排板２０（ここでは凸状枠部２３）とで圧接されて環状溝３２内をシールする。具体的には、双極板１２１の周縁部の表裏を挟持する一対の脚部４１と、双極板１２１の外縁でこれら脚部４１を連結する基部４２とを備える。パッキン４０の材質は、例えば、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）やフッ素ゴムといった弾性材料が挙げられる。このパッキン４０は、例えば、特開２０１２−２１６５１０号公報に記載のパッキンを利用できる。

［弾性シート］
パッキン４０と凸状枠部２３との間にパッキン４０の周方向全周に亘って介在される弾性シート５０を備えることが好ましい。即ち、弾性シート５０の介在箇所は、凸状枠部２３の全領域とすることが好ましい。そうすれば、パッキン４０の圧縮永久歪率を低減して、パッキン４０を長寿命化すると共に、パッキン４０によるシール性を長期に亘って維持できる。その上、パッキン４０の配置が、パッキン４０の周方向の少なくとも一部に弾性シート５０を配置する場合に比べて容易である。

弾性シート５０の輪郭形状は、パッキン４０の輪郭形状に合わせて適宜選択でき、例えば、矩形枠状、円形枠状、正方形枠状などとすることが挙げられる。弾性シート５０の断面形状は、矩形状、円形状、正方形状など適宜選択できる。凸状枠部２３との接触面が多い矩形状などとすると、サブセルスタック２ｓの組立の際、弾性シート５０を凸状枠部２３に安定して配置し易い。ここでは、弾性シート５０の輪郭形状は、矩形枠状であり、弾性シート５０の断面形状は、矩形状である。

弾性シート５０の材質は、上述したパッキン４０と同様の材料、例えば、ＥＰＤＭやフッ素ゴムなどが挙げられる。

［中間フレームアッシー］
中間フレームアッシー６０は、双極板１２１と中間フレームピース６１とパッキン４０とを備える。中間フレームアッシー６０の双極板１２１及びパッキン４０は、端部フレームアッシー３０の双極板１２１及びパッキン４０と同様である。但し、中間フレームアッシー６０に備わる双極板１２１は、正極電極１０４と負極電極１０５の両方に接触状態で挟まれている点で、端部フレームアッシー３０とは異なる。中間フレームアッシー６０は、双極板１２１を一対の分割フレーム６１ａ，６１ｂで挟持する構成である点で、従来の中間フレームアッシーと同様の構成であり、かつ端部フレームアッシー３０と異なる。即ち、中間フレームピース６１は、一対の分割フレーム６１ａ，６１ｂで構成される。

各分割フレーム６１ａ，６１ｂの断面形状は、略Ｌ字状である。ここでいう断面は、分割フレーム６１ａ，６１ｂの周方向に直交する断面である。各分割フレーム６１ａ，６１ｂは、双極板１２１を囲んでおり、双極板１２１の周縁部を挟持する。各分割フレーム６１ａ，６１ｂの押圧方向に互いに対向する対向面にはそれぞれ、内周縁部の厚さが薄くなるように段差面が形成されており、分割フレーム６１ａと分割フレーム６１ｂとの対向面の間に環状溝６２が形成されている。そして、この環状溝６２内に双極板１２１の周縁部が収納される。

〔作用効果〕
上述したＲＦ電池１によれば、端子部１２が、給排板２０の裏面側から引き出されているため、仮に、電解液が端部フレームアッシー３０と中間フレームアッシー６０との間から漏洩しても、漏洩した電解液が集電板１０の端子部１２に接触し難い。端部フレームアッシー３０と上記中間フレームアッシー６０との間と端子部１２との間には、給排板２０と端部フレームピース３１とが介在されているため、漏洩した電解液と端子部１２との間の距離が遠いからである。また、仮に、電解液が給排板２０と端部フレームアッシー３０との間から漏洩しても、漏洩した電解液と端子部１２との間の距離が遠いため、漏洩した電解液が集電板１０の端子部１２に接触し難い。給排板２０と端部フレームピース３１との間と端子部１２との間には、給排板２０が介在されており、通常、給排板２０の厚さは、端部フレームピース３１の厚さの数倍程度あるからである。

端子部１２が、給排板２０の表面側から裏面側に引き出されているため、端子部１２と双極板１２１との間には給排板２０が介在されている。その上、端子部１２を給排板２０の表面に沿って外部に引き出すために端部フレームピース３１に凹部を形成する必要がなく、従来に比べて端部フレームピース３１に部分的に薄い箇所が存在しない。従って、セルスタック２の締付機構２３０による積層方向内方への押圧力に対して十分な機械的強度を有する。

端子部１２が、給排板２０の表面側から裏面側に引き出されているため、異なるサブセルスタック２ｓに備わり、互いに裏面同士が接して配置される一対の給排板２０の裏面から引き出される端子部１２同士の間には、従来の２枚の給排板は介在されるなどの介在物が存在しない。そのため、この端子部１２同士を接触させることができ、端子部１２同士の接続作業を簡略化できる。

端子部１２が、給排板２０の表面側から裏面側に引き出されているため、端部フレームピース３１に凹部を形成して端子部１２を給排板２０の表面に沿って外部に引き出す必要がない。即ち、端部フレームピース１２の全周に亘って給排板２０を接触させることができる。そのため、パッキン４０の周方向全周に亘って均一的に押圧力を付加できる。

〔変形例〕
変形例として、図５に示すように、給排板９０は、本体部９１と、供給用突出部９２ｉ及び排出用突出部９２ｏと、電解液供給路９３ｉ及び電解液排出路９３ｏとを備える形態とすることもできる。本体部９１は、セル１００と対向する対向面９１ｆを有する。供給用突出部９２ｉは、本体部９１に一体かつ本体部９１の周縁よりも外側に突出して形成され、外部（電解液タンク１０６（１０７））から一方の極の電解液を供給する供給用導管１０８（１０９）が接続される接続面９２ｉｆを有する。排出用突出部９２ｏは、供給用突出部９２ｉと同様に本体部９１に一体かつ本体部９１の周縁よりも外側に突出して形成され、外部（電解液タンク１０７（１０６））に他方の極の電解液を排出する排出用導管１１１（１１０）が接続される接続面９２ｏｆを有する。電解液供給路９３ｉは、供給用突出部９２ｉから本体部９１に連通し、供給用突出部９２ｉの接続面９２ｉｆに開口する突出部側給液用開口部９３ｉｔと、本体部９１の対向面９１ｆに開口する本体部側給液用開口部９３ｉｂとを有する。電解液排出路９３ｏは、本体部９１から排出用突出部９２ｏに連通し、本体部９１の対向面９１ｆと排出用突出部９２ｏの接続面９２ｏｆのそれぞれに開口する本体部側排液用開口部９３ｏｂと突出部側排液用開口部９３ｏｔとを有する。そして、挿通孔２１は、給排板９０の本体部９１の両突出部９２ｉ，９２ｏとは反対側に表面と裏面との間を貫通するように設けられている。集電板１０の端子部１２は、挿通孔２１を通って、給排板９０の表面側から裏面側に引き出されている。

なお、上述の実施形態では、セルスタックを複数のセルを備えるサブセルスタックを複数積層して構成したが、セルの数は単数としたり、サブセルスタックの数を単数としたりすることもできる。即ち、セルスタックは、単数のセルを備える一つのサブセルスタックで構成したり、複数のセルを備える一つのサブセルスタックで構成したり、単数のセルを備えるサブセルスタックを複数積層して構成したりできる。

また、上述の実施形態では、端部フレームアッシーと中間フレームアッシーの両方とも、双極板とフレームとの間にパッキンを介在させたが、図７を参照した従来のフレームアッシーと同様に一対の枠片の間に双極板の周縁部を挟み、有機溶剤を用いて枠部同士を溶着してフレームを形成すると共にフレームと双極板とを溶着した端部フレームアッシーや中間フレームアッシーなどを用いることもできる。

本発明の電解液循環型電池は、太陽光発電、風力発電などの新エネルギーの発電に対して、発電出力の変動の安定化、発電電力の余剰時の蓄電、負荷平準化などを目的とした用途に好適に利用することができる。また、本発明の電解液循環型電池は、一般的な発電所に併設されて、瞬低・停電対策や負荷平準化を目的とした大容量の蓄電池としても好適に利用することができる。そして、本発明の電解液循環型電池の給排板は、本発明の電解液循環型電池、例えばＲＦ電池に好適に利用できる。

１ レドックスフロー（ＲＦ）電池
２ セルスタック ２ｓ サブセルスタック
１０ 集電板 １１ 本体部 １２ 端子部
２０ 給排板 ２１ 挿通孔 ２２ 凹部 ２３ 凸状枠部
３０ 端部フレームアッシー ３１ 端部フレームピース ３２ 環状溝
４０ パッキン ４１ 脚部 ４２ 基部
５０ 弾性シート
６０ 中間フレームアッシー
６１ 中間フレームピース ６１ａ，６１ｂ 分割フレーム ６２ 環状溝
９０ 給排板 ９１ 本体部 ９１ｆ 対向面
９２ｉ 供給用突出部 ９２ｉｆ 接続面
９２ｏ 排出用突出部 ９２ｏｆ 接続面
９３ｉ 電解液供給路
９３ｉｂ 本体部側給液用開口部 ９３ｉｔ 突出部側給液用開口部
９３ｏ 電解液排出路
９３ｏｂ 本体部側排液用開口部 ９３ｏｔ 突出部側排液用開口部
１００ セル
１０１ 隔膜 １０２ 正極セル １０３ 負極セル
１０４ 正極電極 １０５ 負極電極
１０６ 正極電解液タンク １０７ 負極電解液タンク
１０８、１０９ 供給導管 １１０、１１１ 排出導管
１１２、１１３ ポンプ
１２０ フレームアッシー １２１ 双極板 １２２ フレームピース
１２３、１２４ 給液マニホールド １２５、１２６ 排液マニホールド
１２７ シール部材
２００ セルスタック ２００ｓ サブセルスタック
２０１ 給排板 ２０２ｉ 供給パイプ ２０２ｏ 排出パイプ
２１０、２２０ エンドプレート
２３０ 締付機構
２３１ 締付軸 ２３２、２３３ ナット ２３４ 圧縮バネ

Claims (7)

1. セルと、前記セルを構成する正極電極及び負極電極のどちらか一方の電極と接する双極板と、前記セルの外側に引き出される端子部を有すると共に、前記双極板と導通する集電板と、前記集電板に積層されて、前記セルの内外に電解液を給排する給排板とを備える電解液循環型電池であって、
   前記給排板は、前記集電板との対向側を表とし、その反対側を裏とするとき、表面と裏面との間を貫通し、前記端子部が挿通される挿通孔を備え、
   前記端子部は、前記挿通孔を通って前記給排板の表面側から裏面側に引き出される電解液循環型電池。
2. 複数の前記セルと、
   複数の前記セルの間で互いに接すると共に、互いに異なる前記セルの内外に電解液を給排する一対の前記給排板とを備え、
   各給排板の前記挿通孔から引き出された前記端子部同士が接触している請求項１に記載の電解液循環型電池。
3. 前記給排板は、前記裏面に形成され、前記挿通孔に連続すると共に前記挿通孔から前記給排板の周縁に亘る凹部を備え、
   前記端子部の一部が前記凹部に嵌め込まれ、前記端子部の先端が前記周縁よりも外側に引き出されている請求項１又は請求項２に記載の電解液循環型電池。
4. 前記給排板との間に前記双極板の周縁部を収納する環状溝を形成するフレームと、
   前記環状溝内に配置され、前記フレームと前記給排板とで圧接される弾性材料からなる環状のパッキンとを備え、
   前記パッキンは、前記双極板の周縁部を挟持する請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電解液循環型電池。
5. 前記給排板は、前記表面に形成され、前記パッキンを位置決めする凸状枠部を備える請求項４に記載の電解液循環型電池。
6. 更に、前記パッキンと前記凸状枠部との間に、前記パッキンの周方向全周に亘って介在される弾性シートを備える請求項５に記載の電解液循環型電池。
7. セルと外部機器との間で電気を入出力する端子部を有する集電板に積層されて、前記セルの内外に電解液を給排する電解液循環型電池の給排板であって、
   前記集電板との対向側を表とし、その反対側を裏とするとき、表面と裏面との間を貫通し、前記端子部を挿通させて表面側から裏面側に引き出す挿通孔を備える電解液循環型電池の給排板。

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