JP6693840B2

JP6693840B2 - フロー電池

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Publication number: JP6693840B2
Application number: JP2016169681A
Authority: JP
Inventors: 直昭山口; 佐郷　文昭; 文昭佐郷
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2020-05-13
Anticipated expiration: 2036-08-31
Also published as: JP2018037290A

Description

開示の実施形態は、フロー電池に関する。

従来、正極と負極との間に、テトラヒドロキシ亜鉛酸イオン（［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−）を含有する電解液を循環させるフロー電池が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

また、亜鉛種などの活物質を含む負極を、選択的イオン電導性を有するイオン電導層で覆うことでデンドライトの成長を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１８５２５９号公報

Y. Ito. et al.: Zinc morphology in zinc-nickel flow assisted batteries and impact on performance, Journal of Power Sources, Vol. 196, pp. 2340-2345, 2011

しかしながら、上記に記載の電池は、依然として負極で生成したデンドライトが正極側へ成長し、負極と正極とが導通する懸念があった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、負極と正極との導通を抑制することができるフロー電池を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るフロー電池は、第１電極および第２電極と、反応室と、電解液と、気泡発生装置とを備える。反応室は、前記第１電極および前記第２電極を収容し、かつ前記第１電極の配置を規制する第１規制部を内壁に備える。電解液は、前記反応室の内部に収容され、前記第１電極および前記第２電極に接触する。気泡発生装置は、前記電解液中に気体を供給して気泡を発生させる。

実施形態の一態様のフロー電池によれば、負極と正極との導通を抑制することができる。

図１は、第１の実施形態に係るフロー電池の概略を示す図である。図２Ａは、第１の実施形態に係るフロー電池が備える反応室の概略を示す図である。図２Ｂは、第１の実施形態に係るフロー電池が備える反応室の概略を示す図である。図２Ｃは、第１の実施形態に係るフロー電池が備える反応室の概略を示す図である。図３Ａは、第１の実施形態に係るフロー電池が備える反応室の概略を示す図である。図３Ｂは、第１の実施形態に係るフロー電池が備える反応室の概略を示す図である。図４Ａは、第１の実施形態に係るフロー電池が備える気泡発生部の概略を示す図である。図４Ｂは、第１の実施形態に係るフロー電池が備える気泡発生部の概略を示す図である。図５Ａは、第２の実施形態に係るフロー電池が備える反応室の概略を示す図である。図５Ｂは、第２の実施形態に係るフロー電池が備える反応室の概略を示す図である。図６は、第１の実施形態の変形例に係るフロー電池が備える反応室の概略を示す図である。図７は、第１の実施形態の変形例に係るフロー電池が備える反応室の概略を示す図である。図８は、第２の実施形態の変形例に係るフロー電池が備える反応室の概略を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するフロー電池の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、第１の実施形態に係るフロー電池の概略を示す図である。図１に示すフロー電池１は、第１電極としての正極２と、第２電極としての負極３と、隔膜４と、電解液５と、反応室１０と、ポンプ１１と、供給流路１２と、気泡発生部１３と、回収口１４と、回収流路１５とを備える。

なお、説明を分かりやすくするために、図１には、鉛直上向きを正方向とし、鉛直下向きを負方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、後述の説明に用いる他の図面でも示す場合がある。

正極２は反応室１０に収容されている。正極２は、例えば、ニッケル化合物またはマンガン化合物を正極活物質として含有する導電性の部材である。ニッケル化合物は、例えば、オキシ水酸化ニッケル、水酸化ニッケル、コバルト含有水酸化ニッケル等が好ましい。マンガン化合物は、例えば、二酸化マンガン等が好ましい。また、正極２は、コバルト化合物、黒鉛、カーボンブラック、導電性樹脂等を含んでもよい。電解液５が分解される酸化還元電位の観点からは、正極２はニッケル化合物を含有することが好ましい。

負極３は、反応室１０に収容されている。負極３は、負極活物質を金属亜鉛または亜鉛化合物として含む。負極３は、例えば、ステンレスや銅などの金属板や、ステンレスや銅板の表面をニッケルやスズ、亜鉛でメッキ処理したものを使用することができる。また、メッキ処理された表面が一部酸化されたものを負極３として使用してもよい。

隔膜４は、正極２を被覆している。隔膜４は、水酸化物イオン伝導性を有しており、電極反応に関与する水酸化物イオンを伝導する。また、隔膜４は、金属亜鉛が通過しないように緻密に構成されていることが好ましい。これにより、成長したデンドライトが隔膜４を貫通することで正極２と負極３とが導通する不具合をさらに抑制することができる。ここで、緻密とは、アルキメデス法で算出して、９０％以上の相対密度を有することをいい、より好ましくは９２％以上、さらに好ましくは９５％以上である。また、隔膜４の厚みは、好ましくは１０μｍ〜１０００μｍであり、より好ましくは１００μｍ〜５００μｍである。ただし、隔膜４の相対密度および厚みは、デンドライトの貫通を抑制することができるものであれば上記したものに限定されない。

隔膜４は、水酸化物イオンを選択的に透過する一方、水酸化物イオンよりもイオン半径の大きな［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−等の金属イオンの透過を抑制することが好ましい。このように隔膜４が［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−等の金属イオンの透過を抑制すると、隔膜４の内部および正極２近傍におけるデンドライトの生成が抑制されるため、正極２と負極３との導通をさらに抑制することができる。

隔膜４は、例えば、有機ヒドロゲルのような三次元構造を有するゲル状の陰イオン伝導性材料や固体高分子型陰イオン伝導材料を用いて形成されるものが好ましい。ここで、固体高分子型陰イオン伝導材料は、例えば、ポリマーと、周期表の第１族〜第１７族から選択される１種以上の元素を含有する、酸化物、水酸化物、層状複水酸化物、硫酸化合物およびリン酸化合物からなる群より選択される１以上の化合物とを含む。

電解液５は、正極２および負極３に接触するように反応室１０の内部に収容されている。電解液５は、例えば、亜鉛種を含有するアルカリ水溶液である。電解液５中の亜鉛種は、［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−として電解液５中に溶存している。電解液５は、例えば、Ｋ^＋やＯＨ⁻を含むアルカリ水溶液に酸化亜鉛を飽和させたものを使用することができる。ここで、アルカリ水溶液としては、例えば、６．７ｍｏｌｄｍ^−３の水酸化カリウム水溶液を使用することができる。また、１ｄｍ^−３の水酸化カリウム水溶液に対し、ＺｎＯが飽和するまで添加することにより電解液５を調製することができる。

反応室１０は、ケース８と、上板９とを備える。ケース８および上板９は、例えば、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレンなど、耐アルカリ性および絶縁性を有する樹脂材料で構成される。ケース８および上板９は、好ましくは互いに同じ材料で構成されるが、異なる材料で構成されてもよい。

ケース８には、正極２、負極３および電解液５が収容されている。また、ケース８には、供給流路１２を構成する配管を挿通または接続させる開口が設けられている。また、上板９と電解液５の液面との間には空間を有しており、気体層７を構成する。

ここで、反応室１０に収容された正極２および負極３の具体的な配置について、図２Ａ〜図２Ｃを用いて説明する。図２Ａは、第１の実施形態に係るフロー電池１が備える反応室１０の概略を示す図である。図２Ｂは、図２Ａに示す反応室１０をＺ軸正方向側から平面視した図であり、図２Ｃは、図２Ｂに示す反応室１０のＩ−Ｉ断面図である。なお、図２Ａ〜図２Ｃでは、隔膜４や上板９を含む一部の部材の図示は省略している。さらに、図２Ａおよび図２Ｂでは、電解液５の図示を省略している。

ケース８は、ＹＺ平面に沿うようにそれぞれ配置される正極２および負極３を挟んで互いに向かい合うようにＺＸ平面に沿って平行に配置された内壁８ａ，８ｂと、内壁８ａ，８ｂの両側端にそれぞれ接続されるようにＹＺ平面に沿って配置される内壁８ｃ，８ｄと、ＸＹ平面に沿うように内壁８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの下端に配置された底面８ｅとを備える。

内壁８ａには、ケース８の上端からＺ軸方向に延びる縦溝８ａ１，８ａ２が、予め定められた間隔でそれぞれ設けられている。また、内壁８ｂには、ケース８の上端からＺ軸方向に延びる縦溝８ｂ１，８ｂ２が、縦溝８ａ１，８ａ２と向かい合うようにそれぞれ設けられている。

正極２は、縦溝８ａ１および縦溝８ｂ１によって支持されており、反応室１０における正極２の移動が規制される。負極３は、縦溝８ａ２および縦溝８ｂ２によって支持されており、反応室１０における負極３の移動が規制される。

まず、縦溝８ａ１および縦溝８ｂ１について説明する。縦溝８ａ１および縦溝８ｂ１は、正極２の側面２ａおよび２ｂのＸ軸方向の幅、すなわち正極２の厚みに対応する幅をそれぞれ有している。このため、正極２は、Ｘ軸方向の移動が規制される。ここで、正極２の「厚みに対応する幅」とは、成形精度に基づく安全マージンを考慮した幅である。すなわち、縦溝８ａ１および縦溝８ｂ１の幅は、正極２の厚みに一致することが好ましいが、これに限らず、正極２が収容できる程度の幅であれば正極２の厚みに必ずしも一致しなくてもよい。

また、縦溝８ａ１および縦溝８ｂ１は、正極２のＹ軸方向の長さ、すなわち正極２の横幅に対応する間隔を有している。このため、正極２は、Ｙ軸方向の移動が規制される。ここで、正極２の「横幅に対応する間隔」とは、成形精度に基づく安全マージンを考慮した幅である。すなわち、縦溝８ａ１および縦溝８ｂ１の間隔は、正極２の横幅に一致することが好ましいが、これに限らず、正極２が収容できる程度の間隔であれば正極２の横幅に必ずしも一致しなくてもよい。

また、図２Ｃに示すように、縦溝８ａ１は、下端２１を有しており、縦溝８ｂ１は、下端２１に対応する位置に下端３１を有している。下端２１，３１は、ケース８の底面８ｅよりも上方に設けられており、正極２と底面８ｅとの間には電解液５が流通可能な空間１７が形成される。正極２の下面２ｅが下端２１，３１に接触するように配置されることにより、正極２はＺ軸負方向、すなわち下方への移動が規制される。

次に、縦溝８ａ２および縦溝８ｂ２について説明する。縦溝８ａ２および縦溝８ｂ２は、負極３の側面３ａおよび３ｂのＸ軸方向の幅、すなわち負極３の厚みに対応する幅をそれぞれ有している。このため、負極３は、Ｘ軸方向の移動が規制される。

また、縦溝８ａ２および縦溝８ｂ２は、負極３のＹ軸方向の長さ、すなわち負極３の横幅に対応する間隔を有している。このため、負極３は、Ｙ軸方向の移動が規制される。また、縦溝８ａ２および縦溝８ｂ２には、図示しない下端が設けられている。かかる下端は、下端２１，３１と同様にケース８の底面８ｅよりも上方に設けられており、負極３と底面８ｅとの間には電解液５が流通可能な空間が形成される。負極３の図示しない下端面が縦溝８ａ２および縦溝８ｂ２の下端に接触するように配置されることにより、負極３はＺ軸負方向、すなわち下方への移動が規制される。

すなわち、縦溝８ａ１および縦溝８ｂ１は、反応室１０における正極２の配置を規制する第１規制部を構成する。同様に、縦溝８ａ２および縦溝８ｂ２は、反応室１０における負極３の配置を規制する第２規制部を構成する。このように反応室１０のケース８に正極２および負極３の移動を規制する規制部を直接設けることにより、例えば正極２および負極３を予め所定の間隔で配置させたラックをケース８に収容させる構成と比較してケース８を小型化させることができる。また、正極２および負極３は、反応室１０に設けられた規制部に直接配置させることができるため、部品点数を削減することができる。

図１に戻り、第１の実施形態に係るフロー電池１についてさらに説明する。ポンプ１１は、例えば気体ポンプであり、回収口１４および回収流路１５を経由して反応室１０から回収された気体を、供給流路１２を介して気泡発生部１３に送り出す。ポンプ１１は、気泡６の発生源である気体や電解液５に由来する水蒸気を外部に漏出させることでフロー電池１の発電性能を低減させないよう高い気密性を有するものが好ましい。

気泡発生部１３は、反応室１０の下部に配置されている。気泡発生部１３は、反応室１０のケース８の内外を連通させる供給流路１２を介してポンプ１１に接続されている。気泡発生部１３は、ポンプ１１から送られた気体を電解液５中に供給し、気泡６を発生させる。すなわち、実施形態に係るフロー電池１は、ポンプ１１および気泡発生部１３を含む気泡発生装置を備える。なお、気泡発生部１３の具体的な構成例については後述する。

気泡６は、例えば電解液５に対して不活性な気体で構成される。このような気体としては、例えば、空気、窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、またはアルゴンガスなどが挙げられる。電解液５に不活性な気体の気泡６を発生させることにより、電解液５の変性を抑制することができる。気泡発生部１３から供給された気体により発生した気泡６は、正極２と負極３との間において、電解液５中を上方に向かって流動する。電解液５中を気泡６として流動した気体は、電解液５の液面で消滅し、反応室１０における電解液５の上方に気体層７を構成する。

回収口１４は、反応室１０の上部に設けられている。回収口１４は、一方は回収流路１５を介してポンプ１１に接続されており、他方は反応室１０に構成された気体層７に開口している。回収口１４は、反応室１０から回収された気体を反応室１０の外部に排出し、ポンプ１１に送り出す。図１に示す例では、回収口１４はＺ軸方向から見て気泡発生部１３と重なる位置に配置されているが、これに限らず、気体層７に面するように開口していればいかなる位置に配置されていてもよい。また、図１に示す例では、回収口１４は一箇所に配置されているが、これに限らず、複数の回収口１４を配置するように構成されてもよい。

ここで、反応室１０における電極反応について、正極活物質として水酸化ニッケルを適用したニッケル亜鉛フロー電池を例に挙げて説明する。充電時における正極２および負極３での反応式はそれぞれ、以下のとおりである。

正極：Ｎｉ（ＯＨ）_２＋ＯＨ⁻ → ＮｉＯＯＨ＋Ｈ_２Ｏ＋ｅ⁻
負極：［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２− ＋２ｅ⁻ → Ｚｎ＋４ＯＨ⁻

反応式から明らかなように、負極３では、充電により亜鉛が析出するのに伴い、負極３の近傍における電解液５中の［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−の濃度が低下する。そして、［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−の濃度が低下した電解液５が負極３の近傍に滞留すると、負極３に析出した亜鉛がデンドライトとして成長する一因となる。すなわち、充電反応により［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−の濃度が局所的に低下した電解液５を負極３の近傍に滞留させることなく速やかに流動させると、デンドライトの成長が抑制される。

そこで、第１の実施形態に係るフロー電池１では、反応室１０の下部に設けられた気泡発生装置の気泡発生部１３から電解液５中に気体を供給して気泡６を発生させることとした。気泡６は、正極２と負極３との間において反応室１０の下方から上方に向かって電解液５中を上昇するように流動する。また、気泡６の流動に伴い、電解液５は反応室１０の内部を循環するように流動する。この点について、図３Ａ、図３Ｂを用いて説明する。

図３Ａ、図３Ｂは、第１の実施形態に係るフロー電池１が備える反応室１０の概略を示す図である。図３Ａ、図３Ｂは、図２Ｂに示す反応室１０のＩＩ−ＩＩ断面図に相当する。また、図３Ａは、気泡発生部１３を内壁８ａ，８ｂの中間部分に配置させた例であり、図３Ｂは、気泡発生部１３を内壁８ａに近い箇所に配置させた例である。

ここでまず、気泡発生部１３の構成例について、図４Ａ、図４Ｂを用いて説明する。図４Ａに示す気泡発生部１３は、一列に並ぶ複数の開口１３ａを有している。気泡発生部１３は、反応室１０の下部、より具体的には電解液５を収容したケース８の底面８ｅに配置される。気泡発生部１３は、ポンプ１１から供給された気体により、開口１３ａから電解液５中に気泡６を発生させる。

なお、図４Ａに示す開口１３ａの配置は図示したものに限らず、複数の列をなすように配列されてもよく、また開口１３ａは１つであってもよい。また、電解液５が適切に流動する限り気泡発生部１３の大きさに制限はないが、適切な電池反応を持続的に行うため、正極２および負極３に接触しないよう配置されることが好ましい。また、図４Ｂに示すように例えばセラミックスなどで構成された多孔質体を気泡発生部１３として用いてもよい。かかる場合、開口１３ａに相当する構成は不要となる。

図３Ａ、図３Ｂに戻り、気泡６の流動に伴う電解液５の循環についてさらに説明する。上記したように、正極２と負極３との間における気泡６の流動に伴い、電解液５には上昇液流が発生する。すなわち、正極２と負極３との間では、気泡６に近い箇所においてケース８の下方から上方に向かって電解液５が流動する。そして、図３Ａに示す例では、内壁８ａ，８ｂの中央部分で発生する電解液５の上昇液流に伴い、内壁８ａおよび内壁８ｂの両方の近傍において電解液５の下降液流が発生し、電解液５が内壁８ａおよび内壁８ｂに沿うようにケース８の上方から下方に向かって流動する。

これに対し、図３Ｂに示す例では、内壁８ａに沿うように流動する電解液５の上昇液流に伴い、内壁８ｂの近傍において下降液流が発生し、電解液５が内壁８ｂに沿うようにケース８の上方から下方に向かって流動する。すなわち、図３Ａ、図３Ｂに示す例ではいずれも、正極２と負極３との間の一部において気泡発生部１３を配置させることで、正極２と負極３との間の電解液５は、反応室１０の内部をＹＺ平面に沿うように循環させることができる。

このように第１の実施形態に係るフロー電池１では、［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−の濃度が局所的に低下した電解液５を速やかに循環させることで電解液５中の［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−の濃度を均一に保つことができ、デンドライトの成長に伴う負極３と正極２との導通を抑制することができる。

ここで、縦溝８ａ１と縦溝８ａ２との間隔は、好ましくは負極３と隔膜４（図１参照）との間隔が１ｃｍ以下となるように設けられる。負極３と隔膜４との間隔を１ｃｍ以下とすることにより、電極間のイオン伝導に伴う電圧低下を抑制することができる。また、気泡６を負極３の近傍により確実に流動させることができることから、電解液５中の［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−の濃度を速やかに均一化することができ、デンドライトの成長に伴う負極３と正極２との導通を抑制することができる。

上記した実施形態では、各電極の配置は内壁８ａ，８ｂにそれぞれ設けられた縦溝により規制されたが、これに限らない。以下では、この点について、図５Ａ、図５Ｂを用いて説明する。

図５Ａは、第２の実施形態に係るフロー電池１が備える反応室１０の概略を示す図であり、図５Ｂは、図５ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

内壁８ａには、図２Ａ〜図２Ｃに示す縦溝８ａ１，８ａ２に代えて、内壁８ａから突出するように構成された案内部１８ａ１，１８ａ２がそれぞれ設けられている。また、内壁８ｂには、縦溝８ｂ１，８ｂ２に代えて、内壁８ｂから突出するように構成された案内部１８ｂ１，１８ｂ２が案内部１８ａ１，１８ａ２と向かい合うようにそれぞれ設けられている。

正極２は、第１凸部としての案内部１８ａ１および案内部１８ｂ１によって支持されている。案内部１８ａ１は、正極２の側面２ａの厚みに対応する間隔で配置された凸部２２，２３を含む。また、案内部１８ｂ１は、正極２の側面２ｂの厚みに対応する間隔で配置された凸部３２，３３を含む。このため、正極２は、案内部１８ａ１および案内部１８ｂ１によってＸ軸方向の移動が規制される。

また、正極２の横幅は、内壁８ａと内壁８ｂとの間隔に対応しており、反応室１０における正極２のＹ軸方向の移動が規制される。

さらに、図５Ｂに示すように、内壁８ａには、下端２１に代えて内壁８ａから突出するように構成された当接部２４が設けられており、内壁８ｂには、下端３１に代えて当接部２４に対応する位置に内壁８ｂから突出するように構成された当接部３４が設けられている。正極２の下面２ｅは、第２凸部としての当接部２４，３４に接触するように配置されることにより、正極２は、Ｚ軸負方向、すなわち下方への移動が規制される。

次に、負極３の配置を規制する構成について説明する。負極３は、案内部１８ａ２および案内部１８ｂ２によって支持されている。案内部１８ａ２は、負極３の側面３ａの厚みに対応する間隔で配置された凸部２５，２６を含む。また、案内部１８ｂ２は、負極３の側面３ｂの厚みに対応する間隔で配置された凸部３５，３６を含む。このため、負極３は、案内部１８ａ２および案内部１８ｂ２によってＸ軸方向の移動が規制される。

また、負極３の横幅は、内壁８ａと内壁８ｂとの間隔に対応しており、反応室１０における負極３のＹ軸方向の移動が規制される。また、内壁８ｂには、内壁８ｂから突出するように構成された図示しない当接部が設けられている。負極３の下面は、図示しない当接部に接触するように配置されることにより、負極３は、Ｚ軸負方向、すなわち下方への移動が規制される。

すなわち、案内部１８ａ１、当接部２４、案内部１８ｂ１、および当接部３４は、反応室１０における正極２の配置を規制する第１規制部を構成する。同様に、案内部１８ａ２、案内部１８ｂ２および図示しない当接部は、反応室１０における負極３の配置を規制する第２規制部を構成する。このように内壁８ａおよび内壁８ｂに設けられた溝形状の規制部に代えて内壁８ａおよび内壁８ｂから突出する規制部を設けることにより、正極２および負極３のＹ軸方向の大きさを小さくすることができ、例えば製造コストを削減させることができる。

上記した実施形態では、正極２および負極３とケース８の底面８ｅとの間には電解液５が流通可能な空間を有するとして説明したが、これに限らない。この点について、図６を用いて説明する。

図６は、第１の実施形態の変形例に係るフロー電池１が備える反応室１０の概略を示す図である。図６に示す反応室１０は、縦溝８ａ１および縦溝８ｂ１ならびにここでは図示しない縦溝８ａ２および縦溝８ｂ２が底面８ｅに接触するように設けられていることを除き、図２Ａ〜図２Ｃに示す第１の実施形態に係る反応室１０と同様の構成を有している。このように構成された反応室１０によれば、正極２および負極３とケース８の底面８ｅとの間の空間を有する反応室１０と比較して、例えば、Ｚ軸方向に小型化することができる。

また、上記した実施形態では、第１規制部および第２規制部は内壁８ａ，８ｂに設けられるとして説明したが、これに限らず、底面８ｅを含む反応室１０の内面に備えていればよい。この点について、図７、図８を用いて説明する。

まず、図７について説明する。図７は、第１の実施形態の変形例に係るフロー電池１が備える反応室１０の概略を示す図である。図７に示す反応室１０は、正極２の下面２ｅの厚みに対応する幅を有する横溝８ｅ１とともに、負極３の下面の厚みに対応する幅を有する横溝（不図示）をケース８の底面８ｅに備えることを除き、図６に示す反応室１０と同様の構成を有している。

このように構成された反応室１０によれば、内壁８ａ，８ｂおよび底面８ｅの３方向において正極２および負極３の移動を規制することができ、例えば、正極２および負極３の寿命が増大する。

次に、図８について説明する。図８は、第２の実施形態の変形例に係るフロー電池１が備える反応室１０の概略を示す図である。図８に示す反応室１０は、内壁８ａ，８ｂから突出する当接部２４，３４に代えて底面８ｅから突出するように構成された当接部４４，５４を備えることを除き、図５Ａ、図５Ｂに示す反応室１０と同様の構成を有している。

このように構成された反応室１０によれば、正極２および負極３から受ける荷重により当接部４４，５４が脱落することがないため、例えば、当接部４４，５４の強度を低減させることができ、設計の自由度が向上する。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、各実施形態および変形例に係る第１規制部と第２規制部の組み合わせを適宜組み合わせて用いてもよい。また、正極２および負極３のうち一方の電極にのみ規制部を適用してもよい。かかる場合、他方の電極は例えば集電板を固定することで配置を規制するようにしてもよい。

また、上記した実施形態では、気泡発生部１３はケース８の底面８ｅに配置されているとして説明したが、これに限らず、底面８ｅの内部に埋め込まれるように配置されてもよい。

また、上記した実施形態では、気泡発生部１３は内壁８ａ，８ｂの中間部分または内壁８ａに近い箇所に偏在された例について説明したが、これに限らず、内壁８ａと内壁８ｂとの間に延在するように配置されてもよい。正極２および負極３の上下には、ＸＹ平面に沿うように流動することができる電解液５が存在する。このため、電解液５は、正極２および負極３の上方を乗り越えて内壁８ｃおよび内壁８ｄの両方に向かって平行移動するように流動し、さらに内壁８ｃおよび内壁８ｄに沿うようにケース８の上方から下方に向かって流動する。すなわち、かかる構成を有する気泡発生部１３を備えるフロー電池１によれば、電極間のみならず反応室１０の内部全体にわたって電解液５が循環することとなる。

また、上記した実施形態では、正極２および負極３はそれぞれ１つずつ反応室１０に収容されているとして説明したが、これに限らず、複数の正極２および負極３を配置してもよい。このとき、１つの正極２に対して２つの負極３が対応するように正極２と負極３とを交互に並べて配置したフロー電池１では、正極２と負極３とが１：１で対応するフロー電池１と比較して負極１つ当たりの電流密度が低下する。このため、かかる構成を有するフロー電池１によれば、負極３でのデンドライトの生成がさらに抑制されるため、負極３と正極２との導通をさらに抑制することができる。

また、上記した実施形態では、隔膜４は正極２を被覆しているとして説明したが、これに限らず、正極２と負極３との間に配置されていればよい。

なお、ポンプ１１は、常時動作していてもよいが、電力消費を抑制する観点から、電解液５中の電解質濃度に偏りが生じやすい充放電時にのみ動作させることが好ましく、デンドライトが生じやすい充電時にのみ動作させるのがより好ましい。また、電解液５中の［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−の消費レートに応じて気泡発生部１３から供給される気体の供給速度を変更するように構成してもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１フロー電池
２正極
３負極
４隔膜
５電解液
６気泡
７気体層
８ケース
９上板
１０反応室
１１ポンプ
１２供給流路
１３気泡発生部
１４回収口
１５回収流路

Claims

第１電極および第２電極と、
前記第１電極の配置を規制する第１規制部を内壁に備え、前記第１電極および前記第２電極を収容する反応室と、
前記反応室の内部に収容され、前記第１電極および前記第２電極に接触する電解液と、
前記電解液中に気体を供給して気泡を発生させる気泡発生装置と
を備えることを特徴とするフロー電池。
前記第１規制部は、前記第１電極の厚みに対応する幅を有する溝を含むことを特徴とする請求項１に記載のフロー電池。
前記第１規制部は、前記第１電極の厚みに対応する間隔で配置された複数の第１凸部を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のフロー電池。
前記第１規制部は、前記第１電極の底面の高さを規制する第２凸部を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のフロー電池。
前記内壁は、前記第２電極の配置を規制する第２規制部をさらに備えること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のフロー電池。
前記第１電極は正極であり、前記第２電極は負極であること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のフロー電池。
前記第１電極と前記第２電極との間に配置された隔膜をさらに備え、
前記気泡は、前記第２電極と前記隔膜との間の前記電解液中を流動すること
を特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のフロー電池。