JP6765900B2 - フロー電池 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、フロー電池に関する。

従来、複数の電池セルを積層して形成される２以上の積層体が電気的に直列接続された電池ユニットと、正極電解液と負極電解液とを電池ユニットに循環させる循環機構とを備えるレドックスフロー電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１５６３２５号公報

しかしながら、従来のレドックスフロー電池システムにおいては、正極電解液と負極電解液とを電池ユニットに循環させる際に生じる圧力損失が大きいという問題がある。

実施形態の一態様は、圧力損失を低減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、セルユニットと、気泡発生部と、気体供給部と、第一の容器とを備える。セルユニットは、正極と、負極と、電解液とを含む。気泡発生部は、前記電解液に気泡を発生させる。気体供給部は、前記気泡発生部に気体を供給する。第一の容器は、前記気体供給部から前記気泡発生部に供給される気体を溜める。

実施形態の一態様によれば、圧力損失を低減することができる。

図１は、実施形態に係るフロー電池の基本的な構成を示す図である。 図２は、実施形態に係るフロー電池の第一の構成を示す図である。 図３は、実施形態に係るフロー電池の第二の構成を示す図である。 図４Ａは、実施形態に係るフロー電池の第二の構成の具体例を示す図である。 図４Ｂは、実施形態に係るフロー電池の第二の構成の具体例を示す図である。 図５は、実施形態に係るフロー電池の第二の構成の変形例を示す図である。 図６は、実施形態に係るフロー電池の第三の構成を示す図である。 図７は、実施形態に係るフロー電池の第四の構成を示す図である。

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、実施形態に係るフロー電池の基本的な構成を示す図である。図１に示すフロー電池１００は、セルユニット１０ａ，１０ｂと、気泡発生部２０ａ，２０ｂと、気体供給部３０とを備える。

セルユニット１０ａ，１０ｂは、フロー電池１００を構成する電池の単位である。セルユニット１０ａ，１０ｂは、正極１１ａ，１１ｂと、負極１２ａ，１２ｂと、電解液１３ａ，１３ｂとを含む。

正極１１ａ，１１ｂは、負極１２ａ，１２ｂの電位よりも高い電位の電極である。正極１１ａ，１１ｂの材料としては、例えば、ニッケル化合物またはマンガン化合物などが挙げられる。ニッケル化合物としては、例えば、オキシ水酸化ニッケル、水酸化ニッケル、またはコバルト含有水酸化ニッケルなどが挙げられる。マンガン化合物としては、例えば、二酸化マンガンなどが挙げられる。正極１１ａ，１１ｂの材料は、コバルト化合物、黒鉛、カーボンブラック、または導電性樹脂などを含むものであってもよい。正極１１ａ，１１ｂの材料は、酸化還元電位の観点から、好ましくは、ニッケル化合物を含む。

正極１１ａ，１１ｂは、図示しない隔膜（セパレータ）によって被覆されたものであってもよい。隔膜は、正極１１ａ，１１ｂを負極１２ａ，１２ｂから分離すると共に、電解液１３ａ，１３ｂに含まれるイオンの移動を許容するように多孔質の材料で構成される。

隔膜の材料としては、例えば、隔膜が水酸化物イオン伝導性を有するように、陰イオン伝導性材料が挙げられる。陰イオン伝導性材料としては、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、または固体高分子型陰イオン伝導性材料などが挙げられる。固体高分子型陰イオン伝導性材料は、例えば、ポリマーと、周期表の第１族〜第１７族より選択された少なくとも一種類の元素を含有する、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た少なくとも一つの化合物とを含む。

隔膜は、好ましくは、水酸化物イオンよりも大きいイオン半径を備えた［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−等の金属イオン錯体の透過を抑制するように緻密な材料で構成されると共に所定の厚さを有する。緻密な材料としては、例えば、アルキメデス法で算出された９０％以上、より好ましくは９２％以上、さらに好ましくは９５％以上の相対密度を有する材料が挙げられる。所定の厚さは、例えば、１０μｍ〜１０００μｍ、より好ましくは１００μｍ〜５００μｍである。

この場合には、充電の際に、負極１２ａ，１２ｂにおいて成長する亜鉛のデンドライト（針状結晶）が正極１１ａ，１１ｂに設けられた隔膜を貫通することを抑制することができる。その結果、負極１２ａ，１２ｂと正極１１ａ，１１ｂとの間の導通を抑制することができる。

負極１２ａ，１２ｂは、正極１１ａ，１１ｂの電位よりも低い電位の電極である。負極１２ａ，１２ｂの材料としては、例えば、亜鉛、ステンレス鋼または銅のような金属の板、ステンレス鋼または銅のような金属の板の表面がニッケル、スズ、または亜鉛でメッキ処理されたものなどが挙げられる。

電解液１３ａ，１３ｂは、イオン伝導性をもつ電解質を含む液体である。電解液１３ａ，１３ｂの材料としては、例えば、亜鉛種を含有するアルカリ水溶液が挙げられる。アルカリ水溶液としては、例えば、水酸化カリウム水溶液などが挙げられる。アルカリ水溶液中の亜鉛種は、［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−である。電解液１３ａ，１３ｂとしては、例えば、水酸化カリウム水溶液に酸化亜鉛を溶解させることによって得られた酸化亜鉛の飽和水溶液を用いることができる。

ここで、酸化亜鉛の飽和水溶液は、粉末状の酸化亜鉛を含むものであってもよい。この場合には、充電の際に、負極１２ａ，１２ｂにおける亜鉛のデンドライト（針状結晶）の成長を抑制することができる。その結果、負極１２ａ，１２ｂと正極１１ａ，１１ｂとの間の導通を抑制することができる。

例えば、正極１１ａ，１１ｂの材料がオキシ水酸化ニッケルであると共に負極１２ａ，１２ｂの材料が亜鉛板である場合であって、かつ、電解液１３ａ，１３ｂが亜鉛種を含有するアルカリ水溶液である場合には、放電の際に、正極１１ａ，１１ｂおよび負極１２ａ，１２ｂにおいて、以下に示すような酸化還元反応が生じる。
正極１１ａ，１１ｂ：ＮｉＯＯＨ＋Ｈ_２Ｏ＋ｅ⁻→Ｎｉ（ＯＨ）_２＋ＯＨ⁻
負極１２ａ，１２ｂ：Ｚｎ＋４ＯＨ⁻→［Ｚｎ（ＯＨ）_４］^２−＋２ｅ⁻
一方、充電の際には、正極１１ａ，１１ｂおよび負極１２ａ，１２ｂにおいて、上記酸化還元反応の逆反応が生じる。

気泡発生部２０ａ，２０ｂは、電解液１３ａ，１３ｂに気泡を発生させる。気泡発生部２０ａ，２０ｂは、特に限定されないが、気泡発生部２０ａ，２０ｂとしては、例えば、板状の気体発生装置（バブラー）などが挙げられる。気泡発生部２０ａ，２０ｂは、例えば、５〜１００μｍの直径を有する気泡を発生させるものであってもよい。

気泡発生部２０ａ，２０ｂは、電解液１３ａ，１３ｂに接触するように、セルユニット１０ａ，１０ｂの内部または外部に設けられる。例えば、気泡発生部２０ａ，２０ｂは、電解液１３ａ，１３ｂに浸漬させられる。よって、気泡発生部２０ａ，２０ｂは、好ましくは、電解液１３ａ，１３ｂに対する耐薬品性を有する。電解液１３ａ，１３ｂに対する耐薬品性を有する気泡発生部２０ａ，２０ｂとしては、例えば、フッ素樹脂（ポリテトラ不ルオロエチレン（ＰＴＦＥ））製の気泡発生装置が挙げられる。

正極１１ａ、負極１２ａ、電解液１３ａ、および気泡発生部２０ａは、それぞれ、正極１１ｂ、負極１２ｂ、電解液１３ｂ、および気泡発生部２０ｂと同一のまたは異なるものであってよい。好ましくは、セルユニット１０ａおよびセルユニット１０ｂが同一のまたは略同一の特性を有するように、正極１１ａ、負極１２ａ、電解液１３ａ、および気泡発生部２０ａは、それぞれ、正極１１ｂ、負極１２ｂ、電解液１３ｂ、および気泡発生部２０ｂと同一のものである。

気体供給部３０は、気泡発生部２０ａ，２０ｂに気体を供給する。気体供給部３０は、特に限定されないが、気体供給部３０としては、例えば、ポンプまたはファンなどが挙げられる。

気体供給部３０は、気泡発生部２０ａ，２０ｂに、好ましくは、電解液１３ａ，１３ｂに対して不活性な気体を供給する。不活性な気体としては、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。この場合には、気泡発生部２０ａ，２０ｂは、電解液１３ａ，１３ｂに不活性な気体の気泡を発生させる。それによって、セルユニット１０ａ，１０ｂの特性を安定化させることができる。

フロー電池１００は、第一の配管４１と、第二の配管４２ａ，４２ｂと、第三の配管４３ａ，４３ｂと、第四の配管４４とをさらに備える。

第一の配管４１は、気体供給部３０の排気側に設けられる。第一の配管４１は、第二の配管４２ａ，４２ｂに分岐される。第二の配管４２ａ，４２ｂは、それぞれ、気泡発生部２０ａ，２０ｂに接続される。

第四の配管４４は、気体供給部３０の吸気側に設けられる。第四の配管４４は、第三の配管４３ａ，４３ｂに分岐される。第三の配管４３ａ，４３ｂは、それぞれ、セルユニット１０ａの内部空間とセルユニット１０ｂの内部空間に接続される。

気体供給部３０は、第一の配管４１および第二の配管４２ａ，４２ｂを通じて、気体を排気することで、気泡発生部２０ａ，２０ｂに気体を供給する。気泡発生部２０ａ，２０ｂは、それぞれ、電解液１３ａ，１３ｂに気泡を発生させる。それによって、電解液１３ａ，１３ｂは、気泡によって流動させられる。放電または充電の際には、電解液１３ａ，１３ｂの流動によって、正極１１ａ，１１ｂおよび負極１２ａ，１２ｂにおける酸化還元反応が進行する。気体供給部３０は、第三の配管４３ａ，４３ｂおよび第四の配管４４を通じて、セルユニット１０ａ，１０ｂの内部空間における気体を排気する。

このように、フロー電池１００においては、電解液１３ａ，１３ｂのような液体ではなく気体をセルユニット１０ａ，１０ｂに循環させるため、圧力損失を低減することができる。

すなわち、フロー電池１００は、正極１１ａ，１１ｂと、負極１２ａ，１２ｂと、電解液１３ａ，１３ｂとを含むセルユニット１０ａ，１０ｂと、電解液１３ａ，１３ｂに気泡を発生させる気泡発生部２０ａ，２０ｂと、気泡発生部２０ａ，２０ｂに気体を供給する気体供給部３０とを備えるため、圧力損失を低減することができる。

図１に示すフロー電池１００においては、セルユニット１０ａを通過する気体の経路の長さは、セルユニット１０ｂを通過する気体の経路の長さと異なる。

ここで、セルユニット１０ａを通過する気体の経路の長さは、概ね、気体供給部３０から気泡発生部２０ａまでの配管の長さおよびセルユニット１０ａから気体供給部３０までの配管の長さの総和である。同様に、セルユニット１０ｂを通過する気体の経路の長さは、概ね、気体供給部３０から気泡発生部２０ｂまでの配管の長さおよびセルユニット１０ｂから気体供給部３０までの配管の長さの総和である。

このように、図１に示すフロー電池１００においては、セルユニット１０ａを通過する気体の経路の長さが、セルユニット１０ｂを通過する気体の経路の長さと異なるため、気体がセルユニット１０ａを通過する際の気体の圧力損失が、気体がセルユニット１０ｂを通過する際の気体の圧力損失と異なる可能性がある。

すなわち、気体供給部３０からセルユニット１０ａにおける気泡発生部２０ａへの気体の供給の状態が、気体供給部３０からセルユニット１０ｂにおける気泡発生部２０ｂへの気体の供給の状態と異なる可能性がある。それによって、電解液１３ａにおける気泡の発生の状態が電解液１３ｂにおける気泡の発生の状態と異なる可能性がある。すなわち、電解液１３ａの流動の状態が電解液１３ｂの流動の状態と異なる可能性がある。その結果、セルユニット１０ａにおける酸化還元反応の速度が、セルユニット１０ｂにおける酸化還元反応の速度と異なる可能性がある。それに応じて、セルユニット１０ａの特性とセルユニット１０ｂの特性との間に差が生じる可能性がある。

図２は、実施形態に係るフロー電池の第一の構成を示す図である。図２に示すフロー電池１０１の構成要素のうち、図１に示すフロー電池１００の構成要素と同一または類似の構成要素には、同一の符号を付すことによって、重複する説明を省略する。

図２に示すフロー電池１０１は、図１に示すフロー電池１００の構成要素に加えて、第一の容器５０を備える。第一の容器５０は、気体供給部３０から気泡発生部２０ａ，２０ｂに供給される気体を溜める容器である。第一の容器５０の形状は、特に限定されないが、例えば、上面、下面、および四つの側面を有する直方体もしくは略直方体または立方体もしくは略立方体であってもよい。気体供給部３０から供給される気体は、第一の容器５０の内部に一時的に溜められる。

フロー電池１０１においては、第一の配管４１は、気体供給部３０と第一の容器５０とを接続する。第二の配管４２ａは、第一の容器５０と気泡発生部２０ａとを接続する。同様に、第二の配管４２ｂは、第一の容器５０と気泡発生部２０ｂとを接続する。

第一の容器５０は、吸気口５１と排気口５２ａ，５２ｂとを有する。第一の配管４１は、第一の容器５０の吸気口５１に接続される。第二の配管４２ａ，４２ｂは、それぞれ、第一の容器５０の排気口５２ａ，５２ｂに接続される。

気体供給部３０から供給される気体は、第一の配管４１および第一の容器５０の吸気口５１を通じて第一の容器５０の内部に供給される。第一の容器５０の内部に供給された気体は、第一の容器５０の排気口５２ａおよび第二の配管４２ａを通じて、気泡発生部２０ａに供給される。あるいは、第一の容器５０の内部に供給された気体は、第一の容器５０の排気口５２ｂおよび第二の配管４２ｂを通じて、気泡発生部２０ｂに供給される。

フロー電池１０１においては、気体は、気体供給部３０から、第一の配管４１および第二の配管４２ａ，４２ｂのみならず第一の容器５０を通じて、気泡発生部２０ａ，２０ｂに供給される。それによって、気体が気体供給部３０から気泡発生部２０ａ，２０ｂに供給される際の摩擦による単位時間単位流量あたりの気体のエネルギー損失を低減することができる。すなわち、気体供給部３０から気泡発生部２０ａ，２０ｂに供給される気体の圧力損失を低減することができる。

それに応じて、気体供給部３０から気泡発生部２０ａに供給される気体の圧力損失と気体供給部３０から気泡発生部２０ｂに供給される気体の圧力損失との間の差を低減することができる。

それによって、電解液１３ａにおける気泡の発生の状態と電解液１３ｂにおける気泡の発生の状態との間の差を低減することができる。すなわち、電解液１３ａの流動の状態と電解液１３ｂの流動の状態との間の差を低減することができる。その結果、セルユニット１０ａにおける酸化還元反応の速度とセルユニット１０ｂにおける酸化還元反応の速度との間の差を低減することができる。それに応じて、セルユニット１０ａの特性とセルユニット１０ｂの特性との間の差を低減することができる。

このように、フロー電池１０１は、気体供給部３０から気泡発生部２０ａ，２０ｂに供給される気体を溜める第一の容器５０をさらに備えるため、気体供給部３０から気泡発生部２０ａ，２０ｂに供給される気体の圧力損失および圧力損失の差を低減することができる。

すなわち、フロー電池１０１は、正極１１ａ，１１ｂと、負極１２ａ，１２ｂと、電解液１３ａ，１３ｂとを含むセルユニット１０ａ，１０ｂと、電解液１３ａ，１３ｂに気泡を発生させる気泡発生部２０ａ，２０ｂと、気泡発生部２０ａ，２０ｂに気体を供給する気体供給部３０と、気体供給部３０から気泡発生部２０ａ，２０ｂに供給される気体を溜める第一の容器５０とを備えるため、気体供給部３０から気泡発生部２０ａ，２０ｂに供給される気体の圧力損失および圧力損失の差を低減することができる。

図３は、実施形態に係るフロー電池の第二の構成を示す図である。図３に示すフロー電池１０２の構成要素のうち、図２に示すフロー電池１０１の構成要素と同一または類似の構成要素には、同一の符号を付すことによって、重複する説明を省略する。

図３に示すフロー電池１０２は、図２に示すフロー電池１０１の構成要素に加えて、第二の容器６０をさらに備える。第二の容器６０は、セルユニット１０ａ，１０ｂから排気される気体を溜める容器である。第二の容器６０の形状は、特に限定されないが、例えば、上面、下面、および四つの側面を有する直方体もしくは略直方体または立方体もしくは略立方体であってもよい。セルユニット１０ａ，１０ｂの内部空間から排気される気体は、第二の容器６０の内部に一時的に溜められる。

フロー電池１０２においては、第三の配管４３ａは、セルユニット１０ａの内部空間と第二の容器６０とを接続する。同様に、第三の配管４３ｂは、セルユニット１０ｂの内部空間と第二の容器６０とを接続する。第四の配管４４は、第二の容器６０と気体供給部３０とを接続する。

第二の容器６０は、吸気口６１ａ，６１ｂと排気口６２とを有する。第三の配管４３ａ，４３ｂは、第二の容器６０の吸気口６１ａ，６１ｂに接続される。第四の配管４４は、第二の容器６０の排気口６２に接続される。

セルユニット１０ａの内部空間から排気される気体は、第三の配管４３ａおよび第二の容器６０の吸気口６１ａを通じて第二の容器６０の内部に供給される。セルユニット１０ｂの内部空間から排気される気体は、第三の配管４３ｂおよび第二の容器６０の吸気口６１ｂを通じて第二の容器６０の内部に供給される。第二の容器６０の内部に供給された気体は、第二の容器６０の排気口６２および第四の配管４４を通じて、気体供給部３０に供給される。

フロー電池１０２においては、気体は、セルユニット１０ａ，１０ｂの内部空間から、第三の配管４３ａ，４３ｂおよび第四の配管４４のみならず第二の容器６０を通じて、気体供給部３０に供給される。それによって、気体がセルユニット１０ａ，１０ｂの内部空間から気体供給部３０に供給される際の摩擦による単位時間単位流量あたりの気体のエネルギー損失を低減することができる。すなわち、セルユニット１０ａ，１０ｂの内部空間から気体供給部３０に供給される気体の圧力損失を低減することができる。

それに応じて、セルユニット１０ａの内部空間から気体供給部３０に供給される気体の圧力損失とセルユニット１０ｂの内部空間から気体供給部３０に供給される気体の圧力損失との間の差を低減することができる。

それによって、セルユニット１０ａの内部空間における気体の圧力とセルユニット１０ｂの内部空間における気体の圧力との間の差を低減することができる。それに応じて、電解液１３ａに発生する気泡の状態と電解液１３ｂに発生する気泡の状態との間の差を低減することができる。すなわち、電解液１３ａの流動の状態と電解液１３ｂの流動の状態との間の差を低減することができる。その結果、セルユニット１０ａにおける酸化還元反応の速度とセルユニット１０ｂにおける酸化還元反応の速度との間の差を低減することができる。それに応じて、セルユニット１０ａの特性とセルユニット１０ｂの特性との間の差を低減することができる。

このように、フロー電池１０２は、複数のセルユニット１０ａ，１０ｂから排気される気体を溜める第二の容器６０をさらに備えるため、セルユニット１０ａ，１０ｂの内部空間から気体供給部３０に供給される気体の圧力損失および圧力損失の差を低減することができる。

図４Ａおよび図４Ｂは、実施形態に係るフロー電池の第二の構成の具体例を示す図である。図４Ａおよび４Ｂに示すフロー電池１０３の構成要素のうち、図３に示すフロー電池１０２の構成要素と同一または類似の構成要素には、同一の符号を付すことによって、重複する説明を省略する。

図４Ａは、フロー電池１０３の正面図を示す。図４Ｂは、フロー電池１０３の側面図を示す。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、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、三次元の直交座標系を示す。このような直交座標系を、後述の説明に用いる他の図面でも示すことがある。

フロー電池１０３は、セルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、気泡発生部２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、気体供給部３０と、第一の容器５０と、第二の容器６０とを備える。セルユニット１０ｃは、セルユニット１０ａ，１０ｂと同様に、正極１１ｃと、負極１２ｃと、電解液１３ｃとを含む。

フロー電池１０３は、互いに隣接して設けられる三個のセルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを含む。

しかしながら、フロー電池１０３に含まれるセルユニットの数および配置は、特に限定されない。例えば、フロー電池１０３は、互いに隣接して設けられる数十個のセルユニットを含むものであってもよい。

セルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、一枚の正極１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび一枚の負極１２ａ，１２ｂ，１２ｃを含む。

しかしながら、セルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃにおける正極１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび負極１２ａ，１２ｂ，１２ｃの数および配置は、特に限定されない。例えば、セルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、互いに並列に接続された複数の正極１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび複数の負極１２ａ，１２ｂ，１２ｃを含むものであってもよい。

気泡発生部２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、一枚の正極１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび一枚の負極１２ａ，１２ｂ，１２ｃの間における電解液１３ａ，１３ｂ，１３ｃに気泡を発生させるように設けられる。

しかしながら、セルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃに対する気泡発生部２０ａ，２０ｂ，２０ｃの数および配置は、特に限定されない。例えば、複数の気泡発生部２０ａ，２０ｂ，２０ｃが、一枚の正極１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび一枚の負極１２ａ，１２ｂ，１２ｃの間以外の場所における電解液１３ａ，１３ｂ，１３ｃに気泡を発生させるように設けられてもよい。

第一の容器５０および第二の容器６０は、例えば、セルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの内部空間の付近に配置される。

第一の容器５０は、例えば、Ｌ字状の第一の配管４１によって気体供給部３０と接続される。第一の容器５０は、例えば、Ｌ字状の第二の配管４２ａ，４２ｂ，４２ｃによって気泡発生部２０ａ，２０ｂ，２０ｃと接続される。

第二の容器６０は、例えば、Ｌ字状の第二の配管４３ａ等によってセルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの内部空間と接続される。第二の容器６０は、例えば、Ｌ字状の第一の配管４４によって気体供給部３０と接続される。

フロー電池１０３において、気体供給部３０は、好ましくは、セルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの上面および第一の容器５０の上面よりも高い位置に設けられる。この場合には、重力の作用によって気体供給部３０から第一の容器５０を通じて気泡発生部２０ａ，２０ｂ，２０ｃに気体をより効率的に供給することができる。

気体供給部３０は、より好ましくは、セルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの上面、第一の容器５０の上面、および第二の容器６０の上面よりも高い位置に設けられる。この場合には、重力の作用によって気体供給部３０から第一の容器５０を通じて気泡発生部２０ａ，２０ｂ，２０ｃに気体をより効率的に供給すると共にセルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの内部空間から第二の容器６０を通じて気体供給部３０に気体をより短い経路で供給することができる。

フロー電池１０３において、第一の容器５０は、好ましくは、セルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃに取り付けられる。この場合には、第一の容器５０をセルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃに対して固定することができる。それによって、フロー電池１０３をより容易に構成することができる。

フロー電池１０３において、第二の容器６０は、好ましくは、セルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃに取り付けられる。この場合には、第二の容器６０を複数のセルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃに対して固定することができる。それによって、フロー電池１０３をより容易に構成することができる。

フロー電池１０３において、第一の容器５０は、好ましくは、セルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの上面よりも高い位置に吸気口および排気口を有する。この場合には、重力の作用によって気体供給部３０から第一の容器５０の吸気口および排気口を通じて気泡発生部２０ａ，２０ｂ，２０ｃに気体をより効率的に供給することができる。

フロー電池１０３において、第二の容器６０は、好ましくは、セルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの上面よりも高い位置に吸気口および排気口を有する。この場合には、セルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの内部空間から第二の容器６０の吸気口および排気口を通じて気体供給部３０に気体をより短い経路で供給することができる。

フロー電池１０３において、第一の容器５０は、好ましくは、第一の容器５０の上面の中央に吸気口を有する。この場合には、第一の容器５０の上面の中央に設けられた吸気口から供給される気体を、第一の容器５０の中央から第一の容器５０の端へ均等にまたは略均等に供給することができる。それに応じて、第一の容器５０の中央付近に設けられたセルユニット１０ｂにおける気泡発生部２０ｂおよび第一の容器５０の端付近に設けられたセルユニット１０ａ，１０ｃにおける気泡発生部２０ａ，２０ｃに均等にまたは略均等に気体を供給することができる。

フロー電池１０３において、第二の容器６０は、好ましくは、第二の容器６０の上面の中央に排気口を有する。この場合には、第二の容器６０の上面の中央に設けられた吸気口から供給される気体を、第二の容器６０の中央から第二の容器６０の端へ均等にまたは略均等に供給することができる。それに応じて、第二の容器６０の中央付近に設けられたセルユニット１０ｂの内部空間および第二の容器６０の端付近に設けられたセルユニット１０ａ，１０ｃの内部空間から均等にまたは略均等に気体を排気することができる。

フロー電池１０３において、第一の容器５０は、好ましくは、セルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃと対向する面に排気口を有する。この場合には、第一の容器５０とセルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃとを接続する第二の配管４２ａ，４２ｂ，４２ｃの長さを低減することができる。

フロー電池１０３において、第二の容器６０は、好ましくは、セルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃと対向する面に吸気口を有する。この場合には、第二の容器６０とセルユニット１０ａ等とを接続する第三の配管４３ａ等の長さを低減することができる。

フロー電池１０３において、第二の配管４２ａ，４２ｂ，４２ｃの径Ｄ４２ａ，Ｄ４２ｂ，Ｄ４２ｃは、好ましくは、第一の配管４１の径Ｄ４１よりも小さい。この場合には、気体供給部３０から、第一の配管４１、第一の容器５０、第二の配管４２ａ，４２ｂ，４２ｃを通じて、気泡発生部２０ａ，２０ｂ，２０ｃに供給される気体の流れを安定化させることができる。

フロー電池１０３において、第三の配管４３ａ等の径Ｄ４３ａ等は、好ましくは、第四の配管Ｄ４４の径よりも小さい。この場合には、セルユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの内部空間から、第三の配管４３ａ等、第二の容器６０、第四の配管４４を通じて、気体供給部３０に供給される気体の流れを安定化させることができる。

図５は、実施形態に係るフロー電池の第二の構成の変形例を示す図である。図５に示すフロー電池１０４の構成要素のうち、図４Ａに示すフロー電池１０３の構成要素と同一または類似の構成要素には、同一の符号を付すことによって、重複する説明を省略する。

図５に示すフロー電池１０４においては、第一の容器５０は、気泡発生部２０ａ等の付近に配置されると共に、直線状の第二の配管４２ａ等によって気泡発生部２０ａ等と接続される。この場合には、第一の容器５０と気泡発生部２０ａ等を接続する第二の配管４２ａ等の長さを低減することができる。

図５に示すフロー電池１０４においては、第二の容器６０は、セルユニット１０ａ等の内部空間の付近に配置されると共に、直線状の第三の配管４３ａ等によってセルユニット１０ａ等の内部空間と接続される。この場合には、第二の容器６０とセルユニット１０ａ等の内部空間を接続する第三の配管４３ａ等の長さを低減することができる。

図５に示すように、第一の容器５０および第二の容器６０の少なくとも一方は、セルユニット１０ａから離れるように設けられてもよい。

直線状の第二の配管４２ａ等によって第一の容器５０をセルユニット１０ａ等に含まれる電解液１３ａ等に浸漬された気泡供給部２０ａ等と接続する場合には、例えば、セルユニット１０ａ等の枠部と第二の配管４２ａ等との間の間隙を塞ぐようにシール剤７０が設けられる。この場合には、セルユニット１０ａ等の枠部と第二の配管４２ａ等との間の間隙から電解液１３ａ等が漏れることを予防することができる。シール剤７０は、特に限定されないが、シール剤７０としては、例えば、シリコーン系シール剤、変性シリコーン系シール剤、またはウレタン系シール剤などが挙げられる。

図６は、実施形態に係るフロー電池の第三の構成を示す図である。図６に示すフロー電池１０５の構成要素のうち、図４Ａおよび図４Ｂに示すフロー電池１０３の構成要素と同一または類似の構成要素には、同一のまたは類似の符号を付すことによって、重複する説明を省略する。

図６に示すフロー電池１０５は、気体供給部３０と、水平方向（図６におけるＹ方向）に配列された二個のセルモジュールとを含む。

一方のセルモジュールは、セルユニット１０ａａ，１０ｂａ，１０ｃａと、第一の容器５０ａと、第二の容器６０ａと、第一の配管４１ａと、図示しない第二の配管と、図示しない第三の配管と、第四の配管４４ａとを含む。ここで、一方のセルモジュールに含まれる構成要素を示す符号は、図４Ａおよび図４Ｂに示すフロー電池１０３の対応する構成要素を示す符号に“ａ”の文字をさらに付したものである。

他方のセルモジュールは、セルユニット１０ａｂ，１０ｂｂ，１０ｃｂと、第一の容器５０ｂと、第二の容器６０ｂと、第一の配管４１ｂと、図示しない第二の配管と、図示しない第三の配管と、第四の配管４４ｂとを含む。ここで、他方のセルモジュールに含まれる構成要素を示す符号は、図４Ａおよび図４Ｂに示すフロー電池１０３の対応する構成要素を示す符号に“ｂ”の文字をさらに付したものである。

図６に示すフロー電池１０５においては、気体供給部３０の排気側の配管は、第一の配管４１ａ，４１ｂに分岐している。気体供給部３０の吸気側の配管は、第四の配管４４ａ，４４ｂに分岐している。

一方のモジュールにおいては、気体は、気体供給部３０、第一の配管４１ａ、第一の容器５０ａ、図示しない第二の配管、セルユニット１０ａａ，１０ｂａ，１０ｃａ、図示しない第三の配管、第二の容器６０ａ、第四の配管４４ａを通じて循環する。

他方のモジュールにおいては、気体は、気体供給部３０、第一の配管４１ｂ、第一の容器５０ｂ、図示しない第二の配管、セルユニット１０ａｂ，１０ｂｂ，１０ｃｂ、図示しない第三の配管、第二の容器６０ｂ、第四の配管４４ｂを通じて循環する。

図６に示すように、一方のモジュールにおける第一の配管４１ａの長さおよび第四の配管４４ａの長さは、好ましくは、それぞれ、他方のモジュールにおける第一の配管４１ｂの長さおよび第四の配管４４ｂの長さと同一または略同一である。この場合には、一方のモジュールにおいて循環する気体の圧力損失と他方のモジュールにおいて循環する気体の圧力損失との差をさらに低減することができる。

しかしながら、一方のモジュールにおける第一の配管４１ａの長さおよび第四の配管４４ａの長さは、それぞれ、他方のモジュールにおける第一の配管４１ｂの長さおよび第四の配管４４ｂの長さと異なるものであってもよい。

このような場合であっても、一方のモジュールに第一の容器５０ａおよび第二の容器６０ａが設けられると共に他方のモジュールに第一の容器５０ｂおよび第二の容器６０ｂが設けられるため、一方のモジュールにおいて循環する気体の圧力損失と他方のモジュールにおいて循環する気体の圧力損失との差を低減することができる。

図７は、実施形態に係るフロー電池の第四の構成を示す図である。図７に示すフロー電池１０６の構成要素のうち、図６に示すフロー電池１０５の構成要素と同一または類似の構成要素には、同一のまたは類似の符号を付すことによって、重複する説明を省略する。

図７に示すフロー電池１０６は、気体供給部３０と、鉛直方向（図７におけるＺ方向）に配列された二個のセルモジュールとを含む。

一方のセルモジュールは、セルユニット１０ａａ等と、第一の容器５０ａと、第二の容器６０ａと、第一の配管４１ａと、第二の配管４２ａａ等と、第三の配管４３ａａ等と、第四の配管４４ａとを含む。

他方のセルモジュールは、セルユニット１０ａｂ等と、第一の容器５０ｂと、第二の容器６０ｂと、第一の配管４１ｂと、第二の配管４２ａｂ等と、第三の配管４３ａｂ等と、第四の配管４４ｂとを含む。

図７に示すフロー電池１０６においては、気体供給部３０の排気側の配管は、第一の配管４１ａ，４１ｂに分岐している。気体供給部３０の吸気側の配管は、第四の配管４４ａ，４４ｂに分岐している。

一方のモジュールにおいては、気体は、気体供給部３０、第一の配管４１ａ、第一の容器５０ａ、第二の配管４２ａａ等、セルユニット１０ａａ等、第三の配管４３ａａ等、第二の容器６０ａ、第四の配管４４ａを通じて循環する。

他方のモジュールにおいては、気体は、気体供給部３０、第一の配管４１ｂ、第一の容器５０ｂ、第二の配管４２ａｂ等、セルユニット１０ａｂ等、第三の配管４３ａｂ等、第二の容器６０ｂ、第四の配管４４ｂを通じて循環する。

図７に示すフロー電池１０６においては、一方のモジュールにおける第一の配管４１ａの長さおよび第四の配管４４ａの長さが、それぞれ、他方のモジュールにおける第一の配管４１ｂの長さおよび第四の配管４４ｂの長さと異なる。

しかしながら、一方のモジュールに第一の容器５０ａおよび第二の容器６０ａが設けられると共に他方のモジュールに第一の容器５０ｂおよび第二の容器６０ｂが設けられるため、一方のモジュールにおいて循環する気体の圧力損失と他方のモジュールにおいて循環する気体の圧力損失との差を低減することができる。

上述した実施形態に係るフロー電池は、複数のセルユニットを備えるものであるが、フロー電池は、単数のセルユニットを備えるものであってもよい。例えば、フロー電池は、複数の気泡発生部が設けられた単数のセルユニットを備えるものであってもよい。

上述した実施形態に係るフロー電池は、複数の気泡発生部を備えるものであるが、フロー電池は、単数の気泡発生部を備えるものであってもよい。例えば、フロー電池は、複数の第二の配管が設けられた単数の気泡発生部を備えるものであってもよい。

上述した実施形態に係るフロー電池においては、正極が隔膜によって被覆されるが、隔膜は、正極と負極との間に設けられてもよい。隔膜が、正極と負極との間に設けられる場合には、正極と隔膜との間における電解液および負極と隔膜との間における電解液に気泡を発生させるように気泡発生部が設けられる。

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。

１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ａａ，１０ｂａ，１０ｃａ，１０ａｂ，１０ｂｂ，１０ｃｂ セルユニット
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 正極
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 負極
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 電解液
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 気泡発生部
３０ 気体供給部
４１，４１ａ，４１ｂ 第一の配管
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ａａ，４２ａｂ 第二の配管
４３ａ，４３ｂ，４３ａａ，４３ａｂ 第三の配管
４４，４４ａ，４４ｂ 第四の配管
５０，５０ａ，５０ｂ 第一の容器
５１ 吸気口
５２ａ，５２ｂ 排気口
６０，６０ａ，６０ｂ 第二の容器
６１ａ，６１ｂ 吸気口
６２ 排気口
７０ シール剤
１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６ フロー電池
Ｄ４１，Ｄ４２ａ，Ｄ４２ｂ，Ｄ４２ｃ，Ｄ４３ａ，Ｄ４４ 径

Claims (8)

1. 第一の正極と、第一の負極と、第一の電解液とを含む第一のセルユニットと、
   第二の正極と、第二の負極と、第二の電解液とを含む第二のセルユニットと、
   前記第一の電解液に気泡を発生させる第一の気泡発生部と、
   前記第二の電解液に気泡を発生させる第二の気泡発生部と、
   前記第一の気泡発生部および前記第二の気泡発生部に気体を供給する気体供給部と、
   前記気体供給部から前記第一の気泡発生部および前記第二の気泡発生部に供給される気体を溜める第一の容器と
   を備えると共に、
   前記気体供給部から供給される気体は、前記第一の容器、前記第一の気泡発生部、および前記第一のセルユニットを通じて、および、前記第一の容器、前記第二の気泡発生部、および前記第二のセルユニットを通じて、前記気体供給部に供給される
   ことを特徴とするフロー電池。
2. 前記第一の容器は、
   前記第一のセルユニットの上面および前記第二のセルユニットの上面よりも高い位置に吸気口および排気口を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のフロー電池。
3. 前記第一の容器は、
   前記第一の容器の上面の中央に吸気口を有する
   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。
4. 前記第一の容器は、
   前記第一のセルユニットと対向する面における第一の排気口および前記第二のセルユニットと対向する面における第二の排気口を有する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のフロー電池。
5. 前記気体供給部は、
   前記第一のセルユニットの上面、前記第二のセルユニットの上面、および前記第一の容器の上面よりも高い位置に設けられる
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のフロー電池。
6. 前記気体供給部と前記第一の容器とを接続する第一の配管と、
   前記第一の容器と前記第一の気泡発生部とを接続する第二の配管と、
   前記第一の容器と前記第二の気泡発生部とを接続する第三の配管と
   をさらに備え、
   前記第二の配管の径および前記第三の配管の径は、
   前記第一の配管の径よりも小さい
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のフロー電池。
7. 前記第一の容器は、
   前記第一のセルユニットおよび前記第二のセルユニットに取り付けられる
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のフロー電池。
8. 前記第一のセルユニットから排気される気体および前記第二のセルユニットから排気される気体を溜める第二の容器
   をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のフロー電池。

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