JP7044020B2

JP7044020B2 - フロー電池

Info

Publication number: JP7044020B2
Application number: JP2018177586A
Authority: JP
Inventors: 勇輝梅村; 奏田丸
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2022-03-30
Anticipated expiration: 2038-09-21
Also published as: JP2020047563A

Description

本発明は、フロー電池に関する。

従来から、フロー型の電池が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このフロー電池は、活物質（活物質粒子）と集電体とが接触し易いように、電解液（負極液）の流れと交差するように集電体が配置されている。

特許第５４１７４４１号公報

特許文献１に開示されているフロー電池は、集電体が多孔質状になっており、そこを活物質が通過する際の集電体と活物質の衝突を増加させて集電効率を高くすることが開示されているが、活物質と集電体とを十分に接触させられる構成ではなく、活物質からの集電効率を向上させることが難しい虞がある。

本発明の目的は、活物質からの集電効率を向上させることができるフロー電池を提供することにある。

かかる目的を達成するために、本発明のフロー電池は、電極と、電極を収容するセルと、を備えた発電部と、セルに活物質が含浸された電解液を加圧して循環させる循環部と、を有している。電極は、セルに循環される活物質の循環方向と交差する方向に突出した集電部と、集電部を循環方向に沿って貫通し、満充電状態のときの活物質の外径よりも小さく、完全放電状態のときの活物質の外径よりも大きい内径を備えた貫通部と、を備えている。

本発明によれば、活物質からの集電効率を向上させることができるフロー電池を実現することができる。

実施形態のフロー電池が設けられた車両と給電設備を示す模式図。図１のフロー電池を示す斜視図。図２のフロー電池の要部を部分的に断面で示す斜視図。図３のフロー電池を示す端面図。フロー電池の制御を示すフローチャート。

「実施形態のフロー電池１００が設けられた車両１０における充放電」
実施形態のフロー電池１００が設けられた車両１０における充放電について、図１を参照して説明する。

フロー電池１００の充電は、次の様に行われる。すなわち、フロー電池１００が設けられた車両１０には、給電設備２０から充電用ケーブル２１を介して交流の電力が供給される。その交流の電力は、インバータ１１によって直流の電力に変換された後、フロー電池１００に入力される。給電設備２０は、例えば、住宅の駐車場に設置された屋外コンセントや、商業施設の駐車場に設置された電気スタンドである。ここで、フロー電池１００は、給電設備２０からの充電に加えて、車両１０の減速等に伴う回生エネルギーによって充電することもできる。この場合、回転エネルギーは、図示せぬ発電機によって交流の電力にされ、インバータ１１によって直流の電力に変換された後、フロー電池１００に供給される。

フロー電池１００の放電（給電）は、次の様に行われる。すなわち、フロー電池１００からインバータ１１に対して、正極電源ケーブル１１３と負極電源ケーブル１１６を介して、直流の電力が出力される。インバータ１１は、直流から交流に変換した電力を、給電用第１ケーブル１２を介して、前輪１３を回転させる前輪用モータ１４に供給する。又、インバータ１１は、直流から交流に変換した電力を、給電用第２ケーブル１５を介して、後輪１６を回転させる後輪用モータ１７に供給する。

「実施形態のフロー電池１００の構成」
実施形態のフロー電池１００の構成（発電部１１０、正極側循環部１２０、負極側循環部１３０、計側部１４０及び制御部１５０）について、図１から図４を参照して説明する。

「発電部１１０の構成」
発電部１１０は、図１から図４に示すように、給電設備２０から充電される。又、発電部１１０は、図１に示すように、車両１０の前輪用モータ１４及び後輪用モータ１７等に給電する。

発電部１１０は、図２等に示すように、正極電極１１１と、正極セル１１２と、正極電源ケーブル１１３と、負極電極１１４と、負極セル１１５と、負極電源ケーブル１１６と、隔膜１１７から構成されている。

正極電極１１１は、図２から図４に示すように、例えば、板状に形成され、金属と炭素繊維の複合体からなる。

正極セル１１２は、図２から図４に示すように、長方体形状からなり、側面から内部に窪んだ収容部１１２ａが形成されている。収容部１１２ａには、起立した状態の正極電極１１１が収容されている。正極セル１１２の収容部１１２ａは、隔膜１１７を介して、負極セル１１５の収容部１１５ａと対向している。正極セル１１２の上部には、収容部１１２ａまで貫通した導入孔１１２ｂが形成され、正極側導入管１２４と連結されている。正極セル１１２の下部には、収容部１１２ａまで貫通した導出孔１１２ｃが形成され、正極側導出管１２５と連結されている。正極セル１１２には、導入孔１１２ｂと導出孔１１２ｃを介して、正極側タンク１２３に収容され正極活物質１２１が含浸された正極電解液１２２が循環される。

正極電源ケーブル１１３は、図１から図４に示すように、一端が正極セル１１２に設けられた正極電極１１１に接続され、他端が車両１０に設けられたインバータ１１に接続されている。

負極電極１１４は、図２から図４に示すように、負極セル１１５に循環される負極活物質１３１の循環方向Ｘと交差する方向に突出した第１集電部１１４ｂ等と、第１集電部１１４ｂを循環方向Ｘに沿って貫通し満充電状態のときの負極活物質１３１の外径よりも小さく、完全放電状態のときの負極活物質１３１の外径よりも大きい内径を備えた第１貫通部１１４ｅ等を備えている。尚、ここでいう満充電状態のときの負極活物質１３１の外径とは、負極活物質１３１の外径の最大外径であり、完全放電状態のときの負極活物質１３１の外径とは、負極活物質１３１の外径の最小外径である。また、完全放電状態とは、負極活物質１３１が放電しきった状態、換言すると、負極活物質１３１がエネルギーを放出しきった状態を表す。

具体的には、負極電極１１４は、図４に示すように、垂直方向に延伸した板状の支持部１１４ａと、支持部１１４ａから水平方向に突出した板状の第１集電部１１４ｂと、第１集電部１１４ｂの下方において支持部１１４ａから水平方向に突出した板状の第２集電部１１４ｃと、第２集電部１１４ｃの下方において支持部１１４ａから水平方向に突出した板状の第３集電部１１４ｄから構成されている。

負極電極１１４は、少なくとも、第１集電部１１４ｂ、第２集電部１１４ｃ及び第３集電部１１４ｄが、十分な導電性を備えた金属素線をメッシュ状に織り込まれて構成されている。又、支持部１１４ａ、第１集電部１１４ｂ、第２集電部１１４ｃ及び第３集電部１１４ｄは、導電助剤が付加されている。すなわち、図４等において、負極電極１１４は、相当簡略化して図示している。

負極電極１１４において、第１集電部１１４ｂには、垂直方向に貫通した第１貫通部１１４ｅが格子状に形成されている。第２集電部１１４ｃには、垂直方向に貫通した第２貫通部１１４ｆが格子状に形成されている。第３集電部１１４ｄには、垂直方向に貫通した第３貫通部１１４ｇが格子状に形成されている。第１集電部１１４ｂにおける第１貫通部１１４ｅの開口面積は、第２集電部１１４ｃにおける第２貫通部１１４ｆの開口面積よりも、大きい。第２集電部１１４ｃにおける第２貫通部１１４ｆの開口面積は、第３集電部１１４ｄにおける第３貫通部１１４ｇの開口面積よりも、大きい。第１集電部１１４ｂ、第２集電部１１４ｃ及び第３集電部１１４ｄを構成するメッシュ状に織り込まれた金属素線の間隔が相対的に長くなる程、第１貫通部１１４ｅ、第２貫通部１１４ｆ及び第３貫通部１１４ｇの開口面積が相対的に増加する。尚、第３集電部１１４ｄにおける第３貫通部１１４ｇの開口面積は、放電しきった状態の負極活物質１３１ｄの外径よりも大きい面積で構成される。

負極セル１１５は、図２から図４に示すように、長方体形状からなり、側面から内部に窪んだ収容部１１５ａが形成されている。収容部１１５ａには、負極電極１１４が収容されている。収容部１１５ａにおいて、負極電極１１４の支持部１１４ａが奥側に位置し、負極電極１１４の第１集電部１１４ｂ等の先端が手前側に位置する。負極セル１１５の上部には、収容部１１５ａまで貫通した導入孔１１５ｂが形成され、負極側導入管１３４と連結されている。負極セル１１５の下部には、収容部１１５ａまで貫通した導出孔１１５ｃが形成され、負極側導出管１３５と連結されている。負極セル１１５には、導入孔１１５ｂと導出孔１１５ｃを介して、負極側タンク１３３に収容され負極活物質１３１が含浸された負極電解液１３２が循環される。負極セル１１５の下部には、収容部１１５ａまで貫通した排出孔１１５ｄが形成され、負極側排出管１３７と連結されている。

負極電源ケーブル１１６は、図１から図４に示すように、一端が負極セル１１５に設けられた負極電極１１４に接続され、他端が車両１０に設けられたインバータ１１に接続されている。

隔膜１１７は、図２から図４に示すように、板状に形成されたイオン交換膜からなる。隔膜１１７は、正極セル１１２の収容部１１２ａと負極セル１１５の収容部１１５ａを隔てるように設けられている。隔膜１１７は、正極セル１１２と負極セル１１５の間で、バナジウムイオンを通過させる。隔膜１１７は、正極セル１１２内の正極電解液１２２に含浸された正極活物質１２１と、負極セル１１５内の負極電解液１３２に含浸された負極活物質１３１が混ざり合うことを防止する。

「正極側循環部１２０の構成」
正極側循環部１２０は、図１から図４に示すように、発電部１１０の正極セル１１２に対して、正極活物質１２１が含浸された正極電解液１２２を循環させる。

正極側循環部１２０は、図２等に示すように、正極活物質１２１と、正極電解液１２２と、正極側タンク１２３と、正極側導入管１２４と、正極側導出管１２５と、正極側ポンプ１２６から構成されている。

正極活物質１２１は、図２から図４に示すように、例えばバナジウムからなる。正極活物質１２１は、酸化反応によってフロー電池１００の充電に寄与し、還元反応によってフロー電池１００の放電に寄与する。例えば、４価の正極活物質１２１は、充電時において、電子を放出することによって、５価の正極活物質１２１に酸化される。尚、正極活物質１２１には、様々な材料を適用することができ、リチウムイオン二次電池に用いる正極活物質の材料も適用することができる。

正極電解液１２２は、図２から図４に示すように、例えば、電解質の硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）を、溶媒の水に含有させたものである。正極電解液１２２は、正極活物質１２１を含浸させた状態で保持する。

正極側タンク１２３は、図２に示すように、正極活物質１２１が含浸された正極電解液１２２を収容する容器である。

正極側導入管１２４は、図２に示すように、正極側タンク１２３の下流側と正極セル１１２の上流側に連結された配管である。正極側導入管１２４は、正極側タンク１２３から正極セル１１２に対して、正極活物質１２１が含浸された正極電解液１２２を導入（供給）する。

正極側導出管１２５は、図２に示すように、正極セル１１２の下流側と正極側タンク１２３の上流側に連結された配管である。正極側導出管１２５は、正極セル１１２から正極側タンク１２３に対して、正極活物質１２１が含浸された正極電解液１２２を導出（排出）する。

正極側ポンプ１２６は、図２に示すように、正極側導入管１２４に連結された送液用のポンプである。正極側ポンプ１２６は、正極側タンク１２３と正極セル１１２の間で、正極活物質１２１が含浸された正極電解液１２２を循環させる。

「負極側循環部１３０の構成」
負極側循環部１３０は、図１から図４に示すように、発電部１１０の負極セル１１５に対して、負極活物質１３１が含浸された負極電解液１３２を加圧して循環させる。

負極側循環部１３０は、図２等に示すように、負極活物質１３１と、負極電解液１３２と、負極側タンク１３３と、負極側導入管１３４と、負極側導出管１３５と、負極側ポンプ１３６と、負極側排出管１３７と、負極側導入弁１３８Ｐと、負極側導出弁１３８Ｑと、負極側排出弁１３８Ｒから構成されている。

負極活物質１３１は、図２から図４に示すように、正極活物質１２１と同様に、例えばバナジウムからなる。負極活物質１３１は、還元反応によってフロー電池１００の充電に寄与し、酸化反応によってフロー電池１００の放電に寄与する。例えば、３価の負極活物質１３１は、充電時において、隔膜１１７を介して正極活物質１２１から電子を吸収することによって、２価の負極活物質１３１に還元される。尚、負極活物質１３１には、様々な材料を適用することができ、リチウムイオン二次電池に用いる負極活物質の材料も適用することができる。

負極電解液１３２は、図２から図４に示すように、正極電解液１２２と同様に、例えば、電解質の硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）を、溶媒の水に含有させたものである。負極電解液１３２は、負極活物質１３１を含浸させた状態で保持する。負極電解液１３２は、液状よりも相対的に粘度が高い半固形状からなる。

負極側タンク１３３は、図２に示すように、負極活物質１３１が含浸された負極電解液１３２を収容する容器である。

負極側導入管１３４は、図２に示すように、負極側タンク１３３の下流側と負極セル１１５の上流側に連結された配管である。負極側導入管１３４は、負極側タンク１３３から負極セル１１５に対して、負極活物質１３１が含浸された負極電解液１３２を導入（供給）する。

負極側導出管１３５は、図２に示すように、負極セル１１５の下流側と負極側タンク１３３の上流側に連結された配管である。負極側導出管１３５は、負極セル１１５から負極側タンク１３３に対して、負極活物質１３１が含浸された負極電解液１３２を導出（排出）する。

負極側ポンプ１３６は、図２に示すように、負極側導入管１３４に連結された送液用のポンプである。負極側ポンプ１３６は、負極側タンク１３３と負極セル１１５の間で、負極活物質１３１が含浸された負極電解液１３２を循環させる。

負極側排出管１３７は、図２に示すように、負極セル１１５の下流側に連結された配管である。負極側排出管１３７は、フロー電池１００の放電に伴って十分に酸化反応した負極活物質１３１が含浸された負極電解液１３２を、負極セル１１５から負極側タンク１３３に循環させることなく、外部に排出する。

負極側導入弁１３８Ｐは、図２に示すように、負極側導入管１３４に連結された電磁弁である。負極側導入弁１３８Ｐによって、負極側導入管１３４の流路径を調整して、負極側タンク１３３から負極セル１１５に導入される負極活物質１３１が含浸された負極電解液１３２の流量を制御する。

負極側導出弁１３８Ｑは、図２に示すように、負極側導出管１３５に連結された電磁弁である。負極側導出弁１３８Ｑによって、負極側導出管１３５の流路径を調整して、負極セル１１５から負極側タンク１３３に導出される負極活物質１３１が含浸された負極電解液１３２の流量を制御する。負極側導出弁１３８Ｑと負極側導入弁１３８Ｐによって、負極セル１１５における負極活物質１３１が含浸された負極電解液１３２の流速や内圧を制御する。

負極側排出弁１３８Ｒは、図２に示すように、負極側排出管１３７に連結された電磁弁である。負極側排出弁１３８Ｒによって、負極側排出管１３７を開閉して、負極セル１１５から外部に対して、負極活物質１３１が含浸された負極電解液１３２を排出する。

「計側部１４０」
計側部１４０は、図１から図４に示すように、負極側循環部１３０の負極セル１１５において、負極活物質１３１が含浸された負極電解液１３２の濃度と重量を測定する。計側部１４０は、その測定結果に基づいて、負極セル１１５内の負極活物質１３１の状態（体積又は形状）を計測する。

計側部１４０は、図２等に示すように、光源１４１と、受光器１４２と、重量計１４３から構成されている。

光源１４１は、少なくとも負極電解液１３２を十分に透過する波長の光Ｅを導出するレーザ発振機、ＬＥＤ光源又はランプ光源等からなる。光源１４１は、負極セル１１５の側壁に対向して設けられている。光源１４１から導出された光Ｅは、レンズによって平行光に変換された後、負極セル１１５の側壁に設けられた図示せぬ窓材を透過して、負極活物質１３１が含浸された負極電解液１３２に照射される。

受光器１４２は、光源１４１から導出される光Ｅに十分な感度を有するセンサーからなる。センサーには、例えば、Ｓｉフォトダイオードを用いる。受光器１４２は、負極セル１１５を介して光源１４１と対向するように、負極セル１１５の側壁に取り付けられている。受光器１４２は、負極活物質１３１が含浸された負極電解液１３２を透過した光Ｅを受光する。

重量計１４３は、負極セル１１５の重量を測定するセンサーである。重量計１４３は、負極セル１１５を下方から支持するように設けられている。重量計１４３は、負極セル１１５が負極活物質１３１が含浸された負極電解液１３２によって満たされた状態で、負極セル１１５の重量を測定する。

「制御部１５０の構成」
制御部１５０は、図１及び図２に示すように、少なくとも、計側部１４０によって計測された負極セル１１５の状態に基づいて負極側循環部１３０を制御する。

制御部１５０は、図２等に示すように、コントローラ１５１から構成されている。

コントローラ１５１は、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）及びＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）を有している。ＲＯＭは、少なくとも、活物質からの集電効率を向上させるための制御プログラムを格納している。制御プログラムは、負極側循環部１３０の負極側導入弁１３８Ｐと負極側導出弁１３８Ｑ、及び計側部１４０の光源１４１と受光器１４２と重量計１４３を制御するプログラムである。ＣＰＵは、制御プログラムを実行して、負極側導入弁１３８Ｐ、負極側導出弁１３８Ｑ、光源１４１、受光器１４２及び重量計１４３を作動させる。ＲＡＭは、ＣＰＵが制御プログラムを実行している間、様々なデータを一時的に記憶する。様々なデータとは、例えば、受光器１４２によって検出された透過率のデータである。

「実施形態のフロー電池１００の制御」
実施形態のフロー電池１００の制御について、図４及び図５を参照して説明する。

図４に、フロー電池１００の端面図を示している。

負極セル１１５内において、導入孔１１５ｂから加圧された状態で導入された負極活物質１３１ａは、負極電極１１４の第１集電部１１４ｂを十分な押圧力Ｐで押圧することによって、十分な面圧が発生している。負極活物質１３１ａは、放電に伴って第１集電部１１４ｂにエネルギーを供給しながら縮小する。負極活物質１３１ａは、第１集電部１１４ｂに一定の間だけ留まった後、第１貫通部１１４ｅを介して、下流側に流動する。

縮小しながら下流側に移動した負極活物質１３１ｂは、負極電極１１４の第２集電部１１４ｃを十分な押圧力Ｐで押圧することによって、十分な面圧が発生している。負極活物質１３１ｂは、放電に伴って第２集電部１１４ｃにエネルギーを供給しながら縮小する。負極活物質１３１ｂは、第２集電部１１４ｃに一定の間だけ留まった後、第２貫通部１１４ｆを介して、下流側に流動する。

縮小しながら下流側に移動した負極活物質１３１ｃは、負極電極１１４の第３集電部１１４ｄを十分な押圧力Ｐで押圧することによって、十分な面圧が発生している。負極活物質１３１ｃは、放電に伴って第３集電部１１４ｄにエネルギーを供給しながら縮小する。負極活物質１３１ｃは、第３集電部１１４ｄに一定の間だけ留まった後、第３貫通部１１４ｇを介して、下流側に流動する。

縮小しながら下流側に移動した負極活物質１３１ｄは、負極セル１１５の導出孔１１５ｃから導出される。

正極セル１１２内において、導入孔１１２ｂから導入された正極活物質１２１ａは、正極電極１１１に接してエネルギーを供給しながら、正極活物質１２１ｂ、正極活物質１２１ｃ及び正極活物質１２１ｄの順で縮小して、導出孔１１２ｃから導出される。

図５に、負極活物質１３１からの集電効率を向上させるためのフロー電池１００の制御をフローチャートで示している。

先ず、ステップ１（Ｓ１）に示すように、負極側導入弁１３８Ｐを予め設定していた標準量だけ開き、かつ、負極側導出弁１３８Ｑを予め設定していた標準量だけ開く。ステップ１において、負極セル１１５内は、導入孔１１５ｂ側の上流側から、導出孔１１５ｃ側の下流側に向かって加圧された状態になる。

次に、ステップ２（Ｓ２）に進んだ場合、制御部１５０が、所定時間が経過したかを判断し、所定時間が経過している場合（Ｙｅｓ）にはステップ３に進み、所定の時間が経過していない場合（Ｎｏ）にはステップ２に戻る。ステップ２において、フロー電池１００の暖機運転が完了する。

次に、ステップ３（Ｓ３）に進んだ場合、制御部１５０が、受光器１４２によって受光された光Ｅの受光量Ｌが基準受光量Ｌｂよりも小さいかを判断し、小さい場合（Ｙｅｓ）にはステップ４に進み、小さくない場合（Ｎｏ）にはステップ５に進む。ステップ３では、制御部１５０が、重量計１４３によって検出された検出重量Ｗが基準重量Ｗｂよりも重いかを判断して、重くない場合（Ｙｅｓ）にはステップ４に進み、重い場合（Ｎｏ）にはステップ５に進んでもよい。

ステップ４（Ｓ４）に進んだ場合、受光量Ｌが基準受光量Ｌｂよりも小さく、負極セル１１５の下流側を流れる負極電解液１３２に含有される負極活物質１３１の流通量が相対的に少ない状況にある。これは、光Ｅが、負極電解液１３２に対して相対的に透過率が高く、負極活物質１３１に対して相対的に透過率が低いことを前提としている。このため、制御部１５０は、負極側導入弁１３８Ｐを微小の所定量だけ開けるか、負極側導出弁１３８Ｑを微小の所定量だけ閉める。この制御によって、負極セル１１５内を上流から下流に向かって加圧して、負極活物質１３１の流通量を増加させる。負極側導入弁１３８Ｐ又は負極側導出弁１３８Ｑの開閉量を微小にして、負極セル１１５内の急激な圧力変化を防止する。

一方、ステップ５（Ｓ５）に進んだ場合、受光量Ｌが基準受光量Ｌｂと等しい、又は基準受光量Ｌｂよりも大きく、負極セル１１５の下流側を流れる負極電解液１３２に含有される負極活物質１３１の流通量が十分な状況にある。このため、制御部１５０は、負極側導入弁１３８Ｐ及び負極側導出弁１３８Ｑの開閉操作を行わない。ステップ５では、制御部１５０が、一定時間以上にわたりフロー電池１００の運転が停止されるかを判断し、停止される場合（Ｙｅｓ）には制御を終了し、停止されない場合（Ｎｏ）にはステップ６に進む。

次に、ステップ６（Ｓ６）に進んだ場合、所定時間が経過したかを判断し、所定時間が経過していない場合（Ｎｏ）にはステップ５に戻り、所定の時間が経過している場合（Ｙｅｓ）にはステップ３に戻る。所定の時間が経過している場合（Ｙｅｓ）に、ステップ６からステップ３に戻ることによって、負極セル１１５内における継時的な変化に対応する。

「実施形態のフロー電池１００の効果」
本実施形態によれば、例えば、負極電極１１４は、負極セル１１５に循環される負極活物質１３１の循環方向Ｘと交差する方向に突出した第１集電部１１４ｂ等と、第１集電部１１４ｂを循環方向Ｘに沿って貫通し満充電状態のときの負極活物質１３１の外径よりも小さく、完全充電状態のときの負極活物質１３１の外径よりも大きい内径を備えた第１貫通部１１４ｅ等を備えている。

これにより、加圧された状態で循環されている負極活物質１３１は、負極電極１１４の第１集電部１１４ｂ等を押圧しつつ、放電に伴って第１集電部１１４ｂ等にエネルギーを供給して縮小した後、第１貫通部１１４ｅ等を介して下流側に流動することができる。特に、加圧された状態で循環されている負極活物質１３１を第１集電部１１４ｂ等に押圧させて（面圧を高めて）、負極活物質１３１と第１集電部１１４ｂ等との接触面積を増加させることによって、電気抵抗を低下させることができる。この結果、フロー電池１００は、負極活物質１３１からの集電効率を向上させることができる。

なお、実施形態では、第１貫通部１１４ｅは、第１集電部１１４ｂを構成するメッシュ状に織り込まれた金属素線の隙間に相当する。換言すると、第１貫通部１１４ｅは、純粋な開口からなる貫通穴に限定されない。

本実施形態によれば、第１貫通部１１４ｅの内径は、満充電状態のときの負極活物質１３１の外径以下である。

これにより、負極活物質１３１は、満充電で外径が相対的に最も大きい状態から、放電に伴って第１集電部１１４ｂ等にエネルギーを供給して一定程度に縮小した状態になるまでの間、第１集電部１１４ｂ等に留まることができる。この結果、フロー電池１００は、負極活物質１３１からの集電効率を大幅に向上させることができる。

本実施形態によれば、例えば第１貫通部１１４ｅの内径は、第１集電部１１４ｂにおいて循環方向Ｘの上流側から下流側に向かって相対的に小さく形成してもよい。

これにより、放電に伴って縮小する負極活物質１３１ａを、第１貫通部１１４ｅの内部に一定の間だけ留めた後、下流側に向かって流動させることができる。ここで、負極活物質１３１ａは、第１貫通部１１４ｅの内周面を介して、第１集電部１１４ｂに強く押圧する。この結果、フロー電池１００は、負極活物質１３１からの集電効率を更に向上させることができる。

本実施形態によれば、第１集電部１１４ｂ、第２集電部１１４ｃ及び第３集電部１１４ｄは、負極活物質１３１の循環方向Ｘの上流側から下流側に向かって、互いに離れた状態で設けられている。

これにより、負極活物質１３１を負極電極１１４の第１集電部１１４ｂに加えて第２集電部１１４ｃ及び第３集電部１１４ｄに対しても、順に押圧させることができる。この結果、フロー電池１００は、負極活物質１３１からの集電効率を大幅に向上させることができる。

本実施形態によれば、例えば、下流側に設けられた第２集電部１１４ｃに形成された第２貫通部１１４ｆの内径は、上流側に設けられた第１集電部１１４ｂに形成された第１貫通部１１４ｅの内径よりも相対的に小さい。

これにより、放電に伴って縮小する負極活物質１３１ａを、上流側に設けられた第１集電部１１４ｂに一定の間だけ留めた後、第１貫通部１１４ｅを介して、下流側に設けられた第２集電部１１４ｃに到達させることができる。更に、放電に伴って縮小する負極活物質１３１ｂを、上流側に設けられた第２集電部１１４ｃに一定の間だけ留めた後、第２貫通部１１４ｆを介して、下流側に設けられた第３集電部１１４ｄに到達させることができる。更に、放電に伴って縮小する負極活物質１３１ｃを、第３集電部１１４ｄに一定の間だけ留めた後、第３貫通部１１４ｇを介して下流側に流動させることができる。この結果、フロー電池１００は、負極活物質１３１からの集電効率を大幅に向上させることができる。

本実施形態によれば、最も下流側に設けられた第３集電部１１４ｄに形成された第３貫通部１１４ｇの内径は、完全放電状態のときの負極活物質１３１ｄの外径よりも大きく形成されている。

これにより、完全放電状態、換言するとエネルギーを放出しきった状態の負極活物質１３１ｄを第３集電部１１４ｄに滞留させることなく、負極セル１１５の導出孔１１５ｃから導出させることができる。

本実施形態によれば、負極セル１１５内の負極活物質１３１の状態を計測する計側部１４０と、計側部１４０によって計測された負極活物質１３１の状態に基づいて負極側循環部１３０を制御する制御部１５０と、を有している。

これにより、常に一定の条件に基づいて、負極活物質１３１を負極電極１１４の第１集電部１１４ｂ等に押圧させることができる。この結果、フロー電池１００は、負極活物質１３１からの集電効率を向上させて、その集電効率を一定の範囲内に維持することができる。

本実施形態によれば、フロー電池１００は、車両１０に設けられる。

フロー電池１００は、集電効率を向上させることによって、高出力が要求される車両１０の電源に適用することが好ましい。

「実施形態のフロー電池１００の態様」
本発明を実施するに当たり、上記した実施形態のフロー電池１００は、一例であり、具体的な態様を種々に変更して実施することができる。

上記した実施形態のフロー電池１００は、負極活物質１３１からの集電効率を向上させる構成を想定している。これに代えて、フロー電池１００は、正極活物質１２１からの集電効率を向上させる構成に適用してもよい。

上記した実施形態のフロー電池１００は、支持部１１４ａから第１集電部１１４ｂ等を突出させた負極電極１１４を想定している。これに代えて、フロー電池１００は、支持部１１４ａを設けることなく、例えば第１集電部１１４ｂのみからなる負極電極１１４を適用してもよい。

上記した実施形態のフロー電池１００は、バナジウム－バナジウムからなる活物質の組み合わせを適用することを想定している。これに代えて、フロー電池１００は、例えば、水素－臭素酸リチウム、又は鉄－チタン等からなる活物質の組み合わせを適用してもよい。

上記した実施形態のフロー電池１００は、電気自動車に適用することを想定している。これに代えて、フロー電池１００は、エンジンを併用したハイブリッド車に適用してもよい。

１０…車両、１１…インバータ、１２…給電用第１ケーブル、１３…前輪、１４…前輪用モータ、１５…給電用第２ケーブル、１６…後輪、１７…後輪用モータ、２０…給電設備、２１…充電用ケーブル、１００…フロー電池、１１０…発電部、１１１…正極電極、１１２…正極セル、１１３…正極電源ケーブル、１１４…負極電極、１１４ａ…支持部、１１４ｂ…第１集電部、１１４ｃ…第２集電部、１１４ｄ…第３集電部、１１４ｅ…第１貫通部、１１４ｆ…第２貫通部、１１４ｇ…第３貫通部、１１５…負極セル、１１６…負極電源ケーブル、１１７…隔膜、１２０…正極側循環部、１２１…正極活物質、１２２…正極電解液、１２３…正極側タンク、１２４…正極側導入管、１２５…正極側導出管、１２６…正極側ポンプ、１３０…負極側循環部、１３１…負極活物質、１３２…負極電解液、１３３…負極側タンク、１３４…負極側導入管、１３５…負極側導出管、１３６…負極側ポンプ、１３７…負極側排出管、１３８Ｐ…負極側導入弁、１３８Ｑ…負極側導出弁、１３８Ｒ…負極側排出弁、１４０…計側部、１４１…光源、１４２…受光器、１４３…重量計、１５０…制御部、１５１…コントローラ。

Claims

電極と、前記電極を収容するセルと、を備えた発電部と、
前記セルに活物質が含浸された電解液を加圧して循環させる循環部と、を有し、
前記電極は、
前記セルに循環される前記活物質の循環方向と交差する方向に突出した集電部と、
前記集電部を循環方向に沿って貫通し、満充電状態のときの前記活物質の外径よりも小さく、完全放電状態のときの前記活物質の外径よりも大きい内径を備えた貫通部と、を備えた、フロー電池。
前記貫通部の内径は、前記集電部において循環方向の上流側から下流側に向かって相対的に小さく形成されている、請求項１に記載のフロー電池。
前記集電部は、前記活物質の循環方向の上流側から下流側に向かって、互いに離れた状態で複数設けられている、請求項１に記載のフロー電池。
下流側に設けられた前記集電部に形成された前記貫通部の内径は、上流側に設けられた前記集電部に形成された前記貫通部の内径よりも相対的に小さい、請求項２又は３に記載のフロー電池。
最も下流側に設けられた前記集電部に形成された前記貫通部の内径は、完全放電状態のときの前記活物質の外径よりも大きく形成されている、請求項３又は４に記載のフロー電池。
前記セル内の前記活物質の状態を計測する計側部と、
前記計側部によって計測された前記活物質の状態に基づいて、前記循環部を制御する制御部と、を更に有する請求項１から５の何れかに記載のフロー電池。
車両に設けられる、請求項１から６の何れかに記載のフロー電池。