JPH02183968A - 電解液循環型二次電池用セルスタックおよびセルスタック取付用部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は電解液循環型二次電池用セルスタックおよび
セルスタック取付用部材に関するものであり、特に、セ
ルスタックの配置スペースを小さくできるように改良さ
れた電解液循環型二次電池用セルスタックおよびセルス
タック取付用部材に関するものである。

［従来の技術］ 第１０図は、従来より提案されているレドックスフロー
型二次電池の概略構成図である。

レドックスフロー電池は、セル１、正極液タンク６およ
び負極液タンク５を備える。セル１内は、たとえばイオ
ン交換膜からなる隔膜２により仕切られており、−刃側
がＩＥ極セル１ａを構成し、他刃側か負極セル１ｂを構
成している。正極セル１ａおよび負極セル１ｂ内には、
それぞれ電極として正極４または負極３が設けられてい
る。

正極セル１ａには正極用電解液を導入するための正極用
電解液導入管３０が設けられている。また、正極セル１
ａには、該正極セル１ａ内に入っていた正極用電解液を
流出させる正極用電解液流出管３１が設けられている。

正極用電解液導入管３０の一端および正極用電解液流出
管３１の一端は、正極液タンク６に連結されている。

負極セル１ｂには、負極用電解液を導入するための負極
用電解液導入管３２が設けられている。

また、負極セル１ｂには、負極セルｌｂ内に入っていた
負極用電解液を流出させる負極用電解液流出管３３が設
けられている。負極用電解液導入管３２の一端および負
極用電解液流出管３３の一端は、負極液タンク５に連結
されている。

第１０図に示したレドックスフロー電池では、たとえば
鉄イオン、クロムイオンのような原子価の変化するイオ
ンの水溶液を正極液タンク６、負極液タンク５に貯蔵し
、これをポンプＰ４．ポンプＰ２により、セル１に送液
し、酸化還元反応により充放電を行なう。

たとえば、正極活物質としてＦｅ”／Ｆｅ２“、負極活
物質としてＣｒ”／Ｃｒ３＋を用い、それぞれ、塩酸溶
液とした場合、各酸化還元系の両極３，４における電池
反応は、下記の式のようになる。

上述の式の電気化学反応により、約１ボルトの電圧が得
られる。

ところで、レドックスフロー電池では、その発生電圧を
高めるため、セルを直列に複数個接続した多段接続型の
レドックスフロー電池が提唱されている。第１１図に、
１セル型のレドックスフロー電池のセル構造を分解斜視
図で示す。

第１１図を参照して、セル１には、図中、左から、双極
板１５、負極板１３、隔膜１２、正極板１４および双極
板１６の構成要素が順に配列されている。多段接続型は
、このセル１が多数積層されたもの、すなわち、双極板
１５、負極板１３、隔膜１２、正極板１４および双極板
１６からなる構成要素が多数積層されたものであり、そ
の両端部が端子板１７および端子板１８で把持される。

セル１が多数積層されたものを、セルスタックという。

双極板１５は双極板フレーム１５ｆを備え、負極板１３
は負極板フレーム１３ｆを備え、正極板１４は正極板フ
レーム１４ｆを備え、双極板１６は双極板フレーム１６
ｆを備えている。そして、双極板フレーム１５ｆ、負極
板フレーム１３ｆ。

隔膜１２、正極板フレーム１４ｆおよび双極板フレーム
１６ｆは、穴を有し、積層されることにより、内部に配
管の役目をする通路マニホールド２０．２１，２２．２
３が形成される。

双極板フレーム１５ｆには、正極液供給用スリット１５
ａ１正極液送出用スリツト１５ｂ１負極液供給用スリツ
ト１５Ｃ１負極液送出用スリツト１５ｄが設けられ、そ
れぞれマニホールド２１、マニホール）’２３、マニホ
ールド２０、マニホールド２２の管路に連結されている
。

双極板フレーム１６ｆには、正極液供給用スリット１６
ａ１正極液送出用スリツト１６ｂ１負極液供給用スリツ
ト１６ｃ、および負極液流出用スリット１６ｄが設けら
れ、それぞれマニホールド２１、マニホールド２３、マ
ニホールド２０、マニホールド２２の管路に連結されて
いる。

セルスタック内に存在する多くの双極板フレーム１６ｆ
のうち、端子板１８に接する双極板１６の双極板フレー
ム１６ｆに設けられた負極液タンクスリット１６ｃおよ
び負極液送出用スリット１６ｄは閉鎖される。また、セ
ルスタック内に存在する多数の双極板１５のうち、端子
板１７に接する双極板１５の双極板フレーム１５ｆに設
けられた正極液供給用スリット１５ａおよび正極液送出
用スリット１５ｂは閉鎖される。

充放電動作の際、正極電解液はマニホールド２１を通っ
て、正極液供給用スリット１６ａから正極セル１ａ内部
に供給され、正極反応電極１４ｅにて充放電の後、正極
液送出用スリット１６ｂからマニホールド２３に送出さ
れる。また、負極電解液はマニホールド２０を通って、
負極液供給用スリット１５ｃから負極セル１ｂ内部に供
給され、負極反応電極１３ｅにて充放電の後、負極液送
出用スリット１５ｄからマニホールド２２に送出される
。このとき、両端子板１．７．１８間に電圧が発生し、
電流が取出される。

［発明が解決しようとする課題］ 次に、従来のセルスタックの構造を図を参照して、さら
に詳細に説明する。第１２図は、従来のセルスタックの
斜視図である。セルスタック１００は、複数のセル〕が
積層されたものである。セルスタック１００には、正極
液供給ラインからセルスタック１００内に正極液を導入
する正極液入口管路４１が設けられ、セルスタック１０
０内から正極液排出ラインへ正極液を排出する正極液出
口管路４２か設けられ、負極液供給ラインからセルスタ
ック】００内に負極液を供給する負極液入口管路４３が
設けられ、セルスタック１００内から負極液排出ライン
へ負極液を排出する負極液出口管路４４が設けられてい
る。この正極液人口管路４１、正極液出口管路４２、負
極液入口管路４３、負極液出口管路４４は、第１１図を
参照して、マニホールド２０，２１．２２．２３の管路
に連結されるものである。従来のセルスタックでは、図
のように、正極液入口管路４１と負極液人口管路４３が
、セルスタック１００の積層方向に対して垂直な側面部
の一方１００ａに設けられ、正極液出口管路４２、負極
液出口管路４４が、セルスタック１００の、積層方向に
対して垂直な側面部の他方１００ｂｉ、：設けられてい
た。

このようなセルスタックを複数個使用して電池を構成し
た場合をｍ１３図に示す。図中、４５は正極液供給ライ
ン、４６は負極液供給ライン、４７は正極液排出ライン
、４８は負極液排出ラインである。セルスタック１００
のそれぞれの正極液入口管路４１は正極液供給ライン４
５に接続され、正極液出口管路４２は正極液排出ライン
４７に接続され、負極液人口管路４３は負極液供給ライ
ン４６に接続され、負極液出口管路４４は負極液排出ラ
イン４８に接続されている。これらの接続には、配管が
使用される。

従来のセルスタックは以上のように構成されている。し
かしながら、第１３図を参照して、正極ｉｊｋ人口管路
４１、正極液出口管路４２、負極液入口管路４３および
負極液出口管路４４が、セルスタック１．００の、積層
方向に対して垂直な側面部１００ａ、１００ｂに設けら
れているので、セルスタック１００間に配管を配置する
必要が出てくることから、スペースを広くとらざるを得
ないという問題があった。

第１４図は、従来のセルスタックの他の例である。第１
−４図を参照して、正極液入口管路４１、正極液出口管
路４２、負極液入口管路４３および負極液出口管路４４
が、セルスタック１００の、積層方向に対して垂直な側
面部１００ａに集中して設けられている。このような構
成のセルスタックでも、第１２図に示すセルスタックを
使用して電池を構成した場合に生じる問題点が生じる。

この発明は上記のような問題点を解決するためなされた
もので、セルスタックの配置スペースを小さくできる電
解液循環型二次電池用セルスタックおよびセルスタック
取付用部材を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段コ 上記目的を達成するためにこの発明に従う電解液循環型
二次電池用セルスタックは、セルスタックに設けられた
流入口からセルスタック内に入り、電極反応後、セルス
タックに設けられた流出口から外部に出るように、電解
液を循環させ、それによって充放電を行なう電解液循環
型二次電池において、上記流入口および流出口を、当該
セルスタックの、積層方向に対して平行な側面部に設け
ている。

この発明の他の局面に従うセルスタック取付用部材は、
電極タンクからセルスタック内に７は貯液を流出入させ
るために上記スタックに取付けられるものであり、板状
の部材と、上記板状の部Ｈの厚み部分に設けられ、上記
セルスタック内に電解液を流出入させる管路と、を備え
、上記管路は、上記板状部材の厚み部分を規定する側壁
面に、上記電解液の流出入を行なうための開口部を有し
ている。

［作用］ この発明に従う電解液循環型二次電池用セルスタックに
よれば、流入口および流出口を、当該セルスタックの、
積層方向に対して平行な側面部に設けているので、複数
個、当該セルスタックを使用して電池を構成しても、セ
ルスタックの間の空間部に配管を設ける必要がない。

この発明の他の局面に従うセルスタック取付用部材は以
上のように構成されているので、セルスタックに取付け
ると、流入口および流出口を、当該セルスタックの、積
層方向に対して平行な側面部に設けられるようになる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図は、この発明の一実施例に係る電解液循環型二次
電池用セルスタックの斜視図である。セルスタック１０
０はセル１が複数個積層されてなるものである。正極液
出口管路４２と負極液人口管路４３が、セルスタック１
００の、積層方向に対して平行な側面部の一方１００ｃ
に設けられ、正極液入口管路４１と負極液出口管路４４
が、セルスタック１００の、積層方向に対して平行な側
面部の他方１００ｄに設けられている。このようなセル
スタック１００は、第２図に示すセルスタック取付用部
材を、セルスタックの端部に取付けることによって得ら
れる。第２図は、セルスタック取付用部材の正面図（ａ
）、平面図（ｂ）、側面図（ｃ）を含んでいる。これら
の図を参照して、セルスタック取付用部材５０は、セル
スタックの端部に取付けられる板状の部材である。板状
部材５０の厚み部分には、セルスタック内のマニホール
ドに連結される管路５１，５２，５３．５４が設けられ
ている。管路５１，５２，５３．５４の一方の端部５１
ｂ、５２ｂ、５３ｂ、５４ｂは、板状部材５０の厚み部
分を規定する側壁面に開孔している。管路５１の一方の
端部５１ｂは正極液出口管路４２に連結され、管路５２
の一方の端部５２ｂは負極液出口管路４４に連結され、
管路５３の一方の端部５３ｂは正極液人口管路４１に連
結され、管路５４の一方の端部５４ｂは負極液入口管路
４３に連結されている。また、管路５１゜５２．５３．
５４の他方の端部５１ａ、５２ａ。

５３　ａ、　　５４　ａは、マニホールドに連結される
ために、板状平面部のセルスタック側に開孔している。

第３図は、第１図に示すセルスタックを複数個使用して
電池を構成したときの模型図である。第３図を参照して
、セルスタック１００が複数個配置されている。それぞ
れのセルスタック１００はセルスタック取付用部材５０
を含んでいる。そして、正極液出口管路４２と負極液入
口管路４３が、セルスタック１００の、積層方向に対し
て平行な側面部の一方に取付けられており、正極液人口
管路４１と負極液出口管路４４がセルスタック１００の
、積層方向に対して平行な側面部の他方に取付けられて
いる。正極液人口管路４１は正極液供給ライン４５に連
結され、正極液出口管路４２は正極液排出ライン４７に
連結され、負極液入口管路４３は負極液供給ライン４６
に連結され、負極液出口管路４４は負極液排出ライン４
８に連結されている。以上のように、正極液人口管路４
１、正極液人口管路４２、負極液人口管路４３および負
極液出口管路４４が、セルスタックの、積層方向に対し
て平行な側面部に設けられているので、セルスタックの
間の空間部に配管を設ける必要がない。それゆえに、セ
ルスタックの配置スペースを小さくとれるようになる。

また、配管（４１゜４２．４３．４４）を、コンパクト
にまとめることができる。

第４図は、この発明に係る電解液循環型二次電池用セル
スタックの他の実施例の斜視図である。

第４図に示す実施例は、以下の点を除いて、第１図に示
す実施例と同様であり、同一または相当する部分には同
一の参照符号を付し、その説明を省略する。第４図に示
す実施例が第１図に示す実施例と異なる点は、セルスタ
ック１００の、積層方向に対して平行な側面部１００ｃ
の対角線上に正極液出口管路４２と負極液入口管路４３
が設けられ、かつセルスタック１００の積層方向に対し
て平行な側面部１００ｄの対角線上に正極液入口管路４
１と負極液出口管路４４が設けられている点である。第
４図に示す電解液循環型二次電池用セルスタックを複数
個使用して電池を構成すると、第５図に示すような電池
が得られる。第５図から明らかなように、第４図に示す
ような電解液循環型二次？Ｉｉ池用上用セルスタックい
て電池をｆＭ成した場合、セルスタック１００の空間部
に配管を設ける必要がない。したがって、セルスタック
１００の配置スペースを小さくできる。また、この場合
、第６図に示すように、セルスタック１００間の空間部
かなくなるように、セルスタック１００を密接して配置
することができるので、よりコンパクトにセルスタック
１００をまとめることができるようになる。

第７図は、この発明に係る電解液循環型二次電池用セル
スタックのさらに他の実施例の斜視図である。第７図に
示す実施例は、以下の点を除いて、第１図に示す実施例
と同様であり、同一または相当する部分には同一の参照
番号を付し、その説明を省略する。

第７図に示す実施例が第１図に示す実施例と異なる点は
、正極液入口管路４１と正極液出口管路４２と負極液入
口管路４３と負極液出口管路４４を、セルスタックの、
積層方向に対して弔行な一方の側面に偏らせて設けた点
である。第８図は、第７図に示す電解液循環型二次電池
用セルスタックを、複数個用いて電池を構成したときの
斜視図である。第８図を参照して、セルスタック１００
が隙間なく密接して並列されている。セルスタック１０
０間の空間部は０であり、セルスタック１００の配置ス
ペースが小さくなる。また、正極液入口管路４１と正極
液出口管路４２と負極液入口管路４３と負極液出口管路
４４が、１つの面に集められていることにより、配管を
コンパクトにまとめることができるという効果を奏する
。

第９図は、この発明に係る電解液循環型二次電池用セル
スタックのさらに他の実施例の斜視図である。第９図に
示す実施ρｊは第４図に示す実施例と以下の点を除いて
同じである。それゆえ、同一または相当する部材には同
一の参照番号を付しその説明を省略する。

第９図に示す実施例が第４図に示す実施例と異なる点は
、正極液人口管路４１の垂直上方向に負極／ｆｋ出口管
路を設け、正極液出口管路４２の垂直下ｈ°向に負極液
入口管路４３を設けた点である。

このような構成にしても、実施例と同様の効果を実現す
る。

以上、具体的な実施例を挙げてこの発明の電解液循環型
二次電池用セルスタックおよびセルスタック取付用部材
について説明したが、この発明は、その精神または主要
な特徴から逸脱することなく、他の色々な形で実施する
ことができる。それゆえ、前述の実施例はあらゆる点で
単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本
発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであっ
て明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求
の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明
の範囲内のものである。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明に従う電解液循環型二次
電池用セルスタックによれば、注入口および流出口を、
当該セルスタックの、積層方向に対して平行な側面部に
設けたので、複数個、当該セルスタックを使用して電池
を構成しても、セルスタックの間の空間部に配管を設け
る必要がない。

その結果、セルスタックの配置スペースを小さくできる
という効果を奏する。また、これまでのセルスタックを
サブスタックとして、さらに積層して、まとめることが
できるようにもなる。また、配管もコンパクトにまとめ
ることができるという効果も奏する。

また、この発明の他の局面に従うセルスタック取付用部
材は、電極タンクからセルスタック内に電解液を流出入
させるために上記セルスタックに取付けられるものであ
り、板状の部材と、上記板状の部材の厚み部分に設けら
れ、上記セルスタック内に電解液を流出入させる管路と
、を備え、上配管路は、上記板状部材の厚み部分を規定
する側壁面に、上記電解液の流出入を行なうための開口
部を有しているので、この板状部材をセルスタックに取
付けると、流入口および流出口を、セルスタックの、積
層方向に対して平行な側面部に容易に設けられるように
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る電解液循環型二次電池用セル
スタックの一実施例の斜視図である。第２図はこの発明
の他の局面に従うセルスタック取付用部材の正面図、平
面図、側面図を表わしたものである。第３図は、第１図
に示す電解液循環型二次電池用セルスタックを複数個用
いて電池を構成したときの図である。第４図は、この発
明に係る電解液循環型二次電池用セルスタックの他の実
施例の斜視図である。第５図および第６図は、第４図に
示す実施例に係る電解液循環型二次電池用セルスタック
を複数個配置して電池を構成したときの図である。第７
図はこの発明に係る電解液循環型二次電池用セルスタッ
クのさらに他の実施例の斜視図である。第８図は、第７
図に示す実施例の電解液循環型二次電池用セルスタック
を複数個使用して電池を構成したときの斜視図である。 第９図はこの発明に係る電解液循環型二次電池用セルス
タックのさらに他の実施例の斜視図である。 第１０図は従来のレドックスフロー二次電池の概念図で
ある。第１１図は従来のレドックスフロー電池に採用さ
れるセルの分解斜視図である。第１２図は従来のセルス
タックの斜視図である。第１３図は第１２図に示す従来
のセルスタックを複数門並べて構成した電池の概念図で
ある。第１４図は従来のセルスタックのさらに他の例の
斜視図である。 図において、４１は正極液人口管路、４２は正極液出口
管路、４３は負極液人口管路、４４は負極液出口管路、
５０はセルスタック取付用部祠、５１．５２，５３．５
４は管路である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 め３の ２００の 発１ の

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）セルスタックに設けられた流入口からセルスタッ
   ク内に入り、電極反応後、セルスタックに設けられた流
   出口から外部に出るように、電解液を循環させ、それに
   よって充放電を行なう電解液循環型二次電池において、 前記流入口および流出口を、当該セルスタックの、積層
   方向に対して平行な側面部に設けたことを特徴とする、 電解液循環型二次電池用セルスタック。
2. （２）電極タンクからセルスタック内に電解液を流出入
   させるために前記セルスタックに取付けられるものであ
   り、 板状の部材と、 前記板状の部材の厚み部分に設けられ、前記セルスタッ
   ク内に電解液を流出入させる管路と、を備え、 前記管路は、前記板状部材の厚み部分を規定する側壁面
   に、前記電解液の流出入を行なうための開口部を有して
   いる、 セルスタック取付用部材。