JPH0412459A - 電池セル構造 - 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］ この発明は、一般に電池セル構造に関するものであり、
特に、電解液の漏れを効率よく防止できるように改良さ
れた電池セル構造に関するものである。

［従来の技術］ 電力会社は、安定した電力を需要家に供給するために、
電力の需要に合わせて発電を行なう必要がある。このた
め、電力会社は、常に、最大需要に見合った発電設備を
建設し、需要に即応して発電を行なっている。しかしな
がら、第１１図の電力需要曲線Ａで示すように、昼間お
よび夜間では、電力の需要に大きな差が存在する。同様
の現象は、週、月、および季節間でも生じている。

そこで、電力を効率よく貯蔵することが可能であれば、
オフピーク時、余剰電力（第１１図の符号Ｘで示した部
分に相当する）を貯蔵し、ピーク時にこれを放出すれば
、第１１図のＹで示した部分を賄うことができる。この
ようにすると、需要の変動に対応することができるよう
になり、電力会社は常にほぼ一定の電力（第１１図の破
線２に相当する量）のみを発電すればよいことになる。

このようなロードレベリングを達成することができれば
、発電設備を軽減することが可能となり、かつエネルギ
の節約ならびに石油等の燃料節減にも大きく寄与するこ
とができる。

そこで、従来より種々の電力貯蔵法が提案されている。

たとえば、揚水発電がすでに実施されているが、揚水発
電では設備が消費地から遠く隔たったところに設置され
ている。したがって、この方法においては、送変電損失
を伴うこと、ならびに環境面での立地に制約があること
などの問題点がある。それゆえに、揚水発電に変わる新
しい電力貯蔵技術の開発が望まれており、その１つとし
てレドックスフロー２次電池の開発が進められている。

第１２図は、従来より提案されているレドックスフロー
２次電池の概略構成図である。レドックスフロー２次電
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、−刃側が正極セル１ａを構
成し、他方側が負極セル１ｂを構成している。正極セル
１ａおよび負極セルｌｂ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１ａには、該正極セル
ｌａ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１２図に示したレドックスフロー２次電池では、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ＰＩ、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（ｒ２　”　／　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１ｖ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１３図に、
電池セルの拡散分解図を示す。第１３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
配列される。多段接続型は、負極板１３、隔膜１２、正
極板１４を含む単一セルが双極板（１５，１６）を挟ん
で多数積層されたものである。そして、その両端部は、
端子板１７および端子板１８で把持される。

双極板１５は、カーボン板１５ａと該カーボン板１５ａ
の周辺部に嵌め入れた状態で、これを固定するプラスチ
ック材料からなるフレーム１５ｂとからなる。双極板１
６も同様である。負極板１３は、炭素繊維板１３ａと、
該炭素繊維板１３ａの周辺部を囲むフレーム１３ｂとか
らなる。フレーム１３ｂはプラスチックで形成されたも
のと、ゴムフレームで形成されたものとの２種類があり
、これらを適当に組合わせて、電解液のシールを行なっ
ている。正極板１４も同様である。隔膜１２は、イオン
交換膜から構成される。

第１４図は、゛以上の構成要素を積層してなる電池セル
構造の断面図である。第１４図において、第１３図に示
す部材または要素に相当する部分には、同一の参照番号
を付し、その説明を繰返さない。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の電池セル構造では、以上述べたとおり、電解液の
シールを行なうために、炭素繊維板１３ａの周囲を囲む
フレーム１３ｂの一部にゴム材料を用いている。したが
って、第１４図を参照して、両側から電池セルを締付け
たときに、ゴム材料で形成されるフレーム１３ｂが押し
潰されて径方向外側へ逃げようとする。そして、逃げた
分だけ、その部分の厚みは薄くなり、厚みの制御が難し
いという問題点があった。

また、セルを多数積層した場合には、端部のゴムフレー
ムと中央部のゴムフレームとを均等な力で締付けること
ができないため、端部と中央部とで厚みが異なるという
現象も生じていた。厚みが変わると、電解液送液圧損が
変り、各セルへの電解液流量も不均一となり、各セルの
電池としての性能がばらつくことになる。

さらに、長時間使用すると、ゴムが劣化してくるため、
増締め等のメンテナンスを行なわないと、電解液の漏れ
が生じるという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、電池セルの性能を向上させることができる
ように改良された電池セル構造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］ この発明に係る電池セル構造は、その周辺部がフレーム
で囲まれた平板状の正極と、その周辺部がフレームで囲
まれた平板状の負極と、上記平板状正極と上記平板状負
極とを隔離する平板状の隔膜と、を備えている。上記平
板状正極、上記平板状負極および上記平板状隔膜を含む
単位セルが、平板状の双極板を挟んで複数個積層されて
いる。

複数個の前記フレームのうちの少なくとも１つは、ゴム
材料で形成されている。そして、上記問題点を解決する
ために、上記ゴム製フレームの周辺部に、当該電池セル
が両側から締付けられたときに上記ゴム製フレームが押
し潰されて径方向外側へ逃げようとするのを防止するた
めの枠部材を設けている。

［作用］ この発明に係る電池セル構造によれば、ゴム製フレーム
の周辺部に、当該電池セルが両側から締付けられたとき
に上記ゴム製フレームが押し潰されて径方向外側へ逃げ
ようとするのを防止するための枠部材を設けているので
、締付けを行なった際、ゴムフレームの厚みは、ある値
（枠部材の厚み）以下にはならない。その結果、多数セ
ルからなる電池セル構造中に存在する各ゴムフレームの
厚みは均等となる。

また、ゴム製フレームが径方向外側へ逃げないので、長
期的な劣化に対しても有効に働く。

［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、電池セル構造の
断面図である。第１図に示す実施例は、以下の点を除い
て、第１４図に示す従来例と同様であり、相当する部分
には同一の参照番号を付し、その説明を繰返さない。

第１図に示す実施例が、第１４図に示す従来例と異なる
点は、正極板１３の構成要素であるゴム製フレーム１３
ｂの周辺部に、電池セルが両側から締付けられたときに
ゴム製フレーム１３ｂが押し潰されて径方向外側へ逃げ
ようとするのを防止するための枠部材２０を設けている
点である。負極板１４についても同様である。上述のよ
うに構成されているので、締付けを行なった際、ゴムフ
レーム１３ｂの厚みは、枠部材の厚みｔ以下にならない
。その結果、多数セルからなる電池セル構造中に存在す
る各ゴム製フレームの厚みは均等となる。その結果、各
セルへの電解液の流量も均一となり、各セルの電池性能
としての性能が均一になる。

また、ゴム製フレーム１３ｂが径方向外側へ逃げないの
で、長期的な劣化に対しても有効に働く。

その結果、電解液の液漏れが少なくなり、電池の信頼性
が向上する。またメンテナンスが容易となる。

次に、上述のような枠部材の取付方法について説明する
。

第２図は、端部の双極板の正面図である。第３図は、第
２図における■−■線に沿う断面図である。第４図は、
正極板の断面図である。第５図は、端部以外の部分に使
われる双極板の断面図である。

第２図および第３図および第４図を参照して、双極板１
５のフレーム１５ｂに、正極板１３のフレーム１３ｂが
押し潰されて径方向外側へ逃げようとするのを防止する
ための枠部材２０が設けられている。第５図を参照して
、双極板１５の表面および裏面の双方に枠部材２０が設
けられている。

電池セルは、第１図を参照して、第３図に示す端部の双
極板１５の上に、第４図に示す正極板１３を積重ね、次
いで隔膜１２を積重ね、さらに、図示しないが第４図と
同じ断面構造を有する負極板１４を積重ね、さらに第５
図に示す双極板１５を積重ね、次に、第４図に示す正極
板を積重ね、さらにこれらを繰返し積み上げることによ
って作られる。

第６図は、この発明の他の実施例に用いられる、端部の
双極板の正面図であり、第７図は第６図における■−■
線に沿う断面図である。第８図は、正極板１５の断面図
である。第７図に示す双極板が第３図に示す双極板と異
なる点は、枠部材２０とともに、電池セルが両側から締
付けられたときにゴム製フレーム１３ｂが押し潰されて
径方向内側へ逃げようとするのを防止するための内側枠
部材２１を備えている点である。第３図に示す双極板１
５では、ゴム製フレーム１３ｂが径方向外側へ逃げよう
とするのを防ぐことができた。一方、第７図に示す双極
板を用いると、ゴム製フレーム１３ｂが径方向内側へ逃
げようとするのも防ぐことができる。また、第７図に示
す双極板では、これが端部の双極板であるので、片面だ
けに枠部材２０と内側枠部材２１を形成した場合を例示
したが、端部以外に用いる双極板には、前面と後面に、
それぞれ枠部材２０および内側枠部材２１を形成するの
が好ましい。

また、第６図に示す双極板では、枠部材２０および内側
枠部材２１を切目なく連続的に形成したが、第９図に示
すように、枠部材２０および内側枠部材２１に切目部分
を設けてもよい。

また、上記実施例では、枠部材を双極板に取付けた場合
を例示したが、この発明はこれに限られるものでなく、
第１０図に示すような単独の枠部材２０を別途形成し、
これをゴム製フレームの周囲に配置するようにしてもよ
い。

以上、本発明を要約すると次のとおりである。

（１）　特許請求の範囲第１項に記載のものにおいて、
前記枠部材は、前記双極板に取付けられている。

（２、特許請求の範囲第１項に記載のものにおいて、前
記ゴム製フレームの開口部を規定する壁面に当該電池セ
ルが両側から締付けられたときに前記ゴム製フレームが
押し潰されて径方向内側へ逃げようとするのを防止する
ための内側枠部材を設けている。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明に係る電池セル構造によ
れば、ゴム製フレームの周辺部に、当該電池セルが両側
から締付けられたときに上記ゴム製フレームが押し潰さ
れて径方向外側へ逃げようとするのを防止するための枠
部材を設けているので、締付けを行なったとき、ゴムフ
レームの厚みは、枠部材の厚み以下にはならない。その
結果、多数セルからなる電池セル構造中に存在する各ゴ
ムフレームの厚みは均等となる。その結果、各セルへ流
れる電解液の流量が均等となり、電池セルの性能が向上
するという効果を奏する。また、ゴム製フレームが径方
向外側へ逃げないので、電解液の液漏れ等は防止され、
電池の信頼性が向上するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係る電池セル構造の断
面図である。 第２図は、本発明の一実施例に使用される、端部の双極
板の正面図である。 第３図は、第２図における■−■線に沿う断面図である
。 第４図は、正極板の断面図である。 第５図は、この発明の実施例に使用される、端部以外の
部分に使用される双極板の断面図である。 第６図は、この発明の他の実施例に使用される、端部の
双極板の正面図である。 第７図は、第６図における■−■線に沿う断面図である
。 第８図は、正極板の断面図である。 第９図は、この発明のさらに他の実施例に係る電池セル
構造に使用される、端部の双極板の正面図である。 第１０図は、この発明のさらに他の実施例に使用される
、単独の枠部材の斜視図である。 第１１図は、電力需要曲線である。 第１２図は、従来のレドックスフロー電池の一例を示す
概略構成図である。 第１３図は、従来の電池セルの拡散分解図である。 第１４図は、従来の電池セル構造の断面図である。 図において１．１２は隔膜、１３は平板状の正極、１４
は平板状の負極、１３ｂはフレーム、２ｏは枠部材であ
る。 第 ６図 第１０ 図 第 図 第 図 第１３ 図 １：電５ｔ！！セノし 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 その周辺部がフレームで囲まれた平板状の正極と、 その周辺部がフレームで囲まれた平板状の負極と、 前記平板状正極と前記平板状負極とを隔離する平板状の
   隔膜と、を備え、 前記平板状正極、前記平板状負極および前記平板状隔膜
   を含む単位セルが、平板状の双極板を挟んで複数個積層
   されてなり、 複数個の前記フレームのうちの少なくとも１つがゴム材
   料で形成されているような電池セル構造において、 前記ゴム製フレームの周辺部に、当該電池セルが両側か
   ら締付けられたときに前記ゴム製フレームが押し潰され
   て径方向外側へ逃げようとするのを防止するための枠部
   材を設けたことを特徴とする、電池セル構造。