JPH04131859U - 電解槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、セパレータより水分が蒸発しない
ように改良された電解槽を得ることを目的とする。 【構成】 当該電解槽は、平板状の正極と、該正極の外
周部に設けられた枠とを含む正極板と、平板状の負極
と、該負極の外周部に設けられた枠とを含む負極電極板
と、上記正極板と上記負極板との間に配置され、上記正
極と上記負極とを分離するセパレータと、を備える。上
記セパレータの外径は、該セパレータが上記正極板と上
記負極板との間に配置されたとき、該セパレータの外周
端縁が露出しないように、上記正極板の上記枠および上
記負極電極板の上記枠のそれぞれの外径よりも小さくさ
れる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、一般に、電解槽に関するものであり、より特定的には、電力貯蔵 用レドックスフロー電池などの電解槽に関するものである。

【０００２】

【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、図３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。

【０００３】 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（図３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 れば図３の符号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（図３ の破線Ｚ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 つエネルギー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 。

【０００４】 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既 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がある。それゆえに、揚水発電に代わ 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 ー電池の開発が進められている。

【０００５】 図４は、既に提案されているレドックスフロー電池の一例を示す概略構成図で ある。このレドックスフロー電池１は、セル２および正極液タンク３および負極 液タンク４を備える。２個のタンクを用いるため、２タンク方式と呼ばれている 。セル２内は、たとえばイオン交換膜からなるセパレータ（隔膜）５により仕切 られており、一方側が正極セル２ａ、他方側が負極セル２ｂを構成する。正極セ ル２ａ内には正極６が配置され、負極セル２ｂ内には負極７が配置されている。 正極セル２ａと正極液タンク３とは、導管１１および導管１２により連結される 。他方、負極セル２ｂと負極液タンク４とは、導管１３および導管１４により連 結される。正極液タンク３内には反応液とてし正極電解液が導入され、負極液タ ンク４内には、反応液として負極電解液が導入される。導管１１には反応液給送 手段としてのポンプＰ₂ が設けられ、導管１３にはポンプＰ₁ が設けられる。正 極電解液および負極電解液は、正極セル２ａおよび負極セル２ｂ内で反応する。 反応の終了した正極電解液は導管１２を通って正極液タンク３内に戻され、反応 の終了した負極電解液は導管１４を通って負極液タンク４内に戻される。

【０００６】 さて、図４に示したレドックスフロー電池において、正極電解液としては、た とえば鉄イオンのような原子価の変化するイオンの水溶液が用いられ、負極電解 液としては、たとえば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が 用いられる。

【０００７】 正極電解液として正極活物質Ｆｅ³⁺／Ｆｅ²⁺を含む塩酸水溶液を用い、負極電 解液として負極活物質Ｃｒ²⁺／Ｃｒ³⁺含む塩酸水溶液を用いた場合、正極６およ び負極７における電池反応は、下記の式のようになる。

【０００８】

【化１】

【０００９】 上述の式の電気化学反応により、約１ボルトの起電力が得られる。 次に、電極部の構造をさらに詳細に説明する。

【００１０】 図５はレドックスフロー電池のセル構成部の概略図である。２種類の水溶液の 混合を防ぐため、２つの炭素繊維電極の間にセパレータ（隔膜：イオン交換膜） を配置している。正・負極の溶液はマニホールドからスリットを通って、それぞ れの電極室に挿入される。このように２液性の電池であるが、構造的には極めて 簡単であり、この単電池を多数積層してスタックとすれば、所要電力に応じた出 力の電極部が構成される。

【００１１】 次に、従来の電池セルの積層構造を説明する。 図６は、従来の積層構造の正面図である。図６において、２１はセル構成部で ある。図７は、セル構成部の断面図である。

【００１２】 セル構成部２１は、図７を参照して、負極板４０、セパレータ４１、正極板４ ２および双極板４３が積層されてなる。電極板、すなわち、負極板４０および正 極板４２は、図８（ａ）に示すように、平板状の電極２２と、該電極２２の外周 部に設けられた枠２３とからなる。枠２３には、液流入口３０と液流出口３１が 設けられる。セパレータ４１は、図８（ｂ）に示すように、図８（ａ）に示す電 極板と同じ外径寸法を有するイオン交換膜からなる。

【００１３】 図６、図７および図８を参照して、枠２３を重ね合わせるように、負極板４０ 、セパレータ４１、正極板４２、および双極板４３を複数個積層し、その状態で これらを両側から、一対の端板２５ａ，２５ｂが締めつけている。１対の端板２ ５ａ，２５ｂのそれぞれには、ボルト２６の軸部２６ａを貫通させるためのボル ト穴２９が設けられる。ボルト２６の軸部２６ａが、端板２５ａのボルト穴２９ から入り、端板２５ｂのボルト穴２９に抜けている。ボルト２６の軸部２６ａの 先端にナット２７が嵌まっている。ナット２７を締めつけることによって、セル 構成部２１は、１対の端板２５ａ，２５ｂを介して締めつけられる。

【００１４】

【考案が解決しようとする課題】

従来の電池セルは以上のように構成されており、図８を参照して、電極板の外 径寸法とセパレータのそれとが同じ大きさであった。それゆえに、図７を参照し て、これらを積層させた場合、セパレータ４１の外周端縁が外気に常に触れてい た。その結果、積層後、長期間使用していると、セパレータ４１の外気に触れて いる部分より水分が蒸発し、セパレータ４１の強度が弱くなり、十分な性能が得 られないという問題点があった。

【００１５】 この考案は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、セパレー タより水分が蒸発しないように改良された、電解槽を提供することを目的とする 。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

この考案に係る電解槽は、平板上の正極と、該正極の外周部に設けられた枠と を含む正極板と、平板状の負極と、該負極の外周部に設けられた枠とを含む負極 板と、上記正極板と上記負極板との間に配置され、上記正極と上記負極とを分離 するセパレータと、を備える。上記セパレータの外径は、該セパレータが上記正 極板と上記負極板との間に配置されたとき、該セパレータの外周端縁が露出しな いように、上記正極板の上記枠および上記負極板の上記枠のそれぞれの外径より も小さくされる。

【００１７】

【作用】

この考案によれば、セパレータの外径が、該セパレータが上記正極板と上記負 極板との間に配置されたとき、該セパレータの外周端縁が露出しないように、上 記正極電極板の上記枠および上記負極電極板の上記枠のそれぞれの外径よりも小 さくされるので、これらを積層させた場合、セパレータの外周端縁が外気に触れ ない。

【００１８】

【実施例】

以下、この考案の一実施例を図について説明する。図１は、この考案に係る電 解槽の断面図である。

【００１９】 電解槽は、正極板４２と負極板４０を備える。正極板４２と負極板４０との間 には、セパレータ４１が挟まれている。セパレータ４１の外径は、セパレータ４ １が正極板４２と負極板４０との間に挟まれたとき、セパレータ４１の外周端縁 が露出しないように、正極板４２の枠および負極板４０の枠のそれぞれの外径よ りも小さくされる。

【００２０】 セパレータ４１の外周端縁は、正極板４２の枠２３ａと負極板４０の枠２３ｂ との間にはさまれて、固定される。負極板４０とセパレータ４１と正極板４２と からなる電池セルは双極板４３を間に挟んで複数個積層される。

【００２１】 次に、正極板４２と負極板４０とセパレータ４１とをさらに詳細に説明する。 図２（ａ）は、電極板、すなわち正極板４２および負極板４０の正面図である 。電極板は、電極面積３０００ｃｍ² を有する電極２２と、該電極２２の外周部 に設けられた枠２３とを含む。枠２３には、ゴムフレームが用いられた。なお、 双極板４３の外枠４３ａには、塩化ビニル樹脂が用いられた。

【００２２】 図２（ｂ）は、セパレータ４１の正面図である。セパレータ４１はイオン交換 膜から形成され、その外径は、図２（ａ）に示す電極板の外径よりも小さい。

【００２３】 正極板４２の枠２３ａと負極板４０の枠２３ｂとで、セパレータ４１の外周端 縁を挟むようにして、これらを重ね合わせる。重ね合わされてなる電池セルを、 図１を参照して、双極板４３を間に挟んで、６０セル積層する。こうして作成し た電池を、充放電試験等に供した。その後、電池の解体検査を行なったところ、 セパレータ４１の乾燥等の特性変化は認められなかった。

【００２４】

【考案の効果】

以上説明したとおり、この考案によれば、セパレータの外径が、該セパレータ が正極板と負極板との間に配置されたとき、該セパレータの外周端縁が露出しな いように、正極板の枠および負極板の枠のそれぞれの外径よりも小さくされるの で、これらを積層させた場合、セパレータの外周端縁が外気に触れない。その結 果、セパレータの乾燥を避けることができ、セパレータの強度は弱まらない。ま た、セル積層部のシール性も、従来よりも、向上するという効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係る電解槽の断面図であ
る。

【図２】本考案の電解槽に用いられる電極板（ａ）とセ
パレータ（ｂ）の正面図である。

【図３】電力需要曲線を示す図である。

【図４】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。

【図５】レドックスフロー電池のセル構成の概略図であ
る。

【図６】従来のレドックスフロー電池の積層電池セルの
断面図である。

【図７】従来の電解槽の断面図である。

【図８】従来の電解槽に用いられる電極板（ａ）とセパ
レータ（ｂ）の正面図である。

【符号の説明】

２２ 電極 ２３ 枠 ４０ 負極板 ４２ 正極板

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状の正極と、該正極の外周部に設け
   られた枠とを含む正極板と、平板状の負極と、該負極の
   外周部に設けられた枠とを含む負極板と、前記正極板と
   前記負極板との間に配置され、前記正極と前記負極とを
   分離するセパレータと、を備え、前記セパレータの外径
   は、該セパレータが前記正極板と前記負極板との間に配
   置されたとき、該セパレータの外周端縁が露出しないよ
   うに、前記正極板の前記枠および前記負極板の前記枠の
   それぞれの外径よりも小さくされる、電解槽。