JPH0553132U - 電解液循環型積層二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極板とセパレータ板を交互に複数積層して
成る電池スタック２１を有する亜鉛臭素電池内の液量の
バランスをとるための液移動用配管を、正極、負極電解
液貯蔵槽間に直接設けなくてもよいようにし、配管や貯
蔵槽の配置について柔軟な設計が行えるようにする。 【構成】 セパレータ板２２、電極板の各絶縁枠体２３
にマニホールド８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆを
設ける。正極液貯蔵槽から負極液貯蔵槽へ電解液を流す
場合は、正極液貯蔵槽→ポンプ→配管→正極側液入り口
マニホールド８ａ→チャンネル９→電池反応室→チャン
ネル９→正極側液出口マニホールド８ｂ→接続管２６ａ
→正極側液移動用マニホールド８ｅ→配管２４，二方コ
ック２５→負極側液移動用マニホールド８ｆ→接続管２
６ｂ→負極側液出口マニホールド８ｄ→配管→負極液貯
蔵槽なる経路で流す。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は亜鉛臭素電池等の電解液循環型積層二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】

電解液循環型積層二次電池、例えば亜鉛臭素電池は負極活物質に金属亜鉛、正 極活物質に臭素を使用した臭化亜鉛水溶液を主成分とする二次電池である。本電 池の基本的な充放電反応式は次のように示される。

【０００３】 充電時……正極：Ｑ⁺・Ｂｒ₃ ^-＋２ｅ←Ｑ⁺・Ｂｒ^-＋２Ｂｒ^- 負極：Ｚｎ←Ｚｎ⁺⁺＋２ｅ^- 放電時……正極：Ｑ⁺・Ｂｒ₃ ^-＋２ｅ→Ｑ⁺・Ｂｒ^-＋２Ｂｒ^- 負極：Ｚｎ→Ｚｎ⁺⁺＋２ｅ^- 全体：Ｑ⁺・Ｂｒ₃ ^-＋Ｚｎ←Ｑ⁺・Ｂｒ^-＋２Ｂｒ^-＋Ｚｎ⁺⁺ Ｑ⁺・Ｂｒ₃ ^-＋Ｚｎ→Ｑ⁺・Ｂｒ^-＋２Ｂｒ^-＋Ｚｎ⁺⁺ 放電時は負極板上の金属亜鉛が酸化し亜鉛イオンとなって電解液中に溶解し、 正極では電極表面上で臭素錯化合物が反応して臭素イオンおよび臭素錯化合物に 分離する。充電時には負極板上に亜鉛が電析し、正極には臭素が発生すると同時 に臭素錯化合物と化合して臭素錯化合物が生成する 本電池は図２に示すような電気的に直列で、電解液の循環は並列な積層電池で あり、電極間の抵抗（Ｒ＝ρｌ／Ａ）を小さくする必要があるため電極間隔が狭 く、電極間に存在する電解液中に含まれる臭化亜鉛水溶液が少なく電池容量を増 やすために図３のように正極液貯蔵槽および負極液貯蔵槽から電解液をポンプで 強制循環させながら充放電を行う。

【０００４】 図３において１は電池スタック、２は正極液貯蔵槽、３は負極液貯蔵槽であり 、貯蔵槽２，３間は配管４で連結され、配管４には液移動用バルブ５が設けられ ている。電池スタック１は図２のように構成されている。図２においてセパレー タ板１０は、（Ｂ）に示すようにセパレータ６と、その外周縁部に設けられた絶 縁枠体７と、絶縁枠体７の一端部に設けた正極側液入り口マニホールド８ａ、正 極側液出口マニホールド８ｂと、該マニホールド８ａ，８ｂとセパレータ６の両 端部を結ぶ部位に設けたチャンネル（電解液流路）９とで成る。絶縁枠体７の他 端部には負極側液入り口、出口マニホールド８ｃ，８ｄが設けられ、このマニホ ールド８ｃ，８ｄは絶縁枠体７の裏側に設けたチャンネル（図示省略）を介して セパレータ６につながっている。上記のような絶縁枠体７、マニホールド８ａ， ８ｂ，８ｃ，８ｄは電極板にも同様に設けられており（図示省略）、該電極板間 にセパレータ板１０を挟んだものを図２（Ａ）のように多数積層し、終端部に集 電用の電極端板、締付端板を設けてボルト、ナットで全体を締め付けて構成して いる。

【０００５】 このように構成された電池スタック１の積層方向の一端において、正極側液入 り口、出口マニホールド８ａ，８ｂはマニホールドジョイント１１ａ，１１ｂお よび配管（図示省略）を介して正極液貯蔵槽２に連結され、負極側液入り口、出 口マニホールド８ｃ，８ｄはマニホールドジョイント１１ｃ，１１ｄおよび配管 （図示省略）を介して負極液貯蔵槽３に連結されている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

本電池は図３のような正極液貯蔵槽２と負極液貯蔵槽３から正極電解液、負極 電解液をそれぞれポンプを用いて電池スタック１内に強制的に送り込んで運転を 行っている。電池の活物質である臭化亜鉛を溶媒である水に溶かし水溶液として 用いるわけであるが、充電時過剰に充電を行うと活物質である亜鉛イオンと臭素 イオンが足りなくなって水の電気分解が生じる。これにより貯蔵槽内に水素ガス や酸素ガスが生じ、本来同じ量であるはずの正極液貯蔵槽２、負極液貯蔵槽３の 液量が、発生したガスの圧力により偏ってしまうことがある。これを防止するた め前記貯蔵槽２，３間に配管４および液移動用バルブ５を設けて、このバルブ５ を開け、両貯蔵槽２、３の液量のバランスをとっていた。

【０００７】 しかし両貯蔵槽を配管で結ぶため電池の構成上両貯蔵槽を横並びにしなければ ならず、設計上に不備を生じることがある。即ち液移動用バルブ５を設けるため に両貯蔵槽２，３は常に横に並べておかねばならず設計上制約を受ける。仮に正 極液貯蔵槽２と負極液貯蔵槽３間にバルブ５を設ける必要がなければ、貯蔵槽２ ，３間に電池スタック１を配設して貯蔵槽２、電池スタック１、貯蔵槽３の順に 並べる等の変則的な設計を要求される場合であっても十分に対処することができ る。

【０００８】 本考案は上記の点に鑑みてなされたものでその目的は、正極液貯蔵槽と負極液 貯蔵槽を結ぶ配管を不要として、電池スタック、貯蔵槽の配置、設計を柔軟に行 える電解液循環型積層二次電池を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は、矩形平板状のセパレータおよび該セパレータの外周縁部に一体に形 成された絶縁枠体と、該枠体の一端部に各々設けられた第１、第２、第３マニホ ールドと、前記枠体の一方の面であって前記第１、第２マニホールドとセパレー タの両端を結ぶ部位に各々設けられた正極電解液流路と、前記枠体の他端部に各 々設けられた第４、第５、第６マニホールドと、前記枠体の他方の面であって前 記第４、第５マニホールドとセパレータの両端を結ぶ部位に各々設けられた負極 電解液流路とから成るセパレータ板と、 矩形平板状の電極および該電極の外周縁部に一体に形成された絶縁枠体と、該 枠体の前記各マニホールドと対応する部位に各々設けられたマニホールドとから 成る電極板とを有し、 前記電極板の間に前記セパレータ板を挟んで該電極板を複数積層し圧着一体化 し、前記電極と絶縁枠体とで囲まれ、前記セパレータで二つに区分された部分に 電池反応室を形成して成る電池積層部を備え、 前記電池積層部の積層方向一端部の前記第１マニホールドと第２マニホールド を、配管、ポンプおよび正極電解液貯蔵槽を介して連結し、 前記電池積層部の積層方向一端部の前記第４マニホールドと第５マニホールド を、配管、ポンプおよび負極電解液貯蔵槽を介して連結し、 前記電池積層部の積層方向一端部の前記第３マニホールドと第６マニホールド を配管および液移動用バルブを介して連結し、 前記電池積層部の積層方向他端部の前記第２マニホールドと第３マニホールド を第１接続管を介して連結し、 前記電池積層部の積層方向他端部の前記第５マニホールドと第６マニホールド を第２接続管を介して連結したことを特徴としている。

【００１０】

【作用】

正極電解液貯蔵槽と負極電解液貯蔵の各液量が同じである場合、正極側では正 極電解液を、正極電解液貯蔵槽→ポンプ→配管→第１マニホールド→正極電解液 流路→電池反応室→正極電解液流路→第２マニホールド→配管→正極電解液貯蔵 槽なる経路で循環させる。また負極側では負極電解液を、負極電解液貯蔵槽→ポ ンプ→配管→第４マニホールド→負極電解液流路→電池反応室→負極電解液流路 →第５マニホールド→配管→負極電解液貯蔵槽なる経路で循環させる。

【００１１】 また、前記各電解液の量のバランスが悪くなり、正極電解液貯蔵槽から負極電 解液貯蔵槽へ電解液を流す場合は、正極電解液貯蔵槽→ポンプ→配管→第１マニ ホールド→正極電解液流路→電池反応室→正極電解液流路→第２マニホールド→ 第１接続管→第３マニホールド→配管、液移動用バルブ→第６マニホールド→第 ２接続管→第５マニホールド→配管→負極電解液貯蔵槽なる経路で流れる。また 負極電解液貯蔵槽から正極電解液貯蔵槽へ電解液を流す場合は、負極電解液貯蔵 槽→ポンプ→配管→第４マニホールド→負極電解液流路→電池反応室→負極電解 液流路→第５マニホールド→第２接続管→第６マニホールド→配管、液移動用バ ルブ→第３マニホールド→第１接続管→第２マニホールド→配管→正極電解液貯 蔵槽なる経路で流れる。

【００１２】 電解液移動用として作用する第３、第６マニホールドを設けているので、液移 動用のバルブおよび配管を電池積層部の積層方向一端部に設けることができる。 このため正極電解液貯蔵槽と負極電解液貯蔵槽を結ぶ部位に液移動用の配管、バ ルブを電解液貯蔵槽間に設ける必要がなくなる。これによって前記両貯蔵槽を従 来のように並設しなければならないという制約はなくなり、配管や電解液貯蔵槽 の配置について柔軟な設計が行える。

【００１３】

【実施例】

以下図面を参照しながら本考案の一実施例を説明する。図１において図２と同 一部分は同一符号を以て示している。電池スタック２１内に積層されるセパレー タ板２２の絶縁枠体２３の一端部には、正極側液入り口マニホールド（第１マニ ホールド）８ａ、正極側液出口マニホールド（第２マニホールド）８ｂ、正極側 液移動用マニホールド（第３マニホールド）８ｅが互いに隣接して穿設されてい る。前記絶縁枠体２３の他端部には、負極側液入り口マニホールド（第４マニホ ールド）８ｃ、負極側液出口マニホールド（第５マニホールド）８ｄ、負極側液 移動用マニホールド（第６マニホールド）８ｆが互いに隣接して穿設されている 。前記絶縁枠体２３の一方の面のセパレータ６の両端と正極側液入り口マニホー ルド８ａ、正極側液出口マニホールド８ｂとの間にはチャンネル（電解液流路） ９が設けられている。前記絶縁枠体２３の他方の面のセパレータ６の両端と負極 側液入り口マニホールド８ｃ、負極側液出口マニホールド８ｄとの間にもチャン ネル（図示省略）が設けられている。また電池スタック２１を構成する電極板の 絶縁枠体にも、セパレータ板２２の各マニホールド８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ ｅ，８ｆと対応する位置にマニホールドが各々設けられている（図示省略）。

【００１４】 尚図１において電池スタック２１の電極端板や締付端板は図示省略しているが 、積層方向両端の電極端板および締付端板にも、図１（Ｂ）の各マニホールド８ ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆに対応する位置にマニホールドが各々設けら れている。

【００１５】 電池スタック２１の積層方向の一端における正極側液入り口、出口マニホール ド８ａ、８ｂの間は、マニホールドジョイント１１ａ，１１ｂ、配管、ポンプお よび正極液貯蔵槽（図示省略）を介して連結されている。電池スタック２１の積 層方向の一端における負極側液入り口、出口マニホールド８ｃ、８ｄの間は、マ ニホールドジョイント１１ｃ，１１ｄ、配管、ポンプおよび負極液貯蔵槽（図示 省略）を介して連結されている。

【００１６】 電池スタック２１の積層方向の一端における正極側液移動用マニホールド８ｅ と負極側液移動用マニホールド８ｆの間は、マニホールドジョイント１１ｅ，１ １ｆ、配管２４および二方コック（液移動用バルブ）２５を介して連結されてい る。

【００１７】 電池スタック２１の積層方向の他端における正極側液移動用マニホールド８ｅ と正極側液出口マニホールド８ｂの間は、接続管２６ａによって連結されている 。電池スタック２１の積層方向の他端における負極側液移動用マニホールド８ｆ と負極側液出口マニホールド８ｄの間は、接続管２６ｂによって連結されている 。

【００１８】 上記のように構成された電池において充放電の運転を行う場合、正極液貯蔵槽 と負極液貯蔵槽の各液量が同じである場合、正極側では正極電解液を、正極液貯 蔵槽２→ポンプ→配管→正極側液入り口マニホールド８ａ→チャンネル９→電池 反応室→チャンネル９→正極側液出口マニホールド８ｂ→配管→正極液貯蔵槽２ なる経路で循環させる。また負極側では負極電解液を、負極液貯蔵槽３→ポンプ →配管→負極側液入り口マニホールド８ｃ→チャンネル→電池反応室→チャンネ ル→負極側液出口マニホールド８ｄ→配管→負極液貯蔵槽３なる経路で循環させ る。

【００１９】 また、前記各電解液の量のバランスが悪くなり、正極液貯蔵槽２から負極液貯 蔵槽３へ電解液を流す場合は、正極液貯蔵槽２→ポンプ→配管→正極側液入り口 マニホールド８ａ→チャンネル９→電池反応室→チャンネル９→正極側液出口マ ニホールド８ｂ→第１接続管２６ａ→正極側液移動用マニホールド８ｅ→配管２ ４，二方コック２５→負極側液移動用マニホールド８ｆ→第２接続管２６ｂ→負 極側液出口マニホールド８ｄ→配管→負極液貯蔵槽３なる経路で流れる。また負 極液貯蔵槽３から正極液貯蔵槽２へ電解液を流す場合は、負極液貯蔵槽３→ポン プ→配管→負極側液入り口マニホールド８ｃ→チャンネル→電池反応室→チャン ネル→負極側液出口マニホールド８ｄ→第２接続管２６ｂ→負極側液移動用マニ ホールド８ｆ→配管２４，二方コック２５→正極側液移動用マニホールド８ｅ→ 第１接続管２６ａ→正極側液出口マニホールド８ｂ→配管→正極液貯蔵槽２なる 経路で流れる。

【００２０】 上記のように電解液移動用として作用する正極側液移動用、負極側液移動用マ ニホールド８ｅ，８ｆを設けているので、二方コック２５および配管２４を電池 スタック２１の積層方向一端部に設けることができる。このため正極液貯蔵槽２ と負極液貯蔵槽３を結ぶ部位に液移動用の配管、バルブを設ける必要がなくなる 。これによって前記両貯蔵槽２，３を従来のように並設しなければならないとい う制約はなくなり、配管や電解液貯蔵槽の配置について柔軟な設計が行える。

【００２１】 尚本考案は、亜鉛臭素電池に適用するに限らず他の電解液循環型積層電池に適 用しても前記同様の作用、効果を奏する。

【００２２】

【考案の効果】

以上のように本考案によれば、従来の液入り口、液出口用の第１、第２、第４ 、第５マニホールドの他に液移動用の第３、第６マニホールドおよび第１、第２ 接続管を設けたので、正極電解液貯蔵槽と負極電解液貯蔵槽をつなぐ液移動用配 管、バルブを電池スタックに取り付けることができる。このため正極電解液貯蔵 槽と負極電解液貯蔵槽を直接結ぶ配管が不要となり、両貯蔵槽を並設しなければ ならないという制約はなくなる。これによって配管や電解液貯蔵槽の配置につい て柔軟な設計が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示し、（Ａ）は概略構成の
説明図、（Ｂ）は要部説明図。

【図２】従来の亜鉛臭素電池の一例を示し、（Ａ）は概
略構成の説明図、（Ｂ）はセパレータ板の説明図。

【図３】従来の亜鉛臭素電池の全体構成を示す斜視図。

【符号の説明】

１、２１…電池スタック、２…正極液貯蔵槽、３…負極
液貯蔵槽、６…セパレータ、７，２３…絶縁枠体、８
ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ…マニホールド、９
…チャンネル、１０，２２…セパレータ板、１１ａ，１
１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ…マニホールド
ジョイント、２４…配管、２５…二方コック、２６ａ，
２６ｂ…接続管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 矩形平板状のセパレータおよび該セパレ
   ータの外周縁部に一体に形成された絶縁枠体と、該枠体
   の一端部に各々設けられた第１、第２、第３マニホール
   ドと、前記枠体の一方の面であって前記第１、第２マニ
   ホールドとセパレータの両端を結ぶ部位に各々設けられ
   た正極電解液流路と、前記枠体の他端部に各々設けられ
   た第４、第５、第６マニホールドと、前記枠体の他方の
   面であって前記第４、第５マニホールドとセパレータの
   両端を結ぶ部位に各々設けられた負極電解液流路とから
   成るセパレータ板と、 矩形平板状の電極および該電極の外周縁部に一体に形成
   された絶縁枠体と、該枠体の前記各マニホールドと対応
   する部位に各々設けられたマニホールドとから成る電極
   板とを有し、 前記電極板の間に前記セパレータ板を挟んで該電極板を
   複数積層し圧着一体化し、前記電極と絶縁枠体とで囲ま
   れ、前記セパレータで二つに区分された部分に電池反応
   室を形成して成る電池積層部を備え、 前記電池積層部の積層方向一端部の前記第１マニホール
   ドと第２マニホールドを、配管、ポンプおよび正極電解
   液貯蔵槽を介して連結し、 前記電池積層部の積層方向一端部の前記第４マニホール
   ドと第５マニホールドを、配管、ポンプおよび負極電解
   液貯蔵槽を介して連結し、 前記電池積層部の積層方向一端部の前記第３マニホール
   ドと第６マニホールドを配管および液移動用バルブを介
   して連結し、 前記電池積層部の積層方向他端部の前記第２マニホール
   ドと第３マニホールドを第１接続管を介して連結し、 前記電池積層部の積層方向他端部の前記第５マニホール
   ドと第６マニホールドを第２接続管を介して連結したこ
   とを特徴とする電解液循環型積層二次電池。