JPH0630252B2 - レドツクスフロ−型電池用電極部材 - Google Patents

レドツクスフロ−型電池用電極部材

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JPH0630252B2
JPH0630252B2 JP61182282A JP18228286A JPH0630252B2 JP H0630252 B2 JPH0630252 B2 JP H0630252B2 JP 61182282 A JP61182282 A JP 61182282A JP 18228286 A JP18228286 A JP 18228286A JP H0630252 B2 JPH0630252 B2 JP H0630252B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レドックスフロー型電池用電極部材に関し、
組立てが容易で特に軽量で機械的強度とレドックスフロ
ー電解液に対する遮蔽性とに優れ、且つ高い導電性を有
するレドックスフロー型電池用電極部材に関する。
〔従来技術及び問題点〕
従来より大容量の蓄電池システムにより、オフピーク時
の余剰電力を電気化学的反応によって貯蔵(充電)し、
ピーク時に放出(放電)する、いわゆるロードレベリン
グ機能を持つ電力貯蔵システムが開発されている。貯蔵
を例にとれば、将来、電源構成で大きな比重を占めると
予想される原子力発電では、一定の出力を保って定常発
電することが高い効率を保つ上で必要であり、その電源
機構比率が20%を超え且つ貯蔵システムの総合効率が70
%に達すると貯蔵設備用上不利がなくなるといわれてい
る。
電力貯蔵の方法には、実用化されているものがあるが、
送電によるロスがあり、また、揚水発電は立地に制約が
加わって来ており、従って、新型 2次電池が最も実用性
の高い方式であると考えられている。
なかでもレドックスフロー型 2次電池は、充放電時の電
気化学的エネルギー変化を行なわせる流通型電解槽と活
物質であるレドクックス電解液を貯蔵するタンクとが完
全に分離しているため、タンクの容量を変更するだけで
電力貯蔵を変えることができること、従って、長時間、
大容量の電力貯蔵に適していること、液流通型であるた
め電池出力を調整しやすいこと、電池停止時の自己放電
が殆んどなく、風力、発電、太陽光発電など自然エネル
ギー発電のバックアップ電源としても適していること等
優れた特徴がある。
第 1図は、レドックスフロー型電池におけるセルの具体
的構成の一例を示す略図的斜視図である。ここでは、隔
膜 1を隔てて正極側及び負極側にそれぞれ反応電極 2、
バイポーラ板 3が配置されている。実用的には第 1図に
示したバイポーラ板/正極電極/隔膜/負極電極/バイ
ポーラ板の繰返しで積層された形で使用される。
従来、この積層構成で使用する場合バイポーラ板と電極
材は接圧で電気的に接続されており、両者間の接触抵抗
が大きく導電性の面で不利であった。また、第 1図はセ
ルスタック組立て直前の電池材料の配置を示す図である
が、電極材は一定厚さのスペーサーの内側へ接着剤で接
着されている。この接着は液の出入口の短絡を防ぐの
と、いくつものセルスタックを構成する場合の取扱い易
さを目的として行なわれるが、極めて細かい作業と長時
間を要し、とうてい工業化に耐える製造工程とはいえな
い。このことは、特にセルスタックを多数バイポーラ板
で直列積層した形で使われる実用電池を作成する際に問
題となる。
従来、レドックスフロー型電池用バイポーラ板として
は、グラッシ−カーボン板が知られている。しかしなが
ら、このグラッシ−カーボン板は導電性は優れているも
のの機械的強度、特に衝撃強度、圧縮強度が弱いことか
らセルスタックを構成する際破損するという欠点を有し
ている。しかも、価格が高く、大型化した場合直列方向
に長くなり重量も重くなるという問題がある。
一方、安価なプレートとしてポリオレフィン系樹脂にカ
ーボンブラックを混入した、いわゆるプラスチックカー
ボンというものが提案されているが、このものは導電性
が低く、しかも機械的強度が弱いため実用に至っていな
い。
これら欠点を改善するものとして、炭素繊維強化プラス
チック(CFRP)が提案検討されているが、単に炭素
繊維のみを含んだCFRPでは、機械的強度は優れてい
るものの電解液の遮蔽性、導電性の面でまだ満足のいく
成果は得られていない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上述の欠点を改善し、組立てが容易で
あって、軽量で且つ導電性に優れ、しかも電解液の遮蔽
性に優れたレドックスフロー型電池用電極部材を提供す
ることにある。
〔発明の構成〕
本発明は、炭素繊維を強化材繊維とし、カーボンブラッ
クを含む熱硬化性樹脂をマトリックスとした厚さ0.1
〜1.0mmの複合材からなり、電極との接着面が研磨さ
れているバイポーラ板と前記バイポーラ板の両面に配置
される炭素繊維集合体電極とが導電性接着剤を介して接
着されてなるレドックスフロー型電池用電極部材であ
る。
本発明のバイポーラ板に使用する炭素繊維は、ポリアク
リロニトリル(PAN)系、ピッチ系等その種類に制限
がなく、その体積抵抗率が 5×10−4〜 2×10−3Ω・
cmの範囲のものであればよい。炭素繊維の体積含有率は
40〜70容量%、好ましくは55〜65容量%の範囲である。
また、本発明におけるマトリックス樹脂はエポキシ樹
脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂であるが、レドッ
クスフロー型電池に使用する電解液に対する耐蝕性を有
する熱硬化性樹脂であれば前記のものに限るものではな
い。
カーボンブラックは樹脂中での分散性が良好であれば、
ファーネス系、アセチレン系、ケッチェン系等いずれで
もよい。その含有量はバイポーラ板の導電性の点から樹
脂重量に対し0.5〜10重量%の範囲が好ましい。ま
た、カーボンブラックは、30kg/cm2 加圧下における電
気比抵抗が0.4Ω/cm以下であり且つ揮発分が0.1
重量%以下で、灰分が0.5重量%以下であることが望
ましい。これら範囲内のカーボンブラックでは、一層良
好な導電性を得られ、カーボンブラックの吸湿による抵
抗の経時変化も小さくなり、電解液の遮蔽性も一層向上
する。
また、バイポーラ板の厚さは、0.1〜1.0mmの範囲で
あり、これより薄いと機械的強度及び電解液の遮蔽性が
問題となり、これより厚いと導電性、コストの面で不利
となる。
炭素繊維集合体電極は、織物、編物、ひも、フェルト又
はそれらの混成組織をもつ炭素繊維集合体であり、原料
繊維としては、セルロース系、アクリル系、フェノール
系、芳香族ポリアミド系、ピッチ系等が使用できる。こ
れらの繊維は、細かいもの程その表面積が大きくとれ、
強度面でも有利であって、0.5〜10デニールの範囲の
ものが特に好ましい。繊維をカットして短繊維にするこ
とによりフェルトを得ることができ、また、集束して糸
とすることにより編地、織布、ひも及びそれらの混成組
織を得ることができるが、電解液の圧損の点でフェルト
が好ましい。
導電性接着剤は、バイポーラ板と電極材とを接着一体化
するものである。この導電性接着剤は、レドックスフロ
ー型電池に使用する電解液に対する耐蝕性の面から、
銀、ニッケル等の通常の金属粉含有樹脂接着剤は使用で
きず、カーボンブラックを含有した樹脂接着剤が使用さ
れる。導電性樹脂におけるマトリックス樹脂としては、
電解液に対する耐蝕性があれば熱硬化性樹脂、熱可塑性
樹脂いずれでもよい。しかし、導電性接着剤の導電性が
低ければ接触抵抗を低減させる効果はなく、接着剤の体
積抵抗率は10゜Ω・cm以下であることが望ましい。ま
た、接着剤の塗布量は、10〜60g/mの範囲が望まし
いが、セルスタック組立て時の操作に耐える接着強度と
接触抵抗低減化の効果があればこの範囲に限るものでは
ない。
炭素繊維積層体にカーボンブラックを含有した熱硬化性
樹脂を含浸硬化したバイポーラ板は、その表層部と内部
では、導電性に大きな差がある。すなわち表面層は樹脂
リッチになっており、内部と比べ導電性が低い、バイポ
ーラ板と電極材の接触抵抗が低減せしめ、良好な導電性
を得るためには、バイポーラ板の表面が研磨されている
ことが必要である。その研磨量は、表面からの距離0.05
mm以上、望ましくは 0.1mm以上が適当である。
〔発明の効果〕
本発明に係るレドックスフロー型電池用部材は、バイポ
ーラ板と電極材を接着一体化することにより組立てが容
易で、機械的強度とレドックスフロー電解液に対する遮
蔽性に優れ、高い導電性を有するとともに安価で、大容
量大型電池の作成に当り多大な有用性をもたらすもので
ある。
〔実施例及び比較例〕
比較例1 厚さ 0.2mmの炭素繊維布にエポキシ樹脂及び硬化剤を含
浸しプリプレグを作成した。このプリプレグを 3枚積層
し、ホットプレスで加熱硬化し、厚さ 0.6mmのバイポー
ラ板を作成した。
このようにして得られたバイポーラ板をフェルト組織の
炭素繊維電極と隔膜とともに第 1図のごとき構成で小型
単電池に組込み充放電試験を行なった。電池特性はセル
抵抗値 3.4Ω・cm2 、エネルギー効率73.1%であり悪か
った。また、長期充放電試験においては、電解液が漏洩
した。
比較例2 比較例1と同様にして得られたバイポーラ板は体積抵抗
率 8×10−2Ω・cmのカーボンブラック含有フェノール
樹脂(導電性接着剤)を塗布し、比較例1と同じ電極を
接着一体化した。
このようにして得られた電極一体化バイポーラ板を小型
単電池に組込み充放電試験を行なった。電池特性は、セ
ル抵抗値 2.6Ω・cm2 、エネルギー効率76.9%であり、
比較例1と比べ改善されているが、まだ満足できるもの
ではなかった。
実施例1 エポキシ樹脂及び硬化剤 100重量部とファーネスブラッ
ク〔東海カーボン(株)製#4500〕4重量部を混練後、
比較例1と同様の炭素繊維布に含浸しプリプレグを作成
した。このプリプレグを 3枚積層し、ホットプレスで加
熱硬化し、厚さ 0.6mmのバイポーラ板を作成した。この
バイポーラ板の表面を約 0.1mm研磨し、比較例2と同じ
カーボンブラック含有フェノール樹脂からなる導電性接
着剤を塗布し比較例1と同じ電極を接着一体化した〔第
2図(a)、(b)〕。
このようにして得られた電極一体化バイポーラ板を小型
単電池に組込み充放電試験を行なった。長期試験におけ
る電解液の漏洩はなく、セル抵抗値 1.8Ω・cm2 、エネ
ルギー効率81.4と良好な電池特性を示した。
【図面の簡単な説明】
第 1図は、レドックスフロー型電池におけるセルの具体
的構成の一例を示す略図的斜視図である。第 2図は、本
発明に係るレドックスフロー型電池用部材の一例を示す
概略図である。 1:隔膜 2:電極 3:バイポーラ板 4:導電性接着剤

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭素繊維を強化材繊維とし、カーボンブラ
    ックを含む熱硬化性樹脂をマトリックスとした厚さ0.
    1〜1.0mmの複合材からなり、電極との接着面が研磨
    されているバイポーラ板と前記バイポーラ板の両面に配
    置される炭素繊維集合体電極とが導電性接着剤を介して
    接着されてなるレドックスフロー型電池用電極部材。
  2. 【請求項2】熱硬化性樹脂が、30kg/cm2加圧下における
    電気比抵抗0.4Ω・cm以下、揮発分1.0重量%以
    下、灰分0.5重量%以下であるカーボンブラックを樹
    脂に対して0.5〜10.0重量%含有している特許請求の
    範囲第(1)項記載のレドックスフロー型電池用電極部
    材。
  3. 【請求項3】導電性接着剤がカーボンブラックと樹脂と
    からなり、その体積抵抗率が100 Ω・cm以下である特
    許請求の範囲第(1)項記載のレドックスフロー型電池
    用電極部材。
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