JPS6290876A - 電解液循環型２次電池のセル構造 - 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、たとえばレドックスフロー電池のような電
解液循環型２次′１池のセル構造に関し、特に複数のセ
ルが多段接続された一体型のセル構造の改良に関する。

［従来の技術］ 電解液循環型２次電池としては、たとえば特開昭５９−
１３１５３号に開示されているレドックスフロー型２次
電池が知られている。この種のレドックス７０−電池で
は、流通型電解セルを用いており、電極活物質を含む電
解液が、電解液タンクと流通型電解セルとの間を循環し
て充放電が行なわれる。電解液としては、たとえば塩酸
が用いられ、電極活物質としては、たとえばＦｅＣＱｚ
およびＣｒＣＱｓなどが用いられる。

レドックス７０−電池は、特に電力貯蔵用２次電池とし
て開発が進められており、その発生電圧を高める必要が
あるため、セルを直列に接続した多段接続型のものが提
唱されている。

第４図に、多段接続型のレドックスフロー電池のセル構
造を分解斜視図に示す。正極板１ａと負極板２ａとの間
には、隔１！Ｊ３ａが設けられており、これらは、ざら
に双極板４ａおよび隣接セルの双極板４ｂにより挾持さ
れている。双極板４ａの枠部分には、正極液流入口１４
ａ１正極液流出口１２ａ、負極液流入口１５ａ、負極液
流出口１３ａが、イれぞれ設けられている。隣接セルの
双極板４ｂにおいても、同様に、正極液流入口１４ｅ、
正極液流出口１２ｅ、負極液流入口１５ｅ、負極液流出
口１３ｅがそれぞれ設けられている。また、同様に、反
応電極板としての正極板１ａおよび負極板２ａ、ならび
に隔１１１３ａにも、それぞれ、正極液流入口１４ｂ、
負極液流入口１５ｂ　、　ｉＥ極液流出口１２ｂおよび
負極液流出ロ１３ｂ１正極液流入ロ１４ｄ１負極液流入
口１５ｄ１正極液流出口１２ｄおよび負極液流出口１３
ｄ１ならびに正極液流入口１４Ｃ１負極液流入ロ１５Ｃ
１正極液流出口１２ｃおよび負極液流出口１３ｃが形成
されている。

上記各電解液流出入口は、隔１１１３ａ　、反応電極板
ｉａ、２ａ、双極板４ａ　、４ｂを積層した場合、連通
し、それぞれ、正極液流入路１４、正極液流出路１２、
負極液流入路１５および負極液流出路１３の一部をぞれ
ぞれ構成する。

充放電動作の際には、正極液は、正極液流入路１４を通
り、正極液流出口１４ａから正極のセル内に供給され、
充放電の優、正極液流出口１２ａから、正極液流出路１
２に送り出される。負極においても、同様にして、負極
液が流入され、流出される。

第５図には、多段接続型のレドックスフロー電池全体の
構造を略図的に示す。ここでは、第４図のセルの両側に
、それぞれ、さらに１個のセルを接続した構造として表
わす。各単位セルの共通の正極液流入路１２および負極
液流出路１３は、それぞれ、送出用配管８および９に接
続されていて、正極液タンク６および負極液タンク７に
連結されている。正極液タンク６およびび負極液タンク
７にはざらに、ポンプを備えた供給用配管１０および１
１が接続されており、供給用配管１０および１１は、正
極液流路１４および魚種液流路１５に接続されている。

ところで、第４図に示したセル１？ｉＩ造においては、
反応電極としての正極板１ａおよび負極板２ａに、電解
液を円滑に流通させるために、具体的には、第６図〜第
８図に示すような構造が用いられている。

すなわち、双極板４ｂは、第６図に示すように、グラフ
フィト板２１と、枠体２２とからなり、この枠体２２に
、上述のように正極液流入口１４ｅ１負極液流入口１５
ｅ、正極液流出口１２ｅ、負極液流出口１３ｅが形成さ
れている。この双極板４ｂにおいては、第６図において
紙表側に、正極液が流れ、紙背側に負極液が流れること
になる。よって、この双極板４ｂには、各電解液流出入
路と、グラフフィト板２１の両側に接触される反応電極
との間に電解液を円滑に流通させるために、各電解液流
出入口１２ｅ　、　１３ｅ　、　１４ｅ　、　１５ｅか
ら、隣接する反応電極板側に開いた流路２３・・・２６
が形成されている。

上記流路２３・・・２６を、第７図および第８図を参照
して、より詳細に説明する。第７図は、第４図に示した
隔膜３ａ、正極板１ａ、負極板２ａならびに双極板４ａ
　、　４１）を積層した状態の、部分拡大断面図であり
、特に正極液流出路１２に沿う断面図である。第７図か
ら明らかなように、流路２３ａは、正極液流出口１２ａ
から、下方に延びており、図示しない正極液流入口から
供給され、反応Ｍ極りａ内を流れ、該流路２３ａに至る
正極液を、正極液流出路１２内へ排出する役割を果たす
。

他方、上記正極液の流れを円滑とするために、正極板１
ａにおいては、反応電極３１と、該反応商事３１を取り
囲む枠体３２との間にスリット３３が形成されている。

流路２３ａは、このスリット−３３に臨むように形成さ
れている。

他方の反応＠極板としての負極板２ａ側においても、同
様に構成されており、これは、負極液流出路１３を通る
拡大断面図である第８図に具体的に示されている。すな
わち、負極液流出路１３側では、流路２４ａ、２４ｅが
、それぞれの双極板の負極液流出口１３ａ、１３ｅから
下方に延ばされている。そして、たとえば負極液流出口
１３ｅから延びる流路２４の他方端部は、反応′？ｆ１
極板としての負極板２ａのスリット４３に臨んでいる。

よって、電極板２ａを流通した負極液は、該スリット４
３Ｊ３よび流路２４ｅを介して、負極液流出路１３に円
滑に排出され得る。

特に図示はしないが、下方、すなわち正極液流入路１４
および負極液流入路１５側においても同様に構成されて
いる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上述してきた従来の多段接続型レドック
スフロー電池のセル構造においては、下記の問題点があ
った。

すなわら、第７図および第８図に示されているように、
このセル構造では、隔膜３ａの両側に、正楡板１ａおよ
び負極板２ａのスリット３３，４３が隔膜３ａを介して
向かい合う位置に配置されている。したがって、両スリ
ット３３．４３には、当然のことながら、それぞれ、正
極液および負極液が充填されることになる。

したがって、たとえばスリット３３に充填されている正
極液が、スリット４３を流れる負極液よりも高圧となっ
ている場合、第９図に拡大断面図で示すように、隔膜３
ａがスリット４３側に押付けられることがある。この場
合、隔膜３ａは、図示のように、流路２４ｅの開口部を
閉成することなり、その結果、負極液は流路２４ｅ内に
流出されないことになる。通常、反応電極板としての正
極板１ａおよび負極板２ａは、数ミリ以下の厚みに構成
されているため、スリット３３．４３に充填される正極
液および負極液の圧力差により、この閉塞は簡単に生じ
得るものである。

同様の閉塞現象は、正極液流出路１２側、あるいは正極
液流入路１４および負極液流入路１５側においても生じ
る。

上記のような閉塞が生じた場合、その部分で正極液ある
いは負極液は流れないことになり、したがって当然のこ
とながら連続的に充放１Ｆｉ動作を行なわせることが不
可能となる。

よって、この発明の目的は、正極液および負極液が反応
電極に円滑に供給され、かつ該反応１ｔ（ｉから円滑に
排出され得るように構成された電解液循環型２次電池の
セル構造を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ この発明のセル構造は、隔膜と、反応電極および反応電
極を囲む枠体からなる反応電極板とを有する単位ヒルが
、双極板を介して積層されており。

かつｍ１、反応電極板および双極板には、それぞれ、積
層された際に連通ずるように、正極液流入口、ｉＥ　Ｖ
Ｍ’ａ流出口、負極液流入口および負極液流出口が形成
されており、連通された正極液流入口が正極液流路を、
正極液流出口が正極液流出路を、ｆ！４４ｆＩ′ｆｌｌ
流入口が負極液流入路を、負極液流出口がｎ極液流出路
を構成しており、 さらに、正極液流入路もしくは負極液流入路から、反応
ｆｆｆｌ（ｉに正極液もしくは負極液を流し、正極液流
出路もしくは負極液流出路から排出するために、双極板
には、双極板の電解液流出入口から反応を重板に臨む位
置まで延びる流路が形成されＣおり、かつ咳流路の反応
電極板側端部が接触している反応電極板部には、電極液
の流れを円滑にするためのスリットが形成されている。

上述したような電解液循環型２次電池のセル構造の改良
を提供するものである。

この発明の特徴は、上述したような構造において、正極
液流入路および制御液流出路が、反応電極板、隔膜およ
び双極板の対向する２辺に向かい合って形成されており
、かつ負極液流入路および負極液流出路が、他の２辺に
向かい合って形成されていることにある。

［作用］ この発明では、正極液流入路および正極液流出路が、反
応電極板、隔膜および双極板の対向する２辺に向かい合
って形成されており、他方、負極液流入路および負極液
流出路についても、他の２辺に向かい合って形成されて
いる。したがって、電解液の流れを円滑にするために、
反応電極板において、反応電極と枠体との間に形成され
ているスリットの設けられる辺は、正極板と負極板とで
異ならされている。すなわち、反応電極板の一方、すな
わち正極板においては、正極液流入路および正極液流出
路を構成する正極液流入口および正極液流出口が形成さ
れている側の辺に、それぞれ、スリット・が形成されて
おり、残りの２辺にはスリットは形成されていないこと
になる。同様に、反応電極板の他方、すなりも負極板に
おいては、負極液流入路および負極液流出路を構成する
負極液流入口および負極液流出口が形成されている辺の
側に、それぞれ、スリットが形成されており、他の２辺
にはスリットは形成されていないことになる。

よって、後述する実施例の第３図に断面図で示されてい
るように、隔Ｎ３ａの片側にのみスリット８３が形成さ
れている。よって、正極液と負極液との間に圧力差が生
じていたとしても、スリットは、隔膜の片側にのみ構成
されているため、正極液あるいは負極液の流れにより、
隔膜３ａが撓み、流路を開基することがないようにされ
ている。

［実施例の説明］ 第１図は、この発明の一実施例のセル構造において用い
られる反応電極板としての負極板を示し、第２図は該負
極板に１ねられる双極板を示す。すなわら、第１図の負
極板５２ａおよび第２図の双極板５４ｂは、それぞれ、
第４図に示した従来のセルｆａ造における負極板２ａな
らびに双極板４ｂに相当するものである。

負極板５２ａは、たとえばカーボンクロスからなる反応
電極５３と、たとえばゴムなどの弾性材料よりなる枠体
５４とを有する。この枠体５４の２辺には、正極液流入
口６４ｄおよび正極液流出口６２ｄが形成されている。

もっとも、反応電極板としての負極板５２ａの成心電極
５３には、正極液は流されないため、この正極液流入口
６４ｄおよび正極液流出口６２ｄは、単に正極液流入路
および正極液流出路の一部を構成しているにすぎない部
分である。

他方、枠体５４の残りの２辺には、それぞれ、負極液流
入口６５ｄおよび負極液流出口６３ｄが形成されている
。ここでは、負極液が反応用ｖｉＡ５３に流されるため
に、この負極液の流れを円滑とするべく、スリット８３
．８４が、負極液流出入口６３ｄ　、６５ｄ側の辺に形
成されている。

他方、第２図に示すように、負極板５２ａに重ね合わさ
れる双極板５４ｂにも、正極液流入口６４８、正極液流
出口６２ｅおよび負極液流入口６５ｅ、負極液流出口６
３ｅが形成されている。

なお、双極板５４ｂには、各電解液流出入口６２ｅ　、
６３ｅ　、６４ｅ　、６５ｅから延びる流路７２ｅ・・
・７５ｅが形成されている。このうち、負極液流入口６
５ｅおよび負極液流出口６３ｅから延びる流路７３ｅ、
７５ｅは、双極板５４ｂの裏面（紙背側の而）に聞いて
おり、逆に、正極液流出入口６２ｅ、６４ｅから延びる
流路７２ｅ、７４ｅは双極板５４ｂの表面（第２図にお
いて紙表側の面）に開いている。これは、双極板５４ｂ
の表面側を正極液が流れ、裏面側を負極液が流れるから
である。

特に図示はしないが、第２図に示した双極板５４ｂおよ
び第１図に示した負極板５２ａの他、さらに積層される
隔膜および正極板ならびに他方の双極板についても、向
かい合う２辺に正極液流出入口が形成されＣおり、かつ
残りの向かい合う２辺に負極液流出入口が形成されてい
る。もつとも、反応電極板に形成されるスリットについ
ては、正逢板では、第１図に示した負極板と異なり、垂
直方向の２辺に沿うようにスリットが形成される。

これは、正極液流出入口が、垂直方向に延びる２辺側に
形成されるからである。よって、正極板では、第１図に
想像線Ａ、Ｂで示す位置にスリットが形成されているこ
とになる。

上述したような各電極部材を積層した、この発明の一実
施例のセル構造の要部を、第３図に拡大して示す。この
第３図に示す部分は、従来のセル構造についての第８図
に相当する部分であり、したがって、負極液流出路１３
を通る断面を示すものである。

ここでは、双極板５４ｂの負極液流出口６３ｅおよび他
方の双極板５４ａの負極液流出口６３ａなどが、負極液
流出路１３を構成している。そして、一方の双極板５４
ｂには、上述のように流路７３ｅが、負極液流出口６３
ｅがら延び、負極板５２　ｉｌに設けられたスリット８
３に端部が開くように形成されている。したがって、負
極板５２ａの反応電極５３を通過してきた負極液は、ス
リット８３から、流路７３ｅを介して負極液流出路１３
に流れることになる。

他方、隔ＩＱ３ａの反対側では、反応電極板とし【の正
極板５１ａの反応電極の上端縁には、上述したようにス
リットは形成されていない。正極板５１ａでは、垂直方
向に延びる辺に沿ってのみスリットが形成されていたか
らである。

したがって、第３図からも明らかなように、この実施例
のセル構造では、隔ｆｆ！Ｊ３ａの片側にのみスリット
８３が位置することになる。よって、たとえ、正極液と
負極液との間に圧力差が生じていたとしても、第３図に
示す負極液流出路１３側では、正極液は上方に移動する
ものではないため、（正極液は、上述のように負極方向
に延びる辺に正極液流出入路が形成されているため横方
向に、すなわち第３図の図面上で、紙表−紙背方向に流
れるため）、流路７３ｅを隔膜３ａが塞ぐことはない。

よって、負極液は、円滑に流路７３ｅを介して負極液流
出路１３から排出され１ｑる。

第３図は、負極液流出路側のｍ造のみを示すものであっ
たが、負極液流入路側、ならびに正極液流入路および正
極液流出路側においても同様に構成されているため、こ
の実施例のセル構造によれば、正極液および負極液は、
いずれの位置においても閉塞せず、円滑に流通され得る
ことがわかる。

なお、第１図および第２図に示した反応電極板および双
極板の平面形状は正方形であったが、いずれかの２辺を
長くし長方形としてもよいことは言うまでもない。もつ
とも、正方形の場合には、反応電極を通過する正極液流
路および負極液流路の良さが等しくなるため、正極液流
路および負極液流路にお（）る圧損を等しくすることが
できるため、正方形とした方が好ましい。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、正極液流入路および
ｉｌＥ極液流出路が、反応電極板、隔膜および双極板の
対向する２辺に向かい合って形成されており、負極液流
入路および負極液流出路が、他の２辺に向かい合うよう
に形成されでいるので、当然のことながら、電解液の流
れを円滑にするためのスリットは、反応電極板において
、該反応電極板を通過する電解液の流出入口側の辺にの
み形成されることになる。したがって、隔膜の両側にス
リットが向かい合って位置することはなく、隔膜の片側
にのみスリットが位置し、また正極液と負極液の反応電
極上を流れる方向が大きく異なるため、たとえ正極液と
負極液に圧力差が存在したとしても、該圧力差により隔
膜が電解液の流出入路と反応電極とを結ぶ流路を閉塞す
ることはない。

よって、電解液が円滑に流れ、連続的に充放電動作を確
実に行ない得る電解液循環型２次電池を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に用いられる反応電極板
としての負極板を示す正面図である。第２図は、第１図
に示した負（転板に重ねられる双極板を示す正面図であ
る。第３図は、第１図および第２図に示した負極板およ
び双極板を含むこの発明の一実施例の要部拡大断面図で
ある。第４図は、従来の多段接続型レドックスフロー電
池のセル構造の分解斜視図である。第５図は、従来の多
段接続型レドックス７０−電池の模式図である。第６図
は、第４図に示したセル構造にお番ブる双極板の構造を
より詳細に示す正面図である。第７図および第８図は、
第６図に示した双極板等がｖ４層された従来のセル構造
における断面図を示し、第７図は正極液流出路側を、第
８図は負極液流出路側を拡大して示す図である。第９図
は、第８図に示した負極液流出路側における流路の閉塞
現象を説明するための拡大断面図である。 図において、３ａは隔膜、５１ａは反応電極板としての
正極板、５２ａは反応電極板としての負極板、５３は反
応電橋、５４は枠体、５４ａ、５４ｂ４ユ双極板、６２
ｄ　、６２ｅは正極液流出口、６３ｄ　、６３ｅは負極
液流出口、６４ｄ　、６４ｅは正極液流入口、６５ｄ　
、６５ｅは負極液流入口、７２ｅ　、７３ｅ　、７４ｅ
　、７５Ｇは流路、８３はスリットを示す。 特ム１出願人　住友電気工業株式会社 代　　理　　人　　弁理士　　深　　見　　久　　部（
ほか２名）　　　“″′ 躬７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）隔膜と、反応電極および反応電極を囲む枠体から
   なる反応電極板とを有する単位セルが、双極板を介して
   積層されており、かつ 前記隔膜、反応電極板および双極板には、それぞれ、積
   層された際に連通するように、正極液流入口、正極液流
   出口、負極液流入口および負極液流出口が形成されてお
   り、 連通された前記各正極液流入口が正極液流入路を、正極
   液流出口が正極液流出路を、負極液流入口が負極液流入
   路を、負極液流出口が負極液流出路を構成しており、 前記正極液流入路もしくは負極液流入路から、反応電極
   に正極液もしくは負極液を流し、正極液流出路もしくは
   負極液流出路から排出するために、前記双極板には、該
   双極板の電解液流出入口から反応電極板に臨む位置まで
   延びる流路が形成されており、該流路の反応電極板側端
   部に接する反応電極板には、電解液の流れを円滑にする
   ためのスリットが形成されている、電解液循環型２次電
   池のセル構造において、 前記正極液流入路および正極液流出路は、反応電極、隔
   膜および双極板のそれぞれの対向する２辺に向かい合っ
   て形成されており、 前記負極液流入路および負極液流出路は、他の２辺に向
   かい合って形成されていることを特徴とする、電解液循
   環型２次電池のセル構造。
2. （２）前記反応電極は、正方形に構成されており、その
   対向する２辺に、正極液流入口および正極液流出口が、
   他の対向する２辺に負極液流入口および負極液流出口が
   形成されている、特許請求の範囲第１項記載の電解液循
   環型２次電池のセル構造。