JPS63128560A - 電解液循環型２次電池 - 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、電解液を循環して充放電する電解液循環型
２次電池に関するものである。

［従来の技術］ 電解液循環型２次電池としては、たとえばレドックスフ
ロー電池が知られている。この種のレドックスフロー電
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ＦｅＣ
ＬｚおよびＣｒＣｆ１．などが用いられている。

レドックスフロー電池は、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７図に、多段接続型のレドックスフロー電池の概略構
成図を示す。第７図において、単位セルは、隔膜１なら
びに該隔膜１の両側に設けられる反応電極としての正極
２および負極３から構成されている。単位セルは、双極
板４を介して直列に多段接続されている。単位セル内は
、隔膜１により正極側と負極側に分けられている。単位
セル内の正極側には、正極液流入路６および正極液流出
路７がそれぞれ接続されており、該正極液流入路６およ
び該正極液流出路７は正極液タンク５に接続されている
。単位セル内の負極側も同様に、負極液流入路９および
負極液流出路１０が接続されており、該負極液流入路９
および該負極液流出路１０は負極液タンク８にそれぞれ
接続されている。

充放電動作に際し、正極液は正極液タンク５から正極液
流入路６を通りセル内の正極側に供給される。供給され
た正極液は、電極反応後圧極液流出路７を通り再び正極
液タンク５に戻される。負極液も同様にして、負極液タ
ンク８から負極液流入路９を通り、セル内の負極側に供
給される。供給された負極液は、電極反応後頁極液流出
路１０を通り再び負極液タンク８内に戻される。多段接
続型レドックス７０−電池のセル構造についてさらに説
明するため、第６図を示す。

第６図は、多段接続型のレドックスフロー電池のセル構
造を示す分解斜視図である。隔膜１の両側には、反応電
極としての正極２および負極３が位置している。該正極
２のまわりには、枠体１２が位置し該正極２を支持して
いる。負極３のまわりにも同様に、枠体１３が位置し該
負極３を支持している。単位セルは、隔膜１、正極２お
よび負極３ならびにその・枠体１２．１３から構成され
ている。この単位セルを直列に接続させるため、双極板
４ａ、４ｂを介して積層されている。該双極板４ａ、４
ｂは、グラファイト板およびグラファイト板を囲む枠体
１４．１１から構成されている。

枠体１２には、貫通孔６ｂ、　　７ｂ、　　９ｂ、　　
１０ｂが形成されており、枠体１３にも同様に、貫通孔
６ｄ、７ｄ、９ｄ、１０ｄが形成されている。

また、双極板４ａの枠体１４にも、貫通孔６　ａ　＋７
ａ、９ａ、１０ａが形成されている。それぞれの貫通孔
は、積層された際正極液流入路６．正極液流出路７．負
極液流入路９および負極液流出路１０の一部をそれぞれ
形成する。

枠体１４には、正極液を正極２に供給するため貫通孔６
ａに通じた正極液流入口２０と、正極液を正極液流出路
７に排出するため貫通孔７ａに通じた正極液流出口２１
が形成されている。隣接する単位セルの双極板４ｂの枠
体１１にも同様に、負極液流入口２２および負極液流出
口２３が形成されている。枠体１２と正極２との間には
、正極２の端縁に沿ってスリット部１５．１６が形成さ
れている。枠体１３においても同様に、負極３との間に
、負極３の端縁に沿ってスリット部１７゜１８がそれぞ
れ形成されている。

以上の単位セルの構造においては、正極側と負極側が同
様に構成されているので、以下負極側における負極液の
流れについてのみ説明する。負極液は、負極液流入路９
の中を通って流れ、該負極液流入路の途中に形成される
負極液流入口２２が負極３の設けられたセル内に流入す
る。流入した負極液は、スリット部１７に沿って横方向
に流れるとともに、負極液流出口２３の設けられた側に
向かって負極３上を電極反応しながら流れる。負極液流
出口２３側の負極３の端縁に達した負極液は、スリット
部１８に沿って集められ、負極液流出口２３々１ら負極
液流出路１０に排出される。

単位セル内の負極液の流れにおいて、上述のスリット部
１７．１８は、負極液の流れを横方向に促し、負極上を
均一に流れるよう助ける役割を果たしている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、このようなスリット部の役割にもかかわ
らず、従来の電解液循環型２次電池の単位セル内では、
反応電極上の電解液の流れが不均一であった。第８図に
は、従来の電解液循環型２次電池の単位セル内における
電解液の流れを正面図で示す。第８図において、矢印の
長さは電解液の流速に相当する。第８図に示すように、
単位セル内での電解液の流れが不均一であると、流量の
少ない部分で電池反応が十分に起こらず、２次電池とし
てのエネルギ効率の低下をもたらす。また、電解液の流
量の多い部分では隔膜が電解液の液圧で押され反対側の
反応電極と密着し、反対側の反応電極上の流れが悪くな
るという問題点もあった。

それゆえに、この発明の目的は、反応電極上での電解液
の流れを均一にすることにより、２次電池としてのエネ
ルギ効率を向上させた電解液循環型２次電池を提供する
ことにある。

［問題点を解決するための手段］ この発明の電解液循環型２次電池では、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を隔膜の両側に
配置した単位セルを双極板を介して積層することにより
構成されており、単位セルには電解液を反応電極に供給
し排出するための流入口および流出口が形成され、流入
口または流出口が位置する枠体と反応電極の間には反応
電極の端縁に沿ってスリット部が形成され、流入口側お
よび流出口側の少なくともいずれか一方のスリット部に
、反応電極上の電解液の流れを一様にするための整流部
材が設けられている。

［作用］ この発明の電解液循環型２次電池では、流入口側および
流出口側の少なくともいずれか一方のスリット部に整流
部材が設けられているため、該整流部材が電解液の流れ
の障害となり、電解液の流量の多い部分に電解液が流れ
にくくなるよう作用する。また、一方、電解液の流量の
少ない部分に電解液が流れやすくなるように作用する。

［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例を示す斜視図であり、負
極液流入口２２と負極３との間に形成されたスリット部
１７に、第１の整流部材４１および第２の整流部材４２
を設けた状態を示している。

第１の整流部材４１は、負極液流入口２２に近い側に設
けられており、スリット部１７の延びる方向に沿って形
成されている。また、第１の整流部材４１には、複数の
切込み４３が形成されており、該切込み４３は負極液流
入口２２から遠ざかるにつれて、切込み間の間隔を短く
するように形成されている。第１の整流部材４１と枠体
の内側との間には、１ｆＪ１７ａ、１７ｃが形成されて
いる。該溝については、特に負極液流入口２２に近い側
を１７ａ、遠い側を１７ｃとして区別した。

第２の整流部材４２は、スリット部１７の延びる方向に
沿って、負極３に近い側に設けられている。該第２の整
流部材４２と第１の整流部材４１との間には溝１７ｂが
形成されている。第２の整流部材４２にも、所定間隔で
切込み４４が形成されている。切込み４４は、第１の整
流部材４１の切込み４３と異なり、一定のほぼ等しい間
隔で形成されている。

負極液流入口２２から流入した負極液は、まず溝１７ａ
に沿って横方向に流れる。第８図において示されるよう
に、負極液流入口２２から遠い溝１７ｃの部分では、そ
の流路長が長くなるため圧力損失が大きく、流速が小さ
くなる傾向がある。

一方、負極液流入口２２に近い溝１７ａの部分では、流
路長が短く圧力損失が小さいため流速が大、きくなる傾
向にある。しかしながら、この実施例では、負極液流入
口２２に近い部分で第１の整流部材４１の切込み４３の
間隔を長くし、負極液流入口２２から遠い部分で該切込
み４３の間隔を短くしている。したがって、負極液流入
口２２から遠く一般に流速の小さくなる部分で、負極液
が流れやすくなり、負極液流入口２２に近く一般に流速
が大きくなる部分で、負極液が流れにくくなっている。

この結果、第１の整流部材４１の切込み４３を通過しよ
うとする負極液の流量は、全体として横方向にほぼ均一
な流量の分布となる。

このようにして第１の整流部材４１の切込み４３から流
れてきた負極液が、満１７ｂに沿って再び横方向に流れ
、第２の整流部材４２の切込み４４を通り、横方向に均
一な流量の分布で、負極３に供給される。なお、第１図
において、図示する矢印は電解液の流れを模式的に示し
ている。

第１図においては、流入口側のスリット部に設けた整流
部材を図示したが、流出口側のスリット部にも同様にし
て整流部材を設けることができる。　−流入口側および
流出口側の少なくともいずれか一方のスリット部に整流
部材を設けることにより、この発明の効果は発揮され得
るものである。しかしながら、電解液の流れを一様にす
る効果は流入口側のスリット部に設けられた整流部材の
方が大きいものと思われる。

第１図の実施例では、流入口が１つであるが、流入口は
２以上であってもよい。特に横長の形状の、すなわちス
リット部が長い構造のセルにおいては、流入口を２以上
にするとスリット部の圧力損失が小さくなり、電解液の
流れを一様にする効果が大きい。また、第１図の実施例
では、流入口から遠ざかるにつれて第１の整流部材の切
込みの間隔を短くしているが、このような切込みの間隔
にせずとも、たとえばすべての切込みが一定間隔で形成
されていても、切込みの幅を調整することにより、この
発明の効果は発揮されるものである。

この発明は、特に単位セルの形状が横長のものに有効と
なる。以下、単位セルの構造が横長である実施例につい
て説明する。

第２図は、この発明の他の実施例における反応電極板の
形状を示す正面図である。第２図に示されるように、こ
の実施例の反応電極３３は横長の形状を有しており、枠
体３４には１つの流入口３０とその反対側の部分に設け
られる２つの流出口３１．３２が形成されている。流入
口３０が位置する枠体３４の部分と反応電極３３との間
にはスリット部３５が形成されており、流出口３１，３
２が位置する枠体３４と反応電極３３との間にもスリッ
ト部３６が形成されている。

第３図は、第２図に示す実施例のスリット部分に用いら
れる整流部材を示す拡大正面図である。

流入口３０に近い部分には、第１の整流部材４１が設け
られており、該第１の整流部材との間には溝３５ａが形
成されている。また、第１の整流部材４１には切込み４
３が複数設けられており、該切込み４３は流入口３０に
近い部分では切込み間の間隔を広くし、流入口３０から
遠い部分ではその間隔を狭くして形成されている。スリ
ット部３５の反応電極３３に近い側には第２の整流部材
４２が設けられており、該第２の整流部材４２と第１の
整流部材４１との間には溝３５ｂが形成されている。第
２の整流部材４２にも切込みが形成されているが、該切
込み４４はすべて一定の間隔で形成されている。流出口
３１．３２のスリット部３６においても同様にして、第
１の整流部材５１および第２の整流部材５２が設けられ
ている。

流入口３０から流入した電解液は、溝３５ａで横方向に
流れ、第１の整流部材４１に形成された切込み４３を通
り上方の溝３５ｂへ流れ込む。この際、切込み４３は、
流入口３０から遠くなるにつれて間隔を狭くして設けら
れているため、電解液の横方向の流量分布がほぼ均一と
なって流れ込む。

電解液は、さらに溝３５ｂに沿って横方向に流れ、第２
の整流部材４２に形成された切込み４４から反応電極３
３へ供給される。反応電極３３上での電極反応後スリッ
ト部３６に達した電解液は、第２の整流部材５２に形成
された切込み５４、溝３６ｂ、第１の整流部材５１に形
成された切込み５３、溝３６ａを通り、流出口３１およ
び流出口３２１；分割されて流れてゆく。

以上の実施例で、実際に充放電し、エネルギ効率を算出
したところ、整流部材を設けない従来のものに比べ、エ
ネルギ効率は数パーセント向上した。なお、着色した水
を用いて、単位セル内の流れの様子も観察した。この実
施例における単位セル内の流れを模式的に示す正面図を
、第４図に示す。なお、比較として整流部材を設けてい
ない従来の単位セルについても同様に観察した。この従
来の単位セル内の流れを模式的に示した正面図を第５図
に示す。

第４図から明らかなように、この考案の電解液循環型２
次電池の単位セル内の電解液の流れは、従来の単位セル
内の電解液の流れ（第５図）に比べ、はるかに流量の分
布が均一化されている。

以上の実施例では整流部材として第１の整流部材と第２
の整流部材を用い、２段に設けた整流部材について例示
したが、この発明はこのような２段の整流部材に限定さ
れるものではなく、１段のみであってもよい。また、さ
らには３段以上設けることもできる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の電解液循環型２次電池
では、反応電極上の電解液の流れが、従来に比べ均一化
されるため、２次電池としてのエネルギ効率が改善され
る。また、電解液の流量が全体で均一化されているため
、従来のように隔膜が電解液の液圧で押されて反対側の
反応電極と密着し反対側の反応電極上の流れが悪くなる
ということもない。

なお、実施例では、電解液循環型２次電池としてレドッ
クスフロー電池を例示して説明したが、この発明はこの
ようなレドックスフロー電池に限定されるものではなく
、電解液を循環して充放電するタイプの２次電池であれ
ばどのようなものにも応用され得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す斜視図である。第
２図は、この発明の他の実施例において用いられる反応
電極板の形状を示す正面図である。 第３図は、この発明の他の実施例を示す部分拡大正面図
である。第４図は、第３図の実施例における電解液の流
れを模式的に示す正面図である。第！− ５図は、第３図の実施例に相当する従来の電解液循環型
２次電池の単位セル内における電解液の流れを模式的に
示す正面図である。第６図は、従来のレドックスフロー
電池の単位セル構造を示す分解斜視図である。第７図は
、従来のレドックスフロー電池を示す概略構成図である
。第８図は、従来のレドックスフロー電池の単位セル内
の電解液の流れを模式的に示す図である。 図において、１は隔膜、２は正極、３は負極、４．４ａ
、４ｂは双極板、１１，１２．１３．１４は枠体、１５
．１６，１７．１８はスリット部、２０は正極液流入口
、２１は正極液流出口、２２は負極液流入口、２３は負
極液流出口、４１は第１の整流部材、４２は第２の整流
部材、４３は第１の整流部材の切込み、４４は第２の整
流部材の切込みを示す。 第１図 ３：　負　＆　　　　　４１：輩１＾贅九卵稍／３：　
科　＃４２；抛ユリ霞九押巷 ／７：　　スリット４Ｐ　　　　　　　　４３−　−９
３え伏λ２：　曖鳥藏比入口　　　４４＝　切込ケ第３
図 ノン ３二 第４図　　３１３２ ゛３０

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応電極および反応電極を囲む枠体からなる反応
   電極板を隔膜の両側に配置した単位セルが、双極板を介
   して積層され、 前記単位セルには、電解液を前記反応電極に供給し排出
   するための流入口および流出口が形成されており、 前記流入口および流出口が位置する前記枠体と反応電極
   の間には、反応電極の端縁に沿ってスリット部が形成さ
   れている電解液循環型２次電池において、 前記流入口側および流出口側の少なくともいずれか一方
   のスリット部に、前記反応電極上の電解液の流れを一様
   にするため整流部材が設けられていることを特徴とする
   、電解液循環型２次電池。
2. （２）前記流入口側および流出口側の双方のスリット部
   に、整流部材が設けられていることを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項記載の電解液循環型２次電池。