JPS6340261A

JPS6340261A - レドツクスフロ−型電池用電極部材

Info

Publication number: JPS6340261A
Application number: JP61182282A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Ogawa; 博靖小川; Akito Kishi; 岸　明人
Original assignee: Toho Rayon Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1986-08-02
Filing date: 1986-08-02
Publication date: 1988-02-20
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPH0630252B2

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）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１女とレドックス７
０−Ｎ解液に対する遮蔽性とに優れ、ｎ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、Ａノビ−９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（欣電）する、いわゆるロードレベリン
グ問能を持つ電力貯蔵システムが開発されている。貯蔵
を例にどれば、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１１つ貯蔵システムの総合効率
が７０％に達すると貯蔵設備運用上不利がなくイヱると
いわれている。

電力貯蔵の方法には、実用化されている乙のがあるが、
送電によるロスがあり、また、揚水発電はα地に制約が
加わって来ており、従って、新型２次電池が最す実用性
の高い方式であると考えられている。

イＴかでもレド・ンクスノロー型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、タンクの客用を変更するだ
けで電力貯蔵を変えることができること、α、って、長
時間、犬″？Ｉ屡の電力貯蔵に適していること、液流通
型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ｖｆ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０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
ルスタック組み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４の内側へ接電剤
で接着されている。この接着は液の出入口のり１０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、グラッシーカーボン板が知られている。しかしな
がら、このグラッシーカーボン板は導電性は侵れている
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屓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
直列方向に艮くなり小石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、いわゆるプラスブーツクカ
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、機械的強瓜は優れてい
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、組立が容易であ
って、軽は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、炭素繊維を強化材とし、カーボンブラックを
含む熱砂化性樹脂をマトリックスとした厚さ０．１〜１
．０＋ｖの複合材からなるバイポーラ板と炭素繊維集合
体′？！ｉ極とが導電性接骨剤を介して接着されてなる
レドックス７０一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−”〜２Ｘ１０−°
Ω・ＣＩの範囲のらのであればよい。炭素ｍ雑の体積含
有率は４０〜７０容吊％、好ましくは５５〜６５容邑％
の範囲である。また、本発明おけるマトリックス樹脂は
エボギシ樹脂、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、ケッチエン系等いずれで
もよい。その含有醇はバイポーラ板の導電性の点から樹
脂重用に対し０．５〜１０市量％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／Ｃｆｆ１以下であり且つ
揮発分が０．１％以下で、灰分が０．５％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４！１られ、カーボンブラックの吸
湿による抵抗の紅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　、　Ｏｎ＋
ｍのｎ＆囲がよく、これより簿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Ｎ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、ノアクリル系、フェノー
ル系、ｙ５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
範囲のものが待に好ましい。繊維をカットして短繊維に
することによりフェル１〜をｊＦｌ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、ひら及びそ
れらの混成組織を１りることができるが、電解液の圧損
の点でフェル［・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上
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重る耐蝕性の而から、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ぼる効果はなく、接着剤の体積
抵抗率は１００Ω・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　７ｍ　２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９）宋があればこの範囲に限
るものではない。

炭素繊ｔ４を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
イポーラ板と電穫材の接触抵抗を低減せしめ、良好な４
電性を得るためには、バイポーラ板の表面が研磨されて
いることが望ましい。その研磨階は、０．０５ｍｍ以上
、望ましくは０．７ｍｍ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゛七池用部材は、バイ
ポーラ板と電極材を接着一体上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゛１１解液に対
する遮蔽性に浸れ、高いＩ４電性を有するとともに安価
で、人容が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０．２Ｉｌｌｌの炭素ｍ雑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０．６＋
ｕ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（＠３，４Ω・ｃｍり、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１！？られたバイポーラ板は体積
抵抗率８ｘｌＦ−°Ω・ｃｍのカーボンブラック含有フ
ェノール樹脂（Ｓ電性接４剤）を中布し、比較例１と同
じ電極を接着一体止した。

このようにして得られた電極一体止バイポーラ板を小型
中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・Ｃ！ｌ１２、エネルギー効率１６．
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つ　ｌこ　。

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）　￥Ｊ　＃　４５００　）４
中間部を混線後、比較例１と同様の炭Ｎ繊維高浸しプリ
プレグを作成した。このプリプレグを３枚ｖ４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０．１１１
１１ｍ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止した（第２図（ａ　）、（ｂ））
。

このようにして１５７られた電極一体止バイポーラ板を
小型用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・ｃｍ
’　、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７０−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
発用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ｎ剤特許出願人　　東邦し−ヨン樟式会社代理人弁叩士　　土　居　三　部第（α）１図２図（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（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のバイポーラ板と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）熱硬化性樹脂が、３０ｋｇ／ｃｍ＾２加圧下にお
ける電気比抵抗０．４Ω・ｃｍ以下、揮発分１．０％以
下、灰分０．５％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）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１０°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。
（４）バイポーラ板の片面又は両面が、０．０５ｍｍ以
上研磨され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。