JPS6372071A - 電解槽 - 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〕 本発明は、燃料電池及び各種蓄電池のうちで、いわゆる
複極板な用いた積ＮＪ溝道の電池の電解槽、及び、電気
分解等の電極反応による生成物を得るための電解槽のう
ちで複極板を用いた積層溝道の電解槽に関するものであ
る。

〔従来技術〕

一般に、電力は各種のエネルギーへの変換が容易で制御
し易く、消費時の環境汚染がないので、エネルギー消費
に占める割合は年毎に増加してぃる。そして、これまで
この電力は、水力発電、火力発電、原子力発電によりそ
の大部分が発電されて来ている。しかし、今後は、上記
以外の各種発電方法、及び発電された電力の供給及び使
用のための各ａ電力貯蔵方法の利用が増大すると考えら
れる。

まず、発電方法の一つとして、電力使用量の増加に対応
する目的と、建設地の確保が容易であること、環境汚染
がないこと、及び熱利用も含めて高効率であること等の
優れた特徴とから、燃料電池による発電の増大が考えら
れる。燃料電池は、水素、石炭ガス、酸素、空気等の燃
料の化学反応の際の起電力及び電気量を電力として利用
するものである。

さらに、また、発電方法の一つとして、電力使用量の増
加に対応する目的と、太陽光、風等の自然エネルギーか
らの発電であるので燃料が不要であること、環境汚染が
ないこと、及び送電が困難な土地で利用出来ること等の
優れた特徴とから、太陽光発電、風力発電等の増大が考
えられる。

一方、電力貯蔵については、現状では、出力は変えに（
いが効率の高い原子力発電や新鋭火力発１！を、なるべ
く最高効率の定格で運転しながら、電力消費の変動に応
じて発＠？行なうのに適した水力発電などで、昼間の大
きな電力需要の増加？まかなっており、このため経済性
の良好な原子力発電や新鋭火力発電による夜間余剰電力
を揚水発電によって貯蔵しているが、揚水発′この立地
条件が次第にきびしくなるにつれて二次電池による電力
貯蔵方式がとり上げられている。さらに、太陽光発電、
風力発電等の場合には日照、風等によってその発を量が
左右されることから、少なくとも地上では単独で十分な
電力供給源とは成り得す、何らかの蓄１ヱ設備と組み合
わせて、はじめて安定した電力供給源となり得るので、
１５シ、この蓄電設備として、二次電池が有力である。

以上に述べたように、燃料電池及び各種二次電池の必要
性が高くなって来ているが、燃料電池、及び各種二次電
池のいくつかは、単電池の起電力、即ち電池としての一
組の化学反応の起電力の小さなものであり、実用に際し
ては、いわゆる複極板な用いた積層構造の電池である。

また、外部から電力を供給し電気分解等の電極反応によ
り目的とする生成物を得るための電解槽が従来から用い
られているが、その中にも、小型化、高効率化のために
複極板を用いた積層構造の電解ｆコがある。

ここで、複極板な用いた積層構造の電池の一例として、
レドックス・フロー電池の原理の概要について、第３図
及び第４図を用いて説明する。

第３図はレドックス・フロー電池を用いた電力貯蔵シス
テムの充電時の状態を示し、第４図は同じ（放電時の状
態を示す。

これらの図において、１は発電所、２は変電設備、３は
負荷、４はインバータ、５はレドックス電池で、夕ｙり
６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂとボン！８．９および流通型電
解槽１０から構成される。

流通型電解槽１ｏは正極１１と負極１２、および両電極
間を分離する隔膜１３とを備え、隔膜１３で仕切られた
左右の室内には正極液１４、負ｊ液１５が収容される。

正極液１４はＦｅ　　イオンを含む塩酸溶液とし、負極
液１５はＣｒ　　イオンを含む塩酸溶液とする例を示し
た。

次に作用について説明する。

発電所１で発電され変電設備２に送電された電力は適当
な電圧に変圧され、負荷３に供給される。

一方、夜間になり余剰電力が出ると、インバータ４によ
り交直変換を行い、レドックス電池５に充電が行われる
。この場合は、第３図に示すようにタンク６ｂから６ａ
へ、タンク７ａから７ｂの方ヘポンｆ８．９で正、負極
液１４．１５を徐々に送りながら充電が行われる。正極
液１４にＦｅ　　イオン、負極液］５にＣｒ　　イオン
を使用する場合、流通型電解槽１０内で起る反応は下記
筒（１）〜（３）式中の充電側の反応となる。

充電 このようにして、電力が正極液１４、負極液１５の中に
蓄積される。

一方、供給電力が需要電力よりも少ない場合は、上記第
（１１〜（３）式中の放電側の反応が行われ、インバー
タ４によシ直交変換が行われ、変電設備２を介して負荷
３に電力が供給される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記したレドックス・フロー電池を含む、複極板な用い
た積層構造の電池の電解槽においては、単電池を積層し
たスタックとしての・充放電のための端子が必要となる
が、導電性及び強度の理由から、ａ極板自体を端子とす
るのではなく・別途金属等による端子を設け、その端子
と複極板とを尋ｆｆｉ性を保ちつつ接続した構造とする
ことが考えられ、また、実際にこの構造が多（用いられ
ている０そして・このような構造とする場合、複極板と
端子との接続において、十分に導電性を良（すること、
即ち接融抵抗を極力小さくすることが、電池全体として
の効率を低下させないために重要であり、また、必要で
ある。

一方、複極板を用いた積層構造の電池の１！解槽におい
ては、電池としての十分な性能を得るため、及びより高
い効率を得るため等の理由によシ周囲温度よりも高温で
充電或は放電される電池が多（、この場合、複極板の熱
膨張率と端子の熱膨張率とが異なることにより、複極板
と端子とを接続している導電性接着剤が剥離するなど、
複極板と端子との間の電気抵抗が増大する可能性が大き
いという問題点があった。

また、複極板を用いた積ＩＣ！　ｔｉｅ造の電池の電解
槽においては、積層した隙間からの電解液等の―れを防
止するため、及び各単電池の電極と８極板との接触抵抗
な小さくするために、スタック全体を強い力で圧縮する
場合が多いが、その際、スタック全体に押さえ板を当て
両側の押さえ板ｔがルトで締めてスタックを圧縮するよ
うにした場合には、上記の押さえ板のボルトに近い部分
であるスタック縁部に比べて、Ｒルトから遠いスタック
中央部の圧縮が弱くなり、いわゆる太鼓状となり、この
ことが原因となって、複極板と端子とを接続している導
電性接着剤が剥離するなど、複極板と端子との間の電気
抵抗が増大する可能性が大きいという問題点があった。

以上に、複極板を用いた積層構造の電池の電解槽におけ
る問題点を述べたが、電気分解等の１！極反応により生
成物を得るためめ電解槽においても、複極板を用いた積
層構造の１ｉ屏槽については・上記電池の電解槽の場合
と全（同じ問題点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記した従来技術の問題点ケ解決するために
、第１番目の発明は、単電池での起電力が小さく、その
ため実際の使用においては単電池を積層し電気的に直列
接続とすることによりその積層した全体即ちスタックと
し【利用しやすい電圧とする電池のうち、活物質との化
学的反応は生ぜず、かつ、活物質の混合を遮断し、かつ
、導電性を有する仕切板、っまり複極板を用いた構造の
電池、即ち復極版型積層電池の電解槽において、その端
子、即ちスタックと外部との電気的接続のためにスタッ
クに設けられた導電性部材を・各端子において、導電性
端子板２枚以上を一組とし、隣接する複極版名１枚に対
して端子板各１枚？導電性を保ちながら接着し、さらに
、端子板と端子板との間も導電性を保ちながら接着して
構成したことを特徴とし、また第２番目の発明は、外部
から与えられた電力を消費することにより、電気分解等
の電極反応による生成物を得るための電解槽のうち、活
物質との化学的反応は生ぜず、かつ、活物質の混合を遮
断し、かつ、導電性を有する仕切板、つまりｉ極板を用
いた複極板積層構造！有する電解槽において、各端子を
、導電性端子板２枚以上を一組とし、隣接する複極版名
１枚に対して端子版名１枚を導電性を保ちながら接着し
、さらて、端子板と端子板との間も導電性を保ちながら
接着して構成したことを特徴としている。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は・複極板な用いた積層構造の電池の一つである
レドックス・フロー電池の電解槽に、本発明を適用した
一実施例を示す断面図である６図において、正極１１、
負極１２及び隔膜１３’＆備えた多数の電解槽が、炭素
板からなる複極板（仕切仮に相当する。）１８を介して
積層されてスタックを構成しておυ、該スタックの両側
の丙子、即ちスタックと外部との電気的接続のために該
スタックに設けられた両側の導電性部材は、各々、銅板
からなる端子板２２と端子板２３０２枚の組合せからな
っており、端子板２２と、炭素板からなる複極板１７と
の間、及び端子板２２と端子板２３との間は、それぞれ
導を性接着剤により全面的に接着されて構成されている
。また、上記端子板２２は端子板２３に比べて、厚さが
十分に薄（されており、スタック全体は、メルト２０を
締めることにより、両端面に当接された押さえ板１９゜
１９によって圧縮されている。そして、隔膜１３で仕切
られた左右の室内には、正極液として塩化鉄の塩酸溶液
が、また負極液として塩化クロムの塩酸溶液が使用され
、通常、約４０°Ｃで充電及び放電が行われるようにな
っている。な訃、図中、２１はフレームである。

第２図は、上記した本発明の実施例（第１図）の作用、
効果と対比させるために組立てられ之電解槽の断面図で
あって、第１囚における端子部分の構造以外は総べて第
１図のものと同一の、レドックス・フロー電池の電解槽
のスタックの断面図であり、第１図における２枚１組の
端板２２と２３を、銅板からなる１枚の端子板１６に置
き換え念ものである。

この第２図に示された電池の電解槽を実際に組み立てて
充放電７行なったところ、スタック全体の電気抵抗が、
各構成部品の電気抵抗値から予想された値よりも大きく
なり、それは、スタック両端の端子板１６と複極板１７
との間の電気抵抗が予想以上に大きいためであることが
わかった。また、分解した結果、端子板１６と複色板１
７との間に剥離が生じており、導電性接着剤による全面
接着が結果的に点付けの状態となっていた＠これは、ボ
ルト２０！締めることによるスタック全体のたわみ、及
び、温度上昇時の端子板１６と複極板１７との熱膨張率
の差によるものと考えられる。

これに対し、上記した本発明の実施例である第１図に示
された電池の電解槽を、第２図の場合と同様に実際に組
み立てて充放電を行なったところ、スタック全体の電気
抵抗が第２図の場合の値より小さな値となった。また、
分解した結果、端子板２２と泰益昼妄；よ複極板１７と
の間は十分に全面的に接着された状態であり、一方、端
子板２２と端子板２３との間は、剥離が生じ接着も点付
けの状態となっていた。以上のことから、本発明を適用
して端子板を２枚にしたことにより、♂シト２０の締め
つけて生じるたわみによる剥離が端子板２２と２３の間
に生じることで、端子板２２と複極板１７との間の接着
は損われず、端子板２２゜２３間には剥離が生じるが端
子板２２．２３の材質が導ｔｉの高い材質であるので、
スタック全体としての電気抵抗の値が第２図の場合より
も小さな値となっていると言える。また、端子板２２の
厚さを十分に薄くしであることで、複へ版１７との熱膨
張率の差に対しても、端子板２２と複極板１７との剥離
が防がれていると考えられる。さらに、また、端子板２
３の厚さを十分に厚くしであることで、端子板として必
要な強度が得られている。

本発明は、上記した実施例と同様の複極板積層構造を有
する電解槽にも、同様に適用することができる。この場
合、正極液の代りに還元された塩化鉄の塩酸溶液が、負
極液の代りにキャリアガスとして水素ガスが用いられる
。この場合も、上記した実施例の場合と同様の効果が奏
される。

なお、前述した実施例において、端子の位置乞スタック
の両端部とした構造について説明したが、端子がスタッ
クの中間部に有る場合、即ち、各爆子のそれぞれの両側
に複極板が接する場合にも本発明を適用することが可能
である。また、前述の実施例において、レドックス・ブ
ロー電池の電解槽の場合を示し、また塩化鉄の塩酸溶液
？酸化する電解槽の場合を示唆したが、これらの場合も
含めて、複極板な用いた積層構造を有するすべての、電
池の電解口及び、電気分解等の電極反応により生成物を
得る電解槽に対して、本発明を適用することが可能であ
る。また、導電性端子板２枚以上を１組とすることも可
能である。

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、複へ版型積層電
池の電解口及び複極板型積層構造を有する電解口におい
て、各端子を、導電性端子板２枚以上を１組とし、隣接
する複極版名１枚に対して端子版名１枚を導Ｔｌ性乞保
ちながら接着し、さらに端子板と端子板との間も導電性
を保ちながら接着して構成したことにより、スタック全
体を圧縮するためのがルトな締めることによるスタック
全体のたわみ及び温度上昇時の端子板と複極板との熱膨
張率の差によると考えられる、端子板と複極板との剥離
を防止し、それによって、端子板と筏へ板との間の接触
抵抗の値の増大を防止し、結果的にスタック全体の電気
抵抗の値の増大を防止するものであり、実用上極めて犬
なる効果を奏する＠

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す端子ｔｉｔ造及びスタ
ック全体断面を示す図、第２図は本発明を適用しない場
合の端子構造及びスタック全体断面を示す図、第３図及
び第４図はレドックス・フロー電池を用いた電力貯蔵シ
ステムの充電、放電の状態を説明する図である・ １１−−一正極、　　１２−ｍ−負極、　１３−ｍ−隔
膜、　１６，２２．２３’−ｍ一端子板、　１７゜１８
−ｍ−複極板、　１９−一一押さえ板、　２゜−ｍ−ボ
ルト、　　２１−ｍ−フレーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、単電池での起電力が小さく、そのため実際の使用に
   おいては単電池を積層し電気的に直列接続とすることに
   よりその積層した全体即ちスタックとして利用しやすい
   電圧とする電池のうち、活物質との化学的反応は生ぜず
   、かつ、活物質の混合を遮断し、かつ、導電性を有する
   仕切板、つまり複極板を用いた構造の電池、即ち複極板
   型積層電池の電解槽において、その端子、即ちスタック
   と外部との電気的接続のためにスタックに設けられた導
   電性部材を、各端子において、導電性端子板２枚以上を
   一組とし、隣接する複極板各１枚に対して端子板各１枚
   を導電性を保ちながら接着し、さらに、端子板と端子板
   との間も導電性を保ちながら接着して構成したことを特
   徴とする電解槽。 ２、外部から与えられた電力を消費することにより、電
   気分解等の電極反応による生成物を得るための電解槽の
   うち、活物質との化学的反応は生ぜず、かつ、活物質の
   混合を遮断し、かつ、導電性を有する仕切板つまり複極
   板を用いた複極板積層構造を有する電解槽において、各
   端子を、導電性端子板２枚以上を一組とし、隣接する複
   極板各１枚に対して端子板各１枚を導電性を保ちながら
   接着し、さらに、端子板と端子板との間も導電性を保ち
   ながら接着して構成したことを特徴とする電解槽。