JPWO2016072192A1 - 電池セル、およびレドックスフロー電池 - Google Patents
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Abstract
Description
Ft≧4mm
Bt≧Ft−3.0mm
Pt≦1.5mm
Nt≦1.5mm
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
Ft≧4mm
Bt≧Ft−3.0mm
Pt≦1.5mm
Nt≦1.5mm
以下、実施形態に係るレドックスフロー電池(RF電池)の実施形態を説明する。なお、本発明は実施形態に示される構成に限定されるわけではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内の全ての変更が含まれることを意図する。
本実施形態に係るRF電池は、図9を用いて説明した従来型のRF電池αと同様に、電池セル100と、正極用循環機構100Pと、負極用循環機構100Nと、を備える。本実施形態における電池セル100は、図10に示す電池用セルスタック200の形態で用いられている。電池用セルスタック200は既に述べたように、隔膜101、電極104,105、および一対のセルフレーム120,120を備えるセルユニットを複数積層した構成を備える。本実施形態のRF電池における従来との主な相違点は、セルユニットのセルフレームおよび電極の厚さにある。以下、図1,2に基づいて本実施形態のセルフレーム1および電極104,105を説明する。なお、セルフレーム1における従来と同様の構成については、図10と同一の符号を付す。
図1に示すように、セルフレーム1は、枠体12と双極板11とを備える。枠体12はその厚さ方向に貫通する貫通窓22wを備えており、その貫通窓22wを埋めるように双極板11が配置される。双極板11の外周縁は、枠体12の貫通窓22wの内周縁部分に埋め込まれている。
図1に示すように、枠体12は、後述する双極板11を支持する部材である。この枠体12は、従来の構成と同様に、給液用マニホールド123,124と、排液用マニホールド125,126と、入口スリット123s,124sと、出口スリット125s,126sと、を備える。実線で示される入口スリット123sと出口スリット125sは紙面手前側に設けられ、点線で示される入口スリット124sと出口スリット126sは紙面奥側に設けられている。各スリット123s〜126sはそれぞれ、マニホールド123〜126から枠体12の中心線に向かって伸び、貫通窓22wに繋がっている(入口スリット124sと出口スリット126sは一部図示を省略する)。マニホールド123〜126とスリット123s〜126sの外周は、Oリングなどのシール部材127で囲まれており、シール部材127の内側から外側に電解液が漏れないようになっている。Oリングは、複数のセルフレーム1を積層して締め付けた際に圧縮され、シールとして機能する。シール部材127は二重になっていても良い。また、図示していないが、マニホールドの外周を取り囲むようにシール部材が設けられていても良い。
双極板11は、図2の断面図に示すように、その一面側が正極電極104に接触し、他面側が負極電極105に接触する部材である。本例の双極板11は、ほぼ一様な厚さを有する板材である。積層される双極板11のうち、端部に配置される双極板11は、集電板に接触・導通される。
正極電極104および負極電極105はそれぞれ、図2の部分断面図に示すように、双極板11の一面側(紙面右側)と他面側(紙面左側)に配置される。両電極104,105は、変形性を有する多孔体であって、積層されるセルフレーム1の間で圧縮される。図中では電極104,105と隣接する部材との間に隙間があるように描かれているが、実際には電極104,105の変形性の故に当該隙間は形成されない。
枠体12におけるマニホールド(図中点線で示す)が形成される部分の厚さ、双極板11における貫通窓を塞ぐ部分の厚さ、正極電極104における双極板11に対向する部分の厚さ、および負極電極105における双極板11に対向する部分の厚さをそれぞれ、Ft、Bt、Pt、およびNtとしたとき、以下の式を満たすように、セルフレーム1と電極104,105を作製する。
Ft≧4mm
Bt≧Ft−3.0mm
Pt≦1.5mm
Nt≦1.5mm
以上説明した構成によれば、電池セルの電池性能を従来よりも向上させることができる。それは、電池セルに備わる電極104,105の厚さが薄いため、電極104,105に起因する電池セルの内部抵抗の上昇を抑制できるからである。
実施形態2では、実施形態1とは異なる構成のセルフレーム2を備える形態を図3〜図5に基づいて説明する。図3はセルフレーム2を構成する枠体22と双極板21の概略図、図4は枠体22に双極板21を取り付けたセルフレーム2の概略図、図5は図4のV−V断面図である。これらの図では、双極板21の表面に形成される流通溝の図示を省略している。
嵌込構造は、セルフレーム2を正面視したときに、枠体22の貫通窓22wを塞ぐように配置した双極板21の外周縁部分が全周にわたって枠体22に重複するように寸法を調整すると共に、枠体22における双極板21と重複する部分を凹ませることで構成される。本例においては、枠体22の貫通窓22wを全周にわたって取り囲む周縁部が枠体22の他の部分よりも薄くなっており、その薄くなった部分が、双極板21を嵌め込むための内周縁凹部22cを形成している。本例における内周縁凹部22cは、枠体22の一面側にのみ形成されている。つまり、内周縁凹部22cの裏側の面は、その面よりも外側の部分に平坦に繋がっている(図5を参照)。
リーク流路9は、図4に示すように、セルフレーム2の下方側で入口スリット123sに繋がる第一横方向経路9dと、セルフレーム2の上方側で出口スリット125sに繋がる第二横方向経路9uと、両横方向経路9d,9uを繋ぐ二本の縦方向経路9sr,9slと、で構成されている。このリーク流路9を分断する分断構造には、大きく分けて次の三つの構成が存在する。
(1)分断部材をリーク流路9に挟み込むことでリーク流路9を分断する構成。
(2)双極板21の一部が枠体22側に突出することでその突出した部分によってリーク流路9を分断する構成。
(3)枠体22の一部が双極板21側に突出することでその突出した部分によってリーク流路9を分断する構成。
実施形態3では、実施形態2とは若干異なる嵌込構造を備えるセルフレーム3を図6〜8に基づいて説明する。実施形態3のセルフレーム3における実施形態2との主な相違点は、双極板31における枠体32の内周縁凹部32cに係合する所定幅の部分を、双極板31のその他の部分よりも薄く形成したこと、およびリーク流路9の一部を蛇行させたことにある。以下、実施形態2との相違点を中心に説明する。言うまでもないが、本実施形態においても、枠体32の厚さFt、双極板31の厚さBt、正極電極104の厚さPt、および負極電極Ntの厚さは、実施形態で説明した値を満たすように選択し、電池セルの内部抵抗の上昇を抑制する。
1,2,3 セルフレーム
11,21,31 双極板
11g 流通溝 31c 薄肉部(外周縁係合部) 21o Oリング
31x 第一凹部 31y 第二凹部
12,22,32 枠体
32c 内周縁凹部 22w 貫通窓
22x,32x 第一凸部 32y 第二凸部
9 リーク流路
9d 第一横方向経路 9u 第二横方向経路
9sr,9sl 縦方向経路
100 電池セル 101 隔膜 102 正極セル 103 負極セル
100P 正極用循環機構 100N 負極用循環機構
104 正極電極 105 負極電極 106 正極電解液用タンク
107 負極電解液用タンク 108,109,110,111 導管
112,113 ポンプ
120 セルフレーム 121 双極板 122 枠体
123,124 給液用マニホールド
125,126 排液用マニホールド
123s,124s 入口スリット 125s,126s 出口スリット
127 シール部材
190 給排板 210,220 エンドプレート
200 電池用セルスタック 200s サブスタック
230 締付機構
Claims (5)
- 貫通窓と電解液の流通路であるマニホールドとを有する枠体、および前記貫通窓を塞ぐ双極板を備えるセルフレームと、
前記双極板の一面側に配置される正極電極と、
前記双極板の他面側に配置される負極電極と、
を備え、電解液流通型電池に用いられる電池セルであって、
前記枠体における前記マニホールドが形成される部分の厚さ、前記双極板における前記貫通窓を塞ぐ部分の厚さ、前記正極電極における前記双極板に対向する部分の厚さ、および前記負極電極における前記双極板に対向する部分の厚さをそれぞれ、Ft、Bt、Pt、およびNtとしたとき、
Ft≧4mm、
Bt≧Ft−3.0mm、
Pt≦1.5mm、
およびNt≦1.5mm
を満たす電池セル。 - 前記双極板の一面側と他面側とにそれぞれ、電解液の流路となる流通溝が形成されている請求項1に記載の電池セル。
- 前記枠体は、前記貫通窓を全周にわたって取り囲む周縁部が前記枠体の他の部分よりも薄くなることで形成される内周縁凹部を備え、
前記双極板は、その外周縁全周にわたる所定幅の部分であって、前記内周縁凹部と係合する外周縁係合部を備える請求項1または請求項2に記載の電池セル。 - 前記外周縁係合部が、前記双極板のその他の部分よりも薄く形成されている請求項3に記載の電池セル。
- 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電池セルを複数積層してなるセルスタックと、
前記セルスタックに正極用電解液を循環させる正極用循環機構と、
前記セルスタックに負極用電解液を循環させる負極用循環機構と、
を備えるレドックスフロー電池。
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