JPWO2016166904A1 - 枠体、レドックスフロー電池用セルフレーム及びレドックスフロー電池 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明者らは、枠体に設けられたスリットでの電解液成分の析出を抑制するため、スリット内の電解液の放熱を改善して電解液の温度上昇を抑制できるスリットの断面形状について検討を試みた。「スリットの断面形状」とは、電解液の流通方向に直交する断面の形状を意味し、当該断面において、スリットを構成する壁面と開口部とで囲まれる閉領域で表される。以下の説明において、特に断りがない限り、「スリットの断面」とは、電解液の流通方向に直交する断面を意味する。
本発明の実施形態に係る枠体、並びにレドックフロー電池用セルフレームの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は同一又は相当部分を示す。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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でのすべての変更が含まれることが意図される。
〈枠体〉
図1〜図3を参照して、実施形態1に係る枠体及びセルフレームについて説明する。図1に例示する枠体22は、互いに対向する一対の長片22Lと、長片22Lの端部同士を繋ぐ一対の短片22Sとを有する矩形枠状であり、その内側に開口22oが形成されている。この開口22oには、後述する双極板21が嵌め込まれる。枠体22は、例えば塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などのプラスチックやゴムで形成することが挙げられる。
マニホールド201,202は枠体22の一方の長片22L(図1では下側の長片)に形成され、マニホールド203,204は枠体22の他方の長片22L(図1では上側の長片)に形成されている。スリット211,213は枠体22の一面側に形成され、スリット212,214は枠体22の他面側に形成されている。各スリット211〜214の一端はそれぞれ各マニホールド201〜204に繋がり、他端は開口22oに繋がっており、各スリット211〜214はそれぞれ、各マニホールド201〜204と枠体22の内側に形成された開口22oとを接続する。
図2を参照して、図1に示す実施形態1に係る枠体を備えるセルフレームについて説明する。図2に例示するセルフレーム20は、枠体22と、枠体22の開口22o(図1参照)に嵌め込まれる双極板21とを備える。セルフレーム20は、双極板21の周縁部を表裏から挟むように枠体22が形成され、双極板21の外周に枠体22が射出成形などにより一体化されている。枠体22の開口22oに双極板21が嵌め込まれることで、枠体22及び双極板21により凹部(チャンバー24)が形成される。具体的には、セルフレーム20は、枠体22の内周面及び双極板21の表面により枠体22の内側に電極(図示せず)が収納されるチャンバー24が形成されている。図2では、セルフレーム20の一面側(紙面表側)のチャンバー24のみ図示しているが、他面側(紙面裏側)にもチャンバーが形成されている。セルフレーム20の一面側のチャンバーに正極電極、他面側のチャンバーに負極電極が収納され、双極板21の一面側に正極電極、他面側に負極電極が配置される(図11参照)。双極板21には、プラスチックカーボン製のものが利用できる。
セルフレーム20には、枠体22のスリット211〜214が形成された部分に、イオン交換膜(図11参照)を保護するプラスチック製の保護板40が配置されていてもよい。保護板40は、各スリット211〜214を覆うように枠体22の長片22Lの表面にそれぞれ配置され、各保護板40には、各マニホールド201〜204に対応する位置に貫通孔又は切欠きが形成されている。図2に例示する保護板40の場合、正極電解液用のスリット211,213が形成された枠体22の一面側に配置される保護板40については、正極電解液用のマニホールド201,203に対して円形状の貫通孔が形成され、負極電解液用のマニホールド202,204に対しては矩形状の切欠きが形成されている。逆に、負極電解液用のスリット212,214が形成された枠体22の他面側に配置される保護板40では、正極電解液用のマニホールド201,203に対して矩形状の切欠きが形成され、負極電解液用のマニホールド202,204に対しては円形状の貫通孔が形成されている。この保護板40によって、セルフレーム20を用いてレドックスフロー電池のセル(図11参照)を構成したとき、各スリット211〜214がイオン交換膜に接触することがなくなり、スリットの凹凸によってイオン交換膜が損傷することを防止できる。図2では、枠体22の一面側に形成されたスリット211,213を覆う保護板40のみ図示しているが、枠体22の他面側にも保護板が配置されており、スリット212,214が保護板で覆われている。
図3は、実施形態1に係る枠体(セルフレーム)におけるスリット210の断面形状を示している。スリット210は、電解液の流通方向に直交する断面において、互いに対向する一対の側壁31を有し、スリット210の深さ方向の少なくとも一部に、側壁31の間隔が深さ方向に狭くなる幅狭部310を有する。以下、実施形態1のスリット210の断面形状について、より詳しく説明する。
実施形態1に係る枠体22(セルフレーム20)は、スリット210の深さ方向の少なくとも一部に幅狭部310を有しており、側壁31の傾斜面に沿って移動する電解液の対流を促進できる。対流による電解液の放熱効率が向上するため、スリット内の電解液の放熱を改善でき、電解液の温度上昇を抑制できる。その結果、電解液成分の析出を抑制できる。特に、側壁31が深さ方向に対して傾斜し、側壁31の全面が傾斜面となっており、深さ方向の全体に亘って幅狭部310が形成されていることから、側壁31に沿って電解液が対流し易く、対流による電解液の放熱効果が高い。更に、側壁31と底壁32とのなす角度αが91°以上120°以下であることで、角部34において、側壁31の傾斜面に沿って電解液が対流し易く、角部34近傍での電解液からの放熱を促進できる。
実施形態1では、スリット210の断面形状が等脚台形状であり、幅狭部310を構成する一対の側壁31が深さ方向に対して互いに傾斜し、側壁31の間隔が深さ方向に向かって狭くなる形態を説明した。実施形態1の変形例として、一対の側壁31のうち、一方の側壁31が深さ方向に対して傾斜し、他方の側壁31が深さ方向に沿っていてもよい。また、各側壁31の傾斜角度βが異なっていてもよい。
図4に示す実施形態2では、側壁31と底壁32との角部34が曲面状に形成されている。
図5に示す実施形態3では、幅狭部310を構成する側壁31の傾斜面が曲面である。
図6に示す実施形態4では、底壁32が深さ方向に突出する曲面を有する。
図7に示す実施形態5では、側壁31と底壁32の全面が曲面状に形成されている。
上述の実施形態では、底壁32を有する形態を説明したが、底壁を有さない形態、例えば、スリットの断面形状が、底部を頂点とし、開口部33を底辺とする三角形状(具体例、二等辺三角形状)であってもよい。
101 イオン交換膜
102 正極セル 104 正極電極
103 負極セル 105 負極電極
106 正極電解液用タンク
108,110 導管 112 ポンプ
107 負極電解液用タンク
109,111 導管 113 ポンプ
20 セルフレーム
21 双極板 22 枠体
22L 長片 22S 短片 22o 開口
24 チャンバー
200 マニホールド
201,202 給液マニホールド
203,204 排液マニホールド
210 スリット
211,212 給液スリット
213,214 排液スリット
31 側壁 310幅狭部
32 底壁
33 開口部 34 角部
40 保護板
50 シール部材
10S セルスタック
250 エンドプレート
300 レドックスフロー電池(RF電池)
Claims (11)
- レドックスフロー電池のセルに用いられる枠体であって、
前記枠体の内側に形成された開口と、
電解液が流通するマニホールドと、
前記マニホールドと前記開口とを接続し、前記マニホールドと前記開口との間で前記電解液の流路を形成するスリットとを備え、
前記スリットは、前記電解液の流通方向に直交する断面において、互いに対向する一対の側壁を有し、
前記スリットの深さ方向の少なくとも一部に、前記側壁の間隔が深さ方向に狭くなる幅狭部を有する枠体。 - 前記スリットは、底壁を有し、
前記底壁は、前記枠体の表面に平行な平坦面を有する請求項1に記載の枠体。 - 少なくとも一方の前記側壁と前記底壁とのなす角度が91°以上120°以下である請求項2に記載の枠体。
- 少なくとも一方の前記側壁と前記底壁との角部が曲面状に形成されている請求項2又は請求項3に記載の枠体。
- 前記幅狭部において、前記側壁の少なくとも一方は、深さ方向に対して傾斜する傾斜面を有し、前記傾斜面が平面である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の枠体。
- 前記幅狭部において、前記側壁の少なくとも一方は、深さ方向に対して傾斜する傾斜面を有し、前記傾斜面が曲面である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の枠体。
- 前記スリットは、底壁を有し、
前記底壁は、前記スリットの深さ方向に突出する曲面を有する請求項1に記載の枠体。 - 前記側壁と前記底壁の全面が曲面状に形成されている請求項7に記載の枠体。
- 前記スリットの深さ方向の任意の位置における前記側壁の間隔が、その位置よりも開口部側における前記側壁の間隔に対して同等以下である請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の枠体。
- 請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の枠体と、
前記枠体の開口に嵌め込まれる双極板とを備え、
前記枠体及び前記双極板により前記枠体の内側にチャンバーが形成されているレドックスフロー電池用セルフレーム。 - 請求項10に記載のレドックスフロー電池用セルフレームを備えるレドックスフロー電池。
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