JPWO2016167077A1 - レドックスフロー電池用セルフレーム、レドックスフロー電池用セルスタック、レドックスフロー電池 - Google Patents

Abstract

双極板（２１）の外周に設けられる枠体（２２）を有するレドックスフロー電池用セルフレーム（２０）であって、前記枠体（２２）は、その表裏を貫通し、電解液が流通されるマニホールド（２００，２０１，２０２，２０３，２０４）と、その表面に形成されて、前記マニホールドと前記双極板との間で前記電解液の流路を形成する少なくとも１つのスリット（２１０，２１１，２１２，２１３，２１４）とを備え、前記スリットの長手方向において、前記スリットの断面形状が、前記スリットの幅をｗ、前記スリットの深さをｈとするとき、（Ａ）ｗ≧３ｍｍ、及び、（Ｂ）１／８＜ｈ／ｗ＜１を満たす。

Description

本発明は、レドックスフロー電池の構成部品であるレドックスフロー電池用セルフレーム、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用セルスタック、レドックスフロー電池用セルスタックを備えるレドックスフロー電池に関する。特に、生産性に優れ、薄型化が可能であり、電解液の放熱性能の向上及び圧力損失の低減を図ることができるレドックスフロー電池用セルフレームに関する。

特開２０１３−８０６１３号公報（特許文献１）及び特開２００２−２４６０６１号公報（特許文献２）に記載されているとおり、大容量の蓄電池の一つとして、レドックスフロー電池（以下、「ＲＦ電池」と呼ぶ場合がある）が知られている。レドックスフロー電池の用途としては、負荷平準化用途の他、瞬低補償や非常用電源などの用途、大量導入が進められている太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーの出力平滑化用途などが挙げられる。

ＲＦ電池は、正極電解液及び負極電解液に酸化還元により価数が変化する金属イオン（活物質）を含有する電解液を使用して充放電を行う電池である。図７に、正極電解液及び負極電解液にＶイオンを含有するバナジウム電解液を使用したバナジウム系ＲＦ電池３００の動作原理図を示す。図７中の電池セル１００内の実線矢印は充電反応を、破線矢印は放電反応をそれぞれ示す。

ＲＦ電池３００は、水素イオンを透過させるイオン交換膜１０１で正極セル１０２と負極セル１０３とに分離されたセル１００を備える。正極セル１０２には正極電極１０４が内蔵され、かつ正極電解液を貯留する正極電解液用タンク１０６が導管１０８，１１０を介して接続されている。同様に、負極セル１０３には負極電極１０５が内蔵され、かつ負極電解液を貯留する負極電解液用タンク１０７が導管１０９，１１１を介して接続されている。そして、ポンプ１１２，１１３により、各タンク１０６，１０７に貯留される電解液をセル１００（正極セル１０２及び負極セル１０３）に循環流通させて、充放電を行う。

上記ＲＦ電池３００には、通常、複数のセル１００が積層されたセルスタックを備える構成が利用されている。図８は、セルスタックの概略構成図である。セルスタック１０Ｓは、枠体２２に一体化された双極板２１を有するセルフレーム２０、正極電極１０４、イオン交換膜１０１、及び負極電極１０５を複数積層してなり、その積層体を２枚のエンドプレート２５０，２５０で挟み込んで締め付けることで形成されている。

上記セルスタック１０Ｓでは、双極板２１の一面側に正極電極１０４、他面側に負極電極１０５が配置され、隣接するセルフレーム２０の間に１つのセルが形成されることになる。セルスタック１０Ｓにおける電解液の流通は、枠体２２に貫通して設けられたマニホールド２００、及び枠体２２の表面に形成され、マニホールド２００と双極板２１との間に設けられたスリット２１０により行われる。図８に例示するセルスタック１０Ｓでは、正極電解液は、給液マニホールド２０１から枠体２２の一面側（紙面表側）に形成されたスリット２１１を介して双極板２１の正極電極１０４側に供給され、枠体２２の上部に形成されたスリット２１３を介して排液マニホールド２０３に排出される。同様に、負極電解液は、給液マニホールド２０２から枠体２２の他面側（紙面裏側）に形成されたスリット２１２を介して双極板２１の負極電極１０５側に供給され、枠体２２の上部に形成されたスリット２１４を介して排液マニホールド２０４に排出される。また、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１０１を保護するプラスチック製の保護板３０がそれぞれ配置されている。各保護板３０は、各マニホールド２０１〜２０４に対応する位置に貫通孔が形成され、各スリット２１１〜２１４を覆う大きさを有する。スリット２１１〜２１４が保護板３０で覆われていることで、各スリット２１１〜２１４がイオン交換膜１０１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。

特開２０１３−８０６１３号公報 特開２００２−２４６０６１号公報

近年、大規模な自然エネルギー発電の導入が進められつつある中、大容量の電力を蓄電できるＲＦ電池の需要が拡大している。そこで、ＲＦ電池の低コスト化の観点から、ＲＦ電池の構成部品であるセルフレームの生産性を向上することが求められている。セルフレームは射出成形により形成することが一般的であるが、生産性を考慮すれば、セルフレームに形成するスリットも射出成形で同時に形成することが望まれる。また、ＲＦ電池の小型化の観点から、ＲＦ電池に備えるセルスタックを構成するセルフレームの薄型化も求められている。

ＲＦ電池では、セルフレームのスリット内の電解液を通じてシャント電流が流れ、シャント電流による損失（シャントカレントロス）が生じる。このシャント電流に起因して電解液が発熱し、電解液の温度上昇により、セルフレームが軟化して変形するなどセルフレームにダメージを与えることがある。したがって、スリット内の電解液の温度上昇を抑えるため、電解液の放熱性能を向上できるセルフレームが望まれる。更に、セルフレームのスリットに流通する電解液の圧力損失を低減できるセルフレームが望まれる。

従来のセルフレームでは、一般に、スリットの断面形状は、スリットの幅ｗと深さｈの寸法比が１に略等しく（ｈ≒ｗ）、略正方形状である。従来、セルフレームのスリットの断面形状について、電解液の放熱性能の向上及び圧力損失の低減を図る観点から、十分に検討されていなかった。また、従来では、スリットの断面形状は正方形状を採用しているため、断面積を大きくしようとすると、深さも大きくなり、セルフレームの厚さを厚くする必要があった。そのため、セルスタックのサイズが大きくなる要因になっていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的の１つは、生産性に優れ、薄型化が可能であり、電解液の放熱性能の向上及び圧力損失の低減を図ることができるレドックスフロー電池用セルフレームを提供することにある。また、別の目的は、上記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用セルスタックを提供することにある。更に別の目的は、上記レドックスフロー電池用セルスタックを備えるレドックスフロー電池を提供することにある。

本発明の一態様に係るレドックスフロー電池用セルフレームは、双極板の外周に設けられる枠体を有するセルフレームである。前記枠体は、その表裏を貫通し、電解液が流通されるマニホールドと、その表面に形成されて、前記マニホールドと前記双極板との間で前記電解液の流路を形成する少なくとも１つのスリットとを備える。そして、前記スリットの長手方向において、前記スリットの断面形状が、前記スリットの幅をｗ、前記スリットの深さをｈとするとき、（Ａ）ｗ≧３ｍｍ、及び、（Ｂ）１／８＜ｈ／ｗ＜１を満たす。

本発明の一態様に係るレドックスフロー電池用セルスタックは、双極板を有するセルフレームと、正極電極と、イオン交換膜と、負極電極とを複数積層してなるセルスタックである。そして、このセルスタックは、前記セルフレームとして、上記本発明の一態様に係るレドックスフロー電池用セルフレームを備える。

本発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、上記本発明の一態様に係るレドックスフロー電池用セルスタックを備える。

上記レドックスフロー電池用セルフレームは、生産性に優れ、薄型化が可能であり、電解液の放熱性能の向上及び圧力損失の低減を図ることができる。上記レドックスフロー電池用セルスタック及びレドックスフロー電池は、小型化が可能で、電解液の放熱性能の向上及び圧力損失の低減を図ることができる。

実施形態１に係るセルフレームの概略正面図である。 実施形態１に係るセルフレームにおけるスリットの断面形状を示す概略断面図である。 実施形態１に係るセルフレームにおいて、スリットの断面形状が、（Ａ）及び（Ｂ）の要件を満たす範囲を示すグラフである。 実施形態１に係るセルフレームにおいて、スリットの断面形状が、（Ａ）〜（Ｃ）の要件を満たす範囲を示すグラフである。 実施形態１に係るセルフレームにおいて、スリットの断面形状が、（Ａ）〜（Ｄ）の要件を満たす範囲を示すグラフである。 実施形態１に係るセルフレームにおいて、スリットの断面形状が、（Ａ）〜（Ｅ）の要件を満たす範囲を示すグラフである。 レドックスフロー電池の動作原理図である。 セルスタックの概略構成図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

（１）本発明の一態様に係るレドックスフロー電池用セルフレームは、双極板の外周に設けられる枠体を有するセルフレームである。前記枠体は、その表裏を貫通し、電解液が流通されるマニホールドと、その表面に形成されて、前記マニホールドと前記双極板との間で前記電解液の流路を形成する少なくとも１つのスリットとを備える。そして、前記スリットの長手方向において、前記スリットの断面形状が、前記スリットの幅をｗ、前記スリットの深さをｈとするとき、（Ａ）ｗ≧３ｍｍ、及び、（Ｂ）１／８＜ｈ／ｗ＜１を満たす。

上記セルフレームによれば、スリットの断面形状が上記（Ａ）の要件「ｗ≧３ｍｍ」を満たすことから、スリットの幅が３ｍｍ以上であり、セルフレームを射出成形により形成する際にスリットを同時に形成し易い。よって、生産性に優れる。スリットの幅が３ｍｍ未満の場合、射出成形で精度よくスリットを形成することが難しい。上記セルフレームは、スリットの断面形状が上記（Ｂ）の要件「１／８＜ｈ／ｗ＜１」（換言すれば、ｈ＜ｗ、かつ、ｈ＞ｗ／８）を満たす。ｈ／ｗ＜１（即ち、ｈ＜ｗ）を満たすことから、スリットの断面形状が幅広（横長）である。スリットの断面形状が横長であることで、従来の正方形状に比較して、スリット断面積を同じとした場合、深さが小さくなり、セルフレームの厚さを薄くできる。そのため、セルフレームの薄型化が可能であり、セルスタックの小型化、延いてはレドックスフロー電池の小型化を図ることができる。ｈ／ｗが小さいほど、スリットの断面形状が扁平になり、深さがより小さくなる。

セルフレームにおいて、スリット断面積が小さく、スリット長が長い方が、スリット内の電解液の電気抵抗が大きくなり、シャント電流による熱量が小さくなる。また、スリット表面積が大きい方が、放熱面積が増えるため、電解液の放熱性能が高くなる。よって、スリット長が同じ場合、スリットの濡れ縁長（断面の周囲長）が長い方が、スリット表面積が大きくなり、電解液の放熱性能が向上する。つまり、電解液の放熱性能の観点から、断面積に対して周囲長が長いことが好ましい。スリットの断面形状がｈ＜ｗを満たすことで、断面形状が横長であり、従来の正方形状に比較して、スリット断面積を同じとした場合、スリットの周囲長が長くなるため、電解液の放熱性能を向上できる。ｈ／ｗが小さいほど、スリットの周囲長がより長くなる。一方、圧力損失は、断面積が大きく、周囲長が短い方が小さくなるため、圧力損失を考慮すれば、スリットの断面形状が正方形状の場合に最も低減できる。スリットの断面形状がｈ／ｗ＞１／８を満たすことで、周囲長が過大になるのを防ぎ、圧力損失が過大になることを抑制できる。そのため、スリット断面積を同じとした場合、圧力損失の低減を図ることができる。したがって、上記セルフレームによれば、上記（Ａ）及び（Ｂ）の要件を満たすことで、生産性に優れると共に、セルフレームの薄型化を図りつつ、電解液の放熱性能の向上と圧力損失の低減とを両立できる。

ここでいう、スリットの断面形状とは、スリットの長手方向（電解液の流通方向）と直交する断面における形状のことである。また、スリットの幅とは、断面形状における幅の平均値を意味し、スリットの深さとは、断面形状における深さの平均値を意味する。

（２）上記レドックスフロー電池用セルフレームの一形態として、上記スリットの断面形状が、（Ｃ）ｗ≦８ｍｍを満たすことが挙げられる。

スリットの断面形状が上記（Ｃ）の要件「ｗ≦８ｍｍ」を満たすことから、スリットの幅が８ｍｍ以下であり、スリットを覆うように配置される保護板がスリット内に陥没することを抑制できる。

（３）上記（２）に記載のレドックスフロー電池用セルフレームの一形態として、更に、上記スリットの断面形状が、（Ｄ）ｈ≦５ｍｍを満たすことが挙げられる。

スリットの断面形状が上記（Ｄ）の要件「ｈ≦５ｍｍ」を満たすことから、スリットの深さが５ｍｍ以下であり、セルフレームの厚さを薄くできるため、セルフレームの薄型化が可能である。

（４）上記（３）に記載のレドックスフロー電池用セルフレームの一形態として、更に、上記スリットの断面形状が、（Ｅ）ｈ／ｗ≦３／５を満たすことが挙げられる。

スリットの断面形状が上記（Ｅ）の要件「ｈ／ｗ≦３／５」（換言すれば、ｈ≦３ｗ／５）を満たすことで、周囲長をある程度確保して、電解液の放熱性能をより向上できる。また、スリットの断面形状が扁平になり、深さが小さくなることから、セルフレームの薄型化が可能である。

（５）本発明の一態様に係るレドックスフロー電池用セルスタックは、双極板を有するセルフレームと、正極電極と、イオン交換膜と、負極電極とを複数積層してなるセルスタックである。そして、このセルスタックは、前記セルフレームとして、上記（１）〜（４）のいずれか１つ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。

上記セルスタックによれば、本発明の一態様に係るレドックスフロー電池用セルフレームを有することから、セルスタックの小型化（薄型化）が可能であり、電解液の放熱性能の向上及び圧力損失の低減を図ることができる。

（６）本発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、上記（５）に記載のレドックスフロー電池用セルスタックを備える。

上記レドックスフロー電池によれば、本発明の一態様に係るレドックスフロー電池用セルスタックを備えることで、レドックスフロー電池の小型化が可能であり、電解液の放熱性能の向上及び圧力損失の低減を図ることができる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係るセルフレーム、セルスタック及びレドックスフロー電池の具体例を以下に説明する。本発明の実施形態に係るセルスタック及びレドックスフロー電池は、セルフレームのスリットの断面形状に特徴があり、それ以外の構成は、図７，図８を参照して説明した従来のセルスタック及びレドックスフロー電池と同じである。したがって、以下では、本発明の実施形態に係るセルフレームについて、図面を参照しつつ説明し、従来と同様の構成については、図７，図８と同一の符号を付してその説明を省略する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、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。

図１に示すセルフレーム２０は、双極板２１の外周に設けられる枠体２２を有し、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形成されている。枠体２２は、その表裏を貫通し、電解液が流通されるマニホールド２００（マニホールド２０１〜２０４）と、その表面に形成されて、各マニホールド２０１〜２０４と双極板２１との間で電解液の流通路を形成するスリット２１０（スリット２１１〜２１４）とを備える。スリット２１１及び２１３は、枠体２２の一面側（紙面表側）に形成され、スリット２１２及び２１３は、枠体２２の他面側（紙面裏側）に形成されている。また、セルフレーム２０において、枠体２２の一面側のスリット２１１及び２１３が形成された部分には保護板３０がそれぞれ配置され、スリット２１１及び２１３が保護板３０で覆われている。図示しないが、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及び２１４が保護板で覆われている。

セルフレーム２０を構成する枠体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。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。

枠体２２は、双極板２１の外縁部を表裏から挟むように双極板２１と一体化されている。そのため、枠体２２は双極板２１よりも厚く、枠体２２と双極板２１との境界には段差面が形成されている。この段差面に沿って、双極板２１の一面側に正極電極（図８参照）が配置され、他面側に負極電極（図８）が配置される。セルフレーム２０（枠体２２）の厚さは、例えば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることが挙げられる。

スリット２１０の一端はマニホールド２００につながり、他端は枠体２２における双極板２１との段差面につながっている。通常、枠体２２を構成する４つの辺のうち、マニホールド２００が形成された辺の内縁部には整流部が形成されており、スリット２１０の他端は整流部につながっている。整流部はスリット２１０から供給された電解液を電極の縁部に沿って拡散させたり、電極から排出される電解液をスリット２１０へ集約する機能を果たす。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿ったスリット２１０の断面形状を示している。スリット２１０の断面形状は、矩形状であり、スリットの幅をｗ、スリットの深さをｈとするとき、以下の要件（Ａ）、（Ｂ）を満たす。

（Ａ）ｗ≧３ｍｍ
（Ｂ）１／８＜ｈ／ｗ＜１（換言すれば、ｈ＜ｗ、かつ、ｈ＞ｗ／８）
上記（Ａ）の要件を満たすことにより、スリット２１０の幅が３ｍｍ以上であることから、セルフレーム２０を射出成形により形成する際にスリット２１０を精度よく形成できる。

上記（Ｂ）の要件を満たすことにより、ｈ＜ｗであることから、スリット２１０の断面形状が幅広（横長）である。スリット２１０の断面形状が横長であることで、従来の正方形状に比較して、スリット断面積を同じとした場合、深さが小さくなるため、セルフレーム２０の厚さを薄くできる。ｈ／ｗが小さいほど、スリットの断面形状が扁平になり、深さがより小さくなるため、セルフレーム２０の厚さをより薄くできる。

また、上記（Ｂ）の要件を満たすことにより、スリット２１０の断面形状が横長（ｈ＜ｗ）であることから、従来の正方形状に比較して、スリット断面積を同じとした場合、スリット２１０の周囲長が長くなるため、電解液の放熱性能を向上できる。ｈ／ｗが小さいほど、スリット２１０の周囲長がより長くなるため、電解液の放熱性能がより向上する。スリット２１０の周囲長は、断面形状における上辺（スリットの開口側の辺）と下辺（底面側の辺）、及び左右の側辺（深さ方向に沿う辺）の長さの合計として算出でき、断面形状が矩形状の場合、（ｗ＋ｈ）×２になる。更に、スリット２１０の断面形状がｈ＞ｗ／８を満たすことから、スリット断面積を同じとした場合、圧力損失を十分に低減できる。ｈ≦８／ｗの場合、周囲長が過大になり、圧力損失が過大になる。スリット２１０の断面形状がｈ＞ｗ／８を満たすことで、断面積が同じで、正方形状のスリットでの圧力損失の２．５倍以下に抑えることができる。

図３は、横軸をスリットの幅（ｍｍ）、縦軸をスリットの深さ（ｍｍ）とし、スリットの断面形状が、上記（Ａ）及び（Ｂ）の要件を満たす範囲を示すグラフである。図３中、ハッチング部分が、上記（Ａ）及び（Ｂ）の要件を満たす範囲を示す。

スリット２１０の断面形状が、上記（Ａ）及び（Ｂ）の要件に加えて、以下の要件（Ｃ）を満たすことが好ましい。

（Ｃ）ｗ≦８ｍｍ
上記（Ｃ）の要件を満たすことにより、スリット２１０の幅が８ｍｍ以下であることから、保護板３０がスリット２１０内に陥没することを抑制できる。

図４は、横軸をスリットの幅（ｍｍ）、縦軸をスリットの深さ（ｍｍ）とし、スリットの断面形状が、上記（Ａ）〜（Ｃ）の要件を全て満たす範囲を示すグラフである。図４中、ハッチング部分が、上記（Ａ）〜（Ｃ）の要件を満たす範囲を示す。

更に、スリット２１０の断面形状が、上記（Ａ）〜（Ｃ）の要件に加えて、以下の要件（Ｄ）を満たすことが好ましい。

（Ｄ）ｈ≦５ｍｍ
上記（Ｄ）の要件を満たすことにより、スリット２１０の深さが５ｍｍ以下であることから、セルフレーム２０の厚さを薄くできる。

図５は、横軸をスリットの幅（ｍｍ）、縦軸をスリットの深さ（ｍｍ）とし、スリットの断面形状が、上記（Ａ）〜（Ｄ）の要件を全て満たす範囲を示すグラフである。図５中、ハッチング部分が、上記（Ａ）〜（Ｄ）の要件を満たす範囲を示す。

更に、スリット２１０の断面形状が、上記（Ａ）〜（Ｄ）の要件に加えて、以下の要件（Ｅ）を満たすことが好ましい。

（Ｅ）ｈ／ｗ≦３／５
上記（Ｅ）の要件を満たすことにより、周囲長がある程度長くなり、電解液の放熱性能をより向上できる。また、スリット２１０の断面形状が扁平になり、深さが小さくなることから、セルフレーム２０の厚さを薄くできる。

図６は、横軸をスリットの幅（ｍｍ）、縦軸をスリットの深さ（ｍｍ）とし、スリットの断面形状が、上記（Ａ）〜（Ｅ）の要件を全て満たす範囲を示すグラフである。図６中、ハッチング部分が、上記（Ａ）〜（Ｅ）の要件を満たす範囲を示す。

（その他）
上述の実施形態１では、スリット２１０の断面形状が矩形状である場合を例に挙げ説明したが、スリットの断面形状は、必ずしも矩形状である必要はなく、例えば、台形状などの四角形状、二等辺三角形状などの三角形状、半円状や半楕円形状などであってもよい。また、上述の実施形態１では、１つのマニホールド２００に対して１つのスリット２１０が形成されているが、スリットの数は複数であってもよい。

図２に示すスリット２１０の断面形状において、深さ方向に沿う側辺の少なくとも一方が、テーパ状に形成されていてもよい。この場合、テーパ角α（側辺が枠体２２の表面に垂直な線に対してなす角）は、例えば５°以上１５°以下とすることが挙げられる。また、側辺と下辺との角部がＲ状に形成されていてもよい。この場合、角部の曲率半径ｒは、例えば０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、更に０．４ｍｍ以上０．６ｍｍ以下とすることが挙げられる。このように、側辺をテーパ状に形成したり、側辺と下辺との角部をＲ状に形成したりすることで、射出成形によりスリットを形成し易い。

［実施例１］
スリットの幅ｗ及び深さｈが異なるスリットが形成された各セルフレームについて、放熱性能、圧力損失、並びにセルフレームの厚さを評価した。

（スリットのサイズ）
スリットの断面形状は矩形状とし、表１に示す幅ｗ及び深さｈのスリットが形成されたセルフレームを想定し、試料Ｎｏ．１〜１５、及びＮｏ．１０１〜１１２とした。また、表１に示す試料Ｎｏ．１〜１５、及びＮｏ．１０１〜１１２のスリットについて、図３〜図６のグラフ上にプロットした。

表１に示すスリットの幅ｗ及び深さｈから、各スリットの周囲長及び断面積を以下の式により算出した。

周囲長ｌ（ｍｍ）：ｌ＝２（ｗ＋ｈ）
断面積Ｓ（ｍｍ）：Ｓ＝ｗ×ｈ
また、スリットの長さＬを１００ｍｍとし、各スリットの表面積を以下の式により算出した。

表面積Ａ（ｃｍ２）：Ａ＝ｌ×Ｌ
算出した周囲長ｌ、断面積Ｓ、長さＬ、及び表面積Ａを表１に示す。

（スリット内の電解液の電気抵抗）
放熱性能を求めるにあたり、まず、各スリット内における電解液の電気抵抗Ｒを以下の式により算出した。ここでは、電解液の比抵抗ρを２．０７Ωｃｍとした。

電気抵抗Ｒ（ｋΩ）＝ρ×Ｌ／ｌ
（シャント電流による熱量）
次に、上記電気抵抗Ｒから、各スリット内でのシャント電流による熱量Ｑを以下の式により算出した。ここでは、セルの積層数Ｎを１００とし、１セルあたりの起電力Ｅを１．４８Ｖ／セルとした。

熱量Ｑ（Ｗ）＝（Ｖ／２）２／Ｒ
（Ｖ：セルの全電圧、Ｖ＝Ｅ×Ｎ）
（放熱性能）
上記表面積Ａ及び熱量Ｑに基づいて、各スリットによる電解液の放熱性能Ｃを以下の式により算出した。

放熱性能Ｃ（Ｗ／ｃｍ２）＝Ｑ／Ａ
算出した電気抵抗Ｒ、熱量Ｑ及び放熱性能Ｃを表１に示す。放熱性能Ｃの値が小さい方が、放熱性能に優れるといえる。

（圧力損失）
スリットの長さＬを１００ｍｍとし、上記周囲長ｌ及び断面積Ｓに基づいて、各スリットでの電解液の圧力損失ΔＰを以下の式により算出した。ここでは、電解液の動粘度νを３．５２９５ｍｍ^２／秒、電解液の比重ρｈを１．３７ｋｇ／リットルとし、１スリットあたりの電解液の流量ｑを０．０８３リットル／分とした。

圧力損失ΔＰ（Ｐａ）＝２×Ｌ×ν×ｑ×ρｈ×ｌ２／Ｓ３
算出した圧力損失ΔＰを表１に示す。

（セルフレームの厚さ）
スリットの深さｈから、セルフレームの厚さをどの程度まで薄くできるのかの指標として、セルフレームの最小可能厚さＴｎを求めた。セルフレームの最小可能厚さＴｎは、スリットの深さｈに厚さ１．３ｍｍを加算した値とした。その結果を表１に示す。

表１に示す試料Ｎｏ．１〜１５は、スリットの断面形状が（Ａ）ｗ≧３ｍｍを満たしており、スリットの幅が３ｍｍ以上であることから、セルフレームを射出成形によりスリットを精度よく形成できる。一方、試料Ｎｏ．１０１〜１０４は、スリットの幅が３ｍｍ未満であるため、射出成形によりスリットを精度よく形成することが難しい。更に、試料Ｎｏ．１〜１５は、（Ｃ）ｗ≦８ｍｍを満たしており、スリットの幅が８ｍｍ以下であることから、スリットを覆うように配置される保護板がスリット内に陥没することを抑制できる。

試料Ｎｏ．１〜１５は、スリットの断面形状が（Ｂ）１／８＜ｈ／ｗ＜１を満たしており、ｈ＜ｗであることから、スリットの断面形状が横長であり、セルフレームの厚さを薄くできる。試料Ｎｏ．１〜１５と試料Ｎｏ．１０１〜１１２とで、同じ断面積の試料を比較した場合、具体的には、Ｎｏ．１とＮｏ．１０２、Ｎｏ．２とＮｏ．１０３、Ｎｏ．６とＮｏ．１０７、Ｎｏ．７とＮｏ．１０５、Ｎｏ．９とＮｏ．１０８、Ｎｏ．１３とＮｏ．１１０、Ｎｏ．１４とＮｏ．１０６をそれぞれ比較した場合、ｈ＜ｗを満たす前者の方が、セルフレームの最小可能厚さＴｎが小さく、セルフレームの厚さを薄くできる。特に、試料Ｎｏ．１〜１５のうち、Ｎｏ．１３を除く試料は、（Ｄ）ｈ≦５ｍｍを満たしており、スリットの深さが５ｍｍ以下であることから、セルフレームの最小可能厚さＴｎが絶対的に小さくなる。よって、セルフレームの厚さを薄くできる。

また、試料Ｎｏ．１〜１５は、スリットの断面形状が横長（ｈ＜ｗ）であることから、スリットの周囲長が長くなるため、電解液の放熱性能を向上できる。試料Ｎｏ．１〜１５のうち試料Ｎｏ．１，１４と、断面積が同じで、断面形状が正方形状の試料Ｎｏ．１０２，１０６とをそれぞれ比較した場合、ｈ＜ｗを満たす試料Ｎｏ．１，１４の方が放熱性能Ｃが小さく、放熱性能の点で優れる。特に、試料Ｎｏ．１〜１５のうち、Ｎｏ．１，２，４，５，７，８，１１，１２，１４，１５のように、（Ｅ）ｈ／ｗ≦３／５を満たす試料は、より扁平であり、周囲長が長くなる。よって、電解液の放熱性能がより向上できる。例えば、断面積が同じＮｏ．３とＮｏ．７を比較した場合、ｈ／ｗ≦３／５を満たすＮｏ．７の方が、放熱性能Ｃが小さく、放熱性能が良好である。

更に、試料Ｎｏ．１〜１５は、スリットの断面形状がｈ＞ｗ／８を満たすことで、圧力損失を十分に低減できる。例えば、試料Ｎｏ．１，１４と、断面積が同じで、断面形状が正方形状の試料Ｎｏ．１０２，１０６とをそれぞれ比較した場合、試料Ｎｏ．１，１４の圧力損失ΔＰは、試料Ｎｏ．１０２，１０６の圧力損失ΔＰの２．５倍以下である。これに対し、ｈ＞ｗ／８を満たさない試料Ｎｏ．１０９，１１１，１１２は、圧力損失が過大であり、圧力損失を十分に低減できていない。

本発明のレドックスフロー電池用セルフレームは、レドックスフロー電池用セルスタック及びレドックスフロー電池の構成部品に好適に利用可能である。

１００ セル、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、２００，２０１〜２０４ マニホールド、２１０，２１１〜２１４ スリット、３０ 保護板、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 (6)

1. 双極板の外周に設けられる枠体を有するレドックスフロー電池用セルフレームであって、
   前記枠体は、
   その表裏を貫通し、電解液が流通されるマニホールドと、
   その表面に形成されて、前記マニホールドと前記双極板との間で前記電解液の流路を形成する少なくとも１つのスリットとを備え、
   前記スリットの長手方向において、前記スリットの断面形状が、前記スリットの幅をｗ、前記スリットの深さをｈとするとき、（Ａ）ｗ≧３ｍｍ、及び、（Ｂ）１／８＜ｈ／ｗ＜１を満たすレドックスフロー電池用セルフレーム。
2. 前記スリットの断面形状が、（Ｃ）ｗ≦８ｍｍを満たす請求項１に記載のレドックスフロー電池用セルフレーム。
3. 更に、前記スリットの断面形状が、（Ｄ）ｈ≦５ｍｍを満たす請求項２に記載のレドックスフロー電池用セルフレーム。
4. 更に、前記スリットの断面形状が、（Ｅ）ｈ／ｗ≦３／５を満たす請求項３に記載のレドックスフロー電池用セルフレーム。
5. 前記双極板を有するセルフレームと、正極電極と、イオン交換膜と、負極電極とを複数積層してなるレドックスフロー電池用セルスタックであって、
   前記セルフレームとして、請求項１〜４のいずれか１項に記載の前記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用セルスタック。
6. 請求項５に記載の前記レドックスフロー電池用セルスタックを備えるレドックスフロー電池。

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