KR20190086622A

KR20190086622A - 프레임체, 셀 프레임, 셀 스택 및 레독스 플로우 전지

Info

Publication number: KR20190086622A
Application number: KR1020187017367A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 구와바라
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 2016-12-08
Filing date: 2016-12-08
Publication date: 2019-07-23
Also published as: CN108475798A; AU2016432005A1; EP3553858A1; JP6849954B2; JPWO2018105092A1; US20180358632A1; EP3553858A4; US10199664B2; AU2016432005B2; CN108475798B; WO2018105092A1

Abstract

레독스 플로우 전지의 정극 전극과 부극 전극 사이에 배치되는 쌍극판의 주위에 마련되는 프레임체로서, 상기 프레임체의 일면측에 마련되어, 상기 정극 전극에 정극 전해액을 공급·배출하는 정극용 급액 슬릿 및 정극용 배액 슬릿과, 상기 프레임체의 타면측에 마련되어, 상기 부극 전극에 부극 전해액을 공급·배출하는 부극용 급액 슬릿 및 부극용 배액 슬릿을 포함하고, 상기 정극용 급액 슬릿과 상기 부극용 급액 슬릿의 입구부끼리의 조 및 상기 정극용 배액 슬릿과 상기 부극용 배액 슬릿의 출구부끼리의 조 중 적어도 1조는, 상기 프레임체의 두께 방향에 있어서 서로 부분적으로 중첩되도록 마련되어 있는 프레임체.

Description

프레임체, 셀 프레임, 셀 스택 및 레독스 플로우 전지

본 발명은 프레임체, 셀 프레임, 셀 스택 및 레독스 플로우 전지에 관한 것이다.

대용량의 축전지의 하나로서, 레독스 플로우 전지(이하, 「RF 전지」라고 부르는 경우가 있음)가 알려져 있다(특허문헌 1∼3을 참조). 레독스 플로우 전지에는 셀 프레임, 정극 전극, 격막, 부극 전극을 각각 복수 적층하여 이루어지는 셀 스택이 이용되고 있다. 셀 프레임은 정극 전극과 부극 전극 사이에 배치되는 쌍극판과, 쌍극판의 주위에 마련되는 프레임체를 포함하고 있다. 셀 스택에서는, 인접하는 셀 프레임의 쌍극판 사이에, 격막을 사이에 두고 정부의 전극이 배치되어, 하나의 셀이 형성된다. RF 전지에서는, 정부의 각 전극에 정부의 각 전해액을 각각 순환 유통시켜 충방전을 행한다.

특허문헌 1∼3에는, 프레임체의 일면측에 마련되어, 정극 전해액이 유통하는 정극 전해액용 유로와, 프레임체의 타면측에 마련되어, 부극 전해액이 유통하는 부극 전해액용 유로를 포함하는 셀 프레임이 개시되어 있다. 정극 전해액용 유로 및 부극 전해액용 유로는, 각 전극에 각 전해액을 각각 공급하는 정극 및 부극용의 급액 슬릿과, 각 전극으로부터 각 전해액을 각각 배출하는 정극 및 부극용의 배액 슬릿을 갖는다. 또한, 셀 프레임의 프레임체에는, 각 전극에 공급되는 각 전해액이 각각 유통하는 정극 및 부극용의 급액 매니폴드와, 각 전극으로부터 배출되는 각 전해액이 각각 유통하는 정극 및 부극용의 배액 매니폴드가 프레임체에 관통하여 마련되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2013-80613호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2002-246061호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2005-228622호 공보

본 개시의 프레임체는,

레독스 플로우 전지의 정극 전극과 부극 전극 사이에 배치되는 쌍극판의 주위에 마련되는 프레임체로서,

상기 프레임체는,

상기 프레임체에 관통하여 마련되어, 상기 정극 전극에 공급되는 정극 전해액이 유통하는 정극용 급액 매니폴드 및 상기 정극 전극으로부터 배출되는 정극 전해액이 유통하는 정극용 배액 매니폴드와,

상기 프레임체의 일면측에 마련되어, 상기 프레임체의 내측에 개구하는 입구부를 가지며, 상기 정극용 급액 매니폴드로부터 상기 정극 전극에 정극 전해액을 공급하는 정극용 급액 슬릿과, 상기 프레임체의 내측에 개구하는 출구부를 가지며, 상기 정극 전극으로부터 상기 정극용 배액 매니폴드에 상기 정극 전해액을 배출하는 정극용 배액 슬릿을 포함하는 정극 전해액용 유로와,

상기 프레임체에 관통하여 마련되어, 상기 부극 전극에 공급되는 부극 전해액이 유통하는 부극용 급액 매니폴드 및 상기 부극 전극으로부터 배출되는 부극 전해액이 유통하는 부극용 배액 매니폴드와,

상기 프레임체의 타면측에 마련되어, 상기 프레임체의 내측에 개구하는 입구부를 가지며, 상기 부극용 급액 매니폴드로부터 상기 부극 전극에 부극 전해액을 공급하는 부극용 급액 슬릿과, 상기 프레임체의 내측에 개구하는 출구부를 가지며, 상기 부극 전극으로부터 상기 부극용 배액 매니폴드에 상기 부극 전해액을 배출하는 부극용 배액 슬릿을 포함하는 부극 전해액용 유로를 포함하고,

상기 정극용 급액 슬릿과 상기 부극용 급액 슬릿의 상기 입구부끼리의 조 및 상기 정극용 배액 슬릿과 상기 부극용 배액 슬릿의 상기 출구부끼리의 조 중 적어도 1조는, 상기 프레임체의 두께 방향에 있어서 서로 부분적으로 중첩되도록 마련되어 있다.

본 개시의 셀 프레임은, 본 개시의 프레임체와, 상기 프레임체의 내측에 마련되는 상기 쌍극판을 갖는다.

본 개시의 셀 스택은, 본 개시의 셀 프레임을 포함한다.

본 개시의 다른 셀 스택은,

레독스 플로우 전지의 정극 전극과 부극 전극 사이에 배치되는 쌍극판과, 상기 쌍극판의 주위에 마련되는 프레임체를 갖는 셀 프레임을 포함하는 셀 스택으로서,

상기 프레임체는,

상기 정극용 급액 슬릿과 상기 부극용 급액 슬릿의 상기 입구부끼리의 조 및 상기 정극용 배액 슬릿과 상기 부극용 배액 슬릿의 상기 출구부끼리의 조는, 상기 프레임체의 두께 방향에 있어서 서로 중합되도록 마련되어 있고,

상기 셀 프레임이 적층되어, 인접하는 상기 셀 프레임의 상기 프레임체의 일면측과 타면측이 서로 대향한 상태에 있어서, 한쪽의 상기 프레임체의 일면측에 마련된 상기 정극용 급액 슬릿의 상기 입구부 및 상기 정극용 배액 슬릿의 상기 출구부와, 다른쪽의 상기 프레임체의 타면측에 마련된 상기 부극용 급액 슬릿의 상기 입구부 및 상기 부극용 배액 슬릿의 상기 출구부가, 각각 적층 방향으로 서로 부분적으로 중첩되도록 마련되어 있다.

본 개시의 레독스 플로우 전지는, 본 개시의 셀 스택을 포함한다.

도 1은 실시형태에 따른 레독스 플로우 전지의 동작 원리도이다.
도 2는 실시형태에 따른 레독스 플로우 전지의 개략 구성도이다.
도 3은 실시형태에 따른 셀 스택의 개략 구성도이다.
도 4는 실시형태 1에 따른 셀 프레임을 일면측에서 본 개략 평면도이다.
도 5는 실시형태 1에 따른 셀 프레임을 타면측에서 본 개략 평면도이다.
도 6a는 도 4의 VIa-VIa선 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 6b는 도 4의 VIb-VIb선 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 7a는 실시형태 1에 따른 셀 프레임을 적층하였을 때의 정극용 급액 슬릿의 입구부와 부극용 급액 슬릿의 입구부의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 7b는 실시형태 1에 따른 셀 프레임을 적층하였을 때의 정극용 배액 슬릿의 출구부와 부극용 배액 슬릿의 출구부의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 8은 실시형태 2에 따른 셀 스택에 있어서의 셀 프레임을 일면측에서 본 개략 평면도이다.
도 9a는 도 8의 IXa-IXa선 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 9b는 도 8의 IXb-IXb선 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 10a는 실시형태 2에 따른 셀 스택에서의 인접하는 셀 프레임끼리에 있어서의 정극용 급액 슬릿의 입구부와 부극용 급액 슬릿의 입구부의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 10b는 실시형태 2에 따른 셀 스택에서의 인접하는 셀 프레임끼리에 있어서의 정극용 배액 슬릿의 출구부와 부극용 배액 슬릿의 출구부의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.

[본 개시가 해결하고자 하는 과제]

추가적인 레독스 플로우 전지의 신뢰성 및 성능의 향상이 요구되고 있다.

RF 전지에서는, 셀 프레임의 프레임체에 있어서, 정극 전해액용 유로 및 부극 전해액용 유로를 구성하는 정극 및 부극용의 각 슬릿(급액 슬릿 및 배액 슬릿) 내에 충전 상태의 전해액이 채워져 있으면, 각 슬릿 내에 있어서 전해액을 통하여 션트 전류가 흘러, 션트 전류에 의한 손실(션트 전류 손실)이 생긴다. 이 션트 전류에 기인하여 전해액이 발열하여, 전해액의 온도가 상승하는 경우가 있고, 경우에 따라서는, 정극 전해액과 부극 전해액 사이에 온도차가 생기는 경우가 있다. 예컨대, RF 전지의 대기 시는, 슬릿 내에 전해액이 머물러 있기 때문에, 전해액을 유통시키는 운전 시와 비교하여, 슬릿 내에서 전해액의 온도가 상승하기 쉽다. 전해액의 온도가 상승하면, 전해액에 석출물이 생기는 경우가 있어, 전해액이 열화하는 등 전지 성능의 저하를 초래할 우려가 있다. 또한, 정극 전해액과 부극 전해액 사이에 온도차가 생기면, 프레임체에 휘어짐 등의 변형이 발생할 가능성이 있어, 프레임체(셀 프레임)에 손상을 부여할 우려가 있다. 따라서, 정부의 전해액이 유통하는 각 슬릿 내에 있어서의 양 전해액의 온도를 균일화하면서, 양 전해액의 온도 상승을 억제하는 것이 요구된다.

또한, 셀 프레임을 적층하여 셀 스택을 구성한 경우, 인접하는 셀 프레임의 프레임체의 일면측과 타면측이 서로 대향하여 맞닿은 상태가 된다. 프레임체의 일면측(표면측) 및 타면측(이면측)에는, 정극 전해액용 유로 및 부극 전해액용 유로를 구성하는 정극 및 부극용의 각 슬릿이 각각 마련되어 있다. 셀 스택을 구성하였을 때, 인접하는 프레임체 중, 한쪽의 프레임체의 일면측에 마련된 정극용 슬릿이 다른쪽의 프레임체의 타면측에 대향하여, 다른쪽의 프레임체의 타면측에 마련된 부극용 슬릿이 한쪽의 프레임체의 일면측에 대향하게 된다.

종래의 프레임체에서는, 통상, 정극 및 부극용의 각 슬릿이 표리에서 실질적으로 동일한 패턴으로 형성되어 있다. 여기서, 정극용 슬릿에 있어서의 프레임체의 내측에 개구하는 개구부(입구부 또는 출구부)와 부극용 슬릿에 있어서의 프레임체의 내측에 개구하는 개구부가, 표리에서 동일한 위치(즉, 프레임체의 두께 방향으로 중합되는 위치)에 마련된 셀 프레임을 이용하여 셀 스택을 구성하는 것을 생각한다. 이 경우, 셀 스택을 구성하였을 때, 한쪽의 프레임체의 일면측에 마련된 정극용 슬릿의 개구부와, 다른쪽의 프레임체의 타면측에 마련된 부극용 슬릿의 개구부가 서로 맞닿은 상태가 된다. 그 때문에, 각각의 개구부끼리가 서로 맞닿음으로써, 개구부의 코너부에 면압이 집중하여, 코너부에 깨짐 등의 파손이 생길 가능성이 있어, 신뢰성을 손상시킬 우려가 있다. 또한, 개구부의 코너부에 면압이 집중함으로써, 인접하는 프레임체 사이에 개재되는 격막 등이 손상될 가능성도 있다.

그래서, 본 개시는 레독스 플로우 전지의 신뢰성 및 성능의 향상을 도모할 수 있는 프레임체, 셀 프레임 및 셀 스택을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 또한, 본 개시는 신뢰성이 높고, 전지 성능이 우수한 레독스 플로우 전지를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.

[본 개시의 효과]

본 개시에 따르면, 레독스 플로우 전지의 신뢰성 및 성능의 향상을 도모할 수 있는 프레임체, 셀 프레임 및 셀 스택을 제공할 수 있다. 또한, 본 개시에 따르면, 신뢰성이 높고, 전지 성능이 우수한 레독스 플로우 전지를 제공할 수 있다.

[본원 발명의 실시형태의 설명]

먼저 본원 발명의 실시형태의 내용을 열기하여 설명한다.

(1) 실시형태에 따른 프레임체는,

상기 프레임체는,

상기 프레임체에 따르면, 정극 및 부극용의 각 슬릿의 개구부(입구부 및 출구부)끼리 중 적어도 한쪽의 조가, 프레임체의 두께 방향에 있어서 서로 부분적으로 중첩되도록 마련되어 있다. 「프레임체의 두께 방향에 있어서 서로 부분적으로 중첩된다」란, 프레임체의 두께 방향(한쪽의 면으로부터 다른쪽의 면을 향하는 방향)에서 투시적으로 보았을 때, 프레임체의 두께 방향으로 일부가 중첩되고, 또한, 프레임체의 둘레 방향으로 어긋나 있는 것을 의미한다. 프레임체의 두께 방향으로 부분적으로 중첩됨으로써, 정극 및 부극용의 각 슬릿에 유통하는 정부의 전해액에 온도차가 생긴 경우, 고온측의 전해액으로부터 저온측의 전해액에의 열전도가 일어나, 정부의 전해액의 온도를 균일화할 수 있다. 또한, 열전도에 의해 고온측의 전해액이 냉각되어, 전해액의 온도 상승이 억제되기 때문에, 전해액 성분의 석출을 억제할 수 있어, 전해액의 열화를 억제할 수 있다. 정부의 전해액에 온도차가 생기기 어려워지기 때문에, 프레임체에 휘어짐 등의 변형도 발생하기 어렵다.

또한, 정극 및 부극용의 각 슬릿의 개구부(입구부 및 출구부)끼리 중 적어도 한쪽의 조가, 프레임체의 두께 방향에서 보아, 둘레 방향으로 어긋나 있음으로써, 상기 프레임체를 갖는 셀 프레임을 적층하여 셀 스택을 구성하였을 때, 각각의 개구부끼리가 서로 맞닿은 상태가 되지 않는다. 그 때문에, 각각의 개구부의 코너부에 면압이 집중하는 것을 회피할 수 있기 때문에, 코너부에 깨짐 등의 파손이 생기기 어렵다. 또한, 개구부의 코너부의 면압 집중을 회피함으로써, 인접하는 프레임체 사이에 개재되는 격막 등이 손상되는 것도 억제할 수 있다. 따라서, 상기 프레임체는, 정부의 전해액의 온도를 균일화하면서, 양 전해액의 온도 상승을 억제할 수 있으면서, 셀 스택을 구성하였을 때의 프레임체의 파손 등을 억제할 수 있기 때문에, 레독스 플로우 전지의 신뢰성 및 성능의 향상을 도모할 수 있다.

(2) 상기 프레임체의 일형태로서, 상기 정극용 급액 슬릿과 상기 부극용 급액 슬릿의 상기 입구부끼리의 조 및 상기 정극용 배액 슬릿과 상기 부극용 배액 슬릿의 상기 출구부끼리의 조 중 적어도 1조는, 상기 프레임체의 두께 방향에 있어서의 서로 중첩되는 범위가 각각의 개구폭의 10％ 이상 99％ 이하인 것을 들 수 있다.

정극 및 부극용의 각 슬릿의 개구부(입구부 및 출구부)끼리 중 적어도 한쪽의 조에 있어서, 프레임체의 두께 방향에 있어서의 서로 중첩되는 중복 범위가 각각의 개구폭의 10％ 이상임으로써, 고온측의 전해액으로부터 저온측의 전해액에의 열전도를 확보하기 쉽다. 그 때문에, 정부의 전해액의 온도를 효과적으로 균일화할 수 있으며, 고온측의 전해액의 냉각 효율을 높여, 전해액의 온도 상승을 보다 억제할 수 있다. 또한, 중복 범위가 각각의 개구폭의 99％ 이하임으로써, 개구부의 코너부끼리의 어긋남을 확보하기 쉽다. 그 때문에, 각각의 개구부의 코너부에 면압이 집중하는 것을 효과적으로 회피할 수 있어, 면압 집중에 의해 코너부에 깨짐 등의 파손이 생기거나, 격막 등이 손상되는 것을 보다 억제할 수 있다. 상기 프레임체에 있어서, 상기 중복 범위의 하한은 각각의 개구폭의 20％ 이상, 30％ 이상, 더욱 50％ 이상인 것이 바람직하고, 상한은 각각의 개구폭의 95％ 이하, 더욱 90％ 이하인 것이 바람직하다.

(3) 실시형태에 따른 셀 프레임은, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 프레임체와, 상기 프레임체의 내측에 마련되는 상기 쌍극판을 갖는다.

상기 셀 프레임에 따르면, 상기한 실시형태에 따른 프레임체를 갖기 때문에, 레독스 플로우 전지의 신뢰성 및 성능의 향상을 도모할 수 있다.

(4) 실시형태에 따른 셀 스택은, 상기 (3)에 기재된 셀 프레임을 포함한다.

상기 셀 스택에 따르면, 상기한 실시형태에 따른 셀 프레임을 포함함으로써, 레독스 플로우 전지의 신뢰성 및 성능의 향상을 도모할 수 있다.

(5) 다른 실시형태에 따른 셀 스택은,

상기 프레임체는,

상기 셀 스택에 의하면, 셀 프레임의 프레임체에 있어서, 정극 및 부극용의 각 슬릿의 개구부(입구부 및 출구부)끼리의 조가, 프레임체의 두께 방향에 있어서 서로 중합되도록 마련되어 있다. 「프레임체의 두께 방향에 있어서 서로 중합된다」란, 프레임체의 두께 방향(한쪽의 면으로부터 다른쪽의 면을 향하는 방향)에서 투시적으로 보았을 때, 실질적으로 동일한 위치에 중복하고 있는 것을 의미한다. 예컨대, 정극 및 부극용의 각 슬릿의 개구부끼리의 조에 있어서, 프레임체의 두께 방향에 있어서의 서로 중첩되는 중복 범위가 각각의 개구폭의 90％ 초과 100％ 이하인 것을 들 수 있다. 프레임체의 두께 방향으로 중합됨으로써, 정극 및 부극용의 각 슬릿에 유통하는 정부의 전해액에 온도차가 생긴 경우, 고온측의 전해액으로부터 저온측의 전해액에의 열전도가 일어나, 정부의 전해액의 온도를 균일화할 수 있다. 또한, 열전도에 의해 고온측의 전해액이 냉각되어, 전해액의 온도 상승이 억제되기 때문에, 전해액 성분의 석출을 억제할 수 있어, 전해액의 열화를 억제할 수 있다. 정부의 전해액에 온도차가 생기기 어려워지기 때문에, 프레임체에 휘어짐 등의 변형도 발생하기 어렵다. 상기 셀 스택을 구성하는 개개의 셀 프레임의 프레임체에 있어서, 정극 및 부극용의 각 슬릿의 개구부끼리의 조의 두께 방향에 있어서의 상기 중복 범위의 하한은 각각의 개구폭의 95％ 초과, 더욱 99％ 초과인 것이 바람직하다.

셀 스택은 복수의 셀 프레임을 적층하여 구성되어, 인접하는 셀 프레임의 프레임체의 일면측과 타면측이 서로 대향한 상태가 된다. 상기 셀 스택에서는, 인접하는 프레임체 중, 한쪽의 일면측에 마련된 정극용의 각 슬릿의 개구부(입구부 및 출구부)와, 다른쪽의 타면측에 마련된 부극용의 각 슬릿의 개구부가 적층 방향으로 서로 부분적으로 중첩되도록 마련되어 있다. 「적층 방향으로 서로 부분적으로 중첩된다」란, 셀 프레임의 적층 방향에서 투시적으로 보았을 때, 적층 방향으로 일부가 중첩되고, 또한, 프레임체의 둘레 방향으로 어긋나 있는 것을 의미한다. 즉, 인접하는 셀 프레임의 프레임체끼리에 있어서, 한쪽의 정극용의 각 슬릿의 개구부와 다른쪽의 부극용의 각 슬릿의 개구부가, 적층 방향에서 보아, 둘레 방향으로 어긋나 있음으로써, 각각의 개구부끼리가 서로 맞닿은 상태가 되지 않는다. 그 때문에, 각각의 개구부의 코너부에 면압이 집중하는 것을 회피할 수 있기 때문에, 코너부에 깨짐 등의 파손이 생기기 어렵다. 또한, 개구부의 코너부의 면압 집중을 회피함으로써, 인접하는 프레임체 사이에 개재되는 격막 등이 손상되는 것도 억제할 수 있다. 따라서, 상기 셀 스택은 정부의 전해액의 온도를 균일화하면서, 양 전해액의 온도 상승을 억제할 수 있으면서, 프레임체(셀 프레임)의 파손 등을 억제할 수 있기 때문에, 레독스 플로우 전지의 신뢰성 및 성능의 향상을 도모할 수 있다. 여기서, 인접하는 셀 프레임의 한쪽의 프레임체의 일면측에 마련된 정극용의 각 슬릿의 개구부와, 다른쪽의 프레임체의 타면측에 마련된 부극용의 각 슬릿의 개구부가 적층 방향으로 서로 중첩되는 중복 범위로서는, 예컨대, 각각의 개구폭의 10％ 이상 99％ 이하인 것을 들 수 있다. 인접하는 셀 프레임의 프레임체에 있어서, 한쪽의 일면측에 마련된 정극용의 각 슬릿의 개구부와, 다른쪽의 타면측에 마련된 부극용의 각 슬릿의 개구부의 적층 방향에 있어서의 상기 중복 범위의 하한은 각각의 개구폭의 20％ 이상, 30％ 이상, 더욱 50％ 이상인 것이 바람직하고, 상한은 각각의 개구폭의 95％ 이하, 더욱 90％ 이하인 것이 바람직하다.

(6) 실시형태에 따른 레독스 플로우 전지는, 상기 (4) 또는 (5)에 기재된 셀 스택을 포함한다.

상기 레독스 플로우 전지에 따르면, 상기한 실시형태에 따른 셀 스택을 포함함으로써, 신뢰성이 높고, 전지 성능이 우수하다.

[본원 발명의 실시형태의 상세]

본원 발명의 실시형태에 따른 프레임체, 셀 프레임, 셀 스택 및 레독스 플로우 전지(RF 전지)의 구체예를, 이하에 도면을 참조하면서 설명한다. 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타낸다. 또한, 본원 발명은 이들 예시에 한정되는 것이 아니며, 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

《RF 전지》

도 1, 도 2를 참조하여, 실시형태에 따른 레독스 플로우 전지(이하, RF 전지)의 일례를 설명한다. RF 전지(1)는 정극 전해액 및 부극 전해액에 산화 환원에 의해 가수가 변화하는 금속 이온을 활물질로서 함유하는 전해액을 사용하여, 정극 전해액에 포함되는 이온의 산화 환원 전위와, 부극 전해액에 포함되는 이온의 산화 환원 전위의 차를 이용하여 충방전을 행하는 전지이다. 여기서는, RF 전지(1)의 일례로서, 정극 전해액 및 부극 전해액에 활물질이 되는 V 이온을 함유하는 바나듐 전해액을 사용한 바나듐계 RF 전지의 경우를 나타낸다. 도 1 중의 셀(100) 내의 실선 화살표는 충전 반응을, 파선 화살표는 방전 반응을 각각 나타내고 있다. RF 전지(1)는 예컨대, 부하 평준화 용도, 순시 전압 저하 보상이나 비상용 전원 등의 용도, 대량 도입이 진행되고 있는 태양광 발전이나 풍력 발전 등의 자연 에너지의 출력 평활화 용도 등에 이용된다.

RF 전지(1)는 수소 이온을 투과시키는 격막(101)으로 정극 셀(102)과 부극 셀(103)로 분리된 셀(100)을 포함한다. 정극 셀(102)에는 정극 전극(104)이 내장되고, 또한 정극 전해액을 저류하는 정극 전해액용 탱크(106)가 도관(108, 110)을 통해 접속되어 있다. 도관(108)에는, 정극 전해액을 정극 셀(102)에 압송하는 펌프(112)가 마련되어 있고, 이들 부재(106, 108, 110, 112)에 의해 정극 전해액을 순환시키는 정극용 순환 기구(100P)가 구성되어 있다. 마찬가지로, 부극 셀(103)에는 부극 전극(105)이 내장되고, 또한 부극 전해액을 저류하는 부극 전해액용 탱크(107)가 도관(109, 111)을 통해 접속되어 있다. 도관(109)에는, 부극 전해액을 부극 셀(103)에 압송하는 펌프(113)가 마련되어 있고, 이들 부재(107, 109, 111, 113)에 의해 부극 전해액을 순환시키는 부극용 순환 기구(100N)가 구성되어 있다. 각 탱크(106, 107)에 저류되는 각 전해액은, 충방전을 행하는 운전 시에는, 펌프(112, 113)에 의해 셀(100)[정극 셀(102) 및 부극 셀(103)] 내에 순환되고, 충방전을 행하지 않는 대기 시에는, 펌프(112, 113)가 정지되어, 순환되지 않는다.

《셀 스택》

셀(100)은 통상, 도 2, 도 3에 나타내는 바와 같은, 셀 스택(2)이라고 불리는 구조체의 내부에 형성된다. 셀 스택(2)은 서브 스택(200)(도 3 참조)이라고 불리는 적층체를 그 양측에서 2장의 엔드 플레이트(220)로 끼우고, 양측의 엔드 플레이트(220)를 체결 기구(230)로 체결함으로써 구성되어 있다[도 3에 예시하는 구성에서는, 복수의 서브 스택(200)을 포함함]. 서브 스택(200)은 셀 프레임(3), 정극 전극(104), 격막(101) 및 부극 전극(105)을 복수 적층하여 이루어지고, 그 적층체의 양 단부에 급배판(210)(도 3의 아래 도면 참조, 도 2에서는 생략)이 배치된 구성이다.

《셀 프레임》

셀 프레임(3)은 도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이, 정극 전극(104)과 부극 전극(105) 사이에 배치되는 쌍극판(31)과, 쌍극판(31)의 주위에 마련되는 프레임체(32)를 갖는다. 쌍극판(31)의 일면측에는 정극 전극(104)이 접촉하도록 배치되고, 쌍극판(31)의 타면측에는 부극 전극(105)이 접촉하도록 배치된다. 프레임체(32)의 내측에는 쌍극판(31)이 마련되고, 정극 전극(104) 및 부극 전극(105)이 쌍극판(31)을 사이에 두고 수납된다. 서브 스택(200)[셀 스택(2)]에서는, 인접하는 각 셀 프레임(3)의 쌍극판(31) 사이에 각각 하나의 셀(100)이 형성되게 되고, 인접하는 각 셀 프레임(3)의 프레임체(32)의 일면측과 타면측이 서로 대향하여 맞닿은 상태가 된다.

쌍극판(31)은 예컨대, 플라스틱 카본 등으로 형성되고, 프레임체(32)는 예컨대, 염화비닐 수지(PVC), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 불소 수지, 에폭시 수지 등의 플라스틱으로 형성되어 있다. 쌍극판(31)은 예컨대, 사출 성형, 프레스 성형, 진공 성형 등의 공지의 방법에 따라 성형되어 있다. 셀 프레임(3)은 쌍극판(31)의 주위에 프레임체(32)가 사출 성형 등에 의해 일체화되어 있다.

《프레임체》

프레임체(32)는 정극 전극(104) 및 부극 전극(105)의 각 전극에 공급되는 정극 전해액 및 부극 전해액의 각 전해액이 유통하는 급액 매니폴드(33, 34) 및 각 전극으로부터 배출되는 각 전해액이 유통하는 배액 매니폴드(35, 36)를 포함한다. 또한, 프레임체(32)에는, 각 급액 매니폴드(33, 34)로부터 각 전극에 각 전해액을 공급하는 급액 슬릿(33s, 34s)과, 각 전극으로부터 각 배액 매니폴드(35, 36)에 각 전해액을 배출하는 배액 슬릿(35s, 36s)을 포함한다. 정극 전극(104) 및 부극 전극(105)에의 정부의 각 전해액의 유통은, 급배판(210)(도 3의 아래 도면 참조)을 통해, 도 3에 나타내는 프레임체(32)에 관통하여 마련된 급액 매니폴드(33, 34) 및 배액 매니폴드(35, 36)와, 프레임체(32)의 일면측과 타면측에 각각 마련된 급액 슬릿(33s, 34s) 및 배액 슬릿(35s, 36s)에 의해 행해진다(도 4, 도 5도 함께 참조).

이 예에서는, 급액 매니폴드(33) 및 배액 매니폴드(35)는 정극 전해액이 유통하는 매니폴드이다. 구체적으로는, 급액 매니폴드(33)는 정극 전극(104)에 공급되는 정극 전해액이 유통하는 정극용 급액 매니폴드이고, 배액 매니폴드(35)는 정극 전극(104)으로부터 배출되는 정극 전해액이 유통하는 정극용 배액 매니폴드이다. 한편, 급액 매니폴드(34) 및 배액 매니폴드(36)는 부극 전해액이 유통하는 매니폴드이다. 구체적으로는, 급액 매니폴드(34)는 부극 전극(105)에 공급되는 부극 전해액이 유통하는 부극용 급액 매니폴드이고, 배액 매니폴드(36)는 부극 전극(105)으로부터 배출되는 부극 전해액이 유통하는 부극용 배액 매니폴드이다.

또한, 도 4에 나타내는 프레임체(32)의 일면측(표면측)에 마련된 급액 슬릿(33s) 및 배액 슬릿(35s)은 정극 전해액용 유로(32p)를 구성하는 슬릿이다. 구체적으로는, 급액 슬릿(33s)은 정극용 급액 매니폴드(33)로부터 정극 전극(104)에 정극 전해액을 공급하는 정극용 급액 슬릿이고, 배액 슬릿(35s)은 정극 전극(104)으로부터 정극용 배액 매니폴드(35)에 정극 전해액을 배출하는 정극용 배액 슬릿이다. 정극용 급액 슬릿(33s)은 프레임체(32)의 내측에 개구하는 입구부(33i)를 가지고, 정극용 배액 슬릿(35s)은 프레임체(32)의 내측에 개구하는 출구부(35o)를 갖는다. 한편, 도 5에 나타내는 프레임체(32)의 타면측(이면측)에 마련된 급액 슬릿(34s) 및 배액 슬릿(36s)은 부극 전해액용 유로(32n)를 구성하는 슬릿이다. 구체적으로는, 급액 슬릿(34s)은 부극용 급액 매니폴드(34)로부터 부극 전극(105)에 부극 전해액을 공급하는 부극용 급액 슬릿이고, 배액 슬릿(35s)은 부극 전극(105)으로부터 부극용 배액 매니폴드(36)에 부극 전해액을 배출하는 부극용 배액 슬릿이다. 부극용 급액 슬릿(34s)은 프레임체(32)의 내측에 개구하는 입구부(34i)를 가지고, 부극용 배액 슬릿(36s)은 프레임체(32)의 내측에 개구하는 출구부(36o)를 갖는다. 정극용 급액 슬릿(33s)과 부극용 급액 슬릿(34s)은, 슬릿의 형상, 길이, 폭 및 깊이가 실질적으로 동일하고, 정극용 배액 슬릿(35s)과 부극용 배액 슬릿(36s)과는, 슬릿의 형상, 길이, 폭 및 깊이가 실질적으로 동일하다.

각 슬릿의 깊이는 예컨대, 0.5 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하, 더욱 1.0 ㎜ 이상 5.0 ㎜ 이하로 하고, 프레임체(32)의 기계적 강도를 확보하는 관점에서, 프레임체(32)의 두께의 10％ 이상 45％ 이하 정도를 만족시키는 것을 들 수 있다. 각 슬릿의 폭은 예컨대, 0.5 ㎜ 이상 20 ㎜ 이하, 더욱 1.0 ㎜ 이상 8.0 ㎜ 이하를 만족시키는 것을 들 수 있다. 여기서는, 각 슬릿의 길이 방향과 직교하는 단면 형상이 직사각 형상이지만, 이에 한정되지 않고, 각 슬릿의 단면 형상은 예컨대, 삼각 형상, 사다리꼴 형상, 반원 형상, 반타원 형상 등이어도 좋다.

이 예에 나타내는 프레임체(32)[셀 프레임(3)]의 경우, 정극 전해액은 도 4에 나타내는 바와 같이, 급액 매니폴드(33)로부터 프레임체(32)의 하부에 형성된 급액 슬릿(33s)을 통해 정극 전극(104)(도 3 참조)에 공급되고, 프레임체(32)의 상부에 형성된 배액 슬릿(35s)을 통해 배액 매니폴드(35)에 배출된다. 마찬가지로, 부극 전해액은 도 5에 나타내는 바와 같이, 급액 매니폴드(34)로부터 프레임체(32)의 하부에 형성된 급액 슬릿(34s)을 통해 부극 전극(105)(도 3 참조)에 공급되고, 프레임체(32)의 상부에 형성된 배액 슬릿(36s)을 통해 배액 매니폴드(36)에 배출된다. 프레임체(32)의 내측 하부 가장자리 및 내측 상부 가장자리에는, 가장자리를 따라 정류부(도시하지 않음)가 형성되어 있어도 좋다. 정류부는 급액 슬릿(33s, 34s)으로부터 공급되는 각 전해액을 각 전극의 하부 가장자리를 따서 확산시키거나, 각 전극의 상부 가장자리로부터 배출되는 각 전해액을 배액 슬릿(35s, 36s)에 집약하는 기능을 갖는다.

그 외에, 각 셀 프레임(3)의 프레임체(32) 사이에는, 전해액의 누설을 억제하기 위해, O 링이나 평패킹 등의 환형의 시일 부재(37)(도 2, 도 3 참조)가 배치되어 있다. 프레임체(32)에는, 시일 부재(37)를 배치하기 위한 시일홈(38)(도 4, 도 5 참조)이 형성되어 있다.

[실시형태 1]

실시형태에 따른 프레임체(32)의 특징의 하나는, 정극용 급액 슬릿(33s)과 부극용 급액 슬릿(34s)의 입구부(33i, 34i)끼리의 조 및 정극용 배액 슬릿(35s)과 부극용 배액 슬릿(36s)의 출구부(35o, 36o)끼리의 조 중 적어도 1조가, 프레임체(32)의 두께 방향에 있어서 서로 부분적으로 중첩되도록 마련되어 있는 점에 있다. 이하, 도 4∼도 8을 참조하여, 실시형태 1에 따른 프레임체(32)[셀 프레임(3)] 및 이 셀 프레임(3)을 포함하는 셀 스택(2)에 대해서, 자세하게 설명한다.

도 4, 도 5에 나타내는 셀 프레임(3)의 프레임체(32)는 도 6a에 나타내는 바와 같이, 정극용 급액 슬릿(33s)의 입구부(33i)와 부극용 급액 슬릿(34s)의 입구부(34i)가, 프레임체(32)의 두께 방향에 있어서 서로 부분적으로 중첩되도록 위치한다. 또한, 이 셀 프레임(3)의 프레임체(32)는 도 6b에 나타내는 바와 같이, 프레임체(32)의 정극용 배액 슬릿(35s)의 출구부(35o)와 부극용 배액 슬릿(36s)의 출구부(36o)가, 프레임체(32)의 두께 방향에 있어서 서로 부분적으로 중첩되도록 위치한다. 따라서, 실시형태 1에 따른 셀 프레임(3)에서는, 입구부(33i, 34i)끼리의 조와 출구부(35o, 36o)끼리의 조의 각각이, 프레임체(32)의 두께 방향에 있어서 서로 부분적으로 중첩되도록 마련되어 있다.

도 6a에 나타내는 바와 같이, 입구부(33i, 34i)끼리의 조가 프레임체(32)의 두께 방향으로 부분적으로 중첩됨으로써, 정극용 급액 슬릿(33s)에 유통하는 정극 전해액과 부극용 급액 슬릿(34s)에 유통하는 부극 전해액 사이에서 열전도가 효율적으로 행해진다. 한편, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 출구부(35o, 36o)끼리의 조가 프레임체(32)의 두께 방향으로 부분적으로 중첩됨으로써, 정극용 배액 슬릿(35s)에 유통하는 정극 전해액과 부극용 배액 슬릿(36s)에 유통하는 부극 전해액 사이에서 열전도가 효율적으로 행해진다. 따라서, 정극 전해액과 부극 전해액 사이에 온도차가 생긴 경우, 고온측의 전해액으로부터 저온측의 전해액에의 열전도가 일어나, 양 전해액의 온도를 균일화하면서, 양 전해액의 온도 상승을 억제할 수 있다.

셀 프레임(3)을 이용하여 셀 스택(2)(도 2, 도 3 참조)을 구성한 경우, 도 7a, 7b에 나타내는 바와 같이, 인접하는 셀 프레임(3)의 프레임체(32)의 일면측과 타면측이 서로 대향하여 적층된다. 입구부(33i, 34i)끼리의 조가, 프레임체(32)의 두께 방향에서 보아 둘레 방향으로 어긋나 있음으로써, 도 7a에 나타내는 바와 같이, 입구부(33i, 34i)의 코너부(도 7a 중 원으로 둘러싸는 부분)끼리가 서로 맞닿은 상태가 되지 않는다. 그 때문에, 입구부(33i, 34i)의 코너부에 면압이 집중하는 것을 회피할 수 있다. 한편, 출구부(35o, 36o)끼리의 조가, 프레임체(32)의 두께 방향에서 보아 둘레 방향으로 어긋나 있음으로써, 도 7b에 나타내는 바와 같이, 출구부(35o, 36o)의 코너부(도 7b 중 원으로 둘러싸는 부분)끼리가 서로 맞닿은 상태가 되지 않는다. 그 때문에, 출구부(35o, 36o)의 코너부에 면압이 집중하는 것을 회피할 수 있다. 따라서, 셀 프레임(3)을 적층하였을 때에, 정극 및 부극용의 각 슬릿(33s∼36s)에 있어서의 개구부[입구부(33i, 34i) 및 출구부(35o, 36o)]의 코너부에 깨짐 등의 파손이 생기기 어렵다.

도 6a에 나타내는 입구부(33i, 34i)끼리의 조는, 그 개구폭을 Wi라고 할 때, 프레임체(32)의 두께 방향에 있어서의 서로 중첩되는 중복 범위(Li)가 개구폭(Wi)의 10％ 이상 99％ 이하를 만족시키는 것을 들 수 있다. 또한, 도 6b에 나타내는 출구부(35o, 36o)끼리의 조는, 그 개구폭을 Wo라고 할 때, 프레임체(32)의 두께 방향에 있어서의 서로 중첩되는 중복 범위(Lo)가 개구폭(Wo)의 10％ 이상 99％ 이하를 만족시키는 것을 들 수 있다. 입구부(33i, 34i)끼리의 조의 중복 범위(Li) 및 출구부(35o, 36o)끼리의 조의 중복 범위(Lo)는 각각, 0.1 Wi≤Li≤0.99 Wi, 0.1 Wo≤Lo≤0.99 Wo로 나타낸다. 중복 범위[Li(Lo)]가 개구폭[Wi(Wo)]의 10％ 이상을 만족시키는 경우, 정극 및 부극용의 급액 슬릿(33s, 34s)의 입구부(33i, 34i)[배액 슬릿(35s, 36s)의 출구부(35o, 36o)]에 있어서, 고온측의 전해액으로부터 저온측의 전해액에의 열전도를 확보하기 쉽다. 그 때문에, 정부의 전해액의 온도를 효과적으로 균일화할 수 있으며, 고온측의 전해액의 냉각 효율을 높여, 전해액의 온도 상승을 보다 억제할 수 있다. 중복 범위[Li(Lo)]가 개구폭[Wi(Wo)]의 99％ 이하를 만족시키는 경우, 입구부(33i, 34i)[출구부(35o, 36o)]의 코너부의 어긋남을 확보하기 쉬워, 면압 집중에 의한 코너부의 파손을 효과적으로 억제할 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 상기 중복 범위(Li 및 Lo)는 각각, 상기 개구폭(Wi 및 Wo)의 20％ 이상, 30％ 이상, 더욱 50％ 이상인 것이 바람직하고, 95％ 이하, 더욱 90％ 이하인 것이 바람직하다.

{작용 효과}

실시형태 1에 따른 프레임체(32)는 다음의 작용 효과를 가져온다.

입구부(33i, 34i)끼리 및 출구부(35o, 36o)끼리의 조가 프레임체(32)의 두께 방향으로 부분적으로 중첩됨으로써, 정부의 전해액에 온도차가 생긴 경우에, 고온측의 전해액으로부터 저온측의 전해액에의 열전도가 일어나, 정부의 전해액의 온도를 균일화할 수 있다. 열전도에 의해 고온측의 전해액이 냉각되어, 전해액의 온도 상승이 억제되기 때문에, 전해액 성분의 석출을 억제할 수 있어, 전해액의 열화를 억제할 수 있다. 또한, 정부의 전해액에 온도차가 생기기 어려워지기 때문에, 프레임체(32)에 휘어짐 등의 변형도 발생하기 어렵다.

또한, 입구부(33i, 34i)끼리 및 출구부(35o, 36o)끼리의 조가 프레임체(32)의 두께 방향에서 보아 둘레 방향으로 어긋나 있음으로써, 셀 프레임(3)을 적층하였을 때, 인접하는 프레임체(32)의 입구부(33i, 34i)끼리 및 출구부(35o, 36o)끼리가 서로 맞닿은 상태가 되는 것을 회피할 수 있다. 그 때문에, 입구부(33i, 34i) 및 출구부(35o, 36o)의 코너부에 면압이 집중하는 것을 회피할 수 있기 때문에, 코너부에 깨짐 등의 파손이 생기기 어렵다. 또한, 코너부의 면압 집중을 회피함으로써, 인접하는 프레임체(32) 사이에 개재되는 격막(101)이 손상되는 것도 억제할 수 있다. 따라서, 셀 프레임(3)은 정부의 전해액의 온도를 균일화하면서, 양 전해액의 온도 상승을 억제할 수 있으면서, 셀 스택(2)을 구성하였을 때의 프레임체(32)의 파손 등을 억제할 수 있기 때문에, RF 전지(1)의 신뢰성 및 성능의 향상을 도모할 수 있다.

실시형태 1에서는, 입구부(33i, 34i)끼리 및 출구부(35o, 36o)끼리의 조의 각각이, 프레임체(32)의 두께 방향에 있어서 서로 부분적으로 중첩되도록 마련되어 있는 형태를 예로 들어 설명하였다. 이에 한정되지 않고, 입구부(33i, 34i)끼리의 조만이 부분적으로 중첩되도록 마련되어도 좋고, 출구부(35o, 36o)끼리의 조만이 부분적으로 중첩되도록 마련되어도 좋다.

[실시형태 2]

이하, 도 8∼도 10b를 참조하여, 다른 실시형태에 따른 셀 스택(2)에 대해서, 설명한다. 이하에서는, 실시형태 1과의 상위점을 중심으로 설명하고, 실시형태 1에서 설명한 내용과 동일한 내용에 대해서는 그 설명을 생략한다. 실시형태 2에 따른 셀 스택(2)의 특징의 하나는, 도 8, 도 9에 나타내는 바와 같이, 셀 스택(2)을 구성하는 개개의 셀 프레임(3)의 프레임체(32)에 있어서, 정극용 급액 슬릿(33s)과 부극용 급액 슬릿(34s)의 입구부(33i, 34i)끼리의 조 및 정극용 배액 슬릿(35s)과 부극용 배액 슬릿(36s)의 출구부(35o, 36o)끼리의 조가, 프레임체(32)의 두께 방향에 있어서 서로 중첩되도록 마련되어 있는 점에 있다. 또한, 셀 스택(2)의 다른 특징의 하나는, 도 10a, 10b에 나타내는 바와 같이, 인접하는 셀 프레임(3)끼리에 있어서, 한쪽의 프레임체(32)의 일면측에 마련된 정극용 급액 슬릿(33s)의 입구부(33i) 및 정극용 배액 슬릿(35s)의 출구부(35o)와, 다른쪽의 프레임체(32)의 타면측에 마련된 부극용 급액 슬릿(34s)의 입구부(34i) 및 부극용 배액 슬릿(36s)의 출구부(36o)가, 각각 적층 방향으로 서로 부분적으로 중첩되도록 마련되어 있는 점에 있다.

실시형태 2에 따른 셀 스택(2)에서는, 도 8, 도 9a에 나타내는 바와 같이, 셀 프레임(3)의 프레임체(32)에 있어서, 정극용 급액 슬릿(33s)의 입구부(33i)와 부극용 급액 슬릿(34s)의 입구부(34i)가, 프레임체(32)의 두께 방향에 있어서 서로 중합되도록 위치한다. 또한, 도 8, 도 9b에 나타내는 바와 같이, 프레임체(32)의 정극용 배액 슬릿(35s)의 출구부(35o)와 부극용 배액 슬릿(36s)의 출구부(36o)가, 프레임체(32)의 두께 방향에 있어서 서로 중합되도록 위치한다. 따라서, 실시형태 2의 셀 스택(2)에 있어서의 셀 프레임(3)[프레임체(32)]에서는, 입구부(33i, 34i)끼리의 조와 출구부(35o, 36o)끼리의 조의 각각이, 프레임체(32)의 두께 방향에 있어서 서로 중합되도록 마련되어 있다.

도 9a에 나타내는 바와 같이, 입구부(33i, 34i)끼리의 조가 프레임체(32)의 두께 방향으로 중합됨으로써, 정극용 급액 슬릿(33s)에 유통하는 정극 전해액과 부극용 급액 슬릿(34s)에 유통하는 부극 전해액 사이에서 열전도가 효율적으로 행해진다. 한편, 도 9b에 나타내는 바와 같이, 출구부(35o, 36o)끼리의 조가 프레임체(32)의 두께 방향으로 중합됨으로써, 정극용 배액 슬릿(35s)에 유통하는 정극 전해액과 부극용 배액 슬릿(36s)에 유통하는 부극 전해액 사이에서 열전도가 효율적으로 행해진다. 따라서, 정극 전해액과 부극 전해액 사이에 온도차가 생긴 경우, 고온측의 전해액으로부터 저온측의 전해액에의 열전도가 일어나, 양 전해액의 온도를 균일화하면서, 양 전해액의 온도 상승을 억제할 수 있다.

입구부(33i, 34i)끼리의 조 및 출구부(35o, 36o)끼리의 조는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 프레임체(32)의 두께 방향에서 투시적으로 보았을 때, 실질적으로 동일한 위치에 중복하여 마련되어 있다. 도 9a에 나타내는 입구부(33i, 34i)끼리의 조는, 그 개구폭을 Wi라고 할 때, 프레임체(32)의 두께 방향에 있어서의서로 중첩되는 중복 범위(Li)가 개구폭(Wi)의 90％ 초과 100％ 이하를 만족시키는 것을 들 수 있다. 또한, 도 9b에 나타내는 출구부(35o, 36o)끼리의 조는, 그 개구폭을 Wo라고 할 때, 프레임체(32)의 두께 방향에 있어서의 서로 중첩되는 중복 범위(Lo)가 개구폭(Wo)의 90％ 초과 100％ 이하를 만족시키는 것을 들 수 있다. 이 예에서는, 중복 범위(Li 및 Lo)가 개구폭(Wi 및 Wo)과 동등하다(Li=Wi, Lo=Wo). 본 실시형태에 있어서, 상기 중복 범위(Li 및 Lo)는 각각, 상기 개구폭(Wi 및 Wo)의 95％ 초과, 더욱 99％ 초과인 것이 바람직하다.

여기서, 실시형태 2의 셀 스택(2)에서는, 복수의 셀 프레임(3)이 서로 어긋나게 적층되어 있다. 그리고, 셀 프레임(3)이 적층된 상태에 있어서, 도 10a에 나타내는 바와 같이, 인접하는 프레임체(32) 중, 한쪽의 일면측에 마련된 정극용 급액 슬릿(33s)의 입구부(33i)와, 다른쪽의 타면측에 마련된 부극용 급액 슬릿(34s)의 입구부(34i)가 적층 방향으로 서로 부분적으로 중첩되도록 마련되어 있다. 또한, 도 10b에 나타내는 바와 같이, 한쪽의 일면측에 마련된 정극용 배액 슬릿(35s)의 출구부(35o)와, 다른쪽의 타면측에 마련된 부극용 배액 슬릿(36s)의 출구부(36o)가 적층 방향으로 서로 부분적으로 중첩되도록 마련되어 있다.

즉, 실시형태 2의 셀 스택(2)에서는, 도 10a, 10b에 나타내는 바와 같이, 인접하는 프레임체(32)끼리에 있어서, 한쪽의 일면측에 마련된 입구부(33i) 및 출구부(35o)와, 다른쪽의 타면측에 마련된 입구부(34i) 및 출구부(36o)가, 각각 적층 방향에서 보아 둘레 방향으로 어긋나 있다. 그 때문에, 입구부(33i, 34i)의 코너부(도 10a 중 원으로 둘러싸는 부분)끼리와, 출구부(35o, 36o)의 코너부(도 10b 중 원으로 둘러싸는 부분)끼리가 서로 맞닿은 상태가 되지 않는다. 따라서, 입구부(33i, 34i)의 코너부와, 출구부(35o, 36o)의 코너부에 면압이 집중하는 것을 회피할 수 있다. 따라서, 정극 및 부극용의 각 슬릿(33s∼36s)에 있어서의 개구부[입구부(33i, 34i) 및 출구부(35o, 36o)]의 코너부에 깨짐 등의 파손이 생기기 어렵다.

한쪽의 프레임체(32)의 일면측에 마련된 입구부(33i) 및 출구부(35o)와, 다른쪽의 프레임체(32)의 타면측에 마련된 입구부(34i) 및 출구부(36o)가 적층 방향으로 서로 중첩되는 중복 범위(Lx)는, 예컨대, 각각의 개구폭(Wi 및 Wo)(도 9 참조)의 10％ 이상 99％ 이하를 만족시키는 것을 들 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 상기 중복 범위(Lx)는 상기 개구폭(Wi 및 Wo)의 20％ 이상, 30％ 이상, 더욱 50％ 이상인 것이 바람직하고, 95％ 이하, 더욱 90％ 이하인 것이 바람직하다.

실시형태 2에 따른 셀 스택(2)은 실시형태 1에서 설명한 내용과 동일한 효과를 발휘할 수 있다.

[본원 발명의 실시형태의 용도]

본원 발명의 실시형태에 따른 프레임체, 셀 프레임 및 셀 스택은, RF 전지에 적합하게 이용 가능하다.

1 레독스 플로우 전지(RF 전지)
2 셀 스택
3 셀 프레임
31 쌍극판
32 프레임체
32p 정극 전해액용 유로
32n 부극 전해액용 유로
33 급액 매니폴드(정극용 급액 매니폴드)
34 급액 매니폴드(부극용 급액 매니폴드)
35 배액 매니폴드(정극용 배액 매니폴드)
36 배액 매니폴드(부극용 배액 매니폴드)
33s 급액 슬릿(정극용 급액 슬릿)
33i 입구부
34s 급액 슬릿(부극용 급액 슬릿)
34i 입구부
35s 배액 슬릿(정극용 배액 슬릿)
35o 출구부
36s 배액 슬릿(부극용 배액 슬릿)
36o 출구부
37 시일 부재
38 시일홈
100 셀
101 격막
102 정극 셀
103 부극 셀
100P 정극용 순환 기구
100N 부극용 순환 기구
104 정극 전극
105 부극 전극
106 정극 전해액용 탱크
107 부극 전해액용 탱크
108, 109, 110, 111 도관
112, 113 펌프
200 서브 스택
210 급배판
220 엔드 플레이트
230 체결 기구

Claims

레독스 플로우 전지의 정극 전극과 부극 전극 사이에 배치되는 쌍극판의 주위에 마련되는 프레임체로서,
상기 프레임체는,
상기 프레임체에 관통하여 마련되어, 상기 정극 전극에 공급되는 정극 전해액이 유통하는 정극용 급액 매니폴드, 및 상기 정극 전극으로부터 배출되는 정극 전해액이 유통하는 정극용 배액 매니폴드와,
상기 프레임체의 일면측에 마련되어, 상기 프레임체의 내측에 개구하는 입구부를 가지며, 상기 정극용 급액 매니폴드로부터 상기 정극 전극에 정극 전해액을 공급하는 정극용 급액 슬릿과, 상기 프레임체의 내측에 개구하는 출구부를 가지며, 상기 정극 전극으로부터 상기 정극용 배액 매니폴드에 상기 정극 전해액을 배출하는 정극용 배액 슬릿을 포함하는 정극 전해액용 유로와,
상기 프레임체에 관통하여 마련되어, 상기 부극 전극에 공급되는 부극 전해액이 유통하는 부극용 급액 매니폴드, 및 상기 부극 전극으로부터 배출되는 부극 전해액이 유통하는 부극용 배액 매니폴드와,
상기 프레임체의 타면측에 마련되어, 상기 프레임체의 내측에 개구하는 입구부를 가지며, 상기 부극용 급액 매니폴드로부터 상기 부극 전극에 부극 전해액을 공급하는 부극용 급액 슬릿과, 상기 프레임체의 내측에 개구하는 출구부를 가지며, 상기 부극 전극으로부터 상기 부극용 배액 매니폴드에 상기 부극 전해액을 배출하는 부극용 배액 슬릿을 포함하는 부극 전해액용 유로를 포함하고,
상기 정극용 급액 슬릿과 상기 부극용 급액 슬릿의 상기 입구부끼리의 조(組), 및 상기 정극용 배액 슬릿과 상기 부극용 배액 슬릿의 상기 출구부끼리의 조 중 적어도 1조는, 상기 프레임체의 두께 방향에 있어서 서로 부분적으로 중첩되도록 마련되어 있는 것인 프레임체.
제1항에 있어서,
상기 정극용 급액 슬릿과 상기 부극용 급액 슬릿의 상기 입구부끼리의 조, 및 상기 정극용 배액 슬릿과 상기 부극용 배액 슬릿의 상기 출구부끼리의 조 중 적어도 1조는, 상기 프레임체의 두께 방향에 있어서의 서로 중첩되는 범위가 각각의 개구폭의 10％ 이상 99％ 이하인 것인 프레임체.
제1항 또는 제2항에 기재된 프레임체와, 상기 프레임체의 내측에 마련되는 상기 쌍극판을 갖는 셀 프레임.
제3항에 기재된 셀 프레임을 포함하는 셀 스택.
레독스 플로우 전지의 정극 전극과 부극 전극 사이에 배치되는 쌍극판과, 상기 쌍극판의 주위에 마련되는 프레임체를 갖는 셀 프레임을 포함하는 셀 스택으로서,
상기 프레임체는,
상기 프레임체에 관통하여 마련되어, 상기 정극 전극에 공급되는 정극 전해액이 유통하는 정극용 급액 매니폴드, 및 상기 정극 전극으로부터 배출되는 정극 전해액이 유통하는 정극용 배액 매니폴드와,
상기 프레임체의 일면측에 마련되어, 상기 프레임체의 내측에 개구하는 입구부를 가지며, 상기 정극용 급액 매니폴드로부터 상기 정극 전극에 정극 전해액을 공급하는 정극용 급액 슬릿과, 상기 프레임체의 내측에 개구하는 출구부를 가지며, 상기 정극 전극으로부터 상기 정극용 배액 매니폴드에 상기 정극 전해액을 배출하는 정극용 배액 슬릿을 포함하는 정극 전해액용 유로와,
상기 프레임체에 관통하여 마련되어, 상기 부극 전극에 공급되는 부극 전해액이 유통하는 부극용 급액 매니폴드, 및 상기 부극 전극으로부터 배출되는 부극 전해액이 유통하는 부극용 배액 매니폴드와,
상기 프레임체의 타면측에 마련되어, 상기 프레임체의 내측에 개구하는 입구부를 가지며, 상기 부극용 급액 매니폴드로부터 상기 부극 전극에 부극 전해액을 공급하는 부극용 급액 슬릿과, 상기 프레임체의 내측에 개구하는 출구부를 가지며, 상기 부극 전극으로부터 상기 부극용 배액 매니폴드에 상기 부극 전해액을 배출하는 부극용 배액 슬릿을 포함하는 부극 전해액용 유로를 포함하고,
상기 정극용 급액 슬릿과 상기 부극용 급액 슬릿의 상기 입구부끼리의 조, 및 상기 정극용 배액 슬릿과 상기 부극용 배액 슬릿의 상기 출구부끼리의 조는, 상기 프레임체의 두께 방향에 있어서 서로 중합되도록 마련되어 있고,
상기 셀 프레임이 적층되어, 인접하는 상기 셀 프레임의 상기 프레임체의 일면측과 타면측이 서로 대향한 상태에 있어서, 한쪽의 상기 프레임체의 일면측에 마련된 상기 정극용 급액 슬릿의 상기 입구부 및 상기 정극용 배액 슬릿의 상기 출구부와, 다른쪽의 상기 프레임체의 타면측에 마련된 상기 부극용 급액 슬릿의 상기 입구부 및 상기 부극용 배액 슬릿의 상기 출구부가, 각각 적층 방향으로 서로 부분적으로 중첩되도록 마련되어 있는 것인 셀 스택.
제4항 또는 제5항에 기재된 셀 스택을 포함하는 레독스 플로우 전지.