TW552728B - Redox flow battery cell stack - Google Patents

Description

552728 五、發明說明 ( 2： ) 其兩端部配 置 端 板 201 > 且 以桿狀體202貫穿兩 端板 201，並在桿狀體 202之端部鎖入螺絲 203固定 。端板 201係使用 在 整 m la 化而 補 強 矩形板201 A上與格狀框 201B。 但是，如 上 所 述 y 習 知 之 堆疊式電池 200係將 正電極 104及負電 極 105 粘 合 於 雙 極板2 11上 ，因此必 須有該 粘合工程而增加 了 組 裝 工 程 〇 此外，利 用 粘 合 劑 粘合 雙 極板2 11與 電極104 、105 時，粘合劑 有 時 會 劣 化 以 致 電極1 0 4、 105由雙極板21 1 剝離。結果 ， 增 加 電 池 內 部 之阻抗，並 有降低電 池性能 之問題。 因此，本 發 明 之 主 要 巨 的 在提供一種 氧化還原 循環電 池用堆疊式 電 池 其 可 以 提 高可靠性而 長期不必 粘合雙 極板與電極 〇 [發明之揭示] 本發明之 堆 疊 式 電 池 係 將 間隔板框架 與電極以 及隔膜 層疊之氧化 還 原 循 rm m 電 池 用 堆疊式電池 ，其特徵 爲’上 述間隔板框 架 ， 以 及 與 框 架 框形成一體 之雙極板 ，而上 述電極係以 夾 緊 力 密 接 於 雙 極板而不粘合於雙極 板。 如此僅藉 由 夾 緊 力 將 間 隔 板框架與電 極保持於 層疊狀 態，因而可 省 卻 雙 極 板 與 電 極之粘合工 程，並可 謀求組 裝工程項目 之 減 少 〇 另 外 因 爲省卻粘合 工程，可 以同時 消除由於粘 著 劑 之 惡 化 而 降 低電池性能 之問題。 此外， 在此所謂電 極 係 指 正 電 極 與 負電極。 4- 552728 五、 發明說明 ( 3: ) 僅藉 夾 緊 力 保持 堆 疊 式 電 池 時 ， 成 在 堆疊式電池 之 構 件上 須 被 施 加 大 的 夾 緊 力 〇 在 此 > 以 下 說明僅以夾 緊 力 保持 堆 疊 式 電 池 時 理 想 構 〇 ①將 電 極 壓 縮 爲 相 當 於 框 架 框 與 雙 極 板 之段差之厚 度 時 ，推 斥 力 須 設 定 於 大 於 1 5 kP a 而 小於 1 50kPa(大於 0. 1 5 3kgfy 'em2 而 小於 1 . 53kgf/c 2) | 0 藉由 夾 緊 力 構 成 堆 疊 式 電 池 時 ， 電 極 在 堆疊式電池 中 呈 被壓 縮 狀 態 〇 此 時 藉 由 限 定 電 極 之 推 斥力，即可有 效 發揮 電 池 之 功 能 〇 如 低於 上 述 之 下 限 値 ，則不易保 持 電 極與 雙 極 板 之 適 當 接 觸 電 阻 > 如 超 越 上 限値時，恐 會 阻 礙浸 滲 電 極 之 電 解 液 之 順 暢 流 動 〇 在 上 述範圍中， 較 佳 爲大 於 40kPa 而 小於 1! 30kPa(大於 0.408kgf/cm2 而小 於 1.02kgf/cm2) 〇 ②電 極 之 每 單 位面 積 之 重 量 宜 設 爲 大 於 100g/m2 而 小 於 1200g/m: 電極 之 每 單 位 面 積 之 重 量 以 小於 1 200g/m2爲理想。 尤 其 理想 者 爲 大 於 1( )0g/m2 而 小於 1000g/m2 。如小於此 下 限 値時 即 不 易 保 持 電 極 與 雙 極 板 之 適 當 之接觸電阻 ， 如 超越 上 限 値 ， 則 反 應 面 積 變 大 ， 有 妨 礙 浸透於電極 之 電 解液 之 順 暢 流 動 之 虞 〇 在 上 述 範 圍 中 較佳爲大於 2 5 0 g/m 2而小於 8 0 0 g/m 2 〇 ③堆 疊 式 電 池 具 備 配 置 於 其 兩 端 部 之 丄山 朗 板，以及在 兩 端 板間 夾 緊 間 隔 板 框 架 與 電 極 之 夾 緊 機 構 ，該端板係 格 子 中拔 離 之 格狀 板 0 - 5- 552728 五、 發明說明（ 6) 狀 體 相接觸， 因此， 在桿狀體沒有被 覆絕緣層時，錯位 防 止 構件本身宜以絕 緣 體構成，或在 導電性錯位防止構 件 形 成絕緣被 覆層。 [圖式之簡單說明] 第 1圖爲本 發明之 堆 疊式電池之槪 略構造圖。 # 第 2圖爲使 用於本 發 明之堆疊式電 池之框架片之平面 圖 〇 第 3圖爲表 示使用 於本發明之堆疊 式電池之間隔板框 架 與 電極之組 合狀態 平 面圖。 第 4圖爲而 板之平 面 圖。 第 5圖爲表 示氧化 還1 原循環電池之動作原理之說明圖。 第 6圖爲先 前之堆 疊 式電池之說明 圖。 [實施發明之最佳形態] 以 下說明本 發明之 實 施例。 (整體構造） 第 1圖爲由 上面所 見 本發明之堆疊 式電池之槪略構造 圖 〇 該堆疊式 電池1 係 將間隔板框架 2與電極3、4以 及 隔 膜5層疊 ，並在 該 層疊體之兩端 部配置給排板6及 端 板 7，而以; 夾緊機彳 m 8夾緊之構造 。使用該堆疊式電 池 1 之氧化還 原循環 電 池之動作原理 與第5圖有關之說 明 相 同，電解 液由儲 槽 循環供應至正 電極3及負電極4 這 一 點也相同 。雖未 圖 示，該堆疊式 電池1係利用支撐 台 設 置於大地 上。此 時 ，利用該支撐 台做爲絕緣體，可 以 確 保對大地 之絕緣 性 0 -8- 552728 五、發明說明（7) (間隔板框架） 間隔板框架2係由框架框2A與固定於框架框內側之 雙極板9所構成。 框架框2A爲以氯乙烯等之塑膠所形成之框狀體。另 一方面，雙極板9係由含有石墨之導電性塑膠碳製成之 矩形板。要將框架框2A與雙極板9形成一體之方法有 ①準備兩片射出成形等所製得之框架片，將該等框架片 接合以構成框架框2A，同時在兩框架片之內周部分之間 嵌入雙極板9之外周部分，以及②以雙極板9爲型蕊而 以射出成形形成框架框之方法。本例中係以前者構成間 隔板框架2。 茲將框架片之平面圖圖示於第2圖。在框架片20之 長邊形成有多條岐管2 1 A、2 1 B。層疊多個間隔板框架 時，歧管2 1 A、2 1 B成爲延伸至層疊方向之電解液流路 。本例中，係將排列於框架片20之長邊方向之歧管交 互利用成正極電解液用歧管2 1 A，與負極電解液用歧管 21B ° 該框架片20在表面上具有電解液之流通部22A。流通 部22A係由從歧管21 A延伸之電解液導槽22A-1，以及 用於將由導槽22A-1所供給之電解液沿著正電極之邊緣 部分擴散之整流部22A-2所構成。整流部22A-2爲沿著 框架片20之長邊而形成矩形之凹凸部，電解液通過該 凹部而被引導至正（負）電極。導槽22A-1與整流部22A-2皆不侷限於本例之形狀或數量。

552728 五、發明說明（8) 另外，將框架片20之一邊之長邊與另一邊之長邊上 之導槽22A-1配置成點對稱。藉由該配置法，如將相同 形狀之框架片20間之方向改變以接合時，即可形成框 架，而不需要準備多種形狀之框架片2 0。 第3圖爲表示在接合上述框架片之間隔板框架中配置 電極保護板之情形的局部平面圖。 在第3圖中，實線之導槽22A-1係形成於框架框2A 之表面，而虛線之導槽22B-1係形成於框架框2A之裡 面。亦即，左側之歧管爲正電極用歧管2 1 A，而由該管 通過實線之導槽22 A-1之正極電解液被引導至配置於雙 極板9之表面側之正電極3。此外，右側之歧管爲負極 電解液用歧管21B，由該管通過虛線之導槽22B-1之負 極電解液被引導至配置於雙極板9之裡面側之負電極（未 圖示）。 此種導槽22A-1與整流部22A-2係以塑膠製之保護板 23所覆蓋。該保護板23與歧管21 A相對應之位置形成 圓孔，且具有覆蓋導槽22A-1及整流部22A-2全部以及 整流部22A-2之若干上面部分之大小。構成堆疊式電池 1(參照第1圖）時，在間隔板框架2(同圖）之兩面配置有 隔膜5(同圖）。所以使用保護板23係爲防止凹凸之導槽 22A-1或整流部22A-2如果與隔膜5接觸時所發生之薄 隔膜5之破損。另外，所以將保護板23設成可覆蓋整 流部22A-1之若干上面部分之大小，係因爲以保護板23 將正電極3(負電極4)之上下端夾入雙極板9之間使其·具 -10- 552728 五、發明說明（11) 之重量。在該端板7之外周緣部7 A形成有多個貫穿孔 。在該貫穿孔插入後面所述之桿狀體8A並以螺帽8B鎖 緊以保持間隔板框架2，電極3，4，隔膜5 ’給排板6 之層疊構造（參照第1圖）。 (夾緊機構） 夾緊機構8爲如第1圖所示，將兩端板7互相壓接以 保持堆疊式電池1之構造者，因此具有插通端板7之貫 穿孔之桿狀體8A，以及鎖上桿狀體8A之螺帽8B。桿狀 體8A之兩端部被形成用於鎖上螺帽8B之公螺紋之加工 ，中間部分以熱收縮管形成絕緣被覆層。如利用桿狀體 8A夾緊間隔板框架2或電極3、4之層疊體時，在層疊 體之外周成爲多個桿狀體8A並排配置之狀態。另外， 在本例中，在螺帽8B與端板7之間，於桿狀體8A之外 周配置線圈彈簧1 3，俾吸收堆疊式電池1之熱收縮。 (錯位防止板） 間隔板框架2之層疊體下面與桿狀體8A之間，配置 有錯位防止板（未圖示）。利用該錯位防止板，縱使堆疊 式電池1之搬運中受到撞擊，也可以防止一部分之間隔 板框架2之錯位。錯位防止板只要能夾設於間隔板框架 2之層疊體與桿狀體8A之間者，即未特別過問其材料與 構造。 (試作例1) 利用上述之堆疊式電池構成氧化還原循環電池以測定 電池性能與可放電之電力。堆疊式電池之材料、尺寸等 -13- 552728 五、發明說明（12) 一覽表及結果如下。 <框架> 尺寸：外尺寸：寬1000mm，高800mm，厚5mm 內尺寸··寬900mm，高600mm 框槽：寬3 m m，深1 m m，槽間隔7.5 m m 框架框與雙極板之段差：3.0mm 材質：氯乙燦5 0質量％，烯腈一 丁二烯一苯乙烯樹脂 共聚物（ABS) 50質量％之樹脂 製法：射出成形 <雙極板> 尺寸：厚0.3 mm 材料：含有5 0質量％之石墨之氯化聚乙嫌 <電極> 材質：碳氈 推斥力：100kPa(1.0kgf/cm2) 單位面積重量：500g/m2 <層疊構造> 總間隔板框架片數：1 00片（將層疊25片者暫時固定. ，並將該暫時固定之層疊體層疊4組） <電解液> 組成：釩離子濃度：2.0摩爾/公升，游離（free)硫酸 濃度· 2.0摩爾/公升，添加憐酸濃度·· 〇,3摩爾/公升 電解液量：2 0 m3 <夾緊機構> -14- 552728 五、發明說明（13) 桿狀體支數：20支 線圈彈簧之彈簧常數：1 000N/m 有效圈數：3.0 夾緊時由線圈彈簧之自由長度之縮圍：30mm <結果> 電池效率：8 6 % 可放電之電力：3 50JCWH 其他：運轉時即使在堆疊式電池發生熱收縮也沒有任 何問題，也無由間隔板框架間漏出電解液。 (試作例2) 試作改變試作側1之電極之推斥力與單位面積重量之 氧化還原循環電池系統’並§周查各電池之電池電阻（Ω · c m2)與電解液之流通狀態。在此將所準備之電極之推斥 力及單位面積重量之試驗結果表示於表1。 表1 推斥力 (kPa) 單位面積重量 (g/m2) 電池電阻 (Ω · cm2) 流通狀態 No. 1 15 90 3.10 X 非常良好 No.2 25 100 1.48 〇 非常良好 No.3 40 250 1.21 ◎ 非常良好 No.4 83 300 1.13 ◎ 非常良好 No.5 90 350 1.02 ◎ 非常良好 No.6 96 610 0.97 ◎ 非常良好 No.7 100 800 1.10 ◎ 非常良好 No.8 120 1000 1.41 〇 良好 No.9 150 1200 1.81 X 不均勻 ◎ :非常良好 〇：良好 X ·不- 良 -15- 552728 五、發明說明（彳4) 由表1可知，藉將推斥力設爲大於15kpa而小於150 kPa(大於 0.1 53kgf/cm2 而小於 1 .53kgf/cm2)，單位面積 重量大於l〇〇g/m2而小於1 200g/m2’尤其是小於1000 g/m2時，即可使電池電阻小於1 ·5 Ω · cm2，且對電解液 之流通沒有妨礙。另外，由表1可知，藉將推斥力設爲 大於40kPa而小於lOOkPa(大於〇.408kgf/cm2而小於 1.02kgf/cm2)，單位面積重量大於250g/m2而小於 8 00 g/m2，即可將電池電阻小於1 .3 Ω · cm2而更理想。 [產業上之可利用性] 如上所述，本發明之堆疊式電池不經粘合雙極板與電 極而以夾緊力保持層疊構造，可省卻雙極板與·電極之粘 合工程而減少組裝工程步驟。另外，因爲省卻粘合工程 ，也可以消除因粘合劑之惡化而導致電池性能降低之問 ，題。 [參考符號之說明] 1 .....堆疊式電池 2 .....間隔板框架 3 .....電極 4 .....電極 5 .....隔膜 6 .....給排板 7····•端板 7 a.....外周緣部 8 .....夾緊機構 -16- 552728 五、發明說明（16) 105 · • _ · •負電極 106 · • · · ·導管 107 · • · · ·導管 108 · • · · ·泵浦 109 · • · ••導管 110· • · · ·導管 111· • · · ·泵浦 200 · • · · •堆疊式電池 201 · • · · •端板 202 · • · · ·桿狀體 203 · •···螺帽 210 · •·••間隔板框架 211· • · · ·雙極板 212 · • · · ·框架 -18-

Claims (1)

1. 552728 六、申請專利範圍 1. 一種氧化還原循環電池用堆疊式電池，係層疊間隔板框 架與電極及隔膜而成，其特徵爲： 上述間隔板框架具備將框架框與框架框形成一體之雙 極板， 上述電極以夾緊力而密接於雙極板而不粘合於雙極板。 2·如申請專利範圍第1項之氧化還原循環電池用堆疊式電 池，其中將上述電極壓縮成相當於框架框與雙極板之段 差的厚度時，電極之推斥力爲大於15kPa而小於150kPa (大於 0.153kgf/cm2 而小於 1.53kgf/cm2)。 3 ·如申請專利範圍第1項之氧化還原循環電池用堆疊式電 池，其中將上述電極之單位面積重量大於100g/m2而小 於 1200g/m2 〇 4.如申請專利範圍第1項之氧化還原循環電池用堆疊式電 池，其中將上述堆疊式電池具備配置於其兩端部之端板 與在兩端板之間夾住間隔板框架與電極之夾緊機構， 上述端板爲格子中拔離之格狀板。 5·如申請專利範圍第1項之氧化還原循環電池用堆疊式電 池，其中將上述堆疊式電池具備配置於其兩端部之端板 與在兩端板之間用於夾住間隔板框架與電極之桿狀體， 上述桿狀體具有絕緣被覆層。 6. 如申請專利範圍第5項之氧化還原循環電池用堆疊式電 池，其中將上述夾緊機構具備用於吸收向間隔板框架與 電極之層疊方向伸縮的彈性材料。 7. 如申請專利範圍第5項之氧化還原循環電池用堆疊式電 -19- 552728 六、申請專利範圍 池，其中將間隔板框架與電極之層疊體及上述桿狀體之 間夾設間隔板框架之錯位防止構件。 -20-