TWI652850B - Redox flow battery - Google Patents

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TWI652850B
TWI652850B TW103144320A TW103144320A TWI652850B TW I652850 B TWI652850 B TW I652850B TW 103144320 A TW103144320 A TW 103144320A TW 103144320 A TW103144320 A TW 103144320A TW I652850 B TWI652850 B TW I652850B
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日商住友電氣工業股份有限公司
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Abstract

提供一種內部電阻被減低的氧化還原液流電池。本發明之氧化還原液流電池係具備有：隔膜、雙極板、被配置在前述隔膜及前述雙極板之間的電極、對前述電極供給電解液的導入口、及由前述電極排出前述電解液的排出口，使前述電解液流通至前述電極來進行充放電反應，該氧化還原液流電池之特徵為：前述電極具備有：在該電極之平面中的方向(A1)、及在前述電極之平面中與前述方向(A1)呈正交的方向(A2)，透過率不同的異方性電極層，前述異方性電極層係前述方向(A1)的透過率K1大於前述方向(A2)的透過率K2，根據前述導入口與前述排出口的位置關係、及前述雙極板之前述電極側之面的形狀所規定之在前述電極內的前述電解液的主要流通方向與前述方向(A1)以實質上並行的方式作配置。

Description

氧化還原液流電池
本發明係關於氧化還原液流電池。尤其，關於在電解液流通型的氧化還原液流電池中，內部電阻被減低的氧化還原液流電池。
氧化還原液流電池(以下稱為RF電池)係利用正極用電解液所包含的離子與負極用電解液所包含的離子的氧化還原電位的差來進行充放電的電池。如圖23所示，RF電池1係具備有：以使氫離子(質子)透過的隔膜101被分離成正極單元102及負極單元103的電池單元(battery cell)100。在正極單元102內置有正極電極104，而且透過導管108、110連接有貯留正極用電解液的正極電解液用槽106。同樣地，在負極單元103內置有負極電極105，而且透過導管109、111連接有貯留負極用電解液的負極電解液用槽107。被貯留在各槽106、107的電解液係在充放電時藉由泵112、113而在各極單元102、103內作循環。
上述電池單元100係通常如圖24的下圖所 示，形成在被稱為電池單元堆(cell stack)200的構造體的內部。電池單元堆200係如圖24的上圖所示，具備有：將具備有被一體化在畫框狀框體122的雙極板121的單元框架120、正極電極104、隔膜101、及負極電極105依此順序進行積層的構成。在該構成中，在鄰接的各單元框架120的雙極板121之間形成有一個電池單元100。
電池單元堆200中對電池單元100流通電解液係藉由形成在框體122的供液用歧管123、124、及排液用歧管125、126進行。正極用電解液係由供液用歧管123透過形成在框體122的一面側(紙面表側)的溝槽而被供給至被配置在雙極板121的一面側的正極電極104。接著，該正極用電解液係透過形成在框體122的上部的溝槽而被排出至排液用歧管125。同樣地，負極用電解液係由供液用歧管124透過形成在框體122的另一面側(紙面裏側)的溝槽而被供給至被配置在雙極板121的另一面側的負極電極105。該負極用電解液係透過形成在框體122的上部的溝槽而被排出至排液用歧管126。
構成電池單元100的各電極104、105大多係以作為流體的電解液的流通不會阻礙由供液側朝向排液側的電解液的流通的方式由多孔質的導電材構成。例如利用碳氈(carbon felt)等(例如專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2002-367659號公報
RF電池的充放電反應係使電解液流通至碳氈等電極來進行。此時，電解液的流通狀態，例如電極中之電解液的流通均一性等會對RF電池的內部電阻造成影響。但是，在習知之RF電池中，關於充分考慮到在電極的電解液的流通狀態來減低內部電阻，無法謂為已被充分檢討。
因此，本發明之目的之一在提供一種內部電阻被減低的氧化還原液流電池。
本發明之氧化還原液流電池係具備有：隔膜、雙極板、被配置在前述隔膜及前述雙極板之間的電極、對前述電極供給電解液的導入口、及由前述電極排出前述電解液的排出口，使前述電解液流通至前述電極來進行充放電反應。前述電極具備有：在該電極之平面中的方向A1、及在前述電極之平面中與前述方向A1呈正交的方向A2，透過率不同的異方性電極層。前述異方性電極層係前述方向A1的透過率K1大於前述方向A2的透過率K2，根據前述導入口與前述排出口的位置關係、及前述雙極板之前述電極側之面的形狀所規定之在前述電極內的前 述電解液的主要流通方向與前述方向A1以實質上並行的方式作配置。
藉由本發明之RF電池，可形成為內部電阻被減低的RF電池。
1‧‧‧氧化還原液流電池(RF電池)
100‧‧‧電池單元
101‧‧‧隔膜
102‧‧‧正極單元
103‧‧‧負極單元
104‧‧‧正極電極
105‧‧‧負極電極
106‧‧‧正極電解液用槽
107‧‧‧負極電解液用槽
108、109、110、111‧‧‧導管
112、113‧‧‧泵
200‧‧‧電池單元堆
120‧‧‧單元框架
121‧‧‧雙極板
130‧‧‧流路
131‧‧‧導入路
132‧‧‧排出路
130a、131a、132a‧‧‧橫溝(溝部)
130b、131b、132b‧‧‧縱溝(溝部)
135a‧‧‧短溝部
135b‧‧‧長溝部
122‧‧‧框體
123、124‧‧‧導入口(供液用歧管)
125、126‧‧‧排出口(排液用歧管)
α‧‧‧異方性電極
α1‧‧‧異方性電極層
300‧‧‧交流/直流轉換器
310‧‧‧變電設備
400‧‧‧發電部
500‧‧‧負荷
600‧‧‧壓力損失測定系統
610‧‧‧測定單元
620‧‧‧流體槽
622‧‧‧流體
630‧‧‧配管
640‧‧‧泵
650‧‧‧流量計
660‧‧‧差壓計
A1、A2‧‧‧方向
圖1係表示實施形態1之RF電池所具備之電極之一形態的概略側面圖。
圖2係表示實施形態1之RF電池所具備之雙極板所設之咬合型對向梳齒形狀的流路的概略正面圖。
圖3係表示實施形態1之RF電池所具備之雙極板所設之咬合型對向梳齒形狀的流路中之電解液的流動的概略剖面圖。
圖4係表示實施形態3之RF電池所具備之雙極板所設之非咬合型對向梳齒形狀的流路的概略正面圖。
圖5係表示實施形態4之RF電池所具備之雙極板所設之一串蛇行形狀的流路的概略正面圖。
圖6係表示實施形態5之RF電池所具備之雙極板所設之一串格柵形狀的流路的概略正面圖。
圖7係表示實施形態6之RF電池所具備之雙極板所設之斷續形狀的流路的概略正面圖。
圖8係顯示試驗例1-1中之主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。
圖9係顯示試驗例1-2中之主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。
圖10係顯示試驗例1-3中之主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。
圖11係顯示試驗例1-4中之主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。
圖12係顯示試驗例1-5中之主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。
圖13係顯示試驗例1-6中之主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。
圖14係顯示試驗例2-1中之主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。
圖15係顯示試驗例2-2中之主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。
圖16係顯示試驗例2-3中之主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。
圖17係顯示試驗例2-4中之主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。
圖18係顯示試驗例2-5中之主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。
圖19係顯示試驗例2-6中之主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。
圖20係顯示試驗例2-7中之主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。
圖21係顯示試驗例2-8中之主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。
圖22係測定透過率所使用之壓力損失測定系統的概略構成圖。
圖23係RF電池的概略原理圖。
圖24係RF電池所具備之電池單元堆的概略構成圖。
[本發明之實施形態之說明]
本發明人等為減低RF電池的內部電阻，進行各種檢討。在該檢討的過程中，無關於將具備同一構成的複數RF電池以同一條件運轉，明辨出有內部電阻高的RF電池及低的RF電池。本發明人等針對該內部電阻不同的RF電池不斷進一步檢討，獲得以下知見。
(A)在電極係有電解液的流動難易度(透過率)依使電解液流通的方向而異者(以下稱為異方性電極)。
(B)將該異方性電極的特定方向配合在電極內的電解液的主要流通方向(詳細後述)的RF電池與並非為如此的RF電池相比，可減低內部電阻。
本發明係基於該等知見而完成者。以下列記本發明之實施形態之內容來加以說明。
(1)實施形態之RF電池係具備有：隔膜、雙極板、被配置在前述隔膜及前述雙極板之間的電極、對前述電極供給電解液的導入口、及由前述電極排出前述電解液的排出口，使前述電解液流通至前述電極來進行充放電反應。前述電極具備有：在該電極之平面中的方向A1、及在前述電極之平面中與前述方向A1呈正交的方向A2，透過率不同的異方性電極層。前述異方性電極層係前述方向A1的透過率K1大於前述方向A2的透過率K2。前述電極係根據前述導入口與前述排出口的位置關係、及前述雙極板之前述電極側之面的形狀所規定之在前述電極內的前述電解液的主要流通方向與前述方向A1以實質上並行的方式作配置。
在RF電池中，存在有在電極內的電解液的主要流通方向。接著，以主要流通方向流通的電解液主要參與充放電反應(以下有時稱為電池反應)。本實施形態之RF電池係藉由具備上述構成，容易增加電解液朝主要流通方向以適於RF電池運轉的流速在電極內流通的部位，或減低朝主要流通方向流通的電解液在電極內滯留的部位。伴隨此，在電極內的主要流通方向的流速不均容易被減低。基於以上，在電極的大範圍，電池反應容易均一進行，因此可形成為內部電阻被減低的RF電池。
(2)以實施形態之RF電池而言，列舉前述透過率K1為前述透過率K2的1.5倍以上、100倍以下的形態。
藉由透過率K1為透過率K2的1.5倍以上，異方性電極層的異方性可謂為明顯，相較於使用不具備異方性的電極(以下稱為等方性電極)的情形，容易增加電解液朝主要流通方向以適於RF電池運轉的流速在電極內流通的部位。此外，藉由透過率K1為透過率K2的100倍以下，容易減低朝主要流通方向流通的電解液在電極內滯留的部位。基於以上，本實施形態之RF電池由於在電極的大範圍，電池反應容易均一進行，因此可形成為內部電阻更加被減低的RF電池。此外，藉由透過率K1為透過率K2的1.5倍以上、100倍以下，被期待容易使電解液導入至電極內，可減小電解液的壓力損失。
(3)以實施形態之RF電池而言，列舉前述雙極板具備有前述電解液流通至前述電極側之面的流路。前述流路係具有互相並列的複數溝部。前述主要流通方向為前述複數溝部的並列方向。
雙極板具備有具有互相並列的複數溝部的流路，藉此容易將電解液沿著流路以電極平面的大範圍以低壓損進行供給。此外，容易產生在互相並列的複數溝部彼此之間透過電極之朝主要流通方向的電解液的流通。因此，被期待在電極內充分進行電池反應，因此被期待反應電流量容易增加，進而可更加減低內部電阻。基於以上，本實施形態之RF電池係作為RF電池全體的能量效率優異。
(4)以上述(3)之實施形態之RF電池而言，列 舉前述流路具備有：與前述導入口相連的導入路、及與前述排出口相連的排出路的形態。前述導入路及前述排出路係分別具有前述複數溝部。前述導入路與前述排出路未相連通而呈獨立。
導入路及排出路未相連通而呈獨立，藉此幾乎不會參與電池反應，而使由導入口直通至排出口的電解液減少，且在導入路與排出路之間容易產生透過電極的電解液的流通。因此，容易增加朝向主要流通方向在電極內流通的電解液的量，反應電流量容易增加，因此被期待內部電阻被減低。基於以上，本實施形態之RF電池係作為RF電池全體的能量效率優異。
(5)以上述(4)之實施形態之RF電池而言，列舉前述導入路及前述排出路具備有梳齒形狀的溝部，前述導入路與前述排出路係以各自的梳齒互相咬合而相對向的方式作配置的形態。
藉由具備有以流路互相咬合而相對向的方式作配置的梳齒，容易產生在導入路與排出路之間，尤其在相鄰的梳齒彼此之間，透過電極之電解液朝主要流通方向的流通。此外，依梳齒數或形成區域等，容易以電極的大範圍使電解液均一遍及，因此被期待電解液由電極的大範圍區域被導入至電極內，進行均一的電池反應。因此，被期待反應電流量容易增加，進而可減低內部電阻。基於以上，本實施形態之RF電池係作為RF電池全體的能量效率優異。
(6)以上述(3)之實施形態之RF電池而言，列舉前述流路係由前述導入口至前述排出口呈一串的蛇行形狀，具備有：以彼此相鄰的方式並列的複數長溝部、及將前述複數長溝部的一端彼此或另一端彼此交替相連的複數短溝部的形態。前述主要流通方向為前述複數長溝部的並列方向。
由導入口至排出口形成為一串流路，藉此在流路流通的電解液的流動平順，可減低電解液的壓力損失。另一方面，一邊為如上所示之一串流路一邊形成為蛇行形狀，容易在相鄰的長溝部彼此之間產生透過電極的電解液的流通。此外，依長溝部的數量或形成區域等，容易以電極的大範圍使電解液均一地遍及，因此被期待電解液由電極的大範圍區域被導入至電極內，進行均一的電池反應。基於以上，本實施形態之RF電池係作為全體的能量效率優異。
(7)以上述(1)或(2)之實施形態之RF電池而言，列舉前述雙極板之前述電極側之面的形狀為平面狀的形態。前述主要流通方向為由前述導入口側朝前述排出口側。
即使雙極板之電極側之面為未具備溝部的平面狀，亦藉由使方向A1與主要流通方向實質上並列，相較於使用未進行該方向的對應的異方性電極層的RF電池、或使用等方性電極的RF電池，上述主要流通方向的流速不均容易被減低。因此，遍及電極的大範圍，電池反 應容易均一進行，可形成為內部電阻被減低的RF電池。
[本發明之實施形態之詳細]
以下參照圖示，說明實施形態之RF電池。在各圖中相同符號係表示相同名稱物。本發明並非限定於該等實施形態，意圖包含藉由申請專利範圍所示且在與申請專利範圍為均等的涵義及範圍內的所有變更。
<實施形態1> (RF電池的概要)
在實施形態1中，係說明使用在電極的平面中的縱方向與橫方向，電解液的流動難易度不同的異方性電極，使該異方性電極的電解液容易流動的方向與電解液的主要流通方向並列的RF電池。主要流通方向詳容後述，其具代表地指各極單元的平面中之上方向。但是，若在雙極板並列有複數溝部時，為其並列方向，例如左右方向(寬度方向)。該RF電池係具備有與參照圖23、圖24所說明之習知之RF電池為共通的基本構成，因此以下說明係以與不同點相關的電極及雙極板為中心來進行。關於基本構成，參照圖23、圖24。
(電極)
電極係用以藉由電解液流通而進行電池反應的導電性構件。通常為確保與電解液的接觸面積，使用多孔質材 料。使用圖1，說明本實施形態之RF電池所具備之各電極104、105所使用的異方性電極α。在圖1中，將圖面的左右方向設為寬度、圖面上下方向設為高度、由圖面跟前朝向裡側的方向設為厚度。異方性電極α係具備有在電極的平面中，互相正交的2方向中透過率不同的異方性電極層α1。在圖1中係顯示僅由異方性電極層α1所構成的單層構造的異方性電極α。
電極異方性的決定係測定電極中互相正交的2方向的透過率K，將表示高透過率K1的方向設為A1方向、表示低透過率K2的方向設為A2方向。但是，以針對由複數方向及與該複數各方向呈正交的方向所成之複數對方向測定透過率K為宜。其係基於亦假想依測定透過率的方向，異方性程度不同的情形之故。此時，若將透過率最高的方向設為A1方向、將與此呈正交的方向設為A2方向即可。該異方性的決定手法被認為在圓形電極等情形下尤其有效。若為矩形電極的情形，通常高度方向與寬度方向的其中一方為A1方向、另一方為A2方向。
當使用異方性電極α來組裝各極單元102、103(電池單元堆200)時，顯示高透過率的A1方向以朝電解液的主要流通方向並列的方式配置異方性電極α。因此，若主要流通方向為例如各極單元102、103的寬度方向，以矩形的異方性電極α的寬度方向成為透過率高的A1方向、高度方向成為透過率低的A2方向的方式切出異方性電極α。在此，寬度方向為A1方向，A1方向的透過 率K1大於高度方向A2的透過率K2。
以異方性電極層的具體例而言，列舉：碳氈或碳紙、碳布等。該等係有一開始即具備異方性者、或藉由在等方性者進行熱處理等而具備異方性者。以一開始即具備異方性者而言，列舉例如使縱纖維與橫纖維的纖維直徑不同的碳布等。此外，亦有：對等方性電極層施行熱處理，藉此可形成為異方性電極層的情形、或對異方性電極層進行熱處理等，藉此使異方性更為明顯的情形。若藉由進行熱處理來賦予異方性、或使異方性較為明顯時，可藉由調整熱處理條件來調整異方性的程度。以較佳的熱處理條件而言，列舉：大氣環境中200℃以上、1000℃以下、5分鐘以上、120分鐘以下的條件。藉由如上所示之熱處理，可得在互相呈正交的2方向具有預定的透過率K1、K2的電極。以熱處理條件而言，列舉：大氣環境中300℃以上、800℃以下、20分鐘以上、100分鐘以下的條件、或大氣環境中400℃以上、600℃以下、40分鐘以上、80分鐘以下的條件等。
透過率係表示電極中之電解液的流通難易度的指標，該值愈高，表示電解液愈容易流動。表示透過率K1為透過率K2的幾倍的透過率K1與K2的比K1/K2以1.5以上為佳，以3以上為更佳，以9以上為特佳。在異方性電極層內流通的電解液的主要流通方向的流速容易以適於RF電池運轉的流速成為均一之故。但是，該比率K1/K2為100以下，甚至以50以下為佳。其係基於在電 極內，朝主要流通方向流通的電解液滯留的部位被減低之故。藉此，被期待可減低因存在電解液以適於RF電池運轉的流速流通的部位、及電解液滯留的部位所造成的電池反應的不均，且可減低RF電池的內部電阻。該比率K1/K2係列舉為30以下，甚至10以下。
異方性電極層α1的透過率K1較佳為7.0×10-14m2以上、7.0×10-8m2以下。藉由透過率K1位於上述範圍，可形成為容易減低主要流通方向的流速不均，且減低內部電阻的RF電池1之故。若設為7.0×10-14m2以上、甚至7.0×10-13m2以上、尤其7.0×10-12m2以上，藉由組合異方性電極及具有流路的雙極板，可減低電解液的壓力損失，且可減小能量損失。另一方面，藉由設為7.0×10-8m2以下、甚至7.0×10-9m2以下、尤其7.0×10-10m2以下，被期待容易使以主要流通方向流通的電解液以適於RF電池運轉的流速流通。
基於同樣觀點，透過率K2係列舉設為：4.7×10-14m2以上、7.0×10-10m2以下、4.7×10-13m2以上、7.0×10-11m2以下。此外，亦可設為4.7×10-12m2以上、7.0×10-12m2以下。透過率K2亦可設為：2.4×10-14m2以上、1.4×10-9m2以下、2.4×10-13m2以上、1.4×10-10m2以下、2.4×10-12m2以上、1.4×10-11m2以下。此外，亦可設為：7.8×10-15m2以上、2.3×10-9m2以下、7.8×10-14m2以上、2.3×10-10m2以下、7.8×10-13m2以上、2.3×10-11m2以下，亦可設為7.0×10-9m2以下。此外，透過率K2的下限 亦可設為：4.65×10-14m2以上、4.65×10-13m2以上、或4.65×10-12m2以上。此外，透過率K2的下限亦可設為：2.33×10-14m2以上、2.33×10-13m2以上、或2.33×10-12m2以上。此外，亦可設為：7.77×10-15m2以上、2.33×10-9m2以下、7.77×10-14m2以上、2.33×10-10m2以下、或7.77×10-13m2以上、2.33×10-11m2以下，亦可設為7.77×10-9m2以下。
尤其，較佳為在上述透過率K1及透過率K2的具體範圍，將K1/K2設為1.5以上、100以下。基於被期待上述各效果更容易被發揮之故。透過率K1、K2的詳細測定方法係在後述試驗例中說明。
(雙極板)
雙極板121係被正負極的各電極104、105夾持而將各電池單元100分隔的板，由電解液不會通過的導電性板所形成。表示上述異方性電極α的透過率K1的方向A1係以朝電極內的電解液的主要流通方向並列的方式作配置。以該主要流通方向的決定要因之一而言，有雙極板121之電極側之面的形狀。雙極板121之電極側之面係有具備流路的情形、及不具備流路的情形。在此係參照圖2，說明具備流路130的雙極板。在圖2中，實線箭號主要表示在沿著雙極板121所具備的流路130的電極表面的電解液的流動，虛線箭號表示在電極內的電解液的主要流通方向。此點在後述圖3~圖7中亦同。
流路130係被設在雙極板121之各電極104、105側之面的至少其中一面，俾以調整流通至各電極的電解液在各單元內的流動。該流路130係具有互相並列的複數溝部。在此係導入路131及排出路132分別具備有梳齒形狀的溝部，以各梳齒彼此咬合而相對向的方式所配置的咬合型對向梳齒形狀(參照圖2)。導入路131(排出路132)係設在雙極板121的下部(上部)，具備有：朝寬度方向延伸的一條橫溝131a(132a)、及由該橫溝朝上方向(下方向)延伸的複數條縱溝131b(132b)。接著，導入路131與排出路132係未互相連通而呈獨立配置，各自所具備的縱溝131b及縱溝132b隔著間隔並列。
(異方性電極與雙極板的配置)
上述異方性電極α係以表示高透過率K1的方向A1與電極內之電解液的主要流通方向並列的方式作配置。主要流通方向係主要參與電極中之電池反應的電解液的流通方向。主要參與電池反應的電解液的流通方向係根據將電解液導入至電極內的導入口與由電極內排出電解液的排出口的位置關係、及雙極板之電極側之面的形狀而定。在本實施形態中，圖24中之供液用歧管123(124)及排液用歧管125(126)相當於導入口及排出口。該導入口及排出口在圖24中係設在單元框架的上下，但是亦可設在左右。此點在後述實施形態2~實施形態7之任一者中亦同。
主要流通方向係若雙極板之電極側之面為平 面時，由各極單元中之電解液導入口配置之側朝排出口配置之側。例如，在圖24中，導入口123(124)係被配置在各極單元(單元框架120)的下側、排出口125(126)被配置在各極單元(單元框架120)的上側，因此上側成為主要流通方向。此時，由下側被導入的電解液係朝向以電極的左右方向擴展者的上側優先流通，在該流通過程進行電池反應之故。即使在導入口123(124)及排出口125(126)朝單元框架120的寬度方向偏移的情形下，兩者的偏移並無須考慮，而僅以彼此的對向方向(圖24中為上下方向)而形成為主要流通方向。
相對於此，雙極板之電極側之面具備有具有並列的複數溝部的流路時，主要流通方向係無關於導入口與排出口的對向方向，原則上為溝部的並列方向。例如，若具備上述咬合型對向梳齒形狀的流路時，縱溝131b、132b的並列方向成為主要流通方向。
使用圖2、圖3，說明在具備咬合型對向梳齒形狀的流路130的情形下，在電極內的電解液的流通狀態。圖3係圖2的縱溝131b、132b呈並列的部位的寬度方向剖面圖，將該圖的上下方向設為厚度(Z方向)、左右方向設為寬度(X方向)。如圖2所示，由導入路131被導入至電極內的電解液係經由各電極104、105而朝排出路132流通。此時，導入路的縱溝131b與排出路的縱溝132b係如圖3的上圖所示，以X方向交替並列。因此，如圖3的放大圖所示，由縱溝131b被供給至電極的電解 液係以跨過異方性電極層α1中位於縱溝131b與縱溝132b之間的部分的方式流通，且被排出縱溝132b。以下，在電極中，將雙極板的流路所具備的溝部與溝部所夾持的部分總稱為堆起部。在本實施形態中，(1)各電極104、105中位於縱溝131b與縱溝132b之間的部分、(2)位於橫溝131a(132a)與縱溝132b(131b)之間的部分為堆起部。電池反應主要係以跨及該兩縱溝131b、132b之間的堆起部的方式在電解液流通時進行，因此該縱溝131b、132b的並列方向(X方向)成為主要流通方向(參照圖2及圖3中的虛線箭號)。
因此，若雙極板121之電極側之面為平面，在由各極單元102、103中電解液的導入口123(124)配置之側朝排出口125(126)配置之側(圖24的單元框架的上下方向)，以電極的方向A1呈實質上並行的方式配置異方性電極α。若雙極板121之電極側之面具備具有並列的複數溝部的流路130，以溝部的並列方向(圖2的X方向)，電極的方向A1呈實質上並行的方式配置異方性電極α。以實質上並行的方式進行配置係指不僅主要流通方向與方向A1完全並行配置的情形，亦包含在主要流通方向與方向A1有±30°以下的角度的差的狀態下作配置的情形。尤其，若該角度的差為±10°以下、甚至±5°以下時，被期待可減低電極中之主要流通方向的流速不均。使用具有如上所示之配置關係的異方性電極與雙極板所構成的電池單元堆係如圖23所示，透過交流/直流轉換器300或變電設備 310而被連接在發電部400與負荷500之間。
(作用效果)
以上說明之本實施形態之RF電池係達成以下之作用效果。
(1)藉由將異方性電極的透過率K1高的方向以與主要流通方向實質上並行的方式進行配置，可增加電解液朝向主要流通方向以適於RF電池運轉的流速在電極內流通的部位、或減低朝向主要流通方向流通的電解液在電極內滯留的部位。伴隨此，可減低主要流通方向的流速不均。因此，可形成為可謂為電解液容易在電極內遍及大範圍均一地流通，且內部電阻被減低的RF電池。
(2)若雙極板具備具有複數溝部的流路，容易沿著溝部以電極的大範圍以低壓損供給電解液，而且容易在相鄰的溝部彼此之間產生透過電極的電解液的流通。因此，被期待容易使在電極內朝主要流通方向流通的電解液的量增加、使反應電流量增加、進而內部電阻被減低。伴隨因該等低壓損所致之電解液的供給、及反應電流量的增加，可改善作為RF電池全體的能量效率。
(關於RF電池的構成的補充)
以上說明實施形態1的主要特徵部分之構成及作用效果，惟該RF電池亦可具備以下構成。
《電極的厚度》
異方性電極α的厚度(d)係可藉由電池單元堆200的構造，主要藉由異方性電極α的壓縮程度而任意調整。尤其，異方性電極α的厚度以在被配置在隔膜101與雙極板121之間的狀態下為1000μm以下為佳。若異方性電極α薄，可減低RF電池的內部電阻之故。更佳的異方性電極α的厚度為500μm以下，另外更佳為300μm以下。但是，若考慮到電極中之電解液的壓力損失，異方性電極α的厚度較佳為50μm以上，甚至以100μm以上為佳。在異方性電極α為後述之積層電極的情形下，亦以具有上述厚度作為積層電極全體的厚度為佳。
《雙極板的材質與製造方法》
在雙極板的材料，係以具有耐酸性及適度剛性的材料為更佳。基於流路的剖面形狀或尺寸經長期難以改變，而易於維持流路的效果之故。以如上所示之材料而言，係列舉例如含有碳的導電性材料。更具體而言，列舉有：由石墨及聚烯烴系有機化合物或氯化有機化合物所形成的導電性塑膠。此外，亦可為將石墨的一部分置換成碳黑及類鑽碳的至少一者的導電性塑膠。以聚烯烴系有機化合物而言，列舉有：聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等。以氯化有機化合物而言，列舉有：氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化石蠟等。雙極板由如上所示之材料所形成，藉此可減小雙極板的電阻，且耐酸性優異。
雙極板係可藉由將上述材料，藉由射出成形、壓製成形、及真空成形等周知方法成形為板狀來製造。若具備流路時，若在雙極板的成形的同時，將流路成形，雙極板的製造效率優異。此外亦可製造未形成有流路的雙極板，之後，將該雙極板的表面切削而形成。
《其他流路的構成》
流路(溝部)的剖面形狀係可形成為任意形狀。例如列舉：矩形狀或半圓狀等形狀。矩形狀或半圓狀係被期待：(1)容易在雙極板形成流路(容易加工)、(2)在流路流通的電解液的壓力損失少。
平均每條溝部的寬度較佳為0.1mm以上、10mm以下。可期待以下效果之故：(1)電極全體的流速均一性更加提升、(2)可使流通至電極的電解液的流量增加、(3)電極不易落入至流路(溝部)、(4)可更加減低在流路流通的電解液的壓力損失。較佳的流路寬度為0.2mm以上、2mm以下，更佳的流路寬度為0.5mm以上、1.5mm以下。
溝部的深度較佳為雙極板的厚度的50%以上、99%以下。可期待以下效果之故：(1)電極全體的流速均一性更加提升、(2)可使流通至電極的隔膜側的區域的電解液的流量增加、(3)電極不易落入至流路(溝部)、(4)可更加減低在流路流通的電解液的壓力損失、(5)即使具備有流路，亦可使雙極板的機械強度充分。較佳的流路深 度為雙極板的厚度的70%以上、80%以下。若在雙極板的兩面設置溝槽，在以平面透視的情形下不會重疊的位置設置溝部，藉此可在雙極板的兩面形成上述深度的溝部。
流路較佳為以並列的複數溝部(圖2中為縱溝131b、132b)的間隔成為相同的方式進行配置。此外，較佳為咬合型對向梳齒形狀中相鄰的縱溝131b、132b的間隔、與和縱溝131b(132b)的端緣相向的橫溝132a(131a)的間隔成為相同。以跨及該等間隔的方式在電極流通的電解液的流通成為均一，被期待可更加減低壓力損失。
上述縱溝131b、132b或橫溝131a、132a的個數係可任意調整。例如，在上述咬合型對向梳齒形狀中，若縱溝131b、132b的個數合計超過10條時，被期待在流路流通的電解液的壓力損失的減低效果大。
在咬合型對向梳齒形狀中，縱溝131b與縱溝132b相咬合的部分的長度係以儘可能長為佳。朝主要流通方向流通的電解液的流速容易在電極全體更加均一，可期待RF電池1的內部電阻減低之故。此外，由於電解液的壓力損失更加減低，因此RF電池的能量效率更為優異。具體而言，縱溝131b與縱溝132b相咬合的部分的長度以雙極板121的高度方向(Y方向)的80%以上為佳，以90%以上的長度為更佳。
《電解液》
在電解液係如圖23所示，可適於利用將釩離子作為 各極活性物質的釩系電解液。此外，可適於利用：使用鐵(Fe)離子作為正極活性物質，使用鉻(Cr)離子作為負極活性物質的鐵(Fe2+/Fe3+)-鉻(Cr3+/Cr2+)系電解液、或在正極電解液使用錳(Mn)離子、在負極電解液使用鈦(Ti)離子的錳(Mn2+/Mn3+)-鈦(Ti4+/Ti3+)系電解液。
<實施形態2>
在實施形態2中，係說明與橫溝朝縱方向並列的實施形態1為不同之具備具有咬合型對向梳齒形狀的流路的雙極板的RF電池。該實施形態2的RF電池係除了雙極板的構成與異方性電極的配置方向以外，係具備與實施形態1為共通的構成，因此針對該等相異點加以說明，其他構成的說明則省略。在後述之其他實施形態中亦同。
本實施形態中之咬合型對向梳齒形狀係在雙極板的左側(右側)設有導入路(排出路)，具備有：朝高度方向(Y方向)延伸的一條縱溝、及由該縱溝朝右方向(左方向)延伸的複數條橫溝。若為橫溝彼此相咬合的咬合型對向梳齒形狀，在電極中，跨及與位於雙極板的橫溝彼此之間的堆起部相對向的區域的流動即成為主流。因此，主要流通方向係成為圖2中之Y方向。因此，異方性電極α係以方向A1與Y方向呈並行的方式作配置。藉此，在電極內流通的電解液的主要流通方向(Y方向)的流速不均容易被減低。
<實施形態3>
在實施形態3中，係說明具備具有圖4所示之非咬合型對向梳齒形狀的流路的雙極板的RF電池。非咬合型對向梳齒形狀係導入路131與排出路132不互相咬合的形狀。在此係導入路131與排出路132呈點對稱的形狀，具備：設在雙極板121的右側(左側)的一條縱溝131b(132b)、及由該縱溝131b(132b)朝左側(右側)延伸的複數條橫溝131a(132a)的形狀。此時，在各電極104、105中，以跨及與位於雙極板121的橫溝131a與橫溝132a之間的堆起部相對向的區域的流動成為主流。因此，主要流通方向係成為圖4中之Y方向。因此，異方性電極α係以方向A1與Y方向呈並行的方式作配置。藉此，電解液的主要流通方向(Y方向)的流速不均容易被減低。
此外，導入路131(排出路132)亦可形成為具備有：複數條縱溝131b(132b)、及該複數條縱溝131b(132b)立足的一條橫溝131a(132a)的形狀。該形狀在圖2所示之咬合型對向梳齒形狀中，形成為導入路131與排出路132不相咬合的形狀者。此時，縱溝131b(132b)並行的方向(X方向)成為主要流通方向，因此異方性電極α係以方向A1與X方向呈並行的方式作配置。
<實施形態4>
在實施形態4中，說明具備具有圖5所示之一串蛇行形狀的流路的雙極板的RF電池。一串蛇行形狀係由導入 口至排出口呈一串的流路，以彼此相鄰的方式具備：以雙極板121的寬度方向(X方向)並列的複數長溝部135b、及將複數長溝部135b的一端彼此或另一端彼此交替相連的複數短溝部135a的形狀。此時，由導入口側的長溝部135b跨及在該長溝部135b相鄰的排出口側的長溝部135b的流動成為主流(參照圖5中的虛線箭號)。亦即，長溝部135b並列的方向(X方向)成為主要流通方向。因此，異方性電極α係以方向A1與X方向呈並行的方式作配置。
蛇行型形狀亦可形成為以彼此相鄰的方式以雙極板121的高度方向(圖5中之Y方向)並列的複數長溝部135b、及將複數長溝部135b的一端彼此或另一端彼此交替相連的複數短溝部135a的形狀。此時，並列的複數長溝部135b呈並列的方向(圖5中之Y方向)即成為主要流通方向。因此，異方性電極α係以方向A1與Y方向呈並行的方式作配置。
(作用效果)
以上說明之本實施形態之RF電池係達成以下作用效果。
(1)藉由形成為一串流路，在流路流動的電解液的流動成為平順，可減低電解液的壓力損失。
(2)藉由一邊為一串流路一邊形成為蛇行形狀，在相鄰的長溝部彼此之間容易產生透過異方性電極的電解液的流通。因此，被期待反應電流量增加、進而內部 電阻被減低。
(3)依長溝部的數量或形成區域，容易使電解液在異方性電極的平面以大範圍均一地遍及。因此，由於電解液由異方性電極的平面的大範圍區域被導入至電極內，因此被期待進行均一的電池反應。
<實施形態5>
在實施形態5中，係說明具備具有圖6所示之一串格柵形狀的流路的雙極板的RF電池。在本實施形態中，係形成為縱格柵形狀。縱格柵形狀係具備有：以雙極板121的高度方向延伸的複數縱溝130b、及以將該等縱溝130b的上下端相連成一排的方式而設的一對橫溝130a的形狀。此時，並列的複數縱溝130b呈並列的方向(X方向)成為主要流通方向。因此，異方性電極α係以方向A1與X方向呈並行的方式作配置。藉此，電解液的主要流通方向(X方向)的流速不均容易被減低。
以其他格柵形狀而言，係列舉橫格柵形狀。橫格柵形狀係具備有：以雙極板的高度方向(Y方向)並列的複數橫溝、及以將該等橫溝相連成一排的方式以左右設置的一對縱溝。此時，複數橫溝並列的方向(Y方向)即成為主要流通方向。因此，異方性電極α係以方向A1與Y方向並行的方式作配置。藉此，電解液的主要流通方向(Y方向)的流速不均容易被減低。
<實施形態6>
在實施形態6中，係說明具備具有圖7所示之斷續形狀的流路的雙極板的RF電池。在本實施形態中，係形成為斷續(非連續)形成構成圖2所示之咬合型對向梳齒形狀的縱溝131b(132b)的斷續形狀。藉由如上所示，電解液不僅寬度方向的堆起部，亦容易以跨及以高度方向相鄰的溝部(縱溝131b(132b))之間的堆起部的方式透過各電極104、105流通(參照圖7中的虛線箭號)，因此被期待反應電流量增加。因此，被期待RF電池的電流量增加，進而可減低RF電池的內部電阻。當然，亦可斷續形成橫溝131a(132a)，亦可僅將流路130的一部分形成為斷續形狀。此外，上述例示之各實施形態亦可斷續形成其至少一部分。
在本實施形態中亦在各電極104、105中，跨及與位於雙極板121的縱溝131b與橫溝132b之間的堆起部相對向的區域的流動成為主流。因此，主要流通方向係成為圖7中之X方向。因此，異方性電極α係以方向A1與X方向呈並行的方式作配置。藉此，電解液的主要流通方向(X方向)的流速不均容易被減低。
<實施形態7>
在實施形態7中，係說明具備具有異方性電極層α1的積層電極的RF電池。該實施形態7的RF電池係將在上述之實施形態1~6中所使用的單層電極形成為積層電 極的形態。除此之外，由於具備與上述各實施形態共通的構成，因此僅說明積層電極，其他構成的說明則省略。
以積層電極而言，列舉有：(1)使各自異方性程度不同的2以上的異方性電極層作積層者、(2)將1以上的異方性電極層α1、與1以上的等方性電極層作積層者、(3)將1以上的異方性電極層α1、與由雖流通電解液但是不會產生電池反應的材料所構成之1以上的基材層作積層者等。若為積層電極，形成積層電極的電極層或使基材層彼此剝落而分離，藉此可測定異方性電極層α1的透過率。
若為包含2以上不同的異方性電極層的積層電極，雖亦依透過率的大小或各異方性電極層的厚度而定，但是考慮若以透過率K1為透過率K2的1.5倍以上、100倍以下、甚至3倍以上、50倍以下、尤其9倍以上、30倍以下的異方性電極層為基準來規定方向A1即可。如上所述，若異方性位於上述範圍內，被期待電解液容易在電極內以適於RF電池運轉的流速在電極內均一流通、或容易減低流通至主要流通方向的電解液在電極內滯留的部位之故。
若為包含2以上不同的異方性電極層的積層電極，被期待以異方性位於上述範圍內的異方性電極層位於隔膜101側為佳。藉由如上所示，被期待電解液流通至隔膜側之後容易形成流至主要流通方向的電解液的流動，此外，由於主要流通方向的流速不均被減低，在各電極間 的氫離子的傳達不均被減低之故。因此，被期待可更加減低RF電池的內部電阻。由同樣的觀點來看，若使用將異方性電極層α1與等方性電極層作積層後的積層電極作為電極時，以異方性電極層α1配置成位於隔膜101側為佳。使用將異方性電極層α1與基材層作積層後的積層電極時亦同。
<試驗例1>
在試驗例1中，以模擬調查本實施形態之RF電池的特性。在本試驗例中，使用模擬解析軟體(ANSYS Japan股份有限公司製，ANSYS Fluent)，建構具備有具有圖2所示之咬合型對向梳齒形狀的流路的雙極板的模型1。模型1係分別各具備一個正極單元及負極單元的單一單元構造的RF電池。此時，在正極電極及負極電極係設定有同一構成的異方性電極。此外，在模型1中係與上述實施形態1同樣地，電解液係由雙極板的下部被導入且由上部被排出。因此，與上述實施形態1同樣地，將上下方向設為高度(Y方向)、左右方向設為寬度(X方向)、和X方向與Y方向呈正交的方向設為厚度(Z方向)。因此，在模型1中，異方性電極係以方向A1(透過率大的方向)與X方向呈並行的方式被配置。
此外，為供比較，除了使用等方性電極以外，建構與模型1為相同構成的模型2。接著，在兩模型中，若將電解液的流量形成為各種值時，調查X方向及Y 方向中在電極內的電解液的流速分布(X方向的電解液的流速相對Y方向的電解液的流速的速度比。以下稱為XY速度比)。以下顯示詳細的試驗條件，並且將表1所得之試驗結果，在圖8~圖13中顯示各試驗例中之X方向的流速分布。表1中之X方向流速、Y方向流速、及XY速度比係表示X方向的速度為最慢的電極中央的值。在圖8~圖13中係以各圖所記載之圖表所示之濃淡來表示X方向流速。在此係隨著濃淡愈淡，表示朝向右方向的流速愈快，隨著濃淡愈濃，表示朝向左方向的流速愈快。具體的流速的值係藉由一併記載在圖表的數值來顯示。正值係表示右方向的流速，隨著值愈大，表示右方向的流速愈快。負值係表示左方向的流速，隨著值愈小，表示左方向的流速愈快。此外，在各圖中，愈為濃淡清楚的縱條紋狀部位(區域)，愈為電解液朝向主要流通方向(X方向)以適於RF電池運轉的流速流通的區域。
(試驗條件) 《電極》
長度：15.8(cm)、寬度：15.8(cm)、厚度：0.05(cm)
電極反應面積密度(A)：50000(l/m)
電極反應速度常數(k)：3.0×106(m/s)
透過率
[模型1]K1：7.56×10-11 K2：1.95×10-11
[模型2]K：7.00×10-11
《電解液》
硫酸V水溶液(V濃度：1.7mol/L、硫酸濃度：3.4mol/L)
充電狀態(State of Charge；有時亦稱為充電深度)：50%
《電解液流量等》
入口流量：75、150、或300(ml/min)
出口流量：自由流出
流動模型：層流模型
《雙極板》
高度(Y方向)．寬度(X方向)：15.8(cm)
[流路]
溝形狀：咬合型對向梳齒形狀
縱溝數：導入路39條×排出路40條
縱溝長度：21(cm)
溝寬：0.1(cm)
溝深：0.1(cm)
縱溝間隔：0.1(cm)
溝剖面形狀：正方形
由表1可知，無關於異方性電極的X方向的透過率(方向A1的透過率K1)與等方性電極的透過率K大概相等，在任何流量的情形下，亦以將方向A1與作為主要流通方向的X方向呈並列的方式進行配置的模型1，相較於使用等方性電極的模型2，為XY速度比較大。此外，若將流量相等時之主要流通方向(X方向)的流速分布相比較，例如，在試驗例1-2(模型2)中，以由電極中央朝上下方向擴展的方式形成的濃淡較淡的縱條紋狀的區域的比例較大(參照圖9)。該區域係流速與適於RF電池運轉的流速相比較為較慢的區域。若存在多數如上所示之區域時，電解液以適於RF電池運轉的流速流通的區域變少，因此可謂為流速不均較大。若在朝向主要流通方向流通的電解液的流速有不均，由於在電極全體，電池反應未均一進行，因此會有內部電阻上升的情形。另一方面，在試驗例1-1(模型1)中，與試驗例1-2相比較，流速慢的區域減少，由電極的上下朝中央方向擴展的濃淡清楚的縱條紋狀區域變大(比較圖8與圖9來進行參照)。該區域係適於RF電池運轉的流速的區域。如上所示，可知藉由以將異方性電極的方向A1與主要流通方向(X方向)呈並列的方式進行配置，濃淡清楚的縱條紋狀的區域會增加，電解液以適於RF電池運轉的流速流通的區域會擴展。
此外，在試驗例1-2中，係在電極中央的左端及右端，縱條紋被中斷的部分可在電極中央的左端及右端看到(參照圖9)。此係被認為若為原本在左端係朝向右 方向、在右端則朝向左方向流動的電解液分別朝相反方向流通、或在左右方向的任何方向均未流通而滯留之故。亦即，左右方向的電解液的流通混亂、或發生流速明顯低的部位，因此由此點來看，亦可謂為發生電極內的流速不均。另一方面，在試驗例1-1中，並沒有如上所示之部位(參照圖8)。在使流量不同的情形下，亦可謂為與該等為相同的情形(分別比較試驗例1-4(圖11)及試驗例1-3(圖10)、試驗例1-6(圖13)及試驗例1-5(圖12))。
如上所示，藉由將異方性電極的方向A1以與主要流通方向(X方向)呈並列的方式進行配置，電解液以適於RF電池運轉的流速流通的區域擴展，或容易將朝向主要流通方向流通的電解液滯留在電極內的部位減低。藉此，被認為流速不均被減低、且內部電阻被減低。
<試驗例2>
在試驗例2中係調查主要流通方向與異方性電極的對應關係。首先，建構使電極的構成與電解液的流量分別與試驗例1的模型1為不同的模型3。接著，調查將與電解液的主要流通方向(X方向)呈並行的方向的透過率Kx形成為一定的值，將在電極的平面與主要流通方向呈正交的方向的透過率Ky形成為各種值時之X方向流速、Y方向流速、及XY速度比。在此係若試驗例2-1~試驗例2-5相當於將異方性電極的方向A1以與作為主要流通方向的X方向呈並列的方式進行配置時，試驗例2-6相當於使用 等方性電極時，試驗例2-7、試驗例2-8相當於將異方性電極的方向A1以與作為主要流通方向的X方向呈正交的方式進行配置時。以下顯示與試驗例1不同的條件，並且將試驗結果顯示在表2，在圖14至圖21顯示各試驗例中之X方向的流速分布。關於XY速度比、及各圖所記載之圖表，係與試驗例1相同。
(電解液流量等)
入口流量：0.3(ml/min/cm2)
如表2所示，可知在相當於將異方性電極的方向A1以與作為主要流通方向的X方向呈並列的方式進行時的試驗例2-1~試驗例2-5中，相較於相當於使用等方性電極時的試驗例2-6、或相當於將異方性電極的方向A1以與作為主要流通方向的X方向呈正交的方式進行配 置時的試驗例2-7、試驗例2-8，XY速度比為較大。尤其，由試驗例2-7、試驗例2-8可知，若以將異方性電極的透過率大的方向與主要流通方向(X方向)呈正交的方式進行配置時，作為主要流通方向的X方向的流速會低於Y方向的流速。此外，相較於試驗例2-5，可知若將異方性電極的方向A1以與作為主要流通方向的X方向呈並列的方式進行配置時，藉由將Kx/Ky(在此係相當於K1/K2)設為3.0以上，可將XY速度比設為4.6以上。同樣地，由試驗例2-4可知，藉由將Kx/Ky(K1/K2)形成為9.0以上，XY速度比上升至接近20，由試驗例2-3可知，藉由將Kx/Ky(K1/K2)形成為100以上，XY速度比上升至接近40，由試驗例2-2可知，藉由將Kx/Ky(K1/K2)形成為1000以上，XY速度比上升至接近50，由試驗例2-1可知，藉由將Kx/Ky(K1/K2)形成為10000以上，XY速度比上升至接近60。
若比較圖17至圖21，可知隨著主要流通方向(X方向)的透過率Kx大於與主要流通方向呈正交的方向的透過率Ky，適於RF電池運轉的流速的區域(濃淡清楚的縱條紋狀的區域)會變大。如上所示，可知至少至Kx/Ky成為10的程度，隨著Kx/Ky變大，濃淡清楚的縱條紋狀的區域會增加，電解液以適於RF電池運轉的流速流通的區域的比例會變大。
在Kx/Ky(K1/K2)為10000的試驗例2-1(圖14)、及Kx/Ky(K1/K2)為1000的試驗例2-2(圖15)中，係 在電極的左右無法確認縱條紋狀的區域。此係基於存在於該區域的電解液的流速為可視為電解液在電極內滯留的程度的流速之故。換言之，由於流速接近0，因此在各圖所使用的圖表構成上，不會形成為濃淡清楚的縱條紋狀。如上所述，若存在電解液以適於RF電池運轉的流速流通的區域、及電解液滯留的區域，容易在電池反應產生不均。結果，被認為形成為RF電池的內部電阻上升的要因之一。如上所示，若主要流通方向(X方向)的透過率Kx比與主要流通方向呈正交的方向的透過率Ky為過大時，會有RF電池的內部電阻上升之虞。另一方面，在Kx/Ky(K1/K2)為100的試驗例2-3中，與試驗例2-1或試驗例2-2相比，可知朝向主要流通方向流通的電解液在電極內滯留的區域被大幅減低(參照圖16)。
基於以上，若Kx/Ky為1.5以上、100以下，亦即，K1為K2的1.5倍以上、100倍以下，因電解液朝X方向以適於RF電池運轉的流速流通的區域比例變大、或朝向主要流通方向流通的電解液在電極內滯留的區域被減低，被期待內部電阻被減低。
<試驗例3>
在試驗例3中，係使用單一單元構造的小型RF電池進行充放電試驗，且調查內部電阻。該小型RF電池亦具備有具有圖2所示之咬合型對向梳齒形狀流路的雙極板，正極電極及負極電極係使用同一電極。電解液係與實施形 態1同樣地，電解液係由雙極板的下部被導入，由上部被排出。因此，將上下方向設為高度(Y方向)、左右方向設為寬度(X方向)、與X方向及Y方向呈正交的方向設為厚度(Z方向)。接著，分別測定將異方性電極的方向A1以與作為主要流通方向的X方向呈並列的方式進行配置時(試驗例3-1)、及將方向A1以與主要流通方向(X方向)呈正交的方式進行配置時(試驗例3-2)之內部電阻。在本試驗例中係如上所述形成為單一單元構造的RF電池，因此電池的內部電阻係形成為與單元電阻率為同義。因此，內部電阻係表示為單元電阻率。以下顯示詳細的試驗條件，並且將結果顯示於表3。表3中之單元電阻率係表示藉由以下所示之單元電阻率的計算手法所求出之第2週期及第3週期中之單元電阻率的值的平均值。
(試驗條件) 《電極》
種類：碳電極(SGL CARBON JAPAN股份有限公司製、GDL10AA)
高度：3.1(cm)、寬度：2.9(cm)、厚度：0.02(cm)
《電解液》
硫酸V水溶液(V濃度：1.7mol/L、硫酸濃度：3.4mol/L)
充電狀態：50%
《電解液流量等》
入口流量：0.31(ml/min/cm2)
出口流量；自由流出
《雙極板》
高度(Y方向)：3.1(cm)、寬度(X方向)：2.9(cm)
[流路]
溝形狀：咬合型對向梳齒形狀
縱溝數：導入路8條×排出路7條
縱溝長度：2.6(cm)
溝寬：0.1(cm)
溝深：0.1(cm)
縱溝間隔：0.1(cm)
溝剖面形狀：正方形
《充放電條件》
充放電方法：定電流
電流密度：70(mA/cm2)
充電結束電壓：1.55(V)
放電結束電壓：1.00(V)
溫度：25℃
《單元電阻率(內部電阻)》
計算手法：R=(V2-V1)/2I
R：單元電阻率(Ω．cm2)
I：電流密度(A/cm2)
V1：充電時間的中點的電壓(V)
V2：放電時間的中點的電壓(V)
如表3所示，將異方性電極的方向A1以與作為主要流通方向的X方向呈並列的方式進行配置的試驗例3-1，相較於以將方向A1與主要流通方向(X方向)呈正交的方式進行配置的試驗例3-2，內部電阻為較小。此係如在上述試驗例1、試驗例2所示，在試驗例3-1中，係考慮以將異方性電極的方向A1與主要流通方向(X方向)呈並列的方式進行配置，藉此在電極內，朝主要流通方向流通的電解液的流速不均被減低之故。
(透過率的測定手法)
試驗例3所使用的異方性電極的透過率係使用圖22所示之壓力損失測定系統600，測定壓力損失△P與流體的流量Q，藉由該測定結果與△P=(h/K)μ(Q/wd)所示之式(被稱為達西-維斯巴哈式(Darcy-Weisbach Equation)。詳 細後述)求出。壓力損失測定系統600係具備有：測定單元610、流體槽620、泵640、流量計650、差壓計660、及將該等機器相連的配管630。測定單元610係收納欲求出透過率K的電極(電極層)。流體槽620係貯留被導入至電極的流體622(水等)。泵640係透過配管630而將流體622壓送至各機器，且流量計650係測定泵出口側的流體的流量。差壓計660係與測定單元610並聯地以配管630相連接，測定壓力損失△P。測定單元610係具備有收納電極的收納部(未圖示)，在收納部係配置有用以將電極的厚度d確保在0.2~0.5mm的間隔件(未圖示)。流量計650與差壓計660係被安裝在配管630。圖22中的一點鏈線箭號係表示流體622流通的方向。
在測定單元610，將高度h設為100mm、寬度d設為50mm的電極推入至上述收納部。接著，使流體622(在此為水，黏度μ為常數)藉由泵640流通至保持電極層的測定單元610。在電極層係由其側面(具有剖面積wd的面)被導入流體622，以其高度方向流通。此時，調整泵640，將使流量Q變更為各種值時的壓力損失△P，分別藉由差壓計660進行測定。接著，將流量Q標繪為橫軸、壓力損失△P標繪為縱軸。將該等標繪的測定點，以上述達西-維斯巴哈式進行近似，將該近似直線的斜率設為高度方向的透過率K。
在達西-維斯巴哈式中，K為透過率(m2)，分別表示△P為壓力損失(Pa)，Q為被導入至電極的流體的 流量(m3/s)，μ為所流通的流體的黏度(Pa．s)，h為電極的高度(m)，w為電極α的寬度(m)，d為電極在電池單元堆200內被壓縮的狀態下的厚度(m)。透過率K係未取決於流體種類而為電極層固有的值，因此如上所述，為可使用水等黏度為已知的流體來進行測定的常數。
[產業上可利用性]
本發明之氧化還原液流電池係對太陽光發電、風力發電等自然能量的發電，可適於利用在以發電輸出變動安定化、發電電力剩餘時的蓄電、負荷平準化等為目的之大容量蓄電池。此外，本發明之氧化還原液流電池亦可並設在一般的發電廠或大型商業設施等，可適於利用為以瞬低/停電對策或負荷平準化為目的的大容量蓄電池。

Claims (7)

  1. 一種氧化還原液流電池，其係具備有：隔膜、雙極板、被配置在前述隔膜及前述雙極板之間的電極、對前述電極供給電解液的導入口、及由前述電極排出前述電解液的排出口，使前述電解液流通至前述電極來進行充放電反應，該氧化還原液流電池之特徵為：前述電極具備有：在該電極之平面中的方向A1、及在前述電極之平面中與前述方向A1呈正交的方向A2，透過率不同的異方性電極層，前述異方性電極層係前述方向A1的透過率K1大於前述方向A2的透過率K2，根據前述導入口與前述排出口的位置關係、及前述雙極板之前述電極側之面的形狀所規定之在前述電極內的前述電解液的主要流通方向與前述方向A1以實質上並行的方式作配置。
  2. 如申請專利範圍第1項之氧化還原液流電池，其中，前述透過率K1為前述透過率K2的1.5倍以上、100倍以下。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之氧化還原液流電池，其中，前述雙極板具備有前述電解液流通至前述電極側之面的流路，前述流路係具有互相並列的複數溝部，前述主要流通方向為前述複數溝部的並列方向。
  4. 如申請專利範圍第3項之氧化還原液流電池，其中，前述流路具備有：與前述導入口相連的導入路、及與前述排出口相連的排出路，前述導入路及前述排出路係分別具有前述複數溝部，前述導入路與前述排出路未相連通而呈獨立。
  5. 如申請專利範圍第4項之氧化還原液流電池，其中，前述導入路及前述排出路具備有梳齒形狀的溝部，前述導入路與前述排出路係以各自的梳齒互相咬合而相對向的方式作配置。
  6. 如申請專利範圍第3項之氧化還原液流電池，其中，前述流路係由前述導入口至前述排出口呈一串的蛇行形狀，具備有：以彼此相鄰的方式並列的複數長溝部、及將前述複數長溝部的一端彼此或另一端彼此交替相連的複數短溝部，前述主要流通方向為前述複數長溝部的並列方向。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項之氧化還原液流電池，其中，前述雙極板之前述電極側之面的形狀為平面狀，前述主要流通方向為由前述導入口側朝前述排出口側。
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