TWI732009B - 框體、電池框架、電池組及氧化還原液流電池 - Google Patents

Abstract

本發明的框體，是氧化還原液流電池的電池組所使用的平面狀的電池框架的一部分，將設於前述電池框架的雙極板從外周側支撐，將前述電池框架複數層疊時，具備與在層疊方向相鄰接的其他的電池框架的框體相面對的框架相對面，前述框架相對面的表面粗度Ra是0.03μm以上3.2μm以下。

Description

框體、電池框架、電池組及氧化還原液流電池

[0001] 本發明，是有關於框體、電池框架、電池組及氧化還原液流電池者。

[0002] 在專利文獻1中，記載了將具有雙極板的電池框架、正極電極、隔膜、負極電極、及電池框架複數層疊，將其層疊體由給排板挾入的電池組、及使用其電池組的氧化還原液流電池。電池框架，是具備：雙極板、及被配置於此雙極板的外周的框體。在此構成中，相鄰接的各電池框架的雙極板之間形成有一個電池。 ［習知技術文獻］ ［專利文獻］ 　　[0003] 　　［專利文獻1］日本特開2015-79738號公報

[0004] 本發明的框體，是氧化還原液流電池的電池組所使用的平面狀的電池框架的一部分，將設於前述電池框架的雙極板從外周側支撐，將前述電池框架複數層疊時，具備與在層疊方向相鄰接的其他的電池框架的框體相面對的框架相對面，前述框架相對面的表面粗度Ra是0.03μm以上3.2μm以下。 　　[0005] 本發明的電池框架，是具備：本發明的框體、及被支撐於前述框體的雙極板。 　　[0006] 本發明的電池組，是具備被層疊的複數電池框架，使用於氧化還原液流電池，前述電池框架，是本發明的電池框架。 　　[0007] 本發明的氧化還原液流電池，是具備：電池組、及正極電解液用槽桶、及負極電解液用槽桶，前述電池組，是本發明的電池組。

[0009] ［本發明所解決的課題］ 　　層疊的電池框架的框體的表面過滑的話，藉由：將電池組朝設置場所搬運時的振動和衝擊、在電池組的內部將電解液循環時的電解液的內壓等，有可能使相鄰接的電池框架大偏離。相鄰接的電池框架若大偏離的話，有可能發生在電池組內循環的電解液朝外部漏出的問題。另一方面，層疊的電池框架的框體的表面過粗的話，框體之間容易形成大的間隙，有可能發生在電池組內循環的電解液朝外部漏出的問題。 　　[0010] 在此，在本發明中，其目的之一是提供一種可以有效地抑制在電池組內循環的電解液朝外部漏出的框體及電池框架。且，在本發明中，其目的之一是提供一種電池組內的電解液朝外部漏出困難的電池組及氧化還原液流電池。 　　[0011] ［本案發明的實施例的說明］ 　　最初列記說明本案發明的實施例的內容。 　　[0012] ＜1＞實施例的框體，是氧化還原液流電池的電池組所使用的平面狀的電池框架的一部分，將設於前述電池框架的雙極板從外周側支撐，將前述電池框架複數層疊時，具備與在層疊方向相鄰接的其他的電池框架的框體相面對的框架相對面，前述框架相對面的表面粗度Ra是0.03μm以上3.2μm以下。 　　[0013] 本說明書中的Ra，是在JIS B0601（2001年）所規定的算術平均粗度。框架相對面的表面粗度Ra是0.03μm以上的話，將電池組搬運時、和在電池組的內部將電解液循環時，相鄰接的電池框架的偏離是成為困難。且，框架相對面的表面粗度Ra是3.2μm以下的話，相鄰接的電池框架的框體之間大的間隙形成困難。因此，具備上述構成的電池組的話，在其內部將電解液循環時，電解液朝外部漏出困難。 　　[0014] ＜2＞實施例的框體的一形態，可以舉例：具備讓環狀密封構件嵌入的密封溝，前述密封溝的內周面的表面粗度Ra是0.03μm以上3.2μm以下的形態。 　　[0015] 密封溝的內周面的Ra是0.03μm以上的話，即使藉由搬運時的衝擊和電解液的內壓使與電池框架的層疊方向垂直交叉的方向壓力作用，也容易防止環狀密封構件從密封溝脫落。環狀密封構件從密封溝脫落困難，是因為在密封溝的內周面及環狀密封構件之間可發生適切的摩擦力。且，密封溝的Ra是3.2μm以下的話，在一對的電池框架被旋緊且變形的環狀密封構件是與密封溝的內周面無間隙地密合，環狀密封構件的密封性提高，並且容易防止環狀密封構件從密封溝脫落。 　　[0016] ＜3＞實施例的電池框架，是具備：實施例的框體、及被支撐於前述框體的雙極板。 　　[0017] 設於電池框架的框體的框架相對面的表面粗度Ra是0.03μm以上的話，將電池組搬運時、和在電池組的內部將電解液循環時，相鄰接的電池框架的偏離是成為困難。且，框架相對面的表面粗度Ra是3.2μm以下的話，相鄰接的電池框架的框體之間大的間隙形成困難。因此，具備上述構成的電池組的話，在其內部將電解液循環時，電解液朝外部漏出困難。 　　[0018] ＜4＞實施例的電池組，是具備被層疊的複數電池框架，使用於氧化還原液流電池，前述電池框架，是實施例的電池框架。 　　[0019] 設於電池框架的框體的表面粗度是規定範圍的電池組的話，在其內部將電解液循環時，電解液朝外部漏出困難。 　　[0020] ＜5＞實施例的電池組的一形態，可以舉例：具備位於在前述層疊方向相鄰接的一對的前述電池框架的框體之間的環狀密封構件的形態。 　　[0021] 藉由設置環狀密封構件，可有效地防止電解液從相鄰接的電池框架之間漏出。尤其是，在框體形成有密封溝的情況，更可以有效地抑制電解液的漏出。 　　[0022] ＜6＞實施例的氧化還原液流電池，是具備：電池組、及正極電解液用槽桶、及負極電解液用槽桶，前述電池組，是實施例的電池組。 　　[0023] 實施例的氧化還原液流電池，因為是使用實施例的電池組，在運轉時從電池組的液漏出產生困難。 　　[0024] ［本發明的實施例的詳細］ 　　以下，說明實施例的氧化還原液流電池（RF電池）的實施例。又，本發明不被限定於如實施例所示的構成，而是包含藉由請求的範圍被顯示，與請求的範圍均等的意思及範圍內的全部的變更的意圖。 　　[0025] ＜實施例1＞ 　　依據第1圖～第7圖說明實施例的氧化還原液流電池（以下，RF電池）。 　　[0026] ≪RF電池≫ 　　RF電池，是電解液循環型的蓄電池之一，被利用在太陽光發電和風力發電的新能量的蓄電。如第1圖的RF電池1的動作原理圖所示，RF電池1，是利用：被包含於正極用電解液的活物質離子的氧化還原電位、及被包含於負極用電解液的活物質離子的氧化還原電位的差，進行充放電的電池。RF電池1，是具備由讓氫離子透過的隔膜101分離成正極電池102及負極電池103的電池100。 　　[0027] 正極電極104是被內藏在正極電池102中，且將正極用電解液貯留的正極電解液用槽桶106是透過導管108、110被連接。泵112是被設置在導管108中，藉由這些構件106、108、110、112而構成將正極用電解液循環的正極用循環機構100P。同樣地，負極電極105是被內藏在負極電池103中，且將負極用電解液貯留的負極電解液用槽桶107是透過導管109、111被連接。泵113是被設置在導管109中，藉由這些的構件107、109、111、113而構成將負極用電解液循環的負極用循環機構100N。被貯留在各槽桶106、107的電解液，是充放電時藉由泵112、113在電池102、103內被循環。不進行充放電的情況時，泵112、113是被停止，電解液不被循環。 　　[0028] ≪電池組≫ 　　上述電池100通常，如第2圖、第3圖所示，是形成於電池組2的構造體的內部。電池組2，是將被稱為副堆疊件200（第3圖）的層疊構造物從其兩側由二枚的端部托板210、220挾入，由緊固機構230旋緊所構成（在第3圖例示的構成中，使用複數副堆疊件200）。 　　[0029] 副堆疊件200（第3圖），是具備將電池框架3、正極電極104、隔膜101、及負極電極105複數層疊，將其層疊體由給排板190、190（第3圖的下圖參照，在第2圖中省略）挾入的構成。電池框架3，是設有：具有貫通窗的框體32、及將貫通窗塞住的雙極板31，在雙極板31的一面側中使正極電極104接觸地配置，在雙極板31的另一面側中使負極電極105接觸地配置。在此構成中，在相鄰接的各電池框架3被嵌入的雙極板31之間形成有一個電池100。 　　[0030] 電解液透過給排板190、190朝電池100的流通，是藉由形成於電池框架3的給液用多支管33、34、及排液用多支管35、36進行。正極用電解液，是從給液用多支管33透過形成於電池框架3的一面側（紙面表側）的入口開縫被供給至正極電極104，透過形成於電池框架3的上部的出口開縫朝排液用多支管35被排出。同樣地，負極用電解液，是透過從給液用多支管34形成於電池框架3的另一面側（紙面背側）的入口開縫（由虛線顯示）被供給至負極電極105，透過形成於電池框架3的上部的出口開縫（由虛線顯示）朝排液用多支管36被排出。在各電池框架3間中，配置有O形環和平密封墊等的環狀密封構件37，抑制電解液從副堆疊件200漏出。 　　[0031] 層疊的電池框架的框體的表面過滑的話，藉由：將電池組朝設置場所搬運時的振動和衝擊、在電池組的內部將電解液循環時的電解液的內壓等，有可能使相鄰接的電池框架大偏離。相鄰接的電池框架若大偏離的話，有可能發生在電池組內循環的電解液朝外部漏出的問題。另一方面，層疊的電池框架的框體的表面過粗的話，框體之間容易形成大的間隙，有可能發生在電池組內循環的電解液朝外部漏出的問題。鑑於上述問題點，在本例的RF電池1中，將電池框架3的框體32的一部分的表面粗度規定範圍。對於其詳細，是依據第4圖～第7圖說明。 　　[0032] 第4圖，是將本實施例1的電池框架3從一面側所見的俯視圖，第5圖是將第4圖的電池框架3從另一面側所見的俯視圖。沿著電池框架3的外周緣形成，將全部的多支管33～36圍起來的密封溝37s，是將第3圖的環狀密封構件37嵌入用的溝。在此，第4、5圖所示的多支管33～36的形狀和其位置、及從多支管33～36朝向雙極板31延伸的入口開縫及出口開縫的形狀和其配置是只是一例，無特別限定。 　　[0033] 如第4、5圖所示，電池框架3，是具有與電池組2（第3圖）中的其他的電池框架3相面對的框架相對面30f、30b（參照交叉影線部分）。框架相對面30f（30b），是除了電池框架3的一面側（另一面側）中的多支管33～36、入口開縫，出口開縫及密封溝37s以外的部分。在本例中，作為電解液從上述的電池組2漏出的對策，是將該框架相對面的表面粗度Ra（JIS B0601:2001的算術平均粗度）設成0.03μm以上3.2μm以下。表面粗度Ra，可以藉由將框架相對面30f、30b中的10處以上的領域由市售的測量器測量，將那些的測量結果平均而求得。 　　[0034] 將這種電池框架3層疊而獲得的電池組2的部分剖面圖如第6圖所示。第6圖的部分剖面圖，是電池組2中的電池框架3的外周緣部附近的縱剖面。如第6圖所示，相面對的框架相對面30f、30b的表面粗度Ra是0.03μm以上的話，兩框架相對面30f、30b之間會發生適度的摩擦力。其結果，將電池組2搬運時、和在電池組2的內部將電解液循環時，相鄰接的電池框架3、3是成為偏離困難。且，框架相對面30f、30b的表面粗度Ra是3.2μm以下的話，在相鄰接的電池框架3的框體32之間大的間隙形成困難。因此，使用具備表面粗度Ra0.03μm以上3.2μm以下的框架相對面30f、30b的電池框架3製造電池組2的話，在電池組2的內部將電解液循環時，電解液從電池組2漏出困難。框架相對面30f、30b的表面粗度Ra是0.03μm以上3.2μm以下較佳，進一步0.05μm以上1.5μm以下較佳。 　　[0035] 在本例的電池框架3中，如第7圖的放大剖面圖所示，密封溝37s的內周面的表面粗度Ra也是0.03μm以上3.2μm以下。藉由將密封溝37s的內周面的表面粗度Ra設成0.03μm以上，在密封溝37s的內周面及環狀密封構件37之間會發生適度的摩擦力。其結果，偏離的方向應力即使作用在相鄰接的電池框架3，密封溝37s的環狀密封構件37會滑動，可以抑制環狀密封構件37從密封溝37s脫落。且，藉由將密封溝37s的內周面的表面粗度Ra設成3.2μm以下，在密封溝37s內被壓縮變形的環狀密封構件37，是與密封溝37s的內周面無間隙地密合。其結果，環狀密封構件37的密封性提高，並且環狀密封構件37從密封溝37s脫落困難。密封溝37s的表面粗度Ra是0.03μm以上3.2μm以下較佳，進一步0.05μm以上1.5μm以下較佳。 　　[0036] ＜試驗例＞ 　　準備構成不同的5個電池組（試驗體A～E），在各電池組的內部將電解液循環，試驗電解液是否漏出電池組的外部。試驗體A～E的概略構成是如以下。 　　[0037] ‧試驗體A 　　試驗體A的電池組，是與在實施例1說明的電池組2同樣。在此，框架相對面30f、30b（第6圖）的表面粗度Ra是0.03μm、密封溝37s（第7圖）的內周面的表面粗度Ra是0.03μm。 ‧試驗體B 　　試驗體B的電池組，是除了框架相對面30f、30b（第6圖）的表面粗度Ra是1.5μm、密封溝37s（第7圖）的內周面的表面粗度Ra是1.5μm以外，與試驗體A的電池組相同。 ‧試驗體C 　　試驗體C的電池組，是除了框架相對面30f、30b（第6圖）的表面粗度Ra是3.2μm、密封溝37s（第7圖）的內周面的表面粗度Ra是3.2μm以外，與試驗體A的電池組相同。 ‧試驗體D 　　試驗體D的電池組，是除了框架相對面30f、30b（第6圖）的表面粗度Ra是0.01μm、密封溝37s（第7圖）的內周面的表面粗度Ra是0.01μm以外，與試驗體A的電池組相同。 ‧試驗體E 　　試驗體E的電池組，是除了框架相對面30f、30b（第6圖）的表面粗度Ra是3.5μm、密封溝37s（第7圖）的內周面的表面粗度Ra是3.5μm以外，與試驗體A的電池組相同。 　　[0038] 在各試驗體A～E的內部將電解液流通。此時，將流通的電解液的壓力漸漸地變大。其結果，試驗體D中的相鄰接的電池框架的一部分偏離，電解液從該偏離部分漏出。且，在試驗體E中在相鄰接的電池框架雖未產生偏離，但是電解液漏出。對於此，由相同壓力使電解液流通的試驗體A～C中，相鄰接的電池框架即使偏離，電解液的漏出也不會產生。 　　[0039] 從此試驗例的結果可了解，將電池框架的框架相對面的表面粗度設在規定範圍內，可有效抑制電解液從電池組漏出。

[0040]1‧‧‧RF電池（氧化還原液流電池）2‧‧‧電池組3‧‧‧電池框架30f、30b‧‧‧框架相對面31‧‧‧雙極板32‧‧‧框體33、34‧‧‧給液用多支管35、36‧‧‧排液用多支管37‧‧‧密封構件37s‧‧‧密封溝100‧‧‧電池101‧‧‧隔膜102‧‧‧正極電池103‧‧‧負極電池100P‧‧‧正極用循環機構100N‧‧‧負極用循環機構104‧‧‧正極電極105‧‧‧負極電極106‧‧‧正極電解液用槽桶107‧‧‧負極電解液用槽桶108、109、110、111‧‧‧導管112、113‧‧‧泵190‧‧‧給排板200‧‧‧副堆疊件210、220‧‧‧端部托板230‧‧‧緊固機構

[0008] 　　［第1圖］實施例的氧化還原液流電池的動作原理圖。 　　［第2圖］實施例的氧化還原液流電池的概略構成圖。 　　［第3圖］實施例的電池組的概略構成圖。 　　［第4圖］將實施例的電池框架從一面側所見的俯視圖。 　　［第5圖］將實施例的電池框架從另一面側所見的俯視圖。 　　［第6圖］實施例的電池組的部分剖面圖。 　　［第7圖］第6圖的密封溝附近的部分放大圖。

3‧‧‧電池框架

30b‧‧‧框架相對面

31‧‧‧雙極板

32‧‧‧框體

33、34‧‧‧給液用多支管

35、36‧‧‧排液用多支管

37s‧‧‧密封溝

Claims (6)

1. 一種框體， 　　是氧化還原液流電池的電池組所使用的平面狀的電池框架的一部分，將設於前述電池框架的雙極板從外周側支撐， 　　將前述電池框架複數層疊時，具備與在層疊方向相鄰接的其他的電池框架的框體相面對的框架相對面， 　　前述框架相對面的表面粗度Ra是0.03μm以上3.2μm以下。
2. 如申請專利範圍第1項的框體，其中， 　　具備讓環狀密封構件嵌入的密封溝， 　　前述密封溝的內周面的表面粗度Ra是0.03μm以上3.2μm以下。
3. 一種電池框架， 　　具備：如申請專利範圍第1或2項的框體、及被支撐於前述框體的雙極板。
4. 一種電池組， 　　具備被層疊的複數電池框架，使用於氧化還原液流電池， 　　前述電池框架，是如申請專利範圍第3項的電池框架。
5. 如申請專利範圍第4項的電池組，其中， 　　具備位於在前述層疊方向相鄰接的一對的前述電池框架的框體之間的環狀密封構件。
6. 一種氧化還原液流電池， 　　具備：電池組、及正極電解液用槽桶、及負極電解液用槽桶， 　　前述電池組，是如申請專利範圍第4或5項的電池組。

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