WO2019167143A1 - 枠体、セルフレーム、セルスタック、及びレドックスフロー電池 - Google Patents

枠体、セルフレーム、セルスタック、及びレドックスフロー電池 Download PDF

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WO2019167143A1
WO2019167143A1 PCT/JP2018/007343 JP2018007343W WO2019167143A1 WO 2019167143 A1 WO2019167143 A1 WO 2019167143A1 JP 2018007343 W JP2018007343 W JP 2018007343W WO 2019167143 A1 WO2019167143 A1 WO 2019167143A1
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WO
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frame
cell
notch
outer peripheral
width
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Application number
PCT/JP2018/007343
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English (en)
French (fr)
Inventor
山口　英之
本井　見二
健司 山名
Original Assignee
住友電気工業株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a frame, a cell frame, a cell stack, and a redox flow battery.
  • Patent Documents 1 to 4 disclose a cell stack in which a plurality of cell frames, positive electrodes, diaphragms, negative electrodes, and cell frames are stacked, and the stacked body is sandwiched between supply and discharge plates, and a redox flow battery using the cell stack. Is described.
  • the cell frame includes a bipolar plate sandwiched between a positive electrode and a negative electrode, and a frame that supports the bipolar plate from the outer periphery. In this configuration, one cell is formed between the bipolar plates of adjacent cell frames.
  • JP2015-122230A Japanese Patent Laid-Open No. 2015-122231 Japanese Patent Laying-Open No. 2015-138771 JP 2015-210849 A
  • the frame of the present disclosure is: A frame used for a redox flow battery,
  • the frame has an outer peripheral end,
  • the outer peripheral end includes a notch,
  • the depth of the notch is 5 mm or more and 60 mm or less.
  • the cell frame of the present disclosure is A frame of the present disclosure; A bipolar plate integrated with the frame.
  • the cell stack of the present disclosure is A laminate comprising a plurality of laminated cell frames; A pair of end plates that sandwich the laminate from both ends in the laminating direction; and A plurality of tightening mechanisms including a tightening shaft for tightening the pair of end plates,
  • the cell frame is a cell frame of the present disclosure,
  • the fastening shaft provided in at least a part of the fastening mechanism is arranged inside the notch of the frame body.
  • the cell stack of the present disclosure is A laminate comprising a plurality of laminated cell frames; A pair of end plates that sandwich the laminate from both ends in the laminating direction; and A plurality of tightening mechanisms including a tightening shaft for tightening the pair of end plates
  • the cell frame is a cell frame of the present disclosure, When a pair of cell frames adjacent to each other in the stacking direction is a first cell frame and a second cell frame, respectively, and a combination of the first cell frame and the second cell frame is a cell frame pair, In the cell frame pair, The outer peripheral end of the frame provided in the first cell frame is 0.5 mm or more and 20 mm or less in a direction intersecting the stacking direction with respect to the outer peripheral end of the frame provided in the second cell frame. It is off.
  • the redox flow battery of the present disclosure is It has the frame of this indication.
  • the redox flow battery of the present disclosure is It has a cell frame of this indication.
  • the redox flow battery of the present disclosure is It has a cell stack of the present disclosure.
  • FIG. 4B is a sectional view taken along line BB in FIG. 4A. It is CC sectional drawing of FIG. 4A. It is a top view of the cell frame of the external shape different from FIG. 4A.
  • 2 is a schematic perspective view of a cell stack according to Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a partial longitudinal sectional view of a cell stack according to Embodiment 2.
  • FIG. FIG. 6 is a partial longitudinal sectional view of a cell stack according to Embodiment 2.
  • FIG. 7B is a partial vertical cross-sectional view of a cell stack different from FIG. 7A.
  • FIG. 7B is a partial vertical cross-sectional view of a cell stack different from FIGS. 7A and 7B.
  • FIG. 7B is a partial vertical cross-sectional view of a cell stack different from FIGS. 7A to 7C.
  • FIG. 8 is a partial vertical cross-sectional view of a cell stack different from FIGS. 7A to 7D.
  • FIG. 7B is a partial vertical cross-sectional view of a cell stack different from FIGS. 7A to 7E.
  • 6 is a partial longitudinal sectional view of a cell stack according to Embodiment 3.
  • FIG. 6 is a partial longitudinal sectional view of a cell stack according to Embodiment 4.
  • FIG. 6 is a partial longitudinal sectional view of a cell stack according to Embodiment 4.
  • the frame of the cell frame and the bipolar plate are made of different materials, and the thermal expansion coefficient of the frame and the thermal expansion coefficient of the bipolar plate are different. For this reason, if the temperature of the cell stack becomes too high under the temperature rise or high temperature environment during the operation of the redox flow battery, the frame body may be cracked due to the difference in thermal expansion coefficient between the frame body and the bipolar plate.
  • This disclosure is intended to provide a frame that is less likely to crack due to thermal expansion.
  • Another object of the present disclosure is to provide a cell frame, a cell stack, and a redox flow battery using a frame that is less likely to crack due to thermal expansion.
  • the frame according to the embodiment is A frame used for a redox flow battery,
  • the frame has an outer peripheral end,
  • the outer peripheral end includes a notch,
  • the depth of the notch is 5 mm or more and 60 mm or less.
  • the crack of the frame due to thermal expansion can be suppressed by having a notch of a predetermined size at the outer peripheral end of the frame. This is because when the frame body expands due to thermal expansion, the stress acting on the frame body can be reduced by deforming the frame body so that the notch is opened. As defined in the above ⁇ 1>, the stress acting on the frame can be effectively reduced by setting the depth of the notches to be not less than the lower limit value. Moreover, the fall of the rigidity of the frame by notch can be effectively suppressed by making the depth of a notch below an upper limit.
  • the notch has an opening;
  • variety of the said opening can mention the form which is 5 mm or more and 60 mm or less.
  • the stress acting on the frame can be effectively reduced by setting the width of the notch to the lower limit value or more. Moreover, the fall of the rigidity of the frame body by a notch can be effectively suppressed by making the width of a notch below an upper limit.
  • the frame includes a plurality of the notches, A mode in which the distance between the two notches located closest to each other is 30 mm or more and 200 mm or less can be mentioned.
  • the interval is set to 30 mm or more, it is possible to suppress a decrease in the rigidity of the frame due to dense notches. Moreover, the stress which acts on a frame can be effectively reduced by making a space
  • the said frame can mention the form which has thickness of 3 mm or more and 10 mm or less.
  • the rigidity of the frame can be ensured without excessively increasing the thickness of the frame within the above range.
  • the notch has an opening, a bottom and a sidewall;
  • the notch has a depth defined by the shortest distance from the opening to the bottom.
  • the frame body has a thickness along the axial direction of the frame body, and a length and a width that extend perpendicular to the axial direction and perpendicular to each other, The thickness may be shorter than the length and shorter than the width.
  • the thickness is the shortest among the length, width, and thickness of the frame.
  • the outer peripheral end in the above ⁇ 1> is when the frame is viewed in plan from the thickness direction (the axial direction of the frame). It is a part which forms the outer periphery outline.
  • the notch is formed at a location intersecting at least the width direction of the frame body in the outer peripheral end portion, The said notch can mention the form currently formed so that the depth direction of the said notch may follow the said width direction.
  • the stress acting on the frame body can be reduced without significantly reducing the rigidity of the frame body.
  • ⁇ 8> As one form of the frame shown in ⁇ 7> above, The said frame can mention the form provided with a manifold in the part which cross
  • the electrolyte can be circulated through the frame through the manifold.
  • the stress acting on the frame can be reduced without significantly reducing the rigidity of the frame.
  • the stress acting on the frame can be reduced without significantly reducing the rigidity of the frame.
  • the stress acting on the frame can be reduced without significantly reducing the rigidity of the frame.
  • the frame has an outer peripheral portion having a predetermined width including the outer peripheral end portion,
  • the said outer peripheral part can mention the form provided with the thin area
  • the cross-sectional shape along the thickness direction of the outer peripheral portion was rectangular. Therefore, when laminating a plurality of cell frames and fastening a plurality of laminated cell frames, the corner formed on the outer peripheral edge of the frame provided in one adjacent cell frame is The frame may be damaged. Since the cell frame of the cell stack is often manufactured by injection molding in which a resin is injected into a mold, there is a risk of cracking due to damage by the corners.
  • a thin region may be formed over the entire circumference of the outer peripheral portion, or a thin region may be formed in part.
  • the cross-sectional shape of the thin region may include a pencil down shape, an R chamfered shape, or a C chamfered shape.
  • the above cross-sectional shape can suppress damage to each frame body of the plurality of stacked cell frames.
  • the frame body In a plane along the thickness direction of the frame body and a cut surface including the bottom, the frame body may be formed so as to gradually become thinner toward the bottom.
  • the frame body In the plane along the thickness direction of the frame body and the cut surface including the side wall, the frame body may be formed so as to gradually become thinner toward the side wall.
  • the said length of the said frame can mention the form longer than the said width
  • the thickness of the frame ⁇ the width of the frame ⁇ the length of the frame.
  • the cell stack can be easily installed depending on the shape of the installation space of the cell stack in which the cell frames are stacked.
  • the said length of the said frame can mention the form shorter than the said width
  • the thickness of the frame body ⁇ the length of the frame body ⁇ the width of the frame body.
  • the cell stack can be easily installed depending on the shape of the installation space of the cell stack in which the cell frames are stacked.
  • the frame includes a frame facing surface that faces another frame adjacent in the stacking direction when a plurality of the frames are stacked,
  • the surface roughness Ra of the said frame opposing surface can mention the form which is 0.03 micrometer or more and 3.2 micrometers or less.
  • the surface of the cell frame to be stacked (frame facing surface) is too smooth, vibration and shock when transporting the cell stack to the installation location, and internal pressure of the electrolyte when the electrolyte is circulated inside the cell stack
  • adjacent cell frames may be greatly displaced.
  • the electrolyte solution circulating in the cell stack leaks to the outside.
  • the surface of the frame body of the cell frames to be stacked is too rough, a large gap is likely to be formed between the frame bodies, and there is a risk that the electrolyte solution circulating in the cell stack leaks to the outside.
  • the adjacent cell frame is used when the cell stack is transported or when the electrolyte is circulated inside the cell stack. Is difficult to shift. Further, if the surface roughness Ra of the frame facing surface is 3.2 ⁇ m or less, it is difficult to form a large gap between the frame bodies of adjacent cell frames. Therefore, if it is a cell stack provided with the said structure, when electrolyte solution is circulated through the inside, electrolyte solution does not leak easily outside.
  • Ra in this specification is an arithmetic average roughness defined in JIS B0601 (2001).
  • the cell frame according to the embodiment is The frame described in any one of ⁇ 1> to ⁇ 18>above; A bipolar plate integrated with the frame.
  • the thermal stress acting on the frame is likely to be larger than in the cell frame in which the bipolar plate is simply stacked on the frame.
  • it can control that a frame is damaged at the time of thermal expansion of a frame. This is because, as described in ⁇ 1> above, the notch provided in the frame body can reduce the stress acting on the frame body due to the thermal expansion of the frame body.
  • the cell stack according to the embodiment is A laminate comprising a plurality of laminated cell frames; A pair of end plates that sandwich the laminate from both ends in the laminating direction; and A plurality of tightening mechanisms including a tightening shaft for tightening the pair of end plates,
  • the cell frame is the cell frame described in ⁇ 19> above,
  • the fastening shaft provided in at least a part of the fastening mechanism is arranged inside the notch of the frame body.
  • the cell stack can be made compact by placing the cell stack clamping shaft inside the frame cutout. In addition, even if the entire frame bulges outward due to thermal expansion and the notch opens, the fastening shaft placed inside the notch is held against the bottom of the notch, so the frame is It can suppress that it spreads too much.
  • the cell stack according to the embodiment is A laminate comprising a plurality of laminated cell frames; A pair of end plates that sandwich the laminate from both ends in the laminating direction; and A plurality of tightening mechanisms including a tightening shaft for tightening the pair of end plates
  • the cell frame is the cell frame of ⁇ 19> above, When a pair of cell frames adjacent to each other in the stacking direction is a first cell frame and a second cell frame, respectively, and a combination of the first cell frame and the second cell frame is a cell frame pair, In the cell frame pair,
  • the outer peripheral end of the frame provided in the first cell frame is 0.5 mm or more and 20 mm or less in a direction intersecting the stacking direction with respect to the outer peripheral end of the frame provided in the second cell frame. It is off.
  • the frame provided in the cell frame is often manufactured by injection molding in which a resin is injected into a mold.
  • a locally thickened portion is likely to be formed at a position near the outer peripheral end of the frame manufactured by injection molding.
  • the locally thickened portion is not a portion that has been intentionally thickened, but is a portion that becomes thick due to the characteristics of injection molding, and can be easily located in the same position on the frame. Therefore, when multiple cell frames are stacked and tightened, the locally thick parts of each frame overlap, and stress concentrates on the thick parts, damaging the cell frame. There is a fear.
  • the redox flow battery according to the embodiment is It has a frame of any one of ⁇ 1> to ⁇ 18>.
  • the frame provided in the redox flow battery is hardly damaged.
  • the redox flow battery according to the embodiment is It has ⁇ 19> cell frames.
  • the frame body of the cell frame of the redox flow battery is hardly damaged.
  • the redox flow battery according to the embodiment is It has a cell stack of ⁇ 20> or ⁇ 21>.
  • the frame provided in the cell stack of the redox flow battery is hardly damaged.
  • the RF battery is one of electrolyte circulation type storage batteries, and is used for storing new energy such as solar power generation and wind power generation.
  • the operation principle of the RF battery 1 is shown in FIG.
  • the RF battery 1 is a battery that performs charging / discharging by utilizing the difference between the redox potential of the active material ions contained in the positive electrode electrolyte and the redox potential of the active material ions contained in the negative electrode electrolyte.
  • the RF battery 1 includes a cell 100 separated into a positive electrode cell 102 and a negative electrode cell 103 by a diaphragm 101 that transmits hydrogen ions.
  • a positive electrode 104 is built in the positive electrode cell 102 and a positive electrode electrolyte tank 106 for storing a positive electrode electrolyte is connected via conduits 108 and 110.
  • the conduit 108 is provided with a pump 112, and these members 106, 108, 110, 112 constitute a positive electrode circulation mechanism 100P that circulates the positive electrode electrolyte.
  • a negative electrode electrode 105 is built in the negative electrode cell 103, and a negative electrode electrolyte solution tank 107 that stores a negative electrode electrolyte is connected via conduits 109 and 111.
  • the conduit 109 is provided with a pump 113, and these members 107, 109, 111, 113 constitute a negative electrode circulation mechanism 100N for circulating the negative electrode electrolyte.
  • the electrolyte stored in the tanks 106 and 107 is circulated in the cells 102 and 103 by the pumps 112 and 113 during charging and discharging. When charging / discharging is not performed, the pumps 112 and 113 are stopped and the electrolytic solution is not circulated.
  • the cell 100 is usually formed inside a structure called a cell stack 200 as shown in FIGS.
  • the cell stack 200 is configured by sandwiching a laminated structure called a sub stack 200 s (FIG. 3) between two end plates 220 and 220 from both sides and tightening with a tightening mechanism 230 (illustrated in FIG. 3).
  • the configuration uses a plurality of sub-stacks 200s).
  • the sub-stack 200s (FIG. 3) includes a stack of a plurality of cell frames 120, positive electrodes 104, a diaphragm 101, and negative electrodes 105, and the stacked body is a supply / discharge plate 210 (see the lower diagram of FIG. 3, omitted in FIG. 2) It has a sandwiched configuration.
  • the cell frame 120 includes a frame body 122 having a through window and a bipolar plate 121 that closes the through window. That is, the frame body 122 supports the bipolar plate 121 from the outer peripheral side.
  • a cell frame 120 can be manufactured, for example, by forming the frame body 122 integrally with the outer peripheral portion of the bipolar plate 121. Also, a frame 122 in which the vicinity of the outer periphery of the through window is formed thin and a bipolar plate 121 prepared separately from the frame 122 are prepared, and the outer periphery of the bipolar plate 21 is fitted into the thin portion of the frame 122.
  • the cell frame 2 can be manufactured.
  • the bipolar plate 21 may be merely overlaid on the frame body 22 or may be bonded.
  • the cell plate 120 is arranged so that the positive electrode 104 is in contact with one surface side of the bipolar plate 121, and the negative electrode 105 is arranged in contact with the other surface side of the bipolar plate 121.
  • one cell 100 is formed between the bipolar plates 121 fitted in the adjacent cell frames 120.
  • the circulation of the electrolyte solution to the cell 100 through the supply / discharge plate 210 shown in FIG. 3 is performed by the supply manifolds 123 and 124 and the discharge manifolds 125 and 126 formed in the cell frame 120.
  • the positive electrode electrolyte is supplied from the liquid supply manifold 123 to the positive electrode 104 via the inlet slit 123 s formed on one surface side (the front side of the paper surface) of the cell frame 120, and the outlet slit formed in the upper portion of the cell frame 120.
  • the liquid is discharged to the drainage manifold 125 through 125s.
  • the negative electrode electrolyte is supplied from the liquid supply manifold 124 to the negative electrode 105 via the inlet slit 124 s formed on the other surface side (back side of the paper surface) of the cell frame 120, and formed on the upper portion of the cell frame 120. Is discharged to the drainage manifold 126 through the outlet slit 126s.
  • An annular seal member 127 such as an O-ring or a flat packing is disposed between the cell frames 120, and leakage of the electrolyte from the sub stack 200s is suppressed.
  • the cell frame 2 shown in FIG. 4A includes a bipolar plate 21 and a frame body 22 as in the conventional cell frame 120 (FIGS. 2 and 3).
  • the horizontal direction of FIG. 4A is the width direction of the frame body 22
  • the vertical direction is the length direction of the frame body 22
  • the depth direction is the thickness direction of the frame body 22.
  • the length is less than the width of the frame body 22.
  • Liquid supply manifolds 123 and 124 are disposed on the lower frame piece of the frame 22, and drainage manifolds 125 and 126 are disposed on the upper frame piece of the frame 22. That is, in the cell frame 2 of FIG.
  • the direction from the lower side to the upper side in the drawing is the flow direction of the electrolytic solution, and the cell frame 2 has a length in a direction orthogonal to the flow direction rather than a length in the flow direction. Is a long horizontally long cell frame 2.
  • the thickness of the frame body 22 is preferably 3 mm or more and 10 mm or less. By setting the thickness of the frame body 22 within the above range, the rigidity of the frame body 22 can be ensured. A more preferable thickness of the frame body 22 is 5 mm or more and 8 mm or less. On the other hand, the length and width of the frame 22 are not particularly limited, and can be appropriately selected according to the performance required for the RF battery.
  • the cell frame 2 may be a vertically long cell frame 2 that is long in the flow direction of the electrolyte. That is, the cell frame 2 in which the thickness of the frame body 22 ⁇ the width of the frame body 22 ⁇ the length of the frame body 22 can be obtained.
  • Each of the cell frames 2 in FIGS. 4A and 5 has a substantially rectangular outer diameter (that is, the outer shape of the frame body 22).
  • the outer shape of the cell frame 2 may be a substantially circular shape or a substantially square shape. May be.
  • a notch 25 is provided in the outer peripheral end 22E of the frame body 22 of the cell frame 2.
  • the notch 25 has a function of reducing stress acting on the frame body 22 when the frame body 22 expands outward due to thermal expansion. Since the frame body 22 is deformed so that the notch 25 opens when the frame body 22 expands due to the presence of the notch 25, the stress acting on the frame body 22 is reduced.
  • the notch 25 has an opening 25a, a bottom 25b, a first side wall 25c, and a second side wall 25d, as shown in the encircled enlarged view of FIG. 4A.
  • the bottom 25 b is a part including the deepest part of the notch 25.
  • the side walls 25c and 25d are portions that connect the outer peripheral end 22E and the bottom 25b.
  • the shape of the notch 25 is not particularly limited.
  • the shape of the notch 25 may be rectangular or V-shaped, or may be an arc as illustrated in FIGS. 4A and 5.
  • the arc-shaped cutout 25 makes it difficult for stress to concentrate on a specific portion of the cutout 25, it is easy to prevent the frame body 22 from cracking at the position of the cutout 25.
  • the length from the opening 25a of the notch 25 to the deepest part of the notch 25, that is, the depth d of the notch 25 is set within a predetermined range.
  • the depth d is 5 mm or more and 60 mm or less.
  • the depth direction of the notch 25 is along the width direction of the frame body 22, and the stress acting on the frame body 22 can be effectively reduced by setting the depth d of the notch 25 to 5 mm or more.
  • the fall of the rigidity of the frame 22 by the notch 25 can be effectively suppressed by making the depth d of the frame 22 into 60 mm or less.
  • the depth d is preferably 20 mm or more and 40 mm or less.
  • the depth d of the notch 25 is preferably larger than the thickness of the frame body 22.
  • the width w of the opening 25a of the notch 25 (the separation length between one end and the other end of the opening 25a of the notch 25) is also within a predetermined range. Specifically, the width w is 5 mm or more and 60 mm or less. By setting the width w of the notch 25 to 5 mm or more, the stress acting on the frame body 22 can be effectively reduced. Moreover, the fall of the rigidity of the frame 22 by the notch 25 can be effectively suppressed because the width w of the frame 22 is 60 mm or less. In consideration of the balance between the effect of suppressing the cracking of the frame body 22 due to the provision of the notches 25 and the reduction in the rigidity of the frame body 22, the width w is preferably 20 mm or more and 40 mm or less.
  • the width w of the opening 25a of the notch 25 is preferably larger than the depth d of the notch 25.
  • the width w of the opening 25 a of the notch 25 is preferably larger than the thickness of the frame body 22.
  • Only one notch 25 may be provided in the frame 22 or a plurality of notches 25 may be provided as shown in FIGS. 4A and 5. In the case where a plurality of cutouts 25 are provided, it is preferable that they are provided on different sides rather than only on one side of the outer peripheral end 22E of the frame body 22.
  • two notches 25 are provided on each of the left and right short sides (sides) which are the outer peripheral end portions 22 ⁇ / b> E in the width direction of the frame body 22. Further, in the vertically long cell frame 2 shown in FIG.
  • two cutouts 25 are provided on each of the left and right long sides (side sides) which are the outer peripheral end portions 22 ⁇ / b> E in the width direction of the frame body 22.
  • the reason why the cutout 25 is formed on the side is that the rigidity of the side frame pieces in FIGS. 4A and 5 is higher than the rigidity of the lower and upper frame pieces, and excessive stress is easily applied. is there. Since the lower and upper frame pieces on the end side in the length direction of the frame body 22 are formed with manifolds 123 to 126, there is room for deformation and it is difficult to break.
  • the notches 25 can also be provided on the long side (upper side and lower side) of the frame body 22 shown in FIG. 4A and the short side (upper side and lower side) of the frame body 22 shown in FIG.
  • the interval s between the two cutouts 25 at the closest position is preferably 30 mm or more and 200 mm or less.
  • the interval s is a distance from the center of the opening 25a of one notch 25 to the center of the opening 25a of the other notch 25.
  • the frame body 22 along the notch 25 is thin.
  • FIG. 4B which is a BB cross-sectional view of FIG. 4A
  • the frame 22 in the cut surface including the bottom 25b on the surface along the thickness direction of the frame 22, the frame 22 has the bottom 25b. It is preferable to form so that it may become thin gradually as it goes to.
  • FIG. 4C which is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 4A, the frame body 22 has a plane along the thickness direction of the frame body 22 and includes a side wall 25d (the same applies to the side wall 25c). It is preferable that the thickness is gradually reduced toward the side wall 25d.
  • the cell frame 2 has a frame facing surface 20 f (see the cross-hatching portion) facing the other cell frame 2 in the cell stack 3 (FIG. 6).
  • the frame facing surface 20f is a portion of the cell frame 2 excluding the manifolds 123 to 126 and the slits 123s to 126s.
  • the surface roughness Ra of the frame facing surface 20f (the arithmetic average roughness of JIS B0601: 2001) is set to 0.03 ⁇ m or more and 3.2 ⁇ m or less. .
  • the surface roughness Ra can be obtained by measuring 10 or more regions on the frame facing surface 20f with a commercially available measuring instrument and averaging the measurement results.
  • the surface roughness Ra of the frame facing surface 20f is 0.03 ⁇ m or more, an appropriate frictional force is generated between the frame facing surfaces 20f of the stacked cell frames 2.
  • the adjacent cell frames 2 are hardly displaced.
  • the surface roughness Ra of the frame facing surface 20f is 3.2 ⁇ m or less, it is difficult to form a large gap between the frame bodies 22 of the adjacent cell frames 2.
  • the cell stack 3 is manufactured using the cell frame 2 having the frame facing surface 20f having the surface roughness Ra of 0.03 ⁇ m or more and 3.2 ⁇ m or less, the cell solution 3 is circulated when the electrolyte is circulated inside the cell stack 3.
  • the electrolyte is difficult to leak from the stack 3.
  • the surface roughness Ra of the frame facing surface 20f is preferably 0.03 ⁇ m or more and 3.2 ⁇ m or less, and more preferably 0.05 ⁇ m or more and 1.5 ⁇ m or less.
  • the cell stack 3 in FIG. 6 has a configuration in which a plurality of the cell frames 2 in FIG. 4A are stacked and fastened by a pair of end plates 220.
  • the tightening shafts 30 of the tightening mechanism 230 provided on the left and right of the end plate 220 are inside the notch 25 of the frame body 22. Has been placed.
  • the fastening shaft 30 is disposed inside the notch 25 of the frame body 22 so that the end plate 220 for fastening the cell frame 2 is more lateral than the conventional end plate 220 shown in FIG.
  • a short end plate 220 can be used. Since the end plate 220 is a member that determines the outer dimensions of the cell stack 3, if the end plate 220 can be made smaller, the cell stack 3 can be made compact.
  • the fastening shaft 30 disposed inside the notch 25 stops the bottom 25b of the notch 25 (a circled enlarged view in FIG. 4A). It is the composition to do. Therefore, the notch 25 can be prevented from opening too much during the thermal expansion of the frame body 22, and the frame body 22 can be prevented from being deformed excessively outward, and the occurrence of cracks in the frame body 22 can be suppressed.
  • FIGS. 7A to 7F are partial vertical sectional views of the cell stack 3 (cross-sectional views along the thickness direction of the frame body 22).
  • the thin region 22R is a region that gradually becomes thinner from the center of the frame body 22 toward the outer peripheral end 22E.
  • the cross-sectional shape of the thin region 22R is not particularly limited as long as it gradually becomes thinner toward the outer peripheral end 22E.
  • the cross-sectional shape of the thin region 22R is formed in an elongated isosceles trapezoidal shape. It is preferable that a joint portion (see a white arrow) between the thin region 22R and the flat portion is a curved surface (curved in a cross section).
  • the cross-sectional shape of the thin-walled region 22R in this example is a so-called pencil down shape in which the tip of an isosceles trapezoid is rounded.
  • the length L1 from the formation start position of the thin region 22R in the direction along the plane of the cell frame 2 to the outer peripheral end 22E extends the plane of the cell frame 2 from the outer peripheral end 22E in the thickness direction of the cell frame 2. It is longer than the length L2 to the virtual surface.
  • the length L1 is preferably, for example, 1 mm to 30 mm, and more preferably 5 mm to 10 mm.
  • the length L2 is not particularly limited as long as it is 1 ⁇ 2 or less of the thickness of the cell frame 2, and is preferably 0.1 mm or more and 2.5 mm or less, and more preferably 1 mm or more and 1.5 mm or less. It is preferable.
  • the cross-sectional shape of the thin region 22R is formed into a shape in which a rectangular corner portion (see dotted line) is chamfered.
  • the value of the chamfer radius R is not particularly limited as long as it is 1 ⁇ 2 or less of the thickness of the cell frame 2.
  • the chamfer radius R is preferably 0.1 mm to 2.5 mm, and more preferably 1.0 mm to 1.5 mm.
  • the cross-sectional shape of the thin region 22R is formed in a shape in which a rectangular corner portion (see dotted line) is chamfered. It is preferable that a joint portion (see a white arrow) between the thin region 22R and the flat portion is a curved surface (curved in a cross section).
  • the value of the chamfer length C is not particularly limited as long as it is 1 ⁇ 2 or less of the thickness of the cell frame 2.
  • the chamfer length C is preferably 0.1 mm to 2.5 mm, and more preferably 1.0 mm to 1.5 mm.
  • the cross-sectional shape of the thin region 22R is formed in a semicircular (that is, curved) shape. Also with this configuration, it is possible to prevent the joint portion of one adjacent cell frame 2 from damaging the other cell frame 2.
  • the cross-sectional shape of the thin region 22R is configured only by a curve
  • the cross-sectional shape is not limited to a semicircular shape.
  • the cross-sectional shape may be a semi-elliptical shape or may be a shape obtained by rounding the straight part of the isosceles trapezoid in FIG. 7A.
  • the formation width of the thin region 22R of the adjacent cell frame 2 may be different.
  • the thin region 22R of the left and right cell frames 2 has a flat isosceles trapezoidal shape
  • the thin region 22R of the middle cell frame 2 has an elongated isosceles trapezoidal shape, but is not limited to this combination.
  • FIG. 8 is a partial longitudinal sectional view of the cell stack 3.
  • the cell frame 2A (first cell frame) and the cell frame 2B (second cell frame) constitute a cell frame pair 4, and the cell frame 2B (first cell frame) and the cell frame 2C (second cell frame).
  • a cell frame pair 5 is composed of a frame).
  • the outer peripheral end 22E of the frame 22 of the first cell frame 2A in the cell frame pair 4 and the outer peripheral end 22E of the frame 22 of the second cell frame 2B are shifted by a length L3.
  • the outer peripheral end 22E of the frame 22 of the first cell frame 2B and the outer peripheral end 22E of the second cell frame 2C in the cell frame pair 5 are shifted by a length L4.
  • the shift amounts (lengths L3 and L4) in the different cell frame pairs 4 and 5 may be different.
  • the shift amount (length L3, L4) of the outer peripheral end 22E is 0.5 mm or more and 20 mm or less. If the deviation amount of the outer peripheral end 22E is 0.5 mm or more, the locally thickened portion in the frame 22 of the cell frame 2A (2B) and the locally increased portion in the frame 22 of the cell frame 2B (2C) The thickened portion is shifted in the plane direction of the cell frames 2A and 2B (2B and 2C). As a result, excessive stress is unlikely to act on the locally thickened portions of the frame bodies 22 of the cell frames 2A, 2B, and 2C at the time of tightening, and defects such as cracks are less likely to occur in the portions.
  • the displacement amount of the outer peripheral end portion 22E is 20 mm or less, the manifolds 123 to 126 (FIG. 4A, etc.) of the adjacent cell frames 2A and 2B (2B and 2C) are displaced and the manifolds 123 to 126 are closed. There is no.
  • the deviation amount of the outer peripheral end 22E is preferably 0.8 mm or more and 10 mm or less, and more preferably 1.2 mm or more and 5 mm or less.
  • the outer peripheral ends 22E of the first cell frame and the second cell frame Is off. By doing so, it is possible to suppress an excessive stress from acting locally in all the cell frames provided in the cell stack 3. Unlike this example, in some cell frame pairs, even if the outer peripheral end 22E of the first cell frame and the second cell frame is shifted, it is possible to suppress the excessive stress from acting on the cell frame. . It is preferable that the maximum shift amount of all the cell frames provided in the cell stack 3 is 20 mm or less. The maximum shift amount is a shift amount between the cell frame at the lowest position and the cell frame at the highest position among all the cell frames.
  • the size of the frame provided in the first cell frame and the second cell frame are configured such that the locally thickened portion is shifted in the plane direction of the cell frame between the adjacent first cell frame and the second cell frame. You may vary the size of the frame body. If cell frames having different sizes of frames are stacked, the outer peripheral end of the frame provided in the first cell frame and the outer peripheral end of the frame provided in the second cell frame are viewed from the direction orthogonal to the stacking direction. The locally thickened part in the frame of the first cell frame and the locally thickened part in the frame of the second cell frame deviate in the plane direction of the cell frame.
  • FIG. 9 is a partial longitudinal sectional view of the cell stack 3.
  • the cross-sectional shape of the thin region 22R is a pencil-down shape, but it may be an R-chamfered shape or a C-chamfered shape.
  • Test Example 1 In Test Example 1, a plurality of cell stacks 3 (test bodies A to J) using a plurality of cell frames 2 having different widths w and depths d of the substantially U-shaped cutouts 25 of the cell frame 2 shown in FIG. 4A. The effect of thermal stress was investigated. Specifically, the temperature of the cell frame 2 is lowered by circulating 0 ° C. electrolyte through each cell stack 3, and then the temperature of the cell frame 2 is raised by circulating the electrolyte of 60 ° C. The state of acting on the frame 22 of the frame 2 was reproduced. This operation was repeated five times to check for liquid leakage from the cell stack 3, and the cell stack 3 was disassembled and the state of the cell frame 2 was visually observed.
  • test bodies E and F no liquid leakage occurred, and the frame 22 was in a good state. Although no leakage of liquid was observed in the test bodies D and G, a slight whitening was observed in the portion of the frame 22 where the stress was applied. On the other hand, in the test bodies A, B, C, H, I, and J, some liquid leakage occurred, and the frame body 22 and the like had cracks.
  • the number of stacked cell frames 2 may be increased from the current level, and the clamping pressure of the cell frame 2 may increase.
  • a large amount of electrolyte may be circulated at a higher pressure than the current level. Even if the load on the cell frame 2 becomes high at that time, the frame body 22 is difficult to break if it is the cell frame 2 of the test body D to the test body G in which the width w and the depth d of the notch 25 are in a predetermined range. There is a possibility that leakage of the electrolyte from the cell stack 3 can also be suppressed.
  • Test Example 2 a plurality of cell stacks 3 (specimens K to P) are produced using a plurality of cell frames 2 having the same width w and depth d of the substantially U-shaped cutout 25 and different intervals s. Then, the effect of thermal stress was examined by the same test as in Test Example 1. Both the width w and the depth d are 5 mm.
  • interval s between the notches 25 of each specimen is as follows.
  • Test Example 3 the influence of the difference in the surface roughness of the frame facing surface 20f of the cell frame 2 shown in FIG. 4A on the leakage of the electrolyte in the cell stack 3 was examined. Specifically, five cell stacks 3 (test bodies Q to U) having different surface roughnesses of the frame facing surface 20f are prepared, and an electrolytic solution is circulated inside each cell stack 3 so as to be outside the cell stack 3. It was tested whether the electrolyte leaked.
  • the schematic configuration of the test bodies Q to U is as follows.
  • Test Example 4 a cell stack (test body W) is prepared in which the deviation amount of the outer peripheral end 22E of all cell frame pairs 4 and 5 provided in the cell stack 3 (FIG. 8) is about 0.5 mm to 3.0 mm. did.
  • a cell stack (specimen X) in which the deviation amount of the outer peripheral end 22E in all the cell frame pairs 4 and 5 provided in the cell stack 3 is around 0.3 mm was prepared. Then, the tightening force of the tightening mechanism 230 of the cell stack 3 was gradually increased.
  • the frame body, the cell frame, and the cell stack of the embodiment can be suitably used for construction of a fluid flow storage battery such as an RF battery.
  • the RF battery including the cell stack according to the embodiment stabilizes the fluctuation of the power generation output, stores electricity when surplus generated power, leveles the load, etc., for power generation of new energy such as solar power generation and wind power generation. It can be used as an intended storage battery.
  • the RF battery including the cell stack according to the embodiment can be used as a large-capacity storage battery for the purpose of instantaneous voltage drop / power failure countermeasures and load leveling, which is provided in a general power plant.

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Abstract

レドックスフロー電池に用いられる枠体であって、前記枠体は、外周端部を有し、前記外周端部は、切欠きを備え、前記切欠きの深さは５ｍｍ以上６０ｍｍ以下である。

Description

枠体、セルフレーム、セルスタック、及びレドックスフロー電池
　本発明は、枠体、セルフレーム、セルスタック、及びレドックスフロー電池に関するものである。
　特許文献１～４には、セルフレーム、正極電極、隔膜、負極電極、及びセルフレームを複数積層し、その積層体を給排板で挟み込んだセルスタック、及びそのセルスタックを用いたレドックスフロー電池が記載されている。セルフレームは、正極電極と負極電極との間に挟まれる双極板と、この双極板を外周から支持する枠体とを備える。この構成では、隣接する各セルフレームの双極板の間に一つのセルが形成される。
特開２０１５－１２２２３０号公報 特開２０１５－１２２２３１号公報 特開２０１５－１３８７７１号公報 特開２０１５－２１０８４９号公報
　本開示の枠体は、
　レドックスフロー電池に用いられる枠体であって、
　前記枠体は、外周端部を有し、
　前記外周端部は、切欠きを備え、
　前記切欠きの深さは５ｍｍ以上６０ｍｍ以下である。
　本開示のセルフレームは、
　本開示の枠体と、
　前記枠体に一体化された双極板と、を備える。
　本開示のセルスタックは、
　複数の積層されたセルフレームを含む積層体と、
　前記積層体をその積層方向の両端側から挟み込む一対のエンドプレートと、
　一対の前記エンドプレートを締め付ける締付軸を含む複数の締付機構と、を備えるセルスタックであって、
　前記セルフレームは、本開示のセルフレームであり、
　少なくとも一部の前記締付機構に備わる前記締付軸が、前記枠体の前記切欠きの内部に配置される。
　本開示のセルスタックは、
　複数の積層されたセルフレームを含む積層体と、
　前記積層体をその積層方向の両端側から挟み込む一対のエンドプレートと、
　一対の前記エンドプレートを締め付ける締付軸を含む複数の締付機構と、を備えるセルスタックであって、
　前記セルフレームは、本開示のセルフレームであり、
　前記積層方向に隣接する一対の前記セルフレームをそれぞれ第一セルフレームと第二セルフレームとし、前記第一セルフレームと前記第二セルフレームとの組み合わせをセルフレーム対としたとき、
　前記セルフレーム対において、
　前記第一セルフレームに備わる前記枠体の前記外周端部は、前記第二セルフレームに備わる前記枠体の前記外周端部に対して、前記積層方向と交差する方向に０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下ずれている。
　本開示のレドックスフロー電池は、
　本開示の枠体を有する。
　本開示のレドックスフロー電池は、
　本開示のセルフレームを有する。
　本開示のレドックスフロー電池は、
　本開示のセルスタックを有する。
実施形態に係るレドックスフロー電池の動作原理の説明図である。 実施形態に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。 実施形態に係るセルスタックの概略構成図である。 実施形態１に係るセルフレームの平面図である。 図４ＡのＢ－Ｂ断面図である。 図４ＡのＣ－Ｃ断面図である。 図４Ａとは異なる外形のセルフレームの平面図である。 実施形態１に係るセルスタックの概略斜視図である。 実施形態２に係るセルスタックの部分縦断面図である。 図７Ａとは異なるセルスタックの部分縦断面図である。 図７Ａ、図７Ｂとは異なるセルスタックの部分縦断面図である。 図７Ａ～図７Ｃとは異なるセルスタックの部分縦断面図である。 図７Ａ～図７Ｄとは異なるセルスタックの部分縦断面図である。 図７Ａ～図７Ｅとは異なるセルスタックの部分縦断面図である。 実施形態３に係るセルスタックの部分縦断面図である。 実施形態４に係るセルスタックの部分縦断面図である。
［本開示が解決しようとする課題］
　セルフレームの枠体と双極板とは異なる材質で構成されており、枠体の熱膨張係数と双極板の熱膨張係数とが異なる。そのため、レドックスフロー電池の運転時の昇温や高温環境下でセルスタックの温度が高くなり過ぎると、枠体と双極板との熱膨張係数の相違によって枠体に割れなどが生じる恐れがある。
　本開示は、熱膨張に起因する割れが生じ難い枠体を提供することを目的の一つとする。また、本開示は、熱膨張に起因する割れが生じ難い枠体を用いたセルフレーム、セルスタック、及びレドックスフロー電池を提供することを目的の一つとする。
［本願発明の実施形態の説明］
　最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
＜１＞実施形態に係る枠体は、
　レドックスフロー電池に用いられる枠体であって、
　前記枠体は、外周端部を有し、
　前記外周端部は、切欠きを備え、
　前記切欠きの深さは５ｍｍ以上６０ｍｍ以下である。
　枠体の外周端部に所定の大きさの切欠きがあることで、熱膨張による枠体の割れを抑制できる。熱膨張によって枠体が膨張したときに、切欠きが開くように枠体が変形することで、枠体に作用する応力を低減できるからである。上記＜１＞に規定するように、切欠きの深さを下限値以上とすることで枠体に作用する応力を効果的に低減できる。また、切欠きの深さを上限値以下とすることで切欠きによる枠体の剛性の低下を効果的に抑制できる。
＜２＞実施形態に係る枠体の一形態として、
　前記切欠きは、開口を有し、
　前記開口の幅は５ｍｍ以上６０ｍｍ以下である形態を挙げることができる。
　切欠きの幅を下限値以上とすることで枠体に作用する応力を効果的に低減できる。また、切欠きの幅を上限値以下とすることで切欠きによる枠体の剛性の低下を効果的に抑制できる。
＜３＞実施形態に係る枠体の一形態として、
　前記枠体は、前記切欠きを複数備え、
　最も近い位置にある二つの前記切欠きの間隔は３０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である形態を挙げることができる。
　上記間隔を３０ｍｍ以上とすることで、切欠きが密集することによる枠体の剛性の低下を抑制できる。また、間隔を２００ｍｍ以下とすることで枠体に作用する応力を効果的に低減できる。
＜４＞実施形態に係る枠体の一形態として、
　前記枠体は、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の厚みを有する形態を挙げることができる。
　枠体の厚みを上記範囲とすることで、過度に厚くなることなく枠体の剛性を確保することができる。
＜５＞実施形態に係る枠体の一形態として、
　前記切欠きは、開口と底と側壁とを有し、
　前記切欠きは、前記開口から前記底までの最短距離で定義される深さを有する。
　上記＜５＞の定義によって、切欠きの深さ方向が明確になる。
＜６＞実施形態に係る枠体の一形態として、
前記枠体は、前記枠体の軸方向に沿った厚みと、前記軸方向に直交して互いに直角方向に延びる長さ及び幅を有し、
　前記厚みは、前記長さよりも短く、前記幅よりも短い形態を挙げることができる。
　上記＜６＞では、枠体の長さ、幅、厚さのうち、厚みが最も短い。枠体の厚みが小さいことで、枠体を備えるセルフレームを積層したときに、セルスタックが過度に長くなることを抑制できる。ここで、枠体の長さ方向、幅方向、厚さ方向の定義に基づけば、上記＜１＞における外周端部は、枠体を厚さ方向（枠体の軸方向）から平面視したときの外周輪郭線を形成する部分である。
＜７＞上記＜６＞に示す枠体の一形態として、
　前記切欠きは、前記外周端部のうち、少なくとも前記枠体の幅方向に交差する箇所に形成されており、
　前記切欠きは、前記切欠きの深さ方向が前記幅方向に沿うように形成されている形態を挙げることができる。
　切欠きの深さ方向が枠体の幅方向に沿うように形成されることで、枠体の剛性を大幅に低下させることなく、枠体に作用する応力を低減できる。
＜８＞上記＜７＞に示す枠体の一形態として、
　前記枠体は、前記枠体の長さ方向に交差する部分にマニホールドを備える形態を挙げることができる。
　枠体にマニホールドを設けることで、マニホールドを通じて枠体に電解液を流通させることができる。
＜９＞上記＜２＞に示す枠体の一形態として、
　前記切欠きの前記開口の幅の方が、前記切欠きの前記深さよりも大きい形態を挙げることができる。
　上記構成によれば、枠体の剛性を大幅に低下させることなく、枠体に作用する応力を低減できる。
＜１０＞上記＜４＞に示す枠体の一形態として、
　前記切欠きの前記深さの方が、前記枠体の前記厚みよりも大きい形態を挙げることができる。
　上記構成によれば、枠体の剛性を大幅に低下させることなく、枠体に作用する応力を低減できる。
＜１１＞上記＜２＞に示す枠体の一形態として、
　前記切欠きの前記開口の幅の方が、前記枠体の厚みよりも大きい形態を挙げることができる。
　上記構成によれば、枠体の剛性を大幅に低下させることなく、枠体に作用する応力を低減できる。
＜１２＞実施形態に係る枠体の一形態として、
　前記枠体は、前記外周端部を含む所定幅の外周部を有し、
　前記外周部は、前記枠体の中心側から前記外周端部側に向うに従って徐々に薄肉となる薄肉領域を備える形態を挙げることができる。
　従来のセルフレームの枠体では、外周部の厚み方向に沿った断面形状は矩形であった。そのため、複数のセルフレームを積層するとき、及び積層した複数のセルフレームを締め付けるときなど、隣接する一方のセルフレームに備わる枠体の外周端部に形成される角部が、他方のセルフレームの枠体を損傷する場合がある。セルスタックのセルフレームは、金型内に樹脂を射出する射出成形で製造されることが多いため、上記角部による損傷によって割れる恐れもある。
　上述の問題に対して、上記＜１２＞の枠体であれば、複数のセルフレームを積層したときや、積層したセルフレームを締め付けたときに、隣接する一方のセルフレームの角部が、他方のセルフレームの枠体に接触して他方のセルフレームが損傷することを抑制できる。その結果、セルフレームの枠体の損傷に伴う不具合、例えば隣接するセルフレーム間から電解液が漏れるなどの不具合を回避することができる。ここで、外周部の全周に亘って薄肉領域が形成されていても良いし、一部に薄肉領域が形成されていても良い。
＜１３＞上記＜１２＞に示す枠体の一形態として、
　前記枠体の厚み方向に沿った切断面において、前記薄肉領域の断面形状は、ペンシルダウン形状、Ｒ面取りされた形状、Ｃ面取りされた形状のいずれかを有する形態を挙げることができる。
　上記断面形状とすることで、積層した複数のセルフレームの各枠体に損傷が生じることを抑制できる。
＜１４＞上記＜５＞に示す枠体の一形態として、
　前記枠体の厚み方向に沿った面で、かつ前記底を含む切断面において、前記枠体は、前記底に向かうに従って徐々に薄肉となるように形成されている形態を挙げることができる。
　上記構成によれば、二つのセルフレームを積層したとき、一方のセルフレームの枠体のうち、切欠きの底の近傍の部分が、他方のセルフレームの枠体を損傷することを抑制できる。
＜１５＞上記＜５＞に示す枠体の一形態として、
　前記枠体の厚み方向に沿った面で、かつ前記側壁を含む切断面において、前記枠体は、前記側壁に向かうに従って徐々に薄肉となるように形成されている形態を挙げることができる。
　上記構成によれば、二つのセルフレームを積層したとき、一方のセルフレームの枠体のうち、切欠きの側壁の近傍の部分が、他方のセルフレームの枠体を損傷することを抑制できる。
＜１６＞上記＜６＞に示す枠体の一形態として、
　前記枠体の前記長さは、前記枠体の前記幅よりも長い形態を挙げることができる。
　上記構成では、枠体の厚さ＜枠体の幅＜枠体の長さとなる。セルフレームを積層したセルスタックの設置スペースの形状によっては、セルスタックの設置が容易になる。
＜１７＞上記＜６＞に示す枠体の一形態として、
　前記枠体の前記長さは、前記枠体の前記幅よりも短い形態を挙げることができる。
　上記構成では、枠体の厚さ＜枠体の長さ＜枠体の幅となる。セルフレームを積層したセルスタックの設置スペースの形状によっては、セルスタックの設置が容易になる。
＜１８＞実施形態に係る枠体の一形態として、
　前記枠体は、前記枠体を複数積層したときに、積層方向に隣接する他の枠体に対向するフレーム対向面を備え、
　前記フレーム対向面の表面粗さＲａが０．０３μｍ以上３．２μｍ以下である形態を挙げることができる。
　積層するセルフレームの枠体の表面（フレーム対向面）が滑らか過ぎると、セルスタックを設置場所に運搬する際の振動や衝撃、セルスタックの内部に電解液を循環させたときの電解液の内圧などによって、隣接するセルフレームが大きくズレる恐れがある。隣接するセルフレームが大きくズレると、セルスタック内を循環する電解液が外部に漏れるといった不具合が生じる恐れがある。一方、積層するセルフレームの枠体の表面が粗すぎると、枠体の間に大きな隙間ができ易く、セルスタック内を循環する電解液が外部に漏れるといった不具合が生じる恐れがある。
　上述の問題に対して、フレーム対向面の表面粗さＲａが０．０３μｍ以上であれば、セルスタックを運搬するときや、セルスタックの内部に電解液を循環させたときに、隣接するセルフレームがズレ難くなる。また、フレーム対向面の表面粗さＲａが３．２μｍ以下であれば、隣接するセルフレームの枠体の間に大きな隙間ができ難い。そのため、上記構成を備えるセルスタックであれば、その内部に電解液を循環させたときに、電解液が外部に漏れ難い。ここで、本明細書におけるＲａは、ＪＩＳ　Ｂ０６０１（２００１年）に規定される算術平均粗さである。
＜１９＞実施形態に係るセルフレームは、
　上記＜１＞から＜１８＞のいずれかに記載の枠体と、
　前記枠体に一体化された双極板と、を備える。
　枠体に双極板が一体化されたセルフレームでは、枠体に双極板が重ねられただけのセルフレームに比べて枠体に作用する熱応力が大きくなり易い。これに対して、実施形態に係る枠体を備えるセルフレームによれば、枠体の熱膨張時に枠体が損傷することを抑制できる。上記＜１＞で説明したように、枠体に切欠きが設けられていることで、枠体の熱膨張に伴って枠体に作用する応力を低減できるからである。
＜２０＞実施形態に係るセルスタックは、
　複数の積層されたセルフレームを含む積層体と、
　前記積層体をその積層方向の両端側から挟み込む一対のエンドプレートと、
　一対の前記エンドプレートを締め付ける締付軸を含む複数の締付機構と、を備えるセルスタックであって、
　前記セルフレームは、上記＜１９＞に記載のセルフレームであり、
　少なくとも一部の前記締付機構に備わる前記締付軸が、前記枠体の前記切欠きの内部に配置される。
　セルスタックの締付軸を枠体の切欠きの内部に配置することで、セルスタックをコンパクトにできる。また、熱膨張によって枠体全体が外方に膨らみ、切欠きが開こうとしても、切欠きの内部に配置される締付軸が切欠きの底に当て止めされるため、枠体が外方に拡がり過ぎることを抑制できる。
＜２１＞実施形態に係るセルスタックは、
　複数の積層されたセルフレームを含む積層体と、
　前記積層体をその積層方向の両端側から挟み込む一対のエンドプレートと、
　一対の前記エンドプレートを締め付ける締付軸を含む複数の締付機構と、を備えるセルスタックであって、
　前記セルフレームは、上記＜１９＞のセルフレームであり、
　前記積層方向に隣接する一対の前記セルフレームをそれぞれ第一セルフレームと第二セルフレームとし、前記第一セルフレームと前記第二セルフレームとの組み合わせをセルフレーム対としたとき、
　前記セルフレーム対において、
　前記第一セルフレームに備わる前記枠体の前記外周端部は、前記第二セルフレームに備わる前記枠体の前記外周端部に対して、前記積層方向と交差する方向に０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下ずれている。
　セルフレームに備わる枠体は、金型内に樹脂を射出する射出成形で製造されることが多い。しかし、射出成形で製造される枠体の外周端部近傍の位置には、局所的に厚くなった部分ができ易い。その局所的に厚くなった部分は、意図して厚くした部分ではなく、射出成形の特性上、厚くなってしまう部分であり、枠体における同じような位置にでき易い。そのため、複数のセルフレームを積層して締め付けたときに、各枠体の局所的に厚くなった部分が重なってしまい、その厚くなった部分に応力が集中して、セルフレームの枠体が損傷する恐れがある。
　上記問題に対して、上記＜２１＞の構成によれば、枠体の損傷を抑制できる。第一セルフレームの外周端部と第二セルフレームの外周端部とがずれるように両セルフレームを重ねることで、第一セルフレームの枠体における局所的に厚くなった部分と、第二セルフレームの枠体における局所的に厚くなった部分とが、セルフレームの平面方向にずれるからである。
＜２２＞実施形態に係るレドックスフロー電池は、
　上記＜１＞から＜１８＞のいずれかの枠体を有する。
　上記構成によれば、レドックスフロー電池に備わる枠体に損傷が生じ難い。
＜２３＞実施形態に係るレドックスフロー電池は、
　上記＜１９＞のセルフレームを有する。
　上記構成によれば、レドックスフロー電池のセルフレームに備わる枠体に損傷が生じ難い。
＜２４＞実施形態に係るレドックスフロー電池は、
　上記＜２０＞または＜２１＞のセルスタックを有する。
　上記構成によれば、レドックスフロー電池のセルスタックに備わる枠体に損傷が生じ難い。
［本願発明の実施形態の詳細］
　以下、レドックスフロー電池の構成部材である本開示の枠体、セルフレーム、及びセルスタックの実施形態を説明する。なお、本願発明は実施形態に示される構成に限定されるわけではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内の全ての変更が含まれることを意図する。
＜実施形態１＞
　実施形態の枠体、セルフレーム、及びセルスタックの説明に先立ち、レドックスフロー電池（以下、ＲＦ電池）の基本構成を図１～図３に基づいて説明する。その後、実施形態の枠体、セルフレーム、及びセルスタックの詳細な説明を行う。
　≪ＲＦ電池≫
　ＲＦ電池は、電解液循環型の蓄電池の一つであって、太陽光発電や風力発電といった新エネルギーの蓄電などに利用されている。このＲＦ電池１の動作原理を図１に示す。ＲＦ電池１は、正極用電解液に含まれる活物質イオンの酸化還元電位と、負極用電解液に含まれる活物質イオンの酸化還元電位との差を利用して充放電を行う電池である。ＲＦ電池１は、水素イオンを透過させる隔膜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、かつ正極用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。導管１０８にはポンプ１１２が設けられており、これら部材１０６，１０８，１１０，１１２によって正極用電解液を循環させる正極用循環機構１００Ｐが構成されている。同様に、負極セル１０３には負極電極１０５が内蔵され、かつ負極用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。導管１０９にはポンプ１１３が設けられており、これらの部材１０７，１０９，１１１，１１３によって負極用電解液を循環させる負極用循環機構１００Ｎが構成されている。各タンク１０６，１０７に貯留される電解液は、充放電の際にポンプ１１２，１１３によりセル１０２，１０３内に循環される。充放電を行なわない場合、ポンプ１１２，１１３は停止され、電解液は循環されない。
　上記セル１００は通常、図２、図３に示すような、セルスタック２００と呼ばれる構造体の内部に形成される。セルスタック２００は、サブスタック２００ｓ（図３）と呼ばれる積層構造物をその両側から二枚のエンドプレート２２０，２２０で挟み込み、締付機構２３０で締め付けることで構成されている（図３に例示する構成では、複数のサブスタック２００ｓを用いている）。
　サブスタック２００ｓ（図３）は、セルフレーム１２０、正極電極１０４、隔膜１０１、及び負極電極１０５を複数積層し、その積層体を給排板２１０（図３の下図参照、図２では省略）で挟み込んだ構成を備える。
　セルフレーム１２０は、貫通窓を有する枠体１２２と、貫通窓を塞ぐ双極板１２１と、を有している。つまり、枠体１２２は、双極板１２１をその外周側から支持している。このようなセルフレーム１２０は、例えば、双極板１２１の外周部に一体に枠体１２２を成形することで作製することができる。また、貫通窓の外周近傍を薄肉に形成した枠体１２２と、枠体１２２とは別に作製した双極板１２１とを用意し、枠体１２２の薄肉部に双極板２１の外周部を嵌めこむことで、セルフレーム２を作製することもできる。この場合、双極板２１は枠体２２に重ねられているだけでも良いし、接着されていても良い。このセルフレーム１２０の双極板１２１の一面側には正極電極１０４が接触するように配置され、双極板１２１の他面側には負極電極１０５が接触するように配置される。この構成では、隣接する各セルフレーム１２０に嵌め込まれた双極板１２１の間に一つのセル１００が形成されることになる。
　図３に示す給排板２１０を介したセル１００への電解液の流通は、セルフレーム１２０に形成される給液用マニホールド１２３，１２４、及び排液用マニホールド１２５，１２６により行われる。正極用電解液は、給液用マニホールド１２３からセルフレーム１２０の一面側（紙面表側）に形成される入口スリット１２３ｓを介して正極電極１０４に供給され、セルフレーム１２０の上部に形成される出口スリット１２５ｓを介して排液用マニホールド１２５に排出される。同様に、負極用電解液は、給液用マニホールド１２４からセルフレーム１２０の他面側（紙面裏側）に形成される入口スリット１２４ｓを介して負極電極１０５に供給され、セルフレーム１２０の上部に形成される出口スリット１２６ｓを介して排液用マニホールド１２６に排出される。各セルフレーム１２０間には、Ｏリングや平パッキンなどの環状シール部材１２７が配置され、サブスタック２００ｓからの電解液の漏れが抑制されている。
　以上説明したＲＦ電池１の基本構成を踏まえて、実施形態に係る枠体、セルフレーム、及びセルスタックを図４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，５，６に基づいて説明する。
　≪セルフレーム≫
　図４Ａに示すセルフレーム２は、従来のセルフレーム１２０（図２，３）と同様に双極板２１と枠体２２とを備える。この例では、図４Ａの紙面左右方向が枠体２２の幅方向、上下方向が枠体２２の長さ方向、奥行き方向が枠体２２の厚み方向であり、枠体２２の厚み＜枠体２２の長さ＜枠体２２の幅となっている。枠体２２の紙面下側の枠片には給液用マニホールド１２３，１２４が、紙面上側の枠片には排液用マニホールド１２５，１２６が配置されている。つまり、図４Ａのセルフレーム２では、紙面下側から上側に向う方向が電解液の流通方向であって、当該セルフレーム２は、流通方向の長さよりも、流通方向に直交する方向の長さが長い横長のセルフレーム２である。
　枠体２２の厚みは３ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることが好ましい。枠体２２の厚みを上記範囲とすることで、枠体２２の剛性を確保することができる。より好ましい枠体２２の厚さは、５ｍｍ以上８ｍｍ以下である。一方、枠体２２の長さと幅には特に制限はなく、ＲＦ電池に求められる性能に応じて適宜選択することができる。
　ここで、セルフレーム２は、図５に示すように、電解液の流通方向に長い縦長のセルフレーム２とすることもできる。つまり、枠体２２の厚み＜枠体２２の幅＜枠体２２の長さとなったセルフレーム２とすることもできる。図４Ａ，５のセルフレーム２はいずれもその外径（即ち、枠体２２の外形）が概略長方形であるが、セルフレーム２の外形は、概略円形であっても良いし、概略正方形であっても良い。
　　［切欠き］
　図４Ａ，５のセルフレーム２を含む本例のセルフレーム２の特徴の一つとして、セルフレーム２の枠体２２の外周端部２２Ｅに切欠き２５が設けられていることを挙げることができる。切欠き２５は、熱膨張によって枠体２２がその外方側に膨張したときに、枠体２２に作用する応力を低減する機能を持つ。切欠き２５があることで、枠体２２が膨張したときに切欠き２５が開くように枠体２２が変形するため、枠体２２に作用する応力が低減される。
　切欠き２５は、図４Ａの丸囲み拡大図に示すように、開口２５ａと、底２５ｂと、第一側壁２５ｃと、第二側壁２５ｄと、を有する。底２５ｂは、切欠き２５の最深部を含む部分である。側壁２５ｃ，２５ｄは、外周端部２２Ｅと底２５ｂとを繋ぐ部分である。この切欠き２５の形状は特に限定されない。例えば、切欠き２５の形状は、矩形状やＶ字状であっても良いし、図４Ａ，５に例示するような円弧状であっても良い。特に、円弧状の切欠き２５とすることで、切欠き２５の特定箇所に応力が集中し難くなるため、切欠き２５の位置で枠体２２に割れが生じることを抑制し易い。
　上述した切欠き２５の機能に鑑み、切欠き２５の開口２５ａから切欠き２５の最深部までの長さ、即ち切欠き２５の深さｄは、所定範囲内に納める。具体的には、深さｄは５ｍｍ以上６０ｍｍ以下とする。切欠き２５の深さ方向は、枠体２２の幅方向に沿っており、切欠き２５の深さｄを５ｍｍ以上とすることで枠体２２に作用する応力を効果的に低減できる。また、枠体２２の深さｄを６０ｍｍ以下とすることで切欠き２５による枠体２２の剛性の低下を効果的に抑制できる。切欠き２５を設けたことによる枠体２２の割れを抑制する効果と枠体２２の剛性の低下とのバランスを考慮し、深さｄは２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下とすることが好ましい。
　ここで、切欠き２５の深さｄは、枠体２２の厚みよりも大きいことが好ましい。そうすることで、枠体２２の剛性を大幅に低下させることなく、枠体２２に作用する応力を低減できる。
　切欠き２５の開口２５ａの幅ｗ（切欠き２５の開口２５ａの一端と他端の離隔長さ）も所定範囲に納めることが好ましい。具体的には、幅ｗは５ｍｍ以上６０ｍｍ以下とする。切欠き２５の幅ｗを５ｍｍ以上とすることで枠体２２に作用する応力を効果的に低減できる。また、枠体２２の幅ｗを６０ｍｍ以下とすることで切欠き２５による枠体２２の剛性の低下を効果的に抑制できる。切欠き２５を設けたことによる枠体２２の割れを抑制する効果と枠体２２の剛性の低下とのバランスを考慮し、幅ｗは２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下とすることが好ましい。
　ここで、切欠き２５の開口２５ａの幅ｗは、切欠き２５の深さｄよりも大きいことが好ましい。また、切欠き２５の開口２５ａの幅ｗは、枠体２２の厚みよりも大きいことが好ましい。そうすることで、枠体２２の剛性を大幅に低下させることなく、枠体２２に作用する応力を低減できる。
　切欠き２５は、枠体２２に一つだけ設けられていても良いし、図４Ａ，５に示すように複数設けられていても良い。複数の切欠き２５を設ける場合、枠体２２の外周端部２２Ｅの一辺にのみ設けるよりも、異なる辺にも設けることが好ましい。図４Ａに示す横長のセルフレーム２では、枠体２２の幅方向の外周端部２２Ｅである左右の短辺（側辺）にそれぞれ二つずつの切欠き２５が設けられている。また、図５に示す縦長のセルフレーム２では、枠体２２の幅方向の外周端部２２Ｅである左右の長辺（側辺）にそれぞれ二つずつの切欠き２５が設けられている。側辺に切欠き２５を形成しているのは、図４Ａ，５の側方の枠片の剛性が、下側及び上側の枠片の剛性よりも高く、過大な応力が作用し易いからである。枠体２２の長さ方向の端部側にある下側及び上側の枠片にはマニホールド１２３～１２６が形成されているため、変形の余地があり、割れ難くなっている。もちろん、図４Ａに示す枠体２２の長辺（上辺及び下辺）や図５に示す枠体２２の短辺（上辺及び下辺）にも切欠き２５を設けることができる。
　一つの辺上に複数の切欠き２５を設ける場合、最も近い位置にある二つの切欠き２５の間隔ｓは３０ｍｍ以上２００ｍｍ以下とすることが好ましい。ここで、上記間隔ｓとは、一方の切欠き２５の開口２５ａの中心から他方の切欠き２５の開口２５ａの中心までの距離のことである。間隔ｓを３０ｍｍ以上とすることで切欠き２５が密集することによる枠体２２の剛性の低下を抑制できる。また、間隔ｓを２００ｍｍ以下とすることで枠体２２の辺に作用する応力を効果的に低減できる。より好ましい間隔ｓは、５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下である。
　更に、枠体２２のうち、切欠き２５に沿った部分が薄肉となっていることが好ましい。具体的には、図４ＡのＢ－Ｂ断面図である図４Ｂに示すように、枠体２２の厚み方向に沿った面で、かつ底２５ｂを含む切断面において、枠体２２は、底２５ｂに向かうに従って徐々に薄肉となるように形成されていることが好ましい。また、図４ＡのＣ－Ｃ断面図である図４Ｃに示すように、枠体２２の厚み方向に沿った面で、かつ側壁２５ｄ（側壁２５ｃも同様）を含む切断面において、枠体２２は、側壁２５ｄに向かうに従って徐々に薄肉となるように形成されていることが好ましい。このような構成とすることで、二つのセルフレーム２を積層したとき、一方のセルフレーム２の枠体２２のうち、切欠き２５に沿った部分が、他方のセルフレーム２の枠体２２を損傷することを抑制できる。
　　［表面粗さ］
　図４Ａ，５に示すように、セルフレーム２は、セルスタック３（図６）における他のセルフレーム２に対向するフレーム対向面２０ｆ（クロスハッチング部分を参照）を有している。フレーム対向面２０ｆは、セルフレーム２におけるマニホールド１２３～１２６、スリット１２３ｓ～１２６ｓを除く部分である。本例では、上述したセルスタック３からの電解液の漏洩対策として、そのフレーム対向面２０ｆの表面粗さＲａ（ＪＩＳ　Ｂ０６０１：２００１の算術平均粗さ）を０．０３μｍ以上３．２μｍ以下としている。表面粗さＲａは、フレーム対向面２０ｆにおける１０箇所以上の領域を市販の測定器で測定し、それらの測定結果を平均することで求めることができる。
　フレーム対向面２０ｆの表面粗さＲａが０．０３μｍ以上であれば、積層したセルフレーム２のフレーム対向面２０ｆの間に適度な摩擦力が発生する。その結果、セルスタック３（図６）を運搬するときや、セルスタック３の内部に電解液を循環させたときに、隣接するセルフレーム２がズレ難くなる。また、フレーム対向面２０ｆの表面粗さＲａが３．２μｍ以下であれば、隣接するセルフレーム２の枠体２２間に大きな隙間ができ難い。そのため、表面粗さＲａ０．０３μｍ以上３．２μｍ以下のフレーム対向面２０ｆを備えるセルフレーム２を用いてセルスタック３を製造すれば、セルスタック３の内部に電解液を循環させたときに、セルスタック３から電解液が漏れ難くなる。フレーム対向面２０ｆの表面粗さＲａは０．０３μｍ以上３．２μｍ以下とすることが好ましく、更に０．０５μｍ以上１．５μｍ以下とすることが好ましい。
　≪セルスタック≫
　本実施形態のセルフレーム２を用いたセルスタック３の一例を図６に基づいて説明する。図６のセルスタック３は、図４Ａのセルフレーム２を複数積層して、一対のエンドプレート２２０で締め付けた構成を備える。図６に示す例では、エンドプレート２２０を締め付ける複数の締付機構２３０のうち、エンドプレート２２０の左右に設けられる締付機構２３０の締付軸３０が、枠体２２の切欠き２５の内部に配置されている。
　上記構成に示すように、締付軸３０を枠体２２の切欠き２５の内部に配置することで、セルフレーム２を締め付けるエンドプレート２２０として、図３に示す従来のエンドプレート２２０よりも横方向長さが短いエンドプレート２２０を使用することができる。エンドプレート２２０はセルスタック３の外形寸法を決定する部材であるので、エンドプレート２２０を小さくできればセルスタック３をコンパクトにできる。
　また、本例のセルスタック３では、枠体２２の熱膨張時に、切欠き２５の内部に配置される締付軸３０が切欠き２５の底２５ｂ（図４Ａの丸囲み拡大図）を当て止めする構成となっている。そのため、枠体２２の熱膨張時に切欠き２５が開き過ぎ、枠体２２が外方に変形し過ぎることを抑制でき、枠体２２に割れが生じることを抑制できる。
＜実施形態２＞
　実施形態２では、実施形態１の切欠き２５に加えて、枠体２２の外周端部２２Ｅを含む所定幅の外周部に薄肉領域２２Ｒを形成したセルフレーム２を備えるセルスタック３を図７Ａ～図７Ｆに基づいて説明する。図７Ａ～図７Ｆは、セルスタック３の部分縦断面図（枠体２２の厚み方向に沿った断面図）である。
　図７Ａ～７Ｆに示すように、薄肉領域２２Ｒは、枠体２２の中心から外周端部２２Ｅに向うに従って徐々に薄肉となる領域である。枠体２２に薄肉領域２２Ｒを設けることで、複数のセルフレーム２を積層したときや、積層したセルフレーム２を締め付けたときに、隣接する一方のセルフレーム２に備わる枠体２２の外周端部２２Ｅの角部が、他方のセルフレーム２の枠体２２に接触して他方のセルフレーム２が損傷することを抑制できる。その結果、セルフレーム２の枠体２２の損傷に伴う不具合、例えば隣接するセルフレーム２間から電解液が漏れるなどの不具合を回避することができる。
　薄肉領域２２Ｒの断面形状は、外周端部２２Ｅに向うに従って徐々に薄肉になる形状であれば特に限定されない。図７Ａでは、薄肉領域２２Ｒの断面形状が細長い等脚台形状に形成されている。薄肉領域２２Ｒと平面部との繋ぎ目部分（白抜き矢印参照）を曲面（断面においては曲線）とすることが好ましい。本例の薄肉領域２２Ｒの断面形状は、等脚台形の先端が丸み付けられた形状、いわゆるペンシルダウン形状である。そのため、セルフレーム２の平面に沿った方向における薄肉領域２２Ｒの形成開始位置から外周端部２２Ｅまでの長さＬ１は、セルフレーム２の厚み方向における外周端部２２Ｅからセルフレーム２の平面を延長した仮想面までの長さＬ２よりも長くなっている。長さＬ１は、例えば１ｍｍ以上３０ｍｍ以下とすることが好ましく、更に５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることが好ましい。また、長さＬ２は、セルフレーム２の厚さの１／２以下であれば特に限定されず、例えば０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下とすることが好ましく、更に１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
　図７Ｂに示す例では、薄肉領域２２Ｒの断面形状が、矩形の角部（点線参照）がＲ面取りされた形状に形成されている。面取り半径Ｒの値は、セルフレーム２の厚さの１／２以下であれば特に限定されない。例えば、面取り半径Ｒは、０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下とすることが好ましく、更に１．０ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
　図７Ｃに示す例では、薄肉領域２２Ｒの断面形状が、矩形の角部（点線参照）がＣ面取りされた形状に形成されている。薄肉領域２２Ｒと平面部との繋ぎ目部分（白抜き矢印参照）を曲面（断面においては曲線）とすることが好ましい。面取り長さＣの値は、セルフレーム２の厚さの１／２以下であれば特に限定されない。例えば、面取り長さＣは、０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下とすることが好ましく、更に１．０ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
　図７Ｄに示す例では、薄肉領域２２Ｒの断面形状が半円形（即ち曲線）形状に形成されている。この構成によっても、隣接する一方のセルフレーム２の繋ぎ目部分が、他方のセルフレーム２を損傷することを抑制できる。
　ここで、薄肉領域２２Ｒの断面形状が曲線のみで構成されていれば、その断面形状は半円形に限定されるわけではない。例えば、当該断面形状は、半楕円形であっても良いし、図７Ａの等脚台形の直線部分を丸めたような形状であっても良い。
　図７Ｅに示す例では、セルフレーム２の枠体２２の外周部のうち、一面側のみが厚み方向に傾斜することで薄肉領域２２Ｒが形成されている。そのため、薄肉領域２２Ｒの断面形状は、直角台形状に形成されている。この構成によっても、隣接するセルフレーム２の損傷を抑制することができる。
　図７Ｆに示すように、隣接するセルフレーム２の薄肉領域２２Ｒの形成幅が異なっていても良い。本例では、左右のセルフレーム２の薄肉領域２２Ｒが扁平な等脚台形状、真ん中のセルフレーム２の薄肉領域２２Ｒが細長い等脚台形状であるが、この組合せに限定されるわけではない。
＜実施形態３＞
　実施形態３では、隣接するセルフレーム２Ａ，２Ｂ（２Ｂ，２Ｃ）の外周端部２２Ｅをずらしたセルスタック３を図８に基づいて説明する。図８は、セルスタック３の部分縦断面図である。
　図８では、セルフレーム２Ａ（第一セルフレーム）とセルフレーム２Ｂ（第二セルフレーム）とでセルフレーム対４が構成され、セルフレーム２Ｂ（第一セルフレーム）とセルフレーム２Ｃ（第二セルフレーム）とでセルフレーム対５が構成されている。図８に示すように、セルフレーム対４における第一セルフレーム２Ａの枠体２２における外周端部２２Ｅと、第二セルフレーム２Ｂの枠体２２における外周端部２２Ｅとが、長さＬ３だけずれている。また、セルフレーム対５における第一セルフレーム２Ｂの枠体２２の外周端部２２Ｅと、第二セルフレーム２Ｃの外周端部２２Ｅとが、長さＬ４だけずれている。このように、異なるセルフレーム対４，５におけるずれ量（長さＬ３，Ｌ４）は異なっていても良い。
　外周端部２２Ｅのずれ量（長さＬ３，Ｌ４）は、０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下とする。外周端部２２Ｅのずれ量が０．５ｍｍ以上であれば、セルフレーム２Ａ（２Ｂ）の枠体２２における局所的に厚くなった部分と、セルフレーム２Ｂ（２Ｃ）の枠体２２における局所的に厚くなった部分とが、セルフレーム２Ａ，２Ｂ（２Ｂ，２Ｃ）の平面方向にずれる。その結果、締め付け時に各セルフレーム２Ａ，２Ｂ，２Ｃの枠体２２における局所的に厚くなった部分に過大な応力が作用し難くなり、当該部分に割れなどの不具合が生じ難くなる。一方、外周端部２２Ｅのずれ量が２０ｍｍ以下であれば、隣接するセルフレーム２Ａ，２Ｂ（２Ｂ，２Ｃ）のマニホールド１２３～１２６（図４Ａなど）がずれて、マニホールド１２３～１２６が閉塞することがない。上記外周端部２２Ｅのずれ量は、０．８ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることが好ましく、更には１．２ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることがより好ましい。
　図８では、二つのセルフレーム対４，５についてのみ説明を行なったが、本例では、セルスタック３に備わる全てのセルフレーム対において、第一セルフレームと第二セルフレームの外周端部２２Ｅがずれている。そうすることで、セルスタック３に備わる全てのセルフレームにおいて局所的に過剰な応力が作用することを抑制できる。本例と異なり、一部のセルフレーム対において、第一セルフレームと第二セルフレームの外周端部２２Ｅがずれている構成であっても、セルフレームに過剰な応力が作用することを抑制できる。なお、セルスタック３に備わる全てのセルフレームの最大ずれ量を２０ｍｍ以下とすることが好ましい。最大ずれ量とは、全てのセルフレームのうち、最も低い位置にあるセルフレームと最も高い位置にあるセルフレームとのずれ量のことである。
　≪その他≫
　図８に示す例では、隣接する二つのセルフレームが、セルスタックを設置する設置面を基準にして上下方向（鉛直方向に沿った長さ方向）にずれた状態を説明したが、左右方向（幅方向）にずれた状態としても良い。また、隣接する二つのセルフレームが、設置面を基準にして上下方向と左右方向の両方にずれた状態としても構わない。この場合、上下方向のずれ量と左右方向のずれ量はそれぞれ、０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下とする。
　その他、隣接する第一セルフレームと第二セルフレームとで、局所的に厚くなった部分をセルフレームの平面方向にずらす構成として、第一セルフレームに備わる枠体の大きさと、第二セルフレームに備わる枠体の大きさとを異ならせても構わない。大きさの異なる枠体を備えるセルフレームを重ねれば、積層方向に直交する方向から見た第一セルフレームに備わる枠体の外周端部と、第二セルフレームに備わる枠体の外周端部とがずれるし、第一セルフレームの枠体における局所的に厚くなった部分と、第二セルフレームの枠体における局所的に厚くなった部分とがセルフレームの平面方向にずれる。
＜実施形態４＞
　実施形態４では、実施形態２の構成と実施形態３の構成を組み合わせたセルスタック３を図９に基づいて説明する。図９は、セルスタック３の部分縦断面図である。
　図９に示すように、本例のセルスタック３では、隣接するセルフレーム２Ａ，２Ｂ（２Ｂ，２Ｃ）の外周端部２２Ｅをずらすだけでなく、各セルフレーム２Ａ，２Ｂ，２Ｃの枠体２２に薄肉領域２２Ｒを形成している。そうすることで、枠体２２の外周端部２２Ｅの角部によって、隣接するセルフレーム２Ａ，２Ｂ，２Ｃに過度な応力が作用することを抑制できる。ここで、図９に示す例では、薄肉領域２２Ｒの断面形状はペンシルダウン形状であるが、Ｒ面取りされた形状やＣ面取りされた形状などであっても良い。
＜試験例１＞
　試験例１では、図４Ａに示すセルフレーム２の略Ｕ字状の切欠き２５の幅ｗと深さｄが異なる複数のセルフレーム２を用いて複数のセルスタック３（試験体Ａ～Ｊ）を作製し、熱応力による影響を調べた。具体的には、各セルスタック３に０℃の電解液を循環させてセルフレーム２の温度を下げた後、６０℃の電解液を流通させてセルフレーム２の温度を上げ、熱応力がセルフレーム２の枠体２２に作用した状態を再現した。この操作を５回繰り返し、セルスタック３からの液漏れの有無を調べると共に、セルスタック３を解体してセルフレーム２の状態を目視で観察した。
　各試験体の切欠き２５の幅ｗと深さｄは以下の通りである。
・試験体Ａ…幅ｗ＝４ｍｍ、深さｄ＝４ｍｍ
・試験体Ｂ…幅ｗ＝５ｍｍ、深さｄ＝４ｍｍ
・試験体Ｃ…幅ｗ＝４ｍｍ、深さｄ＝５ｍｍ
・試験体Ｄ…幅ｗ＝５ｍｍ、深さｄ＝５ｍｍ
・試験体Ｅ…幅ｗ＝２０ｍｍ、深さｄ＝４０ｍｍ
・試験体Ｆ…幅ｗ＝４０ｍｍ、深さｄ＝４０ｍｍ
・試験体Ｇ…幅ｗ＝６０ｍｍ、深さｄ＝６０ｍｍ
・試験体Ｈ…幅ｗ＝６１ｍｍ、深さｄ＝６０ｍｍ
・試験体Ｉ…幅ｗ＝６０ｍｍ、深さｄ＝６１ｍｍ
・試験体Ｊ…幅ｗ＝６１ｍｍ、深さｄ＝６１ｍｍ
　試験体Ｅ，Ｆでは液漏れなどが生じることもなく、枠体２２も良好な状態であった。試験体Ｄ，Ｇでは液漏れの発生はみられなかったものの、枠体２２における応力が作用した部分に若干の白化が見られた。一方、試験体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｈ，Ｉ，Ｊでは若干液漏れが発生しており枠体２２などに亀裂が発生していた。
　将来的に、ＲＦ電池の出力を増加させるためにセルフレーム２の積層数を現状よりも多くし、セルフレーム２の締め付け圧力が高くなる可能性がある。また、ＲＦ電池の時間容量を増加させるために大量の電解液を現状よりも高圧で流通させる可能性もある。その際にセルフレーム２に対する負荷が高くなっても、切欠き２５の幅ｗ及び深さｄが所定範囲にある試験体Ｄから試験体Ｇのセルフレーム２であれば、枠体２２が割れ難く、セルスタック３からの電解液の漏れも抑制できる可能性がある。
＜試験例２＞
　試験例２では、略Ｕ字状の切欠き２５の幅ｗと深さｄが同じで、間隔ｓが異なる複数のセルフレーム２を用いて複数のセルスタック３（試験体Ｋ～Ｐ）を作製し、試験例１と同様の試験によって熱応力による影響を調べた。幅ｗと深さｄは共に５ｍｍである。
　各試験体の切欠き２５の間隔ｓは以下の通りである。
・試験体Ｋ…間隔ｓ＝２９ｍｍ
・試験体Ｌ…間隔ｓ＝３０ｍｍ
・試験体Ｍ…間隔ｓ＝５０ｍｍ
・試験体Ｎ…間隔ｓ＝１５０ｍｍ
・試験体Ｏ…間隔ｓ＝２００ｍｍ
・試験体Ｐ…間隔ｓ＝２０１ｍｍ
　試験体Ｍ，Ｎでは液漏れが生じることもなく、セルフレーム２も良好な状態であった。試験体Ｌ，Ｏでは液漏れの発生はみられなかったもののフレームに若干の白化が見られた。試験体Ｋ，Ｐでは若干液漏れが発生しており、セルフレーム２などに亀裂が発生していた。この結果から、切欠き２５の間隔ｓを適切な範囲に調整することで、枠体２２の割れを抑制できることが分かった。
＜試験例３＞
　試験例３では、図４Ａに示すセルフレーム２のフレーム対向面２０ｆの表面粗さの相違が、セルスタック３における電解液の漏洩に及ぼす影響を調べた。具体的には、フレーム対向面２０ｆの表面粗さが異なる５つのセルスタック３（試験体Ｑ～Ｕ）を用意し、各セルスタック３の内部に電解液を循環させ、セルスタック３の外部に電解液が漏れるか否かを試験した。試験体Ｑ～Ｕの概略構成は以下の通りである。
・試験体Ｑ…フレーム対向面２０ｆの表面粗さＲａ＝０．０３μｍ
・試験体Ｒ…フレーム対向面２０ｆの表面粗さＲａ＝１．５μｍ
・試験体Ｓ…フレーム対向面２０ｆの表面粗さＲａ＝３．２μｍ
・試験体Ｔ…フレーム対向面２０ｆの表面粗さＲａ＝０．０１μｍ
・試験体Ｕ…フレーム対向面２０ｆの表面粗さＲａ＝３．５μｍ
　各試験体Ｑ～Ｕの内部に電解液を流通させる。その際、流通させる電解液の圧力を徐々に大きくする。その結果、試験体Ｔにおける隣接するセルフレームの一部がズレて、そのズレた部分から電解液が漏れる。また、試験体Ｕでは隣接するセルフレームにズレは生じなかったが、電解液が漏れる。これに対して、同じ圧力で電解液が流通された試験体Ｑ，Ｒ，Ｓでは、隣接するセルフレームのズレも、電解液の漏れも生じない。
　この試験例の結果から、セルフレームのフレーム対向面の表面粗さを所定範囲内にすることが、セルスタックからの電解液の漏れを抑制する上で有効であることが分かった。
＜試験例４＞
　試験例４では、セルスタック３（図８）に備わる全てのセルフレーム対４，５における外周端部２２Ｅのずれ量が０．５ｍｍ～３．０ｍｍ前後であるセルスタック（試験体Ｗ）を用意した。また、セルスタック３に備わる全てのセルフレーム対４，５における外周端部２２Ｅのずれ量が０．３ｍｍ前後であるセルスタック(試験体Ｘ)を用意した。そして、セルスタック３の締付機構２３０の締め付け力を徐々に大きくしていった。その結果、所定の締め付け力となったときに、試験体Ｘに備わるセルフレーム２の枠体２２に割れが生じたが、同じ締め付け力で締め付けられた試験体Ｗに備わるセルフレーム２の枠体２２には割れが生じなかった。
　この試験例４の結果から、セルフレーム対４，５を構成する第一セルフレーム２Ａ（２Ｂ）に備わる枠体２２の外周端部２２Ｅと、第二セルフレーム２Ｂ（２Ｃ）に備わる枠体２２の外周端部２２Ｅとを０．５ｍｍ以上ずらすことが、セルスタック３の締め付け時のセルフレーム２Ａ，２Ｂ，２Ｃの割れを抑制する上で有効であることが分かった。
＜用途＞
　実施形態の枠体、セルフレーム、及びセルスタックは、ＲＦ電池などの流体流通型の蓄電池の構築に好適に利用可能である。また、実施形態のセルスタックを備えるＲＦ電池は、太陽光発電、風力発電などの新エネルギーの発電に対して、発電出力の変動の安定化、発電電力の余剰時の蓄電、負荷平準化などを目的とした蓄電池として利用できる。その他、実施形態のセルスタックを備えるＲＦ電池は、一般的な発電所に併設されて、瞬低・停電対策や負荷平準化を目的とした大容量の蓄電池としても利用することができる。
１　ＲＦ電池（レドックスフロー電池）
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，１２０　セルフレーム
　２１，１２１　双極板
　２２，１２２　枠体　２５　切欠き　２２Ｅ　外周端部　２２Ｒ　薄肉領域
　２５ａ　開口　２５ｂ　底　２５ｃ　第一側壁　２５ｄ　第二側壁
　２０ｆ　フレーム対向面
　１２３，１２４　給液用マニホールド　１２５，１２６　排液用マニホールド
　１２３ｓ，１２４ｓ　入口スリット　１２５ｓ，１２６ｓ　出口スリット
　１２７　環状シール部材
３　セルスタック
　３０　締付軸
４，５　セルフレーム対
１００　セル　１０１　隔膜　１０２　正極セル　１０３　負極セル
　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　正極電解液用タンク
　１０７　負極電解液用タンク　１０８，１０９，１１０，１１１　導管
　１１２，１１３　ポンプ
２００　セルスタック
　２００ｓ　サブスタック
　２１０　給排板　２２０　エンドプレート　２３０　締付機構

Claims (24)

  1. 　レドックスフロー電池に用いられる枠体であって、
    　前記枠体は、外周端部を有し、
    　前記外周端部は、切欠きを備え、
    　前記切欠きの深さは５ｍｍ以上６０ｍｍ以下である枠体。
  2. 　前記切欠きは、開口を有し、
    　前記開口の幅は５ｍｍ以上６０ｍｍ以下である請求項１に記載の枠体。
  3. 　前記枠体は、前記切欠きを複数備え、
    　最も近い位置にある二つの前記切欠きの間隔は３０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である請求項１または請求項２に記載の枠体。
  4. 　前記枠体は、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の厚みを有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の枠体。
  5. 　前記切欠きは、開口と底と側壁とを有し、
    　前記切欠きは、前記開口から前記底までの最短距離で定義される深さを有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の枠体。
  6. 　前記枠体は、前記枠体の軸方向に沿った厚みと、前記軸方向に直交して互いに直角方向に延びる長さ及び幅を有し、
    　前記厚みは、前記長さよりも短く、前記幅よりも短い請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の枠体。
  7. 　前記切欠きは、前記外周端部のうち、少なくとも前記枠体の幅方向に交差する箇所に形成されており、
    　前記切欠きは、前記切欠きの深さ方向が前記幅方向に沿うように形成されている請求項６に記載の枠体。
  8. 　前記枠体は、前記枠体の長さ方向に交差する部分にマニホールドを備える請求項７に記載の枠体。
  9. 　前記切欠きの前記開口の幅の方が、前記切欠きの前記深さよりも大きい請求項２に記載の枠体。
  10. 　前記切欠きの前記深さの方が、前記枠体の前記厚みよりも大きい請求項４に記載の枠体。
  11. 　前記切欠きの前記開口の幅の方が、前記枠体の厚みよりも大きい請求項２に記載の枠体。
  12. 　前記枠体は、前記外周端部を含む所定幅の外周部を有し、
    　前記外周部は、前記枠体の中心側から前記外周端部側に向うに従って徐々に薄肉となる薄肉領域を備える請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の枠体。
  13. 　前記枠体の厚み方向に沿った切断面において、前記薄肉領域の断面形状は、ペンシルダウン形状、Ｒ面取りされた形状、Ｃ面取りされた形状のいずれかを有する請求項１２に記載の枠体。
  14. 　前記枠体の厚み方向に沿った面で、かつ前記底を含む切断面において、前記枠体は、前記底に向かうに従って徐々に薄肉となるように形成されている請求項５に記載の枠体。
  15. 　前記枠体の厚み方向に沿った面で、かつ前記側壁を含む切断面において、前記枠体は、前記側壁に向かうに従って徐々に薄肉となるように形成されている請求項５に記載の枠体。
  16. 　前記枠体の前記長さは、前記枠体の前記幅よりも長い請求項６に記載の枠体。
  17. 　前記枠体の前記長さは、前記枠体の前記幅よりも短い請求項６に記載の枠体。
  18. 　前記枠体は、前記枠体を複数積層したときに、積層方向に隣接する他の枠体に対向するフレーム対向面を備え、
    　前記フレーム対向面の表面粗さＲａが０．０３μｍ以上３．２μｍ以下である請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の枠体。
  19. 　請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の枠体と、
    　前記枠体に一体化された双極板と、を備えるセルフレーム。
  20. 　複数の積層されたセルフレームを含む積層体と、
    　前記積層体をその積層方向の両端側から挟み込む一対のエンドプレートと、
    　一対の前記エンドプレートを締め付ける締付軸を含む複数の締付機構と、を備えるセルスタックであって、
    　前記セルフレームは、請求項１９に記載のセルフレームであり、
    　少なくとも一部の前記締付機構に備わる前記締付軸が、前記枠体の前記切欠きの内部に配置されるセルスタック。
  21. 　複数の積層されたセルフレームを含む積層体と、
    　前記積層体をその積層方向の両端側から挟み込む一対のエンドプレートと、
    　一対の前記エンドプレートを締め付ける締付軸を含む複数の締付機構と、を備えるセルスタックであって、
    　前記セルフレームは、請求項１９に記載のセルフレームであり、
    　前記積層方向に隣接する一対の前記セルフレームをそれぞれ第一セルフレームと第二セルフレームとし、前記第一セルフレームと前記第二セルフレームとの組み合わせをセルフレーム対としたとき、
    　前記セルフレーム対において、
    　前記第一セルフレームに備わる前記枠体の前記外周端部は、前記第二セルフレームに備わる前記枠体の前記外周端部に対して、前記積層方向と交差する方向に０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下ずれているセルスタック。
  22. 　請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の枠体を有するレドックスフロー電池。
  23. 　請求項１９に記載のセルフレームを有するレドックスフロー電池。
  24. 　請求項２０または請求項２１に記載のセルスタックを有するレドックスフロー電池。
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