(57)【要約】【課題】電解液の流通性に優れ、かつ電池反応を効率よく行えるレドックスフロー電池を構築可能な双極板を提供する。【解決手段】レドックスフロー電池に用いられる電池セル内において電極に対向して配置される双極板であって、電解液の供給側から前記電解液の排出側に向かって並ぶ複数の区画と、隣り合う前記区画間に配置され、前記電解液が流通する第一の流路とを備え、前記各区画は、前記電極と接触する複数の島状部と、隣り合う前記島状部間に配置され、前記電解液が流通する第二の流路とを備え、前記第二の流路は、前記区画における前記供給側の縁部に開口する流入口と、前記区画における前記排出側の縁部に開口する流出口とを備え、前記第一の流路と前記第二の流路とは連続しており、隣り合う前記区画のうち、前記供給側の区画に備わる前記流出口は、前記排出側の区画に備わる前記島状部に対向して配置される、双極板。【選択図】図３
2020170694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レドックスフロー電池に用いられる電池セル内において電極に対向して配置される双極板であって、
電解液の供給側から前記電解液の排出側に向かって並ぶ複数の区画と、
隣り合う前記区画間に配置され、前記電解液が流通する第一の流路とを備え、
前記各区画は、
前記電極と接触する複数の島状部と、
隣り合う前記島状部間に配置され、前記電解液が流通する第二の流路とを備え、
前記第二の流路は、
前記区画における前記供給側の縁部に開口する流入口と、
前記区画における前記排出側の縁部に開口する流出口とを備え、
前記第一の流路と前記第二の流路とは連続しており、
隣り合う前記区画のうち、前記供給側の区画に備わる前記流出口は、前記排出側の区画に備わる前記島状部に対向して配置される、
双極板。
【請求項２】
電極と、前記電極に対向して配置される双極板とを備える電池セルであって、
前記電極及び前記双極板の少なくとも一方は、
電解液の供給側から前記電解液の排出側に向かって並ぶ複数の区画と、
隣り合う前記区画間に配置され、前記電解液が流通する第一の流路とを備え、
前記各区画は、
前記電解液の流通を阻害する複数の島状部と、
隣り合う前記島状部間に配置され、前記電解液が流通する第二の流路とを備え、
前記第二の流路は、
前記区画における前記供給側の縁部に開口する流入口と、
前記区画における前記排出側の縁部に開口する流出口とを備え、
前記第一の流路と前記第二の流路とは連続しており、
隣り合う前記区画のうち、前記供給側の区画に備わる前記流出口は、前記排出側の区画に備わる前記島状部に対向して配置される、
電池セル。
【請求項３】
前記各区画における前記島状部と前記第二の流路との並び方向を幅方向とし、
前記各区画における前記第二の流路の合計幅が、前記区画の幅に対して０．０１以上０．５未満である請求項２に記載の電池セル。
【請求項４】
前記区画の数が２以上１００以下である請求項２又は請求項３に記載の電池セル。
【請求項５】
前記区画及び前記第一の流路が前記双極板に設けられている請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の電池セル。
【請求項６】
前記第一の流路及び前記第二の流路は溝を含む請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の電池セル。
【請求項７】
請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の電池セルを備える、
セルスタック。
【請求項８】
請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の電池セル、又は請求項７に記載のセルスタックを備える、
レドックスフロー電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、双極板、電池セル、セルスタック、及びレドックスフロー電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電極に電解液を供給して電池反応を行うレドックスフロー電池が開示されている。レドックスフロー電池は、正極電解液が供給される正極電極と、負極電解液が供給される負極電極と、両電極間に介在される隔膜とを備える電池セルを構成単位とする。通常、複数の電池セルが双極板を介して積層されてセルスタックが構成される。双極板の表裏面には、それぞれ正極電極及び負極電極が配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１２２２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電解液の流通性に優れ、かつ電池反応を効率よく行えるレドックスフロー電池が望まれている。
【０００５】
そこで、本開示は、電解液の流通性に優れ、かつ電池反応を効率よく行えるレドックスフロー電池を構築可能な双極板を提供することを目的の一つとする。また、本開示は、電解液の流通性に優れ、かつ電池反応を効率よく行えるレドックスフロー電池を構築可能な電池セルを提供することを目的の一つとする。更に、本開示は、電解液の流通性に優れ、かつ電池反応を効率よく行えるレドックスフロー電池を構築可能なセルスタックを提供することを目的の一つとする。更に、本開示は、電解液の流通性に優れ、かつ電池反応を効率よく行える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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の双極板は、
レドックスフロー電池に用いられる電池セル内において電極に対向して配置される双極板であって、
電解液の供給側から前記電解液の排出側に向かって並ぶ複数の区画と、
隣り合う前記区画間に配置され、前記電解液が流通する第一の流路とを備え、
前記各区画は、
前記電極と接触する複数の島状部と、
隣り合う前記島状部間に配置され、前記電解液が流通する第二の流路とを備え、
前記第二の流路は、
前記区画における前記供給側の縁部に開口する流入口と、
前記区画における前記排出側の縁部に開口する流出口とを備え、
前記第一の流路と前記第二の流路とは連続しており、
隣り合う前記区画のうち、前記供給側の区画に備わる前記流出口は、前記排出側の区画に備わる前記島状部に対向して配置される。
【０００７】
本開示の電池セルは、
電極と、前記電極に対向して配置される双極板とを備える電池セルであって、
前記電極及び前記双極板の少なくとも一方は、
電解液の供給側から前記電解液の排出側に向かって並ぶ複数の区画と、
隣り合う前記区画間に配置され、前記電解液が流通する第一の流路とを備え、
前記各区画は、
前記電解液の流通を阻害する複数の島状部と、
隣り合う前記島状部間に配置され、前記電解液が流通する第二の流路とを備え、
前記第二の流路は、
前記区画における前記供給側の縁部に開口する流入口と、
前記区画における前記排出側の縁部に開口する流出口とを備え、
前記第一の流路と前記第二の流路とは連続しており、
隣り合う前記区画のうち、前記供給側の区画に備わる前記流出口は、前記排出側の区画に備わる前記島状部に対向して配置される。
【０００８】
本開示のセルスタックは、本開示の電池セルを備える。
【０００９】
本開示のレドックスフロー電池は、本開示の電池セル、又は本開示のセルスタックを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の双極板、電池セル、及びセルスタックは、電解液の流通性に優れ、かつ電池反応を効率よく行えるレドックスフロー電池を構築できる。本開示のレドックスフロー電池は、電解液の流通性に優れ、かつ電池反応を効率よく行える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態１のレドックスフロー電池の基本構造を模式的に示す説明図である。
【図２】図２は、実施形態１の電池セル及びセルスタックの概略構成図である。
【図３】図３は、実施形態１の双極板を示す概略平面図である。
【図４】図４は、変形例１−１の双極板を示す概略平面図である。
【図５】図５は、変形例１−２の双極板を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
【００１３】
（１）本開示に係る双極板は、
レドックスフロー電池に用いられる電池セル内において電極に対向して配置される双極板であって、
電解液の供給側から前記電解液の排出側に向かって並ぶ複数の区画と、
隣り合う前記区画間に配置され、前記電解液が流通する第一の流路とを備え、
前記各区画は、
前記電極と接触する複数の島状部と、
隣り合う前記島状部間に配置され、前記電解液が流通する第二の流路とを備え、
前記第二の流路は、
前記区画における前記供給側の縁部に開口する流入口と、
前記区画における前記排出側の縁部に開口する流出口とを備え、
前記第一の流路と前記第二の流路とは連続しており、
隣り合う前記区画のうち、前記供給側の区画に備わる前記流出口は、前記排出側の区画に備わる前記島状部に対向して配置される。
【００１４】
本開示の双極板は、電解液が流通する第一の流路と第二の流路とを備える。第一の流路と第二の流路とは、双極板における電解液の供給側から排出側に向かって連続している。そのため、本開示の双極板は、電解液の流通性に優れる。電解液の流通性に優れると、電極に供給される電解液量を十分に確保できることから電池反応性を向上でき、かつ圧力損失の増大を抑制できる。
【００１５】
本開示の双極板には、第一の流路によって複数の区画が形成される。区画上での電解液の流れは、第二の流路に沿った流れと、島状部を伝って電極へ拡散するような流れとを形成する。島状部を伝って電極へ拡散するように流れる電解液は、電極内を流通し、電極と良好に電池反応を行う。一方、第二の流路を流通する電解液の大部分は、区画を挟んで設けられる供給側の第一の流路から排出側の第一の流路に向かって素通りする。具体的には、一つの区画において、第二の流路を流通する電解液の大部分は、電極に接触し難い領域を流通し、電極内に拡散し難いため、電池反応を行わずに未反応のまま排出側の第一の流路に流れる。本開示の双極板は、隣り合う区画のうち、供給側の区画に備わる第二の流路の流出口が、排出側の区画に備わる島状部に対向して配置されている。そのため、供給側の区画において第二の流路を流通した電解液は、排出側の区画において島状部に突き当たる。島状部に突き当たった電解液は、島状部を伝って電極へ拡散し易い。つまり、供給側の区画に備わる第二の流路を流通した電解液が実質的に電極と電池反応を行わなかったとしても、その電解液が排出側の区画に備わる島状部を伝って電極へ拡散することで電極と電池反応を行い易い。以上より、本開示の双極板は、電極と電池反応を行わずに未反応のまま電池セル内を通過する電解液量を大幅に低減できることで、電池反応を効率よく行える。
【００１６】
（２）本開示に係る電池セルは、
電極と、前記電極に対向して配置される双極板とを備える電池セルであって、
前記電極及び前記双極板の少なくとも一方は、
電解液の供給側から前記電解液の排出側に向かって並ぶ複数の区画と、
隣り合う前記区画間に配置され、前記電解液が流通する第一の流路とを備え、
前記各区画は、
前記電解液の流通を阻害する複数の島状部と、
隣り合う前記島状部間に配置され、前記電解液が流通する第二の流路とを備え、
前記第二の流路は、
前記区画における前記供給側の縁部に開口する流入口と、
前記区画における前記排出側の縁部に開口する流出口とを備え、
前記第一の流路と前記第二の流路とは連続しており、
隣り合う前記区画のうち、前記供給側の区画に備わる前記流出口は、前記排出側の区画に備わる前記島状部に対向して配置される。
【００１７】
本開示の電池セルは、電解液が流通する第一の流路と第二の流路とを備える。第一の流路と第二の流路とは、電池セルにおける電解液の供給側から排出側に向かって連続している。そのため、本開示の電池セルは、電解液の流通性に優れる。電解液の流通性に優れると、電極に供給される電解液量を十分に確保できることから電池反応性を向上でき、かつ圧力損失の増大を抑制できる。
【００１８】
本開示の電池セルには、第一の流路によって複数の区画が形成される。複数の区画は、双極板と電極の少なくとも一方に形成される。双極板に区画を備える場合、島状部には電解液が流通しない。よって、区画上での電解液の流れは、第二の流路に沿った流れと、島状部を伝って電極へ拡散するような流れとを形成する。島状部を伝って電極へ拡散するように流れる電解液は、電極内を流通し、電極と良好に電池反応を行う。一方、第二の流路を流通する電解液の大部分は、区画を挟んで設けられる供給側の第一の流路から排出側の第一の流路に向かって素通りする。具体的には、一つの区画において、第二の流路を流通する電解液の大部分は、電極に接触し難い領域を流通し、電極内に拡散し難いため、電池反応を行わずに未反応のまま排出側の第一の流路に流れる。
【００１９】
電極に区画を備える場合、電解液は、第一の流路又は第二の流路に比較して、島状部に電解液が流通し難い。よって、区画上での電解液の流れは、第二の流路に沿った流れと、島状部に染み込むような流れとを形成する。島状部に染み込むように流れる電解液は、電極と良好に電池反応を行う。一方、第二の流路を流通する電解液の大部分は、電極に接触し難い領域を流通し、電極内に拡散し難いため、電池反応を行わずに未反応のまま排出側の第一の流路に流れる。
【００２０】
双極板と電極のいずれに区画を備えたとしても、本開示の電池セルは、隣り合う区画のうち、供給側の区画に備わる第二の流路の流出口が、排出側の区画に備わる島状部に対向して配置されている。そのため、供給側の区画において第二の流路を流通した電解液は、排出側の区画において島状部に突き当たる。島状部に突き当たった電解液は、双極板に区画を備える場合には、島状部を伝って電極へ拡散し易く、電極に区画を備える場合には、島状部に染み込むように流れ易い。つまり、供給側の区画に備わる第二の流路を流通した電解液が実質的に電極と電池反応を行わなかったとしても、その電解液が排出側の区画に備わる島状部を伝って電極へ拡散する又は染み込むことで電極と電池反応を行い易い。以上より、本開示の電池セルは、電極と電池反応を行わずに未反応のまま電池セル内を通過する電解液量を大幅に低減できることで、電池反応を効率よく行える。
【００２１】
（３）本開示の電池セルの一例として、
前記各区画における前記島状部と前記第二の流路との並び方向を幅方向とし、
前記各区画における前記第二の流路の合計幅が、前記区画の幅に対して０．０１以上０．５未満である形態が挙げられる。
【００２２】
上記形態によれば、電解液の流通性及び電池反応性の双方をバランスよく向上し易い。区画の幅に対する第二の流路の合計幅が０．０１以上であることで、電解液の流通性を向上し易い。一方、区画の幅に対する第二の流路の合計幅が０．５未満であることで、隣り合う区画のうち、供給側の区画に備わる第二の流路の流出口を、排出側の区画に備わる島状部に対向するように配置し易く、電池反応性を向上し易い。
【００２３】
（４）本開示の電池セルの一例として、
前記区画の数が２以上１００以下である形態が挙げられる。
【００２４】
上記形態によれば、電解液の流通性及び電池反応性の双方を効率的に向上し易い。区画の数が２以上であることで、電解液と電極とが電池反応を行う確率を高め易く、電池反応をより効率よく行える。区画の数が多いほど上記確率を高め易いが、１００超だとその効果に顕著な差は見られない傾向にあると考えられる。よって、区画の数が１００以下であることで、電池反応を十分に効率よく行え、かつ区画を形成する時間を低減できる。
【００２５】
（５）本開示の電池セルの一例として、
前記区画及び前記第一の流路が前記双極板に設けられている形態が挙げられる。
【００２６】
上記形態によれば、区画及び第一の流路を電池セルに設け易い。双極板には流路を形成し易いからである。また、双極板に流路を形成することで、電極の種類によらず、経時的に流路の形状を保持し易いからである。
【００２７】
（６）本開示の電池セルの一例として、
前記第一の流路及び前記第二の流路は溝を含む形態が挙げられる。
【００２８】
上記形態によれば、第一の流路及び第二の流路を電池セルに設け易い。溝は、双極板及び電極のいずれに対しても容易に形成できるからである。
【００２９】
（７）本開示に係るセルスタックは、
上記（２）から（６）のいずれか一つの電池セルを備える。
【００３０】
本開示のセルスタックは、上述の本開示の電池セルを備えるため、電解液の流通性に優れ、かつ電池反応を効率よく行えるレドックスフロー電池を構築できる。
【００３１】
（８）本開示に係るレドックスフロー電池は、
上記（２）から（６）のいずれか一つの電池セル、又は上記（７）のセルスタックを備える。
【００３２】
本開示のレドックスフロー電池は、上述の本開示の電池セル、又は上述の本開示のセルスタックを備えるため、電解液の流通性に優れ、かつ電池反応を効率よく行える。
【００３３】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。図中の同一符号は、同一名称物を示す。
【００３４】
≪実施形態１≫
実施形態の電池セルの特徴の一つは、電池セル内を流通する電解液の流通性を向上させると共に、電池反応性を向上させる構成を、電極及び双極板の少なくとも一方に備える点にある。実施形態１では、上記構成を双極板に備える。以下では、まず、図１及び図２を参照して、実施形態の電池セル、セルスタック、レドックスフロー電池（ＲＦ電池）の基本構成を説明する。その後、図３を参照して、実施形態１の双極板の構成を詳細に説明する。
【００３５】
〔電池セル〕
電池セル１は、図１及び図２に示すように、正極セル１Ａと負極セル１Ｂとを備える。正極セル１Ａは、正極電極１３と、隔膜１１と、双極板２とを備える。負極セル１Ｂは、負極電極１４と、隔膜１１と、双極板２とを備える。双極板２は、後述するセルフレーム４として利用される。
【００３６】
ＲＦ電池１０が単セル電池である場合、一つの正極セル１Ａと一つの負極セル１Ｂとを備える。ＲＦ電池１０が多セル電池である場合、正極セル１Ａと負極セル１Ｂとの組を複数組備える。正極セル１Ａと負極セル１Ｂとの組を複数備える多セル電池は、代表的にはセルスタック５を備える。電池セル１は、代表的には後述のセルフレーム４を用いて構築される。
【００３７】
〈電極〉
正極電極１３及び負極電極１４は、正極電解液や負極電解液に含まれる活物質（イオン）が電池反応を行う反応場である。正極電極１３及び負極電極１４は、導電性を有する多孔体で形成されている。多孔体で形成された正極電極１３及び負極電極１４は、空孔を有するため、正極電極１３内及び負極電極１４内に電解液を流通させることができる。以下の説明において、正極電極１３及び負極電極１４の少なくとも一方を電極１２として説明することがある。電極１２は、例えば炭素系材料の繊維集合体、多孔質の金属部材等が挙げられる。炭素系材料の繊維集合体は、例えば、カーボンフェルト、カーボンペーパー、カーボンクロス等が挙げられる。公知の電極材を利用してもよい。
【００３８】
電極１２の透過率は、例えば１×１０−１３ｍ２以上１×１０−１０ｍ２以下であることが挙げられる。透過率は、電解液の流通のし易さを示す指標である。透過率が高いほど電極１２に電解液が流れ易いことを示す。透過率が１×１０−１３ｍ２以上であることで、電極１２における電解液の流通抵抗が小さくなり、電極１２に流れる電解液の圧力損失をより低減できる。また、透過率が１×１０−１３ｍ２以上であれば、電極１２に電解液が拡散し易く、電極１２の広範囲に電解液を行き渡らせ易い。透過率が高過ぎると、電池反応せずに未反応のまま電極１２内を通過する電解液の割合が多くなり、電極１２において電池反応が生じ難くなる。よって、透過率が１×１０−１０ｍ２以下であることで、未反応のまま電極１２内を通過する電解液を低減でき、電極１２において電池反応が生じ易い。電極の透過率は、更に２×１０−１３ｍ２以上０．８×１０−１０ｍ２以下であることが挙げられる。
【００３９】
透過率は、電極１２の透過抵抗の逆数であり、ΔＰ＝（ｈ／Ｋ）μ（Ｑ／ｗｄ）で示される式（ダルシー・ワイズバッハの式と呼ばれる）により求められる。Ｋは透過率（ｍ２）である。ΔＰは圧力損失（Ｐａ）、Ｑは電極１２に供給される流体の流量（ｍ３／ｓ）、μは流体の粘度（Ｐａ・ｓ）、ｈは電極１２の長さ（ｍ）、ｗは電極１２の幅（ｍ）、ｄは電極１２の厚み（ｍ）をそれぞれ示す。電極１２の厚みは、電池セル１に電極１２を組み込んだときにおける圧縮状態での電極１２の厚みとする。透過率は、流体の種類によらず電極１２固有の値であり、粘度が既知の流体（水等）を用いて測定することができる定数である。電極１２の透過率は、特許文献１に記載された測定方法を用いて求めることができる。
【００４０】
〈隔膜〉
隔膜１１は、正極電極１３と負極電極１４との間を分離すると共に、所定のイオンを透過する部材である。隔膜１１は、例えば、イオン交換膜、多孔質膜等を利用できる。
【００４１】
〔ＲＦ電池〕
ＲＦ電池１０は、電解液循環型の蓄電池の一つである。ＲＦ電池１０は、電池セル１（セルスタック５でもよい）と、電池セル１に電解液を供給する循環機構とを備える。代表的には、ＲＦ電池１０は、図１に示すように、介在機器６を介して、発電部７と負荷８とに接続される。介在機器６は、例えば交流／直流変換器、変電設備等が挙げられる。発電部７は、例えば太陽光発電機、風力発電機、その他一般の発電所等が挙げられる。負荷８は、例えば電力系統や需要家等が挙げられる。ＲＦ電池１０は、発電部７を電力供給源として充電を行い、負荷８を電力提供対象として放電を行う。ＲＦ電池１０は、負荷平準化、瞬低補償や非常用電源、太陽光発電や風力発電といった自然エネルギー発電の出力平滑化等に利用される。
【００４２】
〈循環機構〉
循環機構は、正極タンク１６と、負極タンク１７と、往路配管１６１，１７１と、復路配管１６２，１７２と、ポンプ１８，１９とを備える（図１）。正極タンク１６は、正極電極１３に循環供給する正極電解液を貯留する。往路配管１６１及び復路配管１６２は、正極タンク１６と正極セル１Ａとの間を接続する。負極タンク１７は、負極電極１４に循環供給する負極電解液を貯留する。往路配管１７１及び復路配管１７２は、負極タンク１７と負極セル１Ｂとの間を接続する。ポンプ１８，１９はそれぞれ、往路配管１６１，１７１に接続されて、正極セル１Ａ，負極セル１Ｂに電解液を循環供給する。図１の黒矢印は、電解液の流れを例示する。
【００４３】
〈電解液〉
電解液には、活物質となるイオンを含む溶液が利用できる。代表的には、上記イオンと、酸とを含む水溶液が挙げられる。図１では、正負の活物質としてバナジウムイオンを含む全バナジウム系ＲＦ電池を例示する。正極活物質としてマンガンイオンを含み、負極活物質としてチタンイオンを含むＭｎ−Ｔｉ系ＲＦ電池等、公知の組成の電解液を利用できる。
【００４４】
〈セルフレーム〉
セルフレーム４は、双極板２と、枠体４０とを備える。枠体４０は、双極板２を支持すると共に、双極板２に配置される電極１２への電解液の供給、電極１２からの電解液の排出に利用される電気絶縁性の部材である。単セル電池又は多セル電池の端部に利用されるセルフレーム４では、双極板２の片面に正極電極１３又は負極電極１４が配置される。多セル電池の中間部に利用されるセルフレーム４では、一つの双極板２の両面を挟むように、片面に正極電極１３が配置され、反対面に負極電極１４が配置される。
【００４５】
枠体４０は、図２に示すように、双極板２の周縁側の領域を覆うように設けられる。枠体４０は、窓部４１と、電解液の供給路及び排出路とを備える。窓部４１は、枠体４０の中央部に設けられて、双極板２における電極１２が配置される領域を露出させる。図２は、枠体４０として、外形が長方形であり、かつ長方形の窓部４１を有する形状の場合を例示する。枠体４０の外形、窓部４１の形状は適宜変更できる。
【００４６】
代表的には、枠体４０は、片面に正極側の供給路及び排出路、反対面に負極側の供給路及び排出路を備える。上記供給路は、給液マニホールド４３（正極），４４（負極）と、給液マニホールド４３，４４から窓部４１に至るスリット等とを備える。上記排出路は、排液マニホールド４５（正極），４６（負極）と、窓部４１から排液マニホールド４５，４６に至るスリット等とを備える。枠体４０の窓部４１の内周縁において、上記供給路のスリットの開口箇所及びその近傍箇所は、電解液の供給縁２ｉとして利用される。上記窓部４１の内周縁において、上記排出路のスリットの開口箇所及びその近傍箇所は、電解液の排出縁２ｏとして利用される。その他、本例の枠体４０は、シール材４８を備えており、隣り合うセルフレーム４間を液密に保持する（図１）。
【００４７】
枠体４０の構成材料は、電解液に対する耐性及び電気絶縁性を有する材料、例えば塩化ビニル樹脂等の樹脂が挙げられる。枠体４０は、例えば分割片の組物が挙げられる。双極板２を挟むように上記分割片を組み合わせて適宜接合することでセルフレーム４を構築できる。上記分割片で双極板２を挟む場合、分割片と双極板２との間、及び分割片間は、適宜シール材により液密に保持する。又は、枠体４０の窓部４１に双極板２を嵌め込むことでセルフレーム４を構築できる。窓部４１に双極板２を嵌め込む場合、枠体４０と双極板２との間は、適宜シール材により液密に保持する。又は、枠体４０は、射出成形等による一体成形物が挙げられる。双極板２の周囲に枠体４０を射出成形等で成形することでセルフレーム４を製造できる。
【００４８】
〔セルスタック〕
セルスタック５は、図１及び図２に示すように、代表的には複数の電池セル１の積層体と、一対のエンドプレート５１と、締結部材５２とを備える。上記積層体は、正極セル１Ａ、負極セル１Ｂが順に積層されて構築される。具体的には、上記積層体は、複数のセルフレーム４を備え、セルフレーム４（双極板２）、正極電極１３、隔膜１１、負極電極１４が順に積層される（図２の分解図参照）。締結部材５２は、長ボルト等の連結材及びナット等が挙げられる。締結部材５２によってエンドプレート５１間が締め付けられることで、上記積層体は、その積層方向の締付力によって積層状態を保持する。
【００４９】
セルスタック５は、図２に例示するように、複数のサブセルスタック５０を備えてもよい。サブセルスタック５０は、所定数の電池セル１の積層体と、この積層体を挟む一対の給排板５３とを備える。給排板５３に上述の往路配管１６１，１７１及び復路配管１６２，１７２が接続される。
【００５０】
〔双極板〕
双極板２は、電流を流す導電性の部材であり、双極板２の片面から反対面に電解液が通過しない部材である。双極板２の片面側に正極電極１３（図１及び図２）が対向して配置され、双極板２の反対面側に負極電極１４（図１及び図２）が対向して配置される。双極板２は、図３に示すように、電解液が供給される供給縁２ｉと、電解液が排出される排出縁２ｏとを備える。図３では、双極板２のうち、上述の枠体４０（図１及び図２）に覆われる周縁側の領域を省略し、枠体４０の窓部４１から露出される領域（以下、露出領域と呼ぶ）を示す。電極１２（図１及び図２）は、この露出領域に配置される。図３では、紙面上下方向に沿った下側から上側に向かう方向が電解液の流通方向である例を示す。この例では、双極板２における上記露出領域の周縁のうち、紙面左右方向に直線状に延びる下端縁が供給縁２ｉであり、上端縁が排出縁２ｏである。供給縁２ｉ及び排出縁２ｏの配置位置、電解液の流通方向等は適宜選択できる。
【００５１】
双極板２は、図３に示すように、供給縁２ｉから排出縁２ｏに向かって並ぶ複数の区画２０と、隣り合う区画２０間に配置される第一の流路２１とを備える。図３における二点鎖線で囲む領域が各区画２０である。各区画２０は、第一の流路２１によって供給縁２ｉ側と排出縁２ｏ側とに分割される領域のことである。また、各区画２０は、第一の流路２１及びその延長路によって供給縁２ｉ側と排出縁２ｏ側とに分割される領域のことである（後述する変形例１−２にて詳述する）。各区画２０は、電極１２（図１及び図２）と接触する複数の島状部２３と、隣り合う島状部２３間に配置される第二の流路２２とを備える。第一の流路２１及び第二の流路２２は、電解液の流通路であり、互いに連通している。第一の流路２１及び第二の流路２２は、島状部２３に対して相対的に電解液が流通し易い。
【００５２】
〈第一の流路〉
第一の流路２１は、隣り合う区画２０間に配置される。第一の流路２１は、電解液の流通を促進する。第一の流路２１は、例えば、溝によって形成される。第一の流路２１は、上記溝に多孔体が収納されていてもよい。
【００５３】
第一の流路２１は、供給縁２ｉから排出縁２ｏに向かう方向に対して交差する方向に延びて配置される。この例では、第一の流路２１は、供給縁２ｉから排出縁２ｏに向かう方向に対して直交する方向に直線状に延びて配置されている。つまり、この例では、第一の流路２１は、供給縁２ｉ及び排出縁２ｏに沿った方向に直線状に延びて配置されている。第一の流路２１の両端部は、双極板２の側縁に開口していてもよいし、壁部が設けられていてもよい。
【００５４】
この例では、第一の流路２１の断面形状は、矩形状である。ここでの第一の流路２１の断面形状は、第一の流路２１における電解液の流通方向に直交する横断面の形状である。第一の流路２１の断面形状は、矩形状以外に、三角形状、台形状、半円形状、半楕円形状等が挙げられる。
【００５５】
第一の流路２１の断面積は、０．２５ｍｍ２以上１００ｍｍ２以下であることが挙げられる。ここでの第一の流路２１の断面積は、第一の流路２１における電解液の流通方向に直交する横断面の断面積である。第一の流路２１の断面積が０．２５ｍｍ２以上であることで、第一の流路２１を流通する電解液の流通性を向上し易い。一方、第一の流路２１の断面積が１００ｍｍ２以下であることで、区画２０を十分に確保できることから島状部２３を十分に確保でき、電池反応性を向上し易い。第一の流路２１の断面積は、更に０．５ｍｍ２以上９０ｍｍ２以下、１ｍｍ２以上８０ｍｍ２以下、特に１ｍｍ２以上４０ｍｍ２以下、１ｍｍ２以上３０ｍｍ２以下であることが挙げられる。
【００５６】
第一の流路２１における供給縁２ｉから排出縁２ｏに向かう方向の長さ（幅）は、適宜選択できる。この長さは、隣り合う区画２０間の間隔である。この例では、全ての第一の流路２１における上記長さが同じであり、第一の流路２１を挟んで区画２０が等間隔に配置されている。
【００５７】
〈島状部〉
島状部２３は、電極１２（図１及び図２）と接触する領域を備える。島状部２３は、電解液の流通を阻害する。双極板２に備わる島状部２３には電解液は流通しない。各区画２０における島状部２３は、双極板２の供給縁２ｉ及び排出縁２ｏに沿った幅方向に並んでいる。各区画２０は、この幅方向に並ぶ複数の島状部２３を包括する領域である。
【００５８】
島状部２３の平面形状は、矩形状や台形状等の直線部によって形成される形状が挙げられる。この例では、島状部２３の平面形状は矩形状である。他に、島状部２３の平面形状は、楕円形状や円形状等の曲線部によって形成される形状であってもよい。また、島状部２３の平面形状は、レーストラック形状等の直線部及び曲線部によって形成される形状であってもよい。
【００５９】
〈第二の流路〉
第二の流路２２は、隣り合う島状部２３間に配置される。第二の流路２２は、電解液の流通を促進する。第二の流路２２は、例えば、溝によって形成される。第二の流路２２は、上記溝に多孔体が収納されていてもよい。
【００６０】
各区画２０における第二の流路２２は、第一の流路２１と交差する方向に延びて配置される。この例では、各区画２０における第二の流路２２は、供給縁２ｉから排出縁２ｏに向かう方向に沿って配置されている。供給縁２ｉから排出縁２ｏに向かう方向とは、図３における紙面上下方向のことである。つまり、この例の第二の流路２２は、供給縁２ｉ及び排出縁２ｏに沿う方向と直交する方向に直線状に延びて配置されている。また、この例の第二の流路２２は、互いに平行に配置されている。第二の流路２２は、供給縁２ｉから排出縁２ｏに向かう方向に対して傾斜するように配置されていてもよい。また、第二の流路２２は、互いに非平行に配置されていてもよい。第二の流路２２は、曲線状に設けられていてもよい。
【００６１】
第二の流路２２は、電解液の流入口２２ａと流出口２２ｂとを備える。流入口２２ａは、各区画２０における電解液の供給側の縁部に開口する。流出口２２ｂは、各区画２０における電解液の排出側の縁部に開口する。つまり、第二の流路２２は、供給縁２ｉ側から排出縁２ｏ側に向かって区画２０を貫通する。
【００６２】
第二の流路２２は、第一の流路２１と連続している。つまり、双極板２に設けられる流路（第一の流路２１及び第二の流路２２）は、供給縁２ｉから排出縁２ｏに向かって連続している。そのため、双極板２は、電解液の流通性に優れる。
【００６３】
隣り合う区画２０のうち、供給縁２ｉ側の区画２０に備わる流出口２２ｂは、排出縁２ｏ側の区画２０に備わる島状部２３に対向して配置される。よって、供給縁２ｉ側の区画２０において第二の流路２２を流通した電解液は、排出縁２ｏ側の区画２０において島状部２３に突き当たる。電解液が島状部２３に突き当たることで、電池反応せずに未反応のまま電池セル１内を通過する電解液量を大幅に低減できる。そのため、双極板２は、電池反応性に優れる。この電解液の流れ、及び電池反応については後述する。
【００６４】
この例では、第二の流路２２の断面形状は、矩形状である。ここでの第二の流路２２の断面形状は、第二の流路２２における電解液の流通方向に直交する横断面の形状である。第二の流路２２の断面形状は、矩形状以外に、三角形状、台形状、半円形状、半楕円形状等が挙げられる。
【００６５】
第二の流路２２の断面積は、０．２５ｍｍ２以上１００ｍｍ２以下であることが挙げられる。ここでの第二の流路２２の断面積は、第二の流路２２における電解液の流通方向に直交する横断面の断面積である。第二の流路２２の断面積が０．２５ｍｍ２以上であることで、第二の流路２２を流通する電解液の流通性を向上し易い。一方、第二の流路２２の断面積が１００ｍｍ２以下であることで、島状部２３を十分に確保でき、電池反応性を向上し易い。第二の流路２２の断面積は、更に０．５ｍｍ２以上９０ｍｍ２以下、１ｍｍ２以上８０ｍｍ２以下、特に１ｍｍ２以上４０ｍｍ２以下、１ｍｍ２以上３０ｍｍ２以下であることが挙げられる。
【００６６】
第二の流路２２の断面積は、第一の流路２１の断面積と同じであってもよいし、異なっていてもよい。第一の流路２１の断面積と第二の流路２２の断面積が異なる場合、第二の流路２２の断面積は、第一の流路２１の断面積よりも小さいことが好ましい。そうすることで、供給縁２ｉ側の区画２０の第二の流路２２を流通した電解液が、排出縁２ｏ側の区画２０の島状部２３に突き当たり易い。第一の流路２１の断面積は、全ての第一の流路２１の断面積が一様な場合、その断面積のことであり、第一の流路２１の断面積が異なる場合、最小の断面積のことである。
【００６７】
各区画２０における第二の流路２２の幅Ｗ１の合計は、区画２０の幅Ｗに対して０．０１以上０．５未満であることが挙げられる。区画２０の幅Ｗは、電極１２が配置される露出領域の側縁間の長さである。第二の流路２２の幅Ｗ１は、各区画２０における島状部２３と第二の流路２２との並び方向に沿った長さであり、流出口２２ｂにおける最大の長さである。区画２０の幅Ｗに対する第二の流路２２の幅Ｗ１の合計の割合（Ｗ１の合計／Ｗ）が０．０１以上であることで、第二の流路２２を流通する電解液の流通性を向上し易い。上記割合が０．５未満であることで、島状部２３の幅を十分に確保でき、隣り合う区画２０のうち、供給縁２ｉ側の区画２０に備わる第二の流路２２の流出口２２ｂを、排出縁２ｏ側の区画２０に備わる島状部２３に対向するように配置し易く、電池反応性を向上し易い。上記割合は、更に０．０２以上０．４以下、特に０．０２５以上０．３３以下が挙げられる。
【００６８】
この例では、各区画２０において、全ての第二の流路２２の幅Ｗ１が同じである。また、この例では、全ての区画２０において、第二の流路２２の幅Ｗ１が同じである。各区画２０における第二の流路２２の幅Ｗ１は、異なっていてもよい。また、区画２０ごとで第二の流路２２の幅Ｗ１、及び上記割合が異なっていてもよい。区画２０ごとで第二の流路２２の上記割合が異なる場合、各区画２０における第二の流路２２の幅Ｗ１の合計が、供給縁２ｉ側から排出縁２ｏ側に向かうに従って小さくなることが挙げられる。この場合、供給縁２ｉ側から排出縁２ｏ側に向かうに従って、電解液が島状部２３に突き当たる確率を高め易い。電解液が島状部２３に突き当たる確率が高まることで、各区画２０における第二の流路２２の幅Ｗ１の合計が区画２０ごとで同じ場合に比較して、少ない区画２０の数で電池反応を効率よく行い易い。いずれであっても、隣り合う区画２０のうち、供給縁２ｉ側の区画２０に備わる第二の流路２２の幅Ｗ１は、排出縁２ｏ側の区画２０に備わる島状部２３の幅Ｗ２よりも小さいことが挙げられる。そうすることで、供給縁２ｉ側の区画２０において第二の流路２２を流通した電解液は、排出縁２ｏ側の区画２０において島状部２３に突き当たり易い。
【００６９】
この例では、第二の流路２２の幅Ｗ１は、流入口２２ａから流出口２２ｂまで一様である。第二の流路２２の幅Ｗ１は、流入口２２ａと流出口２２ｂとの間で変化してもよい。
【００７０】
各区画２０における第二の流路２２の数は、２以上８００以下であることが挙げられる。各区画２０における第二の流路２２の数が２以上であることで、電解液の流通性を向上し易い。一方、各区画２０のおける第二の流路２２の数が８００以下であることで、島状部２３を十分に確保でき、電池反応性を向上し易い。各区画２０における第二の流路２２の数は、更に３以上７００以下、５以上６００以下、特に１０以上５００以下が挙げられる。
【００７１】
〈区画の数〉
上述した島状部２３及び第二の流路２２によって構成される各区画２０の数は、２以上１００以下であることが挙げられる。区画２０の数が２以上であることで、電解液が島状部２３に突き当たる確率を高め易く、電池反応性を向上し易い。区画の数が多いほど上記確率を高め易いが、１００超だとその効果に顕著な差は見られない傾向にあると考えられる。よって、区画の数が１００以下であることで、電池反応を十分に効率よく行え、かつ区画を形成する時間を低減できる。区画の数は、更に３以上８０以下、４以上６０以下、特に７以上５５以下が挙げられる。
【００７２】
隣り合う区画２０の島状部２３同士は、第一の流路２１によって完全に分離され、互いに独立していることが挙げられる。つまり、島状部２３は、双極板２の供給縁２ｉ及び排出縁２ｏに沿った幅方向に複数並ぶと共に、双極板２の供給縁２ｉから排出縁２ｏに向かう方向に複数並んでいる。
【００７３】
〈双極板の構成材料〉
双極板２の構成材料は、例えば有機複合材、いわゆる導電性プラスチック等が挙げられる。有機複合材は、例えば、炭素系材料や金属等の導電性材料と熱可塑性樹脂等の有機材とを含むものが挙げられる。双極板２は、例えば公知の方法によって板状に成形するとよい。導電性プラスチックの成形方法は、例えば射出成型、プレス成型、真空成型等が挙げられる。第一の流路２１及び第二の流路２２は、双極板２を板状に成形する際に同時に成形することが挙げられる。または、平坦な平板材に切削加工等を行って第一の流路２１及び第二の流路２２を形成することもできる。
【００７４】
〈電解液の流れ及び電池反応〉
双極板２上の電解液の流れは、第一の流路２１及び第二の流路２２に沿った流れと、島状部２３を伝って電極１２（図１及び図２）へ拡散するような流れとを形成する。図３では、第二の流路２２に沿った流れを実線の矢印で示し、島状部２３を伝って電極１２へ拡散するような流れを破線矢印で示す。第一の流路２１と第二の流路２２とは連続している。そのため、供給縁２ｉから供給された電解液は、排出縁２ｏに向かって実質的に滞りなく流通する。第一の流路２１や第二の流路２２を流通する電解液の大部分は、電極１２に接触し難い領域を流通する。そのため、第一の流路２１や第二の流路２２を流通する電解液は、電極１２内に拡散し難く、電極１２と電池反応を行い難い。一方、双極板２のうち主に島状部２３が電極１２と接触する。そのため、島状部２３を伝って電極１２へ拡散するように流れる電解液は、電極１２内を流通し、電極１２と良好に電池反応を行う。
【００７５】
隣り合う区画２０のうち、供給縁２ｉ側の区画２０に備わる第二の流路２２の流出口２２ｂが、排出縁２ｏ側の区画２０に備わる島状部２３に対向して配置されている。そのため、供給縁２ｉ側の区画２０において第二の流路２２を流通した電解液は、排出縁２ｏ側の区画２０において島状部２３に突き当たる。島状部２３に突き当たった電解液は、島状部２３を伝って電極１２へ拡散し易い。つまり、供給縁２ｉ側の区画２０に備わる第二の流路２２を流通した電解液が実質的に電極１２と電池反応を行わなかったとしても、その電解液が排出縁２ｏ側の区画２０に備わる島状部２３を伝って電極１２へ拡散することで電極１２と電池反応を行い易い。
【００７６】
〔効果〕
実施形態１の双極板２は、供給縁２ｉから排出縁２ｏに向かって連続した第一の流路２１及び第二の流路２２を備える。そのため、実施形態１の双極板２は、電解液の流通性に優れる。
【００７７】
実施形態１の双極板２は、供給縁２ｉ側から排出縁２ｏ側に向かって並ぶ隣り合う区画２０のうち、供給縁２ｉ側の区画２０に備わる第二の流路２２の流出口２２ｂが、排出縁２ｏ側の区画２０に備わる島状部２３に対向して配置されている。そのため、供給縁２ｉから排出縁２ｏに向かう途中において、電解液が島状部２３に突き当たる確率が高い。その結果、電極１２と電池反応を行わずに未反応のまま電池セル１内を通過する電解液量を大幅に低減でき、電池反応性に優れる。このとき、各区画２０の幅Ｗに対する第二の流路２２の幅Ｗ１の合計の割合（Ｗ１の合計／Ｗ）が０．０１以上０．５未満を満たすと、電解液の流通性及び電池反応性の双方をバランスよく向上し易い。また、区画２０の数が２以上１００以下を満たすと、電解液が島状部２３に突き当たる確率を高め易く、電池反応性をより効率よく行える。
【００７８】
≪変形例１−１≫
各区画２０における第二の流路２２の数は、図４に示すように、１つであってもよい。図４では、紙面左右方向に直線状に延びる下端縁が供給縁２ｉであり、上端縁が排出縁２ｏである（図５も同様である）。各区画２０における第二の流路２２の数が１つであっても、隣り合う区画２０のうち、供給縁２ｉ側の区画２０に備わる第二の流路２２の流出口２２ｂは、排出縁２ｏ側の区画２０に備わる島状部２３に対向して配置されている。そのため、供給縁２ｉ側の区画２０において第二の流路２２を流通した電解液は、排出縁２ｏ側の区画２０において島状部２３に突き当たる。島状部２３に突き当たった電解液は、島状部２３を伝って電極１２内へ拡散し易い。
【００７９】
各区画２０に１つの第二の流路２２を備える場合、隣り合う区画２０の第二の流路２２同士は、ある程度の距離をあけて設けられることが好ましい。隣り合う区画２０の第二の流路２２同士が近接して設けられると、供給縁２ｉ側の区画２０において第二の流路２２を流通した電解液が、そのまま排出縁２ｏ側の区画２０の第二の流路２２を流れる確率が高くなるからである。
【００８０】
≪変形例１−２≫
隣り合う区画２０の島状部２３同士は、図５に示すように、連続して設けられていてもよい。この場合、各区画２０は、第一の流路２１及びその延長路によって供給縁２ｉ側と排出縁２ｏ側とに分割されることになる。図５に示す双極板２は、第一の流路２１及びその延長路によって分割された３つの区画２０（図５における二点鎖線で囲む領域）を備える。隣り合う区画２０の島状部２３同士が連続している場合であっても、隣り合う区画２０のうち、供給縁２ｉ側の区画２０に備わる第二の流路２２の流出口２２ｂは、排出縁２ｏ側の区画２０に備わる島状部２３に対向して配置されている。そのため、供給縁２ｉ側の区画２０において第二の流路２２を流通した電解液は、排出縁２ｏ側の区画２０において島状部２３に突き当たる。島状部２３に突き当たった電解液は、島状部２３を伝って電極１２内へ拡散し易い。
【００８１】
隣り合う区画２０の島状部２３同士が連続して設けられる場合、第一の流路２１を介することなく区画２０を跨ぐ領域は、双極板２の供給縁２ｉ及び排出縁２ｏに沿った幅方向の端部に設けられることが好ましい。例えば、図５に示す構成では、第一の流路２１及びその延長路によって分割された３つの区画２０を備える。一方で、第一の流路２１及び第二の流路２２によって紙面左右に分割される２つの島状部２３を備える。具体的には、左側の島状部２３は凹状、右側の島状部２３は凸状に構成され、各島状部２３は互いに噛み合う領域を備える。この場合、左右の島状部２３のうち、互いに噛み合わずに区画２０を跨ぐ領域が、双極板２の供給縁２ｉ及び排出縁２ｏに沿った幅方向の端部に設けられることが好ましい。第一の流路２１及び第二の流路２２によって紙面左右に分割される２つの島状部２３を備える場合、各区画２０における第二の流路２２は１つとなる。よって、隣り合う区画２０の第二の流路２２同士は、ある程度の距離をあけて設けられることが好ましい。
【００８２】
≪実施形態２≫
電池セル内を流通する電解液の流通性を向上させると共に、電池反応性を向上させる構成を電極に備えることもできる。この場合、電極は、電解液の供給側から排出側に向かって並ぶ複数の区画と、隣り合う区画間に配置される第一の流路とを備える。各区画は、電解液の流通を阻害する複数の島状部と、隣り合う島状部間に配置される第二の流路とを備える。第一の流路及び第二の流路は、電解液の流通路であり、互いに連通している。電解液の流通を阻害するとは、第一の流路及び第二の流路に比較して、電解液が流通し難いことである。区画及び第一の流路の形状や大きさは、実施形態１と同様である。
【００８３】
第一の流路及び第二の流路は、溝によって形成されることが挙げられる。また、第一の流路及び第二の流路は、電極を構成する多孔体自体の空孔率が局所的に大きい疎な部分によって形成されることが挙げられる。溝や多孔体における空孔率が大きい疎な部分は、溝のない箇所や空孔率が小さい密な部分に比較して、電解液が流通し易い。
【００８４】
第一の流路及び第二の流路は、電極を板状に成形する際に同時に成形することが挙げられる。第一の流路及び第二の流路が溝によって形成される場合、平坦な平板材に切削加工等を行って第一の流路及び第二の流路を形成することもできる。
【００８５】
電極上の電解液の流れは、第一の流路及び第二の流路に沿った流れと、島状部に染み込むような流れとを形成する。第一の流路と第二の流路とは連続している。そのため、電池セルに供給された電解液は、排出側に向かって実質的に滞りなく流通する。第一の流路や第二の流路を流通する電解液の大部分は、電極に接触し難い領域を流通し、電極内に拡散し難いため、電池反応を行い難い。一方、島状部は、電解液が流通し難いため、電解液が染み込み易く、良好に電池反応を行う。
【００８６】
区画及び第一の流路を電極に備える場合であっても、隣り合う区画のうち、供給側の区画に備わる第二の流路の流出口は、排出側の区画に備わる島状部に対向して配置されている。そのため、供給側の区画において第二の流路を流通した電解液は、排出側の区画において島状部に突き当たる。島状部に突き当たった電解液は、島状部に染み込み、電極内に拡散し易い。つまり、供給側の区画に備わる第二の流路を流通した電解液が実質的に電極と電池反応を行わなかったとしても、その電解液が排出側の区画に備わる島状部に染み込むことで電極と電池反応を行い易い。
【００８７】
［解析例１］
解析例１では、流路を備える電池セルをコンピュータ上に再現し、電池セル内を流通する電解液の流通抵抗及び電解液と電極との反応抵抗をコンピュータシミュレーションによって求めた。解析例１では、正極電極、隔膜、負極電極を重ねた電池セルを、双極板を備えるセルフレームで挟んだ単セル構造のＲＦ電池を模擬した。
【００８８】
〔試験体〕
試験体として、以下の３つの双極板を準備した。３つの双極板は、流路の有無や流路の形状が異なり、大きさ等は同じである。双極板以外の条件（電極、電解液）は、全て同じである。
【００８９】
・試験体１
試験体１として、平板状の双極板を準備した。試験体１では、電池セルに供給される電解液は実質的に全て電極内に拡散して電池反応を行うことができる。つまり、試験体１では、電極と電池反応を行うことができる電解液の割合は１００％である。
【００９０】
・試験体２
試験体２として、電解液の供給縁から排出縁にわたって連続して延び、供給縁及び排出縁に沿う方向に並ぶ複数の縦溝を備える双極板を準備した。各縦溝は直線状である。試験体２では、縦溝に交差する溝は備えない。双極板のうち電極が配置される領域の大きさは、１００ｍｍ×１００ｍｍである。複数の縦溝は、２本である。隣り合う縦溝間に島状部が形成される。複数の縦溝は、供給縁及び排出縁に沿う方向の長さ（幅）が１ｍｍである。複数の縦溝間に形成される島状部は、供給縁及び排出縁に沿う方向の長さ（幅）が０．５ｍｍである。試験体２では、電池セルに供給される電解液のうち、島状部を伝って電極へ拡散することで電極と電池反応を行うことができる電解液の割合が４０％であった。また、試験体２では、縦溝を流通することで電池反応を実質的に行わずに未反応のまま電池セルから排出される電解液の割合が６０％であった。
【００９１】
・試験体３
試験体３として、島状部と第二の流路とを備える区画と、区画間に配置される第一の流路とを備える双極板を準備した。双極板のうち電極が配置される領域の大きさは、１００ｍｍ×１００ｍｍである。第一の流路及び第二の流路は、溝によって形成され、互いに連通している。区画及び第一の流路は、電解液の供給縁から排出縁に向かって交互に並んでいる。隣り合う区画の島状部同士は、第一の流路によって完全に分離され、互いに独立している。区画の数は１０であり、各区画は第一の流路を挟んで等間隔に並んでいる。区画の並び方向に沿った第一の流路の長さ（幅）は１ｍｍである。各区画に備わる島状部及び第二の流路の形状及び大きさは全て同じである。また、区画同士における島状部及び第二の流路の形状及び大きさも全て同じである。隣り合う区画を見たとき、供給縁側の区画に備わる第二の流路の流出口は、排出縁側の区画に備わる島状部に対向して配置される（図３を参照）。各区画の幅（図３のＷ）は１００ｍｍである。各区画における第二の流路の幅（図３のＷ１）は１ｍｍである。各区画２０における第二の流路２２の数は１１である。よって、各区画における第二の流路の合計幅は、区画の幅に対して１／１０を満たす。試験体３では、各区画を流通する電解液のうち、島状部を伝って電極へ拡散することで電極と電池反応を行う電解液の割合が２０％であった。また、試験体３では、各区画において、第二の流路を流通することで電池反応を実質的に行わずに未反応のまま排出側の第一の流路に流れる電解液の割合が８０％であった。
【００９２】
〔シミュレーション〕
各試験体の双極板を用いた電池セルに電解液を循環させた。電池セルへの電解液の供給量を１０ｍｌ／分とし、各試験体の圧力損失と、各試験体における電解液と電極との反応抵抗をそれぞれシミュレーションにより求めた。反応抵抗とは、電池反応の速度限界による抵抗成分のことである。圧力損失は、試験体１の圧力損失を１．０とする相対値で示す。また、反応抵抗は、試験体１の反応抵抗を１．０とする相対値で示す。
その結果を表１に示す。
【００９３】
【表１】
2020170694.tif 000003
【００９４】
試験体２及び試験体３は、試験体１に比較して、反応抵抗が増加するが、圧力損失が低減することがわかる。試験体２及び試験体３は、電解液が流通する複数の溝を備えることで、電池セルに供給された電解液が排出側に流通され易く、試験体１に比較して圧力損失が低減すると考えられる。一方、試験体２及び試験体３は、溝を流通する電解液が電極に拡散し難いため、試験体１に比較して反応抵抗が増加すると考えられる。
【００９５】
試験体２と試験体３とを比較すると、試験体３は、試験体２に比較して、圧力損失が同等でありながら、反応抵抗が試験体１と同等程度に優れることがわかる。試験体３は、双極板に互いに連通する第一の流路及び第二の流路を備える。そのため、電池セルに供給された電解液が排出側に流通され易く、試験体２と同様に試験体１に比較して圧力損失が低減すると考えられる。試験体３は、隣り合う区画を見たとき、供給縁側の区画に備わる第二の流路の流出口が排出縁側の区画に備わる島状部に対向して配置される。そのため、電解液と電極とが電池反応を行う確率を高め易く、試験体２に比較して反応抵抗の増加を抑制できると考えられる。試験体３において、電解液と電極とが電池反応を行う確率を高め易い理由は、以下と考えられる。供給縁側の区画に備わる第二の流路の流出口が排出縁側の区画に備わる島状部に対向して配置されることで、供給縁側の区画において第二の流路を流通した電解液が排出縁側の区画において島状部に突き当たる。島状部に突き当たった電解液は、島状部を伝って電極へ拡散するように流れ易い。つまり、供給縁側の区画に備わる第二の流路を流通した電解液が実質的に電極と電池反応を行わなかったとしても、その電解液が排出縁側の区画に備わる島状部を伝って電極へ拡散することで電極と電池反応を行い易い。
【符号の説明】
【００９６】
１０  レドックスフロー電池（ＲＦ電池）
１  電池セル、１Ａ  正極セル、１Ｂ  負極セル
１１  隔膜、１２  電極、１３  正極電極、１４  負極電極
１６  正極タンク、１７  負極タンク
１６１，１７１  往路配管、１６２，１７２  復路配管、１８，１９  ポンプ
２  双極板
２ｉ  供給縁、２ｏ  排出縁
２０  区画
２１  第一の流路
２２  第二の流路、２２ａ  流入口、２２ｂ  流出口
２３  島状部
４  セルフレーム
４０  枠体、４１  窓部、４３，４４  給液マニホールド
４５，４６  排液マニホールド、４８  シール材
５  セルスタック
５０  サブセルスタック、５１  エンドプレート、５２  締結部材
５３  給排板
６  介在機器、７  発電部、８  負荷
【図１】
2020170694.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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