(57)【要約】      （修正有）【課題】電池反応効率を向上させることができる双極板を提供する。【解決手段】電解液が供給される供給側の第一の縁部３１１と前記電解液が排出される排出側の第二の縁部３１２とを有する双極板３１であって、互いに隣り合う第一のトンネル５１と第二のトンネル５２とを備え、第一のトンネルは、双極板の内部に形成され、第一の縁部に開口し、排出側の端部に第一の流れ阻害構造を有し、電極側の面に開口する第一の開口部６１を有しており、第二のトンネルは、双極板の内部に形成され、第二の縁部に開口し、供給側の端部に第二の流れ阻害構造を有し、電極側の面に開口する第二の開口部６２とを有している、双極板。【選択図】図５
2020129501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極に対向して配置され、電解液が供給される供給側の第一の縁部と前記電解液が排出される排出側の第二の縁部とを有する双極板であって、
互いに隣り合う第一のトンネルと第二のトンネルとを備え、
前記第一のトンネルは、前記双極板の内部に形成され、前記第一の縁部に開口し、排出側に端部を有し、
前記第一のトンネルは、前記電極側の面に開口する第一の開口部を有しており、
前記第一のトンネルにおける排出側の端部には、前記第一のトンネルから前記第二の縁部への前記電解液の流れを阻害する第一の流れ阻害構造を有し、
前記第二のトンネルは、前記双極板の内部に形成され、前記第二の縁部に開口し、供給側に端部を有し、
前記第二のトンネルは、前記電極側の面に開口する第二の開口部を有しており、
前記第二のトンネルにおける供給側の端部には、前記第一の縁部から前記第二のトンネルへの前記電解液の流れを阻害する第二の流れ阻害構造を有する、
双極板。
【請求項２】
前記第一の開口部の供給側及び排出側の端部、並びに、前記第二の開口部の供給側及び排出側の端部が閉じられている請求項１に記載の双極板。
【請求項３】
前記第一の開口部の開口面積が前記第一のトンネルの平面断面積よりも小さく、
前記第二の開口部の開口面積が前記第二のトンネルの平面断面積よりも小さい請求項１又は請求項２に記載の双極板。
【請求項４】
前記第一のトンネルの周長に占める前記第一の開口部の幅の割合、及び、前記第二のトンネルの周長に占める前記第二の開口部の幅の割合が５０％未満となる横断面を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の双極板。
【請求項５】
前記第一の開口部の供給側の端部と前記第一の縁部との距離と、前記第二の開口部の供給側の端部と前記第一の縁部との距離とが実質的に同一であること、及び、
前記第一の開口部の排出側の端部と前記第二の縁部との距離と、前記第二の開口部の排出側の端部と前記第二の縁部との距離とが実質的に同一であること、の少なくとも一方を満たす請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の双極板。
【請求項６】
前記第一のトンネルは供給側よりも排出側の断面積が小さいこと、及び、
前記第二のトンネルは供給側よりも排出側の断面積が大きいこと、の少なくとも一方を満たす請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の双極板。
【請求項７】
前記第一の開口部の中心線と前記第二の開口部の中心線との距離が、長手方向にわたって実質的に同一である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の双極板。
【請求項８】
前記第一の開口部の開口面積と前記第二の開口部の開口面積とが実質的に同一である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の双極板。
【請求項９】
前記第一の開口部及び前記第二の開口部における単位長さ当たりの開口面積が長手方向にわたって実質的に同一である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の双極板。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の双極板と、
前記双極板の外周に設けられる枠体と、を有する、
セルフレーム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のセルフレームを備える、
セルスタック。
【請求項１２】
請求項１１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、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。
【背景技術】
【０００２】
大容量の蓄電池の一つとして、レドックスフロー電池（以下、「ＲＦ電池」と呼ぶ場合がある）が知られている（特許文献１〜３を参照）。ＲＦ電池は、正極電極と、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主な構成要素とする。一般に、ＲＦ電池では、セルスタックと呼ばれる複数の電池セルを備える積層体が利用される。セルスタックは、セルフレーム、正極電極、隔膜、負極電極を順に繰り返し積層した構造となっている。セルフレームは、正極電極と負極電極との間に配置される双極板と、双極板の外周に設けられる枠体とを有する。セルスタックでは、隣接するセルフレームの双極板の間に、隔膜を挟んで正負の電極が対向するように配置されて、１つの電池セルが構成される。電池セルには電解液が供給され、電極で電池反応を行い、反応後の電解液が電池セルから排出される。
【０００３】
特許文献１〜３は、電極と対向する面（電極側の面）に電解液が流通する複数の溝部からなる流路を備える双極板を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１２２２３０号公報
【特許文献２】特開２０１５−１２２２３１号公報
【特許文献３】特開２０１５−１３８７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＲＦ電池の更なる電池性能の向上が望まれており、電池反応を効率よく行うことが求められている。特に、電解液の流通性を改善して圧力損失を低減できつつ、電極の広範囲に電解液を拡散して電池反応を電極の全域で均一に生じさせることが求められている。
【０００６】
そこで、本開示は、電池反応効率を向上させることができる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、電池反応効率を向上させることができるセルフレーム及びセルスタックを提供することを別の目的の一つとする。更に、本開示は、電池反応効率が高いレドックスフロー電池を提供することを別の目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の双極板は、
電極に対向して配置され、電解液が供給される供給側の第一の縁部と前記電解液が排出される排出側の第二の縁部とを有する双極板であって、
互いに隣り合う第一のトンネルと第二のトンネルとを備え、
前記第一のトンネルは、前記双極板の内部に形成され、前記第一の縁部に開口し、排出側に端部を有し、
前記第一のトンネルは、前記電極側の面に開口する第一の開口部を有しており、
前記第一のトンネルにおける排出側の端部には、前記第一のトンネルから前記第二の縁部への前記電解液の流れを阻害する第一の流れ阻害構造を有し、
前記第二のトンネルは、前記双極板の内部に形成され、前記第二の縁部に開口し、供給側に端部を有し、
前記第二のトンネルは、前記電極側の面に開口する第二の開口部を有しており、
前記第二のトンネルにおける供給側の端部には、前記第一の縁部から前記第二のトンネルへの前記電解液の流れを阻害する第二の流れ阻害構造を有する。
【０００８】
本開示のセルフレームは、
本開示の双極板と、
前記双極板の外周に設けられる枠体と、を有する。
【０００９】
本開示のセルスタックは、
本開示のセルフレームを備える。
【００１０】
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備える。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の双極板は、電池反応効率を向上させることができる。また、本開示のセルフレーム及びセルスタックは、電池反応効率を向上させることができる。本開示のレドックスフロー電池は、電池反応効率が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施形態に係るレドックスフロー電池の動作原理を示す説明図である。
【図２】図２は、実施形態に係るレドックスフロー電池の一例を示す概略構成図である。
【図３】図３は、実施形態に係るセルスタックの一例を示す概略構成図である。
【図４】図４は、実施形態に係るセルフレームを一面側から見た概略平面図である。
【図５】図５は、実施形態に係る双極板を一面側から見た概略平面図である。
【図６】図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う概略断面図である。
【図７】図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図８】図８は、図５のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図９】図９は、変形例１Ａに係る双極板を一面側から見た概略平面図である。
【図１０】図１０は、変形例１Ｂに係る双極板を一面側から見た概略平面図である。
【図１１】図１１は、変形例２に係る双極板を一面側から見た概略平面図である。
【図１２】図１２は、変形例３に係る双極板を一面側から見た概略平面図である。
【図１３】図１３は、変形例４に係る双極板を一面側から見た概略平面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、変形例５に係る双極板を一面側から見た概略平面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１４ＡのＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。
【図１５】図１５は、変形例５の別の一例に係る双極板を一面側から見た概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
【００１４】
（１）本開示の実施形態に係る双極板は、
電極に対向して配置され、電解液が供給される供給側の第一の縁部と前記電解液が排出される排出側の第二の縁部とを有する双極板であって、
互いに隣り合う第一のトンネルと第二のトンネルとを備え、
前記第一のトンネルは、前記双極板の内部に形成され、前記第一の縁部に開口し、排出側に端部を有し、
前記第一のトンネルは、前記電極側の面に開口する第一の開口部を有しており、
前記第一のトンネルにおける排出側の端部には、前記第一のトンネルから前記第二の縁部への前記電解液の流れを阻害する第一の流れ阻害構造を有し、
前記第二のトンネルは、前記双極板の内部に形成され、前記第二の縁部に開口し、供給側に端部を有し、
前記第二のトンネルは、前記電極側の面に開口する第二の開口部を有しており、
前記第二のトンネルにおける供給側の端部には、前記第一の縁部から前記第二のトンネルへの前記電解液の流れを阻害する第二の流れ阻害構造を有する。
【００１５】
本開示の双極板は、電解液の流路として第一のトンネル及び第二のトンネルを備えることで、電池セルにおける電解液の流通性を改善することができる。よって、本開示の双極板は、電解液の流通抵抗を小さくでき、電池セルでの電解液の圧力損失を低減できる。
【００１６】
第一のトンネル及び第二のトンネルの各トンネルがそれぞれ開口部を有することで、各トンネルによって双極板における供給側と排出側との間の電解液の流れを調整できながら、各開口部によって電極に流れる電解液の流れを調整できる。具体的には、第一のトンネル及び第二のトンネルにより、電極での電解液の流れの影響を受け難くして、双極板の供給側から排出側に向かって流れる電解液の流れを制御できる。また、第一の開口部及び第二の開口部を介して、第一のトンネルから第二のトンネルとの間を渡るように電極に流れる電解液の流れを制御できる。そのため、本開示の双極板は、供給側と排出側との間の双極板内での電解液の流れ場と、双極板内から電極に流れる電解液の流れ場とを独立に設計することが可能である。
【００１７】
第一のトンネルの排出側の端部に第一の流れ阻害構造を有し、第二のトンネルの供給側の端部に第二の流れ阻害構造を有することで、隣り合う第一のトンネル及び第二のトンネルの間に電解液の圧力差が生じる。これにより、第一の開口部及び第二の開口部を介して両トンネル間を渡るような電解液の流れが生じ、電極に電解液が流れる。具体的には、供給された電解液は、第一のトンネルに流入し、第一の開口部を介して電極に流れる。そして、電極に流れた電解液は、第二の開口部を介して、第二のトンネルに流出して排出される。本開示の双極板は、各トンネルと電極との間を電解液が移動するとき、それぞれの開口部を通ることによって、電極の広範囲に電解液を拡散し易い。そのため、電池反応を電極の全域で均一に生じさせることができるので、電池セル内で電池反応を効率よく行うことができる。したがって、本開示の双極板は、ＲＦ電池の電池反応効率を向上させることができる。
【００１８】
（２）上記の双極板の一形態として、
前記第一の開口部の供給側及び排出側の端部、並びに、前記第二の開口部の供給側及び排出側の端部が閉じられていることが挙げられる。
【００１９】
上記形態は、各開口部の供給側及び排出側の端部が閉じられていることで、各開口部が第一の縁部及び第二の縁部に連通していない。上記形態によれば、電極の広範囲に電解液をより拡散し易く、電池反応効率の更なる向上に寄与する。
【００２０】
（３）上記の双極板の一形態として、
前記第一の開口部の開口面積が前記第一のトンネルの平面断面積よりも小さく、
前記第二の開口部の開口面積が前記第二のトンネルの平面断面積よりも小さいことが挙げられる。
【００２１】
各開口部の開口面積が各トンネルの平面断面積よりも小さいことで、各開口部を通ることによって、電極に電解液が流れ易くなり、電極に電解液を行き渡らせ易い。そのため、上記形態は、電極の広範囲に電解液をより拡散し易く、電池反応効率の更なる向上に寄与する。
【００２２】
（４）上記の双極板の一形態として、
前記第一のトンネルの周長に占める前記第一の開口部の幅の割合、及び、前記第二のトンネルの周長に占める前記第二の開口部の幅の割合が５０％未満となる横断面を有することが挙げられる。
【００２３】
各トンネルの周長に占める各開口部の幅の割合が５０％未満であることで、各開口部を通ることによって、電極に電解液が流れ易くなり、電極に電解液を行き渡らせ易い。そのため、上記形態は、電極の広範囲に電解液をより拡散し易く、電池反応効率の更なる向上に寄与する。
【００２４】
（５）上記の双極板の一形態として、
前記第一の開口部の供給側の端部と前記第一の縁部との距離と、前記第二の開口部の供給側の端部と前記第一の縁部との距離とが実質的に同一であること、及び、
前記第一の開口部の排出側の端部と前記第二の縁部との距離と、前記第二の開口部の排出側の端部と前記第二の縁部との距離とが実質的に同一であること、の少なくとも一方を満たすことが挙げられる。
【００２５】
上記形態は、電極に流れる電解液の流れを均一に調整し易く、電池反応をより均一に生じさせ易い。
【００２６】
（６）上記の双極板の一形態として、
前記第一のトンネルは供給側よりも排出側の断面積が小さいこと、及び、
前記第二のトンネルは供給側よりも排出側の断面積が大きいこと、の少なくとも一方を満たすことが挙げられる。
【００２７】
第一のトンネルの断面積が供給側よりも排出側の方が小さいことで、第一のトンネルにおける電解液の圧力損失を低減できる。また、第二のトンネルの断面積が供給側よりも排出側の方が大きいことで、第二のトンネルにおける電解液の圧力損失を低減できる。そのため、上記形態は、供給側から排出側に向かって流れる電解液の圧力損失をより低減できる。
【００２８】
（７）上記の双極板の一形態として、
前記第一の開口部の中心線と前記第二の開口部の中心線との距離が、長手方向にわたって実質的に同一であることが挙げられる。
【００２９】
上記形態は、電極に流れる電解液の流れを均一に調整し易く、電池反応をより均一に生じさせ易い。第一の開口部から第二の開口部に向かって電極に流れる電解液の流通長を実質的に同一にできるからである。
【００３０】
（８）上記の双極板の一形態として、
前記第一の開口部の開口面積と前記第二の開口部の開口面積とが実質的に同一であることが挙げられる。
【００３１】
上記形態は、電極に流れる電解液の流れを均一に調整し易く、電池反応をより均一に生じさせ易い。第一の開口部を介して電極に流入される電解液の流量と第二の開口部を介して電極から流出される電解液の流量とを実質的に同一にできるからである。
【００３２】
（９）上記の双極板の一形態として、
前記第一の開口部及び前記第二の開口部における単位長さ当たりの開口面積が長手方向にわたって実質的に同一であることが挙げられる。
【００３３】
特に、第一のトンネル及び第二のトンネルが第一の開口部及び前記第二の開口部をそれぞれ１つのみ有する場合、上記形態は、電極に流れる電解液の流れを均一に調整し易く、電池反応をより均一に生じさせ易い。
【００３４】
（１０）本開示の実施形態に係るセルフレームは、
上記（１）から（９）のいずれか１つに記載の双極板と、
前記双極板の外周に設けられる枠体と、を有する。
【００３５】
本開示のセルフレームは、電解液の流通性を改善して圧力損失を低減しつつ、電極の広範囲に電解液を拡散できる。この圧力損失の低減と電解液の拡散により、電池反応を電極の広範囲に均一に生じさせることができる。これは、上記のセルフレームが上述の本開示の双極板を有するからである。よって、本開示のセルフレームは、ＲＦ電池の電池反応効率を向上させることができる。
【００３６】
（１１）本開示の実施形態に係るセルスタックは、
上記（１０）に記載のセルフレームを備える。
【００３７】
本開示のセルスタックは、上述の本開示のセルフレームを備えるため、ＲＦ電池の電池反応効率を向上させることができる。
【００３８】
（１２）本開示の実施形態に係るレドックスフロー電池は、
上記（１１）に記載のセルスタックを備える。
【００３９】
本開示のＲＦ電池は、上述の本開示のセルスタックを備えるため、電池反応効率が高い。
【００４０】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の双極板、セルフレーム、セルスタック、及びレドックスフロー電池（ＲＦ電池）の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は同一又は相当部分を示す。なお、本願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。
【００４１】
［実施形態］
実施形態に係る双極板の一例を図５〜図８に示す。実施形態に係る双極板３１は、図５に示すように、互いに隣り合う第一のトンネル５１と第二のトンネル５２とを備える。実施形態に係る双極板３１の特徴の１つは、図５〜図８に示すように、第一のトンネル５１が第一の開口部６１を有し、第二のトンネル５２が第二の開口部６２を有する点にある。以下では、初めに、図１〜図４を参照して、実施形態に係るＲＦ電池１、並びに、セルスタック２、及び双極板３１を有するセルフレーム３の概要を説明する。その後、図５〜図１３を参照して、実施形態に係る双極板３１に備える第一のトンネル５１及び第二のトンネル５２の各構成について詳しく説明する。
【００４２】
《ＲＦ電池》
図１、図２を参照して、実施形態に係るＲＦ電池１、及びＲＦ電池１に備える電池セル１０の一例を説明する。図１、図２に示すＲＦ電池１は、正極電解液及び負極電解液として、酸化還元により価数が変化する金属イオンを活物質として含有する電解液を使用する。ＲＦ電池１は、正極電解液に含まれるイオンの酸化還元電位と、負極電解液に含まれるイオンの酸化還元電位との差を利用して充放電を行う。ここでは、ＲＦ電池１の一例として、正極電解液及び負極電解液にバナジウム（Ｖ）イオンを含有するバナジウム電解液を使用したバナジウム系ＲＦ電池を示す。図１中の電池セル１０内の実線矢印は充電反応を、破線矢印は放電反応をそれぞれ示している。ＲＦ電池１は、交流／直流変換器８０を介して電力系統９０に接続されている。ＲＦ電池１は、例えば、負荷平準化用途、瞬低補償、非常用電源などの用途、太陽光発電、風力発電といった自然エネルギー発電の出力平滑化用途に利用される。ＲＦ電池１は、正極電解液にマンガンイオンを含み、負極電解液にチタンイオンを含むマンガン−チタン系ＲＦ電池などでもよい。電解液は公知の組成のものを利用できる。
【００４３】
ＲＦ電池１は、充放電を行う電池セル１０と、電解液を貯留するタンク１０６、１０７と、タンク１０６、１０７と電池セル１０との間で電解液を循環させる循環流路１００Ｐ、１００Ｎとを備える。
【００４４】
《電池セル》
電池セル１０は、図１に示すように、正極電極１４と、負極電極１５と、両電極間に介在される隔膜１１とを備える。電池セル１０の構造は、隔膜１１を挟んで正極セル１２と負極セル１３とに分離され、正極セル１２に正極電極１４、負極セル１３に負極電極１５が内蔵されている。電池セル１０は、図２に示すように、双極板３１の間に、正極電極１４と負極電極１５とが隔膜１１を介して対向するように配置されて構成される（図３も参照）。
【００４５】
（電極）
正極電極１４及び負極電極１５の各電極には、電解液（正極電解液及び負極電解液）が流れる。正極電極１４及び負極電極１５は、電解液中の活物質が電池反応を行う反応場として機能する。正極電極１４及び負極電極１５は、導電性を有する多孔体で形成されている。隔膜１１は、例えば、水素イオンを透過するイオン交換膜で形成されている。
【００４６】
正極電極１４及び負極電極１５の各電極は、カーボン繊維を主成分（質量比で５０％以上）とすることが好ましく、代表的には、カーボンフェルト、カーボンクロス、カーボンペーパーなどが好適に利用できる。カーボン繊維を主成分とすることで、電極内に空隙を有するため、電極に電解液を拡散させることができる。
【００４７】
電極の空隙率は、例えば５０％以上、更に６０％以上、７０％以上であることが挙げられる。空隙率が５０％以上であることで、電解液の流通性を確保し易く、電解液を十分に拡散させ易い。空隙率の上限は、特に限定されてないが、例えば９５％以下、更に９０％以下である。ここでは、非圧縮状態（自然状態）での空隙率とする。空隙率は、電極の真の体積をＶ、見かけの体積をＶａとした場合、｛（Ｖａ−Ｖ）／Ｖａ｝×１００（％）として求めることができる。更に、電極の厚さ方向の空隙率は、隔膜１１側の面近傍で極小値となるような分布を有することが好ましい。ここでいう「近傍」とは、隔膜１１側の面から厚さ方向に例えば５０μｍ以内の領域とする。
【００４８】
また、非圧縮状態での電極の平均厚さは、例えば０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが挙げられる。
【００４９】
電池セル１０（正極セル１２及び負極セル１３）には、図１、図２に示すように、循環流路１００Ｐ、１００Ｎを通して電解液（正極電解液及び負極電解液）が循環する。正極セル１２には、正極電解液を貯留する正極電解液タンク１０６が正極循環流路１００Ｐを介して接続されている。同様に、負極セル１３には、負極電解液を貯留する負極電解液タンク１０７が負極循環流路１００Ｎを介して接続されている。各循環流路１００Ｐ、１００Ｎは、各タンク１０６、１０７から電池セル１０へ電解液を送る往路配管１０８、１０９と、電池セル１０から各タンク１０６、１０７へ電解液を戻す復路配管１１０、１１１とを有する。各往路配管１０８、１０９には、各タンク１０６、１０７に貯留される電解液を圧送するポンプ１１２、１１３が設けられている。このポンプ１１２、１１３により電解液が電池セル１０に循環される。
【００５０】
《セルスタック》
ＲＦ電池１は通常、図２に示すような、複数の電池セル１０が積層されたセルスタック２が利用される。セルスタック２は、図３に示すように、複数のサブスタック２００をその両側から２枚のエンドプレート２２０で挟み込み、両側のエンドプレート２２０を締付機構２３０で締め付けることで構成されている。図３は、複数のサブスタック２００を備えるセルスタック２を例示している。サブスタック２００は、セルフレーム３、正極電極１４、隔膜１１、負極電極１５の順に繰り返し積層され、その積層体の両端に給排板２１０が配置された構造である。給排板２１０には、各循環流路１００Ｐ、１００Ｎ（図１、図２参照）の往路配管１０８、１０９及び復路配管１１０、１１１が接続される。
【００５１】
《セルフレーム》
セルフレーム３は、図３に示すように、正極電極１４と負極電極１５との間に配置される双極板３１と、双極板３１の周囲に設けられる枠体３２とを有する（図４も参照）。双極板３１の一面側には、正極電極１４が対向するように配置される。双極板３１の他面側には、負極電極１５が対向するように配置される。枠体３２の内側には、双極板３１が設けられ、双極板３１と枠体３２により凹部３２ｏが形成される。凹部３２ｏは、双極板３１の両側にそれぞれ形成される。一方の凹部３２ｏ内に正極電極１４が収納され、他方の凹部３２ｏ内に負極電極１５が収納されることにより、正極電極１４及び負極電極１５が双極板３１を挟んで配置される。各凹部３２ｏは、正極セル１２及び負極セル１３（図１参照）の各セル空間を形成する。
【００５２】
双極板３１は、例えば導電性プラスチック、代表的にはプラスチックカーボン（導電性カーボンと樹脂との複合材料）などで形成されている。枠体３２は、例えば、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などのプラスチックで形成されている。セルフレーム３は、双極板３１の周囲に枠体３２を射出成型などにより一体化することで製造することが挙げられる。その他、セルフレーム３は、双極板３１の外周部と枠体３２の内周部との間にシール部材を配置し、双極板３１の外周部と枠体３２の内周部とを重ね合わせることで製造することもできる。
【００５３】
セルスタック２（サブスタック２００）は、隣接する各セルフレーム３の枠体３２の一面側と他面側とが互いに対向して突き合わされる。隣接する各セルフレーム３における双極板３１の間にそれぞれ１つの電池セル１０が形成される（図３参照）。換言すれば、隣り合う電池セル１０の間に双極板３１が介在される。正極電極１４及び負極電極１５の各電極は、電池セル１０を構成したときに枠体３２の各凹部３２ｏ内に収納される。各セルフレーム３の枠体３２の間には、電解液の漏洩を抑制するため、Ｏリング又は平パッキンなどの環状のシール部材３７（図２、図３参照）が配置されている。枠体３２には、シール部材３７を配置するためのシール溝３８（図４参照）が形成されている。
【００５４】
電池セル１０における電解液の流通は、セルフレーム３の枠体３２に貫通して形成された給液マニホールド３３、３４及び排液マニホールド３５、３６と、枠体３２に形成された給液スリット３３ｓ、３４ｓ及び排液スリット３５ｓ、３６ｓにより行われる。この例に示すセルフレーム３（枠体３２）の場合、正極電解液は、枠体３２の下部に形成された給液マニホールド３３から枠体３２の一面側に形成された給液スリット３３ｓを介して双極板３１の一面側に供給される。供給された正極電解液は、枠体３２の上部に形成された排液スリット３５ｓを介して排液マニホールド３５に排出される。同様に、負極電解液は、枠体３２の下部に形成された給液マニホールド３４から枠体３２の他面側に形成された給液スリット３４ｓを介して双極板３１の他面側に供給される。供給された負極電解液は、枠体３２の上部に形成された排液スリット３６ｓを介して排液マニホールド３６に排出される。給液マニホールド３３、３４及び排液マニホールド３５、３６は、セルフレーム３が積層されることによって電解液の流路を構成する。これら流路は、給排板２１０（図３参照）を介して各循環流路１００Ｐ、１００Ｎ（図１、図２参照）の往路配管１０８、１０９及び復路配管１１０、１１１にそれぞれ連通している。これにより、給液マニホールド３３、３４及び排液マニホールド３５、３６を介して電池セル１０内に電解液を流通させることが可能である。
【００５５】
この例に示す電池セル１０は、双極板３１の下縁側から電解液が供給され、双極板３１の上縁側から電解液が排出されるように構成されている。つまり、電池セル１０における全体的な電解液の流れる方向は、紙面上方向となる。
【００５６】
本例のセルフレーム３は、図４に示すように、供給側整流部３３０と排出側整流部３５０とを有する。供給側整流部３３０は、枠体３２の一面側に形成され、枠体３２の内周の下縁に沿って伸びる溝である。供給側整流部３３０に給液スリット３３ｓがつながっている。供給側整流部３３０は、給液スリット３３ｓから供給された正極電解液を双極板３１の下縁部に沿って拡散させる機能を有する。排出側整流部３５０は、枠体３２の一面側に形成され、枠体３２の内周の上縁に沿って伸びる溝である。排出側整流部３５０に排液スリット３５ｓがつながっている。排出側整流部３５０は、双極板３１の上縁部から排出された正極電解液を排液スリット３５ｓに集約する機能を有する。
【００５７】
この例では、供給側整流部３３０及び排出側整流部３５０を枠体３２に設けているが、供給側整流部３３０及び排出側整流部３５０は双極板３１に設けることも可能である。双極板３１に供給側整流部３３０を設ける場合は双極板３１の下縁部に沿って溝を形成すればよい。また、双極板３１に排出側整流部３５０を設ける場合は双極板３１の上縁部に沿って溝を形成すればよい。
【００５８】
図４では、正極電極１４（図３参照）が配置されるセルフレーム３の一面側（正極側）に形成された正極電解液用の供給側整流部３３０及び排出側整流部３５０のみ図示している。負極電極１５（図３参照）が配置されるセルフレーム３の他面側（負極側）にも、一面側と同様に、負極電解液用の供給側整流部及び排出側整流部が形成されている。セルフレーム３の他面側に形成された負極電解液用の供給側整流部及び排出側整流部の構成は、図４に示す供給側整流部３３０及び排出側整流部３５０と同様であるので、その説明を省略する。
【００５９】
《双極板》
双極板３１は、図４、図５に示すように、電解液が供給される供給側の第一の縁部３１１と、電解液が排出される排出側の第二の縁部３１２とを有する。本例の場合、双極板３１の下縁部が、電解液が供給される側となる第一の縁部３１１である。双極板３１の上縁部が、電解液が排出される側となる第二の縁部３１２である。
【００６０】
本例の双極板３１の平面形状は矩形状である。図４、図５に示す双極板３１の一面側（紙面表側）は、正極電極１４（図３参照）に対向する面である。双極板３１の他面側（紙面裏側）は、負極電極１５（図３参照）に対向する面である。
【００６１】
双極板３１は、第一のトンネル５１と第二のトンネル５２とを備える。以下、第一のトンネル５１及び第二のトンネル５２の構成の一例を、図５〜図８を参照して詳しく説明する。以下の説明において、双極板３１の供給側（第一の縁部３１１）から排出側（第二の縁部３１２）に向かう方向（紙面上下方向）を長さ方向とする。第一の縁部３１１及び第二の縁部３１２に沿う方向（紙面左右方向）を幅方向とする。また、長さ方向及び幅方向の双方に直交する方向を厚さ方向とする。図５〜図８では、双極板３１の一面側（正極側）に備える正極電解液用の第一のトンネル５１及び第二のトンネル５２しか図示していないが、双極板３１の他面側（負極側）にも、一面側と同様に、負極電解液用の第一のトンネル及び第二のトンネルを備える。双極板３１の他面側に形成された負極電解液用の第一のトンネル及び第二のトンネルの構成は、図５〜図８に示す第一のトンネル５１及び第二のトンネル５２と同様であるので、その説明を省略する。
【００６２】
第一のトンネル５１と第二のトンネル５２とは、双極板３１の一面側（正極側）の内部に、幅方向に互いに隣り合うように並んでいる。本例の場合、図５に示すように、双極板３１の一面側の概ね全域にわたって、第一のトンネル５１と第二のトンネル５２とが交互に並んで設けられている。第一のトンネル５１と第二のトンネル５２とは、連通せずに独立している。第一のトンネル５１と第二のトンネル５２とは、双極板３１の一面側の少なくとも一部の領域において形成されていればよい。
【００６３】
（第一のトンネル）
第一のトンネル５１は、図６に示すように、双極板３１の内部に形成され、供給側（第一の縁部３１１）から排出側（第二の縁部３１２）に向かって伸びる。第一のトンネル５１は、第一の縁部３１１に開口し、排出側に端部５１２を有する。排出側の端部５１２には、後述する第一の流れ阻害構造５１２ａを有する。また、第一のトンネル５１は、図５、図６に示すように、後述する第一の開口部６１を有する。
【００６４】
第一のトンネル５１は直線状に形成されている。この例では、第一のトンネル５１の断面形状が長手方向に一様であり、第一のトンネル５１の断面積が長手方向に実質的に同一である。「第一のトンネル５１の断面形状」とは、第一のトンネル５１の長手方向に直交する横断面の形状である。「第一のトンネル５１の断面積」とは、第一のトンネル５１の横断面の断面積である。「第一のトンネル５１の断面積が長手方向に実質的に同一」とは、第一のトンネル５１の断面積の平均値（ａｖｅ）に対する標準偏差（σ）の割合[（σ／ａｖｅ）×１００]が３０％以下であることを意味する。この割合が小さいほど、第一のトンネル５１の断面積が長手方向に同一であるといえる。上記の割合は、更に２０％以下、１０％以下であることが好ましい。第一のトンネル５１の断面積の平均値（ａｖｅ）及び標準偏差（σ）は、第一のトンネル５１の長手方向における任意の点を複数（例えば１０点以上）選択して、それぞれの点での断面積から平均値及び標準偏差を求めるものとする。任意の点は、第一のトンネル５１の長手方向に沿って等間隔に設定するとよい。この例では、第一のトンネル５１の断面積が長手方向に沿って一定であり、第一のトンネル５１の断面積の平均値に対する標準偏差の割合が実質的に０％である。
【００６５】
第一のトンネル５１の断面形状は矩形状である（図８参照）。第一のトンネル５１の断面形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状、半円形状、楕円形状、半楕円形状、三角形状、台形状、その他の多角形状などであってもよい。第一のトンネル５１の断面積は、例えば１ｍｍ２以上２００ｍｍ２以下、更に２ｍｍ２以上５０ｍｍ２以下であることが挙げられる。第一のトンネル５１の断面積が１ｍｍ２以上２００ｍｍ２以下であることで、電解液の流通性を確保することができる。
【００６６】
第一のトンネル５１の長さ（図６中、Ｌ５１で示される寸法）は、例えば双極板３１の長さ（第一の縁部３１１から第二の縁部３１２までの寸法）の７０％以上、更に８０％以上、９０％以上であることが挙げられる。第一のトンネル５１の長さは、第一の縁部３１１から排出側の端部５１２までの距離に等しい。また、第一のトンネル５１の幅（図８中、Ｗ５１で示される寸法）は、例えば１ｍｍ以上５０ｍｍ以下、更に２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが挙げられる。第一のトンネル５１の幅は、双極板３１の厚さ方向に変化してもよい。この場合、第一のトンネル５１の幅は、第一のトンネル５１の横断面における最大幅とする。例えば、第一のトンネル５１の断面形状が円形状である場合、第一のトンネル５１の中心位置で最大幅となり、その中心位置から双極板３１の厚さ方向の一方側（表面側）及び他方側（中心側）に向かって幅が減少する。第一のトンネル５１の高さ（図８中、Ｈ５１で示される寸法）は、例えば１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、更に２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが挙げられる。この例では、第一のトンネル５１の幅及び高さが、第一のトンネル５１の長手方向に沿って一定である。
【００６７】
〈第一の開口部〉
第一の開口部６１は、図６に示すように、双極板３１の電極側（正極電極１４側）の面に開口する。第一の開口部６１は、双極板３１における電極と対向する電極側の面に形成され、第一のトンネル５１に連通する。第一の開口部６１は、第一のトンネル５１の長手方向に沿って形成されている。この例では、第一の開口部６１が１つの長孔で形成されている。
【００６８】
第一の開口部６１の平面形状は矩形状である（図５参照）。第一の開口部６１の平面形状は、図５に示すような矩形状の他、例えば、長円形状、多角形状などであってもよい。多角形状としては、例えば、三角形状、台形状、菱形状、六角形状などが挙げられる。第一のトンネル５１における第一の開口部６１が形成された部分において、第一の開口部６１の幅（図８中、Ｗ６１で示される寸法）は、第一のトンネル５１の幅（Ｗ５１）未満である。「第一の開口部６１の幅」とは、第一のトンネル５１の横断面において、第一のトンネル５１と第一の開口部６１との接続位置における幅である。第一の開口部６１の幅は、例えば１ｍｍ以上５０ｍｍ以下、更に２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが挙げられる。第一の開口部６１の幅は、第一のトンネル５１の幅よりも小さいことが好ましい。この例では、第一の開口部６１の幅が、第一のトンネル５１の長手方向に沿って一定であり、第一のトンネル５１の幅よりも小さい。また、双極板３１を平面視したとき、第一の開口部６１の中心線（図５中、二点鎖線で示す）が第一のトンネル５１の中心線と一致している。「第一の開口部６１の中心線」とは、第一のトンネル５１の長手方向に沿って、第一の開口部６１の幅の中心を通る線である。「第一のトンネル５１の中心線」とは、第一のトンネル５１の長手方向に沿って、第一のトンネル５１の幅の中心を通る線である。
【００６９】
第一のトンネル５１における第一の開口部６１が形成された部分において、第一のトンネル５１の周長に占める第一の開口部６１の幅（Ｗ６１）の割合は、５０％未満であることが好ましい。「第一のトンネル５１の周長」とは、第一のトンネル５１の横断面の周囲長である。第一のトンネル５１における第一の開口部６１が形成されていない部分では、第一のトンネル５１の横断面の周囲が閉鎖されている。つまり、第一のトンネル５１の周長の１００％が閉鎖されている。一方、第一のトンネル５１における第一の開口部６１が形成された部分では、第一の開口部６１によって第一のトンネル５１の横断面の周囲が開口している（図８参照）。第一のトンネル５１における第一の開口部６１が形成されている部分の周長は、第一のトンネル５１の横断面において、第一のトンネル５１の壁面の長さと第一の開口部６１の幅との合計になる。「第一のトンネル５１の周長に占める第一の開口部６１の幅の割合が５０％未満」とは、第一のトンネル５１の周長の平均値に対する第一の開口部６１の幅の平均値の比率が０％超５０％未満であることを意味する。第一のトンネル５１の周長及び第一の開口部６１の幅の平均値は、第一のトンネル５１における第一の開口部６１が形成された部分において、長手方向における任意の点を複数（例えば１０点以上）選択して、それぞれの点での第一のトンネル５１の周長及び第一の開口部６１幅の平均値とする。任意の点は、第一のトンネル５１の長手方向に沿って等間隔に設定するとよい。上記の割合が小さいほど、第一のトンネル５１の横断面の周囲が閉鎖されている割合が大きいといえる。上記の割合が５０％未満の場合、第一のトンネル５１の周長の５０％超１００％未満が閉鎖されていることになる。上記の割合は、更に４０％未満、３０％未満であることが好ましい。
【００７０】
本例の第一の開口部６１は、図６に示すように、供給側の端部６１１及び排出側の端部６２１が閉じられている。そのため、第一の開口部６１は、第一の縁部３１１及び第二の縁部３１２に連通していない。また、図５に示すように、第一の開口部６１の開口面積が第一のトンネル５１の平面断面積よりも小さい。「第一の開口部６１の開口面積」とは、双極板３１を平面視したときの第一の開口部６１の面積である。「第一のトンネル５１の平面断面積」とは、双極板３１の面方向に平行な断面、即ち厚さ方向に直交する断面における第一のトンネル５１の最大断面積である。換言すれば、第一のトンネル５１の平面断面積は、双極板３１を平面透視した場合に、第一のトンネル５１の輪郭から得られる面積に等しい。第一の開口部６１の開口面積は、第一のトンネル５１の平面断面積の５０％以下であることが好ましく、更に３０％以下であることがより好ましい。
【００７１】
（第二のトンネル）
第二のトンネル５２は、図７に示すように、双極板３１の内部に形成され、排出側（第二の縁部３１２）から供給側（第一の縁部３１１）に向かって伸びる。第二のトンネル５２は、第二の縁部３１２に開口し、供給側に端部５２１を有する。供給側の端部５２１には、後述する第二の流れ阻害構造５２１ａを有する。また、第二のトンネル５２は、図５、図７に示すように、双極板３１の電極側（正極電極１４側）の面に開口する第二の開口部６２を有する。
【００７２】
第一のトンネル５１と第二のトンネル５２との違いは、第一のトンネル５１が第一の縁部３１１に開口し、排出側に端部５１２を有するのに対し、第二のトンネル５２が第二の縁部３１２に開口し、供給側に端部５２１を有する点にある。上述した第一のトンネル５１の説明において、「第一のトンネル５１」及び「第一の開口部６１」をそれぞれ、「第二のトンネル５２」及び「第二の開口部６２」に読み替えれば、第二のトンネル５２の構成の説明になる。なお、第二のトンネル５２の長さ（図７中、Ｌ５２で示される寸法）は、第二の縁部３１２から供給側の端部５２１までの距離に等しい。また、図８中のＷ５２及Ｈ５２は、第二のトンネル５２の幅及び高さを示す。図８中のＷ６２は、第二の開口部６２の幅を示す。この例では、第一のトンネル５１の幅及び高さと第二のトンネル５２の幅及び高さとがそれぞれ同じであり、第一のトンネル５１の断面積と第二のトンネル５２の断面積とが等しい。
【００７３】
本例の場合、図５に示すように、第一のトンネル５１と第二のトンネル５２とが平行に設けられている。第一のトンネル５１と第二のトンネル５２とは、部分的に幅方向に互いに並ぶように設けられている。具体的には、第一のトンネル５１における開口近傍から端部５１２までの部分と、第二のトンネル５２における開口近傍から端部５２１までの部分とが、幅方向に互いに並ぶように形成されている。また、第一の開口部６１と第二の開口部６２とは長さが同じであり、幅方向に互いに並ぶように形成されている。
【００７４】
〈流れ阻害構造〉
第一のトンネル５１における排出側の端部５１２には、図６に示すように、第一の流れ阻害構造５１２ａを有する。第二のトンネル５２における供給側の端部５２１には、図７に示すように、第二の流れ阻害構造５２１ａを有する。第一の流れ阻害構造５１２ａは、第一のトンネル５１から第二の縁部３１２への電解液の流出を阻害する構造である。第二の流れ阻害構造５２１ａは、第一の縁部３１１から第二のトンネル５２への電解液の流入を阻害する構造である。第一の流れ阻害構造５１２ａ及び第二の流れ阻害構造５２１ａはそれぞれ、電解液の流れを阻害する構造であればよい。第一の流れ阻害構造５１２ａ及び第二の流れ阻害構造５２１ａの具体的な例としては、排出側の端部５１２及び供給側の端部５２１が完全に閉鎖された構造、或いは、部分的に閉鎖された構造などが挙げられる。「部分的に閉鎖された構造」とは、例えば、排出側の端部５１２又は供給側の端部５２１において、第一のトンネル５１又は第二のトンネル５２の断面積が部分的に小さくなっていることが挙げられる。この例では、排出側の端部５１２及び供給側の端部５２１が完全に閉鎖された構造によって、第一の流れ阻害構造５１２ａ及び第二の流れ阻害構造５２１ａが構成されている。
【００７５】
第一のトンネル５１の排出側の端部５１２又は第二のトンネル５２の供給側の端部５２１が部分的に閉鎖された構造によって、第一の流れ阻害構造５１２ａ又は第二の流れ阻害構造５２１ａを構成する場合、次の要件を満たすものとする。第一のトンネル５１において、第一の流れ阻害構造５１２ａが設けられる排出側の端部５１２は、部分的に閉鎖されており、断面積が小さい。第一のトンネル５１における排出側の端部５１２の開口の断面積は、隣り合う第二のトンネル５２における第二の縁部３１２に開口する断面積よりも小さい。第二のトンネル５２において、第二の流れ阻害構造５２１ａが設けられる供給側の端部５２１は、部分的に閉鎖されており、断面積が小さい。第二のトンネル５２における排出側の端部５２１の開口の断面積は、隣り合う第一のトンネル５１における第一の縁部３１１に開口する断面積よりも小さい。
【００７６】
（双極板の製造方法）
本例の双極板３１の製造方法の一例としては、以下の方法が挙げられる。双極板３１の供給側（第一の縁部３１１）から排出側（第二の縁部３１２）に向かってドリルなどにより穴を開けて、第一のトンネル５１を形成する。本例の場合、第一のトンネル５１の排出側の端部５１２に第一の流れ阻害構造５１２ａを形成するため、排出側の端部５１２を残して第一のトンネル５１を形成する。双極板３１の一面側（正極側）から第一のトンネル５１に連通するように孔を開けて、第一の開口部６１を形成する。また、双極板３１の排出側（第二の縁部３１２）から供給側（第一の縁部３１１）に向かってドリルなどにより穴を開けて、第二のトンネル５２を形成する。本例の場合、第二のトンネル５２の供給側の端部５２１に第二の流れ阻害構造５２１ａを形成するため、供給側の端部５２１を残して第二のトンネル５２を形成する。双極板３１の一面側（正極側）から第二のトンネル５２に連通するように穴を開けて、第二の開口部６２を形成する。
【００７７】
双極板３１の製造方法の別の一例としては、双極板３１を厚さ方向に分割し、双極板３１を第一のトンネル５１及び第二のトンネル５２が形成された基部と、第一の開口部６１及び第二の開口部６２が形成された表層部とに分けて製造することが挙げられる。この場合、基部の表面に、第一のトンネル５１及び第二のトンネル５２となる溝を形成しておく。また、表層部に、第一の開口部６１及び第二の開口部６２となる孔を開けておく。そして、基部に形成した第一のトンネル５１及び第二のトンネル５２となる溝と、表層部に形成した第一の開口部６１及び第二の開口部６２となる穴とが互いに重なり合うように、基部に表層部を貼り合わせて一体化する。基部と表層部との一体化は、例えば、熱溶着、接着剤による接着などを利用できる。
【００７８】
（双極板の機能）
第一のトンネル５１と第二のトンネル５２とを備える本例の双極板３１は、次の機能を有する。供給側（第一の縁部３１１）から供給された電解液（正極電解液）は、第一のトンネル５１に主として流入する。第一のトンネル５１に流入した電解液は、第一の開口部６１を介して電極（正極電極１４）に流れる。このとき、電解液は、第一の開口部６１から第二の開口部６２に向かって流れる。つまり、隣り合う第一のトンネル５１と第二のトンネル５２との間を渡るように電解液が流れる。そのため、電極の広範囲に電解液が拡散され易い。電極に流れた電解液は、第二の開口部６２を介して第二のトンネル５２に流出し、排出側（第二の縁部３１２）から排出される。
【００７９】
この例では、隣り合う第一のトンネル５１と第二のトンネル５２とが以下の条件（ｉ）〜（ｉｖ）を満たしている。
【００８０】
（ｉ）第一の開口部６１の供給側の端部６１１と第一の縁部３１１との距離（図６中、Ｄ６１１で示される寸法）と、第二の開口部６２の供給側の端部６２１と第一の縁部３１１との距離（図７中、Ｄ６２１で示される寸法）とが実質的に同一であること、及び、第一の開口部６１の排出側の端部６１２と第二の縁部３１２との距離（図６中、Ｄ６１２で示される寸法）と、第二の開口部６２の排出側の端部６２２と第二の縁部３１２との距離（図７中、Ｄ６２２で示される寸法）とが実質的に同一であること、の少なくとも一方を満たす。
【００８１】
「第一の開口部６１の供給側の端部６１１と第一の縁部３１１との距離（Ｄ６１１）と、第二の開口部６２の供給側の端部６２１と第一の縁部３１１との距離（Ｄ６２１）とが実質的に同一」とは、次のように定義される。供給側の端部６１１における距離（Ｄ６１１）及び供給側の端部６２１における距離（Ｄ６２１）をそれぞれ測定する。ここでは、隣り合う第一の開口部６１と第二の開口部６２との複数の組の中から、任意の組（例えば１０組以上）を選択する。選択した複数の第一の開口部６１及び第二の開口部６２のそれぞれについて、各端部６１１と第一の縁部３１１との距離（Ｄ６１１）、及び、各端部６２１と第一の縁部３１１との距離（Ｄ６２１）を測定する。そして、供給側の端部６１１における距離（Ｄ６１１）と供給側の端部６２１における距離（Ｄ６２１）との平均値（ａｖｅ）及び標準偏差（σ）を求め、平均値（ａｖｅ）に対する標準偏差（σ）の割合[（σ／ａｖｅ）×１００]が５０％以下である場合を距離が実質的に同一であるとみなす。この割合が小さいほど、距離が同一であるといえる。上記の割合は、更に３０％以下、２０％以下であることが好ましい。
【００８２】
「第一の開口部６１の排出側の端部６１２と第二の縁部３１２との距離（Ｄ６１２）と、第二の開口部６２の排出側の端部６２２と第二の縁部３１２との距離（Ｄ６２２）とが実質的に同一」とは、次のように定義される。排出側の端部６１２における距離（Ｄ６１２）及び排出側の端部６２２における距離（Ｄ６２２）をそれぞれ測定する。ここでは、隣り合う第一の開口部６１と第二の開口部６２との複数の組の中から、任意の組（例えば１０組以上）を選択する。選択した複数の第一の開口部６１及び第二の開口部６２のそれぞれについて、各端部６１２と第二の縁部３１２との距離（Ｄ６１２）、及び、各端部６２２と第二の縁部３１２との距離（Ｄ６２２）を測定する。そして、排出側の端部６１２における距離（Ｄ６１２）と排出側の端部６２２における距離（Ｄ６２２）との平均値（ａｖｅ）及び標準偏差（σ）を求め、平均値（ａｖｅ）に対する標準偏差（σ）の割合[（σ／ａｖｅ）×１００]が５０％以下である場合を距離が実質的に同一であるとみなす。この割合が小さいほど、距離が同一であるといえる。上記の割合は、更に３０％以下、２０％以下であることが好ましい。
【００８３】
この例では、供給側の端部６１１における距離（Ｄ６１１）と供給側の端部６２１における距離（Ｄ６１２）とが同等であり、距離（Ｄ６１１）及び距離（Ｄ６１２）の平均値に対する標準偏差の割合が実質的に０％である。また、排出側の端部６１２における距離（Ｄ６１２）と排出側の端部６２２における距離（Ｄ６２２）とが同等であり、距離（Ｄ６１２）及び距離（Ｄ６２２）の平均値に対する標準偏差の割合が実質的に０％である。
【００８４】
供給側の端部６１１における距離（Ｄ６１１）と供給側の端部６２１における距離（Ｄ６２１）、及び排出側の端部６１２における距離（Ｄ６１２）と排出側の端部６２２における距離（Ｄ６２２）のうち、少なくとも一方が実質的に同一であることで、電極に流れる電解液の流れを均一に調整し易く、電池反応をより均一に生じさせ易い。特に、供給側の端部６１１における距離（Ｄ６１１）と供給側の端部６２１における距離（Ｄ６２１）、及び排出側の端部６１２における距離（Ｄ６１２）と排出側の端部６２２における距離（Ｄ６２２）の双方が実質的に同一であることが好ましい。この場合、電極に流れる電解液の流れをより均一に調整し易い。
【００８５】
（ｉｉ）第一の開口部６１の中心線と第二の開口部６２の中心線との距離（図５中、Ｃ６で示される寸法）が、長手方向にわたって実質的に同一である。
【００８６】
「第一の開口部６１の中心線と第二の開口部６２の中心線との距離（Ｃ６）が長手方向にわたって実質的に同一」とは、第一の開口部６１と第二の開口部６２との中心線間の距離（Ｃ６）の平均値（ａｖｅ）に対する標準偏差（σ）の割合[（σ／ａｖｅ）×１００]が５０％以下であることを意味する。この割合が小さいほど、第一の開口部６１の中心線と第二の開口部６２の中心線との距離が長手方向に同一であるといえる。上記の割合は、更に３０％以下、２０％以下であることが好ましい。第一の開口部６１と第二の開口部６２との中心線間の距離の平均値（ａｖｅ）及び標準偏差（σ）は、長手方向に任意の点を複数（例えば１０点以上）選択して、それぞれの点での中心線間の距離から平均値及び標準偏差を求めるものとする。任意の点は、長手方向に沿って等間隔に設定するとよい。
【００８７】
この例では、第一の開口部６１の中心線と第二の開口部６２の中心線とが平行であり、第一の開口部６１と第二の開口部６２との中心線間の距離（Ｃ６）の平均値に対する標準偏差の割合が実質的に０％である。第一の開口部６１の中心線と第二の開口部６２の中心線との距離（Ｃ６）は、例えば２ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが挙げられる。
【００８８】
第一の開口部６１の中心線と第二の開口部６２の中心線との距離（Ｃ６）が長手方向にわたって実質的に同一であることで、電極に流れる電解液の流れを均一に調整し易く、電池反応をより均一に生じさせ易い。第一の開口部６１から第二の開口部６２に向かって電極に流れる電解液の流通長を実質的に同一にできるからである。
【００８９】
（ｉｉｉ）第一の開口部６１の開口面積と第二の開口部６２の開口面積とが実質的に同一である。
【００９０】
「第一の開口部６１の開口面積と第二の開口部６２の開口面積とが実質的に同一」とは、第一の開口部６１の開口面積と第二の開口部６２の開口面積との平均値に対して、それぞれの開口面積の差異が３０％以下であることを意味する。この割合が小さいほど、第一の開口部６１の開口面積と第二の開口部６２の開口面積とが同一であるといえる。上記の割合は、更に２０％以下、１０％以下であることが好ましい。
【００９１】
この例では、第一の開口部６１の開口面積と第二の開口部６２の開口面積とが同等であり、第一の開口部６１及び第二の開口部６２の開口面積の平均値に対する差異が実質的に０％である。
【００９２】
第一の開口部６１の開口面積と第二の開口部６２の開口面積とが実質的に同一であることで、電極に流れる電解液の流れを均一に調整し易く、電池反応をより均一に生じさせ易い。第一の開口部６１を介して電極に流入される電解液の流量と第二の開口部６２を介して電極から流出される電解液の流量とを実質的に同一にできるからである。
【００９３】
（ｉｖ）第一の開口部６１及び第二の開口部６２における単位長さ当たりの開口面積が長手方向にわたって実質的に同一である。
【００９４】
「単位長さ当たりの開口面積が長手方向にわたって実質的に同一」とは、次のように定義される。第一の開口部６１及び第二の開口部６２における単位長さ（例えば１ｃｍ）当たりの開口面積をそれぞれ測定する。ここでは、第一の開口部６１及び第二の開口部６２を長手方向に任意の複数（例えば１０以上）の区間に分け、各区間における単位長さ当たりの開口面積をそれぞれ測定するものとする。任意の区間は、長手方向に沿って等間隔に設定するとよい。そして、第一の開口部６１及び第二の開口部６２における各区間での単位長さ当たりの開口面積の平均値（ａｖｅ）及び標準偏差（σ）を求め、平均値（ａｖｅ）に対する標準偏差（σ）の割合[（σ／ａｖｅ）×１００]が３０％以下である場合を単位長さ当たりの開口面積が実質的に同一であるとみなす。この割合が小さいほど、単位長さ当たりの開口面積が同一であるといえる。上記の割合は、更に２０％以下、１０％以下であることが好ましい。
【００９５】
この例では、第一の開口部６１及び第二の開口部６２のそれぞれの幅が長手方向に沿って一定であり、第一の開口部６１の幅と第二の開口部６２の幅とが等しい。そのため、第一の開口部６１及び第二の開口部６２における単位長さ当たりの開口面積が同等であり、単位長さ当たりの開口面積の平均値に対する標準偏差の割合が実質的に０％である。
【００９６】
第一の開口部６１及び第二の開口部６２における単位長さ当たりの開口面積が長手方向にわたって実質的に同一であることで、電極に流れる電解液の流れを均一に調整し易く、電池反応をより均一に生じさせ易い。
【００９７】
［実施形態の効果］
実施形態に係る双極板３１は、第一のトンネル５１及び第二のトンネル５２を備えることで、電池セル１０（図２、図３参照）における電解液の流通性を改善することができる。よって、双極板３１は、電解液の流通抵抗を小さくでき、電池セル１０での電解液の圧力損失を低減できる。
【００９８】
また、第一のトンネル５１が第一の開口部６１を有し、第二のトンネル５２が第二の開口部６２を有する。そのため、双極板３１は、第一のトンネル５１及び第二のトンネル５２によって、双極板３１における供給側（第一の縁部３１１）と排出側（第二の縁部３１２）との間の電解液の流れを調整できる。また、双極板３１は、第一の開口部６１及び第二の開口部６２によって、双極板３１から電極に流れる電解液の流れを調整できる。そのため、双極板３１は、供給側と排出側との間の双極板３１内での電解液の流れ場と、双極板３１内から電極に流れる電解液の流れ場とを独立に設計することが可能である。
【００９９】
第一のトンネル５１と第二のトンネル５２とが互いに隣り合うように並んでいることで、電極の広範囲に電解液を拡散し易い。第一のトンネル５１が排出側の端部５１２に第一の流れ阻害構造５１２ａを有し、第二のトンネル５２が供給側の端部５２１に第二の流れ阻害構造５２１ａを有することで、供給側（第一の縁部３１１）から供給された電解液は、第一のトンネル５１に主として流入する。第一のトンネル５１と第二のトンネル５２とは、第一の流れ阻害構造５１２ａ及び第二の流れ阻害構造５２１ａによって、電解液の圧力差が生じる。そのため、第一のトンネル５１に流入した電解液は、第一の開口部６１を介して電極に流れる。このとき、電解液は、第一の開口部６１から第二の開口部６２に向かって流れる。つまり、第一のトンネル５１と第二のトンネル５２との間を渡るような電解液の流れが生じることにより、電極の広範囲に電解液が拡散され易い。電極に流れた電解液は、第二の開口部６２を介して第二のトンネル５２に流出し、排出側（第二の縁部３１２）から排出される。よって、双極板３１は、電池反応を電極の全域で均一に生じさせることができ、電池セル１０内で電池反応を効率よく行うことができる。したがって、双極板３１は、ＲＦ電池１の電池反応効率を向上させることができる。
【０１００】
実施形態に係るセルフレーム３は、上記の双極板３１を有するため、電解液の流通性を改善して圧力損失を低減できつつ、電極の広範囲に電解液を拡散して電池反応を電極の全域で均一に生じさせることができる。よって、セルフレーム３は、ＲＦ電池１の電池反応効率を向上させることができる。
【０１０１】
実施形態に係るセルスタック２は、上記のセルフレーム３を備えるため、ＲＦ電池１の電池反応効率を向上させることができる。
【０１０２】
実施形態に係るＲＦ電池１は、上記のセルスタック２を備えるため、電池反応効率が高い。
【０１０３】
以下、図９〜図１３を参照して、上述した実施形態に係る双極板３１の変形例を説明する。なお、変形例の説明においては、上述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
【０１０４】
［変形例１］
図９、図１０を参照して、双極板３１の変形例１を説明する。上述した実施形態では、図５に示すように、第一のトンネル５１及び第二のトンネル５２において、第一の開口部６１及び第二の開口部６２がそれぞれ１つずつ形成されている構成を説明した。変形例１では、第一のトンネル５１及び第二のトンネル５２において、第一の開口部６１及び第二の開口部６２がそれぞれ複数形成されている構成を説明する。
【０１０５】
図９は、変形例１Ａに係る双極板３１を示す。図９に示す変形例１Ａでは、第一のトンネル５１に対し、複数の第一の開口部６１が、第一のトンネル５１の長手方向に間隔をあけて設けられている。また、第二のトンネル５２に対し、複数の第二の開口部６２が、第二のトンネル５２の長手方向に間隔をあけて設けられている。この例では、第一のトンネル５１及び第二のトンネル５２に対して、第一の開口部６１及び第二の開口部６２が長手方向に沿って等間隔に設けられている。
【０１０６】
変形例１Ａに示す第一の開口部６１及び第二の開口部６２の平面形状は円形状である。この例では、第一の開口部６１及び第二の開口部６２の個々の開口面積が等しい。第一の開口部６１と第二の開口部６２とは、幅方向に互いに並ぶ位置に形成されている。
【０１０７】
変形例１Ａでは、第一の開口部６１の中心線と第二の開口部６２の中心線との距離（図９中、Ｃ６で示される寸法）が、長手方向にわたって実質的に同一である。変形例１Ａのように、第一の開口部６１が複数ある場合、第一の開口部６１の中心線は、各第一の開口部６１の幅（直径）の中心を通る近似的な直線として求めるとよい。第二の開口部６２が複数ある場合、第二の開口部６２の中心線は、各第二の開口部６２の幅（直径）の中心を通る近似的な直線として求めるとよい。
【０１０８】
また、変形例１Ａでは、第一の開口部６１の開口面積と第二の開口部６２の開口面積とが実質的に同一である。第一の開口部６１が複数ある場合、第一の開口部６１の開口面積は、各第一の開口部６１の合計の開口面積とする。第二の開口部６２が複数ある場合、第二の開口部６２の開口面積は、各第二の開口部６２の合計の開口面積とする。
【０１０９】
変形例１Ａでは、第一の開口部６１及び第二の開口部６２の平面形状が円形状である場合を例示したが、これに限定されない。例えば、図１０に示す変形例１Ｂのように、第一の開口部６１及び第二の開口部６２の平面形状は矩形状であってもよい。第一の開口部６１及び第二の開口部６２の平面形状は、その他の形状、例えば、長円形状、多角形状などであってもよい。多角形状としては、例えば、三角形状、台形状、菱形状、六角形状などが挙げられる。
【０１１０】
第一の開口部６１及び第二の開口部６２の数は同じであってもよいし、異なってもよい。また、各第一の開口部６１の平面形状及び開口面積は同じであってもよいし、平面形状及び開口面積の少なくとも一方が異なってもよい。更に、第一の開口部６１と第二の開口部６２とで、平面形状及び開口面積の少なくとも一方が異なってもよい。
【０１１１】
［変形例２］
図１１を参照して、双極板３１の変形例２を説明する。上述した変形例１Ａでは、図９に示すように、第一の開口部６１及び第二の開口部６２がそれぞれ複数形成されている構成を説明した。第一の開口部６１及び第二の開口部６２が複数ある場合、図１１に示す変形例２のように、第一の開口部６１同士及び第二の開口部６２同士がそれぞれ第一の溝部７１及び第二の溝部７２によって連結されていてもよい。
【０１１２】
図１１に示す第一の溝部７１は、双極板３１の一面側の表面において、第一のトンネル５１の長手方向に隣り合う第一の開口部６１間を連結するように形成されている。第一の溝部７１は、第一のトンネル５１まで及んでおらず、第一のトンネル５１に連通していない。また、第二の溝部７２は、双極板３１の一面側の表面において、第二のトンネル５２の長手方向に隣り合う第二の開口部６２間を連結するように形成されている。第二の溝部７２は、第二のトンネル５２まで及んでおらず、第二のトンネル５２に連通していない。
【０１１３】
［変形例３］
図１２を参照して、双極板３１の変形例３を説明する。上述した実施形態では、図５に示すように、第一の開口部６１の開口面積と第二の開口部６２の開口面積とが実質的に同一である構成を説明した。図１２に示す変形例３のように、第一の開口部６１の開口面積と第二の開口部６２の開口面積とは異なってもよい。
【０１１４】
変形例３では、図１２に示すように、第二の開口部６２の開口面積が第一の開口部６１の開口面積よりも大きい場合を例示しているが、これに限らず、第一の開口部６１の開口面積が第二の開口部６２の開口面積よりも大きくてもよい。
【０１１５】
電極に流れた電解液は、電極内を流通することによって圧力が低下する。図１２に示すように、第二の開口部６２の開口面積が第一の開口部６１の開口面積よりも大きい場合、電極内での電解液の圧力低下を補償する効果が期待できる。
【０１１６】
［変形例４］
図１３を参照して、双極板３１の変形例４を説明する。上述した実施形態では、図５に示すように、第一のトンネル５１及び第二のトンネル５２の断面積が長手方向に沿って一定である構成を説明した。図１３に示す変形例４のように、第一のトンネル５１及び第二のトンネル５２の断面積が長手方向に変化してもよい。
【０１１７】
図１３に示す第一のトンネル５１は供給側よりも排出側の断面積が小さい。「供給側よりも排出側の断面積が小さい」とは、第一のトンネル５１を長手方向に供給側と排出側の２つの区間に２等分したとき、供給側の区間の断面積の平均値よりも排出側の区間の断面積の平均値が小さいことを意味する。また、第二のトンネル５２は供給側よりも排出側の断面積が大きい。「供給側よりも排出側の断面積が大きい」とは、第二のトンネル５２を長手方向に供給側と排出側の２つの区間に２等分したとき、供給側の区間の断面積の平均値よりも排出側の区間の断面積の平均値が大きいことを意味する。供給側と排出側の各区間の断面積の平均値は、長手方向に任意の点を複数（例えば１０点以上）選択して、それぞれの点での断面積から平均値を求めるものとする。任意の点は、長手方向に沿って等間隔に設定するとよい。
【０１１８】
変形例４では、図１３に示すように、第一のトンネル５１の断面積（具体的には幅）が供給側から排出側に向かって徐々に減少している。一方、第二のトンネル５２の断面積（具体的には幅）が供給側から排出側に向かって徐々に増加している。
【０１１９】
変形例４に係る双極板３１は、第一のトンネル５１の断面積が供給側よりも排出側の方が小さいことで、第一のトンネル５１の断面積が長手方向に一定である場合に比べて、第一のトンネル５１における長手方向に沿った電解液の圧力損失をより低減できる。また、第二のトンネル５２の断面積が供給側よりも排出側の方が大きいことで、第二のトンネル５２の断面積が長手方向に一定である場合に比べて、第二のトンネル５２における長手方向に沿った電解液の圧力損失をより低減できる。そのため、変形例４の双極板３１は、供給側から排出側に向かって流れる電解液の圧力損失をより低減できる。
【０１２０】
特に、第一のトンネル５１の供給側より排出側の断面積を小さくする場合、少なくとも第一の開口部６１が形成された部分において、第一のトンネル５１の断面積が供給側から排出側に向かって徐々に減少することが好ましい。一方、第二のトンネル５２の供給側より排出側の断面積を大きくする場合、少なくとも第二の開口部６２が形成された部分において、第二のトンネル５２の断面積が供給側から排出側に向かって徐々に増加することが好ましい。
【０１２１】
［変形例５］
図１４Ａ、図１４Ｂを参照して、双極板３１の変形例５を説明する。上述した実施形態では、図５に示すように、第一のトンネル５１及び第二のトンネル５２の各トンネルが１つのセグメントによって構成された構造である。図１４Ａ、図１４Ｂに示す変形例５のように、第一のトンネル５１及び第二のトンネル５２の少なくとも一方が複数のセグメント８１によって構成された構造であってもよい。
【０１２２】
変形例５では、図１４Ａ、図１４Ｂに示すように、第一のトンネル５１及び第二のトンネル５２の各トンネルが２つのセグメント８１によって構成されている場合を例示する。第一のトンネル５１（第二のトンネル５２）は、幅方向に２つのセグメント８１に分割されている。２つのセグメント８１に対して１つの第一の開口部６１（第二の開口部６２）が形成されている。隣接するセグメント８１の間には、第一のトンネル５１（第二のトンネル５２）を幅方向に分割するように壁部８２が設けられている。壁部８２は、図１４Ｂに示すように、第一のトンネル５１（第二のトンネル５２）の内部において、底面と、第一の開口部６１（第二の開口部６２）が開口していない部分の上面とをつなぐ。そのため、第一のトンネル５１（第二のトンネル５２）において、第一の開口部６１（第二の開口部６２）が形成されていない部分の上面が壁部８２により支持される。したがって、第一のトンネル５１（第二のトンネル５２）は、その幅方向を壁部８２によって複数のセグメント８１に分割されることで、壁部８２のない単一のトンネルで構成されている場合に比べて、構造強度を向上させることができる。加えて、図１４Ａに示すように、第一のトンネル５１（第二のトンネル５２）の長手方向の全長にわたって壁部８２が設けられている場合は、構造強度の更なる向上が期待できる。これは、第一のトンネル５１（第二のトンネル５２）の全長に及ぶ壁部８２が、第一のトンネル５１（第二のトンネル５２）の構造強度を補強するリブとして機能するためである。
【０１２３】
特に、第一のトンネル５１（第二のトンネル５２）の断面積が大きい、具体的には、幅が広いほど、第一のトンネル５１（第二のトンネル５２）の構造強度が低下し易い。第一のトンネル５１（第二のトンネル５２）の断面積（幅）が大きい場合、第一のトンネル５１（第二のトンネル５２）を複数のセグメント８１に分割することによって、構造強度の低下を効果的に抑制できる。
【０１２４】
また、この例では、図１４Ａに示すように、第一のトンネル５１（第二のトンネル５２）の長手方向全体にわたって壁部８２が設けられている。壁部８２は、第一のトンネル５１（第二のトンネル５２）において、第一の開口部６１（第二の開口部６２）が形成されていない部分にのみ設けてもよい。具体的には、第一のトンネル５１において、第一の縁部３１１と第一の開口部６１における供給側の端部６１１との間、及び第一のトンネル５１における排出側の端部５１２と第一の開口部６１における排出側の端部６１２との間にのみ壁部８２を設けてもよい。また、第二のトンネル５２において、第二の縁部３１２と第二の開口部６２における排出側の端部６２２との間、及び第二のトンネル５２における供給側の端部５２１と第二の開口部６２における供給側の端部６２１との間にのみ壁部８２を設けてもよい。
【０１２５】
更に、図１５に示すように、第一のトンネル５１（第二のトンネル５２）の断面積（具体的には幅）が長手方向に変化する場合は、断面積が大きい部分にのみ壁部８２を設けてもよい。図１５に示す第一のトンネル５１は、図１３に示す変形例４と同じように、供給側よりも排出側の断面積が小さい。また、第二のトンネル５２は供給側よりも排出側の断面積が大きい。この場合、第一のトンネル５１において、断面積が大きい供給側にのみ壁部８２を設けてもよい。即ち、第一の縁部３１１と第一の開口部６１における供給側の端部６１１との間に壁部８２を設ける。また、第二のトンネル５２において、断面積が大きい排出側にのみ壁部８２を設けてもよい。即ち、第二の縁部３１２と第二の開口部６２における排出側の端部６２２との間に壁部８２を設ける。第一のトンネル５１（第二のトンネル５２）の断面積が大きい部分にのみ壁部８２を設けることによって、第一のトンネル５１（第二のトンネル５２）の構造強度の低下を効果的に抑制できる。
【符号の説明】
【０１２６】
１  レドックスフロー電池（ＲＦ電池）
２  セルスタック
１０  電池セル
１１  隔膜
１２  正極セル    １３  負極セル
１４  正極電極    １５  負極電極
３  セルフレーム
３１  双極板
３１１  第一の縁部
３１２  第二の縁部
３２  枠体
３２ｏ  凹部
３３、３４  給液マニホールド    ３５、３６  排液マニホールド
３３ｓ、３４ｓ  給液スリット    ３５ｓ、３６ｓ  排液スリット
３７  シール部材    ３８  シール溝
３３０  供給側整流部
３５０  排出側整流部
５１  第一のトンネル
５１２  排出側の端部
５１２ａ  第一の流れ阻害構造
５２  第二のトンネル
５２１  供給側の端部
５２１ａ  第二の流れ阻害構造
６１  第一の開口部
６２  第二の開口部
６１１、６２１  供給側の端部
６１２、６２２  排出側の端部
７１  第一の溝部
７２  第二の溝部
８１  セグメント
８２  壁部
１００Ｐ  正極循環流路    １００Ｎ  負極循環流路
１０６  正極電解液タンク    １０７  負極電解液タンク
１０８、１０９  往路配管    １１０、１１１  復路配管
１１２、１１３  ポンプ
２００  サブスタック
２１０  給排板    ２２０  エンドプレート
２３０  締付機構
８０  交流／直流変換器    ９０  電力系統
【図１】
2020129501.tif 000003
【図２】
2020129501.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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