(57)【要約】【課題】電極との接触抵抗を低減できる双極板を提供する。【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、前記電極に対向する表面と、前記表面における前記電極に接触する接触領域に設けられる複数の突起と、を備える、双極板。【選択図】図４
2020123556.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、
前記電極に対向する表面と、
前記表面における前記電極に接触する接触領域に設けられる複数の突起と、を備える、
双極板。
【請求項２】
前記表面に流路を備え、
前記突起は、前記流路以外の部分に設けられる請求項１に記載の双極板。
【請求項３】
前記突起は先細り形状を有する請求項１又は請求項２に記載の双極板。
【請求項４】
前記各突起の根元部分の断面積は、０．１ｍｍ２以上３５ｍｍ２以下である請求項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】
前記各突起の突出高さは、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である請求項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】
前記接触領域の面積を１００％としたとき、前記各突起の根元部分の断面積の合計が０．５％以上７５％以下である請求項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】
前記表面に形成される流路を備え、
前記突起は、先細り形状を有し、前記表面における前記流路以外の部分に設けられる請求項１に記載の双極板。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の双極板と、
前記双極板の前記表面に接触する電極と、を備える、
電池セル。
【請求項９】
前記各突起の突出高さは、前記電池セル内において圧縮された前記電極の厚みの５％以上９７％以下である請求項８に記載の電池セル。
【請求項１０】
前記電極の嵩密度が０．２０ｇ／ｃｍ３以上０．６０ｇ／ｃｍ３以下である請求項８又は請求項９に記載の電池セル。
【請求項１１】
前記電極は、カーボン繊維及びカーボン粒子の少なくとも１種を含む多孔質体である請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の電池セル。
【請求項１２】
前記電極に、非カーボン系材料から構成される触媒が担持されている請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の電池セル。
【請求項１３】
前記非カーボン系材料は、ＷＯｘ、ＳｎＯ２、ＩｒＯ、ＷＣ、ＴｉＣ、及びＳｉＣの少なくとも一種を含む請求項１２に記載の電池セル。
【請求項１４】
請求項８から請求項１３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１５】
請求項８から請求項１３のいずれか１項に記載の電池セル、又は請求項１４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、およ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から４には、セルフレーム、正極電極、隔膜、負極電極、およ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、およ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、電極に対向される双極板と、この双極板の外周に配置される枠体とを備える。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電池セルが形成される。
【０００３】
特許文献１から４には、双極板における正極電極に対向する表面と、負極電極に対向する表面とに複数の溝（流路）を備える構成が開示されている。これらの溝は、電池セル内の正極電極と負極電極に十分に電解液を行き渡らせる機能を有する。
【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
【特許文献４】特開２０１５−２１０８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レドックスフロー電池の更なる性能の向上が望まれている。例えば、双極板と電極との接触抵抗が低減されれば、レドックスフロー電池の出力が向上すると考えられる。
【０００６】
そこで、本開示は、電極との接触抵抗を低減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、レドックスフロー電池の電池性能を向上できる電池セル、及び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、電池性能に優れ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】
【０００７】
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、
前記電極に対向する表面と、
前記表面における前記電極に接触する接触領域に設けられる複数の突起と、を備える。
【０００８】
本開示の電池セルは、
本開示の双極板と、
前記双極板の前記表面に接触する電極と、を備える。
【０００９】
本開示のセルスタックは、
本開示の電池セルを備える。
【００１０】
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】
【００１１】
本開示の双極板は、電極との接触抵抗を低減できる。
【００１２】
本開示の電池セル、及びセルスタックは、優れた電池性能を有するレドックスフロー電池を構築できる。
【００１３】
本開示のレドックスフロー電池は、優れた電池性能を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施形態１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。
【図２】図２は、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。
【図３】図３は、実施形態に係るセルスタックの概略構成図である。
【図４】図４は、実施形態１に係るセルフレームを一面側から見た平面図である。
【図５】図５は、実施形態１に係るセルフレームに備わる双極板の一部を拡大した斜視図である。
【図６】図６は、実施形態１に係る電池セルの部分断面図である。
【図７】図７は、実施形態１に係る双極板に備わる突起と、電極に備わる炭素繊維との接触状態を示す模式図である。
【図８】図８は、試験例に示す模擬双極板の平面図である。
【図９】図９は、試験例に示す試験装置の模式図である。
【図１０】図１０は、試験例に係る突起の高さと接触抵抗との相関関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［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。
【００１６】
＜１＞実施形態に係る双極板は、
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、
前記電極に対向する表面と、
前記表面における前記電極に接触する接触領域に設けられる複数の突起と、を備える。
【００１７】
本発明者らの検討の結果、双極板の表面に突起が形成されていることで、双極板と電極との接触抵抗が低減されることが分かった。双極板に備わる突起が多孔質の電極に突き刺さり、電極における空孔を除く基材部分（例えばフェルト電極におけるフィラメント）に対して各突起の複数箇所が接触するためと推察される。電極との接触抵抗を低減できる実施形態の双極板は、レドックスフロー電池の出力を向上させることに寄与する。
【００１８】
＜２＞実施形態に係る双極板の一形態として、
前記表面に流路を備え、
前記突起は、前記流路以外の部分に設けられる形態が挙げられる。
【００１９】
双極板の表面に流路が形成されていることで、双極板の広範囲に電解液が行き渡り易くなる。また、双極板の表面における流路以外の部分に突起が形成されていることで、突起が確実に電極に接触される。
【００２０】
＜３＞実施形態に係る双極板の一形態として、
前記突起は先細り形状を有する形態が挙げられる。
【００２１】
突起が先細り形状に形成されることで、突起が電極に突き刺さり易くなる。そのため、突起によって電極が持ち上げられることが抑制される。従って、双極板と電極との接触抵抗が低減される。
【００２２】
＜４＞実施形態に係る双極板の一形態として、
前記各突起の根元部分の断面積は、０．１ｍｍ２以上３５ｍｍ２以下である形態が挙げられる。
【００２３】
上記断面積が０．１ｍｍ２以上であれば、電極に突き刺さった突起が電極と十分に接触できる。上記断面積が３５ｍｍ２以下であれば、突起によって電極が双極板から持ち上げられ難くなる。
【００２４】
＜５＞実施形態に係る双極板の一形態として、
前記各突起の突出高さは、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である形態が挙げられる。
【００２５】
各突起の突出高さが０．２ｍｍ以上であれば、突起の複数箇所が電極と十分に接触する。各突起の突出高さが１．５ｍｍ以下であれば、突起によって電極が持ち上げられ難くなる。
【００２６】
＜６＞実施形態に係る双極板の一形態として、
前記接触領域の面積を１００％としたとき、前記各突起の根元部分の断面積の合計が０．５％以上７５％以下である形態が挙げられる。
【００２７】
接触領域に占める突起の割合が０．５％以上であれば、双極板と電極との接触抵抗が十分に低減される。接触領域に占める突起の割合が７５％以下であれば、突起によって電極が双極板から持ち上げられ難くなる。
【００２８】
＜７＞実施形態に係る双極板の一形態として、
前記表面に形成される流路を備え、
前記突起は、先細り形状を有し、前記表面における前記流路以外の部分に設けられる形態が挙げられる。
【００２９】
上記＜７＞の構成は、上記＜１＞、＜２＞、及び＜３＞の構成と同様の効果を有する。
【００３０】
＜８＞実施形態に係る電池セルは、
上記＜１＞から＜７＞のいずれかの双極板と、
前記双極板の前記表面に接触する電極と、を備える。
【００３１】
実施形態に係る電池セルは、電極との接触抵抗を低減できる実施形態の双極板を備える。そのため、実施形態に係る電池セルは、優れた出力特性を備える。
【００３２】
＜９＞実施形態に係る電池セルの一形態として、
前記各突起の突出高さは、前記電池セル内において圧縮された前記電極の厚みの５％以上９７％以下である形態が挙げられる。
【００３３】
各突起の突出高さが圧縮された電極の厚さの５％以上であれば、突起の複数箇所が電極と十分に接触する。各突起の突出高さが圧縮された電極の厚さの９７％以下であれば、突起によって隔膜が損傷することが抑制される。
【００３４】
＜１０＞実施形態に係る電池セルの一形態として、
前記電極の嵩密度が０．２０ｇ／ｃｍ３以上０．６０ｇ／ｃｍ３以下である形態が挙げられる。
【００３５】
電極の嵩密度が０．２０ｇ／ｃｍ３以上であれば、双極板の突起と電極との接触箇所が十分に確保される。従って、突起を設けたことによる効果が得られ易い。電極の嵩密度が０．６０ｇ／ｃｍ３以下であれば、突起が電極に突き刺さり易い。従って、突起によって電極が双極板から持ち上げられ難くなる。
【００３６】
＜１１＞実施形態に係る電池セルの一形態として、
前記電極は、カーボン繊維及びカーボン粒子の少なくとも１種を含む多孔質体である形態が挙げられる。
【００３７】
カーボン繊維及びカーボン粒子の少なくとも１種を含む多孔質体の電極は、圧縮されることで薄くなり易い。電極の厚さが薄いと、電池セルにおける電子伝導性が高められる。従って、電池セルのセル抵抗が低減される。
【００３８】
＜１２>実施形態に係る電池セルの一形態として、
前記電極に、非カーボン系材料から構成される触媒が担持されている形態が挙げられる。
【００３９】
カーボンを含まない非カーボン系材料の触媒は、電池反応を促進させる。そのため、電池セルの電極に触媒が担持されることで、電池セルのセル抵抗が低減される。
【００４０】
＜１３＞実施形態に係る電池セルの一形態として、
前記非カーボン系材料は、ＷＯｘ、ＳｎＯ２、ＩｒＯ、ＷＣ、ＴｉＣ、及びＳｉＣの少なくとも一種を含む形態が挙げられる。
【００４１】
上記酸化物及び炭化物は、電池反応の触媒として好適である。また、上記酸化物及び炭化物は、電解液の溶媒に対して安定である。従って、酸化物又は炭化物の非カーボン系材料は、触媒としての機能を維持し易い。
【００４２】
＜１４＞実施形態に係るセルスタックは、
実施形態に係る電池セルを備える。
【００４３】
上記セルスタックは、優れた出力特性を有する実施形態の電池セルを備える。そのため、上記セルスタックを備えるレドックスフロー電池は、優れた出力特性を有する。
【００４４】
＜１５＞実施形態に係るレドックスフロー電池は、
実施形態に係る電池セル、又は実施形態に係るセルスタックを備える。
【００４５】
実施形態に係るレドックスフロー電池は、優れた出力特性を有する実施形態の電池セル、又は実施形態のセルスタックを備える。そのため、実施形態に係るレドックスフロー電池は、出力特性に優れる。
【００４６】
［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の双極板、電池セル、セルスタック、及びレドックスフロー電池（ＲＦ電池）の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本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、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の全ての変更が含まれることを意図する。
【００４７】
＜実施形態１＞
図１，２に示す本例のレドックスフロー電池１（以下、ＲＦ電池１）は、実施形態に係る双極板３１（図２）を備える。実施形態に係る双極板３１の特徴の一つとして、図４，５に示すように、双極板３１の表面３１ｓに複数の突起５を備える点が挙げられる。本例では、初めに図１から図３を参照してＲＦ電池１の概要を説明する。その後、主に図４から図７を参照して実施形態に係る双極板３１を詳しく説明する。
【００４８】
≪ＲＦ電池≫
ＲＦ電池は、電解液循環型の蓄電池の一つである。このＲＦ電池１の動作原理を図１に示す。図１に示すＲＦ電池１は、正極電解液及び負極電解液としてバナジウム電解液を使用したバナジウム系ＲＦ電池である。バナジウム電解液は、硫酸溶液に、活物質としてバナジウムイオンが含まれた電解液である。電池セル１０内の実線矢印は充電反応を示しており、破線矢印は放電反応を示している。ＲＦ電池１は、交流／直流変換器などの電力変換器１００Ｃを介して電力系統１００に接続されて利用される。ＲＦ電池１は、例えば、負荷平準化用途、瞬低補償や非常用電源などの用途、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用途に利用される。ここで、電解液はバナジウム系電解液に限定されるわけではない。例えば、ＲＦ電池１に使用される電解液は、鉄−クロム系電解液、チタン−マンガン系電解液などが挙げられる。
【００４９】
ＲＦ電池１は、充放電を行う電池セル１０と、電池セル１０に正極電解液を循環させる正極循環機構１０Ｐと、電池セル１０に負極電解液を循環させる負極循環機構１０Ｎとを備える。
【００５０】
電池セル１０は、正極電極１４と負極電極１５と隔膜１１とを備える。隔膜１１は、正極電極１４と負極電極１５との間に介在される。正極電極１４及び負極電極１５は、カーボンフェルト、カーボンクロス、又はカーボンペーパーなどの炭素を含む多孔質体によって構成される。多孔質体の電極１４，１５は、その内部に多数の空隙を有している。そのため、電極１４，１５内に電解液が流通される。隔膜１１は、例えば、水素イオンを透過するイオン交換膜などによって構成される。
【００５１】
正極循環機構１０Ｐ（負極循環機構１０Ｎ）は、正極タンク１６（負極タンク１７）から電池セル１０へ正極電解液（負極電解液）を送る往路配管１６Ａ（１７Ａ）と、電池セル１０からタンク１６（１７）へ電解液を戻す復路配管１６Ｂ（１７Ｂ）と有する。往路配管１６Ａ（１７Ａ）には、タンク１６（１７）に貯留される正極電解液（負極電解液）を圧送するポンプ１８（１９）が設けられている。このポンプ１８（１９）により正極電解液（負極電解液）が電池セル１０に循環される。
【００５２】
≪セルスタック≫
電池セル１０は通常、図２に示すような、複数の電池セル１０を積層してなるセルスタック２と呼ばれる形態で利用される。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２０を積層し、その積層体を２枚のエンドプレート２２で挟み込むことで構成されている。両エンドプレート２２で挟まれる積層体は、締付機構２３によって締め付けられている。サブスタック２０は、セルフレーム３、正極電極１４、隔膜１１、及び負極電極１５を複数積層した積層体に給排板２１（図２では図示略）を配置した構造を備える。給排板２１には、各循環機構１０Ｐ，１０Ｎ（図１、図２参照）の往路配管１６Ａ，１７Ａ及び復路配管１６Ｂ，１７Ｂが接続される。
【００５３】
≪セルフレーム≫
セルフレーム３は、図３の上段図に示すように、双極板３１と、双極板３１の外周に設けられる枠体３２とを有する。双極板３１は、例えばプラスチックカーボンなどの導電材料によって構成されている。一方、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によって構成されている。セルフレーム３は、双極板３１の周囲に枠体３２を射出成型することで作製できる。別個に作製された双極板３１と枠体３２とが組み合わされることでセルフレーム３が作製されていても良い。
【００５４】
枠体３２の内側には、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には正極電極１４が収納され、他方の凹部３２ｏには負極電極１５が収納される。各電極１４、１５は、電池セル１０を組み立てたとき、枠体３２の各凹部３２ｏ内に厚さ方向に圧縮された状態で収納される。つまり、電池セル１０内において圧縮された電極１４，１５の厚みは、凹部３２ｏの深さとほぼ等しくなる。隣接する一方のセルフレーム３の枠体３２と、他方のセルフレーム３の枠体３２との間には、電解液の漏洩を抑制するＯリングや平パッキンなどの環状のシール部材３７が配置されている。このようなセルフレーム３が複数積層されることで構成されるセルスタック２（サブスタック２０）では、隣接する一方のセルフレーム３の双極板３１と、他方のセルフレーム３の双極板３１との間に１つの電池セル１０が形成される。
【００５５】
次に、セルフレーム３の詳細な構成を図４〜７に基づいて説明する。図４は、セルフレーム３における正極電極１４（図３）が配置される側の正面図である。図６は、図４のＶＩ−ＶＩ切断線の位置で電池セル１０を切断したときの電池セル１０の部分断面図である。セルフレーム３における正極電極１４側の構成と負極電極１５側の構成は同じである。従って、セルフレーム３における負極電極１５側の構成は図示を省略する。
【００５６】
［枠体］
枠体３２は、円環形状であっても良いし、多角形状であっても良い。本例の枠体３２は、紙面左右方向に長くなった矩形状である。枠体３２は、その厚み方向に貫通する給液マニホールド３３，３４、及び排液マニホールド３５，３６を有する。給液マニホールド３３（３４）は、正極電解液（負極電解液）をセルフレーム３に供給する孔であり、枠体３２の下片に設けられる。一方、排液マニホールド３５（３６）は、正極電解液（負極電解液）をセルフレーム３から排出する孔であり、枠体３２の上片に設けられる。従って、セルフレーム３における全体的な電解液の流れる方向（以下、流通方向とする）は、図４中の太線矢印で示すように紙面上方向となる。
【００５７】
正極電解液は、給液マニホールド３３から給液スリット３３ｓを介して、双極板３１の一面側（図４の紙面手前側の面）に供給される。給液スリット３３ｓは、枠体３２の表面３１ｓに形成される溝である。一方、双極板３１から排液マニホールド３５への排液は、排液スリット３５ｓを介して行われる。排液スリット３５ｓは、枠体３２の表面に形成される溝である。
【００５８】
負極電解液は、給液マニホールド３４から給液スリット３４ｓを介して、双極板３１の他面側（図４の紙面奥側の面）に供給される。一方、双極板３１から排液マニホールド３６への排液は、排液スリット３６ｓを介して行われる。
【００５９】
［双極板］
双極板３１は、複数の流路４と複数の突起５を備える。流路４は無くても構わない。しかし、表面３１ｓに流路４が設けられることで、電池セル１０内における電解液の流れが円滑になる。例えば、本例の流路４は、導入路４１と排出路４２とに分けられる。既に述べたように、セルフレーム３における正極電極１４側の構成と負極電極１５側の構成は同じである。以降の説明において、『正極』を『負極』に読み替えることで、セルフレーム３における負極電極１５側の構成の説明になる。
【００６０】
［［導入路］］
導入路４１は、双極板３１の一面側の全面に正極電解液を拡散させ、双極板３１の一面側に配置される正極電極１４に電解液を導入する役割を果たす。導入路４１の構成は特に限定されない。例えば、本例の導入路４１は、一本の第一整流溝４１ａと複数の第一縦溝４１ｂとを備える。第一整流溝４１ａは、双極板３１への電解液の導入箇所（双極板３１の下側の縁部）に沿って設けられる横溝である。第一縦溝４１ｂは、電解液の流通方向に沿った方向に延びる溝である。第一縦溝４１ｂの導入側の端部は、第一整流溝４１ａに繋がっている。第一縦溝４１ｂの排出側の端部は、後述する排出路４２に繋がらない行き止まり構造となっている。
【００６１】
［［排出路］］
排出路４２は、双極板３１の一面側に配置される正極電極１４から電解液を回収する役割を果たす。排出路４２の構成は特に限定されない。例えば、本例の排出路４２は、一本の第二整流溝４２ａと複数の第二縦溝４２ｂとを備える。第二整流溝４２ａは、双極板３１における枠体３２への電解液の排出箇所（双極板３１の上側の縁部）に沿って設けられる横溝である。第二縦溝４２ｂは、電解液の流通方向に沿った方向に延びる溝である。第二縦溝４２ｂの排出側の端部は、第二整流溝４２ａに繋がっている。第二縦溝４２ｂの導入側の端部は、導入路４１に繋がらない行き止まり構造となっている。この排出路４２の第二縦溝４２ｂと、導入路４１の第一縦溝４１ｂとは、流通方向に直交する方向に交互に並んでいる。
【００６２】
ここで、図６に示すように、正極電極１４側の流路４と、負極電極１５側の流路４とは、双極板３１の平面方向にずれている。そのため、流路４を形成したことによる双極板３１の強度の低下が抑制される。
【００６３】
流路４の構成は、図４に例示される構成に限定されない。例えば、流路４は、導入路と排出路に分けられる構成ではなく、電解液の供給縁と排出縁とを繋ぐ溝であっても良い。その溝は、流通方向に沿った方向に延びる縦溝でも良いし、流通方向に対して傾いた傾斜溝でも良いし、蛇行溝であっても良い。
【００６４】
［［突起］］
突起５は、図６に示されるように、多孔質の電極１４，１５に突き刺さっている。電極１４，１５に突き刺さった突起５は、図７に示されるように、電極１４，１５における空孔を除く基材部分（フェルト電極のフィラメント）の複数箇所に接触している。図７における太線は炭素繊維であり、黒丸はフィラメント同士の接触箇所及びフィラメントと突起５との接触箇所を示している。
【００６５】
突起５は、図４に示されるように、双極板３１の表面３１ｓのうち、接触領域３１Ｒに形成される。接触領域３１Ｒは、電池セル１０において電極１４，１５（図６参照）が接触する部分である。本例の電極１４，１５の平面面積は、枠体３２の内側に露出する双極板３１の平面面積とほぼ同じである。ここで、本例の双極板３１の表面３１ｓには流路４が形成されており、その流路４の内周面には電極１４，１５は接触しない（図６参照）。従って、本例の接触領域３１Ｒは、双極板３１の表面３１ｓのうち、流路４を除いた部分である。図４では、接触領域３１Ｒは、４５°のハッチングで示されている。本例とは異なり、電極１４，１５の平面面積は、双極板３１の平面面積よりも小さくても構わない。
【００６６】
突起５は、図４，５に示されるように、目視にて確認できる大きさを有する。突起５の形状は特に限定されない。例えば、突起５は、根元から先端にかけて太さが一様な柱状であっても良いし、先細り形状であっても良い。先細り形状の突起５としては、錐体、先端が丸まった錐体、錐台、又は半球体などが挙げられる。また、突起５の根元部分の断面形状は、特に限定されず、例えば円形、楕円形、多角形、台形、又は星型などの異形などが挙げられる。
【００６７】
一つの突起５の根元部分の断面積は、０．１ｍｍ２以上３５ｍｍ２以下であることが好ましい。上記断面積が０．１ｍｍ２以上であれば、電極１４，１５に突き刺さった突起５が電極１４，１５と十分に接触できる。また、上記断面積が３５ｍｍ２以下であれば、突起５によって電極１４，１５が双極板３１から持ち上げられ難くなる。より好ましい断面積は０．３ｍｍ２以上３３ｍｍ２以下である。更に好ましい断面積は０．５ｍｍ２以上３１ｍｍ２以下である。
【００６８】
本例では、双極板３１に流路４が形成されており、流路４の内周面には電極１４，１５が接触しない。従って、突起５は、接触領域３１Ｒのうちでも、流路４を除く部分に設けられる。本例の突起５は、導入路４１と排出路４２との間の部分である畝部４３に形成されている。
【００６９】
複数の突起５は、双極板３１の平面方向にできるだけ均等に配置されていることが好ましい。突起５同士は重複しないように配置されている。本例では、畝部４３の蛇行形状に沿うように突起５が配置されている。より具体的には、畝部４３を幅方向に二分割する分割線上に突起５が配置されている。近接する二つの突起５，５の離隔距離（双極板３１を平面視した一方の突起５の重心と他方の突起５の重心との間の距離）は一定であることが好ましい。二つの突起５，５の離隔距離は、例えば０．４ｍｍ以上９８０ｍｍ以下であることが好ましい。当該離隔距離は、さらに０．８ｍｍ以上８８０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００７０】
突起５の突出高さは、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることが好ましい。各突起５の突出高さが０．２ｍｍ以上であれば、突起５の複数箇所が電極１４，１５と十分に接触する。各突起５の突出高さが１．５ｍｍ以下であれば、突起５によって電極１４，１５が持ち上げられ難くなる。より好ましい突起５の突出高さは０．３ｍｍ以上１．２ｍｍ以下、更に好ましい突起５の突出高さは０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。もちろん、突起５の突出高さは、電池セル１０において圧縮された正極電極１４を貫通する長さであってはならない（図６を合わせて参照）。
【００７１】
突起５の突出高さは、電池セル１０における電極１４，１５の厚さに応じて決定されていても良い。電極１４，１５は、電池セル１０の内部において圧縮された状態にある。従って、突起５の突出高さは、圧縮された電極１４，１５の厚みの５％以上９７％以下であることが好ましい。各突起５の突出高さが、圧縮された電極１４，１５の厚みの５％以上であれば、突起５の複数箇所が電極１４，１５と十分に接触する。各突起５の突出高さが、圧縮された電極１４，１５の厚みの９７％以下であれば、突起５によって電極１４，１５が持ち上げられ難くなる。より好ましい各突起５の突出高さは、圧縮された電極１４，１５の厚みの７％以上９５％以下である。更に好ましい各突起５の突出高さは、圧縮された電極１４，１５の厚みの１０％以上９０％以下である。突起５の突出高さは、圧縮された電極１４，１５を貫通しない範囲で、高いことが好ましい（図６を合わせて参照）。突起５の突出高さが高いと、突起５と電極１４，１５の基材部分との接触箇所が多くなるからである。より好ましい突起５の突出高さは、圧縮された電極１４，１５の厚みの４０％以上、更には７０％以上である。
【００７２】
接触領域３１Ｒに占める突起５の割合は、必要に応じて決定される。例えば接触領域３１Ｒの面積を１００％としたとき、各突起５の根元部分の断面積の合計（以下、合計断面積とする）が０．５％以上７５％以下であることが好ましい。接触領域３１Ｒの面積に占める合計断面積の割合が０．５％以上であれば、電極１４，１５と双極板３１の突起５との接触面積が十分に確保される。接触領域３１Ｒの面積に占める合計断面積の割合が７５％以下であれば、突起５によって電極１４，１５が双極板３１から持ち上げられ難くなる。より好ましい合計断面積の割合は、５％以上５０％以下である。
【００７３】
［［効果］］
本例の双極板３１の構成によれば、双極板３１と電極１４，１５との接触抵抗が低減される。双極板３１の表面３１ｓに形成される突起５は、図７の模式図に示されるように、突起５が多孔質の電極１４，１５に突き刺さる。特に、突起５が先細り形状であれば、突起５が電極１４，１５に突き刺さり易くなる。電極１４，１５に突き刺さった突起５は、多孔質の電極１４，１５の基材部分（空孔を除く部分）における複数箇所に接触すると考えられる（接点を黒丸で示す）。そのため、突起５の周辺において突起５によって電極１４，１５が表面３１ｓから多少持ち上げられたとしても、双極板３１と電極１４，１５との接触抵抗はむしろ向上される。
【００７４】
電極１４，１５との接触抵抗を低減できる本例の双極板３１は、この双極板３１を備える電池セル１０、セルスタック２、及びＲＦ電池１の出力特性を向上させることができる。
【００７５】
［［その他］］
上記構成を備える双極板３１に加えて、電極１４，１５の構成が限定されることで、より一層、ＲＦ電池１の出力特性が向上する。以下、電極１４，１５の限定要件を説明する。
【００７６】
電極１４，１５の嵩密度は、０．２０ｇ／ｃｍ３以上０．６０ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。電極１４，１５の嵩密度が０．２０ｇ／ｃｍ３以上であれば、双極板３１の突起５と電極１４，１５との接触箇所が十分に確保される。従って、突起５を設けたことによる効果が得られ易い。電極１４，１５の嵩密度が０．６０ｇ／ｃｍ３以下であれば、突起５が電極１４，１５に突き刺さり易い。従って、突起５によって電極１４，１５が双極板３１から持ち上げられ難くなる。より好ましい電極１４，１５の嵩密度は、０．２２ｇ／ｃｍ３以上０．５８ｇ／ｃｍ３以下である。さらに好ましい電極１４，１５の嵩密度は、０．２４ｇ／ｃｍ３以上０．５６ｇ／ｃｍ３以下である。
【００７７】
電極１４，１５の嵩密度Ｂ（ｇ／ｃｍ３）は、Ｂ＝ｄ×（１−Ｐ／１００）から求めることができる。Ｐは空隙率である。空隙率の測定は、市販の三次元画像解析装置によってＸ線−ＣＴ三次元画像を取得し、取得した三次元画像を解析することで得られる。空隙率は、水銀圧入法でも求めることができる。ｄは、電極１４，１５の真密度である。真密度ｄは、例えばピクノメーター法によって求めることが挙げられる。
【００７８】
電極１４，１５は、カーボン繊維及びカーボン粒子の少なくとも１種を含む多孔質体であることが好ましい。カーボン繊維及びカーボン粒子の少なくとも１種を含む多孔質体の電極１４，１５は、圧縮されることで薄くなり易い。電極１４，１５の厚さが薄いと、電池セル１０における電子伝導性が高められる。従って、電池セル１０のセル抵抗が低減される。
【００７９】
電極１４，１５は、カーボンバインダ残渣を含んでいても良い。カーボンバインダ残渣は、電極１４，１５の作製時に使用されるバインダが炭化することで生じたものである。バインダは、電極１４，１５の作製時にカーボン繊維又はカーボン粒子を結合する結着剤である。
【００８０】
電極１４，１５は、非カーボン系材料から構成される触媒を担持する構成であることが好ましい。電極１４，１５に担持される触媒は、電池反応を促進させる。そのため、電池セル１０の電極１４，１５に触媒が担持されることで、電池セル１０のセル抵抗が低減される。
【００８１】
触媒となる非カーボン系材料は、ＷＯｘ（酸化タングステン）、ＳｎＯ２（酸化スズ）、ＩｒＯ（酸化イリジウム）、ＷＣ（炭化タングステン）、ＴｉＣ（炭化チタン）、及びＳｉＣ（炭化シリコン）の少なくとも一種を含むことが好ましい。上記酸化物及び炭化物は、触媒として好適である。また、上記酸化物及び炭化物は、電解液の溶媒に対して安定である。従って、酸化物又は炭化物の非カーボン系材料は、触媒としての機能を維持し易い。
【００８２】
＜試験例＞
本試験例では、双極板３１と電極１４，１５との間の接触抵抗に及ぼす突起５の有無、及び突起５の突出高さの影響を調べた。
【００８３】
≪突起ありの試験装置≫
本試験例では、まず図８に示す試験用の模擬双極板６を作製した。模擬双極板６は、第一溝６１と、第二溝６２と、畝部６３と、複数の突起５とを備える。第一溝６１は、一本の横溝６１Ａと、二本の縦溝６１Ｂと、一本の屈曲溝６１Ｃとを備える。横溝６１Ａ、縦溝６１Ｂ、及び屈曲溝６１Ｃはそれぞれ、図４の第一整流溝４１ａ、第一縦溝４１ｂ、及び給液スリット３３ｓを模したものである。一方、第二溝６２は、一本の横溝６２Ａと、三本の縦溝６２Ｂと、一本の屈曲溝６２Ｃとを備える。横溝６２Ａ、縦溝６２Ｂ、及び屈曲溝６２Ｃはそれぞれ、図４の第二整流溝４２ａ、第二縦溝４２ｂ、及び排液スリット３５ｓを模したものである。畝部６３は、第一溝６１と第二溝６２との間に形成される。畝部６３には複数の突起５が等間隔に形成されている。本例では、突起５の突出高さが異なる三つの模擬双極板６を作製した。
【００８４】
次いで、模擬双極板６を用いて、図９に示す試験装置７を作製した。図９の試験装置７は模式図である。従って、図９における第一溝６１、第二溝６２、及び突起５の数は、図８の模擬双極板６とは異なっている。図９の試験装置７では、模擬双極板６と金属板７０との間で圧縮されたフェルト製の電極７１が配置されている。電極７１は、図６の電極１４，１５と同じ構成を備える。電極７１の嵩密度は、０．３３ｇ／ｃｍ３であった。電極７１の嵩密度は、三次元画像解析で求めた空隙率と、ピクノメーター法で求めた真密度とを用いて、計算により求めた。この電極７１は、図８に示す模擬双極板６における二点鎖線で示される接触領域３１Ｒに設けられている。接触領域３１Ｒは、第一溝６１の横溝６１Ａ及び縦溝６１Ｂ、並びに第二溝６２の横溝６２Ａ及び縦溝６２Ｂを取り囲み、屈曲溝６１Ｃ，６２Ｃに重ならないように設定されている。
【００８５】
本例では、２３個の突起５が畝部の幅方向の二分割線上に配置されている。近接する突起５，５の離隔距離（ピッチ）は３．８ｍｍ、各突起５の根元部分の断面積は０．７８５ｍｍ２、突起５の根元部分の断面積の合計は１８．１ｍｍ２であった。また、模擬双極板６の面積は８９１ｍｍ２（２７ｍｍ×３３ｍｍ）、接触領域３１Ｒ（溝６１，６２を除く畝部分）の面積は６７９ｍｍ２であった。つまり、接触領域３１Ｒに占める突起５の割合は、約２．６７％であった。突起５の突出高さｈは、０．４ｍｍ、０．７ｍｍ、又は１．０ｍｍであった。一方、圧縮された電極７１の厚さｔは１．１ｍｍであった。
【００８６】
模擬双極板６には電圧計７２の一端が、金属板７０には電圧計７２の他端が接続されている。従って、電圧計７２によって、模擬双極板６と電極７１との間の電圧を測定することができる。測定された電圧に基づいて、模擬双極板６と金属板７０との間の導電抵抗（ｍΩ・ｃｍ２）が求められる。導電抵抗は、電極７１の直流抵抗、金属板７０の直流抵抗、模擬双極板６の直流抵抗、電極７１と金属板７０との接触抵抗、及び電極７１と模擬双極板６との接触抵抗の総和である。
【００８７】
≪比較例の試験装置≫
また、比較例として、突起を有さない模擬双極板を用いて比較例の試験装置を作製した。比較例の試験装置は、模擬双極板が突起を有さないこと以外は、突起５を有する試験装置７と同様の構成を備える。この比較例の試験装置を用いて、突起を有さない模擬双極板と金属板との間の導電抵抗を求めた。
【００８８】
≪試験結果≫
試験結果を図１０に示す。図１０の横軸は突起の突出高さｈ（ｍｍ）、縦軸は導電抵抗（ｍΩ・ｃｍ２）である。図１０に示されるように、突起が無い試験装置の導電抵抗は約７３ｍΩ・ｃｍ２、突起の突出高さが０．４ｍｍである試験装置の導電抵抗は約６７ｍΩ・ｃｍ２、突起の突出高さが０．７ｍｍである試験装置の導電抵抗は約５４ｍΩ・ｃｍ２、突起の突出高さが１．０ｍｍである試験装置の導電抵抗は約５１ｍΩ・ｃｍ２であった。これらの試験装置の相違点は、双極板における突起の有無、もしくは突起の突出高さのみである。従って、これらの試験装置の導電抵抗の増減は、双極板と電極との間の接触抵抗の増減に起因すると考えられる。この結果から、双極板に突起を設けることで、双極板と電極との間の接触抵抗を下げられることが分かった。また、突起の突出長さを大きくするほど、接触抵抗を下げられることが分かった。
【符号の説明】
【００８９】
１  ＲＦ電池（レドックスフロー電池）
１０  電池セル、１１  隔膜、１４  正極電極、１５  負極電極
１０Ｐ  正極循環機構
１６  正極タンク、１６Ａ，１７Ａ、往路配管、１８  ポンプ
１０Ｎ  負極循環機構
１７  負極タンク、１６Ｂ，１７Ｂ  復路配管、１９  ポンプ
２  セルスタック
２０  サブスタック、２１  給排板、２２  エンドプレート、２３  締付機構
３  セルフレーム
３１  双極板、３１ｓ  表面、３１Ｒ  接触領域
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
４  流路
４１  導入路、４１ａ  第一整流溝、４１ｂ  第一縦溝
４２  排出路、４２ａ  第二整流溝、４２ｂ  第二縦溝
４３  畝部
５  突起
６  模擬双極板
６１  第一溝、６１Ａ  横溝、６１Ｂ  縦溝、６１Ｃ  屈曲溝
６２  第二溝、６２Ａ  横溝、６２Ｂ  縦溝、６２Ｃ  屈曲溝
６３  畝部
７  試験装置、７０  金属板、７１  電極、７２  電圧計
１００  電力系統
１００Ｃ  電力変換器
【図１】
2020123556.tif 000003
【図２】
2020123556.tif 000004
【図３】
2020123556.tif 000005
【図４】
2020123556.tif 000006
【図５】
2020123556.tif 000007
【図６】
2020123556.tif 000008
【図７】
2020123556.tif 000009
【図８】
2020123556.tif 000010
【図９】
2020123556.tif 000011
【図１０】
2020123556.tif 000012