(57)【要約】      （修正有）【課題】性能劣化を低減することができるフロー電池の提供。【解決手段】フロー電池は、正極２および負極３と、電解液６と、発生部９とを備える。電解液は、正極および負極に接触する。発生部は、溝部１１と吐出口９ａとを有し、正極および負極より下方に配置される。溝部は、負極の幅方向に延びる。吐出口は、溝部の底面から電解液中に気体を吐出して気泡を発生させる。【選択図】図１
2020021565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極および負極と、
前記正極および前記負極に接触する電解液と、
前記負極の幅方向に延びる溝部と、前記溝部の底面から前記電解液中に気体を吐出して気泡を発生させる吐出口とを有し、前記正極および前記負極より下方に配置された発生部と
を備えることを特徴とするフロー電池。
【請求項２】
前記溝部の前記負極の厚み方向の端と前記吐出口との間隔が、前記負極と前記吐出口との間隔よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のフロー電池。
【請求項３】
前記溝部は、前記負極の厚み方向の幅が、前記吐出口の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のフロー電池。
【請求項４】
前記溝部は、前記負極の厚み方向の幅が、前記吐出口の直径以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のフロー電池。
【請求項５】
前記溝部は、前記負極の幅方向の端部において、前記負極の幅方向の端に向かって深さが浅くなるように傾斜していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のフロー電池。
【請求項６】
前記溝部のうち、前記負極の幅方向の両端間の距離は、前記負極の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のフロー電池。
【請求項７】
前記溝部は、前記負極の幅方向に沿って複数配置され、
前記吐出口は、前記溝部ごとにそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のフロー電池。
【請求項８】
前記溝部は、前記負極の厚み方向に複数配置され、
前記吐出口は、前記溝部ごとにそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のフロー電池。
【請求項９】
前記吐出口は、平面視で前記正極と前記負極との間に配置されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のフロー電池。
【請求項１０】
前記溝部は、平面視で前記正極と前記負極との間に配置されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載のフロー電池。
【請求項１１】
前記負極は、前記正極を挟んで向かい合う第１負極および第２負極を含み、
前記気泡は、前記第１負極と前記正極との間、および前記正極と前記第２負極との間を浮上することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載のフロー電池。
【請求項１２】
亜鉛を含み、前記電解液中を移動可能に混在する粉末
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載のフロー電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、フロー電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、正極と負極との間に、テトラヒドロキシ亜鉛酸イオン（［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−）を含有する電解液を循環させるフロー電池が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、亜鉛種などの活物質を含む負極を、選択的イオン電導性を有するイオン電導層で覆うことでデンドライトの成長を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１８５２５９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Y.  Ito.  et  al.:  Zinc  morphology  in  zinc-nickel  flow  assisted  batteries  and  impact  on  performance,  Journal  of  Power  Sources,  Vol.  196,  pp.  2340-2345,  2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記に記載の電池では、電極表面に生成した活物質が充放電に寄与しない状態で脱落し、滞留することで電池性能が劣化する懸念があった。
【０００７】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、性能劣化を低減することができるフロー電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の一態様に係るフロー電池は、正極および負極と、電解液と、発生部とを備える。電解液は、前記正極および前記負極に接触する。発生部は、溝部と吐出口とを有し、前記正極および前記負極より下方に配置される。溝部は、前記負極の幅方向に延びる。吐出口は、前記溝部の底面から前記電解液中に気体を吐出して気泡を発生させる。
【発明の効果】
【０００９】
実施形態の一態様のフロー電池によれば、性能劣化を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係るフロー電池の概略を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係るフロー電池が備える天板の概略を示す図である。
【図３】図３は、図２のＩ−Ｉ断面図である。
【図４】図４は、図２のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図５】図５は、実施形態に係るフロー電池の電極間の接続の一例について説明する図である。
【図６】図６は、実施形態の第１変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す図である。
【図７】図７は、実施形態の第２変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す図である。
【図８】図８は、実施形態の第３変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す図である。
【図９】図９は、実施形態の第４変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態の第５変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す断面図である。
【図１１】図１１は、実施形態の第５変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本願の開示するフロー電池の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
＜実施形態に係るフロー電池＞
図１は、実施形態に係るフロー電池の概略を示す図である。図１に示すフロー電池１は、筐体１７に収容された反応部１０および発生部９と、供給部１４とを備える。反応部１０は、正極２と、負極３と、隔膜４，５と、電解液６と、粉末７とを備える。フロー電池１は、発生部９で発生した気泡８を電解液６中で浮上させることにより反応部１０内に収容された電解液６を流動させる装置である。
【００１３】
なお、説明を分かりやすくするために、図１には、鉛直上向きを正方向とし、鉛直下向きを負方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、後述の説明に用いる他の図面でも示す場合がある。
【００１４】
正極２は、例えば、ニッケル化合物、マンガン化合物またはコバルト化合物を正極活物質として含有する導電性の部材である。ニッケル化合物は、例えば、オキシ水酸化ニッケル、水酸化ニッケル、コバルト化合物含有水酸化ニッケル等が使用できる。マンガン化合物は、例えば、二酸化マンガン等が使用できる。コバルト化合物は、例えば、水酸化コバルト、オキシ水酸化コバルト等が使用できる。また、正極２は、黒鉛、カーボンブラック、導電性樹脂等を含んでもよい。電解液６が分解される酸化還元電位の観点からは、正極２はニッケル化合物を含有してもよい。また、正極２は、ニッケル金属、コバルト金属またはマンガン金属、あるいはそれらの合金であってもよい。
【００１５】
また、正極２は、例えば、上記した正極活物質や導電体その他の添加剤を複数の粒状体として含む。具体的には、正極２は、例えば、予め定められた割合で配合された粒状の活物質および導電体を、保形性に寄与するバインダとともに含有するペースト状の正極材料を発泡ニッケルなどの導電性を有する発泡金属へ圧入し、所望の形状に成形し、乾燥させたものを使用することができる。
【００１６】
負極３は、負極活物質を金属として含む。負極３は、例えば、ステンレスや銅などの金属板や、ステンレスや銅板の表面をニッケルやスズ、亜鉛でメッキ処理したものを使用することができる。また、メッキ処理された表面が一部酸化されたものを負極３として使用してもよい。
【００１７】
負極３は、正極２を挟んで互いに向かい合うように配置された負極３ａおよび負極３ｂを含む。正極２および負極３は、負極３ａと、正極２と、負極３ｂとが予め定められた間隔でＹ軸方向に沿って順に並ぶように配置されている。このように隣り合う正極２と負極３との間隔をそれぞれ設けることにより、正極２と負極３との間における電解液６および気泡８の流通経路が確保される。なお、負極３ａ，負極３ｂを区別なく説明する場合、図示にかかわらず単に負極３として説明する場合がある。
【００１８】
隔膜４，５は、正極２の厚み方向、すなわちＹ軸方向の両側を挟むように配置される。隔膜４，５は、電解液６に含まれるイオンの移動を許容する材料で構成される。具体的には、隔膜４，５の材料として、例えば、隔膜４，５が水酸化物イオン伝導性を有するように、陰イオン伝導性材料が挙げられる。陰イオン伝導性材料としては、例えば、有機ヒドロゲルのような三次元構造を有するゲル状の陰イオン伝導性材料、または固体高分子型陰イオン伝導性材料などが挙げられる。固体高分子型陰イオン伝導性材料は、例えば、ポリマーと、周期表の第１族〜第１７族より選択された少なくとも一種類の元素を含有する、酸化物、水酸化物、層状複水酸化物、硫酸化合物およびリン酸化合物からなる群より選択された少なくとも一つの化合物とを含む。
【００１９】
隔膜４，５は、好ましくは、水酸化物イオンよりも大きいイオン半径を備えた［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−等の金属イオン錯体の透過を抑制するように緻密な材料で構成されると共に所定の厚さを有する。緻密な材料としては、例えば、アルキメデス法で算出された９０％以上、より好ましくは９２％以上、さらに好ましくは９５％以上の相対密度を有する材料が挙げられる。所定の厚さは、例えば、１０μｍ〜１０００μｍ、より好ましくは５０μｍ〜５００μｍである。
【００２０】
この場合には、充電の際に、負極３ａ，３ｂにおいて析出する亜鉛がデンドライト（針状結晶）として成長し、隔膜４，５を貫通することを低減することができる。その結果、互いに向かい合う負極３と正極２との間の導通を低減することができる。
【００２１】
電解液６は、６ｍｏｌ・ｄｍ−３以上のアルカリ金属を含有するアルカリ水溶液である。アルカリ金属は、例えばカリウムである。具体的には、例えば、６〜６．７ｍｏｌｄｍ−３の水酸化カリウム水溶液を電解液６として使用することができる。また、酸素発生抑制を目的に、リチウムやナトリウムなどのアルカリ金属を水酸化物（水酸化リチウム、水酸化ナトリウム）として添加してもよい。
【００２２】
また、電解液６は、亜鉛成分を含有する。亜鉛成分は、［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−として電解液６中に溶存している。亜鉛成分としては、例えば酸化亜鉛または水酸化亜鉛を使用することができる。また、１ｄｍ−３の水酸化カリウム水溶液に対し、０．５ｍｏｌの割合でＺｎＯを添加し、必要に応じて後述する粉末７を追加することにより電解液６を調製することができる。未使用、あるいは放電終了後の電解液６は、例えば１×１０−４ｍｏｌ・ｄｍ−３以上５×１０−２ｍｏｌ・ｄｍ−３以下、好ましくは１×１０−３ｍｏｌ・ｄｍ−３以上２．５×１０−２ｍｏｌ・ｄｍ−３以下の亜鉛成分を含有することができる。
【００２３】
粉末７は、亜鉛を含む。具体的には、粉末７は、例えば粉末状に加工または生成された酸化亜鉛、水酸化亜鉛等である。粉末７は、アルカリ水溶液中には容易に溶解するが、亜鉛種の飽和した電解液６中には溶解せずに分散または浮遊し、一部が沈降した状態で電解液６中に混在する。電解液６が長時間静置されていた場合、ほとんどの粉末７が、電解液６の中で沈降した状態になることもあるが、電解液６に対流等を生じさせれば、沈降していた粉末７の一部は、電解液６に分散または浮遊した状態になる。つまり、粉末７は、電解液６中に移動可能に存在している。なお、ここで移動可能とは、粉末７が、周囲の他の粉末７の間にできた局所的な空間の中のみを移動できることではなく、電解液６の中を別の位置に粉末７が移動することにより、当初の位置以外の電解液６に粉末７が晒されるようになっていることを表す。さらに、移動可能の範疇には、正極２および負極３の両方の近傍まで粉末７が移動できるようになっていることや、筐体１７内に存在する電解液６中の、ほぼどこにでも粉末７が移動できるようになっていることが含まれる。電解液６中に溶存する［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−が消費されると、電解液６中に混在する粉末７は、粉末７および電解液６が互いに平衡状態を維持するよう電解液６中に溶存する［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−が飽和濃度に近づくように溶解する。粉末７は、電解液６中の亜鉛濃度を調整するとともに、電解液６のイオン伝導度を高く維持することができる。
【００２４】
気泡８は、例えば正極２、負極３および電解液６に対して不活性な気体で構成される。このような気体としては、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、またはアルゴンガスなどが挙げられる。電解液６に不活性な気体の気泡８を発生させることにより、電解液６の変性を低減することができる。また、例えば、亜鉛種を含有するアルカリ水溶液である電解液６の劣化を低減し、電解液６のイオン伝導度を高く維持することができる。なお、気体は空気を含有してもよい。
【００２５】
発生部９から電解液６中に供給された気体により発生した気泡８は、所定の間隔で配置された電極間、より具体的には、負極３ａと正極２との間、正極２と負極３ｂとの間において、それぞれ電解液６中を浮上する。電解液６中を気泡８として浮上した気体は、電解液６の液面６ａで消滅し、上板１８と電解液６の液面６ａとの間に気体層１３を構成する。
【００２６】
ここで、フロー電池１における電極反応について、正極活物質として水酸化ニッケルを適用したニッケル亜鉛電池を例に挙げて説明する。充電時における正極２および負極３での反応式はそれぞれ、以下のとおりである。
【００２７】
正極：Ｎｉ（ＯＨ）２  ＋  ＯＨ−  →  ＮｉＯＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ  ＋  ｅ−
負極：［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−  ＋  ２ｅ−  →  Ｚｎ  ＋４ＯＨ−
【００２８】
一般的には、この反応に伴って負極３で生成したデンドライトが正極２側へ成長し、正極２と負極３とが導通する懸念がある。反応式から明らかなように、負極３では、充電により亜鉛が析出するのに伴い、負極３の近傍における［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−の濃度が低下する。そして、析出した亜鉛の近傍で［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−の濃度が低下する現象が、デンドライトとして成長する一因である。すなわち、充電時に消費される電解液６中の［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−を補給することにより、電解液６中の亜鉛種である［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−の濃度が高い状態に保持される。これにより、デンドライトの成長が低減され、正極２と負極３とが導通する可能性が低減される。
【００２９】
フロー電池１では、電解液６中に亜鉛を含む粉末７を混在させるとともに、発生部９の吐出口９ａから電解液６中に気体を供給して気泡８を発生させる。気泡８は、負極３ａと正極２との間、正極２と負極３ｂとの間のそれぞれにおいて筐体１７の下方から上方に向かって電解液６中を浮上する。
【００３０】
また、電極間における上記した気泡８の浮上に伴い、電解液６には上昇液流が発生し、負極３ａと正極２との間、正極２と負極３ｂとの間では反応部１０の内底１０ｅ側から上方に向かって電解液６が流動する。そして、電解液６の上昇液流に伴い、主に反応部１０の内壁１０ａと負極３ａとの間、および内壁１０ｂと負極３ｂとの間で下降液流が発生し、電解液６が反応部１０の内部を上方から下方に向かって流動する。
【００３１】
これにより、充電によって電解液６中の［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−が消費されると、これに追従するように粉末７中の亜鉛が溶解することで高濃度の［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−を含有する電解液６が負極３の近傍に補給される。このため、電解液６中の［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−を濃度が高い状態に保つことができ、デンドライトの成長に伴う正極２と負極３との導通の可能性を低減することができる。
【００３２】
なお、粉末７としては、酸化亜鉛および水酸化亜鉛以外に、金属亜鉛、亜鉛酸カルシウム、炭酸亜鉛、硫酸亜鉛、塩化亜鉛などが挙げられ、酸化亜鉛および水酸化亜鉛が好ましい。
【００３３】
また、負極３では、放電によりＺｎが消費され、［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−を生成するが、電解液６はすでに飽和状態であるため、電解液６中では、過剰となった［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−からＺｎＯが析出する。このとき負極３で消費される亜鉛は、充電時に負極３の表面に析出した亜鉛である。このため、元来亜鉛種を含有する負極を用いて充放電を繰り返す場合とは異なり、負極３の表面形状が変化するいわゆるシェイプチェンジが生じない。これにより、実施形態に係るフロー電池１によれば、負極３の経時劣化を低減することができる。なお、電解液６の状態によっては、過剰となった［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−から析出するのは、Ｚｎ（ＯＨ）２や、ＺｎＯとＺｎ（ＯＨ）２とが混合したものになる。
【００３４】
実施形態に係るフロー電池１についてさらに説明する。発生部９は、反応部１０の下方に配置されている。発生部９は、後述する供給部１４から供給された気体を一時的に貯留するよう内部が中空となっている。また、反応部１０の内底１０ｅは、発生部９の中空部分を覆うように配置されており、発生部９の天板２０を兼ねている。
【００３５】
発生部９は、天板２０に形成された溝部１１と、吐出口９ａとを有する。溝部１１および吐出口９ａは、平面視で負極３ａと正極２との間、正極２と負極３ｂとの間にそれぞれ配置されている。ここで、天板２０が有する溝部１１および吐出口９ａについて、図２〜図４を用いて説明する。図２は、実施形態に係るフロー電池が備える天板の概略を示す図である。また、図３は、図２のＩ−Ｉ断面図、図４は、図２のＩＩ−ＩＩ断面図である。図２は、図１に示すフロー電池１が有する発生部９の天板２０を、内底１０ｅ側から平面視したものに相当する。なお、図２では、説明の簡略化を目的として、隔膜４，５、電解液６および粉末７等の図示を省略している。また、後述の説明に用いる他の図面でも図示を省略する場合がある。
【００３６】
溝部１１は、Ｘ軸方向に沿うように所定の間隔で複数配置されている。吐出口９ａは、溝部１１の底面１１ｅに開口している。供給部１４（図１参照）から供給された気体は、吐出口９ａから溝部１１を経由して内底１０ｅ側に吐出される。
【００３７】
天板２０が溝部１１を有しない場合、例えば、負極３ａから脱落した金属亜鉛、および凝集あるいは大きく粒成長した粉末７等の異物が、吐出口９ａを塞ぐように内底１０ｅ上に滞留すると、吐出口９ａからの気体の吐出が妨げられる。これにより、電解液６の円滑な循環が阻害されると、例えば充電時にデンドライトが成長しやすくなるなど、性能劣化につながる懸念がある。
【００３８】
これに対し、図２、図３に示すように、平面視で吐出口９ａを覆うように内底１０ｅ上に異物３０が滞留した場合であっても、吐出口９ａと異物３０との間にはＸ軸方向に延びる溝部１１が介在する。かかる場合、吐出口９ａから吐出された気体により発生した気泡８（図１参照）は、異物３０と溝部１１との隙間を通り、内底１０ｅ側に収容された電解液６中を浮上する。このため、電解液６の円滑な循環が確保され、例えば吐出口９ａの目詰まりに伴う性能劣化を低減することができる。
【００３９】
ここで、図３を参照し、吐出口９ａの中心線ＣＬと吐出口９ａの内周面との間隔、すなわち吐出口９ａの半径Ａは、例えば０．０２５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下、さらに０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下とすることができる。半径Ａをこのように規定することにより、吐出口９ａから発生部９の内部に電解液６や粉末７が進入する不具合を低減することができる。また、吐出口９ａから吐出される気体に対し、気泡８を発生させるのに適した圧力損失を与えることができる。一方、半径Ａが０．０２５ｍｍ未満だと、電解液６が反応部１０内を適切に循環できる程度に流動しない可能性がある。また、半径Ａが０．２５ｍｍを超えると、単位時間あたりに吐出口９ａに吐出される気体の量が多くなり、供給部１４（図１参照）での電力消費が増大する可能性がある。
【００４０】
また、中心線ＣＬと溝部１１のＹ軸方向の端部１１ａとの間隔Ｂは、例えば、負極３ａと中心線ＣＬとの間隔Ｃよりも小さい。より具体的には、Ｂ≦２／３×Ｃとすることにより、吐出口９ａから溝部１１を経由して浮上する気泡８をより確実に正極２と負極３との間に誘導することができる。さらに、Ｂ≦１／２×Ｃとすることにより、吐出口９ａから溝部１１を経由して浮上する気泡８をさらに確実に正極２と負極３との間に誘導することができ、また、気泡８を挟んで正極２側および負極３側における電解液６の流動がより円滑となる。
【００４１】
また、溝部１１のＹ軸方向の幅が吐出口９ａの直径よりも大きいことにより、溝部１１の幅程度より大きい異物３０により、吐出口９ａが塞がりにくくなる。なお、異物３０は不定形状であることが多いので、大きな異物３０により、溝部１１全体が塞がれてしまうことも起きにくい。
【００４２】
また、図２を参照し、溝部１１のうち、負極３の幅方向の両端間の距離は、負極３の幅よりも小さい。具体的には、負極３のＸ軸負方向側の一端３ｅは、Ｘ軸負方向側の端部に位置する溝部１１の一端１１ｂよりも幅Ｄだけ反応部１０のＸ軸負方向側の内壁（図示せず）に近い。例えば、幅Ｄ≧半径Ａ、より具体的には、Ｄ≧２ｍｍ、さらにＤ≧５ｍｍとすることができる。これにより、電極間を上昇した電解液６が下降する経路をより確実に確保することができ、電解液６の流動がより円滑となる。なお、図２に示した例では、正極２と負極３ａ，３ｂとのＸ軸方向の幅が同じであるとして図示したが、これに限らず、異なっていてもよい。かかる場合、正極２および負極３ａ，３ｂのうち、Ｘ軸方向の幅が最も小さいものを基準として幅Ｄを規定してもよい。
【００４３】
また、溝部１１の深さＥは、少なくとも吐出口９ａが配置されている部分において０．５ｍｍ以上であれば、吐出口９ａの上方に異物３０があった場合に、吐出口９ａから溝部１１に気泡８が入り易くできる。また、深さＥは、天板２０の強度および加工の難易の程度に応じて設定することができる。具体的には、深さＥを０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下、例えば１ｍｍとすることができるが、これに限らず、例えば０．５ｍｍ未満であってもよく、または２ｍｍを超えてもよい。
【００４４】
また、図４を参照し、Ｘ軸方向に隣り合う吐出口９ａの中心間距離Ｆは、例えば、２．５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、さらに１０ｍｍ以下にしてもよい。
【００４５】
また、中心線ＣＬと溝部１１のＸ軸方向の端部１１ｃとの間隔Ｇは、例えば、Ｇ≦５×Ａ、より具体的には２ｍｍ以下とすることができる。これにより、吐出口９ａから溝部１１を経由して浮上する気泡８のＸ軸方向の位置精度が高まり、電解液６の流動がより円滑となる。特に、Ｇ≦１／５×Ｆとすることで、例えば吐出口９ａ等に滞留した異物を迂回して溝部１１から浮上するまでの、気泡８の吐出口９ａからのＸ軸方向の移動可能範囲に上限を設けることになる。これにより、吐出口９ａに対する気泡８の浮上位置のずれが小さくなるので、電極間を浮上する電解液６の流動がより円滑となる。
【００４６】
また、Ｘ軸方向に隣り合う溝部１１同士の間隔Ｈは、気泡８が隣り合う溝部１１にまで移動しにくいようにするという観点では、大きさに特に制限はない。間隔Ｈを、例えば、６ｍｍ以上とすれば、Ｘ軸方向の全体にわたり気泡８を均等に浮上させることができ、電解液６の流動がより円滑となる。
【００４７】
なお、溝部１１および吐出口９ａは、天板２０の研削加工により形成することができるが、加工方法は特に制限されず、例えば射出成型など、上記した溝部１１を適切に形成できるものであればいかなる手法で加工されてもよい。
【００４８】
図１に戻り、実施形態に係るフロー電池１についてさらに説明する。供給部１４は、配管１６を介して筐体１７の内部から回収された気体を、配管１５を介して発生部９に供給する。供給部１４は、例えば気体を移送可能なポンプ（気体ポンプ）、コンプレッサまたはブロワである。供給部１４の気密性を高くすれば、気体や電解液６に由来する水蒸気を外部に漏出させることによるフロー電池１の発電性能の低下が起きにくい。
【００４９】
天板２０を含む筐体１７および上板１８は、例えば、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレンなど、耐アルカリ性および絶縁性を有する樹脂材料で構成される。筐体１７および上板１８は、好ましくは互いに同じ材料で構成されるが、異なる材料で構成されてもよい。また、天板２０は、筐体１７と一体に成形されてもよく、たとえば接合などの後工程によって天板２０と筐体１７とを一体化させてもよい。
【００５０】
次に、フロー電池１における電極間の接続について説明する。図５は、実施形態に係るフロー電池１の電極間の接続の一例について説明する図である。
【００５１】
図２に示すように、負極３ａおよび負極３ｂは並列接続されている。このように負極３を並列に接続することにより、正極２および負極３の総数が異なる場合であってもフロー電池１の各電極間を適切に接続し、使用することができる。
【００５２】
また、第１の実施形態に係るフロー電池１では、正極２を挟んで互いに向かい合うように配置された負極３ａ，３ｂを備える。このように１つの正極２に対して２つの負極３ａ，３ｂが対応したフロー電池１では、正極２と負極３とが１：１で対応するフロー電池と比較して負極１つ当たりの電流密度が低下する。このため、第１の実施形態に係るフロー電池１によれば、負極３ａ，３ｂでのデンドライトの生成がさらに低減されるため、負極３ａ，３ｂと正極２との導通をさらに低減することができる。
【００５３】
なお、図１に示すフロー電池１では、合計３枚の電極が、負極３および正極２が交互に配置されるように構成されたが、これに限らず、正極２および負極３をそれぞれ１枚ずつ配置させてもよい。また、図１に示すフロー電池１では、両端がともに負極３となるように構成されたが、これに限らず、両端がともに正極２となるように構成してもよい。
【００５４】
＜第１変形例＞
図６は、実施形態の第１変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す図である。図６に示す天板２０は、Ｙ軸方向の幅が吐出口９ａの直径以下の溝部１１を有することを除き、図２に示す天板２０と同様の構成を有している。別の表現をすれば、溝部１１は、Ｙ軸方向に関して、吐出口９ａの存在する範囲内に収まっている。溝部１１のＹ軸方向の幅は、吐出口９ａの直径の２／３倍以下にしてもよく、さらに、１／２倍以下にしてもよい。このように、溝部１１の軸方向の幅を制限することにより、図２に示した溝部１１と比較して吐出口９ａから溝部１１を経由して浮上する気泡８のＹ軸方向の位置精度がさらに高まり、より確実に正極２と負極３との間に気泡８を誘導することができる。
【００５５】
＜第２変形例、第３変形例＞
図７、図８は、それぞれ、実施形態の第２変形例、第３変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す図である。図７、図８に示す天板２０は、Ｘ軸方向に沿うように所定の間隔で配置された複数の吐出口９ａが、Ｘ軸方向に延在する１つの溝部１１に配置されていることを除き、図２、図６に示す天板２０とそれぞれ同様の構成を有している。このようにＸ軸方向に延在する溝部１１であっても、吐出口９ａから溝部１１を経由して浮上する気泡８を正極２と負極３との間に誘導することができる。
【００５６】
＜第４変形例＞
図９は、実施形態の第４変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す図である。図９に示す天板２０は、平面視で正極２と負極３との間に配置された溝部１１が、負極３寄りに配置された第１溝部１１１と正極２寄りに配置された第２溝部１１２とを含む。また、図９に示す天板２０は、溝部１１ごとにそれぞれ形成された吐出口９ａが、第１溝部１１１に形成された第１吐出口９ａ１と、第２溝部１１２に形成された第２吐出口９ａ２とを含む。このようにＹ軸方向に複数の吐出口９ａを配置する場合であっても、Ｘ軸方向に延びる溝部１１をそれぞれ配置することにより、吐出口９ａから溝部１１を経由して浮上する気泡８を正極２と負極３との間に誘導することができる。また、第１吐出口９ａ１および第２吐出口９ａ２からそれぞれ吐出された気泡８を精度よく正極２と負極３との間に誘導することで、気泡８が一体化して電解液６の流動が不均一になる不具合を低減することができる。なお、図９では、図２に示す天板２０が備える溝部１１および吐出口９ａをＹ軸方向に複数配置した例について図示したが、第１変形例〜第３変形例に係る天板２０が備える溝部１１および吐出口９ａをＹ軸方向に複数配置してもよい。
【００５７】
＜第５変形例＞
図１０、図１１は、実施形態の第５変形例に係るフロー電池が備える天板の構成の概略を示す断面図である。図１０、図１１に示す天板２０は、溝部１１のＸ軸方向の端部１１ｄがＸＹ平面に沿うように延在する内底１０ｅに対して傾斜していることを除き、図６に示す溝部１１と同様の構成を有している。別の表現をすれば、溝部１１は、Ｘ軸方向の端部１１ｄにおいて、Ｘ軸方向の端に向かって深さが浅くなるように傾斜している。傾斜は、Ｘ軸方向の正側あるいは負側の一端だけにあってもよいし、両端にあってもよい。また、傾斜は溝部１１の全体になくてもよく、溝部１１のＸ軸方向の中央部において、溝部１１の底面は、内底１０ｅと実質的に平行であってもよい。
【００５８】
また、図７あるいは図８に示した実施形態において、溝部１１が次のようになっていてもよい。すなわち、溝部１１の中に複数配置されている吐出口９ａのうち、Ｘ軸方向の最も端にある吐出口９ａよりもＸ軸方向の端の部分において、端部１１ｄが傾斜していてもよい。そして、Ｘ軸方向において、吐出口９ａが存在する範囲内の溝部１１の底面は、内底１０ｅと実質的に平行であってもよい。
【００５９】
また、図１０に示した例では、端部１１ｄの傾斜は、Ｘ軸方向の端に向かって、深さが漸近的に０になるように浅くなっている。他の態様として、端部１１ｄの傾斜は、Ｘ軸方向の端に向かって、深さが所定の値になるように浅くなっていてもよい。
【００６０】
吐出口９ａの上部に滞留した異物３０により、浮上できずに溝部１１内を端部１１ｄに向かった気泡８には、溝部１１の深さが浅くなることで溝部１１から外に出すように働く力が大きくなり、溝部１１が存在しなくなる部分に到達する前に、溝部１１より出る可能性が高くなる。つまり、上述のように溝部１１の端部１１ｄを傾斜させることにより、吐出口９ａから溝部１１を経由して浮上する気泡８のＸ軸方向の位置精度がさらに向上する。
【００６１】
ここで、内底１０ｅに開口した溝部１１のＸ軸方向の幅Ｎは、例えば、吐出口９ａの直径Ｍ（＝Ａ×２）の３倍以上５０倍以下とすることができる。また、溝部１１のＹ軸方向の幅Ｐは、例えば、幅Ｎの０．０１倍以上０．１倍以下とすることができる。このように溝部１１のＸ軸方向およびＹ軸方向の幅を規定することにより、吐出口９ａから溝部１１を経由して浮上する気泡８のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置精度がさらに高まり、より確実に正極２と負極３との間に気泡８を誘導することができる。
【００６２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記した実施形態では、電解液６中に粉末７が混在されているとして説明したが、これに限らず、粉末７を有しなくてもよい。かかる場合、負極３が含有する負極活物質を増量するとよい。
【００６３】
また、上記した実施形態では、隔膜４，５は正極２の厚み方向の両側を挟むように配置されるとして説明したが、これに限らず、正極２を被覆していてもよい。また、隔膜４，５は、必ずしも配置されなくともよい。
【００６４】
なお、供給部１４は、吐出口９ａの目詰まり防止の観点から常時動作させることが好ましいが、電力消費を低減する観点から、放電時には充電時よりも気体の供給レートを低下させてもよい。
【００６５】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１  フロー電池
２  正極
３，３ａ，３ｂ  負極
４，５  隔膜
６  電解液
７  粉末
８  気泡
９  発生部
９ａ  吐出口
１０  反応部
１１  溝部
１４  供給部
１７  筐体
１８  上板
２０  天板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020021565.tif 000007
【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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