(57)【要約】【課題】流通溝の底部側を流れる電解液の層流を電極に導くことが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に設けられ、電解液の供給縁側から排出縁側に向って延びる複数の流通溝を備え、前記各流通溝は、第一側壁部、及び第一底部を有する第一流通部と、前記第一側壁部に対向する第二側壁部、及び前記第一底部とは形状の異なる第二底部を有し、前記第一流通部に並列される第二流通部と、を備え、前記第一底部は、前記各流通溝における前記電解液の流通方向に並ぶ複数のスロープ部を備え、前記各スロープ部は、前記流通方向に向かうに従って前記表面に至る。【選択図】図６
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【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に設けられ、電解液の供給縁側から排出縁側に向って延びる複数の流通溝を備え、
前記各流通溝は、
第一側壁部、及び第一底部を有する第一流通部と、
前記第一側壁部に対向する第二側壁部、及び前記第一底部とは形状の異なる第二底部を有し、前記第一流通部に並列される第二流通部と、を備え、
前記第一底部は、前記各流通溝における前記電解液の流通方向に並ぶ複数のスロープ部を備え、
前記各スロープ部は、前記流通方向に向かうに従って前記表面に至る、
双極板。
【請求項２】
前記第一側壁部は、前記各スロープ部の側方に設けられる複数の斜行部を備え、
前記各斜行部は、前記表面に垂直な方向から見たときに、前記流通方向に向かうに従って前記第二流通部から離れる側に斜行する請求項１に記載の双極板。
【請求項３】
前記第二底部は、平坦面、又は前記表面に至らない高さの隆起を有するうねり面である請求項１又は請求項２に記載の双極板。
【請求項４】
前記第二側壁部は、前記各スロープ部に前記電解液を導く複数のガイド部を備え、
前記各ガイド部は、前記表面に垂直な方向から見たときに、前記流通方向に向かうに従って前記第一流通部に近づく側に斜行する請求項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】
前記流通方向に隣接する一方の前記スロープ部の上端と、他方の前記スロープ部の上端との間の距離であるピッチは、１．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ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】
前記第一側壁部は、前記各スロープ部の側方に設けられる複数の斜行部を備え、
前記各斜行部は、前記表面に垂直な方向から見たときに、前記流通方向に向かうに従って前記第二流通部から離れる側に斜行し、
前記第二側壁部は、前記各スロープ部に前記電解液を導く複数のガイド部を備え、
前記各ガイド部は、前記表面に垂直な方向から見たときに、前記流通方向に向かうに従って前記第一流通部に近づく側に斜行する請求項１に記載の双極板。
【請求項７】
請求項１から請求項６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８】
請求項７に記載の電池セルを備える、
セルスタック。
【請求項９】
請求項７に記載の電池セル、又は請求項８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】
例えば特許文献１，２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。電池セルに供給された電解液は、電極において電池反応する。電池反応後の電解液は、電池セルから排出される。
【０００３】
特許文献１，２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主溝部（流通溝）を備える構成が開示されている。これらの流通溝は、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】国際公開第２０１８／０９２２１５号
【特許文献２】国際公開第２０１８／０９２２１６号
【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。電池セルに備わる双極板に流通溝が設けられた構成では、電池セル内の電解液の流れが円滑になる、即ち電解液の流通性が向上する。従って、電池セル内における電解液の圧力損失が低減され易く、電解液を循環させるための電力消費量が低減される。しかし、流通溝内を流れる電解液は、流通溝の底部側を流れる層流と、流通溝の開口部側を流れる層流とを形成し易いという問題がある。流通溝における電解液の流れが円滑であると、流通溝の底部側を流れる層流が電極に接触することなく電池セルから排出されるおそれがある。
【０００６】
そこで、本開示は、流通溝の底部側を流れる電解液の層流を電極に導く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、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に設けられ、電解液の供給縁側から排出縁側に向って延びる複数の流通溝を備え、
前記各流通溝は、
第一側壁部、及び第一底部を有する第一流通部と、
前記第一側壁部に対向する第二側壁部、及び前記第一底部とは形状の異なる第二底部を有し、前記第一流通部に並列される第二流通部と、を備え、
前記第一底部は、前記各流通溝における前記電解液の流通方向に並ぶ複数のスロープ部を備え、
前記各スロープ部は、前記流通方向に向かうに従って前記表面に至る。
【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、流通溝の底部側を流れる電解液の層流を電極に導くことができる。
【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１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１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の平面図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る双極板の一部を示す部分斜視図である。
【図６】図６は、図５の双極板の一部を、図５の左方側から見た部分斜視図である。
【図７】図７は、実施形態１に係る双極板の一部を示す部分平面図である。
【図８】図８は、図６の双極板の第一流通部を第二流通部の側から見た側面図である。
【図９】図９は、変形例１に係る双極板の一部を示す部分平面図である。
【図１０】図１０は、変形例２に係る双極板の一部を示す部分平面図である。
【図１１】図１１は、変形例３に係る双極板の一部を示す部分平面図である。
【図１２】図１２は、試験例の試料Ｎｏ．１の電池セルにおける経過時間とセル抵抗率との関係を示すグラフである。
【図１３】図１３は、試験例の試料Ｎｏ．２の電池セルにおける経過時間とセル抵抗率との関係を示すグラフである。
【図１４】図１４は、試験例の試料Ｎｏ．３の電池セルにおける経過時間とセル抵抗率との関係を示すグラフである。
【図１５】図１５は、試験例の電池セルにおける圧力損失とセル抵抗率との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に設けられ、電解液の供給縁側から排出縁側に向って延びる複数の流通溝を備え、
前記各流通溝は、
第一側壁部、及び第一底部を有する第一流通部と、
前記第一側壁部に対向する第二側壁部、及び前記第一底部とは形状の異なる第二底部を有し、前記第一流通部に並列される第二流通部と、を備え、
前記第一底部は、前記各流通溝における前記電解液の流通方向に並ぶ複数のスロープ部を備え、
前記各スロープ部は、前記流通方向に向かうに従って前記表面に至る。
【００１７】
上記双極板は、流通溝の底部側を流れる電解液の層流を電極に導くことができる。流通溝を構成する第一流通部に備わるスロープ部が、流通溝の底部側から双極板の表面に向って電解液を導くからである。従って、上記双極板は、電池反応する前に電池セルから排出される電解液の量を低減させる。
【００１８】
また、上記双極板は、流通溝における電解液の流れを円滑にすることができる。流通溝を構成する第二流通部が、流通溝の延伸方向に向う電解液の流れを円滑にするからである。従って、上記双極板は、電池セルにおける電解液の圧力損失を低減させるので、電解液を循環させるための電力消費量を低減させる。
【００１９】
＜２＞実施形態に係る双極板の一形態として、
前記第一側壁部は、前記各スロープ部の側方に設けられる複数の斜行部を備え、
前記各斜行部は、前記表面に垂直な方向から見たときに、前記流通方向に向かうに従って前記第二流通部から離れる側に斜行する形態が挙げられる。
【００２０】
各斜行部は、各スロープ部の側方（流通溝の幅方向）に設けられる。第一流通部に斜行部が設けられることで、流通溝を流れる電解液がスロープ部に導かれ易くなる。その結果、電池反応する前に電池セルから排出される電解液の量が低減される。
【００２１】
＜３＞実施形態に係る双極板の一形態として、
前記第二底部は、平坦面、又は前記表面に至らない高さの隆起を有するうねり面である形態が挙げられる。
【００２２】
第二流通部の第二底部に平坦面又はうねり面が設けられることで、第二流通部における電解液の流れが円滑になる。その結果、流通溝を流れる電解液の圧力損失が低減される。また、うねり面は、電解液の流れを円滑にする効果を奏すると共に、第二底部の近傍を流れる電解液の層流を双極板の表面側に導く効果も奏する。
【００２３】
＜４＞実施形態に係る双極板の一形態として、
前記第二側壁部は、前記各スロープ部に前記電解液を導く複数のガイド部を備え、
前記各ガイド部は、前記表面に垂直な方向から見たときに、前記流通方向に向かうに従って前記第一流通部に近づく側に斜行する形態が挙げられる。
【００２４】
第二流通部の第二壁部にガイド部が設けられることで、第二流通部を流れる電解液が、第一流通部のスロープ部に導かれ易くなる。その結果、電池反応する前に電池セルから排出される電解液の量が低減される。
【００２５】
＜５＞実施形態に係る双極板の一形態として、
前記流通方向に隣接する一方の前記スロープ部の上端と、他方の前記スロープ部の上端との間の距離であるピッチは、１．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下である形態が挙げられる。
【００２６】
上記ピッチが１．０ｍｍ以上であれば、スロープ部を設けたことによる効果が十分に得られる。また、上記ピッチが１０．０ｍｍ以下であれば、流通溝から電極に導かれる電解液の量が十分に確保され易い。
【００２７】
＜６＞実施形態に係る双極板の一形態として、
前記第一側壁部は、前記各スロープ部の側方に設けられる複数の斜行部を備え、
前記各斜行部は、前記表面に垂直な方向から見たときに、前記流通方向に向かうに従って前記第二流通部から離れる側に斜行し、
前記第二側壁部は、前記各スロープ部に前記電解液を導く複数のガイド部を備え、
前記各ガイド部は、前記表面に垂直な方向から見たときに、前記流通方向に向かうに従って前記第一流通部に近づく側に斜行する形態が挙げられる。
【００２８】
上記＜６＞の構成は、上記＜１＞、＜２＞、及び＜４＞の構成と同様の効果を有する。
【００２９】
＜７＞実施形態に係る電池セルは、
上記＜１＞から＜６＞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。
【００３０】
実施形態に係る電池セルは、流通溝を通って電池反応する前に電池セルから排出される電解液の量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、優れた電池性能を備える。
【００３１】
＜８＞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。
【００３２】
上記セルスタックは、実施形態の電池セルを備えるため、従来よりも優れた電池性能を有する。
【００３３】
＜９＞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。
【００３４】
実施形態に係るレドックスフロー電池は、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ため、優れた電池性能を有する。
【００３５】
［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。
【００３６】
＜実施形態１＞
図１，２に示される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から図８に示すように双極板３１の表面３１ｓに流通溝４が形成されている点、その流通溝４に複数のスロープ部５２（図５から図８）が設けられている点などが挙げられる。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８を参照して実施形態に係る双極板３１を詳しく説明する。
【００３７】
≪ＲＦ電池≫
ＲＦ電池１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に示される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であっても良い。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
≪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。
【００４２】
≪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。
【００４３】
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が組み立てられたとき、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。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。
【００４４】
次に、セルフレーム３の詳細な構成を図４から図８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４では、双極板３１の表面３１ｓに形成される流通溝４の形状が簡略化されている。実際の流通溝４の形状の詳細は、図５から図８に示されている。図５から図７では、流通溝４の形状を分かり易くするために、双極板３１の表面３１ｓがクロスハッチングで示されている。ここで、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。
【００４５】
［枠体］
枠体３２は、円環形状であっても良いし、多角枠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は、図４中の太線矢印で示すように紙面上方向となる。
【００４６】
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の紙面奥行き方向の手前側の面）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３１ｓに形成される溝である。
【００４７】
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の紙面奥行き方向の奥側の面）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。
【００４８】
［双極板］
双極板３１は、電極１４，１５（図３）に対向する表面３１ｓに設けられる第一整流溝３１Ａ、第二整流溝３１Ｂ、及び複数の流通溝４を備える。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。
【００４９】
［［整流溝］］
第一整流溝３１Ａは、双極板３１への電解液の供給縁３１ａ（双極板３１の下側の縁部）に沿って設けられる横溝である。第一整流溝３１Ａは、枠体３２に設けられていても良い。一方、第二整流溝３１Ｂは、双極板３１における枠体３２への電解液の排出縁３１ｂ（双極板３１の上側の縁部）に沿って設けられる横溝である。第二整流溝３１Ｂは、枠体３２に設けられていても良い。整流溝３１Ａ，３１Ｂは無くても構わない。
【００５０】
［［流通溝］］
流通溝４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。また、流通溝４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も果たす。本例の流通溝４は、セルフレーム３の全体的な流通方向に沿って、供給縁３１ａ側から排出縁３１ｂ側に向って延びる縦溝である。本例とは異なり、流通溝４は、当該流通方向に対して傾斜していても良い。その他、流通溝４は、屈曲していても構わない。
【００５１】
流通溝４は、第一整流部３１Ａと第二整流部３１Ｂに連通している。即ち、流通溝４は、電解液の供給縁３１ａと排出縁３１ｂに繋がっている。整流部３１Ａ，３１Ｂが枠体３２に設けられる場合、流通溝４は、供給縁３１ａと排出縁３１ｂとに直接繋げられることが好ましい。流通溝４が供給縁３１ａと排出縁３１ｂとに繋がっていることで、流通溝４における電解液の流通性が良い。反面、電池反応する前に電池セル１０から排出される電解液の量が多くなるおそれがある。そこで、本例の流通溝４には、図５から図８に示されるスロープ部５２が設けられている。流通溝４の詳細は、主に図５から図８を参照して説明を行う。
【００５２】
図５，６に示される流通溝４は、便宜上、図７に示されるように第一流通部５と第二流通部６とに分けられる。第一流通部５と第二流通部６とは互いに仕切られることなく流通溝４内の空間を構成している。第一流通部５と第二流通部６とは、流通溝４における電解液の流通方向（流通溝４の延伸方向）に交差する方向に並列される。図７における二点鎖線は、第一流通部５と第二流通部６との仮想的な境界を示す。双極板３１を表面３１ｓに垂直な方向から平面視したときに、第一流通部５と第二流通部６とは非対称になっている。
【００５３】
第一流通部５は、第一側壁部５０と、第一底部５１と、複数のスロープ部５２とを備える。第一側壁部５０は、流通溝４の幅方向における一方の内壁面を構成する。第一底部５１は、流通溝４の底部の一部を構成する。第一底部５１は、後述する第二流通部６の第二底部６１と滑らかに繋がっている。複数のスロープ部５２は、流通方向に並んでいる。各スロープ部５２は、流通方向に向かうに従って表面３１ｓに至る形状を備える。つまり、スロープ部５２の下端５２ａは第一底部５１に繋がり、スロープ部５２の上端５２ｂは表面３１ｓに繋がっている。
【００５４】
本例の第一側壁部５０は、各スロープ部５２の側方に設けられる斜行部５０Ａで構成されている。斜行部５０Ａは、流通方向に隣り合う一方のスロープ部５２の上端５２ｂと、他方のスロープ部５２の上端５２ｂとを繋ぐ壁面である。斜行部５０Ａは、表面３１ｓに垂直な方向から見たときに、流通方向に向かうに従って第二流通部６から離れる側に斜行している。双極板３１を表面３１ｓに垂直な方向から見たときに、斜行部５０Ａとスロープ部５２の上端５２ｂとを繋いだ輪郭線は、のこぎり波状となっている。斜行部５０Ａは、流通溝４を流れる電解液をスロープ部５２に導く機能を有する。
【００５５】
本例の斜行部５０Ａは、第一面５０ａと、第二面５０ｂと、第三面５０ｃとで構成されている。図６，８に示されるように、第一面５０ａは、一方のスロープ部５２における第二流通部側にある三角形状の面である。第三面５０ｃは、他方のスロープ部５２における第二流通部から離れる側にある三角形状の面である。第二面５０ｂは、第一面５０ａと第三面５０ｃとを繋ぐ矩形状の面である。図７に示されるように、表面３１ｓに垂直な方向から見たとき、第一面５０ａの傾斜角度よりも第二面５０ｂの傾斜角度が大きくなっており、更に第二面５０ｂの傾斜角度よりも第三面５０ｃの傾斜角度が大きくなっている。そのため、スロープ部５２の上面視形状は、上端５２ｂ側が下端５２ａ側よりも広くなった概略平行四辺形になっている。スロープ部５２の上端５２ｂが広くなっていることで、スロープ部５２に導かれた電解液は、電解液の流通方向に交差する方向に拡散し易い。
【００５６】
スロープ部５２の設置間隔（図７のピッチＰ）は１．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であることが好ましい。ピッチＰは、流通方向に隣接する一方のスロープ部５２の上端５２ｂにおける第一側壁部５０との繋ぎ目と、他方のスロープ部５２の上端５２ｂにおける第一側壁部５０との繋ぎ目と、の間の距離である。ピッチＰが１．０ｍｍ以上であれば、スロープ部５２を設けたことによる効果が十分に得られる。また、ピッチＰが１０．０ｍｍ以下であれば、流通溝４から電極１４，１５（図３）に導かれる電解液の量が十分に確保され易い。より好ましいピッチＰは、１ｍｍ以上８ｍｍ以下、更に好ましいピッチＰは、１ｍｍ以上４ｍｍ以下である。
【００５７】
第二流通部６は、第二側壁部６０と、第二底部６１とを備える。第二流通部６には、底から表面３１ｓに至るスロープ部は設けられていない。第二側壁部６０は、第一流通部５の第一側壁部５０に対向し、流通溝４の幅方向における他方の内壁面を構成する。第二底部６１は、第一流通部５の第一底部５１と共に、流通溝４の底部を構成する。本例の第二底部６１は、表面３１ｓからの深さが一様な平坦面６１Ａである。本例とは異なり、第二底部６１は、流通方向に向かうに従って深くなる傾斜面でも良いし、流通方向に向かうに従って浅くなる傾斜面でも良い。その他、第二底部６１は、表面３１ｓに至らない高さの隆起を有するうねり面であっても良い。うねり面の具体例としては、双極板３１の厚さ方向に周期的に振幅する波形の曲面が挙げられる。隆起の高さは、表面３１ｓから第一底部５１の深さの１０％以下とすることが好ましい。
【００５８】
本例の第二側壁部６０は、第一流通部５の各スロープ部５２に電解液を導くガイド部６０Ａと、ガイド部６０Ａを除く非ガイド部６０Ｂとで構成されている。ガイド部６０Ａは、表面３１ｓに垂直な方向から見たときに、流通方向に向かうに従って第一流通部５に近づく側に斜行する壁面である。本例のガイド部６０Ａは、斜行部５０Ａの第一面５０ａに対向する位置にある。各ガイド部６０Ａは、ガイド部６０Ａに対向するスロープ部５２に対して流通方向に隣り合うスロープ部５２に電解液を導く。一方、非ガイド部６０Ｂは、表面３１ｓに垂直な方向から見たときに、流通方向に向かうに従って第一流通部５から離れる側に斜行する壁面である。非ガイド部６０Ｂは、流通溝４における電解液の流通性を向上させる機能を有する。
【００５９】
≪効果≫
本例の双極板３１の構成によれば、流通溝４の底部５１，６１側を流れる電解液の層流を電極１４，１５（図３）に導くことができる。流通溝４を構成する第一流通部５に備わるスロープ部５２が、流通溝４の底部５１，６１側から双極板３１の表面３１ｓに向って電解液を導くからである。従って、本例の双極板３１は、電池反応する前に電池セル１０（図３）から排出される電解液の量を低減できる。
【００６０】
また、本例の双極板３１は、流通溝４における電解液の流れを円滑にすることができる。流通溝４を構成する第二流通部６が、流通溝４に延伸方向に向う電解液の流れを円滑にするからである。従って、本例の双極板３１は、電池セル１０（図３）における電解液の圧力損失を低減できるので、電解液を循環させるための電力消費量を低減できる。
【００６１】
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の電池性能を向上させることができる。本例の双極板３１によって、単位体積当たりの電解液の反応量が向上するため、電池セル１０の充放電効率が向上するからである。また、本例の双極板３１によって電解液を循環させるための電力消費量が低減されるので、ＲＦ電池１の運転効率が向上する。
【００６２】
＜変形例＞
双極板３１に備わる流通溝４は、流通溝４の底部５１，６１から表面３１ｓに至るスロープ部５２を備えていれば良く、実施形態１に示される構成に限定されるわけではない。以下、図９から図１１を参照し変形例を幾つか説明する。図９から図１１の見方は、図７と同様である。
【００６３】
≪変形例１≫
図９に示される変形例１の双極板３１は、第二流通部６の構成が実施形態１の双極板３１と異なる。変形例１の双極板３１における第二流通部６以外の構成は、実施形態１と同様である。より具体的には、第二流通部６の第二側壁部６０が、流通溝４における電解液の流通方向に沿って真っ直ぐに延びている。この構成によれば、流通溝４における電解液の流通性が高められる。
【００６４】
ここで、第二流通部６の第二底部６１の幅（紙面左右方向の長さ）が広過ぎると、電池反応前に電池セル１０（図３）から排出される電解液の量が多くなり易い。従って、第二底部６１の幅は、１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００６５】
≪変形例２≫
図１０に示される変形例２の双極板３１は、第一流通部５の構成が実施形態１の双極板３１と異なる。変形例２の双極板３１における第一流通部５以外の構成は、実施形態１と同様である。変形例２のスロープ部５２は、流通溝４における電解液の流通方向に沿った方向に延びている。この構成では、スロープ部５２の下端５２ａが第一流通部５の第一底部５１を形成する。本変形例の構成によっても、スロープ部５２を介して、流通溝４の底部５１，６１側を流れる電解液の層流を電極１４，１５（図３）に導くことができる。
【００６６】
≪変形例３≫
図１１に示される変形例３の双極板は、第一流通部５の構成が実施形態１の双極板３１と異なる。変形例３の双極板３１における第一流通部５以外の構成は、実施形態１と同様である。変形例３のスロープ部５２は、表面３１ｓに垂直な方向から見たときに概略三角形となっている。より具体的には、スロープ部５２の下端５２ａから上端５２ｂに向って、スロープ部５２の幅が徐々に広くなっている。この構成によれば、スロープ部５２に沿って流れる電解液が、双極板３１の平面方向に拡散され易い。そのため、電極１４，１５（図３）の全面が有効に利用される。
【００６７】
双極板３１に形成される複数の流通溝は、上述した流通溝４のみで構成されていても良いし、上述した流通溝４とスロープ部を有さない従来の流通溝とで構成されていても良い。前者と後者のいずれにおいても、実施形態１、及び変形例１から変形例３における複数種の流通溝が一つの双極板に混在しても良い。後者の場合、本例の流通溝４が、双極板に形成される複数の流通溝の過半数を占めることが好ましい。
【００６８】
＜試験例＞
本試験例では、流通溝の形状が異なる複数の電池セルをコンピューター上に再現し、電池セルのセル抵抗率（Ω・ｃｍ２）に及ぼす流通溝の形状の影響を調べた。セル抵抗率は、コンピューターシミュレーションによって求めた。セル抵抗率は、電解液の反応量の逆数に比例すると考えて良い。従って、セル抵抗率が低い電池セルは、電解液を有効に利用できる充放電効率に優れる電池セルであると言える。
【００６９】
≪試料Ｎｏ．１≫
試料Ｎｏ．１の電池セルは、図４から図８に示される流通溝４を備えるＲＦ電池である。
【００７０】
≪試料Ｎｏ．２≫
試料Ｎｏ．２の電池セルは、ジグザグに蛇行した流通溝を備える電池セルである。試料Ｎｏ．２における流通溝の断面積は、流通溝の単位長さ当たりの圧力損失が試料Ｎｏ．１と同じとなるように決定されている。つまり、試料Ｎｏ．２の流通溝における電解液の流通性と、試料Ｎｏ．１の流通溝における電解液の流通性とは同じと考えて良い。
【００７１】
≪試料Ｎｏ．３≫
試料Ｎｏ．３の電池セルは、セルフレームにおける電解液の流通方向に沿って真っ直ぐに延びる流通溝を備える電池セルである。試料Ｎｏ．３における流通溝の断面積も、流通溝の単位長さ当たりの圧力損失が試料Ｎｏ．１と同じになるように決定されている。つまり、試料Ｎｏ．３の流通溝における電解液の流通性と、試料Ｎｏ．１の流通溝における電解液の流通性とは同じと考えて良い。
【００７２】
≪シミュレーション≫
シミュレーター上に再現した試料Ｎｏ．１から試料Ｎｏ．３の電池セルに対して、流通溝における電解液の圧力損失が１ｋＰａ／１０ｍｍ、３ｋＰａ／１０ｍｍ、５ｋＰａ／１０ｍｍ、１０ｋＰａ／１０ｍｍ、又は３０ｋＰａ／１０ｍｍとなるように電解液を循環させた。そして、電解液の循環開始から１２０秒（ｓｅｃ）にわたって、各試料のセル抵抗率をシミュレーションにより求めた。その結果を図１２から図１４に示す。ここで、電解液の流量が大きいほど、流通溝における電解液の圧力損失が大きくなる。つまり、電解液の圧力損失が大きいということは、電池セルに流通させる電解液の流量が大きいということである。
【００７３】
図１２は、実施形態１に示される流通溝（ミキシング流路）を備える試料Ｎｏ．１のシミュレーション結果である。図１３は、ジグザグに蛇行した流通溝（ジグザグ流路）を備える試料Ｎｏ．２のシミュレーション結果である。図１４は、直線状に延びる流通溝（単純フローバイ流路）を備える試料Ｎｏ．３のシミュレーション結果である。図１２から図１４の横軸は、電解液の流通開始からの経過時間（秒）である。図１２から図１４の縦軸は、ＲＦ電池のセル抵抗率（Ω・ｃｍ２）である。また、図１２から図１４に基づいて、圧力損失と、電解液の流通開始から６０秒後におけるセル抵抗率との関係を示す図１５のグラフを作成した。図１５の横軸は圧力損失（ｋＰａ／１０ｍｍ）、縦軸はセル抵抗率（Ω・ｃｍ２）である。
【００７４】
図１２から図１４を比較すると、実施形態１に示される流通溝を備える試料Ｎｏ．１の電池セルのセル抵抗率は、試料Ｎｏ．２及び試料Ｎｏ．３の電池セルのセル抵抗率よりも小さかった。特に、図１５を見れば明らかなように、圧力損失が小さい（電解液の流量が小さい）ときに、試料Ｎｏ．１の電池セルのセル抵抗率が、他の試料の電池セルのセル抵抗率よりも顕著に低かった。
【００７５】
試料Ｎｏ．２の電池セルのセル抵抗率が試料Ｎｏ．１に劣っているのは、試料Ｎｏ．２のジグザグ流路に形成される層流が解消されていないからである。シミュレーターによってジグザグ流路における電解液の流れを視覚的に確認すると、ジグザグ流路においては層流が単に蛇行するだけで、ジグザグ流路の底部側を流れる層流は電極側に移動し難いことがわかった。一方、シミュレーターによって試料Ｎｏ．１のミキシング流路における電解液の流れを視覚的に確認すると、ミキシング流路の底部側を流れる層流がスロープ部によって電極に導かれていることがわかった。
【符号の説明】
【００７６】
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、３１ａ  供給縁、３１ｂ  排出縁、３１ｓ  表面
３１Ａ  第一整流溝、３１Ｂ  第二整流溝
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  流通溝
５  第一流通部
５０  第一側壁部、５１  第一底部、５２  スロープ部
５０Ａ  斜行部、５０ａ  第一面、５０ｂ  第二面、５０ｃ  第三面
５２ａ  下端、５２ｂ  上端
６  第二流通部
６０  第二側壁部、６１  第二底部
６０Ａ  ガイド部、６０Ｂ  非ガイド部  ６１Ａ  平坦面
１００  電力系統
１００Ｃ  電力変換器
【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】
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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１４】
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【図１５】
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