(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
双極板と、双極板の外周に装着されるフレーム枠とを具えるレドックスフロー電池用セルフレームであって、
このフレーム枠の両面の対称な位置に、隔膜を圧接すると共に電解液をシールする内周シール及び外周シールを具え、
前記隔膜は、セルフレームの周縁から突出する部分を有し、かつ外周シールから外側に突出した部分が乾燥により湿潤状態が維持されないと破れ目を生じてしまうものであり、
内周シールと外周シールの間隔が1mm以上であることを特徴とするレドックスフロー電池用セルフレーム。
【請求項２】
内周シールはOリングであることを特徴とする請求項1に記載のレドックスフロー電池用セルフレーム。
【請求項３】
前記フレーム枠には、電解液の流路となるマニホールドと、マニホールドからフレーム枠の内側に電解液を案内するガイド溝とを具え、
このガイド溝の断面積が5mm2以下であることを特徴とする請求項1に記載のレドックスフロー電池用セルフレーム。
【請求項４】
マニホールドの直径は、セルフレームの全幅の1％〜5％の大きさであることを特徴とする請求項３に記載のレドックスフロー電池用セルフレーム。
【請求項５】
フレーム枠は、一対のフレーム片を接合して形成され、
各フレーム片は、ガイド溝の位置がフレーム枠の対角線の交点を中心とする点対称な形状であることを特徴とする請求項３に記載のレドックスフロー電池用セルフレーム。
【請求項６】
請求項1に記載のセルフレームと、隔膜と、電極とを積層したセルスタックを具えることを特徴とするレドックスフロー電池。
【請求項７】
隔膜の厚みが400μm以下であることを特徴とする請求項６に記載のレドックスフロー電池。
【請求項８】
電極から電気を取り出す電気端子と、電極に電解液を供給及び排出する給排部とを具え、
この電気端子と給排部とが対向し合う面に配置されることを特徴とする請求項６に記載のレドックスフロー電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解液がセルフレーム外部へ漏れることの防止に効果的なレドックスフロー電池用セルフレーム及びこのセルフレームを用いたレドックスフロー電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図8は従来のレドックスフロー2次電池の動作原理を示す説明図である。この電池は、イオンが通過できる隔膜4で正極セル1Aと負極セル1Bとに分離されたセル1を具える。正極セル1Aと負極セル1Bの各々には正極電極5と負極電極6とを内蔵している。正極セル1Aには、正極電解液を供給及び排出する正極用タンク2が導管7、8を介して接続されている。同様に負極セル1Bには、負極用電解液を供給及び排出する負極用タンク3が導管10、11を介して接続されている。各電解液は、バナジウムイオンなどの価数が変化するイオンの水溶液を用い、ポンプ9、12で循環させ、正極電極5及び負極電極6におけるイオンの価数変化反応に伴って充放電を行う。
【０００３】
図9は、上記電池に用いるセルスタックの概略構成図である。この電池は、通常、複数のセルフレーム20を積層したセルスタック100と呼ばれる構成が利用される。
【０００４】
セルスタック100は、セルフレーム20、カーボンフェルト製の正極電極5、隔膜4、カーボンフェルト製の負極電極6、セルフレーム20が、この順に繰り返して積層されている。この積層体の両端部にエンドプレートを配置し、エンドプレートに長ボルト101を貫通させてナットで締め付けることによりセルスタック100が構成される。
【０００５】
セルフレーム20は、プラスチックカーボン製の双極板21と双極板の外周に形成されるフレーム枠22とを具える。このフレーム枠22の下辺及び上辺には、通常、各セルに電解液を供給及び排出するマニホールド23A、23Bと呼ばれる孔と、各マニホールドに繋がって電解液を電極5、6に導くガイド溝24が設けられている。
【０００６】
図10は、従来のセルフレームを積層させた際のフレーム枠付近の断面を模式的に示した部分拡大図である。セルフレーム間からの電解液の漏れを防止する構造として、特開2000-260460号公報に開示されたOリングによるシール(図10(a)〜(c)参照)や、特開平8-7913号公報に開示された平パッキンによるシール(同(d)参照)が知られている。
【０００７】
図10(a)に示すセルフレーム20aは、両面にOリング溝25を一つずつ対向する位置に設け、Oリング溝25にOリング26が配置される。
【０００８】
同(b)に示すセルフレーム20bは、一面に内周Oリング溝25a、他面に外周Oリング溝25bを各一つずつ互い違いの位置に設け、各溝25a、25bにそれぞれ内周Oリング26a、外周Oリング26bが配置される。
【０００９】
同(c)に示すセルフレーム20cは、片面に大きさの異なる内周Oリング溝25a及び外周Oリング溝25bがそれぞれ一つずつ並列に設けられ、同様に各溝25a、25bにそれぞれ内周Oリング26a、外周Oリング26bが配置される。
【００１０】
同(d)に示すセルフレーム20dは、両面にセルフレーム20dに適合した形状の平パッキン27が配置される。
【００１１】
また、比較的小さいサイズの電池では、「電力貯蔵電池規定」に掲載されているような熱溶着法によるシールも知られている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のセルフレームを用いたセルスタックには、以下の問題があった。
【００１３】
(1)  セルフレーム間から電解液の漏れを効果的に防止することが難しい。
▲１▼図10(a)〜(c)に示すセルフレーム20a〜20cを用いたセルスタックでは、Oリング26、26aの外側に突出した隔膜4が乾燥により湿潤状態が維持されず、破れることがある。この破れ目がOリング26、26aよりも内側に進展すると、破れ目から電解液がセルフレーム20a〜20cの外部に漏れるおそれがある。
▲２▼図10(d)に示す平パッキン27は大容量が得られる大面積のセルフレームに好適である。しかし、平パッキン27を配置してセルフレーム20dを積層する場合、平パッキン27の配置を厳密に行い、かつ積層した複数のセルフレーム20dを複数の長ボルト101によって均一に締め付けなければ、電解液の漏洩を防止しにくい。
【００１４】
(2)  セルスタックの組立作業性が劣る。
▲１▼図10(b)及び(c)に示すセルフレーム20b、20cを用いたセルスタックでは、介在させる隔膜4を内周Oリング26a上でかつ外周Oリング26bよりも内側に配置するために、隔膜4の加工には非常に高い切断精度が求められる。また、切断した隔膜4とセルフレームには厳密な位置合わせが必要であり、セルスタックを作製する際の作業性が非常に悪い。
▲２▼図10(d)に示す平パッキン27も、セルフレーム20dと平パッキン27の配置を厳密に行う必要があり、セルスタックの組立作業際が悪い。
▲３▼熱溶着法によるシールは、サイズが大きくなると溶着作業が行いにくく適用が困難である。また、このシールを用いた場合、コストが高くなる。
【００１５】
そこで、本発明の主目的は、電解液のセルフレーム外部への漏れ防止に効果的で、かつレドックスフロー電池を組み立てる際の作業性に優れるレドックスフロー電池用セルフレームを提供することにある。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、このセルフレームを用いたレドックスフロー電池を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、双極板と、双極板の外周に形成されるフレーム枠とを具えるレドックスフロー電池用セルフレームであって、このフレーム枠の両面に、隔膜を圧接すると共に電解液をシールする内周シール及び外周シールを具えることを特徴とする。
【００１８】
本発明レドックスフロー電池用セルフレームは、隔膜を介して積層された際、隔膜を内周シール及び外周シールで挟持する。このとき、主として内周シールによって、電解液の外部への漏洩防止及び各極用電解液の混合防止を行う。また、外部シールによって乾燥による隔膜の破れ目がより内側に伝播するのを遮ることで電解液の外部への漏れの防止を行う。即ち、本発明は、内周シール及び外周シールの双方で隔膜を挟持することで、隔膜の破れ目が内周シールで挟まれる部分よりも内側に進展するのを防ぐ。このように本発明は、2重にシールを配置することで、電解液のセルフレーム外部への漏洩防止に関して高い信頼性を確保することができる。
【００１９】
また、外部シールが配置されることで、隔膜がセルフレームの周縁から突出することを許容する。そのため、隔膜の加工精度及び隔膜のセルフレームへの配置精度に関して厳密性を問わず、本発明セルフレームを積層してセルスタックを作製する際の作業性に極めて優れる。更に、2重にシールが配置されることで本発明セルフレーム間に介在される隔膜は、確実に湿潤状態が維持される。
【００２０】
以下、本発明を詳しく説明する。
内周シール及び外周シールの双方とも、Oリングを用いることが好ましい。ただし、少なくとも内周シールをOリングとすることが好適で、外周シールは平パッキンでもよい。セルフレームには、平パッキンに適した溝やOリング溝を設けておく。
【００２１】
Oリングや平パッキンをはめる溝の位置は、セルフレームの両面において同位置であることが好ましい。ただし、両シールが配置されたセルフレームを対向させる際、各セルフレームにおけるシールの位置にずれがあっても構わない。
【００２２】
内周シール及び外周シールは、隔膜が乾燥して破れても、その破れ目が内周シールよりも内側にまで容易に伝播しない程度に間隔をあけて配置されることが望ましい。具体的には、1mm以上の間隔をあけることが望ましい。この間隔は、両溝の中心線間の距離を言う。
【００２３】
本発明セルフレームは、電解液の流路となるマニホールドと、マニホールドからフレーム枠の内側に電解液を案内するガイド溝とを具え、このガイド溝の断面積が5mm2以下であることが好適である。この断面積は、ガイド溝が複数ある場合、単一のガイド溝の断面積のことである。ガイド溝の断面積を大きくすると、一つのガイド溝を流れる電解液量が増すことで電解液中を流れる電流によるロスが大きくなる。また、ガイド溝の断面積が大きいと、セルフレームを積層させて締め付けた際、締付圧力を溝内の空間で支持することになる。このとき、締付圧力によっては、ガイド溝内の空間が押し潰され溝が破壊される恐れがある。そこで、本発明では、電解液中に流れる電流によるロスを低く抑えるためにガイド溝の断面積を規定する。
【００２４】
また、マニホールドは、セルフレームのフレーム枠の上辺及び下辺にそれぞれ2つ以上設けることが好ましい。電解液の流通用の孔を多くすることで、通液の際の圧損を十分に低くできる。セルフレームの下辺に位置するマニホールドを各極電解液供給用、上辺に位置するマニホールドを各極電解液排出用とするとよい。このようなマニホールドは、通液の際の圧損をより低くするためにセルフレームの全幅に対して1％〜5％の大きさを直径とするものが好ましい。また、隣接するマニホールドの中心間の距離は、セルフレームの全幅に対して5％〜50％の大きさとすることが好ましい。マニホールドの中心間の距離を規定するのは、セルフレーム内の巾方向における電解液の流れを均一にできるからである。
【００２５】
本発明セルフレームは、フレーム片同士の接合具合やフレーム片と双極板との接合具合などを目視などにより簡単に把握できる程度に透明に形成されることが好ましい。特に、樹脂などで射出成形により形成するとよい。フレーム枠と双極板とを一体化する方法には、▲１▼射出成形などで得られた２枚のフレーム片を用意し、これらフレーム片を接合してフレーム枠を構成すると共に、両フレーム片の内周部の間に双極板の外周部を挟み込む方法と、▲２▼双極板を中子としてフレーム枠を射出成形にて形成する方法とがある。
【００２６】
各フレーム片は、マニホールド及びガイド溝の位置がフレーム片の対角線の交点を中心とする点対称な形状であることが望ましい。点対称なフレーム片同士は、そのまま向きを変えて接合することでフレーム枠を形成できるため、同一の金型を用いた製造が可能であり、生産性に優れる。
【００２７】
上記本発明セルフレームを用いたレドックスフロー電池において、隔膜は、厚みが400μm以下であることが好適である。隔膜の厚みが400μm以下であれば、内部抵抗の低減による電池効率向上の点で好ましいからである。
【００２８】
また、上記本発明セルフレームを用いたレドックスフロー電池において、電極から電気を取り出す電気端子と電解液を供給及び排出する給排部とは、セルスタックにおいて対向する面に配置されることが好ましい。電気端子と給排部とが異なる方向に配置されることで、メンテナンスが行い易い。また、電池を組み立てる際の作業性に優れる。更に、給排部から電解液が漏れることがあっても、電気端子に電解液がかかることがほとんどないので、電気系統に電流が流れる恐れがなく好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明レドックスフロー電池は、図8、9で示したようなレドックスフロー電池と同じ動作原理であり、用いられるセルスタックの全体構造も基本的に共通している。以下にセルスタックの構成部材を詳しく説明する。
【００３０】
図1は、セルフレームを構成するフレーム片の平面図、図2は、本発明セルフレームを積層させた際のフレーム枠付近の部分拡大図、図3は、同フレーム枠付近の断面を模式的に示した部分拡大図である。図中、同一符号は同一物を示す。
【００３１】
(セルフレーム)
本発明セルフレーム30は、図2に示すように双極板21と双極板21の外周に形成されるフレーム枠31とを具えると共に電解液中のイオンが通過できる隔膜4(図3参照)を介して積層されるものである。フレーム枠31の両面には電解液の外部への漏れを防止する内周シール32(同)及び外周シール33(同)が配置される。そして、隔膜4を介してセルフレーム30を積層した際、これらシール32、33で隔膜4を圧接して挟持する。
【００３２】
セルフレーム30は、フレーム枠31を構成する一対のフレーム片31a、31b間に双極板21を配置し、フレーム片31a、31bの内周部に双極板21の外周部が接合されている。このようなセルフレーム30を構成するフレーム片31a、31bは、塩化ビニル樹脂、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やゴムを用いて射出成型などにより形成する。フレーム片31a、31bの材料は、耐酸性、電気的絶縁性、機械的強度を満たすものであれば種々のものが利用できる。
【００３３】
セルフレーム30の両面には、内周シール32(図3参照)及び外周シール33(同)を配置するための内周シール溝34及び外周シール溝35をその周縁に沿って並列させて設けている(図1参照)。両シール溝34、35間は、1mm以上あけている。本例では、両シール溝34、35をセルフレーム30の両面において同位置に設けている。シール溝34、35はセルフレーム表裏でずれた位置に設けても良い。
【００３４】
セルフレーム30は、上記のように2重にシール32、33を配置することで、積層した際、電解液がセルフレーム30の外部へ漏洩するのを防止する。即ち、セルフレーム30を複数積層して長ボルトにより締め付けると、対向し合う内周シール32同士で隔膜4(図3参照)を圧接し挟むことで、隔膜4を伝って電解液がセルフレーム30の外部へ漏洩することを防止し、かつ各極用電解液の混合を防ぐ。同様に対向し合う外周シール33同士で隔膜4を圧接し挟むことで、隔膜4において外周シール33から外側に突出した部分が乾燥により破れても、より内側に破れ目が伝播するのを防ぎ、隔膜4の破れ目からセルフレーム30外部へ電解液が漏れるのを防止する。
【００３５】
セルフレーム30の長辺には、図1に示すように複数のマニホールド23A、23Bが形成されている。これらマニホールド23A、23Bは、複数のセルフレームを積層した際、積層方向に伸びる電解液の流路となる。本例では、上辺及び下辺に各4個ずつ合計8個設け、セルフレーム30の長辺方向に並ぶマニホールドを交互に正極電解液用マニホールド23A、負極電解液用マニホールド23Bとして利用する。セルフレーム30の下辺に位置するマニホールド23A、23Bが順に正極電解液供給用、負極電解液供給用、上辺に位置するものが順に正極電解液排出用、負極電解液排出用である。これらマニホールド23A、23Bの径は、電解液が流通する際の圧損を低くできるように、設けた数及びセルフレームの大きさなどを考慮して適宜変更するとよい。また、これらマニホールド23A、23Bの中心間の距離も、設けた数及びセルフレームの大きさなどを考慮して適宜変更するとよい。マニホールド23Bの周辺に形成されている円溝28には、各セルフレーム30間をシールするOリング(図示せず)が嵌め込まれる。
【００３６】
更に、セルフレーム30は、外面に電解液の流通部24Aを具えている。流通部24Aは、マニホールド23Aに繋がって電解液を通す複数のガイド溝24A-1と、ガイド溝24A-1を流れてきた電解液を正極電極5(図2参照)の縁部に沿って拡散させる整流部24A-2とからなる。ガイド溝24A-1は、断面矩形状で角部を湾曲させた形状である。本例では、各ガイド溝24A-1の断面積を5mm2以下にし、複数設けることで電解液中を流れる電流によるロスを低く抑える。整流部24A-2は、セルフレーム30の長辺沿いに形成された矩形の凹凸部で、凹部を通って電解液が正極電極5へと導かれる。このようなガイド溝24A-1及び整流部24A-2は、本例の形状や数に限定されるわけではない。
【００３７】
本例においてフレーム片は、点対称な形状とした（図１）。即ち、一方の長辺と他方の長辺における流通部24A-1、24A-2の位置をフレーム枠の対角線の交点を中心とする点対称な形状とした。この配置により、フレーム片を接合させたセルフレームも点対称な形状となるため、一方の長辺と他方の長辺のいずれを上向きにしても流通部は同じ向きの配置となり、セルフレームの上下方向を気にすることなく積層作業が行える。また、フレーム片を点対称な形状とすることで、フレーム片を同一の金型から成型することができ、生産性に優れる。
【００３８】
このようなセルフレーム30は、厚さ2mm以上8mm以下、より好ましくは、3mm以上6mm以下であることが好ましい。2mm以上にするのは、2mm未満であるとシール溝を形成することが難しく、かつセルフレーム30間に配置される正極電極5、負極電極6(図3参照)を十分圧縮できず、双極板21(同)との接触抵抗が大きくなるからである。8mm以下に薄くするのは、8mmより厚いと併せて電極5、6も厚くなるため、必要量の電解液を通過させるための圧力損失が大きくなるからである。即ち、セルフレーム30の厚さを2mm以上8mm以下、より好ましくは、3mm以上6mm以下とすることで、液シール性を十分に確保し、レドックスフロー電池に用いた際、電池の性能を向上させる。
【００３９】
ガイド溝24A-1及び整流部24A-2は、図2に示すように、積層する際、プラスチック製の保護板29で覆う。保護板29は、マニホールド23Aに対応する位置に円孔が形成され、ガイド溝24A-1及び整流部24A-2の全面と、整流部24A-2の若干上部までを覆う大きさを有する。この保護板29によってガイド溝24A-1及び整流部24A-2の上部を覆うことで電解液の流通路を形成する。また、保護板29によって凹凸のあるガイド溝24A-1や整流部24A-2を覆うことで、積層した際、隔膜4が直接ガイド溝24A-1や整流部24A-2に接触することがなく、隔膜4に破れが生じることを防止する。この保護板29を整流部24A-1の若干上部まで覆う大きさとしたのは、保護板29で正極電極5又は負極電極の上下端を双極板21との間に挟み込み、電極の押さえとして機能させ、セルフレーム30を積層する際の作業性の向上を図るためである。保護板29は、厚さ1mm以下のものを用いる。なお、セルフレーム30には、保護板29の位置合わせが容易に行えるように、保護板29の外形に対応した凹部29aを形成している(図1参照)。
【００４０】
図2に示すように双極板21の外縁はA、B、Cで示される破線上に位置し、整流部24A-2が形成されている個所の裏側に、双極板21の表裏を接合した状態である。この構成により、ガイド溝24A-1や整流部24A-2を通る電解液が直接双極板21に接することはない。正極電極5は、丁度整流部24A-2の上縁に沿って配置される。上記構成は、表面としている正極電極5側のみを説明したが、隔膜4を介して裏面に配置される負極電極も同様である。また、裏面には、負極電極への整流部が正極電極5側と同様に設けられているが、ここでは省略し、ガイド溝24B-1のみ破線で示す。
【００４１】
(シール)
本例では、内周シール、外周シールの双方にOリングを用いる。Oリングの線径は3mm以下が好ましく、内周シール32(図3参照)と外周シール33(同)とで線径が異なってもよい。Oリングの外径は、セルフレーム30の大きさに合わせて適宜変更させるとよい。
【００４２】
(隔膜)
隔膜4は、イオン交換膜などのイオンが通過できるものを用いる。このような隔膜4は、例えば、塩化ビニル、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどから形成される。厚さは、400μm以下、特に好ましくは200μm以下、大きさは、セルフレーム30のフレーム枠31の外寸よりも若干大きいものを用いる。厚さの下限は、現状では20μm程度である。
【００４３】
(双極板及び電極)
双極板21は、プラスチックカーボン製の矩形板で、図3に示すように一面に正極電極5が配置され、他面に負極電極6が配置される。このような双極板21は、黒鉛、カーボン微粒子、塩素を含む材料から形成するとよい。厚さは、0.1〜1mm、大きさはフレーム枠31の内周に形成される矩形空間よりも若干大きいものを用いる。電極5、6は、カーボン繊維からなるものを用いる。これら電極5、6の大きさは、フレーム枠31の内周に形成される矩形空間に対応したサイズとする。
【００４４】
(セルスタックの組立手順)
まず、本発明セルフレーム30の作製手順を説明する。金型によりフレーム片31a、31bを成型する。一対のフレーム片31a、31bを用意し、その内周部に双極板21の外周部を接着剤により接合し、セルフレーム30を形成する。セルフレーム30は、フレーム片31a、31bの接合状態が把握できる程度に透明な材料で形成しておくことが好ましい。
【００４５】
次に、本発明セルフレーム30を電極や隔膜と積層する。
図4は、本発明セルフレーム30を用いたセルスタック40を模式的に表した上面図、図5はセルスタック40の正面図、図6はその左側面図、図7はその右側面図である。図中、同一記号は同一物を示す。
【００４６】
まず、セルフレーム30の双極板21の一面に正極電極5、他面に負極電極6を配置して、図2に示すように保護板29で押さえる。このセルフレーム30の両面の内周シール溝34及び外周シール溝35に内周シール32(図3参照)及び外周シール33(同)を配置しておく。
【００４７】
セルスタック40は、上記双極板21、電極5、6及び内周シール32、外周シール33を具えたセルフレーム30を複数積層させて、その両側に順に端部フレーム41、塩化ビニル製のプラスチック板42、エンドプレート43を配置し、一方のエンドプレート43から他方のエンドプレート43に貫通する複数本の長ボルト44を締め付けることで形成する。端部フレーム41は、銅板の内周にプラスチックカーボンシートを具えるものが好ましい。銅板の表面処理は、メッキ、溶射、蒸着などにより行うとよい。この端部フレーム41には、通電のための電気端子45を具える。プラスチック板42には、電解液を供給及び排出するための給排部46を具える。このプラスチック板42の厚さは、10〜50mmが好ましい。
【００４８】
エンドプレート43は、図5に示すように外周縁43aに長ボルト44が貫通される孔(図示せず)を有し、外周縁43a内の矩形空間に格子状に支持部43bを具えるものである。格子状に支持部43bを具えることでエンドプレート43は、長ボルト44の両端部にねじ込んだナット50で締め付けた際、セルフレーム30(図4参照)の各部を均一に押圧することができる。また、従来の平板部と格子部とを一体化したエンドプレート102(図9参照)と同等の押圧力を保持することができる。同時に、外周縁43a内の矩形空間がほとんど空洞であることでエンドプレート43は、少ない材料で形成できて軽量化されるため、セルスタック40の組み立ての際、作業者の負担を少なくできる。また、長ボルト44端部の外周には、コイルバネ48が配置されており、セルスタックの熱伸縮を吸収する。
【００４９】
本例において長ボルト44は、その中央部に絶縁被覆を施している。前述したように、各セルフレームの間には隔膜4が挟み込まれ、隔膜4の外縁がセルフレームの外縁よりわずかに露出していることがある。隔膜4には電解液が含浸されているため、セルフレームの外縁から露出した隔膜4に接触すると導通がとられることになる。そこで、セルフレームの外縁に近接して配置される長ボルト44にも絶縁被覆を設けることで、長ボルトを通しての導通を防止することができる。つまり、このセルスタックは、支持碍子47によりエンドプレートを大地に対して絶縁し、さらにセルフレームと隔膜の積層体と長ボルトとの間も絶縁している。絶縁被覆は、塗装、絶縁性の熱収縮チューブなどの装着、絶縁テープの巻回などにより施すとよい。また、支持碍子47は、セルスタック40と大地との絶縁を確保しながら、セルスタック40の支持台としても機能する。
【００５０】
本例において、図4、図6及び図7に示すように電解液給液口46A、46B及び排液口46A'、46B'をセルスタック40における電気端子45を配置した面と対向する面に配置している。このように電解液給液口46A、46B及び排液口46A'、46B'と電気端子45とを反対方向に配置することで、メンテナンスが行い易く、また組み立て作業性がよい。更に、電解液が給排部46から漏れることがあっても電気端子45に掛かることがないため、電気系統に電流が流れる恐れがほとんどない。なお、電解液給液口46Aは正極用、電解液給液口46Bは負極用、電解液排液口46A'は正極用、電解液排液口46B'は負極用である。また、セルスタック40の上方に配置される板は、カバー49である。
【００５１】
(実施例1)
上記のセルスタックを用いてレドックスフロー二次電池を構成し、電池性能及び放電可能電力量を測定した。セルスタックの材料、サイズ等の諸元および測定結果は以下の通りである。
【００５２】
＜フレーム枠＞
寸法
外寸：幅1000mm、高さ800mm、厚さ5mm
内寸：幅900mm、高さ600mm
シール溝：幅3mm、深さ1mm、溝間隔5mm
Oリングサイズ：線径1.5mm、直径1000mm
内外周シール溝の配置：セルフレームの表裏において同一位置
セルフレームの全幅に対するマニホールド径の比率：3％
セルフレームの全幅に対する隣接マニホールド間距離の比率：30％
ガイド溝の断面積：5mm2
材質：塩化ビニル50質量％、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体（ABS）50質量％の樹脂
製法：射出成型
【００５３】
＜双極板＞
寸法：厚さ0.5mm
材質：黒鉛10質量％含有塩素化ポリエチレン
【００５４】
＜電極＞
材質：カーボンフェルト
【００５５】
＜積層構造＞
総セルフレーム枚数：100枚（25枚積層したものを仮留めし、その仮留め積層体を４組積層）
【００５６】
＜電解液＞
組成：バナジウムイオン濃度：2.0モル/L、フリーの硫酸濃度：2.0モル/L、添加燐酸濃度：0.3モル/L
電解液量：20m3
【００５７】
＜締付機構＞
長ボルト本数：20本
コイルばねのばね定数：1000(N/m)
有効巻数3.0
締付時のコイルバネの自由長からの縮み：30mm
【００５８】
＜結果＞
電池効率：86％
放電可能電力量：350kWH
その他：運転時セルスタックに熱伸縮が生じても何ら問題なく、セルフレーム間からの電解液の漏れも皆無であった。
【００５９】
(実施例2)
本発明セルを用いて、実施例１とは別のレドックスフロー2次電池を作製し、電池性能及び放電可能電力量を測定した。以下に、セルスタックの材料、サイズ等の諸元について実施例1と相違する点と測定結果を示す。
【００６０】
＜フレーム枠＞
寸法
外寸：幅1000mm、高さ500mm、厚さ4mm
内寸：幅900mm、高さ300mm
シール溝：幅2mm、深さ1mm、溝間隔5mm
Oリングサイズ：線径1.5mm、直径750mm
内外周シール溝の配置：セルフレームの表裏において8mmずれた位置
セルフレームの全幅に対するマニホールド径の比率：2％
セルフレームの全幅に対する隣接マニホールド間距離の比率：35％
材質：塩化ビニル90質量％、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体（ABS）10質量％の樹脂
【００６１】
＜双極板＞
寸法：厚さ0.1mm
材質：黒鉛10質量％含有塩素化ポリエチレン
【００６２】
＜積層構造＞
総セルフレーム枚数：75枚（25枚積層したものを仮留めし、その仮留め積層体を３組積層）
【００６３】
＜締付機構＞
長ボルト本数：24本
コイルばねのばね定数：1600(N/m)
有効巻数2.5
締付時のコイルバネの自由長からの縮み：15mm
【００６４】
＜結果＞
電池効率：87％
放電可能電力量：450kWH
その他：運転時セルスタックに熱伸縮が生じても何ら問題なく、セルフレーム間からの電解液の漏れも皆無であった。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明レッドクスフロー電池用セルフレーム及びこのセルを用いたレドックスフロー電池によれば、次の効果を奏する。
【００６６】
内外周シールの2重シールによって電解液がセルフレーム外部へ漏れるのをより効果的に防止することができる。特に、隔膜の破れ目が伝播しない程度に外周シールと内周シールとの間隔をあけておくことで、隔膜が破れても、その破れ目から電解液がセルフレーム外部に漏れることがほとんどない。
【００６７】
隔膜がセルフレームの外周枠から突出することを許容するため、高精度の隔膜加工や、厳密な隔膜の配置が必要なく、電池の組み立て作業性に非常に優れる。
【００６８】
セルフレームにマニホールド及び断面積5mm2以下のガイド溝を複数設けることで、通液の際の圧損を低くし、かつ電解液中を流れる電流によるロスを低減することで、電池効率を向上させることができる。
【００６９】
フレーム片をフレーム枠の対角線の交点を中心とする点対称な形状とすることで、フレーム片毎に金型を変えることなく、同一の金型で成型することができ、生産性及び経済性に優れる。更に、フレーム片を点対称な形状とすることで、接合させたセルフレームも点対称となり、積層の際、方向性が規定されず、組み立て作業性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明セルフレームを構成するフレーム片の平面図である。
【図２】本発明セルフレームを積層させた際のフレーム枠付近の部分拡大図である。
【図３】本発明セルフレームを積層させた際のフレーム枠付近の断面を模式的に示した部分拡大図である。
【図４】本発明セルフレームを用いたセルスタックを模式的に示した上面図である。
【図５】本発明セルフレームを用いたセルスタックの正面図である。
【図６】本発明セルフレームを用いたセルスタックの左側面図である。
【図７】本発明セルフレームを用いたセルスタックの右側面図である。
【図８】従来の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９】レドックスフロー電池に用いるセルスタックの概略構成図である。
【図１０】従来のセルフレームを積層させた際のフレーム枠付近の断面を模式的に示した部分拡図である。
【符号の説明】
1  セル  1A  正極セル  1B  負極セル  2  正極用タンク  3  負極用タンク  4  隔膜  5  正極電極  6  負極電極  7、8、10、11  導管  9、12  ポンプ
20、20a、20b、20c、20d  セルフレーム  21  双極板  22  フレーム枠
23A、23B  マニホールド  24  ガイド溝  25  Oリング溝
25a  内周Oリング溝  25b  外周Oリング溝  26  Oリング
26a  内周Oリング  26b  外周Oリング
27  平パッキン  28  円溝  29  保護板
30  セルフレーム  31  フレーム枠  31a、31b  フレーム片  32  内周シール
33  外周シール  34  内周シール溝  35  外周シール溝
40  セルスタック  41  端部フレーム  42  プラスチック板
43  エンドプレート  43a  外周縁  43b  支持部  44  長ボルト
45  電気端子  46  給排部  46A、46B  電解液給液口
46A'、46B'  電解液排液口  47  支持碍子  48  コイルバネ  49  カバー
50  ナット  100  セルスタック  101  長ボルト  102  エンドプレート
【図１】
0003682244.tif 000002
【図２】
0003682244.tif 000003
【図３】
0003682244.tif 000004
【図４】
0003682244.tif 000005
【図５】
0003682244.tif 000006
【図６】
0003682244.tif 000007
【図７】
0003682244.tif 000008
【図８】
0003682244.tif 000009
【図９】
0003682244.tif 000010
【図１０】
0003682244.tif 000011