(57)【要約】  電解液が供給される電極と、前記電極の第１面に対向配置される隔膜と、前記電極の第２面に対向配置される双極板とを備え、前記双極板は、前記電極との対向面に前記電解液が流通される流路を備え、前記電極は、前記流路に対向する領域に、前記双極板側から前記隔膜側に向かって前記流路内の前記電解液を案内する複数の凹部を備えるレドックスフロー電池。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液が供給される電極と、
前記電極の第１面に対向配置される隔膜と、
前記電極の第２面に対向配置される双極板とを備え、
前記双極板は、前記電極との対向面に前記電解液が流通される流路を備え、
前記電極は、前記流路に対向する領域に、前記双極板側から前記隔膜側に向かって前記流路内の前記電解液を案内する複数の凹部を備えるレドックスフロー電池。
【請求項２】
前記電極における前記流路に対向する領域に備える凹部の開口部の合計面積が、前記流路に対向する領域以外の領域に備える凹部の合計面積よりも大きい請求項１に記載のレドックスフロー電池。
【請求項３】
前記凹部は、貫通孔を含む請求項１又は請求項２に記載のレドックスフロー電池。
【請求項４】
前記凹部の開口径は、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池。
【請求項５】
前記流路は、前記電極に前記電解液を導入する導入路と、前記導入路とは連通せずに独立しており、前記電極から前記電解液を排出する排出路とを備え、
前記導入路と前記排出路とはそれぞれ櫛歯形状の領域を備えており、これらの櫛歯が互いに噛み合って対向配置される請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池。
【請求項６】
前記電極の構成材料は、炭素繊維とバインダー炭素とを含む請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レドックスフロー電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力不足の深刻化に伴って、世界規模での風力発電や太陽光発電などの自然エネルギーの急速導入や電力系統の安定化（例えば、周波数や電圧の維持など）が課題となっている。この対策技術の一つとして、大容量の蓄電池を設置して、出力変動の平滑化、余剰電力の貯蓄、負荷平準化などを図ることが注目されている。【０００３】
大容量の蓄電池の一つにレドックスフロー電池（以下、ＲＦ電池と呼ぶことがある）がある。ＲＦ電池は、（１）メガワット級（ＭＷ級）の大容量化が容易である、（２）長寿命である、（３）電池の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）が正確に監視可能である、（４）電池出力と電池容量とを独立して設計でき、設計の自由度が高い、等の特徴を有しており、電力系統の安定化用途の蓄電池に適すると期待される。【０００４】
ＲＦ電池は、代表的には、正極電解液が供給される正極電極と、負極電解液が供給される負極電極と、両極の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。大容量用途ではセルスタックと呼ばれる複数の電池セルの積層体が利用される。隣り合う電池セル間には、通常、双極板が介在される。正極電極、負極電極にはカーボンフェルトといった多孔体（特許文献１，２）、双極板にはプラスチックカーボンといった平板材（特許文献２）が利用されている。【０００５】
ＲＦ電池は、代表的には、ＲＦ電池に電解液を循環供給する循環機構を備えるＲＦ電池システムを構築して利用される。循環機構は、各極の電解液を貯留するタンクと、各極のタンクとＲＦ電池とをそれぞれ接続する配管と、配管に設けられるポンプとを備える。特許文献１では、両極の電極に特定の溝を設けることで、ポンプによるエネルギー損失（圧力損失）を増加させ難いとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２４６０３５号公報
【特許文献２】特開２００２−３６７６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
レドックスフロー電池に対して、運転電流密度を高めても、セル電圧の変化量を低減できることが望まれている。【０００８】
例えば、放電電流密度を高めると、単位面積当たりの出力を増大できるため、セルスタックの低コスト化を期待できる。しかし、放電電流密度を高めるとセル電圧が低下するため、セル電圧の低下を低減して、経時的なセル電圧の変化量を少なくできることが望まれる。【０００９】
後述する試験例１に示すように、電極及び双極板として溝などを有しない平板状のものを用いたＲＦ電池では、運転電流密度を高めてもセル電圧の変化量が小さいとの知見を得た。しかし、大容量化のためなどで電極面積の大型化を指向する場合には、溝が無い平板状の電極及び溝が無い双極板を利用すると、電解液の流通抵抗による圧力損失が大きい。特許文献１に記載されるように電極に特定の溝を設ければ圧力損失を低減できる。しかし、この構成でも、運転電流密度を高めた場合にセル電圧の変化量を低減する対策としては十分とはいえない。【００１０】
そこで、本発明の目的の一つは、運転電流密度を高めても、セル電圧の変化量を低減できるレドックスフロー電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、電解液が供給される電極と、前記電極の第１面に対向配置される隔膜と、前記電極の第２面に対向配置される双極板とを備える。
前記双極板は、前記電極との対向面に前記電解液が流通される流路を備える。
前記電極は、前記流路に対向する領域に、前記双極板側から前記隔膜側に向かって前記流路内の前記電解液を案内する複数の凹部を備える。
【発明の効果】
【００１２】
上記のレドックスフロー電池は、運転電流密度を高めても、セル電圧の変化量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１のレドックスフロー電池が備える双極板、電極、隔膜の配置状態を模式的に示す断面説明図である。
【図２】実施形態１のレドックスフロー電池が備える双極板及び電極の分解斜視図である。
【図３】実施形態１のレドックスフロー電池が備える双極板及び電極の配置状態を電極側からみた平面図である。
【図４】実施形態１のレドックスフロー電池を備えるレドックスフロー電池システムの基本構成と、基本的な動作原理とを示す説明図である。
【図５】実施形態１のレドックスフロー電池が備えるセルスタックの一例を示す概略構成図である。
【図６】試験例１で行った分極特性試験について、電流密度とセル電圧との関係を示すグラフである。
【図７】試験例１で行った分極特性試験について、電流密度と、初期のセル電圧と安定化後のセル電圧との電圧差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】
【００１４】
［本発明の実施形態の説明］
運転電流密度を高める場合にセル電圧の変化量を小さくするには、レドックスフロー電池の内部抵抗を低下すればよい。本発明者らは、特に導体抵抗、反応抵抗、拡散抵抗の三つの合計である内部抵抗のうち拡散抵抗を低減することがセル電圧の変化量の低減に効果的であり、双極板と電極の双方を特定の形状とすることで拡散抵抗を低減しつつ、電池反応場を十分に確保できる、との知見を得た。本発明は、上記の知見に基づくものである。最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
【００１５】
（１）実施形態に係るレドックスフロー電池（ＲＦ電池）は、電解液が供給される電極と、電極の第１面に対向配置される隔膜と、前記電極の第２面に対向配置される双極板とを備える。
前記双極板は、前記電極との対向面に前記電解液が流通される流路を備える。
前記電極は、前記流路に対向する領域に、前記双極板側から前記隔膜側に向かって前記流路内の前記電解液を案内する複数の凹部を備える。
【００１６】
凹部は、電極における双極板との対向面（以下、双極板側面と呼ぶことがある）及び隔膜との対向面（以下、隔膜側面と呼ぶことがある）との双方に開口し、双極板側面から隔膜側面に連通する貫通孔と、双極板側面に開口部を有し、電極の厚さ未満の深さを有する溝と、隔膜側面に開口部を有し、電極の厚さ未満の深さを有する溝のうち、少なくとも一つを含むものが好ましい。
凹部における電極表面に平行な面、つまり電極の厚さ方向に直交する面を切断面として、任意の切断面における凹部の包絡円の直径が電極を構成する多孔体の細孔の平均径よりも大きいことが好ましい。多孔体の細孔の平均径は水銀圧入法によって求める。
【００１７】
前記ＲＦ電池は、双極板に流路を備えると共に、電極における双極板側面及び隔膜側面の少なくとも一方に開口する複数の凹部を備える。これら凹部は、電極における凹部以外の領域と比較して、電極の構成材料が少ない又は実質的に無いことから、電解液の流通抵抗、特に電極の厚さ方向の流通抵抗が低いといえる。そのため、前記ＲＦ電池では、大容量用途などに対応するために電極を大きくした場合でも、電極に電解液が浸透、拡散し易く、電解液の流通性に優れる。従って、前記ＲＦ電池では、流通抵抗による圧力損失を低減できる。
【００１８】
特に、前記ＲＦ電池は、電極における特定の位置、詳しくは双極板の流路に対向する領域（以下、流路対応域と呼ぶことがある）に複数の凹部を備える。そのため、双極板の流路内の電解液は、凹部を有さない平板状の電極が配置される場合と比較して、双極板側から隔膜側に向かって容易に移動し、前記ＲＦ電池では隔膜側に向かう電解液量を増大できる。かつ、凹部に吸い込まれた電解液は、凹部をつくる内壁からその周囲に浸透、拡散できることから、電解液の拡散抵抗が低いといえる。そのため、前記ＲＦ電池では、運転電流密度を高めた場合でも、拡散抵抗が低いことで内部抵抗を低下できることから、内部抵抗に起因するセル電圧の変化量を低減できる。
【００１９】
また、凹部の周囲では、電解液が十分に供給されて電池反応を良好に行える。そのため、前記ＲＦ電池では、電極における凹部の周囲の領域が双極板側から隔膜側に至って電池反応場として機能し、電池反応域を十分に確保できる。従って、前記ＲＦ電池では、電流量を高められて高い出力などを得られる。
【００２０】
（２）前記ＲＦ電池の一例として、前記電極における前記流路に対向する領域に備える凹部の開口部の合計面積が、前記流路に対向する領域以外の領域に備える凹部の合計面積よりも大きい形態が挙げられる。
【００２１】
電極における流路対応域以外の領域に凹部を備える場合には、拡散抵抗を更に低減でき、運転電流密度を高めても、セル電圧の変化量を更に低減し易い。一方、電極における流路対応域にのみ凹部を有し、流路対応域以外の領域には凹部を実質的に有さない場合には、電解液の流通抵抗や拡散抵抗を低減できながら、電池反応域を十分に確保でき、電流量を高められる。
【００２２】
（３）前記ＲＦ電池の一例として、前記凹部は貫通孔を含む形態が挙げられる。
【００２３】
上記形態では、電極が貫通孔を備えており、電解液の拡散抵抗を更に低くできるため、運転電流密度を高めても、セル電圧の変化量を更に低減し易い。また、上記形態では、電極の厚さ方向における電解液の流通抵抗を更に低くできる上に、貫通孔の周囲に電池反応場を十分に確保できる。更に、貫通孔は溝よりも形成し易く、貫通孔を備える電極は製造し易いことから、上記形態は、製造性にも優れる。
【００２４】
（４）前記ＲＦ電池の一例として、前記凹部の開口径が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である形態が挙げられる。開口径とは、凹部の包絡円の直径である。
【００２５】
上記形態では、開口部が十分に大きな凹部を備えており、電解液の拡散抵抗を更に低くできるため、運転電流密度を高めても、セル電圧の変化量を更に低減し易い。また、上記形態では、開口部が十分に大きな凹部を備えることで電解液の流通抵抗を更に低くできながらも、開口部が大き過ぎないため、電池反応域を十分に確保できる。
【００２６】
（５）前記ＲＦ電池の一例として、前記流路が前記電極に前記電解液を導入する導入路と、前記導入路とは連通せずに独立しており、前記電極から前記電解液を排出する排出路とを備え、前記導入路と前記排出路とはそれぞれ櫛歯形状の領域を備えており、これらの櫛歯が互いに噛み合って対向配置される形態が挙げられる。
【００２７】
導入路の櫛歯と排出路の櫛歯とが互いに噛み合って対向配置されて並列状態にあり、これら並列された櫛歯間を渡るように電極における電池反応域が配置される。この櫛歯間を渡る電池反応域に流通する電解液の量を、導入路と排出路とが噛み合っていない場合と比較して増加し易い。従って、上記形態では、電極の電池反応域における電池反応の活性化が期待でき、運転電流密度を高めてもセル電圧の変化量を低減できる。また、上記形態では、電極の電池反応域における電解液の流通状態が電極全体に亘って一様になり易く、電極の広い範囲で電池反応を均一的に行い易い。
【００２８】
（６）前記ＲＦ電池の一例として、前記電極の構成材料が炭素繊維とバインダー炭素とを含む形態が挙げられる。
【００２９】
炭素繊維やバインダー炭素といった導電性を有する炭素材料から構成される電極は、電解液中の活物質の電気化学的反応を促進させる部材として良好に機能できる。また、炭素繊維を含む電極は、電解液が浸透し易く、電池反応域で電解液中の活物質が電池反応を良好に行える。更に、バインダー炭素を含む電極は、導電性の向上や強度の向上を図ることができる。但し、バインダー炭素は、電解液の流通抵抗や拡散抵抗を増大させる要因となり得る。しかし、上記形態では、双極板に流路を備え、かつ電極の流路対応域に複数の凹部を備えることで、バインダー炭素を含んでいても電極における電解液の流通抵抗や拡散抵抗を低減し易い上に、電池反応域を十分に確保できる。従って、上記形態では、運転電流密度を高めてもセル電圧の変化量を低減できる。
【００３０】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るレドックスフロー電池（ＲＦ電池）を詳細に説明する。図中、同一符号は同一名称物を示す。
【００３１】
［実施形態１］
まず、図４，図５を参照して、実施形態１のＲＦ電池１を備えるＲＦ電池システムの基本構成を説明し、次に図１〜図３を参照して、電極１０及び双極板１２をより詳細に説明する。図４において正極タンク１０６内及び負極タンク１０７内に示すイオンは、各極の電解液中に含むイオン種の一例を示す。また、図４において実線矢印は充電、破線矢印は放電を意味する。
【００３２】
（ＲＦ電池の概要）
実施形態１のＲＦ電池１は、図４に示すようなＲＦ電池１に電解液を循環供給する循環機構が設けられたＲＦ電池システムとして利用される。ＲＦ電池１は、代表的には、交流／直流変換器２００や変電設備２１０などを介して、発電部３００と、電力系統や需要家などの負荷４００とに接続される。ＲＦ電池１は、発電部３００を電力供給源として充電を行い、負荷４００を電力提供対象として放電を行う。発電部３００としては、例えば、太陽光発電機、風力発電機、その他一般の発電所などが挙げられる。
【００３３】
（ＲＦ電池の基本構成）
ＲＦ電池１は、正極電解液が供給される正極電極１０ｃと、負極電解液が供給される負極電極１０ａと、正極電極１０ｃと負極電極１０ａ間に介在される隔膜１１とを備える電池セル１００を主な構成要素とする。ＲＦ電池１は、複数の電池セル１００を備えており、隣り合う電池セル１００，１００間に双極板１２（図５）を備える。
【００３４】
電極１０は、供給された電解液に含まれる活物質イオンが電池反応を行う反応場であり、電解液を流通できるように多孔体から構成される。
隔膜１１は、正極電極１０ｃと負極電極１０ａを分離する分離部材であると共に、所定のイオンが透過する部材である。
双極板１２は、正極電極１０ｃと負極電極１０ａに挟まれ、電流を流すが電解液を通さない導電性部材である。
【００３５】
電極１０及び双極板１２はいずれも、図５に示すように平板状の部材である。双極板１２は、代表的には、双極板１２の外周に形成された枠体１５０を備えるフレームアッシー１５の状態で利用される。枠体１５０は、電解液を双極板１２上の電極１０に供給する給液孔１５２ｃ，１５２ａ及び電解液を排出する排液孔１５４ｃ，１５４ａを有する。枠体１５０は、電解液に対する耐性、電気絶縁性に優れる樹脂などで構成される。
【００３６】
複数の電池セル１００は、積層されてセルスタックと呼ばれる形態で利用される。セルスタックは、図５に示すように、あるフレームアッシー１５の双極板１２、正極電極１０ｃ、隔膜１１、負極電極１０ａ、別のフレームアッシー１５の双極板１２、…と順に繰り返し積層されて構成される。大容量用途などのＲＦ電池１では、所定数の電池セル１００をサブセルスタックとし、複数のサブセルスタックを積層して備える形態で利用される。
図５は、複数のサブセルスタックを備える例を示す。サブセルスタックやセルスタックにおける電池セル１００の積層方向の両端に位置する電極１０には、双極板１２に代えて集電板（図示せず）が配置される。セルスタックにおける電池セル１００の積層方向の両端には代表的にはエンドプレート１７０が配置されて、一対のエンドプレート１７０，１７０が長ボルトなどの連結部材１７２で連結されて一体化される。
【００３７】
（循環機構）
循環機構は、正極電極１０ｃに循環供給する正極電解液を貯留する正極タンク１０６と、負極電極１０ａに循環供給する負極電解液を貯留する負極タンク１０７と、正極タンク１０６とＲＦ電池１とを接続する配管１０８，１１０と、負極タンク１０７とＲＦ電池１とを接続する配管１０９，１１１と、上流側（供給側）の配管１０８，１０９に設けられたポンプ１１２，１１３とを備える。複数のフレームアッシー１５を積層することで給液孔１５２ｃ，１５２ａ及び排液孔１５４ｃ，１５４ａは電解液の流通管路を構成し、この管路に配管１０８〜１１１が接続される。
【００３８】
（ＲＦ電池システムの概要）
ＲＦ電池システムは、正極タンク１０６及び配管１０８，１１０を備える正極電解液の循環経路と、負極タンク１０７及び配管１０９，１１１を備える負極電解液の循環経路を利用して、正極電極１０ｃに正極電解液を循環供給すると共に負極電極１０ａに負極電解液を循環供給する。この循環供給によって、各極の電解液中の活物質となるイオンの価数変化反応に伴って充放電を行う。ＲＦ電池システムの基本構成としては、公知の構成を適宜利用できる。
【００３９】
（双極板及び電極）
実施形態１のＲＦ電池１の特徴は、双極板１２における電極１０との対向面に電解液を流通する流路１２０を備える点（図１）、電極１０における双極板１２の流路１２０に重なる位置に流路１２０内の電解液を隔膜１１側に案内する複数の凹部１０ｈを備える点（図３）などである。図１，図２では、分かり易いように双極板１２などを厚く誇張して示す。
【００４０】
・双極板
双極板１２は、隣り合う電池セル１００（図５）間に介在されて各極の電解液を仕切る導電性部材であり、代表的には図２，図３に示すように長方形状の平板である。双極板１２の表面と裏面がそれぞれ、隣り合う電池セル１００のうち、一方の電池セル１００の正極電極１０ｃと他方の電池セル１００の負極電極１０ａに対向するようにして、双極板１２は正極電極１０ｃと負極電極１０ａとに挟まれる。双極板１２の第１面（表面）が正極電極１０ｃとの対向面、第２面（裏面）が負極電極１０ａの対向面である。
【００４１】
・・流路
双極板１２は、電極１０との対向面に開口する溝を備える。この溝は電解液を流通する流路１２０として機能する。流路１２０は、各電池セル１００内において、ポンプ１１２，１１３（図４）によって電極１０に流通される電解液の流れを調整するために設けられる。図１では、双極板１２が表面と裏面それぞれに流路１２０を備える例を示す。正極電極１０ｃが対向配置される双極板１２の第１面に設けられた流路１２０には正極電解液が流通される。負極電極１０ａが対向配置される双極板１２の第２面に設けられた流路１２０には負極電解液が流通される。各電池セル１００内の電解液の流れは、流路１２０とする溝の形状や寸法などを調整することで調整することができる。
【００４２】
・・・形状
この例の流路１２０は、図２，図３に示すように、電極１０に電解液を導入する導入路１２２と、電極１０から電解液を排出する排出路１２４とを備える。導入路１２２と排出路１２４とは連通せずに独立している。導入路１２２と排出路１２４とはそれぞれ櫛歯形状の領域を備える。この例の流路１２０は、導入路１２２の櫛歯と排出路１２４の櫛歯とが互いに噛み合って対向配置される噛合型の対向櫛歯形状である。
【００４３】
導入路１２２は、給液孔１５２ｃ又は１５２ａ（図５）に繋がって電解液が供給される導入部１２２ｉと、導入部１２２ｉに連なり、双極板１２の横方向（図３では左右方向）に延設される一つの横溝部１２２ｘと、横溝部１２２ｘから双極板１２の縦方向（図３では上下方向）に延設され、所定の間隔Ｃ（図３）をあけて並列配置される複数の縦溝部１２２ｙとを備える。導入部１２２ｉ、横溝部１２２ｘ、縦溝部１２２ｙは連続している。
【００４４】
排出路１２４は、導入路１２２と類似の形状である。排出路１２４は、排液孔１５４ｃ又は１５４ａ（図５）に繋がって導入路１２２から電極１０などを経た電解液を排出する排出部１２４ｏと、排出部１２４ｏに連なり、双極板１２の横方向に延設される一つの横溝部１２４ｘと、横溝部１２４ｘから双極板１２の縦方向に延設され、所定の間隔Ｃをあけて並列配置される複数の縦溝部１２４ｙとを備える。排出部１２４ｏ、横溝部１２４ｘ、縦溝部１２４ｙは連続している。
【００４５】
導入路１２２の縦溝部１２２ｙ，１２２ｙ間に、排出路１２４の縦溝部１２４ｙが配置され、導入路１２２の縦溝部１２２ｙと排出路１２４の縦溝部１２４ｙとが横方向に交互に並ぶ。この構成によって、導入部１２２ｉから導入された電解液は、図３に左右方向の矢印及び上下方向の矢印で示すように、流路１２０の形状に沿った流れを形成すると共に、図３に斜め方向の矢印で示すように、縦溝部１２２ｙ，１２４ｙ間に位置する畝部分１２６を介して縦溝部１２２ｙ，１２４ｙ間を渡る横方向の流れを形成する。導入部１２２ｉから導入されて排出部１２４ｏに至るまでの間に流路１２０を流通する電解液は、双極板１２に対向配置される電極１０に浸透して拡散する。電極１０内に浸透、拡散した電解液は、電極１０内で電池反応を行いながら、電極１０における導入部１２２ｉ側から排出部１２４ｏ側に向かって流通する。特に、この例では、電極１０における双極板１２の畝部分１２６に対向配置される領域に電極１０の構成材料が十分に存在するため、電極１０内に電解液が保持され、電池反応が良好に行われる。このように、電解液が、電極１０を介して、縦溝部１２２ｙ，１２４ｙ間を渡る横方向に流れることで、未反応のまま排出される電解液量を減少できる。その結果、ＲＦ電池１の電流量を増加できるため、運転電流密度を高められる。また、電流量の増大が可能なＲＦ電池は、内部抵抗を低減できるＲＦ電池といえる。
【００４６】
この例の横溝部１２２ｘ，１２４ｘ及び縦溝部１２２ｙ，１２４ｙは、その開口部の形状が図３に示すように複数の長方形を組み合わせた直線的な形状であり、断面形状が図１に示すように長方形状である場合を示す。
【００４７】
この例の流路１２０では、その全体に亘って一様な深さＤ１２（図１）を有する。導入路１２２の横溝部１２２ｘの長さＬｘと排出路１２４の横溝部１２４ｘの長さＬｘが等しく、導入路１２２の縦溝部１２２ｙの幅Ｗｙと排出路１２４の縦溝部１２４ｙの幅Ｗｙが等しく、導入路１２２の縦溝部１２２ｙの長さＬｙと排出路１２４の縦溝部１２４ｙの長さＬｙが等しい。導入路１２２の縦溝部１２２ｙ，１２２ｙの間隔Ｃと、排出路１２４の縦溝部１２４ｙ，１２４ｙの間隔Ｃとが等しい。このように流路１２０を構成する溝の形状及び寸法が概ね等しい場合は、双極板１２及び双極板１２に対向配置される電極１０の全域に亘って電解液の流れを均一的にできるので、好ましい。
【００４８】
この例の導入部１２２ｉと排出部１２４ｏとは、横溝部１２２ｘ，１２４ｘの横方向の端部であって長方形状の双極板１２の対角位置に配置されている。こうすることで双極板１２における電解液の流れ、及び流路１２０を介して電極１０に供給された電極１０内の電解液の流れが縦方向だけでなく横方向にも生じ易くなり、電極１０内に電解液が十分に保持されて、電池反応を良好に行える。
【００４９】
更に、図１に示す例のように、双極板１２の表面と裏面に溝を備える場合に、双極板１２を平面透視したとき、表面の少なくとも一部の溝と裏面の少なくとも一部の溝が重なっていると、正極電解液の流れと負極電解液の流れとを均一的にできるため、好ましい。この例では、双極板１２を平面透視したとき、双極板１２の表面と裏面の横溝部１２２ｘ，１２４ｘ及び縦溝部１２２ｙ，１２４ｙは、重複するように設けられている。
【００５０】
・・・具体的な寸法
主として図１，図３を参照して、双極板１２の流路１２０の具体的な寸法を説明する。図１〜図３に示す各部の大きさ、個数などは例示であり、適宜変更できる。
【００５１】
流路１２０を形成する溝の深さＤ１２は、例えば、双極板１２の厚さの１０％以上４５％以下である。この例のように、双極板１２を平面透視したとき、双極板１２の表面と裏面の溝が重複する場合には、溝の厚さＤ１２が深過ぎると機械的強度の低下を招き得る。従って、溝の深さＤ１２は、双極板１２の厚さの１０％以上３５％以下が好ましい。
【００５２】
流路１２０を形成する溝の横断面積が大きいほど、電池セル１００における電解液の流通抵抗が低減して、圧力損失の低減を期待できるため、横断面積が十分に大きくなるように上述の深さＤ１２に応じて溝の開口部の幅Ｗｙなどを選択することが好ましい。例えば、電極１０が配置される縦溝部１２２ｙ，１２４ｙの開口部の幅Ｗｙは、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下が好ましい。開口部の幅Ｗｙは、０．１ｍｍ以上１．３ｍｍ以下、更に０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下、０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることができる。
【００５３】
・・・構成材料
双極板１２の構成材料としては、電気抵抗が小さい導電性材料であって、電解液と反応せず、電解液に対する耐性（耐薬品性、耐酸性など）を有するものを好適に利用できる。更に、双極板１２の構成材料は、適度な剛性を有することが好ましい。流路１２０を構成する溝の形状や寸法が長期に亘って変化し難く、流路１２０を有することによる流通抵抗の低減効果、圧力損失の低減効果を維持し易いからである。具体的な構成材料としては、炭素材と有機材とを含有する複合材料、より具体的には黒鉛などの導電性無機材とポリオレフィン系有機化合物や塩素化有機化合物などの有機材とを含む導電性プラスチックが挙げられる。
【００５４】
炭素材としては、黒鉛の他、カーボンブラック、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などが挙げられる。カーボンブラックとしては、アセチレンブラックやファーネスブラックなどが挙げられる。炭素材は、黒鉛を含むことが好ましい。炭素材は、黒鉛を主体とし、一部としてカーボンブラック及びＤＬＣの少なくとも一方を含むものであってもよい。導電性無機材は、炭素材に加えて、アルミニウムなどの金属を含むものであってもよい。導電性無機材としては、粉末や繊維が挙げられる。
【００５５】
ポリオレフィン系有機化合物としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンなどが挙げられる。塩素化有機化合物としては、塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、塩素化パラフィンなどが挙げられる。
【００５６】
流路１２０を備える双極板１２は、上記の構成材料を射出成型、プレス成型、真空成型などの公知の方法によって板状に成形すると共に、流路１２０となる溝をも成形することで製造できる。溝を同時成形すれば双極板１２の製造性に優れる。流路１２０を有していない平板材に切削加工などを行って、流路１２０となる溝を形成することもできる。
【００５７】
・電極
電極１０は、隔膜１１と双極板１２との間に介在される。電極１０には、主として双極板１２の流路１２０を介して電解液が供給される。この電解液が電極１０内に浸透、拡散して、電解液中の活物質が電極１０内で電池反応を行い、電極１０から反応後の電解液などが排出される。この目的から、電極１０は、多数の微細な細孔を有する多孔体で構成される。電極１０は、代表的には図２，図３に示すように長方形状の平板である。
【００５８】
電極１０の第１面は、隔膜１１に対向配置される隔膜側面であり、電極１０の第２面は、双極板１２に対向配置される双極板側面である。この例では、電極１０は、図３に示すように、双極板１２における電極１０との対向面に形成された流路１２０のうち、縦溝部１２２ｙ，１２４ｙが形成された領域を覆うように配置される。図３では、電極１０の縦方向の両端縁（上下の縁）が横溝部１２２ｘ，１２４ｘに重複するように電極１０が双極板１２上に配置された状態を示す。この場合、電極１０の横方向長さは、双極板１２の横方向長さにほぼ等しい。電極１０の縦方向長さは、双極板１２の縦方向長さよりも若干短く、導入路１２２の横溝部１２２ｘと排出路１２４の横溝部１２４ｘ間の間隔よりも若干長い程度である。
【００５９】
・・凹部
電極１０は、双極板１２の流路１２０に対向する領域（流路対応域）に複数の凹部１０ｈを備える。この例の流路対応域は、図３に示すように電極１０を隔膜側から平面視すると、流路１２０の縦溝部１２２ｙ，１２４ｙに重複する複数の長方形状の領域である。この例では、各長方形状の領域に複数の凹部１０ｈを備える。
【００６０】
凹部１０ｈは、電極１０の双極板１２側から隔膜１１側に向かって、流路１２０内の電解液を電極１０に案内する。図１〜図３に示す凹部１０ｈはいずれも、電極１０の双極板側面から、電極１０における隔膜１１との対向面（隔膜側面）に連通して、双極板側面及び隔膜側面の双方に開口する貫通孔である。凹部１０ｈが電極１０の双極板側面から隔膜側面に連通することで、図１に矢印で示すように双極板１２の流路１２０内の電解液を双極板側面から隔膜側面にまで亘って十分に案内できる。電解液は、凹部１０ｈを介して電極１０の双極板１２側から隔膜１１側に移動する間に、凹部１０ｈを形成する内壁に開口する細孔を介して、凹部１０ｈの周囲領域に浸透、拡散する。凹部１０ｈの周囲領域に拡散した電解液がその場にある程度留まって電池反応を行う。このように電極１０が凹部１０ｈを備えることで、凹部１０ｈ部分の電極１０の構成材料が少なくなるため、更にはこの例では凹部１０ｈ部分の電極１０の構成材料が実質的に無くなるため、電極１０の厚さ方向について、双極板１２側から隔膜１１側に至って電解液が浸透、拡散し易い。従って、流通抵抗や拡散抵抗を低減でき、凹部１０ｈが貫通孔であるこの例では更に低減でき、かつ電池反応が行われる領域を十分に確保できて、電極１０の利用率を高められる。
【００６１】
・・・形状
凹部１０ｈの形状は、適宜選択できる。図１〜図３に、凹部１０ｈが円筒孔である例を示す。この例では、凹部１０ｈの開口部の形状は円形状（図２，図３）であり、断面の形状は長方形状（図１）である。凹部１０ｈがこのように深さ方向に一様な形状、大きさを有する貫通孔であると、凹部１０ｈを形成し易く、電極１０は製造性に優れる。また、凹部１０ｈの開口部の形状は、矩形状、楕円状などの非円形状であってもよい。
【００６２】
・・・凹部の形成方法
貫通孔からなる凹部１０ｈは、例えば、パンチなどの孔開け工具やレーザなどを利用して形成できる。
【００６３】
・・・具体的な寸法など
凹部１０ｈの開口部の大きさ（開口径Ｒ）は、電極１０を構成する多孔体自体が有する微細な細孔の平均径よりも十分に大きいものとする。具体的には、凹部１０ｈの開口部の大きさ（開口径Ｒ）は、細孔の平均径の１０倍以上、更に３０倍以上が好ましい。凹部１０ｈと細孔とはこのように大きさによって区別できる。また、凹部１０ｈの形成に上述の切削工具を利用すると切削痕が残存する場合があり、切削痕の有無によって、凹部１０ｈか細孔かを判別できることがある。
【００６４】
凹部１０ｈの開口部の包絡円をとり、この包絡円の直径を凹部１０ｈの開口径Ｒとする。例えば、双極板側面の凹部１０ｈの開口径Ｒが大きいほど、双極板１２の流路１２０内から隔膜１１側に電解液を案内し易く、電解液の流通抵抗や拡散抵抗の低減を期待できる。又は、例えば、隔膜側面の凹部１０ｈの開口径Ｒが大きいほど、電極１０における隔膜１１近傍の領域に電解液が拡散し易く、隔膜１１近傍の領域で電池反応を行い易い。これらの点から、例えば、開口径Ｒは、縦溝部１２２ｙ，１２４ｙの幅Ｗｙと同等程度とすることができる。一方、凹部１０ｈの開口径Ｒが小さいほど、凹部１０ｈを有することによる電極１０の機械的強度の低下を低減し易い。開口径Ｒが小さい場合には、凹部１０ｈの個数を多くすれば、電解液の流通抵抗や拡散抵抗を低減できる。
【００６５】
凹部１０ｈが大き過ぎたり、多過ぎたりすると、電極１０における電池反応域が少なくなって反応抵抗の上昇を招いたり、電極１０の強度の低下を招いたりし得る。これらの点から、開口径Ｒは、例えば、縦溝部１２２ｙ，１２４ｙの幅Ｗｙの５％以上、更に１０％以上１００％以下、５０％以上８０％以下とすることができる。具体的な凹部１０ｈの開口径Ｒは、例えば、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、更に０．１ｍｍ以上１．３ｍｍ以下、０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下、０．８ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。凹部１０ｈの開口部の大きさは、各凹部１０ｈに対向配置される双極板１２の流路１２０の大きさ（この例では特に縦溝部１２２ｙ，１２４ｙの幅Ｗｙ、長さＬｙ）の他、凹部１０ｈの個数、凹部１０ｈ以外の電池反応域の保有量、電極１０の機械的強度などを考慮して選択するとよい。
【００６６】
・・・存在状態
凹部１０ｈは、図２，図３に示すように電極１０の流路対応域に存在し、流路対応域以外の領域に存在していない形態とすることができる。この形態では、電極１０の流路対応域に存在する凹部１０の開口部の合計面積Ｓ１０ｈに対する流路対応域外の領域に存在する凹部の開口部の合計面積Ｓｒの割合（（Ｓｒ／Ｓ１０ｈ）×１００）が０％であり、合計面積Ｓ１０ｈは、合計面積Ｓｒよりも十分に大きい。この形態では、電極１０における流路対応域外の領域、主として双極板１２の畝部分１２６（図１）に対向配置される領域に、電解液が浸透、拡散して、この領域が活物質の反応場として良好に機能でき、反応場が十分に確保される。また、この形態では、凹部１０ｈの具備による電極１０の機械的強度の低下を抑制でき、強度にも優れる。
【００６７】
双極板１２の流路１２０のうち、電極１０で覆われる部分の開口部の合計面積Ｓ１２０（この例では、縦溝部１２２ｙ，１２４ｙの合計面積）に対する凹部１０の開口部の合計面積Ｓ１０ｈの割合、即ち（Ｓ１０ｈ／Ｓ１２０）×１００を占有率とする。この占有率が大きいほど、流路１２０内の電解液を電極１０の凹部１０ｈにより多く案内できる。この占有率が小さいほど、凹部１０ｈの周囲の電池反応域を十分に確保できる。凹部１０ｈへの電解液の導入量と、凹部１０ｈの周囲の電池反応域の確保とを考慮すると、この占有率は１０％以上９０％以下が好ましく、更に３０％以上９０％以下、更に５０％以上８０％以下程度が好ましい。
【００６８】
・・構成材料
電極１０の構成材料としては、炭素繊維を含む多孔体、例えば、カーボンフェルトやカーボンペーパーなどを好適に利用できる。電極１０の構成材料として、炭素繊維に加えてバインダー炭素を含む多孔体も利用できる。バインダー炭素は、カーボンフェルトでは導電性の向上などの目的で利用され、カーボンペーパーでは強度の向上などの目的で利用される。バインダー炭素を含有する多孔体は、バインダー炭素が電解液の流通抵抗や拡散抵抗を増大させて、流通性を低下させる要因となり得るが、電極１０は凹部１０ｈを備えるため、電解液の流通抵抗や拡散抵抗を低減できる。
【００６９】
カーボンフェルトやカーボンペーパーとしては、公知のものや市販品を利用できる。市販のカーボンフェルトやカーボンペーパーに上述のように適宜な工具などを用いて凹部１０ｈを形成すればよい。カーボンフェルトを利用すると、（１）電解液に水溶液を用いた場合において充電時に酸素発生電位になっても酸素ガスが発生し難い、（２）電解液の流通性に優れるものがある、といった効果を期待できる。カーボンペーパーを利用すると、（１）電子導電性に優れる、（２）強度に優れる、といった効果を期待できる。
【００７０】
（その他の構成部材）
・電解液
ＲＦ電池１に利用する電解液は、金属イオンや非金属イオンなどの活物質イオンを含む。電解液としては、例えば、正極極活物質及び負極活物質として価数の異なるバナジウムイオン（図４）を含むバナジウム系電解液が挙げられる。その他の電解液としては、正極活物質として鉄（Ｆｅ）イオン、負極活物質としてクロム（Ｃｒ）イオンを含む鉄−クロム系電解液、正極活物質としてマンガン（Ｍｎ）イオン、負極活物質としてチタン（Ｔｉ）イオンを含むマンガン−チタン系電解液などが挙げられる。電解液としては、活物質に加えて、硫酸、リン酸、硝酸、塩酸から選択される少なくとも１種の酸又は酸塩を含む水溶液などを利用できる。
【００７１】
・隔膜
隔膜１１としては、例えば、陽イオン交換膜や陰イオン交換膜といったイオン交換膜が挙げられる。イオン交換膜は、（１）正極活物質のイオンと負極活物質のイオンとの隔離性に優れる、（２）電池セル１００内での電荷担体であるＨ＋イオンの透過性に優れる、といった特性を有しており、隔膜１１に好適に利用できる。隔膜１１には、公知の隔膜を利用できる。
【００７２】
（主要な効果）
実施形態１のＲＦ電池１は、双極板１２に流路１２０を備えると共に、電極１０における流路１２０に対向配置される流路対応域に複数の凹部１０ｈを備える。そのため、ＲＦ電池１では、流路１２０内の電解液を双極板１２側から隔膜１１側に案内できると共に、この案内途中で凹部１０ｈの周囲に電解液が浸透、拡散し、凹部１０ｈの周囲で電池反応を行える。つまり、ＲＦ電池１では、電極１０の拡散抵抗を低減でき、運転電流密度を高めても、セル電圧の変化量を低減できる。この効果は、後述の試験例１で具体的に説明する。
【００７３】
また、ＲＦ電池１は、双極板１２に流路１２０を備えると共に、電極１０の特定位置に複数の凹部１０ｈを備えるため、電極１０の厚さ方向の流通抵抗を低減できて電解液の流通性に優れると共に、凹部１０ｈの周囲に電池反応を行う反応場を確保でき、更にはこの反応場を双極板１２側から隔膜１１側に亘って確保できる。そのため、ＲＦ電池１では、電流量を高められ、高出力が得られる。このようなＲＦ電池１は、大容量用途に好適に利用できる。
【００７４】
［試験例１］
実施形態１で説明した双極板に流路を備えると共に、電極の流路対応域に複数の凹部を備えるＲＦ電池について、種々の電流密度で電流を印加したときのセル電圧を測定する分極特性試験を行い、ＲＦ電池の性能評価を行った。
【００７５】
この試験では、双極板に流路（溝）を備え、かつ電極の特定位置に複数の凹部（孔）を備える試料Ｎｏ．１−１のＲＦ電池（溝有り、孔有り）と、双極板に流路が無く、電極に凹部が無く、双極板及び電極の双方が平板である試料Ｎｏ．１−１００（溝無し、孔無し）と、双極板に流路を備え、電極に凹部が無く平板である試料Ｎｏ．１−２００（溝有り、孔無し）という３種類のＲＦ電池を作製した。用いたＲＦ電池の仕様を表１に示す。
【００７６】
双極板、電極、隔膜、それぞれの材質は、いずれの試料についても同じとした。また、いずれの試料も単セルとした。
試料Ｎｏ．１−１に使用する電極については、表１に示すカーボンフェルトを用意し、穴開け工具などによって、表１に示す開口径Ｒ（ｍｍ）、個数の貫通孔を縦溝部にのみ設けた。
試料Ｎｏ．１−１と試料Ｎｏ．１−２００では、同じ大きさの電極を用いているが、試料Ｎｏ．１−１００では、電解液の流通抵抗を考慮して、試料Ｎｏ．１−１，１−２００で用いた電極よりも小さい電極を用いた。
【００７７】
この試験では、電解液は表１に示すバナジウム系電解液であって、充電状態（ＳＯＣ）が５０％の試料（ＲＦ電池）を用意し、各試料における単位面積当たりの電解液の流量がほぼ等しくなるように表１に示す流量に調整して、種々の電流密度で電流を印加したときの初期のセル電圧Ｅ０（Ｖ）と、安定化後のセル電圧Ｅ（Ｖ）とを測定した。その結果を図６に示す。
【００７８】
初期のセル電圧Ｅ０とは、ある一定値の電流密度の電流を印加したときのセル電圧を経時的に測定し、ＲＦ電池の内部抵抗のうち、主として導電抵抗や反応抵抗によって急激な電圧降下が生じたときのセル電圧である。
安定化後のセル電圧Ｅとは、上述の急激な電圧降下後、ＲＦ電池の内部抵抗のうち、主として拡散抵抗によって電圧降下が緩やかに生じ、電圧降下が実質的に停止して、電圧が安定したときのセル電圧である。
【００７９】
更に、初期のセル電圧Ｅ０と安定化後のセル電圧Ｅとの差（Ｅ０−Ｅ）（Ｖ）を求めた。その結果を図７に示す。この電圧差（Ｅ−Ｅ０）（Ｖ）は、拡散抵抗に基づく過電圧と考えられ、ここではこの電位差を濃度過電圧と呼ぶ。
【００８０】
更に、電流密度が０．０５Ａ／ｃｍ２のときの全セル抵抗率（Ω・ｃｍ２）及び拡散抵抗成分の抵抗率（Ω・ｃｍ２）を求めた。その結果を表１に示す。全セル抵抗率は安定化後のセル電圧Ｅと、このときの電流値とを用いて求めた。拡散抵抗成分の抵抗率（拡散抵抗率）は、上述の電圧差（濃度過電圧）とこのときの電流値とを用いて求めた。
【００８１】
【表１】
2016189970.tif 000003
【００８２】
図６は、横軸が電流密度（Ａ／ｃｍ２）、縦軸がセル電圧（Ｖ）であり、破線が各試料の初期のセル電圧Ｅ０、実線が各試料の安定化後のセル電圧Ｅを示す。図６のグラフから、いずれの試料においても、電流密度が増大すると初期のセル電圧Ｅ０及び安定化後のセル電圧Ｅのいずれもが低下することが分かる。特に、安定化後のセル電圧Ｅにおける電流密度の増大に伴う低下量は、初期の電圧Ｅ０における電流密度の増大に伴う低下量よりも大きいことが分かる。
【００８３】
また、図６のグラフから、各試料の初期のセル電圧Ｅ０は概ね等しく、実質的に差が無いことが分かる。このことから、通電初期に生じ得る電圧降下は電極自体が本来的に有する導電抵抗や電池反応の反応抵抗に起因して生じ、双極板の流路の有無及び電極の凹部の有無による影響は小さい、と考えられる。
【００８４】
一方、安定化後のセル電圧Ｅにおける電流密度の増大に伴う低下量ｄＥは、試料によって大小が生じている。
【００８５】
溝無しかつ孔無しの試料Ｎｏ．１−１００では、上記の低下量ｄＥが比較的小さい。この理由は、試料Ｎｏ．１−１００では表１に示すように全セル抵抗率が比較的小さく、かつ拡散抵抗率も比較的小さいためと考えられる。全セル抵抗率及び拡散抵抗率が小さいことで、試料Ｎｏ．１−１００では、図７に示すように電流密度の増大に伴う上述の電圧差（濃度過電圧）の増加量が比較的少ない。このことから、試料Ｎｏ．１−１００では、電極に電解液が浸透、拡散し易く、かつ電池反応を十分に行えるといえる。しかし、試料Ｎｏ．１−１００では、流通抵抗や圧力損失の増大を招くことから電極を大型にできないので、試料Ｎｏ．１−１００は大容量用途に適していない。この試験でも、試料Ｎｏ．１−１００の電極の大きさを試料Ｎｏ．１−１，１−２００の電極の大きさよりも十分に小さくしている。
【００８６】
溝有りかつ孔無しの試料Ｎｏ．１−２００では、双極板の流路によって流通抵抗を低減できるものの、図６のグラフに示すように安定化後のセル電圧Ｅにおける電流密度の増大に伴う低下量ｄＥが大きい。この理由は、試料Ｎｏ．１−２００では表１に示すように全セル抵抗率が大きく、かつ拡散抵抗率も大きいためと考えられる。全セル抵抗率及び拡散抵抗率が大きいため、試料Ｎｏ．１−２００では、図７に示すように電流密度の増大に伴う上述の電圧差（濃度過電圧）の増加量が大きい。この試験では、例えば、電流密度が０．４５Ａ／ｃｍ２程度において、試料Ｎｏ．１−２００の濃度過電圧は、試料Ｎｏ．１−１，１−１００の濃度過電圧の２倍以上となっている。これらのことから、双極板に流路を設けるだけでは、電流密度の増大に伴うセル電圧の低下を十分に低減できるとはいえない。
【００８７】
溝有りかつ孔有りの試料Ｎｏ．１−１では、図６のグラフに示すように安定化後のセル電圧Ｅにおける電流密度の増大に伴う低下量ｄＥが３つの試料の中で最も小さい。この理由は、試料Ｎｏ．１−１は表１に示すように全セル抵抗率及び拡散抵抗率が試料Ｎｏ．１−１００よりも小さく、内部抵抗を十分に低減できたためと考えられる。全セル抵抗率及び拡散抵抗率が十分に小さいので、試料Ｎｏ．１−１では、図７に示すように電流密度の増大に伴う上述の電圧差（濃度過電圧）の増加量が小さく、試料Ｎｏ．１−１００と同等程度である。
【００８８】
以上の試験結果から、双極板が流路を有すること、かつ電極が特定位置に複数の凹部を有することによって、運転電流密度を高めても、セル電圧の変化量を低減できることが示された。なお、この試験では、放電電流密度を高めた場合を示すが、充電電流密度を高めた場合でも、双極板が流路を有すること、かつ電極が特定位置に複数の凹部を有することでセル電圧の変化量を低減できる。
【００８９】
［変形例］
実施形態１のＲＦ電池１について、以下の変更が可能である。
（双極板の流路）
（１）双極板１２が表面又は裏面にのみ流路１２０を備え、流路１２０を備える面に対向配置される電極１０のみが複数の凹部１０ｈを備える。
（２）双極板１２が表面と裏面の両面に流路１２０を備える場合に、双極板１２を平面透視したとき、表面と裏面の流路１２０が全く重複しない。
（３）流路１２０を噛合型の対向櫛歯形状とする場合に、導入路１２２の櫛歯と排出路１２４の櫛歯とが横方向（図３では左右方向）に延びており、双極板１２の縦方向（図３では上下方向）に交互に配置される。
（４）流路１２０を導入路１２２と排出路１２４とが互いに噛み合わない非噛合型の対向櫛歯形状とする。例えば、導入路の縦溝部と、排出路の縦溝部とが、双極板１２の縦方向に間隔をあけて対向配置された形態とすることができる。非噛合型の櫛歯形状であっても、電極１０において、隣り合う流路の間に設けられる畝部分に対向配置される領域が電池反応域として機能して、未反応のまま排出される電解液量を低減できる。
【００９０】
（５）導入路１２２及び排出路１２４の少なくとも一方を連続した溝ではなく、断続した複数の溝群とする。例えば、縦溝部を双極板の縦方向（図３では上下方向）に間隔をあけて設けられた複数の溝群とすることができる。この場合、双極板は、その横方向に渡る畝部分だけでなく、その縦方向に渡る畝部分も備えるため、電極においてこれらの畝部分に対向配置される領域を電池反応域にすることができ、電池反応域を増大できて、電流量の増加が期待できる。
（６）導入部１２２ｉ及び排出部１２４ｏを横溝部１２２ｘ，１２４ｘの横方向の中央部に配置する。
（７）流路１２０を構成する溝の開口部の形状が、波線状やジグザグ状などの蛇行形状などである。上記溝の断面形状が、半円状、角部を丸めた長方形状などの曲面を有する形状である。その他、上記溝が、開口径よりも底部の幅が広い蟻溝などである。
（８）流路１２０を構成する溝の深さＤ１２、幅Ｗｙ、長さＬｙ、及び間隔Ｃの少なくとも一つが部分的に異なる。例えば、導入部１２２と排出部１２４とで、深さＤ１２、幅Ｗｙ、長さＬｙが異なるものとすることができる。
【００９１】
（電極の凹部）
（１）凹部１０ｈの深さ方向における形状や大きさが部分的に異なる。例えば、電極１０の双極板１２側から隔膜１１側に亘って、開口部の大きさが連続的に又は段階的に大きくなったり又は小さくなったりするテーパ形状とすることができる。この場合、凹部１０ｈの断面形状は、台形状となる。
（２）凹部１０ｈが、電極１０の双極板側面にのみ開口部を有する有底穴（止まり穴）や溝である。又は、凹部１０ｈが、電極１０の隔膜側面にのみ開口部を有する有底穴（止まり穴）や溝である。これらの穴や溝の深さは、例えば、電極１０の厚さの５０％超、電極の厚さ未満である。これらの穴や溝の深さが深いほど、双極板１２の流路１２０内の電解液を隔膜１１側に案内できる量を多くできて、電極１０の利用率を高められる。そのため、これらの穴や溝の深さは、電極１０の厚さの６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上とすることが好ましい。これらの穴や溝は、例えば、電極素材の溝形成位置における構成材料を針やカッターなどの工具を用いて除去することで形成できる。
（３）電極１０が、凹部１０ｈとして、貫通孔と溝との双方を備える。
（４）電極１０が、流路対応域外の領域に凹部１０ｈを備える。この場合、電極１０の流路対応域にある凹部１０の開口部の合計面積Ｓ１０ｈが、流路対応域外の領域にある凹部１０の開口部の合計面積Ｓｒよりも大きい（Ｓ１０ｈ＞Ｓｒ）ことが好ましい。このようにすれば、上述のように活物質の反応場を十分に確保できるからである。電池反応場の確保の観点から、上述の割合（Ｓｒ／Ｓ１０ｈ）×１００は、２０％以下、更に１５％以下、１０％以下が好ましい。
【００９２】
なお、電池反応場の確保の観点から、割合（Ｓｒ／Ｓ１０ｈ）×１００は、０％が最も好ましい。実施形態１のように流路対応域にのみ凹部１０が存在する場合、割合（Ｓｒ／Ｓ１０ｈ）×１００は０％である。
【００９３】
本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。例えば、試験例１における電極の面積、厚さ、凹部の仕様（大きさ、個数、形状など）、双極板の流路の仕様（縦溝部や横溝部の大きさ、形状、個数など）、電解液の種類などを変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明のレドックスフロー電池は、太陽光発電、風力発電などの自然エネルギーの発電に対して、発電出力の変動の安定化、発電電力の余剰時の蓄電、負荷平準化などを目的とした蓄電池に利用できる。また、本発明のレドックスフロー電池は、一般的な発電所に併設されて、瞬低・停電対策や負荷平準化を目的とした蓄電池としても利用できる。特に、本発明のレドックスフロー電池は、上述の目的の大容量の蓄電池に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００９５】
１  レドックスフロー電池（ＲＦ電池）
１０  電極  １０ｃ  正極電極  １０ａ  負極電極  １０ｈ  凹部
１１  隔膜
１２  双極板
１２０  流路  １２２  導入路  １２４  排出路  １２６  畝部分
１２２ｉ  導入部  １２４ｏ  排出部
１２２ｘ，１２４ｘ  横溝部  １２２ｙ，１２４ｙ  縦溝部
１００  電池セル
１５  フレームアッシー  １５０  枠体
１５２ｃ，１５２ａ  給液孔  １５４ｃ，１５４ａ  排液孔
１７０  エンドプレート  １７２  連結部材
１０６  正極タンク  １０７  負極タンク  １０８〜１１１  配管
１１２，１１３  ポンプ
２００  交流／直流変換器  ２１０  変電設備  ３００  発電部  ４００  負荷
【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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【国際調査報告】
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