(57)【要約】  本発明のレドックスフロー電池の電池本体ユニット１０は、ナノ物質を含む電極１と、イオン交換膜２と、双極板とを備えた電池セル３に、活物質を溶解させた電解液を循環させて充放電を行うレドックスフロー電池の電池本体ユニット１０であって、外枠本体４と、外枠本体４の内部に設置される、電池セル３と、電池セル４に電解液を循環させる内部配管（内部電解液往路配管５、内部電解液復路配管６）と、内部配管の経路の一部を構成する電解液交換部材７とを備える。電解液交換部材７は、外部電解液往路配管１２との接続部７ａ及び外部電解液復路配管１３との接続部７ｂを有し、外部電解液復路配管１３との接続部７ｂに、ナノ物質を透過させないフィルタ部材８を備え、ナノ物質が外部に対して密閉系となり、電池本体ユニット１０からのナノ物質の流出を防止することができる。
2019117308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ物質を含む電極と、イオン交換膜と、双極板とを備えた電池セルに、活物質を含む電解液を循環させて充放電を行うレドックスフロー電池の電池本体ユニットであって、外枠本体と、前記外枠本体の内部に設置される、前記電池セルと、前記電池セルに前記電解液を循環させる内部配管と、前記内部配管の経路の一部を構成する電解液交換部材と、を備え、
前記電解液交換部材は、外部電解液往路配管との接続部及び外部電解液復路配管との接続部を有し、
前記外部電解液復路配管との接続部に、前記ナノ物質を透過させないフィルタ部材を備え、
前記外部電解液往路配管との接続部に、前記ナノ物質を透過させないフィルタ部材または逆止弁を備え、
前記ナノ物質が外部に対して密閉系となる、レドックスフロー電池の電池本体ユニット。
【請求項２】
ナノ物質を含む電極と、イオン交換膜と、双極板とを備えた電池セルに、活物質を含む電解液を循環させて充放電を行うレドックスフロー電池の電池本体ユニットであって、外枠本体と、前記外枠本体の内部に設置される、前記電池セルと、前記電池セルに前記電解液を循環させる内部配管と、前記内部配管の経路の一部を構成する電解液交換部材と、を備え、
前記電解液交換部材は、前記ナノ物質を透過させない中空糸構造を有するフィルタ部材によって中空空間部と前記フィルタ部材の外部空間部とに隔離されるとともに、前記外部空間部側に、外部電解液往路配管との接続部及び外部電解液復路配管との接続部を有し、
前記中空空間部は、前記内部配管に接続される、レドックスフロー電池の電池本体ユニット。
【請求項３】
ナノ物質を含む電極と、イオン交換膜と、双極板とを備えた電池セルに、活物質を含む電解液を循環させて充放電を行うレドックスフロー電池の電池本体ユニットであって、外枠本体と、前記外枠本体の内部に設置される、前記電池セルと、前記電池セルに前記電解液を循環させる内部配管と、前記内部配管の経路の一部を構成する電解液交換部材と、を備え、
前記電解液交換部材は、前記ナノ物質を透過させない中空糸構造を有するフィルタ部材によって中空空間部と前記フィルタ部材の外部空間部とに隔離されるとともに、前記外部空間部に、外部電解液往路配管との接続部及び外部電解液復路配管との接続部を有し、
前記中空空間部は、前記内部配管に接続され、
前記外部空間部は、電解液の入口側外部空間部と出口側外部空間部の２つの空間に区切られ、前記入口側外部空間部に、前記外部電解液往路配管との接続部を、前記出口側外部空間部に、前記外部電解液複路配管との接続部を有する、レドックスフロー電池の電池本体ユニット。
【請求項４】
請求項３に記載の電池本体ユニットにおいて、前記入口側外部空間部は、前記フィルタ部材によって隔離されておらず、前記外部電解液往路配管との接続部に、逆止弁を備える、レドックスフロー電池の電池本体ユニット。
【請求項５】
前記電解液交換部材は、前記外部電解液往路配管との接続部及び前記外部電解液復路配管との接続部を、その側面に備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池の電池本体ユニット。
【請求項６】
レドックスフロー電池から取り外して交換可能に構成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池の電池本体ユニット。
【請求項７】
前記外枠本体と、前記電池セルと、前記内部配管と、前記電解液交換部材とが、一体的な構造体に形成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池の電池本体ユニット。
【請求項８】
前記内部配管は、前記外枠本体に形成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池の電池本体ユニット。
【請求項９】
前記ナノ物質は、炭素ナノ物質である、請求項１〜８のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池の電池本体ユニット。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電池本体ユニットと、電解液タンクと、前記外部電解液往路配管と、前記外部電解液復路配管とを備えて構成される、レドックスフロー電池。
【請求項１１】
電池セル中にナノ物質を含む電極を有するレドックスフロー電池の運転方法であって、
循環する電解液中にて前記電極から離脱したナノ物質の含有量を監視する工程を含むことを特徴とするレドックスフロー電池の運転方法。
【請求項１２】
前記電解液中に、あらかじめ設定した含有量以上のナノ物質が検出された場合、前記レドックスフロー電池の運転を停止する工程を含む請求項１１に記載のレドックスフロー電池の運転方法。
【請求項１３】
前記運転を停止した場合、前記電地セルを新たな電池セルに交換する工程を含む請求項１２に記載のレドックスフロー電池の運転方法。
【請求項１４】
さらに、設定した含有量以上のナノ物質が検出された電解液を濾過する工程を含む請求項１３に記載のレドックスフロー電池の運転方法。
【請求項１５】
さらに、設定した含有量以上のナノ物質が検出された電解液を交換する工程を含む請求項１３に記載のレドックスフロー電池の運転方法。
【請求項１６】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池の電池本体ユニットまたは請求項１０に記載のレドックスフロー電池に適用する、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ物質を含む電極を用いた、レドックスフロー電池の電池本体ユニット、及びレドックスフロー電池並びにレドックスフロー電池の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力貯蔵用の電池として、種々の電池の開発が進められているが、電解液流通型の電池、いわゆるレドックスフロー電池がある。レドックスフロー電池には、電極表面積を増やし、高いパワー出力を得るために、カーボンナノチューブ等のナノメートルオーダーサイズであるナノ物質を含む電極を用いることが知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
しかしながら、これらナノ物質は、２０１６年５月１６日、米国環境保護庁（ＥＰＡ）により公布された非特許文献１にあるように、安全性の観点から、その管理が強化されている。したがって、レドックスフロー電池セルと、循環経路（配管と電解液タンク）から電解液が漏れるような事態が発生した場合であっても、ナノ物質が外部に流出しないことが要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１４−５３０４７６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“重要新規利用規則（Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  Ｎｅｗ  Ｕｓｅ  Ｒｕｌｅｓ：ＳＮＵＲ）” ２０１６年５月１６日公布
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、電池本体ユニットからのナノ物質の流出を防止することができるレドックスフロー電池の電池本体ユニット、及びこれを用いたレドックスフロー電池並びにレドックスフロー電池の運転方法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】
【０００７】
本発明者らは、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた。その結果、電池本体ユニットの内部配管の一部に電解液交換部材を設け、当該電解液交換部材を介して、外部電解液タンクから電解液を交換する構成とした上で、当該電解液交換部材内にナノ粒子を透過しないフィルタ部を設置して、ナノ物質が当該電解液交換部材から電解液と共に外部に流出しない構成とすることにより、電池本体ユニットの外部へのナノ物質の流出が完全に防止できることを見出し、本発明を完成するに至った。【０００８】
（１）本発明は、ナノ物質を含む電極と、イオン交換膜と、双極板とを備えた電池セルに、活物質を含む電解液を循環させて充放電を行うレドックスフロー電池の電池本体ユニットであって、外枠本体と、前記外枠本体の内部に設置される、前記電池セルと、前記電池セルに前記電解液を循環させる内部配管と、前記内部配管の経路の一部を構成する電解液交換部材と、を備え、前記電解液交換部材は、外部電解液往路配管との接続部及び外部電解液復路配管との接続部を有し、前記外部電解液復路配管との接続部に、前記ナノ物質を透過させないフィルタ部材を備え、前記外部電解液往路配管との接続部に、前記ナノ物質を透過させないフィルタ部材または逆止弁を備え、前記ナノ物質が外部に対して密閉系となる、レドックスフロー電池の電池本体ユニットである。【０００９】
（２）本発明は、ナノ物質を含む電極と、イオン交換膜と、双極板とを備えた電池セルに、活物質を含む電解液を循環させて充放電を行うレドックスフロー電池の電池本体ユニットであって、外枠本体と、前記外枠本体の内部に設置される、前記電池セルと、前記電池セルに前記電解液を循環させる内部配管と、前記内部配管の経路の一部を構成する電解液交換部材と、を備え、前記電解液交換部材は、前記前記ナノ物質を透過させない中空糸構造を有するフィルタ部材によって中空空間部と前記フィルタ部材の外部空間部とに隔離されるとともに、前記外部空間部に、外部電解液往路配管との接続部及び外部電解液復路配管との接続部を有し、前記中空空間部は、前記内部配管に接続される、レドックスフロー電池の電池本体ユニットである。【００１０】
（３）本発明は、ナノ物質を含む電極と、イオン交換膜と、双極板とを備えた電池セルに、活物質を含む電解液を循環させて充放電を行うレドックスフロー電池の電池本体ユニットであって、外枠本体と、前記外枠本体の内部に設置される、前記電池セルと、前記電池セルに前記電解液を循環させる内部配管と、前記内部配管の経路の一部を構成する電解液交換部材と、を備え、前記電解液交換部材は、前記ナノ物質を透過させない中空糸構造を有するフィルタ部材によって中空空間部と前記フィルタ部材の外部空間部とに隔離されるとともに、前記外部空間部に、外部電解液往路配管との接続部及び外部電解液復路配管との接続部を有し、前記中空空間部は、前記内部配管に接続され、前記外部空間部は、電解液の入口側外部空間部と出口側外部空間部の２つの空間に区切られ、前記入口側外部空間部に、前記外部電解液往路配管との接続部を、前記出口側外部空間部に、前記外部電解液復路配管との接続部を有する、レドックスフロー電池の電池本体ユニットである。【００１１】
（４）本発明は、上記（３）に記載の電池本体ユニットにおいて、前記入口側外部空間部は、前記フィルタ部材によって隔離されておらず、前記外部電解液往路配管との接続部に、逆止弁を備える、レドックスフロー電池の電池本体ユニットであってもよい。【００１２】
（５）本発明は、前記電解液交換部材は、前記外部電解液往路配管との接続部及び前記外部電解液復路配管との接続部を、その側面に備える、上記（１）〜（４）のいずれかに記載のレドックスフロー電池の電池本体ユニットであってもよい。【００１３】
（６）本発明は、レドックスフロー電池から取り外して交換可能に構成される、上記（１）〜（５）のいずれかに記載のレドックスフロー電池の電池本体ユニットであってもよい。【００１４】
（７）本発明は、前記外枠本体と、前記電池セルと、前記内部配管と、前記電解液交換部材とが、一体的な構造体に形成される、上記（１）〜（６）のいずれかに記載のレドックスフロー電池の電池本体ユニットであってもよい。【００１５】
（８）本発明は、前記内部配管は、前記外枠本体に形成される、上記（１）〜（７）のいずれかに記載のレドックスフロー電池の電池本体ユニットであってもよい。【００１６】
（９）本発明は、前記ナノ物質は、炭素ナノ物質である、上記（１）〜（８）のいずれかに記載のレドックスフロー電池の電池本体ユニットであってもよい。【００１７】
（１０）本発明は、上記（１）〜（９）のいずれかに記載の電池本体ユニットと、電解液タンクと、前記外部電解液往路配管と、前記外部電解液復路配管とを備えて構成される、レドックスフロー電池である。【００１８】
（１１）本発明は、電池セル中にナノ物質を含む電極を有するレドックスフロー電池の運転方法であって、循環する電解液中にて前記電極から離脱したナノ物質の含有量を監視する工程を含むことを特徴とするレドックスフロー電池の運転方法である。【００１９】
（１２）本発明は、前記電解液中に、あらかじめ設定した含有量以上のナノ物質が検出された場合、前記レドックスフロー電池の運転を停止する工程を含んでもよい。【００２０】
（１３）本発明は、前記運転を停止した場合、前記電地セルを新たな電池セルに交換する工程を含んでもよい。【００２１】
（１４）本発明は、さらに、設定した含有量以上のナノ物質が検出された電解液を濾過する工程を含んでもよい。【００２２】
（１５）本発明は、さらに、設定した含有量以上のナノ物質が検出された電解液を交換する工程を含んでもよい。
（１６）本発明のレドックスフロー電池の運転方法は、上記（１）〜（９）のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池の電池本体ユニットまたは上記（１０）に記載のレドックスフロー電池に適用してもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、電池セルに循環させた電解液に、電極中からのナノ物質の流出に伴うレドックスフロー電池からのナノ物質の流出（の拡大）を防止することができるレドックスフロー電池の電池本体ユニット、及びこれを用いたレドックスフロー電池並びにレドックスフロー電池の運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態に係るレドックスフロー電池の電池本体ユニット及びレドックスフロー電池の構成の一例を示す構成図である。
【図２】第１の実施形態に係るレドックスフロー電池の要部構成を示す構成図である。
【図３】第２の実施形態に係るレドックスフロー電池の要部構成を示す構成図である。
【図４】第３の実施形態に係るレドックスフロー電池の要部構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を適用したレドックスフロー電池の電池本体ユニット、及びレドックスフロー電池の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。
【００２６】
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態に係るレドックスフロー電池の電池本体ユニット及びレドックスフロー電池の構成の一例を示す構成図である。図２は、第１の実施形態に係るレドックスフロー電池の要部構成を示す構成図である。本実施形態に係るレドックスフロー電池の電池本体ユニット１０は、図１に示されるように、ナノ物質を含む電極１と、イオン交換膜２と、双極板（図示せず）とを備えた電池セル３を備え、電池セル３に活物質を含む電解液を循環させて充放電を行う。そして、外枠本体４の内部に、電池セル３と、電池セル３に電解液を循環させる内部配管（内部電解液往路配管５、内部電解液復路配管６）と、内部配管の経路の一部を構成する電解液交換部材７とが設置される。
【００２７】
また、本実施形態に係るレドックスフロー電池１００は、図１に示されるように、電池本体ユニット１０と、電池本体ユニット１０に循環させる電解液を収容する電解液タンク１１と、電池本体ユニット１０と電解液タンク１１とを接続する外部配管（外部電解液往路配管１２、外部電解液復路配管１３）とを備える。なお、電解液タンク１１や外部配管（外部電解液往路配管１２、外部電解液復路配管１３）等は正極用と負極用に各１組ずつ備わっているが、以下の説明はどちらにも適用する。
【００２８】
上記構成の電池本体ユニット１０において、電解液は、送液ポンプ９を作動させることにより、内部電解液往路配管５、電池セル３、内部電解液復路配管６、後述する電解液交換部材７を循環する。一方、電解液タンク１１内の電解液は、送液ポンプ１４を作動させることにより、外部電解液往路配管１２を通して電池本体ユニット１０に送られ、外部電解液復路配管１３を介して電解液タンク１１内に戻され、電池本体ユニット１０内の電解液の更新が行われる。このように、レドックスフロー電池１００においては活物質を含む電解液を循環させながら、電池セル２内で充放電反応が行われ、電力の取出し又は貯蔵が行われる。図中矢印は、電解液の移動方向を示す。
【００２９】
なお、電解液の交換をスムーズ且つ効率的に行うため、内部循環用及び外部循環用に、それぞれ、送液ポンプ９及び送液ポンプ１４の２つの送液ポンプが設置されている。ここで、内部循環用の送液ポンプ９は、内部電解液復路配管６に設置してもよいが、復路に送液ポンプを設置すると、電池セル３内が減圧となり気泡が発生しやすくなり、また、往路に送液ポンプを設置する方が、効率よく安定的に送液することができることから、送液ポンプ９は、内部電解液往路配管５に設置するのが好ましい。外部循環用の送液ポンプ１４も、外部電解液復路配管１３に設置してもよいが、同様の理由によって、外部電解液往路配管１２に設置するのが好ましい。
【００３０】
また、図１に示す電池本体ユニット１０は、電池セル３が単体で設置されているが、電池セル３を最小単位として、これを複数枚積層した電池セルスタックと称される形態で使用される形態が一般的である。
【００３１】
ところで、電極１に含まれるナノ物質として、三次元の内の少なくとも一次元の大きさが１ｎｍ〜１０００ｎｍである、例えば、炭素、金属、及び酸化物等が挙げられ、これらからなるナノ物質は、それぞれ、炭素ナノ物質、金属ナノ物質、及び酸化物ナノ物質と呼ばれることがある。その中で、高電流密度を得る点から、炭素ナノ物質を含む電極が好ましく用いられる。炭素ナノ物質には、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノ粒子、炭素ナノウイスカー、炭素ナノロッド、カーボンナノフィラメント、カーボンナノコイル、及びグラフェン等が挙げられる。それらの中で、カーボンナノチューブが、良好な電池特性が得られる点でより好ましい。
【００３２】
これらナノメートルオーダーサイズのナノ物質は、充放電時の電解液の循環に伴って、電極から離脱し、電解液中に浮遊して循環している場合がある。これらナノ物質は、電池本体ユニット１０内に留まっている場合は問題ないが、特に、電池本体ユニットから電解液を電解液タンクへ戻す配管から電解液が漏れるような事態が発生した場合、電解液中に浮遊するナノ物質が外部に流出する恐れが生じる。しかしながら、上述のようにこのような異常な事態が発生した場合であっても、ナノ物質が外部に流出しないことが要求されており、安全性の点からその管理の強化が求められている。
【００３３】
そこで、本実施形態に係る電池本体ユニット１０においては、外枠本体４内に、内部配管（内部電解液往路配管５、内部電解液復路配管６）と、内部配管の経路の一部を構成する電解液交換部材７とが設置される。
【００３４】
そして、図２に示されるように、電解液交換部材７は、外部電解液往路配管１２との接続部７ａ、及び外部電解液復路配管１３との接続部７ｂを有し、接続部７aと７ｂに、前記ナノ物質を透過させないフィルタ部材８を備え、ナノ物質が外部に対して密閉系となることを特徴とする。
【００３５】
上記構成のレドックスフロー電池１００においては、電極１から離脱したナノ物質を含む電解液が電池本体ユニット１０内を循環する場合、逆流や電解液漏れ等異常が発生しても、離脱したナノ物質はフィルタ部材８によって、ユニット１０内に留まり、外部に流出することがない。
【００３６】
また、できるだけ電解液の流れを妨げずに逆流によるナノ物質が電池本体ユニット１０から外部に出漏するのを防止する点から、接続部７ａに、フィルタ部材８ではなく、逆止弁を設置してもよい。逆止弁によれば、外部電解液往路配管１２から電解液交換部材７に向けて移動する電解液の流れを妨げずに、逆流により接続部７ａからナノ物質を含む電解液が漏出するのを防止することができる。
【００３７】
ところで、電解液交換部材７の接続部７ｂにフィルタ部材８を備える場合、フィルタ部材８にナノ物質や電解液の析出物が詰まると、フィルタ部材８を通過するときに圧力損失が増大し、電池セル３と電解液タンク１１との間で電解液がスムーズに循環されにくい場合がある。そこで、電解液交換部材７は、以下に説明するように、フィルタ部材によって二つ空間部に構成されてもよい。
【００３８】
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態に係る電池本体ユニット及びレドックスフロー電池について詳細に説明する。図３は、第２の実施形態に係るレドックスフロー電池の要部構成を示す構成図である。以下、第１の実施形態と異なる特徴部について説明し、図中上述した部材と同一部材には同一符号を付し、説明を省略する。
【００３９】
第２の実施形態に係る電解液交換部材７Ａは、ナノ物質を透過させない中空系構造のフィルタ部材１５によって隔離された二つ空間部を有する。具体的には、電解液交換部材７Ａは、図３に示されるように、中空糸構造のフィルタ部材１５によって隔離された中空空間部７ｃとフィルタ部材の外部空間部７ｄと、を有する。中空空間部７ｃは内部配管（内部電解液往路配管５、内部電解液復路配管６）に接続されて内部配管の経路の一部を構成し、外部空間部７ｄは、外部電解液往路配管１２との接続部７ａ、及び外部電解液復路配管１３との接続部７ｂを有する。
【００４０】
上記構成の電池本体ユニット１０において、電解液は、送液ポンプ９を作動させることにより、内部電解液往路配管５、電池セル３、内部電解液復路配管６、中空空間部７ｃを循環する。一方で、電解液タンク１１内の電解液は、送液ポンプ１４を作動させることにより、外部電解液往路配管１２、外部空間部７ｄ、外部電解液復路配管１３を循環する。そして、電解液交換部材７Ａ内では、中空空間部７ｃと外部空間部７ｄとの間で、電解液の交換が適宜行われる。このとき、電池セル３から内部電解液復路配管６を介して中空空間部７ｃに戻された電解液にナノ物質が含まれていても、このナノ物質はフィルム部材１５によって中空空間部７ｃ側から外部空間部７ｄ側には移動できず、中空空間部７ｃ内に留められたまま循環することになり、ナノ物質は外部に対して密閉系となる。
【００４１】
このように構成される電解液交換部材７Ａにおいては、内部電解液往路配管５、電池セル３、内部電解液復路配管６、中空空間部７ｃを循環する電解液と、電解液タンク１１、外部電解液往路配管１２、外部空間部７ｄ、外部電解液復路配管１３を循環する電解液との間で、フィルタ部材１５を介して平衡反応により、自発的な活物質の交換がなされることになる。すなわち、送液ポンプ１４により強制的に電解液をフィルタ部材１５に送り込んでナノ物質を濾過する方式ではないため、フィルタ部材８の場合と比較して、ナノ物質による目詰まりがほとんどなくなる。したがって、長期にわたって電解液交換部材７Ａを取り換えることなく使用することができる。
【００４２】
＜第３の実施形態＞
以下、第３の実施形態に係る電池本体ユニット及びレドックスフロー電池について詳細に説明する。図４は、第３の実施形態に係るレドックスフロー電池の要部構成を示す構成図である。
【００４３】
第３の実施形態に係る電解液交換部材７Ｂは、フィルタ部材１５によって隔離される中空空間部７ｃとフィルタ部材の外部空間部７ｄとを備え、かつ外部空間部７ｄが仕切り板１６によって、電解液の入口側外部空間部７ｅと出口側外部空間部７ｆの二つの空間に区切られている。入口側外部空間部７ｅは、外部電解液往路配管１２との接続部７ａを有し、出口側外部空間部７ｆは外部電解液復路配管１３との接続部７ｂを有する。
【００４４】
第３の実施形態では、仕切り板１６によって、外部空間部７ｄが２つの空間（入口側外部空間部７ｅと出口側外部空間部７ｆ）に区切られているため、第２の実施形態の場合と異なり、電解液タンク１１から入口側外部空間部７ｅに供給された電解液が、出口側外部空間部７ｆに直接移動することがない。このような仕切り板１６を備える構成は、中空空間部７ｃと外部空間部７ｄとの差圧により、ナノ物質をフィルタ部材１５で濾過しながら電解液を循環させるシステムを構築できるため好適である。すなわち、第１の実施形態の場合と同様に、送液ポンプ１４により電解液が内部配管内に送り込まれるため、効率よく電解液を循環させることができる。また、第１の実施形態の場合と比較して、実質的にフィルタ部材の面積が増えるため、ナノ物質による目詰まりを各段に改善することができる。
【００４５】
なお、第３の実施形態に係る電解液交換部材７Ｂは、仕切り板１６によって電解液の入口側外部空間部７ｅ及び出口側外部空間部７ｆの二つの空間に区切られ、両方の空間部はフィルタ部材１５によって中空空間部と隔離されるが、出口側外部空間部のみフィルタ部材１５によって、中空空間部と隔離される構成であってもよい。この場合、入口側外部空間部は、中空空間部とフィルタ部材１５によって隔離されておらず、また、逆流によって接続部７ａからナノ物質を含む電解液が外部に漏出しないように、接続部７ａに逆止弁が設置されることが好ましい。第１の実施形態で説明したように、逆止弁によれば、外部電解液往路配管１２から電解液交換部材７Ｂに向けて移動する電解液の流れを妨げずに、逆流により接続部７ａからナノ物質を含む電解液が漏出するのを防止することができる。
【００４６】
第１乃至第３の実施形態における電池本体ユニット１０に備えられるフィルタ部材８、１５は、電解液に溶解した活物質や溶媒は透過させ、電解液に溶解しないナノ物質は透過させないものであれば、特に限定されない。フィルタ部材８、１５は、電極１に含まれるナノ物質のサイズにより、そのメッシュサイズが適宜選定されればよい。
【００４７】
また、電解液交換部材７、７Ａ、７Ｂ（以下、単に「電解液交換部材７」という。）は、外部電解液往路配管１２との接続部７ａ及び外部電解液復路配管１３との接続部７ｂを、その側面に備えることが好ましい。電解液交換部材７の側面に接続部７ａ、７ｂを備えることにより、電解液交換部材７を外枠本体４内に収容し、かつ外部電解液往路配管１２と外部電解液復路配管１３とを別体で構成することができ、ナノ物質を外部に対して密閉系としやすい。
【００４８】
また、フィルタ部材８、１５は、ナノ物質や電解液から析出した析出物が付着することがあるため、電池本体ユニットをレドックスフロー電池から容易に取り外して交換可能な構成とし、メンテナンス性の向上を図ることができる。また、電池本体ユニット自体を交換することにより、メンテナンス等によりナノ物質が外部に漏れる機会をなくすことができる。
【００４９】
さらに、ナノ物質を外部に対して密閉系とするためには、外枠本体４と、電池セル３と、内部配管（内部電解液往路配管５、内部電解液復路配管６）と、電解液交換部材７とが、一体的な構造体に形成されることが好ましい。具体的には、例えば、カーボン材料、セラミックス、金属等からなる強固な構造体である箱状の外枠本体４内に、電池セル３と、内部配管（内部電解液往路配管５、内部電解液復路配管６）と、電解液交換部材７とが組み込まれて一体的な構造体として形成されていてもよい。これにより、電池セルと内部配管から漏れが仮に生じたとしても、外枠本体４からの電解液の流出を確実に防止できる。また、電池本体ユニットは、一体的な構造体とすることにより、交換も容易となる。
【００５０】
さらに、ナノ物質を外部に対して密閉系とするためには、内部配管が外枠本体４に形成されてもよい。具体的には、外枠本体４内に内部配管に相当する空間が形成されてもよい。これにより、内部配管に破損等が生じにくく、外枠本体４からの電解液の流出を確実に防止できる。
【００５１】
＜第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態として、レドックスフロー電池の運転方法について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００５２】
一般に、レドックスフロー電池は、１つの電池セル中に、電極（正極および負極）および隔膜を有し、正極に正極電解液を供給し、負極電極に負極電解液を供給し、充放電を行う。一般に、このようなセルが複数積層された積層セルとなっていることが多い。電極には、高比表面積を得やすく高電流密度が得られることなどから、ナノ物質が使用される。隔膜としては、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）などのイオン交換膜が好ましく使用される。電解液としてはバナジウムイオンを含む硫酸溶液が用いられることが多い。
【００５３】
本実施形態は、電池セル中にナノ物質を含む電極を有するレドックスフロー電池の運転方法であって、該電極に循環する電解液中のナノ物質の含有量を監視する工程を含む。
【００５４】
前記ナノ物質は、通常、電極中に留まっているものであるが、電極の損傷など何らかの原因で電極中から漏れ出すと電解液中に分散する。そのため、前記監視する工程は、好ましくは定期的に、電解液中のナノ物質を分析することにより行う。前記分析の間隔は、ナノ物質の漏れ出しやすさなど電極の特性に合わせて、通常時は、１か月、１週間あるいは１日などに設定すればよい。もし、ナノ物質の漏れが疑われるときは、より短い間隔（例えば、１時間おき）で分析してもよい。
【００５５】
前記分析方法としては、比較的ナノ物質の種類によらない方法として、電解液を濾過して濾過残渣を電子顕微鏡観察して前記ナノ物質又はその破片の有無を確認する方法が挙げられる。より具体的には、例えば、電解液１Ｌを直径２ｃｍの孔径０．０５μｍのメンブレインフィルターで濾過し、そのフィルタ上を走査電子顕微鏡により１０万倍の倍率で１μｍ四方の範囲を１０か所観察し、前記ナノ物質又はその破片の有無を確認する。含有量は、前記１０カ所で認められたナノ物質とその破片との合計個数で評価してもよい。
前記分析方法の他、わずかな漏洩も検出できるようにナノ物質の種類に合わせたより高感度な分析方法を採用することが好ましい。
【００５６】
前記分析値が、あらかじめ設定した電解液中のナノ物質の含有量以上となったとき、ナノ物質が検出されたと判断する。前記あらかじめ設定した含有量の値は、出来るだけ小さく、かつ、正常な状態（ナノ物質が漏洩していない状態）の分析値（バクグラウンドの分析値）より有意に高い値を設定することが好ましい。
【００５７】
本実施の形態は、前記電解液中に、前記設定した含有量以上のナノ物質が検出された場合、前記レドックスフロー電池の運転を停止する工程を含んでもよい。運転を停止することにより、さらにナノ物質が電解液中に漏れ出すことを防ぐことができる。
【００５８】
前記運転を停止した場合、本実施の形態は、前記電地セルを新たな電池セルに交換する工程を含むことが好ましい。前記電地セルが積層されている場合は、ナノ物質が飛散するリスクを低減するため積層セルを分解することを避け、当該積層セルごと交換することがより好ましい。また、交換の際には、電解液のわずかな漏れや飛散を防ぐためにセルへの電解液の入り口や出口を密閉して行うことがさらに好ましい。
【００５９】
レドックスフロー電池の電極は、ナノ物質の濾過材になり得るカーボンペーパーなどが使用されることがあり、このような場合は、前記セルの交換後に、ナノ物質が検出された電解液を継続して使用することもできるが、より確実にナノ物質の漏洩や飛散を防ぐために、ナノ物質が検出された電解液は、濾過して該電解液中からナノ物質を取り除くか、あるいは、新たな電解液に交換することが好ましい。
【００６０】
なお、第４の実施形態のレドックスフロー電池の運転方法は、上述した第１〜第３の実施形態に記載されている電池本体ユニット及びレドックスフロー電池に適用することができる。これによって、さらに確実にナノ物質の（特に電池本体ユニットの外部への）漏れ出しを有効に防止することが可能になる。
【符号の説明】
【００６１】
１  電極
２  イオン交換膜
３  電池セル
４  外枠本体
５  内部配管（内部電解液往路配管）
６  内部配管（内部電解液復路配管）
７、７Ａ、７Ｂ  電解液交換部材
８  フィルタ部材
９  送液ポンプ
１０  電池本体ユニット
１１  電解液タンク
１２  外部電解液往路配管
１３  外部電解液復路配管
１４  送液ポンプ
１５  フィルタ部材
１６  仕切り板
７ａ  電解液交換部材の、外部電解液往路配管との接続部
７ｂ  電解液交換部材の、外部電解液復路配管との接続部
７ｃ  中空空間部
７ｄ  外部空間部
７ｅ  入口側外部空間部
７ｆ  出口側外部空間部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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