(57)【要約】【課題】セル内部からの液漏れを防止し、高電圧化が可能なフロー電池を提供する。【解決手段】複数のセルの集合体であるセル集合体を一つの層として積層したフロー電池であって、セルは、正極に接続される正極面と、負極に接続され正極面と反対側に位置する負極面とを有する。また、セル集合体は、セルが同一層内に並べて配置されるとともに、電気的に直列に接続されるセルが正極面と負極面とが交互になるように配置され、隣接する他のセル集合体と電気的に直列に接続される。【選択図】図１
2018006038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルの集合体であるセル集合体を一つの層として積層したフロー電池であって、
前記セルは、
正極に接続される正極面と、負極に接続され前記正極面と反対側に位置する負極面とを有し、
前記セル集合体は、
前記セルが同一層内に並べて配置されるとともに、電気的に直列に接続される前記セルが前記正極面と前記負極面とが交互になるように配置され、隣接する他の前記セル集合体と電気的に直列に接続されること
を特徴とするフロー電池。
【請求項２】
前記セル集合体は、
前記セルが前記同一層内にマトリックス状に並べて配置されるとともに、一筆書き状に電気的に接続されること
を特徴とする請求項１に記載のフロー電池。
【請求項３】
前記セル集合体は、
絶縁板を介して積層されており、前記絶縁板の一部を貫通するように設けられる貫通部を経由して前記隣接する他の前記セル集合体と電気的に直列に接続されること
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４】
前記セル集合体は、
前記セルを収容する枠体をさらに有し、
前記枠体は、
前記セルに対して電解液を循環させる流路を内部に有すること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のフロー電池。
【請求項５】
前記電解液を貯蔵するタンクをさらに備え、
前記枠体は、
前記流路を前記隣接する他の前記セル集合体の前記流路と連通させる連通部を有し、
前記タンクは、
少なくとも１つの前記セル集合体に接続されること
を特徴とする請求項４に記載のフロー電池。
【請求項６】
前記電解液を貯蔵するタンクをさらに備え、
前記タンクは、
すべての前記セル集合体にそれぞれ接続されること
を特徴とする請求項４に記載のフロー電池。
【請求項７】
前記タンクは、
積層された前記セル集合体に隣接するように配置されるとともに、それぞれの前記セル集合体に対応する部位毎に内部が分割されること
を特徴とする請求項６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、正極板と、セパレータと、負極板とが積層して構成されたセルを、さらに複数個積層して、各セルを直列に接続したフロー電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３２５９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のフロー電池のように、各セルを積層して直列に接続した場合、高電圧化が困難であるという問題がある。
【０００５】
例えば、フロー電池全体として１セルの百倍の電圧が求められた場合、従来のフロー電池ではセルを１００個積層して構成する必要がある。しかしながら、セルを１００個積層し、それらを両側からエンドプレートで挟み込んで構成した場合、すべてのセルを確実に押さえつけることは困難である。したがって、押圧力が十分でないセルの内部から電解液が液漏れしてしまうことになる。
【０００６】
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、セル内部からの液漏れを防止し、高電圧化が可能な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】
【０００７】
実施形態の一態様に係るフロー電池は、複数のセルの集合体であるセル集合体を一つの層として積層したフロー電池であって、前記セルは、正極に接続される正極面と、負極に接続され前記正極面と反対側に位置する負極面とを有する。また、前記セル集合体は、前記セルが同一層内に並べて配置されるとともに、電気的に直列に接続される前記セルが前記正極面と前記負極面とが交互になるように配置され、隣接する他の前記セル集合体と電気的に直列に接続される。
【発明の効果】
【０００８】
実施形態の一態様によれば、セル内部からの液漏れを防止し、高電圧化が可能なフロー電池が提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態に係るフロー電池のセル構成を示す概要斜視図である。
【図２】図２は、実施形態に係るフロー電池のセルの内部構造を示す断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施形態に係るフロー電池におけるセル集合体の１段目の電気的接続を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施形態に係るフロー電池におけるセル集合体の２段目の電気的接続を示す平面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、実施形態に係るフロー電池におけるセル集合体の３段目の電気的接続を示す平面図である。
【図４】図４は、実施形態に係るフロー電池全体の電気的接続を示す概要図である。
【図５】図５は、実施形態に係るフロー電池全体の流路構成を示す概要斜視図である。
【図６Ａ】図６Ａは、実施形態に係るフロー電池におけるセル集合体の流路構成を示す概要平面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａに示すＡ−Ａ線の矢視断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６Ａに示すＢ−Ｂ線の矢視断面図である。
【図７】図７は、実施形態の変形例に係るフロー電池全体の流路構成を示す概要斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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について説明する。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。
【００１１】
図１は、実施形態に係るフロー電池のセル構成を示す概要斜視図である。なお、図１では、説明をわかりやすくする観点から、電解液が流れる流路や各セルを電気的に接続する配線の省略および簡素化を行っている。
【００１２】
実施形態に係るフロー電池１は、複数のセル３の集合体であるセル集合体２が積層されている。例えば、図１に示すフロー電池１では、１個のセル集合体２にセル３が９個並べられ、さらにセル集合体２が３層に積層されている。しかしながら、１個のセル集合体２に設けられるセル３の数や、セル集合体２の積層数については、上記に限られない。
【００１３】
なお、以下においては、説明をわかりやすくする観点から、セル集合体２の積層方向（Ｚ軸正負方向）を「上下方向」とする。また、電解液が貯蔵されるタンク４の設置方向（Ｙ軸正方向）を「左方向」として、その逆方向（Ｙ軸負方向）を「右方向」とする。さらに、「上下方向」と「左右方向」の双方に直交する方向（Ｘ軸正負方向）を「前後方向」とする。
【００１４】
ここで、セル３には、一方の端面に正極面１０が設けられ、正極面と反対側の端面に負極面１１が設けられている。さらに、セル集合体２の内部において、電気的に直列に接続されるセル３同士で正極面１０と負極面１１とが交互になるように、すなわち上下方向から見て正極面１０と負極面１１とが交互に目視できるように配列されている。
【００１５】
そして、それぞれのセル集合体２の内部では、すべてのセル３が電気的に直列に接続されている。例えば、図１に示すセル集合体２では、セル３が９個直列に接続されている。
【００１６】
さらに、フロー電池１においては、隣接するセル集合体２同士が電気的に直列に接続されている。例えば、図１に示すフロー電池１では、３個のセル集合体２が直列に接続されていることから、フロー電池１全体でセル３は９×３＝２７個直列に接続されている。
【００１７】
すなわち、実施形態に係るフロー電池１では、セル集合体２の積層数よりも多数のセル３を直列に接続することができる。したがって、積層されるセル集合体２を上下方向（Ｚ軸方向）からエンドプレート（不図示）で挟み込んだ場合に、セル３の内部から電解液が液漏れすることなく、高電圧化が可能なフロー電池が実現できる。
【００１８】
なお、フロー電池１においては、積層されるセル集合体２を上下方向からエンドプレートで挟み込んで支持してもよいし、エンドプレート以外の手段を用いて支持してもよい。
【００１９】
以下、実施形態に係るフロー電池１の詳細について図２等を用いて説明する。
【００２０】
図２は、セル３の内部構造を示す断面図である。セル３は、正極用集電板１４と、正極用フレーム１５と、セパレータ１６と、負極用フレーム１７と、負極用集電板１８とが順に積層されて構成されている。
【００２１】
ここで、セル３には、正極用集電板１４と、正極用フレーム１５と、セパレータ１６とに囲まれるように正極室３ａが設けられ、かかる正極室３ａ内の正極用集電板１４の面上に正極１２が設けられている。また、正極１２が配置される面と反対側の面に正極面１０が設けられている。
【００２２】
同様に、セル３には、セパレータ１６と、負極用フレーム１７と、負極用集電板１８とに囲まれるように負極室３ｂが設けられ、かかる負極室３ｂ内の負極用集電板１８の面上に負極１３が設けられている。また、負極１３が配置される面と反対側の面に負極面１１が設けられている。
【００２３】
さらに、フロー電池１内で循環する電解液を負極室３ｂ内に供給する供給口１９ａと、負極室３ｂ内から排出する排出口１９ｂとが、負極用フレーム１７のそれぞれ向かい合う位置に設けられている。
【００２４】
以下に、セル３を構成する各部材について、より詳細に説明する。
【００２５】
正極１２は、負極活物質である亜鉛よりも貴な電位の物質が活物質として使用される。正極１２には、一次電池や二次電池で通常用いられるものを用いることができ、例えばオキシ水酸化ニッケル、水酸化ニッケル、コバルト含有水酸化ニッケル等のニッケル含有化合物、二酸化マンガン等のマンガン含有化合物などを用いることができる。
【００２６】
ここで、正極１２には、黒鉛やカーボンブラック、導電性樹脂などを含んでもよい。上述のうち電解液が分解される酸化還元電位の観点から、正極１２はニッケルを含むことが好ましい。
【００２７】
負極１３は、ステンレスやＣｕなどの導電体の表面をＮｉやＳｎで被覆して構成することができる。負極１３には、例えば銅板などの金属板、または銅板上に無電解めっきにてニッケルがめっき処理されたものを使用できる。
【００２８】
さらに充電をスムーズに進めるために、ニッケルめっき上に亜鉛めっきしたものを用いることも出来る。このような負極１３を使用した場合は、充電によって負極１３の表面に負極活物質である亜鉛種が析出し、放電によって亜鉛種が電解液に溶出する。
【００２９】
正極用集電板１４および負極用集電板１８は、銅やアルミニウムなどの導電体で構成されている。また、正極用フレーム１５および負極用フレーム１７は、塩化ビニルなどの絶縁性の樹脂で構成されている。
【００３０】
セパレータ１６は、電極反応に関するイオンを伝導するものであるが、金属Ｚｎは透過しないように緻密質に構成されているほうがよい。ここで、緻密質とは、アルキメデス法で算出して、９０％以上の相対密度を有するものが好ましく、より好ましくは９２％以上、さらに好ましくは９５％以上であるが、亜鉛デンドライトの貫通を防止する程度に緻密で硬いものであればこれに限定されない。
【００３１】
セパレータ１６は、陰イオン伝導性材料を用いて形成されるものが好ましい。かかる陰イオン伝導性材料は、固体高分子型陰イオン伝導材料であり、例えば、ポリマーと、周期表の第１族〜第１７族から選ばれる少なくとも１種の元素を含有する化合物とを含む。また、かかる化合物は、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ばれる少なくとも１つの化合物であればよい。
【００３２】
陰イオン伝導性材料は、電池反応に関与する水酸化物イオン等の陰イオンは透過しやすく、陰イオンであってもイオン半径の大きな金属イオンの拡散は十分防止することができる。ここで「陰イオン伝導性」とは、水酸化物イオン等のイオン半径の小さな陰イオンを十分に透過すること、または、かかる陰イオンの透過性能を意味する。金属イオン等のイオン半径の大きな陰イオンは、より透過しにくいものであり、全く透過しなくても構わない。
【００３３】
陰イオン伝導性材料は、電池反応に関与する陰イオンを選択的に透過し、イオン半径の大きな金属イオンを選択的に透過しにくくすることが可能である。例えば、負極活物質に亜鉛を用いる場合は、電荷キャリアの水酸化物イオン等の陰イオンは透過しやすく、Ｚｎ（ＯＨ）42-等の金属イオンは透過しにくいため、優れた電池性能を保持したまま、亜鉛デンドライトによる短絡を防止してサイクル寿命を長くする効果を発揮する。また、上述の陰イオン伝導性材料は、場合によっては、イオン半径の比較的小さなＬｉ、Ｎａイオンを透過させることも可能である。
【００３４】
ここで、陰イオン伝導性材料は、有機ヒドロゲルのような三次元構造を持つゲル状であってもよい。さらに、陰イオン伝導性材料は、本発明の効果を発揮できる限り、その表面や内部に空孔を有するものであってもよく、空孔を有さないものであってもよい。
【００３５】
例えば、陰イオン伝導性を向上させる観点からは、陰イオン伝導性材料は、空孔を有することが好ましい場合がある。また、金属イオンの拡散をより抑える観点からは、陰イオン伝導性材料は、空孔を有さないことが好ましい場合がある。
【００３６】
以下、実施形態に係る陰イオン伝導性材料に含まれるものとして、ポリマーおよび化合物について順に説明する。
【００３７】
ここで、ポリマーには、一次電池や二次電池で通常用いられるものを用いることができ、例えば、ポリプロピレンやポリエチレンなどの炭化水素部位含有ポリマー、ポリスチレンなどの芳香族基含有ポリマー、アルキレングリコールなどのエーテル基含有ポリマー、ポリビニルアルコールなどの水酸基含有ポリマー、ポリアミドなどのアミド基含有ポリマーなどを用いることができる。
【００３８】
また、化合物のうち、酸化物としては、酸素欠陥を有しイオン伝導性を示す酸化セリウム、酸化ジルコニウムなどを用いることができる。また、酸化物としては、例えば、酸化セリウムに酸化サマリウムや酸化ガドリニウム、酸化ビスマスなどの金属酸化物がドープされたものや、酸化セリウムと酸化ジルコニウムなどの金属酸化物との固溶体であってもよい。
【００３９】
さらに、化合物のうち、水酸化物としては、例えば、水酸化セリウム、水酸化ジルコニウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムやそれらの層状複水酸化物が好ましい。なお、ここで「水酸化物」とは、層状複水酸化物以外の水酸化物を言う。
【００４０】
また、層状複水酸化物としては、例えば、ハイドロタルサイトが好ましい。かかる層状複水酸化物を用いることにより、陰イオン伝導性材料の陰イオン伝導性を際立って優れたものとすることができる。
【００４１】
なお、陰イオン伝導性材料としてハイドロタルサイトを用いた場合には、層間にアニオン伝導層が形成され、また層状化合物間のサイズによりイオンの選択的透過機能を有することで、選択的に陰イオンを透過させることができる。
【００４２】
ここで、実施形態に係るセパレータ１６として、有機材料であるポリマーと化合物とで構成される例について示したが、セパレータ１６の構成はこれに限られない。例えば、セパレータ１６を無機材料で構成してもよい。フロー電池１（図１参照）において、セパレータ１６が電極反応に関するイオンを伝導すると共に、金属Ｚｎは透過しないような緻密質で構成されていればよい。
【００４３】
フロー電池１においてセル３内を循環する電解液は、Ｚｎを含有するアルカリ水溶液で、Ｚｎは金属イオンＺｎ（ＯＨ）42-として存在し、アルカリ水溶液としては、例えば、Ｋ+、ＯＨ―などを含む水溶液を用いることができる。
【００４４】
さらに、フロー電池１においては、タンク４（図１参照）内に負極活物質を沈殿させて、負極活物質を飽和させたアルカリ水溶液を電解液として用いることができる。そして、タンク４内に沈殿させる負極活物質としては、例えば、粉末状の酸化亜鉛を用いることができる。なお、タンク４から各セル３に電解液を循環させる流路の詳細については、図５等で後述する。
【００４５】
以上のように構成されるセル３において、充電時の化学反応は、以下のようになる。
正極：Ｎｉ（ＯＨ）2＋ＯＨ-→ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-
負極：Ｚｎ（ＯＨ）42-＋２ｅ-→Ｚｎ＋４ＯＨ-
【００４６】
次に、フロー電池１における各セル集合体２の電気的接続状態について、図３Ａ〜図３Ｃを参照して説明する。なお、図３Ａ〜図３Ｃでは、説明をわかりやすくする観点から、電解液が流れる流路については省略している。
【００４７】
また、以下の説明においては、３層に積層したセル集合体２のうち、上部のセル集合体を２ａと呼称し、中央部のセル集合体を２ｂと呼称し、下部のセル集合体を２ｃと呼称する場合がある。
【００４８】
上部のセル集合体２ａには、図３Ａに示すように、正極面１０が上側に向けられるセル３と、負極面１１が上側に向けられるセル３とがマトリックス状に交互に並べられている。また、後方左側（Ｘ軸負側、Ｙ軸正側）のセル３の正極面１０には、フロー電池１の正極端子に対応する正極用取出部２０が設けられている。
【００４９】
ここで、後方左側のセル３の負極面１１（不図示）と、隣接する中央左側（Ｘ軸中央側、Ｙ軸正側）のセル３の正極面１０（不図示）とは、下側（Ｚ軸負側）に位置する双極板２２で電気的に接続されている。さらに、中央左側のセル３の負極面１１と、隣接する前方左側（Ｘ軸正側、Ｙ軸正側）のセル３の正極面１０は、上側（Ｚ軸正側）に位置する双極板２２で電気的に接続されている。
【００５０】
このように、セル集合体２ａにおいては、正極用取出部２０を起点として、左側（Ｙ軸正側）に並べられるセル３が直列に接続されている。さらに、双極板２２による上述の電気的接続が、図３Ａに示すように、マトリックス状に並べられる９個のセル３のすべてで行われることにより、すべてのセル３が逆Ｓ字の一筆書き状に直列に接続されている。
【００５１】
かかる一筆書き状の接続により、複数のセル３を省スペースで直列に接続することができることから、フロー電池１の高密度化が可能となる。
【００５２】
なお、図３Ａ〜図３Ｃにおいては、理解を容易にする観点から、セル３に比べて幅の狭い双極板２２を用いて隣接するセル３同士を接続している。しかしながら、双極板２２の幅はこれに限られず、例えばセル３の幅と同程度の幅であってもよい。
【００５３】
そして、セル集合体２ａにおける直列接続の終点である前方右側（Ｘ軸正側、Ｙ軸負側）のセル３は、その下側（Ｚ軸負側）に隣接する図３Ｂに示すセル集合体２ｂにおける前方右側のセル３と直列に接続されている。これにより、隣接するセル集合体２ａとセル集合体２ｂとは、電気的に直列に接続されている。
【００５４】
また同様に、中央部のセル集合体２ｂにおいても、前方右側のセル３を起点として、並べられるすべてのセル３が逆Ｓ字の一筆書き状に直列に接続されている。そして、終点である後方左側のセル３と、その下側に隣接する図３Ｃに示すセル集合体２ｃにおける後方左側のセル３と直列に接続されている。
【００５５】
さらに同様に、下部のセル集合体２ｃにおいても、後方左側のセル３を起点として、並べられるすべてのセル３が逆Ｓ字の一筆書き状に直列に接続されている。そして、終点である前方右側のセル３の負極面１１（不図示）に、フロー電池１の負極端子に対応する負極用取出部２１が設けられている。
【００５６】
次に、フロー電池１全体における上述の電気的接続状態を模式的に示した図４について説明する。セル集合体２ａ〜２ｃにおいては、正極面１０と負極面１１（図１参照）とが交互に並べられるすべてのセル３が、双極板２２により直列に接続されている。
【００５７】
さらに、セル集合体２ａ〜２ｃは、樹脂などで構成される絶縁板２３を介して積層されているとともに、かかる絶縁板２３を貫通するように設けられる導電性の貫通部２４を経由して、積層するセル集合体２ａ〜２ｃはそれぞれ直列に接続されている。
【００５８】
かかる絶縁板２３および貫通部２４により、多層に積層されるセル集合体２ａ〜２ｃにおいて、すべてのセル３を高い信頼性で直列に接続することができる。
【００５９】
続いて、フロー電池１における電解液の流路構成について図５等を用いて説明する。図５は、フロー電池１全体の流路構成を概略的に示したものである。なお、図５では、説明をわかりやすくする観点から、流路以外の構成の省略および簡素化を行っている。
【００６０】
図５に示すように、フロー電池１においては、タンク４に貯蔵される電解液を、１個のマニホールド３０を用いてすべてのセル３（図１参照）に循環させている。
【００６１】
具体的には、マニホールド３０は、タンク４から順に、供給部３０ａと、積層連通部３０ｂと、直並列部３０ｃと、積層連通部３０ｄと、排出部３０ｅとで構成される。供給部３０ａは、タンク４と積層連通部３０ｂとの間を接続する部位であり、電解液は供給部３０ａを通って各セル集合体２に供給される。
【００６２】
また、供給部３０ａには図示しないポンプが設けられ、かかるポンプにより電解液をマニホールド３０全体に循環させている。なお、電解液を循環させる手段はポンプに限られない。
【００６３】
積層連通部３０ｂと積層連通部３０ｄとは、それぞれセル集合体２の枠体５（図６Ａ〜図６Ｃ参照）の内部に設けられ、積層方向（Ｚ軸方向）に沿ってすべてのセル集合体２を連通するように設けられる部位である。
【００６４】
かかる積層連通部３０ｂと３０ｄとにより、タンク４に貯蔵される電解液を、１個のポンプを用いてフロー電池１内のすべてのセル集合体２に供給することができる。したがって、電解液を循環させるために必要となるポンプの数を最小限に抑えることができることから、フロー電池１全体のコストを低減することができる。
【００６５】
また、かかる積層連通部３０ｂと積層連通部３０ｄとの間を接続する直並列部３０ｃは、それぞれのセル集合体２の枠体５に個別に設けられ、セル集合体２内のすべてのセル３を直並列に接続する部位である。そして、排出部３０ｅは、積層連通部３０ｄとタンク４との間を接続する部位である。
【００６６】
なお、フロー電池１におけるマニホールド３０の構成は、図５の記載に限られない。例えば、供給部３０ａと、排出部３０ｅとはいずれも積層されるセル集合体２の上部に設けられているが、積層されるセル集合体２の下部に設けてもよいし、中央部に設けてもよい。また、供給部３０ａと、排出部３０ｅとをそれぞれ異なる高さに設けてもよい。
【００６７】
次に、マニホールド３０を形成するセル集合体２の内部流路の具体的な構成について、図６Ａ〜図６Ｃを用いて説明する。なお、図６Ａ〜図６Ｃでは、説明をわかりやすくする観点から、セル３に電気的に接続される配線については省略している。
【００６８】
セル集合体２において、積層連通部３０ｂの一部である連通部３０ｂａと、直並列部３０ｃと、積層連通部３０ｄの一部である連通部３０ｄａとは、樹脂製の枠体５の内部を掘り込むように形成される。枠体５にはまた、各セル３をそれぞれ収容可能な収容部が設けられており、かかる収容部にセル３を収容することにより、セル３の負極室３ｂに設けられる供給口１９ａおよび排出口１９ｂ（図２参照）と、直並列部３０ｃとが接続される。
【００６９】
これにより、セル集合体２内の流路用のすべての配管を一つ一つ設置することなく、セル３を枠体５の収容部に収容するだけでセル集合体２内の流路を形成することができる。したがって、フロー電池１の製造コストを低減することができる。
【００７０】
さらに、枠体５を積層方向（Ｚ軸方向）に貫通するように形成される連通部３０ｂａおよび連通部３０ｄａを、枠体５の所定の位置に設けることにより、積層方向（Ｚ軸方向）にそれぞれ連通する積層連通部３０ｂおよび積層連通部３０ｄ（図５参照）を形成することができる。
【００７１】
なお、マニホールド３０（図５参照）における積層連通部３０ｂ、３０ｄは、セル集合体２の間に配置される絶縁板２３（図４参照）も貫通するように設けられる。さらに、枠体５に設けられる連通部３０ｂａ、３０ｄａのうち、マニホールド３０を構成するその他の部位と接続されていない部分（例えば、図５の場合は積層連通部３０ｂ、３０ｄの下端に対応する部分）はすべて塞がれている。
【００７２】
また、図６Ａに示すように、直並列部３０ｃは、前後方向（Ｘ軸方向）に沿って隣接するセル３同士を直列に接続するとともに、かかる直列接続されるセル３をそれぞれ並列に接続している。このように、並列する流路の一部に直列接続される箇所を設けることにより、流路を並列接続する際に問題となるいわゆる「シャントロス」を低減することができる。
【００７３】
さらに、図６Ｂおよび図６Ｃに示すように、直並列部３０ｃのうち、前後方向（Ｘ軸方向）に沿ってセル３を直列に接続する部分は、左右方向（Ｙ軸方向）から見た場合、上下方向（Ｚ軸方向）に蛇行するように前後方向に延伸している。このように、直並列部３０ｃの一部を蛇行させて設けることにより、上下に交互に配置されるセル３の負極室３ｂに、電解液をスムーズに循環させることができる。
【００７４】
続いて、実施形態に係るフロー電池１の変形例について図７を用いて説明する。変形例に係るフロー電池１Ａは、フロー電池１とは流路構成のみが異なることから、共通の構成については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。また、図７は、実施形態の図５に対応する概要斜視図である。
【００７５】
フロー電池１Ａにおいては、各セル集合体２ａ〜２ｃにそれぞれ対応するマニホールド３１ａ〜３１ｃを用いて、タンク４からすべてのセル３（図１参照）に電解液を循環させている。すなわち、マニホールド３１ａ〜３１ｃはすべてのセル集合体２ａ〜２ｃにそれぞれ接続され、それぞれのセル集合体２ａ〜２ｃに個別に電解液の流路が形成されている。これにより、上述のいわゆる「シャントロス」を低減することができる。
【００７６】
また、フロー電池１Ａにおいては、積層されるセル集合体２ａ〜２ｃに隣接するように配置されるタンク４をそれぞれタンク４ａ〜４ｃに上下方向に分割するとともに、かかるタンク４ａ〜４ｃからそれぞれマニホールド３１ａ〜３１ｃに電解液を供給してもよい。
【００７７】
これにより、セル集合体２ａ〜２ｃ毎に内部が分割されるタンク４ａ〜４ｃから、短い流路長で電解液を循環させることができることから、いわゆる「シャントロス」をさらに低減することができる。
【００７８】
なお、フロー電池１Ａにおいて、マニホールド３１ａ〜３１ｃにはそれぞれ図示しないポンプが設けられている。一方で、電解液を循環させる手段はポンプに限られない。
【００７９】
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、上述の実施形態においては、電解液を負極室３ｂのみに供給するように構成されるフロー電池１、１Ａを示したが、さらに電解液を負極室３ｂのみならず正極室３ａにも供給するように構成しても良い。
【００８０】
この場合は、フロー電池１、１Ａに正極用電解液を貯蔵するタンクをさらに追加して、すべてのセル３の正極室３ａに正極用電解液が循環できるように構成すればよい。
【００８１】
また、フロー電池１、１Ａがいわゆる「レドックスフロー電池」として機能するように構成してもよい。そして、レドックスフロー電池を構成する場合の正極用電解液の流路は、枠体５の内部のデッドスペースに設ければよい。この場合、図６Ｂ等に示した蛇行するように設けられる直並列部３０ｃは、左右方向（Ｙ軸方向）から見た場合に、正極用の流路と負極用の流路とで互いに交差するように設ければよい。
【００８２】
以上のように、実施形態に係るフロー電池１（１Ａ）は、複数のセル３の集合体であるセル集合体２（２ａ〜２ｃ）を一つの層として積層したフロー電池であって、セル３は、正極１２に接続される正極面１０と、負極１３に接続され正極面１０と反対側に位置する負極面１１とを有する。また、セル集合体２（２ａ〜２ｃ）は、セル３が同一層内に並べて配置されるとともに、電気的に直列に接続されるセル３が正極面１０と負極面１１とが交互になるように配置され、隣接する他のセル集合体２（２ａ〜２ｃ）と電気的に直列に接続される。これにより、セル集合体２の積層数を少なくして確実に締め付け固定でき、セル３の内部から電解液が液漏れすることなく、高電圧化が可能なフロー電池１（１Ａ）を実現できる。
【００８３】
また、実施形態に係るフロー電池１（１Ａ）において、セル集合体２（２ａ〜２ｃ）は、セル３が同一層内にマトリックス状に並べて配置されるとともに、一筆書き状に電気的に接続される。これにより、フロー電池１（１Ａ）の高密度化が可能となる。
【００８４】
また、実施形態に係るフロー電池１（１Ａ）において、セル集合体２（２ａ〜２ｃ）は、絶縁板２３を介して積層されており、絶縁板２３の一部を貫通するように設けられる貫通部２４を経由して隣接する他のセル集合体２（２ａ〜２ｃ）と電気的に直列に接続される。これにより、多層に積層されるセル集合体２（２ａ〜２ｃ）において、すべてのセル３を高い信頼性で直列に接続することができる。
【００８５】
また、実施形態に係るフロー電池１（１Ａ）において、セル集合体２（２ａ〜２ｃ）は、セル３を収容する枠体５をさらに有する。また、枠体５は、セル３に対して電解液を循環させる流路（連通部３０ｂａ、直並列部３０ｃ、連通部３０ｄａ）を内部に有する。これにより、フロー電池１（１Ａ）の製造コストを低減することができる。
【００８６】
また、実施形態に係るフロー電池１は、電解液を貯蔵するタンク４をさらに備える。また、枠体５は、流路を隣接する他のセル集合体２（２ａ〜２ｃ）の流路と連通させる連通部３０ｂａ（３０ｄａ）を有する。さらに、タンク４は、少なくとも１つのセル集合体２（２ａ〜２ｃ）に接続される。これにより、フロー電池１全体のコストを低減することができる。
【００８７】
また、実施形態に係るフロー電池１Ａは、電解液を貯蔵するタンク４をさらに備える。また、タンク４は、すべてのセル集合体２ａ〜２ｃにそれぞれ接続される。これにより、電解液を循環させる際のシャントロスを低減することができる。
【００８８】
また、実施形態に係るフロー電池１Ａにおいて、タンク４は、積層されたセル集合体２ａ〜２ｃに隣接するように配置されるとともに、それぞれのセル集合体２ａ〜２ｃに対応する部位毎に内部が分割される（タンク４ａ〜４ｃ）。これにより、電解液を循環させる際のシャントロスをさらに低減することができる。
【００８９】
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】
【００９０】
１、１Ａ  フロー電池
２    セル集合体
３    セル
４、４ａ〜４ｃ  タンク
５    枠体
１０  正極面
１１  負極面
１２  正極
１３  負極
２０  正極用取出部
２１  負極用取出部
２２  双極板
２３  絶縁板
２４  貫通部
３０、３１ａ〜３１ｃ  マニホールド
３０ａ  供給部
３０ｂ、３０ｄ  積層連通部
３０ｂａ、３０ｄａ  連通部
３０ｃ  直並列部
３０ｅ  排出部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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