(57)【要約】【課題】電解液の液漏れを抑制することのできるフロー電池を提供することを目的とする。【解決手段】実施形態に係るフロー電池は、第１極室と、第２極室と、隔膜とを備える。第１極室は、第１電極を収容する。第２極室は、第２電極を収容する。隔膜は、第１電極と第２電極との間に配置される。第１電極は、電解液透過性を有する第１多孔体および第２多孔体を含む。第１極室は、第１流入口と、第１内部流路と、第１流出口とを備える。第１流入口は、第１極室の外部から第１電解液を流入させる。第１内部流路は、第１多孔体と第２多孔体との間に配設され、第１流入口から流入した第１電解液を流通させる。第１流出口は、第１出口と第２出口とを含む。第１出口は、第１多孔体を経由した第１電解液を第１極室の外部に排出させる。第２出口は、第２多孔体を経由した第１電解液を第１極室の外部に排出させる。【選択図】図１
2018010804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極を収容する第１極室と、
第２電極を収容する第２極室と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置された隔膜と
を備え、
前記第１電極は、
電解液透過性を有し、前記隔膜に沿うように並べて配置された第１多孔体および第２多孔体を含み、
前記第１極室は、
前記第１極室の外部から第１電解液を流入させる第１流入口と、
前記第１多孔体と前記第２多孔体との間に配設され、前記第１流入口から流入した前記第１電解液を流通させる第１内部流路と、
前記第１内部流路を流通した前記第１電解液を前記第１極室の外部に流出させる第１流出口と
を備え、
前記第１流出口は、
前記第１多孔体を経由した前記第１電解液を前記第１極室の外部に流出させる第１出口と、
前記第２多孔体を経由した前記第１電解液を前記第１極室の外部に流出させる第２出口とを含む
ことを特徴とするフロー電池。
【請求項２】
前記第１電解液が流れる際における前記第１内部流路から離れる方向の圧力損失が、前記第１多孔体と前記第２多孔体とで同じであること
を特徴とする請求項１に記載のフロー電池。
【請求項３】
前記第１内部流路から離れる向きの幅が、前記第１多孔体と前記第２多孔体とで同じであること
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】
前記第２電極は、
電解液透過性を有し、前記隔膜に沿うように並べて配置された第３多孔体および第４多孔体を含み、
前記第２極室は、
前記第２極室の外部から第２電解液を流入させる第２流入口と、
前記第３多孔体と前記第４多孔体との間に配設され、前記第２流入口から流入した前記第２電解液を流通させる第２内部流路と、
前記第２電解液を前記第２極室の外部に流出させる第２流出口と
を備え、
前記第２流出口は、
前記第３多孔体を経由した前記第２電解液を前記第２極室の外部に流出させる第３出口と、
前記第４多孔体を経由した前記第２電解液を前記第２極室の外部に流出させる第４出口とを含む
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のフロー電池。
【請求項５】
前記第１多孔体、前記第２多孔体および前記第１内部流路と、前記第３多孔体、前記第４多孔体および前記第２内部流路とは、前記隔膜の法線方向からみてそれぞれ重なり合うように配置されていること
を特徴とする請求項４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、正極と負極との間に、テトラヒドロキシ亜鉛酸イオン（［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−）を含有する電解液を循環させるフロー電池が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、多孔質の電極において電解液が流通する方向に複数の切りこみを設けることで通液抵抗を低減させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６０４６１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Y.  Ito.  et  al.:  Zinc  morphology  in  zinc-nickel  flow  assisted  batteries  and  impact  on  performance,  Journal  of  Power  Sources,  Vol.  196,  pp.  2340-2345,  2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記に記載のフロー電池は、依然としてセルの内部に流入させる電解液が液漏れし、エネルギーロスが発生する懸念があった。
【０００７】
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、電解液の液漏れを抑制することのできる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】
【０００８】
実施形態の一態様に係るフロー電池は、第１極室と、第２極室と、隔膜とを備える。第１極室は、第１電極を収容する。第２極室は、第２電極を収容する。隔膜は、前記第１電極と前記第２電極との間に配置される。前記第１電極は、第１多孔体および第２多孔体を含む。前記第１極室は、第１流入口と、第１内部流路と、第１流出口とを備える。第１多孔体および第２多孔体は、電解液透過性を有し、前記隔膜に沿うように並べて配置される。第１流入口は、前記第１極室の外部から第１電解液を流入させる。第１内部流路は、前記第１多孔体と前記第２多孔体との間に配設され、前記第１流入口から流入した前記第１電解液を流通させる。第１流出口は、前記第１内部流路を流通した前記第１電解液を前記第１極室の外部に流出させる第１出口と第２出口とを含む。第１出口は、前記第１多孔体を経由した前記第１電解液を前記第１極室の外部に流出させる。第２出口は、前記第２多孔体を経由した前記第１電解液を前記第１極室の外部に流出させる。
【発明の効果】
【０００９】
実施形態の一態様のフロー電池によれば、電解液の液漏れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係るフロー電池の概略を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係るフロー電池を構成する第１電極の概略を示す図である。
【図３】図３は、負極室の内部における液圧分布の概略を示す図である。
【図４】図４は、実施形態に係るフロー電池を構成する負極および正極の配置例を示す図である。
【図５】図５は、実施形態に係るフロー電池を構成するセルの分解斜視図である。
【図６】図６は、実施形態に係る複数のセルを有するフロー電池の概略を示す図である。
【図７】図７は、実施形態の変形例に係るフロー電池を構成する負極の概略を示す図である。
【図８】図８は、実施形態の変形例に係るフロー電池の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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を詳細に説明する。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。
【００１２】
図１は、実施形態に係るフロー電池の概略を示す図である。図１に示すフロー電池１０は、セル１と、負極側タンク２２と、正極側タンク２３と、負極側流入流路２４と、負極側ポンプ２５と、負極側流出流路２６ａ，２６ｂと、正極側流入流路２７と、正極側ポンプ２８と、正極側流出流路２９ａ，２９ｂとを備える。フロー電池１０は、セル１の内外を負極電解液９ａおよび正極電解液９ｂがそれぞれ循環する。
【００１３】
なお、説明を分かりやすくするために、図１には、鉛直上向きを正方向とし、鉛直下向きを負方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、後述の説明に用いる他の図面でも示す場合がある。
【００１４】
セル１は、第１電極としての負極２と、第２電極としての正極３と、負極側フレーム１２と、正極側フレーム１３と、隔膜６と、双極板７ａ，７ｂとを備える。図１では、セル１の数が１つのいわゆる単セルを備えるフロー電池１０を示している。なお、セル１が１つの場合には、双極板７ａ，７ｂに代えて集電板をそれぞれ配置することができる。
【００１５】
負極２は、第１多孔体２ａおよび第２多孔体２ｂを含み、第１極室としての負極室１２ａに収容されている。負極室１２ａは、負極側フレーム１２をＹ軸方向に貫通する開口と、負極側フレーム１２のＹ軸方向を両側から挟む隔膜６および双極板７ａとで区画された空間で構成される。
【００１６】
また、負極室１２ａは、第１流入口としての負極室流入口１４と、第１内部流路としての負極室内部流路４と、第１流出口としての負極室流出口とを備える。負極室流入口１４は、負極側流入流路２４と連通するように配置されている。負極室流出口は、第１出口１５ａおよび第２出口１５ｂを含み、第１出口１５ａは負極側流出流路２６ａと、第２出口１５ｂは負極側流出流路２６ｂとそれぞれ連通するように配置されている。ここで、負極室１２ａおよび負極室１２ａに収容された負極２の各構成について、図２を用いてさらに説明する。
【００１７】
図２は、実施形態に係るフロー電池１０を構成する負極２および負極室１２ａの概略を示す図である。図２に示す負極２および負極室１２ａは、図１に示す負極２および負極室１２ａを、第１出口１５ａおよび第２出口１５ｂを含むＺＸ平面で切断した断面図に相当する。
【００１８】
負極室１２ａには、負極２を構成する第１多孔体２ａおよび第２多孔体２ｂが収容されている。第１多孔体２ａおよび第２多孔体２ｂは、ここでは図示しない隔膜６に沿うようにＺ軸方向に並べて配置されている。第１多孔体２ａおよび第２多孔体２ｂは、電解液透過性を有する多孔質材料で構成されている。このような第１多孔体２ａおよび第２多孔体２ｂは、例えば、炭素繊維で構成された織布または不織布、すなわちカーボンクロスやカーボンフェルトで構成される。
【００１９】
負極室内部流路４は、第１多孔体２ａと第２多孔体２ｂとの間に配設される。すなわち、第１多孔体２ａおよび第２多孔体２ｂは、所定の間隔で互いに隣り合うように配置されており、負極室１２ａの内部に配置された第１多孔体２ａと第２多孔体２ｂとの間に形成された空間が、負極室内部流路４を構成する。
【００２０】
上記したように、第１多孔体２ａおよび第２多孔体２ｂは、電解液透過性を有する。このため、負極室流入口１４から流入し、負極室内部流路４を流通する負極電解液９ａは、第１多孔体２ａを経由して第１出口１５ａに至る流れと、第２多孔体２ｂを経由して第２出口１５ｂに至る流れとに分岐して流通することとなる。このように負極電解液９ａが負極室１２ａの内部を分岐して流通するように第１多孔体２ａおよび第２多孔体２ｂを配置することにより、負極電解液９ａの液漏れを抑制することができる。この点について、図３を用いて説明する。
【００２１】
図３は、負極室１２ａの内部における液圧分布の概略を示す図である。ここでは、負極２として１つの多孔体２ｘのみが負極室１２ａの内部に収容された場合（ａ）と、負極２として第１多孔体２ａおよび第２多孔体２ｂを備える場合（ｂ）とを比較してそれぞれ説明する。
【００２２】
まず、（ａ）の場合について説明する。負極室１２ａの内部に流入した負極電解液９ａは、多孔体２ｘを経由して負極室１２ａの外部に流出されるまでの間に圧力損失を受けるため、液圧が低下する。このため、負極電解液９ａの液圧は、負極室流入口に近い地点Ｚ１から負極室流出口に近い地点Ｚ３に向けて次第に低くなるように漸減する（ラインＬ２参照）。なお、図３における地点「Ｚ１」および「Ｚ３」は、多孔体２ｘを負極室流入口と負極室流出口との中間に位置する任意の部分を含むようにＺ軸方向（図２参照）に付した線分のうち、多孔体２ｘの端部と交差する地点を指している。
【００２３】
このとき、負極室１２ａの内外において負極電解液９ａを適切に流動させようとすると、負極室流出口における液圧が閾値以下とならないように制御するため、負極室流入口から流入させる負極電解液９ａの液圧を高めに設定することが必要となる。このため、負極電解液９ａは、例えば負極室流入口に近い負極側フレーム１２と隔膜６および／または双極板７ａとの間から液漏れが生じ、エネルギーロスが発生する懸念があった。
【００２４】
これに対し、実施形態に係るフロー電池１０によれば、（ｂ）に示すように負極室１２ａの内部に流入した負極電解液９ａは、第１多孔体２ａと第２多孔体２ｂとの間に設けられた負極室内部流路４を経由して負極室１２ａの外部に流出することとなる。このため、負極電解液９ａの液圧は、負極室内部流路４に対応する地点Ｚ２にて最大となり、第１出口１５ａおよび第２出口１５ｂに近い地点Ｚ１，Ｚ３に向けて次第に低くなるように漸減する。このとき、負極電解液９ａが流れる際における負極室内部流路４から離れる方向の圧力損失が、第１多孔体２ａと第２多孔体２ｂとで同じである場合には、図３に示すラインＬ１で示される液圧は、地点Ｚ２を挟んで左右対称となる。
【００２５】
また、第１多孔体２ａおよび第２多孔体２ｂにおける負極室内部流路４から離れる向きの幅は、多孔体２ｘにおける地点Ｚ１から地点Ｚ３までの幅のおよそ半分程度となる。このため、負極室流入口から流入させる負極電解液９ａの液圧は、（ａ）の場合よりも低く設定することができる（ラインＬ１参照）。このように、実施形態に係るフロー電池１０によれば、第１多孔体２ａと第２多孔体２ｂとの間に設けられた負極室内部流路４を備えることで負極室１２ａの内部における負極電解液９ａの液圧を低く設定することができ、負極電解液９ａの液漏れを抑制することができる。
【００２６】
図２に戻り、負極２および負極室１２ａの構成についてさらに説明する。負極側フレーム１２のＺ軸正方向側の内壁面１２ｂと第１多孔体２ａとの間には、空間Ｓ１が設けられている。また、負極側フレーム１２のＺ軸負方向側の内壁面１２ｃと第２多孔体２ｂとの間には、空間Ｓ２が設けられている。このように負極室内部流路４とは別に空間Ｓ１，Ｓ２をさらに設けることにより、負極室１２ａの内部を負極電解液９ａが流れる際における圧力損失を低減することができる。さらに、充放電反応が向上し、電池性能を向上させることができる。
【００２７】
ここで、負極室内部流路４から第１多孔体２ａ、第２多孔体２ｂを経由して内壁面１２ｂ，１２ｃに至る負極電解液９ａは、負極室流入口１４からＸ軸方向に沿った距離に応じて流れに偏りが生じる。具体的には、第１多孔体２ａ、第２多孔体２ｂを通過する負極電解液９ａの流れは、負極室流入口１４に近いＸ軸負方向側では小さく、第１出口１５ａおよび第２出口１５ｂに近いＸ軸正方向側では大きくなる。このように負極電解液９ａの流れに偏りが生じると、例えば単位時間あたりに負極電解液９ａがより多く流れるＸ軸正方向側において、負極電解液９ａが流れる際の圧力損失が増大することがある。また、Ｘ軸負方向側での充放電反応が低下し、電池性能が低下することがある。
【００２８】
これに対し、第１多孔体２ａ、第２多孔体２ｂと内壁面１２ｂ，１２ｃとの間に空間Ｓ１，Ｓ２をそれぞれ設けることにより、負極電解液９ａは、負極室内部流路４から離れる方向への流れの偏りが低減され、負極室１２ａの内部を負極電解液９ａが流れる際の圧力損失を低減することができ、全体としての圧力損失を低減することができる。さらに、全体としての充放電反応が向上し、電池性能を向上させることができる。
【００２９】
図１に戻り、実施形態に係るフロー電池１０についてさらに説明する。正極３は、第３多孔体３ａおよび第４多孔体３ｂを含み、第２極室としての正極室１３ａに収容されている。正極室１３ａは、正極側フレーム１３をＹ軸方向に貫通する開口と、正極側フレーム１３のＹ軸方向を両側から挟む隔膜６および双極板７ｂとで区画された空間で構成される。
【００３０】
また、正極室１３ａは、第２流入口としての正極室流入口１６と、第２内部流路としての正極室内部流路５と、第２流出口としての正極室流出口とを備える。正極室流入口１６は、正極側流入流路２７と連通するように配置されている。正極室流出口は、第３出口１７ａおよび第４出口１７ｂを含み、第３出口１７ａは正極側流出流路２９ａと、第４出口１７ｂは正極側流出流路２９ｂとそれぞれ連通するように配置されている。
【００３１】
正極室１３ａには、正極３を構成する第３多孔体３ａおよび第４多孔体３ｂが収容されている。第３多孔体３ａおよび第４多孔体３ｂは、隔膜６に沿うようにＺ軸方向に並べて配置されている。第３多孔体３ａおよび第４多孔体３ｂは、電解液透過性を有する多孔質材料で構成されている。このような第３多孔体３ａおよび第４多孔体３ｂは、例えば、炭素繊維で構成された織布または不織布、すなわちカーボンクロスやカーボンフェルトで構成される。第３多孔体３ａおよび第４多孔体３ｂは、第１多孔体２ａおよび第２多孔体２ｂとは異なる材料で構成してもよいが、部品点数削減の観点からは、同じ材料にて構成することが好ましい。
【００３２】
正極室内部流路５は、第３多孔体３ａと第４多孔体３ｂとの間に配設される。すなわち、第３多孔体３ａおよび第４多孔体３ｂは、所定の間隔で互いに隣り合うように配置されており、正極室１３ａの内部に配置された第３多孔体３ａと第４多孔体３ｂとの間に形成された空間が、正極室内部流路５を構成する。
【００３３】
上記したように、第３多孔体３ａおよび第４多孔体３ｂは、電解液透過性を有する。このため、正極室流入口１６から流入し、正極室内部流路５を流通する正極電解液９ｂは、第３多孔体３ａを経由して第３出口１７ａに至る流れと、第４多孔体３ｂを経由して第４出口１７ｂに至る流れとに分岐して流通することとなる。このように正極電解液９ｂが正極室１３ａの内部を分岐して流通するように第３多孔体３ａおよび第４多孔体３ｂを配置することにより、正極電解液９ｂの液漏れを抑制することができる。なお、正極室１３ａおよび正極室１３ａに収容された正極３の各構成は、図１〜図３を用いて説明した負極室１２ａおよび負極室１２ａに収容された負極２の各構成と同様に配置することができる。この点について、図４を用いて説明する。
【００３４】
図４は、実施形態に係るフロー電池１０を構成する負極２および正極３の配置例を示す図である。図４は、隔膜６を挟んで向かい合うように配置された負極２および正極３を、隔膜６の法線方向、より具体的にはＹ軸負方向側から平面視したものである。
【００３５】
図４に示すように、負極２を構成する第１多孔体２ａおよび第２多孔体２ｂ、ならびに第１多孔体２ａおよび第２多孔体２ｂの間に設けられた負極室内部流路４と、正極３を構成する第３多孔体３ａおよび第４多孔体３ｂ、ならびに第３多孔体３ａおよび第４多孔体３ｂの間に設けられた正極室内部流路５とは、それぞれ重なり合うように配置されている。このように充放電反応に寄与しない負極室内部流路４と正極室内部流路５とを隔膜６を挟んで対称となるように配置することにより、全ての負極２と正極３とを近接させてイオン移動距離に伴うエネルギーロスを低減することができる。
【００３６】
図１に戻り、実施形態に係るフロー電池１０についてさらに説明する。負極電解液９ａおよび正極電解液９ｂは、フロー電池１０の種類に応じて適切に選択される。フロー電池１０が例えばバナジウム型のレドックスフロー電池の場合、負極電解液９ａおよび正極電解液９ｂはいずれも、バナジウムの硫酸水溶液とすることができる。より具体的には、硫酸の濃度が２．６ｍｏｌｄｍ−３、バナジウムイオンの濃度が１．７ｍｏｌｄｍ−３となるように調製したものを負極電解液９ａおよび正極電解液９ｂとしてそれぞれ使用することができる。
【００３７】
また、フロー電池１０が例えば亜鉛種を負極活物質とする亜鉛フロー電池の場合、負極電解液９ａは、亜鉛種を含有するアルカリ水溶液である。負極電解液９ａ中の亜鉛種は、［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−として負極電解液９ａ中に溶存している。負極電解液９ａは、例えば、Ｋ＋やＯＨ−を含むアルカリ水溶液に酸化亜鉛を飽和させたものを使用することができる。ここで、アルカリ水溶液としては、例えば、６．７ｍｏｌｄｍ−３の水酸化カリウム水溶液を使用することができる。また、１ｄｍ−３の水酸化カリウム水溶液に対し、ＺｎＯが飽和するまで添加することにより負極電解液９ａを調製することができる。
【００３８】
また、フロー電池１０が上記した亜鉛フロー電池の場合、正極電解液９ｂは、負極電解液９ａと同様のアルカリ水溶液を使用することができる。正極電解液９ｂは、亜鉛種を含有していてもよく、亜鉛種を含有していなくてもよい。なお、負極電解液９ａおよび正極電解液９ｂの種類および濃度は、上記したものに限らず、要求される性能に応じて適宜選択し、調製することができる。
【００３９】
隔膜６は、負極２と正極３との間に配置される。隔膜６は、水素イオンや水酸化物イオンは伝導し、水酸化物イオンよりもイオン半径の大きなバナジウムイオンや［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−等の金属イオンは伝導しない材料で構成される。
【００４０】
また、フロー電池１０が上記した亜鉛フロー電池の場合、隔膜６は、水酸化物イオンを選択的に透過する一方、水酸化物イオンよりもイオン半径の大きな［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−等の金属イオンの透過を抑制することが好ましい。このように隔膜６が［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−等の金属イオンの透過を抑制すると、隔膜６の内部および正極３の近傍におけるデンドライトの生成が抑制され、負極２と正極３との導通を抑制することができる。
【００４１】
また、フロー電池１０が亜鉛フロー電池の場合、隔膜６は、金属亜鉛が通過しないように緻密に構成されていることが好ましい。これにより、成長したデンドライトが隔膜６を貫通することで負極２と正極３とが導通する不具合をさらに抑制することができる。ここで、緻密とは、アルキメデス法で算出して、９０％以上の相対密度を有することをいい、より好ましくは９２％以上、さらに好ましくは９５％以上である。また、隔膜６の厚みは、好ましくは１０μｍ〜１０００μｍであり、より好ましくは１００μｍ〜５００μｍである。ただし、隔膜６の相対密度および厚みは、デンドライトの貫通を抑制することができるものであれば上記したものに限定されない。
【００４２】
隔膜６は、例えば、有機ヒドロゲルのような三次元構造を有するゲル状の陰イオン伝導性材料や固体高分子型陰イオン電導材料を用いて形成されるものが好ましい。ここで、固体高分子型陰イオン伝導材料は、例えば、ポリマーと、周期表の第１族〜第１７族から選択される１種以上の元素を含有する、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択される１以上の化合物とを含む。
【００４３】
また、負極側流入流路２４は、負極側タンク２２と負極室流入口１４との間を接続する。負極側流入流路２４には負極側ポンプ２５が設けられており、負極側タンク２２内に貯留された負極電解液９ａは、負極側流入流路２４を介して負極室１２ａに送られる。また、負極側流出流路２６ａ，２６ｂは、第１出口１５ａおよび第２出口１５ｂと負極側タンク２２との間をそれぞれ接続する。負極室１２ａ内において充放電反応に供された負極電解液９ａは、負極側流出流路２６ａ，２６ｂを介して負極電解液９ａを貯留する負極側タンク２２に送られる。
【００４４】
また、正極側流入流路２７は、正極側タンク２３と正極室流入口１６との間を接続する。正極側流入流路２７には正極側ポンプ２８が設けられており、正極側タンク２３内に貯留された正極電解液９ｂは、正極側流入流路２７を介して正極室１３ａに送られる。また、正極側流出流路２９ａ，２９ｂは、第３出口１７ａおよび第４出口１７ｂと正極側タンク２３との間をそれぞれ接続する。正極室１３ａ内において充放電反応に供された正極電解液９ｂは、正極側流出流路２９ａ，２９ｂを介して正極電解液９ｂを貯留する正極側タンク２３に送られる。
【００４５】
次に、セル１の具体的な構成について、図５を用いてさらに説明する。図５は、実施形態に係るフロー電池１０を構成するセル１の分解斜視図である。セル１は、双極板７ｂ、正極側フレーム１３、正極３を構成する第３多孔体３ａおよび第４多孔体３ｂ、隔膜６、負極２を構成する第１多孔体２ａおよび第２多孔体２ｂ、負極側フレーム１２および双極板７ａが積層して構成されている。
【００４６】
正極側フレーム１３および負極側フレーム１２は、例えば、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレンなど、耐電解液性および絶縁性を有する樹脂材料で構成される。正極側フレーム１３および負極側フレーム１２は、好ましくは互いに同じ材料で構成されるが、異なる材料で構成されてもよい。
【００４７】
また、正極側フレーム１３の中央部分には、主面同士を貫通する開口が形成されており、開口の内部には第３多孔体３ａおよび第４多孔体３ｂが収容される。また、負極側フレーム１２の中央部分には、主面同士を貫通する開口が形成されており、開口の内部には第１多孔体２ａおよび第２多孔体２ｂが収容される。双極板７ｂ、正極側フレーム１３および隔膜６を積層させた空間が、正極電解液９ｂの流動する正極室１３ａとして機能する。同様に、双極板７ａ、負極側フレーム１２および隔膜６を積層させた空間が、負極電解液９ａの流動する負極室１２ａとして機能する。
【００４８】
また、正極側フレーム１３には、正極室流入口１６、第３出口１７ａおよび第４出口１７ｂが形成されている。同様に、負極側フレーム１２には、負極室流入口１４、第１出口１５ａおよび第２出口１５ｂがそれぞれ形成されている。
【００４９】
なお、上記した実施形態では、正極室流入口１６、第３出口１７ａおよび第４出口１７ｂは正極側フレーム１３を貫通する貫通孔として図示したが、これに限らず、例えば正極側フレーム１３の一方および／または他方の面に配置された溝状の構成であってもよい。また、上記した実施形態では、負極室流入口１４、第１出口１５ａおよび第２出口１５ｂは負極側フレーム１２を貫通する貫通孔として図示したが、これに限らず、負極側フレーム１２の一方および／または他方の面に配置された溝状の構成であってもよい。
【００５０】
また、上記した実施形態では、負極室１２ａは、内壁面１２ｂと第１多孔体２ａとの間に空間Ｓ１を、内壁面１２ｃと第２多孔体２ｂとの間に空間Ｓ２を、それぞれ設けた例について示したが、これに限らない。負極室１２ａは、空間Ｓ１および空間Ｓ２のうち、いずれか一方のみを有してもよい。また、負極室１２ａは、空間Ｓ１および空間Ｓ２の両方を有しない構成としてもよい。
【００５１】
また、上記した実施形態では、セル１の数が１つの単セルを有するフロー電池１０について示したが、複数のセル１を積層させた構成であってもよい。この点について、図６を用いて以下に説明する。
【００５２】
図６は、実施形態に係る複数のセル１を有するフロー電池１０の概略を示す図である。なお、４つのセル１を積層して構成されたフロー電池１０は、両端に正極用集電板１１および負極用集電板８が配置されている。また、隣り合うセル１とセル１との間には中間配電板とも称される双極板７が配置されており、４つのセル１が電気的に直列に接続されている。すなわち、双極板７の両面にはここでは図示しない負極２および正極３が配置され、電気的に接続されている。なお、図示を簡略化するために、図１に示す負極側流出流路２６ａ，２６ｂは負極側流出流路２６として、正極側流出流路２９ａ，２９ｂは負極側流出流路２９として、まとめて示した。
【００５３】
ここで、双極板７は、電気伝導性を有する樹脂部材または金属部材などの導電体で構成される。また、正極用集電板１１および負極用集電板８は、銅やアルミニウムなどの導電体で構成される。
【００５４】
また、セル１とは別に負極側タンク２２および正極側タンク２３が設けられており、負極側タンク２２には負極電解液９ａが、正極側タンク２３には正極電解液９ｂが、それぞれ貯蔵されている。負極側タンク２２および正極側タンク２３の形状は、フロー電池１０の用途や使用する場所などに応じて、適宜決定することができる。また、負極側タンク２２および正極側タンク２３の容量は、フロー電池１０の所望する容量に応じて適宜決定することができる。なお、負極側タンク２２および正極側タンク２３を構成する材料は、負極電解液９ａおよび正極電解液９ｂの組成に応じて適宜決定することができる。
【００５５】
なお、上記した実施形態では、負極側流入流路２４から離れる向き、すなわちＺ軸方向の幅が、第１多孔体２ａと第２多孔体２ｂとで同じであるとして説明したが、これに限らず、異なっていてもよい。例えば、第１多孔体２ａと第２多孔体２ｂとで異なる材料を適用した場合には、負極電解液９ａが流れる際における負極側流入流路２４から離れる方向の圧力損失が、第１多孔体２ａと第２多孔体２ｂとで同じとなるように第１多孔体２ａおよび第２多孔体２ｂの形状を異ならせることができる。ここで、圧力損失が「同じ」とは、第２多孔体２ｂにおける圧力損失が、第１多孔体２ａにおける圧力損失に対して±１％の範囲内にあることをいい、必ずしも同一であることを要しない。
【００５６】
また、上記した実施形態では、負極側流入流路２４は、Ｘ軸に沿うように配置されるとして説明したが、これに限らない。この点について、図７を用いて説明する。図７は、実施形態の変形例に係るフロー電池１０を構成する負極２の概略を示す図である。
【００５７】
図７に示すように、第１多孔体２ａおよび第２多孔体２ｂは、隔膜６に沿うようにＸ軸方向に並べて配置されることで負極室内部流路４がＺ軸に沿うように形成される点で上記した実施形態と相違する。また、これに伴い、負極室流入口１４がＺ軸負方向側、第１出口１５ａおよび第２出口１５ｂがＺ軸正方向側にそれぞれ配置されることとなる。かかる構成によっても、上記した実施形態と同様の効果が得られる。
【００５８】
また、上記した実施形態では、フロー電池１０は負極電解液９ａおよび正極電解液９ｂをそれぞれ循環させる構成として説明したが、これに限らず、例えば正極電解液９ｂを循環させない構成とすることができる。この点について、図８を用いて説明する。
【００５９】
図８は、実施形態の変形例に係るフロー電池１０Ａの概略を示す図である。図８に示すフロー電池１０Ａは、正極電解液９ｂを貯留する正極側タンク２３およびこれに付随する正極側流入流路２７、正極側ポンプ２８、正極室流入口１６、第３出口１７ａ、第４出口１７ｂ、正極側流出流路２９ａ，２９ｂを有しない点で図１に示すフロー電池１０と相違する。また、正極室１３ａには、第３多孔体３ａおよび第４多孔体４ｂに代えて正極３３が収容されている。このような構成を有するフロー電池１０Ａは、例えば亜鉛フロー電池として構成することができる。
【００６０】
フロー電池１０Ａが負極電解液９ａのみを循環させる亜鉛フロー電池である場合、正極３３は、例えば、ニッケル化合物、マンガン化合物またはコバルト化合物を正極活物質として含有する導電性の部材である。ニッケル化合物は、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が好ましい。マンガン化合物は、例えば、二酸化マンガン等が好ましい。コバルト化合物は、例えば、水酸化コバルト、オキシ水酸化コバルト等が好ましい。また、正極３３は、黒鉛、カーボンブラック、導電性樹脂等を含んでもよい。電解液が分解される酸化還元電位の観点からは、正極３３はニッケル化合物を含有することが好ましい。また、正極３３は電解液透過性を有していてもよく、有していなくてもよい。
【００６１】
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】
【００６２】
１  セル
２  負極
２ａ  第１多孔体
２ｂ  第２多孔体
３  正極
３ａ  第３多孔体
３ｂ  第４多孔体
４  負極室内部流路
５  正極室内部流路
６  隔膜
７，７ａ，７ｂ  双極板
９ａ  負極電解液
９ｂ  正極電解液
１０，１０Ａ  フロー電池
１２ａ  負極室
１３ａ  正極室
１４  負極室流入口
１５ａ  第１出口
１５ｂ  第２出口
１６  正極室流入口
１７ａ  第３出口
１７ｂ  第４出口
【図１】
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【図２】
2018010804.tif 000004
【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】
2018010804.tif 000009
【図８】
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