(57)【要約】      （修正有）【課題】負極と正極との導通を抑制することのできる亜鉛電池の提供。【解決手段】セル１と、エンドプレート８，９と、排出流路１１と、タンク１２と、流入流路１３と、ポンプ１４とを備える亜鉛電池１０。セルは、負極２と、正極４と、セパレータ５と、負極集電体６と、正極集電体７とを備える亜鉛電池１。負極は、一方面に凸状又は凹状の起伏部２ａを有し、電解液３は、亜鉛種を含有するアルカリ水溶液であり、セルの内外を循環する亜鉛電池１。【選択図】図１
2018006000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方面に凸状または凹状の起伏部を有する負極と、
前記起伏部と接触する電解液と、
前記電解液を挟んで前記起伏部と向かい合うように配置された正極と
を備えることを特徴とする亜鉛電池。
【請求項２】
前記起伏部は、Ｒ面取り状の端部を有することを特徴とする請求項１に記載の亜鉛電池。
【請求項３】
前記負極は、基材と、前記基材の少なくとも一部を被覆する被覆層とを含むこと
を特徴とする請求項１または２に記載の亜鉛電池。
【請求項４】
前記起伏部は、前記被覆層を含むことを特徴とする請求項３に記載の亜鉛電池。
【請求項５】
前記基材は、金属部材であり、
前記被覆層は、亜鉛を含有すること
を特徴とする請求項３または４に記載の亜鉛電池。
【請求項６】
前記正極はニッケルを含有し、
前記電解液は、亜鉛種を含有するアルカリ水溶液であること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の亜鉛電池。
【請求項７】
前記亜鉛電池を挟むように配置された一対のエンドプレートと、
前記一対のエンドプレートを介して前記亜鉛電池を締結する締結部材と
をさらに備え、
前記負極は、前記起伏部を囲む平板部を有し、
前記締結部材は、前記負極を平面視して前記平板部と重なり合う領域に押圧力を付与して前記亜鉛電池を締結すること
を特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の亜鉛電池。
【請求項８】
前記平板部を貫通する第１貫通孔を介して前記電解液を前記亜鉛電池の外部から流入させる流入流路と、
前記平板部を貫通する第２貫通孔を介して前記電解液を前記亜鉛電池の前記外部に排出させる排出流路と
をさらに備えること
を特徴とする請求項７に記載の亜鉛電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、亜鉛電池に関する。
【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流通させて循環させる亜鉛電池（亜鉛フロー電池）が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、亜鉛種などの活物質を含む負極を、選択的イオン電導性を有するイオン電導層で覆うことでデンドライトの成長を抑制す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２０１５−１８５２５９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、上記に記載の電池は、依然として負極で生成したデンドライトが正極側へ成長し、負極と正極とが導通する懸念があった。
【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、負極と正極との導通を抑制することのできる亜鉛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亜鉛電池は、負極と、電解液と、正極とを備える。負極は、一方面に凸状または凹状の起伏部を有する。電解液は、前記起伏部と接触する。正極は、前記電解液を挟んで前記起伏部と向かい合うように配置される。
【発明の効果】
【０００９】
実施形態の一態様の亜鉛電池によれば、負極と正極との導通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、実施形態に係る亜鉛電池の概略を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、実施形態に係る亜鉛電池を構成する負極の概略を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、実施形態に係る亜鉛電池を構成する負極の概略を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施形態に係る亜鉛電池を構成する負極の概略を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施形態に係る亜鉛電池を構成する負極の概略を示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、実施形態に係る亜鉛電池を構成する負極の概略を示す断面図である。
【図４】図４は、実施形態に係る亜鉛電池を構成するセルの分解斜視図である。
【図５】図５は、実施形態に係る亜鉛電池を構成する締結部材の概略を示す断面図である。
【図６】図６は、実施形態に係る亜鉛電池を構成する締結部材の概略を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、実施形態の変形例に係る亜鉛電池を構成する負極の概略を示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、実施形態の変形例に係る亜鉛電池を構成する負極の概略を示す断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、実施形態の変形例に係る亜鉛電池を構成する負極の概略を示す断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、実施形態の変形例に係る亜鉛電池を構成する負極の概略を示す断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、実施形態の変形例に係る亜鉛電池を構成する負極の概略を示す断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、実施形態の変形例に係る亜鉛電池を構成する負極の概略を示す断面図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、実施形態の変形例に係る亜鉛電池を構成する負極の概略を示す断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、実施形態の変形例に係る亜鉛電池を構成する負極の概略を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、実施形態の変形例に係る亜鉛電池を構成する負極の概略を示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態の変形例に係る亜鉛電池を構成する負極の概略を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する亜鉛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、実施形態に係る亜鉛電池の概略を示す図である。図１に示す亜鉛電池１０は、セル１と、エンドプレート８，９と、排出流路１１と、タンク１２と、流入流路１３と、ポンプ１４とを備える。セル１は、負極２と、正極４と、セパレータ５と、負極集電体６と、正極集電体７とを備える。図１では、セル１の数が１のいわゆる単セルを備える亜鉛電池１０を示している。また、図１に示す亜鉛電池１０は、セル１の内外を電解液３が循環する亜鉛フロー電池である。
【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】
電解液３は、亜鉛種を含有するアルカリ水溶液である。電解液３中の亜鉛種は、［Ｚｎ（ＯＨ）4］2-として電解液３中に溶存している。電解液３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電解液３を調製することができる。
【００１５】
正極４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４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３が分解される酸化還元電位の観点からは、正極４はニッケル化合物を含有することが好ましい。
【００１６】
負極２は、セル１において電解液３を挟んで正極４と向かい合う一方面に起伏部２ａを有する。負極２の表面、より具体的には負極２の主たる反応部位である起伏部２ａの表面には、充電によって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３に溶出する。このような起伏部２ａを有する負極２の外観形状について、図２Ａ、図２Ｂを用いてさらに説明する。
【００１７】
図２Ａ、図２Ｂは、実施形態に係る亜鉛電池１０を構成する負極２の概略を示す図である。図２Ａは、図１に示す負極２をＸ軸正方向側から見た図であり、図２Ｂは、図１に示す負極２をＺ軸正方向側から見た、すなわち上面視した図である。なお、理解を容易にするために、図２Ａ、図２Ｂでは、負極２の形状をＹ軸方向に誇張して示している。また、後述の説明に用いる他の図面でも負極２の形状を任意の方向に誇張して示す場合がある。
【００１８】
負極２は、起伏部２ａと平板部２ｂとを有する。起伏部２ａは、Ｙ軸負方向側、すなわち正極４側から見て矩形状の輪郭を有している。起伏部２ａは、平板部２ｂとの境界に位置する起伏部２ａの端部から中央部に向かって厚みが次第に厚くなるように構成される。すなわち、起伏部２ａは、正極４側に隆起するように起伏した凸状を有しており、正極４と向かい合う起伏部２ａの表面は、曲面で構成される。負極２の一方面に曲面状の起伏部２ａを有することで、表面が平面状の負極２よりも比表面積が大きくなり、反応場が分散されるため、充電時のデンドライトの生成が抑制される。また、負極２の一方面に起伏部２ａを有することで、電流集中の一因となりうる角部を減らすことができ、電流集中に伴うデンドライトの成長を抑制することができる。
【００１９】
平板部２ｂは、負極２のうち、Ｙ軸方向から見て起伏部２ａと重複する領域よりも外側に配置された平板状の部分である。すなわち、平板部２ｂは、起伏部２ａを囲むように配置される。平板部２ｂは、セル１を構成するときにはＹ軸正方向および負方向にそれぞれ隣り合う部材と接触する。また、平板部２ｂは、後述する負極集電体６と一体に成形することができる。
【００２０】
次に、負極２を構成する材料について、図３Ａを用いて説明する。図３Ａは、実施形態に係る亜鉛電池１０を構成する負極２の概略を示す断面図である。図３Ａは、図２Ａに示す負極２を起伏部２ａの中央部分を含むようにＹ−Ｚ平面で切断した図である。図３Ａに示すように、負極２は、起伏部２ａと平板部２ｂとを同じ材料で一体に構成される。負極２は、例えばステンレスや銅などの導電体により一体に構成することができる。負極２は、例えばプレス成形、切削または鋳造などにより加工されたものを使用することができる。ただし、負極２の構成は、図３Ａに示したものに限らない。この点について、図３Ｂ、図３Ｃを用いて以下に説明する。
【００２１】
図３Ｂおよび図３Ｃは、図３Ａの変形例に係る負極２の概略を示す断面図である。図３Ｂおよび図３Ｃに示す負極２の切断面は、図３Ａと同様である。
【００２２】
まず、図３Ｂについて説明する。図３Ｂは、起伏部２ａの一部および平板部２ｂを構成する基材４０と、基材４０の一部、すなわち起伏部２ａにおいて基材４０の表面を被覆する被覆層４１とを備える。
【００２３】
基材４０は、例えばステンレスや銅などの導電体により一体に構成することができる。負極２は、例えばプレス成形、切削または鋳造などにより加工されたものを使用することができる。被覆層４１は、例えばニッケルやスズ、亜鉛で構成することができる。被覆層４１は、例えば予め定められた形状に加工された銅製の基材４０上に無電解メッキにてメッキ処理されたニッケルで構成することができる。また、被覆層４１は、負極活物質である酸化亜鉛や金属亜鉛その他の亜鉛種の粒子を含んでもよい。
【００２４】
起伏部２ａの表面を被覆層４１で構成することにより、電解液３への長期にわたる曝露に伴う基材４０の劣化を抑制することができる。また、負極２の劣化に伴い、起伏部２ａの表面形状が粗されて微視的に「角部」が形成され、充電時にデンドライトが成長する不具合を抑制することができる。なお、被覆層４１は、メッキ処理の他、塗工、溶接、接着など基材４０および被覆層４１の材質に応じた適切な手法により配置させることができる。
【００２５】
次に、図３Ｃについて説明する。図３に示す負極２は、基材４０が平板状であることを除き、図３Ｂに示す負極２と同様に構成されている。図３Ｃに示す負極２によれば、基材４０が平板状であることで例えば市販のステンレス板や銅板などをそのまま使用することができ、基材４０を加工する手間を省くことができる。
【００２６】
ここで、亜鉛電池１０における電極反応について、正極活物質として水酸化ニッケルを適用したニッケル亜鉛電池を例に挙げて説明する。充電時における正極４および負極２での反応式はそれぞれ、以下のとおりである。
【００２７】
正極：Ｎｉ（ＯＨ）2  ＋  ＯＨ-  →  ＮｉＯＯＨ  ＋  Ｈ2Ｏ  ＋  ｅ-
負極：［Ｚｎ（ＯＨ）4］2-  ＋  ２ｅ-  →  Ｚｎ  ＋４ＯＨ-
【００２８】
反応式から明らかなように、負極２の表面では、充電により亜鉛が析出する。このとき、正極４と向かい合う負極２の表面が平坦な直方体形状の負極２を適用すると、例えば当該表面と負極２の厚みを規定する側面との間に形成される角部において電流集中が生じ、析出する亜鉛がデンドライトとして成長する一因となる。
【００２９】
そこで、実施形態に係る亜鉛電池１０では、電解液３を介して正極４と向かい合う負極２の一方面に起伏部２ａを設けることとした。これにより、充電によって負極２で生じる電流集中を抑制することができ、デンドライトの成長に伴う負極２と正極４との導通を抑制することができる。
【００３０】
図１に戻り、第１の実施形態に係る亜鉛電池１０についてさらに説明する。セパレータ５は、負極２と向かい合う正極４の一方面を被覆している。セパレータ５は、水酸化物イオン伝導性を有しており、電極反応に関する水酸化物イオンを伝導する。また、セパレータ５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セパレータ５を貫通し、負極２と正極４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、セパレータ５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、セパレータ５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。
【００３１】
セパレータ５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。このようにセパレータ５が［Ｚｎ（ＯＨ）4］2-等の金属イオンの透過を抑制すると、セパレータ５の内部および正極４の近傍におけるデンドライトの生成が抑制されるため、負極２と正極４との導通をさらに抑制することができる。
【００３２】
セパレータ５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。
【００３３】
負極集電体６は、負極２の平板部２ｂと一体に構成されている。また、正極集電体７は、例えば銅やアルミニウムなどの導電体で構成されており、正極４と電気的に接続されている。
【００３４】
エンドプレート８，９は、セル１を挟むようにそれぞれ配置され、ここでは図示しない締結部材により締結、固定される。エンドプレート８，９は、負極２および正極４と導通しないよう絶縁性を有する樹脂材料で構成される。なお、締結部材の具体例については後述する。
【００３５】
排出流路１１は、セル１とセル１の外部に設けられたタンク１２との間を接続する。セル１内において充放電反応に供された電解液３は、排出流路１１を介して電解液３を貯留するタンク１２に送られる。また、流入流路１３は、タンク１２とセル１との間を接続する。流入流路１３にはポンプ１４が設けられており、タンク１２内に貯留された電解液３は、流入流路１３を介してセル１に送られる。かかる構成により、実施形態に係る亜鉛電池１０は、亜鉛フロー電池として機能する。
【００３６】
また、電解液３がセル１の内外を流動することにより、充電時の負極２におけるデンドライトの直線的な成長が抑制される。このため、実施形態に係る亜鉛電池１０によれば、負極２と正極４との導通をさらに抑制することができる。
【００３７】
次に、セル１の具体的な構成について、図４を用いてさらに説明する。図４は、実施形態に係る亜鉛電池１０を構成するセル１の分解斜視図である。セル１は、正極側フレーム２２、正極４、セパレータ５、負極側フレーム２４および負極２が積層して構成されている。正極４は正極集電体７と電気的に接続されており、負極集電体６は、負極２と一体に形成されている。
【００３８】
また、セル１の正極４側の端部、すなわち正極側フレーム２２の外側には、正極側エンドプレート９が、負極２側の端部、すなわち負極２の外側には、負極側エンドプレート８が、それぞれ配置されている。
【００３９】
正極側フレーム２２および負極側フレーム２４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、耐アルカリ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２２および負極側フレーム２４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。
【００４０】
また、正極側フレーム２２の中央部分には、主面同士を貫通する開口２３が形成されており、開口２３の内部には正極４が収容される。また、負極側フレーム２４の中央部分には開口２５が形成されており、開口２５の内部には負極２の起伏部２ａが収容され、セパレータ５、負極側フレーム２４および負極２を積層させた空間が、電解液３の流動する負極室として機能する。
【００４１】
また、負極２の平板部２ｂには、第１貫通孔２６および第２貫通孔２７がそれぞれ形成されており、積層により負極２と接触する負極側エンドプレート８には、第１貫通孔２６および第２貫通孔２７と対応する位置に貫通孔２９，３０がそれぞれ形成されている。電解液３は、貫通孔２９および第１貫通孔２６を介してセル１の内部に流入し、セル１内の電解液３は、第２貫通孔２７および貫通孔３０を介してセル１の外部に排出される。
【００４２】
なお、図４では、セル１の数が１つの単セルを有する亜鉛電池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。かかる場合、互いに隣り合うセル１の間には双極板（不図示）が配置され、隣り合うセル１同士を電気的に接続させる。
【００４３】
次に、締結部材を用いたセル１の締結、固定について、図５を用いて説明する。図５は、実施形態に係る亜鉛電池１０を構成する締結部材の概略を示す断面図である。なお、セル１およびエンドプレート８，９の断面形状は簡略化して示している。
【００４４】
図５に示すように、セル１およびエンドプレート８，９は、締結ロッド５０ａ，５０ｂを用いて締結されている。締結ロッド５０ａ，５０ｂはそれぞれ、ボルト５１とナット５２とで構成される。ボルト５１は、セル１およびエンドプレート８，９を貫通するように加工された貫通孔に挿通され、所定の締結圧力を付加することでセル１内が液密となるようにナット５２に締結される。
【００４５】
このとき、ボルト５１が貫通する貫通孔は、負極２の起伏部２ａと干渉しない平板部２ｂにおいて、第１貫通孔２６および第２貫通孔２７とは異なる場所に設けられる。これにより、締結ロッド５０ａ，５０ｂは、電池反応に寄与する起伏部２ａを回避してセル１およびエンドプレート８，９を締結することができ、締結部材の適用による電池反応の不具合を回避することができる。
【００４６】
なお、締結部材の構成は、負極２を平面視して平板部２ｂと重なり合う領域に押圧力を付与して締結する構成であれば図５に示したものに限らない。この点について、図６を用いて説明する。
【００４７】
図６は、実施形態に係る亜鉛電池１０を構成する締結部材の概略を示す図である。なお、セル１およびエンドプレート８，９の断面形状は簡略化して示している。
【００４８】
図６に示す締結板５４，５５は、セル１およびエンドプレート８，９を貫通せず、外側に配置されてセル１およびエンドプレート８，９を締結する点で図５に示す締結ロッド５０ａ，５０ｂと相違する。締結板５４，５５の両端は折り曲げられ、エンドプレート８のＹ軸正方向側の端面およびエンドプレート９のＹ軸負方向側の端面にそれぞれ当接されて、セル１内が液密となるようにそれぞれ固定される。
【００４９】
なお、図５，６では、１１枚のセル１を積層させた例について示したが、これに限らず、１つのセル１を用いた亜鉛電池１０においても適用可能である。また、図５では、２本の締結ロッド５０ａ，５０ｂを図示したが、３本以上の締結ロッドでセル１およびエンドプレート８，９を締結するようにしてもよい。また、図６では、１つの締結板５４（５５）を２本の締結ネジ５４ａ，５４ｂ（５５ａ，５５ｂ）で固定した例について示したが、締結板および１つの締結板当たりの締結ネジの数に制限はない。
【００５０】
ところで、上記した実施形態では、起伏部２ａは、端部から中央部に向かって厚みが次第に厚くなるように構成された例について示したが、これに限らない。この点について、図７Ａ〜図７Ｃを用いて以下に説明する。
【００５１】
図７Ａ〜図７Ｃは、実施形態の変形例に係る亜鉛電池１０を構成する負極２の概略を示す断面図である。図７Ａに示す負極１２０は、起伏部２ａの厚みが平板部２ｂの厚みと同様に構成されている点で図３Ａに示す負極２と相違する。かかる構成を有する負極１２０は、例えば金属板のプレス加工により作製することができ、加工処理を簡略化することができる。
【００５２】
また、図７Ｂに示す負極１２１は、図３Ａに示す負極２の起伏部２ａに相当する凸部２ｇの中央部分を切り欠くことにより、起伏部２ａの中央部分に凹部２ｈが形成されている点で図３Ａに示す負極２と相違する。かかる構成を有する負極１２１は、図３Ａに示す負極２よりも起伏部２ａの比表面積が大きくなり、デンドライトの生成が抑制される。
【００５３】
また、図７Ｃに示す負極１２２の起伏部２ａは、複数の凸部２ｋ１，２ｋ２，２ｋ３が畝状に並んだ断面波形の起伏を有する。また、第１凸部２ｋ１と第２凸部２ｋ２との間には第１凹部２ｍ１が、第２凸部２ｋ２と第３凸部２ｋ３との間には第２凹部２ｍ２が、それぞれ形成されている。かかる構成を有する負極１２２は、図７Ｂに示す負極１２１よりも起伏部２ａの比表面積がさらに大きくなり、デンドライトの生成が抑制される。
【００５４】
上記した実施形態では、起伏部２ａは、正極４側に隆起するように起伏した凸状を有するように構成された例について示したが、これに限らない。この点について、図８Ａ〜図８Ｄを用いて以下に説明する。
【００５５】
図８Ａ〜図８Ｄは、実施形態の変形例に係る亜鉛電池１０を構成する負極２の概略を示す断面図である。図８Ａに示す負極１２３は、端部から中央部に向かって起伏部２ａの厚みが次第に薄くなるように構成されている点で上記した各実施形態および変形例に係る負極と相違する。すなわち、起伏部２ａは、正極４側から陥没するように起伏した凹状を有しており、正極４と向かい合う起伏部２ａの表面は、曲面で構成される。負極２の一方面に曲面状の起伏部２ａを有することで、表面が平面状の負極２よりも比表面積が大きくなり、反応場が分散されるため、充電時のデンドライトの生成が抑制される。
【００５６】
また、図８Ｂに示す負極１２４は、起伏部２ａの厚みが平板部２ｂの厚みと同様に構成されている点で図８Ａに示す負極１２３と相違する。かかる構成を有する負極１２４は、例えば金属板のプレス加工により作製することができ、加工処理を簡略化することができる。
【００５７】
また、図８Ｃに示す負極１２５は、図８Ａに示す負極１２３の起伏部２ａに相当する凹部２ｎの中央部分に凸部２ｐが配置されている点で図８Ａに示す負極１２３と相違する。かかる構成を有する負極１２５は、図８Ａに示す負極１２３よりも起伏部２ａの比表面積が大きくなり、デンドライトの生成が抑制される。
【００５８】
また、図８Ｄに示す負極１２６の起伏部２ａは、凸部２ｐに代えて、複数の凸部２ｑ１，２ｑ２，２ｑ３が畝状に並んだ断面波形の構成を有する点で図８Ｃに示す負極１２５と相違する。かかる構成を有する負極１２６は、図８Ｃに示す負極１２５よりも起伏部２ａの比表面積がさらに大きくなり、デンドライトの生成が抑制される。
【００５９】
また、上記した実施形態では、起伏部２ａと平板部２ｂとの境界には隣り合う２つの面の間に形成された稜線状の角部が残されている。このため、亜鉛電池１０の運転条件によってはデンドライトが生成する余地がある。この点の対策について、図９Ａ〜図１０を用いて説明する。
【００６０】
まず、凸状の起伏部２ａの対策について図９Ａ、図９Ｂを用いて説明する。図９Ａ、図９Ｂは、実施形態の変形例に係る亜鉛電池１０を構成する負極２の概略を示す図である。図９Ａ、図９Ｂにおいて２点鎖線で示すように、図２Ａ、図２Ｂに示す負極２は、起伏部２ａの端部に角部２ｃ１，２ｃ２，２ｄ１，２ｄ２，２ｅ１，２ｅ２，２ｆ１，２ｆ２が残されていた。そこで、本変形例に係る負極２では、これらの角部をすべてＲ形状に面取りし、Ｒ面取り状の端部を有する起伏部２ａを形成することとした。かかる構成を有する負極２は、デンドライト発生の一因となる角部を極力取り除くことにより、負極と正極との導通を抑制することができる。
【００６１】
なお、図９Ａ、図９Ｂに示す実施形態では、起伏部２ａの端部をすべてＲ面取り状とするとして説明したが、これに限らず、一部の角部のみをＲ面取り状とするように構成してもよい。かかる場合には、正極４により近い出隅部分に相当する角部２ｃ１，２ｃ２，２ｅ１，２ｅ１をそれぞれ２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆのように面取りすることが好ましい。
【００６２】
次に、凹状の起伏部２ａの対策について図１０を用いて説明する。図１０は、実施形態の変形例に係る亜鉛電池１０を構成する負極１２７の概略を示す断面図である。図１０において２点鎖線で示すように、図８Ａに示す負極１２３は、起伏部２ａの端部に角部２ｒ１，２ｒ２，２ｓ１，２ｓ２が残されていた。そこで、本変形例に係る負極１２７では、これらの角部をすべてＲ形状に面取りし、Ｒ面取り状の端部を有する起伏部２ａを形成することとした。かかる構成を有する負極２は、デンドライト発生の一因となる角部を極力取り除くことにより、負極と正極との導通を抑制することができる。
【００６３】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上記各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、図７Ａ〜図１０では、起伏部２ａと平板部２ｂとを同じ材料で一体に構成された負極を示したが、これに限定されるものではなく、図３Ｂおよび図３Ｃに示すように基材４０と被覆層４１とで構成するようにしてもよい。
【００６４】
また、上記した実施形態では、セパレータ５は正極４を被覆しているとして説明したが、これに限らず、負極２と正極４との間に配置されていればよい。
【００６５】
また、上記した実施形態では、負極集電体６は負極２の平板部２ｂと一体に構成されるとして説明したが、これに限らない。負極２と負極集電体６とを別体として構成してもよい。かかる場合には、負極集電体６は正極集電体７と同じ材料で構成することができる。
【００６６】
また、上記した実施形態では、エンドプレート８，９は、絶縁性を有するとして説明したが、導電性の部材であってもよい。かかる場合には、エンドプレート８と負極２および負極集電体６との間、エンドプレート９と正極４および正極集電体７との間にはそれぞれ、絶縁性を有する部材が配置されることとなる。
【００６７】
また、上記した実施形態では、亜鉛電池１０はフロー電池であるとして説明したが、これに限らない。かかる場合、排出流路１１、タンク１２、流入流路１３およびポンプ１４は不要となる。
【００６８】
また、上記した実施形態では、起伏部２ａは、正極４側から見て矩形状の輪郭を有しているとして説明したが、これに限らない。例えば、正極４側から見て円形または楕円形状の輪郭を有するように起伏部２ａを構成してもよい。起伏部２ａをかかる形状で構成することにより、負極２が有する角部をさらに低減させることができ、充電時におけるデンドライトの生成をさらに抑制することができる。
【００６９】
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】
【００７０】
１  セル
２，１２０〜１２６  負極
２ａ  起伏部
２ｂ  平板部
３  電解液
４  正極
５  セパレータ
６  負極集電体
７  正極集電体
８，９  エンドプレート
１０  亜鉛電池
１１  排出流路
１２  タンク
１３  流入流路
１４  ポンプ
２６  第１貫通孔
２７  第２貫通孔
４０  基材
４１  被覆層
５０ａ，５０ｂ  締結ロッド
５４，５５  締結板
【図１】
2018006000.tif 000003
【図２Ａ】
2018006000.tif 000004
【図２Ｂ】
2018006000.tif 000005
【図３Ａ】
2018006000.tif 000006
【図３Ｂ】
2018006000.tif 000007
【図３Ｃ】
2018006000.tif 000008
【図４】
2018006000.tif 000009
【図５】
2018006000.tif 000010
【図６】
2018006000.tif 000011
【図７Ａ】
2018006000.tif 000012
【図７Ｂ】
2018006000.tif 000013
【図７Ｃ】
2018006000.tif 000014
【図８Ａ】
2018006000.tif 000015
【図８Ｂ】
2018006000.tif 000016
【図８Ｃ】
2018006000.tif 000017
【図８Ｄ】
2018006000.tif 000018
【図９Ａ】
2018006000.tif 000019
【図９Ｂ】
2018006000.tif 000020
【図１０】
2018006000.tif 000021