(57)【要約】【課題】発電量を大きくすることが可能なレドックスフロー電池及びこれを搭載した車両を提供する。【解決手段】正極セル２８Ａと、負極セル２８Ｂと、イオン交換膜４と、正極電極２２と、負極電極２３と、正極電解液タンク２と、正極電解液タンク２から正極セル２８Ａに対して正極電解液を注入する正極用注入部材２４と、負極電解液タンク３と、負極電解液タンクから前極セル２８Ｂに対して負極電解液を注入する負極用注入部材２６と、正極セル２８Ａから正極電解液タンク２に対して正極電解液を戻す正極用排出部材２５と、負極セル２８Ｂから負極電解液タンク３に対して負極電解液を戻す負極用排出部材２７とを有するレドックスフロー電池２１において、正極用注入部材２４及び負極用注入部材２６は正極電極及２２及び負極電極２３のそれぞれ中央部に正極電解液及び負極電解液を注入する構成とした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極電解液が充填された正極セルと、
負極電解液が充填された負極セルと、
前記正極セルと前記負極セルとを分離するイオン交換膜と、
前記正極セル中に配設された正極電極と、
前記負極セル中に配設された負極電極と、
前記正極電解液を貯留した正極電解液タンクと、
前記正極電解液タンクから前記正極セルに対して前記正極電解液を注入する正極用注入部材と、
前記負極電解液を貯留した負極電解液タンクと、
前記負極電解液タンクから前記負極セルに対して前記負極電解液を注入する負極用注入部材と、
前記正極セルから前記正極電解液タンクに対して前記正極電解液を戻す正極用排出部材と、
前記負極セルから前記負極電解液タンクに対して前記負極電解液を戻す負極用排出部材とを有するレドックスフロー電池の構造において、
前記正極用注入部材及び前記負極用注入部材は前記正極電極及び前記負極電極のそれぞれ中央部に前記正極電解液及び前記負極電解液を注入することを特徴とするレドックスフロー電池の構造。
【請求項２】
請求項１記載のレドックスフロー電池の構造において、
前記正極電極及び前記負極電極はそれぞれ積層構造であることを特徴とするレドックスフロー電池の構造。
【請求項３】
請求項２記載のレドックスフロー電池の構造において、
前記正極電極及び前記負極電極はそれぞれ捲回構造であることを特徴とするレドックスフロー電池の構造。
【請求項４】
請求項１から３までの何れか一つに記載のレドックスフロー電池の構造において、
前記正極用注入部材及び前記負極用注入部材は前記各電解液を前記各セル内に注入する複数の注入穴を有し、該注入穴は前記中央部から離れるに連れて徐々に個数が減少するように配設されていることを特徴とするレドックスフロー電池の構造。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一つに記載のレドックスフロー電池の構造において、
前記正極用排出部材及び前記負極用排出部材は前記各セル内から前記各電解液を排出する複数の排出穴を有し、該排出穴は前記中央部から離れた両端部側に配設されていることを特徴とするレドックスフロー電池の構造。
【請求項６】
請求項１から５までの何れか一つに記載のレドックスフロー電池を備えたことを特徴とする車両。
【請求項７】
請求項６記載の車両において、
前記各排出部材は前記車両のフロント部に延出し、前記フロント部は前記各排出部材に向けて走行風を流入させる流入部が設けられていることを特徴とする車両。
【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の構造及びこれを搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
レドックスフロー電池は、イオンが通過可能なイオン交換膜によって正極セルと負極セルとに分離されたセルを有しており、正極セルには金属板からなる正極電極が、負極セルには正極電極と同様の負極電極がそれぞれ内蔵されている。
【０００３】
正極セルには正極セルに対して正極電解液を供給すると共に正極セルからの正極電解液を受け入れる正極用電解液タンクが注入管及び排出管を介して接続されており、負極セルには負極セルに対して負極電解液を供給すると共に負極セルから負極電解液を受け入れる負極用電解液タンクが注入管及び排出管を介して接続されている。各電解液はバナジウムイオンに代表される価数変化可能なイオン水溶液であって２個のポンプによって循環されており、正極電極及び負極電極での酸化還元反応におけるイオンの価数変化反応に伴い充放電を行う。
【０００４】
セルは、双極板、正極電極、イオン交換膜、負極電極、双極板がそれぞれこの順に配設されることによって構成されている。そして、これ等のセルの集合体の両端部に集電板、エンドプレートをそれぞれ配置し、各エンドプレート間にボルトを貫通させてナットで締結することにより、集合体が構成される。
このようなレドックスフロー電池が従来提案されている（例えば「特許文献１」参照）。従来のレドックスフロー電池では、セルの両端部に各電解液が通過する通路が設けられており、この通路から電極中央部に向けて形成された溝部を通って各電解液が供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】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】
【０００６】
上述したレドックスフロー電池では、寿命が長く安全性が高いという長所がある半面、その大きさに比して発電量が小さいという問題点がある。これは、電極に対する電解液の供給が不十分であることが考えられる。
本発明は上述の問題点を解決し、発電量を大きくすることが可能なレドックスフロー電池及びこれを搭載した車両の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、正極電解液が充填された正極セルと、負極電解液が充填された負極セルと、前記正極セルと前記負極セルとを分離するイオン交換膜と、前記正極セル中に配設された正極電極と、前記負極セル中に配設された負極電極と、前記正極電解液を貯留した正極電解液タンクと、前記正極電解液タンクから前記正極セルに対して前記正極電解液を注入する正極用注入部材と、前記負極電解液を貯留した負極電解液タンクと、前記負極電解液タンクから前記負極セルに対して前記負極電解液を注入する負極用注入部材と、前記正極セルから前記正極電解液タンクに対して前記正極電解液を戻す正極用排出部材と、前記負極セルから前記負極電解液タンクに対して前記負極電解液を戻す負極用排出部材とを有するレドックスフロー電池の構造において、前記正極用注入部材及び前記負極用注入部材は前記正極電極及び前記負極電極のそれぞれ中央部に前記正極電解液及び前記負極電解液を注入することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のレドックスフロー電池の構造において、さらに前記正極電極及び前記負極電極はそれぞれ積層構造であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のレドックスフロー電池の構造において、さらに前記正極電極及び前記負極電極はそれぞれ捲回構造であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１から３までの何れか一つに記載のレドックスフロー電池の構造において、さらに前記正極用注入部材及び前記負極用注入部材は前記各電解液を前記各セル内に注入する複数の注入穴を有し、該注入穴は前記中央部から離れるに連れて徐々に個数が減少するように配設されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１から４までの何れか一つに記載のレドックスフロー電池の構造において、さらに前記正極用排出部材及び前記負極用排出部材は前記各セル内から前記各電解液を排出する複数の排出穴を有し、該排出穴は前記中央部から離れた両端部側に配設されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項１から５までの何れか一つに記載のレドックスフロー電池を備えた車両であることを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の車両において、さらに前記各排出部材は前記車両のフロント部に延出し、前記フロント部は前記各排出部材に向けて走行風を流入させる流入部が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、正極用注入部材及び負極用注入部材からの電解液が正極電極及び負極電極の中央部にそれぞれ供給されるので、正極電極及び負極電極に対して電解液が均一に供給され、発電効率が向上して発電量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態を適用可能なレドックスフロー電池の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に用いられるセルの構造を説明する概略図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に用いられる正極電極を説明する概略図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に用いられる注入管を説明する概略図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に用いられる排出管を説明する概略図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に用いられる正極電極を説明する概略図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を示す車両の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施形態を適用可能なレドックスフロー電池を示している。同図に示したレドックスフロー電池２３は、「背景技術」の欄で説明したレドックスフロー電池と比較すると、セル、正極電極、負極電極、各注入管、各排出管に代えて、セル２８、正極電極２２、負極電極２３、正極用注入部材である注入管２４、正極用排出部材である排出管２５、負極用注入部材である注入管２６、負極用排出部材である排出管２７を用いる点においてのみ相違しており、他の構成は同一である。
また正極セル２８Ａ及び負極セル２８Ｂを有するセル２８は、「背景技術」の欄で説明したセルと比較すると、正極電極５、負極電極６に代えて図２に示すように正極電極２２、負極電極２３を用いる点においてのみ相違しており、他の構成は同一である。
【００１７】
図３は、正極電極２２及び注入管２４を示している。なお、負極電極２３及び注入管２６も同様に構成されている。
正極電極２２は、正極電極５と同材質である４枚の金属板２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄで構成されており、積層構造を呈している。各金属板２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄは上からこの順に積層されており、金属板２２ｂと金属板２２ｃとの間には注入管２４が挿入されている。
【００１８】
注入管２４は図４に示すように中空角柱形状を呈しており、符号Ａで示す範囲が正極電極２２内に挿入される。注入管２４の、ポンプ１１に接続される側である一端２４ａは開口されており、正極電極２２内に挿入される他端２４ｂは封止されている。
注入管２４の長辺側の面にはその幅方向（短手方向）に１列３個の注入穴２４ｃが配設されており、短辺側の面にはその幅方向（厚み方向）に１列１個の注入穴２４ｃがそれぞれ配設されている。各注入穴２４ｃは、長辺側の面及び短辺側の面共に長さ方向（長手方向）における電極挿入範囲Ａの中央部から両端部に向けてそれぞれ配設されており、中央部から遠ざかるに連れて各列間の間隔が広くなるように、すなわち中央部から離れるに連れて徐々に個数が減少するように配設されている。なお、注入穴２４ｃの１列当たりの配置数については長辺と短辺との長さの比で設定すればよく、穴のサイズに応じて配置数を変更してもよい。
【００１９】
上述の構成より本発明のレドックスフロー電池２１によれば、注入管２４，２６からの電解液が正極電極２２及び負極電極２３の中央部にそれぞれ供給されるので、正極電極２２及び負極電極２３に対して電解液が均一に供給され、発電効率が向上して発電量を増加させることができる。なお、この作用効果は正極電極２２及び負極電極２３に代えて従来の正極電極５及び負極電極６を用いた場合も同様である。
【００２０】
また、正極電極２２及び負極電極２３がそれぞれ積層構造を呈しているので、従来の正極電極５及び負極電極６に比して表面積を大幅に増加させることができ、これにより発電量を増加させることができる。
なお、上述した実施形態では金属板２２ａと金属板２２ｂとの間及び金属板２２ｃと金属板２２ｄとの間が密着するように図示しているが、それぞれの間に微小な間隙が形成されるように各金属板２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに微小突起を設ける構成、さらには各金属板２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄをメッシュ構造とする構成としてもよい。これにより電解液の供給が各電極２２，２３の各金属板２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに対して確実に行われるため、発電量をさらに増加させることができる。
【００２１】
図５は排出管２５を示している。なお、排出管２７も同様に構成されている。
排出管２５は中空角柱形状を呈しており、図５（ａ）に符号Ｂで示す範囲がセル２８内に挿入される。排出管２５の、正極用電解液タンク２に接続される側である一端２５ａは開口されており、セル２８内に挿入される他端２５ｂは封止されている。
排出管２５はその長辺側の面における幅（短手方向長さ）が正極電極２２の厚み、すなわち正極セル２８Ａの高さとほぼ同じに構成されており、その短辺側の面における幅（厚み）は電解液を流通させるために適度となるように形成されている。排出管２５の長辺側の面であって正極セル２８Ａの内面側に位置する面には、その高さ方向（短手方向）に１列３個４列計１２個の排出穴２５ｃが２箇所計２４個配設されている。各排出穴２５ｃは、上述した中央部から離れたセル２８の両端部にそれぞれ配設されている。なお排出穴２５ｃは、そのサイズに応じて配置数を変更してもよい。
【００２２】
上述の構成より本発明のレドックスフロー電池２１によれば、セル２８の両端部近傍に設けられた排出穴２５ｃ，２７ｃを介して各排出管２５，２７から電解液が正極用電解液タンク２及び負極用電解液タンク３にそれぞれ戻されるので、正極電極２２及び負極電極２３の中央部に供給され両端部へと移動する間にイオン交換がなされた電解液を効率よく回収することができ、発電量を増加させることができる。なお、この作用効果は正極電極２２及び負極電極２３に代えて従来の正極電極５及び負極電極６を用いた場合も同様である。
【００２３】
図６は、本発明の第２の実施形態に用いられる正極電極２９を示している。正極電極２９は、正極電極５と同材質である金属板２９ａを巻回して構成されており、その中心部に注入管２４が挿入されている。負極電極も同様に構成される。
この構成とすることにより、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、面積調整を容易に行うことができ、発電量を容易に増加することができる。さらに、正極と負極とで電流密度が異なる場合には、電流値を合わせるために正極電極と負極電極とで面積を異ならせる必要があるが、その調整を容易に行うことができる。
【００２４】
図７は、本発明の第３の実施形態を示している。この第３の実施形態では、上述したレドックスフロー電池２１を車両３０に搭載している。同図に示すように車両３０は、レドックスフロー電池２１における正極用電解液タンク２及び負極用電解液タンク３をそれぞれ図示しない座席の下部に収納しており、各タンク２，３の近傍には図示してはいないがそれぞれ電解液輸送用のポンプが配設されている。
レドックスフロー電池２１のセル２８は、車両３０のフロント部３０ａに配設されている。フロント部３０ａには、車内に走行風を取り入れるグリル３０ｂが形成されており、セル２８はグリル３０ｂから流入する走行風によって各排出管２５，２７が空冷可能である位置に配設されている。
【００２５】
上述の構成により、レドックスフロー電池２１を搭載することにより車載バッテリとして長寿命の電池を使用することができ、メンテナンスの効率化を図ることが可能となる。
また、各排出管２５，２７を車体前方位置に配置したので、発電により発熱した各電解液を車両走行時に空冷することができ、発電効率を向上することができる。
なお、セル２８は車両３０のどの位置に配置されていても構わないが、排出管２５，２７は車両３０のフロント部３０ａに延出させて走行風が当たる位置に配設されることが好ましく、走行風を車内に取り入れるグリル３０ｂを設けることが望ましい。
【００２６】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２７】
２・・・正極用電解液タンク、３・・・負極用電解液タンク、４・・・イオン交換膜、２１・・・レドックスフロー電池、２２，２９・・・正極電極、２３・・・負極電極、２４・・・正極用注入部材（注入管）、２４ｃ・・・注入穴、２５・・・正極用排出部材（排出管）、２５ｃ・・・排出穴、２６・・・負極用注入部材（注入管）、２７・・・負極用排出部材（排出管）、２８Ａ・・・正極セル、２８Ｂ・・・負極セル、３０・・・車両
【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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