(57)【要約】【課題】負極と正極との導通を低減することができるフロー電池を提供する。【解決手段】実施形態に係るフロー電池は、正極および負極と、電極保持部材と、電解液と、発生部とを備える。電極保持部材は、正極と負極との間に配置される。電解液は、正極、電極保持部材および負極に接触する。発生部は、電解液に気泡を発生させる。電極保持部材は、正極および負極のうちの一方である第１電極と向かい合う押さえ部と、押さえ部から正極および負極の他方である第２電極側に延びる複数の突出部とを有する。【選択図】図１
2019133864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極および負極と、
前記正極と前記負極との間に配置される電極保持部材と、
前記正極、前記電極保持部材および前記負極に接触する電解液と、
前記電解液に気泡を発生させる発生部と
を備え、
前記電極保持部材は、前記正極および前記負極のうちの一方である第１電極と向かい合う押さえ部と、前記押さえ部から前記正極および前記負極の他方である第２電極側に延びる複数の突出部とを有すること
を特徴とするフロー電池。
【請求項２】
前記第１電極が前記正極であり、前記第２電極が前記負極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】
前記押さえ部は、前記第１電極の下側部分と向かい合うように高さ方向に対して交差する幅方向に沿って延びる第１部分と、前記高さ方向に沿って前記第１部分から上方に延びる第２部分とを有す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】
前記押さえ部は、前記第２部分から前記幅方向に対して３０°以上８０°以下の角度で上方に伸びる第３部分をさらに有することを特徴とする請求項３に記載のフロー電池。
【請求項５】
前記押さえ部は、複数の開口を区画するように設けられており、
前記開口の上側部分に、間隙を有す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６】
前記発生部は、前記電解液に気体を吐出する吐出口を含み、
前記複数の突出部は、高さ方向に対して交差する幅方向に沿って所定間隔で配置されており、
前記吐出口は、平面視で隣り合う前記突出部の間に配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のフロー電池。
【請求項７】
前記第２電極は、前記第１電極を挟んで向かい合う第１電極部材および第２電極部材を含み、
前記電極保持部材は、前記第１電極部材と前記第１電極との間に配置される第１電極保持部材と、前記第１電極と前記第２電極部材との間に配置される第２電極保持部材とを含み、
前記第１電極保持部材および前記第２電極保持部材が有する前記複数の突出部は、前記第１電極を挟んで向かい合うようにそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のフロー電池。
【請求項８】
前記押さえ部は、前記第１電極の外周面積以上の外周面積を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のフロー電池。
【請求項９】
前記第１電極、前記電極保持部材および前記第２電極を含む電極部の外側から押圧する押圧部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のフロー電池。
【請求項１０】
前記複数の突出部は、柱状または板状であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載のフロー電池。
【請求項１１】
前記押さえ部と前記第１電極との間に電解液透過性を有する緩衝部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載のフロー電池。
【請求項１２】
亜鉛を含み、前記電解液中を移動可能に混在する粉末
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つ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、亜鉛種などの活物質を含む負極を、選択的イオン伝導性を有するイオン伝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、上記に記載のフロー電池では、依然として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低減することが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、正極および負極と、電極保持部材と、電解液と、発生部とを備える。電極保持部材は、前記正極と前記負極との間に配置される。電解液は、前記正極、前記電極保持部材および前記負極に接触する。発生部は、前記電解液に気泡を発生させる。前記電極保持部材は、前記正極および前記負極のうちの一方である第１電極と向かい合う押さえ部と、前記押さえ部から前記正極および前記負極の他方である第２電極側に延びる複数の突出部とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
実施形態の一態様のフロー電池によれば、負極と正極との導通を低減することができる。
【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、図１のＩ−Ｉ断面図である。
【図３】図３は、実施形態に係るフロー電池が備える枠体の配置例について説明する図である。
【図４】図４は、実施形態に係るフロー電池の電極間の接続の一例について説明する図である。
【図５】図５は、第１変形例に係るフロー電池が有する電極保持部材を説明するための図である。
【図６】図６は、第２変形例に係るフロー電池が有する電極保持部材を説明するための図である。
【図７】図７は、第３変形例に係るフロー電池が有する電極保持部材を説明するための図である。
【図８】図８は、第４変形例に係るフロー電池が有する電極部を説明するための図である。
【図９】図９は、第５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】
＜実施形態＞
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１は、筐体１７に収容された反応部１０および発生部９と、供給部１４とを備える。反応部１０は、電極部１９と、電解液６と、粉末７とを備える。フロー電池１は、発生部９で発生した気泡８を電解液６中で浮上させることにより反応部１０内に収容された電解液６を流動させる装置である。発生部９は、流動装置の一例である。
【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。また、図１に示すフロー電池１と同様の構成については同じ符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００１４】
電極部１９は、正極２と、負極３と、隔膜４，５と、電極保持部材２０と、枠体３１とを備える。正極２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、コバルト化合物含有水酸化ニッケル等が使用できる。マンガン化合物は、例えば、二酸化マンガン等が使用できる。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使用できる。また、正極２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６が分解される酸化還元電位の観点からは、正極２はニッケル化合物を含有してもよい。また、正極２は、ニッケル金属、コバルト金属またはマンガン金属、あるいはそれらの合金であってもよい。
【００１５】
負極３は、負極活物質を金属として含む。負極３は、例えば、ステンレスや銅などの金属板や、ステンレスや銅板の表面をニッケルやスズ、亜鉛でメッキ処理したものを使用することができる。また、メッキ処理された表面が一部酸化されたものを負極３として使用してもよい。
【００１６】
正極２は、正極２Ａおよび正極２Ｂを含む。負極３は、負極３Ａ、負極３Ｂおよび負極３Ｃを含む。正極２および負極３は、負極３Ａと、正極２Ａと、負極３Ｂと、正極２Ｂと、負極３Ｃとが予め定められた間隔でＹ軸方向に沿って順に並ぶように配置されている。このように隣り合う正極２と負極３との間隔をそれぞれ設けることにより、正極２と負極３との間における電解液６および気泡８を流通する経路が確保される。正極２は、第１電極の一例である。負極３は、第２電極の一例である。また、正極２Ａ，２Ｂ、負極３Ａ〜３Ｃは、正極２、負極３がそれぞれ有する電極部材の一例である。
【００１７】
隔膜４，５は、正極２の厚み方向、すなわちＹ軸方向の両側を挟むように配置される。隔膜４，５は、電解液６に含まれるイオンの移動を許容する材料で構成される。具体的には、隔膜４，５の材料として、例えば、隔膜４，５が水酸化物イオン伝導性を有するように、陰イオン伝導性材料が挙げられる。陰イオン伝導性材料としては、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、または固体高分子型陰イオン伝導性材料などが挙げられる。固体高分子型陰イオン伝導性材料は、例えば、ポリマーと、周期表の第１族〜第１７族より選択された少なくとも一種類の元素を含有する、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た少なくとも一つの化合物とを含む。
【００１８】
隔膜４，５は、好ましくは、水酸化物イオンよりも大きいイオン半径を備えた［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−等の金属イオン錯体の透過を抑制するように緻密な材料で構成されると共に所定の厚さを有する。緻密な材料としては、例えば、アルキメデス法で算出された９０％以上、より好ましくは９２％以上、さらに好ましくは９５％以上の相対密度を有する材料が挙げられる。所定の厚さは、例えば、１０μｍ〜１０００μｍ、より好ましくは５０μｍ〜５００μｍである。
【００１９】
この場合には、充電の際に、負極３Ａ〜３Ｃにおいて析出する亜鉛がデンドライト（針状結晶）として成長し、隔膜４，５を貫通することを低減することができる。その結果、互いに向かい合う負極３と正極２との間の導通を低減することができる。
【００２０】
電解液６は、亜鉛種を含有するアルカリ水溶液である。電解液６中の亜鉛種は、［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−として電解液６中に溶存している。電解液６は、例えば、Ｋ＋やＯＨ−を含むアルカリ水溶液に亜鉛種を飽和させたものを使用することができる。なお、電解液６は、後述する粉末７とともに調製すれば、充電容量を大きくできる。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、０．５ｍｏｌの割合でＺｎＯを添加し、必要に応じて後述する粉末７を追加することにより電解液６を調製することができる。さらに、酸素発生抑制を目的に、水酸化リチウムや水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属を添加してもよい。
【００２１】
粉末７は、亜鉛を含む。具体的には、粉末７は、例えば粉末状に加工または生成された酸化亜鉛、水酸化亜鉛等である。粉末７は、アルカリ水溶液中には容易に溶解するが、亜鉛種の飽和した電解液６中には溶解せずに分散または浮遊し、一部が沈降した状態で電解液６中に混在する。電解液６が長時間静置されていた場合、ほとんどの粉末７が、電解液６の中で沈降した状態になることもあるが、電解液６に対流等を生じさせれば、沈降していた粉末７の一部は、電解液６に分散または浮遊した状態になる。つまり、粉末７は、電解液６中に移動可能に存在している。なお、ここで移動可能とは、粉末７が、周囲の他の粉末７の間にできた局所的な空間の中のみを移動できることではなく、電解液６の中を別の位置に粉末７が移動することにより、当初の位置以外の電解液６に粉末７が晒されるようになっていることを表す。さらに、移動可能の範疇には、正極２を挟む隔膜４，５および負極３の両方の近傍まで粉末７が移動できるようになっていることや、反応部１０内に存在する電解液６中の、ほぼどこにでも粉末７が移動できるようになっていることが含まれる。電解液６中に溶存する亜鉛種である［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−が消費されると、電解液６中に混在する粉末７は、粉末７および電解液６が互いに平衡状態を維持するように電解液６中に溶存する亜鉛種が飽和するまで溶解する。
【００２２】
気泡８は、例えば正極２Ａ，２Ｂ、負極３Ａ〜３Ｃおよび電解液６に対して不活性な気体で構成される。このような気体としては、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、またはアルゴンガスなどが挙げられる。電解液６に不活性な気体の気泡８を発生させることにより、電解液６の変性を低減することができる。また、例えば、亜鉛種を含有するアルカリ水溶液である電解液６の劣化を低減し、電解液６のイオン伝導度を高く維持することができる。なお、気体は空気を含有してもよい。
【００２３】
発生部９から電解液６中に供給された気体により発生した気泡８は、後述する所定の間隔で配置された電極間、より具体的には、負極３Ａまたは負極３Ｂと隔膜４との間、負極３Ｂまたは負極３Ｃと隔膜５との間において、それぞれ電解液６中を浮上する。電解液６中を気泡８として浮上した気体は、電解液６の液面６ａで消滅し、上板１８と電解液６の液面６ａとの間に気体層１３を構成する。
【００２４】
ここで、フロー電池１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２および負極３での反応式はそれぞれ、以下のとおりである。
【００２５】
正極：Ｎｉ（ＯＨ）２  ＋  ＯＨ−  →  ＮｉＯＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ  ＋  ｅ−
負極：［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−  ＋  ２ｅ−  →  Ｚｎ  ＋４ＯＨ−
【００２６】
一般的には、この反応に伴って負極３で生成したデンドライトが正極２側へ成長し、正極２と負極３とが導通する懸念がある。反応式から明らかなように、負極３では、充電により亜鉛が析出するのに伴い、負極３の近傍における［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−の濃度が低下する。そして、析出した亜鉛の近傍で［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−の濃度が低下する現象が、デンドライトとして成長する一因である。すなわち、充電時に消費される電解液６中の［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−を補給することにより、電解液６中の亜鉛種である［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−の濃度が飽和状態に保持される。これにより、デンドライトの成長が低減され、正極２と負極３とが導通する可能性が低減される。
【００２７】
フロー電池１では、発生部９の吐出口９ａから電解液６中に気体を供給して気泡８を発生させる。気泡８は、隔膜４または隔膜５と負極３との間においてそれぞれ反応部１０の下方から上方に向かって電解液６中を浮上する。また、電極間における上記した気泡８の浮上に伴い、電解液６には上昇液流が発生し、負極３Ａと隔膜４との間、隔膜５と負極３Ｂとの間では反応部１０の内底１０ｅ側から上方に向かって電解液６が流動する。そして、電解液６の上昇液流に伴い、主に反応部１０の内壁１０ａと負極３Ａとの間、および内壁１０ｂと負極３Ｃとの間で下降液流が発生し、電解液６が反応部１０の内部を上方から下方に向かって流動する。これにより、充電によって電解液６中の［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−が消費されると、これに追従するように粉末７中の亜鉛が溶解することで［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−が電解液６中に補給される。このため、電解液６中の［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−の濃度を飽和状態に保つことができ、デンドライトの成長に伴う正極２と負極３との導通を低減することができる。
【００２８】
また、フロー電池１では、電解液６中に亜鉛を含む粉末７を混在させている。これにより、充電によって電解液６中の［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−が消費されると、これに追従するように粉末７中の亜鉛が溶解することで［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−が電解液６中に補給される。このため、電解液６中の［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−の濃度を飽和状態に保つことができ、デンドライトの成長に伴う正極２と負極３との導通の可能性を低減することができる。
【００２９】
なお、粉末７としては、酸化亜鉛および水酸化亜鉛以外に、金属亜鉛、亜鉛酸カルシウム、炭酸亜鉛、硫酸亜鉛、塩化亜鉛などが挙げられ、酸化亜鉛および水酸化亜鉛が好ましい。
【００３０】
また、負極３では、放電によりＺｎが消費され、［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−を生成するが、電解液６はすでに飽和状態であるため、電解液６中では、過剰となった［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−からＺｎＯが析出する。このとき負極３で消費される亜鉛は、充電時に負極３の表面に析出した亜鉛である。このため、元来亜鉛種を含有する負極を用いて充放電を繰り返す場合とは異なり、負極３の表面形状が変化するいわゆるシェイプチェンジが生じない。これにより、フロー電池１によれば、負極３の経時劣化を低減することができる。なお、電解液６の状態によっては、過剰となった［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−から析出するのは、Ｚｎ（ＯＨ）２や、ＺｎＯとＺｎ（ＯＨ）２とが混合したものになる。
【００３１】
実施形態に係るフロー電池１では、正極２と負極３との間に電極保持部材２０を配置することとしている。電極保持部材２０は、正極２と負極３との間、すなわち負極３Ａと正極２Ａとの間、正極２Ａと負極３Ｂとの間、負極３Ｂと正極２Ｂとの間、正極２Ｂと負極３Ｃとの間にそれぞれ配置される。以下、図１および図２を参照し、電極保持部材２０の詳細な構成についてさらに説明する。
【００３２】
図２は、図１のＩ−Ｉ断面図である。電極保持部材２０は、押さえ部２１と、突出部２２とを有する。電極保持部材２０は、例えばニッケル、メッキ処理品、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂など、耐電解液性を有する材料で構成される。例えばニッケルやメッキ処理品など導電性を有する材料を使用する場合には正極２および負極３と導通しないようにするとよい。なお、押さえ部２１および突出部２２は、一体品として加工してもよく、また別部材を接合して一体化させてもよい。
【００３３】
図２に示すように、押さえ部２１は、隔膜４を挟んで厚み方向（Ｙ軸方向）に正極２と向かい合うように配置されており、隔膜４を介して正極２を押圧する。同様に、図示しない隔膜５側についても、押さえ部２１は、隔膜５を挟んで厚み方向（Ｙ軸方向）に正極２と向かい合うように配置されており、隔膜５を介して正極２を押圧する。これにより、正極２が適切な位置に保持されるとともに、副反応により正極２で発生した気体の滞留による隔膜４，５の膨張を低減することができる。
【００３４】
押さえ部２１は、隔膜４を介して正極２の下側部分と向かい合うように高さ方向（Ｚ軸方向）に対して交差する幅方向、すなわちＸ軸方向に沿って延びる第１部分２１ａと、Ｚ軸に沿うように第１部分２１ａから上方に延びる第２部分２１ｂとを有する。押さえ部２１は、隣り合う第２部分２１ｂの間では開口しており、電解液６は隣り合う正極２と負極３との間で自由に移動することができる。
【００３５】
また、押さえ部２１は、正極２の外周面積以上の外周面積を有するとよい。例えば、正極２のＸ軸方向×Ｙ軸方向の寸法が２００ｍｍ×１００ｍｍの場合、図２に示すｗおよびｈを２２０ｍｍ×１２０ｍｍとすることができる。このように押さえ部２１の外周面積を規定することで、正極２の外縁部分にまで押さえ部２１からの押圧力を確実に伝達させることにより、電極部１９の形状を保持することができる。
【００３６】
また、複数の第２部分２１ｂのうち、両端に設けられた第２部分２１ｂを他の第２部分２１ｂよりもＸ軸方向に長い幅広にしてもよい。このように規定することで、正極２の外縁部分に対して押さえ部２１からの押圧力を伝達させやすくなる。
【００３７】
また、押さえ部２１の開口率は、１５％以上、例えば１５％以上９０％以下とすることができる。このように開口率を規定することにより、適切な充放電速度を得ることができる。なお、開口率は、正極２の外周面積（ｗ×ｈ）に対する開口部分、すなわち隣り合う第２部分２１ｂの間に挟まれた部分の面積の割合として算出される値をいう。
【００３８】
突出部２２は、押さえ部２１の第２部分２１ｂから負極３側に向かって所定の間隔で延びる柱状の部材で構成されており、突出部２２の一部は、第１部分２１ａにも配置されている。押さえ部２１は、厚み方向（Ｙ軸方向）の両側から負極３と向かい合うように配置されており、負極３の両側から押圧保持する。
【００３９】
図２に示すように、隣り合う突出部２２の間が、吐出口９ａから気体によって電解液６中を浮上する気泡８の流路となる。このため、吐出口９ａは、気泡８の浮上を阻害しないよう、平面視したときに隣り合う突出部２２の間に配置されるようにするとよい。このように気泡８の流路を確保することで、電解液６が負極３へ速やかに供給され、負極３近傍の亜鉛濃度の低下を防ぐことでデンドライトの成長に伴う正極２と負極３との導通の可能性を低減することができる。
【００４０】
ここで、Ｘ軸方向に隣り合う突出部２２同士の間隔ｄ１は、例えば５ｍｍ以上４０ｍｍ以下とすることができる。間隔ｄ１をこのように規定することにより、正極２および負極３に対する押圧力を伝達させやすくなるとともに、気泡８の流路をより確実に確保することができる。
【００４１】
ここで、突出部２２の直径は、例えば２ｍｍ以下とすることができる。このように突出部２２の直径に上限を設けることにより、正極２の充放電反応が起こりにくい突出部２２と向かい合う部分を低減することができる。
【００４２】
また、突出部２２と向かい合う位置では、正極２の充放電反応が起こりにくい場合がある。正極２を挟んで向かい合う電極保持部材２０が有する突出部２２の位置がずれると、正極２の裏表で充放電状態が不均一になり、活物質の溶解等により正極２が歪むことで滑落等が生じやすくなる。このため、正極２を挟んで互いに向かい合う電極保持部材２０が有する複数の突出部２２が、正極２を挟んで向かい合うようにそれぞれ配置することで上記したような不具合を起き難くすることができる。さらに、正極２を挟んで互いに向かい合うように複数の突出部２２をそれぞれ配置することで応力の掛かり方の違いによる電極の歪みを低減することができる。
【００４３】
このように、実施形態に係るフロー電池１によれば、正極２と負極３との間の気泡８および電解液６の流路を確実に確保することで負極３周りの電解液６が効率よく攪拌され、正極２と負極３とが導通する可能性が低減される。
【００４４】
実施形態に係るフロー電池１についてさらに説明する。発生部９は、反応部１０の下方に配置されている。発生部９は、後述する供給部１４から供給された気体を一時的に貯留するよう内部が中空となっている。また、反応部１０の内底１０ｅは、発生部９の中空部分を覆うように配置されており、発生部９の天板を兼ねている。
【００４５】
また、内底１０ｅは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って並ぶ複数の吐出口９ａを有している。発生部９は、供給部１４から供給された気体を吐出口９ａから吐出することにより、電解液６中に気泡８を発生させる。吐出口９ａは、例えば０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の直径を有する。吐出口９ａの直径をこのように規定することにより、吐出口９ａから発生部９の内部の中空部分に電解液６や粉末７が進入する不具合を低減することができる。また、吐出口９ａから吐出される気体に対し、気泡８を発生させるのに適した圧力損失を与えることができる。
【００４６】
また、吐出口９ａのＸ軸方向に沿った間隔（ピッチ）は、例えば、２．５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、さらに１０ｍｍ以下にしてもよい。ただし、吐出口９ａは、発生した気泡８を負極３と正極２（隔膜４，５）との間に適切に流動させることができるように配置されるものであれば、大きさや間隔に制限はない。
【００４７】
ここで、発生部９および反応部１０を有する筐体１７および上板１８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、ポリ塩化ビニルなど、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。筐体１７および上板１８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。また、発生部９は、反応部１０の内部に配置されてもよい。
【００４８】
供給部１４は、配管１６を介して反応部１０の内部から回収された気体を、配管１５を介して発生部９に供給する。供給部１４は、例えば気体を移送可能なポンプ（気体ポンプ）、コンプレッサまたはブロワである。供給部１４の気密性を高くすれば、気体や電解液６に由来する水蒸気を外部に漏出させることによるフロー電池１の発電性能の低下が起きにくい。
【００４９】
枠体３１は、電極部１９の外周をＹＺ平面に沿うように囲んで外側から押圧力を付与することにより、電極部１９の積層構造を保持する部材である。枠体３１は、押圧部材の一例である。ここで、枠体３１の配置例について図３を用いてさらに説明する。
【００５０】
図３は、実施形態に係るフロー電池１が備える枠体３１の配置例について説明する図である。枠体３１は、電極部１９の幅方向の両端部分に配置された枠体３１ａ，３１ｂを含む。また、隣り合う枠体３１同士の間隔ｄ２が１０ｃｍ以下、例えば３ｃｍ以上１０ｃｍ以下となるように１または２以上の枠体３１ｃをさらに設け、電極部１９の中央部分における撓みを低減することができる。これにより、撓み部分における電解液６および気泡８の流路の閉塞や正極２および負極３が正対しないことによる電極反応の不具合を低減することができる。
【００５１】
枠体３１は、例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、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、ポリ塩化ビニルなど、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。枠体３１は、例えば筐体１７と同じ材料で構成されてもよく、また異なる材料で構成されてもよい。また、枠体３１は、内壁１０ａ，１０ｂと当接していてもよく、また当接せずに近接していてもよい。
【００５２】
次に、フロー電池１における電極間の接続について説明する。図４は、実施形態に係るフロー電池１の電極間の接続の一例について説明する図である。
【００５３】
図４に示すように、負極３Ａ，３Ｂおよび３Ｃは、タブ３Ａ１，３Ｂ１，３Ｃ１を介して並列接続されている。また、正極２Ａおよび２Ｂは、タブ２Ａ１，２Ｂ１を介して並列接続されている。このように負極３および正極２をそれぞれ並列に接続することにより、正極２および負極３の総数が異なる場合であってもフロー電池１の各電極間を適切に接続し、使用することができる。
【００５４】
なお、上記した実施形態では、合計５枚の電極が負極３および正極２が交互に配置されるように構成されたが、これに限らず、３枚または７枚以上の電極を交互に配置するようにしてもよく、正極２および負極３をそれぞれ１枚ずつ配置させてもよい。また、上記した実施形態では、両端がともに負極３となるように構成されたが、これに限らず、両端がともに正極２となるように構成してもよい。
【００５５】
さらに、一方を正極２、他方を負極３となるように同枚数の負極３および正極２をそれぞれ交互に配置してもよい。
【００５６】
また、反応部１０の内部に、例えば図４に例示したように正極２および負極３がそれぞれ並列に接続された複数のセルを収容してもよい。
【００５７】
＜第１変形例＞
図５は、第１変形例に係るフロー電池１が有する電極保持部材を説明するための図である。図５は、図２と同様に、電極保持部材２０Ａを断面視したものに相当する。ただし、簡略化のために電極保持部材２０Ａ以外の図示は省略している。なお、後述する図６、図７についても、図５と同じ視点で図示する。
【００５８】
図５に示すように、電極保持部材２０Ａは、押さえ部２１の第２部分２１ｂから幅方向に沿うように伸びる部分２３，２４をさらに有する。部分２３は、第２部分２１ｂからＸ軸負方向側に延びるように設けられている。また、部分２４は、第２部分２１ｂからＸ軸正方向側に延びるように設けられている。
【００５９】
電極保持部材２０Ａは、部分２３，２４を配置することで格子状の複数の開口２６が区画されたような形状を有している。そして、開口２６の上側部分には、部分２３，２４の間に設けられた間隙２５を有しており、押さえ部２１の第１部分２１ａ側から上方への気泡８および電解液６の流通に支障が生じないようになっている。
【００６０】
また、隔膜４，５には、電極保持部材２０Ａの第１部分２１ａおよび第２部分２１ｂのほか、部分２３，２４からも押圧されることとなる。このため、電極保持部材２０Ａによれば、隔膜４，５および正極２をより適切に保持することができる。
【００６１】
＜第２変形例＞
図６は、第２変形例に係るフロー電池１が有する電極保持部材を説明するための図である。図６に示すように、電極保持部材２０Ｂは、押さえ部２１の第２部分２１ｂから幅方向に対して上方に伸びる第３部分２１ｃを有する。第３部分２１ｃは、Ｘ軸負方向側に延びる部分２１ｃ１と、Ｘ軸正方向側に延びる部分２１ｃ２とを有する。
【００６２】
ここで、部分２１ｃ１とＸＹ平面とのなす角θ１は、３０°以上８０°以下とすることができる。また、部分２１ｃ２とＸＹ平面とのなす角θ２は、３０°以上８０°以下とすることができる。このように第３部分２１ｃの角度を規定することにより、例えば気泡８や正極２で発生した気体の排出がさらに促進される。
【００６３】
＜第３変形例＞
上記した実施形態および各変形例では、突出部２２は円柱状として説明したが、これに限らず、例えば楕円柱状または角柱状などの柱状であってもよい。また、突出部２２は柱状でなくてもよい。図７は、第３変形例に係るフロー電池１が有する電極保持部材を説明するための図である。図７に示すように、電極保持部材２０Ｃは、第２部分２１ｂに沿って延びる板状の突出部２２を有する。このように高さ方向に延びる突出部２２を連続させることにより、例えば気泡８や正極２で発生した気体の排出を適切に誘導することができる。
【００６４】
＜第４変形例＞
上記した実施形態では、電極保持部材２０の押さえ部２１は隔膜４，５を保持するとして説明したが、これに限らない。図８は、第４変形例に係るフロー電池１が有する電極部を説明するための部分拡大図である。図８に示すように、電極保持部材２０の押さえ部２１と隔膜５との間には緩衝部材２７が配置されている。
【００６５】
緩衝部材２７は、電解液６を保持する耐電解液性の部材で構成することができる。緩衝部材２７は、電解液６を保持することでクッション性が得られる。また、押さえ部２１と隔膜５との間にクッション性を有する緩衝部材２７を配置することで、押さえの応力を分散させることができ、正極劣化のばらつきを防ぐことができる。また、押さえ部２１とは直接触れていない隔膜４，５の内部における正極から発生した気体の滞留を低減することができる。
【００６６】
ここで、緩衝部材２７の材料としては、例えば、ポリエチレンまたはポリプロピレン等の耐電解液性を有する繊維を含む不織布を使用することができる。なお、緩衝部材２７は、隔膜４，５と正極２との間に配置してもよい。
【００６７】
＜第５変形例＞
次に、フロー電池１が備える押圧部材の変形例について説明する。図９は、第５変形例に係るフロー電池の概略を示す図である。
【００６８】
図９に示すフロー電池１Ａは、枠体３１に代えてスペーサ３２を有することを除き、図１に示すフロー電池１と同様の構成を有している。スペーサ３２は、電極部１９の外周のうち、反応部１０の内壁１０ａ，１０ｂおよび内底１０ｅに面する部分を囲んで外側から押圧力を付与することにより、電極部１９の積層構造を保持するＵ字状の部材である。スペーサ３２は、押圧部材の一例である。
【００６９】
スペーサ３２は、枠体３１と同様に電極部１９の幅方向の両端部分に配置することができる。また、隣り合うスペーサ３２同士の間隔が１０ｃｍ以下、例えば３ｃｍ以上１０ｃｍ以下となるように１または２以上のスペーサ３２をさらに設け、電極部１９の中央部分における撓みを低減することができる。これにより、撓み部分における電解液６および気泡８の流路の閉塞や正極２および負極３が正対しないことによる電極反応の不具合を低減することができる。
【００７０】
また、スペーサ３２は、枠体３１と同様、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。スペーサ３２は、例えば筐体１７と同じ材料で構成されてもよく、また異なる材料で構成されてもよい。また、スペーサ３２は、内壁１０ａ，１０ｂと当接していてもよく、また当接せずに近接していてもよい。
【００７１】
また、電極部１９が内壁１０ａ，１０ｂの一方に接していれば他方の内壁１０ａ，１０ｂ側にのみスペーサ３２を配置してもよい。かかる場合、例えばＬ字状のスペーサ３２を内底１０ｅ側および内壁１０ａ，１０ｂの一方に接するように配置することができる。また、内壁１０ａ，１０ｂのうち一方にのみ接するスペーサ３２をそれぞれ個別に設けてもよい。
【００７２】
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、フロー電池１Ａが有する電極保持部材２０を、図５〜図７に示す電極保持部材２０Ａ〜２０Ｃに変更してもよい。
【００７３】
また、上記した各実施形態では、電極保持部材２０，２０Ａ〜２０Ｃは、押さえ部２１が正極２と向かい合うように配置されるとして説明したが、突出部２２が正極２と向かい合うように配置されてもよい。すなわち、第１電極と第２電極とを入れ替えてもよい。
【００７４】
また、上記した各実施形態では、突出部２２は押さえ部２１の第１部分２１ａおよび第２部分２１ｂから延びるように配置されたが、これに限らず、例えば図５に示す部分２３，２４および図６に示す第３部分２１ｃに配置されてもよい。
【００７５】
また、上記した各実施形態では、電解液６中に粉末７が混在されているとして説明したが、これに限らず、粉末７を有しなくてもよい。かかる場合、負極３が含有する負極活物質を増量するとよい。
【００７６】
なお、供給部１４は、常時動作させてもよいが、電力消費を低減する観点から、放電時には充電時よりも気体または電解液６の供給レートを低下させてもよい。
【００７７】
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】
【００７８】
１，１Ａ  フロー電池
２，２Ａ，２Ｂ  正極
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ  負極
４，５  隔膜
６  電解液
７  粉末
８  気泡
９  発生部
９ａ  吐出口
１０  反応部
１４  供給部
１７  筐体
１８  上板
１９  電極部
２０  電極保持部材
２１  押さえ部
２２  突出部
２５  間隙
２７  緩衝部材
３１  枠体
３２  スペーサ
【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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【図８】
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【図９】
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