(57)【要約】【課題】流体流通型電池のセル抵抗率を低減させることができると共に、生産性に優れる電極を提供する。【解決手段】流体流通型電池に用いられる電極１であって、平均で５μｍ以上２０μｍ以下の径を有する導電性の太繊維を主体とする太繊維層１０と、平均で０．００５μｍ以上４μｍ以下の径を有する導電性の細繊維を主体とし、太繊維層１０の一面側に設けられる細繊維層１１と、を備える電極１。細繊維層の空隙率は８０％以上９９．９％以下で、かつ、太繊維層の空隙率が６０％以上９０％以下であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流通型電池に用いられる電極であって、
平均で５μｍ以上２０μｍ以下の径を有する導電性の太繊維を主体とする太繊維層と、
平均で０．００５μｍ以上４μｍ以下の径を有する導電性の細繊維を主体とし、前記太繊維層の一面側に設けられる細繊維層と、
を備える電極。
【請求項２】
前記細繊維層の空隙率が８０％以上９９．９％以下で、かつ、前記太繊維層の空隙率が６０％以上９０％以下である請求項１に記載の電極。
【請求項３】
前記細繊維層の空隙率が前記太繊維層の空隙率よりも高い請求項１または請求項２に記載の電極。
【請求項４】
前記細繊維層が固相法あるいは液相法によって形成されている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電極。
【請求項５】
前記電極が前記細繊維層と前記太繊維層との二層構造である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電極。
【請求項６】
前記電極はさらに、前記細繊維を主体とする導電性の層であって、前記太繊維層の他面側に設けられる導電層を備える三層構造である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電極。
【請求項７】
前記細繊維層の平均厚みが１０μｍ以上５００μｍ以下で、かつ、前記太繊維層の平均厚みが１００μｍ以上５００μｍ以下である請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電極。
【請求項８】
前記細繊維層の平均厚みが前記太繊維層の平均厚みよりも大きい請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の電極。
【請求項９】
前記太繊維層の引張強度が、９８ｋＰａ以上である請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の電極。
【請求項１０】
前記太繊維層が、カーボンペーパーまたはカーボンクロスである請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の電極。
【請求項１１】
請求項１に記載の電極を備えるレドックスフロー電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池やレドックスフロー電池などの流体流通型電池に用いられる電極、およびこの電極を用いたレドックスフロー電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体流通型電池の代表例としてレドックスフロー電池（ＲＦ電池）が挙げられる。ＲＦ電池は、正極用電解液に含まれるイオンと負極用電解液に含まれるイオンの酸化還元電位の差を利用して充放電を行う電池である。
【０００３】
図２は、正負の活物質としてバナジウムイオンを利用したＲＦ電池１００の動作原理図である。この図２に示すように、ＲＦ電池１００は、水素イオン（プロトン）を透過させる隔膜１０１で正極セル１０２と負極セル１０３とに分離された電池セル１００Ｃを備える。正極セル１０２には正極電極１０４が内蔵され、かつ正極用電解液を貯留する正極電解液用タンク１０６が導管１０８、１１０を介して接続されている。同様に、負極セル１０３には負極電極１０５が内蔵され、かつ負極用電解液を貯留する負極電解液用タンク１０７が導管１０９、１１１を介して接続されている。各タンク１０６、１０７に貯留される電解液は、充放電の際にポンプ１１２、１１３によりセル１０２、１０３内に循環される。
【０００４】
上記電池セル１００Ｃは通常、図３の下図に示すように、セルスタック２００と呼ばれる構造体の内部に形成される。セルスタック２００は、図３の上図に示すように、額縁状の枠体１２２に一体化された双極板１２１を備えるセルフレーム１２０、正極電極１０４、隔膜１０１、および負極電極１０５を、この順番で積層した構成を備える。この構成では、各セルフレーム１２０間の隙間がシール構造１２７で封止され、隣接する各セルフレーム１２０の双極板１２１の間に一つの電池セル１００Ｃが形成されることになる。
【０００５】
セルスタック２００における電池セル１００Ｃへの電解液の流通は、枠体１２２に形成される給液用マニホールド１２３，１２４と、排液用マニホールド１２５，１２６により行われる。正極用電解液は、給液用マニホールド１２３から枠体１２２の一面側（紙面表側）に形成される溝を介して双極板１２１の一面側に配置される正極電極１０４に供給される。そして、その正極用電解液は、枠体１２２の上部に形成される溝を介して排液用マニホールド１２５に排出される。同様に、負極用電解液は、給液用マニホールド１２４から枠体１２２の他面側（紙面裏側）に形成される溝を介して双極板１２１の他面側に配置される負極電極１０５に供給される。その負極用電解液は、枠体１２２の上部に形成される溝を介して排液用マニホールド１２６に排出される。
【０００６】
セル１００Ｃを構成する電極１０４，１０５は、流体である電解液の流通が給液側から排液側に向かう電解液の流通を阻害しないように多孔質の導電材で構成されることが多い（例えば、特許文献１〜３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２８７９３８号公報
【特許文献２】特開平８−４６１９６号公報
【特許文献３】特開２００６−１５６０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、自然環境に配慮したエネルギーシステムの構築が期待されており、燃料電池やＲＦ電池などの流体流通型電池の電池性能の向上が期待されている。例えば、燃料電池であれば発電効率の向上、ＲＦ電池などの蓄電池であれば充放電効率の向上が期待されている。このような期待に応える手段として、流体流通型電池のセル抵抗率を低減させることができる電極の開発が求められている。
【０００９】
一方、流体流通型電池の普及を促進するために、流体流通型電池の生産性を向上させることも期待されている。その生産性の向上の一環として、電極の生産性の向上が求められている。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的の一つは、流体流通型電池のセル抵抗率を低減させることができると共に、生産性に優れる電極を提供することにある。また、本発明の別の目的は、本発明の電極を用いたレドックスフロー電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電極は、流体流通型電池に用いられる電極であって、平均で５μｍ以上２０μｍ以下の径を有する導電性の太繊維を主体とする太繊維層と、平均で０．００５μｍ以上４μｍ以下の径を有する導電性の細繊維を主体とし、太繊維層の一面側に設けられる細繊維層と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電極は、流体流通型電池のセル抵抗率を低減させることができ、しかも生産性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】流体流通型電池に用いられる実施形態の電極の概略図である。
【図２】レドックスフロー電池の動作原理図である。
【図３】レドックスフロー電池のセルスタックの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
【００１５】
［１］実施形態に係る電極は、流体流通型電池に用いられる電極であって、平均で５μｍ以上２０μｍ以下の径を有する導電性の太繊維を主体とする太繊維層と、平均で０．００５μｍ以上４μｍ以下の径を有する導電性の細繊維を主体とし、太繊維層の一面側に設けられる細繊維層と、を備える。
【００１６】
上記繊維径の細繊維を含む細繊維層を電極に設けることで、この電極を適用した流体流通型電池（以下、単に電池と呼ぶ）のセル抵抗率を低下させることができる。それは、繊維径を小さくすることで、電極の表面積が増加し、電極における電池反応の活性点が増加するからであると考えられる。また、繊維径を小さくすることで、電極の空隙率が高くなり、電極の隅々にまで流体が行き渡り易くなることも、電池のセル抵抗率の低減に寄与すると考えられる。
【００１７】
上記繊維径の太繊維を含む太繊維層を電極に設けることで、電極の生産性を向上させることができる。太繊維層は、細繊維層よりも強度に優れ、丈夫であるため、電極を作製する際に細繊維層が損傷することを抑制できるからである。また、太繊維層によって所定の強度が保証されている電極は、電池の生産現場へ運搬する際や、所望の形状に裁断する際に損傷し難いため、電池の生産性の向上に寄与する。
【００１８】
［２］実施形態に係る電極として、細繊維層の空隙率が８０％以上９９．９％以下で、かつ、太繊維層の空隙率が６０％以上９０％以下である電極を挙げることができる。
【００１９】
例えばレドックスフロー電池の場合、細繊維層の空隙率が小さいと、細繊維層の空隙部に充填される電解液における三次元的なイオン伝導パスが減少し、電池のセル抵抗率が増加する。これに対して、細繊維層の空隙率が８０％以上９９．９％以下であれば、細繊維層の空隙部に充填される電解液におけるイオン伝導パスが増加し、電池のセル抵抗率を低下させることができる。一方、太繊維層の空隙率が６０％以上９０％以下であれば、太繊維層によって流体の流れが極端に阻害されることがなく、太繊維層によって電池のセル抵抗率が上昇することを抑制することができる。
【００２０】
［３］実施形態に係る電極として、細繊維層の空隙率が、太繊維層の空隙率よりも高い電極を挙げることができる。
【００２１】
既に述べたように、電極における電池反応の活性点を増加させるのは細繊維層である。そのため、電極における細繊維層の空隙率を大きくすることで、細繊維層の隅々にまで流体が行き渡り易くすることができ、電極全体のセル抵抗率を低下させることができる。
【００２２】
［４］実施形態に係る電極として、細繊維層が、固相法あるいは液相法によって形成されている電極を挙げることができる。
【００２３】
固相法あるいは液相法によれば、所望の繊維径の細繊維を含む細繊維層であって、空隙率が大きな細繊維層を太繊維層の一面側に容易に形成することができる。
【００２４】
［５］実施形態に係る電極として、細繊維層と太繊維層との二層構造である電極を挙げることができる。
【００２５】
二層構造の電極は、生産性良く製造することができる。例えば、強度に優れる太繊維層を用意し、その太繊維層の一面側に細繊維層を形成すれば、電極の製造過程で細繊維層が損傷することを抑制することができる。
【００２６】
［６］実施形態に係る電極として、細繊維を主体とし、太繊維層の他面側に設けられる導電層を備える三層構造である電極を挙げることができる。
【００２７】
上記三層構造の電極であれば、太繊維層と双極板の接触抵抗を改善することが出来る。レドックスフロー電池では、電極は、積層される双極板の間に挟まれて圧縮される。太繊維層の双極板側にも、細繊維を主体とする導電層を付けることで、太繊維層と双極板との接触面積を増加させ、接触抵抗を低減するができる。
【００２８】
［７］実施形態に係る電極として、細繊維層の平均厚みが１０μｍ以上５００μｍ以下で、かつ、太繊維層の平均厚みが１００μｍ以上５００μｍ以下である電極を挙げることができる。
【００２９】
上記厚みを有する細繊維層と太繊維層を備える電極は、強度と電極性能のバランスに優れる。
【００３０】
［８］実施形態に係る電極として、細繊維層の平均厚みが太繊維層の平均厚みよりも大きい電極を挙げることができる。
【００３１】
上記構成によれば、細繊維層の平均厚みが太繊維層の平均厚みよりも小さい電極よりも、電池性能に優れる電池を作製することができる。上述のように、電極における電池反応の活性点を増加させるのは細繊維層であるため、電極における細繊維層の割合を高くすると、電極における電池反応の活性点を大幅に増加させることができるからである。
【００３２】
［９］実施形態に係る電極として、太繊維層の引張強度が９８ｋＰａ以上である電極を挙げることができる。
【００３３】
引張強度が９８ｋＰａ（約１ｋｇｆ／ｃｍ２）以上の太繊維層であれば、細繊維層を保持する基材としての役割を十分に果たすことができる。
【００３４】
［１０］実施形態に係る電極として、太繊維層が、カーボンペーパー、またはカーボンクロスである電極を挙げることができる。
【００３５】
カーボンペーパーやカーボンクロスは、十分な導電性と引張強度を備えるため、太繊維層として好適である。
【００３６】
［１１］実施形態に係るレドックスフロー電池は、上記実施形態の電極を備える。
【００３７】
実施形態のレドックスフロー電池は、電池性能に優れる。それは、実施形態の電極を備えることで、レドックスフロー電池のセル抵抗率が低下するからである。
【００３８】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、本実施形態に係る電極の具体例を図面に基づいて説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるわけではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内の全ての変更が含まれることを意図する。
【００３９】
＜実施形態１＞
実施形態１では、流体流通型電池の代表例であるレドックスフロー電池（以下、ＲＦ電池）に用いる電極１を図１に基づいて説明する。電極１以外の構成は、図２，３を参照して説明した従来のＲＦ電池１００と同様の構成を採用できるため、その詳しい説明は省略する。
【００４０】
≪電極≫
本実施形態の電極１は、少なくとも太繊維層１０と細繊維層１１を備える多層構造を有する。太繊維層１０は紙面右側の双極板１２１側に、細繊維層１１は紙面左側の隔膜１０１側に配置することが好ましい。この二層のうち、電池反応の主体となる層は細繊維層１１であり、太繊維層１０は細繊維層１１が損傷しないように保持する基材としての役割を果たす。以下、各層の詳しい構成を説明する。
【００４１】
［太繊維層］
太繊維層１０は、導電性の太繊維を主体とする層である。この太繊維層１０には、高い導電性と、基材としての強度と、が備わっていれば良い。
【００４２】
まず、太繊維層１０を構成する太繊維の構成について言及する。太繊維を構成する材料に求められる特性は、導電性を有することと、電解液によって腐食されないことである。そのような特性を満たす材料として、代表的にはカーボンなどを挙げることができる。その他、Ｔｉやステンレスなどの金属を太繊維の材料として利用することができる。ここで、既に述べたように、電池反応の主体となる層は細繊維層１１であるため、太繊維層１０を構成する太繊維の材料は、電池反応を生じさせる材料であっても良いし、電池反応を生じさせない材料であっても良い。
【００４３】
太繊維の平均径は５μｍ以上２０μｍ以下である。このような太さの太繊維であれば、太繊維層１０に基材としての強度を持たせることができる。好ましい太繊維の平均径は、７μｍ以上１２μｍ以下、より好ましい太繊維の平均径は７μｍ以上１０μｍ以下である。平均径は、顕微鏡下で５視野以上、１視野につき５点以上測定した結果を平均することで求めることができる。この測定手法は、後述する細繊維の平均径でも同様である。
【００４４】
上記構成を備える太繊維を含む太繊維層１０は、ある程度以上の空隙率を有することが好ましい。太繊維層１０の空隙率が低いと、双極板１２１と隔膜１０１の積層方向における電解液の流通、および電解液中のプロトンを介したイオン伝導が阻害されるからである。そのため、太繊維層１０の空隙率は、６０％以上９０％以下とすることが好ましい。空隙率が６０％以上であれば、積層方向における電解液の流通、およびイオン伝導がスムースになる。また、空隙率が９０％以下であれば、太繊維層１０に基材としての機能を発揮させるのに十分な強度を持たせることができる。より好ましい太繊維層１０の空隙率は、６０％以上９０％以下であり、さらに好ましい太繊維層１０の空隙率は、７５％以上８５％以下である。空隙率は、太繊維層の体積と質量から計算によって求めることが出来る。
【００４５】
また、太繊維層１０は、細繊維層１１を保持する基材として、所定の引張強度を有することが好ましい。例えば、太繊維層１０の引張強度は、１ｋｇｆ／ｃｍ２（約９８ｋＰａ）以上であることが好ましい。
【００４６】
太繊維層１０の平均厚みは１００μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。このような厚さであれば、後述する細繊維層１１を確りと保持し、細繊維層１１の損傷を効果的に防止することができる。平均厚みは、異なる５点以上の測定結果を平均することで求めることができる。なお、図３に示すように、セルスタック２００の形態で用いられる電極１０４，１０５は、二つのセルフレーム１２０，１２０の間で圧縮されている。そのため、図１に示す圧縮前の電極１の厚みは、セルスタック２００における電極１０４，１０５の厚みのおよそ１倍〜１．２５倍程度であると考えて良い。
【００４７】
上述した特性を満たす太繊維層１０として、カーボンペーパーや、カーボンクロスを挙げることができる。炭素繊維と炭素の複合材料であるカーボンペーパーは、十分な導電性と引張強度とを備える。また、炭素繊維の織布または不織布であるカーボンクロスも、十分な導電性と引張強度を備える。
【００４８】
例えば、繊維径が７μｍの太繊維を含むカーボンペーパーであって、空隙率が８０％で平均厚みが０．１ｍｍのカーボンペーパーの引張強度は、３ｋｇｆ／ｃｍ２（約２９４ｋＰａ）である。このカーボンの平均厚みを０．４ｍｍとすると、その引張強度は８ｋｇｆ／ｃｍ２（約７８５ｋＰａ）である。また、空隙率が９０％で平均厚みが０．４ｍｍのカーボンペーパーの引張強度は、４ｋｇｆ／ｃｍ２（約３９２ｋＰａ）である。
【００４９】
［細繊維層］
細繊維層１１は、導電性を有する細繊維を主体とする層である。この細繊維層１１には、高い導電性と、電池反応を生じさせる機能と、が備わっていれば良い。以下、細繊維層１１の構成を詳細に説明する。細繊維層１１の各構成の寸法の求め方は、太繊維層１０と同様である。
【００５０】
まず、細繊維層１１を構成する細繊維の構成について言及する。細繊維の材料に求められる特性は、導電性を有することと、電池反応を生じさせることである。そのような特性を満たす材料として、代表的にはカーボンなどを挙げることができる。その他、触媒を担持させた金属繊維などを細繊維の材料として利用することができる。
【００５１】
細繊維の平均径は０．００５μｍ（５ｎｍ）以上４μｍ以下である。このような太さの細繊維であれば、電極の表面積を大きくでき、電解液との間で電池反応が生じる箇所を増加させることができる。また、このような太さの細繊維であれば、細繊維層１１に十分な量の空隙が形成され、細繊維層１１中に電解液を隈なく行き渡らせることができる。その結果、ＲＦ電池のセル抵抗率を従来よりも大幅に低減させることができる。好ましい細繊維の平均径は、０．０５μｍ以上１．０μｍ以下、より好ましい細繊維の平均径は０．０５μｍ以上０．３μｍ以下である。
【００５２】
上記構成を備える細繊維を含む細繊維層１１は、一定以上の空隙率を有することが好ましい。細繊維層１１の空隙率が低いと、双極板１２１と隔膜１０１の積層方向における電解液の流通、および電解液中のプロトンを介したイオン伝導が阻害されるからである。また、電池反応が生じる箇所である細繊維層１１では、太繊維層１０よりも電解液の流通とイオン伝導が良好であることが求められることから、細繊維層１１の空隙率は太繊維層１０の空隙率よりも高めであることが好ましい。従って、細繊維層１１の空隙率は、８０％以上９９．９％以下とすることが好ましい。より好ましい細繊維層１１の空隙率は、９０％以上９９．９％以下であり、さらに好ましい細繊維層１１の空隙率は、９２％以上９９．９％以下である。
【００５３】
また、細繊維層１１の平均厚みは、１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。細繊維を含むことで電池反応の活性点が多い細繊維層１１は、１０μｍ以上の平均厚みがあれば、十分にＲＦ電池のセル抵抗率を下げる効果を発揮する。より好ましい細繊維層１１の平均厚みは、５０μｍ以上３００μｍ以下である。
【００５４】
（細繊維層の形成方法）
細繊維層１１は、太繊維層１０の一面側に形成される。太繊維層１０の一面側への細繊維層１１の形成には、固相法、あるいは液相法を利用することが好ましい。例えば、鋳型炭素化法（ｔｅｍｐｌａｔｅ  ｍｅｔｈｏｄ）、エレクトロスピニング法（ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ）、メルトブロー法（ｍｅｌｔ−ｂｌｏｗｎ  ｍｅｔｈｏｄ）などを利用することができる。これらの技術は、上述した繊維径を満たす細繊維で構成され、かつ上述した空隙率を満たす細繊維層１１を形成することに適しており、しかも太繊維層１０に強固に密着した細繊維層１１を形成することができる。細繊維層１１を形成した後は、細繊維層１１を耐炎化処理、炭素化処理を行なうと良い。
【００５５】
また、上記固相法あるいは液相法であれば、ロールトゥロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）方式で電極１を生産性良く製造することができる。具体的には、第一ロールに巻回した太繊維層１０を第二ロールに繰り出す途中に、固相法あるいは液相法によって太繊維層１０の表面に細繊維層１１を形成し、太繊維層１０上に細繊維層１１が形成された電極１を第二ロールに巻き取る。ここで、第二ロールに電極１を巻き取りながら電極１を作製できるのは、太繊維層１０が機械的に細繊維層１１を保護し、細繊維層１１の損傷を抑制しているからである。
【００５６】
（その他）
さらに電極１は、太繊維層１０の他面側に設けられる導電層１３を備える三層構造であっても良い（仮想線で示す部分を参照）。導電層１３は、細繊維層１１と同様の構成を採用することができる。図３に示すセルスタック２００では、電極１（図３では１０４，１０５）は、積層される双極板１２１，１２１の間に挟まれて圧縮される。太繊維層１０の双極板１２１側に、細繊維を主体とする導電層１３を設けることで、太繊維層１０と双極板１２１との接触面積を増加させ、接触抵抗を低減することができる。
【００５７】
［電極以外のＲＦ電池の構成］
上記電極１の説明にあたり、電極１以外のＲＦ電池１００（図２参照）の構成は従来と同じものを採用することができると述べた。しかし、上記電極１を用いてＲＦ電池１００を構成する場合、双極板１２１（図３上図参照）の表面に電解液が流れる流通溝を形成することが好ましい。双極板１２１に流通溝を形成することで、双極板１２１の全面から電極１（図３では１０４．１０５）に向かって電解液を供給することができ、電極１と電解液との間の電池反応がスムースに行なわれる。
【００５８】
双極板１２１における流通溝の形成状態は、特に限定されない。例えば、電解液の供給側から排出側に繋がる一連長の流通溝を設けても良いし、電解液の供給側に繋がる供給側流通溝と、電解液の排出側に繋がる排出側流通溝と、を設けても良い。いずれの流通溝も、双極板のほぼ全面を網羅するように構成することが好ましい。
【００５９】
＜解析例＞
解析例では、二層構造の電極（下記条件Ｉ）を用いたＲＦ電池１００と単層構造の電極（下記条件ＩＩ）を用いたＲＦ電池１００を想定したシミュレーションを行ない、各ＲＦ電池１００のセル抵抗率（Ω・ｃｍ２）を求めた。具体的には、電池内部における電圧分布と電流分布を下記文献１に記載の計算手法により求め、電流通電時と非通電時のセル電圧の差から、セル抵抗率を得た。また、シミュレーションで用いる反応面積密度Ａは、電極繊維径をｄとしたときにＡがｄに反比例するという一般的な関係を用いて求めた。さらに、二層構造の電極において、電極繊維の空隙率をεとしたとき、各電極の液透過率Ｋはｄ２ε３／（１−ε）２に比例する（Ｃａｒｍａｎ−Ｋｏｚｅｎｙ則と呼ばれる）と仮定し、この液透過率が二層とも等しくなるように設定した。即ち、単層構造の電極と液流速分布が同一となるように、二層構造の電極の膜側の電極繊維空隙率を設定した。また、本解析例では、シミュレーション条件として、正極セル及び負極セルをそれぞれ一つずつ備える単セル構造のＲＦ電池を設定したが、簡易化のため、正極と負極は同じ構造であると仮定した。シミュレーションの条件を以下に示す。
・文献１…Ａ．Ａ．Ｓｈａｈ  ｅｔ  ａｌ．、「Ａ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｍｏｄｅｌ  ｆｏｒ  ｒｅｄｏｘ−ｆｌｏｗ  ｂａｔｔｅｒｉｅｓ  ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ  ｓｏｌｕｂｌｅ  ｓｐｅｃｉｅｓ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ  Ａｃｔａ  ５３（２００８）、ｐ．８０８７−８１００
【００６０】
［条件Ｉ］
・電極１…太繊維層１０と細繊維層１１の二層構造
・太繊維層１０…太繊維の平均径＝１０μｍ  太繊維層１０の空隙率＝６０％  太繊維層１０の厚み＝０．５ｍｍ  電極反応面積密度Ａ＝５０００［ｃｍ２／ｃｍ２］
・細繊維層１１…細繊維の平均径＝０．５μｍ  細繊維層１１の空隙率＝９９．３％  細繊維層１１の厚み＝０．５ｍｍ  電極反応面積密度Ａ＝１０００００［ｃｍ２／ｃｍ２］
・電解液…充電状態（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ；充電深度と言うこともある）が５０％の硫酸バナジウム電解液
・電解液の流量…０．３ｃｃ／ｍｉｎ．／ｃｍ２
・充電密度…７０ｍＡ／ｃｍ２
【００６１】
［条件ＩＩ］
・電極…一層の多孔質層
・多孔質層…繊維の平均径＝１０μｍ  多孔質層の空隙率＝６０％  多孔質層の厚み＝１．０ｍｍ
・電解液、その流量、充電密度…条件Ｉと同じ
【００６２】
以上の条件のもと、計算によりセル抵抗率を求めたところ、条件Ｉのセル抵抗率は０．５２Ω・ｃｍ２であり、条件ＩＩのセル抵抗率は１．１Ω・ｃｍ２であった。このシミュレーション結果から、平均繊維径が０．００５μｍ以上４μｍ以下の細繊維を含む細繊維層１１を電極１に設けた場合、セル抵抗率を大幅に低減できることが分かった。
【００６３】
＜付記＞
以上説明した本発明の実施形態に関連して、更に以下の付記を開示する。
【００６４】
［付記１］
平均で０．００５μｍ以上４μｍ以下の径を有する導電性の細繊維を主体とする細繊維層を備える単層構造の電極。
【００６５】
付記１の電極によれば、電極における電池反応性を向上させることができる。既に説明したように、実施形態に係る電極１は、細繊維層１１を保持する基材としての太繊維層１０を備えているが、電池反応の主体となるのは細繊維層１１である。従って、電極１における電池反応の向上に着目すれば、平均で０．００５μｍ以上４μｍ以下の径を有する導電性の細繊維を主体とする細繊維層を備える１層構造の電極を用いることで、ＲＦ電池１００の電池性能を向上させることができる。実施形態１に匹敵するハンドリング性能を付記１の電極に持たせるのであれば、細繊維層１１が十分な強度を備えるように、細繊維層を構成する細繊維の材料を選択する必要がある。
【００６６】
付記１の電極においても、実施形態の細繊維層１１と同様の構成（空隙率など）を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の電極は、レドックスフロー電池や燃料電池といった流体流通型電池の電極として好適に利用可能である。また、本発明のレドックスフロー電池は、負荷平準用途や瞬低・停電対策用の電池として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１００  レドックスフロー電池（ＲＦ電池）
１００Ｃ  電池セル
１０１  隔膜    １０２  正極セル    １０３  負極セル
１０４  正極電極    １０５  負極電極
１０６  正極用タンク    １０７  負極用タンク
１０８〜１１１  配管
１１２，１１３  ポンプ
１  電極
１０  太繊維層  １１  細繊維層  １３  導電層
２００  セルスタック
１２０  セルフレーム    １２１  双極板  １２２  枠体
１２３，１２４  給液用マニホールド  １２５，１２６  排液用マニホールド
１２７  シール構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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