(57)【要約】フローバッテリスタック１０が、入口マニホールド２８、出口マニホールド３０および複数のフローバッテリ電池１４８を備えている。入口マニホールド２８および出口マニホールド３０は、第１の通路および第２の通路をそれぞれ備えている。入口マニホールド２８および出口マニホールド３０の少なくとも一方の第１の通路および第２の通路は曲がっている。フローバッテリ電池１４８の各々は、第１の電極層１６２と第２の電極層１６４との間に配置されたセパレータ１６０を備えている。フローバッテリ電池１４８は、第１の可逆レドックス結合反応物を有した第１の溶液が、第１の入口通路５８からフローバッテリ電池１４８を通して第１の出口通路６０へと案内され、第１の電極層１６２を湿らすように、入口マニホールド２８と出口マニホールド３０との間で軸方向に接続される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲がった第１の入口通路および曲がった第２の入口通路を有した入口マニホールドと、
第１の出口通路および第２の出口通路を有した出口マニホールドと、
第１の電極層と第２の電極層との間に配置されたセパレータをそれぞれ備えた複数のフローバッテリ電池と、
を備え、
前記フローバッテリ電池は、前記入口マニホールドと前記出口マニホールドとの間で軸方向に接続され、前記入口マニホールドおよび前記出口マニホールドにおいて、第１の可逆レドックス結合反応物を有した第１の溶液が、前記第１の入口通路から前記フローバッテリ電池を通して前記第１の出口通路へと案内され、前記第１の電極層を湿らすことを特徴とするフローバッテリスタックシステム。
【請求項２】
前記入口マニホールドは、第１の入口マニホールドプレートおよび第２の入口マニホールドプレートを備え、前記第１の入口通路は、前記第１の入口マニホールドプレートと共に配置され、前記第２の入口通路は、前記第２の入口マニホールドプレートと共に配置されることを特徴とする請求項１に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項３】
前記出口マニホールドは、第１の出口マニホールドプレートおよび第２の出口マニホールドプレートを備え、前記第１の出口通路は、前記第１の出口マニホールドプレートと共に配置され、前記第２の出口通路は、前記第２の出口マニホールドプレートと共に配置されることを特徴とする請求項１に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項４】
前記第１の出口通路は、曲がった第１の出口通路を備え、前記第２の出口通路は、曲がった第２の出口通路を備えることを特徴とする請求項３に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項５】
前記第１の入口通路および前記第２の入口通路の少なくとも一方は、第２の流れ領域に接続された第１の流れ領域を備え、前記第２の流れ領域は、前記第１の流れ領域よりも大きい流量を生じさせることを特徴とする請求項１に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項６】
前記第１の入口通路および前記第２の入口通路の少なくとも一方は、第２の流れ領域に接続された第１の流れ領域を備え、前記第２の流れ領域は、前記第１の流れ領域よりも大きい圧力降下を生じさせることを特徴とする請求項１に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項７】
前記第１の入口通路および前記第２の入口通路の少なくとも一方は、第２の流れ領域に接続された第１の流れ領域を備え、前記第１の流れ領域は、第１のセグメント幅を有した第１の通路セグメントを備え、前記第２の流れ領域は、前記第１のセグメント幅よりも小さい第２のセグメント幅を有した第２の通路セグメントを備えることを特徴とする請求項１に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項８】
前記第１の入口通路は、蛇行した第１の入口通路を備え、前記第２の入口通路は、蛇行した第２の入口通路を備えることを特徴とする請求項１に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項９】
前記第１の入口通路および前記第２の入口通路の少なくとも一方は、直線的な通路セグメントおよび湾曲した通路セグメントを備えることを特徴とする請求項１に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項１０】
前記第１の入口通路および前記第２の入口通路の少なくとも一方は、第２の通路セグメントに接続された第１の通路セグメントを備え、前記第１の通路セグメントは、第１の方向に各溶液を案内し、前記第２の通路セグメントは、前記第１の方向とは実質的に反対の第２の方向に各溶液を案内することを特徴とする請求項１に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項１１】
バイポーラプレートの少なくとも一部が、カーボンを有した耐腐食性かつ導電性材料を備えることを特徴とする請求項１に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項１２】
前記入口マニホールドおよび前記出口マニホールドは、プラスチックを有した非導電性材料をそれぞれ備えることを特徴とする請求項１に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項１３】
前記フローバッテリ電池の少なくとも数個が、プラスチックを有した非導電性材料を備えてなるサブスタックフレームを用いて構成されることを特徴とする請求項１に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項１４】
第１の入口通路および第２の入口通路を有した入口マニホールドと、
曲がった第１の出口通路および曲がった第２の出口通路を有した出口マニホールドと、
第１の電極層と第２の電極層との間に配置されたセパレータをそれぞれ備えた複数のフローバッテリ電池と、
を備え、
前記フローバッテリ電池は、前記入口マニホールドと前記出口マニホールドとの間で軸方向に接続され、前記入口マニホールドおよび前記出口マニホールドにおいて、第１の可逆レドックス結合反応物を有した第１の溶液が、前記第１の入口通路から前記フローバッテリ電池を通して前記第１の出口通路へと案内され、前記第１の電極層を湿らすことを特徴とするフローバッテリスタックシステム。
【請求項１５】
前記出口マニホールドは、第１の出口マニホールドプレートおよび第２の出口マニホールドプレートを備え、前記第１の出口通路は、前記第１の出口マニホールドプレートと共に配置され、前記第２の出口通路は、前記第２の出口マニホールドプレートと共に配置されることを特徴とする請求項１４に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項１６】
前記入口マニホールドは、第１の入口マニホールドプレートおよび第２の入口マニホールドプレートを備え、前記第１の入口通路は、前記第１の入口マニホールドプレートと共に配置され、前記第２の入口通路は、前記第２の入口マニホールドプレートと共に配置されることを特徴とする請求項１４に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項１７】
前記第１の入口通路は、曲がった第１の入口通路を備え、前記第２の入口通路は、曲がった第２の入口通路を備えることを特徴とする請求項１６に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項１８】
前記第１の出口通路および前記第２の出口通路の少なくとも一方は、第２の流れ領域に接続された第１の流れ領域を備え、前記第２の流れ領域は、前記第１の流れ領域よりも大きい流量を生じさせることを特徴とする請求項１４に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項１９】
前記第１の出口通路および前記第２の出口通路の少なくとも一方は、第２の流れ領域に接続された第１の流れ領域を備え、前記第２の流れ領域は、前記第１の流れ領域よりも大きい圧力降下を生じさせることを特徴とする請求項１４に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項２０】
前記第１の出口通路および前記第２の出口通路の少なくとも一方は、第２の流れ領域に接続された第１の流れ領域を備え、前記第１の流れ領域は、第１のセグメント幅を有した第１の通路セグメントを備え、前記第２の流れ領域は、前記第１のセグメント幅よりも小さい第２のセグメント幅を有した第２の通路セグメントを備えることを特徴とする請求項１４に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項２１】
前記第１の出口通路は、蛇行した第１の出口通路を備え、前記第２の出口通路は、蛇行した第２の出口通路を備えることを特徴とする請求項１４に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項２２】
前記第１の出口通路および前記第２の出口通路の少なくとも一方は、直線的な通路セグメントおよび湾曲した通路セグメントを備えることを特徴とする請求項１４に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項２３】
前記第１の出口通路および前記第２の出口通路の少なくとも一方は、第２の通路セグメントに接続された第１の通路セグメントを備え、前記第１の通路セグメントは、第１の方向に各溶液を案内し、前記第２の通路セグメントは、前記第１の方向とは実質的に反対の第２の方向に各溶液を案内することを特徴とする請求項１４に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項２４】
バイポーラプレートの少なくとも一部が、カーボンを有した耐腐食性かつ導電性材料を備えることを特徴とする請求項１４に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項２５】
前記入口マニホールドおよび前記出口マニホールドは、プラスチックを有した非導電性材料をそれぞれ備えることを特徴とする請求項１４に記載のフローバッテリスタックシステム。
【請求項２６】
前記フローバッテリ電池の少なくとも数個が、プラスチックを有した非導電性材料を備えてなるサブスタックフレームを用いて構成されることを特徴とする請求項１４に記載のフローバッテリスタックシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、フローバッテリに関し、特に、入口マニホールドと出口マニホールドとの間に配置された１つまたは複数のフローバッテリ電池を有したフローバッテリに関する。
【０００２】
なお、本発明は、２０１１年７月２９日に米国で出願された、本願の参照となる米国特許出願第１３／１９４，４８６号の優先権を有する。
【背景技術】
【０００３】
一般のフローバッテリシステムが、フローバッテリスタック、アノード液リザーバおよびカソード液リザーバを備えている。アノード溶液は、アノード液リザーバとフローバッテリスタックとの間で循環される。カソード溶液は、カソード液リザーバとフローバッテリスタックとの間で循環される。
【０００４】
フローバッテリスタックは、（例えば、１００個よりも大きい）比較的多くのフローバッテリ電池を備え得る。フローバッテリ電池は、フローバッテリシステムの電力および電圧を増加させるように連続的に接続され得る。アノード溶液およびカソード溶液は、一般に、電池を通して比較的長くかつ平行な通路において流れる。例えば、隣接したフローバッテリ電池が異なる電位を有する溶液内において、電気の分流が生じ得る。この分流により、フローバッテリシステムの効率が減少し得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの特徴においては、フローバッテリスタックシステムが、曲がった第１の入口通路および曲がった第２の入口通路を有した入口マニホールドと、第１の出口通路および第２の出口通路を有した出口マニホールドと、第１の電極層と第２の電極層との間に配置されたセパレータをそれぞれ備えた複数のフローバッテリ電池と、を備えている。フローバッテリ電池は、入口マニホールドと出口マニホールドとの間で軸方向に接続される。入口マニホールドおよび出口マニホールドにおいて、第１の可逆レドックス結合反応物を有した第１の溶液が、第１の入口通路からフローバッテリ電池を通して第１の出口通路へと案内され、第１の電極層を湿らす。また、入口マニホールドは、第１の入口マニホールドプレートおよび第２の入口マニホールドプレートを備えている。第１の入口通路は、第１の入口マニホールドプレートと共に配置されており、第２の入口通路は、第２の入口マニホールドプレートと共に配置される。また、出口マニホールドは、第１の出口マニホールドプレートおよび第２の出口マニホールドプレートを備えている。第１の出口通路は、第１の出口マニホールドプレートと共に配置されており、第２の出口通路は、第２の出口マニホールドプレートと共に配置される。
【０００６】
本発明の他の特徴においては、フローバッテリスタックシステムは、第１の入口通路および第２の入口通路を有した入口マニホールドと、曲がった第１の出口通路および曲がった第２の出口通路を有した出口マニホールドと、第１の電極層と第２の電極層との間に配置されたセパレータをそれぞれ備えた複数のフローバッテリ電池と、を備えている。フローバッテリ電池は、入口マニホールドと出口マニホールドとの間で軸方向に接続されている。入口マニホールドおよび出口マニホールドにおいて、第１の可逆レドックス結合反応物を有した第１の溶液が、第１の入口通路からフローバッテリ電池を通して第１の出口通路へと案内され、第１の電極層を湿らす。また、出口マニホールドは、第１の出口マニホールドプレートおよび第２の出口マニホールドプレートを備えている。第１の出口通路は、第１の出口マニホールドプレートと共に配置されており、第２の出口通路は、第２の出口マニホールドプレートと共に配置される。また、入口マニホールドは、第１の入口マニホールドプレートおよび第２の入口マニホールドプレートを備えている。第１の入口通路は、第１の入口マニホールドプレートと共に配置されており、第２の入口通路は、第２の入口マニホールドプレートと共に配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】フローバッテリスタックの組立分解図である。
【図２】第１のマニホールドプレートの第１のプレート面を示した図である。
【図３】図２に示した第１のマニホールドプレートの第２のプレート面を示した図である。
【図４】第２のマニホールドプレートの第１のプレート面を示した図である。
【図５】図４に示した第２のマニホールドプレートの第２のプレート面を示した図である。
【図６】バイポーラプレートによって分割された複数のフローバッテリ電池を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１には、フローバッテリスタックシステム１０が示されている。フローバッテリスタックシステム１０は、入口端部１２と出口端部１４との間で長手方向に延びる。フローバッテリスタックシステム１０は、第１の側部１６と第２の側部１８との間で横方向に延びる。フローバッテリスタックシステム１０は、第３の側部２０（例えば、頂部側）と第４の側部２２（例えば、底部側）との間で垂直方向に延びる。フローバッテリスタックシステム１０は、入口カバープレート２４、出口カバープレート２６、入口マニホールド２８、出口マニホールド３０、入口フレームプレート３２、出口フレームプレート３４、第１の電流コレクタ３６、第２の電流コレクタ３８およびフローバッテリ電池スタック４０を備えている。
【０００９】
入口カバープレート２４は、第１の溶液入口４２および第２の溶液入口４４を備えている。第１の溶液入口４２および第２の溶液入口４４は、入口カバープレート２４を貫通して長手方向に延びる。
【００１０】
出口カバープレート２６は、第１の溶液出口４６および第２の溶液出口４８を備えている。第１の溶液出口４６および第２の溶液出口４８は、出口カバープレート２６を貫通して長手方向に延びる。
【００１１】
入口マニホールド２８は、第１の入口マニホールドプレート５０および第２の入口マニホールドプレート５２を備えている。出口マニホールド３０は、第１の出口マニホールドプレート５４および第２の出口マニホールドプレート５６を備えている。
【００１２】
図２には、第１のマニホールドプレート５０，５４の第１のプレート面が示されている。図３には、図２に示した第１のマニホールドプレート５０，５４の第２のプレート面が示されている。図２および図３を参照すると、第１の入口マニホールドプレート５０および第１の出口マニホールドプレート５４の各々が、１つまたは複数の第１の入口通路５８および第１の出口通路６０、１つまたは複数の第１の供給通路６２，６４、第１の溶液窪み部６６，６８、１つまたは複数の第１の溶液流開口部７０，７２および第２の溶液流開口部７４，７６をそれぞれ備えている。第１の通路５８，６０は、第１のプレート面７８（図２を参照）上に配置されており、第１の溶液窪み部６６，６８から第１の溶液流開口部７０，７２へと蛇行して延びる。開口部７４，７６は、マニホールドプレート５０，５４をそれぞれ貫通して長手方向に延びる。第１の供給通路６２，６４は、第２のプレート面８０（図３を参照）上に配置されており、第１の溶液流開口部７０，７２から第１の供給通路６２，６４の第２の端部８２，８４の各々へと延びる。
【００１３】
図４には、第２のマニホールドプレート５２，５６の第１のプレート面が示されている。図５には、図４に示した第２のマニホールドプレート５２，５６の第２のプレート面が示されている。図４および図５を参照すると、第２の入口マニホールドプレート５２および第２の出口マニホールドプレート５６の各々が、１つまたは複数の第２の入口通路８６および第２の出口通路８８、１つまたは複数の第２の供給通路９０，９２、第２の溶液窪み部９４，９６、１つまたは複数の第１の溶液流開口部９８，１００および１つまたは複数の第２の溶液流開口部１０２，１０４をそれぞれ備えている。第２の通路８６，８８は、第１のプレート面１０６（図４を参照）上に配置されており、第２の溶液窪み部９４，９６から第２の溶液流開口部１０２，１０４へと蛇行して延びる。第２の溶液流開口部１０２，１０４は、第２のマニホールドプレート５２，５６を貫通して長手方向に延びる。第２の供給通路９０，９２は、第２のプレート面１０８（図５を参照）上に配置されており、第２の溶液流開口部１０２，１０４から第２の供給通路９０，９２の第２の端部１１０，１１２の各々へと延びる。第１の溶液流開口部９８，１００は、第２のマニホールドプレート５２，５６を貫通して長手方向に延びる。
【００１４】
図２および図４を参照すると、第１の通路５８，６０および／または第２の通路８６，８８は、平行でかつ曲がった（例えば、蛇行した）構成で配置され得る。説明を容易にするために、第１の通路および第２の通路の構成は、図２に示した第１の通路５８について以下に説明される。
【００１５】
図２を参照すると、第１の通路５８の曲がった構成は、フローバッテリスタックシステム１０内の分流による損失を減少させるように設計される。第１の通路５８の各々が、複数の通路セグメント１１４〜１２２を備えることができ、該複数の通路セグメント１１４〜１２２は、分流に対する第１の通路５８の抵抗を増加する（例えば、最大化する）ために、第１の通路５８の各々に比較的長い長さを提供するように連続的に接続され得る。
【００１６】
通路セグメント１１４〜１２２は、直線的な、弓形の、曲がった、湾曲した、螺旋形の、および／または捻られた外径を有し得る。例えば、図２に示した実施例では、通路セグメントは、複数の向流通路セグメント１１４、複数の実質的に直線的な通路セグメント１１６，１１８，１２０および複数の湾曲した通路セグメント１２２を備えている。向流通路セグメント１１４の各々は、第１の通路セグメント１２４および第２の通路セグメント１２６を備えている。第１の通路セグメント１２４は、溶液が第１の方向に第１の通路セグメント１２４を通流し、かつ第１の方向とは実質的に反対の第２の方向に第２の通路セグメント１２６を通流するように、第２の通路セグメント１２６に接続される。直線的な通路セグメントは、複数の横方向に延びる通路セグメント１１６，１２０と、垂直方向に延びる通路セグメント１１８を備えている。
【００１７】
また、通路セグメント１１４〜１２２は、第１の通路５８内に複数の流れ領域１２８，１３０を形成するように構成され得る。例えば、図２に示した実施例では、向流通路セグメント１１４および横方向に延びる通路セグメント１１６，１２０の各々は、第１の通路幅を有するように構成される。垂直方向に延びる通路セグメント１１８は、第１の通路幅よりも小さい第２の通路幅を有するように構成される。第２の通路幅が第１の通路幅よりも小さいので、垂直方向に延びる通路セグメント１１８は、向流通路セグメント１１４および横方向に延びる通路セグメント１１６，１２０よりも（単位長さ当たりの）大きい流量および圧力降下を備えている。したがって、向流通路セグメント１１４および横方向に延びる通路セグメント１１６，１２０は、第１の流れ領域１２８を形成しており、垂直方向に延びる通路セグメント１１８は、第２の流れ領域１３０を形成する。
【００１８】
また、通路セグメント１１４〜１２２は、第１の通路５８を通して、垂直方向に延びる通路セグメント１１８へと通流する溶液を案内するように構成され得る。上記構成では、溶液内に引きずられたガスが、垂直方向に延びる通路セグメント１１８と横方向に延びる通路セグメント１１６との間の接続部の近傍で停滞することがあり、ここでは、引きずられたガスは、垂直方向に延びる通路セグメント１１８を溶液が下方に通流するよりも速く溶液を通して上方に通流する。しかし、第２の流れ領域１３０内で生じる流量および圧力降下が、浮力に対抗して通路セグメント１１８を通して、引きずられたガスを下方に通流させる程十分に大きくなるように第２の通路幅を選択することによって、ガスの停滞を減少または阻止することができる。このようにして、第２の流れ領域１３０内で生じる比較的高い流量および圧力により、フローバッテリスタックシステム１０の効率が増加し得る。
【００１９】
再び図１を参照すると、入口フレームプレート３２は、１つまたは複数の第１の入口開口部１３２、１つまたは複数の第２の入口開口部１３４および中央開口部１３６を備えている。第１の入口開口部１３２および第２の入口開口部１３４は、第４の側部２２に隣接して配置されており、入口フレームプレート３２を通して長手方向に延び得る。中央開口部１３６は、入口フレームプレート３２を貫通して長手方向に延びる。
【００２０】
出口フレームプレート３４は、１つまたは複数の第１の出口開口部１３８、１つまたは複数の第２の出口開口部１４０および中央開口部１４２を備えている。第１の出口開口部１３８および第２の出口開口部１４０は、第３の側部２０に隣接して配置されており、出口フレームプレート３４を貫通して長手方向に延び得る。中央開口部１４２は、出口フレームプレート３４を貫通して長手方向に延びる。
【００２１】
フローバッテリ電池スタック４０は、１つまたは複数のフローバッテリ電池サブスタック１４４を備えている。フローバッテリ電池サブスタック１４４の各々は、サブスタックフレーム１４６および複数のフローバッテリ電池１４８を備えている。
【００２２】
サブスタックフレーム１４６は、１つまたは複数の第１の入口開口部１５０、１つまたは複数の第２の入口開口部１５２、１つまたは複数の第１の出口開口部１５４および１つまたは複数の第２の出口開口部１５６を備えている。上記のサブスタックフレームの例が、米国特許第７，６８２，７２８号明細書に開示されている。
【００２３】
図６には、複数のフローバッテリ電池１４８が示されており、該フローバッテリ電池１４８は、バイポーラプレート１５８によって分離されている。フローバッテリ電池１４８の各々は、第１の電極層１６２と第２の電極層１６４との間に配置されたセパレータ１６０を備えている。セパレータ１６０は、イオン交換膜とされ得る。第１の電極層１６２および第２の電極層１６４は、液体透過性電極層とされ得る。バイポーラプレート、セパレータおよび電極層の例が、国際出願ＰＣＴ／ＵＳ０９／６８６８１号明細書、米国特許出願第１３／０８４，１５６号明細書および米国特許出願第１３／０２３，１０１号明細書に開示されており、これらの明細書の各々は、全体として本願の参照となる。
【００２４】
図１および図６を参照すると、第１の電極層１６２は、第１の流路と連通するように配置されており、第１の流路は、第１の入口開口部１５０と第１の出口開口部１５４との間でバイポーラプレート１５８のチャネル１５７を通して延びる。第２の電極層１６４は、第２の流路と連通するように配置されており、第２の流路は、第２の入口開口部１５２と第２の出口開口部１５６との間でバイポーラプレート１５８のチャネル１５９を通して延びる。
【００２５】
図１を参照すると、組み立てられたフローバッテリスタック構成（図示せず）において、フローバッテリ電池サブスタック１４４は、フローバッテリ電池スタック４０を形成するように互いに合わされる。第１の電流コレクタ３６は、中央開口部１３６に位置決めされており、フローバッテリ電池スタック４０に電気的に接続される。第２の電流コレクタ３８は、中央開口部１４２に位置決めされており、フローバッテリ電池スタック４０に電気的に接続される。
【００２６】
入口フレームプレート３２は、第１の入口開口部１３２が第１の入口開口部１５０に接続され、かつ第２の入口開口部１３４が第２の入口開口部１５２に接続されるように、フローバッテリ電池スタック４０と合わされる。出口フレームプレート３４は、第１の出口開口部１３８が第１の出口開口部１５４に接続され、かつ第２の出口開口部１４０が第２の出口開口部１５６に接続されるように、フローバッテリ電池スタック４０と合わされる。
【００２７】
図１〜図５を参照すると、第１の入口マニホールドプレート５０は、第１の供給通路６２の第２の端部８２が第１の溶液流開口部９８に接続され、かつ第２の溶液流開口部７４が第２の溶液窪み部９４に接続されるように、第２の入口マニホールドプレート５２と合わされる。第１の出口マニホールドプレート５４は、第１の供給通路６４の第２の端部８４が第１の溶液流開口部１００に接続され、かつ第２の溶液流開口部７６が第２の溶液窪み部９６に接続されるように、第２の出口マニホールドプレート５６と合わされる。
【００２８】
入口マニホールド２８は、第１の溶液流開口部９８が第１の入口開口部１３２に接続され、第２の供給通路９０の第２の端部１１０が第２の入口開口部１３４に接続されるように、入口フレームプレート３２と合わされる。出口マニホールド３０は、第１の溶液流開口部１００が第１の出口開口部１３８に接続され、かつ第２の供給通路９２の第２の端部１１２が第２の出口開口部１４０に接続されるように、出口フレームプレート３４と合わされる。このようにして、フローバッテリ電池１４８は、入口マニホールド２８と出口マニホールド３０との間で軸方向に接続される。
【００２９】
入口カバープレート２４は、第１の溶液入口４２が第１の溶液窪み部６６に接続され、かつ第２の溶液入口４４が第２の溶液流開口部７４に接続されるように、入口マニホールド２８と合わされる。出口カバープレート２６は、第１の溶液出口４６が第１の溶液窪み部６８に接続され、かつ第２の溶液出口４８が第２の溶液流開口部７６に接続されるように、出口マニホールド３０と合わされる。
【００３０】
図１を参照すると、動作時に、第１の可逆還元酸化（「レドックス」）結合反応物（例えば、Ｖ2+イオンおよび／またはＶ3+イオン）を有した第１の溶液（例えば、バナジウムアノード液）が、第１の溶液入口４２を通して入口マニホールド２８の曲がった第１の入口通路５８へと案内される。入口マニホールド２８は、入口フレームプレート３２を通してフローバッテリ電池１４８へと第１の溶液を案内する。第１の溶液は、第１の電極層１６２に隣接したバイポーラプレート１５８のチャネル１５７を通して移動し、第１の電極層１６２（図６を参照）を湿らせる。例えば、第１の溶液は、インタディジタル式流れ場によって第１の電極層１６２を通して流れることができ、または第１の電極層１６２の面に単に接触する。そして、第１の溶液は、出口フレームプレート３４を通して出口マニホールド３０の曲がった第１の通路６０へと案内される。出口マニホールド３０は、第１の溶液出口４６を通してフローバッテリスタックシステム１０外に第１の溶液を案内する。
【００３１】
第２の可逆レドックス結合反応物（例えば、Ｖ4+イオンおよび／またはＶ5+イオン）を有した第２の溶液（例えば、バナジウムカソード液）が、第２の溶液入口４４を通して入口マニホールド２８の曲がった第２の入口通路８６へと案内される。入口マニホールド２８は、入口フレームプレート３２を通してフローバッテリ電池１４８へと第２の溶液を案内する。第２の溶液は、第２の電極層１６４に隣接したバイポーラプレート１５８のチャネル１５９を通して移動し、第２の電極層１６４（図６を参照）を湿らせる。例えば、第２の溶液は、インタディジタル式流れ場によって第２の電極層１６４を通して流れることができ、または電極層１６４の面に単に接触する。そして、第２の溶液は、出口フレームプレート３４を通して出口マニホールド３０の曲がった第２の通路８８へと案内される。出口マニホールド３０は、第２の溶液出口４８を通してフローバッテリスタックシステム１０外に第２の溶液を案内する。
【００３２】
エネルギ貯蔵モードでの動作時には、電流コレクタ３６，３８（図１を参照）によって受けられた電流が、化学エネルギへと変換される。変換プロセスは、第１の溶液および第２の溶液における電気化学反応と、フローバッテリ電池１４８の各々、特に、セパレータ１６０の各々（図６を参照）を横切る第１の溶液から第２の溶液への非レドックス結合反応物（例えば、Ｈ+イオン）の移動とを通して生じる。そして、化学エネルギは、第１の溶液および第２の溶液内に貯蔵され、これらの溶液は、第１のリザーバ（図示せず）および第２のリザーバ（図示せず）内にそれぞれ貯蔵され得る。エネルギ放出モードでの動作時には、第１の溶液および第２の溶液内に貯蔵された化学エネルギは、第１の溶液および第２の溶液内の逆の電気化学反応と、フローバッテリ電池１４８の各々を横切る第２の溶液から第１の溶液への非レドックス結合反応物の移動とを通して、電流へと変換される。そして、電流は、電流コレクタ３６，３８を通してフローバッテリスタックシステム１０から出力される。
【００３３】
代替的な実施例では、第１の通路および第２の通路が、マニホールドプレートの両側に配置され得る。
【００３４】
他の代替的な実施例では、入口マニホールドおよび出口マニホールドの一方にある第１の通路および第２の通路が、実質的に曲がっていない構成を備え得る。
【００３５】
ある実施例では、マニホールドプレート５０，５２，５４，５６、サブスタックフレーム１４６および／またはフレームプレート３２，３４は、非導電性材料（つまり、絶縁体）、例えば、プラスチックまたはプラスチック複合材料（例えば、繊維強化プラスチック）から形成される。材料は、上述した構成要素の複雑な形状へと成形するのに比較的簡単であるように選択され得る。また、材料は、フローバッテリスタックシステム１０の最高動作温度のような所定の閾値よりも高いガラス転移温度、例えば、バナジウムレドックスバッテリのための摂氏約６０℃よりも高いガラス転移温度を有するように選択され得る。適切な材料の例が、熱可塑性プラスチック、熱硬化性プラスチックまたは半晶質プラスチック（例えば、ＨＤＰＥ、ＰＥＥＫ）を含む。
【００３６】
ある実施例では、バイポーラプレート１５８の少なくとも一部（例えば、隣接したフローバッテリ電池のプレート接触活性領域の一部）が、耐腐食性かつ伝導性の材料から形成される。適切な材料の例が、カーボン（例えば、グラファイト等）または耐腐食性コーティングを有した金属を備えている。
【００３７】
ある実施例では、第１の電流コレクタ３６および第２の電流コレクタ３８は、比較的高い導電性と、電池スタック４０内の隣接した構成要素（例えば、バイポーラプレート）との比較的低い接触抵抗とを有した材料から形成され得る。第１の電流コレクタ３６および第２の電流コレクタ３８は、例えば、金めっきが施された銅プレートとして構成され得る。
【００３８】
本発明のフローバッテリスタックの種々の実施例を説明してきたが、さらに多くの実施例および実行が可能であることが当業者に明らかになるであろう。したがって、本発明のフローバッテリスタックは、添付の特許請求の範囲およびその等価物に照らすことを除いて限定されるべきものではない。
【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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【国際調査報告】
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