(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極電極と負極電極の間に隔膜を挟み込み、さらに両電極を一対のセルフレームで挟み込んだセルユニットを備え、
前記セルフレームは、貫通窓を有する枠体と、前記貫通窓を塞いだ状態で前記電極に接触する双極板と、を有し、
前記枠体は、その厚み方向に貫通する電解液の供給路である給液用マニホールド、前記電解液の排出路である排液用マニホールド、前記給液用マニホールドから前記電極に前記電解液を導入する入口スリット、および前記電極から前記排液用マニホールドに前記電解液を排出する出口スリットを有する電池セルであって、
前記枠体は、前記貫通窓を全周にわたって取り囲む周縁部が前記枠体の他の部分よりも薄くなることで形成される内周縁凹部を備え、
前記双極板は、その外周縁全周にわたる所定幅の部分であって、前記内周縁凹部と係合する外周縁係合部を備え、
前記内周縁凹部の外周縁と前記外周縁係合部の外周縁との間に形成される隙間であるリーク流路であって、前記入口スリットと前記出口スリットとを連通させる前記電解液の逃げ道であるリーク流路を分断する分断構造を備える電池セル。
【請求項２】
前記外周縁係合部が、前記双極板のその他の部分よりも薄く形成されている請求項１に記載の電池セル。
【請求項３】
前記リーク流路に嵌め込まれ、前記リーク流路を分断する分断部材を備える請求項１または請求項２に記載の電池セル。
【請求項４】
前記双極板の外縁部分の一部が前記枠体側に突出しており、その突出した部分によって前記リーク流路が分断されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電池セル。
【請求項５】
前記枠体の一部が前記双極板側に突出しており、その突出した部分によって前記リーク流路が分断されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電池セル。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電池セルを複数積層してなるセルスタックと、
前記セルスタックに正極用電解液を循環させる正極用循環機構と、
前記セルスタックに負極用電解液を循環させる負極用循環機構と、
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、電解液循環型電池に用いられる電池セル、および電池セルを用いたレドックスフロー電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電や風力発電といった新エネルギーを蓄電する大容量の蓄電池の一つに電解液循環型電池、代表的にはレドックスフロー電池（ＲＦ電池）がある。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（例えば、特許文献１参照）。図１５のＲＦ電池１の動作原理図に示すように、ＲＦ電池１は、水素イオ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１００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。導管１０８にはポンプ１１２が設けられており、これら部材１０６，１０８，１１０，１１２によって正極用電解液を循環させる正極用循環機構１００Ｐが構成されている。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。導管１０９にはポンプ１１３が設けられており、これらの部材１０７，１０９，１１１，１１３によって負極用電解液を循環させる負極用循環機構１００Ｎが構成されている。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。充放電を行なわない場合、ポンプ１１２，１１３は停止され、電解液は循環されない。【０００３】
上記電池セル１００は通常、図１６に示すような、電池用セルスタック２００と呼ばれる構造体の内部に形成される。電池用セルスタック２００は、サブスタック２００ｓと呼ばれる積層構造物をその両側から二枚のエンドプレート２１０，２２０で挟み込み、締付機構２３０で締め付けることで構成されている（図示する構成では、複数のサブスタック２００ｓを用いている）。サブスタック２００ｓは、図１６の上図に示すように、セルフレーム１２０、正極電極１０４、隔膜１０１、負極電極１０５、およびセルフレーム１２０で構成されるセルユニットを積層し、その積層体を給排板１９０，１９０（図１６の下図参照）で挟み込んだ構成を備える。セルユニットに備わるセルフレーム１２０は、貫通窓を有する枠体１２２と貫通窓を塞ぐ双極板１２１とを有しており、双極板１２１の一面側には正極電極１０４が接触するように配置され、双極板１２１の他面側には負極電極１０５が接触するように配置される。この構成では、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１００が形成されることになる。【０００４】
サブスタック２００ｓにおける給排板１９０，１９０を介した電池セル１００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）に形成される入口スリットを介して正極電極１０４に供給され、枠体１２２の上部に形成される出口スリット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）に形成される入口スリット（点線で示す）を介して負極電極１０５に供給され、枠体１２２の上部に形成される出口スリット（点線で示す）を介して排液用マニホールド１２６に排出される。各セルフレーム１２０間には、Ｏリングや平パッキンなどの環状のシール部材１２７が配置され、サブスタック２００ｓからの電解液の漏れが抑制されている。【０００５】
サブスタック２００ｓに備わる電池セル１００と外部機器との間の電力の入出力は、導電性材料で構成された集電板を用いた集電構造によって行われる。集電板は、各サブスタック２００ｓにつき一対設けられており、各集電板はそれぞれ、積層される複数のセルフレーム１２０のうち、積層方向の両端に位置するセルフレーム１２０の双極板１２１に導通されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１３９９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、新エネルギーの蓄電手段としてレドックスフロー電池の需要の増加が期待されており、生産性に優れる電池セルが求められている。例えば、電池セルに備わるセルフレームは通常、２枚の枠状板材の間に双極板を挟み込んで、枠状板材を接着剤などで接着することで作製されている。この場合、２枚の枠状板材が、セルフレームの枠体となる。このような構成では、２枚の枠状板材の位置合わせが煩雑である上、接着剤が乾燥するまでの間、両枠状板材がズレないように保持する手間が煩雑で、セルフレームの生産性が良いとは言い難い。セルフレームの生産性が低ければ、複数のセルフレームを含む電池セルの生産性も当然低くなる。【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、生産性に優れる電池セルを提供することにある。また、本発明の別の目的は、電池セル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】
【０００９】
本発明の一形態に係る電池セルは、正極電極と負極電極の間に隔膜を挟み込み、さらに両電極を一対のセルフレームで挟み込んだセルユニットを備える。前記セルフレームは、貫通窓を有する枠体と、前記貫通窓を塞いだ状態で前記電極に接触する双極板と、を有する。前記枠体は、その厚み方向に貫通する電解液の供給路である給液用マニホールド、前記電解液の排出路である排液用マニホールド、前記給液用マニホールドから前記電極に前記電解液を導入する入口スリット、および前記電極から前記排液用マニホールドに前記電解液を排出する出口スリットを有する。この電池セルでは、前記枠体は、前記貫通窓を全周にわたって取り囲む周縁部が前記枠体の他の部分よりも薄くなることで形成される内周縁凹部を備え、前記双極板は、その外周縁全周にわたる所定幅の部分であって、前記内周縁凹部と係合する外周縁係合部を備える。そして、この電池セルでは、前記セルフレームを正面視したときに、前記内周縁凹部の外周縁と前記外周縁係合部の外周縁との間に形成され、前記入口スリットと前記出口スリットとを連通させる前記電解液の逃げ道であるリーク流路を分断する分断構造を備える。【００１０】
本発明の一形態に係るレドックスフロー電池は、上記電池セルを複数積層してなるセルスタックと、前記セルスタックに正極用電解液を循環させる正極用循環機構と、前記セルスタックに負極用電解液を循環させる負極用循環機構と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
上記電池セル及びレドックスフロー電池は、枠体の内周縁凹部に双極板を嵌め込むことで形成されるセルフレームを備えるため、生産性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１の電池セルに備わるセルフレームの枠体と双極板の概略構成図である。
【図２】図１の枠体と双極板とを組み合わせたセルフレームの概略構成図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】枠体に対する双極板の取付状態の一例を示す概略図である。
【図５】枠体に対する双極板の取付状態の一例を示す概略図である。
【図６】枠体に対する双極板の取付状態の一例を示す概略図である。
【図７】枠体に対する双極板の取付状態の一例を示す概略図である。
【図８】枠体に対する双極板の取付状態の一例を示す概略図である。
【図９】枠体に対する双極板の取付状態の一例を示す概略図である。
【図１０】枠体に対する双極板の取付状態の一例を示す概略図である。
【図１１】枠体に対する双極板の取付状態の一例を示す概略図である。
【図１２】実施形態２の電池セルに備わるセルフレームの枠体と双極板の概略構成図である。
【図１３】図１２の枠体と双極板とを組み合わせたセルフレームの概略構成図である。
【図１４】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ断面図である。
【図１５】レドックスフロー電池の動作原理図である。
【図１６】電池用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】
【００１３】
［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。
【００１４】
本発明者らは、生産性に優れる電池セルとして、電池セルに備わるセルフレームに着目し、枠体に双極板を嵌め込む嵌め込み式のセルフレームを検討した。その検討の過程で、さらに嵌め込み式のセルフレームにおいて、セルフレームを平面視したときに、枠体と双極板との間に形成され、入口スリットから出口スリットに至る電解液の流路であるリーク流路の存在に着目した。枠体と双極板は共にリジッドな部材であるため、枠体と双極板の公差や熱膨張の差によって枠体と双極板との間に隙間が形成され易く、その隙間がリーク流路となる。リーク流路は部材間の隙間で、電極が存在しないため、その流路抵抗は非常に小さく、そのため入口スリットから双極板に導入された電解液は、リーク流路に流れ込み易い。リーク流路に流れ込んだ電解液は、双極板上に配置される電極に殆ど接触しないまま出口スリットに排出されるため、リーク流路を流れる電解液が多くなるほど、電池セルの充放電効率が低下する。このような問題点に鑑み、本発明者らは、以下に列挙する電池セルを完成させた。
【００１５】
＜１＞実施形態に係る電池セルは、正極電極と負極電極の間に隔膜を挟み込み、さらに両電極を一対のセルフレームで挟み込んだセルユニットを備える。前記セルフレームは、貫通窓を有する枠体と、前記貫通窓を塞いだ状態で前記電極に接触する双極板と、を有する。前記枠体は、その厚み方向に貫通する電解液の供給路である給液用マニホールド、前記電解液の排出路である排液用マニホールド、前記給液用マニホールドから前記電極に前記電解液を導入する入口スリット、および前記電極から前記排液用マニホールドに前記電解液を排出する出口スリットを有する。この電池セルでは、前記枠体は、前記貫通窓を全周にわたって取り囲む周縁部が前記枠体の他の部分よりも薄くなることで形成される内周縁凹部を備え、前記双極板は、その外周縁全周にわたる所定幅の部分であって、前記内周縁凹部と係合する外周縁係合部を備える。そして、この電池セルでは、前記セルフレームを正面視したときに、前記内周縁凹部の外周縁と前記外周縁係合部の外周縁との間に形成され、前記入口スリットと前記出口スリットとを連通させる前記電解液の逃げ道であるリーク流路を分断する分断構造を備える。
【００１６】
上記電池セルに備わるセルフレームは、枠体の内周縁凹部の位置に双極板を嵌め込むだけで、枠体の貫通窓に双極板を配置でき、かつ枠体に対する双極板の位置を決めることができるため、生産性に優れる。このような生産性に優れるセルフレームを用いることで、電池セルの生産性も向上させることができる。
【００１７】
また、上記電池セルに備わるセルフレームでは、セルフレームを平面視したときに、枠体と双極板との間に形成され、入口スリットから出口スリットに至る電解液のリーク流路が分断されているので、リーク流路を流れる電解液の量を大幅に低減することができる。その結果、リーク流路に起因する電池セルの充放電効率の低下を抑制することができる。
【００１８】
＜２＞実施形態に係る電池セルとして、前記外周縁係合部が、前記双極板のその他の部分よりも薄く形成されている形態を挙げることができる。
【００１９】
枠体の内周縁凹部に係合する双極板の外周縁係合部が、双極板のその他の部分よりも薄い薄肉部となっていることで、枠体に対する双極板の嵌め込み状態が安定する。
【００２０】
＜３＞実施形態に係る電池セルとして、前記リーク流路に嵌め込まれ、前記リーク流路を分断する分断部材を備える形態を挙げることができる。
【００２１】
分断部材を用いることでリーク流路を簡単かつ確実に分断することができる。リーク流路における分断部材を嵌め込む位置は特に限定されないが、リーク流路における入口スリット寄りの位置に分断部材を嵌め込むことが好ましい。
【００２２】
＜４＞実施形態に係る電池セルとして、前記セルフレームを平面視したときに、前記双極板の外縁部分の一部が前記枠体側に突出しており、その突出した部分によって前記リーク流路が分断されている形態を挙げることができる。
【００２３】
リーク流路が形成されないように双極板の寸法と、枠体における双極板の嵌め込み部の寸法と、を一致させることは非常に困難であるし、仮に両寸法を一致させることができたとしてもその場合は枠体に双極板を嵌め込むことが困難になる。しかし、上記＜４＞の形態のように、セルフレームを平面視したときに、双極板の一部のみを枠体側に突出させることで、枠体に双極板を嵌め込み難くなるという問題を回避しつつ、双極板の突出部分でリーク流路を分断することができる。また、双極板の一部を用いてリーク流路を分断する構成であれば、別途分断部材を用意することなくリーク流路を分断することができるという効果もある。
【００２４】
＜５＞実施形態に係る電池セルとして、前記セルフレームを平面視したときに、前記枠体の一部が前記双極板側に突出しており、その突出した部分によって前記リーク流路が分断されている形態を挙げることができる。
【００２５】
セルフレームを平面視したときに、枠体の一部のみを双極板側に突出させることで、枠体に双極板を嵌め込み難くなるという問題を回避しつつ、双極板の突出部分でリーク流路を分断することができる。また、枠体の一部を用いてリーク流路を分断する構成であれば、別途分断部材を用意することなくリーク流路を分断することができるという効果もある。
【００２６】
ここで、上記＜３＞〜＜５＞の構成は、組み合わせて用いることができる。
【００２７】
＜６＞実施形態に係るレドックスフロー電池は、上記実施形態に係る電池セルを複数積層してなるセルスタックと、前記セルスタックに正極用電解液を循環させる正極用循環機構と、前記セルスタックに負極用電解液を循環させる負極用循環機構と、を備える。
【００２８】
上記レドックスフロー電池は、生産性に優れる。レドックスフロー電池に備わる電池セルの生産性が従来よりも高いからである。
【００２９】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、実施形態に係るレドックスフロー電池（以下、ＲＦ電池）の実施形態を説明する。なお、本発明は実施形態に示される構成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。
【００３０】
＜実施形態１＞
本実施形態に係るＲＦ電池は、図１５を用いて説明した従来型のＲＦ電池１と同様に、電池セル１００と、正極用循環機構１００Ｐと、負極用循環機構１００Ｎと、を備える。本実施形態における電池セル１００は、図１６に示す電池用セルスタック２００の形態で用いられている。電池用セルスタック２００は既に述べたように、隔膜１０１、電極１０４，１０５、および一対のセルフレーム１２０，１２０を備えるセルユニットを複数積層した構成を備える。本実施形態のＲＦ電池における従来との主な相違点は、セルフレームの構成にある。以下、図１〜１１に基づいて本実施形態におけるセルフレーム２の構成を中心に説明する。なお、セルフレーム２における従来と同様の構成については、図１６と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３１】
≪セルフレーム≫
図１に示すように、セルフレーム２は、枠体２２と双極板２１とを備える。枠体２２はその厚さ方向に貫通する貫通窓２２ｗを備えており、太線矢印に示すように、その貫通窓２２ｗを埋めるように双極板２１が配置される（枠体２２の貫通窓２２ｗに双極板２１が配置された状態は図２に示す）。このセルフレーム２における従来との相違点として、枠体２２の貫通窓２２ｗの周縁部と双極板２１の外周縁とが係合する構造、即ち枠体２２に双極板２１を嵌め込んだ嵌込構造を採用している点、および嵌込構造によって生じるリーク流路９（図２を参照して後述する）を分断する分断構造を採用している点が挙げられる。以下、枠体２２と双極板２１の基本構成を簡単に説明し、次いで嵌込構造および分断構造の詳細を説明する。
【００３２】
［枠体］
図１に示すように、枠体２２は、後述する双極板２１を支持する部材である。この枠体２２は、従来の構成と同様に、給液用マニホールド１２３，１２４と、排液用マニホールド１２５，１２６と、入口スリット１２３ｓ，１２４ｓと、出口スリット１２５ｓ，１２６ｓと、を備える。実線で示される入口スリット１２３ｓと出口スリット１２５ｓは紙面手前側に設けられ、点線で示される入口スリット１２４ｓと出口スリット１２６ｓは紙面奥側に設けられている。各スリット１２３ｓ〜１２６ｓはそれぞれ、マニホールド１２３〜１２６から枠体２２の中心線に向かって伸び、貫通窓２２ｗに繋がっている（入口スリット１２４ｓと出口スリット１２６ｓは一部図示を省略する）。マニホールド１２３〜１２６とスリット１２３ｓ〜１２６ｓの外周は、Ｏリングなどのシール部材１２７で囲まれており、シール部材１２７の内側から外側に電解液が漏れないようになっている。Ｏリングは、複数のセルフレーム２を積層して締め付けた際に圧縮され、シールとして機能する。シール部材１２７は二重になっていても良い。また、図示していないが、マニホールドの外周を取り囲むようにシール部材が設けられていても良い。
【００３３】
枠体２２の材料は、絶縁性に優れることが好ましく、加えて耐酸性を有することがより好ましい。枠体２２の材料として、例えば、塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、塩素化パラフィンなどを利用することができる。
【００３４】
枠体２２の厚さ（後述する内周縁凹部２２ｃを除く部分の厚さ）は、４ｍｍ以上とすることが好ましい。枠体２２には、マニホールド１２３〜１２６やスリット１２３ｓ〜１２６ｓなどが設けられるため、枠体２２にある程度の厚さを持たせて、枠体２２の強度を確保する必要があるからである。
【００３５】
［双極板］
双極板２１は、その一面側が正極電極に接触し、他面側が負極電極に接触する部材である。本例の双極板２１は、ほぼ一様な厚さを有する板材である。積層される双極板２１のうち、端部に配置される双極板２１は、集電板に接触・導通される。
【００３６】
本例の双極板２１の一面側と他面側には、入口スリット１２３ｓ，１２４ｓを介して供給された電解液を双極板２１の全面にわたって分散させる流通溝（図示略）を形成することができる。この流通溝は特に、双極板の一面側と他面側に配置する正極電極と負極電極を薄くしたときに有効に機能する。流通溝の形状は特に限定されず、例えば櫛歯状に形成することもできるし、樹状に形成することもできる。
【００３７】
双極板２１の材料は、導電性に優れることが好ましく、加えて耐酸性および可撓性を有することがより好ましい。例えば、炭素材を含有する導電性材料からなることが挙げられ、具体的には、黒鉛と塩素化有機化合物とからなる導電性プラスチックが挙げられる。その黒鉛の一部をカーボンブラックとダイヤモンドライクカーボンの少なくとも一方に置換した導電性プラスチックでもよい。この塩素化有機化合物には、塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、塩素化パラフィンなどが挙げられる。このような材料から双極板２１を構成することで、電気抵抗を小さく、かつ耐酸性および可撓性に優れる双極板２１とすることができる。
【００３８】
双極板２１の厚さは特に限定されないが、２ｍｍ以上とすることが好ましい。嵌込構造の場合、双極板２１にある程度の強度が要求されるからである。双極板２１の厚さは、双極板２１の両側に電極を配置することを考慮して、枠体２２の厚さよりも０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下程度小さい値とすると良い。
【００３９】
［嵌込構造］
嵌込構造は、セルフレーム２を正面視したときに、枠体２２の貫通窓２２ｗを塞ぐように配置した双極板２１の外周縁部分が全周にわたって枠体２２に重複するように寸法を調整すると共に、枠体２２における双極板２１と重複する部分を凹ませることで構成される。本例においては、枠体２２の貫通窓２２ｗを全周にわたって取り囲む周縁部が枠体２２の他の部分よりも薄くなっており、その薄くなった部分が、双極板２１を嵌め込むための内周縁凹部２２ｃを形成している。本例における内周縁凹部２２ｃは、枠体２２の一面側にのみ形成されている。つまり、内周縁凹部２２ｃの他面（裏側の面）は、その面よりも外側の部分に平坦に繋がっている（後述する図３を参照）。
【００４０】
上記内周縁凹部２２ｃに双極板２１を嵌め込んだ状態を、セルフレーム２の概略図である図２、および図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である図３に基づいて説明する。図２に示すように、枠体２２の内周縁凹部２２ｃに双極板２１を嵌め込むことで、内周縁凹部２２ｃと双極板２１の外周縁全周にわたる所定幅の部分である外周縁係合部とが枠体２２の厚み方向に係合する（図３を合わせて参照）。その結果、枠体２２の貫通窓２２ｗが双極板２１で塞がれた状態になる。ここで、図３に示すように、嵌込構造を採用する場合、双極板２１の一面側と他面側との間で電解液が流通しないようにするために、枠体２２と双極板２１との間をシールする必要がある。本例では、双極板２１における内周縁凹部２２ｃと重複する部分に環状の溝を形成し、その溝にＯリング２１ｏを配置することで、シール構造を形成している。Ｏリング２１ｏは、複数のセルフレーム２を積層して締め付けた際に圧縮され、シールとして機能する。その他、内周縁凹部２２ｃに接着剤を塗布し、内周縁凹部２２ｃと双極板２１を接着することで、シール構造を形成しても構わない。
【００４１】
次に、図３を参照して双極板２１に対する電極の配置状態を説明する。図３の図示しない下端側の断面形状は、図示する上端側とほぼ同じと考えて良い。この図３では、双極板２１の右側には正極電極１０４が、左側には負極電極１０５が配置されている。両電極１０４，１０５は、変形性を有する多孔体であって、積層されるセルフレーム２の間で圧縮されている。また、両電極１０４，１０５は、その上端位置と図示しない下端位置とが異なる構成、即ち正極電極１０４の紙面縦方向の長さが負極電極１０５よりも長い構成となっている。このような構成となっているのは、枠体２２の凹部に両電極１０４，１０５が隙間無く配置されるようにするためである。図中では電極１０４，１０５と隣接する部材との間に隙間があるように描かれているが、実際には電極１０４，１０５の変形性の故に当該隙間は形成されない。電極１０４，１０５は、薄く形成することが好ましく、例えば０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。電極１０４，１０５が厚くなるほど、電池セルの内部抵抗が高くなる傾向にあるからである。
【００４２】
上記嵌込構造を採用することで、図２に示すように、枠体２２の内周縁凹部２２ｃに双極板２１を嵌め込むだけで枠体２２の貫通窓２２ｗに双極板２１を配置することができる。また、内周縁凹部２２ｃに双極板２１を嵌め込むことによって、枠体２２に対する双極板２１の位置決めを行うことができる。そのため、セルフレーム２の生産性を向上させることができる。
【００４３】
ここで、嵌込構造を採用する場合、作製時の公差によって、内周縁凹部２２ｃの外寸と双極板２１の外寸とを同じにすることは難しく、また同じにすることができた場合には枠体２２に双極板２１を嵌め込み難くなるという問題がある。そこで、双極板２１の外寸よりも内周縁凹部２２ｃの外寸を若干（例えば、１ｍｍ〜３．０ｍｍ程度）大きくし、枠体２２への双極板２１の嵌め込みを容易にしている。しかし、この場合、セルフレーム２を正面視したときに、枠体２２と双極板２１との間に形成され、入口スリット１２３ｓから出口スリット１２５ｓに至る電解液のリーク流路９が形成される。リーク流路９は、部材間の隙間であって、その流路抵抗が非常に小さいため、入口スリット１２３ｓから双極板２１に導入された電解液は、リーク流路９に流れ込み易い。リーク流路９に流れ込んだ電解液は、双極板２１上に配置される正極電極に殆ど接触しないまま出口スリット１２５ｓに排出されるため、リーク流路９を流れる電解液が多くなるほど、電池セルの充放電効率が低下する。そこで、本実施形態では、次に説明するリーク流路９を分断する分断構造を設ける。
【００４４】
［分断構造］
リーク流路９は、図２に示すように、セルフレーム２の下方側で入口スリット１２３ｓに繋がる第一横方向経路９ｄと、セルフレーム２の上方側で出口スリット１２５ｓに繋がる第二横方向経路９ｕと、両横方向経路９ｄ，９ｕを繋ぐ二本の縦方向経路９ｓｒ，９ｓｌと、で構成されている。このリーク流路９を分断する分断構造には、大きく分けて次の三つの構成が存在する。
（１）分断部材をリーク流路９に挟み込むことでリーク流路９を分断する構成。
（２）双極板２１の一部が枠体２２側に突出することでその突出した部分によってリーク流路９を分断する構成。
（３）枠体２２の一部が双極板２１側に突出することでその突出した部分によってリーク流路９を分断する構成。
各分断構造を、図４〜１１に基づいて以下に説明する。なお、図４〜１１では、マニホールドやスリットなどのリーク流路９に直接関係ない部分の図示を省略している。また、図４〜１１では、双極板２１の部分に４５°のハッチングを付してリーク流路９を白抜きとし、分かり易くしている。
【００４５】
［［分断部材を利用した構成］］
分断部材を利用した構成を図４，５に基づいて説明する。まず、図４に示す構成では、リーク流路９における各縦方向経路９ｓｒ，９ｓｌの下方寄り（第一横方向経路９ｄ寄り）の部分にブロック状の分断部材５を嵌め込むことで、リーク流路９を分断している。第一横方向経路９ｄに導入された電解液は、速やかに第一横方向経路９ｄに拡がり、双極板２１の幅方向（紙面左右方向）に均一的に分散する。次いで、縦方向経路９ｓｒ（９ｓｌ）を流れる電解液は分断部材５に当たって、双極板２１の中心方向（電極側）に流れる。その結果、電解液は、双極板２１の表面に配置される電極に接触し、充放電に寄与することになる。
【００４６】
分断部材５は、図４の丸囲み拡大図に示すように、中心に貫通孔を有する矩形の部材本体５０と、その部材本体５０の二つの側面にそれぞれ二つずつ設けられる突起５１と、を備える。この分断部材５は、弾性材、例えばゴム材料で構成されており、リーク流路９に圧入できるようになっている。また、部材本体５０に設けられる貫通孔が、分断部材５の変形性をさらに向上させる機能を持っており、分断部材５をリーク流路９に圧入し易く、圧入したときに分断部材５が枠体２２と双極板２１とに密着するようになっている。さらに、部材本体５０の側面に設けられる突起５１を設けることで、部材本体５０の変形による圧力が突起５１に集中し、突起５１が枠体２２と双極板２１に強く押しつけられるので、リーク流路９が確実に分断される。
【００４７】
図５に示す形態では、リーク流路９における縦方向経路９ｓｒ（９ｓｌ）の一部を蛇行させ、その蛇行させた部分（細線の丸で囲った部分）の近傍に分断部材５を配置している。分断部材５の形態は、図４で利用したものと同じものである。
【００４８】
リーク流路９を蛇行させるには、枠体２２における内周縁凹部の縁に相当する部分を内周縁凹部側に突出させた第一凸部２２ｘを形成すると共に、双極板２１における第一凸部２２ｘに対応する部分を切り欠いた第一凹部２１ｘを形成する。そうすることで、枠体２２に双極板２１を嵌め込むことで、第一凸部２２ｘと第一凹部２１ｘとが噛み合う部分でリーク流路９を蛇行させることができる。リーク流路９を蛇行させることで、その蛇行した部分の流路抵抗を高くすることができる。さらに、その流路抵抗が高くなる位置に分断部材５を配置すれば、図４に示す形態よりも確実にリーク流路９を分断することができる。なお、蛇行する部分を、図５に示す数よりも多くすることもできる。
【００４９】
分断部材５を配置する位置としては、図５の三つの丸囲み拡大図に示すような位置を挙げることができる（右側にある蛇行した部分にも分断部材５を配置する）。まず、左側の丸囲み拡大図には、蛇行した部分よりも上方側の縦方向に伸びる部分に分断部材５を嵌め込んだ構成が示されている。この場合、蛇行した部分を通過することで勢いが弱まった電解液を分断部材５でせき止めるので、リーク流路９における電解液の流れを効果的に抑制することができる。
【００５０】
次に、中央の丸囲み拡大図には、蛇行した部分における縦方向に伸びる部分に分断部材５を嵌め込んだ構成が示されている。この場合も、蛇行する部分で電解液の勢いが弱まった直後に分断部材５で電解液をせき止めるので、リーク流路９における電解液の流れを効果的に抑制することができる。
【００５１】
最後に、右側の丸囲み拡大図には、蛇行した部分における二つの横方向に伸びる部分にそれぞれ分断部材５，５を嵌め込んだ構成が示されている。二箇所に分断部材５を嵌め込むことで、リーク流路９の分断をより確実に行うことができる。また、セルフレーム２は通常、横長に形成されているため、枠体２２の紙面縦方向の公差および熱膨張量は、紙面横方向の公差および熱膨張量よりも小さい。従って、枠体２２の公差および熱膨張量が小さい方向に分断部材５を嵌め込む構成（即ち、蛇行した部分における縦方向に内周縁凹部の外縁と双極板２１の外縁とが対向する箇所に分断部材５を嵌め込む構成）とすることで、リーク流路９の分断をより確実に行うことができる。
【００５２】
ここで、分断部材の形状は、図４，５に示す形状に限定されるわけではない。図２に示すセルフレーム２のサイズが大きくなると、枠体２２と双極板２１との間に形成されるリーク流路９の幅も大きくなり易い。その場合、図６に示すような長尺の分断部材６が、リーク流路９に嵌め込み易く、好ましい。長尺の分断部材６の嵌め込み位置は、図示するように縦方向経路９ｓｌ（９ｓｒ）の位置とすると良い。分断部材６によって、縦方向経路９ｓｌ（９ｓｒ）全体を埋めても良いし、縦方向経路９ｓｌ（９ｓｒ）の一部を埋めても良い。
【００５３】
大型のセルフレーム２であっても、リーク流路９の幅Ｗ（丸囲み拡大図参照）は、広くなりすぎないようにすることが好ましい。リーク流路９への分断部材６の嵌め込み易さを考慮して、当該幅Ｗは３ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることが好ましく、３ｍｍ以上７ｍｍ以下とすることがより好ましい。このリーク流路９の幅Ｗと、リーク流路９に嵌め込まれた分断部材６の幅Ｘとの差（幅Ｗ−幅Ｘ）は、１ｍｍ以下とすることが好ましい。上記差が多少あっても、長尺の分断部材６がリーク流路９（ここでは、縦方向経路９ｓｌ，９ｓｒ）の延伸方向に沿って配置されているため、リーク流路９に電解液が流れ難い。もちろん、分断部材６を設けた趣旨を考慮すれば、上記差は０ｍｍ（隙間なし）とすることが望ましい。上記差を０ｍｍとするには、リーク流路９に嵌め込む前の分断部材６の幅が、リーク流路９の幅Ｗよりも大きければ良い。つまり、リーク流路９に分断部材６を圧入する構成とすれば、上記差を０ｍｍとすることができる。リーク流路９に分断部材６を圧入する構成の場合、圧入前の分断部材６の幅がリーク流路９の幅Ｗよりも大き過ぎると、双極板２１などに過剰な応力が作用する虞がある。そのため、リーク流路９の幅Ｗが、圧入前の分断部材６の幅の６０％以上となるようにすることが好ましい。
【００５４】
長尺の分断部材６に求められる特性は、適度な柔軟性を持ち、電解液を通し難いことである。また、電解液に接触したときに電解液への溶出物が少なく、耐酸性があることも、分断部材６に求められる特性の一つである。分断部材６の柔軟性の指標としては、ＪＩＳ  Ｋ  ６４００に準拠する圧縮応力が３０ｋＰａ以上１５０ｋＰａ以下であることを挙げることができる。
【００５５】
上記特性の少なくとも一つを満たす分断部材６の材料として、例えば、ゴム、スポンジゴム、発泡ポリエチレン、発泡ウレタン、発泡ポリスチレンなどを挙げることができる。また、不織布、カーボン不織布、カーボンクロス、カーボンペーパー、レーヨンフェルトなどで分断部材６を構成することもできる。
【００５６】
その他、図７に示すように、蛇行するリーク流路９に長尺の分断部材６を嵌め込んだ構成としても良い。リーク流路９の幅がある程度広い場合、柔軟性の高い分断部材６であれば、蛇行するリーク流路９であっても長尺の分断部材６をリーク流路９に嵌め込み易い。
【００５７】
［［枠体の一部が双極板側に突出する構成］］
枠体の一部が双極板側に突出する構成を図８，９に基づいて説明する。まず、図８に示す形態では、枠体２２のうち、双極板２１の側面に対応する部分が、双極板２１に向かって湾曲して突出している。一方で、双極板２１の側面は直線状である。そのため、その突出した部分で双極板２１を両側から挟み込む形になり、突出した部分によってリーク流路９の縦方向経路９ｓｒ（９ｓｌ）が分断される。この場合、突出した部分に双極板２１を圧入する形態となるが、突出した部分以外の部分では枠体２２と双極板２１との間に隙間があるため、枠体２２に双極板２１を嵌め込み難いという問題は生じ難い。
【００５８】
次に、図９に示す形態では、枠体２２のうち、双極板２１の側面に対応する部分に、双極板２１に向かって突出する突片２２ｐが形成されている。突片２２ｐには孔が設けられており、変形し易くなっている。このような構成であれば、突片２２ｐで双極板２１を両側から挟み込む形になり、突片２２ｐによってリーク流路９の縦方向経路９ｓｒ（９ｓｌ）が分断される。この場合も、枠体２２の突片２２ｐの部分に双極板２１を圧入する形態となるが、突片２２ｐ以外の部分では枠体２２と双極板２１との間に隙間があるため、枠体２２に双極板２１を嵌め込み難いという問題は生じ難い。突片２２ｐの数は、図示する数に限定されるわけではなく、図示する数よりも少なくても多くても構わない。
【００５９】
［［双極板の一部が枠体側に突出する構成］］
双極板の一部が枠体側に突出する構成を図１０，１１に基づいて説明する。まず、図１０に示す形態では、双極板２１の側面部分が、枠体２２に向かって湾曲して突出している。一方で、枠体２２のうち、双極板２１の側面に対応する部分は直線状である。そのため、その突出した部分が枠体２２によって両側から挟み込まれる形になり、突出した部分によってリーク流路９の縦方向経路９ｓｒ（９ｓｌ）が分断される。この場合、双極板２１の突出した部分を枠体２２に押し込む形態となるが、その突出した部分以外の部分では枠体２２と双極板２１との間に隙間があるため、枠体２２に双極板２１を嵌め込み難いという問題は生じ難い。
【００６０】
次に、図１１に示す形態では、双極板２１の側面部分に、枠体２２に向かって突出する複数の突片２１ｐが形成されている。このような構成であれば、双極板２１の突片２１ｐが枠体２２によって両側から挟み込まれる形になり、突片２１ｐによってリーク流路９の縦方向経路９ｓｒ（９ｓｌ）が分断される。この場合も、双極板２１の突片２１ｐを枠体２２に押し込む形態となるが、その突片２１ｐ以外の部分では枠体２２と双極板２１との間に隙間があるため、枠体２２に双極板２１を嵌め込み難いという問題は生じ難い。突片２１ｐの数は、図示する数に限定されるわけではなく、図示する数より少なくても多くても構わない。
【００６１】
以上説明したいずれの分断構成でも、リーク流路９を分断することができ、リーク流路９を流れる電解液の量を大幅に低減することができる。その結果、リーク流路９に起因する電池セルの充放電効率の低下を抑制することができる。
【００６２】
＜実施形態２＞
実施形態２では、双極板３１における枠体３２の内周縁凹部３２ｃに係合する所定幅の部分を、双極板３１のその他の部分よりも薄く形成した例を図１２〜１４に基づいて説明する。
【００６３】
図１２は、実施形態２におけるセルフレーム３に備わる枠体３２と双極板３１の概略図である。これらの枠体３２と双極板３１は、図５を用いて説明したリーク流路９を蛇行させるための構成を備えている。リーク流路９を蛇行させる構成として、本実施形態の枠体３２は、内周縁凹部３２ｃに向かって突出する第一凸部３２ｘを備える。さらに、この枠体３２は、内周縁凹部３２ｃから貫通窓２２ｗに向かって突出する第二凸部３２ｙを備える。
【００６４】
一方、本実施形態の双極板３１は、リーク流路９を蛇行させる構成として、枠体３２の第一凸部３２ｘに対応する部分を切り欠くことで形成される第一凹部３１ｘを備える。また、この双極板３１の裏面側のうち、枠体３２の内周縁凹部３２ｃに係合する外周縁係合部（点線で示す部分よりも外方側の部分）は、双極板３１のその他の部分よりも薄く形成された薄肉部３１ｃとなっている。薄肉部３１ｃの紙面手前側の面は、その他の部分と面一になっており、従って薄肉部３１ｃの紙面裏側の面が、その他の部分よりも紙面手前側に下がった状態となっている。この薄肉部３１ｃのうち、枠体３２の第二凸部３２ｙに対応する部分は、双極板３１の中心線側に拡がることで形成される第二凹部３１ｙを備える。
【００６５】
上記構成を備える双極板３１を枠体３２に嵌め込んだ場合、図１３，１４に示すように、セルフレーム３の一面側（図１３では紙面手前側、図１４では紙面右側）にリーク流路９が形成されるだけでなく、他面側（図１３では紙面奥側、図１４では紙面左側）にもリーク流路９が形成される。そこで、両リーク流路９を、その蛇行部分の近傍で図５の丸囲み拡大図に示すように分断部材５で分断する。あるいは、両リーク流路９を、図７に示す分断部材６で分断しても良い。
【００６６】
以上説明した実施形態２の構成によれば、図１４に示すように、双極板３１の薄肉部３１ｃ以外の部分が、枠体３２の貫通窓に嵌まり込み、枠体３２に対する双極板３１の係合状態が、実施形態１の場合よりも安定する。
【００６７】
＜その他の実施形態＞
実施形態２に示す双極板３１に薄肉部３１ｃを形成する形態においても、図８，９に示すような枠体の双極板側への突出によってリーク流路９を分断する構成、あるいは図１０，１１に示すような双極板の枠体側への突出によってリーク流路９を分断する構成を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の電池セルは、ＲＦ電池などの流体流通型の蓄電池の構築に好適に利用可能である。また、本発明のＲＦ電池は、太陽光発電、風力発電などの新エネルギーの発電に対して、発電出力の変動の安定化、発電電力の余剰時の蓄電、負荷平準化などを目的とした蓄電池として利用できる他、一般的な発電所に併設されて、瞬低・停電対策や負荷平準化を目的とした大容量の蓄電池としても利用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  レドックスフロー電池（ＲＦ電池）
２，３  セルフレーム
２１，３１  双極板
３１ｃ  薄肉部  ２１ｏ  Ｏリング  ２１ｐ  突片
２１ｘ，３１ｘ  第一凹部  ３１ｙ  第二凹部
２２，３２  枠体
２２ｃ，３２ｃ  内周縁凹部  ２２ｐ  突片  ２２ｗ  貫通窓
２２ｘ，３２ｘ  第一凸部  ３２ｙ  第二凸部
５，６  分断部材  ５０  部材本体  ５１  突起
９  リーク流路
９ｄ  第一横方向経路  ９ｕ  第二横方向経路
９ｓｒ，９ｓｌ  縦方向経路
１００  セル  １０１  隔膜  １０２  正極セル  １０３  負極セル
１００Ｐ  正極用循環機構  １００Ｎ  負極用循環機構
１０４  正極電極  １０５  負極電極  １０６  正極電解液用タンク
１０７  負極電解液用タンク  １０８，１０９，１１０，１１１  導管
１１２，１１３  ポンプ
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
１２３ｓ，１２４ｓ  入口スリット  １２５ｓ，１２６ｓ  出口スリット
１２７  シール部材
１９０  給排板  ２１０，２２０  エンドプレート
２００  電池用セルスタック  ２００ｓ  サブスタック
２３０  締付機構
【図１】
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【図２】
0006607357.tif 000003
【図３】
0006607357.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006607357.tif 000006
【図６】
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【図７】
0006607357.tif 000008
【図８】
0006607357.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0006607357.tif 000011
【図１１】
0006607357.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0006607357.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0006607357.tif 000016
【図１６】
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