(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レドックスフロー電池の正極電極と負極電極との間に配置される双極板と、前記双極板を外周側から支持する枠体と、を備え、
前記枠体は、前記双極板に電解液を導入する入口スリットと、前記双極板から前記電解液を排出する出口スリットと、を有するセルフレームであって、
前記入口スリットに繋がり、前記セルフレームの幅方向に延びる導入側整流溝と、
前記出口スリットに繋がり、前記幅方向に延びる排出側整流溝と、
前記導入側整流溝と前記排出側整流溝とを連通する拡散溝ユニットと、を備え、
前記拡散溝ユニットは、
前記導入側整流溝から分岐して前記排出側整流溝に向って伸び、前記排出側整流溝に直接連通していない導入側縦溝と、
前記排出側整流溝から分岐して前記導入側整流溝に向って延び、前記導入側整流溝に直接連通していない排出側縦溝と、
前記導入側縦溝と前記排出側縦溝とに連通する一つ以上の横溝と、を備えるセルフレーム。
【請求項２】
前記複数の横溝は、
前記導入側縦溝の端部から前記排出側縦溝に向って伸びる第一横溝と、
前記排出側縦溝の端部から前記導入側縦溝に向って伸びる第二横溝と、を含む請求項１に記載のセルフレーム。
【請求項３】
前記横溝の幅は、前記導入側縦溝の幅および前記排出側縦溝の幅よりも狭い請求項１または請求項２に記載のセルフレーム。
【請求項４】
前記横溝の幅は、前記導入側縦溝の幅および前記排出側縦溝の幅の１／１０以上１倍未満である請求項３に記載のセルフレーム。
【請求項５】
前記横溝の深さは、前記導入側縦溝および前記排出側縦溝の深さよりも浅い請求項１から請求項４のいずれか1項に記載のセルフレーム。
【請求項６】
前記拡散溝ユニットが、前記セルフレームの幅方向に複数並び、
隣接する前記拡散溝ユニット間で前記導入側縦溝または前記排出側縦溝を共用する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のセルフレーム。
【請求項７】
前記導入側整流溝、前記排出側整流溝、および前記拡散溝ユニットが前記双極板に設けられている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のセルフレーム。
【請求項８】
前記導入側整流溝および前記排出側整流溝が、前記枠体に設けられ、
前記拡散溝ユニットが、前記双極板に設けられている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のセルフレーム。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のセルフレームを備えるセルスタック。
【請求項１０】
請求項９に記載のセルスタック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、セルフレーム、セルスタック、およびレドックスフロー電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜４には、セルフレーム、正極電極、隔膜、負極電極、およびセルフレームを複数積層し、その積層体を給排板で挟み込んだセルスタック、およびそのセルスタックを用いたレドックスフロー電池が記載されている。セルフレームは、正極電極と負極電極との間に挟まれる双極板と、この双極板を外周から支持する枠体とを備える。この構成では、隣接する各セルフレームの双極板の間に一つのセルが形成される。【０００３】
特許文献１〜４には、セル内の正極電極と負極電極に十分に電解液を行き渡らせるために、双極板における正極電極に対向する面と、負極電極に対向する面とに、複数の溝を形成した構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１２２２３０号公報
【特許文献２】特開２０１５−１２２２３１号公報
【特許文献３】特開２０１５−１３８７７１号公報
【特許文献４】特開２０１５−２１０８４９号公報
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、レドックスフロー電池の電池性能を向上させることができるセルフレーム、およびセルスタックを提供することを目的の一つとする。また、本開示は、電池性能に優れたレドックスフロー電池を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示のセルフレームは、
レドックスフロー電池の正極電極と負極電極との間に配置される双極板と、前記双極板を外周側から支持する枠体と、を備え、
前記枠体は、前記双極板に電解液を導入する入口スリットと、前記双極板から前記電解液を排出する出口スリットと、を有するセルフレームであって、
前記入口スリットに繋がり、前記セルフレームの幅方向に延びる導入側整流溝と、
前記出口スリットに繋がり、前記幅方向に延びる排出側整流溝と、
前記導入側整流溝と前記排出側整流溝とを連通する拡散溝ユニットと、を備え、
前記拡散溝ユニットは、
前記導入側整流溝から分岐して前記排出側整流溝に向って伸び、前記排出側整流溝に直接連通していない導入側縦溝と、
前記排出側整流溝から分岐して前記導入側整流溝に向って延び、前記導入側整流溝に直接連通していない排出側縦溝と、
前記導入側縦溝と前記排出側縦溝とに連通する一つ以上の横溝と、を備える。【０００７】
本開示のセルスタックは、
本開示のセルフレームを備える。【０００８】
本開示のレドックスフロー電池は、
本開示のセルスタックを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係るレドックスフロー電池の動作原理の説明図である。
【図２】実施形態に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。
【図３】実施形態に係るセルスタックの概略構成図である。
【図４】実施形態１に係るセルフレームを一面側から見た平面図である。
【図５】実施形態２に係るセルフレームを一面側から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［発明が解決しようとする課題］
近年、自然環境に配慮したエネルギーシステムの構築が望まれており、その一環としてレドックスフロー電池の電池性能の向上が期待されている。発明者らは、レドックスフロー電池のセルフレームに備わる双極板の溝に着目し、レドックスフロー電池の電池性能を向上させることができる構成を検討した。
【００１１】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
【００１２】
＜１＞実施形態に係るセルフレームは、
レドックスフロー電池の正極電極と負極電極との間に配置される双極板と、前記双極板を外周側から支持する枠体と、を備え、
前記枠体は、前記双極板に電解液を導入する入口スリットと、前記双極板から前記電解液を排出する出口スリットと、を有するセルフレームであって、
前記入口スリットに繋がり、前記セルフレームの幅方向に延びる導入側整流溝と、
前記出口スリットに繋がり、前記幅方向に延びる排出側整流溝と、
前記導入側整流溝と前記排出側整流溝とを連通する拡散溝ユニットと、を備え、
前記拡散溝ユニットは、
前記導入側整流溝から分岐して前記排出側整流溝に向って伸び、前記排出側整流溝に直接連通していない導入側縦溝と、
前記排出側整流溝から分岐して前記導入側整流溝に向って延び、前記導入側整流溝に直接連通していない排出側縦溝と、
前記導入側縦溝と前記排出側縦溝とに連通する一つ以上の横溝と、を備える。
【００１３】
セルフレームに拡散溝ユニットを設けることで、セルフレームの双極板の全面に電解液を速やかに行き渡らせることができ、双極板に重ねられる電極の全面に電解液をムラなく供給することができる。また、セルフレームに拡散溝ユニットを設けることで、電極に供給され、活物質の価数が変化した電解液を、電極の全面からムラなく速やかに回収することができる。
【００１４】
セルフレームに設けられる拡散溝ユニットは、導入側整流溝と排出側整流溝とを連通する役割を果たす。このように、導入側整流溝と排出側整流溝とを連通することで、電解液の電池反応に伴って発生するガスや、電解液にもともと混入しているガス、電解液の循環に伴って電解液タンクの気相などから電解液に混入するガスがレドックスフロー電池のセル内から抜け易くなる。その結果、セル内にガスが滞留することに伴う不具合、例えばセル内に滞留するガスによって電解液と電極との接触面積が減少する不具合を抑制でき、その不具合に起因するレドックスフロー電池のセル抵抗の上昇を抑制することができる。
【００１５】
＜２＞実施形態に係るセルフレームの一形態として、
前記複数の横溝は、
前記導入側縦溝の端部から前記排出側縦溝に向って伸びる第一横溝と、
前記排出側縦溝の端部から前記導入側縦溝に向って伸びる第二横溝と、を含む形態を挙げることができる。
【００１６】
第一横溝を設けることで、導入側縦溝の端部から排出側整流溝に向って真っ直ぐに抜ける電解液を減らし、導入側縦溝の端部からセルフレームの幅方向（第一横溝に沿った方向）に流れる電解液を増加させることができる。また、第二横溝を設けることで、導入側整流溝から導入側縦溝に向う電解液の流れに加え、導入側整流溝から第二横溝に向う電解液の流れが形成され易くなる。このように、第一横溝と第二横溝を設けることで、溝が無いために電解液が流れ難くなっている箇所に電解液を行き渡り易くできる。その結果、双極板の全面、即ち双極板に重ねられる電極の全面に電解液を行き渡り易くできる。
【００１７】
＜３＞実施形態に係るセルフレームの一形態として、
前記横溝の幅は、前記導入側縦溝の幅および前記排出側縦溝の幅よりも狭い形態を挙げることができる。
【００１８】
横溝の幅を縦溝よりも狭くすることで、横溝から電解液が溢れ易くなる。横溝から溢れた電解液は、双極板の平面方向に拡がり易くなるため、双極板の全面、即ち双極板に重ねられる電極の全面に電解液が行き渡り易くなる。
【００１９】
＜４＞前記横溝が前記縦溝よりも狭くなった実施形態に係るセルフレームの一形態として、
前記横溝の幅は、前記導入側縦溝の幅および前記排出側縦溝の幅の１／１０以上１倍未満である形態を挙げることができる。
【００２０】
横溝の幅を縦溝の幅の１／１０以上とすることで、双極板の平面方向への電解液の拡散を促進することができる。また、横溝の幅を縦溝の１倍未満とすることで、横溝を通過する液量が過大となって、電池反応に寄与せずに出口スリットに排出される電解液を減らすことができる。このように、横溝の幅と縦溝の幅の比を上記範囲とすることで、双極板に重ねられる電極の全面を効率的に利用することができる。
【００２１】
＜５＞実施形態に係るセルフレームの一形態として、
前記横溝の深さは、前記導入側縦溝および前記排出側縦溝の深さよりも浅い形態を挙げることができる。
【００２２】
横溝の深さを縦溝よりも浅くすることで、横溝から電解液が溢れ易くなる。横溝から溢れた電解液は、双極板の平面方向に拡がり易くなるため、双極板の全面、即ち双極板に重ねられる電極の全面に電解液が行き渡り易くなる。
【００２３】
＜６＞実施形態に係るセルフレームの一形態として、
前記拡散溝ユニットが、前記セルフレームの幅方向に複数並び、
隣接する前記拡散溝ユニット間で前記導入側縦溝または前記排出側縦溝を共用する形態を挙げることができる。
【００２４】
上記構成によれば、セルフレームの幅方向に並ぶ複数の拡散溝ユニットの縦溝および横溝が格子状に配置される。その結果、より一層、双極板の全面に電解液が行き渡り易くなる。
【００２５】
＜７＞実施形態に係るセルフレームの一形態として、
前記導入側整流溝、前記排出側整流溝、および前記拡散溝ユニットが前記双極板に設けられている形態を挙げることができる。
【００２６】
全ての溝が双極板に設けられる上記構成によれば、枠体の構成を簡素化でき、セルフレームの作製を容易にできる。
【００２７】
＜８＞実施形態に係るセルフレームの一形態として、
前記導入側整流溝および前記排出側整流溝が、前記枠体に設けられ、
前記拡散溝ユニットが、前記双極板に設けられている形態を挙げることができる。
【００２８】
整流溝が枠体に設けられる上記構成によれば、電解液が双極板に導入される前に、電解液をセルフレームの幅方向に拡散することができる。
【００２９】
＜９＞実施形態に係るセルスタックは、
実施形態に係るセルフレームを備える。
【００３０】
上記セルスタックを用いてレドックスフロー電池を製造すれば、レドックスフロー電池の電池性能を向上させることができる。セルスタックを構成するセルフレームに備わる実施形態の双極板によって、電極の全面に電解液が行き渡り易く、また電極内にガスが滞留し難いからである。
【００３１】
＜１０＞実施形態に係るレドックスフロー電池は、
実施形態に係るセルスタックを備える。
【００３２】
実施形態に係るレドックスフロー電池は、実施形態のセルスタックを利用しているため、電池性能に優れる。
【００３３】
［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本開示のレドックスフロー電池（ＲＦ電池）の実施形態を説明する。なお、本願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、請求の範囲によって示され、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。
【００３４】
＜実施形態１＞
実施形態に係るレドックスフロー電池（以下、ＲＦ電池）を図１〜図４に基づいて説明する。
【００３５】
≪ＲＦ電池≫
ＲＦ電池は、電解液循環型の蓄電池の一つであって、太陽光発電や風力発電といった新エネルギーの蓄電などに利用されている。このＲＦ電池１の動作原理を図１に示す。ＲＦ電池１は、正極用電解液に含まれる活物質イオンの酸化還元電位と、負極用電解液に含まれる活物質イオンの酸化還元電位との差を利用して充放電を行う電池である。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とに分離されたセル１００を備える。
【００３６】
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。
【００３７】
≪セルスタック≫
上記セル１００は通常、図２、図３に示すような、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、サブスタック２００ｓ（図３）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３に例示する構成では、複数のサブスタック２００ｓを用いている）。
【００３８】
サブスタック２００ｓ（図３）は、セルフレーム２、正極電極１０４、隔膜１０１、および負極電極１０５を複数積層し、その積層体を給排板１９０，１９０（図３の下図参照、図２では省略）で挟み込んだ構成を備える。上記構成を備える本実施形態のＲＦ電池１の特徴の一つとして、セルフレーム２の構成を挙げることができる。以下、セルフレーム２の構成を詳細に説明する。
【００３９】
≪セルフレーム≫
セルフレーム２は、貫通窓を有する枠体２２と、貫通窓を塞ぐ双極板２１と、を有している。つまり、枠体２２は、双極板２１をその外周側から支持している。このようなセルフレーム２は、例えば、双極板２１の外周部に一体に枠体２２を成形することで作製することができる。また、貫通孔の外周縁部を薄肉に形成した枠体２２と、枠体２２とは別に作製した双極板２１とを用意し、枠体２２の薄肉部に双極板２１の外周部を嵌めこむことで、セルフレーム２を作製することもできる。このセルフレーム２の双極板２１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２１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２に嵌め込まれた双極板２１の間に一つのセル１００が形成されることになる。
【００４０】
図３に示す給排板１９０，１９０を介したセル１００への電解液の流通は、セルフレーム２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（図４を合わせて参照）。正極用電解液は、給液用マニホールド１２３からセルフレーム２の一面側（紙面表側）に形成される入口スリット１２３ｓ（図４）を介して正極電極１０４に供給され、セルフレーム２の上部に形成される出口スリット１２５ｓ（図４）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からセルフレーム２の他面側（紙面裏側）に形成される入口スリット１２４ｓ（図４）を介して負極電極１０５に供給され、セルフレーム２の上部に形成される出口スリット１２６ｓ（図４）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２間には、Ｏリングや平パッキンなどの環状シール部材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。
【００４１】
本例の双極板２１の表面には、複数の溝（図３では図示せず）が形成されている。その溝の構成について、図４のセルフレーム２の平面図を用いて説明する。図４に示す面は、正極電極１０４（図３）が配置される側の面であって、双極板２１のうち、溝２Ａ，２Ｂ，４Ａ，４Ｂ，５１，５２，５３以外の部分はクロスハッチングで示されている。このセルフレーム２における全体的な電解液の流れる方向（流通方向）は、左側に太線矢印で示すように紙面上方向となる。
【００４２】
図４の平面図に示すように、双極板２１の表面に複数の溝２Ａ，２Ｂ，４Ａ，４Ｂ，５１，５２，５３を形成することで、入口スリット１２３ｓを介して双極板２１の表面（紙面手前側の面）に供給された正極電解液を正極電極１０４（図３）の全面にムラなく行き渡らせることができる。また、これらの溝２Ａ，２Ｂ，４Ａ，４Ｂ，５１，５２，５３には、正極電極１０４（図３）で価数が変化した正極活物質を含む正極電解液を正極電極１０４の全面から速やかに回収し、出口スリット１２５ｓに導く役割もある。各溝２Ａ，２Ｂ，４Ａ，４Ｂ，５１，５２，５３の詳細については後述する。
【００４３】
ここで、双極板２１の裏面にも図４と同様の溝が形成されており、当該裏面に配置される負極電極１０５（図３）にもムラなく負極電解液が行き渡り、かつ価数が変化した負極活物質を含む負極電解液が負極電極１０５の全面から速やかに回収されるようになっている。双極板２１の裏面の溝の構成は、図４に示す溝２Ａ，２Ｂ，４Ａ，４Ｂ，５１，５２，５３の構成と同じであるため、その説明を省略する。以降の説明では主に正極側の構成について説明する。
【００４４】
［整流溝］
双極板２１の鉛直下方側に形成される導入側整流溝２Ａは、セルフレーム２の幅方向であって流通方向に交差する方向（本例では直交する方向）に延びており、入口スリット１２３ｓの端部に繋がっている。導入側整流溝２Ａは、入口スリット１２３ｓから導入された正極電解液を、セルフレーム２の幅方向（流通方向に直交する方向）に速やかに拡散させるための溝である。正極電解液をセルフレーム２の幅方向に拡散させることで、双極板２１の全面、即ち双極板２１に重ねられる正極電極１０４（図３）の全面に正極電解液を行き渡り易くする。
【００４５】
一方、双極板２１の鉛直上方側に設けられる排出側整流溝２Ｂも、セルフレーム２の幅方向であって流通方向に交差する方向（本例では直交する方向）に延びており、出口スリット１２５ｓの端部に繋がっている。排出側整流溝２Ｂは、セルフレーム２の幅方向の全長から正極電解液を回収し易くするための溝である。
【００４６】
［拡散溝ユニット］
上記整流溝２Ａ，２Ｂに加え、本例のセルフレーム２の双極板２１は、セルフレーム２の幅方向に並ぶ複数の拡散溝ユニット３を備える。拡散溝ユニット３は、導入側縦溝４Ａと、排出側縦溝４Ｂと、両縦溝４Ａ，４Ｂに連通する少なくとも一つの横溝（本例では複数の横溝５１，５２，５３）と、で構成されており、導入側整流溝２Ａと排出側整流溝２Ｂとを連通し、双極板２１の平面方向に正極電解液を拡散させる機能を持つ。
【００４７】
本例では、隣接する拡散溝ユニット３，３は、構成の一部を共用している。具体的には、紙面左端の拡散溝ユニット３の導入側縦溝４Ａ（左から２番目の縦方向に延びる溝）は、紙面左から２番目の拡散溝ユニット３の導入側縦溝４Ａを兼ねている。また、紙面左から２番目の拡散溝ユニット３の排出側縦溝４Ｂ（左から３番目の縦方向に延びる溝）は、紙面左から３番目の拡散溝ユニット３の排出側縦溝４Ｂを兼ねている。このように、複数の拡散溝ユニット３で一部を共用する構成とすることで、隣接する拡散溝ユニット３，３が横溝５１，５２，５３を介して互いに連通し、双極板２１に形成される溝４Ａ，４Ｂ，５１，５２，５３が格子状に配置された状態になる。ここで、本例とは異なり、隣接する拡散溝ユニット３，３が互いに独立しており、一方の拡散溝ユニット３が他方の拡散溝ユニット３に連通していなくても構わない。
【００４８】
［［縦溝］］
拡散溝ユニット３に備わる導入側縦溝４Ａは、導入側整流溝２Ａに連通し、排出側整流溝２Ｂに向って伸びている。本例では、導入側縦溝４Ａは、正極電解液の流通方向に沿った方向に伸びているが、流通方向に対して傾斜していても構わない。また、本例の導入側縦溝４Ａは直線状であるが、ジグザグ状であっても良いし、蛇行していても良い。この導入側縦溝４Ａは、排出側整流溝２Ｂに向って伸びているが、排出側整流溝２Ｂには直接連通していない。
【００４９】
一方、排出側縦溝４Ｂは、排出側整流溝２Ｂに連通し、導入側整流溝２Ａに向って伸びている。本例では、排出側縦溝４Ｂは、正極電解液の流通方向に沿った方向に伸びているが、流通方向に対して傾斜していても構わない。また、本例の排出側縦溝４Ｂは直線状であるが、ジグザグ状であっても良いし、蛇行していても良い。この排出側縦溝４Ｂは、導入側整流溝２Ａに向って伸びているが、導入側整流溝２Ａには直接連通していない。
【００５０】
上記縦溝４Ａ，４Ｂの幅は、セルフレーム２の大きさに応じて適宜選択することができる。例えば、標準的な１ｋＷ級のＲＦ電池１（図２）であれば、縦溝４Ａ，４Ｂの幅は０．５ｍｍ以上７．０ｍｍ以下とすることが挙げられる。さらに、縦溝４Ａ，４Ｂの幅は１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることができる。
【００５１】
また、縦溝４Ａ，４Ｂの深さも、セルフレーム２の大きさに応じて適宜選択することができる。例えば、標準的な１ｋＷ級のＲＦ電池１（図２）であれば、縦溝４Ａ，４Ｂの深さは０．５ｍｍ以上７．０ｍｍ以下とすることが挙げられる。さらに、縦溝４Ａ，４Ｂの深さは１．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることができる。ここで、本明細書における縦溝４Ａ，４Ｂの深さとは、双極板２１の表面から縦溝４Ａ，４Ｂの最も深い部分までの長さのことである。
【００５２】
導入側縦溝４Ａ（排出側縦溝４Ｂ）の端部から排出側整流溝２Ｂ（導入側整流溝２Ａ）までの距離、即ち溝同士が繋がっていない部分の長さは、セルフレーム２の大きさに応じて適宜選択することができる。例えば、標準的な１ｋＷ級のＲＦ電池１（図２）であれば、当該距離は３ｍｍ以上３０ｍｍ以下とすることが挙げられる。さらに、当該距離は３ｍｍ以上２５ｍｍ以下とすることができる。
【００５３】
縦溝４Ａ，４Ｂの延伸方向の断面形状は特に限定されない。例えば、その断面形状は、矩形状でも良いし、Ｖ字形状でも良いし、半円形状でも良い。ここで、両縦溝４Ａ，４Ｂの幅、深さ、断面形状などは、本例では同じとしているが、異ならせることもできる。
【００５４】
［［横溝］］
拡散溝ユニット３はさらに、導入側縦溝４Ａと排出側縦溝４Ｂとに交差する方向に伸びる第一横溝５１，第二横溝５２，および中間横溝５３を備える。本例では三つの横溝５１，５２，５３が形成されているが、二つでも良いし、四つ以上でも良い。複数の横溝５１，５２，５３のうち、少なくとも一つは、両縦溝４Ａ，４Ｂの両方に連通している必要がある。本例では、全ての横溝５１，５２，５３が、両縦溝４Ａ，４Ｂに連通している。
【００５５】
第一横溝５１は、導入側縦溝４Ａの端部から排出側縦溝４Ｂに向って伸びている。本例では、第一横溝５１は、正極電解液の流通方向に直交する直交方向に伸びているが、上記直交方向に交差する方向に伸びていても構わない。また、本例の第一横溝５１は直線状であるが、ジグザグ状であっても良いし、蛇行していても良い。
【００５６】
第一横溝５１を設けることで、導入側縦溝４Ａの端部から排出側整流溝２Ｂに向って真っ直ぐに抜ける正極電解液を減らし、導入側縦溝４Ａの端部からセルフレーム２の幅方向に流れる正極電解液を増加させることができる。その結果、双極板２１における第一横溝５１の上方側の部分に正極電解液を行き渡らせ易くできる。
【００５７】
第二横溝５２は、排出側縦溝４Ｂの端部から導入側縦溝４Ａに向って伸びている。本例では、第二横溝５２は、上記直交方向に交差する方向に伸びているが、上記直交方向に交差する方向に伸びていても構わない。また、本例の第二横溝５２は直線状であるが、ジグザグ状であっても良いし、蛇行していても良い。
【００５８】
第二横溝５２を設けることで、導入側整流溝２Ａから導入側縦溝４Ａに向う正極
電解液の流れに加え、導入側整流溝２Ａから流通方向に沿って第二横溝５２に向う正極電解液の流れが形成され易くなる。その結果、双極板２１における導入側整流溝２Ａと第二横溝５２との間の部分に正極電解液を行き渡らせ易くできる。
【００５９】
中間横溝５３は、第一横溝５１と第二横溝５２との間に形成されている。本例の中間横溝５３は、両横溝５１，５２と平行に形成される。中間横溝５３の数は適宜選択することができる。本例では中間横溝５３は一つであるが、複数とすることもできる。
【００６０】
中間横溝５３を設けることで、第一横溝５１から流通方向に沿って中間横溝５３に向う正極電解液の流れと、中間横溝５３から流通方向に沿って第二横溝５２に向う正極電解液の流れを形成することができる。
【００６１】
上記横溝５１，５２，５３の幅は、縦溝４Ａ，４Ｂよりも狭くすることが好ましい。横溝５１，５２，５３の幅を縦溝４Ａ，４Ｂよりも狭くすることで、正極電極１０４（図３）に殆ど接触することなく、入口スリット１２３ｓから出口スリット１２５ｓに抜ける正極電解液のリークパスを抑制することができる。横溝５１，５２，５３の幅は、具体的には、縦溝４Ａ，４Ｂの幅の１／１０以上１倍未満とすることが好ましい。
【００６２】
横溝５１，５２，５３の深さは、縦溝４Ａ，４Ｂと同じでも良いし、縦溝４Ａ，４Ｂよりも深くても浅くても構わない。本例の横溝５１，５２，５３の深さは、縦溝４Ａ，４Ｂよりも浅くなっている。横溝５１，５２，５３の深さを、縦溝４Ａ，４Ｂよりも浅くすることで、正極電解液のリークパスを抑制でき、かつ双極板２１の全面に正極電解液を行き渡らせることができる。具体的な横溝５１，５２，５３の深さは、縦溝４Ａ，４Ｂの深さの１／１０以上１倍未満とすることが好ましい。ここで、本明細書における横溝５１，５２，５３の深さとは、双極板２１の表面から横溝５１，５２，５３の最も深い部分までの長さのことである。
【００６３】
上記横溝５１，５２，５３の断面形状は、縦溝４Ａ，４Ｂと同様、特に限定されず、例えば矩形状、Ｖ字形状、円形状とすることが挙げられる。ここで、各横溝５１，５２，５３の幅、深さ、断面形状などは、本例では同じとしているが、異ならせることもできる。
【００６４】
［［その他］］
上記拡散溝ユニット３に加えて、導入側縦溝４Ａと排出側縦溝４Ｂとの間に配置され、両縦溝４Ａ，４Ｂに交差する方向に延びるが、両縦溝４Ａ，４Ｂを連通させない補助溝を備えていても構わない。補助溝は、導入側縦溝４Ａに連通するが、排出側縦溝４Ｂに非連通となっている溝でも良いし、導入側縦溝４Ａに非連通であるが、排出側縦溝４Ｂに連通している溝でも良いし、両縦溝４Ａ，４Ｂに非連通となっている溝でも良い。また、補助溝は、単数であっても複数であっても良い。補助溝を設けることで、正極電解液のリークパスを抑制しつつ、双極板２１の全面に正極電解液を行き渡り易くできる。
【００６５】
≪効果≫
図４を参照して説明した整流溝２Ａ，２Ｂと拡散溝ユニット３を備えるセルフレーム２を用いることで、ＲＦ電池１の電池性能を向上させることができる。特に、双極板２１に複数の拡散溝ユニット３を設けることで、双極板２１に格子状の溝が形成され、双極板２１の全面に電解液が行き渡り易くなるからである。
【００６６】
また、図４のセルフレーム２を用いることで、電解液の電池反応に伴って発生するガスや、電解液にもともと混入しているガスがセル１００（図１，２）内から抜け易くなる。これは、拡散溝ユニット３を介して導入側整流溝２Ａと排出側整流溝２Ｂとが連通されているからである。セル１００内にガスが滞留し難いことで、ガスによって電解液と電極との接触面積が減少するなどの不具合を抑制できる。
【００６７】
≪その他の構成≫
電極１０４，１０５（図３参照）の目付量を大きくすれば、電極１０４，１０５と電解液との接触面積が大きくなりＲＦ電池１（図１，２参照）の電池性能が向上する。その反面、電極１０４，１０５の空隙が狭く複雑になり、セル１００内にガスが滞留し易くなる。これに対して、本例のＲＦ電池１では、図４に示す双極板２１を採用することで、セル１００内のガスが抜け易くなっているため、電極１０４，１０５の目付量を大きくすることができる。具体的には、例えば電極１０４，１０５の目付量を３０ｇ／ｍ２以上とすることができる。当該目付量は５０ｇ／ｍ２以上とすることもできる。当該目付量の上限値は、５００ｇ／ｍ２とすることが挙げられる。
【００６８】
＜実施形態２＞
実施形態２では、枠体２２に整流溝２Ａ，２Ｂを、双極板２１に拡散溝ユニット３を設けたセルフレーム２を図５に基づいて説明する。
【００６９】
図５に示すように、本例のセルフレーム２では、枠体２２の内周縁部（双極板２１が嵌め込まれる貫通窓に近接する部分）のうち、給液用マニホールド１２３，１２４側の枠片に導入側整流溝２Ａが設けられ、排液用マニホールド１２５，１２６側の枠片に排出側整流溝２Ｂが設けられている。導入側整流溝２Ａは、給液用マニホールド１２３，１２４の並列方向に沿って延び、その上端側（排液用マニホールド１２５，１２６側）が貫通窓に繋がっている。また、排出側整流溝２Ｂは、排液用マニホールド１２５，１２６の並列方向に沿って延び、その下端側（給液用マニホールド１２３，１２４側）が貫通窓に繋がっている。
【００７０】
一方、双極板２１には、セルフレーム２の幅方向に複数の拡散溝ユニット３が並んでいる。各拡散溝ユニット３の導入側縦溝４Ａは、導入側整流溝２Ａに直接繋がっているが、排出側整流溝２Ｂには直接繋がっていない。また、各拡散溝ユニット３の排出側縦溝４Ｂは、排出側整流溝２Ｂに直接繋がっているが導入側整流溝２Ａには直接繋がっていない。さらに、各拡散溝ユニット３は、実施形態１の構成と同様に、両縦溝４Ａ，４Ｂに連通する横溝５１，５２，５３が備わっている。
【００７１】
≪効果≫
本例の構成によっても、双極板２１の全面に電解液を行き渡らせることができ、また電解液中のガスがセル１００（図１，２）内に滞留し難くなるため、その分だけＲＦ電池１の電池性能を向上させることができる。
【００７２】
＜用途＞
実施形態のセルフレームは、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、実施形態のセルスタックを備える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】
【００７３】
１  ＲＦ電池（レドックスフロー電池）
２  セルフレーム
２１  双極板  ２２  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  環状シール部材
２Ａ  導入側整流溝  ２Ｂ  排出側整流溝
３  拡散溝ユニット
４Ａ  導入側縦溝  ４Ｂ  排出側縦溝
５１  第一横溝（横溝）  ５２  第二横溝（横溝）  ５３  中間横溝（横溝）
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
２００  セルスタック
１９０  給排板  ２００ｓ  サブスタック
２１０，２２０  エンドプレート
２３０  締付機構
【要約】
双極板と枠体とを備えるセルフレームであって、入口スリットに繋がり、前記セルフレームの幅方向に延びる導入側整流溝と、出口スリットに繋がり、前記幅方向に延びる排出側整流溝と、前記導入側整流溝と前記排出側整流溝とを連通する拡散溝ユニットと、を備える。前記拡散溝ユニットは、前記導入側整流溝から分岐して前記排出側整流溝に向って伸び、前記排出側整流溝に直接連通していない導入側縦溝と、前記排出側整流溝から分岐して前記導入側整流溝に向って延び、前記導入側整流溝に直接連通していない排出側縦溝と、前記導入側縦溝と前記排出側縦溝とに連通する一つ以上の横溝と、を備える。【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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