(57)【要約】  この集電板は、電解液が流通可能な複数の溝を少なくとも一面に有し、前記溝の内面の表面粗さ（Ｒａ）は、前記溝の間を繋ぐ第１面の表面粗さ（Ｒａ）より小さい部分を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液が流通可能な複数の溝を少なくとも一面に有し、
前記溝の内面の表面粗さ（Ｒａ）は、前記溝の間を繋ぐ第１面の表面粗さ（Ｒａ）より小さい部分を有する、集電板。
【請求項２】
前記溝の内面の５０％以上の面積の表面粗さ（Ｒａ）が、前記溝の間を繋ぐ第１面の表面粗さ（Ｒａ）より小さい、請求項１に記載の集電板。
【請求項３】
前記複数の溝の断面形状が矩形であり、前記溝の側面の表面粗さ（Ｒａ）が前記第１面の表面粗さ（Ｒａ）より小さい、請求項１または請求項２のいずれかに記載の集電板。
【請求項４】
前記複数の溝の断面形状が矩形であり、前記溝の底面の表面粗さ（Ｒａ）が前記第１面の表面粗さ（Ｒａ）より小さい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の集電板。
【請求項５】
前記第１面の表面粗さ（Ｒａ）が、１μｍ以上３００μｍ以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の集電板。
【請求項６】
前記溝の内面の表面粗さ（Ｒａ）が、０．０３μｍ以上１μｍ未満である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の集電板。
【請求項７】
前記溝の内面が絶縁体でコーティングされている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の集電板。
【請求項８】
イオン交換膜と、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の集電板と、
前記イオン交換膜と前記集電体との間に配置される電極とを備え、
前記集電板は、前記第１面を電極側に向けて配置される、レドックスフロー電池。
【請求項９】
前記集電板は、所定の領域を囲む周縁壁を有し、前記周縁壁は電解液が流通する電極室の一部を構成する、請求項８に記載の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、集電板及びレドックスフロー電池に関する。
本願は、２０１６年１２月６日に、日本に出願された特願２０１６−２３６７１８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
大容量蓄電池としてレドックスフロー電池が知られている。レドックスフロー電池は、一般に電解液を隔てるイオン交換膜と、そのイオン交換膜の両側に設けられた電極とを有する。この電極上で酸化反応と還元反応を同時に進めることにより充放電が行われる。【０００３】
レドックスフロー電池では、電極は電極室内に格納されている。レドックスフロー電池は、電極室内に電解液を供給し、電解液を循環させながら動作する。電解液中のイオンは、電子を電極に渡し、電子はレドックスフロー電池の外部に授受される。この際、プロトンは、イオン交換膜を介して他方の電極室に授受される。レドックスフロー電池は、このような電子とプロトンの流れを介して充放電を行う。【０００４】
レドックスフロー電池は、別個の部材である集電体、電極、イオン交換膜をそれぞれ順に積層し、積層方向から挟みこむことで作製される（例えば、特許文献１及び特許文献２）。【０００５】
レドックスフロー電池を作製する際に、別個の部材を組合せる際には、それぞれの位置関係を合せる必要がある。例えば、集電板に対する電極の位置がずれると、電極を通過しない電解液の流れが生じ、レドックスフロー電池の充放電容量が低下する。【０００６】
位置ずれは、集電板の電極側の表面がある程度の表面粗さを有すれば避けることができる。しかしながら、集電板の表面には電解液が流通する。集電板の表面が荒れていると、電解液の流れに乱流が生じ、電解液が滞留する場合がある。【０００７】
電池の反応は、本来、電解液と電極の間で行われることが理想である。しかしながら、電解液が滞留する部分では、電解液と集電板の間で反応が生じる場合がある。集電板は電子の授受に用いることを想定しており、電極としての機能を想定していない。そのため、電池としての反応効率は電極より劣り、レドックスフロー電池が充分な性能を発揮できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−１２２２３１号公報
【特許文献２】特表２０１５−５０５１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、レドックスフロー電池の組み立て時に電極のずれを防止し、かつ電極室内における電解液の滞留を防ぐ集電板を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、電極室内に設ける内部壁の電極側の第１面と、電解液が流通する内面とで表面粗さに違いを与えることで、レドックスフロー電池の組み立て時に電極のずれを防止し、かつ電極室内での電解液の滞留を防ぐことができることを見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の集電板及びレドックスフロー電池を提供する。【００１１】
（１）本発明の一態様にかかる集電板は、電解液が流通可能な複数の溝を少なくとも一面に有し、前記溝の内面の表面粗さ（Ｒａ）は、前記溝の間を繋ぐ第１面の表面粗さ（Ｒａ）より小さい部分を有する。【００１２】
（２）上記態様にかかる集電板は、前記溝の内面の５０％以上の面積の表面粗さ（Ｒａ）が、前記溝の間を繋ぐ第１面の表面粗さ（Ｒａ）より小さくてもよい。【００１３】
（３）上記態様にかかる集電板において、前記複数の溝の断面形状が矩形であり、前記溝の側面の表面粗さ（Ｒａ）が前記第１面の表面粗さ（Ｒａ）より小さくてもよい。【００１４】
（４）上記態様にかかる集電板において、前記複数の溝の断面形状が矩形であり、前記溝の底面の表面粗さ（Ｒａ）が前記第１面の表面粗さ（Ｒａ）より小さくてもよい。【００１５】
（５）上記態様にかかる集電板において、前記第１面の表面粗さ（Ｒａ）が、１μｍ以上３００μｍ以下であってもよい。【００１６】
（６）上記態様にかかる集電板において、前記溝の内面の表面粗さ（Ｒａ）が、０．０３μｍ以上１μｍ未満であってもよい。【００１７】
（７）上記態様にかかる集電板において、前記溝の内面が絶縁体でコーティングされていてもよい。【００１８】
（８）本発明の一態様にかかるレドックスフロー電池は、イオン交換膜と、上記態様にかかる集電板と、前記イオン交換膜と前記集電体との間に配置される電極とを備え、前記集電板は、前記第１面を電極側に向けて配置される。【００１９】
（９）上記態様にかかるレドックスフロー電池において、前記集電板は、所定の領域を囲む周縁壁を有し、前記周縁壁は電解液が流通する電極室の一部を構成してもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、レドックスフロー電池の組み立て時に電極のずれが防止される。また電極室内における電解液の滞留を防ぐことができると考えられ、セル抵抗を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態にかかるレドックスフロー電池の断面模式図である。
【図２】第１実施形態にかかるレドックスフロー電池のセルフレーム内に収納された集電板を積層方向から平面視した図である。
【図３】図２で示される第１実施形態にかかるレドックスフロー電池をＡ−Ａ面で切断した集電板の断面模式図である。
【図４】第１実施形態にかかるレドックスフロー電池の集電板の要部を拡大した斜視模式図である。
【図５】図２で示される第１実施形態にかかるレドックスフロー電池をＡ−Ａ面で切断した断面模式図である。
【図６】第１実施形態にかかるレドックスフロー電池の電解液の流れを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、レドックスフロー電池について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要件を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかるレドックスフロー電池の断面模式図である。
図１に示すレドックスフロー電池１００は、イオン交換膜１０と、集電板２０と、電極３０とを有する。集電板２０と電極３０とは、セルフレーム４０によって外周を囲まれている。電極３０は、イオン交換膜１０と集電板２０とセルフレーム４０によって形成された電極室Ｋ内に設けられている。セルフレーム４０は、電極室Ｋに供給される電解液が、外部に漏れだすのを防ぐ。
【００２４】
図１に示すレドックスフロー電池１００は、複数のセルＣＥが積層されたセルスタック構造を有する。セルＣＥの積層数は、用途に応じて適宜変更することができ、単セルのみとしてもよい。セルＣＥを複数直列接続することで、実用的な電圧が得られる。一つのセルＣＥは、イオン交換膜１０と、イオン交換膜１０を挟む正極及び負極として機能する二つの電極３０と、二つの電極３０を挟む集電板２０とからなる。
【００２５】
以下、セルＣＥが積層されるセルスタック構造の積層方向を単に「積層方向」、セルスタック構造の積層方向に垂直な面方向を「面内方向」と言うことがある。
【００２６】
「イオン交換膜」
イオン交換膜１０は、好ましくは陽イオン交換膜を用いることができる。具体的には、スルホ基を有するパーフルオロカーボン重合体、スルホ基を有する炭化水素系高分子化合物、リン酸などの無機酸をドープさせた高分子化合物、一部がプロトン伝導性の官能基で置換された有機／無機ハイブリッドポリマー、高分子マトリックスにリン酸溶液や硫酸溶液を含浸させたプロトン伝導体等が挙げられる。これらのうち、スルホ基を有するパーフルオロカーボン重合体が好ましく、ナフィオン（登録商標）がより好ましい。
【００２７】
「集電板」
集電板２０は、電極３０に電子を授受する役割を持つ集電体である。集電板２０は、その両面が集電体として使用できるものである場合、双極板と言われることもある。本実施形態にかかる集電板は、レドックスフロー電池により好ましく用いられる。
【００２８】
集電板２０は、導電性を有する材料を用いることができる。例えば炭素を含有する導電性材料を用いることができる。具体的には、黒鉛と有機高分子化合物とからなる導電性樹脂、もしくは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１つに置換した導電性樹脂、カーボンと樹脂とを混練成形した成形材が挙げられる。これらのうち、カーボンと樹脂とを混練成形した成形材を用いることが好ましい。
【００２９】
図２は、セルフレーム４０内に収納された集電板２０を積層方向から平面視した図である。
【００３０】
集電板２０のイオン交換膜１０側の面には複数の溝部Ｃが設けられている。複数の溝部Ｃの溝間に当る位置には壁部（内部壁２２）が形成されている。複数の内部壁２２が設けられ、内部壁２２と内部壁２２の間に溝部Ｃが形成されているとも言う。集電板２０のイオン交換膜１０側の面には、凹部２０Ａが形成されている。図３は、第１実施形態にかかるレドックスフロー電池をＡ−Ａ面で切断した集電板の断面模式図である。図３に示すように、凹部２０Ａは後述する第１電極３１が嵌る部分と溝部Ｃからなる。また集電板２０の一面には、凹部２０Ａを画成する周縁壁２１が設けられていてもよい。周縁壁２１で囲まれた凹部２０Ａ内には、周縁壁２１の開口部２１ｉから電解液が供給される。
【００３１】
周縁壁２１の開口部２１ｉから供給された電解液は、凹部２０Ａ内全面に広がった後、排出路２３から排出されることが好ましい。電解液が凹部２０Ａ内の面内方向全面に行き渡ることで、面内方向全面に渡って電極３０を利用することができる。その結果、レドックスフロー電池のセル抵抗が小さくなると共に、充放電特性が向上する。
【００３２】
内部壁２２は、凹部２０Ａ内に電解液が流れる溝部Ｃを形成する。内部壁２２を設けることにより凹部２０Ａ内全面に電解液を供給しやすくなる。溝部Ｃの形状および複数の溝部Ｃによって規定される内部壁２２の形状は、特に限定されない。
【００３３】
図２に示す内部壁２２は、溝部Ｃが開口部２１ｉから一方向に延在する第１溝部Ｃ１と、第１溝部Ｃ１に繋がり第１溝部Ｃ１から交差する方向に分岐する第２溝部Ｃ２と、を有する。供給された電解液は、第１溝部Ｃ１に沿って流れると共に、第２溝部Ｃ２に広がるように流れる。すなわち、電解液は、凹部２０Ａの面内方向に広がりやすい。
集電板２０の構成は、図２の構成に限られず、種々の構成をとることができる。
【００３４】
図４は、集電板２０の要部を拡大した斜視図である。図４に示す内部壁２２の第１面２２ａ（溝が形成された一面側（図視上面側）の露出面）は、イオン交換膜１０側に配置される面である。内部壁２２の第１面２２ａは、積層方向を向き、電極３０に相対する面とも言う。第１面２２ａは面であり、内部壁２２の断面が三角形状等のように溝間を繋ぐ部分が線や点となる場合を含まない。なお、内部壁２２の間の溝部Ｃの断面形状は図４に示すように矩形に限られず、半円状、三角形状でもよい。
【００３５】
溝部Ｃの内面の表面粗さ（Ｒａ）は、内部壁２２の電極３０側の第１面２２ａの表面粗さ（Ｒａ）より小さい部分を有する。溝部Ｃの内面において、第１面２２ａの表面粗さ（Ｒａ）より小さい表面粗さ（Ｒａ）を有する部分が設けられているとも言う。ここで、溝部の内面の表面粗さ（Ｒａ）は、溝部Ｃの内面全面において当該関係を満たす必要はなく、溝部Ｃの内面の５０％以上の面積の部分での表面粗さ（Ｒａ）が当該関係を満たすことが好ましく、溝部Ｃの内面の８０％以上の面積の部分での表面粗さ（Ｒａ）が当該関係を満たすことがより好ましく、溝部Ｃの内面の全面の表面粗さ（Ｒａ）が当該関係を満たすことがさらに好ましい。
【００３６】
ここで、「５０％以上の面積」は、溝部Ｃの内面と内部壁２２の第１面２２ａについて、各々任意の１０点測定した表面粗さ（Ｒａ）のうち、内部壁２２の第１面２２ａの５点以上の表面粗さが、溝部Ｃの内面の１０点の表面粗さの平均値よりも大きいことを言う。接触型の表面粗さ計による測定が難しい場合、非接触式表面粗さ計を用いて測定する。「８０％以上の面積」、「全面」についても同様の定義を用いることができる。
【００３７】
図４において溝部Ｃの内面とは、内部壁２２の側面２２ｂと溝部Ｃの底面Ｃａが対応する。表面粗さは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１に基づき測定した算術表面粗さである。測定長は２ｍｍとする。算術表面粗さは平均表面粗さ又は単に表面粗さともいう。
【００３８】
上述のように、電解液が凹部２０Ａの面内方向に広がる際には、内部壁２２の第１面２２ａより溝部Ｃの内面（側面２２ｂ及び底面Ｃａ）の表面状態の影響を受ける。そのため、溝部Ｃの内面（側面２２ｂ及び底面Ｃａ）の表面粗さ（Ｒａ）を第１面２２ａの表面粗さ（Ｒａ）より小さくすることで、電解液の流れが乱されることを避けることができる。
溝部Ｃの断面形状が矩形である場合、溝部Ｃの側面（内部壁２２の側面２２ｂ）の表面粗さ（Ｒａ）及び／又は溝部Ｃの底面Ｃａの表面粗さ（Ｒａ）が、第１面２２ａの表面粗さ（Ｒａ）より小さいことが好ましい。
【００３９】
電解液の流れの乱れは、電解液の滞留を生み出す。電解液が滞留する部分では、電解液と集電板の間で反応が生じる場合がある。集電板は電子の授受に用いることを想定しており、電極としての機能を想定していない。そのため、電池としての反応効率は電極より劣り、レドックスフロー電池が充分な性能を発揮できない。
【００４０】
これに対し、レドックスフロー電池１００を組み立てる際の位置決めに影響を及ぼすのは、内部壁２２の第１面２２ａである。電極３０と直接接触するのは第１面２２ａであるためである。すなわち、第１面２２ａの表面粗さ（Ｒａ）を溝部Ｃの内面の表面粗さ（Ｒａ）に対して大きくすることで、集電板２０に対して電極３０がずれることを避けることができ、位置決めの精度を高めることができる。
【００４１】
レドックスフロー電池の組み立てにおいて、別個の部材の組合せ時に集電板２０に対する電極３０の位置がずれると、電極３０を通過しない電解液の流れが生じ、レドックスフロー電池の充放電容量が低下する。
【００４２】
内部壁の電極側の第１面の表面粗さ（Ｒａ）は、１μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以上２５０μｍ以下であることがより好ましく、さらに５μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。
【００４３】
内部壁２２の第１面２２ａが所定の上記範囲内であれば、集電板２０に対する電極３０の位置ずれを十分抑制できる。また電極３０と内部壁２２との接触面積を大きくすることができ、電解液中で生じた電子の授受がスムーズになる。その結果、レドックスフロー電池のセル抵抗が低減する。
【００４４】
また内部壁２２の第１面２２ａの表面粗さ（Ｒａ）は、後述する電極３０を構成する炭素繊維の繊維径の１．０倍以上１００倍以下であることが好ましく、１．２倍以上５０倍以下であることがより好ましい。内部壁２２の第１面２２ａが当該範囲内であれば、電極３０と集電板２０との接触面積をより大きくできる。
【００４５】
内部壁２２の第１面２２ａの表面粗さ（Ｒａ）に対し電極３０を構成する炭素繊維の繊維径が非常に大きい場合、第１面２２ａの凹凸内に炭素繊維が入ることができない。この場合、炭素繊維と第１面２２ａの接触は、点接触となる。これに対し、内部壁２２の第１面２２ａの表面粗さ（Ｒａ）を上記範囲内とすることで、凹凸内に炭素繊維が入り込むことができ、炭素繊維と第１面２２ａとが面接触する。その結果、電極３０と集電板２０との接触面積が大きくなる。
【００４６】
溝部Ｃの内面の表面粗さ（Ｒａ）は、０．０３μｍ以上１μｍ未満であることが好ましく、０．１μｍ以上０．９μｍ以下であることがより好ましく、さらに０．２μｍ以上０．５μｍ以下であることがより好ましい。溝部Ｃの内面の表面粗さ（Ｒａ）が当該範囲内であれば、電解液は溝部Ｃに沿ってスムーズに流れ、滞留の発生を十分抑制できる。
【００４７】
溝部Ｃの内面（側面２２ｂ及び溝部Ｃの底面Ｃａ）と内部壁２２の第１面２２ａは、集電板や溝を形成する際、異なる処理をすることにより、所定の範囲の表面粗さに調整することができる。例えば粒度の大きい研磨剤で第1面２２ａを研磨し、粒度の細かい研磨剤で溝部Ｃの内面を研磨することができる。
【００４８】
さらに溝部Ｃの内面（側面２２ｂ及び溝部Ｃの底面Ｃａ）は、絶縁体でコーティングされていることが好ましい。内部壁２２の側面２２ｂ及び溝部Ｃの底面Ｃａを絶縁体でコーティングすれば、滞留が生じてしまった場合でも集電板２０と電解液とが反応することはない。
【００４９】
一方で、集電板２０は、電解液と電極３０との反応で発生した電子を授受する必要がある。そのため、電極３０と直接接触する内部壁２２の第１面２２ａは露出している必要がある。そのため、内部壁２２の側面２２ｂ及び溝部Ｃの底面Ｃａを絶縁体でコーティングする際には、内部壁２２の第１面２２ａが絶縁体でコーティングされないように留意する。
【００５０】
具体的には、まず集電板２０の一面を絶縁体で被覆する。絶縁体の被覆は、成膜によって行ってもよいし、塗布により行ってもよい。成膜や塗布によって均一な膜を形成することにより、所定の平滑な表面を得ることができる。その後、内部壁２２の第１面２２ａ上に被覆した絶縁体を除去する。絶縁体の除去は、例えば研磨等により行うことができる。また絶縁体の被覆膜を形成する前に内部壁２２の第１面２２ａ上に保護膜を形成し、保護膜上に絶縁膜を形成した後、絶縁膜と一緒に保護膜を除去しても良い。
【００５１】
絶縁体には、電解液と反応しない材料を用いる。例えば、フッ素樹脂コーティング剤やフェノール樹脂系の耐酸性塗料等を用いることができる。レドックスフロー電池には酸化バナジウム水溶液が広く用いられているが、フッ素樹脂コーティング剤やフェノール樹脂系の耐酸性塗料はこれらの溶液に対しても耐性を有する。
【００５２】
内部壁２２の幅は、０．５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることがより好ましい。電解液は溝部Ｃに沿って供給される。そのため、内部壁２２の幅を狭くすることで、相対的に溝部Ｃの幅を広くできる。溝部Ｃの幅が広くなれば、乱流の発生を抑制できる。
【００５３】
一方で、内部壁２２は、電解液を流すための流路を構成する。そのため、内部壁２２がある程度の厚みを有することで、十分な強度を確保できる。その結果、加工し易くなる等の利点を有する。
【００５４】
「電極」
図５は、第１実施形態にかかるレドックスフロー電池を図２におけるＡ−Ａ面で切断した断面模式図である。
【００５５】
電極３０には、炭素繊維を含む導電性シートを用いることができる。ここで言う炭素繊維とは、繊維状炭素であり、例えばカーボンファイバー、カーボンナノチューブ等が挙げられる。電極３０が炭素繊維を含むことで、電解液と電極３０の接触面積を増し、レドックスフロー電池１００の反応性が高まる。
【００５６】
特に径が１μｍ以下のカーボンナノチューブを電極３０が含む場合、カーボンナノチューブの繊維径が小さく、電解液と電極３０との接触面積を大きくできる。一方で、径が１μｍ以上のカーボンファイバーを電極３０が含む場合、その導電性シートが強く、破れにくくなる。炭素繊維を含む導電性のシートとしては、例えば、カーボンフェルト、カーボンペーパー、カーボンナノチューブシート等を用いることができる。
【００５７】
電極３０は、積層方向に１層構成でも複数層構成でもよい。例えば、図５に示すように、電極３０は、集電板２０側から第１電極３１と、第２電極３２と、液流出層３３とを有する構成でも良い。
【００５８】
第１電極３１は、集電板２０の凹部２０Ａに嵌合し、周縁壁２１の第１面２１ａ（内部壁２２が形成された一面側の露出面）より集電板２０側に存在する。詳細には、凹部２０Ａのうち、周縁壁２１の側面と内部壁２２の第１面２２ａとに囲まれた領域に第１電極３１は嵌合する。なお、周縁壁２１の第１面２１ａは、積層方向を向き、電極３０又はイオン交換膜１０に相対する面とも言う。第２電極３２は、周縁壁２１の第１面２１ａよりイオン交換膜１０側にあり、セルフレーム４０で囲まれる領域全面に広がっている。液流出層３３は、セルフレーム４０で囲まれる領域全面に広がっており、第２電極３２と比較して電解液が流れやすい。液流出層３３は、通液する多数の孔を有する多孔性シートであればよく、必ずしも導電性を有していなくてもよい。
【００５９】
第１電極３１は、第２電極３２より通液性が高いことが好ましい。第１電極３１の面内方向の通液性が第２電極３２の積層方向の通液性より高いと、電極室Ｋ内に流入した電解液の流れが第２電極３２によって阻まれ、電解液が面内方向に広がる。電解液が凹部２０Ａの面内方向全面に広がると、第２電極３２全面に電解液をより均一に流入させやすい。
【００６０】
液流出層３３は、多孔質で、第２電極３２より流出した電解液を排出路へと導く。そのため、液流出層３３は第２電極３２より通液性が高いことが好ましい。液流出層３３の面内方向の通液性が第２電極３２の積層方向の通液性より高いと、第２電極３２の排出路２３近傍における電解液の流れの差が少なくなる。その結果、第２電極３２の全面を用いて充放電反応を行うことができ、セル抵抗が低下する。液流出層３３に導電性の材料を用い、電極３０の一部を構成する電極（第３電極）とすると、よりセル抵抗が低下する。導電性材料としては、第１電極３１に例示した材料を用いることができる。
【００６１】
通液性は、ダルシー則の透過率（以下、単に透過率と言うことがある。）により評価できる。ダルシー則は多孔性媒体の透過率を表すのに用いられるのが一般的であるが、便宜上多孔性材料以外の部材にも適用する。その際、不均一で異方性のある部材については、最も低い透過率となる方向の透過率を採用する。
【００６２】
ダルシー則の透過率ｋ（ｍ２）は、粘度μ（Ｐａ・ｓｅｃ）の液を通液させる部材の断面積Ｓ（ｍ２）、部材の長さＬ（ｍ）と、流量Ｑ（ｍ３／ｓｅｃ）を通液した際の部材の液流入側と液流出側の差圧ΔＰ（Ｐａ）から、次式で表される液体の透過流束（ｍ／ｓｅｃ）の関係より算出される。
【００６３】
【数１】
2018105634.tif 000003
【００６４】
第１電極３１の透過率は、第２電極３２の透過率と比べて、１００倍以上であることが好ましく、３００倍以上であることがより好ましく、１０００倍以上であることがさらに好ましい。当該関係を実現できる具体的な例としては、第１電極３１として繊維径が１μｍ以上の炭素繊維等により構成されたカーボンフェルト、カーボンペーパー等を用い、第２電極３２として繊維径が１μｍ以下のカーボンナノチューブ等により構成されたカーボンナノチューブシート等を用いる場合が挙げられる。なお、第１電極３１の透過率は面内方向の透過率を意味し、第２電極３２の透過率は積層方向（面内方向の法線方向）の透過率を意味する。
【００６５】
液流出層３３は第２電極３２より通液性が高いことが好ましい。第２電極３２を通過した電解液が、速やかに排出路２３へ排出されるためである。液流出層３３の透過率は、第２電極３２の透過率と比べて、５０倍以上であることが好ましく、１００倍以上であることがより好ましく、３００倍以上であることがさらに好ましく、１０００倍以上であることが特に好ましい。当該関係を実現できる具体的な例としては、液流出層３３として第１電極３１に例示した材料を用いることができる。なお、液流出層３３の透過率は面内方向の透過率を意味する。
【００６６】
「レドックスフロー電池の動作」
図６を用いて、レドックスフロー電池１００の動作の一例を説明する。図６は、第１実施形態にかかるレドックスフロー電池１００の電解液の流れを示した図である。
【００６７】
レドックスフロー電池１００の電極室Ｋにはセルフレーム４０に設けられた流入口から電解液が供給される。電極室Ｋ内に供給された電解液は、電極室Ｋ内の電極３０と反応する。反応時に生じたイオンは、イオン交換膜１０を介して電極３０間を流通し、充放電を行う。反応後の電解液は、セルフレーム４０に設けられた流出口から排出される。
【００６８】
電極室Ｋ内においては、電解液は、周縁壁２１の開口部２１ｉから凹部２０Ａ内に供給される（流れｆ１１）。供給された電解液は、内部壁２２に沿って流れ凹部２０Ａの面内方向に広がる（流れｆ１２）。そして、電解液は、電極３０を通って排出路２３から排出される（流れｆ１３）。
【００６９】
上述のように、本実施形態にかかるレドックスフロー電池によれば、電解液の流れを乱し、電解液が滞留することを避けることができる。そのため、集電板と電解液の反応のような想定されていない反応が生じることを避けることができ、レドックスフロー電池の反応効率を高めることができる。具体的には、レドックスフロー電池のセル抵抗を低減し、充放電特性を高めることができる。
【００７０】
上述のように、本実施形態にかかるレドックスフロー電池によれば、集電板に対する電極の位置ずれを避けることができる。そのため、レドックスフロー電池の組み立て時に集電板に対する電極の位置がずれ、電極を通過しない電解液の流れが生じることを防ぐことができる。つまり、レドックスフロー電池の充放電容量の低下を抑制できる。
【００７１】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要件の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の集電板及びレドックスフロー電池では、レドックスフロー電池の組み立て時に電極のずれが防止される。また、電極室内における電解液の滞留を防ぐことができると考えられ、セル抵抗を小さくすることができる。従って、本発明は、大容量蓄電池のレドックスフロー電池に好適に適用できる。
【符号の説明】
【００７３】
１０  イオン交換膜、２０  集電板、２０Ａ  凹部、２１  周縁壁、２１ａ  周縁壁の第１面、２１ｉ  周縁壁の開口部、２２  内部壁、２２ａ  内部壁の第１面、２２ｂ  内部壁の側面、２３  排出路、３０  電極、３１  第１電極、３２  第２電極、３３  液流出層、４０  セルフレーム、１００  レドックスフロー電池、ＣＥ  単セル、Ｋ  電極室、Ｃ  溝部、Ｃ１  第１溝部、Ｃ２  第２溝部、Ｃａ  溝部の底面。
【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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