(57)【要約】【課題】組立時における電極の位置ずれを防止できて、組立作業性に優れるレドックスフロー電池を提供する。【解決手段】電極と、双極板、及び前記双極板の周縁を囲む枠体を有し、前記双極板の表面と前記枠体の内周面とで前記電極を配置する凹部を形成するセルフレームと、前記枠体の内周縁部に対向する枠体対向面と、前記電極の外周縁部に対向する電極対向面とを有し、前記双極板の外周縁部と前記電極対向面との間に前記電極の前記外周縁部を挟んで前記電極の位置ずれを防止するずれ防止板とを備えるレドックスフロー電池。【選択図】図２
2017027663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と、
双極板、及び前記双極板の周縁を囲む枠体を有し、前記双極板の表面と前記枠体の内周面とで前記電極を配置する凹部を形成するセルフレームと、
前記枠体の内周縁部に対向する枠体対向面と、前記電極の外周縁部に対向する電極対向面とを有し、前記双極板の外周縁部と前記電極対向面との間に前記電極の前記外周縁部を挟んで前記電極の位置ずれを防止するずれ防止板とを備えるレドックスフロー電池。
【請求項２】
前記双極板の前記外周縁部は、前記双極板の中央部に比較して厚みの薄い薄肉部を有し、
前記中央部と前記薄肉部とで形成される段差は、０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である請求項１に記載のレドックスフロー電池。
【請求項３】
前記ずれ防止板における前記枠体の前記内周面からの突出長さを前記ずれ防止板の前記電極へのラップ代とするとき、
前記ラップ代は、５ｍｍ以上であり、
前記双極板の前記薄肉部の内周縁と前記枠体の前記内周面との間の長さは、前記ラップ代よりも長い請求項２に記載のレドックスフロー電池。
【請求項４】
前記電極の前記外周縁部の厚みが、３．０ｍｍ以下である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池。
【請求項５】
前記ずれ防止板の前記電極対向面、及び前記双極板における前記電極対向面との対向領域の少なくとも一方の算術平均粗さＲａが、１．６μｍ以上である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池。
【請求項６】
前記電極の反発力は、０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下である請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池。
【請求項７】
前記ずれ防止板の厚みは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池。
【請求項８】
前記ずれ防止板と前記電極との間に介在されて、前記ずれ防止板による前記電極への押圧力を前記電極に伝達する押え部材を備え、
前記双極板の前記外周縁部の表面には、前記押え部材により前記電極の一部が嵌め込まれる凹部が形成されている請求項１〜請求項７のいずれか１項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、レドックスフロー電池に関する。特に、組立時における電極の位置ずれを防止できて、組立作業性に優れるレドックスフロー電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電や風力発電といった自然エネルギー由来の電力を蓄電する大容量の蓄電池の一つにレドックスフロー電池（ＲＦ電池）がある（特許文献１）。図４のＲＦ電池の動作原理図に示すように、ＲＦ電池１は、代表的には、交流／直流変換器や変電設備を介して発電部（例えば、太陽光発電装置や風力発電装置、その他一般の発電所など）と負荷（需要家など）との間に接続され、発電部で発電した電力を充電して蓄え、蓄えた電力を放電して負荷に供給する。
【０００３】
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、正極電解液を貯留する正極電解液タンク１０６が供給導管１０８、排出導管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、負極電解液を貯留する負極電解液タンク１０７が供給導管１０９、排出導管１１１を介して接続されている。各極電解液は、各供給導管１０８，１０９の途中に設けられたポンプ１１２，１１３により各供給導管１０８、１０９から各極セル１０２、１０３に供給され、各極セル１０２、１０３から各排出導管１１０、１１１を流通して各極タンク１０６、１０７に排出されることで各極セル１０２、１０３に循環される。ＲＦ電池１は、こうして電解液を循環して、正極電解液に含まれるイオンと負極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。図４では、各極電解液に含まれるイオンとしてバナジウムイオンを示しており、実線矢印は充電、破線矢印は放電を意味する。
【０００４】
電池セル１００は、通常、図５下図に示すセルスタック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、その両側から２枚のエンドプレート２１０、２２０で挟み込んで締付機構により締め付けられている。セルスタック２００は、図５上図に示すように、セルフレーム１２０、正極電極１０４、隔膜１０１、及び負極電極１０５を、この順番で積層することで形成される積層体を備える。セルフレーム１２０は、矩形状の双極板１２１とその周縁を囲む矩形枠状の枠体１２２とを備える。双極板１２１が設けられた枠体１２２の内側には、双極板１２１の表面及び枠体１２２の内周面に凹部１２４が形成される。この凹部１２４には、電極（正極電極１０４又は負極電極１０５）が配置され、凹部１２４と隔膜１０１とで囲まれる空間がセル（正極セル１０２又は負極セル１０３）を構成する。この構成の場合、隣接するセルフレーム１２０の双極板１２１の間に一つの電池セル１００が形成され、双極板１２１を挟んで表裏に、隣り合う電池セル１００の正極電極１０４（正極セル１０２）と負極電極１０５（負極セル１０３）とが配置される。
【０００５】
電池セル１００内の各極電解液の流通は、枠体１２２の長片（給液側片、図５紙面下側）に形成される給液マニホールド１３１、１３２と、枠体１２２の長片（排液側片、図５紙面上側）に形成される排液マニホールド１３３、１３４とを介して行われる。正極電解液は、給液マニホールド１３１から枠体１２２の給液側片の一面に形成されるガイド溝１３５を介して正極電極１０４に供給される。そして、図５上図の矢印に示すように正極電解液１０４の下側から上側へ流通し、枠体１２２の排液側片の一面に形成されるガイド溝１３７を介して排液マニホールド１３３に排出される。同様に、負極電解液は、給液マニホールド１３２から枠体１２２の給液側片の他面に形成されるガイド溝１３６を介して負極電極１０５に供給される。そして、負極電解液１０５の下側から上側へ通り、枠体１２２の排液側片の他面に形成されるガイド溝１３８を介して排液マニホールド１３４に排出される。各枠体１２２間には、Ｏリングや平パッキンなどの環状のシール部材１４０が配置され、電池セル１００からの電解液の漏洩を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−９９３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
更なる組立作業性の改善が望まれている。上記積層体の組み立ては、通常、セルフレーム、正極電極、隔膜、及び負極電極を、この順番で平積みして行う。電極は、セルフレームの凹部に位置決めされることなく配置されているだけなので、組み立ての際に電極の位置ずれが生じやすい。特に、セルフレームと一方の電極とを電極が上になるように平積みしてセルフレームと電極とを一纏めにし、その後、電極が下となるようにひっくり返して上記積層体を組み立てる場合には、電極を支持するものがないため、電極が脱落する。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、組立時における電極の位置ずれを防止できて、組立作業性に優れる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】
本発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、電極と、セルフレームと、ずれ防止板とを備える。セルフレームは、双極板、及び双極板の周縁を囲む枠体を有し、双極板の表面と枠体の内周面とで電極を配置する凹部を形成する。ずれ防止板は、枠体の内周縁部に対向する枠体対向面と、電極の外周縁部に対向する電極対向面とを有し、双極板の外周縁部と電極対向面との間に電極の外周縁部を挟んで電極の位置ずれを防止する。
【発明の効果】
【００１０】
上記レドックスフロー電池は、組立時における電極の位置ずれを防止できて、組立作業性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１に係るレドックスフロー電池に備わる電極のずれ防止構造の概略を示す分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係るレドックスフロー電池に備わる電極のずれ防止構造の概略を示す部分断面図である。
【図３】実施形態２に係るレドックスフロー電池に備わる電極のずれ防止構造の概略を示す部分断面図である。
【図４】レドックスフロー電池の動作原理図である。
【図５】レドックスフロー電池に備わる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】
【００１２】
《本発明の実施形態の説明》
最初に本発明の実施態様の内容を列記して説明する。
【００１３】
（１）本発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、電極と、セルフレームと、ずれ防止板とを備える。セルフレームは、双極板、及び双極板の周縁を囲む枠体を有し、双極板の表面と枠体の内周面とで電極を配置する凹部を形成する。ずれ防止板は、枠体の内周縁部に対向する枠体対向面と、電極の外周縁部に対向する電極対向面とを有し、双極板の外周縁部と電極対向面との間に電極の外周縁部を挟んで電極の位置ずれを防止する。
【００１４】
上記の構成によれば、セルフレームの凹部に電極を配置してセルフレームと電極とを一纏めにして電池セルやセルスタックを組み立てられる。それは、ずれ防止板を備えることで、組立時の電極の位置ずれを抑制し易いからである。このように、セルフレームと電極とを一纏めにして電池セルやセルスタックを組み立てられることで、組立作業性に優れる。特に、セルフレームと電極とを電極が上になるように平積みして一纏めにし、その後、電極が下となるようにひっくり返して電池セルやセルスタックを組み立てる場合には、電極の位置ずれを抑制し易い上に、セルフレームとずれ防止板との間から電極が脱落することを抑制し易い。
【００１５】
（２）上記レドックスフロー電池の一形態として、双極板の外周縁部は、双極板の中央部に比較して厚みの薄い薄肉部を有し、薄肉部と中央部とで形成される段差は、０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることが挙げられる。
【００１６】
上記段差が０．１ｍｍ以上であれば、組立時に双極板とずれ防止板とで過度に電極を押圧することなく電極の位置ずれを防止し易い。上記段差が２．５ｍｍ以下であれば、双極板とずれ防止板とで電極を十分に挟むことができ、組立時に双極板とずれ防止板との間から電極がずれ難い。
【００１７】
（３）双極板が上記薄肉部を有する上記レドックスフロー電池の一形態として、ずれ防止板の電極へのラップ代が５ｍｍ以上であり、双極板の薄肉部の内周縁と枠体の内周面との間の長さがラップ代よりも長いことが挙げられる。ずれ防止板の電極へのラップ代とは、ずれ防止板における枠体の内周面から内側への突出長さとする。
【００１８】
上記ラップ代が５ｍｍ以上であれば、双極板とずれ防止板とで電極を挟む領域が長くなるため、組立時の電極の位置ずれを防止し易い。また、双極板の薄肉部の内周縁と枠体の内周面との間の長さがラップ代よりも長いことで、双極板の上記段差を形成する角部とずれ防止板の内周縁部の角部とで、過度な押圧力が電極に作用することを抑制し易い。
【００１９】
（４）上記レドックスフロー電池の一形態として、双極板の外周縁部とずれ防止板の電極対向面とで挟まれる電極の外周縁部の厚みが、３．０ｍｍ以下であることが挙げられる。
【００２０】
上記レドックスフロー電池が上記ずれ防止板を備えることで、電極の厚みが薄くても、組立時の電極の位置ずれを抑制し易い。特に、双極板が上記段差を備える場合には、電極の厚みが薄くても電極の位置ずれを抑制し易い。電極の厚みは薄いほど反発力が生じ難く、ずれ防止板による組立時の電極の位置ずれ防止効果が低減し易くなるが、上記段差に形成される角部によって双極板とずれ防止板とで電極を押圧し易いからである。また、電極の厚みは薄いほど、電池の内部抵抗の上昇を抑制し易くて好ましい。
【００２１】
（５）上記レドックスフロー電池の一形態として、ずれ防止板の電極対向面、及び双極板における電極対向面との対向領域の少なくとも一方の算術平均粗さＲａが、１．６μｍ以上であることが挙げられる。
【００２２】
上記算術平均粗さＲａが１．６μｍ以上であれば、双極板及びずれ防止板の少なくとも一方と電極との摩擦抵抗を高め易く、組立時の電極の位置ずれを防止し易い。
【００２３】
（６）上記レドックスフロー電池の一形態として、電極の反発力は、０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下であることが挙げられる。
【００２４】
電極の反発力が０．１ＭＰａ以上であれば、双極板及びずれ防止板と電極とを密着させ易く、双極板とずれ防止板とで挟むことによる電極の位置ずれ防止に効果的である。電極の反発力が１．０ＭＰａ以下であれば、電極に浸透させる電解液を円滑に流通させ易い。
【００２５】
（７）上記レドックスフロー電池の一形態として、ずれ防止板の厚みは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが挙げられる。
【００２６】
ずれ防止板の厚みが０．１ｍｍ以上であれば、ずれ防止板の剛性を高め易いため、ずれ防止板で電極を挟み易く電極の位置ずれを防止し易い。ずれ防止板の厚みが１．０ｍｍ以下であれば、隣り合うセルフレームとの間が過度に広くなりすぎないため、レドックスフロー電池の大型化を抑制し易い。
【００２７】
（８）上記レドックスフロー電池の一形態として、ずれ防止板と電極との間に介在されて、ずれ防止板による電極への押圧力を前記電極に伝達する押え部材を備えることが挙げられる。この場合、双極板の外周縁部の表面には、押え部材により電極の一部が嵌め込まれる凹部が形成されていることが好ましい。
【００２８】
上記の構成によれば、押え部材と凹部との間で電極を屈曲状態で挟み込めるため、電極の位置ずれをより一層防止し易い。また、双極板の外周縁部の表面に上記凹部が形成されていることで、押え部材をずれ防止板と電極との間に介在させていても、セルフレーム及び電極とずれ防止板との積層厚みが過度に厚くなることを抑制し易い。
【００２９】
《本発明の実施形態の詳細》
本発明の実施形態に係るレドックスフロー電池の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。
【００３０】
〔実施形態１〕
図１、図２（適宜図４、図５）を参照して実施形態１に係るレドックスフロー電池（ＲＦ電池）を説明する。実施形態１に係るＲＦ電池は、図４、図５を用いて説明した従来のＲＦ電池１と同様、セルフレーム（双極板と枠体）と電池セル１００との積層体を備えるセルスタック２００と、電池セル１００の正極セル１０２に循環させる正極電解液を貯留するタンク１０６と、負極セル１０３に循環させる負極電解液を貯留するタンク１０７とを備える。各極電解液の循環は、各供給導管１０８，１０９、各排出導管１１０、１１１を介して、それらの途中に設けたポンプ１１２，１１３により行う。実施形態１に係るＲＦ電池の主たる特徴とするところは、枠体３の内周縁部３２及び電極６の外周縁部６０の両方に対向する対向面を有するずれ防止板５を備え、そのずれ防止板５と双極板４Ａとの間に電極６の外周縁部６０を挟むことで、電極６の位置ずれを防止するずれ防止構造にある。即ち、実施形態１に係るＲＦ電池における従来のＲＦ電池との主たる相違点は、電極６の外周縁部６０周辺の構成にあり、それ以外の構成は、従来のＲＦ電池の構成を採用できるため、図４、図５と同一符号を付してその詳しい説明は省略する。以下の説明では、その相違点を中心に行う。図２では、説明の便宜上、マニホールド１３１〜１３４、ガイド溝１３５〜１３８、及びシール部材１４０（いずれも図１参照）を省略して示している。
【００３１】
［セルフレーム］
セルフレーム２は、双極板４Ａと双極板４Ａの周縁を囲む枠体３とを備え、双極板４Ａの表面と枠体３の内周面とで電極６を配置する凹部２１を形成する。セルフレーム２には、上記積層体の隣り合う電池セル１００（図５）の間に配置される中間セルフレームと、上記積層体の両端に配置される端部セルフレームとがある。中間セルフレームは、双極板４Ａの表裏に一方の電池セル１００の正極電極６１及び他方の電池セル１００の負極電極６２が接し、端部セルフレームは、双極板４Ａの一方の面に電池セル１００の正負のいずれかの電極と接して他方の面には電極が存在しない。セルフレーム２の表裏（正極側・負極側）面の構成は、中間セルフレーム及び端部セルフレームのいずれにおいても同様である。図１、図２では、中間セルフレームを示している（この点は図３も同様）。
【００３２】
（枠体）
枠体３は、双極板４Ａを支持し、内側に電池セル１００（図５）となる領域を形成する。枠体３の形状は、矩形枠状であり、凹部２１の開口形状は、矩形状である。枠体３は、図２に示すように、断面形状が左右対称の２枚の枠状板材を張り合わせることで形成されている。枠状板材の内周縁部３２は薄肉に形成されており、両枠状板材の外周縁部同士を張り合わせときに、両枠状板材の内周縁部３２の一面側同士の間に双極板４Ａの外周縁部４１の先端部４４を収納する空間が形成されている。ここでは、枠体３は、双極板４Ａとは一体にされていないが、例えば射出成形などにより双極板４Ａと一体化されていてもよい。両枠状板材の内周縁部３２の他面側には、ずれ防止板５の収納凹部が形成されている。
【００３３】
枠体３の厚みＦｔは、４ｍｍ以上とすることができる。枠体３の厚みＦｔが４ｍｍ以上であれば、上記積層体（セルスタック）における強度を保持し易い。枠体３の厚みＦｔの上限は、例えば８ｍｍ以下とすることができる。枠体３の厚みＦｔは、厚いほど強度を保持できるが、過度に厚いと上記積層体が大型化する。枠体３の厚みＦｔは、４ｍｍ以上６ｍｍ以下とすることができる。
【００３４】
枠体３の材質は、耐酸性、電気絶縁性、機械的特性を満たす材料が挙げられる。例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどの種々のフッ素系樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、塩化ビニル樹脂が挙げられる。
【００３５】
（双極板）
双極板４Ａは、原則として隣接する電池セル１００（図５）を仕切る。中間セルフレームに備わる双極板４Ａの一面側は、正極電極６１に接触し、他面側は、負極電極６２に接触する。端部セルフレームに備わる双極板４Ａの一面側は、正極電極６１又は負極電極６２に接触し、他面側は、集電板（図示略）に接触・導通される。
【００３６】
双極板４Ａの形状は矩形状である。双極板４Ａの外周縁部４１は、双極板４Ａを枠体３へ固定すると共に、電極６の位置ずれを防止する。双極板４Ａの枠体３への固定は、双極板４Ａの外周縁部４１の先端部４４を枠体３を構成する２枚の枠状板材で挟むことで行われる。電極６の位置ずれの防止は、双極板４Ａの外周縁部４１における枠体３から露出する基部４５とずれ防止板５との間に電極６の外周縁部６０を挟むことで行われる。ここでは、双極板４Ａの外周縁部４１は、双極板４Ａの中央部４２に比較して厚みの薄い薄肉部４３で構成されている。即ち、双極板４Ａの中央部４２と薄肉部４３との境界（薄肉部４３の内周縁）には、段差Ｓが形成されていて、上記先端部４４及び上記基部４５は、薄肉部４３に設けられている。
【００３７】
上記段差Ｓは、主として後述する電極６の種類に応じて適宜選択できる。電極６の種類に応じた段差Ｓは、後述するが、凡そ０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下が好ましい。段差Ｓが０．１ｍｍ以上であれば、双極板４Ａとずれ防止板５とで過度に電極６を押圧することなく電極６の位置ずれを防止し易い。段差Ｓが２．５ｍｍ以下であれば、双極板４Ａとずれ防止板５とで電極６を十分に挟むことができ、双極板４Ａとずれ防止板５との間から電極６がずれ難い。段差Ｓは、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下がより好ましく、０．７ｍｍ以下が更に好ましく、０．５ｍｍ以下が特に好ましい。
【００３８】
双極板４Ａの薄肉部４３の先端部４４にはその全周に亘ってシール溝４６が形成されており、そのシール溝４６にはシール部材７（例えばＯリング）が配置されている。このシール部材７によって、双極板４Ａの一面側と他面側との間の電解液の流通を抑制し、電解液の積層体外部への漏洩も抑制している。なお、上述のように射出成形などにより枠体３と双極板４Ａとを一体化する場合、双極板４Ａの先端部４４のシール溝４６及び枠体３と双極板４Ａとの間のシール部材７はなくてよい。
【００３９】
双極板４Ａの薄肉部４３の基部４５は、電極６の外周縁部６０との接触領域と、ずれ防止板５の電極対向面（後述）との対向領域とを有する。上記接触領域と対向領域とは、実質的に同一領域である。薄肉部４３の基部４５の長さＬは、ずれ防止板５のラップ代Ｗ（後述）よりも長いことが好ましい。そうすれば、上記積層体の組立後に双極板４Ａの段差Ｓを構成する角部とずれ防止板５の内周縁部の角部（ずれ防止板５の内周面と電極対向面とで形成される）とで電極６に過度な負荷が作用することを抑制できる。薄肉部４３の基部４５の長さＬとは、段差面と枠体３の内周面との間の長さである。特に、段差Ｓを構成する角部と、ずれ防止板５の内周縁部の角部との直線距離Ｄは、電極６の外周縁部６０の厚みＥｔと同等程度であることが好ましい。そうすれば、上記積層体の組立時に電極６の位置ずれを抑制し易い上に、上記積層体の組立後に両角部による電極６への過度な負荷をより一層抑制し易い。
【００４０】
薄肉部４３の基部４５の表面は、表面粗さが粗いことが好ましい。この表面粗さが粗いほど、双極板４Ａと電極６との摩擦抵抗を高め易く、電極６の位置ずれを防止し易い。具体的には、上記対向領域（接触領域）の算術平均粗さＲａが１．６μｍ以上であることが好ましい。但し、上記対向領域（接触領域）の表面粗さは、後述するずれ防止板５の電極対向面の表面粗さが粗ければ、必ずしも粗い必要はない。勿論、上記対向領域（接触領域）とずれ防止板５の電極対向面の両方の表面粗さが粗ければ、双極板４Ａと電極６との摩擦抵抗に加えてずれ防止板５と電極６との摩擦抵抗を高められて、電極６の位置ずれ防止に特に効果的である。
【００４１】
双極板４Ａの厚み（中央部４２の厚み）Ｂｔは、「（枠体３の厚みＦｔ）−２ｍｍ」以上が好ましい。双極板４Ａが厚くなるほど、電極６を薄くでき、内部抵抗の上昇を抑制し易いからである。双極板４Ａの厚みＢｔの上限は、「（枠体３の厚みＦｔ）−０．５ｍｍ」以下が好ましい。電極６が薄くなりすぎると、上記積層体の組立時に電極６の位置ずれが生じ易くなるからである。
【００４２】
双極板４Ａの材質には、電流は通すが電解液は通さない材料を用いることができる。加えて、耐酸性および適度な剛性を有する材料であることが好ましい。このような材料としては、例えば、炭素を含有する導電性材料が挙げられる。具体的には、黒鉛およびポリオレフィン系有機化合物または塩素化有機化合物から形成される導電性プラスチックが挙げられる。また、黒鉛の一部をカーボンブラックおよび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。ポリオレフィン系有機化合物としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンなどが挙げられる。塩素化有機化合物としては、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。双極板がこのような材料から形成されることで、双極板４Ａの電気抵抗を小さくすることができる上に、耐酸性に優れる。
【００４３】
双極板４Ａの製造は、上記の材料を射出成形、プレス成形、および真空成形等の公知の方法により成形することで行える。この成形と同時に薄肉部４３やシール溝４６を形成するとよい。そうすれば、双極板４Ａの製造効率に優れる。
【００４４】
［ずれ防止板］
ずれ防止板５は、電極６の位置ずれを防止する。電極６の位置ずれ防止は、上述したように、ずれ防止板５と双極板４Ａとの間に電極６の外周縁部６０を挟むことで行う。ずれ防止板５の一面側には、枠体３の内周縁部３２に対向する枠体対向面５１と、電極６の外周縁部６０に対向する電極対向面５２とを有する。即ち、ずれ防止板５は、枠体３と電極６とに跨がるように配置されている。一方、ずれ防止板５の他面側には、隔膜１０１（図５参照）が配置される。
【００４５】
ずれ防止板５の形状は、図１に示すように電極６の外周縁部６０の全周に沿って連続する矩形枠状であるが、枠状に限定されず、電極６の外周縁部６０の周方向に沿って断続的に配置される複数の板材であってもよい。例えばずれ防止板５を複数の板材で構成する場合、その板材の形状は特に限定されず、適宜選択できる。
【００４６】
ずれ防止板５の電極６へのラップ代Ｗは、主として後述する電極６の種類に応じて適宜選択できる。ラップ代Ｗとは、枠体３の内周面から枠体３の内側への突出長さである。ラップ代Ｗは、長いほどずれ防止板５と電極６との接触領域を広くできて電極６の位置ずれを防止し易い。電極６の種類に応じたラップ代Ｗは、後述するが、凡そ５ｍｍ以上が好ましく、８ｍｍ以上が特に好ましい。ラップ代Ｗの上限は、２０ｍｍ以下が挙げられる。そうすれば、セルフレーム２が過度に大きくなり難い。電極６におけるずれ防止板５から露出する領域の面積を一定とすると、ラップ代Ｗが長くなるほどセルフレーム２が大きくなるからである。
【００４７】
ずれ防止板５の電極対向面５２は、上述したように、表面粗さが粗いことが好ましく、具体的には算術平均粗さＲａが１．６μｍ以上であることが好ましい。但し、上述したように、双極板４Ａの基部４５の表面粗さが粗ければ、ずれ防止板５の電極対向面５２の表面粗さは、必ずしも粗くなくてもよい。
【００４８】
ずれ防止板５の厚みＰｔは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が好ましい。ずれ防止板５の厚みＰｔが０．１ｍｍ以上であれば、ずれ防止板５の剛性を高め易いため、ずれ防止板５で電極６を押圧し易く電極６の位置ずれを防止し易い。ずれ防止板５の厚みＰｔが１．０ｍｍ以下であれば、隣り合うセルフレームとの間が過度に広くなりすぎないため、上記積層体（セルスタック）の大型化、ひいてはレドックスフロー電池の大型化を抑制し易い。ずれ防止板５の厚みＰｔは、０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下がより好ましい。また、本例では、一対のずれ防止板５の厚みＰｔと枠体３におけるずれ防止板５の収納凹部が形成された箇所の厚みとの合計寸法は、枠体３の厚みＦｔと同一である。よって、枠体３の最も厚い部分の表裏面と各ずれ防止板５の表面は面一である。
【００４９】
ずれ防止板５の材質は、電解液に対する耐性を有する材料が挙げられる。ずれ防止板５の材質は、例えば、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などのプラスチックやゴムで形成することが挙げられる。
【００５０】
［電極］
電極６は、電解液が流通することで電池反応を行う。電極６の形状は、枠体３の内周面と双極板４Ａの表面とで形成される凹部２１の形状に沿った矩形状である。電極６は、その外周縁部６０が双極板４Ａの外周縁部４１（薄肉部４３の基部４５）とずれ防止板５の電極対向面５２とで挟まれることで、セルフレーム２の凹部２１に位置決めされている。
【００５１】
電極６の反発力は、０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下が好ましい。電極６の反発力を０．１ＭＰａ以上とすれば、双極板４Ａ及びずれ防止板５と電極６とを密着させ易く、双極板４Ａとずれ防止板５とで挟むことによる電極６の位置ずれ防止に効果的である。電極６の反発力を１．０ＭＰａ以下とすれば、電極６に浸透させる電解液を円滑に流通させ易い。電極６の反発力は、株式会社島津製作所製の精密万能試験機オートグラフＡＧ−Ｘｐｌｕｓ（ＡＧ−１０ｋＮＸ−ｐｌｕｓ）を用いて電極をその初期厚み（無負荷時）から所定の厚みに圧縮したときの面圧である。所定の厚みとは、電極６の外周縁部６０の厚みＥｔである。
【００５２】
電極６の外周縁部６０の厚みＥｔは、電極６の種類や上記積層体の組立前の電極６の非圧縮状態の厚みなどにもよるが、例えば０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下が挙げられ、特に１．０ｍｍ以下が挙げられる。ここでいう電極６の外周縁部６０の厚みＥｔとは、電極６のうち双極板４Ａとずれ防止板５とで挟まれる箇所の厚みであり、上記積層体を組み立てた状態での厚みをいう。上記積層体の組立前の電極６の非圧縮状態の厚みは、電極の種類や目付などにもよるが、電極６が不織布の場合、例えば０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下が挙げられ、その目付が２００ｇ／ｍ２以上３００ｇ／ｍ２以下で、かつ面積が「（１０００ｃｍ２〜３０００ｃｍ２）＋ラップ代Ｗの面積」の場合、１．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下が挙げられる。電極６が織布の場合、電極６の厚みは、例えば０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が挙げられる。電極６がペーパの場合、電極６の厚みは、例えば０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が挙げられる。
【００５３】
電極６の構成材料は、例えば、炭素繊維からなる不織布（カーボンフェルト）や織布（カーボンクロス）などの他、ペーパ（カーボンペーパ）などが挙げられる。
【００５４】
［双極板の段差・ずれ防止板のラップ代］
電極６の種類としては上述のように不織布、織布、ペーパなどが挙げられ、主に電極６の種類に応じて、双極板４Ａの段差Ｓ、及びずれ防止板５のラップ代Ｗを適宜選択できる。電極６が不織布の場合、段差Ｓは、例えば０．３ｍｍ以上２．５ｍｍ以下が好ましく、ラップ代Ｗは、例えば５ｍｍ以上が好ましい。特に、電極６が不織布であり、その目付が２００ｇ／ｍ２以上３００ｇ／ｍ２以下で、かつ面積が「（１０００ｃｍ２〜３０００ｃｍ２）＋ラップ代Ｗの面積」の場合、段差Ｓは０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が好ましく、ラップ代Ｗは８ｍｍ以上が好ましい。電極６が織布の場合、段差Ｓは、例えば０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下が好ましく、ラップ代Ｗは、例えば８ｍｍ以上が好ましい。電極６がペーパの場合、段差Ｓは、例えば０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下が好ましく、ラップ代Ｗは、例えば５ｍｍ以上以下が好ましい。
【００５５】
〔作用効果〕
実施形態１のＲＦ電池によれば、双極板４Ａとずれ防止板５との間に電極６の外周縁部６０を挟むことで、セルフレーム２の凹部２１に電極６を配置してセルフレーム２と電極６とを一纏めにして電池セル１００やセルスタック２００を組み立てられる。そのため、組立作業性に優れる。また、一纏めにしたセルフレーム２と電極６とをずれ防止板５ごと枠体３を支持しながら電極６が下となるようにして電池セル１００やセルスタック２００を組み立てる場合には、電極６の位置ずれを抑制し易い上に、セルフレーム２とずれ防止板５との間から電極６が脱落することを抑制し易い。特に、双極板４Ａに段差Ｓが形成されていることで、一纏めにしたセルフレーム２と電極６とをひっくり返して電池セル１００やセルスタック２００を組み立てる場合の電極６の位置ずれ及び脱落の防止に効果的である。
【００５６】
〔実施形態２〕
主に図３を参照して実施形態２のＲＦ電池を説明する。実施形態２のＲＦ電池は、ずれ防止板５と電極６との間に介在されて、ずれ防止板５による電極６への押圧力を電極６に伝達する押え部材８を備える点と、双極板４Ｂの外周縁部４１の表面に押え部材８により電極６の一部が嵌め込まれる凹部４７が形成されている点とが、実施形態１と相違する。その他の点は、実施形態１のＲＦ電池と同様の構成を採用できるため、以下の説明では、その相違点を中心に説明する。
【００５７】
［凹部］
双極板４Ｂの一面側における凹部４７の形成箇所は、押え部材８の配置箇所に応じて適宜選択でき、例えば、基部４５の少なくとも一部が挙げられる。具体的には、凹部４７は、双極板４Ｂの外周縁部４１（基部４５）の全周に連続的に設けたり、外周縁部４１の周方向に断続的に設けたりできる。双極板４Ｂの一面側と他面側の両方に凹部４７を形成する場合、凹部４７同士の形成箇所は、基部４５の表裏の同じ箇所（図３）としてもよいし、平面方向に沿ってずれた箇所としてもよい。
【００５８】
凹部４７のサイズ（深さや幅）は、双極板４Ｂの強度の低下や、押え部材８の介在に伴う上記積層体（セルスタック）の大型化が生じ難い範囲で適宜選択すればよい。凹部４７には、そのサイズにもよるが、電極６の一部と共に押え部材８の一部が配置されることもある。
【００５９】
凹部４７の形成は、上述した双極板４Ｂの成形と同時に行える。そうすれば、双極板４Ｂの製造効率に優れる。
【００６０】
［押え部材］
押え部材８の配置箇所は、ずれ防止板５と電極６との間の領域（矩形領域）の少なくとも一部が挙げられる。押え部材８の配置箇所は、上述の凹部４７の形成箇所に沿った箇所が挙げられる。
【００６１】
押え部材８の形状は、配置箇所に応じて適宜選択できる。例えば、双極板４Ｂの角部に設ける場合はＬ状、双極板４Ｂの各辺に沿って設ける場合は直線状、双極板４Ｂの全周に沿わせる場合は矩形環状とすることが挙げられる。押え部材８の横断面形状は、真円や楕円などの円形状、矩形などの多角形状などが挙げられる。
【００６２】
押え部材８の厚み（積層方向に沿った長さ）は、セルフレーム２及び電極６とずれ防止板５との積層厚みが、過度に厚くならない程度とすることが挙げられる。
【００６３】
押え部材８の材質は、耐酸性に優れる弾性材料が挙げられる。押え部材８の材質は、例えば、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム、シリコーンゴムなどのゴムが好適である。
【００６４】
〔作用効果〕
実施形態２のＲＦ電池によれば、押え部材８と凹部４７との間で電極６を屈曲状態で挟み込めるため、実施形態１に比較して、電極６の位置ずれをより一層抑制し易い。
【００６５】
《試験例》
図１、２を参照して説明したずれ防止構造において、カーボンフェルト、カーボンクロス、カーボンペーパのそれぞれからなる電極を準備し、各種電極の厚みＥｔと、双極板の段差Ｓと、ずれ防止板のラップ代Ｗとを種々変更して、電極のずれ具合を評価した（厚みＥｔ、段差Ｓ、及びラップ代Ｗは、図２参照）。
【００６６】
準備したカーボンフェルトの厚みは、０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であり、反発力は、０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下である。カーボンクロスの厚みは、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、反発力は、０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下である。カーボンペーパの厚みは、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、反発力は、０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下である。この厚みは、ずれ防止構造を組み立てる前の状態での厚み、即ち圧縮前（非圧縮時）の厚みである。各種の電極の厚みは、この範囲内において、枠体の厚みＦｔ、双極板の厚みＢｔ、及び双極板の段差Ｓに合わせて適宜変更した（厚みＦｔ、厚みＢｔは、図２参照）。そして、各種の電極の外周縁部の厚みＥｔを０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とした。枠体・双極板・ずれ防止板・ラップ代の諸元を以下に示す。
【００６７】
［枠体・双極板・ずれ防止板・ラップ代］
枠体の厚みＦｔ：３ｍｍ以上１５ｍｍ以下
双極板の厚みＢｔ：０．３ｍｍ以上１２ｍｍ以下
双極板の段差Ｓ：０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下
ずれ防止板の厚みＰｔ：０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下
ラップ代Ｗ：１．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下
【００６８】
電極のずれ具合の評価は、次のようにして行った。セルフレームの凹部に電極を配置し、双極板とずれ防止板とで電極の外周縁部を挟んだ状態で、ずれ防止板ごと枠体を支持しながら電極が下となるようにひっくり返した。ひっくり返したとき、電極が脱落したか、或いは大きくずれた場合を「Ｂａｄ」とし、電極のずれが許容範囲であった場合を、「Ｇｏｏｄ」とし、電極の位置が全くずれなかった場合を「Ｂｅｓｔ」とした。電極がカーボンフェルトの場合の結果を表１に示し、カーボンクロスの場合の結果を表２に示し、カーボンペーパの場合を表３に示す。
【００６９】
【表１】
2017027663.tif 000003
【００７０】
【表２】
2017027663.tif 000004
【００７１】
【表３】
2017027663.tif 000005
【００７２】
電極がカーボンフェルトの場合、表１に示すように、段差Ｓが０．３ｍｍ以上２．５ｍｍ以下で、ラップ代Ｗが５ｍｍ以上のとき、「Ｇｏｏｄ」であることがわかった。また、段差Ｓが０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下で、ラップ代Ｗが８ｍｍ以上のとき、「Ｂｅｓｔ」であることがわかった。電極がカーボンクロスの場合、表２に示すように、段差Ｓが０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下で、ラップ代Ｗが８ｍｍ以上のとき、「Ｇｏｏｄ」であることがわかった。電極がカーボンペーパの場合、表３に示すように、段差Ｓが０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下で、ラップ代Ｗが５ｍｍ以上のとき、「Ｇｏｏｄ」以上であり、特に、段差Ｓが０．３ｍｍで、ラップ代Ｗが５ｍｍ以上のとき、「Ｂｅｓｔ」であることがわかった。
【００７３】
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、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用途に好適に利用することができる。また、本発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、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好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１  レドックスフロー（ＲＦ）電池
２  セルフレーム
２１  凹部
３  枠体
３２  内周縁部
４Ａ、４Ｂ  双極板
４１  外周縁部  ４２  中央部
４３  薄肉部  ４４  先端部  ４５  基部
４６  シール溝
４７  凹部
５  ずれ防止板
５１  枠体対向面  ５２  電極対向面
６電極  ６０  外周縁部
６１  正極電極
６２  負極電極
７  シール部材
８  押え部材
１００  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  正極電解液タンク  １０７  負極電解液タンク
１０８、１０９  供給導管  １１０、１１１  排出導管
１１２、１１３  ポンプ
１２０  セルフレーム
１２１  双極板  １２２  枠体  １２４  凹部
１３１、１３２  給液マニホールド  １３３、１３４  排液マニホールド
１３５、１３６、１３７、１３８  ガイド溝
１４０  シール部材
２００  セルスタック
２１０、２２０  エンドプレート
【図１】
2017027663.tif 000006
【図２】
2017027663.tif 000007
【図３】
2017027663.tif 000008
【図４】
2017027663.tif 000009
【図５】
2017027663.tif 000010