(57)【要約】  電極と、前記電極の一面に対向する隔膜と、前記電極の他面に対向する双極板とを備え、レドックスフロー電池に用いられる電池セルであって、前記双極板は、前記電極との対向面に電解液の流路を備え、前記電極は、カーボン素材を含む多孔質体であり、前記電極の厚さ方向に０．８ＭＰａの面圧を加えた状態における前記電極の厚さ方向の圧縮ひずみが２０％以上６０％以下である、電池セル。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と、前記電極の一面に対向する隔膜と、前記電極の他面に対向する双極板とを備え、レドックスフロー電池に用いられる電池セルであって、
前記双極板は、前記電極との対向面に電解液の流路を備え、
前記電極は、カーボン素材を含む多孔質体であり、
前記電極の厚さ方向に０．８ＭＰａの面圧を加えた状態における前記電極の厚さ方向の圧縮ひずみが２０％以上６０％以下である、
電池セル。
【請求項２】
前記流路は、幅が０．６ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である溝を含む請求項１に記載の電池セル。
【請求項３】
前記流路は、深さが０．６ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である溝を含む請求項１又は請求項２に記載の電池セル。
【請求項４】
前記電極は、カーボン繊維と、カーボンバインダー残渣とを含むカーボン紙である請求項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】
前記電極は、カーボン繊維と、カーボンバインダー残渣と、カーボン粒子とを含むカーボン紙である請求項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６】
前記カーボン粒子の含有量が１０質量％以上５０質量％以下である請求項５に記載の電池セル。
【請求項７】
前記電極の初期厚さが０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電池セル。
【請求項８】
前記電極の嵩密度が０．１１ｇ／ｃｍ３以上０．７ｇ／ｃｍ３以下である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電池セル。
【請求項９】
前記電極の嵩密度が前記電極の厚さ方向に異なっており、
前記電極における前記隔膜との近傍領域、及び前記電極における前記双極板との近傍領域の少なくとも一方の領域に前記嵩密度の極大値を有する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電池セル。
【請求項１０】
前記電極の剛軟度が１０ｍＮ以上４５０ｍＮ以下である請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電池セル。
【請求項１１】
前記電極は、非カーボン系材料からなる触媒を担持している請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電池セル。
【請求項１２】
前記非カーボン系材料は、酸化物及び炭化物の少なくとも一種の材料である請求項１１に記載の電池セル。
【請求項１３】
前記流路は、前記双極板の供給縁寄りに設けられる第一の溝と、前記双極板の排出縁寄りに設けられる第二の溝とが隣り合って並ぶ溝の組を含む請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の電池セル。
【請求項１４】
前記流路は、蛇行溝を含む請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の電池セル。
【請求項１５】
前記隔膜の厚さが７μｍ以上６０μｍ以下である請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の電池セル。
【請求項１６】
前記隔膜は、イオン交換膜である請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の電池セル。
【請求項１７】
前記イオン交換膜は、イオン交換基を有するフッ素系高分子電解質ポリマーを含むフッ素系陽イオン交換膜であり、
前記イオン交換基は、スルホン酸であり、
前記イオン交換基のクラスタ径が２．５ｎｍ以上であり、
前記フッ素系高分子電解質ポリマーにおける前記イオン交換基１当量あたりの乾燥質量グラム数が９５０ｇ／ｅｑ以下である請求項１６に記載の電池セル。
【請求項１８】
請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の電池セルを備える、
セルスタック。
【請求項１９】
請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の電池セル、又は請求項１８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、電池セル、セルスタック、及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は、電解液の流路となる溝を有する流れ場板（双極板）と、電極とを備えるレドックスフロー電池を開示する。また、特許文献１は、上記電極として、０．８ＭＰａの圧縮応力で２０％未満の圧縮ひずみを有するカーボン紙を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１５−５０５１４８号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示の電池セルは、
電極と、前記電極の一面に対向する隔膜と、前記電極の他面に対向する双極板とを備え、レドックスフロー電池に用いられる電池セルであって、
前記双極板は、前記電極との対向面に電解液の流路を備え、
前記電極は、カーボン素材を含む多孔質体であり、
前記電極の厚さ方向に０．８ＭＰａの面圧を加えた状態における前記電極の厚さ方向の圧縮ひずみが２０％以上６０％以下である。
【０００５】
本開示のセルスタックは、
本開示の電池セルを備える。
【０００６】
本開示のレドックスフロー電池は、
本開示の電池セル、又は本開示のセルスタックを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態のレドックスフロー電池の基本構造を模式的に示す説明図である。
【図２】図２は、実施形態の電池セル及びセルスタックの概略構成図である。
【図３Ａ】図３Ａは、電極における０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみを測定する方法を説明する図であり、測定試料を固定下盤の上に配置した状態を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、電極における０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみを測定する方法を説明する図であり、測定試料を可動上盤と固定下盤とで圧縮する状態を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、電極における嵩密度の分布状態を説明する図である。
【図４】図４は、実施形態のレドックスフロー電池における電解液の流通状態を説明する断面図である。
【図５】図５は、実施形態の電池セルに備えられる電極の組織を示す模式図である。
【図６Ａ】図６Ａは、実施形態の電池セルに備えられる双極板の一例を示す部分平面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実施形態の電池セルに備えられる双極板の別例を示す部分平面図である。
【図７】図７は、試験例において、レドックスフロー電池の圧力損失の測定に用いる測定システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［本開示が解決しようとする課題］
特許文献１は、上述の０．８ＭＰａの圧縮応力での圧縮ひずみが２０％未満という相対的に硬いカーボン紙であれば、双極板に設けられた溝内への侵入が低減される旨を開示する。また、特許文献１は、上記溝内に侵入した電極によって溝内における電解液の流れが制限されることを低減して、性能の安定性（一貫性）を向上させる旨を開示する。しかし、上記０．８ＭＰａの圧縮応力での圧縮ひずみが２０％未満という電極は、電池性能の更なる向上ができない。
【０００９】
そこで、本開示は、電池性能を向上できるレドックスフロー電池を構築可能な電池セルを提供することを目的の一つとする。また、本開示は、電池性能を向上できるレドックスフロー電池を構築可能なセルスタックを提供することを別の目的の一つとする。更に、本開示は、電池性能を向上できるレドックスフロー電池を提供することを別の目的の一つとする。
【００１０】
［本開示の効果］
本開示の電池セル、及び本開示のセルスタックは、電池性能を向上できるレドックスフロー電池を構築できる。本開示のレドックスフロー電池は、電池性能を向上できる。
【００１１】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
（１）本開示の一態様に係る電池セルは、
電極と、前記電極の一面に対向する隔膜と、前記電極の他面に対向する双極板とを備え、レドックスフロー電池に用いられる電池セルであって、
前記双極板は、前記電極との対向面に電解液の流路を備え、
前記電極は、カーボン素材を含む多孔質体であり、
前記電極の厚さ方向に０．８ＭＰａの面圧を加えた状態における前記電極の厚さ方向の圧縮ひずみが２０％以上６０％以下である。
【００１２】
本開示の電池セルは、上記の特定の電極を備えるため、従来よりも電池性能に優れるレドックスフロー電池（以下、ＲＦ電池と呼ぶことがある）を構築できる。この理由は、以下の（ａ），（ｂ）のように考えられる。
【００１３】
（ａ）上述の特定の電極は硬過ぎない。そのため、上記電極は、ＲＦ電池に組み付けられて所定の面圧を受けても、ある程度変形し易い。従って、上述の電極における表面近くの領域が双極板に密着するように変形すると考えられる。この密着により、上記電極と双極板との接触抵抗を低減することができる。更に、本開示の電池セルに備えられる双極板は、例えば溝といった流路を備える。そのため、上記電極は、双極板の溝（流路）の開口部近くに張り出すように変形して、溝に若干入り込むと考えられる。上記電極の一部が溝に若干入り込むことで、上記電極における溝に対向する領域の空隙率は、上記電極における溝以外の箇所（後述の畝部）に対向する領域の空隙率よりも相対的に高まることがある。空隙率が相対的に高まることで、上記電極における溝に対向する領域は、溝から未反応の電解液を受け取り易くなる。結果として、上記電極は、電池反応を行う領域（以下、活用領域と呼ぶことがある）を大きく確保し易く、電池反応を良好に行えると考えられる。このような電極を備える本開示の電池セルは、ＲＦ電池のセル抵抗の低減に寄与する。
【００１４】
（ｂ）上記の特定の電極は柔らか過ぎない。そのため、多孔質体からなる電極自体が有する空孔が潰れ難く、上記空孔によって電解液を良好に流し易いと考えられる。更に、上記電極は、変形しても、上述の双極板の溝（流路）内に大きく侵入しないと考えられる。上記電極が溝に入り込み過ぎないことで、双極板は、溝内における電解液の流通空間を良好に確保でき、電解液の流通性に優れる。このような本開示の電池セルは、上記空孔の潰れ過ぎや、上記電極が溝に入り込み過ぎることに起因するセル内の圧力の上昇（圧力損失（以下、圧損）の増大）を招き難く、ＲＦ電池の圧損の増大抑制に寄与する。
【００１５】
（２）本開示の電池セルの一例として、
前記流路は、幅が０．６ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である溝を含む形態が挙げられる。
【００１６】
上述の特定の電極は、上記特定の溝に若干入り込みつつ、入り込み過ぎない。このような形態は、ＲＦ電池のセル抵抗の低減、圧損の増大抑制に寄与する。
【００１７】
（３）本開示の電池セルの一例として、
前記流路は、深さが０．６ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である溝を含む形態が挙げられる。
【００１８】
上述の特定の電極は、上記特定の溝に若干入り込める。上記特定の溝は、上記電極が入り込んでも電解液の流通空間を確保し易い。このような形態は、ＲＦ電池のセル抵抗の低減、圧損の増大抑制に寄与する。
【００１９】
（４）本開示の電池セルの一例として、
前記電極は、カーボン繊維と、カーボンバインダー残渣とを含むカーボン紙である形態が挙げられる。
【００２０】
上記形態は、カーボンバインダー残渣によってカーボン繊維が三次元的に結着された電極を備える。カーボンバインダー残渣は、電極の製造過程で樹脂等のバインダーが炭化して生じたものである。上記バインダーの添加量によって上記電極の剛性を変更することができる。そのため、上記電極の剛性を調整することに関する自由度が高い。また、電極の製造工程で電極を圧縮することで、上記電極の厚さを薄くし易い。上記電極の厚さが薄いと、電子伝導に関わる抵抗が低下し、セル抵抗を低減し易い。更に、上記電極は、カーボン繊維が三次元的に結着されることで形成される気孔を利用して、電解液を流通させ易い。このような電極を備える形態は、ＲＦ電池のセル抵抗の低減、圧損の増大抑制に寄与する。
【００２１】
（５）本開示の電池セルの一例として、
前記電極は、カーボン繊維と、カーボンバインダー残渣と、カーボン粒子とを含むカーボン紙である形態が挙げられる。
【００２２】
上記形態は、カーボンバインダー残渣によってカーボン繊維が三次元的に結着された電極を備える。このような電極を備える形態は、上述の理由により、ＲＦ電池のセル抵抗の低減、圧損の増大抑制に寄与する。かつ、上記電極は、カーボン粒子を含むため、表面積の増大により電池反応を良好に行える。従って、上記形態はＲＦ電池のセル抵抗の更なる低減に寄与する。
【００２３】
（６）上述の（５）の電池セルの一例として、
前記カーボン粒子の含有量が１０質量％以上５０質量％以下である形態が挙げられる。
【００２４】
上記形態に備えられる電極は、表面積を大きく確保できて電池反応を良好に行える。また、このような電極では、電極内における電解液の流れが阻害され難い。上記電極を備える形態は、ＲＦ電池の圧損の増大抑制に寄与しつつ、ＲＦ電池のセル抵抗の更なる低減に寄与する。
【００２５】
（７）本開示の電池セルの一例として、
前記電極の初期厚さが０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である形態が挙げられる。
【００２６】
ここでの電極の初期厚さとは、後述するように小さな面圧（０．７ｋＰａ）を加えた状態における電極の厚さである。上記形態に備えられる電極は、大きな表面積を有し易く、電池反応を良好に行える。また、上記電極は、電極内における電解液の流速を低下させ難く、電解液の流通性に優れる。このような電極を備える形態は、ＲＦ電池のセル抵抗の低減、圧損の増大抑制に寄与する。
【００２７】
（８）本開示の電池セルの一例として、
前記電極の嵩密度が０．１１ｇ／ｃｍ３以上０．７ｇ／ｃｍ３以下である形態が挙げられる。
【００２８】
上記形に備えられる電極は、大きな表面積を有し易く、電池反応を良好に行える。また、上記電極は、電極内における電解液の流速を低下させ難く、電解液の流通性に優れる。このような電極を備える形態は、ＲＦ電池のセル抵抗の低減、圧損の増大抑制に寄与する。
【００２９】
（９）本開示の電池セルの一例として、
前記電極の嵩密度が前記電極の厚さ方向に異なっており、
前記電極における前記隔膜との近傍領域、及び前記電極における前記双極板との近傍領域の少なくとも一方の領域に前記嵩密度の極大値を有する形態が挙げられる。
【００３０】
上記形態に備えられる電極は、電極の厚さ方向に嵩密度の分布を有し、隔膜の近傍領域や双極板の近傍領域に嵩密度の極大値をとる。隔膜の近傍領域に嵩密度の極大値を有する形態は、電解液中の活物質と、電極との反応性に優れる。双極板の近傍領域に嵩密度の極大値を有する形態は、電極と双極板との接触抵抗を低減し易い。従って、いずれの形態も、ＲＦ電池のセル抵抗を低減し易い。両近傍領域が嵩密度の極大値を有してもよい。
【００３１】
（１０）本開示の電池セルの一例として、
前記電極の剛軟度が１０ｍＮ以上４５０ｍＮ以下である形態が挙げられる。
【００３２】
上記形態に備えられる電極は、硬過ぎず柔らか過ぎないといえる。上記電極は、上述した０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが上述の特定の範囲を満たすことと合わせて、上述の双極板の溝に若干入り込みつつ、入り込み過ぎない。このような電極を備える形態は、電解液の流通性に優れつつ、電池反応を良好に行えて、ＲＦ電池のセル抵抗の低減、圧損の増大抑制に寄与する。
【００３３】
（１１）本開示の電池セルの一例として、
前記電極は、非カーボン系材料からなる触媒を担持している形態が挙げられる。
【００３４】
上記形態に備えられる電極は、触媒を担持しているため、電池反応をより良好に行える。このような電極を備える形態は、ＲＦ電池のセル抵抗の更なる低減に寄与する。
【００３５】
（１２）上記（１１）の電池セルの一例として、
前記非カーボン系材料は、酸化物及び炭化物の少なくとも一種の材料である形態が挙げられる。
【００３６】
上記形態に備えられる電極は、上述の特定の材料からなる触媒を担持するため、電池反応を更に良好に行える。このような電極を備える形態は、ＲＦ電池のセル抵抗を一層低減することに寄与する。
【００３７】
（１３）本開示の電池セルの一例として、
前記流路は、前記双極板の供給縁寄りに設けられる第一の溝と、前記双極板の排出縁寄りに設けられる第二の溝とが隣り合って並ぶ溝の組を含む形態が挙げられる。
【００３８】
上記形態における第一の溝は、電極に電解液を供給することに利用できる。上記形態における第二の溝は、電解液を排出することに利用できる。このような特定の溝の組を備える双極板は、電極に未反応の電解液を供給すること、及び電極からの反応済の電解液を電極外に排出することを良好に行える。また、上記双極板は、隣り合う溝間に両溝を仕切る畝部を備える。このような双極板に対向する電極は、第一の溝から未反応の電解液を受け取ると、畝部との対向領域で電池反応を良好に行え、更に第二の溝に反応済みの電解液を排出できる。そのため、上記電極は電池反応をより良好に行える。従って、上記形態は、ＲＦ電池の圧損の増大抑制に寄与しつつ、セル抵抗の更なる低減に寄与する。
【００３９】
（１４）本開示の電池セルの一例として、
前記流路は、蛇行溝を含む形態が挙げられる。
【００４０】
上記形態に備えられる双極板は、蛇行溝を含むため、電極のより広い範囲に電解液を供給し易い。このような双極板を備える形態は、電極の活用領域を大きく確保し易く、電池反応をより良好に行える。従って、上記形態は、ＲＦ電池の圧損の増大抑制に寄与しつつ、セル抵抗の更なる低減に寄与する。
【００４１】
（１５）本開示の電池セルの一例として、
前記隔膜の厚さが７μｍ以上６０μｍ以下である形態が挙げられる。
【００４２】
上記形態に備えられる隔膜は、ＲＦ電池に組み付けられた状態で所定の面圧を受けても損傷し難い上に、セル抵抗の増大を招き難い。従って、上記形態は、ＲＦ電池において、隔膜の損傷に起因する短絡の発生防止、セル抵抗の低減に寄与する。
【００４３】
（１６）本開示の電池セルの一例として、
前記隔膜は、イオン交換膜である形態が挙げられる。
【００４４】
上記形態に備えられる隔膜は、正負の電解液の隔離性、水素イオンの透過性（プロトン伝導性）に優れる。このような隔膜を備える形態は、電池反応を良好に行えて、ＲＦ電池のセル抵抗の低減に寄与する。
【００４５】
（１７）上述の（１６）の電池セルの一例として、
前記イオン交換膜は、イオン交換基を有するフッ素系高分子電解質ポリマーを含むフッ素系陽イオン交換膜であり、
前記イオン交換基は、スルホン酸であり、
前記イオン交換基のクラスタ径が２．５ｎｍ以上であり、
前記フッ素系高分子電解質ポリマーにおける前記イオン交換基１当量あたりの乾燥質量グラム数が９５０ｇ／ｅｑ以下である形態が挙げられる。
【００４６】
上記形態に備えられる隔膜は、プロトン伝導性に優れる。このような隔膜を備える形態は、ＲＦ電池の電圧効率の向上に寄与する。また、上記隔膜は耐久性に優れる。このような隔膜を備える形態は、ＲＦ電池において隔膜の損傷に起因する短絡の発生防止、セル抵抗の低減に寄与する。
【００４７】
（１８）本開示の一態様に係るセルスタックは、
上述の（１）から（１７）のいずれか一つの電池セルを備える。
【００４８】
本開示のセルスタックは、上述の本開示の電池セルを備えるため、従来よりも電池性能に優れるＲＦ電池を構築できる。
【００４９】
（１９）本開示の一態様に係るレドックスフロー電池（ＲＦ電池）は、
上述の（１）から（１７）のいずれか一つの電池セル、又は上述の（１８）のセルスタックを備える。
【００５０】
本開示のＲＦ電池は、上述の本開示の電池セル、又は上述の本開示のセルスタックを備えるため、従来よりも電池性能に優れる。
【００５１】
［本開示の実施形態の詳細］
以下、図面を参照して、本開示の実施形態の電池セル、セルスタック、及びレドックスフロー電池（ＲＦ電池）を説明する。図において同一符号は同一名称物を意味する。
【００５２】
［実施形態］
まず、図１，図２を参照して、実施形態の電池セル１、セルスタック２、ＲＦ電池１０の概要を説明する。その後、実施形態の電池セル１に備えられる電極１２、双極板１５、隔膜１１を順に説明する。なお、後述するように一つの電池セル１は、電極１２として正極電極１３及び負極電極１４を含む。以下の説明では、主として、正極電極１３及び負極電極１４の少なくとも一方を電極１２として説明する。
【００５３】
（概要）
実施形態の電池セル１は、電極１２と、電極１２の一面に対向する隔膜１１と、電極１２の他面に対向する双極板１５とを備え、ＲＦ電池１０の主要素に用いられる。電極１２は、カーボン素材を含む多孔質体である。双極板１５は、電極１２との対向面に電解液の流路４（図２）を備える。
【００５４】
特に、実施形態の電池セル１に備えられる電極１２は、定性的には硬過ぎず、柔らか過ぎない。定量的には、電極１２の厚さ方向に０．８ＭＰａの面圧を加えた状態における電極１２の厚さ方向の圧縮ひずみ（以下、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみと呼ぶことがある）が２０％以上６０％以下である。実施形態のセルスタック２は、実施形態の電池セル１を備える。実施形態のＲＦ電池１０は、実施形態の電池セル１、又は実施形態のセルスタック２を備える。
【００５５】
（電池セル）
電池セル１は、正極セル１Ａ及び負極セル１Ｂを備える。正極セル１Ａは、正極電極１３（電極１２の一例）と、隔膜１１と、双極板１５とを備える。負極セル１Ｂは、負極電極１４（電極１２の別例）と、隔膜１１と、双極板１５とを備える。ＲＦ電池１０が単セル電池である場合、一つの正極セル１Ａと一つの負極セル１Ｂとを備える。ＲＦ電池１０が多セル電池である場合、正極セル１Ａと負極セル１Ｂとの組を複数組備える。正極セル１Ａと負極セル１Ｂとの組を複数備える多セル電池は、代表的にはセルスタック２を備える。電池セル１は、代表的には後述のセルフレーム３を用いて構築される。
【００５６】
（ＲＦ電池）
ＲＦ電池１０は、電解液循環型の蓄電池の一つである。ＲＦ電池１０は、電池セル１（セルスタック２でもよい）と、電池セル１に電解液を供給する循環機構とを備える。代表的には、ＲＦ電池１０は、介在機器６を介して、発電部７と負荷８とに接続される。介在機器６は、例えば交流／直流変換器、変電設備等が挙げられる。発電部７は、例えば太陽光発電機、風力発電機、その他一般の発電所等が挙げられる。負荷８は、例えば電力系統や電力の需要家等が挙げられる。ＲＦ電池１０は、発電部７を電力供給源として充電を行い、負荷８を電力提供対象として放電を行う。ＲＦ電池１０は、負荷平準化、瞬低補償や非常用電源、太陽光発電や風力発電といった自然エネルギー発電の出力平滑化等に利用される。
【００５７】
〈循環機構〉
循環機構は、タンク１６，１７と、配管１６０，１７０（往路配管１６１，１７１、復路配管１６２，１７２）と、ポンプ１８，１９とを備える。タンク１６は、正極電極１３に循環供給する正極電解液を貯留する。往路配管１６１及び復路配管１６２はタンク１６と正極セル１Ａ間を接続する。タンク１７は、負極電極１４に循環供給する負極電解液を貯留する。往路配管１７１及び復路配管１７２はタンク１７と負極セル１Ｂ間を接続する。ポンプ１８，１９はそれぞれ、往路配管１６１，１７１に接続されて、正極セル１Ａ，負極セル１Ｂに電解液を循環供給する。図１の黒矢印は、電解液の流れを例示する。
【００５８】
〈電解液〉
電解液には、活物質となるイオンを含む溶液が利用できる。代表的な電解液は、上記イオンと、酸とを含む水溶液が挙げられる。図１は、正負の活物質としてバナジウムイオンを含む全バナジウム系ＲＦ電池を例示する。正極活物質としてマンガンイオンを含み、負極活物質としてチタンイオンを含むＭｎ−Ｔｉ系ＲＦ電池等、公知の組成の電解液を利用することができる。
【００５９】
〈セルフレーム〉
セルフレーム３は、双極板１５と、枠体３０とを備える。双極板１５は、電流を流す導電性の部材であり、電解液を通さない部材である。双極板１５は、電解液の流路４（図２）を備えるため、電解液の流通性に優れる。枠体３０は、双極板１５を支持すると共に、双極板１５に配置される電極１２への電解液の供給、電極１２からの電解液の排出に利用される電気絶縁性の部材である。単セル電池又は多セル電池の端部に利用されるセルフレーム３では、双極板１５の一面に電極１２が配置される。多セル電池の中間部に利用されるセルフレーム３では、双極板１５の一面に正極電極１３が配置される。この双極板１５の他面に負極電極１４が配置される。つまり、一組の正極電極１３及び負極電極１４は、一つの双極板１５の両面を挟むように配置される。
【００６０】
図２に示すように、枠体３０は、双極板１５の周縁側の領域を覆うように設けられる。枠体３０は、窓部３１と、電解液の供給路及び排出路とを備える。窓部３１は、枠体３０の中央部に設けられて、双極板１５における電極１２が配置される領域を露出させる。図２は、枠体３０として、外形及び窓部３１の形状が長方形である場合を例示する。枠体３０の外形、窓部３１の形状は適宜変更できる。
【００６１】
代表的には、枠体３０は、一面に正極側の供給路及び排出路を備え、他面に負極側の供給路及び排出路を備える。上記供給路は、給液マニホールド３３（正極），３４（負極）と、給液マニホールド３３，３４から窓部３１に至るスリット等とを備える。上記排出路は、排液マニホールド３５（正極），３６（負極）と、窓部３１から排液マニホールド３５，３６に至るスリット等とを備える。双極板１５の周縁のうち、上記供給路のスリットが開口する内周縁に接する箇所は、電解液の供給縁４ｉ（後述の図６Ａ，図６Ｂも参照）として利用される。双極板１５の周縁のうち、上記排出路のスリットが開口する内周縁に接する箇所は、電解液の排出縁４ｏ（後述の図６Ａ，図６Ｂも参照）として利用される。その他、本例の枠体３０は、シール材３８を備えており、隣り合うセルフレーム３間を液密に保持する（図１）。
【００６２】
枠体３０の構成材料は、電解液に対する耐性及び電気絶縁性を有する材料、例えば塩化ビニル樹脂等の樹脂が挙げられる。枠体３０は、例えば分割片の組物が挙げられる。このセルフレーム３は、双極板１５を挟むように上記分割片を組み合わせて適宜接合することで製造できる。又は、枠体３０は、射出成形等による一体成形物が挙げられる。このセルフレーム３は、双極板１５の周囲に枠体３０を射出成形等で成形することで製造できる。
【００６３】
（セルスタック）
セルスタック２は、代表的には複数の電池セル１の積層体と、一対のエンドプレート２１と、締結部材２２とを備える。上記積層体は、正極セル１Ａ、負極セル１Ｂが順に積層されて構築される。具体的には、上記積層体は、複数のセルフレーム３を備え、セルフレーム３（双極板１５）、正極電極１３、隔膜１１、負極電極１４が順に積層される（図２の分解図参照）。締結部材２２は、長ボルト等の連結材及びナット等が挙げられる。締結部材２２によってエンドプレート２１間が締め付けられる。上記積層体は、その積層方向の締付力によって積層状態を保持する。この締付力によって、各電池セル１を構成する電極１２に所定の面圧が負荷される。この負荷状態で、電池セル１はＲＦ電池１０に使用される。
【００６４】
セルスタック２は、図２に例示するように、複数のサブセルスタック２０を備えてもよい。サブセルスタック２０は、所定数の電池セル１の積層体と、この積層体を挟む一対の給排板２３とを備える。給排板２３に上述の配管１６０，１７０が接続される。
【００６５】
（電極）
以下、図３から図５を参照して、電極１２を詳細に説明する。
図３Ｃは、電極１２における厚さ方向に平行な面、ここでは電極１２の側面を平面視した状態を示す。電極１２の側面は、電極１２の表面１２０であって隔膜１１に対向する面（図３Ｃでは紙面上側の面）と、電極１２の表面１２０であって電極１２における双極板１５に対向する面（図３Ｃでは紙面下側の面）とを繋ぐ面である。
図４は、一つの正極セル１Ａと一つの負極セル１Ｂとを備える単セル電池（ＲＦ電池１０の一例）を構成部材の積層方向に平行する平面で切断した状態を示す部分断面図である。図４は、隔膜１１、電極１２、双極板１５を模式的に示す。これら各部材の寸法（厚さ等）は実際の寸法とは異なる。図４に示す双極板１５の断面図は、図６Ａに示す切断線（ＩＶ）−（ＩＶ）で切断した場合に相当する。
図５は、電極１２の組織を模式的に示す拡大図である。
【００６６】
〈厚さ方向の圧縮ひずみ〉
実施形態の電池セル１に備えられる正極電極１３及び負極電極１４の少なくとも一方の電極１２は、上述のように０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％以上６０％以下である。
【００６７】
上述の０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみとは、電極１２の初期厚さｔ０と、電極１２に０．８ＭＰａの面圧を加えた状態での電極１２の厚さ（以下、厚さｔ０．８と呼ぶ）との差（ｔ０−ｔ０．８）を、初期厚さｔ０で除した割合である。即ち、上記圧縮ひずみは、｛（ｔ０−ｔ０．８）／ｔ０｝×１００で求める。
【００６８】
初期厚さｔ０、厚さｔ０．８の測定方法を説明する。
電極１２の初期厚さｔ０は、ＪＩＳ  Ｌ  １０９６（２０１０年）のＡ法（ＪＩＳ法）に準拠して測定する。具体的には、市販の厚さ測定装置を用いて、一定の時間及び一定の圧力の下で、電極１２の厚さを測定する。上記時間は１０秒間とする。上記圧力は、０．７ｋＰａとする。測定した厚さを初期厚さｔ０とする。初期厚さｔ０及び厚さｔ０．８はいずれも、ＲＦ電池１０に組み付ける前の電極１２について測定するとよい。
【００６９】
厚さｔ０．８の測定は、市販の強度評価装置を用いて、以下のように測定する。電極１２を１０ｍｍ×１０ｍｍのサイズに切り取る。切り取ったものを測定試料１２８（図３Ａ）とする。強度評価装置は、図３Ａに示すように、固定下盤２０１と、可動上盤２０２とを備える。固定下盤２０１及び可動上盤２０２における測定試料１２８に接する面のサイズは、測定試料１２８のサイズ（１０ｍｍ×１０ｍｍ）よりも十分に大きくする。測定試料１２８を固定下盤２０１の上に配置する。図３Ｂに示すように測定試料１２８の上方から可動上盤２０２を下降し、固定下盤２０１と可動上盤２０２とで測定試料１２８を挟む。可動上盤２０２の位置は、測定試料１２８に印加される圧力が０．８ＭＰａとなるように調整される。測定試料１２８は、主として、可動上盤２０２からの加圧によって圧縮される。この圧縮状態で測定試料１２８の厚さを測定する。測定した厚さを厚さｔ０．８とする。
【００７０】
上述の０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％以上であれば、電極１２は硬過ぎないといえる。そのため、電極１２は、ＲＦ電池１０に組み付けられて所定の面圧を受けても、ある程度変形し易いと考えられる。例えば、電極１２の表面１２０（図４）近くの領域は、双極板１５、特に後述の畝部４８に密着するように変形して、電極１２と双極板１５との接触抵抗を低減できると考えられる。また、双極板１５は、電解液の流路４となる溝４０を有する。そのため、図４に示すように、電極１２は、ＲＦ電池１０に組み付けられた状態において、溝４０の開口部近くに張り出すように変形して、溝４０に若干入り込むと考えられる。図４は、電極１２における変形前の表面１２０を二点鎖線で仮想的に示す。また、図４は、電極１２における変形前の表面１２０から溝４０内に張り出す箇所（張出部１２４）を実線で示す。
【００７１】
上述のように電極１２の一部が溝４０に若干入り込むことで、電極１２における溝４０に対向する領域の空隙率は、電極１２における溝４０以外の箇所（畝部４８）に対向する領域の空隙率よりも相対的に高まることがある。空隙率が相対的に高まることで、電極１２における溝４０に対向する領域は、溝４０内を流れる未反応の電解液を受け取り易くなる。その結果、電極１２は、電池反応を行う領域（活用領域）を大きく確保し易く、電池反応を良好に行えると考えられる。電極１２が硬過ぎないことで、電極１２の利用率を増大できるといえる。このような電極１２を備える電池セル１は、ＲＦ電池１０のセル抵抗の低減といった電池特性の向上に寄与する。
【００７２】
上述の０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが６０％以下であれば、電極１２は柔らか過ぎないといえる。そのため、電極１２は、ＲＦ電池１０に組み付けられて所定の面圧を受けても、変形し過ぎないと考えられる。従って、多孔質体からなる電極１２の空孔が過度に潰されない。このような電極１２は、空孔によって電解液を良好に流し易いと考えられる。また、電極１２は、ＲＦ電池１０に組み付けられた状態において、変形しても溝４０内に大きく侵入しない、即ち溝４０に入り込み過ぎないと考えられる。その結果、溝４０は、電解液の流通空間を良好に確保できる。双極板１５は、溝４０を良好に活用できるため、電解液の良好な流通性を確保できる。電極１２は、溝４０への入り込みに起因する電解液の流通性の低下を招き難い。つまり、電極１２が柔らか過ぎないことで、電池セル１は電解液の流通性に優れるといえる。このような電極１２を備える電池セル１は、上記空孔の潰れ過ぎや、電極１２が溝４０に入り込み過ぎることに起因する圧損の増大を抑制するといった電池特性の向上に寄与する。
【００７３】
上述の０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみは、２１％以上、更に２２％以上、２５％以上でもよい。上記圧縮ひずみが大きいほど、電極１２が変形し易い。そのため、電極１２は、双極板１５との接触抵抗を低減したり、溝４０への若干の入り込みを行ったりし易い。その結果、ＲＦ電池１０は、セル抵抗の低減効果をより得易い。
【００７４】
上述の０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみは、５５％以下、更に５０％以下、４５％以下でもよい。上記圧縮ひずみが小さいほど、電極１２が変形し難い。そのため、電極１２の空孔が潰れ過ぎたり、電極１２が溝４０に入り込み過ぎたりすることを防止し易い。その結果、電池セル１は電解液の流通性により優れて、ＲＦ電池１０の圧損の増大をより抑制し易い。好ましくは圧損の増大が実質的に生じない。
【００７５】
〈構成材料〉
電極１２は、カーボン素材を含む多孔質体であり、カーボン素材を主体とすることが好ましい。ここでの主体とするとは、電極１２を１００質量％として、カーボン素材の含有量が９５質量％以上を満たすことをいう。このような多孔質体は、上述の０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％以上６０％以下を満たすように製造すればよい。電極１２は、例えば、カーボン素材の種類、含有量、形状、大きさ、嵩密度、剛軟度等を調整して製造することが挙げられる。
【００７６】
カーボン素材は、実質的に炭素元素から構成される材料である。カーボン素材は、例えば、カーボン繊維５０、カーボンバインダー残渣５１、カーボン粒子５２等が挙げられる（図５）。なお、黒鉛繊維は、カーボン繊維５０の一種とみなす。
【００７７】
《具体例》
電極１２の具体例として、カーボン繊維５０と、カーボンバインダー残渣５１とを含むカーボン紙が挙げられる。この電極１２は、カーボン繊維５０がカーボンバインダー残渣５１によって三次元的に結着されて、多孔質体となっている。
【００７８】
カーボンバインダー残渣５１は、電極１２の製造過程において、カーボン繊維５０を結合するバインダーが熱処理によって炭化することで生じたものである。上記バインダーとして、炭素元素を含む材料、代表的にはフェノール樹脂等の各種の樹脂が挙げられる。
【００７９】
上記バインダーの添加量を調整すれば、電極１２の剛性を変更することができる。バインダーの添加量が多ければ、電極１２の剛性を高め易い。そのため、電極１２は変形し難い。従って、電極１２は、空孔を確保でき、電解液の流通性に優れる。バインダーの添加量が少なければ、電極１２の剛性を低くし易い。そのため、電極１２は変形し易い。従って、電極１２は、上述の張出部１２４を形成し易い。このような電極１２は、セル抵抗の低減、圧損の増大抑制等、ＲＦ電池１０の電池特性の向上に寄与する。また、このような電極１２は、剛性の調整の自由度が高く、利用し易い。更に、電極１２は、その製造工程で圧縮されることで薄くされる。電極１２の厚さが薄ければ、電子伝導に関わる抵抗を低減でき、セル抵抗を低減し易い。この点からも、上記電極１２は、ＲＦ電池１０の電池特性の向上に寄与する。なお、カーボンバインダー残渣５１の含有量は、バインダーの添加量に依存する。
【００８０】
電極１２の別例として、カーボン繊維５０と、カーボンバインダー残渣５１と、カーボン粒子５２とを含むカーボン紙が挙げられる（図５）。この電極１２は、上述のカーボン繊維５０及びカーボンバインダー残渣５１を含む場合に比較して、カーボン粒子５２を含むことで電極１２の表面積を増大できる。従って、この電極１２は、電池反応をより良好に行えて、ＲＦ電池１０のセル抵抗の更なる低減に寄与する。カーボン粒子５２は、例えば、カーボンブラック、黒鉛粒子が挙げられる。
【００８１】
カーボンブラックの平均粒径は、例えば４ｎｍ以上５００ｎｍ以下が挙げられる。上記平均粒径が４ｎｍ以上であれば、カーボンブラックの粒子が凝集し難く、均一的に分散し易い。微細なカーボン粒子５２の分散によって、電極１２は、表面積を増大し易い。上記平均粒径が５００ｎｍ以下であれば、電極１２の表面積を良好に増大することができる。従って、カーボンブラックの平均粒径が上記範囲を満たす場合、電極１２が電池反応を良好に行える。その結果、ＲＦ電池１０は、セル抵抗の低減効果を得易い。上記平均粒径は５ｎｍ以上４９５ｎｍ以下、更に１０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下でもよい。
【００８２】
黒鉛粒子における電解液の酸化力に対する耐性は、カーボンブラックよりも優れる。そのため、黒鉛粒子は、カーボンブラックを適用し難いような電解液であっても利用できる。黒鉛粒子の平均粒径は例えば１μｍ以上５０μｍ以下が挙げられる。上記平均粒径が１μｍ以上であれば、電解液に対する黒鉛粒子の耐酸化力を良好に発揮できる。上記平均粒径が５０μｍ以下であれば電極１２の表面積を良好に増大することができる。従って、黒鉛粒子の平均粒径が上記範囲を満たす場合、電極１２が電池反応を良好に行える。その結果、ＲＦ電池１０は、セル抵抗の低減効果を得易い。上記平均粒径は２μｍ以上４５μｍ以下、更に３μｍ以上４０μｍ以下でもよい。
【００８３】
上述のカーボン粒子５２の平均粒径は、レーザー回折法によって測定することが挙げられる。上記平均粒径の測定装置は、市販の測定装置、例えば株式会社島津製作所製のレーザー回折式粒子分布測定装置ＳＡＬＤ−２３００を利用できる。測定に用いる分散媒液は、スルホこはく酸ジイソオクチルナトリウムと純水との混合液が挙げられる。上記分散媒液におけるスルホこはく酸ジイソオクチルナトリウムの濃度が０．２質量％となるように、純水を加える。カーボン粒子５２の一部をビーカーにとり、このビーカー内に約３０ｍＬの分散媒液を加える。カーボン粒子５２と分散媒液との混合液に、ホモジナイザー照射（２００Ｗ）による分散処理を施す。ホモジナイザー照射の照射時間は３分間とする。この分散処理後、上述の測定装置によって、カーボン粒子５２の平均粒径を測定する。
【００８４】
カーボン粒子５２の含有量は、例えば電極１２を１００質量％として、１０質量％以上５０質量％以下が挙げられる。上記含有量が１０質量％以上であれば、カーボン粒子５２によって電極１２の表面積を増大できて、電極１２は電池反応を良好に行える。上記含有量が５０質量％以下であれば、カーボン粒子５２によって電解液の流通性が阻害され難い。そのため、電極１２は電解液の流通性に優れる。上記含有量が１３質量％以上、更に１５質量％以上、２０質量％以上であれば、電極１２の表面積をより増大し易い。ひいてはＲＦ電池１０はセル抵抗を低減し易い。上記含有量が４８質量％以下、更に４５質量％以下、４３質量％以下であれば、電解液の流通性により優れ、圧損の増大を低減し易い。
【００８５】
《触媒》
電極１２は、非カーボン系材料からなる触媒５５を担持してもよい。触媒５５は、電解液中の活物質（イオン）と反応活性を示す物質である。触媒５５を備えることで、電極１２は、電池反応をより良好に行える。
【００８６】
ここでの非カーボン系材料とは、黒鉛質構造を実質的に含まない材料である。例えば、非カーボン系材料は、酸化物及び炭化物の少なくとも一種の材料が挙げられる。酸化物及び炭化物を構成する元素は、例えば、以下の金属元素や非金属元素が挙げられる。
Ｗ（タングステン）、Ｓｉ（珪素）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｓｎ（錫）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｐｂ（鉛）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｒｅ（レニウム）、Ｂａ（バリウム）等。
酸化物、炭化物は、上記に列挙する元素のうち、一種又は二種以上の元素を含むとよい。電極１２は、一種以上の酸化物からなる触媒５５、一種以上の炭化物からなる触媒５５、又は上記の双方の触媒５５を担持してもよい。上記に列挙する非カーボン系材料からなる触媒５５を備える電極１２は、電池反応をより良好に行えて、セル抵抗の低減効果を得易い。
【００８７】
なお、触媒５５は、ＲＦ電池１０の運転電圧の範囲で電解液に溶解しないものを選定する必要がある。この条件を満たせば、触媒５５の大きさは問わない。但し、触媒５５が小さいほど触媒５５自体の表面積が増大する。そのため、反応活性の点で、触媒５５は小さいほど望ましい。また、触媒５５の担持量は、例えば、電極１２を１００質量％として、１質量％以上１５質量％以下程度が挙げられる。
【００８８】
〈厚さ〉
電極１２の初期厚さｔ０は、例えば０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下が挙げられる。初期厚さｔ０が０．３ｍｍ以上であれば、電極１２は大きな体積を有することで大きな表面積を有し易い。このような電極１２は、ＲＦ電池１０に組み付けられて所定の面圧を受けた状態でも、電池反応を良好に行える。初期厚さｔ０が２．０ｍｍ以下であれば、ＲＦ電池１０に組み付けられて所定の面圧を受けて圧縮された状態でも電極１２が厚過ぎない。このような電極１２は、電極１２内における電解液の流速を低下させ難い。適切な流速の電解液は、良好な電池反応を可能にする。この理由は、電解液が電極１２の広範囲に行き渡るからである。また、このような電極１２は、電解液の流通性にも優れる。初期厚さｔ０が０．３３ｍｍ以上、更に０．３５ｍｍ以上、０．３８ｍｍ以上であれば、電極１２の表面積をより増大し易い。ひいてはＲＦ電池１０はセル抵抗を低減し易い。初期厚さｔ０が１．８ｍｍ以下、更に１．５ｍｍ以下、１．３ｍｍ以下であれば、上述の流速の低下を抑制し易い。ひいてはＲＦ電池１０はセル抵抗を低減し易い。また、初期厚さｔ０がより薄い電極１２は、電解液の流通性により優れるため、圧損の増大をより低減し易い。
【００８９】
〈嵩密度〉
電極１２の嵩密度は、例えば０．１１ｇ／ｃｍ３以上０．７ｇ／ｃｍ３以下が挙げられる。ここでの嵩密度は、電極１２に面圧を加えていない状態（以下、非圧縮状態と呼ぶ）で測定する。嵩密度が０．１１ｇ／ｃｍ３以上であれば、カーボン素材が少な過ぎない。そのため、電極１２は大きな表面積を有し易い。このような電極１２は、電池反応を良好に行える。嵩密度が０．７ｇ／ｃｍ３以下であれば、カーボン素材が多過ぎない。このような電極１２は、電解液の流通性に優れる。そのため、電極１２内での圧損が増大し難い。嵩密度が０．１５ｇ／ｃｍ３以上、更に０．１８ｇ／ｃｍ３以上、０．２０ｇ／ｃｍ３以上であれば、電極１２は、表面積をより増大し易い。ひいてはＲＦ電池１０はセル抵抗を低減し易い。嵩密度が０．６５ｇ／ｃｍ３以下、更に０．６０ｇ／ｃｍ３以下、０．５７ｇ／ｃｍ３であれば、電解液の流通性により優れ、圧損の増大を低減し易い。
【００９０】
電極１２は、一様な嵩密度を有してもよいが、嵩密度の分布を有してもよい。例えば、電極１２の嵩密度が電極１２の厚さ方向に異なることが挙げられる。この場合に、電極１２における隔膜１１との近傍領域１２１、及び電極１２における双極板１５との近傍領域１２５の少なくとも一方の領域に嵩密度の極大値を有することが挙げられる（図３Ｃ）。電極１２の近傍領域１２１，１２５とは、非圧縮状態の電極１２において、電極１２の表面１２０から厚さｔの１０％までの範囲とする。図３Ｃは、近傍領域１２１，１２５に二点鎖線のクロスハッチングを付して、近傍領域１２１，１２５を仮想的に示す。電極１２の表面１２０は、隔膜１１又は双極板１５との対向面である。
【００９１】
嵩密度が局所的に高い箇所を隔膜１１の近傍領域１２１に含む電極１２は、電解液中の活物質との反応性に優れる。このような電極１２は、ＲＦ電池１０のセル抵抗を低減し易い。また、この電極１２における双極板１５側の領域の嵩密度が相対的に低いため、双極板１５側の領域は、相対的に電解液の流通性に優れる。そのため、上記双極板１５側の領域と、双極板１５の流路４との間で電解液の供給、排出を良好に行うことができる。このような電極１２は電解液の流通性に優れるといえる。嵩密度が局所的に高い箇所を双極板１５の近傍領域１２５に含む電極１２は、双極板１５との接触抵抗を低減し易い。このような電極１２は、ＲＦ電池１０のセル抵抗を低減し易い。嵩密度が局所的に高い箇所を近傍領域１２１，１２５の双方に備える電極１２は、ＲＦ電池１０のセル抵抗をより低減し易い。
【００９２】
上述の嵩密度の分布を有する電極１２は、例えば、カーボン繊維５０とカーボンバインダー残渣５１とカーボン粒子５２とを含む場合、以下のようにして製造することが挙げられる。まず、カーボン繊維５０の集合体に、以下の懸濁液を塗布する。懸濁液は、炭化前のバインダー樹脂とカーボン粒子５２とを溶媒等に溶解、分散させた液体である。懸濁液の塗布は、例えば塗工、ディッピング、スプレー塗布等を利用して行うとよい。懸濁液の塗布後、乾燥して、上記溶媒を揮発させる。溶媒が揮発されたもの（以下、電極前駆体と呼ぶ）に対して、再度、電極前駆体の表層のみを上記懸濁液に浸す。その後、乾燥して溶媒を揮発させる。このような懸濁液の表層への塗布（浸漬）、乾燥、揮発という処理を１回以上行うことで、表面１２０の近傍領域１２１，１２５に嵩密度の極大値を有するような電極１２が得られる。
【００９３】
電極１２の嵩密度の分布は、例えば以下のように測定することが挙げられる。
（１）電極１２の空隙率を求める。
空隙率の測定は、市販の三次元画像解析装置によってＸ線−ＣＴ三次元画像を取得し、取得した三次元画像を解析することが挙げられる。三次元画像において、電極１２の表面１２０から厚さ方向に１０等分して、電極１２を１０個の領域に分割する。各領域の厚さは、電極１２の厚さｔの１０％である。各領域の空隙率Ｐを求める。
空隙率Ｐ（％）は、三次元画像の解析から求められる。基本式は、Ｐ＝｛（各領域の全体体積−各領域を構成するカーボン素材の体積）／各領域の全体体積｝×１００が挙げられる。
【００９４】
（２）空隙率を嵩密度に変換する。
上述の各領域の空隙率Ｐと電極１２の真密度ｄとを用いて、嵩密度Ｂに変換する。真密度ｄは、例えばピクノメーター法によって求めることが挙げられる。
嵩密度Ｂ（ｇ／ｃｍ３）は、Ｂ＝ｄ×（１−Ｐ／１００）から求める。
【００９５】
（３）嵩密度の極大値を求める。
電極１２を電極１２の厚さ方向に分割した１０個の領域の嵩密度Ｂを比較し、近傍領域１２１，１２５の嵩密度Ｂが極大値をとるか否かを調べる。
【００９６】
〈剛軟度〉
電極１２の剛軟度は、例えば１０ｍＮ以上４５０ｍＮ以下が挙げられる。剛軟度が１０ｍＮ以上であれば電極１２が柔らか過ぎない。そのため、上述の０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが６０％以下であることと合わせて、電極１２がある程度変形し難い。従って、電極１２の空孔が過度に潰されることをより防止し易い。また、このような電極１２は、双極板１５の溝４０に入り込み過ぎない。そのため、電極１２は、溝４０への入り込みに起因する電解液の流通性の低下を抑制し易い。剛軟度が４５０ｍＮ以下であれば電極１２が硬過ぎない。そのため、上記圧縮ひずみが２０％以上であることと合わせて、電極１２がある程度変形し易い。従って、電極１２における表面１２０近くの領域が双極板１５により密着し易い。この密着により、電極１２は、双極板１５との接触抵抗をより低減し易い。また、電極１２は、上述の双極板１５の溝４０への若干の入り込みにより電池反応を良好に行える。剛軟度が１５ｍＮ以上、更に２０ｍＮ以上、２５ｍＮ以上であれば、電解液の流通性により優れ、圧損の増大を低減し易い。剛軟度が４３０ｍＮ以下、更に４００ｍＮ以下、３８０ｍＮ以下であれば、ＲＦ電池１０のセル抵抗を低減し易い。
【００９７】
電極１２の剛軟度は、例えばＪＩＳ  Ｌ  １０９６（２０１０年）に準拠したガーレ式剛軟度試験を用いて測定することが挙げられる。この測定は、市販の測定装置を利用して行うとよい。
【００９８】
（双極板）
以下、主に図６Ａ，６Ｂを参照して、双極板１５を詳細に説明する。
図６Ａ，図６Ｂはいずれも、双極板１５のうち、枠体３０に覆われる周縁側の領域を省略し、セルフレーム３の窓部３１（図２）から露出される領域（以下、露出領域と呼ぶ）のみを示す平面図である。露出領域には、電極１２が配置される。
【００９９】
以下の説明では、双極板１５の露出領域の周縁において、セルフレーム３の窓部３１の内周縁から電解液を供給することに利用される箇所を双極板１５の供給縁４ｉと呼ぶ。また、上記露出領域の周縁において、窓部３１の内周縁に電解液を排出することに利用される箇所を双極板１５の排出縁４ｏと呼ぶ。
【０１００】
図６Ａ，図６Ｂは、双極板１５の露出領域の平面形状が長方形状である場合を例示する。また、図６Ａ，図６Ｂは、上記露出領域の周縁のうち、上記長方形の対向する二辺（ここでは長辺）をなす箇所がそれぞれ、供給縁４ｉ、排出縁４ｏに利用される場合を例示する。双極板１５における電解液の流通方向は、図６Ａ，図６Ｂにおいて紙面上下方向に沿って下側から上側に向う方向とする。本例のように供給縁４ｉ、排出縁４ｏが長方形の対向する長辺である場合、電解液の流通方向は、両縁間の最短距離をとる直線の方向、ここでは短辺方向が挙げられる。ここでの電解液の流通方向とは、電解液の基本的な流れ方向であり、必ずしも流路４の形状に沿った方向ではない。上記露出領域の平面形状、供給縁４ｉ，排出縁４ｏの配置位置、電解液の流通方向等は適宜変更できる。
【０１０１】
〈流路〉
双極板１５が電極１２との対向面に電解液の流路４を備えると、電解液の流通性に優れるＲＦ電池１０を構築できて好ましい。流路４は、例えば、双極板１５における電極１２との対向面に開口する溝４０を含むことが挙げられる。上述の硬過ぎず柔らか過ぎない特定の電極１２と、溝４０を有する双極板１５とを用いてＲＦ電池１０を構築すると、上述のように電極１２は、溝４０の開口部近くに若干張り出すものの、溝４０の全体を塞がない（図４も参照）。従って、溝４０は電解液の流通空間を確保できる。このようなＲＦ電池１０は、溝４０といった流路４を備えることによる良好な電解液の流通性を確保しつつ、電池反応も良好に行える。
【０１０２】
《形状》
溝４０は、例えば、電解液の流通方向に沿って直線状に設けられ、平面形状が長方形であるもの（図６Ａ、溝４１，４２）が挙げられる。その他、平面形状は、曲線の波形、ジグザグ形状（三角波状）、矩形波状、鋸波状（直角三角波状）等が挙げられる。図６Ｂは、曲線の波形からなる蛇行溝４５を例示する。溝４０は、供給縁４ｉ側から排出縁４ｏ側に向かって連続して設けられることが挙げられる（例、溝４１，４２、蛇行溝４５）。また、溝４０は、一端が開口し、他端が閉じた形状（例、溝４１，４２）、両端が開口した形状（例、蛇行溝４５）が挙げられる。
【０１０３】
流路４は、供給縁４ｉ（又は排出縁４ｏ）の延伸方向に所定の間隔で並ぶ複数の溝４０を備えると（図６Ａ，図６Ｂ）、電解液の流通性に優れる。また、このような流路４を備える双極板１５に対向する電極１２は電池反応を良好に行える。この理由は、隣り合う溝４０間に畝部４８が設けられることで、電極１２は、畝部４８に対向する領域を活用領域として確保できるからである（図４も参照）。本例のように隣り合う溝４０が同一形状、同一の大きさであれば、畝部４８が上記延伸方向に所定の間隔で存在する。特に、複数の溝４０を上記延伸方向に等間隔に備えると、畝部４８も等間隔に存在する。畝部４８が存在することで、電極１２は、活用領域を大きく確保し易く、電池反応を良好に行える。上記所定の間隔は、等間隔でなくてもよい。図６Ａ，図６Ｂは、分かり易いように、畝部４８にクロスハッチングを付し示す。
【０１０４】
流路４が複数の溝４０を備える場合、例えば、双極板１５の供給縁４ｉ寄りに設けられる第一の溝４１と、双極板１５の排出縁４ｏ寄りに設けられる第二の溝４２とが隣り合って並ぶ溝４０の組を含むことが挙げられる（図６Ａ）。
【０１０５】
双極板１５の供給縁４ｉ寄りの溝４１とは、以下の形態が挙げられる。なお、双極板１５の排出縁４ｏ寄りの溝４２については、以下の説明において、溝４１を「溝４２」、供給縁４ｉを「排出縁４ｏ」、排出縁４ｏを「供給縁４ｉ」に読み替えるとよい。双極板１５が後述する整流溝４３，４４を備える場合、供給縁４ｉを「整流溝４３」、排出縁４ｏを「整流溝４４」に読み替えるとよい。
（Ａ）溝４１の一端が供給縁４ｉに開口し、他端が排出縁４ｏに閉口する。
（Ｂ）溝４１の両端がいずれも供給縁４ｉ、排出縁４ｏに開口しない。かつ、溝４１の一端から供給縁４ｉまでの距離Ｌ１と、溝４１の他端から排出縁４ｏまでの距離Ｌ２とを比較すると、供給縁４ｉ側の距離Ｌ１が距離Ｌ２よりも短い。
【０１０６】
第一の溝４１は、供給縁４ｉに近い、又は供給縁４ｉに開口する。そのため、第一の溝４１は、セルフレーム３の枠体３０から電解液が供給されると、双極板１５の露出領域に配置される電極１２に電解液を供給し易い。このような第一の溝４１は、電極１２への電解液の供給に利用され易いといえる。第二の溝４２は、排出縁４ｏに近い、又は排出縁４ｏに開口する。そのため、第二の溝４２は、電極１２からの電解液を枠体３０に排出し易い。このような第二の溝４２は、電極１２からの電解液の排出に利用され易いといえる。これらの溝４１，４２の組を備える双極板１５は、電極１２に未反応の電解液を良好に供給できる上に、電極１２から反応済の電解液を電極１２外に排出し易い。また、この双極板１５と上述の電極１２とを用いてＲＦ電池１０を構築すれば、上述のように電極１２が溝４１，４２の開口部近くに張り出すものの、溝４１，４２は電解液の流通空間を確保できる。従って、このＲＦ電池１０は、電池反応を良好に行えて、セル抵抗を低減し易い上に、電解液の流通性に優れて、圧損の増大を低減し易い。
【０１０７】
また、双極板１５は、隣り合う第一の溝４１と第二の溝４２との間に両溝４１，４２を仕切る畝部４８を備える。電極１２は、畝部４８に対向する領域を活用領域として確保でき、電池反応を良好に行える。特に、電極１２は、第一の溝４１から電解液を受け取ると、畝部４８との対向領域で電池反応を良好に行えつつ、第二の溝４２に反応済みの電解液を排出できる。このような双極板１５と電極１２とを備えるＲＦ電池１０は、図４の白抜き矢印に示すように、双極板１５の第一の溝４１から、畝部４８を乗り越えると共に電極１２の一部を通過して、隣り合う第二の溝４２に電解液を流せる。このようなＲＦ電池１０は、電池反応をより良好に行えて、セル抵抗を低減し易い。また、このＲＦ電池１０は、電解液の流通性に優れるため、圧損の増大もより抑制し易い。
【０１０８】
図６Ａに例示する第一の溝４１、第二の溝４２は、上述のように、
（ａ）電解液の流通方向に沿った直線状の溝である、
（ｂ）同一形状、同一の大きさである、
（ｃ）供給縁４ｉ（又は排出縁４ｏ）の延伸方向に隣り合って等間隔に並ぶ。つまり、第一の溝４１と第二の溝４２とが交互に並ぶ。また、第一の溝４１、畝部４８、第二の溝４２が順に繰り返し並ぶ。
更に、図６Ａに例示する双極板１５は、第一の溝４１、第二の溝４２の組を複数備える。この双極板１５では、複数の第一の溝４１が上記延設方向に所定の間隔で並ぶと共に、複数の第二の溝４２が上記延設方向に所定の間隔で並ぶ。かつ、隣り合う第一の溝４１間に第二の溝４２が配置される。第一の溝４１群の各溝４１と第二の溝４２群の各溝４２とが噛み合うように配置される。いわば、双極板１５は、インターディジタル状又は櫛歯が対向するように配置される溝４０を備える。このような流路４が設けられた双極板１５を備えるＲＦ電池１０は、セル抵抗の低減、圧損の増大抑制により一層寄与し易い。
【０１０９】
流路４が蛇行溝４５を含む場合（図６Ｂ）、双極板１５は、上述の直線状の溝に比較して、電極１２のより広い範囲に電解液を供給できる。電極１２は、蛇行溝４５に対向する領域の周囲の領域を活用領域にできる。そのため、電極１２は、電池反応を行う領域を大きく確保し易く、電池反応をより良好に行える。図６Ｂに例示する双極板１５は、複数の蛇行溝４５を備える。各蛇行溝４５の両端が供給縁４ｉ、排出縁４ｏにそれぞれ開口する。かつ、各蛇行溝４５は、上述の条件（ｂ），（ｃ）を満たす。このような流路４が設けられた双極板１５を備えるＲＦ電池１０は、電池反応をより良好に行えて、セル抵抗をより一層低減し易い。また、このＲＦ電池１０は、電解液の流通性に優れるため、圧損の増大も抑制し易い。
【０１１０】
《整流溝》
流路４が供給縁４ｉ又は排出縁４ｏの延伸方向に並ぶ複数の溝４０を備える場合、流路４は、供給縁４ｉの延伸方向に沿って設けられる整流溝４３、及び排出縁４ｏの延伸方向に沿って設けられる整流溝４４の少なくとも一方を含んでもよい。図６Ａは整流溝４３，４４を備える場合を例示する。図６Ｂは整流溝４３，４４を備えていない場合を例示する。供給縁４ｉ側の整流溝４３を備えることで、セルフレーム３の枠体３０からの電解液は、供給縁４ｉに沿って拡散して、整流溝４３から延びる複数の溝４０（図６Ａでは溝４１）に均一的に流れ易い。排出縁４ｏ側の整流溝４４を備えることで、整流溝４４に繋がる各溝４０（図６Ａでは溝４２）からの電解液は、枠体３０に排出され易い。
【０１１１】
双極板１５が整流溝４３，４４を備えていない場合、枠体３０が窓部３１の内周縁に沿って整流溝（図示せず）を備えてもよい。
【０１１２】
《溝幅》
流路４は、幅ｗ（図４）が０．６ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である溝４０を含むことが挙げられる。ここでの溝４０の幅ｗとは、溝４０の形状に沿った電解液の流れ方向に対して直交する平面で切断した断面において、溝４０の開口部の長さとする。図４に例示するように溝４０の断面形状が長方形であり、直方体の内部空間を有する溝４０であれば、幅ｗは溝４０の全長にわたって一様である。
【０１１３】
溝４０の幅ｗが０．６ｍｍ以上であれば、電極１２は、溝４０の開口部近くに若干入り込むことを確実に行い易い。そのため、電極１２は、電池反応を良好に行える。また、溝４０が細過ぎず、電解液の流通性にも優れる。溝４０の幅ｗが５．０ｍｍ以下であれば、電極１２は、溝４０に入り込み過ぎない。そのため、溝４０は、電解液の流通空間を確保でき、電解液の流通性に優れるＲＦ電池１０を構築できる。幅ｗが０．８ｍｍ以上、更に１．０ｍｍ以上、１．２ｍｍ以上であれば、電極１２が電池反応をより良好に行える上に、電解液の流通性にも優れる。幅ｗが４．５ｍｍ以下、更に、４．０ｍｍ以下、３．５ｍｍ以下であれば、電解液の流通性により優れ、圧損の増大を低減し易い。
【０１１４】
《溝深さ》
流路４は、深さｄ（図４）が０．６ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である溝４０を含むことが挙げられる。ここでの溝４０の深さｄとは、溝４０の形状に沿った電解液の流れ方向に対して直交する平面で切断した断面において、双極板１５の厚さ方向に沿って、溝４０の開口部から溝４０の底面までの最大距離とする。図４に例示するように溝４０の断面形状が長方形であり、直方体の内部空間を有する溝４０であれば、深さｄは溝４０の全長及び全幅にわたって一様である。
【０１１５】
溝４０の深さｄが０．６ｍｍ以上であれば、電極１２が溝４０に入り込んでも、電解液の流通空間を確保し易く、電解液の流通性に優れるＲＦ電池１０を構築できる。溝４０の深さｄが５．０ｍｍ以下であれば、電極１２は、溝４０の開口部近くに若干入り込めて、電池反応を良好に行える。従って、ＲＦ電池１０はセル抵抗を低減し易い。深さｄが０．８ｍｍ以上、更に１．０ｍｍ以上、１．２ｍｍ以上であれば、電解液の流通性により優れ、圧損の増大を低減し易い。深さｄが４．５ｍｍ以下、更に４．０ｍｍ以下、３．５ｍｍ以下であれば、電極１２が電池反応をより良好に行える上に、双極板１５の厚さも薄くできる。
【０１１６】
《幅及び深さの条件》
流路４は、以下の条件（１）及び（２）の少なくとも一方を満たすことが挙げられる。流路４は、以下の条件（１）及び（２）の双方を満たすことが好ましい。また、流路４が複数の溝４０を含む場合には、全ての溝４０が以下の条件（１）及び（２）を満たすことが好ましい。
【０１１７】
（１）一つの溝４０における全長の５０％以上の領域について、一様な大きさの幅ｗを有し、かつ幅ｗが０．６ｍｍ以上５．０ｍｍ以下を満たす。一つの溝４０における全長の８０％以上の領域、更には溝４０の全長について、一様な大きさの幅ｗを有し、かつ幅ｗが上記の範囲を満たすことが好ましい。図６Ａ，図６Ｂは、溝４１，４２、蛇行溝４５の全長にわたって一様な大きさの幅ｗを有する場合を例示する。
（２）一つの溝４０における全長の５０％以上の領域について、一様な大きさの深さｄを有し、かつ深さｄが０．６ｍｍ以上５．０ｍｍ以下を満たす。一つの溝４０における全長の８０％以上の領域、更には溝４０の全長について、一様な大きさの深さｄを有し、かつ上記の範囲を満たすことが好ましい。
【０１１８】
《溝間の間隔》
流路４が並列される複数の溝４０含む場合、隣り合う二つの溝４０の最小間隔は、例えば溝幅ｗの１／２倍以上、溝幅ｗの７倍以下が挙げられる。上記最小間隔は畝部４８の幅に相当する。図６Ａは、溝４１，４２間に一様な幅を有する長方形状の畝部４８を備える場合を例示する。図６Ｂは、隣り合う蛇行溝４５間に一様な幅を有する波形の畝部４８を備える場合を例示する。
【０１１９】
上記最小間隔が溝幅ｗの１／２倍以上であれば、畝部４８を確保できる。そのため、電極１２が電池反応を良好に行える。ひいてはＲＦ電池１０はセル抵抗を低減し易い。上記間隔が溝幅ｗの７倍以下であれば、溝４０の個数を多くできる。そのため、ＲＦ電池１０は電解液の流通性に優れ、圧損の増大を低減し易い。
【０１２０】
《個数》
流路４が溝４０を含む場合、溝４０の個数は適宜選択できる。溝４０の個数がある程度多いと、電解液の流通性に優れ、ＲＦ電池１０は圧損の増大を低減し易い。溝４０の個数がある程度少ないと、畝部４８を確保し易い。そのため、電極１２が電池反応を良好に行えて、ＲＦ電池１０はセル抵抗を低減し易い。
【０１２１】
《溝の断面形状》
溝４０の断面形状は、適宜選択できる。図４は、溝４０の断面形状が長方形である場合を例示するが、上記断面形状はＶ字形状、半円形状等でもよい。ここでの溝４０の断面形状とは、溝４０の形状に沿った電解液の流れ方向に対して直交する平面で切断した断面における形状である。
【０１２２】
《構成材料》
双極板１５の構成材料は、例えば有機複合材、いわゆる導電性プラスチック等が挙げられる。有機複合材は、例えば、炭素系材料や金属等の導電性材料と、熱可塑性樹脂等の有機材とを含むものが挙げられる。双極板１５は、例えば公知の方法によって板状に成形するとよい。導電性プラスチックの成形方法は、例えば射出成型、プレス成型、真空成型等が挙げられる。流路４を備える双極板１５は、例えば、板状に成形する際に同時に流路４も成形することが挙げられる。又は、流路４は、平坦な平板材に切削加工等を行って形成してもよい。
【０１２３】
（隔膜）
《構成材料》
隔膜１１は、正極電解液と負極電解液とを隔てる部材である。隔膜１１は、例えば、電解液中の活物質（イオン）を通さず、活物質の酸化還元反応によって生じ得る水素イオンを通過させるものが利用できる。隔膜１１の一例として、イオン交換膜が挙げられる。イオン交換膜は、（ａ）正負の電解液の隔離性に優れる、（ｂ）ＲＦ電池１０内で電荷担体として利用される水素イオンの透過性に優れるといった効果を有する。そのため、隔膜１１としてイオン交換膜を備える電池セル１は、電池反応を良好に行えるＲＦ電池１０を構築できる。
【０１２４】
イオン交換膜からなる隔膜１１の一例として、イオン交換基を有するフッ素系高分子電解質ポリマーを含むフッ素系陽イオン交換膜が挙げられる。イオン交換基の一例として、スルホン酸が挙げられる。イオン交換基のクラスタ径は例えば２．５ｎｍ以上が挙げられる。フッ素系高分子電解質ポリマーにおけるイオン交換基１当量あたりの乾燥質量グラム数（以下、当量質量ＥＷと呼ぶことがある）は例えば９５０ｇ／ｅｑ以下が挙げられる。上記の要件を満たす隔膜１１は、プロトン伝導性に優れる。そのため、上記隔膜１１を備えるＲＦ電池１０は、電圧効率等、電池特性を向上できる。また、上記隔膜１１は、耐久性にも優れる。そのため、上記隔膜１１を備えるＲＦ電池１０は、隔膜１１の損傷に起因する短絡の発生を防止し易い。
【０１２５】
ここでのイオン交換基のクラスタ径とは、２５℃の水中における小角Ｘ線散乱法（ＳＡＸＳ）を用いて測定される値とする。上記クラスタ径の測定は、公知の測定方法を参照して行うとよい。例えば、特許第６００５０６５号公報に記載の測定方法を参照することができる。この測定方法の概略は以下の通りである。クラスタ構造が、粒径分布を持つコア−シェル型の剛体球で表されると仮定する。この仮定モデルに基づく理論散乱式を用いて、実測の散乱プロフィールにおけるクラスタ由来の散乱が支配的な領域をフィッティングすることで、平均クラスタ直径を求める。上記仮定モデルにおいて、コア部分がクラスタに相当し、コア部分の直径がクラスタ径（平均クラスタ直径）である。シェルは仮想的なものである。シェルの厚さは０．２５ｎｍとする。
【０１２６】
上記当量質量ＥＷは、隔膜１１を構成するフッ素系高分子電解質ポリマーを塩置換し、その溶液をアルカリ溶液で逆滴定することで測定することが挙げられる。
【０１２７】
上記イオン交換基のクラスタ径が２．５ｎｍ以上であると、水素イオンが透過し易く、電気抵抗を低減し易い。ひいてはＲＦ電池１０はセル抵抗を低減し易い。上記クラスタ径が２．５５ｎｍ以上、更に２．６０ｎｍ以上であれば、セル抵抗をより低減し易い。上記クラスタ径が例えば３．２０ｎｍ以下であると、大きなイオンを透過し難く、プロトン伝導性により優れる。また、この場合、活物質となるイオンの透過率が高くなり過ぎず、電流効率の低下を抑制し易い。これらの点から、上記クラスタ径は３．００ｎｍ以下、更に２．９５ｎｍ以下でもよい。クラスタ径が所望の値となるように、ポリマー構造やポリマー組成、製膜条件等を調整するとよい。例えば、上記当量質量ＥＷを低くすると、クラスタ径が大きくなる傾向にある。
【０１２８】
上記当量質量ＥＷが９５０ｇ／ｅｑ以下であると、親水性に優れる上に、電気抵抗を低減し易い。ひいてはＲＦ電池１０はセル抵抗を低減し易い。上記当量質量ＥＷが９００ｇ／ｅｑ以下、８５０ｇ／ｅｑ以下、８００ｇ／ｅｑ以下であれば、セル抵抗をより低減し易い。上記当量質量ＥＷが例えば５００ｇ／ｅｑ以上であると、親水性に優れつつ、膜の耐水性に優れる。これらの点から、上記当量質量ＥＷは５５０ｇ／ｅｑ以上、５８０ｇ／ｅｑ以上、６２０ｇ／ｅｑ以上でもよい。上記当量質量ＥＷが所望の値となるように、フッ素系高分子電解質ポリマーの原料であるフッ素系モノマーの共重合比、モノマー種等を調整するとよい。
【０１２９】
《厚さ》
隔膜１１の厚さｔ１１（図４）は、例えば、７μｍ以上６０μｍ以下が挙げられる。厚さｔ１１が７μｍ以上であれば、ＲＦ電池１０に組み付けられて所定の面圧を受けても、隔膜１１が損傷し難い。厚さｔ１１が６０μｍ以下であれば、セル抵抗の増大を招き難い。厚さｔ１１が１２μｍ以上、更に１５μｍ以上、１８μｍ以上であれば、隔膜１１の損傷をより防止し易い。厚さｔ１１が５０μｍ以下、更に４５μｍ以下、４０μｍ以下であれば、セル抵抗の増大をより抑制し易い。
【０１３０】
（主要な効果）
実施形態の電池セル１は、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが上述の特定の範囲を満たす電極１２を備える。この電極１２は、特許文献１に記載される電極に比較して硬過ぎず、柔らか過ぎない。そのため、電極１２は、双極板１５に設けられる流路４（溝４０）に入り込み過ぎず、かつ溝４０から電解液を受け取り易い。このような電極１２を備える実施形態の電池セル１は、電極１２が良好に電池反応を行える上に、電解液の流通性にも優れる。従って、実施形態の電池セル１は、ＲＦ電池１０のセル抵抗を低減できる上に、圧損の増大を抑制できる。このような電池セル１は、従来よりも電池特性に優れるＲＦ電池１０を構築できる。この効果を以下の試験例で具体的に説明する。
【０１３１】
実施形態のセルスタック２は、実施形態の電池セル１を備えるため、従来よりも電池特性に優れるＲＦ電池１０を構築できる。
【０１３２】
実施形態のＲＦ電池１０は、実施形態の電池セル１又は実施形態のセルスタック２を備えるため、従来よりも電池特性を向上できる。
【０１３３】
［試験例］
０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが異なる電極を用いて、ＲＦ電池を構築して充放電を行い、以下のようにセル抵抗、圧損、性能の安定性を評価した。評価結果を表１〜表１０に示す。
【０１３４】
まず、以下の試験例１〜１０の共通事項を説明する。
（セル抵抗）
この試験では、以下のようにして、ＲＦ電池のセル抵抗率を求める。
ＲＦ電池は、単セル電池とする。単セル電池は、各試料の条件を満たす電極、隔膜、双極板を備える。正極電極及び負極電極はいずれも、各試料の条件を満たす電極とする。一対のセルフレームはいずれも、各試料の条件を満たす双極板を備える。正極電解液及び負極電解液は、硫酸バナジウム溶液とする。バナジウムイオンの濃度は１．７ｍｏｌ／Ｌである。なお、以下の試験では、正極電極及び負極電極の双方に同じ仕様の電極を用いているが、正極電極の仕様と負極電極の仕様とが異なってもよい。電極における正極活物質との反応性及び負極活物質との反応性、圧損等の観点から、正極電極及び負極電極のいずれか一方のみが、各試料の条件を満たす電極であってもよい。
【０１３５】
作製した単セル電池を用いて、定電流で充放電を行う。電流密度は、１４０ｍＡ／ｃｍ２である。ここでは、予め設定した所定の切替電圧に達したら、充電と放電とを切り替えて、複数サイクルの充放電を行う。充放電後、複数サイクルのうち、任意の１サイクルにおいて平均電圧及び平均電流を求める。更に平均電流に対する平均電圧の割合（平均電圧／平均電流）を求める。セル抵抗率は、この平均電圧／平均電流とする。
【０１３６】
隔膜は、イオン交換基を有するフッ素系高分子電解質ポリマーを含むフッ素系陽イオン交換膜である。イオン交換基はスルホン酸である。双極板は、電極との対向面に電解液の流路を備える。流路は、図６Ａに例示するように、双極板の供給縁寄りに設けられる第一の溝と、双極板の排出縁寄りに設けられる第二の溝とが交互に並ぶ。各溝は、電解液の流通方向に沿った直線状の溝である。また、第一の溝及び第二の溝は、供給縁又は排出縁の延設方向に等間隔に並ぶ。
【０１３７】
（圧力損失）
この試験では、図７に示す測定システム６００を用いて、ＲＦ電池の圧力損失ΔＰを測定する。測定システム６００は、測定セル６１０と、流体槽６２０と、配管６３０と、ポンプ６４０と、流量計６５０と、差圧計６６０とを備える。
【０１３８】
測定セル６１０は、上述のセル抵抗率の測定に用いる単セル電池と同じ構造の単セル電池である。流体槽６２０は、測定セル６１０内の電極に供給される流体６２２を貯留する。流体６２２は、水等が挙げられる。配管６３０は、流体槽６２０と、測定セル６１０との間を接続する。ポンプ６４０は、配管６３０に設けられて、測定セル６１０に流体槽６２０内の流体６２２を圧送する。測定セル６１０から排出された流体６２２は配管６３０を介して流体槽６２０に戻される。このようにポンプ６４０及び配管６３０によって、流体槽６２０内の流体６２２を測定セル６１０に循環供給する。図７に示す一点鎖線の矢印は、流体６２２の流通方向を示す。流量計６５０は、配管６３０におけるポンプ６４０の排出側（下流側）であって、測定セル６１０よりも上流側に設けられる。流量計６５０は、ポンプ６４０から排出された流体６２２の流量を測定する。配管６３０における流量計６５０の下流側には、測定セル６１０をバイパスする分岐管６３２が設けられる。差圧計６６０は、分岐管６３２に設けられる。また、差圧計６６０は、測定セル６１０と並列に設けられる。
【０１３９】
差圧計６６０は、測定セル６１０に供給される流体６２２の圧力Ｐ０と、測定セル６１０から排出された流体６２２の圧力Ｐ１との差（Ｐ０−Ｐ１）を測定する。圧力損失ΔＰは、上記の圧力の差（Ｐ０−Ｐ１）である。圧力損失ΔＰが小さいほど、測定セル６１０は、電解液の流通性に優れるといえる。
【０１４０】
次に、評価方法を説明する。
（セル抵抗の評価）
各試料のセル抵抗率について基準値に対する相対値を求める。セル抵抗は、上記相対値を用いて、Ｓ，Ａ〜Ｃの四段階で評価する。具体的には、各試料のセル抵抗率ｘｎと、表１〜表１０に「基準」と示す試料のセル抵抗率ｘ０との差（ｘｎ−ｘ０）を求める。更に、基準値であるセル抵抗率ｘ０に対する上記差の割合{（ｘｎ−ｘ０）／ｘ０}×１００（％）を求める。この割合をセル抵抗の評価に用いる。上記割合が負の値であれば、当該試料のセル抵抗率ｘｎは、「基準」とする試料のセル抵抗率ｘ０よりも低いといえる。四段階の評価は、以下の通りである。
【０１４１】
Ｓ：当該試料のセル抵抗率は表中の「基準」よりも低く、上記割合の絶対値が５％以上である。即ち、当該試料のセル抵抗率は、基準値よりも５％以上低下している。
Ａ：当該試料のセル抵抗率は表中の「基準」よりも低く、上記割合の絶対値が２％以上５％未満である。即ち、当該試料のセル抵抗率は、基準値よりも２％以上５％未満の範囲で低下している。
Ｂ：当該試料のセル抵抗率は表中の「基準」と同等程度であり、上記割合の絶対値が０％以上２％未満である。
Ｃ：当該試料のセル抵抗率は表中の「基準」よりも高い。
【０１４２】
（圧力損失の評価）
各試料の圧力損失ΔＰについて基準値に対する相対値を求める。圧損は、上記相対値を用いて、Ｓ，Ａ，Ｂの三段階で評価する。具体的には、各試料の圧力損失ΔＰｎと、表１〜表１０に「基準」と示す試料の圧力損失ΔＰ０との差（ΔＰｎ−ΔＰ０）を求める。更に、基準値である圧力損失ΔＰ０に対する上記差の割合{（ΔＰｎ−ΔＰ０）／ΔＰ０}×１００（％）を求める。この割合を圧損の評価に用いる。上記割合が負の値であれば、当該試料の圧力損失ΔＰｎは、「基準」とする試料の圧力損失ΔＰ０よりも低いといえる。三段階の評価は、以下の通りである。
【０１４３】
Ｓ：当該試料の圧力損失ΔＰは表中の「基準」よりも低く、上記割合の絶対値が１０％超である。即ち、当該試料の圧力損失ΔＰは、基準値よりも１０％超低下している。
Ａ：当該試料の圧力損失ΔＰは表中の「基準」と同等程度であり、上記割合は±１０％以内である。
Ｂ：当該試料の圧力損失ΔＰは表中の「基準」よりも高く、上記割合の絶対値が１０％超である。
【０１４４】
（性能の安定性）
各試料について、上述のセル抵抗率を５回測定し（ｎ＝５）、５回の平均値及び標準偏差を求める。求めた平均値と標準偏差とを用いて、ＲＦ電池の性能の安定性を以下のＡ，Ｂの二段階で評価する。ｎ＝５の標準偏差が小さいほど、セル抵抗率のばらつきが小さく、ＲＦ電池の性能が安定しているといえる。
Ａ：ｎ＝５の測定の標準偏差が平均値の１０％以下である。
Ｂ：ｎ＝５の測定の標準偏差が平均値の１０％より大きい。
【０１４５】
（総合評価）
更に、この試験では、以下のＳ，Ａ〜Ｃの四段階で総合的に評価する。
Ｓ：セル抵抗及び圧損の少なくとも一方が「Ｓ」の評価を有する。
Ａ：セル抵抗及び圧損の双方が「Ａ」の評価を有する。このような試料は、後述の従来試料よりも優れた性能を有する。
Ｂ：セル抵抗及び圧損の少なくとも一方が「Ｂ」の評価を有する。このような試料は、従来試料と同等程度である。なお、後述の従来試料の総合評価は「Ｂ」とする。
Ｃ：セル抵抗が「Ｃ」の評価を有し、圧損が「Ｂ」の評価を有する。このような試料は、従来試料よりも劣る。
【０１４６】
〈試験例１〉
０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが異なる電極を用いて、上述のようにＲＦ電池を構築してセル抵抗、圧損、性能の安定性を評価し、評価結果を表１に示す。
【０１４７】
試験例１に用いた各試料の電極は、カーボン繊維と、カーボンバインダー残渣とを含むカーボン紙であり、カーボン粒子を含んでおらず、かつ、以下の条件を満たす。
【０１４８】
《電極の条件》
初期厚さｔ０：０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下
嵩密度：０．１１ｇ／ｃｍ３以上０．７ｇ／ｃｍ３以下
電極は、電極の厚さ方向に一様な嵩密度を有し、極大値を有さない。
剛軟度：１０ｍＮ以上４５０ｍＮ以下
触媒：担持せず
【０１４９】
試験例１に用いた各試料の隔膜は、以下の条件を満たす。
《隔膜の条件》
隔膜の厚さ：２０μｍ
イオン交換基のクラスタ径：２．５ｎｍ
フッ素系高分子電解質ポリマーにおけるイオン交換基１当量あたりの乾燥質量グラム数（以下、当量質量ＥＷと呼ぶ）：７５０ｇ／ｅｑ
【０１５０】
試験例１に用いた各試料の双極板に設けられた流路は、以下の条件を満たす。
《流路の条件》
溝幅：２．０ｍｍ
溝深さ：１．５ｍｍ
溝幅、及び溝深さは、溝の長手方向に一様である。
【０１５１】
各試料の電極は、上述の《電極の条件》を満たしつつ、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが表１に示す値（％）を満たすように、カーボン繊維の大きさやカーボンバインダーの添加量を調整して作製する。例えば、製造過程でカーボンバインダーの添加量を多くすると、カーボンバインダー残渣が多くなり易い。そのため、電極の剛性が高まり易い。その結果、上記圧縮ひずみが小さくなり易い。
【０１５２】
各パラメータの測定方法の詳細は、各パラメータの項目を参照するとよい。
初期厚さｔ０は、上述のようにＪＩＳ法に準拠して、市販の厚さ測定装置（例、株式会社テクロック製の定圧厚さ測定器ＰＧ−１６Ｊ、測定子径：Φ２５．２ｍｍ）を用いて測定する（面圧：０．７ｋＰａ、時間：１０秒間）。
上記圧縮ひずみは、上記の初期厚さｔ０と、厚さｔ０．８とを用いて求める。厚さｔ０．８は、市販の強度評価装置（例、株式会社島津製作所製の微小強度評価試験機ＭＳＴ−Ｉ  ｔｙｐｅ  ＨＲ）を用いて、上述のように０．８ＭＰａの面圧を負荷した状態で測定する。
嵩密度は、上述のように市販の三次元画像解析装置（例、ＺＥＩＳＳ社製のＸｒａｄｉａ５２０Ｖｅｒｓａ）によって、Ｘ線−ＣＴ三次元画像を取得し、空隙率を嵩密度に変換して求めるとよい。
剛軟度は、上述のようにガーレ式剛軟度試験に準拠して、市販の測定装置（例、株式会社東洋精機製作所、デジタルガーレ・柔軟度試験機、型番Ｎｏ．８２６）を用いて求めるとよい。
クラスタ径は、上述のようにＳＡＸＳを用いて求めるとよい。
当量質量ＥＷは、フッ素系高分子電解質ポリマーを塩置換した溶液をアルカリ溶液で逆滴定して求めるとよい。
【０１５３】
上述の０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが異なる電極の製造方法に関する事項、及び各パラメータの測定方法については、後述する試験例２〜１０も同様に適用される。
【０１５４】
《試料の説明》
各試料における０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみ（％）は、１８％以上６５％以下の範囲であり、表１に示す値（％）である。
試料Ｎｏ．１００の上記圧縮ひずみは２０％未満である。セル抵抗の評価、圧損の評価において、試料Ｎｏ．１００は、その他の試料に対する「基準」とする。
試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の上記圧縮ひずみは２０％以上６０％以下である。
試料Ｎｏ．２００の上記圧縮ひずみは６０％超である。
以下、試験例１〜１０において、「０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％未満である試料」を従来試料と呼ぶことがある。
【０１５５】
【表１】
2020157837.tif 000003
【０１５６】
表１に示すように、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３は、従来試料Ｎｏ．１００に比較して、同等程度の圧損を有しつつ、セル抵抗を低減できることが分かる。また、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３は、性能の安定性の評価から、低いセル抵抗を安定して有することが分かる。一方、試料Ｎｏ．２００のセル抵抗及び圧損は、従来試料Ｎｏ．１００に比較して高い。また、試料Ｎｏ．２００は、従来試料Ｎｏ．１００に比較してセル抵抗の安定性に劣る。
【０１５７】
試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３が圧損の増大を招き難く、セル抵抗をより低減できる理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３では、電極が硬過ぎない。そのため、電極の一部が双極板の流路（溝）に若干入り込める。その結果、これらの試料は、電池反応を良好に行えてセル抵抗を低減できる、と考えられる。また、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３では、電極が柔らか過ぎない。そのため、電極が上記流路に大きく侵入しない。その結果、これらの試料は、流路内における電解液の流通性に優れて圧損を増大させ難い、と考えられる。一方、試料Ｎｏ．２００は、電極が柔らか過ぎて上記流路に入り込み過ぎることで、セル抵抗の増大及び圧損の増大を招いた、と考えられる。
【０１５８】
この試験から、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％以上６０％以下の電極を備えるＲＦ電池は、上述の従来試料の電極を備える場合に比較して、セル抵抗を低減したり、圧損の増大を抑制したりして、電池性能を向上できることが示された。
【０１５９】
〈試験例２〉
０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが異なる電極と、流路の溝幅が異なる双極板とを用いて、上述のようにＲＦ電池を構築してセル抵抗、圧損、性能の安定性を評価し、評価結果を表２に示す。
【０１６０】
試験例２に用いた各試料の電極は、カーボン繊維と、カーボンバインダー残渣と、カーボン粒子とを含むカーボン紙であり、かつ、以下の条件を満たす。
《電極の条件》
カーボン粒子の組成：平均粒径が４８０ｎｍのカーボンブラック
カーボン粒子の含有量：カーボン紙を１００質量％として２５質量％
初期厚さｔ０：０．７５ｍｍ
嵩密度：０．３２ｇ／ｃｍ３、
電極は、電極の厚さ方向に一様な嵩密度を有し、極大値を有さない。
剛軟度：１７０ｍＮ
触媒：担持せず
【０１６１】
試験例２に用いた各試料の隔膜は、以下の条件を満たす。
《隔膜の条件》
隔膜の厚さ：２５μｍ
イオン交換基のクラスタ径：２．７ｎｍ
当量質量ＥＷ：８５０ｇ／ｅｑ
【０１６２】
試験例２に用いた各試料の双極板に設けられた流路は、以下の条件を満たす。
《流路の条件》
溝幅：０．５５ｍｍ以上５．２ｍｍ以下の範囲であり、表２に示す値（ｍｍ）
溝深さ：１．５ｍｍ
溝幅、及び溝深さは、溝の長手方向に一様である。
【０１６３】
《試料の説明》
試料Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１０４は、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％未満である従来試料である。各試料の上記圧縮ひずみ（％）を表２に示す。セル抵抗の評価及び圧損の評価において、試料Ｎｏ．１０１は、試料Ｎｏ．５１に対する「基準」とする。試料Ｎｏ．１０２〜Ｎｏ．１０４は順に、試料Ｎｏ．４，Ｎｏ．５，Ｎｏ．６及びＮｏ．５２に対する「基準」とする。
試料Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６の上記圧縮ひずみは３５％であり、溝幅は０．６ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である。
試料Ｎｏ．５１の上記圧縮ひずみは３５％であり、溝幅は０．６ｍｍ未満である。試料Ｎｏ．５２の上記圧縮ひずみは３５％であり、溝幅は５．０ｍｍ超である。
【０１６４】
【表２】
2020157837.tif 000004
【０１６５】
以下、基本的には、溝幅が同じである試料同士を比較する。
表２に示すように、試料Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６はそれぞれ、従来試料Ｎｏ．１０２〜Ｎｏ．１０４に比較して、同等程度の圧損を有しつつ、セル抵抗を低減できることが分かる。また、試料Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６は、性能の安定性の評価から、低いセル抵抗を安定して有することが分かる。更に、試料Ｎｏ．４のセル抵抗は、試料Ｎｏ．５１のセル抵抗に比較して低い。試料Ｎｏ．６のセル抵抗及び圧損は、試料Ｎｏ．５２のセル抵抗及び圧損に比較して低い。
【０１６６】
試料Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６が圧損の増大を招き難く、セル抵抗をより低減できる理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６では、電極が硬過ぎず、かつ双極板の流路（溝）の溝幅が適切である。そのため、電極の一部が双極板の流路に若干入り込める。その結果、これらの試料は、電池反応を良好に行えてセル抵抗を低減できる、と考えられる。また、試料Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６では、電極が柔らか過ぎず、かつ上記溝幅が適切である。そのため、電極が上記流路に入り込み過ぎない。その結果、これらの試料は、流路内における電解液の流通性に優れて圧損を増大させ難い、と考えられる。
【０１６７】
一方、試料Ｎｏ．５１のセル抵抗及び圧損は、従来試料Ｎｏ．１０１と同等程度である。このような結果が得られた理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．５１では、溝幅が細過ぎる。そのため、電極の一部が流路に入り込み難い。その結果、試料Ｎｏ．５１は、上述の流路への若干の入り込みによるセル抵抗の低減効果を十分に得られなかった、と考えられる。また、電極の一部が流路に入り込み難いことで、試料Ｎｏ．５１は、圧損の増大を招き難くなり、従来試料Ｎｏ．１０１の圧損と同等程度になった、と考えられる。
【０１６８】
他方、試料Ｎｏ．５２は、試料Ｎｏ．１０４に比較して、同等程度のセル抵抗を有するものの、圧損の低下が不十分である。このような結果が得られた理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．５２は、電極が双極板の流路（溝）に若干入り込むことによるセル抵抗の低減効果を得ている。しかし、試料Ｎｏ．５２では、溝幅が太過ぎる。そのため、電極が流路に入り込み過ぎて、電極における流路の周囲に電解液が十分に行き渡らない。その結果、試料Ｎｏ．５２は、セル抵抗の低減効果を十分に得られなかった、と考えられる。また、上述のように電極が流路に入り込み過ぎることで、試料Ｎｏ．５２は、圧損を増大させ易くなった、と考えられる。
【０１６９】
この試験から、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％以上６０％以下の電極を備えるＲＦ電池は、更に、溝幅が０．６ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である流路が設けられた双極板を備えると、電池性能をより確実に向上できることが示された。
【０１７０】
〈試験例３〉
０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが異なる電極と、流路の溝深さが異なる双極板とを用いて、上述のようにＲＦ電池を構築してセル抵抗、圧損、性能の安定性を評価し、評価結果を表３に示す。
【０１７１】
試験例３に用いた各試料の電極は、カーボン繊維と、カーボンバインダー残渣と、カーボン粒子とを含むカーボン紙であり、かつ、以下の条件を満たす。
《電極の条件》
カーボン粒子の組成：平均粒径が１０μｍの黒鉛粒子
カーボン粒子の含有量：カーボン紙を１００質量％として４０質量％
初期厚さｔ０：０．９ｍｍ
嵩密度：０．３５ｇ／ｃｍ３
電極は、電極の厚さ方向に一様な嵩密度を有し、極大値を有さない。
剛軟度：２１０ｍＮ
触媒：担持せず
【０１７２】
試験例３に用いた各試料の隔膜は、以下の条件を満たす。
《隔膜の条件》
隔膜の厚さ：１５μｍ
イオン交換基のクラスタ径：２．５ｎｍ
当量質量ＥＷ：７００ｇ／ｅｑ
【０１７３】
試験例３に用いた各試料の双極板に設けられた流路は、以下の条件を満たす。
《流路の条件》
溝幅：２．０ｍｍ
溝深さ：０．５５ｍｍ以上５．２ｍｍ以下の範囲であり、表３に示す値（ｍｍ）
溝幅、及び溝深さは、溝の長手方向に一様である。
【０１７４】
《試料の説明》
試料Ｎｏ．１０５〜Ｎｏ．１０８は、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％未満である従来試料である。各試料の上記圧縮ひずみ（％）を表３に示す。セル抵抗の評価及び圧損の評価において、試料Ｎｏ．１０５は、試料Ｎｏ．５３に対する「基準」とする。試料Ｎｏ．１０６〜Ｎｏ．１０８は順に、試料Ｎｏ．７，Ｎｏ．８，Ｎｏ．９及びＮｏ．５４に対する「基準」とする。
試料Ｎｏ．７〜Ｎｏ．９の上記圧縮ひずみは５０％であり、溝深さは０．６ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である。
試料Ｎｏ．５３の上記圧縮ひずみは５０％であり、溝深さは０．６ｍｍ未満である。試料Ｎｏ．５４の上記圧縮ひずみは５０％であり、溝深さは５．０ｍｍ超である。
【０１７５】
【表３】
2020157837.tif 000005
【０１７６】
以下、基本的には、溝深さが同じである試料同士を比較する。
表３に示すように、試料Ｎｏ．７〜Ｎｏ．９はそれぞれ、従来試料Ｎｏ．１０６〜Ｎｏ．１０８に比較して、同等程度の圧損を有しつつ、セル抵抗を低減できることが分かる。また、試料Ｎｏ．７〜Ｎｏ．９は、性能の安定性の評価から、低いセル抵抗を安定して有することが分かる。更に、試料Ｎｏ．７のセル抵抗及び圧損は、試料Ｎｏ．５３のセル抵抗及び圧損に比較して低い。試料Ｎｏ．９のセル抵抗は、試料Ｎｏ．５４のセル抵抗に比較して低い。
【０１７７】
試料Ｎｏ．７〜Ｎｏ．９が圧損の増大を招き難く、セル抵抗をより低減できる理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．７〜Ｎｏ．９では、電極が硬過ぎず、かつ双極板の流路（溝）の溝深さが適切である。そのため、電極の一部が双極板の流路に若干入り込める。その結果、これらの試料は、電池反応を良好に行えてセル抵抗を低減できる、と考えられる。また、試料Ｎｏ．７〜Ｎｏ．９では、電極が柔らか過ぎず、かつ上記溝深さが適切である。そのため、電極が上記流路に入り込み過ぎない。その結果、これらの試料は、流路内における電解液の流通性に優れて圧損を増大させ難い、と考えられる。
【０１７８】
一方、試料Ｎｏ．５３は、従来試料Ｎｏ．１０５に比較して、同等程度のセル抵抗を有するものの、圧損の低下が不十分である。このような結果が得られた理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．５３では、溝深さが浅過ぎる。そのため、試料Ｎｏ．５３は、上述の電極における流路への入り込みによってセル抵抗を若干低くできたものの、電解液の流通性を低下させ易くなった、と考えられる。
【０１７９】
他方、試料Ｎｏ．５４のセル抵抗及び圧損は、従来試料Ｎｏ．１０８と同等程度である。このような結果が得られた理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．５４では、溝深さが深過ぎる。そのため、試料Ｎｏ．５４は、上述の流路への若干の入り込みによるセル抵抗の低減効果を十分に得難かった、と考えられる。電極が流路に入り込み過ぎないことで、試料Ｎｏ．５４は、電解液の流通性に優れて、圧損の増大を招き難かった、と考えられる。
【０１８０】
この試験から、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％以上６０％以下の電極を備えるＲＦ電池は、更に、溝深さが０．６ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である流路が設けられた双極板を備えると、電池性能をより確実に向上できることが示された。
【０１８１】
〈試験例４〉
０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが異なると共に、カーボン粒子の含有量が異なる電極を用いて、上述のようにＲＦ電池を構築してセル抵抗、圧損、性能の安定性を評価し、評価結果を表４に示す。
【０１８２】
試験例４に用いた各試料の電極は、カーボン繊維と、カーボンバインダー残渣と、カーボン粒子とを含むカーボン紙であり、かつ、以下の条件を満たす。
《電極の条件》
カーボン粒子の組成：平均粒径が２５０ｎｍのカーボンブラック及び平均粒径が３０μｍの黒鉛粒子の少なくとも一方
カーボン粒子の含有量（ここでは合計含有量）：カーボン紙を１００質量％として、９質量％以上５５質量％以下の範囲であり、表４に示す量（質量％）
初期厚さｔ０：０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下
嵩密度：０．１１ｇ／ｃｍ３以上０．７ｇ／ｃｍ３以下
電極は、電極の厚さ方向に一様な嵩密度を有し、極大値を有さない。
剛軟度：１０ｍＮ以上４５０ｍＮ以下
触媒：担持せず
【０１８３】
試験例４に用いた各試料の隔膜は、以下の条件を満たす。
《隔膜の条件》
隔膜の厚さ：３０μｍ
イオン交換基のクラスタ径：２．７ｎｍ
当量質量ＥＷ：９５０ｇ／ｅｑ
【０１８４】
試験例４に用いた各試料の双極板に設けられた流路は、以下の条件を満たす。
《流路の条件》
溝幅：２．０ｍｍ
溝深さ：１．５ｍｍ
溝幅、及び溝深さは、溝の長手方向に一様である。
【０１８５】
《試料の説明》
試料Ｎｏ．１０９〜Ｎｏ．１１１は、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％未満である従来試料である。セル抵抗の評価及び圧損の評価において、試料Ｎｏ．１０９〜Ｎｏ．１１１は順に、試料Ｎｏ．５５及びＮｏ．１０，Ｎｏ．１１，Ｎｏ．１２及びＮｏ．５６に対する「基準」とする。
試料Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１２の上記圧縮ひずみは３０％又は５０％であり、カーボン粒子の含有量は１０質量％以上５０質量％以下である。
これらの試料の上記圧縮ひずみ（％）を表４に示す。
試料Ｎｏ．５５の上記圧縮ひずみは４０％であり、カーボン粒子の含有量は１０質量％未満である。試料Ｎｏ．５６の上記圧縮ひずみは３５％であり、カーボン粒子の含有量は５０質量％超である。
【０１８６】
【表４】
2020157837.tif 000006
【０１８７】
以下、基本的には、カーボン粒子の含有量が同じである試料同士を比較する。
表４に示すように、試料Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１２はそれぞれ、従来試料Ｎｏ．１０９〜Ｎｏ．１１１に比較して、同等程度の圧損を有しつつ、セル抵抗を非常に低減できることが分かる。また、試料Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１２は、性能の安定性の評価から、低いセル抵抗を安定して有することが分かる。更に、試料Ｎｏ．１０のセル抵抗は、試料Ｎｏ．５５のセル抵抗に比較して低い。試料Ｎｏ．１２のセル抵抗及び圧損は、試料Ｎｏ．５６のセル抵抗及び圧損に比較して低い。
【０１８８】
試料Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１２が圧損の増大を招き難く、セル抵抗を非常に低減できる理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１２では、電極が硬過ぎず、かつカーボン粒子の含有量が適切である。そのため、これらの試料は、電極の一部が双極板の流路（溝）に若干入り込めることと、カーボン粒子の含有による表面積の増大とによって、電池反応を更に良好に行えてセル抵抗を非常に低減できる、と考えられる。また、試料Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１２では、電極が柔らか過ぎず、かつカーボン粒子の含有量が適切である。そのため、これらの試料は、電極が上記流路に大きく侵入せず、かつカーボン粒子による流通性の阻害を招き難いことで、流路内における電解液の流通性に優れて圧損を増大させ難い、と考えられる。
【０１８９】
一方、試料Ｎｏ．５５のセル抵抗及び圧損は、従来試料Ｎｏ．１０９と同等程度である。このような結果が得られた理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．５５は、電極における双極板の流路（溝）への若干の入り込み及びカーボン粒子の含有によって、セル抵抗の低減効果を得ている。試料Ｎｏ．１０９は、試料Ｎｏ．５５よりも多くのカーボン粒子を含むため、カーボン粒子の含有によるセル抵抗の低減効果をより得ている。これらのことから、試料Ｎｏ．５５，Ｎｏ．１０９のセル抵抗は同等程度になった、と考えられる。また、試料Ｎｏ．５５における上述の電極の圧縮ひずみは試料Ｎｏ．１０９に比較して大きいものの、試料Ｎｏ．５５のカーボン粒子の含有量は試料Ｎｏ．１０９よりも少ない。そのため、試料Ｎｏ．５５の圧損は、カーボン粒子が多い試料Ｎｏ．１０９と同等程度になった、と考えられる。
【０１９０】
他方、試料Ｎｏ．５６は、従来試料Ｎｏ．１１１と比較して、同等程度のセル抵抗を有するものの、圧損の低下が不十分である。このような結果が得られた理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．５６は、電極における双極板の流路（溝）への若干の入り込み及びカーボン粒子の含有によって、セル抵抗の低減効果を得ている。しかし、カーボン粒子が多過ぎるため、電極内における電解液の流通性に劣り、電極に電解液が十分に拡散されない。その結果、試料Ｎｏ．５６は、セル抵抗の低減効果を十分に得られなかった、と考えられる。試料Ｎｏ．５６は、上述のように電極内における電解液の流通性の低下によって圧損を増大させ易くなった、と考えられる。
【０１９１】
この試験から、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％以上６０％以下の電極を備えるＲＦ電池は、更に、電極がカーボン粒子を含む場合にカーボン粒子の含有量が１０質量％以上５０質量％以下であると、電池性能をより確実に向上できることが示された。
【０１９２】
〈試験例５〉
０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが異なると共に、初期厚さｔ０が異なる電極を用いて、上述のようにＲＦ電池を構築してセル抵抗、圧損、性能の安定性を評価し、評価結果を表５に示す。
【０１９３】
試験例５に用いた各試料の電極は、カーボン繊維と、カーボンバインダー残渣とを含むカーボン紙であり、カーボン粒子を含んでおらず、かつ、以下の条件を満たす。
《電極の条件》
初期厚さｔ０：０．２５ｍｍ以上２．３ｍｍ以下の範囲であり、表５に示す値（ｍｍ）
嵩密度：０．１１ｇ／ｃｍ３以上０．７ｇ／ｃｍ３以下
電極は、電極の厚さ方向に一様な嵩密度を有し、極大値を有さない。
剛軟度：１０ｍＮ以上４５０ｍＮ以下
触媒：担持せず
【０１９４】
試験例５に用いた各試料の隔膜は、以下の条件を満たす。
《隔膜の条件》
隔膜の厚さ：４５μｍ
イオン交換基のクラスタ径：２．９ｎｍ
当量質量ＥＷ：６５０ｇ／ｅｑ
【０１９５】
試験例５に用いた各試料の双極板に設けられた流路は、以下の条件を満たす。
《流路の条件》
溝幅：２．０ｍｍ又は３．０ｍｍであり、表５に示す値（ｍｍ）
溝深さ：１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍのいずれかであり、表５に示す値（ｍｍ）
溝幅、及び溝深さは、溝の長手方向に一様である。
【０１９６】
《試料の説明》
試料Ｎｏ．１１２〜Ｎｏ．１１４は、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％未満である従来試料である。セル抵抗の評価及び圧損の評価において、試料Ｎｏ．１１２〜Ｎｏ．１１４は順に、試料Ｎｏ．５７及びＮｏ．１３，Ｎｏ．１４，Ｎｏ．１５及びＮｏ．５８に対する「基準」とする。
試料Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．１５の上記圧縮ひずみは２３％、３０％、３５％のいずれかであり、電極の初期厚さｔ０は０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。
これらの試料の上記圧縮ひずみ（％）を表５に示す。
試料Ｎｏ．５７の上記圧縮ひずみは３０％であり、電極の初期厚さｔ０は０．３ｍｍ未満である。試料Ｎｏ．５８の上記圧縮ひずみは３５％であり、電極の初期厚さｔ０は２．０ｍｍ超である。
【０１９７】
【表５】
2020157837.tif 000007
【０１９８】
以下、基本的には、電極の初期厚さｔ０が同じである試料同士を比較する。
表５に示すように、試料Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．１５はそれぞれ、従来試料Ｎｏ．１１２〜Ｎｏ．１１４に比較して、同等程度の圧損を有しつつ、セル抵抗を低減できることが分かる。また、試料Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．１５は、性能の安定性の評価から、低いセル抵抗を安定して有することが分かる。更に、試料Ｎｏ．１３のセル抵抗は、試料Ｎｏ．５７のセル抵抗に比較して低い。試料Ｎｏ．１５のセル抵抗は、試料Ｎｏ．５８のセル抵抗に比較して低い。
【０１９９】
試料Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．１５が圧損の増大を招き難く、セル抵抗をより低減できる理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．１５では、電極が硬過ぎず、かつ初期厚さｔ０が適切である。そのため、これらの試料は、電極の一部が双極板の流路（溝）に若干入り込めることと、電極が大きな表面積を有し易いこととによって、電池反応を良好に行えてセル抵抗を低減できる、と考えられる。また、試料Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．１５では、電極が柔らか過ぎず、かつ初期厚さｔ０が適切である。そのため、これらの試料は、電極が上記流路に大きく侵入せず、かつ電極内における電解液の流速を低下させ難いことで、電解液の流通性に優れて圧損を増大させ難い、と考えられる。
【０２００】
一方、試料Ｎｏ．５７のセル抵抗及び圧損は、従来試料Ｎｏ．１１２と同等程度である。この理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．５７は、電極が双極板の流路（溝）に若干入り込むことによるセル抵抗の低減効果を得ている。しかし、電極の初期厚さｔ０が薄過ぎるため、電極の表面積を十分に確保し難い。その結果、試料Ｎｏ．５７は、セル抵抗の低減効果を十分に得られなかった、と考えられる。電極が流路に入り込み過ぎないことで、試料Ｎｏ．５７は、電解液の流通性に優れて、圧損の増大を招き難かった、と考えられる。
【０２０１】
他方、試料Ｎｏ．５８のセル抵抗及び圧損は、従来試料Ｎｏ．１１４と同等程度である。この理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．５８は、電極が双極板の流路（溝）に若干入り込むことによるセル抵抗の低減効果を得ている。しかし、電極の初期厚さｔ０が厚過ぎるため、電極内における電解液の流速を低下させ易く、電極に電解液が行き渡り難い。その結果、試料Ｎｏ．５８は、セル抵抗の低減効果を十分に得られなかった、と考えられる。電極が流路に入り込み過ぎないことで、試料Ｎｏ．５８は、電解液の流通性に優れて、圧損の増大を招き難かった、と考えられる。
【０２０２】
この試験から、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％以上６０％以下の電極を備えるＲＦ電池は、更に、電極の初期厚さｔ０が０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であると、電池性能をより確実に向上できることが示された。
【０２０３】
（試験例６）
０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが異なると共に、電極の嵩密度が異なる電極を用いて、上述のようにＲＦ電池を構築してセル抵抗、圧損、性能の安定性を評価し、評価結果を表６に示す。
【０２０４】
試験例６に用いた各試料の電極は、カーボン繊維と、カーボンバインダー残渣とを含むカーボン紙であり、カーボン粒子を含んでおらず、かつ、以下の条件を満たす。
《電極の条件》
初期厚さｔ０：０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下
嵩密度：０．１０ｇ／ｃｍ３以上０．７３ｇ／ｃｍ３以下であり、表６に示す値（ｇ／ｃｍ３）
剛軟度：１０ｍＮ以上４５０ｍＮ以下
触媒：担持せず
【０２０５】
試験例６に用いた各試料の隔膜は、以下の条件を満たす。
《隔膜の条件》
隔膜の厚さ：２０μｍ
イオン交換基のクラスタ径：２．７ｎｍ
当量質量ＥＷ：７５０ｇ／ｅｑ
【０２０６】
試験例６に用いた各試料の双極板に設けられた流路は、以下の条件を満たす。
《流路の条件》
溝幅：２．０ｍｍ
溝深さ：１．５ｍｍ
溝幅、及び溝深さは、溝の長手方向に一様である。
【０２０７】
《試料の説明》
試料Ｎｏ．１１５〜Ｎｏ．１１８は、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％未満である従来試料である。セル抵抗の評価及び圧損の評価において、試料Ｎｏ．１１５は、試料Ｎｏ．５９に対する「基準」とする。試料Ｎｏ．１１６〜Ｎｏ．１１８は順に、試料Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．１８，Ｎｏ．１９及びＮｏ．２０，Ｎｏ．２１及びＮｏ．６０に対する「基準」とする。
試料Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．２１の上記圧縮ひずみは２５％、３０％、５０％のいずれかであり、電極の嵩密度は０．１１ｇ／ｃｍ３以上０．７ｇ／ｃｍ３以下である。
これらの試料の上記圧縮ひずみ（％）を表６に示す。
試料Ｎｏ．５９の上記圧縮ひずみは５５％であり、電極の嵩密度は０．１１ｇ／ｃｍ３未満である。試料Ｎｏ．６０の上記圧縮ひずみは２５％であり、電極の嵩密度は０．７ｇ／ｃｍ３超である。
【０２０８】
表６の嵩密度の欄に（＊）を付した試料Ｎｏ．１７の電極は、隔膜との近傍領域に嵩密度の極大値を有する。上記嵩密度の欄に（＊＊）を付した試料Ｎｏ．１８の電極は、双極板との近傍領域に嵩密度の極大値を有する。上記嵩密度の欄に（＊＊＊）を付した試料Ｎｏ．２０の電極は、隔膜との近傍領域及び双極板との近傍領域の双方に嵩密度の極大値を有する。これらの試料の電極は、上述の懸濁液の塗布、乾燥、揮発という処理を行うことで作製する。
【０２０９】
【表６】
2020157837.tif 000008
【０２１０】
以下、基本的には、電極の嵩密度が同じである試料同士を比較する。
表６に示すように、試料Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．２１はそれぞれ、従来試料Ｎｏ．１１６〜Ｎｏ．１１８に比較して、同等程度以上の圧損を有しつつ、セル抵抗を低減できることが分かる。また、試料Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．２１は、性能の安定性の評価から、低いセル抵抗を安定して有することが分かる。更に、試料Ｎｏ．１６のセル抵抗は、試料Ｎｏ．５９のセル抵抗に比較して低い。試料Ｎｏ．２１のセル抵抗及び圧損は、試料Ｎｏ．６０のセル抵抗及び圧損に比較して低い。
【０２１１】
試料Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．２１が圧損の増大を招き難く、セル抵抗をより低減できる理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．２１では、電極が硬過ぎず、かつ嵩密度が適切である。そのため、これらの試料は、電極の一部が双極板の流路（溝）に若干入り込めることと、電極が大きな表面積を有し易いこととによって、電池反応を良好に行えてセル抵抗を低減できる、と考えられる。また、試料Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．２１では、電極が柔らか過ぎず、かつ嵩密度が適切である。そのため、これらの試料は、電極が上記流路に大きく侵入せず、かつ電極を構成するカーボン素材が多過ぎないことで、電解液の流通性に優れて圧損を増大させ難い、と考えられる。
【０２１２】
特に、試料Ｎｏ．１７，Ｎｏ．１８，Ｎｏ．２０に示すように、電極における隔膜の近傍領域及び双極板の近傍領域の少なくとも一方に嵩密度の極大値を有すると、セル抵抗を非常に低減できることが分かる。この理由の一つは、以下のように考えられる。上記隔膜の近傍領域に嵩密度の極大値を有する電極は、電解液中の活物質との反応性を高められることでセル抵抗を低減し易い、と考えられる。上記双極板の近傍領域に嵩密度の極大値を有する電極は、双極板との接触抵抗を低減できることでセル抵抗を低減し易い、と考えられる。この試験では、試料Ｎｏ．１７に示すように、電極が上記隔膜の近傍領域に嵩密度の極大値を有すると、圧損も非常に低減できるといえる。この理由の一つは、以下のように考えられる。電極全体の嵩密度は０．１１ｇ／ｃｍ３であっても、電極の表層のうち、隔膜の近傍領域の嵩密度が相対的に高ければ、双極板の近傍領域の嵩密度が相対的に低くなる。そのため、試料Ｎｏ．１７では、圧損が低下すると考えられる。
【０２１３】
一方、試料Ｎｏ．５９のセル抵抗及び圧損は、従来試料Ｎｏ．１１５と同等程度である。この理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．５９は、電極が双極板の流路（溝）に若干入り込むことによるセル抵抗の低減効果を得ている。しかし、電極の嵩密度が小さ過ぎるため、電極の表面積を十分に確保し難い。その結果、試料Ｎｏ．５９は、セル抵抗の低減効果を十分に得られなかった、と考えられる。電極が流路に入り込み過ぎないことで、試料Ｎｏ．５９は、電解液の流通性に優れて、圧損の増大を招き難かった、と考えられる。
【０２１４】
他方、試料Ｎｏ．６０は、従来試料Ｎｏ．１１８に比較して、同等程度のセル抵抗を有するものの、圧損の低下が不十分である。この理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．６０は、電極が双極板の流路（溝）に若干入り込むことによるセル抵抗の低減効果を得ている。しかし、電極の嵩密度が大き過ぎるため、電極内における電解液の流速を低下させ易く、電極に電解液が行き渡り難い。その結果、試料Ｎｏ．６０は、セル抵抗の低減効果を十分に得られなかった、と考えられる。また、試料Ｎｏ．６０は、上述の電極内における電解液の流速の低下により、圧損を増大させ易かった、と考えられる。
【０２１５】
この試験から、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％以上６０％以下の電極を備えるＲＦ電池は、更に、電極の嵩密度が０．１１ｇ／ｃｍ３以上０．７ｇ／ｃｍ３以下であると、電池性能をより確実に向上できることが示された。
【０２１６】
（試験例７）
０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが異なると共に、電極の剛軟度が異なる電極を用いて、上述のようにＲＦ電池を構築してセル抵抗、圧損、性能の安定性を評価し、評価結果を表７に示す。
【０２１７】
試験例７に用いた各試料の電極は、カーボン繊維と、カーボンバインダー残渣とを含むカーボン紙であり、カーボン粒子を含んでおらず、かつ、以下の条件を満たす。
《電極の条件》
初期厚さｔ０：０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下
嵩密度：０．１０ｇ／ｃｍ３以上０．７ｇ／ｃｍ３以下
電極は、電極の厚さ方向に一様な嵩密度を有し、極大値を有さない。
剛軟度：８ｍＮ以上４７０ｍＮ以下であり、表７に示す値（ｍＮ）
触媒：担持せず
【０２１８】
試験例７に用いた各試料の隔膜は、以下の条件を満たす。
《隔膜の条件》
隔膜の厚さ：２０μｍ、３０μｍ、５５μｍのいずれかであり、表７に示す値（μｍ）
イオン交換基のクラスタ径：２．７ｎｍ
当量質量ＥＷ：７５０ｇ／ｅｑ
【０２１９】
試験例７に用いた各試料の双極板に設けられた流路は、以下の条件を満たす。
《流路の条件》
溝幅：３．０ｍｍ
溝深さ：１．０ｍｍ
溝幅、及び溝深さは、溝の長手方向に一様である。
【０２２０】
《試料の説明》
試料Ｎｏ．１１９〜Ｎｏ．１２２は、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％未満である従来試料である。セル抵抗の評価及び圧損の評価において、試料Ｎｏ．１１９〜Ｎｏ．１２２は順に、試料Ｎｏ．６１及びＮｏ．２２，Ｎｏ．２３，Ｎｏ．２４，Ｎｏ．２５及びＮｏ．６２に対する「基準」とする。
試料Ｎｏ．２２〜Ｎｏ．２５の上記圧縮ひずみは３０％、４０％、５０％のいずれかであり、電極の剛軟度は１０ｍＮ以上４５０ｍＮ以下である。
これらの試料の上記圧縮ひずみ（％）を表７に示す。
試料Ｎｏ．６１の上記圧縮ひずみは５０％であり、電極の剛軟度は１０ｍＮ未満である。試料Ｎｏ．６２の上記圧縮ひずみは３２％であり、電極の剛軟度は４５０ｍＮ超である。
【０２２１】
【表７】
2020157837.tif 000009
【０２２２】
以下、基本的には、電極の剛軟度が同じである試料同士を比較する。
表７に示すように、試料Ｎｏ．２２〜Ｎｏ．２５はそれぞれ、従来試料Ｎｏ．１１９〜Ｎｏ．１２２に比較して、同等程度の圧損を有しつつ、セル抵抗を低減できることが分かる。また、試料Ｎｏ．２２〜Ｎｏ．２５は、性能の安定性の評価から、低いセル抵抗を安定して有することが分かる。更に、試料Ｎｏ．２２のセル抵抗及び圧損は、試料Ｎｏ．６１のセル抵抗及び圧損に比較して低い。試料Ｎｏ．２５のセル抵抗は、試料Ｎｏ．６２のセル抵抗に比較して低い。
【０２２３】
試料Ｎｏ．２２〜Ｎｏ．２５が圧損の増大を招き難く、セル抵抗をより低減できる理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．２２〜Ｎｏ．２５では、電極が硬過ぎず、かつ剛軟度が適切である。そのため、これらの試料は、電極の一部が双極板の流路（溝）に若干入り込むことによるセル抵抗の低減効果を良好に得られる、と考えられる。また、試料Ｎｏ．２２〜Ｎｏ．２５では、電極が柔らか過ぎず、かつ剛軟度が適切である。そのため、これらの試料は、電極が上記流路に入り込み過ぎることを抑制でき、電解液の流通性に優れて圧損を増大させ難い、と考えられる。
【０２２４】
一方、試料Ｎｏ．６１は、従来試料Ｎｏ．１１９と比較して、同等程度のセル抵抗を有するものの、圧損の低下が不十分である。このような結果が得られた理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．６１は、電極が双極板の流路（溝）に若干入り込むことによるセル抵抗の低減効果を得ている。しかし、電極の剛軟度が小さ過ぎるため、電極が流路に入り込み過ぎる。電極が過度に入り込むことによって、電極における流路の周囲に電解液が十分に行き渡らない。その結果、試料Ｎｏ．６１は、セル抵抗の低減効果を十分に得られなかった、と考えられる。また、試料Ｎｏ．６１は、上述のように電極が流路に入り込み過ぎることで、圧損を増大させ易かった、と考えられる。
【０２２５】
他方、試料Ｎｏ．６２のセル抵抗及び圧損は、従来試料Ｎｏ．１２２と同等程度である。この理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．６２は、電極が双極板の流路（溝）に若干入り込むことによるセル抵抗の低減効果を得ている。しかし、電極の剛軟度が大き過ぎるため、上述の電極における流路への入り込み量を十分に確保できない。その結果、試料Ｎｏ．６２は、セル抵抗の低減効果を十分に得られなかった、と考えられる。電極が流路に入り込み過ぎないことで、試料Ｎｏ．６２は、電解液の流通性に優れて、圧損の増大を招き難かった、と考えられる。
【０２２６】
この試験から、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％以上６０％以下の電極を備えるＲＦ電池は、更に、電極の剛軟度が１０ｍＮ以上４５０ｍＮ以下であると、電池性能をより確実に向上できることが示された。
【０２２７】
（試験例８）
０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが異なると共に、触媒を担持する電極を用いて、上述のようにＲＦ電池を構築してセル抵抗、圧損、性能の安定性を評価し、評価結果を表８に示す。
【０２２８】
試験例８に用いた各試料の電極の基本的構成は、上述の試験例７の試料Ｎｏ．２３と同様である。但し、試験例８の各試料の電極は、触媒を担持する。そのため、試験例８の各試料の電極における０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが試料Ｎｏ．２３と異なる。試験例８の各試料の電極は、上記圧縮ひずみが２９．５％を満たし、かつ上述の《電極の条件》を満たすように、触媒の担持量を調整する。触媒の担持量は、各試料の電極を１００質量％として、１質量％以上１５質量％以下の範囲で選択する。
【０２２９】
《試料の説明》
試料Ｎｏ．２６〜Ｎｏ．３９の電極は、酸化物又は炭化物からなる触媒を担持する。触媒の組成は、表８に示す試料順に、炭化タングステン（ＷＣ）、酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３）、炭化珪素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、酸化レニウム（ＲｅＯ３）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化イリジウム（ＩｒＯ２）、ルテニウム酸バリウム（ＢａＲｕＯ２）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、酸化鉛（ＰｂＯ）である。
セル抵抗の評価及び圧損の評価において、試料Ｎｏ．２３は、その他の試料に対する「基準」とする。
【０２３０】
【表８】
2020157837.tif 000010
【０２３１】
表８に示すように、試料Ｎｏ．２６〜Ｎｏ．３９はいずれも、試料Ｎｏ．２３に比較して、同等程度の圧損を有しつつ、セル抵抗を更に低減できることが分かる。つまり、試料Ｎｏ．２６〜Ｎｏ．３９はいずれも、上述の試験例７の従来試料Ｎｏ．１２０に比較して、同等程度の圧損を有しつつ、セル抵抗を非常に低減できるといえる。
【０２３２】
この試験から、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％以上６０％以下の電極を備えるＲＦ電池は、更に、電極が触媒を担持することで、電池性能をより向上できることが示された。
【０２３３】
（試験例９）
０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが異なる電極と、厚さが異なる隔膜とを用いて、上述のようにＲＦ電池を構築してセル抵抗、圧損、性能の安定性を評価し、評価結果を表９に示す。
【０２３４】
試験例９に用いた各試料の電極は、カーボン繊維と、カーボンバインダー残渣とを含むカーボン紙であり、カーボン粒子を含んでおらず、かつ、以下の条件を満たす。
《電極の条件》
初期厚さｔ０：０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下
嵩密度：０．１１ｇ／ｃｍ３以上０．７ｇ／ｃｍ３以下
電極は、電極の厚さ方向に一様な嵩密度を有し、極大値を有さない。
剛軟度：１０ｍＮ以上４５０ｍＮ以下
触媒：担持せず
【０２３５】
試験例９に用いた各試料の隔膜は、以下の条件を満たす。
《隔膜の条件》
隔膜の厚さ：５μｍ以上６５μｍ以下であり、表９に示す値（μｍ）
イオン交換基のクラスタ径：２．５ｎｍ以上
当量質量ＥＷ：９５０ｇ／ｅｑ
【０２３６】
試験例９に用いた各試料の双極板に設けられた流路は、以下の条件を満たす。
《流路の条件》
溝幅：２．０ｍｍ
溝深さ：１．５ｍｍ
溝幅、及び溝深さは、溝の長手方向に一様である。
【０２３７】
《試料の説明》
試料Ｎｏ．１２４〜Ｎｏ．１２６は、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％未満である従来試料である。セル抵抗の評価及び圧損の評価において、試料Ｎｏ．１２４〜Ｎｏ．１２６は順に、試料Ｎｏ．６３及びＮｏ．４０，Ｎｏ．４１，Ｎｏ．４２及びＮｏ．６４に対する「基準」とする。
試料Ｎｏ．４０〜Ｎｏ．４２の上記圧縮ひずみは２５％、３０％、４０％のいずれかであり、隔膜の厚さは７μｍ以上６０μｍ以下である。
これらの試料の上記圧縮ひずみ（％）を表９に示す。
試料Ｎｏ．６３の上記圧縮ひずみは３０％であり、隔膜の厚さが７μｍ未満である。試料Ｎｏ．６４の上記圧縮ひずみは２５％であり、隔膜の厚さが６０μｍ超である。
【０２３８】
【表９】
2020157837.tif 000011
【０２３９】
以下、基本的には、隔膜の厚さが同じである試料同士を比較する。
表９に示すように、試料Ｎｏ．４０〜Ｎｏ．４２はそれぞれ、従来試料Ｎｏ．１２４〜Ｎｏ．１２６に比較して、同等程度の圧損を有しつつ、セル抵抗を低減できることが分かる。また、試料Ｎｏ．４０〜Ｎｏ．４２は、性能の安定性の評価から、低いセル抵抗を安定して有することが分かる。更に、試料Ｎｏ．４０のセル抵抗は、試料Ｎｏ．６３のセル抵抗に比較して低い。試料Ｎｏ．４２のセル抵抗は、試料Ｎｏ．６４のセル抵抗に比較して低い。
【０２４０】
試料Ｎｏ．４０〜Ｎｏ．４２が圧損の増大を招き難く、セル抵抗をより低減できる理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．４０〜Ｎｏ．４２では、電極が硬過ぎない。そのため、これらの試料は、電極の一部が双極板の流路（溝）に若干入り込むことによるセル抵抗の低減効果を良好に得られる、と考えられる。また、これらの試料では、隔膜の厚さが適切である。そのため、これらの試料は、隔膜の損傷を防止できる上に、隔膜自体に起因するセル抵抗の増大を招き難い、と考えられる。これに対し、従来試料Ｎｏ．１２４では、電極によって隔膜が部分的に損傷している。そのため、短絡が生じている。この短絡に起因して、従来試料Ｎｏ．１２４ではセル抵抗が増大した、と考えられる。また、隔膜の損傷により、従来試料Ｎｏ．１２４では性能が安定し難かった、と考えられる。
圧損に関して、試料Ｎｏ．４０〜Ｎｏ．４２では、電極が柔らか過ぎない。そのため、これらの試料は、電極が上記流路に大きく侵入せず、電解液の流通性に優れて圧損を増大させ難い、と考えられる。
【０２４１】
一方、試料Ｎｏ．６３のセル抵抗及び圧損は、従来試料Ｎｏ．１２４と同等程度である。この理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．６３は、電極が双極板の流路（溝）に若干入り込むことによるセル抵抗の低減効果を得ている。しかし、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが適切な電極であっても、隔膜が薄過ぎると局所的に損傷することがある。隔膜の損傷によって局所的な短絡が生じた結果、試料Ｎｏ．６３は、セル抵抗の低減効果を十分に得られなかった、と考えられる。また、隔膜の局所的な損傷により、性能が安定し難くなることがある、と考えられる。但し、試料Ｎｏ．６３に備えられる隔膜の損傷は、従来試料Ｎｏ．１２４よりも十分に少ない。このことから、試料Ｎｏ．６３の電極は、従来試料Ｎｏ．１２４の電極よりも隔膜の損傷を防止し易いといえる。電極が流路に入り込み過ぎないことで、試料Ｎｏ．６３は、電解液の流通性に優れて、圧損の増大を招き難かった、と考えられる。
【０２４２】
他方、試料Ｎｏ．６４のセル抵抗及び圧損は、従来試料Ｎｏ．１２６と同等程度である。この理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．６４は、電極が双極板の流路（溝）に若干入り込むことによるセル抵抗の低減効果を得ている。しかし、試料Ｎｏ．６４は、隔膜が厚過ぎることで、隔膜自体の電気抵抗に起因してセル抵抗率の増大を招き、結果として、セル抵抗の低減効果を十分に得られなかった、と考えられる。電極が流路に入り込み過ぎないことで、試料Ｎｏ．６４は、電解液の流通性に優れて、圧損の増大を招き難かった、と考えられる。
【０２４３】
この試験から、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％以上６０％以下の電極を備えるＲＦ電池は、更に、隔膜の厚さが７μｍ以上６０μｍ以下であると、電池性能をより確実に向上できることが示された。
【０２４４】
（試験例１０）
０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが異なる電極と、イオン交換基のクラスタ径及び当量質量ＥＷが異なる隔膜とを用いて、上述のようにＲＦ電池を構築してセル抵抗、圧損、性能の安定性を評価し、評価結果を表１０に示す。
【０２４５】
試験例１０に用いた各試料の電極は、カーボン繊維と、カーボンバインダー残渣とを含むカーボン紙であり、カーボン粒子を含んでおらず、かつ、以下の条件を満たす。
《電極の条件》
初期厚さｔ０：０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下
嵩密度：０．１１ｇ／ｃｍ３以上０．７ｇ／ｃｍ３以下
電極は、電極の厚さ方向に一様な嵩密度を有し、極大値を有さない。
剛軟度：１０ｍＮ以上４５０ｍＮ以下
触媒：担持せず
【０２４６】
試験例１０に用いた各試料の隔膜は、以下の条件を満たす。
《隔膜の条件》
隔膜の厚さ：２０μｍ、２５μｍ、３０μｍのいずれかであり、表１０に示す値（μｍ）
イオン交換基のクラスタ径：２．３ｎｍ以上３．１ｎｍ以下であり、表１０に示す値（ｎｍ）
当量質量ＥＷ：６３０ｇ／ｅｑ以上９８０ｇ／ｅｑ以下であり、表１０に示す値（ｇ／ｅｑ）
【０２４７】
試験例１０に用いた各試料の双極板に設けられた流路は、以下の条件を満たす。
《流路の条件》
溝幅：２．０ｍｍ
溝深さ：１．５ｍｍ
溝幅、及び溝深さは、溝の長手方向に一様である。
【０２４８】
《試料の説明》
試料Ｎｏ．１２７〜Ｎｏ．１２９は、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％未満である従来試料である。セル抵抗の評価及び圧損の評価において、試料Ｎｏ．１２８，Ｎｏ．１２９は順に、Ｎｏ．４４，Ｎｏ．４５及びＮｏ．６６に対する「基準」とする。セル抵抗の評価において、試料Ｎｏ．６５は、試料Ｎｏ．１２７及びＮｏ．４３に対する基準とする（この理由は後述する）。圧損の評価において、試料Ｎｏ．１２７は、試料Ｎｏ．６５及びＮｏ．４３に対する基準とする。
試料Ｎｏ．４３〜Ｎｏ．４５の上記圧縮ひずみは３０％、４０％、５５％のいずれかであり、イオン交換基のクラスタ径は２．５ｎｍ以上であり、かつ当量質量ＥＷが９５０ｇ／ｅｑ以下である。
これらの試料の上記圧縮ひずみ（％）を表１０に示す。
試料Ｎｏ．６５の上記圧縮ひずみは３０％であり、イオン交換基のクラスタ径は２．５ｎｍ未満であり、かつ当量質量ＥＷは９５０ｇ／ｅｑ以下である。試料Ｎｏ．６６の上記圧縮ひずみは２５％であり、イオン交換基のクラスタ径は２．５ｎｍ以上であり、かつ当量質量ＥＷが９５０ｇ／ｅｑ超である。
【０２４９】
【表１０】
2020157837.tif 000012
【０２５０】
以下、基本的には、隔膜のイオン交換基のクラスタ径が同じである試料同士を比較する。
表１０に示すように、試料Ｎｏ．４３〜Ｎｏ．４５はそれぞれ、従来試料Ｎｏ．１２７〜Ｎｏ．１２９に比較して、同等程度の圧損を有しつつ、セル抵抗を低減できることが分かる。また、試料Ｎｏ．４３〜Ｎｏ．４５は、性能の安定性の評価から、低いセル抵抗を安定して有することが分かる。更に、試料Ｎｏ．４３のセル抵抗は、試料Ｎｏ．６５のセル抵抗に比較して低い。試料Ｎｏ．４５のセル抵抗は、試料Ｎｏ．６６のセル抵抗に比較して低い。
【０２５１】
試料Ｎｏ．４３〜Ｎｏ．４５が圧損の増大を招き難く、セル抵抗をより低減できる理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．４３〜Ｎｏ．４５では、電極が硬過ぎない。そのため、これらの試料は、電極の一部が双極板の流路（溝）に若干入り込むことによるセル抵抗の低減効果を良好に得られる、と考えられる。また、これらの試料では、隔膜のイオン交換基のクラスタ径及び当量質量ＥＷが適切である。そのため、これらの試料は、隔膜によってセル抵抗の増大を招き難い、と考えられる。これに対し、従来試料Ｎｏ．１２７では、上記クラスタ径が小さ過ぎることで、隔膜自体の電気抵抗が高い。また、膜強度が低い。そのため、電極によって隔膜が部分的に損傷している。その結果、短絡が生じている。これらのことから、従来試料Ｎｏ．１２７ではセル抵抗が増大した、と考えられる。また、従来試料Ｎｏ．１２７では、上記短絡によって、電池性能も不安定である。これらを鑑みて、セル抵抗の評価の基準は、試料Ｎｏ．１２７ではなく試料Ｎｏ．６５を用いる。
圧損に関して、試料Ｎｏ．４３〜Ｎｏ．４５では、電極が柔らか過ぎない。そのため、これらの試料は、電極が上記流路に大きく侵入せず、電解液の流通性に優れて圧損を増大させ難い、と考えられる。
【０２５２】
一方、試料Ｎｏ．６５は、従来試料Ｎｏ．１２７と同等程度の圧損を有するものの、試料Ｎｏ．６５のセル抵抗は試料Ｎｏ．４３よりも高い。このような結果が得られた理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．６５は、電極が双極板の流路（溝）に若干入り込むことによるセル抵抗の低減効果を得ている。しかし、試料Ｎｏ．６５では、隔膜のイオン交換基のクラスタ径が小さ過ぎるため、隔膜自体の電気抵抗が高過ぎる。その結果、試料Ｎｏ．６５は、セル抵抗の低減効果を十分に得られなかった、と考えられる。なお、試料Ｎｏ．６５の隔膜は損傷していない。このことから、試料Ｎｏ．６５の電極は、従来試料Ｎｏ．１２７の電極よりも隔膜の損傷を防止し易いといえる。また、試料Ｎｏ．６５は、電極が流路に入り込み過ぎないことで、電解液の流通性に優れて、圧損の増大を招き難かった、と考えられる。
【０２５３】
他方、試料Ｎｏ．６６のセル抵抗及び圧損は、従来試料Ｎｏ．１２９と同等程度である。この理由の一つは、以下のように考えられる。試料Ｎｏ．６６は、電極が双極板の流路（溝）に若干入り込むことによるセル抵抗の低減効果を得ている。しかし、試料Ｎｏ．６６は、隔膜の当量質量ＥＷが大き過ぎることでセル抵抗率の増大を招き、結果として、セル抵抗の低減効果を十分に得られなかった、と考えられる。電極が流路に入り込み過ぎないことで、試料Ｎｏ．６６は、電解液の流通性に優れて、圧損の増大を招き難かった、と考えられる。
【０２５４】
この試験から、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみが２０％以上６０％以下の電極を備えるＲＦ電池は、更に、隔膜のイオン交換基のクラスタ径が２．５ｎｍ以上であり、かつ当量質量ＥＷが９５０ｇ／ｅｑ以下であると、電池性能をより確実に向上できることが示された。
【０２５５】
以上の試験例１〜１０は、正負の活物質をバナジウムイオンとするバナジウム系電解液を用いた場合の評価を示すが、正極活物質としてマンガンイオンを含む正極電解液と、負極活物質としてチタンイオンを含む負極電解液とを用いた場合でも同様の傾向がある。
【０２５６】
本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。例えば、上述の試験例１〜１０において、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみ、嵩密度、剛軟度、初期厚さｔ０、カーボン素材の材質、触媒の組成・含有量、双極板の流路の形状、溝幅、溝深さ、隔膜の厚さ、イオン交換基のクラスタ径、当量質量ＥＷ等を変更してもよい。
【０２５７】
その他、例えば、以下の（１）〜（３）の少なくとも一つの変更が可能である。
（１）複数の電池セルを備える場合に、仕様が異なる電極を含む。
上記仕様として、０．８ＭＰａの面圧での圧縮ひずみ、嵩密度、剛軟度、初期厚さｔ０、カーボン素材の材質等が挙げられる。
【０２５８】
（２）双極板の流路の仕様を変更する。
例えば、流路４は、上述の直線状の溝４１，４２と蛇行溝４５とを含んでもよい。又は、流路４は、例えば、図６Ａの流路４において、整流溝４３，４４を省略してもよい。又は、流路４は、例えば、図６Ｂの流路４において、整流溝４３，４４の少なくとも一方を含んでもよい。
【０２５９】
（３）多セル電池の場合に、仕様が異なる隔膜を含む。
上記仕様として、隔膜の材質、イオン交換膜の場合にイオン交換基の種類・クラスタ径・当量質量ＥＷ等が挙げられる。
【符号の説明】
【０２６０】
１０  レドックスフロー電池（ＲＦ電池）
１  電池セル、１Ａ  正極セル、１Ｂ  負極セル
１１  隔膜、１２  電極、１３  正極電極、１４  負極電極、１５  双極板
１６，１７  タンク、１６０，１７０  配管
１６１，１７１  往路配管、１６２，１７２  復路配管
１８，１９  ポンプ、１２０  表面、１２１，１２５  近傍領域
１２４  張出部
２  セルスタック
２０  サブセルスタック、２１  エンドプレート、２２  締結部材
２３  給排板
３  セルフレーム
３０  枠体、３１  窓部、３３，３４  給液マニホールド
３５，３６  排液マニホールド、３８  シール材
４  流路
４ｉ  供給縁、４ｏ  排出縁
４０，４１，４２  溝、４３，４４  整流溝、４５  蛇行溝、４８  畝部
５０  カーボン繊維、５１  カーボンバインダー残渣、５２  カーボン粒子
５５  触媒
６  介在機器、７  発電部、８  負荷
１２８  測定試料、２０１  固定下盤、２０２  可動上盤
６００  測定システム
６１０  測定セル、６２０  流体槽、６２２  流体、６３０  配管
６３２  分岐管、６４０  ポンプ、６５０  流量計、６６０  差圧計
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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