DE202017106988U1 - Bipolarplatte, Zellrahmen, Zellenstapel und Redox-Fluss-Batterie - Google Patents

Abstract

Bipolarplatte, in der eine Elektrode einer Redox-Fluss-Batterie angeordnet ist, wobei in einem Schnitt senkrecht zu einer flachen Oberfläche der Bipolarplatte ein Krümmungsradius eines Eckabschnitts eines Außenumfangsabschnitts 0,1 und 4,0 mm beträgt.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bipolarplatte, einen Zellrahmen, einen Zellenstapel und eine Redox-Fluss-Batterie.
• Technischer Hintergrund
• Patentliteratur 1 und 2 beschreiben einen Zellenstapel, der durch Stapeln einer Vielzahl von Zellrahmen, einer Vielzahl positiver Elektroden, einer Vielzahl von Membranen und einer Vielzahl von negativen Elektroden gebildet wird. Patentliteratur 1 und 2 beschreiben eine Redox-Fluss-Batterie, die den Zellenstapel nutzt. Der Zellrahmen umfasst Bipolarplatten und Rahmenkörper. Die Bipolarplatten sind zwischen den positiven Elektroden und den negativen Elektroden angeordnet. Die Rahmenkörper sind jeweils an einem Außenumfang einer Bipolarplatte angeordnet. In dem Zellenstapel wird eine Einzelzelle durch eine positive Elektrode und eine negative Elektrode gebildet, die zwischen Bipolarplatten von aneinander angrenzenden Zellrahmen angeordnet sind, so dass eine Membran zwischen die positive Elektrode und die negative Elektrode geschaltet ist. Die Redox-Fluss-Batterie wird durch zirkulierende Elektrolyten in der Zelle, in der die Elektroden angeordnet sind, geladen und entladen.
• Patentliteratur
• PTL 1: Ungeprüfte japanische Offenlegungsschrift Nr. 2002-246061
• PTL 2: Ungeprüfte japanische Offenlegungsschrift Nr. 2005-228622
• Darstellung der Erfindung
• Eine Bipolarplatte gemäß der vorliegenden Offenbarung ist eine Bipolarplatte, in der eine Elektrode einer Redox-Fluss-Batterie angeordnet ist. In einem Schnitt senkrecht zu einer flachen Oberfläche der Bipolarplatte beträgt ein Krümmungsradius eines Eckabschnitts eines Außenumfangabschnitts 0,1 bis 4,0 mm.
• Ein Zellenstapel gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst die Bipolarplatte gemäß der vorliegenden Offenbarung und einen Rahmenkörper, der an einem Außenumfang der Bipolarplatte vorgesehen ist.
• Ein Zellenstapel gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst den Zellrahmen gemäß der vorliegenden Offenbarung.
• Eine Redox-Fluss-Batterie gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst den Zellenstapel gemäß der vorliegenden Offenbarung.
• Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• 1 veranschaulicht ein Arbeitsprinzip einer Redox-Fluss-Batterie gemäß einer Ausführungsform.
• 2 ist ein schematisches Aufbaudiagramm der Redox-Fluss-Batterie gemäß der Ausführungsform.
• 3 ist ein schematisches Aufbaudiagramm eines Zellenstapels gemäß der Ausführungsform.
• 4 ist eine schematische Draufsicht eines Zellrahmens gemäß der Ausführungsform, betrachtet von einer Oberflächenseite.
• 5 ist eine schematische Draufsicht einer Bipolarplatte und eines Rahmenkörpers, die in dem Zellrahmen gemäß der Ausführungsform enthalten sind.
• 6 ist eine schematische Schnittansicht eines Teils der Bipolarplatte, aufgenommen entlang der Linie IV–VI, die in 5 veranschaulicht ist.
• 7 ist eine schematische Schnittansicht eines Teils des Zellrahmens, aufgenommen entlang der Linie VII-VII, die in 4 veranschaulicht ist.
• Beschreibung von Ausführungsformen
• [Technisches Problem]
• Heutzutage besteht ein Bedarf an weiterer Verbesserung der Zuverlässigkeit und Leistung der Redox-Fluss-Batterie, die als Akku, der die Abgabe von erneuerbarer Energie wie Photovoltaikstrom und Windkraft stabilisiert, in den Mittelpunkt der Aufmerksamkeit gelangt.
• Typischerweise werden die Zellrahmen, in denen jeweils der Rahmenkörper um die Bipolarplatte vorgesehen ist, für die Redox-Fluss-Batterie verwendet. Die Zellrahmen werden beispielsweise jeweils dadurch strukturiert, dass die Bipolarplatte in einer in dem Rahmenkörper gebildeten Öffnung angeordnet wird, und eine Aussparung in dem Rahmenkörper gebildet wird, in dem die Bipolarplatte vorgesehen ist. Diese Öffnung (Aussparung) besitzt typischerweise eine Form, die der Bipolarplatte entspricht. In dieser Aussparung sind Elektroden angeordnet, und es wird durch einen Raum, der von der Ausnehmung und einer Membran umgeben ist, eine Zelle strukturiert. Fließen Elektrolyten durch die Zelle, fließen die Elektrolyten von einem Kantenabschnitt der Bipolarplatte (Elektrode) hin zum anderen Kantenschabschnitt der Bipolarplatte, die dem einen Kantenabschnitt in der Zelle zugewandt ist.
• Ist der Zellrahmen dadurch strukturiert, dass die Bipolarplatte in der Öffnung des Rahmenkörpers angeordnet ist, wird eine Außenumfangsfläche eines Außenumfangsabschnitts der Bipolarplatte derart angeordnet, um in Kontakt mit (in der Nähe von) einer Innenumfangsfläche des Rahmenkörpers zu sein. Werden die Elektrolyten während des Betriebs der Redox-Fluss-Batterie zum fließen gebracht, kann die Bipolarplatte vibrieren, und an einer Kontaktfläche der Bipolarplatte mit dem Rahmenkörper kann aufgrund von durch diese Schwingung verursachter Reibung Reibungswärme erzeugt werden. Ferner kann es aufgrund der Wirkung der Reibungswärme an der Kontaktfläche der Bipolarplatte mit dem Rahmenkörper zu einem Bruck der Membran und anderen Problemen kommen. Dementsprechend ist es vor dem Hintergrund der Zuverlässigkeit wünschenswert, dass die Erzeugung von Reibungswärme an der Kontaktfläche der Außenumfangsfläche der Bipolarplatte mit der Innenumfangsfläche des Rahmenkörpers, die durch Vibration der Bipolarplatte verursacht wird, verringert wird, um Schaden an der Membran zu unterbinden.
• Es wird daher angedacht, dass ein Spalt zwischen der Außenumfangsfläche der Bipolarplatte und der Innenumfangsfläche des Rahmenkörpers bereitgestellt wird, um zu verhindern, dass die Außenumfangsfläche der Bipolarplatte in Kontakt mit der Innenumfangsfläche des Rahmenkörpers gelangt, um die Erzeugung von durch die Schwingung der Bipolarplatte verursachter Reibungswärme zu verringern. Ist der Spalt jedoch zwischen der Außenumfangsfläche der Bipolarplatte und der Innenumfangsfläche des Rahmenkörpers vorgesehen, fließt ein Teil der Elektrolyten in diesen Spalt und es bildet sich ein Leckagekanal der Elektrolyten. Die Elektrolyten, die in den Leckagekanal geströmt sind, kommen wahrscheinlich nicht in Kontakt mit den Elektroden und tragen dementsprechend nicht zur Zellreaktion bei. Wird der Spalt, der sich zwischen der Außenumfangsfläche der Bipolarplatte und der Innenumfangsfläche des Rahmenkörpers gebildet hat, vergrößert, vergrößert sich eine Flussmenge der Elektrolyten, die durch den Leckagekanal strömen. Somit kann es zu einer Verschlechterung der Batterieleistung, wie etwa einer Verringerung der Entladekapazität der Redox-Fluss-Batterie kommen. Ferner verbleiben die geladenen Elektrolyten in dem Leckagekanal, wenn ein Fließen der Elektrolyten während einem Standby der Redox-Fluss-Batterie stoppt, wodurch die Elektrolyte aufgrund von Eigenentladung Wärme erzeugen. Während die Flussmenge der Elektrolyten, die durch den Leckagekanal fließen, zunimmt, nimmt ein Wärmewert der Elektrolyten aufgrund von Eigenentladung zu. Somit kann es aufgrund der Wirkung dieser Wärme zu einem Bruch der Membran und anderen Problemen kommen.
• Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bipolarplatte, einen Zellrahmen und einen Zellenstapel anzugeben, mit denen die Zuverlässigkeit und die Leistung einer Redox-Fluss-Batterie verbessert werden können. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Redox-Fluss-Batterie anzugeben, die hochgradig zuverlässig ist und eine gute Batterieleistung zeigt.
• [Vorteilhafte Wirkungen der vorliegenden Offenbarung]
• Gemäß der vorliegenden Offenbarung können die Bipolarplatte, der Zellrahmen und der Zellenstapel bereitgestellt werden, mit denen die Zuverlässigkeit und Leistung der Redox-Fluss-Batterie verbessert werden kann. Auch kann gemäß der vorliegenden Offenbarung die Redox-Fluss-Batterie bereitgestellt werden, die hochgradig zuverlässig ist und eine gute Batterieleistung zeigt.
• [Beschreibung einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung]
• Zunächst werden inhaltliche Gegenstände einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung aufgelistet und beschrieben.
• (1) eine Bipolarplatte gemäß der Ausführungsform ist eine Bipolarplatte, in der eine Elektrode einer Redox-Fluss-Batterie angeordnet ist. In einem Schnitt senkrecht zu einer flachen Oberfläche der Bipolarplatte beträgt ein Krümmungsradius eines Eckabschnitts eines Außenumfangsabschnitts 0,1 bis 4,0 mm.
• Bei der oben beschriebenen Bipolarplatte beträgt in dem Schnitt (senkrechten Schnitt) senkrecht zur flachen Oberfläche der Bipolarplatte der Krümmungsradius (Ecke R) des Eckabschnitts des Außenumfangsabschnitts 0,1 mm oder mehr. Somit verkleinert sich eine Fläche der Außenumfangsfläche der Bipolarplatte, die eine Innenumfangsfläche des Rahmenkörpers berührt, und dementsprechend verringert sich die Kontaktfläche der Außenumfangsfläche der Bipolarplatte mit der Innenumfangsfläche des Rahmenkörpers. Somit kann die Erzeugung von Reibungswärme an der Kontaktfläche der Außenumfangsfläche der Bipolarplatte mit der Innenumfangsfläche des Rahmenkörpers, die durch Schwingung bzw. Vibrationen der Bipolarplatte hervorgerufen wird, verringert werden, und dementsprechend kann Schaden an der Bipolarplatte aufgrund von Wärme unterbunden werden.
• Bei der oben beschriebenen Bipolarplatte hat der Eckabschnitt des Außenumfangsabschnitts der Bipolarplatte im senkrechten Schnitt eine runde Form. Somit bildet sich ein Spalt an der Position des Eckabschnitts zwischen dem Außenumfangsabschnitt und der Innenumfangsfläche des Rahmenkörpers. Ist in einer Schnittansicht der Bipolarplatte die Ecke R des Außenumfangsabschnitts 4,0 mm oder kleiner, kann sich der Spalt, der zwischen der Außenumfangsfläche der Bipolarplatte und der Innenumfangsfläche des Rahmenkörpers gebildet ist, verkleinern, und dementsprechend kann eine Verbreiterung des Leckagekanals unterbunden werden. Somit ist die Menge an durch den Leckagekanal strömenden Elektrolyten klein, und dementsprechend kann eine Verringerung der Entladekapazität der Redox-Fluss-Batterie verbessert werden. Zudem kann, da die Menge der durch den Leckagekanal fließenden Elektrolyten klein ist, der Wärmewert aufgrund von Eigenentladung der Elektrolyten, die in dem Leckagekanal verbleiben, wenn die Zirkulation der Elektrolyten angehalten wird, klein sein. Entsprechend kann Schaden an der Membran aufgrund dieser Wärme unterbunden werden. Somit kann mit der oben beschriebenen Bipolarplatte die Zuverlässigkeit und Leistung der Redox-Fluss-Batterie verbessert werden.
• (2) Ein Zellrahmen gemäß der Ausführungsform umfasst die Bipolarplatte gemäß dem oben beschriebenen Punkt (1) und einen Rahmenkörper, der an einem Außenumfang der Bipolarplatte vorgesehen ist.
• Der oben beschriebene Zellrahmen umfasst die oben beschriebene Bipolarplatte gemäß der Ausführungsform. Somit können die Zuverlässigkeit und Leistung der Redox-Fluss-Batterie verbessert werden.
• (3) Ein Zellenstapel gemäß der Ausführungsform umfasst den Zellrahmen gemäß dem oben beschriebenen Punkt (2).
• Der oben beschriebene Zellenstapel umfasst den oben beschriebenen Zellrahmen gemäß der Ausführungsform. Somit können Leistung und Zuverlässigkeit der Redox-Fluss-Batterie verbessert werden.
• (4) Eine Redox-Fluss-Batterie gemäß der Ausführungsform umfasst den Zellenstapel gemäß dem oben beschriebenen Punkt (3).
• Die oben beschriebene Redox-Fluss-Batterie, die den oben beschriebenen Zellenstapel umfasst, ist hochgradig zuverlässig und zeigt eine gute Batterieleistung.
• [Einzelheiten der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung]
• Spezifische Beispiele einer Bipolarplatte, eines Zellrahmens, eines Zellenstapels und einer Redox-Fluss-Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden untenstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen geben gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwertige Elemente an. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und soll alle Modifikationen, die innerhalb der Bedeutung und dem Entsprechungsbereich der Ansprüche liegen, umfassen.
• <<RF-Batterie>>
• Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 sind Beispiele der Redox-Fluss-Batterie (nachfolgend als „RF-Batterie“ bezeichnet), des Zellenstapels und des Zellrahmens gemäß der Ausführungsform beschrieben. Eine in den 1 und 2 veranschaulichte RF-Batterie nutzt einen positiven Elektrolyt und einen negativen Elektrolyt, wobei die Elektrolyten als Aktivmaterialien Metallionen enthalten, die Valenzänderungen durch Oxidations-Reduktion erfahren. Die RF-Batterie 1 wird mithilfe der Differenz zwischen dem Redox-Potential der in dem positiven Elektrolyt enthaltenen Ionen und dem Redoxpotential der in dem negativen Elektrolyt enthaltenen Ionen geladen und entladen. Dabei wird, wie in 1 dargestellt, als Beispiel der RF-Batterie 1 der Fall einer Vanadium-basierten RF-Batterie beschrieben, bei der Vanadium-Elektrolyten enthaltend V-Ionen genutzt werden. Die V-Ionen dienen als Aktivmaterialien der positiven Elektrolyten und der negativen Elektrolyten. Durchgezogene Pfeile und gestrichelte Pfeile in einer der Zellen 100 aus 1 geben jeweils eine Ladungsreaktion und eine Entladungsreaktion an. Die RF-Batterie ist ein Akku vom Elektrolyt-Zirkulationstyp und wird für Anwendungen wie etwa eine Lastnivellierung von erneuerbaren Energien wie etwa Photovoltaikstrom und Windkraft genutzt, die weitreichend Einzug gehalten haben.
• Die RF-Batterie 1 beinhaltet die Zellen 100, die durch eine Membran 101 jeweils in eine positive Elektrodenzelle 102 und eine negative Elektrodenzelle 102 getrennt werden. Die Membran 101 ermöglicht den Durchtritt von Wasserstoffionen. Die positiven Elektrodenzellen 102, in denen jeweils eine positive Elektrode 104 angeordnet ist, sind durch Rohre 108 und 110 mit einem Tank 106 für positive Elektrolyten verbunden, der den positiven Elektrolyten vorhält. Das Rohr 108 ist mit einer Pumpe 112 versehen, die den positiven Elektrolyten zu den positiven Elektrodenzellen 102 pumpt. Diese Glieder 106, 108, 110 und 112 sind in einem Zirkulationsmechanismus 100P für positive Elektroden enthalten, der den positiven Elektrolyt zur Zirkulation veranlasst. Gleichsam sind die negativen Elektrodenzellen 103, in denen jeweils eine negative Elektrode 105 angeordnet ist, durch Rohre 109 und 111 mit einem Tank 107 für negativen Elektrolyt verbunden, der die negativen Elektrolyten vorhält. Das Rohr 109 ist mit einer Pumpe 113 versehen, die das negative Elektrolyt an die negativen Elektrodenzellen 103 pumpt. Diese Glieder 107, 109, 111 und 113 sind in dem Zirkulationsmechanismus 100N für negative Elektroden enthalten, der das negative Elektrolyt zur Zirkulation veranlasst. Die in den Tanks 106 und 107 vorgehaltenen Elektrolyten werden durch die Pumpen 112 und 113 in die Zellen 100 (die positiven Elektrodenzellen 102 und die negativen Elektrodenzellen 103) zirkuliert, wenn die RF-Batterie geladen und entladen wird. Während einem Standby-Betrieb, bei dem die RF-Batterie 1 weder geladen noch entladen wird, werden die Pumpen 112 und 113 angehalten, und eine Zirkulation erfolgt nicht.
• <<Zellenstapel>>
• Die Zellen 100 sind typischerweise in einem Aufbau gebildet, der in den 2 und 3 als Zellenstapel 2 bezeichnet wird. Der Zellenstapel 2 ist wie folgt strukturiert: Stapel, die als Sub-Stapel 200 bezeichnet werden (vgl. 3) sind zwischen zwei Endplatten 220 geschaltet, die an beiden Seiten des Stapels angeordnet sind, und die Endplatten 220 an beiden Seiten sind durch einen Befestigungsmechanismus 230 befestigt (in dem beispielhaft in 3 veranschaulichten Aufbau ist eine Vielzahl von Sub-Stapeln 200 vorgesehen). Die Sub-Stapel 200 sind durch Stapeln einer Vielzahl von Rahmen 3, einer Vielzahl von positiven Elektroden 104, einer Vielzahl von Membranen 101, einer Vielzahl von negativen Elektroden 105 und durch Anordnen von Zufuhr/Abfuhrplatten 210 (vgl. eine untere Ansicht in 3; die in 2 weggelassen wurde) an beiden Enden des Stapels.
• <<Zellrahmen>>
• Wie in den 2 und 3 veranschaulicht umfassen die Zellrahmen jeweils eine Bipolarplatte 31 und einen Rahmenkörper 32. Die Bipolarplatte 31 ist zwischen der positiven Elektrode 104 und der negativen Elektrode 105 angeordnet. Der Rahmenkörper 32 ist an einem Außenumfang der Bipolarplatte 31 vorgesehen. Die positive Elektrode 104 ist an einer Seite der Oberfläche der Bipolarplatte 31 vorgesehen, so dass die positive Elektrode 104 in Kontakt mit der Bipolarplatte 31 ist. In jedem der Zellen-Substapel 200 (den Zellenstapeln 2) ist eine einzelne Zelle 100 zwischen den Bipolarplatten 31 der aneinander angrenzenden Zellrahmen 3 gebildet.
• Die Bipolarplatte 31 ist beispielsweise aus Plastik-Kohlenstoff oder dergleichen gebildet. Der Rahmenkörper 32 ist beispielsweise aus Kunststoff, wie etwa Polyvinylchlorid (PVC), Polypropylen, Polyethylen, Fluorharz oder Epoxidharz gebildet. Die Bipolarplatte 31 kann durch jedwedes bekannte Verfahren wie etwa Spritzgießen, Formpressen und Vakuumformen gebildet werden.
• Die Elektrolyten fließen durch die Zufuhr/Abfuhrplatten 210 (vgl. untere Ansicht in 3), Flüssigkeitszufuhrkrümmer 33 und 34, Flüssigkeitsauslasskrümmer 35 und 36, Flüssigkeitszufuhrschlitze 33s und 34s und Flüssigkeitsauslassschlitze 35s und 36s (vgl. ebenfalls 4) in und aus den Zellen 100. Die Flüssigkeitszufuhrkrümmer 33 und 34 und die Flüssigkeitsauslasskrümmer 35 und 36 durchdringen die Rahmenkörper 32, die in 3 veranschaulicht sind. Die Flüssigkeitszufuhrschlitze 33s und 34s und die Flüssigkeitsauslassschlitze 35s und 36s sind in den Rahmenkörpern 32 gebildet. In dem Fall von jedem der Zellrahmen 3 (der Rahmenkörper 32) des vorliegenden Beispiels wird das positive Elektrolyt durch den in einem unteren Abschnitt des Rahmenkörpers 32 vorgesehenen Flüssigkeitszufuhrkrümmer 33 und den an einer Seite der Oberfläche (Vorderseite auf dem Zeichnungsblatt) des Rahmenkörpers 32 gebildeten Flüssigkeitszufuhrschlitz an die positive Elektrode 104 zugeführt und durch den Flüssigkeitsauslassschlitz 35s, der in einem oberen Abschnitt des Rahmenkörpers 32 gebildet ist, an den Flüssigkeitsauslasskrümmer 35 abgeleitet. Gleichsam wird das negative Elektrolyt durch den in dem unteren Abschnitt des Rahmenkörpers 32 vorgesehenen Flüssigkeitszufuhrkrümmer 34 und die an der anderen Seite der Oberfläche (hintere Seite des Blattes der Zeichnung) des Rahmenkörpers gebildeten Flüssigkeitszufuhrschlitze 34s an die negative Elektrode 105 zugeführt, und durch die in dem oberen Abschnitt des Rahmenkörpers 32 gebildeten Flüssigkeitszufuhrschlitze 36s an den Flüssigkeitsauslasskrümmer 36 abgeleitet. Regler (nicht veranschaulicht) können in einem Unterkantenabschnitt und einem Oberkantenabschnitt einer Innenseite des Rahmenkörpers 32 gebildet sein, an dem die Bipolarplatte 31 vorgesehen ist, um sich entlang der Kantenabschnitte zu erstrecken. Die Regulatoren haben die Funktion des Streuens der Elektrolyte, die von den Flüssigkeitszufuhrschlitzen 33s und 34s entlang der unteren Kantenabschnitte der Elektroden zugeführt wurden und des Sammelns der Elektrolyten, die durch einen oberen Kantenabschnitt der Elektroden in den Flüssigkeitsabfuhrschlitzen 35s und 36s abgeleitet wurden.
• Beim vorliegenden Beispiel werden die Elektrolyten von der Unterseite der Bipolarplatte 31 zugeführt und aus der Oberseite der Bipolarplatte 31 abgeleitet. Die Elektrolyten fließen von einem Unterkantenabschnitt zu einem Oberkantenabschnitt der Bipolarplatte 31. In 4 zeigt ein Pfeil auf der linken Seite des Blattes im Allgemeinen eine Strömungsrichtung der Elektrolyten in der Bipolarplatte 31 an. Die Bipolarplatte kann eine (nicht veranschaulichte) Vielzahl von Nuten besitzen, die entlang der Strömungsrichtung des Elektrolyts in dessen Oberflächen gebildet sind, die mit den Elektroden in Kontakt sind. Dies kann den Strömungswiderstand der Elektrolyten verringern und demnach kann ein Druckverlust der Elektrolyten verringert werden. Die Schnittform (die Form eines Schnittes senkrecht zur Strömungsrichtung des Elektrolyts) der Nuten ist nicht spezifisch beschränkt. Beispiele der Schnittformen der Nuten umfassen beispielsweise eine Rechteckform, eine Dreieckform (eine V- bzw. Keilform), eine Trapezform, eine Halbkreisform, und eine Halbellipsenform.
• Ferner sind ringförmige Dichtungsglieder (vgl. 2 und 3) wie etwa O-Ringe oder Flachdichtungen zwischen den Rahmenkörpern 32 der Zellrahmen 3 angeordnet, um eine Leckage der Elektrolyten aus den Zellen 100 zu verhindern. Die Rahmenkörper 32 haben jeweils Dichtungsnuten 38 (vgl. 4), die es ermöglichen, die Dichtungsglieder 37 darin anzuordnen.
• Eine Eigenschaft von jeder der Bipolarplatten 31 gemäß der Ausführungsform besteht darin, dass in einer Schnittansicht (senkrechter Schnitt) senkrecht zu einer flachen Oberfläche der Bipolarplatte 31 der Krümmungsradius (Ecke R) von Eckabschnitten von Außenumfangsabschnitten 0,1 bis 4,0 mm beträgt. Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 4 bis 7 Beispiele von Strukturen der Bipolarplatten 31 und des Zellrahmens 3 gemäß der Ausführungsform detailliert beschrieben.
• <<Bipolarplatte>>
• Wie in 5 veranschaulicht ist die planar bzw. ebene Form (die Form in Draufsicht) der Bipolarplatte 31 rechteckig. Wie in 6 veranschaulicht haben bei dem senkrechten Schnitt (dem Schnitt entlang der Dickenrichtung der Bipolarplatte 31) Eckabschnitte 40 eines Außenumfangsabschnitts 31p der Bipolarplatte 31 runde Formen, und der Krümmungsradius (Ecke R) der Eckabschnitte 40 des Außenumfangsabschnitt 31p in den senkrechten Schnitt reicht von 0,1 bis 4,0 mm. In dem vorliegenden Beispiel haben Eckabschnitte an sowohl der einen als auch der anderen Seite der Oberfläche des Außenumfangsabschnitts 31p runde Formen, und die Ecken R dieser reichen von 0,1 bis 4,0 mm. Die Größe der Bipolarplatte 31 ist beispielsweise wie folgt: Die Länge in senkrechter Richtung (Richtung von oben nach unten der Seite in 5) reicht von 200 bis 2000 mm, die Länge in der Breitenrichtung (Richtung von links nach rechts der Seite in 5) reicht von 200 bis 2000 mm und die Dicke reicht von 3,0 bis 10,0 mm.
• Wie in 4 veranschaulicht wird der Zellrahmen durch Bereitstellen des Rahmenkörpers 32 an dem Außenumfang der Bipolarplatte 32 gebildet. Wie in 5 veranschaulicht besitzt der Rahmenkörper 32 eine Öffnung 50 in seinem Inneren, in der die Bipolarplatte 31 angeordnet ist. In dem vorliegenden Beispiel hat der Rahmenkörper 32 eine rechteckige Rahmenform, und die Öffnung 50 hat eine Form, die der Außenform der Bipolarplatte 31 entspricht. Das bedeutet, die Öffnung 50 hat im Wesentlichen die gleiche Form (gleichwertige Form) wie die planare Form der Bipolarplatte 31. Ein Stufenabschnitt 51, der in Kontakt mit dem Außenumfangsabschnitt 31p der Bipolarplatte 31 ist, ist an einem Innenumfangsabschnitt des Rahmenkörpers 32 gebildet. Wie in 7 veranschaulicht wird die Bipolarplatte 31 von dem Rahmenkörper 32 getragen, wenn der Außenumfangsabschnitt 31p der Bipolarplatte 31 in dem Stufenabschnitt 51 angeordnet ist. Der Außenumfangsabschnitt 31p der Bipolarplatte 31 hat eine Nut in der Umfangsrichtung in einer Oberfläche, die in Kontakt mit dem Stufenabschnitt 51 ist. In dieser Nut ist ein Dichtungsglied 52 angeordnet. Mit diesem Dichtungsglied 52 können Bewegungen der Elektrolyten zwischen einer Seite der Oberfläche und der anderen Seite der Oberfläche der Bipolarplatte 31 unterbunden werden.
• Ist der Zellrahmen 3 wie in 4 dargestellt durch Anordnen der Bipolarplatte 31 in der Öffnung 50 des Rahmenkörpers 32 strukturiert, werden Aussparungen 55 an Abschnitten des Rahmenkörpers gebildet, die weiter innen liegen als die Oberflächen der Bipolarplatte 31 und die Innenumfangsfläche des Rahmenkörpers 32. Wie in 7 veranschaulicht sind die Aussparungen 55 an beiden Seiten der Bipolarplatte 31 gebildet und die positive Elektrode 104 und die negative Elektrode 105 sind in den jeweiligen Aussparungen 55 angeordnet. Die Elektrode 104 und 105 haben im Wesentlichen die gleiche Form wie diejenigen der jeweiligen Aussparungen 55. Im Fall des Zellrahmens 3, der in 4 veranschaulicht ist, ist die Form von einer der Aussparungen 55, die an der einen Seite der Oberfläche vorgesehen ist, im Wesentlichen die gleiche wie die planare Form der Bipolarplatte 31, und die Form der positiven Elektrode 104 (vgl. 7) die in dieser Aussparung 55 angeordnet ist, ist im Wesentlichen die gleiche Form wie die planare Form der Bipolarplatte 31. Der Zellenstapel 2 (vgl. 3) wird durch Anordnen der Elektroden 104 und 105 an den Zellrahmen 3 und durch Stapeln der Zellrahmen 3 mit den zwischengeschalteten Membranen 101 strukturiert.
• Wenn der Zellrahmen (vgl. 4) wie in 7 gezeigt strukturiert ist, ist eine Außenumfangsfläche 31o der Bipolarplatte 31 (Außenumfangsabschnitt 31p) einer Innenumfangsfläche 32i des Rahmenkörpers 32 zugewandt und mit dieser in Kontakt (in deren Nähe). Positionen der Außenumfangsfläche 31o des Außenumfangsabschnitts 31p an den Eckabschnitten 41 und 42 sind nicht in Kontakt mit der Innenumfangsfläche 32i des Rahmenkörpers 32, und Spalte 45 sind zwischen der Außenumfangsfläche 31o und der Innenumfangsfläche 32i des Rahmenkörpers 32 gebildet. Sobald sich die Ecken R des Außenumfangabschnitts 31p vergrößern, vergrößern sich die Spalte 45. Die entlang von Seitenkantenabschnitten der Bipolarplatte 31 gebildeten Spalte 45 können Leckagekanäle der Elektrolyte sein. Sobald die Länge linearer Abschnitte (flacher Oberflächenabschnitte, die nicht die gekrümmten Oberflächen der Ecken R) sind, die nicht die Eckabschnitte 41 und 42 der Außenumfangsfläche 31o abnimmt, nimmt die Fläche, mit bzw. mittels der die Außenumfangsfläche 31o in Kontakt mit der Innenumfangsfläche 32i des Rahmenkörpers 32 ist, ab. Vom Gesichtspunkt der verringerten Erzeugung von Reibungswärme, die durch die Bipolarplatte 31 verursacht wird, kann das Verhältnis der linearen Abschnitte zur Dicke der Bipolarplatte 31 (Länge der linearen Abschnitte/Dicke der Bipolarplatte) beispielsweise auf 0,99 oder kleiner festgelegt oder ferner auf 0,9 oder kleiner festgelegt werden.
• {Wirkungen}
• Die Bipolarplatte 31 gemäß der Ausführungsform erzeugt die folgenden Wirkungen.
• Die Eckabschnitte 40 des Außenumfangabschnitts 31p der Bipolarplatte 31 in dem senkrechten Abschnitt haben runde Formen und die Ecken R der Außenumfangsabschnitte 31p sind in dem senkrechten Abschnitt mindestens 0,1 mm. Dies kann den Kontaktbereich der Außenumfangsfläche 31o der Bipolarplatte 31 mit der Innenumfangsfläche 32i des Rahmenkörpers 32 verringern, wenn der Zellrahmen 3 strukturiert wird. Somit kann die Erzeugung von Reibungswärme an einer Kontaktfläche des Außenumfangsabschnitts 31o der Bipolarplatte mit der Innenumfangsfläche 32i des Rahmenkörpers, die von Vibration der Bipolarplatte 31 hervorgerufen wird, verringert werden, und demnach kann Schaden an der Membran 101 aufgrund dieser Wärme unterbunden werden. Sobald die Kontaktfläche der Außenumfangsfläche 31o der Bipolarplatte 31 mit der Innenumfangsfläche 32i des Rahmenkörpers verringert wird, kann die Erzeugung von Wärme, die durch die Vibration der Bipolarplatte 31 verursacht wird, verringert werden. Es ist dementsprechend bevorzugt, dass die oben beschriebenen Ecken R beispielsweise 0,2 mm oder größer sind. Das Verhältnis der Ecken R zur Dicke der Bipolarplatte 31 (Ecken R/Dicke der Bipolarplatte 31) kann beispielsweise 0,01 oder größer sein, und ferner 0,1 oder größer.
• Ferner können sich die Spalte verkleinern, die zwischen der Außenumfangsfläche 31o der Bipolarplatte 31 und der Innenumfangsfläche 32i des Rahmenkörpers 32 gebildet sind, und entsprechend kann eine Vergrößerung bzw. Verbeiterung der Leckagekanäle unterbunden werden, wenn die Ecken R des Außenumfangsabschnitts 31p 4,0 mm oder kleiner sind. Somit ist eine Strömungsmenge der Elektrolyten, die durch die Leckagekanäle fließen, klein und dementsprechend kann eine Verringerung der Entladungskapazität der RF-Batterie unterbunden werden. Ferner kann ein Wärmewert aufgrund von Eigenentladung der Elektrolyten, die in den Leckagekanälen verbleiben, wenn die Zirkulation der Elektrolyten angehalten wird, klein, da die Strömungsmenge der durch die Leckagekanäle fließenden Elektrolyten klein ist. Dementsprechend kann Schaden an der Membran verhindert werden. Sobald die Spalte 45 an den Ecken R des Außenumfangsabschnitts 31p größer werden, kann die Strömungsmenge der durch die Leckagekanäle fließenden Elektrolyten abnehmen. Demnach ist es bevorzugt, dass die Ecken R beispielsweise 0,5 mm oder kleiner sind.
• [Variation]
• Die Größen der Ecken R an den Eckabschnitten 41 an der einen Seite der Oberfläche und der Eckabschnitte 42 an der anderen Seite der Oberfläche können sich in der Bipolarplatte 31 (vgl. 6 und 7) gemäß der Ausführungsform unterscheiden. Beispielsweise können die Ecken R an der anderen Seite der Oberfläche größer sein als die Ecken R an der einen Seite der Oberfläche. Im Fall des vorliegenden Beispiels ist wie in 7 gezeigt, die Seite der anderen Oberfläche des Außenumfangsabschnitts 31p in Flächenkontakt mit dem gestuften Abschnitt 51 des Rahmenkörpers 32. Demnach kann Hitze auch an der anderen Seite der Oberfläche des Außenumfangsabschnitts 31p aufgrund von durch die Vibration der Bipolarplatte 31 hervorgerufener Reibung erzeugt werden. Wenn die Ecken R an der anderen Seite der Oberfläche größer sind als an der einen Seite der Oberfläche, kann sich der Kontaktbereich des Außenumfangsabschnitts 31p mit dem gestuften Abschnitt 51 verringern. Demnach wird die Erzeugung von Reibungswärme zwischen dem Außenumfangsabschnitt 31p und dem gestuften Abschnitt 51 auf einfache Weise verringert.
• [Erstes Beispiel]
• Es wurde die Bipolarplatte mit einer ebenen Reckeckform hergestellt. Die Bipolarplatte hat die folgende Größe (Außenabmessungen): 200 mm lang × 200 mm breit × 10,0 mm dick. Dabei wurden, wie in Tabelle 1 aufgeführt, eine Vielzahl von Bipolarplatten hergestellt. Die Vielzahl der Bipolarplatten haben einen unterschiedlichen Krümmungsradius (Ecke R) an den Eckabschnitten des Außenumfangsabschnitts in der Schnittansicht der Bipolarplatte senkrecht zur flachen Oberfläche (vgl. 6). Zellrahmen (vgl. 4) wurden mit den Bipolarplatten produziert. Diese Zellrahmen wurden in eine Vielzahl von RF-Batterien montiert (Versuchsproben A bis F). Es wurden die Zuverlässigkeit und Batterieleistung von jeder Versuchsprobe bewertet.
• Die Zuverlässigkeit wurde durch das Durchführen mittels Testen des Ladens und Entladens an den Versuchsproben A bis F bewertet, dann wurden die RF-Batterien demontiert bzw. auseinandergebaut und es wurde das Ausmaß bzw. der Grad der Beschädigung an den Membranen zu überprüfen. Die Prüfung des Ladens und Entladens wurden unter den folgenden Bedingungen durchgeführt. Nämlich Entladungsspannung: 1V, Ladespannung: 1,6 V, Stromstärke: 120mA/cm² und 300 Zyklen. Bestand keine Beschädigung, liegt eine Note „A“ vor, bestand eine kleine Beschädigung, die bei der Nutzung kein Problem verursachte, wurde eine Note „B“ vergeben, und wenn die Membranen reißen, wurde eine Note „C“ vergeben. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gelistet.
• Die Batterieleistung wurde gemäß der Stromeffizienz bewertet, wenn mit den Proben A bis F die obengenannte Prüfung von Ladung und Entladung durchgeführt wurde. Im Hinblick auf die Stromeffizienz wurde gemäß den Versuchen zu Ladung/Entladung eine Ladungs-/Entladungskurve gezeichnet. Die Stromeffizienz bei einem dritten Zyklus aus der Ladungs-/Entladungskurve (Stromeffizienz (%) = (Entladezeit/Ladezeit) × 100) wurde erhalten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgelistet. Wenn die Stromeffizienz abnimmt, nimmt die Entladungskapazität ab. [Tabelle 1]

  Versuchsprobe	Bipolarplatte (Außenumfangsabschnitt)	Vorhandensein/ Nichtvorhandensein von Schaden an der Membran	Stromeffizienz (%)
  	Krümmungsradius an Eckabschnitt (mm)
  A	0,0	C	98
  B	0,1	B	98
  C	0,2	A	98
  D	0,5	A	98
  E	4,0	A	96
  F	4,5	A	69

• Tabelle 1 kann entnommen werden, dass wenn die Ecken R des Außenumfangabschnitts in dem senkrechten Schnitt der Bipolarplatte 0,1 bis 0,4 betragen, kann Schaden an der Membran unterbunden werden und insbesondere dann, wenn diese Ecken 0,2 mm oder größer sind, kann Schaden an der Membran wirksam unterbunden werden. Ferner ist bei einem Vergleich der Stromeffizient der Versuchsproben die Stromeffizienz der Versuchsprobe F geringer als die Stromeffizienz der Versuchsprobe B. Beim Berechnen der Entladungskapazität gemäß der Stromeffizienz, ist die Entladungskapazität der Versuchsprobe F um etwa 35 % geringer als die Entladungskapazität der Versuchsprobe B. Auch sind die Entladungskapazitäten der anderen Versuchsprobe B jeweils um etwa 1, 0 %, 1,5 % und 3,0 % geringer. Wenn die Ecken R der Außenumfangsabschnitte größer werden, nimmt die Beständigkeit der Zelle zu. Dies veranlasst eine Verringerung der Entladungskapazität. Somit neigt die Entladungskapazität dazu, sich um mehr als einen Prozentsatz einer Verringerung der Stromeffizienz zu verringern.
• Aus den Ergebnissen des ersten Beispiels ließ sich überprüfen, dass wenn die Ecken R des Außenumfangsabschnitts der Bipolarplatte 0,1 bis 4,0 mm betragen, ein Bruch oder andere Probleme mit geringer Wahrscheinlichkeit in der Membran auftreten, und dementsprechend kann die Verringerung der Entladungskapazität der RF-Batterie unterbunden werden. Ferner wird vom Gesichtspunkt des Unterbindens der Verringerung der Entladungskapazität der RF-Batterie angenommen, dass die Ecken R des Außenumfangsabschnitts bevorzugt 0,5 mm oder kleiner sind.
• Bezugszeichenliste

1

Redox-Fluss-Batterie

2

Zellenstapel

3

Zellrahmen

31

Bipolarplatte

31p

Außenumfangsabschnitt

31o

Außenumfangsfläche

32

Rahmenkörper

32i

Innenumfangsfläche

33, 34

Flüssigkeitszufuhrkrümmer

35, 36

Flüssigkeitsauslasskrümmer

33s, 34s

Flüssigkeitszufuhrspalt

35s, 36s

Flüssigkeitsauslasspalt

37

Dichtungsglied

38

Dichtungsnut

40, 41, 42

Eckabschnitt

45

Spalt (Lackagekanal)

50

Öffnung

51

gestufter Abschnitt

52

Dichtungsglied

55

Aussparung

100

Zelle

101

Membran

102

Positive Elektrodenzelle

103

Negative Elektrodenzelle

100P

Zirkulationsmechanismus der positiven Elektrode

100N

Zirkulationsmechanismus der negativen Elektrode

104

positive Elektrode

105

negative Elektrode

106

Tank des positiven Elektrolyts

107

Tank des negativen Elektrolyts

108, 109, 110, 111

Rohr

112, 113

Pumpe

200

Sub-Stapel

210

Zufuhr/Abfuhrplatte

220

Endplatte

230

Befestigungsmechanismus

Claims (4)

1. Bipolarplatte, in der eine Elektrode einer Redox-Fluss-Batterie angeordnet ist, wobei in einem Schnitt senkrecht zu einer flachen Oberfläche der Bipolarplatte ein Krümmungsradius eines Eckabschnitts eines Außenumfangsabschnitts 0,1 und 4,0 mm beträgt.
2. Zellrahmen, aufweisend: die Bipolarplatte nach Anspruch 1; und einen Rahmenkörper, der an einem Außenumfang der Bipolarplatte vorgesehen ist.
3. Zellenstapel, aufweisend: den Zellrahmen nach Anspruch 2.
4. Redox-Fluss-Batterie, aufweisend: den Zellenstapel nach Anspruch 3.

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