JP2020173891A - 双極板、電池セル、セルスタック、およびレドックスフロー電池 - Google Patents

Abstract

【課題】流通溝に流れる電解液を電極に導くことができる双極板を提供する。【解決手段】レドックスフロー電池の電池セルに用いられ、電解液の供給縁と排出縁とを備える双極板であって、前記供給縁と前記排出縁とに繋がる流通溝と、前記流通溝の全長の一部に嵌め込まれた多孔質の電極片と、を備える双極板。【選択図】図４

Description

本開示は、双極板、電池セル、セルスタック、およびレドックスフロー電池に関する。

例えば特許文献１，２には、セルフレーム、正極電極、隔膜、負極電極、およびセルフレームを複数積層し、その積層体を給排板で挟み込んだセルスタック、およびそのセルスタックを用いたレドックスフロー電池が記載されている。セルフレームは、電極に対向される双極板と、この双極板の外周に配置される枠体とを備える。この構成では、隣接する各セルフレームの双極板の間に一つの電池セルが形成される。電池セルに供給された電解液は、電極において電池反応に寄与する。電池反応後の電解液は、電池セルから排出される。

特許文献１，２には、双極板における正極電極に対向する表面と、負極電極に対向する表面とに複数の主溝部（流通溝）を備える構成が開示されている。これらの流通溝は、電解液の供給縁から排出縁に向って延びている。流通溝は、電池セル内の正極電極と負極電極に十分に電解液を行き渡らせる機能を有する。

国際公開第２０１８／０９２２１５号 国際公開第２０１８／０９２２１６号

レドックスフロー電池の更なる性能の向上が望まれている。電池セルに備わる双極板に流通溝が設けられた構成では、電池セル内における電解液の流れが円滑になる。即ち電解液の流通性が向上する。従って、電池セル内における電解液の圧力損失が低減され易く、電解液を循環させるための電力消費量が低減される。しかし、流通溝における電解液の流れが円滑であると、電解液が十分に電池反応に寄与することなく電池セルから排出される可能性がある。

そこで、本開示は、流通溝に流れる電解液を電極に導くことができる双極板を提供することを目的の一つとする。また、本開示は、レドックスフロー電池の電池性能を向上できる電池セル、及びセルスタックを提供することを目的の一つとする。更に、本開示は、電池性能に優れるレドックスフロー電池を提供することを目的の一つとする。

本開示の双極板は、
レドックスフロー電池の電池セルに用いられ、電解液の供給縁と排出縁とを備える双極板であって、
前記供給縁と前記排出縁とに繋がる流通溝と、
前記流通溝の全長の一部に嵌め込まれた多孔質の電極片と、を備える。

本開示の電池セルは、
本開示の双極板と、
前記双極板に対向される電極と、を備える。

本開示のセルスタックは、
本開示の電池セルを備える。

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。

本開示の双極板は、流通溝に流れる電解液を電極に導くことができる。

本開示の電池セル、及びセルスタックは、優れた電池性能を有す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、優れた電池性能を備える。

図１は、実施形態１に係るレドックスフロー電池の動作原理の説明図である。 図２は、実施形態１に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。 図３は、実施形態１に係るセルスタックの概略構成図である。 図４は、実施形態１に示すセルフレームの平面図である。 図５は、実施形態１に示すセルフレームの流通溝における電極片の配置状態を示す説明図である。 図６は、図５とは異なる電極片の流通溝への配置状態を示す説明図である。 図７は、図５，６とは異なる電極片の流通溝への配置状態を示す説明図である。 図８は、実施形態２に示すセルフレームの平面図である。 図９は、変形例１に示すセルフレームの平面図である。 図１０は、変形例２に示すセルフレームの平面図である。 図１１は、変形例３に示すセルフレームの平面図である。 図１２は、変形例４に示すセルフレームの平面図である。 図１３は、変形例５に示すセルフレームの平面図である。 図１４は、変形例６に示すセルフレームの平面図である。 図１５は、変形例７に示すセルフレームの平面図である。 図１６は、変形例８に示すセルフレームの平面図である。

［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＞実施形態に係る双極板は、
レドックスフロー電池の電池セルに用いられ、電解液の供給縁と排出縁とを備える双極板であって、
前記供給縁と前記排出縁とに繋がる流通溝と、
前記流通溝の全長の一部に嵌め込まれた多孔質の電極片と、を備える。

上記双極板は、流通溝を流れる電解液を電極に導くことができる。流通溝に嵌め込まれた電極片が、流通溝における電解液の流れを妨げ、電極側に拡散させるからである。その結果、電池セルにおける電池反応に寄与する電解液の量が増加する。従って、本開示の双極板を用いて構築された電池セルは、充放電効率に優れる。

また、流通溝に配置される電極片においても電池反応が生じる。そのため、上記双極板を備える電池セルにおける電池反応量が増加するので、電池セルの充放電効率が向上する。

＜２＞実施形態に係る双極板の一形態として、
前記電極片が、前記流通溝の全長における前記排出縁寄りに配置される形態が挙げられる。

流通溝の排出縁寄りの位置に電極片が嵌め込まれることで、流通溝の排出縁寄りの位置で電解液の流れを止めることができる。その結果、流通溝の排出縁寄りの位置で電解液を電極側に拡散させることができる。従って、上記＜２＞の構成を備える双極板を用いた電池セルでは、電解液の充放電効率が高まる。

＜３＞実施形態に係る双極板の一形態として、
前記流通溝に前記電極片が複数配置され、
前記各電極片が、互いに離隔している形態が挙げられる。

上記双極板が用いられた電池セルでは、流通溝における電極片が配置される複数の箇所で、電解液が電極に向って拡散する。その結果、電池セルにおける電極の全面に電解液が拡散し易くなる。

＜４＞実施形態に係る双極板の一形態として、
前記電極片が、前記流通溝の深さ方向における底部寄りに配置される形態が挙げられる。

流通溝の底部寄りに電極片が配置されていれば、流通溝の底部側を流れる電解液が、流通溝の開口部側（即ち電極側）に拡散され易い。

＜５＞実施形態に係る双極板の一形態として、
前記電極片が、前記流通溝の深さ方向における全体に配置される形態が挙げられる。

上記構成によれば、電極片の位置において電解液の流れがせき止められ、流通溝から電極に向って電解液が拡散し易い。

＜６＞実施形態に係る双極板の一形態として、
前記電極片の嵩密度が０．０２ｇ／ｃｍ^３以上３．０ｇ／ｃｍ^３以下である形態が挙げられる。

上記構成によれば、電極片の位置において電解液の流れがせき止められ、流通溝から電極に向って電解液が拡散し易い。また、所定の嵩密度を有する電極片によれば、電極片における電池反応が促進され易い。

＜７＞実施形態に係る双極板の一形態として、
前記供給縁に沿って設けられる第一整流溝と、
前記排出縁に沿って設けられる第二整流溝と、を備え、
前記流通溝が、前記第一整流溝と前記第二整流溝とに連通する形態が挙げられる。

双極板に第一整流溝が設けられることで、供給縁から双極板に導入された電解液が、双極板の幅方向（流通溝に交差する方向）に拡散し易くなる。従って、双極板に設けられる全ての流通溝に速やかに電解液が導入される。また、双極板に第二整流溝が設けられることで、電池反応後の電解液が双極板から回収され易くなる。

＜８＞上記＜１＞の双極板の一形態として、
前記供給縁に沿って設けられる第一整流溝と、
前記排出縁に沿って設けられる第二整流溝と、を備え、
前記流通溝が、前記第一整流溝と前記第二整流溝とに連通し、
前記電極片が、前記流通溝の全長における前記排出縁寄りに配置される形態が挙げられる。

上記＜８＞の構成は、上記＜１＞、＜２＞、及び＜７＞の構成と同様の効果を有する。

＜９＞実施形態に係る電池セルは、
上記＜１＞から＜８＞のいずれかの双極板と、
前記双極板に対向される電極と、を備える。

実施形態に係る電池セルは、電池反応に寄与する電解液の量を増加できる実施形態の双極板を備える。そのため、実施形態に係る電池セルは、優れた電池性能を備える。

＜１０＞実施形態に係る電池セルの一形態として、
前記電極が前記流通溝の内部に突出する凸部を備え、
前記凸部が前記電極片を構成する形態が挙げられる。

上記構成を備える電池セルは生産性に優れる。双極板に電極が配置されたときに、電極の凸部が流通溝に嵌り込む。流通溝に嵌り込んだ凸部は電極片として機能する。つまり、上記構成では、双極板への電極の配置と、流通溝への電極片の配置とが同時に行われるため、電池セルの生産性が向上する。

＜１１＞実施形態に係るセルスタックは、
実施形態に係る電池セルを備える。

上記セルスタックは、実施形態の電池セルを備えため、従来よりも優れた電池性能を有する。

＜１２＞実施形態に係るレドックスフロー電池は、
実施形態に係る電池セル、又は実施形態に係るセルスタックを備える。

実施形態に係るレドックスフロー電池は、実施形態の電池セル、又は実施形態のセルスタックを備えるため、優れた電池性能を有する。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の双極板、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）の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は実施形態に示される構成に限定されるわけではなく、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の全ての変更が含まれることを意図する。

＜実施形態１＞
図１，２に示される本例のレドックスフロー電池１（以下、ＲＦ電池１）は、実施形態に係る双極板３１（図２）を備える。実施形態に係る双極板３１の特徴の一つとして、図４から図７に示されるように、電解液の供給縁３１ａと排出縁３１ｂとに繋がる流通溝４が形成されている点、その流通溝４に電極片５が嵌め込まれている点などが挙げられる。本例では、初めに図１から図３を参照してＲＦ電池１の概要を説明する。その後、主に図４から図７を参照して実施形態に係る双極板３１を詳しく説明する。

≪ＲＦ電池≫
ＲＦ電池１は、電解液循環型の蓄電池の一つである。このＲＦ電池１の動作原理を図１に示す。図１に示されるＲＦ電池１は、正極電解液及び負極電解液としてバナジウム電解液を使用したバナジウム系ＲＦ電池である。バナジウム電解液は、硫酸溶液に、活物質としてバナジウムイオンが含まれた電解液である。電池セル１０内の実線矢印は充電反応を示しており、破線矢印は放電反応を示している。ＲＦ電池１は、交流／直流変換器などの電力変換器１００Ｃを介して電力系統１００に接続されて利用される。ＲＦ電池１は、例えば、負荷平準化用途、瞬低補償や非常用電源などの用途、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用途に利用される。ここで、電解液はバナジウム系電解液に限定されるわけではない。例えば、ＲＦ電池１に使用される電解液は、鉄−クロム系電解液、チタン−マンガン系電解液などであっても良い。

ＲＦ電池１は、充放電を行う電池セル１０と、電池セル１０に正極電解液を循環させる正極循環機構１０Ｐと、電池セル１０に負極電解液を循環させる負極循環機構１０Ｎとを備える。

電池セル１０は、正極電極１４と負極電極１５と隔膜１１とを備える。隔膜１１は、正極電極１４と負極電極１５との間に介在される。正極電極１４及び負極電極１５は、カーボンフェルト、カーボンクロス、又はカーボンペーパーなどの炭素を含む多孔質体によって構成される。多孔質体の電極１４，１５は、その内部に多数の空隙を有している。そのため、電極１４，１５内に電解液が流通される。隔膜１１は、例えば、水素イオンを透過するイオン交換膜などによって構成される。

正極循環機構１０Ｐ（負極循環機構１０Ｎ）は、正極タンク１６（負極タンク１７）から電池セル１０へ正極電解液（負極電解液）を送る往路配管１６Ａ（１７Ａ）と、電池セル１０からタンク１６（１７）へ電解液を戻す復路配管１６Ｂ（１７Ｂ）と有する。往路配管１６Ａ（１７Ａ）には、タンク１６（１７）に貯留される正極電解液（負極電解液）を圧送するポンプ１８（１９）が設けられている。このポンプ１８（１９）により正極電解液（負極電解液）が電池セル１０に循環される。

≪セルスタック≫
電池セル１０は通常、図２に示すような、複数の電池セル１０を積層してなるセルスタック２と呼ばれる形態で利用される。セルスタック２は、図３に示すように、複数のサブスタック２０を積層し、その積層体を２枚のエンドプレート２２で挟み込むことで構成されている。両エンドプレート２２で挟まれる積層体は、締付機構２３によって締め付けられている。サブスタック２０は、セルフレーム３、正極電極１４、隔膜１１、及び負極電極１５を複数積層した積層体に給排板２１（図２では図示略）を配置した構造を備える。給排板２１には、各循環機構１０Ｐ，１０Ｎ（図１、図２参照）の往路配管１６Ａ，１７Ａ及び復路配管１６Ｂ，１７Ｂが接続される。

≪セルフレーム≫
セルフレーム３は、図３の上段に示すように、双極板３１と、双極板３１の外周に設けられる枠体３２とを有する。双極板３１は、例えばプラスチックカーボンなどの導電材料によって構成されている。一方、枠体３２は、例えばポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などのプラスチックによって構成されている。セルフレーム３は、双極板３１の周囲に枠体３２を射出成型することで作製できる。別個に作製された双極板３１と枠体３２とが組み合わされることでセルフレーム３が作製されていても良い。

枠体３２の内側には、双極板３１と枠体３２により凹部３２ｏが形成される。凹部３２ｏは、双極板３１の両側にそれぞれ形成される。一方の凹部３２ｏには正極電極１４が収納され、他方の凹部３２ｏには負極電極１５が収納される。各電極１４、１５は、電池セル１０が組み立てられたとき、枠体３２の各凹部３２ｏ内に厚さ方向に圧縮された状態で収納される。隣接する一方のセルフレーム３の枠体３２と、他方のセルフレーム３の枠体３２との間には、電解液の漏洩を抑制するＯリングや平パッキンなどの環状のシール部材３７が配置されている。このようなセルフレーム３が複数積層されることで構成されるセルスタック２（サブスタック２０）では、隣接する一方のセルフレーム３の双極板３１と、他方のセルフレーム３の双極板３１との間に１つの電池セル１０が形成される。

次に、セルフレーム３の詳細な構成を図４から図７に基づいて説明する。図４は、セルフレーム３における正極電極１４（図３）が配置される側の正面図である。図４では、流通溝４及び電極片５の形状を分かり易くするために、流通溝４以外の双極板３１の表面３１ｓ及び電極片５が大きさの異なるクロスハッチングで示されている。ここで、セルフレーム３における正極電極１４側の構成と負極電極１５側の構成は同じである。従って、セルフレーム３における負極電極１５側の構成は図示を省略する。

［枠体］
枠体３２は、円環形状であっても良いし、多角枠形状であっても良い。本例の枠体３２は、紙面左右方向に長くなった矩形状である。枠体３２は、その厚み方向に貫通する給液マニホールド３３，３４、及び排液マニホールド３５，３６を有する。給液マニホールド３３（３４）は、正極電解液（負極電解液）をセルフレーム３に供給する孔であり、枠体３２の下片に設けられる。一方、排液マニホールド３５（３６）は、正極電解液（負極電解液）をセルフレーム３から排出する孔であり、枠体３２の上片に設けられる。従って、セルフレーム３における全体的な電解液の流れる方向（以下、流通方向）は、図４中に太線矢印で示されるように紙面上方向となる。

正極電解液は、給液マニホールド３３から給液スリット３３ｓを介して、双極板３１の一面側（図４に図示される表面３１ｓ）に供給される。給液スリット３３ｓは、枠体３２の表面３１ｓに形成される溝である。一方、双極板３１から排液マニホールド３５への排液は、排液スリット３５ｓを介して行われる。排液スリット３５ｓは、枠体３２の表面３１ｓに形成される溝である。

負極電解液は、給液マニホールド３４から給液スリット３４ｓ（図３）を介して、双極板３１の他面側（表面３１ｓの裏面）に供給される。一方、双極板３１から排液マニホールド３６への排液は、排液スリット３６ｓを介して行われる。

［双極板］
図４に示される双極板３１は、電極１４，１５（図３）に対向する表面３１ｓに設けられる第一整流溝３１Ａ、第二整流溝３１Ｂ、及び複数の流通溝４を備える。既に述べたように、セルフレーム３における正極電極１４側の構成と負極電極１５側の構成は同じである。以降の説明において、『正極』を『負極』に読み替えることで、セルフレーム３における負極電極１５側の構成の説明になる。

［［整流溝］］
第一整流溝３１Ａは、双極板３１への電解液の供給縁３１ａ（双極板３１の下側の縁部）に沿って設けられる横溝である。供給縁３１ａは、双極板３１の外周縁部のうち、給液スリット３３ｓに繋がる部分である。一方、第二整流溝３１Ｂは、双極板３１における枠体３２への電解液の排出縁３１ｂ（双極板３１の上側の縁部）に沿って設けられる横溝である。排出縁３１ｂは、双極板３１の外周縁部のうち、排液スリット３５ｓに繋がる部分である。第一整流溝３１Ａと第二整流溝３１Ｂは、枠体３２に設けられていても良い。整流溝３１Ａ，３１Ｂは無くても構わない。

［［流通溝］］
流通溝４は、双極板３１の一面側の全面に正極電解液を拡散させ、双極板３１の一面側に配置される正極電極１４に電解液を導入する役割を果たす。本例の流通溝４は、セルフレーム３の全体的な流通方向に沿って、供給縁３１ａ側から排出縁３１ｂ側に向って延びる縦溝である。本例とは異なり、流通溝４は、当該流通方向に対して傾斜していても良い。その他、流通溝４は、屈曲していても構わない。

流通溝４は、第一整流溝３１Ａと第二整流溝３１Ｂとに連通している。即ち、流通溝４は、電解液の供給縁３１ａと排出縁３１ｂとに繋がっている。整流溝３１Ａ，３１Ｂが枠体３２に設けられる場合、流通溝４は、供給縁３１ａと排出縁３１ｂとに直接繋がる。流通溝４が供給縁３１ａと排出縁３１ｂとに繋がっていることで、流通溝４における電解液の流通性が良い。反面、電池反応に寄与する前に電池セル１０から排出される電解液の量が多くなるおそれがある。そこで、本例の流通溝４には、電極片５が設けられている。

本例の流通溝４の幅（流通溝４の延伸方向に直交する方向の長さ）は、流通溝４の延伸方向にわたって一様である。流通溝４の好ましい幅は、０．２５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。流通溝４の幅が０．２５ｍｍ以上であれば、電解液の流通性が良い。流通溝４の幅が２０ｍｍ以下であれば、電解液の流通性が高くなり過ぎない。流通溝４のより好ましい幅は、０．５ｍｍ以上１２ｍｍ以下である。

本例とは異なり、流通溝４の幅が、流通溝４の途中で変化しても良い。例えば、流通溝４の幅が広くなる箇所と狭くなる箇所とが交互に形成された流通溝４が挙げられる。その他、排出縁３１ｂ側に向うに従って幅が狭くなった流通溝４が挙げられる。幅が変化する流通溝４においても、流通溝４の幅は０．２５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。

ここで、流通溝４の幅は、図５に示されるように流通溝４の開口部から底部にわたって一定である。本例とは異なり、流通溝４の幅は、開口部から底部にかけて変化しても良い。例えば、流通溝４の底部側の幅が開口部側の幅よりも広いアリ溝（ｄｏｖｅｔａｉｌ ｇｒｏｏｖｅ）状の流通溝４が挙げられる。アリ溝状の流通溝４によれば、電極片５が流通溝４から脱落し難くなる。その他、流通溝４の開口部側の幅が底部側の幅よりも広い流通溝４が挙げられる。この流通溝４によれば、流通溝４への電極片５の嵌め込みが容易になる。

本例の流通溝４の深さは、流通溝４の延伸方向にわたって一様である。流通溝４の深さは、流通溝４の開口から底部までの距離のことである。流通溝４の好ましい深さは、０．２５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。流通溝４の深さが０．２５ｍｍ以上であれば、電解液の流通性が良い。流通溝４の深さが２０ｍｍ以下であれば、電解液の流通性が高くなり過ぎない。流通溝４のより好ましい深さは、０．５ｍｍ以上１２ｍｍ以下である。

本例とは異なり、流通溝４の深さが、流通溝４の途中で変化しても良い。例えば、排出縁３１ｂ側に向うに従って浅くなった流通溝４が挙げられる。深さが変化する流通溝４においても、流通溝４の深さは、０．２５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。

流通溝４の数は特に限定されない。また、隣接する一方の流通溝４の開口縁と他方の開口縁との間隔は、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることが好ましい。上記間隔を１ｍｍ以上とすることで、双極板３１の機械的強度を確保できる。また、上記間隔を５０ｍｍ以下とすることで、双極板３１の全面に電解液が行き渡り易くなる。

［［電極片］］
電極片５は、流通溝４の全長の一部に嵌め込まれている。電極片５が流通溝４の全長にわたって嵌め込まれることは無い。電極片５は、カーボンフェルト、カーボンクロス、又はカーボンペーパーなどの炭素を含む導電性の多孔質体である。つまり、電極片５は、正極電極１４と同様の材質で構成されている。電極片５は電池反応に寄与する。

流通溝４に電極片５が配置されることで、電極片５の位置で電解液が流れ難くなる。そのため、電解液が正極電極１４側に拡散する。電解液の一部は、電極片５に拡散する。その結果、電池セル１０において電池反応に寄与する電解液の量が増加する。従って、電極片５が流通溝４に嵌め込まれた双極板３１を用いた電池セル１０は、充放電効率に優れる。

本例の電極片５は、流通溝４の全長における排出縁３１ｂ寄りに配置されている。より具体的には、流通溝４における第二整流溝３１Ｂ側の端部に設けられている。そのため、流通溝４の排出縁３１ｂ寄りの位置で電解液が電極側に拡散し易くなる。従って、電解液の充電効率が高まる。

流通溝４に沿った電極片５の長さは、一本の流通溝４の全長の１％以上５０％以下であることが好ましい。電極片５の長さが流通溝４の全長の１％以上であれば、電解液が流通溝４から正極電極１４側に移動し易い。電極片５の長さが流通溝４の全長の５０％以下であれば、流通溝４における電解液の流通性の低下が抑制される。より好ましい電極片５の長さは、流通溝４の全長の２％以上３３％以下である。

本例では、一つの流通溝４に嵌め込まれる電極片５の数は一つである。一つの流通溝４に複数の電極片５が嵌め込まれていても良い。また、双極板３１に複数の流通溝４が形成されている場合、双極板３１は、一部の流通溝４に電極片５が嵌め込まれ、一部の流通溝４に電極片５が嵌め込まれていない構成であっても良い。

電極片５の嵩密度は、０．０２ｇ／ｃｍ^３以上３．０ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。電極片５の嵩密度が０．０２ｇ／ｃｍ^３以上であれば、電極片５の位置において電解液がせき止められ、流通溝４から正極電極１４に向って電解液が拡散し易くなる。従って、電極片５を設けたことによる効果が得られ易い。電極片５の嵩密度が３．０ｇ／ｃｍ^３以下であれば、電解液の一部が電極片５を透過できるので、電極片５における電池反応が促進され易くなる。より好ましい電極片５の嵩密度は、０．１ｇ／ｃｍ^３以上２．０ｇ／ｃｍ^３以下、あるいは０．２ｇ／ｃｍ^３以上１．０ｇ／ｃｍ^３以下である。さらに好ましい電極片５の嵩密度は、０．２２ｇ／ｃｍ^３以上０．５８ｇ／ｃｍ^３以下、あるいは０．２４ｇ／ｃｍ^３以上０．５６ｇ／ｃｍ^３以下である。

電極片５の嵩密度Ｂ（ｇ／ｃｍ^３）は、Ｂ＝ｄ×（１−Ｐ／１００）から求めることができる。Ｐ（％）は空隙率である。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で得られる。ｄ（ｇ／ｃｍ^３）は、電極片５の真密度である。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。

次に、流通溝４の深さ方向における電極片５の配置状態を図５から図７に基づいて説明する。図５から図７では、双極板３１の表面３１ｓに正極電極１４が配置された状態が示されている。また、図５から図７では、双極板３１の表面３１ｓと正極電極１４との間に隙間が形成されているが、実際には表面３１ｓの少なくとも一部が正極電極１４に接触している。また、図面上、流通溝４の内周面と電極片５との間に隙間が形成されているが、実際には流通溝４の内周面の少なくとも一部が電極片５に接触している。

図５に示される例では、正極電極１４とは別個の電極片５が、流通溝４の深さ方向における全体に配置されている。流通溝４に電極片５が配置されることで、電極片５の位置で電解液の流れがせき止められ、流通溝４から正極電極１４に向って電解液が拡散し易くなる。もちろん、電解液の一部は電極片５にも拡散する。

図５では、電極片５が流通溝４の内周面及び正極電極１４から離隔しているが、実際には電極片５は流通溝４の内周面と正極電極１４とに接触している。図５に示される構成では、電極片５が正極電極１４に接触しているので、電極片５が正極電極１４の一部として電池反応に寄与する。

本例の電極片５の形状は、流通溝４の内周面に沿った形状となっている。具体的には、電極片５は、直方体又は立方体である。本例とは異なり、電極片５は、球状であっても良いし、円柱状であっても良い。電極片５は、流通溝４に圧入されて固定される。そのため、電極片５がどのような形状であっても、流通溝４の内部における電極片５は、流通溝４の内周面にほぼ沿った形状に変形する。正極電極１４と独立した電極片５は、圧入によって流通溝４に固定されている。必要に応じて、電極片５は、流通溝４の内周面に接着されていても良い。

図６に示される例では、電極片５が、流通溝４の深さ方向における底部寄りに配置されている。つまり、電極片５の高さは、流通溝４の深さよりも小さい。流通溝４の底部寄りに電極片５が配置されていれば、流通溝４の底部側を流れる電解液が、流通溝４の開口部側（即ち正極電極１４側）に拡散され易い。

流通溝４に配置された電極片５のうち、流通溝４の開口部側に配置される上面（紙面上側の面）が傾斜面となっていても良い。例えば、排出縁３１ｂ側に向うに従って高くなる傾斜面は、流通溝４の底部側を流れる電解液を正極電極１４側に拡散し易くなる。その他、電極片５の上面は、供給縁３１ａ側に配置される傾斜面と、排出縁３１ｂ側に配置される傾斜面とで構成されていても良い。この場合、供給縁３１ａ側の傾斜面は、排出縁３１ｂ側に向うに従って高くなり、排出縁３１ｂ側の傾斜面は、排出縁３１ｂ側に向うに従って低くなっていることが好ましい。

図７に示される例では、正極電極１４が流通溝４の内部に突出する凸部１４ｐを備え、その凸部１４ｐが電極片５を構成している。つまり、電極片５は正極電極１４の一部である。この構成では、双極板３１に正極電極１４が配置されたときに、正極電極１４の凸部１４ｐが流通溝４に嵌り込む。流通溝４に嵌り込んだ凸部１４ｐは電極片５として機能する。この図７の構成では、双極板３１への正極電極１４の配置と、流通溝４への電極片５の配置とが同時に行われるため、電池セル１０（図１から図３）の生産性が向上する。

≪効果≫
本例の双極板３１の構成によれば、流通溝４における電極片５が配置される位置で電解液が電極１４，１５に拡散され易い。従って、本例の双極板３１は、電池セル１０（図３）において電池反応に寄与する電解液の量を増加させる。

また、本例の双極板３１の構成によれば、電池セル１０における電解液の流れが円滑になる。双極板３１に設けられる流通溝４が、供給縁３１ａと排出縁３１ｂとに直接繋がっているからである。従って、本例の双極板３１は、電池セル１０（図３）における電解液の圧力損失を低減できるので、電解液を循環させるための電力消費量を低減できる。

本例の双極板３１は、この双極板３１を備える電池セル１０、セルスタック２、及びＲＦ電池１の電池性能を向上させることができる。本例の双極板３１によって、電解液の反応量が向上するため、電池セル１０の充放電効率が向上するからである。また、本例の双極板３１によって電解液を循環させるための電力消費量が低減されるので、ＲＦ電池１の運転効率が向上する。

＜実施形態２＞
実施形態２では、第一整流溝３１Ａと第二整流溝３１Ｂとが枠体３２に形成される例を図８に基づいて説明する。

図８に示されるように、本例のセルフレーム３では、第一整流溝３１Ａ及び第二整流溝３１Ｂが枠体３２に設けられている。第一整流溝３１Ａは、双極板３１における供給縁３１ａに沿うように設けられている。第二整流溝３１Ｂは、双極板３１における排出縁３１ｂに沿うように設けられている。一方、本例の流通溝４は、供給縁３１ａと排出縁３１ｂとに直接繋がっている。電極片５は、流通溝４における供給縁３１ａ側の端部に設けられている。

本例の構成によっても、実施形態１と同様の効果が得られる。

＜変形例＞
双極板３１に備わる電極片５は、流通溝４の全長の一部に設けられていれば良く、実施形態１，２に示される構成に限定されるわけではない。以下、図９から図１６を参照して変形例を幾つか説明する。図９から図１６の見方は、図４と同様である。

≪変形例１≫
図９に示される双極板３１では、一体構造又は分割構造の電極片５が設けられている。電極片５は、長片部と、長片部から延びる複数の短片部とを備える。長片部は、第二整流溝３１Ｂに嵌め込まれている。短片部は、流通溝４における排出縁３１ｂ側の部分に嵌め込まれている。本例の構成によれば、電池セル１０における電池反応に寄与する電解液の量を増加させられる。

≪変形例２≫
図１０に示される双極板３１では、一つの流通溝４に三つの電極片５が配置されている。より具体的には、流通溝４における供給縁３１ａ側と排出縁３１ｂ側と中間部とに電極片５が配置されている。本例の構成は、双極板３１の全面に電解液を拡散させることができる。

≪変形例３≫
図１１に示される双極板３１では、各流通溝４に配置される電極片５の長さが異なる。より具体的には、双極板３１の幅方向（紙面左右方向）の中間部にある流通溝４に嵌め込まれる電極片５が最も長くなっている。双極板３１の幅方向の中間部から離れるに従って、流通溝４に嵌め込まれる電極片５の長さが短くなっている。本例の構成は、給液スリット３３ｓから導入された電解液を、双極板３１の幅方向に速やかに拡散させられる。また、電池反応後の電解液が、双極板３１の幅方向の全体から速やかに回収される。

≪変形例４≫
図１２に示される双極板３１では、双極板３１全体を平面視したとき、短い電極片５が菱形に配置されている。本例の構成によっても、変形例３と同様の効果が得られる。

≪変形例５≫
図１３に示される双極板３１では、双極板３１の幅方向の中央から離れるに従って、流通溝４における電極片５が配置される範囲が広くなった後、双極板３１の幅方向の両端部に向うに従って、流通溝４における電極片５が配置される範囲が狭くなっている。より具体的には、双極板３１の幅方向の中央にある流通溝４には二つの電極片５が配置されている。中央から一つ離れた流通溝４には三つの電極片５が配置されている。三つの電極片５が配置される範囲は、中央の流通溝４における二つの電極片５が配置される範囲よりも広くなっている。中央から二つ離れた流通溝４には四つの電極片５が配置されている。中央から三つ離れた流通溝４には三つの電極片５が配置されている。三つの電極片５の配置は、中央から一つ離れた流通溝４における三つの電極片５の配置とほぼ同じである。中央から四つ離れた流通溝４、双極板３１の幅方向の最も外側にある流通溝４には三つの電極片５が配置されている。三つの電極片５が配置される範囲は、中央の流通溝４における電極片５が配置される範囲とほぼ同じである。各電極片５は同じ大きさでも良いし、異なっていても良い。

≪変形例６≫
図１４に示される双極板３１では、電極片５の配置状態が異なる二つの流通溝４が双極板３１の幅方向に交互に並んでいる。一方の流通溝４では、供給縁３１ａ側に電極片５が嵌め込まれている。その電極片５は、流通溝４における第一整流溝３１Ａとの繋ぎ目から流通溝４の中央に及んでいる。他方の流通溝４では、排出縁３１ｂ側に電極片５が嵌め込まれている。その電極片５は、流通溝４における第二整流溝３１Ｂとの繋ぎ目から流通溝４の中央に及んでいる。

≪変形例７≫
図１５に示される双極板３１では、電極片５の配置状態が異なる二つの流通溝４が双極板３１の幅方向に交互に並んでいる。一方の流通溝４では、供給縁３１ａ側と排出縁３１ｂ側にそれぞれ電極片５が嵌め込まれている。他方の流通溝４では、流通溝４の中央に電極片５が嵌め込まれている。

≪変形例８≫
図１６に示される双極板３１では、電極片５の配置状態が異なる二つの流通溝４が双極板３１の幅方向に交互に並んでいる。一方の流通溝４では、供給縁３１ａ側と排出縁３１ｂ側と中央にそれぞれ電極片５が嵌め込まれている。他方の流通溝４では、流通溝４の中間部に二つの電極片５が嵌め込まれている。二つの電極片５は、流通溝４の延伸方向に離隔している。

１ ＲＦ電池（レドックスフロー電池）
１０ 電池セル、１１ 隔膜、１４ 正極電極、１４ｐ 凸部、１５ 負極電極
１０Ｐ 正極循環機構
１６ 正極タンク、１６Ａ，１７Ａ、往路配管、１８ ポンプ
１０Ｎ 負極循環機構
１７ 負極タンク、１６Ｂ，１７Ｂ 復路配管、１９ ポンプ
２ セルスタック
２０ サブスタック、２１ 給排板、２２ エンドプレート、２３ 締付機構
３ セルフレーム
３１ 双極板、３１ａ 供給縁、３１ｂ 排出縁、３１ｓ 表面
３１Ａ 第一整流溝、３１Ｂ 第二整流溝
３２ 枠体、３２ｏ 凹部
３３，３４ 給液マニホールド、３５，３６ 排液マニホールド
３３ｓ，３４ｓ 給液スリット、３５ｓ，３６ｓ 排液スリット
３７ シール部材
４ 流通溝
５ 電極片
１００ 電力系統
１００Ｃ 電力変換器

Claims (12)

1. レドックスフロー電池の電池セルに用いられ、電解液の供給縁と排出縁とを備える双極板であって、
   前記供給縁と前記排出縁とに繋がる流通溝と、
   前記流通溝の全長の一部に嵌め込まれた多孔質の電極片と、を備える、
   双極板。
2. 前記電極片が、前記流通溝の全長における前記排出縁寄りに配置される請求項１に記載の双極板。
3. 前記流通溝に前記電極片が複数配置され、
   前記各電極片が、互いに離隔している請求項１又は請求項２に記載の双極板。
4. 前記電極片が、前記流通溝の深さ方向における底部寄りに配置される請求項１から請求項３のいずれか１項の双極板。
5. 前記電極片が、前記流通溝の深さ方向における全体に配置される請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の双極板。
6. 前記電極片の嵩密度が０．０２ｇ／ｃｍ^３以上３．０ｇ／ｃｍ^３以下である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の双極板。
7. 前記供給縁に沿って設けられる第一整流溝と、
   前記排出縁に沿って設けられる第二整流溝と、を備え、
   前記流通溝が、前記第一整流溝と前記第二整流溝とに連通する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の双極板。
8. 前記供給縁に沿って設けられる第一整流溝と、
   前記排出縁に沿って設けられる第二整流溝と、を備え、
   前記流通溝が、前記第一整流溝と前記第二整流溝とに連通し、
   前記電極片が、前記流通溝の全長における前記排出縁寄りに配置される請求項１に記載の双極板。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の双極板と、
   前記双極板に対向される電極と、を備える、
   電池セル。
10. 前記電極が前記流通溝の内部に突出する凸部を備え、
    前記凸部が前記電極片を構成する請求項９に記載の電池セル。
11. 請求項９又は請求項１０に記載の電池セルを備える、
    セルスタック。
12. 請求項９又は請求項１０に記載の電池セル、又は請求項１１に記載のセルスタックを備える、
    レドックスフロー電池。

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