JPH0550657U - 電解液循環型積層二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極板とセパレータ板を複数交互に積層して
一体化し、電極板とセパレータ板で囲まれた電池反応室
内に電解液を循環する電解液循環型積層二次電池におい
て、正極液の流れを切り換える四方コックを設けなくて
も正極室に発生するガスをセル外に出せるようにする。 【構成】 枠付き電極４１の枠体４２の上側端部におい
て、電解液流路１３、正極マニホールド９、負極マニホ
ールド以外の箇所にガス抜き用マニホールド４３を形成
する。またセパレータ板の前記箇所にもガス抜き用マニ
ホールドを設ける。そして枠体４２の正極側上部電解液
流路１３と前記ガス抜き用マニホールド４３を結ぶ箇所
にガス抜き用流路４４を形成し、前記ガス抜き用マニホ
ールド４３と正極電解液貯蔵槽２６をガス抜き用配管４
５で連結する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はセパレータにより仕切られた電池反応室に電解液を循環せしめて充電 、放電を行う電解液循環型積層二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】

近時、電池電力貯蔵システムの開発が促進されており、その一環として亜鉛− 臭素電池，亜鉛−塩素電池，レドックスフロー電池等が開発されている。このう ち亜鉛−臭素電池は、亜鉛と臭素の酸化還元反応を利用した二次電池であり、電 解液循環型構造となっており、電気的直列積層構成を採ることにより高い電圧を 取り出すことができる。

【０００３】 この亜鉛−臭素電池は、例えば図２のように構成されている。図２において、 ６は絶縁性の枠体がセパレータ１１の外周に一体に形成されたセパレータ板、８ は絶縁枠体が導電性部材（電極）の外周に一体に形成されたバイポーラ形の中間 電極板である。この中間電極板８間にセパレータ板６を挾んで両側にスペーサメ ッシュ７およびパッキン５を重ねて、単セルを構成し、この単セルを複数、例え ば、３０セル積層し、最後に両端に夫々、集電電極（電極端板）３，積層端板２ 及び締付端板１を重ねて、ボルトおよびナットで締めつけて一体に構成している 。

【０００４】 このように構成した電池本体内に電解液（臭化亜鉛水溶液）は、中間電極板８ ，セパレータ板６の枠体１２およびパッキン５の四隅角部に形成した正極マニホ ールド９と負極マニホールド１０、さらにチャンネルおよびマイクロチャンネル から成るＭＣ形成部１３の電解液流路を介して流入流出するものであり、その基 本構成は図３のように示される。図３において２１は電池本体のスタックを示し ており、２２，２３はセパレータ１１で仕切られて形成された正極室，負極室、 ２４は正極、２５は負極である。２６は正極電解液貯蔵槽であり正極電解液２７ が貯蔵されている。２８は負極電解液貯蔵槽であり負極電解液２９が貯蔵されて いる。正極電解液貯蔵槽２６と正極室２２は正極側配管３０で連結され、その中 間には電解液の循環方向を変えるための四方コック３１が設けられ、該配管３０ には正極側ポンプ３２が設けられている。負極電解液貯蔵槽２８と負極室２３は 負極側配管３３で連結され、該配管３３には負極側ポンプ３４が設けられている 。正極室２２には正極電解液貯蔵槽２６から正極電解液２７を前記ポンプ３２に よって循環し、負極室２３には負極電解液貯蔵槽２８から負極電解液２９を前記 ポンプ３４によって循環している。

【０００５】 上記のように構成された電池において、充電時には負極上に亜鉛が析出し、正 極では生成した臭素が電解液中に溶解する。放電時には負極上の亜鉛が酸化され て亜鉛イオンとなり、溶解し、臭素は還元され臭素イオンとなる。本電池は充電 時に生成した臭素の濃度があがると負極上に拡散して亜鉛を溶解して亜鉛イオン と臭素イオンに戻り自己放電を発生し電池効率を低下させる。これを防ぐために 実際の電池ではポンプ、タンクを設けて電解液に不溶な臭素錯化合物としてタン クに貯蔵するようにしている。

【０００６】 通常、電極室内にエアー層が残らないように負極電解液２９は負極側ポンプ３ ４を用いて図示矢印のようにセルの下側から上側に向かって液を流している。し かし正極電解液２７は充電時に生成される臭素錯化物の密度が大きく下から上へ 流すことができない。このため正極側については通常の運転時は図３および図４ に示す矢印のようにセルの上側から下側へ液を流している。しかし充放電時に本 来使われるべき活物質である臭化亜鉛以外に溶媒である水やその他の添加物の電 気分解でガスが発生する。この時正極電解液が上から下へ流れていると、発生し たガスはセル内に溜まり、化学反応の妨げになったり内圧の上昇でセルの破壊に つながる。

【０００７】 このような事態を避けるために、充放電開始前に四方コック３１を切り換えて 正極電解液２７を図示矢印とは反対に下から上へ循環せしめ、エアー層を無くし てガスをセル内から外へ追い出す。その後四方コック３１を切り換えて正極電解 液２７を図示矢印のように上から下へ流し充電又は放電を行う。またときおり充 放電時にも四方コック３１を切り換えて電解液を下から上へ循環させている。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

上記のように従来の亜鉛−臭素電池では、四方コック３１を設けて正極電解液 ２７の循環を上→下、下→上に切り換えなければならないので、次のような欠点 があった。

【０００９】 （１）四方コックが必要であるのでコストが非常に高くなってしまう。

【００１０】 （２）正極室２２と四方コック３１を結ぶ配管、四方コック３１と正極液貯蔵槽 ２６を結ぶ配管を各々設けなければならず、正極側の配管が非常に複雑になると ともに配管のスペースが非常に大きくなってしまう。

【００１１】 （３）前記のように四方コック３１および複雑な配管が必要であると、電池シス テム全体の小型化が極めて難しくなってしまう。

【００１２】 （４）四方コック３１の切り換え操作を間違えたり忘れたりすると、所定の充放 電効率が得られなくなってしまう。

【００１３】 （５）正極側配管３０と負極側配管３３では電解液の液圧のアンバランスが生じ る。

【００１４】 本考案は上記の点に鑑みなされたものでその目的は、四方コックを用いなくて も正極室に発生するガスをセル外へ出すことを可能とし、これによって電池シス テムの小型化を図ることができる電解液循環型積層二次電池を提供することにあ る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

本考案は、バイポーラ電極および該電極の周囲に設けられた枠体と、該枠体の 対向すう一方の両辺部に各々設けられた一対の電解液流路と、該流路に連通する マニホールドとを有して成る電極板と、セパレータおよび該セパレータの周囲に 設けられた枠体を有して成るセパレータ板とを複数交互に積層して一体化し、前 記電極板とセパレータ板で囲まれた電池反応室内に電解液貯蔵槽から電解液を循 環させるように構成した電解液循環型積層二次電池において、前記電極板の枠体 の上側端部であって、前記電解液流路およびマニホールド以外の第１の所定部位 と、該第１の所定部位に連なるセパレータ板の枠体の第２の所定部位とにガス抜 き用マニホールドを形成し、前記正極室を構成する電極板の枠体の上側電解液流 路と前記ガス抜き用マニホールドを結ぶ部位にガス抜き用流路を形成し、前記ガ ス抜き用マニホールドと正極電解液貯蔵槽を配管で連結したことを特徴としてい る。

【００１６】

【作用】

正極室内に正極電解液を循環させたときに発生するガスは、上側電解液流路に 連なるガス抜き用流路、ガス抜き用マニホールドおよび配管を介して正極電解液 貯蔵槽に戻される。このため正極液の流れを常にセルの上から下へ流すようにし てもガスはセル外に出される。これによって正極側配管に四方コックを設けて液 の流れを下から上に流し前記ガスをセル外へ出すという作業は不要となる。

【００１７】

【実施例】

以下、図面を参照しながら本考案の一実施例を説明する。図１は本考案を亜鉛 −臭素電池に適用した場合の構成を示している。図１（Ａ）は原理図であり、電 池スタックは単セルのみを示している。図１（Ｂ）は枠付き電極の正極側の詳細 を示す構成図である。尚図１において図２、図３と同一部分は同一符号を以て示 している。枠付き電極（バイポーラ電極）４１の枠体４２の上側端部（電解液流 路１３、正極マニホールド９、負極マニホールドを除く箇所）にはガス抜き用マ ニホールド４３が穿設されている。枠体４２のガス抜き用マニホールド４３と電 解液流路１３を結ぶ箇所にはガス抜き用流路４４が形成されている。前記のよう なガス抜き用マニホールド４３およびガス抜き用流路４４はセパレータ板の枠体 にも同様に設けられている（図示省略）。前記ガス抜き用マニホールド４３と正 極電解液貯蔵槽２６はガス抜き用配管４５で連結されている。正極側配管３０に は液の流れを変えるための四方コック３１は設けておらず、正極電解液は正極側 ポンプ３２によって図示矢印の一定方向に正極室内を上から下へ循環するように 構成している。

【００１８】 いま図示矢印のように正極室内に正極電解液を循環させたときに発生するガス は、ガス抜き用流路４４、ガス抜き用マニホールド４３およびガス抜き用配管４ ５を介して正極電解液貯蔵槽２６に戻される。このように正極電解液の流れを常 にセルの上から下へ流すようにしてもガスはセル外に出される。これによって正 極側配管３０に四方コックを設けて液の流れを下から上に流し前記ガスをセル外 へ出すという作業は不要となる。

【００１９】 尚本考案は亜鉛−臭素電池に限らず、他の電解液循環型積層二次電池に適用し ても前記同様の作用、効果を奏する。

【００２０】

【考案の効果】

以上のように本考案によれば、電極板およびセパレータ板の枠体の上側端部の 電解液流路およびマニホールド以外の箇所に、ガス抜き用マニホールドおよびガ ス抜き用流路を設け、該ガス抜き用マニホールドと正極電解液貯蔵槽をガス抜き 用の配管で連結したので、次のような優れた効果が得られる。

【００２１】 （１）電解液循環方向を切り換えるための四方コックが不要となり、コストダウ ンを図ることができる。

【００２２】 （２）四方コック切り換えの手間が要らなくなりメンテナンスの縮小化が図れる 。

【００２３】 （３）電池反応室と四方コックを結ぶ配管、四方コックと電解液貯蔵槽を結ぶ配 管が不要となり配管スペースを少なくすることができる。

【００２４】 （４）電池システム全体を小型化することができる。

【００２５】 （５）正極側配管と負極側配管で電解液の液圧のアンバランスが生じることはな い。

【００２６】 （６）四方コック無しでもガスをセルおよびスタックから外へ出すことができる 。このためスタック内の内圧の上昇による破壊は生じない。また電池反応の抵抗 の増加はなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を表し、図１（Ａ）は全体構
成を示す原理図、図１（Ｂ）は要部詳細を示す構成図。

【図２】従来の積層電池の一つである亜鉛−臭素電池の
電池本体を例示する要部分解斜視図。

【図３】従来の亜鉛−臭素電池の原理図。

【図４】従来の枠付き電極の一例を示す構成図。

【符号の説明】

３…集電電極、６…セパレータ板、８…中間電極板、９
…正極マニホールド、１０…負極マニホールド、１１…
セパレータ、１３…電解液流路、２１…スタック、２２
…正極室、２３…負極室、２４…正極、２５…負極、２
６…正極電解液貯蔵槽、２７…正極電解液、２８…負極
電解液貯蔵槽、２９…負極電解液、３０…正極側配管、
３１…四方コック、３２…正極側ポンプ、３３…負極側
配管、３４…負極側ポンプ、４１…枠付き電極、４２…
枠体、４３…ガス抜き用マニホールド、４４…ガス抜き
用流路、４５…ガス抜き用配管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 バイポーラ電極および該電極の周囲に設
   けられた枠体と、該枠体の対向する一方の両辺部に各々
   設けられた一対の電解液流路と、該流路に連通するマニ
   ホールドとを有して成る電極板と、セパレータおよび該
   セパレータの周囲に設けられた枠体を有して成るセパレ
   ータ板とを複数交互に積層して一体化し、前記電極板と
   セパレータ板で囲まれた電池反応室内に電解液貯蔵槽か
   ら電解液を循環させるように構成した電解液循環型積層
   二次電池において、 前記電極板の枠体の上側端部であって、前記電解液流路
   およびマニホールド以外の第１の所定部位と、該第１の
   所定部位に連なるセパレータ板の枠体の第２の所定部位
   とにガス抜き用マニホールドを形成し、前記正極室を構
   成する電極板の枠体の上側電解液流路と前記ガス抜き用
   マニホールドを結ぶ部位にガス抜き用流路を形成し、前
   記ガス抜き用マニホールドと正極電解液貯蔵槽を配管で
   連結したことを特徴とする電解液循環型積層二次電池。