JPH067157U

JPH067157U - レドックスフロー電池のセル

Info

Publication number: JPH067157U
Application number: JP045065U
Authority: JP
Inventors: 克己藤谷
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-06-29
Filing date: 1992-06-29
Publication date: 1994-01-28
Anticipated expiration: 2007-06-29
Also published as: JP2606335Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】本考案は、部品点数を少なくすることができ
るように改良された、レドックスフロー電池のセルを得
ることを最も主要な特徴とする。【構成】当該セルは、隔膜１０と、隔膜１０を間に挟
んで両側に配置された１対の双極板１３，１４と、を備
える。隔膜１０と、双極板１３，１４との間には電極１
１，１２が配置されている。双極板１３，１４のそれぞ
れの外周部には、隔膜１０を間に挟んで、それらの密着
面を互いに密着させるフレーム１５ａ，１５ｂが固定し
て設けられている。フレーム１５ａ，１５ｂの密着面に
は、双極板１３，１４を取囲むように環状に、電解液を
シールするためのシール手段５２が設けられている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、一般に、レドックスフロー電池のセルに関するものであり、より特定的には、部品点数を少なくすることができるように、かつ液シールに対する信頼性を向上させることができるように改良された、レドックスフロー電池のセルに関する。

【０００２】

【従来の技術】

電力会社は、安定した電力を需要家に供給するために、電力の需要に合わせて発電を行なう必要がある。このため、電力会社は、常に、最大需要に見合った発電設備を建設し、需要に即応して発電を行なっている。しかしながら、図８の電力需要曲線Ａで示すように、昼間および夜間では、電力の需要に大きな差が存在する。同様の現象は、週、月および季節間でも生じている。

【０００３】そこで、電力を効率よく貯蔵することが可能であれば、オフピーク時、余剰電力（図８の符号Ｘで示した部分に相当する。）を貯蔵し、ピーク時にこれを放出すれば図７の符号Ｙで示した部分を賄うことができる。このようにすると、需要の変動に対応することができるようになり、電力会社は、常にほぼ一定の電力（図８の破線Ｚに相当する量）のみを発電すればよいことになる。このような負荷平準化を達成することができれば、発電設備を軽減することが可能となり、かつエネルギーの節約ならびに石油等の燃料節減にも大きく寄与することができる。

【０００４】そこで、従来より種々の電力貯蔵法が提案されている。たとえば、揚水発電が既に実施されているが、揚水発電では設備が消費地から遠く隔たった所に設置されている。したがって、この方法においては、送変電損失を伴うこと、ならびに環境面での立地に制約があることなどの問題がある。それゆえに、揚水発電に代わる新しい電力貯蔵技術の開発が望まれており、その１つとしてレドックスフロー電池の開発が進められている。

【０００５】図９は、既に提案されているレドックスフロー電池の一例を示す概略構成図である。図９を参照して、隔膜（たとえば陽イオン交換膜）１０によって仕切られた電解層２０は、正電極１２を有する正極室２２および負電極１１を有する負極室２１が設けられる。正極室２２には、タンク２３ａに貯蔵された正電解液がポンプ２４ａによって連続的に供給される。同様に、負極室２１には、タンク２３ｂに貯蔵された負電解液がポンプ２４ｂによって連続的に供給される。正電解液として、たとえば鉄イオンを含む水溶液、負電解液として、たとえばクロムイオンを含む水溶液を用いれば、Ｆｅ^{3 +}のＦｅ^{2 +}への還元（正極）とＣｒ^{2 +}のＣｒ^{3 +}への酸化（負極）により放電が行なわれ、その逆反応により充電が行なわれる。このとき、両極の間に設けられた隔膜１０を水素イオンが通過する。両極にそれぞれ起こる電池反応を示すと、下記のとおりである。

【０００６】

【化１】

【０００７】上記原理に従って作動するレドックスフロー電池は、たとえば図１０に示すセルが複数個積層された構造を有する。図に示すように、セル１では、双極板１３、負電極１１、隔膜１０、正電極１２および双極板１４の構成要素が順に配列される。双極板１３および１４の外周部には、フレーム１５ａおよび１５ｂがそれぞれ固定的に設けられる。フレーム１５ａと隔膜１０との間には、ガスケット１６ａが介在しており、隔膜１０とフレーム１５ｂの間には、ガスケット１６ｂが介在している。正電極１２は、隔膜１０と双極板１４の間に、挟合された状態で配置されている。負電極１１も同様に、双極板１３と隔膜１０との間に、挟合された状態で配置されている。フレーム１５ａ，１５ｂ、ガスケット１６ａ，１６ｂおよび隔膜１０には、セル内部に電解液を供給するための通路として働くマニホールド２７が形成される。これらの構成要素は、重ねられた後、双極板１３、負電極１１および隔膜１０で形成される負極室に負電解液が充填され、双極板１４、正電極１２および隔膜１０で形成される正極室に正電解液が充填される。電解液を充填するに際し、ガスケット１６ａおよび１６ｂは、締めつけられて電解液を外に漏らさないよう隔膜およびフレームにそれぞれ密着する。従来、このガスケット１６ａ，１６ｂは平板状のものが多く使用されてきている。

【０００８】以上のように構成されるセル１は、多数積層されて図１１に示すようなセルスタックを構成する。セルスタック３０において、セル１は多数重ねられ、１対の端板１７ａおよび１７ｂの間に挟まれてボルト１８によって締めつけられている。セルスタック３０の側面には、電解液の導入口１９ａおよび排出口１９ｂを有する電解液給配板１９ｃが設けられている。電力貯蔵用には、このようなセルスタックが適当数用いられる。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

図１２は、図１０に示すレドックスフロー電池のセルの詳細図である。図１２を参照して、ガスケット１６ａ，１６ｂは、双極板１３，１４と隔膜１０との間隔を保持しながら電解液の漏れを防止するものである。ガスケット１６ａ，１６ｂは温度変化による緩みおよびクリープ等の発生を考慮して締めつけられる。このような締めつけは、上述したようなボルトによって行なわれるが、従来の平板状ガスケット１６ａ，１６ｂでは、相当数のボルトを用いてガスケット１６ａ，１６ｂ全体にわたり均等に締めつけを行なうことが難しく、このため、電解液の漏れを生じる恐れがあった。また、密封性を確実にするため、非常に強い力で締めつけを行なう必要があった。その圧力は、ガスケットが数％〜数十％変形するまで行なう必要がある反面、不均等なまま強い締めつけが行なわれると、双極板１３，１４等に歪みが生じ、この歪みが大きい場合、双極板１３，１４が破損する恐れがあった。

【００１０】また、従来のセルは、次のような問題点もあった。

【００１１】すなわち、図１２を参照して、フレーム１５ａ，１５ｂは塩化ビニール製であり、２枚の塩化ビニールの平板を、塩化ビニール用接着剤により接着していた。また、フレーム１５ａ，１５ｂに溝切りを行ない、双極板１３，１４を挟み、これらをエポキシ樹脂接着剤で接着していた。

【００１２】したがって、接着部において、両者の熱膨張係数の相違による剥がれ、界面の剥離等の問題があり、液シールの信頼性に劣るという問題点があった。また、接着作業も煩わしいものであった。さらに、ガスケット１６ａ，１６ｂが必要であるため、部品点数が多いという問題点もあった。

【００１３】それゆえに、この考案の目的は、液シール性の信頼性が高く、かつ部品点数が少なくなるように改良された、レドックスフロー電池のセルを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

本考案に係るレドックスフロー電池のセルは、隔膜と、上記隔膜を間に挟んで両側に配置された１対の双極板と、上記隔膜と上記双極板との間に配置された電極と、を備える。上記双極板のそれぞれの外周部には、上記隔膜を間に挟んで、それらの密着面を互いに密着させるフレームが固定して設けられる。上記フレームの上記密着面に、上記双極板を取囲むように環状に、電解液をシールするためのシール手段が設けられている。

【００１５】この考案の好ましい実施態様によれば、上記シール手段は、上記密着面に設けられた突起部を含む。

【００１６】また、上記シール手段は、上記フレームの密着面に設けられた環状の溝と、上記溝に嵌め込まれたＯリングと、を含む。

【００１７】

【作用】

この考案に係る、レドックスフロー電池のセルによれば、フレームの密着面に、双極板を取囲むように環状に、電解液をシールするためのシール手段が設けられているので、従来用いられていたガスケットは不要となる。

【００１８】

【実施例】

以下、この考案の実施例を図について説明する。

【００１９】図１は、この考案の一実施例に係る、レドックスフロー電池のセルの斜視図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図であり、図３は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。

【００２０】これらの図を参照して、レドックスフロー電池は、隔膜１０を備える。隔膜１０を間に挟んで、両側に、１対の双極板１３，１４が配置されている。隔膜１０と双極板１３との間には負電極１１が配置され、隔膜１０と双極板１４との間には正電極１２が配置されている。双極板１３の外周部には、ゴム製のフレーム１５ａが設けられ、双極板１４の外周部にはゴム製のフレーム１５ｂが設けられている。双極板１３は、フレーム１５ａに挟み込まれて、固定されている。同様に、双極板１４はフレーム１５ｂに挟み込まれて固定されている。実施例に係るセルにおいては、双極板１３，１４とフレーム１５ａ，１５ｂとは接着剤による接着はなされていない。したがって、双極板１３，１４とフレーム１５ａ，１５ｂとの間に熱膨張係数の相違があっても、相互に密着ずれを起こすので、熱応力は発生せず、ひいては、双極板１３，１４の割れ、破損等がなくなる。また、接着作業が不要となり、組立工数が減少するという利点がある。

【００２１】フレーム１５ａとフレーム１５ｂは隔膜１０を間に挟んで、互いに密着させられている。フレーム１５ａ，１５ｂの密着面には、双極板１４を取囲むように設けられた、電解液をシールするためのシール手段５２が設けられている。シール手段５２は、山脈状の突起部によって構成される。シール手段５２が存在するので、従来用いられていたガスケットは不要である。

【００２２】フレーム１５ａ，１５ｂのそれぞれには、電解液を通過させるための貫通孔５１が設けられている。フレーム１５ａ，１５ｂの密着面には、貫通孔５１を取囲むように、環状に形成されたシール用の突起部５３が設けられている。実施例に係るセルにおいては、締めつけによってフレーム１５ａとフレーム１５ｂを隔膜１０を間に挟んで密着させられる。この密着にあたり、フレーム１５ａ，１５ｂの密着面に形成された突起部５２，５３が、対応するフレーム１５ａ，１５ｂに当てられる。次いで締めつけによって、この突起部５２，５３が潰れるようにして、フレーム１５ａとフレーム１５ｂは隔膜１０を間に挟んで密着させられる。突起部５２，５３はごく小さいものであるため、その変形には従来に比べて大きな力を要さない。しかも、比較的小さい力によって突起部全体にわたり均等に変形を起こすことができる。このため、締めつけが弱くても容易に突起部５２，５３を密着させることができ、確実にシール性を保持することができる。なお、図２、図３において、矢印は、電解液が流れていく方向を表わしている。

【００２３】なお、上記実施例では、フレーム１５ａ，１５ｂをゴムで形成した場合を例示したが、この考案はこれに限られるものでなく、これらを塩化ビニールで構成してもよい。

【００２４】図４は、この考案の、他の実施例に係る、レドックスフロー電池のセルの斜視図である。図４は、図３におけるＶ−Ｖ線に沿う断面図である。図５は、図３における、ＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。なお、図４、５、６に示す実施例は、以下の点を除いて、図１、２、３に示す実施例と同様であるので、同一の部分には、同一の番号を付し、その説明を繰返さない。図３に示す実施例が、図１に示す実施例と異なる点は、シール手段として、溝と、該溝に嵌まり込むＯリングの組合せを用いた点である。図４、図５、図６を参照して、シール手段５２は、フレーム１５ａ，１５ｂの密着面に、双極板１３，１４を取囲むように、環状に溝５２１が形成され、この溝５２１にＯ−リング５２０が嵌め込まれている点である。また、フレーム１５ａ，１５ｂの密着面に、貫通孔５１を取囲むように、環状に溝５３１が形成されており、この溝５３１にＯ−リング５３０が嵌め込まれている点も、相違する。

【００２５】この実施例において、締めつけによって双極板１３，１４の外周部に設けられたフレーム１５ａとフレーム１５ｂは、隔膜１０を間に挟んで密着させられる。この密着にあたり、フレーム１５ａ，１５ｂの溝５２１，５３１に嵌め込まれたＯ−リング５２０，５３０が、隔膜１０を介在させて、対向するフレーム１５ａ，１５ｂに当てられる。次いで、締めつけによって、このＯ−リング５２０，５３０が潰れるようにして、フレーム１５ａ，１５ｂに密着させられる。Ｏ−リング５２０，５３０はごく小さいものであるため、その変形には従来に比べて大きな力を要さない。しかも、比較的小さい力によってＯ−リング５２０，５３０全体にわたり均等に変形を起こすことができる。このため、締めつけが弱くても容易にＯ−リング５２０，５３０を密着させることができ、確実にシール性を保持することができる。

【００２６】また、Ｏ−リングを用いる方法は、次のような利点を有する。図７（ａ）を参照して、Ｏ−リング５２０，５３０の大きさによって、締めつけ代６０の間隔は定められる。図７（ｂ）を参照して（図７（ｂ）は締めつけた状態を示す。）、Ｏ−リング５２０，５３０を用いる方法によれば、電池の性能に影響する、双極板１３と双極板１４との面間隔を厳密に所定の寸法に保つことができる。

【００２７】

【考案の効果】

以上説明したとおり、この考案に係るレドックスフロー電池のセルによれば、フレームの密着面に、双極板を取囲むように環状に設けられた、電解液をシールするためのシール手段を備えているので、従来用いられていたガスケットは不要となる。その結果、部品点数は少なくなり、かつ組立工数も低くなり、レドックスフロー電池のセルの製造コストを低減することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例に係る、レドックスフロー
電池のセルの斜視図である。

【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図であ
る。

【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図で
ある。

【図４】この考案の他の実施例に係る、レドックスフロ
ー電池のセルの斜視図である。

【図５】図４におけるＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

【図６】図４におけるＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図であ
る。

【図７】シール手段としてＯ−リングを用いた場合の利
点を説明するための図である。

【図８】電力需要曲線を示す図である。

【図９】レドックスフロー電池のシステム構成を示す模
式図である。

【図１０】従来の積層型２値電池のセルを示す斜視図で
ある。

【図１１】レドックスフロー電池のセルスタックを示す
斜視図である。

【図１２】従来の、レドックスフロー電池のセルの詳細
図である。

【符号の説明】

１０隔膜１１負電極１２正電極１３双極板１４双極板１５ａフレーム１５ｂフレーム５２シール手段

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】隔膜と、前記隔膜を間に挟んで両側に配置された１対の双極板
と、前記隔膜と前記双極板との間に配置された電極と、前記双極板のそれぞれの外周部に固定して設けられ、前
記隔膜を間に挟んで、それらの密着面を互いに密着させ
るフレームと、前記フレームの前記密着面に、前記双極板を取囲むよう
に環状に設けられ、電解液をシールするためのシール手
段と、を備えた、レドックスフロー電池のセル。