JP2007305339A - Electrolyte circulating battery cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セルフレームに取り付けられる双極板の間に、正極電極、隔膜、負極電極を配置して構成される電解液循環型電池用セルに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrolyte circulation type battery cell configured by arranging a positive electrode, a diaphragm, and a negative electrode between bipolar plates attached to a cell frame.
電解液循環型電池は、従来、負荷平準化や瞬低対策などとして利用されている。この電池は、特許文献1にも開示されているように、イオン交換膜からなる隔膜で正極セルと負極セルとに分離されたセルを具える。正極セルと負極セルの各々には正極電極と負極電極とを内蔵している。
Conventionally, the electrolyte circulation type battery is used as a load leveling method or a measure against a voltage sag. As disclosed in
各電解液にはバナジウムイオンなど原子価が変化するイオンの水溶液を用いられる。電解液は、ポンプを用いて、セルと、このセルと連結されるタンクとの間を循環させるようになっている。そして、この電解液を循環させながら、セルで正負極電極におけるイオンの価数変化反応に伴って充放電を行う。 For each electrolytic solution, an aqueous solution of ions such as vanadium ions whose valence changes is used. The electrolytic solution is circulated between a cell and a tank connected to the cell by using a pump. And charging / discharging is performed with the valence change reaction of the ion in a positive / negative electrode in a cell, circulating this electrolyte solution.
図10は、電解液循環型電池に用いるセルスタックの概略構成図である。通常、上記電池には、複数のセルを積層してサブセルスタック201と呼ばれる積層体を形成し、このサブセルスタック201を複数積層させたセルスタック200と呼ばれる構成が利用される。各セルは、隔膜101の両側にカーボンフェルト製の正極電極102及び負極電極103を具える。そして、正極電極102及び負極電極103の各々の外側には、セルフレーム210が配置される。セルフレーム210は、プラスチックカーボン製の双極板211と、その外周に形成されるフレーム部212とを具える。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a cell stack used in the electrolyte circulation type battery. Usually, the battery uses a configuration called a
そして、双極板211を挟むようにしてフレーム部212の枠内に正極電極102と負極電極103が配置され、正極電極102及び負極電極103は、セルフレーム210と隔膜101とで囲まれた電解液流通路内に配置された状態になる。
Then, the
フレーム部212には、電極102,103が配置される電解液流通路に電解液を供給する給液用マニホールド213と、この電解液流通路から電解液を外部に排出する排液用マニホールド214とが形成されている。
The
さらに、フレーム部212には、給液用マニホールド213に一方が連通し、他方がフレーム部212の枠内に連通する給液用溝215が形成されている。この給液用溝215でセルへの電解液供給口を構成する。また、フレーム部212には、排液用マニホールド214に一方が連通し、他方がフレーム部212の枠内に連通する排液用溝216が形成されている。この排液用溝216で、セル内の電解液をタンク側へ排出する電解液排出口を構成する。
Furthermore, a
各セルでは、給液用マニホールド213から給液用溝215を介して電極に電解液が供給され、電極で充放電反応された後の電解液は、排液用溝216を介して排液用マニホールド214へと流れるようになっている。
In each cell, the electrolyte is supplied to the electrode from the
上記マニホールド213,214は、多数のセルを積層することで電解液の流路を構成する。また、サブセルスタック201の両側には給排板220が配置されている。複数のマニホールド213,214で形成される電解液流路は、給排板220に形成する給液口と排液口から導管を介してタンクに連通されている。
The
ところで、前記した従来のセルの構造は、特許文献1にも開示されているように、セルフレーム210の開口部は、長方形などの四角形をしており、この開口部に同じく四角形の電極102,103を配置させている。
By the way, in the conventional cell structure described above, as disclosed in
さらに、従来のセルの構造では、電解液は、通常、セルフレーム210の下部側に設ける給液用マニホールド213から流入して、電極で充放電反応した後、セルフレームの上部側に設ける排液用マニホールド214から排出される。このとき、双極板211や電極102,103は長方形をしているため、下方側から上方に向かって流れる電解液は、セル内の電極に接触する電解液の充電深度が上方と下方とで大きく異なる。
Further, in the conventional cell structure, the electrolytic solution normally flows from the
即ち、双極板211や電極102,103は、電解液供給口付近と電解液排出口付近とでその構造及び幅が同じになっているため、電解液排出口付近の充電状態が、供給口側に対して、充電時は高い状態、放電時は低い状態となり、充電時には電極上部において、過充電となることがあった。さらに、電極が、上方の電解液排出側において部分的に過充電となって破損する問題もあった。
That is, the
そこで、本発明の目的は、充電時に過充電が生じないようにするとともに、電極の破損が生じないようにすることができる電解液循環型電池用セルおよびこれらセルを複数積層して構成されるセルスタックを備える電解液循環型電池を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to configure an electrolyte circulation type battery cell capable of preventing overcharging during charging and preventing electrode damage, and a plurality of these cells stacked. An object of the present invention is to provide an electrolyte circulation type battery including a cell stack.
本発明は、セルフレームに取り付けられる双極板の間に、正極電極、隔膜、負極電極を配置して構成される電解液循環型電池用セルの発明である。本発明では、セルフレームは、双極板と、この双極板が嵌め込まれる少なくとも一つの開口部を有するフレーム部と、開口部内に連通する電解液供給口と、開口部内に連通する電解液排出口とを備える構成とする。そして、セルフレームは、電解液供給口と電解液排出口とがセルフレームの一方の辺から対向する他方の辺に向かって電解液が流れるように設けられ、開口部内周面と双極板と隔膜で形成される電解液流路の流路断面積を、電解液供給口側から電解液排出口側に向かって段階的に小さくしていることを特徴とする。 This invention is invention of the cell for electrolyte circulation type batteries comprised by arrange | positioning a positive electrode, a diaphragm, and a negative electrode between the bipolar plates attached to a cell frame. In the present invention, the cell frame includes a bipolar plate, a frame portion having at least one opening into which the bipolar plate is fitted, an electrolyte supply port communicating with the opening, and an electrolyte discharge port communicating with the opening. It is set as the structure provided with. The cell frame is provided such that the electrolyte supply port and the electrolyte discharge port flow from one side of the cell frame toward the opposite side, the inner peripheral surface of the opening, the bipolar plate, and the diaphragm The flow path cross-sectional area of the electrolyte flow path formed in the step is reduced stepwise from the electrolyte supply port side toward the electrolyte discharge port side.
本発明のセルは、フレーム部に嵌め込まれた各双極板の一方の面に、開口部の大きさにほぼ等しい正極電極を配置する。各双極板の他面に、同じく開口部の大きさにほぼ等しい負極電極を配置する。即ち、正極電極と負極電極の大きさは、各開口部の大きさにより決定される。 In the cell of the present invention, a positive electrode substantially equal to the size of the opening is arranged on one surface of each bipolar plate fitted in the frame portion. On the other surface of each bipolar plate, a negative electrode that is also substantially equal in size to the opening is disposed. That is, the size of the positive electrode and the negative electrode is determined by the size of each opening.
そして、フレーム部の開口部、双極板、電極の形状は、例えば、電解液供給口側の辺が長く、電解液排出口側の辺が短い台形とすることにより、電解液流路の流路断面積を、電解液供給口側から電解液排出口側に向かって段階的に小さくすることができる。 The shape of the opening of the frame part, the bipolar plate, and the electrode is, for example, a trapezoid having a long side on the electrolyte solution supply port side and a short side on the electrolyte solution discharge port side. The cross-sectional area can be reduced stepwise from the electrolyte solution supply port side toward the electrolyte solution discharge port side.
さらに、開口部、双極板、電極の形状は、電解液排出口側の流路断面積が小さくなるような三角形や、台形状で傾斜部分を多段状に形成したものや、同じく傾斜部分を円弧状に形成したものや、半円形などが挙げられる。 In addition, the shape of the opening, bipolar plate, and electrode are triangular so that the cross-sectional area of the flow path on the electrolyte outlet side is small, trapezoidal, and inclined parts are formed in multiple stages, and the inclined parts are also circular. Examples include an arc shape and a semicircular shape.
フレーム部に形成する電解液供給口は、例えば、各双極板の両面に配置される正極電極と負極電極のそれぞれに電解液を供給する給液用マニホールドに連通し、この給液用マニホールドから各双極板に配置された各電極に至るように形成する給液用溝により構成することができる。また、電解液排出口は、例えば、それぞれの電極から電解液を外部に排出する排液用マニホールドに至るように形成する排液用溝により構成することができる。 The electrolyte solution supply port formed in the frame portion communicates with, for example, a supply manifold supplying electrolyte solution to each of the positive electrode and the negative electrode disposed on both surfaces of each bipolar plate. It can be comprised by the groove | channel for liquid supply formed so that it may reach to each electrode arrange | positioned at a bipolar plate. In addition, the electrolyte discharge port can be constituted by a drain groove formed to reach a drain manifold for discharging the electrolyte from each electrode to the outside, for example.
これら給液用マニホールド、排液用マニホールド、給液用溝、排液用溝は、いずれも単数でもよいし、複数でもよい。また、電解液供給口の形成位置は、フレーム部の開口部における流路断面積の大きい側の辺の中央部が好ましいが、中央部には限らない。また、電解液排出口も、開口部における流路断面積の小さい側の辺の中央部が好ましいが、中央部には限らない。 These liquid supply manifold, liquid discharge manifold, liquid supply groove, and liquid discharge groove may be singular or plural. The formation position of the electrolyte supply port is preferably the central portion of the side of the opening of the frame portion on the side having the larger flow path cross-sectional area, but is not limited to the central portion. Further, the electrolyte discharge port is also preferably a central portion on the side of the opening having a smaller flow path cross-sectional area, but is not limited to the central portion.
このように、本発明の電解液循環型電池用セルは、フレーム部の開口部内周面と双極板と隔膜で形成される電解液流路の流路断面積を、電解液供給口側から電解液排出口側に向かって段階的に小さくしているので、電解液は、電解液排出口付近にいくに従って流速を速くすることができる。 As described above, the electrolyte circulation type battery cell of the present invention electrolyzes the cross-sectional area of the electrolyte channel formed by the inner peripheral surface of the opening of the frame portion, the bipolar plate, and the diaphragm from the electrolyte solution supply port side. Since it is made small in steps toward the liquid discharge port side, the flow rate of the electrolytic solution can be increased as it approaches the vicinity of the electrolytic solution discharge port.
セルにおいて、電解液排出口付近では、電解液は、ほぼ充電されているので、過充電となる前に早くセルから排出させた方がよい。本発明のセルの構造では、充電時において、あまり充電されていない電解液は、電解液供給口付近で多く、電解液排出口付近では少ない。本発明では、電解液供給口付近の流速は、排出口付近に比べて遅くなるため、この供給口付近では充電がされ易くなる。また、電解液の充電状態が高くなった排出口付近では、流速が速くなるので充電されにくく、すぐに排出される。その結果、効率良く充電が行えながら、電解液排出口付近での過充電が生じなくなる。 In the cell, the electrolyte solution is almost charged in the vicinity of the electrolyte solution discharge port. Therefore, it is better to discharge the cell from the cell before overcharging. In the cell structure of the present invention, the amount of the electrolyte that is not charged much during charging is large near the electrolyte supply port and small near the electrolyte discharge port. In the present invention, the flow velocity in the vicinity of the electrolyte supply port is slower than that in the vicinity of the discharge port, so that charging is easily performed in the vicinity of the supply port. In addition, in the vicinity of the discharge port where the state of charge of the electrolyte is high, the flow rate is high, so that it is difficult to be charged and discharged immediately. As a result, while being able to be charged efficiently, overcharging near the electrolyte outlet does not occur.
また、放電時は、電解液供給口付近では、電解液は充電状態となっており、電解液排出口付近では、電解液は放電状態となるので、放電状態となった電解液は、過放電となる前に早くセルから排出させた方がよい。 At the time of discharge, the electrolyte is charged near the electrolyte supply port, and the electrolyte is discharged near the electrolyte discharge port. It is better to drain the cell sooner before it becomes.
従って、放電時も、電解液流路の流路断面積を、電解液供給口側から電解液排出口側に向かって段階的に小さくなっているので、電解液供給口付近では放電を十分に行え、電解液排出口付近では、過放電となる前に電解液をセルの外に排出できる。その結果、放電時も効率良く運転できる。 Therefore, even during discharge, the cross-sectional area of the electrolyte flow path is gradually reduced from the electrolyte supply port side to the electrolyte discharge port side. In the vicinity of the electrolyte outlet, the electrolyte can be discharged out of the cell before overdischarge occurs. As a result, it is possible to operate efficiently even during discharge.
また、1つのセルフレームに1つの開口部を設けてセルを形成する場合、電池の充放電量に関係なく、常に、セル全体に電解液が流れるように電解液の流量を確保しなくてはならない。その結果、充放電量によっては、必要以上のポンプ消費電力量を必要とし、充放電量に応じたポンプ消費電力量が得られない。特に、開口部の面積を大きくすると、この開口部に嵌め込まれる双極板に対して配置された電極の面積も大きくなり、多大なポンプ消費電力量が必要となる。 In addition, when forming a cell by providing one opening in one cell frame, the flow rate of the electrolyte must be ensured so that the electrolyte always flows throughout the cell regardless of the charge / discharge amount of the battery. Don't be. As a result, depending on the charge / discharge amount, more pump power consumption than necessary is required, and the pump power consumption corresponding to the charge / discharge amount cannot be obtained. In particular, when the area of the opening is increased, the area of the electrode disposed with respect to the bipolar plate fitted in the opening is also increased, and a large amount of power consumption is required for the pump.
そこで、本発明のセルは、一つのセルフレームに複数の開口部を形成し、これら開口部は、流路断面積の大きい側が互い違いになるように配置されるように形成することもできる。即ち、セルフレームの一方の辺側に、開口部の流路断面積の大きい部分と小さい部分とが交互に配置されるように開口部を隣接させて形成する。 Therefore, the cell of the present invention can be formed such that a plurality of openings are formed in one cell frame, and these openings are arranged so that the sides having a larger flow path cross-sectional area are staggered. That is, the opening is formed adjacent to one side of the cell frame so that the large and small portions of the channel cross-sectional area of the opening are alternately arranged.
この場合には、1つのセルフレームに対して複数の正極電極と負極電極が配置される。このフレーム部の一方の面に配置される複数の電極(正極電極または負極電極)に対して、各電極にそれぞれ電解液を供給・排出できるように、給液用マニホールド及び排液用マニホールドを設ける。即ち、一つのフレーム部に給液用マニホールド及び排液用マニホールドを複数設け、各電極に対して、各マニホールドを一つずつ割り当てる構成とする。 In this case, a plurality of positive electrodes and negative electrodes are arranged for one cell frame. With respect to a plurality of electrodes (positive electrode or negative electrode) arranged on one surface of the frame portion, a liquid supply manifold and a liquid discharge manifold are provided so that an electrolyte can be supplied to and discharged from each electrode. . That is, a plurality of liquid supply manifolds and liquid discharge manifolds are provided in one frame portion, and one manifold is assigned to each electrode.
このように、セルフレームに複数の開口部を形成し、これら開口部毎に電極を配置する場合、セルを小型化できながら電池性能も向上できる。しかも、各電極に対して個別に電解液を供給・排出する構成とすれば、任意に選択された電極のみに電解液を通液させることができ、ポンプ消費電力量を軽減させることができる。 As described above, when a plurality of openings are formed in the cell frame and an electrode is arranged for each opening, the battery performance can be improved while the cell can be reduced in size. In addition, if the electrolyte is supplied to and discharged from each electrode individually, the electrolyte can be passed through only arbitrarily selected electrodes, and the power consumption of the pump can be reduced.
本発明のセルは、セルを複数積層して電解液循環型電池を構成することができる。このように、本発明のセルを複数積層することにより、電池を小型化できながら所望の充放電量が得られる。 The cell of the present invention can be constituted by laminating a plurality of cells to constitute an electrolyte circulation type battery. Thus, by stacking a plurality of cells of the present invention, a desired charge / discharge amount can be obtained while the battery can be miniaturized.
なお、本発明電解液循環型電池は、瞬低用途、非常用途はもちろんのこと、負荷平準用途にも利用できる。瞬低用途、非常用途と負荷平準用途とを併用してもよい。 The electrolyte circulation type battery of the present invention can be used for load leveling as well as for instantaneous voltage drop and emergency use. You may use a voltage drop application, an emergency application, and a load leveling application together.
本発明の電解液循環型電池用セルは、フレーム部の開口部内周面と双極板と隔膜で形成される電解液流路の流路断面積を、電解液供給口側から電解液排出口側に向かって段階的に小さくしているので、電解液排出口付近にいくに従って電解液の流速を速くできる。 The electrolyte circulation type battery cell of the present invention has a cross-sectional area of an electrolyte flow path formed by an inner peripheral surface of an opening of a frame part, a bipolar plate, and a diaphragm, from the electrolyte supply port side to the electrolyte discharge port side. Since it is made smaller step by step, the flow rate of the electrolyte can be increased as it goes closer to the electrolyte outlet.
本発明のセルの構造では、充電時には、充電されていない液が多い電解液供給口付近の流速は排出口付近に比べて遅くなるので、この供給口付近では十分な充電が行え、電解液の充電状態が高くなった排出口付近では、流速が速くなるので過充電にならずにセルから排出される。 In the structure of the cell of the present invention, during charging, the flow velocity near the electrolyte supply port, which contains a large amount of uncharged liquid, is slower than that near the discharge port. In the vicinity of the discharge port where the state of charge is high, the flow velocity is high, so the battery is discharged from the cell without being overcharged.
その結果、効率良く充電が行え、電解液排出口付近での過充電が生じなくなり、電極の破損も生じなくなる。また、放電時も同様の状態になり、結果として効率良く運転できながら、電池容量も向上する。 As a result, charging can be performed efficiently, no overcharging occurs near the electrolyte outlet, and no electrode breakage occurs. Moreover, it becomes the same state at the time of discharge, and as a result, the battery capacity is improved while being able to operate efficiently.
さらに、本発明では、従来と同様の電気容量が得られながら、従来に比べて電極、隔膜、双極板の形状を小さくすることが可能となるので、各部材のコストの低廉化を図れる。 Furthermore, according to the present invention, the shape of the electrode, the diaphragm, and the bipolar plate can be reduced as compared with the conventional one while obtaining the same electric capacity as the conventional one, so that the cost of each member can be reduced.
また、セルフレームのフレーム部の形状も開口部の形状に合わせた形状にすれば、セルを小型化できながら電池性能も向上できる。この場合、本発明のセルを複数積層してセルスタックを構成し、複数のセルスタックを、セルフレームの電解液供給側が交互に向きが変わるように配置させることにより、従来と同じ電気容量を維持しながら、組み合わせ方で配置スペースを小さくできる。 Further, if the shape of the frame portion of the cell frame is made to match the shape of the opening, the cell performance can be reduced while the cell performance can be improved. In this case, a plurality of cells of the present invention are stacked to form a cell stack, and the plurality of cell stacks are arranged so that the directions of the electrolyte supply side of the cell frame are alternately changed, thereby maintaining the same electric capacity as before. However, the arrangement space can be reduced by the combination.
以下、本発明の実施の形態を説明する。まず、第1実施形態について図1に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below. First, a first embodiment will be described with reference to FIG.
(第1実施形態)
電解液循環型電池では、複数のセルを積層してサブセルスタックと呼ばれる積層体を形成し、このサブセルスタックを複数積層させてセルスタックを構成する。セル1は、図1に示すように、隔膜2の両側にカーボンフェルト製の正極電極3及び負極電極4を具える。そして、正極電極3及び負極電極4の各々の外側に、セルフレーム5aが配置される。セルフレーム5aは、開口部71aを有するフレーム部7aと、開口部71aに嵌め込まれるプラスチックカーボン製の双極板6aとを具える。フレーム部7aは絶縁性を有する合成樹脂から形成されている。
(First embodiment)
In an electrolyte circulation battery, a plurality of cells are stacked to form a stack called a subcell stack, and a plurality of subcell stacks are stacked to form a cell stack. As shown in FIG. 1, the
そして、双極板6aを挟むようにしてフレーム部7aの枠内に正極電極3と負極電極4が配置され、正極電極3及び負極電極4は、セルフレーム5aと隔膜2とで囲まれた電解液流通路内に配置された状態になる。
The positive electrode 3 and the negative electrode 4 are arranged in the frame of the
本実施形態では、フレーム部7aの外形は、長方形であるが、開口部71aの形状は台形であり、台形の底辺が電解液の供給側となり、台形の上辺が電解液の排出側となる。双極板6aは、開口部71aの大きさより少し大きい面積を有する台形をしており、開口部71aに嵌め込まれる。
In this embodiment, the outer shape of the
開口部71aに嵌め込まれた各双極板6aの一方の面には、正極電極3が配置され、各双極板6aの他方の面には、負極電極4が配置される。これら正極電極3と負極電極4は、開口部71aとほぼ同じ大きさの台形をしており、カーボンフェルトにより形成されている。
The positive electrode 3 is disposed on one surface of each
また、フレーム部7aには、電極に電解液を供給する給液用マニホールド72、及び電極から電解液を外部に排出する排液用マニホールド73が形成されている。本実施形態においては、正極電極3と負極電極4とに個別に電解液を供給するため、開口部71aに対し給液用マニホールド72を2つ、排液用マニホールド73を2つ設けている。
Further, a
本実施形態では、電解液は、電極への供給が十分に行われるように、電極の下面側から上面側に向かって供給されるように構成している。給液用マニホールド72は開口部71aに対して電極3,4の下端が接する開口部71aの下辺近く、排液用マニホールド73は、電極3,4の上端が接する開口部71aの上辺近くに設けている。
In the present embodiment, the electrolytic solution is configured to be supplied from the lower surface side to the upper surface side of the electrode so that the supply to the electrode is sufficiently performed. The
更に、フレーム部7aには、各給液用マニホールド72から各電極3,4に電解液を供給するための供給路として、給液用マニホールド72と開口部71aとを連通する給液用溝74を形成している。給液用溝74は、開口部71aの下辺中央部で連通するように形成している。この給液用溝74の開口部71aへの連通側端部が電解液供給口75となる。
Further, in the
また、フレーム部7aには、各電極3,4から電解液を外部に排出するための排出路として、開口部71aと排液用マニホールド73とを連通する排液用溝76を形成している。排液用溝76は、開口部71aの上辺中央部で連通するように形成している。この排液用溝76の開口部71aへの連通側端部が電解液排出口77となる。
In addition, a
さらに、正極電極3と負極電極4の間に配置される隔膜2は、フレーム部7aとほぼ同じ大きさをしている。隔膜2はイオン交換膜からなるものを用いている。隔膜2にも、フレーム部7aに対向させて給液用マニホールド21と排液用マニホールド22とが形成されている。
Further, the
本実施形態では、図1に示すようにセルフレーム5a、正極電極3、隔膜2、負極電極4、そして、セルフレーム5aをこの順番で順次複数積層することにより、セルフレーム5a間に形成されるセル1が積層方向に複数層形成されたセルスタックが形成される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a
本実施形態では、セルフレーム5aのフレーム部7aの開口部71a内周面と双極板6aと隔膜2とで囲まれる空間に電極3,4が配置され、この空間が電解液流通路となる。電解液は、図1の矢印で示すように、セルの下方から上方に向けて流れる。
In the present embodiment, the electrodes 3 and 4 are disposed in a space surrounded by the inner peripheral surface of the
さらに、本実施形態では、図示していないが、セルスタックの積層方向両側に塩化ビニル製のプレートが配置される。一方のプレートには正極側端子を備える正極側導電板が、他方のプレートには負極側端子を備える負極側導電板が設けられる。そして、セルスタックを複数用意し、これらセルスタックを積層することにより、電解液循環型電池を形成する。 Furthermore, in this embodiment, although not shown, vinyl chloride plates are arranged on both sides of the cell stack in the stacking direction. One plate is provided with a positive electrode side conductive plate provided with a positive electrode side terminal, and the other plate is provided with a negative electrode side conductive plate provided with a negative electrode side terminal. Then, a plurality of cell stacks are prepared, and these cell stacks are stacked to form an electrolyte circulation type battery.
さらに、本実施形態の電解液循環型電池では、図示していないが、セルスタックには、電解液を供給する供給側電解液循環路と電解液を排出する排出側電解液循環路を接続している。供給側電解液循環路と排出側電解液循環路とは、電解液タンクに接続されている。そして、電解液循環路中にポンプを接続することにより、電解液をタンクとセルとの間で循環させる。 Furthermore, in the electrolyte circulation type battery of this embodiment, although not shown, a supply side electrolyte circulation path for supplying the electrolyte and a discharge side electrolyte circulation path for discharging the electrolyte are connected to the cell stack. ing. The supply-side electrolyte circulation path and the discharge-side electrolyte circulation path are connected to the electrolyte tank. Then, the electrolytic solution is circulated between the tank and the cell by connecting a pump in the electrolytic solution circulation path.
本実施形態では、セルフレーム5aの開口部71aと、双極板6aと、電極3,4の形状を台形として、フレーム部7aの開口部71a内周面と双極板6aと隔膜2で形成される電解液流路の流路断面積を、電解液供給口側から電解液排出口側に向かって段階的に小さくなるようにしている。
In this embodiment, the
この構成により、本実施形態では、セル1内の電解液は、電解液排出口付近にいくに従って流速を速くできるので、充電時には、充電されていない液が多い電解液供給口付近では十分な充電が行え、電解液の充電状態が高くなった排出口付近では、過充電にならずにセルから充電状態の電解液を速やかに排出できる。
With this configuration, in the present embodiment, the electrolyte solution in the
その結果、効率良く充電が行え、電解液排出口付近での過充電が生じなくなり、電極の破損も生じなくなる。 As a result, charging can be performed efficiently, no overcharging occurs near the electrolyte outlet, and no electrode breakage occurs.
(第2実施形態)
また、第1実施形態では、セルフレーム5aのフレーム部7aの形状を長方形としたが、図2に示すように、セルフレーム5bは、台形の開口部71bおよび双極板6bの形状に合わせてフレーム部7bの外形も台形としてもよい。なお、図2のセルフレーム5bにおいて、第1実施形態と同じ構成部分については、同じ符号で示している。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the shape of the
第2実施形態のように、フレーム部7bの形状も台形とすることにより、セルを複数積層させてセルスタックを構成したときに、セルスタックを第1実施形態に比べて小型化できる。さらに、複数のセルスタックを併設する場合には、台形状のセルフレームの長辺部分と短辺部分とが隣接するように、セルスタックを配置することにより、設置スペースを小さくできる。
As in the second embodiment, when the shape of the
(第3実施形態)
また、フレーム部の開口部内周面と双極板と隔膜で形成される電解液流路の流路断面積を、電解液供給口側から電解液排出口側に向かって段階的に小さくする他の構成として、図3に示す第3実施形態のようにセルフレーム5cを形成することができる。
(Third embodiment)
In addition, the flow passage cross-sectional area of the electrolyte flow passage formed by the inner peripheral surface of the opening portion of the frame portion, the bipolar plate, and the diaphragm is gradually reduced from the electrolyte supply port side toward the electrolyte discharge port side. As a configuration, the
図3に示すセルフレーム5cは、フレーム部7cの開口部71cおよび双極板6cの形状を三角形状にしている。開口部71cの三角形の頂部において、電解液排出口77をセル内に連通させる。フレーム部7cの外形は、開口部71cの形状に合わせて台形になっている。給液用溝74は、開口部71cの底辺中央部で連通するように形成している。本実施形態では、正負極の電極の形状も開口部71cの形状に合わせて三角形状とする。
In the
(第4実施形態)
セルの電解液流路の流路断面積を、電解液供給口側から電解液排出口側に向かって段階的に小さくする他の構成として、図4に示す第4実施形態のようにセルフレーム5dを形成することができる。
(Fourth embodiment)
As another configuration in which the flow path cross-sectional area of the cell electrolyte flow path is gradually reduced from the electrolyte solution supply port side toward the electrolyte solution discharge port side, as in the fourth embodiment shown in FIG. 5d can be formed.
図4に示すセルフレーム5dは、フレーム部7dの開口部71dおよび双極板6dの形状を台形状で、傾斜部分を多段状に形成している。台形状の上辺の中央部において電解液排出口77をセル内に連通させている。フレーム部7dの外形は、開口部71dの形状に合わせて六角形になっている。給液用溝74は、開口部71dの下辺中央部で連通するように形成している。本実施形態では、電極の形状も開口部71dの形状に合わせた形状とする。
In the
(第5実施形態)
セルの電解液流路の流路断面積を、電解液供給口側から電解液排出口側に向かって段階的に小さくする他の構成として、図5に示す第5実施形態のようにセルフレーム5eを形成することができる。
(Fifth embodiment)
A cell frame as in the fifth embodiment shown in FIG. 5 is another configuration in which the channel cross-sectional area of the electrolyte channel of the cell is reduced stepwise from the electrolyte supply port side toward the electrolyte discharge port side. 5e can be formed.
図5に示すセルフレーム5eは、フレーム部7eの開口部71e及び双極板6eの形状を台形状で、傾斜部分を多段状に形成している。この傾斜部分は、第4実施形態と異なり、傾斜面を有するように段部を形成している。台形状の上辺の中央部において電解液排出口77をセル内に連通させている。フレーム部7eの外形は、開口部71eの形状に合わせて六角形になっている。給液用溝74は、開口部71eの下辺中央部で連通するように形成している。本実施形態では、電極の形状も開口部71eの形状に合わせた形状とする。本実施形態では、段部を傾斜面により形成しているので、電解液の流れが第4実施形態に比べて円滑になる。
In the
(第6実施形態)
セルの電解液流路の流路断面積を、電解液供給口側から電解液排出口側に向かって段階的に小さくする他の構成として、図6に示す第6実施形態のようにセルフレーム5fを形成することができる。
(Sixth embodiment)
A cell frame as in the sixth embodiment shown in FIG. 6 is another configuration in which the channel cross-sectional area of the electrolyte channel of the cell is gradually reduced from the electrolyte supply port side to the electrolyte discharge port side. 5f can be formed.
図6に示すセルフレーム5fは、フレーム部7fの開口部71f及び双極板6fの形状を台形状で、傾斜部分を円弧状に形成している。台形状の上辺の中央部において電解液排出口77をセル内に連通させている。フレーム部7fの外形は、開口部71fの形状に合わせても良いし、図6のように長方形にしてもよい。給液用溝74は、開口部71fの下辺中央部で連通するように形成している。本実施形態では、電極の形状も開口部71fの形状に合わせた形状とする。
In the
(第7実施形態)
セルの電解液流路の流路断面積を、電解液供給口側から電解液排出口側に向かって段階的に小さくする他の構成として、図7に示す第7実施形態のようにセルフレーム5gを形成することができる。
(Seventh embodiment)
A cell frame as in the seventh embodiment shown in FIG. 7 is another configuration in which the channel cross-sectional area of the electrolyte channel of the cell is gradually reduced from the electrolyte supply port side toward the electrolyte discharge port side. 5g can be formed.
図7に示すセルフレーム5gは、フレーム部7gの開口部71g及び双極板6gの形状を半円状に形成している。半円の中央部において電解液排出口77をセル内に連通させている。フレーム部7gの外形は、開口部71gの形状に合わせて六角形になっている。給液用溝74は、開口部71gの下辺中央部で連通するように形成している。本実施形態では、電極の形状も開口部71gの形状に合わせた半円形とする。
In the
(第8実施形態)
セルの電解液流路の流路断面積を、電解液供給口側から電解液排出口側に向かって段階的に小さくする他の構成として、図8に示す第8実施形態のようにセルフレーム5hを形成することができる。
(Eighth embodiment)
As another configuration in which the cross-sectional area of the electrolyte flow path of the cell is reduced stepwise from the electrolyte supply port side toward the electrolyte discharge port side, as in the eighth embodiment shown in FIG. 5h can be formed.
図8に示すセルフレーム5hは、フレーム部7hの開口部71h及び双極板6hの形状を台形状で、傾斜部分を多段状に形成している。この開口部71hの傾斜部分は、円弧上の段部を形成する。台形状の上辺の中央部において電解液排出口77をセル内に連通させている。フレーム部7hの外形は、開口部71hの形状に合わせた六角形になっている。給液用溝74は、開口部71hの下辺中央部で連通するように形成している。本実施形態では、電極の形状も開口部71hの形状に合わせた形状とする。本実施形態では、段部を円弧状に形成しているので、電解液の流れが第4実施形態に比べて円滑になる。
In the
(第9実施形態)
また、本発明は、図9に示す第9実施形態のように、二つの開口部71iを一つのフレーム部7iに形成し、それぞれの開口部71iおよび双極板6iを台形状に形成することもできる。これら開口部71iは、流路断面積の大きい側が互い違いになるように配置されるように形成している。
(Ninth embodiment)
Further, according to the present invention, as in the ninth embodiment shown in FIG. 9, two
各開口部71iに、台形状の正極電極と負極電極とが配置される。さらに、各正極電極と負極電極の間には、フレーム部7iとほぼ同じ大きさの1枚の隔膜を配置する。本実施形態では、1つのセルフレーム5iに2つの双極板6iが備えられ、これら双極板6iに対し1枚の隔膜が配置されることになる。
A trapezoidal positive electrode and a negative electrode are disposed in each
さらに本実施形態では、開口部71i毎に給液用マニホールド72と排液用マニホールド73とを設け、それぞれのマニホールド72,73に、電解液循環路を接続して、開口部71i毎に個別に電解液を供給または排出させるようにしている。その結果、電解液循環型電池を運転する際、充放電を行う開口部71iの電極に、電解液を通液させることにより、その電極においてのみ充放電させることができ、ポンプ消費電力量を軽減させることができながら、所望の充放電量を得ることができる。
Furthermore, in this embodiment, a
本発明は、特にレドックスフロー電池に用いるセルとして好適である。 The present invention is particularly suitable as a cell used in a redox flow battery.
1 セル
2 隔膜 21 給液用マニホールド 22 排液用マニホールド
3 正極電極 4 負極電極
5a,5b,5c,5d,5e,5f,5g,5h,5i セルフレーム
6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i 双極板
7a,7b,7c,7d,7e,7f,7g,7h,7i フレーム部
71a,71b,71c,71d,71e,71f,71g,71h,71i 開口部
72 給液用マニホールド 73 排液用マニホールド
74 給液用溝 75 電解液供給口
76 排液用溝 77 電解液排出口
101 隔膜 102 正極電極 103 負極電極
200 セルスタック
201 サブセルスタック
210 セルフレーム 211 双極板 212 フレーム部
213 給液用マニホールド 214 排液用マニホールド
215 給液用溝 216 排液用溝 220 給排板
1 cell
2
3 Positive electrode 4 Negative electrode
5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h, 5i cell frame
6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h, 6i Bipolar plate
7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7i Frame part
71a, 71b, 71c, 71d, 71e, 71f, 71g, 71h, 71i Opening
72 Manifold for
74
76
200 cell stack
201 Subcell stack
210
213 Manifold for
215
Claims (3)
セルフレームは、双極板と、この双極板が嵌め込まれる少なくとも一つの開口部を有するフレーム部と、開口部内に連通する電解液供給口と、開口部内に連通する電解液排出口とを備え、
電解液供給口と電解液排出口とが、セルフレームの一方の辺から対向する他方の辺に向かって電解液が流れるように設けられ、
開口部内周面と双極板と隔膜で形成される電解液流路の流路断面積を、電解液供給口側から電解液排出口側に向かって段階的に小さくしていることを特徴とする電解液循環型電池用セル。 In the cell for the electrolyte circulation type battery configured by arranging the positive electrode, the diaphragm, and the negative electrode between the bipolar plates attached to the cell frame,
The cell frame includes a bipolar plate, a frame portion having at least one opening into which the bipolar plate is fitted, an electrolyte supply port communicating with the opening, and an electrolyte discharge port communicating with the opening.
An electrolyte solution supply port and an electrolyte solution discharge port are provided so that the electrolyte solution flows from one side of the cell frame toward the other side facing the cell frame,
The flow path cross-sectional area of the electrolyte flow path formed by the inner peripheral surface of the opening, the bipolar plate, and the diaphragm is gradually reduced from the electrolyte supply port side to the electrolyte discharge port side. Electrolyte circulating battery cell.
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Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101176559B1 (en) | 2012-06-14 | 2012-08-23 | 주식회사 누리플랜 | Method for manufacturing device for flowing electrolyte in redox flow battery |
KR101176575B1 (en) | 2012-06-13 | 2012-08-23 | 주식회사 누리플랜 | Device for flowing electrolyte in redox flow battery |
KR101176566B1 (en) | 2012-06-14 | 2012-08-23 | 주식회사 누리플랜 | Redox flow battery with device for flowing electrolyte |
KR101480871B1 (en) * | 2013-08-06 | 2015-01-13 | (주)에너지와공조 | Frame for uniformly supplying electrolyte to improve cell-efficiency and redox flow battery having the frame |
CN104300163A (en) * | 2013-07-18 | 2015-01-21 | 中国科学院大连化学物理研究所 | Electrode frame of redox flow battery and electric pile thereof |
JP2015505147A (en) * | 2011-12-20 | 2015-02-16 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションUnited Technologies Corporation | Flow battery using mixed flow |
KR101500315B1 (en) * | 2013-08-06 | 2015-03-09 | (주)에너지와공조 | Frame for redox flow battery stack and redox flow battery having the frame |
WO2015162954A1 (en) * | 2014-04-23 | 2015-10-29 | 住友電気工業株式会社 | Bipolar plate, redox flow cell, and method for producing bipolar plate |
WO2018105092A1 (en) * | 2016-12-08 | 2018-06-14 | 住友電気工業株式会社 | Frame body, cell frame, cell stack, and redox flow battery |
JP2019012694A (en) * | 2018-09-20 | 2019-01-24 | 昭和電工株式会社 | Collector plate |
CN111244468A (en) * | 2018-11-28 | 2020-06-05 | 中国科学院大连化学物理研究所 | Bipolar plate suitable for trapezoidal flow battery and application |
CN117157788A (en) * | 2021-09-27 | 2023-12-01 | 东英 Es株式会社 | Redox flow battery system |
-
2006
- 2006-05-09 JP JP2006130363A patent/JP2007305339A/en active Pending
Cited By (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015505147A (en) * | 2011-12-20 | 2015-02-16 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションUnited Technologies Corporation | Flow battery using mixed flow |
KR101176575B1 (en) | 2012-06-13 | 2012-08-23 | 주식회사 누리플랜 | Device for flowing electrolyte in redox flow battery |
KR101176559B1 (en) | 2012-06-14 | 2012-08-23 | 주식회사 누리플랜 | Method for manufacturing device for flowing electrolyte in redox flow battery |
KR101176566B1 (en) | 2012-06-14 | 2012-08-23 | 주식회사 누리플랜 | Redox flow battery with device for flowing electrolyte |
CN104300163A (en) * | 2013-07-18 | 2015-01-21 | 中国科学院大连化学物理研究所 | Electrode frame of redox flow battery and electric pile thereof |
KR101480871B1 (en) * | 2013-08-06 | 2015-01-13 | (주)에너지와공조 | Frame for uniformly supplying electrolyte to improve cell-efficiency and redox flow battery having the frame |
KR101500315B1 (en) * | 2013-08-06 | 2015-03-09 | (주)에너지와공조 | Frame for redox flow battery stack and redox flow battery having the frame |
WO2015162954A1 (en) * | 2014-04-23 | 2015-10-29 | 住友電気工業株式会社 | Bipolar plate, redox flow cell, and method for producing bipolar plate |
JP2015210849A (en) * | 2014-04-23 | 2015-11-24 | 住友電気工業株式会社 | Bipolar plate, redox flow cell, and method of manufacturing bipolar plate |
US10218007B2 (en) | 2014-04-23 | 2019-02-26 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Bipolar plate, redox flow battery, and method for producing bipolar plate |
CN108475798A (en) * | 2016-12-08 | 2018-08-31 | 住友电气工业株式会社 | Frame body, unit framework, stack of cells and redox flow batteries |
US10199664B2 (en) | 2016-12-08 | 2019-02-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Frame body, cell frame, cell stack, and redox flow battery |
WO2018105092A1 (en) * | 2016-12-08 | 2018-06-14 | 住友電気工業株式会社 | Frame body, cell frame, cell stack, and redox flow battery |
JPWO2018105092A1 (en) * | 2016-12-08 | 2019-10-24 | 住友電気工業株式会社 | Frame, cell frame, cell stack, and redox flow battery |
CN108475798B (en) * | 2016-12-08 | 2020-12-04 | 住友电气工业株式会社 | Frame body, cell frame, cell stack, and redox flow battery |
JP2019012694A (en) * | 2018-09-20 | 2019-01-24 | 昭和電工株式会社 | Collector plate |
CN111244468A (en) * | 2018-11-28 | 2020-06-05 | 中国科学院大连化学物理研究所 | Bipolar plate suitable for trapezoidal flow battery and application |
CN111244468B (en) * | 2018-11-28 | 2023-07-25 | 中国科学院大连化学物理研究所 | Bipolar plate suitable for trapezoid flow battery and application |
CN117157788A (en) * | 2021-09-27 | 2023-12-01 | 东英 Es株式会社 | Redox flow battery system |
CN117157788B (en) * | 2021-09-27 | 2024-04-16 | 东英Es株式会社 | Redox flow battery system |
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