本發(fā)明涉及一種氧化還原液流電池。尤其涉及如下的氧化還原液流電池，其為電解液流通型氧化還原液流電池，且內(nèi)部電阻已降低。

背景技術(shù)：

氧化還原液流電池(以下稱作RF電池)是利用正極用電解液中所含的離子與負(fù)極用電解液中所含的離子的氧化還原電位之差來進(jìn)行充放電的電池。如圖23所示，RF電池1包括電池組電池(battery cell)100，該電池組電池100利用使氫離子(質(zhì)子)透過的隔膜101而分離為正極電池102與負(fù)極電池103。正極電池102中內(nèi)置著正極電極104，且經(jīng)由導(dǎo)管108、110而連接著貯存正極用電解液的正極電解液用罐106。同樣地，負(fù)極電池103中內(nèi)置著負(fù)極電極105，且經(jīng)由導(dǎo)管109、111而連接著貯存負(fù)極用電解液的負(fù)極電解液用罐107。貯存在各罐106、107中的電解液在充放電時(shí)利用泵112、113而在各極電池102、103內(nèi)循環(huán)。

所述電池組電池100通常如圖24的下圖所示，形成于被稱作電池堆(cell stack)200的結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部。電池堆200如圖24的上圖所示，包括下述構(gòu)成，即，是將具備與邊框狀的框體122一體化而成的雙極板121的電池架120、正極電極104、隔膜101、及負(fù)極電極105按照該順序積層而成。該構(gòu)成中，在鄰接的各電池架120的雙極板121之間形成著一個(gè)電池組電池100。

電池堆200中的朝向電池組電池100的電解液的流通，是利用形成于框體122的供液用歧管123、124及排液用歧管125、126來進(jìn)行。正極用電解液從供液用歧管123經(jīng)由形成于框體122的一面?zhèn)?紙面表側(cè))的槽而供給到配置于雙極板121的一面?zhèn)鹊恼龢O電極104。而且，該正極用電解液經(jīng)由形成于框體122的上部的槽由排液用歧管125排出。同樣地，負(fù)極用電解液從供液用歧管124經(jīng)由形成于框體122的另一面?zhèn)?紙面背側(cè))的槽而供給到配置于雙極板121的另一面?zhèn)鹊呢?fù)極電極105。該負(fù)極用電解液經(jīng)由形成于框體122的上部的槽而由排液用歧管126排出。

構(gòu)成電池組電池100的各電極104、105多數(shù)情況下是由多孔質(zhì)的導(dǎo)電材料構(gòu)成，以使得作為流體的電解液的流通不會阻礙從供液側(cè)朝向排液側(cè)的電解液的流通。例如利用碳纖維氈等(例如專利文獻(xiàn)1)。

[背景技術(shù)文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)1]日本專利特開2002-367659號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

[發(fā)明要解決的問題]

RF電池的充放電反應(yīng)是使電解液向碳纖維氈等電極流通而進(jìn)行。此時(shí)，電解液的流通狀態(tài)，例如電極中的電解液的流通均勻性等會對RF電池的內(nèi)部電阻造成影響。然而，在現(xiàn)有的RF電池中，關(guān)于在充分考慮了電極中的電解液的流通狀態(tài)后使內(nèi)部電阻降低的情況，可以說未必進(jìn)行了充分研究。

因此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種降低了內(nèi)部電阻的氧化還原液流電池。

[解決問題的技術(shù)手段]

本發(fā)明的氧化還原液流電池包括：隔膜，雙極板，配置于所述隔膜與所述雙極板之間的電極，對所述電極供給電解液的導(dǎo)入口，及從所述電極排出所述電解液的排出口，使所述電解液向所述電極流通而進(jìn)行充放電反應(yīng)。所述電極包括各向異性電極層，所述各向異性電極層的透過率在該電極的平面中的方向A1、和與所述方向A1在所述電極的平面正交的方向A2上不同，所述各向異性電極層的所述方向A1的透過率K1大于所述方向A2的透過率K2，且配置成基于所述導(dǎo)入口與所述排出口的位置關(guān)系及所述雙極板的所述電極側(cè)的面的形狀而規(guī)定的、所述電極內(nèi)的所述電解液的主要流通方向與所述方向A1實(shí)質(zhì)并行。

[發(fā)明的效果]

根據(jù)本發(fā)明的RF電池，能夠獲得降低了內(nèi)部電阻的RF電池。

附圖說明

圖1是表示實(shí)施方式1的RF電池具備的電極的一形態(tài)的概略側(cè)視圖。

圖2是表示設(shè)置于實(shí)施方式1的RF電池具備的雙極板的咬合型相向梳齒形狀的流路的概略前視圖。

圖3是表示設(shè)置于實(shí)施方式1的RF電池具備的雙極板的咬合型相向梳齒形狀的流路中的電解液的流動的概略剖視圖。

圖4是表示設(shè)置于實(shí)施方式3的RF電池具備的雙極板的非咬合型相向梳齒形狀的流路的概略前視圖。

圖5是表示設(shè)置于實(shí)施方式4的RF電池具備的雙極板的連續(xù)的蜿蜒形狀的流路的概略前視圖。

圖6是表示設(shè)置于實(shí)施方式5的RF電池具備的雙極板的連續(xù)的網(wǎng)格形狀的流路的概略前視圖。

圖7是表示設(shè)置于實(shí)施方式6的RF電池具備的雙極板的斷續(xù)形狀的流路的概略前視圖。

圖8是表示試驗(yàn)例1-1中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。

圖9是表示試驗(yàn)例1-2中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。

圖10是表示試驗(yàn)例1-3中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。

圖11是表示試驗(yàn)例1-4中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。

圖12是表示試驗(yàn)例1-5中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。

圖13是表示試驗(yàn)例1-6中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。

圖14是表示試驗(yàn)例2-1中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。

圖15是表示試驗(yàn)例2-2中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。

圖16是表示試驗(yàn)例2-3中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。

圖17是表示試驗(yàn)例2-4中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。

圖18是表示試驗(yàn)例2-5中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。

圖19是表示試驗(yàn)例2-6中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。

圖20是表示試驗(yàn)例2-7中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。

圖21是表示試驗(yàn)例2-8中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略圖。

圖22是表示透過率的測定中使用的壓力損失測定系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。

圖23是表示RF電池的概略原理圖。

圖24是表示RF電池具備的電池堆的概略構(gòu)成圖。

具體實(shí)施方式

[本發(fā)明的實(shí)施方式的說明]

本發(fā)明者等人為了降低RF電池的內(nèi)部電阻，進(jìn)行了各種研究。在該研究的過程中判明，盡管在同一條件下運(yùn)轉(zhuǎn)具備同一構(gòu)成的多個(gè)RF電池，仍存在內(nèi)部電阻高的RF電池與內(nèi)部電阻低的RF電池。本發(fā)明者等人對該內(nèi)部電阻不同的RF電池反復(fù)進(jìn)行了各種研究后獲得如下發(fā)現(xiàn)。

(A)電極中有因使電解液流通的方向的不同而電解液的流動容易度(透過率)不同的電極(以下稱作各向異性電極)。

(B)使該各向異性電極的特定方向與電極內(nèi)的電解液的主要流通方向(詳情將于以后進(jìn)行敘述)一致的RF電池，比起不一致的RF電池，能夠降低內(nèi)部電阻。

本發(fā)明基于所述發(fā)現(xiàn)而完成。以下列舉本發(fā)明的實(shí)施方式的內(nèi)容進(jìn)行說明。

(1)實(shí)施方式的RF電池包括：隔膜，雙極板，配置于所述隔膜與所述雙極板之間的電極，對所述電極供給電解液的導(dǎo)入口，及從所述電極排出所述電解液的排出口，使所述電解液向所述電極流通而進(jìn)行充放電反應(yīng)。所述電極具備各向異性電極層，該各向異性電極層的透過率在該電極的平面中的方向A1、和與所述方向A1在所述電極的平面正交的方向A2上不同。所述各向異性電極層的所述方向A1的透過率K1大于所述方向A2的透過率K2。所述電極配置成基于所述導(dǎo)入口與所述排出口的位置關(guān)系及所述雙極板的所述電極側(cè)的面的形狀而規(guī)定的、所述電極內(nèi)的所述電解液的主要流通方向與所述方向A1實(shí)質(zhì)并行。

RF電池中，存在電極內(nèi)的電解液的主要流通方向。而且，沿主要流通方向流通的電解液主要關(guān)系到充放電反應(yīng)(以下有時(shí)稱作電池反應(yīng))。本實(shí)施方式的RF電池通過具備所述構(gòu)成，而容易增加供電解液在電極內(nèi)向主要流通方向以適合于RF電池的運(yùn)轉(zhuǎn)的流速流通的部位，或容易減少向主要流通方向流通的電解液在電極內(nèi)滯留的部位。伴隨此，電極內(nèi)的主要流通方向的流速的差異容易減小。根據(jù)以上，因容易在電極的大范圍內(nèi)均勻地進(jìn)行電池反應(yīng)，所以能夠形成降低了內(nèi)部電阻的RF電池。

(2)作為實(shí)施方式的RF電池，可列舉所述透過率K1為所述透過率K2的1.5倍以上且100倍以下的形態(tài)。

通過透過率K1為透過率K2的1.5倍以上，可以說各向異性電極層的各向異性顯著，從而比起使用了不具備各向異性的電極(以下稱作各向同性電極)的情況，供電解液在電極內(nèi)向主要流通方向以適合于RF電池的運(yùn)轉(zhuǎn)的流速流通的部位容易增加。而且，通過透過率K1為透過率K2的100倍以下，容易減少向主要流通方向流通的電解液在電極內(nèi)滯留的部位。根據(jù)以上，因本實(shí)施方式的RF電池容易在電極的大范圍內(nèi)均勻地進(jìn)行電池反應(yīng)，所以能夠形成進(jìn)一步降低了內(nèi)部電阻的RF電池。此外，通過透過率K1為透過率K2的1.5倍以上且100倍以下，而使電解液容易導(dǎo)入到電極內(nèi)，從而可期待能夠減小電解液的壓力損失。

(3)作為實(shí)施方式的RF電池，可列舉所述雙極板在所述電極側(cè)的面具備供所述電解液流通的流路的形態(tài)。所述流路具有相互并列的多個(gè)槽部。所述主要流通方向?yàn)樗龆鄠€(gè)槽部的并列方向。

通過雙極板具備具有相互并列的多個(gè)槽部的流路，而容易將電解液沿著流路在電極的平面的大范圍內(nèi)以低壓力損失進(jìn)行供給。而且，相互并列的多個(gè)槽部彼此之間容易產(chǎn)生經(jīng)由電極的向主要流通方向的電解液的流通。由此，可期待在電極內(nèi)充分地進(jìn)行電池反應(yīng)，因而反應(yīng)電流量容易增加，從而可期待能夠進(jìn)一步降低內(nèi)部電阻。根據(jù)以上，本實(shí)施方式的RF電池中，RF電池整體的能量效率優(yōu)異。

(4)作為所述(3)的實(shí)施方式的RF電池，列舉所述流路具備與所述導(dǎo)入口相連的導(dǎo)入路、及與所述排出口相連的排出路的形態(tài)。所述導(dǎo)入路及所述排出路分別具有所述多個(gè)槽部。所述導(dǎo)入路與所述排出路不連通而獨(dú)立。

通過導(dǎo)入路與排出路不連通而獨(dú)立，幾乎不會干預(yù)電池反應(yīng)而減少從導(dǎo)入口向排出口直通的電解液，從而容易在導(dǎo)入路與排出路之間產(chǎn)生經(jīng)由電極的電解液的流通。由此，因容易增加在電極內(nèi)向主要流通方向流動的電解液的量，從而反應(yīng)電流量容易增加，所以期待降低內(nèi)部電阻。根據(jù)以上，本實(shí)施方式的RF電池中，RF電池整體的能量效率優(yōu)異。

(5)作為所述(4)的實(shí)施方式的RF電池，可列舉所述導(dǎo)入路及所述排出路具備梳齒形狀的槽部，且所述導(dǎo)入路與所述排出路以各自的梳齒相互咬合而相向的方式配置的形態(tài)。

通過流路具備以相互咬合而相向的方式配置的梳齒，而容易在導(dǎo)入路與排出路之間、尤其相鄰的梳齒彼此之間產(chǎn)生經(jīng)由電極的電解液的向主要流通方向的流通。而且，根據(jù)梳齒的數(shù)量或形成區(qū)域等，容易使電解液均勻地遍布在電極的大范圍內(nèi)，因而從電極的大范圍的區(qū)域向電極內(nèi)導(dǎo)入電解液，而可期待進(jìn)行均勻的電池反應(yīng)。因此，反應(yīng)電流量容易增加，從而可期待能夠進(jìn)一步降低內(nèi)部電阻。根據(jù)以上，本實(shí)施方式的RF電池中，RF電池整體的能量效率優(yōu)異。

(6)作為所述(3)的實(shí)施方式的RF電池，可列舉如下形態(tài)，即，所述流路為從所述導(dǎo)入口到所述排出口為止連續(xù)的蜿蜒形狀，且包括以彼此相鄰的方式并列的多個(gè)長槽部、及將所述多個(gè)長槽部的一端彼此或另一端彼此交替相連的多個(gè)短槽部。所述主要流通方向?yàn)樗龆鄠€(gè)長槽部的并列方向。

通過形成從導(dǎo)入口到排出口為止連續(xù)的流路，沿流路流動的電解液的流動變得順暢，從而能夠減少電解液的壓力損失。另一方面，通過設(shè)為這種雖為連續(xù)的流路但蜿蜒的形狀，而容易在相鄰的長槽部彼此之間產(chǎn)生經(jīng)由電極的電解液的流通。而且，根據(jù)長槽部的數(shù)量或形成區(qū)域等，容易使電解液均勻地遍布在電極的大范圍內(nèi)，因而從電極的大范圍的區(qū)域向電極內(nèi)導(dǎo)入電解液，而可期待進(jìn)行均勻的電池反應(yīng)。根據(jù)以上，本實(shí)施方式的RF電池整體的能量效率優(yōu)異。

(7)作為所述(1)或(2)的實(shí)施方式的RF電池，可列舉所述雙極板的所述電極側(cè)的面的形狀為平面狀的形態(tài)。所述主要流通方向是從所述導(dǎo)入口側(cè)到所述排出口側(cè)。

即便雙極板的電極側(cè)的面為不具備槽部的平面狀，通過使方向A1與主要流通方向?qū)嵸|(zhì)并列，而比起使用了該方向不對應(yīng)的各向異性電極層的RF電池、或使用了各向同性電極的RF電池，容易減小所述主要流通方向的流速的差異。由此，容易在電極的大范圍內(nèi)均勻地進(jìn)行電池反應(yīng)，而能夠形成降低了內(nèi)部電阻的RF電池。

[本發(fā)明的實(shí)施方式的詳細(xì)情況]

以下，參照附圖對實(shí)施方式的RF電池進(jìn)行說明。各圖中的同一符號表示同一名稱物。本發(fā)明并不限定于這些實(shí)施方式，旨在包含由權(quán)利要求表示且與權(quán)利要求均等的含義及范圍內(nèi)的所有變更。

＜實(shí)施方式1＞

(RF電池的概要)

實(shí)施方式1中，對如下的RF電池進(jìn)行說明，即，該RF電池使用電極的平面中的縱方向與橫方向上電解液的流動容易度不同的各向異性電極，使該各向異性電極的電解液的流動容易的方向與電解液的主要流通方向并列。關(guān)于主要流通方向，將在以后進(jìn)行詳細(xì)敘述，作為代表性的方向，為各極電池的平面中的上方向。然而，當(dāng)在雙極板并列著多個(gè)槽部時(shí)，該并列方向例如為左右方向(寬度方向)。該RF電池具備與參照圖23、圖24說明的現(xiàn)有的RF電池相同的基本構(gòu)成，因而以下將以與不同點(diǎn)相關(guān)的電極及雙極板為中心來進(jìn)行說明。關(guān)于基本構(gòu)成的方面，參照圖23、圖24。

(電極)

電極是用以通過電解液流通而進(jìn)行電池反應(yīng)的導(dǎo)電性的構(gòu)件。通常，為了確保與電解液的接觸面積而使用多孔質(zhì)材料。使用圖1，對本實(shí)施方式的RF電池具備的各電極104、105中使用的各向異性電極α進(jìn)行說明。圖1中，將附圖的左右方向設(shè)為寬度，附圖的上下方向設(shè)為高度，附圖的從近前向縱深的方向設(shè)為厚度。各向異性電極α具備在電極的平面中相互正交的2個(gè)方向上的透過率不同的各向異性電極層α1。圖1中表示僅由各向異性電極層α1構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)的各向異性電極α。

關(guān)于電極的各向異性的決定，是對電極中的相互正交的2個(gè)方向上的透過率K進(jìn)行測定，將表示高透過率K1的方向設(shè)為A1方向，表示低透過率K2的方向設(shè)為A2方向。最理想的是，在包含多個(gè)方向及與該多個(gè)各方向正交的方向的多對方向上測定透過率K。其原因在于，設(shè)想根據(jù)測定透過率的方向的不同，而各向異性的程度不同的情況。該情況下，將透過率最高的方向設(shè)為A1方向，將與該A1方向正交的方向設(shè)為A2方向即可。認(rèn)為該各向異性的決定方法對于圓形的電極等的情況尤其有效。在矩形電極的情況下，通常，將高度方向與寬度方向中的一方向設(shè)為A1方向，另一方向設(shè)為A2方向。

在使用各向異性電極α組裝各極電池102、103(電池堆200)時(shí)，以表示高透過率的A1方向與電解液的主要流通方向并列的方式配置各向異性電極α。因此，如果主要流通方向?yàn)槔绺鳂O電池102、103的寬度方向，則以矩形的各向異性電極α的寬度方向?yàn)橥高^率高的A1方向、高度方向?yàn)橥高^率低的A2方向的方式切開各向異性電極α。此處，寬度方向?yàn)锳1方向，A1方向的透過率K1大于高度方向A2的透過率K2。

作為各向異性電極層的具體例，可列舉碳纖維氈或碳紙、交叉形狀碳纖維等。關(guān)于這些，有從開始便具備各向異性者或通過對各向同性者進(jìn)行熱處理等而具備各向異性者。作為從開始便具備各向異性者，例如可列舉使縱纖維與橫纖維的纖維徑不同的交叉形狀碳纖維等。而且，也存在通過對各向同性電極層實(shí)施熱處理，而能夠形成各向異性電極層的情況，或通過對各向異性電極層實(shí)施熱處理等而各向異性變得更顯著的情況。在通過進(jìn)行熱處理而賦予各向異性或使各向異性變得顯著的情況下，能夠通過對熱處理?xiàng)l件進(jìn)行調(diào)整而調(diào)整各向異性的程度。作為優(yōu)選的熱處理?xiàng)l件，可列舉大氣環(huán)境中200℃以上且1000℃以下，5分鐘以上且120分鐘以下的條件。通過這種熱處理，能夠獲得具有在相互正交的2個(gè)方向上具有特定的透過率K1、K2的電極。作為熱處理?xiàng)l件，可列舉大氣環(huán)境中300℃以上且800℃以下、20分鐘以上且100分鐘以下的條件，或大氣環(huán)境中400℃以上且600℃以下、40分鐘以上且80分鐘以下的條件等。

透過率是表示電極中的電解液的流通容易度的指標(biāo)，其值越高表示電解液越容易流動。表示透過率K1是透過率K2的幾倍的透過率K1與K2之比K1/K2，優(yōu)選為1.5以上，更優(yōu)選為3以上，尤其優(yōu)選為9以上。其原因在于，各向異性電極層內(nèi)流通的電解液的主要流通方向的流速為適合于RF電池的運(yùn)轉(zhuǎn)的流速而容易變得更均勻。其中，該比率K1/K2優(yōu)選為100以下，更優(yōu)選為50以下。其原因在于，電極內(nèi)，向主要流通方向流通的電解液滯留的部位得以減少。由此，可期待能夠減小因存在以適合于RF電池的運(yùn)轉(zhuǎn)的流速供電解液流通的部位與電解液滯留的部位所導(dǎo)致的電池反應(yīng)的差異，且能夠降低RF電池的內(nèi)部電阻。該比率K1/K2可列舉設(shè)為30以下，進(jìn)而設(shè)為10以下。

各向異性電極層α1的透過率K1優(yōu)選為7.0×10^-14m²以上且7.0×10^-8m²以下。其原因在于，通過使透過率K1處于所述范圍，而容易減小主要流通方向的流速的差異，從而能夠形成降低了內(nèi)部電阻的RF電池1。如果設(shè)為7.0×10^-14m²以上，進(jìn)而設(shè)為7.0×10^-13m²以上，尤其設(shè)為7.0×10^-12m²以上，通過將各向異性電極及具有流路的雙極板組合，而能夠減小電解液的壓力損失，且能夠減小能量損失。另一方面，通過設(shè)為7.0×10^-8m²以下，進(jìn)而設(shè)為7.0×10^-9m²以下，尤其設(shè)為7.0×10^-10m²以下，可期待使沿主要流通方向流動的電解液容易以適合于RF電池的運(yùn)轉(zhuǎn)的流速流通。

從相同的觀點(diǎn)考慮，透過率K2可列舉4.7×10^-14m²以上且7.0×10^-10m²以下，4.7×10^-13m²以上且7.0×10^-11m²以下。而且，也能夠設(shè)為4.7×10^-12m²以上且7.0×10^-12m²以下。

透過率K2也可設(shè)為2.4×10^-14m²以上且1.4×10^-9m²以下，2.4×10^-13m²以上且1.4×10^-10m²以下，2.4×10^-12m²以上且1.4×10^-11m²以下。而且，也可設(shè)為7.8×10^-15m²以上且2.3×10^-9m²以下，7.8×10^-14m²以上且2.3×10^-10m²以下，7.8×10^-13m²以上且2.3×10^-11m²以下，還可設(shè)為7.0×10^-9m²以下。此外，透過率K2的下限也能夠設(shè)為4.65×10^-14m²以上，4.65×10^-13m²以上，或4.65×10^-12m²以上。而且，透過率K2的下限也可設(shè)為2.33×10^-14m²以上，2.33×10^-13m²以上，或2.33×10^-12m²以上。此外，也可設(shè)為7.77×10^-15m²以上且2.33×10^-9m²以下，7.77×10^-14m²以上且2.33×10^-10m²以下，或7.77×10^-13m²以上且2.33×10^-11m²以下，還可設(shè)為7.77×10^-9m²以下。

尤其優(yōu)選在所述透過率K1及透過率K2的具體范圍內(nèi)將K1/K2設(shè)為1.5以上且100以下。其原因在于可期待進(jìn)一步容易發(fā)揮所述各效果。透過率K1、K2的詳細(xì)測定方法利用后述的試驗(yàn)例進(jìn)行說明。

(雙極板)

雙極板121是由正負(fù)極的各電極104、105夾著而將各電池組電池100隔開的板，由電解液無法通過的導(dǎo)電性的板形成。所述各向異性電極α的表示透過率K1的方向A1以與電極內(nèi)的電解液的主要流通方向并列的方式配置。作為該主要流通方向的決定因素之一，為雙極板121的電極側(cè)的面的形狀。雙極板121的電極側(cè)的面有具備流路的情況及不具備流路的情況。此處，參照圖2，對具備流路130的雙極板進(jìn)行說明。圖2中，實(shí)線箭頭主要表示沿著雙極板121具備的流路130的電極表面的電解液的流動，虛線箭頭表示電極內(nèi)的電解液的主要流通方向。就該點(diǎn)而言，在后述圖3～圖7中也相同。

流路130為了調(diào)整向各電極流通的電解液的各電池內(nèi)的流動，而設(shè)置于雙極板121的各電極104、105側(cè)的面的至少一面。該流路130具有相互并列的多個(gè)槽部。此處，導(dǎo)入路131與排出路132分別具備梳齒形狀的槽部，是各梳齒以相互咬合而相向的方式配置的咬合型相向梳齒形狀(參照圖2)。導(dǎo)入路131(排出路132)設(shè)置于雙極板121的下部(上部)，具備沿寬度方向延伸的一根橫槽131a(132a)及從該橫槽向上方向(下方向)延伸的多根縱槽131b(132b)。

而且，導(dǎo)入路131與排出路132不相互連通而獨(dú)立地配置，各自具備的縱槽131b與縱槽132b隔開間隔而并列。

(各向異性電極與雙極板的配置)

所述各向異性電極α以表示高透過率K1的方向A1與電極內(nèi)的電解液的主要流通方向并列的方式配置。主要流通方向是主要關(guān)系到電極中的電池反應(yīng)的電解液的流通方向。主要關(guān)系到電池反應(yīng)的電解液的流通方向基于將電解液導(dǎo)入到電極內(nèi)的導(dǎo)入口與從電極內(nèi)排出電解液的排出口的位置關(guān)系、及雙極板的電極側(cè)的面的形狀而規(guī)定。本實(shí)施方式中，圖24中的供液用歧管123(124)及排液用歧管125(126)相當(dāng)于導(dǎo)入口及排出口。該導(dǎo)入口及排出口在圖24中設(shè)置于電池架的上下，也可設(shè)置于左右。就該點(diǎn)而言，在后述的實(shí)施方式2～實(shí)施方式7的任一實(shí)施方式中均相同。

主要流通方向在雙極板的電極側(cè)的面為平面的情況下，是各極電池中的從電解液的導(dǎo)入口配置的一側(cè)到排出口配置的一側(cè)。例如，圖24中，導(dǎo)入口123(124)配置于各極電池(電池架120)的下側(cè)，排出口125(126)配置于各極電池(電池架120)的上側(cè)，因而上側(cè)為主要流通方向。其原因在于，該情況下，雖然從下側(cè)導(dǎo)入的電解液向電極的左右方向擴(kuò)展，但會朝向上側(cè)優(yōu)先流通，該流通的過程中進(jìn)行電池反應(yīng)。即便在導(dǎo)入口123(124)與排出口125(126)在電池架120的寬度方向上偏離的情況下，也無須考慮兩者的偏離而僅將彼此的相向方向(圖24中的上下方向)作為主要流通方向。

與此相對，在雙極板的電極側(cè)的面具備具有并列的多個(gè)槽部的流路的情況下，主要流通方向與導(dǎo)入口與排出口的相向方向無關(guān)，原則上是槽部的并列方向。例如，在具備所述咬合型相向梳齒形狀的流路的情況下，縱槽131b、132b的并列方向?yàn)橹饕魍ǚ较颉?/p>

使用圖2、圖3，對具備咬合型相向梳齒形狀的流路130的情況下的電極內(nèi)的電解液的流通狀態(tài)進(jìn)行說明。圖3是圖2的縱槽131b、132b并列的部位的寬度方向剖視圖，將該圖的上下方向設(shè)為厚度(Z方向)，左右方向設(shè)為寬度(X方向)。如圖2所示，從導(dǎo)入路131向電極內(nèi)導(dǎo)入的電解液經(jīng)由各電極104、105而向排出路132流通。此時(shí)，導(dǎo)入路的縱槽131b與排出路的縱槽132b如圖3的上圖所示，在X方向上交替地并列。因此，如圖3的放大圖所示，從縱槽131b供給到電極的電解液以越過各向異性電極層α1中的位于縱槽131b與縱槽132b之間的部分的方式而流動，并向縱槽132b排出。以下，電極中，將雙極板的流路具備的槽部與槽部夾持的部分統(tǒng)稱為壟部。本實(shí)施方式中，(1)各電極104、105中的位于縱槽131b與縱槽132b之間的部分、(2)位于橫槽131a(132a)與縱槽132b(131b)之間的部分為壟部。因電池反應(yīng)主要在電解液以越過該兩縱槽131b、132b之間的壟部的方式而流動時(shí)來進(jìn)行，所以該縱槽131b、132b的并列方向(X方向)為主要流通方向(參照圖2及圖3中的虛線箭頭)。

因此，在雙極板121的電極側(cè)的面為平面的情況下，以如下方式配置各向異性電極α，即，從各極電池102、103中的電解液的導(dǎo)入口123(124)配置的一側(cè)到排出口125(126)配置的一側(cè)(圖24的電池架的上下方向)，電極的方向A1實(shí)質(zhì)并行。在雙極板121的電極側(cè)的面具備具有并列的多個(gè)槽部的流路130的情況下，以電極的方向A1與槽部的并列方向(圖2的X方向)實(shí)質(zhì)并行的方式配置各向異性電極α。所謂以實(shí)質(zhì)并行的方式配置，不僅是指主要流通方向與方向A1完全并行地配置的情況，也包含以主要流通方向與方向A1之間存在±30°以下的角度之差的狀態(tài)配置的情況。尤其，如果該角度之差為±10°以下，進(jìn)而為±5°以下，則可期待能夠減小電極中的主要流通方向的流速的差異。使用具有這種配置關(guān)系的各向異性電極與雙極板而構(gòu)成的電池堆，如圖23所示，經(jīng)由交流/直流轉(zhuǎn)換器300或變電設(shè)備310而連接于發(fā)電部400與負(fù)載500之間。

(作用效果)

以上說明的本實(shí)施方式的RF電池實(shí)現(xiàn)以下的作用效果。

(1)通過將各向異性電極的透過率K1高的方向以與主要流通方向?qū)嵸|(zhì)并行的方式配置，而能夠增加供電解液在電極內(nèi)向主要流通方向以適合于RF電池的運(yùn)轉(zhuǎn)的流速流通的部位，或能夠減少向主要流通方向流通的電解液在電極內(nèi)滯留的部位。伴隨于此，能夠減小主要流通方向的流速的差異。由此，可以說電解液容易在電極內(nèi)大范圍地均勻容易流通，從而能夠形成降低了內(nèi)部電阻的RF電池。

(2)在雙極板具備具有多個(gè)槽部的流路的情況下，容易使電解液沿著槽部而在電極的大范圍內(nèi)以低壓力損失進(jìn)行供給，且容易在相鄰的槽部彼此之間產(chǎn)生經(jīng)由電極的電解液的流通。由此，容易增加在電極內(nèi)向主要流通方向流動的電解液的量，從而可期待使反應(yīng)電流量增加，并進(jìn)一步降低內(nèi)部電阻。伴隨這些低壓力損失的電解液的供給與反應(yīng)電流量的增加，能夠改善RF電池整體的能量效率。

(關(guān)于RF電池的構(gòu)成的補(bǔ)充)

對實(shí)施方式1的主要特征部分的構(gòu)成或作用效果進(jìn)行了說明，該RF電池也可具備以下的構(gòu)成。

《電極的厚度》

各向異性電極α的厚度(d)能夠利用電池堆200的結(jié)構(gòu)，主要利用各向異性電極α的壓縮程度而任意調(diào)整。各向異性電極α的厚度在配置于隔膜101與雙極板121之間的狀態(tài)下尤其優(yōu)選為1000μm以下。其原因在于，如果各向異性電極α較薄，則能夠降低RF電池的內(nèi)部電阻。更優(yōu)選的各向異性電極α的厚度為500μm以下，進(jìn)而優(yōu)選為300μm以下。然而，如果考慮電極中的電解液的壓力損失，則各向異性電極α的厚度優(yōu)選為50μm以上，進(jìn)而優(yōu)選為100μm以上。在各向異性電極α為后述積層電極的情況下，也優(yōu)選具有所述厚度作為積層電極整體的厚度。

《雙極板的材質(zhì)與制造方法》

雙極板的材料中，更優(yōu)選為具有耐酸性及適度剛性的材料。

其原因在于，流路的剖面形狀或尺寸長期不易變化，而容易維持流路的效果。

作為這種材料，例如可列舉含碳的導(dǎo)電性材料。更具體來說，可列舉由石墨及聚烯烴系有機(jī)化合物或氯化有機(jī)化合物形成的導(dǎo)電性塑料。而且，也可將石墨的一部分取代為碳黑及類鉆碳中的至少一者而成的導(dǎo)電性塑料。作為聚烯烴系有機(jī)化合物，可列舉聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等。作為氯化有機(jī)化合物，可列舉氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化石蠟等。雙極板由所述材料形成，由此能夠減小雙極板的電阻，且耐酸性優(yōu)異。

雙極板能夠通過如下而制造，即，利用射出成形、壓制成形及真空成形等公知方法而將所述材料成形為板狀。在具備流路的情況下，如果與雙極板的成形同時(shí)地使流路成形，則雙極板的制造效率優(yōu)異。此外，也可制造不形成流路的雙極板，然后，將該雙極板的表面切削而形成。

《其他流路的構(gòu)成》

流路(槽部)的剖面形狀能夠設(shè)為任意的形狀。例如，可列舉矩形狀或半圓狀等形狀。矩形狀或半圓狀可期待(1)容易在雙極板形成流路(容易加工)，(2)沿流路流通的電解液的壓力損失少。

每一根槽部的寬度優(yōu)選為0.1mm以上且10mm以下。其原因在于，能夠期待如下效果：(1)電極整體的流速的均勻性進(jìn)一步提高，(2)能夠使流通到電極的電解液的流量增加，(3)電極不易陷入流路(槽部)，(4)能夠進(jìn)一步降低沿流路流通的電解液的壓力損失。更優(yōu)選的流路的寬度為0.2mm以上且2mm以下，進(jìn)而優(yōu)選的流路的寬度為0.5mm以上且1.5mm以下。

槽部的深度優(yōu)選為雙極板的厚度的50％以上且99％以下。其原因在于，能夠期待如下效果：(1)電極整體的流速的均勻性進(jìn)一步提高，(2)能夠使向電極的隔膜側(cè)的區(qū)域流通的電解液的流量增加，(3)電極不易陷入流路(槽部)，(4)能夠進(jìn)一步降低沿流路流通的電解液的壓力損失，(5)即便具備流路也能夠使雙極板的機(jī)械強(qiáng)度充分。更優(yōu)選的流路的深度為雙極板的厚度的70％以上且80％以下。在雙極板的兩面設(shè)置槽的情況下，通過在平面透視時(shí)不重疊的位置設(shè)置槽部，而能夠?qū)⑺錾疃鹊牟鄄啃纬捎陔p極板的兩面。

流路優(yōu)選以并列的多個(gè)槽部(圖2中縱槽131b、132b)的間隔相同的方式配置。此外，優(yōu)選使咬合型相向梳齒形狀的相鄰的縱槽131b、132b的間隔和與縱槽131b(132b)的端緣相向的橫槽132a(131a)的間隔相同。其原因在于，以越過他們的間隔的方式沿電極流動的電解液的流通變得均勻，從而可期待能夠進(jìn)一步減小壓力損失。

所述縱槽131b、132b或橫槽131a、132a的根數(shù)能夠任意調(diào)整。例如，如果所述咬合型相向梳齒形狀中縱槽131b、132b的根數(shù)合計(jì)超過10根，則可期待沿流路流通的電解液的壓力損失減小的效果大。

咬合型相向梳齒形狀中，縱槽131b與縱槽132b咬合部分的長度優(yōu)選盡可能長。其原因在于，主要流通方向上流動的電解液的流速在電極整體中容易變得更均勻，能夠期待RF電池1的內(nèi)部電阻的降低。而且，電解液的壓力損失進(jìn)一步減小，因而RF電池的能量效率更優(yōu)異。具體來說，縱槽131b與縱槽132b咬合的部分的長度優(yōu)選為雙極板121的高度方向(Y方向)的80％以上，更優(yōu)選為90％以上的長度。

《電解液》

電解液中，如圖23所示，優(yōu)選利用以釩離子為各極活物質(zhì)的釩系電解液。此外，優(yōu)選利用如下，即，使用了作為正極活物質(zhì)的鐵(Fe)離子、作為負(fù)極活物質(zhì)的鉻(Cr)離子的鐵(Fe²⁺/Fe³⁺)－鉻(Cr³⁺/Cr²⁺)系電解液，或正極電解液中使用錳(Mn)離子、負(fù)極電解液中使用鈦(Ti)離子的錳(Mn²⁺/Mn³⁺)－鈦(Ti⁴⁺/Ti³⁺)系電解液。

＜實(shí)施方式2＞

實(shí)施方式2中，對具備雙極板的RF電池進(jìn)行說明，所述雙極板具有與橫槽沿縱方向并列的實(shí)施方式1不同的咬合型相向梳齒形狀的流路。本實(shí)施方式2的RF電池除雙極板的構(gòu)成與各向異性電極的配置方向以外，具備與實(shí)施方式1相同的構(gòu)成，因而對這些不同點(diǎn)進(jìn)行說明，而省略其他構(gòu)成的說明。在后述其他實(shí)施方式中也相同。

本實(shí)施方式中的咬合型相向梳齒形狀為如下，即，導(dǎo)入路(排出路)設(shè)置于雙極板的左側(cè)(右側(cè))，且包括沿高度方向(Y方向)延伸的一根縱槽、及從該縱槽向右方向(左方向)延伸的多根橫槽。在橫槽彼此咬合的咬合型相向梳齒形狀的情況下，電極中，越過與雙極板的位于橫槽彼此之間的壟部相向的區(qū)域的流動成為主流。由此，主要流通方向?yàn)閳D2中的Y方向。因此，各向異性電極α以方向A1與Y方向并行的方式配置。由此，在電極內(nèi)流通的電解液的主要流通方向(Y方向)的流速的差異容易減小。

＜實(shí)施方式3＞

實(shí)施方式3中，對具備具有圖4所示的非咬合型相向梳齒形狀的流路的雙極板的RF電池進(jìn)行說明。非咬合型相向梳齒形狀為導(dǎo)入路131與排出路132不相互咬合的形狀。此處，導(dǎo)入路131與排出路132為點(diǎn)對稱的形狀，且為包括設(shè)置于雙極板121的右側(cè)(左側(cè))的一根縱槽131b(132b)、及從該縱槽131b(132b)向左側(cè)(右側(cè))延伸的多根橫槽131a(132a)的形狀。該情況下，各電極104、105中，與越過雙極板121的位于橫槽131a與橫槽132a之間的壟部相向的區(qū)域的流動為主流。由此，主要流通方向?yàn)閳D4中的Y方向。因此，各向異性電極α以方向A1與Y方向并行的方式配置。由此，電解液的主要流通方向(Y方向)的流速的差異容易減小。

而且，導(dǎo)入路131(排出路132)也可設(shè)為具備多根縱槽131b(132b)、及供該多根縱槽131b(132b)立足的一根橫槽131a(132a)的形狀。該形狀為圖2所示的咬合型相向梳齒形狀中導(dǎo)入路131與排出路132不咬合的形狀。該情況下，縱槽131b(132b)并行的方向(X方向)為主要流通方向，因而各向異性電極α以方向A1與X方向并行的方式配置。

＜實(shí)施方式4＞

實(shí)施方式4中，對具備具有圖5所示的連續(xù)的蜿蜒形狀的流路的雙極板的RF電池進(jìn)行說明。連續(xù)的蜿蜒形狀是從導(dǎo)入口到排出口為止的連續(xù)的流路，且是如下形狀，即，包括以彼此相鄰的方式在雙極板121的寬度方向(X方向)并列的多個(gè)長槽部135b，及將多個(gè)長槽部135b的一端彼此或另一端彼此交替相連的多個(gè)短槽部135a。該情況下，從導(dǎo)入口側(cè)的長槽部135b越過與該長槽部135b相鄰的排出口側(cè)的長槽部135b的流動成為主流(參照圖5中的虛線箭頭)。

也就是，長槽部135b并列的方向(X方向)為主要流通方向。因此，各向異性電極α以方向A1與X方向并行的方式配置。

蜿蜒型形狀也可設(shè)為如下形狀，即，包括以彼此相鄰的方式在雙極板121的高度方向(圖5中的Y方向)并列的多個(gè)長槽部135b，及將多個(gè)長槽部135b的一端彼此或另一端彼此交替相連的多個(gè)短槽部135a。該情況下，并列的多個(gè)長槽部135b并列的方向(圖5中Y方向)為主要流通方向。

因此，各向異性電極α以方向A1與Y方向并行的方式配置。

(作用效果)

以上說明的本實(shí)施方式的RF電池實(shí)現(xiàn)以下的作用效果。

(1)通過形成連續(xù)的流路，而沿流路流動的電解液的流動變得順暢，從而能夠減小電解液的壓力損失。

(2)通過設(shè)為連續(xù)的流路而蜿蜒的形狀，容易在相鄰的長槽部彼此之間產(chǎn)生經(jīng)由各向異性電極的電解液的流通。由此，可期待反應(yīng)電流量增加，進(jìn)而內(nèi)部電阻降低。

(3)根據(jù)長槽部的數(shù)量或形成區(qū)域，而使電解液大范圍地均勻地遍布在各向異性電極的平面。由此，因從各向異性電極的平面的大范圍的區(qū)域向電極內(nèi)導(dǎo)入電解液，所以可期待進(jìn)行均勻的電池反應(yīng)。

＜實(shí)施方式5＞

實(shí)施方式5中，對具備具有圖6所示的連續(xù)的網(wǎng)格形狀的流路的雙極板的RF電池進(jìn)行說明。本實(shí)施方式中，形成縱網(wǎng)格形狀。縱網(wǎng)格形狀為包括沿雙極板121的高度方向延伸的多個(gè)縱槽130b、及以將這些縱槽130b的上下端連續(xù)相連的方式設(shè)置的一對橫槽130a的形狀。該情況下，并列的多個(gè)縱槽130b并列的方向(X方向)為主要流通方向。因此，各向異性電極α以方向A1與X方向并行的方式配置。由此，電解液的主要流通方向(X方向)的流速的差異容易減小。

作為其他網(wǎng)格形狀，可列舉橫網(wǎng)格形狀。橫網(wǎng)格形狀具備在雙極板的高度方向(Y方向)并列的多個(gè)橫槽、及以將這些橫槽連續(xù)相連的方式左右設(shè)置的一對縱槽。該情況下，多個(gè)橫槽并列的方向(Y方向)為主要流通方向。因此，各向異性電極α以方向A1與Y方向并行的方式配置。由此，電解液的主要流通方向(Y方向)的流速的差異容易減小。

＜實(shí)施方式6＞

實(shí)施方式6中，對具備具有圖7所示的斷續(xù)形狀的流路的雙極板的RF電池進(jìn)行說明。本實(shí)施方式中，將構(gòu)成圖2所示的咬合型相向梳齒形狀的縱槽131b(132b)，設(shè)為斷續(xù)(非連續(xù))形成的斷續(xù)形狀。據(jù)此，電解液不僅越過寬度方向上的壟部，且以越過高度方向上相鄰的槽部(縱槽131b(132b))之間的壟部的方式，容易經(jīng)由各電極104、105而流通(參照圖7中的虛線箭頭)，因而可期待反應(yīng)電流量增加。由此，期待RF電池的電流量增加，進(jìn)而能夠降低RF電池的內(nèi)部電阻。

當(dāng)然，可斷續(xù)地形成橫槽131a(132a)，也可僅使流路130的一部分為斷續(xù)的形狀。而且，以上例示的各實(shí)施方式也可使其至少一部分?jǐn)嗬m(xù)地形成。

本實(shí)施方式中，各電極104、105中，越過與雙極板121的位于縱槽131b與橫槽132b之間的壟部相向的區(qū)域的流動成為主流。由此，主要流通方向?yàn)閳D7中的X方向。因此，各向異性電極α以方向A1與X方向并行的方式配置。由此，電解液的主要流通方向(X方向)的流速的差異容易減小。

＜實(shí)施方式7＞

實(shí)施方式7中，對具備具有各向異性電極層α1的積層電極的RF電池進(jìn)行說明。本實(shí)施方式7的RF電池為將所述實(shí)施方式1～6中使用的單層電極作為積層電極的形態(tài)。除此以外具備與所述各實(shí)施方式相同的構(gòu)成，因而僅對積層電極進(jìn)行說明，省略其他構(gòu)成的說明。

作為積層電極，可列舉如下：(1)使各自各向異性的程度不同的2個(gè)以上的各向異性電極層積層而成者，(2)將1個(gè)以上的各向異性電極層α1與1個(gè)以上的各向同性電極層積層而成者，(3)將1個(gè)以上的各向異性電極層α1與包含雖供電解液流通但不產(chǎn)生電池反應(yīng)的材料的1個(gè)以上的基材層積層而成者等。在為積層電極的情況下，通過使形成積層電極的電極層或使基材層相互剝離而分離，能夠測定各向異性電極層α1的透過率。

在包含2個(gè)以上的不同的各向異性電極層的積層電極的情況下，雖由透過率的大小或各各向異性電極層的厚度而定，但認(rèn)為以透過率K1宜為透過率K2的1.5倍以上且100倍以下，進(jìn)而宜為3倍以上且50倍以下，尤其宜為9倍以上且30倍以下的各向異性電極層為基準(zhǔn)，來規(guī)定方向A1。其原因在于，如所述那樣，如果各向異性處于所述范圍內(nèi)，則可期待電解液容易在電極內(nèi)以適合于RF電池的運(yùn)轉(zhuǎn)的流速均勻地流通，或容易減少向主要流通方向流通的電解液在電極內(nèi)滯留的部位。

在包含2個(gè)以上的不同的各向異性電極層的積層電極的情況下，期待優(yōu)選各向異性處于所述范圍內(nèi)的各向異性電極層位于隔膜101側(cè)。其原因在于，據(jù)此，在電解液流通到隔膜側(cè)后容易形成沿主要流通方向流動的電解液的流動，而且，主要流通方向的流速的差異得以減小，由此可期待各電極間的氫離子的傳遞的差異減小。由此，可期待能夠進(jìn)一步降低RF電池的內(nèi)部電阻。從相同的觀點(diǎn)考慮，在將各向異性電極層α1與各向同性電極層積層而成的積層電極用作電極的情況下，優(yōu)選以各向異性電極層α1位于隔膜101側(cè)的方式配置。在使用了各向異性電極層α1與基材層積層而成的積層電極的情況下也相同。

＜試驗(yàn)例1＞

試驗(yàn)例1中，利用模擬來調(diào)查本實(shí)施方式的RF電池的特性。本試驗(yàn)例中，使用模擬解析軟件(ANSYS·JAPAN股份有限公司制造，ANSYS Fluent)，構(gòu)筑具備具有圖2所示的咬合型相向梳齒形狀的流路的雙極板的模型1。模型1是分別各具備一個(gè)正極電池及負(fù)極電池的單電池結(jié)構(gòu)的RF電池。此時(shí)，正極電極及負(fù)極電極中設(shè)定著同一構(gòu)成的各向異性電極。而且，模型1中，與所述實(shí)施方式1同樣地，電解液從雙極板的下部導(dǎo)入并從上部排出。由此，與所述實(shí)施方式1同樣地，將上下方向設(shè)為高度(Y方向)，左右方向設(shè)為寬度(X方向)，與X方向及Y方向正交的方向設(shè)為厚度(Z方向)。因此，模型1中，各向異性電極以方向A1(透過率大的方向)與X方向并行的方式配置。

此外，為了進(jìn)行比較，除使用各向同性電極以外，構(gòu)筑與模型1為相同構(gòu)成的模型2。而且，兩模型中，在將電解液的流量設(shè)為多種值的情況下，對X方向及Y方向上的電極內(nèi)的電解液的流速分布(X方向上的電解液的流速相對于Y方向上的電解液的流速的速度比，以下稱作XY速度比)進(jìn)行調(diào)查。以下，表示詳細(xì)的試驗(yàn)條件，并且對表1中獲得的試驗(yàn)結(jié)果，在圖8～圖13中表示各試驗(yàn)例的X方向上的流速的分布。表1中的X方向流速、Y方向流速及XY速度比表示X方向上的速度最慢的電極中央的值。圖8～圖13中，以各圖記載的圖表所示的濃淡來表示X方向流速。此處，表示隨著濃淡變淺而向右方向的流速快，且表示隨著濃淡變濃而向左方向的流速快。具體的流速的值利用圖表中記述的數(shù)值來表示。正的值表示右方向的流速，且表示隨著值增大而右方向的流速快。負(fù)的值表示左方向的流速，且表示隨著值減小而左方向的流速快。而且，各圖中，越是濃淡清晰的縱條紋狀的部位(區(qū)域)，越是供電解液向主要流通方向(X方向)以適合于RF電池的運(yùn)轉(zhuǎn)的流速流通的區(qū)域。

(試驗(yàn)條件)

《電極》

長度：15.8(cm)，寬度：15.8(cm)，厚度：0.05(cm)

電極反應(yīng)面積密度(A)：50000(l/m)

電極反應(yīng)速度定數(shù)(k)：3.0×10⁶(m/s)

透過率

[模型1]K1：7.56×10^-11K2：1.95×10^-11

[模型2]K：7.00×10^-11

《電解液》

硫酸V水溶液(V濃度：1.7mol/L，硫酸濃度：3.4mol/L)

充電狀態(tài)(State of Charge；有時(shí)也稱作充電深度)：50％

《電解液流量等》

入口流量：75、150、或300(ml/min)

出口流量：自由流出

流動模型：層流模型

《雙極板》

高度(Y方向)·寬度(X方向)：15.8(cm)

〔流路〕

槽形狀：咬合型相向梳齒形狀

縱槽數(shù)：導(dǎo)入路39根×排出路40根

縱槽長：21(cm)

槽寬：0.1(cm)

槽深：0.1(cm)

縱槽間隔：0.1(cm)

槽剖面形狀：正方形

[表1]

根據(jù)表1判斷：盡管各向異性電極的X方向的透過率(方向A1的透過率K1)與各向同性電極的透過率K大致相等，但在任一流量的情況下，以使方向A1與作為主要流通方向的X方向并列的方式配置的模型1的XY速度比要大于使用了各向同性電極的模型2。而且，如果將流量相等情況下的主要流通方向(X方向)的流速分布進(jìn)行比較，則例如在試驗(yàn)例1-2(模型2)中，以從電極中央向上下方向擴(kuò)展的方式形成的濃淡淺的縱條紋狀的區(qū)域的比例大(參照圖9)。該區(qū)域?yàn)榱魉俦冗m合于RF電池的運(yùn)轉(zhuǎn)的流速慢的區(qū)域。如果較多地存在這種區(qū)域，則供電解液以適合于RF電池的運(yùn)轉(zhuǎn)的流速流通的區(qū)域減少，因而可以說流速的差異大。如果向主要流通方向流通的電解液的流速存在差異，則無法在電極整體均勻地進(jìn)行電池反應(yīng)，因而存在內(nèi)部電阻上升的情況。另一方面，試驗(yàn)例1-1(模型1)與試驗(yàn)例1-2相比，流速慢的區(qū)域減少，從電極的上下向中央方向擴(kuò)展的濃淡清晰的縱條紋狀的區(qū)域增大(將圖8與圖9比較而參照)。該區(qū)域?yàn)檫m合于RF電池的運(yùn)轉(zhuǎn)的流速的區(qū)域。這樣，判斷將各向異性電極的方向A1以與主要流通方向(X方向)并列的方式配置，由此濃淡清晰的縱條紋狀的區(qū)域增加，供電解液以適合于RF電池的運(yùn)轉(zhuǎn)的流速流通的區(qū)域擴(kuò)大。

此外，試驗(yàn)例1-2中，在電極中央的左端及右端，縱條紋中斷的部分視作電極中央的左端與右端(參照圖9)。認(rèn)為這是因?yàn)?，本來在左端會向右方向、在右端會向左方向流動的電解液分別向反方向流動或不向左右方向的任一方向流通而是滯留。也就是，因左右方向的電解液的流通被打亂或產(chǎn)生流速明顯低的部位，所以就該點(diǎn)而言，可以說產(chǎn)生了電極內(nèi)的流速的差異。另一方面，試驗(yàn)例1-1中，不存在這種部位(參照圖8)。在使流量不同的情況下，也與所述情況相同(將試驗(yàn)例1-4(圖11)與試驗(yàn)例1-3(圖10)分別與試驗(yàn)例1-6(圖13)與試驗(yàn)例1-5(圖12)進(jìn)行比較)。

這樣，將各向異性電極的方向A1以與主要流通方向(X方向)并列的方式進(jìn)行配置，由此供電解液以適合于RF電池的運(yùn)轉(zhuǎn)的流速流通的區(qū)域增大，或容易減少向主要流通方向流通的電解液在電極內(nèi)滯留的部位。由此，認(rèn)為流速的差異減小，內(nèi)部電阻降低。

＜試驗(yàn)例2＞

試驗(yàn)例2中，對主要流通方向與各向異性電極的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了調(diào)查。首先，構(gòu)筑使電極的構(gòu)成與電解液的流量分別與試驗(yàn)例1的模型1不同的模型3。

然后，調(diào)查如下情況下的X方向流速、Y方向流速及XY速度比，即，與將電解液的主要流通方向(X方向)并行的方向上的透過率Kx設(shè)為固定值，將電極的平面中與主要流通方向正交的方向上的透過率Ky設(shè)為多種值。此處，相當(dāng)于試驗(yàn)例2-1～試驗(yàn)例2-5將各向異性電極的方向A1以與作為主要流通方向的X方向并列的方式配置的情況，試驗(yàn)例2-6使用了各向同性電極的情況，試驗(yàn)例2-7、試驗(yàn)例2-8將各向異性電極的方向A1以與作為主要流通方向的X方向正交的方式配置的情況。以下，表示與試驗(yàn)例1不同的條件，并且將試驗(yàn)結(jié)果表示于表2中，圖14至圖21中表示各試驗(yàn)例的X方向的流速的分布。關(guān)于XY速度比及各圖中記載的圖表，與試驗(yàn)例1相同。

(電解液流量等)

入口流量：0.3(ml/min/cm²)

[表2]

如表2所示，判斷相當(dāng)于將各向異性電極的方向A1以與作為主要流通方向的X方向并列的方式配置的情況的試驗(yàn)例2-1～試驗(yàn)例2-5中，XY速度比要大于相當(dāng)于使用了各向同性電極的情況的試驗(yàn)例2-6或相當(dāng)于將各向異性電極的方向A1以與作為主要流通方向的X方向正交的方式配置的情況的試驗(yàn)例2-7、試驗(yàn)例2-8。尤其根據(jù)試驗(yàn)例2-7、試驗(yàn)例2-8判斷，在將各向異性電極的透過率大的方向以與主要流通方向(X方向)正交的方式配置的情況下，作為主要流通方向的X方向的流速低于Y方向的流速。而且，根據(jù)試驗(yàn)例2-5判斷，在將各向異性電極的方向A1以與作為主要流通方向的X方向并列的方式配置的情況下，通過將Kx/Ky(此處相當(dāng)于K1/K2)設(shè)為3.0以上，而能夠使XY速度比為4.6以上。同樣地，根據(jù)試驗(yàn)例2-4判斷，通過將Kx/Ky(K1/K2)設(shè)為9.0以上，而XY速度比上升到20左右，根據(jù)試驗(yàn)例2-3判斷，通過將Kx/Ky(K1/K2)設(shè)為100以上，而XY速度比上升到40左右，根據(jù)試驗(yàn)例2-2判斷，通過將Kx/Ky(K1/K2)設(shè)為1000以上，XY速度比上升到50左右，根據(jù)試驗(yàn)例2-1判斷，通過將Kx/Ky(K1/K2)設(shè)為10000以上，而XY速度比上升到60左右。

如果將圖17到圖21進(jìn)行比較，則判斷隨著主要流通方向(X方向)的透過率Kx大于與主要流通方向正交的方向的透過率Ky，適合于RF電池的運(yùn)轉(zhuǎn)的流速的區(qū)域(濃淡清晰的縱條紋狀的區(qū)域)增大。

這樣，判斷至少到Kx/Ky為10的程度為止，隨著Kx/Ky增大，濃淡清晰的縱條紋狀的縱條紋狀的區(qū)域增加，供以適合于RF電池的運(yùn)轉(zhuǎn)的流速電解液流通的區(qū)域的比例增大。

Kx/Ky(K1/K2)為10000的試驗(yàn)例2-1(圖14)及Kx/Ky(K1/K2)為1000的試驗(yàn)例2-2(圖15)中，無法確認(rèn)電極的左右有縱條紋狀的區(qū)域。其原因在于，存在于該區(qū)域的電解液的流速為視作電解液在電極內(nèi)滯留的程度的流速。換句話說，因流速接近0，所以在各圖中使用的圖表的構(gòu)成上，不會成為濃淡清晰的縱條紋狀。如所述那樣，如果存在供電解液以適合于RF電池的運(yùn)轉(zhuǎn)的流速流通的區(qū)域與電解液滯留的區(qū)域，則電池反應(yīng)容易產(chǎn)生差異。其結(jié)果，認(rèn)為會成為RF電池的內(nèi)部電阻上升的因素之一。這樣，如果主要流通方向(X方向)上的透過率Kx相比于與主要流通方向正交的方向上的透過率Ky而過大，則有RF電池的內(nèi)部電阻上升的擔(dān)心。另一方面，判斷Kx/Ky(K1/K2)為100的試驗(yàn)例2-3中，相比于試驗(yàn)例2-1或試驗(yàn)例2-2，向主要流通方向流通的電解液在電極內(nèi)滯留的區(qū)域大幅減少(參照圖16)。

根據(jù)以上，如果Kx/Ky為1.5以上且100以下，也就是，K1為K2的1.5倍以上且100倍以下，則供電解液向X方向以適合于RF電池的運(yùn)轉(zhuǎn)的流速流通的區(qū)域的比例增大，或向主要流通方向流通的電解液在電極內(nèi)滯留的區(qū)域減少，由此期待內(nèi)部電阻降低。

＜試驗(yàn)例3＞

試驗(yàn)例3中，使用單電池結(jié)構(gòu)的小型RF電池進(jìn)行充放電試驗(yàn)，調(diào)查內(nèi)部電阻。該小型RF電池也包括具備圖2所示的咬合型相向梳齒形狀的流路的雙極板，正極電極及負(fù)極電極使用同一電極。關(guān)于電解液，與實(shí)施方式1同樣地，電解液從雙極板的下部導(dǎo)入且從上部排出。由此，將上下方向設(shè)為高度(Y方向)，左右方向設(shè)為寬度(X方向)，與X方向及Y方向正交的方向設(shè)為厚度(Z方向)。而且，分別測定將各向異性電極的方向A1以與作為主要流通方向的X方向并列的方式配置的情況下(試驗(yàn)例3-1)、及將方向A1以與主要流通方向(X方向)正交的方式配置的情況下(試驗(yàn)例3-2)的內(nèi)部電阻。本試驗(yàn)例中，因如所述那樣形成單電池結(jié)構(gòu)的RF電池，所以電池的內(nèi)部電阻與電池電阻率同義。由此，內(nèi)部電阻表示為電池電阻率。以下，表示詳細(xì)的試驗(yàn)條件，并且將結(jié)果表示于表3。表3中的電池電阻率表示利用以下所示的電池電阻率的計(jì)算方法求出的第2周期及第3周期的電池電阻率的值的平均值。

(試驗(yàn)條件)

《電極》

種類：碳電極(SGL碳日本股份有限公司制造，GDL10AA)

高度：3.1(cm)，寬度：2.9(cm)，厚度：0.02(cm)

《電解液》

硫酸V水溶液(V濃度：1.7mol/L，硫酸濃度：3.4mol/L)

充電狀態(tài)：50％

《電解液流量等》

入口流量：0.31(ml/min/cm²)

出口流量：自由流出

《雙極板》

高度(Y方向)：3.1(cm)，寬度(X方向)：2.9(cm)

〔流路〕

槽形狀：咬合型相向梳齒形狀

縱槽數(shù)：導(dǎo)入路8根×排出路7根

縱槽長度：2.6(cm)

槽寬：0.1(cm)

槽深：0.1(cm)

縱槽間隔：0.1(cm)

槽剖面形狀：正方形

《充放電條件》

充放電方法：額定電流

電流密度：70(mA/cm²)

充電結(jié)束電壓：1.55(V)

放電結(jié)束電壓：1.00(V)

溫度：25℃

《電池電阻率(內(nèi)部電阻)》

計(jì)算方法：R＝(V2－V1)/2I

R：電池電阻率(Ω·cm²)

I：電流密度(A/cm²)

V1：充電時(shí)間的中點(diǎn)的電壓(V)

V2：放電時(shí)間的中點(diǎn)的電壓(V)

[表3]

如表3所示，將各向異性電極的方向A1以與作為主要流通方向的X方向并列的方式配置的試驗(yàn)例3-1，內(nèi)部電阻要比將方向A1以與主要流通方向(X方向)正交的方式配置的試驗(yàn)例3-2的內(nèi)部電阻小。認(rèn)為其原因在于，如所述試驗(yàn)例1、試驗(yàn)例2所示，試驗(yàn)例3-1中，通過將各向異性電極的方向A1以與主要流通方向(X方向)并列的方式配置，而在電極內(nèi)，向主要流通方向流通的電解液的流速的差異減小。

(透過率的測定方法)

關(guān)于試驗(yàn)例3中使用的各向異性電極的透過率，是使用圖22所示的壓力損失測定系統(tǒng)600測定壓力損失ΔP與流體的流量Q，且利用其測定結(jié)果與ΔP＝(h/K)μ(Q/wd)所示的式(稱作達(dá)西外士巴定律(Darcy Weisbach Equation)而求出，詳細(xì)情況將于以后敘述)而求出。壓力損失測定系統(tǒng)600包括測定單元610、流體槽620、泵640、流量計(jì)650、差壓計(jì)660、及將這些設(shè)備相連的配管630。測定單元610收容欲求出透過率K的電極(電極層)。流體槽620貯存向電極導(dǎo)入的流體622(水等)。泵640經(jīng)由配管630將流體622壓送到各機(jī)器，流量計(jì)650測定泵出口側(cè)的流體的流量。差壓計(jì)660利用配管630與測定單元610并列連接，測定壓力損失ΔP。測定單元610具備收納電極的收納部(未圖示)，收納部配置著用以將電極的厚度d確保為0.2～0.5mm的間隔件(未圖示)。流量計(jì)650與差壓計(jì)660安裝于配管630。圖22中的單點(diǎn)劃線箭頭表示流體622流通的方向。

測定單元610中，將高度h設(shè)為100mm、寬度d設(shè)為50mm的電極壓入到所述收納部。而且，利用泵640使流體622(此處為水，粘度μ設(shè)為常數(shù))流通到保持電極層的測定單元610。電極層中，從其側(cè)面(具有剖面積wd的面)導(dǎo)入流體622，并向其高度方向流通。此時(shí)，對泵640進(jìn)行調(diào)整，分別利用差壓計(jì)660測定使流量Q變更為各種值的情況下的壓力損失ΔP。然后，將流量Q作為橫軸，壓力損失ΔP作為縱軸而作圖。將這些作圖的測定點(diǎn)以所述達(dá)西外士巴定律而近似，將該近似直線的斜率設(shè)為高度方向的透過率K。

達(dá)西外士巴定律中，K為透過率(m²)，ΔP表示壓力損失(Pa)，Q表示向電極導(dǎo)入的流體的流量(m³/s)，μ表示流通的流體的粘度(Pa·s)，h表示電極的高度(m)，w表示電極α的寬度(m)，d表示電極的電池堆200內(nèi)壓縮狀態(tài)下的厚度(m)。透過率K為不依賴于流體的種類而為電極層固有的值，因此如所述那樣，水等的粘度為能夠使用已知的流體測定的常數(shù)。

[產(chǎn)業(yè)上的可利用性]

本發(fā)明的氧化還原液流電池能夠適合用于對于太陽光發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等自然能量的發(fā)電，而目的在于穩(wěn)定發(fā)電輸出的變動、發(fā)電電力剩余時(shí)的蓄電、負(fù)載平均化等的大容量蓄電池中。而且，本發(fā)明的氧化還原液流電池也能夠適合用作并設(shè)在普通的發(fā)電站或大型商業(yè)施設(shè)等中，且目的在于應(yīng)對瞬間電壓下降·停電或負(fù)載平均化的大容量蓄電池。

[符號的說明]

1 氧化還原液流電池(RF電池)

100 電池組電池

101 隔膜

102 正極電池

103 負(fù)極電池

104 正極電極

105 負(fù)極電極

106 正極電解液用罐

107 負(fù)極電解液用罐

108、109、110、111 導(dǎo)管

112、113 泵

200 電池堆

120 電池架

121 雙極板

130 流路

131 導(dǎo)入路

132 排出路

130a、131a、132a 橫槽(槽部)

130b、131b、132b 縱槽(槽部)

135a 短槽部

135b 長槽部

122 框體

123、124 導(dǎo)入口(供液用歧管)

125、126 排出口(排液用歧管)

α 各向異性電極

α1 各向異性電極層

300 交流/直流轉(zhuǎn)換器

310 變電設(shè)備

400 發(fā)電部

500 負(fù)載

600 壓力損失測定系統(tǒng)

610 測定單元

620 流體槽

622 流體

630 配管

640 泵

650 流量計(jì)

660 差壓計(jì)