Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

CN106415907B - 氧化还原液流电池 - Google Patents

氧化还原液流电池 Download PDF

Info

Publication number
CN106415907B
CN106415907B CN201480073708.8A CN201480073708A CN106415907B CN 106415907 B CN106415907 B CN 106415907B CN 201480073708 A CN201480073708 A CN 201480073708A CN 106415907 B CN106415907 B CN 106415907B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
electrolyte
battery
bipolar plates
transmitance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201480073708.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106415907A (zh
Inventor
伊藤贤
伊藤贤一
花房庆
奥村宗郎
奥村宗一郎
寺尾岳见
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Publication of CN106415907A publication Critical patent/CN106415907A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106415907B publication Critical patent/CN106415907B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H01M4/8626—Porous electrodes characterised by the form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/20—Indirect fuel cells, e.g. fuel cells with redox couple being irreversible
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

本发明提供一种降低了内部电阻的氧化还原液流电池。本发明的氧化还原液流电池包括隔膜、双极板、配置于所述隔膜与所述双极板之间的电极、对所述电极供给电解液的导入口、及从所述电极排出所述电解液的排出口，使所述电解液向所述电极流通而进行充放电反应，所述电极包括各向异性电极层，所述各向异性电极层的透过率在该电极的平面中的方向(A1)、和与所述方向(A1)在所述电极的平面正交的方向(A2)上不同，所述各向异性电极层的所述方向(A1)的透过率(K1)大于所述方向(A2)的透过率(K2)，且所述电极配置成基于所述导入口与所述排出口的位置关系及所述双极板的所述电极侧的面的形状而规定的、所述电极内的所述电解液的主要流通方向与所述方向(A1)实质并行。

Description

氧化还原液流电池
技术领域
本发明涉及一种氧化还原液流电池。尤其涉及如下的氧化还原液流电池，其为电解液流通型氧化还原液流电池，且内部电阻已降低。
背景技术
氧化还原液流电池(以下称作RF电池)是利用正极用电解液中所含的离子与负极用电解液中所含的离子的氧化还原电位之差来进行充放电的电池。如图23所示，RF电池1包括电池组电池(battery cell)100，该电池组电池100利用使氢离子(质子)透过的隔膜101而分离为正极电池102与负极电池103。正极电池102中内置着正极电极104，且经由导管108、110而连接着贮存正极用电解液的正极电解液用罐106。同样地，负极电池103中内置着负极电极105，且经由导管109、111而连接着贮存负极用电解液的负极电解液用罐107。贮存在各罐106、107中的电解液在充放电时利用泵112、113而在各极电池102、103内循环。
所述电池组电池100通常如图24的下图所示，形成于被称作电池堆(cell stack)200的结构体的内部。电池堆200如图24的上图所示，包括下述构成，即，是将具备与边框状的框体122一体化而成的双极板121的电池架120、正极电极104、隔膜101、及负极电极105按照该顺序积层而成。该构成中，在邻接的各电池架120的双极板121之间形成着一个电池组电池100。
电池堆200中的朝向电池组电池100的电解液的流通，是利用形成于框体122的供液用歧管123、124及排液用歧管125、126来进行。正极用电解液从供液用歧管123经由形成于框体122的一面侧(纸面表侧)的槽而供给到配置于双极板121的一面侧的正极电极104。而且，该正极用电解液经由形成于框体122的上部的槽由排液用歧管125排出。同样地，负极用电解液从供液用歧管124经由形成于框体122的另一面侧(纸面背侧)的槽而供给到配置于双极板121的另一面侧的负极电极105。该负极用电解液经由形成于框体122的上部的槽而由排液用歧管126排出。
构成电池组电池100的各电极104、105多数情况下是由多孔质的导电材料构成，以使得作为流体的电解液的流通不会阻碍从供液侧朝向排液侧的电解液的流通。例如利用碳纤维毡等(例如专利文献1)。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2002-367659号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
RF电池的充放电反应是使电解液向碳纤维毡等电极流通而进行。此时，电解液的流通状态，例如电极中的电解液的流通均匀性等会对RF电池的内部电阻造成影响。然而，在现有的RF电池中，关于在充分考虑了电极中的电解液的流通状态后使内部电阻降低的情况，可以说未必进行了充分研究。
因此，本发明的目的之一在于提供一种降低了内部电阻的氧化还原液流电池。
[解决问题的技术手段]
本发明的氧化还原液流电池包括：隔膜，双极板，配置于所述隔膜与所述双极板之间的电极，对所述电极供给电解液的导入口，及从所述电极排出所述电解液的排出口，使所述电解液向所述电极流通而进行充放电反应。所述电极包括各向异性电极层，所述各向异性电极层的透过率在该电极的平面中的方向A1、和与所述方向A1在所述电极的平面正交的方向A2上不同，所述各向异性电极层的所述方向A1的透过率K1大于所述方向A2的透过率K2，且配置成基于所述导入口与所述排出口的位置关系及所述双极板的所述电极侧的面的形状而规定的、所述电极内的所述电解液的主要流通方向与所述方向A1实质并行。
[发明的效果]
根据本发明的RF电池，能够获得降低了内部电阻的RF电池。
附图说明
图1是表示实施方式1的RF电池具备的电极的一形态的概略侧视图。
图2是表示设置于实施方式1的RF电池具备的双极板的咬合型相向梳齿形状的流路的概略前视图。
图3是表示设置于实施方式1的RF电池具备的双极板的咬合型相向梳齿形状的流路中的电解液的流动的概略剖视图。
图4是表示设置于实施方式3的RF电池具备的双极板的非咬合型相向梳齿形状的流路的概略前视图。
图5是表示设置于实施方式4的RF电池具备的双极板的连续的蜿蜒形状的流路的概略前视图。
图6是表示设置于实施方式5的RF电池具备的双极板的连续的网格形状的流路的概略前视图。
图7是表示设置于实施方式6的RF电池具备的双极板的断续形状的流路的概略前视图。
图8是表示试验例1-1中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略图。
图9是表示试验例1-2中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略图。
图10是表示试验例1-3中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略图。
图11是表示试验例1-4中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略图。
图12是表示试验例1-5中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略图。
图13是表示试验例1-6中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略图。
图14是表示试验例2-1中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略图。
图15是表示试验例2-2中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略图。
图16是表示试验例2-3中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略图。
图17是表示试验例2-4中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略图。
图18是表示试验例2-5中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略图。
图19是表示试验例2-6中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略图。
图20是表示试验例2-7中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略图。
图21是表示试验例2-8中的主要流通方向(X方向)的流速分布的概略图。
图22是表示透过率的测定中使用的压力损失测定系统的概略构成图。
图23是表示RF电池的概略原理图。
图24是表示RF电池具备的电池堆的概略构成图。
具体实施方式
[本发明的实施方式的说明]
本发明者等人为了降低RF电池的内部电阻，进行了各种研究。在该研究的过程中判明，尽管在同一条件下运转具备同一构成的多个RF电池，仍存在内部电阻高的RF电池与内部电阻低的RF电池。本发明者等人对该内部电阻不同的RF电池反复进行了各种研究后获得如下发现。
(A)电极中有因使电解液流通的方向的不同而电解液的流动容易度(透过率)不同的电极(以下称作各向异性电极)。
(B)使该各向异性电极的特定方向与电极内的电解液的主要流通方向(详情将于以后进行叙述)一致的RF电池，比起不一致的RF电池，能够降低内部电阻。
本发明基于所述发现而完成。以下列举本发明的实施方式的内容进行说明。
(1)实施方式的RF电池包括：隔膜，双极板，配置于所述隔膜与所述双极板之间的电极，对所述电极供给电解液的导入口，及从所述电极排出所述电解液的排出口，使所述电解液向所述电极流通而进行充放电反应。所述电极具备各向异性电极层，该各向异性电极层的透过率在该电极的平面中的方向A1、和与所述方向A1在所述电极的平面正交的方向A2上不同。所述各向异性电极层的所述方向A1的透过率K1大于所述方向A2的透过率K2。所述电极配置成基于所述导入口与所述排出口的位置关系及所述双极板的所述电极侧的面的形状而规定的、所述电极内的所述电解液的主要流通方向与所述方向A1实质并行。
RF电池中，存在电极内的电解液的主要流通方向。而且，沿主要流通方向流通的电解液主要关系到充放电反应(以下有时称作电池反应)。本实施方式的RF电池通过具备所述构成，而容易增加供电解液在电极内向主要流通方向以适合于RF电池的运转的流速流通的部位，或容易减少向主要流通方向流通的电解液在电极内滞留的部位。伴随此，电极内的主要流通方向的流速的差异容易减小。根据以上，因容易在电极的大范围内均匀地进行电池反应，所以能够形成降低了内部电阻的RF电池。
(2)作为实施方式的RF电池，可列举所述透过率K1为所述透过率K2的1.5倍以上且100倍以下的形态。
通过透过率K1为透过率K2的1.5倍以上，可以说各向异性电极层的各向异性显著，从而比起使用了不具备各向异性的电极(以下称作各向同性电极)的情况，供电解液在电极内向主要流通方向以适合于RF电池的运转的流速流通的部位容易增加。而且，通过透过率K1为透过率K2的100倍以下，容易减少向主要流通方向流通的电解液在电极内滞留的部位。根据以上，因本实施方式的RF电池容易在电极的大范围内均匀地进行电池反应，所以能够形成进一步降低了内部电阻的RF电池。此外，通过透过率K1为透过率K2的1.5倍以上且100倍以下，而使电解液容易导入到电极内，从而可期待能够减小电解液的压力损失。
(3)作为实施方式的RF电池，可列举所述双极板在所述电极侧的面具备供所述电解液流通的流路的形态。所述流路具有相互并列的多个槽部。所述主要流通方向为所述多个槽部的并列方向。
通过双极板具备具有相互并列的多个槽部的流路，而容易将电解液沿着流路在电极的平面的大范围内以低压力损失进行供给。而且，相互并列的多个槽部彼此之间容易产生经由电极的向主要流通方向的电解液的流通。由此，可期待在电极内充分地进行电池反应，因而反应电流量容易增加，从而可期待能够进一步降低内部电阻。根据以上，本实施方式的RF电池中，RF电池整体的能量效率优异。
(4)作为所述(3)的实施方式的RF电池，列举所述流路具备与所述导入口相连的导入路、及与所述排出口相连的排出路的形态。所述导入路及所述排出路分别具有所述多个槽部。所述导入路与所述排出路不连通而独立。
通过导入路与排出路不连通而独立，几乎不会干预电池反应而减少从导入口向排出口直通的电解液，从而容易在导入路与排出路之间产生经由电极的电解液的流通。由此，因容易增加在电极内向主要流通方向流动的电解液的量，从而反应电流量容易增加，所以期待降低内部电阻。根据以上，本实施方式的RF电池中，RF电池整体的能量效率优异。
(5)作为所述(4)的实施方式的RF电池，可列举所述导入路及所述排出路具备梳齿形状的槽部，且所述导入路与所述排出路以各自的梳齿相互咬合而相向的方式配置的形态。
通过流路具备以相互咬合而相向的方式配置的梳齿，而容易在导入路与排出路之间、尤其相邻的梳齿彼此之间产生经由电极的电解液的向主要流通方向的流通。而且，根据梳齿的数量或形成区域等，容易使电解液均匀地遍布在电极的大范围内，因而从电极的大范围的区域向电极内导入电解液，而可期待进行均匀的电池反应。因此，反应电流量容易增加，从而可期待能够进一步降低内部电阻。根据以上，本实施方式的RF电池中，RF电池整体的能量效率优异。
(6)作为所述(3)的实施方式的RF电池，可列举如下形态，即，所述流路为从所述导入口到所述排出口为止连续的蜿蜒形状，且包括以彼此相邻的方式并列的多个长槽部、及将所述多个长槽部的一端彼此或另一端彼此交替相连的多个短槽部。所述主要流通方向为所述多个长槽部的并列方向。
通过形成从导入口到排出口为止连续的流路，沿流路流动的电解液的流动变得顺畅，从而能够减少电解液的压力损失。另一方面，通过设为这种虽为连续的流路但蜿蜒的形状，而容易在相邻的长槽部彼此之间产生经由电极的电解液的流通。而且，根据长槽部的数量或形成区域等，容易使电解液均匀地遍布在电极的大范围内，因而从电极的大范围的区域向电极内导入电解液，而可期待进行均匀的电池反应。根据以上，本实施方式的RF电池整体的能量效率优异。
(7)作为所述(1)或(2)的实施方式的RF电池，可列举所述双极板的所述电极侧的面的形状为平面状的形态。所述主要流通方向是从所述导入口侧到所述排出口侧。
即便双极板的电极侧的面为不具备槽部的平面状，通过使方向A1与主要流通方向实质并列，而比起使用了该方向不对应的各向异性电极层的RF电池、或使用了各向同性电极的RF电池，容易减小所述主要流通方向的流速的差异。由此，容易在电极的大范围内均匀地进行电池反应，而能够形成降低了内部电阻的RF电池。
[本发明的实施方式的详细情况]
以下，参照附图对实施方式的RF电池进行说明。各图中的同一符号表示同一名称物。本发明并不限定于这些实施方式，旨在包含由权利要求表示且与权利要求均等的含义及范围内的所有变更。
＜实施方式1＞
(RF电池的概要)
实施方式1中，对如下的RF电池进行说明，即，该RF电池使用电极的平面中的纵方向与横方向上电解液的流动容易度不同的各向异性电极，使该各向异性电极的电解液的流动容易的方向与电解液的主要流通方向并列。关于主要流通方向，将在以后进行详细叙述，作为代表性的方向，为各极电池的平面中的上方向。然而，当在双极板并列着多个槽部时，该并列方向例如为左右方向(宽度方向)。该RF电池具备与参照图23、图24说明的现有的RF电池相同的基本构成，因而以下将以与不同点相关的电极及双极板为中心来进行说明。关于基本构成的方面，参照图23、图24。
(电极)
电极是用以通过电解液流通而进行电池反应的导电性的构件。通常，为了确保与电解液的接触面积而使用多孔质材料。使用图1，对本实施方式的RF电池具备的各电极104、105中使用的各向异性电极α进行说明。图1中，将附图的左右方向设为宽度，附图的上下方向设为高度，附图的从近前向纵深的方向设为厚度。各向异性电极α具备在电极的平面中相互正交的2个方向上的透过率不同的各向异性电极层α1。图1中表示仅由各向异性电极层α1构成的单层结构的各向异性电极α。
关于电极的各向异性的决定，是对电极中的相互正交的2个方向上的透过率K进行测定，将表示高透过率K1的方向设为A1方向，表示低透过率K2的方向设为A2方向。最理想的是，在包含多个方向及与该多个各方向正交的方向的多对方向上测定透过率K。其原因在于，设想根据测定透过率的方向的不同，而各向异性的程度不同的情况。该情况下，将透过率最高的方向设为A1方向，将与该A1方向正交的方向设为A2方向即可。认为该各向异性的决定方法对于圆形的电极等的情况尤其有效。在矩形电极的情况下，通常，将高度方向与宽度方向中的一方向设为A1方向，另一方向设为A2方向。
在使用各向异性电极α组装各极电池102、103(电池堆200)时，以表示高透过率的A1方向与电解液的主要流通方向并列的方式配置各向异性电极α。因此，如果主要流通方向为例如各极电池102、103的宽度方向，则以矩形的各向异性电极α的宽度方向为透过率高的A1方向、高度方向为透过率低的A2方向的方式切开各向异性电极α。此处，宽度方向为A1方向，A1方向的透过率K1大于高度方向A2的透过率K2。
作为各向异性电极层的具体例，可列举碳纤维毡或碳纸、交叉形状碳纤维等。关于这些，有从开始便具备各向异性者或通过对各向同性者进行热处理等而具备各向异性者。作为从开始便具备各向异性者，例如可列举使纵纤维与横纤维的纤维径不同的交叉形状碳纤维等。而且，也存在通过对各向同性电极层实施热处理，而能够形成各向异性电极层的情况，或通过对各向异性电极层实施热处理等而各向异性变得更显著的情况。在通过进行热处理而赋予各向异性或使各向异性变得显著的情况下，能够通过对热处理条件进行调整而调整各向异性的程度。作为优选的热处理条件，可列举大气环境中200℃以上且1000℃以下，5分钟以上且120分钟以下的条件。通过这种热处理，能够获得具有在相互正交的2个方向上具有特定的透过率K1、K2的电极。作为热处理条件，可列举大气环境中300℃以上且800℃以下、20分钟以上且100分钟以下的条件，或大气环境中400℃以上且600℃以下、40分钟以上且80分钟以下的条件等。
透过率是表示电极中的电解液的流通容易度的指标，其值越高表示电解液越容易流动。表示透过率K1是透过率K2的几倍的透过率K1与K2之比K1/K2，优选为1.5以上，更优选为3以上，尤其优选为9以上。其原因在于，各向异性电极层内流通的电解液的主要流通方向的流速为适合于RF电池的运转的流速而容易变得更均匀。其中，该比率K1/K2优选为100以下，更优选为50以下。其原因在于，电极内，向主要流通方向流通的电解液滞留的部位得以减少。由此，可期待能够减小因存在以适合于RF电池的运转的流速供电解液流通的部位与电解液滞留的部位所导致的电池反应的差异，且能够降低RF电池的内部电阻。该比率K1/K2可列举设为30以下，进而设为10以下。
各向异性电极层α1的透过率K1优选为7.0×10-14m2以上且7.0×10-8m2以下。其原因在于，通过使透过率K1处于所述范围，而容易减小主要流通方向的流速的差异，从而能够形成降低了内部电阻的RF电池1。如果设为7.0×10-14m2以上，进而设为7.0×10-13m2以上，尤其设为7.0×10-12m2以上，通过将各向异性电极及具有流路的双极板组合，而能够减小电解液的压力损失，且能够减小能量损失。另一方面，通过设为7.0×10-8m2以下，进而设为7.0×10-9m2以下，尤其设为7.0×10-10m2以下，可期待使沿主要流通方向流动的电解液容易以适合于RF电池的运转的流速流通。
从相同的观点考虑，透过率K2可列举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，也能够设为4.7×10-12m2以上且7.0×10-12m2以下。
透过率K2也可设为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，也可设为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，还可设为7.0×10-9m2以下。此外，透过率K2的下限也能够设为4.65×10-14m2以上，4.65×10-13m2以上，或4.65×10-12m2以上。而且，透过率K2的下限也可设为2.33×10-14m2以上，2.33×10-13m2以上，或2.33×10-12m2以上。此外，也可设为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，还可设为7.77×10-9m2以下。
尤其优选在所述透过率K1及透过率K2的具体范围内将K1/K2设为1.5以上且100以下。其原因在于可期待进一步容易发挥所述各效果。透过率K1、K2的详细测定方法利用后述的试验例进行说明。
(双极板)
双极板121是由正负极的各电极104、105夹着而将各电池组电池100隔开的板，由电解液无法通过的导电性的板形成。所述各向异性电极α的表示透过率K1的方向A1以与电极内的电解液的主要流通方向并列的方式配置。作为该主要流通方向的决定因素之一，为双极板121的电极侧的面的形状。双极板121的电极侧的面有具备流路的情况及不具备流路的情况。此处，参照图2，对具备流路130的双极板进行说明。图2中，实线箭头主要表示沿着双极板121具备的流路130的电极表面的电解液的流动，虚线箭头表示电极内的电解液的主要流通方向。就该点而言，在后述图3～图7中也相同。
流路130为了调整向各电极流通的电解液的各电池内的流动，而设置于双极板121的各电极104、105侧的面的至少一面。该流路130具有相互并列的多个槽部。此处，导入路131与排出路132分别具备梳齿形状的槽部，是各梳齿以相互咬合而相向的方式配置的咬合型相向梳齿形状(参照图2)。导入路131(排出路132)设置于双极板121的下部(上部)，具备沿宽度方向延伸的一根横槽131a(132a)及从该横槽向上方向(下方向)延伸的多根纵槽131b(132b)。
而且，导入路131与排出路132不相互连通而独立地配置，各自具备的纵槽131b与纵槽132b隔开间隔而并列。
(各向异性电极与双极板的配置)
所述各向异性电极α以表示高透过率K1的方向A1与电极内的电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关系到电极中的电池反应的电解液的流通方向。主要关系到电池反应的电解液的流通方向基于将电解液导入到电极内的导入口与从电极内排出电解液的排出口的位置关系、及双极板的电极侧的面的形状而规定。本实施方式中，图24中的供液用歧管123(124)及排液用歧管125(126)相当于导入口及排出口。该导入口及排出口在图24中设置于电池架的上下，也可设置于左右。就该点而言，在后述的实施方式2～实施方式7的任一实施方式中均相同。
主要流通方向在双极板的电极侧的面为平面的情况下，是各极电池中的从电解液的导入口配置的一侧到排出口配置的一侧。例如，图24中，导入口123(124)配置于各极电池(电池架120)的下侧，排出口125(126)配置于各极电池(电池架120)的上侧，因而上侧为主要流通方向。其原因在于，该情况下，虽然从下侧导入的电解液向电极的左右方向扩展，但会朝向上侧优先流通，该流通的过程中进行电池反应。即便在导入口123(124)与排出口125(126)在电池架120的宽度方向上偏离的情况下，也无须考虑两者的偏离而仅将彼此的相向方向(图24中的上下方向)作为主要流通方向。
与此相对，在双极板的电极侧的面具备具有并列的多个槽部的流路的情况下，主要流通方向与导入口与排出口的相向方向无关，原则上是槽部的并列方向。例如，在具备所述咬合型相向梳齿形状的流路的情况下，纵槽131b、132b的并列方向为主要流通方向。
使用图2、图3，对具备咬合型相向梳齿形状的流路130的情况下的电极内的电解液的流通状态进行说明。图3是图2的纵槽131b、132b并列的部位的宽度方向剖视图，将该图的上下方向设为厚度(Z方向)，左右方向设为宽度(X方向)。如图2所示，从导入路131向电极内导入的电解液经由各电极104、105而向排出路132流通。此时，导入路的纵槽131b与排出路的纵槽132b如图3的上图所示，在X方向上交替地并列。因此，如图3的放大图所示，从纵槽131b供给到电极的电解液以越过各向异性电极层α1中的位于纵槽131b与纵槽132b之间的部分的方式而流动，并向纵槽132b排出。以下，电极中，将双极板的流路具备的槽部与槽部夹持的部分统称为垄部。本实施方式中，(1)各电极104、105中的位于纵槽131b与纵槽132b之间的部分、(2)位于横槽131a(132a)与纵槽132b(131b)之间的部分为垄部。因电池反应主要在电解液以越过该两纵槽131b、132b之间的垄部的方式而流动时来进行，所以该纵槽131b、132b的并列方向(X方向)为主要流通方向(参照图2及图3中的虚线箭头)。
因此，在双极板121的电极侧的面为平面的情况下，以如下方式配置各向异性电极α，即，从各极电池102、103中的电解液的导入口123(124)配置的一侧到排出口125(126)配置的一侧(图24的电池架的上下方向)，电极的方向A1实质并行。在双极板121的电极侧的面具备具有并列的多个槽部的流路130的情况下，以电极的方向A1与槽部的并列方向(图2的X方向)实质并行的方式配置各向异性电极α。所谓以实质并行的方式配置，不仅是指主要流通方向与方向A1完全并行地配置的情况，也包含以主要流通方向与方向A1之间存在±30°以下的角度之差的状态配置的情况。尤其，如果该角度之差为±10°以下，进而为±5°以下，则可期待能够减小电极中的主要流通方向的流速的差异。使用具有这种配置关系的各向异性电极与双极板而构成的电池堆，如图23所示，经由交流/直流转换器300或变电设备310而连接于发电部400与负载500之间。
(作用效果)
以上说明的本实施方式的RF电池实现以下的作用效果。
(1)通过将各向异性电极的透过率K1高的方向以与主要流通方向实质并行的方式配置，而能够增加供电解液在电极内向主要流通方向以适合于RF电池的运转的流速流通的部位，或能够减少向主要流通方向流通的电解液在电极内滞留的部位。伴随于此，能够减小主要流通方向的流速的差异。由此，可以说电解液容易在电极内大范围地均匀容易流通，从而能够形成降低了内部电阻的RF电池。
(2)在双极板具备具有多个槽部的流路的情况下，容易使电解液沿着槽部而在电极的大范围内以低压力损失进行供给，且容易在相邻的槽部彼此之间产生经由电极的电解液的流通。由此，容易增加在电极内向主要流通方向流动的电解液的量，从而可期待使反应电流量增加，并进一步降低内部电阻。伴随这些低压力损失的电解液的供给与反应电流量的增加，能够改善RF电池整体的能量效率。
(关于RF电池的构成的补充)
对实施方式1的主要特征部分的构成或作用效果进行了说明，该RF电池也可具备以下的构成。
《电极的厚度》
各向异性电极α的厚度(d)能够利用电池堆200的结构，主要利用各向异性电极α的压缩程度而任意调整。各向异性电极α的厚度在配置于隔膜101与双极板121之间的状态下尤其优选为1000μm以下。其原因在于，如果各向异性电极α较薄，则能够降低RF电池的内部电阻。更优选的各向异性电极α的厚度为500μm以下，进而优选为300μm以下。然而，如果考虑电极中的电解液的压力损失，则各向异性电极α的厚度优选为50μm以上，进而优选为100μm以上。在各向异性电极α为后述积层电极的情况下，也优选具有所述厚度作为积层电极整体的厚度。
《双极板的材质与制造方法》
双极板的材料中，更优选为具有耐酸性及适度刚性的材料。
其原因在于，流路的剖面形状或尺寸长期不易变化，而容易维持流路的效果。
作为这种材料，例如可列举含碳的导电性材料。更具体来说，可列举由石墨及聚烯烃系有机化合物或氯化有机化合物形成的导电性塑料。而且，也可将石墨的一部分取代为碳黑及类钻碳中的至少一者而成的导电性塑料。作为聚烯烃系有机化合物，可列举聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等。作为氯化有机化合物，可列举氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化石蜡等。双极板由所述材料形成，由此能够减小双极板的电阻，且耐酸性优异。
双极板能够通过如下而制造，即，利用射出成形、压制成形及真空成形等公知方法而将所述材料成形为板状。在具备流路的情况下，如果与双极板的成形同时地使流路成形，则双极板的制造效率优异。此外，也可制造不形成流路的双极板，然后，将该双极板的表面切削而形成。
《其他流路的构成》
流路(槽部)的剖面形状能够设为任意的形状。例如，可列举矩形状或半圆状等形状。矩形状或半圆状可期待(1)容易在双极板形成流路(容易加工)，(2)沿流路流通的电解液的压力损失少。
每一根槽部的宽度优选为0.1mm以上且10mm以下。其原因在于，能够期待如下效果：(1)电极整体的流速的均匀性进一步提高，(2)能够使流通到电极的电解液的流量增加，(3)电极不易陷入流路(槽部)，(4)能够进一步降低沿流路流通的电解液的压力损失。更优选的流路的宽度为0.2mm以上且2mm以下，进而优选的流路的宽度为0.5mm以上且1.5mm以下。
槽部的深度优选为双极板的厚度的50％以上且99％以下。其原因在于，能够期待如下效果：(1)电极整体的流速的均匀性进一步提高，(2)能够使向电极的隔膜侧的区域流通的电解液的流量增加，(3)电极不易陷入流路(槽部)，(4)能够进一步降低沿流路流通的电解液的压力损失，(5)即便具备流路也能够使双极板的机械强度充分。更优选的流路的深度为双极板的厚度的70％以上且80％以下。在双极板的两面设置槽的情况下，通过在平面透视时不重叠的位置设置槽部，而能够将所述深度的槽部形成于双极板的两面。
流路优选以并列的多个槽部(图2中纵槽131b、132b)的间隔相同的方式配置。此外，优选使咬合型相向梳齿形状的相邻的纵槽131b、132b的间隔和与纵槽131b(132b)的端缘相向的横槽132a(131a)的间隔相同。其原因在于，以越过他们的间隔的方式沿电极流动的电解液的流通变得均匀，从而可期待能够进一步减小压力损失。
所述纵槽131b、132b或横槽131a、132a的根数能够任意调整。例如，如果所述咬合型相向梳齿形状中纵槽131b、132b的根数合计超过10根，则可期待沿流路流通的电解液的压力损失减小的效果大。
咬合型相向梳齿形状中，纵槽131b与纵槽132b咬合部分的长度优选尽可能长。其原因在于，主要流通方向上流动的电解液的流速在电极整体中容易变得更均匀，能够期待RF电池1的内部电阻的降低。而且，电解液的压力损失进一步减小，因而RF电池的能量效率更优异。具体来说，纵槽131b与纵槽132b咬合的部分的长度优选为双极板121的高度方向(Y方向)的80％以上，更优选为90％以上的长度。
《电解液》
电解液中，如图23所示，优选利用以钒离子为各极活物质的钒系电解液。此外，优选利用如下，即，使用了作为正极活物质的铁(Fe)离子、作为负极活物质的铬(Cr)离子的铁(Fe2+/Fe3+)－铬(Cr3+/Cr2+)系电解液，或正极电解液中使用锰(Mn)离子、负极电解液中使用钛(Ti)离子的锰(Mn2+/Mn3+)－钛(Ti4+/Ti3+)系电解液。
＜实施方式2＞
实施方式2中，对具备双极板的RF电池进行说明，所述双极板具有与横槽沿纵方向并列的实施方式1不同的咬合型相向梳齿形状的流路。本实施方式2的RF电池除双极板的构成与各向异性电极的配置方向以外，具备与实施方式1相同的构成，因而对这些不同点进行说明，而省略其他构成的说明。在后述其他实施方式中也相同。
本实施方式中的咬合型相向梳齿形状为如下，即，导入路(排出路)设置于双极板的左侧(右侧)，且包括沿高度方向(Y方向)延伸的一根纵槽、及从该纵槽向右方向(左方向)延伸的多根横槽。在横槽彼此咬合的咬合型相向梳齿形状的情况下，电极中，越过与双极板的位于横槽彼此之间的垄部相向的区域的流动成为主流。由此，主要流通方向为图2中的Y方向。因此，各向异性电极α以方向A1与Y方向并行的方式配置。由此，在电极内流通的电解液的主要流通方向(Y方向)的流速的差异容易减小。
＜实施方式3＞
实施方式3中，对具备具有图4所示的非咬合型相向梳齿形状的流路的双极板的RF电池进行说明。非咬合型相向梳齿形状为导入路131与排出路132不相互咬合的形状。此处，导入路131与排出路132为点对称的形状，且为包括设置于双极板121的右侧(左侧)的一根纵槽131b(132b)、及从该纵槽131b(132b)向左侧(右侧)延伸的多根横槽131a(132a)的形状。该情况下，各电极104、105中，与越过双极板121的位于横槽131a与横槽132a之间的垄部相向的区域的流动为主流。由此，主要流通方向为图4中的Y方向。因此，各向异性电极α以方向A1与Y方向并行的方式配置。由此，电解液的主要流通方向(Y方向)的流速的差异容易减小。
而且，导入路131(排出路132)也可设为具备多根纵槽131b(132b)、及供该多根纵槽131b(132b)立足的一根横槽131a(132a)的形状。该形状为图2所示的咬合型相向梳齿形状中导入路131与排出路132不咬合的形状。该情况下，纵槽131b(132b)并行的方向(X方向)为主要流通方向，因而各向异性电极α以方向A1与X方向并行的方式配置。
＜实施方式4＞
实施方式4中，对具备具有图5所示的连续的蜿蜒形状的流路的双极板的RF电池进行说明。连续的蜿蜒形状是从导入口到排出口为止的连续的流路，且是如下形状，即，包括以彼此相邻的方式在双极板121的宽度方向(X方向)并列的多个长槽部135b，及将多个长槽部135b的一端彼此或另一端彼此交替相连的多个短槽部135a。该情况下，从导入口侧的长槽部135b越过与该长槽部135b相邻的排出口侧的长槽部135b的流动成为主流(参照图5中的虚线箭头)。
也就是，长槽部135b并列的方向(X方向)为主要流通方向。因此，各向异性电极α以方向A1与X方向并行的方式配置。
蜿蜒型形状也可设为如下形状，即，包括以彼此相邻的方式在双极板121的高度方向(图5中的Y方向)并列的多个长槽部135b，及将多个长槽部135b的一端彼此或另一端彼此交替相连的多个短槽部135a。该情况下，并列的多个长槽部135b并列的方向(图5中Y方向)为主要流通方向。
因此，各向异性电极α以方向A1与Y方向并行的方式配置。
(作用效果)
以上说明的本实施方式的RF电池实现以下的作用效果。
(1)通过形成连续的流路，而沿流路流动的电解液的流动变得顺畅，从而能够减小电解液的压力损失。
(2)通过设为连续的流路而蜿蜒的形状，容易在相邻的长槽部彼此之间产生经由各向异性电极的电解液的流通。由此，可期待反应电流量增加，进而内部电阻降低。
(3)根据长槽部的数量或形成区域，而使电解液大范围地均匀地遍布在各向异性电极的平面。由此，因从各向异性电极的平面的大范围的区域向电极内导入电解液，所以可期待进行均匀的电池反应。
＜实施方式5＞
实施方式5中，对具备具有图6所示的连续的网格形状的流路的双极板的RF电池进行说明。本实施方式中，形成纵网格形状。纵网格形状为包括沿双极板121的高度方向延伸的多个纵槽130b、及以将这些纵槽130b的上下端连续相连的方式设置的一对横槽130a的形状。该情况下，并列的多个纵槽130b并列的方向(X方向)为主要流通方向。因此，各向异性电极α以方向A1与X方向并行的方式配置。由此，电解液的主要流通方向(X方向)的流速的差异容易减小。
作为其他网格形状，可列举横网格形状。横网格形状具备在双极板的高度方向(Y方向)并列的多个横槽、及以将这些横槽连续相连的方式左右设置的一对纵槽。该情况下，多个横槽并列的方向(Y方向)为主要流通方向。因此，各向异性电极α以方向A1与Y方向并行的方式配置。由此，电解液的主要流通方向(Y方向)的流速的差异容易减小。
＜实施方式6＞
实施方式6中，对具备具有图7所示的断续形状的流路的双极板的RF电池进行说明。本实施方式中，将构成图2所示的咬合型相向梳齿形状的纵槽131b(132b)，设为断续(非连续)形成的断续形状。据此，电解液不仅越过宽度方向上的垄部，且以越过高度方向上相邻的槽部(纵槽131b(132b))之间的垄部的方式，容易经由各电极104、105而流通(参照图7中的虚线箭头)，因而可期待反应电流量增加。由此，期待RF电池的电流量增加，进而能够降低RF电池的内部电阻。
当然，可断续地形成横槽131a(132a)，也可仅使流路130的一部分为断续的形状。而且，以上例示的各实施方式也可使其至少一部分断续地形成。
本实施方式中，各电极104、105中，越过与双极板121的位于纵槽131b与纵槽132b之间的垄部相向的区域的流动成为主流。由此，主要流通方向为图7中的X方向。因此，各向异性电极α以方向A1与X方向并行的方式配置。由此，电解液的主要流通方向(X方向)的流速的差异容易减小。
＜实施方式7＞
实施方式7中，对具备具有各向异性电极层α1的积层电极的RF电池进行说明。本实施方式7的RF电池为将所述实施方式1～6中使用的单层电极作为积层电极的形态。除此以外具备与所述各实施方式相同的构成，因而仅对积层电极进行说明，省略其他构成的说明。
作为积层电极，可列举如下：(1)使各自各向异性的程度不同的2个以上的各向异性电极层积层而成者，(2)将1个以上的各向异性电极层α1与1个以上的各向同性电极层积层而成者，(3)将1个以上的各向异性电极层α1与包含虽供电解液流通但不产生电池反应的材料的1个以上的基材层积层而成者等。在为积层电极的情况下，通过使形成积层电极的电极层或使基材层相互剥离而分离，能够测定各向异性电极层α1的透过率。
在包含2个以上的不同的各向异性电极层的积层电极的情况下，虽由透过率的大小或各各向异性电极层的厚度而定，但认为以透过率K1宜为透过率K2的1.5倍以上且100倍以下，进而宜为3倍以上且50倍以下，尤其宜为9倍以上且30倍以下的各向异性电极层为基准，来规定方向A1。其原因在于，如所述那样，如果各向异性处于所述范围内，则可期待电解液容易在电极内以适合于RF电池的运转的流速均匀地流通，或容易减少向主要流通方向流通的电解液在电极内滞留的部位。
在包含2个以上的不同的各向异性电极层的积层电极的情况下，期待优选各向异性处于所述范围内的各向异性电极层位于隔膜101侧。其原因在于，据此，在电解液流通到隔膜侧后容易形成沿主要流通方向流动的电解液的流动，而且，主要流通方向的流速的差异得以减小，由此可期待各电极间的氢离子的传递的差异减小。由此，可期待能够进一步降低RF电池的内部电阻。从相同的观点考虑，在将各向异性电极层α1与各向同性电极层积层而成的积层电极用作电极的情况下，优选以各向异性电极层α1位于隔膜101侧的方式配置。在使用了各向异性电极层α1与基材层积层而成的积层电极的情况下也相同。
＜试验例1＞
试验例1中，利用模拟来调查本实施方式的RF电池的特性。本试验例中，使用模拟解析软件(ANSYS·JAPAN股份有限公司制造，ANSYS Fluent)，构筑具备具有图2所示的咬合型相向梳齿形状的流路的双极板的模型1。模型1是分别各具备一个正极电池及负极电池的单电池结构的RF电池。此时，正极电极及负极电极中设定着同一构成的各向异性电极。而且，模型1中，与所述实施方式1同样地，电解液从双极板的下部导入并从上部排出。由此，与所述实施方式1同样地，将上下方向设为高度(Y方向)，左右方向设为宽度(X方向)，与X方向及Y方向正交的方向设为厚度(Z方向)。因此，模型1中，各向异性电极以方向A1(透过率大的方向)与X方向并行的方式配置。
此外，为了进行比较，除使用各向同性电极以外，构筑与模型1为相同构成的模型2。而且，两模型中，在将电解液的流量设为多种值的情况下，对X方向及Y方向上的电极内的电解液的流速分布(X方向上的电解液的流速相对于Y方向上的电解液的流速的速度比，以下称作XY速度比)进行调查。以下，表示详细的试验条件，并且对表1中获得的试验结果，在图8～图13中表示各试验例的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电极中央的值。图8～图13中，以各图记载的图表所示的浓淡来表示X方向流速。此处，表示随着浓淡变浅而向右方向的流速快，且表示随着浓淡变浓而向左方向的流速快。具体的流速的值利用图表中记述的数值来表示。正的值表示右方向的流速，且表示随着值增大而右方向的流速快。负的值表示左方向的流速，且表示随着值减小而左方向的流速快。而且，各图中，越是浓淡清晰的纵条纹状的部位(区域)，越是供电解液向主要流通方向(X方向)以适合于RF电池的运转的流速流通的区域。
(试验条件)
《电极》
长度：15.8(cm)，宽度：15.8(cm)，厚度：0.05(cm)
电极反应面积密度(A)：50000(l/m)
电极反应速度定数(k)：3.0×106(m/s)
透过率
[模型1]K1：7.56×10-11K2：1.95×10-11
[模型2]K：7.00×10-11
《电解液》
硫酸V水溶液(V浓度：1.7mol/L，硫酸浓度：3.4mol/L)
充电状态(State of Charge；有时也称作充电深度)：50％
《电解液流量等》
入口流量：75、150、或300(ml/min)
出口流量：自由流出
流动模型：层流模型
《双极板》
高度(Y方向)·宽度(X方向)：15.8(cm)
〔流路〕
槽形状：咬合型相向梳齿形状
纵槽数：导入路39根×排出路40根
纵槽长：21(cm)
槽宽：0.1(cm)
槽深：0.1(cm)
纵槽间隔：0.1(cm)
槽剖面形状：正方形
[表1]
根据表1判断：尽管各向异性电极的X方向的透过率(方向A1的透过率K1)与各向同性电极的透过率K大致相等，但在任一流量的情况下，以使方向A1与作为主要流通方向的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电极的模型2。而且，如果将流量相等情况下的主要流通方向(X方向)的流速分布进行比较，则例如在试验例1-2(模型2)中，以从电极中央向上下方向扩展的方式形成的浓淡浅的纵条纹状的区域的比例大(参照图9)。该区域为流速比适合于RF电池的运转的流速慢的区域。如果较多地存在这种区域，则供电解液以适合于RF电池的运转的流速流通的区域减少，因而可以说流速的差异大。如果向主要流通方向流通的电解液的流速存在差异，则无法在电极整体均匀地进行电池反应，因而存在内部电阻上升的情况。另一方面，试验例1-1(模型1)与试验例1-2相比，流速慢的区域减少，从电极的上下向中央方向扩展的浓淡清晰的纵条纹状的区域增大(将图8与图9比较而参照)。该区域为适合于RF电池的运转的流速的区域。这样，判断将各向异性电极的方向A1以与主要流通方向(X方向)并列的方式配置，由此浓淡清晰的纵条纹状的区域增加，供电解液以适合于RF电池的运转的流速流通的区域扩大。
此外，试验例1-2中，在电极中央的左端及右端，纵条纹中断的部分视作电极中央的左端与右端(参照图9)。认为这是因为，本来在左端会向右方向、在右端会向左方向流动的电解液分别向反方向流动或不向左右方向的任一方向流通而是滞留。也就是，因左右方向的电解液的流通被打乱或产生流速明显低的部位，所以就该点而言，可以说产生了电极内的流速的差异。另一方面，试验例1-1中，不存在这种部位(参照图8)。在使流量不同的情况下，也与所述情况相同(将试验例1-4(图11)与试验例1-3(图10)分别与试验例1-6(图13)与试验例1-5(图12)进行比较)。
这样，将各向异性电极的方向A1以与主要流通方向(X方向)并列的方式进行配置，由此供电解液以适合于RF电池的运转的流速流通的区域增大，或容易减少向主要流通方向流通的电解液在电极内滞留的部位。由此，认为流速的差异减小，内部电阻降低。
＜试验例2＞
试验例2中，对主要流通方向与各向异性电极的对应关系进行了调查。首先，构筑使电极的构成与电解液的流量分别与试验例1的模型1不同的模型3。
然后，调查如下情况下的X方向流速、Y方向流速及XY速度比，即，与将电解液的主要流通方向(X方向)并行的方向上的透过率Kx设为固定值，将电极的平面中与主要流通方向正交的方向上的透过率Ky设为多种值。此处，相当于试验例2-1～试验例2-5将各向异性电极的方向A1以与作为主要流通方向的X方向并列的方式配置的情况，试验例2-6使用了各向同性电极的情况，试验例2-7、试验例2-8将各向异性电极的方向A1以与作为主要流通方向的X方向正交的方式配置的情况。以下，表示与试验例1不同的条件，并且将试验结果表示于表2中，图14至图21中表示各试验例的X方向的流速的分布。关于XY速度比及各图中记载的图表，与试验例1相同。
(电解液流量等)
入口流量：0.3(ml/min/cm2)
[表2]
如表2所示，判断相当于将各向异性电极的方向A1以与作为主要流通方向的X方向并列的方式配置的情况的试验例2-1～试验例2-5中，XY速度比要大于相当于使用了各向同性电极的情况的试验例2-6或相当于将各向异性电极的方向A1以与作为主要流通方向的X方向正交的方式配置的情况的试验例2-7、试验例2-8。尤其根据试验例2-7、试验例2-8判断，在将各向异性电极的透过率大的方向以与主要流通方向(X方向)正交的方式配置的情况下，作为主要流通方向的X方向的流速低于Y方向的流速。而且，根据试验例2-5判断，在将各向异性电极的方向A1以与作为主要流通方向的X方向并列的方式配置的情况下，通过将Kx/Ky(此处相当于K1/K2)设为3.0以上，而能够使XY速度比为4.6以上。同样地，根据试验例2-4判断，通过将Kx/Ky(K1/K2)设为9.0以上，而XY速度比上升到20左右，根据试验例2-3判断，通过将Kx/Ky(K1/K2)设为100以上，而XY速度比上升到40左右，根据试验例2-2判断，通过将Kx/Ky(K1/K2)设为1000以上，XY速度比上升到50左右，根据试验例2-1判断，通过将Kx/Ky(K1/K2)设为10000以上，而XY速度比上升到60左右。
如果将图17到图21进行比较，则判断随着主要流通方向(X方向)的透过率Kx大于与主要流通方向正交的方向的透过率Ky，适合于RF电池的运转的流速的区域(浓淡清晰的纵条纹状的区域)增大。
这样，判断至少到Kx/Ky为10的程度为止，随着Kx/Ky增大，浓淡清晰的纵条纹状的纵条纹状的区域增加，供以适合于RF电池的运转的流速电解液流通的区域的比例增大。
Kx/Ky(K1/K2)为10000的试验例2-1(图14)及Kx/Ky(K1/K2)为1000的试验例2-2(图15)中，无法确认电极的左右有纵条纹状的区域。其原因在于，存在于该区域的电解液的流速为视作电解液在电极内滞留的程度的流速。换句话说，因流速接近0，所以在各图中使用的图表的构成上，不会成为浓淡清晰的纵条纹状。如所述那样，如果存在供电解液以适合于RF电池的运转的流速流通的区域与电解液滞留的区域，则电池反应容易产生差异。其结果，认为会成为RF电池的内部电阻上升的因素之一。这样，如果主要流通方向(X方向)上的透过率Kx相比于与主要流通方向正交的方向上的透过率Ky而过大，则有RF电池的内部电阻上升的担心。另一方面，判断Kx/Ky(K1/K2)为100的试验例2-3中，相比于试验例2-1或试验例2-2，向主要流通方向流通的电解液在电极内滞留的区域大幅减少(参照图16)。
根据以上，如果Kx/Ky为1.5以上且100以下，也就是，K1为K2的1.5倍以上且100倍以下，则供电解液向X方向以适合于RF电池的运转的流速流通的区域的比例增大，或向主要流通方向流通的电解液在电极内滞留的区域减少，由此期待内部电阻降低。
＜试验例3＞
试验例3中，使用单电池结构的小型RF电池进行充放电试验，调查内部电阻。该小型RF电池也包括具备图2所示的咬合型相向梳齿形状的流路的双极板，正极电极及负极电极使用同一电极。关于电解液，与实施方式1同样地，电解液从双极板的下部导入且从上部排出。由此，将上下方向设为高度(Y方向)，左右方向设为宽度(X方向)，与X方向及Y方向正交的方向设为厚度(Z方向)。而且，分别测定将各向异性电极的方向A1以与作为主要流通方向的X方向并列的方式配置的情况下(试验例3-1)、及将方向A1以与主要流通方向(X方向)正交的方式配置的情况下(试验例3-2)的内部电阻。本试验例中，因如所述那样形成单电池结构的RF电池，所以电池的内部电阻与电池电阻率同义。由此，内部电阻表示为电池电阻率。以下，表示详细的试验条件，并且将结果表示于表3。表3中的电池电阻率表示利用以下所示的电池电阻率的计算方法求出的第2周期及第3周期的电池电阻率的值的平均值。
(试验条件)
《电极》
种类：碳电极(SGL碳日本股份有限公司制造，GDL10AA)
高度：3.1(cm)，宽度：2.9(cm)，厚度：0.02(cm)
《电解液》
硫酸V水溶液(V浓度：1.7mol/L，硫酸浓度：3.4mol/L)
充电状态：50％
《电解液流量等》
入口流量：0.31(ml/min/cm2)
出口流量：自由流出
《双极板》
高度(Y方向)：3.1(cm)，宽度(X方向)：2.9(cm)
〔流路〕
槽形状：咬合型相向梳齿形状
纵槽数：导入路8根×排出路7根
纵槽长度：2.6(cm)
槽宽：0.1(cm)
槽深：0.1(cm)
纵槽间隔：0.1(cm)
槽剖面形状：正方形
《充放电条件》
充放电方法：额定电流
电流密度：70(mA/cm2)
充电结束电压：1.55(V)
放电结束电压：1.00(V)
温度：25℃
《电池电阻率(内部电阻)》
计算方法：R＝(V2－V1)/2I
R：电池电阻率(Ω·cm2)
I：电流密度(A/cm2)
V1：充电时间的中点的电压(V)
V2：放电时间的中点的电压(V)
[表3]
如表3所示，将各向异性电极的方向A1以与作为主要流通方向的X方向并列的方式配置的试验例3-1，内部电阻要比将方向A1以与主要流通方向(X方向)正交的方式配置的试验例3-2的内部电阻小。认为其原因在于，如所述试验例1、试验例2所示，试验例3-1中，通过将各向异性电极的方向A1以与主要流通方向(X方向)并列的方式配置，而在电极内，向主要流通方向流通的电解液的流速的差异减小。
(透过率的测定方法)
关于试验例3中使用的各向异性电极的透过率，是使用图22所示的压力损失测定系统600测定压力损失ΔP与流体的流量Q，且利用其测定结果与ΔP＝(h/K)μ(Q/wd)所示的式(称作達西外士巴定律(Darcy Weisbach Equation)而求出，详细情况将于以后叙述)而求出。压力损失测定系统600包括测定单元610、流体槽620、泵640、流量计650、差压计660、及将这些设备相连的配管630。测定单元610收容欲求出透过率K的电极(电极层)。流体槽620贮存向电极导入的流体622(水等)。泵640经由配管630将流体622压送到各机器，流量计650测定泵出口侧的流体的流量。差压计660利用配管630与测定单元610并列连接，测定压力损失ΔP。测定单元610具备收纳电极的收纳部(未图示)，收纳部配置着用以将电极的厚度d确保为0.2～0.5mm的间隔件(未图示)。流量计650与差压计660安装于配管630。图22中的单点划线箭头表示流体622流通的方向。
测定单元610中，将高度h设为100mm、宽度d设为50mm的电极压入到所述收纳部。而且，利用泵640使流体622(此处为水，粘度μ设为常数)流通到保持电极层的测定单元610。电极层中，从其侧面(具有剖面积wd的面)导入流体622，并向其高度方向流通。此时，对泵640进行调整，分别利用差压计660测定使流量Q变更为各种值的情况下的压力损失ΔP。然后，将流量Q作为横轴，压力损失ΔP作为纵轴而作图。将这些作图的测定点以所述達西外士巴定律而近似，将该近似直线的斜率设为高度方向的透过率K。
達西外士巴定律中，K为透过率(m2)，ΔP表示压力损失(Pa)，Q表示向电极导入的流体的流量(m3/s)，μ表示流通的流体的粘度(Pa·s)，h表示电极的高度(m)，w表示电极α的宽度(m)，d表示电极的电池堆200内压缩状态下的厚度(m)。透过率K为不依赖于流体的种类而为电极层固有的值，因此如所述那样，水等的粘度为能够使用已知的流体测定的常数。
[产业上的可利用性]
本发明的氧化还原液流电池能够适合用于对于太阳光发电、风力发电等自然能量的发电，而目的在于稳定发电输出的变动、发电电力剩余时的蓄电、负载平均化等的大容量蓄电池中。而且，本发明的氧化还原液流电池也能够适合用作并设在普通的发电站或大型商业施设等中，且目的在于应对瞬间电压下降·停电或负载平均化的大容量蓄电池。
[符号的说明]
1 氧化还原液流电池(RF电池)
100 电池组电池
101 隔膜
102 正极电池
103 负极电池
104 正极电极
105 负极电极
106 正极电解液用罐
107 负极电解液用罐
108、109、110、111 导管
112、113 泵
200 电池堆
120 电池架
121 双极板
130 流路
131 导入路
132 排出路
130a、131a、132a 横槽(槽部)
130b、131b、132b 纵槽(槽部)
135a 短槽部
135b 长槽部
122 框体
123、124 导入口(供液用歧管)
125、126 排出口(排液用歧管)
α 各向异性电极
α1 各向异性电极层
300 交流/直流转换器
310 变电设备
400 发电部
500 负载
600 压力损失测定系统
610 测定单元
620 流体槽
622 流体
630 配管
640 泵
650 流量计
660 差压计

Claims (7)

1.一种氧化还原液流电池，包括：隔膜，双极板，配置于所述隔膜与所述双极板之间的电极，对所述电极供给电解液的导入口，及从所述电极排出所述电解液的排出口，使所述电解液向所述电极流通而进行充放电反应，
所述电极包括各向异性电极层，所述各向异性电极层的电解液的透过率在该电极的平面中的方向A1、和与所述方向A1在所述电极的平面正交的方向A2上不同，
所述各向异性电极层的所述方向A1的电解液的透过率K1大于所述方向A2的电解液的透过率K2，
所述电极以所述电极内的所述电解液的主要流通方向与所述方向A1为存在±30°以下的角度之差的状态配置，所述主要流通方向基于所述导入口与所述排出口的位置关系及所述双极板的所述电极侧的面的形状而规定。
2.根据权利要求1所述的氧化还原液流电池，其中
所述电解液的透过率K1为所述电解液的透过率K2的1.5倍以上且100倍以下。
3.根据权利要求1或2所述的氧化还原液流电池，其中
所述双极板在所述电极侧的面包括供所述电解液流通的流路，
所述流路具有相互并列的多个槽部，
所述主要流通方向是所述多个槽部的并列方向。
4.根据权利要求3所述的氧化还原液流电池，其中
所述流路具备与所述导入口相连的导入路、及与所述排出口相连的排出路，
所述导入路及所述排出路分别具有所述多个槽部，
所述导入路与所述排出路不连通而独立。
5.根据权利要求4所述的氧化还原液流电池，其中
所述导入路及所述排出路包括梳齿形状的槽部，
所述导入路与所述排出路以各自的梳齿相互咬合而相向的方式配置。
6.根据权利要求3所述的氧化还原液流电池，其中
所述流路为从所述导入口到所述排出口为止连续的蜿蜒形状，且包括：以彼此相邻的方式并列的多个长槽部、及将所述多个长槽部的一端彼此或另一端彼此交替相连的多个短槽部，
所述主要流通方向是所述多个长槽部的并列方向。
7.根据权利要求1或2所述的氧化还原液流电池，其中
所述双极板的所述电极侧的面的形状为平面状，
所述主要流通方向是从所述导入口侧到所述排出口侧。
CN201480073708.8A 2014-01-24 2014-12-09 氧化还原液流电池 Active CN106415907B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014011897A JP6103386B2 (ja) 2014-01-24 2014-01-24 レドックスフロー電池
JP2014-011897 2014-01-24
PCT/JP2014/082498 WO2015111313A1 (ja) 2014-01-24 2014-12-09 レドックスフロー電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106415907A CN106415907A (zh) 2017-02-15
CN106415907B true CN106415907B (zh) 2019-01-08

Family

ID=53681133

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480073708.8A Active CN106415907B (zh) 2014-01-24 2014-12-09 氧化还原液流电池

Country Status (10)

Country Link
US (1) US9761890B2 (zh)
EP (1) EP3098888B1 (zh)
JP (1) JP6103386B2 (zh)
KR (1) KR20160113130A (zh)
CN (1) CN106415907B (zh)
AU (1) AU2014379883B2 (zh)
CA (1) CA2937798A1 (zh)
ES (1) ES2648691T3 (zh)
TW (1) TWI652850B (zh)
WO (1) WO2015111313A1 (zh)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101560202B1 (ko) * 2015-04-30 2015-10-14 스탠다드에너지(주) 레독스 흐름전지
US10593964B2 (en) 2015-06-23 2020-03-17 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Bipolar plate, cell frame, cell stack and redox-flow battery
JP6701514B2 (ja) * 2016-02-29 2020-05-27 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池用電極、及びレドックスフロー電池
KR102169179B1 (ko) * 2016-03-31 2020-10-21 주식회사 엘지화학 바이폴라 플레이트 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지
US10147957B2 (en) * 2016-04-07 2018-12-04 Lockheed Martin Energy, Llc Electrochemical cells having designed flow fields and methods for producing the same
JP6108008B1 (ja) * 2016-05-30 2017-04-05 住友電気工業株式会社 双極板、セルフレーム及びセルスタック、並びにレドックスフロー電池
CN109716571A (zh) * 2016-08-04 2019-05-03 昭和电工株式会社 氧化还原液流电池
WO2018025406A1 (ja) * 2016-08-05 2018-02-08 昭和電工株式会社 レドックスフロー電池
US20190221875A1 (en) * 2016-09-30 2019-07-18 Showa Denko K.K. Redox flow battery
EP3528327B1 (en) 2016-10-12 2023-07-19 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Bipolar plate, cell frame, cell stack, and redox flow cell
AU2016429827A1 (en) 2016-11-16 2018-06-28 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Cell frame, cell stack, and redox flow battery
KR20190077241A (ko) 2016-11-16 2019-07-03 스미토모덴키고교가부시키가이샤 셀 프레임, 셀 스택, 및 레독스 플로우 전지
WO2018116467A1 (ja) 2016-12-22 2018-06-28 住友電気工業株式会社 セルフレーム、セルスタック、およびレドックスフロー電池
CN110192299B (zh) * 2017-01-19 2022-07-08 住友电气工业株式会社 双极板、单元框架、单元组和氧化还原液流电池
JP6525120B1 (ja) 2017-07-27 2019-06-05 住友電気工業株式会社 セルフレーム、セルスタック、およびレドックスフロー電池
WO2019167142A1 (ja) 2018-02-27 2019-09-06 住友電気工業株式会社 セルスタック、及びレドックスフロー電池
US11316170B2 (en) 2018-08-13 2022-04-26 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Redox flow battery cell and redox flow battery
CN113228364B (zh) * 2019-01-29 2023-11-03 住友电气工业株式会社 电池单体、电池组及氧化还原液流电池
JP7435479B2 (ja) 2019-01-30 2024-02-21 住友電気工業株式会社 電池セル、セルスタック、及びレドックスフロー電池
WO2020158625A1 (ja) 2019-01-30 2020-08-06 住友電気工業株式会社 電池セル、セルスタック、及びレドックスフロー電池
WO2020166418A1 (ja) 2019-02-14 2020-08-20 住友電気工業株式会社 双極板、セルフレーム、セルスタック、およびレドックスフロー電池
CN112447997B (zh) * 2019-08-28 2023-11-17 中国科学院大连化学物理研究所 一种液流电池电堆双极板及应用
JP2023501285A (ja) 2019-11-05 2023-01-18 イーエスエス テック インコーポレーテッド レドックスフロー電池性能回復のための方法及びシステム
CN110690488A (zh) * 2019-11-13 2020-01-14 上海海事大学 一种液流电池
CN116235325A (zh) 2020-10-06 2023-06-06 住友电气工业株式会社 电池堆和氧化还原液流电池
WO2023219648A1 (en) 2022-05-09 2023-11-16 Lockheed Martin Energy, Llc Flow battery with a dynamic fluidic network

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02148659A (ja) * 1988-11-30 1990-06-07 Toyobo Co Ltd レドックスフロー型電池
EP0727837A1 (en) * 1995-02-16 1996-08-21 Kashima-Kita Electric Power Corporation Redox battery
WO2011075135A1 (en) * 2009-12-18 2011-06-23 United Technologies Corporation Flow battery with interdigitated flow field
WO2012142143A1 (en) * 2011-04-11 2012-10-18 Pratt & Whitney Rocketdyne, Inc. Flow battery having electrodes with a plurality of different pore sizes and/or different layers
CN103087452A (zh) * 2011-11-03 2013-05-08 三星电子株式会社 离子交换膜填充组合物、其制法、离子交换膜和电池
WO2013095378A1 (en) * 2011-12-20 2013-06-27 United Technologies Corporation Flow battery with mixed flow

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS638568U (zh) * 1986-07-02 1988-01-20
JP3682244B2 (ja) 2001-06-12 2005-08-10 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池用セルフレーム及びレドックスフロー電池
WO2013148617A2 (en) * 2012-03-26 2013-10-03 Primus Power Corporation Electrode for high performance metal halogen flow battery

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02148659A (ja) * 1988-11-30 1990-06-07 Toyobo Co Ltd レドックスフロー型電池
EP0727837A1 (en) * 1995-02-16 1996-08-21 Kashima-Kita Electric Power Corporation Redox battery
WO2011075135A1 (en) * 2009-12-18 2011-06-23 United Technologies Corporation Flow battery with interdigitated flow field
CN102652374A (zh) * 2009-12-18 2012-08-29 联合工艺公司 具有交叉状流场的液流蓄电池
WO2012142143A1 (en) * 2011-04-11 2012-10-18 Pratt & Whitney Rocketdyne, Inc. Flow battery having electrodes with a plurality of different pore sizes and/or different layers
CN103087452A (zh) * 2011-11-03 2013-05-08 三星电子株式会社 离子交换膜填充组合物、其制法、离子交换膜和电池
WO2013095378A1 (en) * 2011-12-20 2013-06-27 United Technologies Corporation Flow battery with mixed flow

Also Published As

Publication number Publication date
CN106415907A (zh) 2017-02-15
EP3098888B1 (en) 2017-09-27
KR20160113130A (ko) 2016-09-28
US20170012299A1 (en) 2017-01-12
CA2937798A1 (en) 2015-07-30
US9761890B2 (en) 2017-09-12
TWI652850B (zh) 2019-03-01
JP2015138771A (ja) 2015-07-30
AU2014379883B2 (en) 2018-05-24
EP3098888A4 (en) 2017-01-18
WO2015111313A1 (ja) 2015-07-30
ES2648691T3 (es) 2018-01-05
EP3098888A1 (en) 2016-11-30
AU2014379883A1 (en) 2016-07-21
TW201530888A (zh) 2015-08-01
JP6103386B2 (ja) 2017-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106415907B (zh) 氧化还原液流电池
Zeng et al. A hierarchical interdigitated flow field design for scale-up of high-performance redox flow batteries
US10218007B2 (en) Bipolar plate, redox flow battery, and method for producing bipolar plate
JP2015122230A (ja) レドックスフロー電池
JP2015122231A (ja) レドックスフロー電池
CN107710487A (zh) 双极板、电池框架、电池堆和氧化还原液流电池
TW201622223A (zh) 電解液循環型電池
CN108352534A (zh) 电极材料、氧化还原液流电池的电极、氧化还原液流电池
CN108701853A (zh) 电极和电解液循环型电池
CN102723501B (zh) 多孔电极及含有其的液流电池、电池堆和电池系统
CN109997266A (zh) 集电板和氧化还原液流电池
KR101176566B1 (ko) 전해액 유동장치를 구비한 레독스 흐름전지
CN107148696A (zh) 钒活性物质液体以及钒氧化还原电池
CN102854120B (zh) 一种质子交换膜钒四价钒离子渗透率的测试方法和装置
JP6956949B2 (ja) 双極板、セルフレーム、セルスタック、及びレドックスフロー電池
CN103137983B (zh) 多孔电极组、液流半电池和液流电池堆
KR101742486B1 (ko) 가변 채널을 갖는 플로우 프레임 및 그를 포함하는 레독스 플로우 이차전지
CN201682021U (zh) 新型结构胶体密封蓄电池
JP2021026824A (ja) レドックスフロー型二次電池
TW202226655A (zh) 單元堆、及氧化還原液流電池
CN105742645A (zh) 一种适用于液流电池圆形电堆的电极框结构
Sudre Potassium-based Aqueous Flow Battery for Grid Application
TWM511129U (zh) 液流燃料電池之導流結構
TWM512814U (zh) 液流燃料電池結構

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant