双极板、电池框架、电池堆和氧化还原液流电池制造技术

本发明专利技术的双极板是电池用双极板，所述双极板具有设置在其第一表面侧的正极和设置在其第二表面侧的负极，其中所述第一表面和所述第二表面中的至少一个表面设置有电解液流动通过的流动路径。所述流动路径包括所述电解液的引入口、所述电解液的排出口、以及位于所述引入口与所述排出口之间并且将所述电解液引导到预定路线的沟槽部。所述沟槽部包括多个纵向沟槽部，当将所述双极板放置在所述电池中的预定位置时所述多个纵向沟槽部在纵向方向上延伸并且在正交于所述纵向方向的方向上平行排列。

Bipolar plate, battery frame, battery stack and redox flow battery

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双极板、电池框架、电池堆和氧化还原液流电池
本专利技术涉及双极板、电池框架、电池堆和氧化还原液流电池，所述双极板是氧化还原液流电池的部件。更具体地，本专利技术涉及能够降低电池内部电阻的双极板。
技术介绍
近年来，随着电力短缺变得更加严重，诸如风力发电和光伏发电的自然能源的快速普及以及电力系统的稳定化(例如频率和电压的维持)已经成为全球致力于解决的问题。作为解决这些问题的措施之一，安装大容量蓄电池以实现例如输出波动的平滑、剩余电力的累积以及平衡负载一直受到关注。大容量蓄电池中的一种是氧化还原液流电池(下文中可以称作“RF电池”)。RF电池是通过使用正极电解液和负极电解液实施充电和放电的电池，所述正极电解液和负极电解液各自含有化合价因氧化还原而改变的金属离子(活性物质)。图7显示使用含有作为活性物质的V离子的钒电解液各自作为正极电解液和负极电解液的钒基RF电池100的工作原理图。在图7所示的电池单元100C中，实线箭头和虚线箭头分别表示充电反应和放电反应。RF电池100包含电池单元100C，所述电池单元100C通过允许氢离子透过的隔膜101而分成正极单元102和负极单元103。正极单元102包含正极104并且经由管道108和110连接到储存正极电解液的正极电解液槽106。类似地，负极单元103包含负极105并且经由管道109和111连接到储存负极电解液的负极电解液槽107。在充电和放电期间，储存在正极电解液槽106和负极电解液槽107中的电解液分别通过泵112和113在正极单元102和负极单元103中循环。电池单元100C通常在被称作电池堆200的结构内形成，如图8的下部视图所示。电池堆200具有如图8的上部视图所示的结构，其中堆叠多个电池单元100C，各个电池单元100C通过堆叠正极104、隔膜101和负极105而形成并且夹在电池框架120之间，各个电池框架120包括相框状框体122和与之一体化的双极板121。即，在相邻的电池框架120的双极板121之间形成电池单元100C，并将电池单元100C的正极104(正极单元102)和相邻的电池单元100C的负极105(负极单元103)在其间具有双极板121的条件下布置在双极板121的正面侧和背面侧。在该结构中，各个电池框架120之间的间隙用密封结构127密封。在电池堆200中，通过形成在框体122上的液体供应歧管123和124与液体排出歧管125和126实施电解液向电池单元100C的流通。从液体供应歧管123经由形成在框体122的一个表面侧(纸面的正面侧)的沟槽将正极电解液供应到设置在双极板121的第一表面侧的正极104。正极电解液通过形成在框体122的上部的沟槽排出到液体排出歧管125。类似地，从液体供应歧管124经由形成在框体122的另一表面侧(纸面的背面侧)的沟槽将负极电解液供应到设置在双极板121的第二表面侧的负极105。负极电解液通过形成在框体122上部的沟槽排出到液体排出歧管126。作为各个正极104和负极105，例如使用诸如碳毡的多孔导电材料，且作为双极板121，例如使用由塑性碳制成的平板。(专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2002-367659号公报
技术实现思路
技术问题期望进一步改进氧化还原液流电池的电池性能，并且作为改进之一，需要降低电池的内部电阻。增加内部电阻的因素之一是电解液流动状态，例如电解液在电极的广泛区域上的流动均匀性。然而，关于在充分考虑电极内的电解液流动状态时降低内部电阻，在现有技术中尚未进行充分研究。鉴于这些情况而完成了本专利技术，且本专利技术的目的在于提供一种能够降低电池内部电阻的双极板。本专利技术的另一个目的是提供一种包含所述双极板的电池框架、包含所述电池框架的电池堆以及包含所述电池堆的氧化还原液流电池。解决技术问题的技术方案本专利技术实施方案的双极板是电池用双极板，所述双极板具有设置在其第一表面侧的正极和设置在其第二表面侧的负极，其中所述第一表面和所述第二表面中的至少一个表面设置有电解液流动通过的流动路径。所述流动路径包括所述电解液的引入口、所述电解液的排出口、以及位于所述引入口与所述排出口之间并且将所述电解液引导到预定路线的沟槽部。所述沟槽部包括多个纵向沟槽部，当将所述双极板放置在所述电池中的预定位置时所述多个纵向沟槽部在纵向方向上延伸并且在正交于所述纵向方向的方向上平行排列。本专利技术实施方案的电池框架包含本专利技术实施方案的双极板和设置在所述双极板的外周的框体。本专利技术实施方案的电池堆包含堆叠的多个层叠体，各个层叠体包含依次堆叠的本专利技术实施方案的电池框架、正极、隔膜和负极。本专利技术实施方案的氧化还原液流电池包含本专利技术实施方案的电池堆。专利技术的有益效果双极板能够降低电池的内部电阻。电池框架、电池堆和氧化还原液流电池各自能够降低电池的内部电阻。附图说明[图1]图1是显示实施方案1的双极板的示意平面视图。[图2]图2是显示实施方案1的双极板的示意剖视图。[图3]图3是显示实施方案2的双极板的示意平面视图。[图4]图4是显示实施方案3的双极板的示意平面视图。[图5]图5是显示实施方案4的双极板的示意平面视图。[图6]图6是显示实施方案5的双极板的示意平面视图。[图7]图7是氧化还原液流电池的示意性原理图。[图8]图8是包含在氧化还原液流电池中的电池堆的示意图。[图9]图9是显示关于试验例1的试样1-1号的循环次数与电池电阻率之间的关系的图。[图10]图10是显示关于试验例1的试样1-11号的循环次数与电池电阻率之间的关系的图。[图11]图11是具有包含多个层叠体的电池堆的氧化还原液流电池的示意图，各个层叠体包含依次堆叠的电池框架、正极、隔膜和负极。标号说明100氧化还原液流电池(RF电池)100C电池单元101隔膜102正极单元103负极单元104正极105负极106正极电解液槽107负极电解液槽108～111管道112、113泵200电池堆120电池框架121双极板122框体123、124液体供应歧管125、126液体排出歧管127密封结构1、2、3、4、5双极板10流动路径11沟槽部12引入路径12i引入口12y引入侧纵向沟槽部12x引入侧横向沟槽部(液体供应整流部)14排出路径14o排出口14y排出侧纵向沟槽部14x排出侧横向沟槽部(液体排出整流部)16脊部18y、19y纵向沟槽部18x、19x横向沟槽部具体实施方式[本专利技术实施方案的说明]为了降低内部电阻，本专利技术人已经研究了电极面内的电解液的流动状态。结果发现，当双极板上设置有引导电解液的流动路径时，电解液容易渗透/扩散到电极中，并且能够在电极的广泛区域上均匀地进行电池反应；由此，可以降低内部电阻。然而，如后面将在试验例中所详细说明的，已经发现内部电阻可以随设置在双极板中的流动路径的形式而变化。内部电阻的变化主要发生在从氧化还原液流电池(RF电池)开始工作后即刻起至约几个到约几十个循环的时间段内。特别地，在RF电池开始工作之前将电解液填充到空的没有电解液的电池单元中，且然后使RF电池工作的情况下，内部电阻发生变化。这样的情况的实例包括：在电池单元处于空的状态而没有填充电解液的RF电池的初始状态下，将电解液供应到电池单元，且然后使RF电池工作的情况；以及在停止泵并且为了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池用双极板，所述双极板具有设置在其第一表面侧的正极和设置在其第二表面侧的负极，其中所述第一表面和所述第二表面中的至少一个表面设置有电解液流动通过的流动路径；所述流动路径包括所述电解液的引入口、所述电解液的排出口、以及位于所述引入口与所述排出口之间并且将所述电解液引导到预定路线的沟槽部；且所述沟槽部包括多个纵向沟槽部，当将所述双极板放置在所述电池中的预定位置时所述多个纵向沟槽部在纵向方向上延伸并且在正交于所述纵向方向的方向上平行排列。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.23 JP 2015-1253521.一种电池用双极板，所述双极板具有设置在其第一表面侧的正极和设置在其第二表面侧的负极，其中所述第一表面和所述第二表面中的至少一个表面设置有电解液流动通过的流动路径；所述流动路径包括所述电解液的引入口、所述电解液的排出口、以及位于所述引入口与所述排出口之间并且将所述电解液引导到预定路线的沟槽部；且所述沟槽部包括多个纵向沟槽部，当将所述双极板放置在所述电池中的预定位置时所述多个纵向沟槽部在纵向方向上延伸并且在正交于所述纵向方向的方向上平行排列。2.根据权利要求1所述的双极板，其中，相邻的纵向沟槽部在平行方向上彼此重叠的长度为所述双极板的纵向方向上的长度的45％以上。3.根据权利要求1或2所述的双极板，其中，相邻的纵向沟槽部的侧缘之间的槽间距为所述纵向沟槽部的宽度的100％～700％。4.根据权利要求1～3中任一项所述的双极板，其中，所述纵向沟槽部的宽度为0.1mm～10mm。5.根据权利要求1～4中任一项所述的双极板，其中，所述流动路径包括彼此不连通的引入路径和排出路径。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤田勇人，山口英之，寒野毅，伊藤岳文，桑原雅裕，林清明，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP