JP2015122229A - Electrode, and redox flow cell - Google Patents

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慶 花房
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Takemi Terao
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode which can reduce cell resistivity of a fluid circulation type cell, and excellent in productivity.SOLUTION: An electrode 1 used for a fluid circulation type cell comprises: a conductive thick fiber layer 10 including as a main constituent a conductive thick fiber of which the diameter is 5 μm or more and 20 μm or less on average; and a thin fiber layer 11 including as a main constituent a conductive thin fiber of which the diameter is 0.005 μm or more and 4 μm or less on average, and which is arranged in one side of the thick fiber layer 10. Preferably, a porosity of the thin fiber layer is 80% or more and 99.9% or less, and a porosity of the thick fiber layer is 60% or more and 90% or less.

Description

本発明は、燃料電池やレドックスフロー電池などの流体流通型電池に用いられる電極、およびこの電極を用いたレドックスフロー電池に関する。   The present invention relates to an electrode used in a fluid flow type battery such as a fuel cell or a redox flow battery, and a redox flow battery using the electrode.

流体流通型電池の代表例としてレドックスフロー電池（ＲＦ電池）が挙げられる。ＲＦ電池は、正極用電解液に含まれるイオンと負極用電解液に含まれるイオンの酸化還元電位の差を利用して充放電を行う電池である。   A representative example of the fluid flow type battery is a redox flow battery (RF battery). An RF battery is a battery that charges and discharges using a difference in oxidation-reduction potential between ions contained in a positive electrode electrolyte and ions contained in a negative electrode electrolyte.

図２は、正負の活物質としてバナジウムイオンを利用したＲＦ電池１００の動作原理図である。この図２に示すように、ＲＦ電池１００は、水素イオン（プロトン）を透過させる隔膜１０１で正極セル１０２と負極セル１０３とに分離された電池セル１００Ｃを備える。正極セル１０２には正極電極１０４が内蔵され、かつ正極用電解液を貯留する正極電解液用タンク１０６が導管１０８、１１０を介して接続されている。同様に、負極セル１０３には負極電極１０５が内蔵され、かつ負極用電解液を貯留する負極電解液用タンク１０７が導管１０９、１１１を介して接続されている。各タンク１０６、１０７に貯留される電解液は、充放電の際にポンプ１１２、１１３によりセル１０２、１０３内に循環される。   FIG. 2 is an operation principle diagram of the RF battery 100 using vanadium ions as positive and negative active materials. As shown in FIG. 2, the RF battery 100 includes a battery cell 100 </ b> C separated into a positive electrode cell 102 and a negative electrode cell 103 by a diaphragm 101 that transmits hydrogen ions (protons). A positive electrode 104 is built in the positive electrode cell 102, and a positive electrode electrolyte tank 106 for storing a positive electrode electrolyte is connected via conduits 108 and 110. Similarly, the negative electrode cell 103 contains a negative electrode 105 and is connected to a negative electrolyte tank 107 for storing a negative electrolyte through conduits 109 and 111. The electrolyte stored in the tanks 106 and 107 is circulated in the cells 102 and 103 by the pumps 112 and 113 during charging and discharging.

上記電池セル１００Ｃは通常、図３の下図に示すように、セルスタック２００と呼ばれる構造体の内部に形成される。セルスタック２００は、図３の上図に示すように、額縁状の枠体１２２に一体化された双極板１２１を備えるセルフレーム１２０、正極電極１０４、隔膜１０１、および負極電極１０５を、この順番で積層した構成を備える。この構成では、各セルフレーム１２０間の隙間がシール構造１２７で封止され、隣接する各セルフレーム１２０の双極板１２１の間に一つの電池セル１００Ｃが形成されることになる。   The battery cell 100C is normally formed inside a structure called a cell stack 200, as shown in the lower diagram of FIG. As shown in the upper diagram of FIG. 3, the cell stack 200 includes a cell frame 120 including a bipolar plate 121 integrated with a frame-shaped frame body 122, a positive electrode 104, a diaphragm 101, and a negative electrode 105 in this order. The structure laminated | stacked by is provided. In this configuration, the gap between the cell frames 120 is sealed with the seal structure 127, and one battery cell 100 </ b> C is formed between the bipolar plates 121 of the adjacent cell frames 120.

セルスタック２００における電池セル１００Ｃへの電解液の流通は、枠体１２２に形成される給液用マニホールド１２３，１２４と、排液用マニホールド１２５，１２６により行われる。正極用電解液は、給液用マニホールド１２３から枠体１２２の一面側（紙面表側）に形成される溝を介して双極板１２１の一面側に配置される正極電極１０４に供給される。そして、その正極用電解液は、枠体１２２の上部に形成される溝を介して排液用マニホールド１２５に排出される。同様に、負極用電解液は、給液用マニホールド１２４から枠体１２２の他面側（紙面裏側）に形成される溝を介して双極板１２１の他面側に配置される負極電極１０５に供給される。その負極用電解液は、枠体１２２の上部に形成される溝を介して排液用マニホールド１２６に排出される。   Distribution of the electrolyte solution to the battery cell 100 </ b> C in the cell stack 200 is performed by the supply manifolds 123 and 124 formed in the frame body 122 and the drainage manifolds 125 and 126. The positive electrode electrolyte is supplied from the liquid supply manifold 123 to the positive electrode 104 disposed on the one surface side of the bipolar plate 121 through a groove formed on one surface side (the front surface side of the paper) of the frame body 122. The positive electrode electrolyte is discharged to the drainage manifold 125 through a groove formed in the upper portion of the frame body 122. Similarly, the negative electrode electrolyte is supplied from the liquid supply manifold 124 to the negative electrode 105 disposed on the other surface side of the bipolar plate 121 through a groove formed on the other surface side (the back surface of the paper) of the frame body 122. Is done. The negative electrode electrolyte is discharged to the drainage manifold 126 through a groove formed in the upper part of the frame body 122.

セル１００Ｃを構成する電極１０４，１０５は、流体である電解液の流通が給液側から排液側に向かう電解液の流通を阻害しないように多孔質の導電材で構成されることが多い（例えば、特許文献１〜３を参照）。   The electrodes 104 and 105 constituting the cell 100C are often made of a porous conductive material so that the flow of the electrolyte, which is a fluid, does not hinder the flow of the electrolyte from the supply side to the drain side ( For example, see Patent Documents 1 to 3).

特開平８−２８７９３８号公報JP-A-8-287938 特開平８−４６１９６号公報JP-A-8-46196 特開２００６−１５６０２９号公報JP 2006-156029 A

近年、自然環境に配慮したエネルギーシステムの構築が期待されており、燃料電池やＲＦ電池などの流体流通型電池の電池性能の向上が期待されている。例えば、燃料電池であれば発電効率の向上、ＲＦ電池などの蓄電池であれば充放電効率の向上が期待されている。このような期待に応える手段として、流体流通型電池のセル抵抗率を低減させることができる電極の開発が求められている。   In recent years, construction of an energy system in consideration of the natural environment is expected, and improvement in battery performance of fluid flow type batteries such as fuel cells and RF batteries is expected. For example, fuel cells are expected to improve power generation efficiency, and storage batteries such as RF batteries are expected to improve charge / discharge efficiency. As means for meeting such expectations, development of an electrode capable of reducing the cell resistivity of a fluid flow type battery is required.

一方、流体流通型電池の普及を促進するために、流体流通型電池の生産性を向上させることも期待されている。その生産性の向上の一環として、電極の生産性の向上が求められている。   On the other hand, in order to promote the spread of fluid flow type batteries, it is also expected to improve the productivity of fluid flow type batteries. As part of the improvement in productivity, there is a demand for improvement in electrode productivity.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的の一つは、流体流通型電池のセル抵抗率を低減させることができると共に、生産性に優れる電極を提供することにある。また、本発明の別の目的は、本発明の電極を用いたレドックスフロー電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and one of the objects of the present invention is to provide an electrode that can reduce the cell resistivity of a fluid flow battery and is excellent in productivity. . Another object of the present invention is to provide a redox flow battery using the electrode of the present invention.

本発明の電極は、流体流通型電池に用いられる電極であって、平均で５μｍ以上２０μｍ以下の径を有する導電性の太繊維を主体とする太繊維層と、平均で０．００５μｍ以上４μｍ以下の径を有する導電性の細繊維を主体とし、太繊維層の一面側に設けられる細繊維層と、を備える。   The electrode of the present invention is an electrode used in a fluid flow type battery, and has a thick fiber layer mainly composed of conductive thick fibers having an average diameter of 5 μm to 20 μm, and an average of 0.005 μm to 4 μm. And a fine fiber layer provided mainly on one surface side of the thick fiber layer.

本発明の電極は、流体流通型電池のセル抵抗率を低減させることができ、しかも生産性に優れる。   The electrode of the present invention can reduce the cell resistivity of a fluid flow type battery and is excellent in productivity.

流体流通型電池に用いられる実施形態の電極の概略図である。It is the schematic of the electrode of embodiment used for a fluid flow type battery. レドックスフロー電池の動作原理図である。It is an operation | movement principle figure of a redox flow battery. レドックスフロー電池のセルスタックの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the cell stack of a redox flow battery.

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。 [Description of Embodiment of the Present Invention]
First, the contents of the embodiment of the present invention will be listed and described.

［１］実施形態に係る電極は、流体流通型電池に用いられる電極であって、平均で５μｍ以上２０μｍ以下の径を有する導電性の太繊維を主体とする太繊維層と、平均で０．００５μｍ以上４μｍ以下の径を有する導電性の細繊維を主体とし、太繊維層の一面側に設けられる細繊維層と、を備える。 [1] The electrode according to the embodiment is an electrode used for a fluid flow type battery, and a thick fiber layer mainly composed of conductive thick fibers having a diameter of 5 μm or more and 20 μm or less on the average, and an average of 0.00. A fine fiber layer mainly composed of conductive fine fibers having a diameter of 005 μm or more and 4 μm or less and provided on one side of the thick fiber layer.

上記繊維径の細繊維を含む細繊維層を電極に設けることで、この電極を適用した流体流通型電池（以下、単に電池と呼ぶ）のセル抵抗率を低下させることができる。それは、繊維径を小さくすることで、電極の表面積が増加し、電極における電池反応の活性点が増加するからであると考えられる。また、繊維径を小さくすることで、電極の空隙率が高くなり、電極の隅々にまで流体が行き渡り易くなることも、電池のセル抵抗率の低減に寄与すると考えられる。   By providing the electrode with a fine fiber layer containing fine fibers having the above-mentioned fiber diameter, the cell resistivity of a fluid flow type battery (hereinafter simply referred to as a battery) to which this electrode is applied can be reduced. This is considered to be because by reducing the fiber diameter, the surface area of the electrode increases and the active point of the battery reaction at the electrode increases. In addition, it is considered that reducing the fiber diameter increases the porosity of the electrode and facilitates the fluid to reach every corner of the electrode, thereby contributing to a reduction in the cell resistivity of the battery.

上記繊維径の太繊維を含む太繊維層を電極に設けることで、電極の生産性を向上させることができる。太繊維層は、細繊維層よりも強度に優れ、丈夫であるため、電極を作製する際に細繊維層が損傷することを抑制できるからである。また、太繊維層によって所定の強度が保証されている電極は、電池の生産現場へ運搬する際や、所望の形状に裁断する際に損傷し難いため、電池の生産性の向上に寄与する。   The productivity of the electrode can be improved by providing the electrode with a thick fiber layer containing thick fibers having the above-mentioned fiber diameter. This is because the thick fiber layer is superior in strength and strong to the fine fiber layer, and thus can prevent the fine fiber layer from being damaged when the electrode is produced. In addition, since the electrode whose predetermined strength is guaranteed by the thick fiber layer is difficult to be damaged when transported to the production site of the battery or cut into a desired shape, it contributes to the improvement of battery productivity.

［２］実施形態に係る電極として、細繊維層の空隙率が８０％以上９９．９％以下で、かつ、太繊維層の空隙率が６０％以上９０％以下である電極を挙げることができる。 [2] Examples of the electrode according to the embodiment include an electrode in which the fine fiber layer has a porosity of 80% or more and 99.9% or less and the thick fiber layer has a porosity of 60% or more and 90% or less. .

例えばレドックスフロー電池の場合、細繊維層の空隙率が小さいと、細繊維層の空隙部に充填される電解液における三次元的なイオン伝導パスが減少し、電池のセル抵抗率が増加する。これに対して、細繊維層の空隙率が８０％以上９９．９％以下であれば、細繊維層の空隙部に充填される電解液におけるイオン伝導パスが増加し、電池のセル抵抗率を低下させることができる。一方、太繊維層の空隙率が６０％以上９０％以下であれば、太繊維層によって流体の流れが極端に阻害されることがなく、太繊維層によって電池のセル抵抗率が上昇することを抑制することができる。   For example, in the case of a redox flow battery, if the porosity of the fine fiber layer is small, the three-dimensional ion conduction path in the electrolytic solution filled in the gap of the fine fiber layer is decreased, and the cell resistivity of the battery is increased. On the other hand, if the porosity of the fine fiber layer is 80% or more and 99.9% or less, the ion conduction path in the electrolyte filled in the void portion of the fine fiber layer increases, and the cell resistivity of the battery is increased. Can be reduced. On the other hand, if the porosity of the thick fiber layer is 60% or more and 90% or less, the flow of fluid is not extremely inhibited by the thick fiber layer, and the cell resistivity of the battery is increased by the thick fiber layer. Can be suppressed.

［３］実施形態に係る電極として、細繊維層の空隙率が、太繊維層の空隙率よりも高い電極を挙げることができる。 [3] Examples of the electrode according to the embodiment include an electrode in which the fine fiber layer has a higher porosity than the thick fiber layer.

既に述べたように、電極における電池反応の活性点を増加させるのは細繊維層である。そのため、電極における細繊維層の空隙率を大きくすることで、細繊維層の隅々にまで流体が行き渡り易くすることができ、電極全体のセル抵抗率を低下させることができる。   As already mentioned, it is the fine fiber layer that increases the active point of the battery reaction at the electrode. Therefore, by increasing the porosity of the fine fiber layer in the electrode, the fluid can easily spread to every corner of the fine fiber layer, and the cell resistivity of the entire electrode can be reduced.

［４］実施形態に係る電極として、細繊維層が、固相法あるいは液相法によって形成されている電極を挙げることができる。 [4] Examples of the electrode according to the embodiment include an electrode in which the fine fiber layer is formed by a solid phase method or a liquid phase method.

固相法あるいは液相法によれば、所望の繊維径の細繊維を含む細繊維層であって、空隙率が大きな細繊維層を太繊維層の一面側に容易に形成することができる。   According to the solid phase method or the liquid phase method, a fine fiber layer containing fine fibers having a desired fiber diameter and having a large porosity can be easily formed on one side of the thick fiber layer.

［５］実施形態に係る電極として、細繊維層と太繊維層との二層構造である電極を挙げることができる。 [5] Examples of the electrode according to the embodiment include an electrode having a two-layer structure of a fine fiber layer and a thick fiber layer.

二層構造の電極は、生産性良く製造することができる。例えば、強度に優れる太繊維層を用意し、その太繊維層の一面側に細繊維層を形成すれば、電極の製造過程で細繊維層が損傷することを抑制することができる。   A two-layer electrode can be manufactured with high productivity. For example, if a thick fiber layer having excellent strength is prepared and a fine fiber layer is formed on one side of the thick fiber layer, the fine fiber layer can be prevented from being damaged during the manufacturing process of the electrode.

［６］実施形態に係る電極として、細繊維を主体とし、太繊維層の他面側に設けられる導電層を備える三層構造である電極を挙げることができる。 [6] As an electrode according to the embodiment, an electrode having a three-layer structure mainly including fine fibers and including a conductive layer provided on the other surface side of the thick fiber layer can be exemplified.

上記三層構造の電極であれば、太繊維層と双極板の接触抵抗を改善することが出来る。レドックスフロー電池では、電極は、積層される双極板の間に挟まれて圧縮される。太繊維層の双極板側にも、細繊維を主体とする導電層を付けることで、太繊維層と双極板との接触面積を増加させ、接触抵抗を低減するができる。   The electrode having the three-layer structure can improve the contact resistance between the thick fiber layer and the bipolar plate. In a redox flow battery, the electrode is sandwiched between stacked bipolar plates and compressed. By attaching a conductive layer mainly composed of fine fibers to the bipolar plate side of the thick fiber layer, the contact area between the thick fiber layer and the bipolar plate can be increased, and the contact resistance can be reduced.

［７］実施形態に係る電極として、細繊維層の平均厚みが１０μｍ以上５００μｍ以下で、かつ、太繊維層の平均厚みが１００μｍ以上５００μｍ以下である電極を挙げることができる。 [7] Examples of the electrode according to the embodiment include an electrode having an average thickness of the fine fiber layer of 10 μm to 500 μm and an average thickness of the thick fiber layer of 100 μm to 500 μm.

上記厚みを有する細繊維層と太繊維層を備える電極は、強度と電極性能のバランスに優れる。   An electrode comprising a fine fiber layer and a thick fiber layer having the above thickness is excellent in balance between strength and electrode performance.

［８］実施形態に係る電極として、細繊維層の平均厚みが太繊維層の平均厚みよりも大きい電極を挙げることができる。 [8] Examples of the electrode according to the embodiment include an electrode in which the average thickness of the fine fiber layer is larger than the average thickness of the thick fiber layer.

上記構成によれば、細繊維層の平均厚みが太繊維層の平均厚みよりも小さい電極よりも、電池性能に優れる電池を作製することができる。上述のように、電極における電池反応の活性点を増加させるのは細繊維層であるため、電極における細繊維層の割合を高くすると、電極における電池反応の活性点を大幅に増加させることができるからである。   According to the said structure, the battery which is excellent in battery performance can be produced rather than the electrode whose average thickness of a fine fiber layer is smaller than the average thickness of a thick fiber layer. As described above, since it is the fine fiber layer that increases the active point of the battery reaction in the electrode, if the proportion of the fine fiber layer in the electrode is increased, the active point of the battery reaction in the electrode can be greatly increased. Because.

［９］実施形態に係る電極として、太繊維層の引張強度が９８ｋＰａ以上である電極を挙げることができる。 [9] As an electrode according to the embodiment, an electrode in which the tensile strength of the thick fiber layer is 98 kPa or more can be exemplified.

引張強度が９８ｋＰａ（約１ｋｇｆ／ｃｍ２）以上の太繊維層であれば、細繊維層を保持する基材としての役割を十分に果たすことができる。 A thick fiber layer having a tensile strength of 98 kPa (about 1 kgf / cm 2 ) or more can sufficiently serve as a substrate for holding the fine fiber layer.

［１０］実施形態に係る電極として、太繊維層が、カーボンペーパー、またはカーボンクロスである電極を挙げることができる。 [10] Examples of the electrode according to the embodiment include an electrode in which the thick fiber layer is carbon paper or carbon cloth.

カーボンペーパーやカーボンクロスは、十分な導電性と引張強度を備えるため、太繊維層として好適である。   Carbon paper and carbon cloth are suitable as a thick fiber layer because they have sufficient conductivity and tensile strength.

［１１］実施形態に係るレドックスフロー電池は、上記実施形態の電極を備える。 [11] A redox flow battery according to the embodiment includes the electrode of the above-described embodiment.

実施形態のレドックスフロー電池は、電池性能に優れる。それは、実施形態の電極を備えることで、レドックスフロー電池のセル抵抗率が低下するからである。   The redox flow battery of the embodiment is excellent in battery performance. This is because the cell resistivity of the redox flow battery is reduced by including the electrode of the embodiment.

［本発明の実施形態の詳細］
以下、本実施形態に係る電極の具体例を図面に基づいて説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるわけではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内の全ての変更が含まれることを意図する。 [Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, specific examples of the electrode according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not necessarily limited to these illustrations, is shown by the claim, and intends that all the changes within the claim, the meaning equivalent, and the range are included.

＜実施形態１＞
実施形態１では、流体流通型電池の代表例であるレドックスフロー電池（以下、ＲＦ電池）に用いる電極１を図１に基づいて説明する。電極１以外の構成は、図２，３を参照して説明した従来のＲＦ電池１００と同様の構成を採用できるため、その詳しい説明は省略する。 <Embodiment 1>
Embodiment 1 demonstrates the electrode 1 used for the redox flow battery (henceforth RF battery) which is a typical example of a fluid flow type battery based on FIG. Since the configuration other than the electrode 1 can adopt the same configuration as the conventional RF battery 100 described with reference to FIGS. 2 and 3, detailed description thereof will be omitted.

≪電極≫
本実施形態の電極１は、少なくとも太繊維層１０と細繊維層１１を備える多層構造を有する。太繊維層１０は紙面右側の双極板１２１側に、細繊維層１１は紙面左側の隔膜１０１側に配置することが好ましい。この二層のうち、電池反応の主体となる層は細繊維層１１であり、太繊維層１０は細繊維層１１が損傷しないように保持する基材としての役割を果たす。以下、各層の詳しい構成を説明する。 ≪Electrode≫
The electrode 1 of the present embodiment has a multilayer structure including at least a thick fiber layer 10 and a fine fiber layer 11. The thick fiber layer 10 is preferably disposed on the bipolar plate 121 side on the right side of the paper, and the fine fiber layer 11 is preferably disposed on the left side of the diaphragm 101 on the paper surface. Of these two layers, the main layer for the battery reaction is the fine fiber layer 11, and the thick fiber layer 10 serves as a base material for holding the fine fiber layer 11 so as not to be damaged. Hereinafter, a detailed configuration of each layer will be described.

［太繊維層］
太繊維層１０は、導電性の太繊維を主体とする層である。この太繊維層１０には、高い導電性と、基材としての強度と、が備わっていれば良い。 [Thick fiber layer]
The thick fiber layer 10 is a layer mainly composed of conductive thick fibers. The thick fiber layer 10 only needs to have high conductivity and strength as a base material.

まず、太繊維層１０を構成する太繊維の構成について言及する。太繊維を構成する材料に求められる特性は、導電性を有することと、電解液によって腐食されないことである。そのような特性を満たす材料として、代表的にはカーボンなどを挙げることができる。その他、Ｔｉやステンレスなどの金属を太繊維の材料として利用することができる。ここで、既に述べたように、電池反応の主体となる層は細繊維層１１であるため、太繊維層１０を構成する太繊維の材料は、電池反応を生じさせる材料であっても良いし、電池反応を生じさせない材料であっても良い。   First, the configuration of the thick fibers that make up the thick fiber layer 10 will be described. The characteristics required for the material constituting the thick fibers are to have conductivity and not to be corroded by the electrolytic solution. A typical example of a material that satisfies such characteristics is carbon. In addition, metals such as Ti and stainless steel can be used as the material for the thick fibers. Here, as already described, since the layer that is the main component of the battery reaction is the fine fiber layer 11, the material of the thick fibers constituting the thick fiber layer 10 may be a material that causes the battery reaction. A material that does not cause a battery reaction may be used.

太繊維の平均径は５μｍ以上２０μｍ以下である。このような太さの太繊維であれば、太繊維層１０に基材としての強度を持たせることができる。好ましい太繊維の平均径は、７μｍ以上１２μｍ以下、より好ましい太繊維の平均径は７μｍ以上１０μｍ以下である。平均径は、顕微鏡下で５視野以上、１視野につき５点以上測定した結果を平均することで求めることができる。この測定手法は、後述する細繊維の平均径でも同様である。   The average diameter of the thick fibers is 5 μm or more and 20 μm or less. With such a thick fiber, the thick fiber layer 10 can have strength as a base material. A preferable average diameter of the thick fibers is 7 μm or more and 12 μm or less, and a more preferable average diameter of the thick fibers is 7 μm or more and 10 μm or less. An average diameter can be calculated | required by averaging the result measured 5 or more points | pieces per 1 visual field under a microscope. This measurement method is the same for the average diameter of fine fibers described later.

上記構成を備える太繊維を含む太繊維層１０は、ある程度以上の空隙率を有することが好ましい。太繊維層１０の空隙率が低いと、双極板１２１と隔膜１０１の積層方向における電解液の流通、および電解液中のプロトンを介したイオン伝導が阻害されるからである。そのため、太繊維層１０の空隙率は、６０％以上９０％以下とすることが好ましい。空隙率が６０％以上であれば、積層方向における電解液の流通、およびイオン伝導がスムースになる。また、空隙率が９０％以下であれば、太繊維層１０に基材としての機能を発揮させるのに十分な強度を持たせることができる。より好ましい太繊維層１０の空隙率は、６０％以上９０％以下であり、さらに好ましい太繊維層１０の空隙率は、７５％以上８５％以下である。空隙率は、太繊維層の体積と質量から計算によって求めることが出来る。   The thick fiber layer 10 including the thick fibers having the above configuration preferably has a porosity of a certain level or more. This is because if the porosity of the thick fiber layer 10 is low, the flow of the electrolyte solution in the stacking direction of the bipolar plate 121 and the diaphragm 101 and the ionic conduction via protons in the electrolyte solution are hindered. Therefore, the porosity of the thick fiber layer 10 is preferably 60% or more and 90% or less. If the porosity is 60% or more, the flow of the electrolyte solution and the ionic conduction in the stacking direction become smooth. Moreover, if the porosity is 90% or less, the thick fiber layer 10 can have sufficient strength to exhibit the function as a base material. The porosity of the thick fiber layer 10 is more preferably 60% or more and 90% or less, and the porosity of the thick fiber layer 10 is more preferably 75% or more and 85% or less. The porosity can be obtained by calculation from the volume and mass of the thick fiber layer.

また、太繊維層１０は、細繊維層１１を保持する基材として、所定の引張強度を有することが好ましい。例えば、太繊維層１０の引張強度は、１ｋｇｆ／ｃｍ２（約９８ｋＰａ）以上であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the thick fiber layer 10 has a predetermined tensile strength as a base material for holding the fine fiber layer 11. For example, the tensile strength of the thick fiber layer 10 is preferably 1 kgf / cm 2 (about 98 kPa) or more.

太繊維層１０の平均厚みは１００μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。このような厚さであれば、後述する細繊維層１１を確りと保持し、細繊維層１１の損傷を効果的に防止することができる。平均厚みは、異なる５点以上の測定結果を平均することで求めることができる。なお、図３に示すように、セルスタック２００の形態で用いられる電極１０４，１０５は、二つのセルフレーム１２０，１２０の間で圧縮されている。そのため、図１に示す圧縮前の電極１の厚みは、セルスタック２００における電極１０４，１０５の厚みのおよそ１倍〜１．２５倍程度であると考えて良い。   The average thickness of the thick fiber layer 10 is preferably 100 μm or more and 500 μm or less. If it is such thickness, the fine fiber layer 11 mentioned later can be hold | maintained firmly and the damage of the fine fiber layer 11 can be prevented effectively. The average thickness can be obtained by averaging five or more different measurement results. As shown in FIG. 3, the electrodes 104 and 105 used in the form of the cell stack 200 are compressed between the two cell frames 120 and 120. Therefore, it can be considered that the thickness of the electrode 1 before compression shown in FIG. 1 is about 1 to 1.25 times the thickness of the electrodes 104 and 105 in the cell stack 200.

上述した特性を満たす太繊維層１０として、カーボンペーパーや、カーボンクロスを挙げることができる。炭素繊維と炭素の複合材料であるカーボンペーパーは、十分な導電性と引張強度とを備える。また、炭素繊維の織布または不織布であるカーボンクロスも、十分な導電性と引張強度を備える。   Examples of the thick fiber layer 10 that satisfies the above-described characteristics include carbon paper and carbon cloth. Carbon paper which is a composite material of carbon fiber and carbon has sufficient conductivity and tensile strength. A carbon cloth which is a woven or non-woven fabric of carbon fibers also has sufficient conductivity and tensile strength.

例えば、繊維径が７μｍの太繊維を含むカーボンペーパーであって、空隙率が８０％で平均厚みが０．１ｍｍのカーボンペーパーの引張強度は、３ｋｇｆ／ｃｍ２（約２９４ｋＰａ）である。このカーボンの平均厚みを０．４ｍｍとすると、その引張強度は８ｋｇｆ／ｃｍ２（約７８５ｋＰａ）である。また、空隙率が９０％で平均厚みが０．４ｍｍのカーボンペーパーの引張強度は、４ｋｇｆ／ｃｍ２（約３９２ｋＰａ）である。 For example, the carbon paper containing thick fibers having a fiber diameter of 7 μm and having a porosity of 80% and an average thickness of 0.1 mm has a tensile strength of 3 kgf / cm 2 (about 294 kPa). When the average thickness of the carbon is 0.4 mm, the tensile strength is 8 kgf / cm 2 (about 785 kPa). The tensile strength of carbon paper having a porosity of 90% and an average thickness of 0.4 mm is 4 kgf / cm 2 (about 392 kPa).

［細繊維層］
細繊維層１１は、導電性を有する細繊維を主体とする層である。この細繊維層１１には、高い導電性と、電池反応を生じさせる機能と、が備わっていれば良い。以下、細繊維層１１の構成を詳細に説明する。細繊維層１１の各構成の寸法の求め方は、太繊維層１０と同様である。 [Fine fiber layer]
The fine fiber layer 11 is a layer mainly composed of conductive fine fibers. The fine fiber layer 11 only needs to have high conductivity and a function of causing a battery reaction. Hereinafter, the configuration of the fine fiber layer 11 will be described in detail. The method for obtaining the dimensions of each component of the fine fiber layer 11 is the same as that for the thick fiber layer 10.

まず、細繊維層１１を構成する細繊維の構成について言及する。細繊維の材料に求められる特性は、導電性を有することと、電池反応を生じさせることである。そのような特性を満たす材料として、代表的にはカーボンなどを挙げることができる。その他、触媒を担持させた金属繊維などを細繊維の材料として利用することができる。   First, the configuration of the fine fibers constituting the fine fiber layer 11 will be described. The characteristics required for the fine fiber material are to have conductivity and to cause a battery reaction. A typical example of a material that satisfies such characteristics is carbon. In addition, a metal fiber or the like on which a catalyst is supported can be used as a fine fiber material.

細繊維の平均径は０．００５μｍ（５ｎｍ）以上４μｍ以下である。このような太さの細繊維であれば、電極の表面積を大きくでき、電解液との間で電池反応が生じる箇所を増加させることができる。また、このような太さの細繊維であれば、細繊維層１１に十分な量の空隙が形成され、細繊維層１１中に電解液を隈なく行き渡らせることができる。その結果、ＲＦ電池のセル抵抗率を従来よりも大幅に低減させることができる。好ましい細繊維の平均径は、０．０５μｍ以上１．０μｍ以下、より好ましい細繊維の平均径は０．０５μｍ以上０．３μｍ以下である。   The average diameter of the fine fibers is 0.005 μm (5 nm) or more and 4 μm or less. With such a thin fiber, the surface area of the electrode can be increased and the number of places where a battery reaction occurs with the electrolyte can be increased. Moreover, if it is a fine fiber of such thickness, a sufficient quantity of space | gap will be formed in the fine fiber layer 11, and electrolyte solution can be spread in the fine fiber layer 11 thoroughly. As a result, the cell resistivity of the RF battery can be significantly reduced as compared with the conventional case. A preferable average diameter of the fine fibers is 0.05 μm or more and 1.0 μm or less, and a more preferable average diameter of the fine fibers is 0.05 μm or more and 0.3 μm or less.

上記構成を備える細繊維を含む細繊維層１１は、一定以上の空隙率を有することが好ましい。細繊維層１１の空隙率が低いと、双極板１２１と隔膜１０１の積層方向における電解液の流通、および電解液中のプロトンを介したイオン伝導が阻害されるからである。また、電池反応が生じる箇所である細繊維層１１では、太繊維層１０よりも電解液の流通とイオン伝導が良好であることが求められることから、細繊維層１１の空隙率は太繊維層１０の空隙率よりも高めであることが好ましい。従って、細繊維層１１の空隙率は、８０％以上９９．９％以下とすることが好ましい。より好ましい細繊維層１１の空隙率は、９０％以上９９．９％以下であり、さらに好ましい細繊維層１１の空隙率は、９２％以上９９．９％以下である。   The fine fiber layer 11 including fine fibers having the above-described configuration preferably has a certain porosity or more. This is because if the porosity of the fine fiber layer 11 is low, the flow of the electrolyte solution in the stacking direction of the bipolar plate 121 and the diaphragm 101 and the ionic conduction via protons in the electrolyte solution are hindered. Further, in the fine fiber layer 11 where the battery reaction occurs, since the electrolyte solution and ion conduction are required to be better than the thick fiber layer 10, the porosity of the fine fiber layer 11 is the thick fiber layer. It is preferable that the porosity is higher than 10. Therefore, the porosity of the fine fiber layer 11 is preferably 80% or more and 99.9% or less. The porosity of the fine fiber layer 11 is more preferably 90% or more and 99.9% or less, and the porosity of the fine fiber layer 11 is more preferably 92% or more and 99.9% or less.

また、細繊維層１１の平均厚みは、１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。細繊維を含むことで電池反応の活性点が多い細繊維層１１は、１０μｍ以上の平均厚みがあれば、十分にＲＦ電池のセル抵抗率を下げる効果を発揮する。より好ましい細繊維層１１の平均厚みは、５０μｍ以上３００μｍ以下である。   Moreover, it is preferable that the average thickness of the fine fiber layer 11 is 10 micrometers or more and 500 micrometers or less. If the fine fiber layer 11 containing many fine fibers has many active points for battery reaction and has an average thickness of 10 μm or more, the fine fiber layer 11 exhibits the effect of sufficiently reducing the cell resistivity of the RF battery. The average thickness of the fine fiber layer 11 is more preferably 50 μm or more and 300 μm or less.

（細繊維層の形成方法）
細繊維層１１は、太繊維層１０の一面側に形成される。太繊維層１０の一面側への細繊維層１１の形成には、固相法、あるいは液相法を利用することが好ましい。例えば、鋳型炭素化法（ｔｅｍｐｌａｔｅ ｍｅｔｈｏｄ）、エレクトロスピニング法（ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）、メルトブロー法（ｍｅｌｔ−ｂｌｏｗｎ ｍｅｔｈｏｄ）などを利用することができる。これらの技術は、上述した繊維径を満たす細繊維で構成され、かつ上述した空隙率を満たす細繊維層１１を形成することに適しており、しかも太繊維層１０に強固に密着した細繊維層１１を形成することができる。細繊維層１１を形成した後は、細繊維層１１を耐炎化処理、炭素化処理を行なうと良い。 (Formation method of fine fiber layer)
The fine fiber layer 11 is formed on one side of the thick fiber layer 10. For forming the fine fiber layer 11 on one side of the thick fiber layer 10, it is preferable to use a solid phase method or a liquid phase method. For example, a template carbonization method, an electrospinning method, a melt-blow method, or the like can be used. These techniques are suitable for forming the fine fiber layer 11 composed of the fine fibers satisfying the above-mentioned fiber diameter and satisfying the above-mentioned porosity, and are tightly adhered to the thick fiber layer 10. 11 can be formed. After the fine fiber layer 11 is formed, the fine fiber layer 11 is preferably subjected to flameproofing treatment and carbonization treatment.

また、上記固相法あるいは液相法であれば、ロールトゥロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）方式で電極１を生産性良く製造することができる。具体的には、第一ロールに巻回した太繊維層１０を第二ロールに繰り出す途中に、固相法あるいは液相法によって太繊維層１０の表面に細繊維層１１を形成し、太繊維層１０上に細繊維層１１が形成された電極１を第二ロールに巻き取る。ここで、第二ロールに電極１を巻き取りながら電極１を作製できるのは、太繊維層１０が機械的に細繊維層１１を保護し、細繊維層１１の損傷を抑制しているからである。   Moreover, if it is the said solid phase method or a liquid phase method, the electrode 1 can be manufactured with high productivity by the roll to roll (roll-to-roll) system. Specifically, the fine fiber layer 11 is formed on the surface of the thick fiber layer 10 by a solid phase method or a liquid phase method while the thick fiber layer 10 wound around the first roll is fed out to the second roll. The electrode 1 on which the fine fiber layer 11 is formed on the layer 10 is wound around a second roll. Here, the electrode 1 can be produced while winding the electrode 1 around the second roll because the thick fiber layer 10 mechanically protects the fine fiber layer 11 and suppresses damage to the fine fiber layer 11. is there.

（その他）
さらに電極１は、太繊維層１０の他面側に設けられる導電層１３を備える三層構造であっても良い（仮想線で示す部分を参照）。導電層１３は、細繊維層１１と同様の構成を採用することができる。図３に示すセルスタック２００では、電極１（図３では１０４，１０５）は、積層される双極板１２１，１２１の間に挟まれて圧縮される。太繊維層１０の双極板１２１側に、細繊維を主体とする導電層１３を設けることで、太繊維層１０と双極板１２１との接触面積を増加させ、接触抵抗を低減することができる。 (Other)
Furthermore, the electrode 1 may have a three-layer structure including a conductive layer 13 provided on the other surface side of the thick fiber layer 10 (see a portion indicated by an imaginary line). The conductive layer 13 can employ the same configuration as the fine fiber layer 11. In the cell stack 200 shown in FIG. 3, the electrode 1 (104 and 105 in FIG. 3) is sandwiched between the bipolar plates 121 and 121 to be stacked and compressed. By providing the conductive layer 13 mainly composed of fine fibers on the bipolar plate 121 side of the thick fiber layer 10, the contact area between the thick fiber layer 10 and the bipolar plate 121 can be increased and the contact resistance can be reduced.

［電極以外のＲＦ電池の構成］
上記電極１の説明にあたり、電極１以外のＲＦ電池１００（図２参照）の構成は従来と同じものを採用することができると述べた。しかし、上記電極１を用いてＲＦ電池１００を構成する場合、双極板１２１（図３上図参照）の表面に電解液が流れる流通溝を形成することが好ましい。双極板１２１に流通溝を形成することで、双極板１２１の全面から電極１（図３では１０４．１０５）に向かって電解液を供給することができ、電極１と電解液との間の電池反応がスムースに行なわれる。 [Configuration of RF battery other than electrodes]
In the description of the electrode 1, it was stated that the configuration of the RF battery 100 (see FIG. 2) other than the electrode 1 can be the same as the conventional one. However, when the RF battery 100 is configured using the electrode 1, it is preferable to form a flow channel through which the electrolytic solution flows on the surface of the bipolar plate 121 (see the upper diagram in FIG. 3). By forming the flow grooves in the bipolar plate 121, the electrolytic solution can be supplied from the entire surface of the bipolar plate 121 toward the electrode 1 (104.105 in FIG. 3), and the battery between the electrode 1 and the electrolytic solution can be supplied. The reaction is performed smoothly.

双極板１２１における流通溝の形成状態は、特に限定されない。例えば、電解液の供給側から排出側に繋がる一連長の流通溝を設けても良いし、電解液の供給側に繋がる供給側流通溝と、電解液の排出側に繋がる排出側流通溝と、を設けても良い。いずれの流通溝も、双極板のほぼ全面を網羅するように構成することが好ましい。   The formation state of the flow grooves in the bipolar plate 121 is not particularly limited. For example, it may be provided with a series of flow grooves connected from the electrolyte supply side to the discharge side, a supply-side flow groove connected to the electrolyte supply side, a discharge-side flow groove connected to the electrolyte discharge side, May be provided. Any of the flow grooves is preferably configured to cover almost the entire surface of the bipolar plate.

＜解析例＞
解析例では、二層構造の電極（下記条件Ｉ）を用いたＲＦ電池１００と単層構造の電極（下記条件ＩＩ）を用いたＲＦ電池１００を想定したシミュレーションを行ない、各ＲＦ電池１００のセル抵抗率（Ω・ｃｍ２）を求めた。具体的には、電池内部における電圧分布と電流分布を下記文献１に記載の計算手法により求め、電流通電時と非通電時のセル電圧の差から、セル抵抗率を得た。また、シミュレーションで用いる反応面積密度Ａは、電極繊維径をｄとしたときにＡがｄに反比例するという一般的な関係を用いて求めた。さらに、二層構造の電極において、電極繊維の空隙率をεとしたとき、各電極の液透過率Ｋはｄ２ε３／（１−ε）２に比例する（Ｃａｒｍａｎ−Ｋｏｚｅｎｙ則と呼ばれる）と仮定し、この液透過率が二層とも等しくなるように設定した。即ち、単層構造の電極と液流速分布が同一となるように、二層構造の電極の膜側の電極繊維空隙率を設定した。また、本解析例では、シミュレーション条件として、正極セル及び負極セルをそれぞれ一つずつ備える単セル構造のＲＦ電池を設定したが、簡易化のため、正極と負極は同じ構造であると仮定した。シミュレーションの条件を以下に示す。
・文献１…Ａ．Ａ．Ｓｈａｈ ｅｔ ａｌ．、「Ａ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｒｅｄｏｘ−ｆｌｏｗ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ ｓｏｌｕｂｌｅ ｓｐｅｃｉｅｓ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ ５３（２００８）、ｐ．８０８７−８１００ <Example of analysis>
In the analysis example, a simulation is performed assuming an RF battery 100 using a two-layer electrode (condition I below) and an RF battery 100 using a single-layer electrode (condition II below). The resistivity (Ω · cm 2 ) was determined. Specifically, the voltage distribution and the current distribution inside the battery were obtained by the calculation method described in the following document 1, and the cell resistivity was obtained from the difference between the cell voltage when the current was applied and when the current was not supplied. Further, the reaction area density A used in the simulation was obtained by using a general relationship that A is inversely proportional to d when the electrode fiber diameter is d. Furthermore, in a two-layer electrode, when the porosity of the electrode fiber is ε, the liquid permeability K of each electrode is proportional to d 2 ε 3 / (1-ε) 2 (called the Carman-Kozeny rule). It was assumed that the liquid permeability was the same for both layers. That is, the electrode fiber porosity on the membrane side of the two-layer structure electrode was set so that the liquid flow velocity distribution was the same as that of the single-layer structure electrode. In this analysis example, a single-cell RF battery including one positive electrode cell and one negative electrode cell is set as a simulation condition. However, for the sake of simplicity, it is assumed that the positive electrode and the negative electrode have the same structure. The simulation conditions are shown below.
Reference 1 ... A. A. Shah et al. "A dynamic performance model for redox-flow butteries involving solving specifications", Electrochimica Acta 53 (2008), p. 8087-8100

［条件Ｉ］
・電極１…太繊維層１０と細繊維層１１の二層構造
・太繊維層１０…太繊維の平均径＝１０μｍ 太繊維層１０の空隙率＝６０％ 太繊維層１０の厚み＝０．５ｍｍ 電極反応面積密度Ａ＝５０００［ｃｍ２／ｃｍ２］
・細繊維層１１…細繊維の平均径＝０．５μｍ 細繊維層１１の空隙率＝９９．３％ 細繊維層１１の厚み＝０．５ｍｍ 電極反応面積密度Ａ＝１０００００［ｃｍ２／ｃｍ２］
・電解液…充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ；充電深度と言うこともある）が５０％の硫酸バナジウム電解液
・電解液の流量…０．３ｃｃ／ｍｉｎ．／ｃｍ２
・充電密度…７０ｍＡ／ｃｍ２ [Condition I]
-Electrode 1 ... Two-layer structure of thick fiber layer 10 and thin fiber layer 11-Thick fiber layer 10 ... Average diameter of thick fibers = 10 µm Porosity of thick fiber layer 10 = 60% Thickness of thick fiber layer 10 = 0.5 mm Electrode reaction area density A = 5000 [cm 2 / cm 2 ]
Fine fiber layer 11: average diameter of fine fibers = 0.5 μm Porosity of fine fiber layer = 99.3% Thickness of fine fiber layer 11 = 0.5 mm Electrode reaction area density A = 100000 [cm 2 / cm 2 ]
Electrolyte: State of charge (sometimes referred to as charge depth) 50% vanadium sulfate electrolyte. Electrolyte flow rate: 0.3 cc / min. / Cm 2
・ Charge density: 70 mA / cm 2

［条件ＩＩ］
・電極…一層の多孔質層
・多孔質層…繊維の平均径＝１０μｍ 多孔質層の空隙率＝６０％ 多孔質層の厚み＝１．０ｍｍ
・電解液、その流量、充電密度…条件Ｉと同じ [Condition II]
-Electrode: One layer of porous layer-Porous layer: Average fiber diameter = 10 µm Porosity of porous layer = 60% Thickness of porous layer = 1.0 mm
・ Electrolyte, its flow rate, charge density: Same as condition I

以上の条件のもと、計算によりセル抵抗率を求めたところ、条件Ｉのセル抵抗率は０．５２Ω・ｃｍ２であり、条件ＩＩのセル抵抗率は１．１Ω・ｃｍ２であった。このシミュレーション結果から、平均繊維径が０．００５μｍ以上４μｍ以下の細繊維を含む細繊維層１１を電極１に設けた場合、セル抵抗率を大幅に低減できることが分かった。 When the cell resistivity was obtained by calculation under the above conditions, the cell resistivity in Condition I was 0.52 Ω · cm 2 and the cell resistivity in Condition II was 1.1 Ω · cm 2 . From this simulation result, it was found that when the fine fiber layer 11 including fine fibers having an average fiber diameter of 0.005 μm or more and 4 μm or less is provided on the electrode 1, the cell resistivity can be greatly reduced.

＜付記＞
以上説明した本発明の実施形態に関連して、更に以下の付記を開示する。 <Appendix>
The following additional notes are disclosed in relation to the embodiment of the present invention described above.

［付記１］
平均で０．００５μｍ以上４μｍ以下の径を有する導電性の細繊維を主体とする細繊維層を備える単層構造の電極。 [Appendix 1]
An electrode having a single layer structure comprising a fine fiber layer mainly composed of conductive fine fibers having a diameter of 0.005 μm or more and 4 μm or less on average.

付記１の電極によれば、電極における電池反応性を向上させることができる。既に説明したように、実施形態に係る電極１は、細繊維層１１を保持する基材としての太繊維層１０を備えているが、電池反応の主体となるのは細繊維層１１である。従って、電極１における電池反応の向上に着目すれば、平均で０．００５μｍ以上４μｍ以下の径を有する導電性の細繊維を主体とする細繊維層を備える１層構造の電極を用いることで、ＲＦ電池１００の電池性能を向上させることができる。実施形態１に匹敵するハンドリング性能を付記１の電極に持たせるのであれば、細繊維層１１が十分な強度を備えるように、細繊維層を構成する細繊維の材料を選択する必要がある。   According to the electrode of Supplementary Note 1, battery reactivity in the electrode can be improved. As already described, the electrode 1 according to the embodiment includes the thick fiber layer 10 as a base material that holds the fine fiber layer 11, but the fine fiber layer 11 is the main component of the battery reaction. Therefore, if attention is paid to the improvement of the battery reaction in the electrode 1, by using an electrode having a single-layer structure including a fine fiber layer mainly composed of conductive fine fibers having a diameter of 0.005 μm to 4 μm on average, The battery performance of the RF battery 100 can be improved. If the electrode according to Supplementary Note 1 has handling performance comparable to that of the first embodiment, it is necessary to select a material for the fine fibers constituting the fine fiber layer so that the fine fiber layer 11 has sufficient strength.

付記１の電極においても、実施形態の細繊維層１１と同様の構成（空隙率など）を採用することができる。   Also in the electrode of appendix 1, the same configuration (such as porosity) as that of the fine fiber layer 11 of the embodiment can be adopted.

本発明の電極は、レドックスフロー電池や燃料電池といった流体流通型電池の電極として好適に利用可能である。また、本発明のレドックスフロー電池は、負荷平準用途や瞬低・停電対策用の電池として好適に利用することができる。   The electrode of the present invention can be suitably used as an electrode of a fluid flow type battery such as a redox flow battery or a fuel cell. In addition, the redox flow battery of the present invention can be suitably used as a battery for load leveling or for measures against instantaneous voltage drop and power failure.

１００ レドックスフロー電池（ＲＦ電池）
１００Ｃ 電池セル
１０１ 隔膜 １０２ 正極セル １０３ 負極セル
１０４ 正極電極 １０５ 負極電極
１０６ 正極用タンク １０７ 負極用タンク
１０８〜１１１ 配管
１１２，１１３ ポンプ
１ 電極
１０ 太繊維層 １１ 細繊維層 １３ 導電層
２００ セルスタック
１２０ セルフレーム １２１ 双極板 １２２ 枠体
１２３，１２４ 給液用マニホールド １２５，１２６ 排液用マニホールド
１２７ シール構造 100 Redox flow battery (RF battery)
100C Battery Cell 101 Diaphragm 102 Positive Electrode Cell 103 Negative Electrode Cell 104 Positive Electrode 105 Negative Electrode 106 Positive Electrode Tank 107 Negative Electrode Tank 108-111 Piping 112, 113 Pump 1 Electrode 10 Thick Fiber Layer 11 Fine Fiber Layer 13 Conductive Layer 200 Cell Stack 120 Cell frame 121 Bipolar plate 122 Frame body 123, 124 Manifold for liquid supply 125, 126 Manifold for drainage 127 Seal structure

Claims (11)

流体流通型電池に用いられる電極であって、
平均で５μｍ以上２０μｍ以下の径を有する導電性の太繊維を主体とする太繊維層と、
平均で０．００５μｍ以上４μｍ以下の径を有する導電性の細繊維を主体とし、前記太繊維層の一面側に設けられる細繊維層と、
を備える電極。 An electrode used in a fluid flow type battery,
A thick fiber layer mainly composed of conductive thick fibers having an average diameter of 5 μm to 20 μm;
A fine fiber layer mainly composed of conductive fine fibers having a diameter of 0.005 μm or more and 4 μm or less on average, provided on one side of the thick fiber layer;
Electrode. 前記細繊維層の空隙率が８０％以上９９．９％以下で、かつ、前記太繊維層の空隙率が６０％以上９０％以下である請求項１に記載の電極。   The electrode according to claim 1, wherein the fine fiber layer has a porosity of 80% or more and 99.9% or less, and the thick fiber layer has a porosity of 60% or more and 90% or less. 前記細繊維層の空隙率が前記太繊維層の空隙率よりも高い請求項１または請求項２に記載の電極。   The electrode according to claim 1 or 2, wherein a porosity of the fine fiber layer is higher than a porosity of the thick fiber layer. 前記細繊維層が固相法あるいは液相法によって形成されている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電極。   The electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein the fine fiber layer is formed by a solid phase method or a liquid phase method. 前記電極が前記細繊維層と前記太繊維層との二層構造である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電極。   The electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrode has a two-layer structure of the fine fiber layer and the thick fiber layer. 前記電極はさらに、前記細繊維を主体とする導電性の層であって、前記太繊維層の他面側に設けられる導電層を備える三層構造である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電極。   5. The electrode according to claim 1, further comprising a conductive layer mainly composed of the fine fibers and having a conductive layer provided on the other surface side of the thick fiber layer. 2. The electrode according to item 1. 前記細繊維層の平均厚みが１０μｍ以上５００μｍ以下で、かつ、前記太繊維層の平均厚みが１００μｍ以上５００μｍ以下である請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電極。   The average thickness of the said fine fiber layer is 10 micrometers or more and 500 micrometers or less, and the average thickness of the said thick fiber layer is 100 micrometers or more and 500 micrometers or less, The electrode of any one of Claims 1-6. 前記細繊維層の平均厚みが前記太繊維層の平均厚みよりも大きい請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の電極。   The electrode according to any one of claims 1 to 7, wherein an average thickness of the fine fiber layer is larger than an average thickness of the thick fiber layer. 前記太繊維層の引張強度が、９８ｋＰａ以上である請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の電極。   The electrode according to any one of claims 1 to 8, wherein the thick fiber layer has a tensile strength of 98 kPa or more. 前記太繊維層が、カーボンペーパーまたはカーボンクロスである請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の電極。   The electrode according to any one of claims 1 to 9, wherein the thick fiber layer is carbon paper or carbon cloth. 請求項１に記載の電極を備えるレドックスフロー電池。   A redox flow battery comprising the electrode according to claim 1.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017134938A (en) * 2016-01-26 2017-08-03 学校法人智香寺学園埼玉工業大学 Redox secondary battery system
WO2018110498A1 (en) 2016-12-13 2018-06-21 東レ株式会社 Electrode, redox flow battery, and method for producing electrode
WO2018123965A1 (en) * 2016-12-28 2018-07-05 昭和電工株式会社 Redox flow battery
WO2018198252A1 (en) * 2017-04-26 2018-11-01 日立化成株式会社 Secondary battery, secondary battery system, and electricity-generating system
CN109196686A (en) * 2016-05-27 2019-01-11 洛克希德马丁能源有限责任公司 Flow battery and its production method and application containing the electrode with density gradient
EP3525274A4 (en) * 2017-02-28 2019-11-20 LG Chem, Ltd. Electrode structure and redox flow battery comprising same
JP2020501298A (en) * 2016-11-09 2020-01-16 大連融科儲能技術発展有限公司 Electrode structure of flow battery, flow battery bank and sealed structure of flow battery bank
JP2020035732A (en) * 2018-08-24 2020-03-05 旭化成株式会社 Electrode for redox flow battery
CN115911411A (en) * 2022-11-24 2023-04-04 寰泰储能科技股份有限公司 All-vanadium redox flow battery electrode containing active carbon nanofiber layer and preparation method thereof

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017134938A (en) * 2016-01-26 2017-08-03 学校法人智香寺学園埼玉工業大学 Redox secondary battery system
CN109196686A (en) * 2016-05-27 2019-01-11 洛克希德马丁能源有限责任公司 Flow battery and its production method and application containing the electrode with density gradient
JP2019517710A (en) * 2016-05-27 2019-06-24 ロッキード マーティン エナジー, エルエルシーLockheed Martin Energy, Llc Flow cell with density gradient electrode and method of making and using the same
JP2020501298A (en) * 2016-11-09 2020-01-16 大連融科儲能技術発展有限公司 Electrode structure of flow battery, flow battery bank and sealed structure of flow battery bank
US11735747B2 (en) 2016-11-09 2023-08-22 Dalian Rongkepower Co., Ltd Electrode structure including electrode fiber having higher density of vertical tows to parallel tows, flow battery stack including the same, and sealing structure including sealing gaskets connected by sealing wire
JP7128812B2 (en) 2016-11-09 2022-08-31 大連融科儲能技術発展有限公司 Electrode structure of flow battery, flow battery stack and sealing structure of flow battery stack
US11063263B2 (en) * 2016-11-09 2021-07-13 Dalian Rongkepower Co., Ltd Electrode structure including electrode fiber having higher density of vertical tows to parallel tows, flow battery stack including the same, and sealing structure including sealing gaskets connected by sealing wire
WO2018110498A1 (en) 2016-12-13 2018-06-21 東レ株式会社 Electrode, redox flow battery, and method for producing electrode
KR20190088050A (en) 2016-12-13 2019-07-25 도레이 카부시키가이샤 Electrode, redox flow cell and method of manufacturing electrode
JP6434192B2 (en) * 2016-12-28 2018-12-05 昭和電工株式会社 Redox flow battery
CN110100343A (en) * 2016-12-28 2019-08-06 昭和电工株式会社 Redox flow batteries
JPWO2018123965A1 (en) * 2016-12-28 2018-12-27 昭和電工株式会社 Redox flow battery
WO2018123965A1 (en) * 2016-12-28 2018-07-05 昭和電工株式会社 Redox flow battery
EP3525274A4 (en) * 2017-02-28 2019-11-20 LG Chem, Ltd. Electrode structure and redox flow battery comprising same
US11309565B2 (en) 2017-02-28 2022-04-19 Lg Chem, Ltd. Electrode structure and redox flow battery comprising same
WO2018198252A1 (en) * 2017-04-26 2018-11-01 日立化成株式会社 Secondary battery, secondary battery system, and electricity-generating system
JP2020035732A (en) * 2018-08-24 2020-03-05 旭化成株式会社 Electrode for redox flow battery
CN115911411A (en) * 2022-11-24 2023-04-04 寰泰储能科技股份有限公司 All-vanadium redox flow battery electrode containing active carbon nanofiber layer and preparation method thereof
CN115911411B (en) * 2022-11-24 2023-09-01 寰泰储能科技股份有限公司 All-vanadium redox flow battery electrode containing active nano carbon fiber layer and preparation method thereof

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