JP2017168273A - Cell stack of flow battery - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a long-life cell stack of a flow battery, which can prevent the occurrence of an internal short circuit by avoiding the contact between a positive electrode electrolyte and a negative electrode electrolyte, which have exuded from positive and negative electrolyte solution flow paths formed in the cell stack.SOLUTION: A cell stack 10 is arranged by laminating a plurality of cells, each including a diaphragm 1, a positive electrode cell frame 2A, a negative electrode cell frame 2B, and a plurality of frame-like seal members 4. In each cell, means for preventing electrolyte solutions from being short-circuited are provided at a plurality of interfaces including at least, an interface of the positive electrode cell frame 2A and the seal member (4C) abutting against it, and an interface of the negative electrode cell frame 2B and the seal member (4D) abutting against it; the preventing means has the form of a protrusion 4p, a groove or the like, and serves to prevent the positive electrode electrolyte (+) and the negative electrode electrolyte (-) having exuded at the interfaces from touching each other. Thus, the electrolyte solutions having exuded at the interfaces are prevented from spreading to surrounding areas.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、フロー電池のセルスタックに関する。   The present invention relates to a cell stack of a flow battery.

近年、負荷の平準化、電力の瞬時低下、停電などの対策として、レドックスフロー電池を利用することが提案されている。レドックスフロー電池は、正極電解液に含まれるイオンと負極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大容量の蓄電池であって、特に、バナジウムイオンを用いるレドックスフロー電池は、電解液が単一元素系であるため、正極の電解液と負極の電解液とが混合しても、充電によって再生することができる等の多くの利点を有している。   In recent years, it has been proposed to use a redox flow battery as a countermeasure against load leveling, instantaneous power reduction, power failure, and the like. A redox flow battery is a large-capacity storage 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, and in particular, a redox flow using vanadium ions. Since the electrolyte is a single element system, the battery has many advantages such that it can be regenerated by charging even if the positive and negative electrolytes are mixed.

このようなレドックスフロー電池およびそれに用いられる従来のセルスタック（セルの積層体）の代表的な構成は、たとえば特許文献１，２に記載されている。このセルスタックは、水素イオンを透過させるイオン交換膜（隔膜）を挟んで正極側と負極側とに分けられたセル（１組の単位セル）を備え、このようなセルを複数組（複数単位）積層することにより構成されている。   Typical configurations of such a redox flow battery and a conventional cell stack (cell stack) used therein are described in Patent Documents 1 and 2, for example. This cell stack includes cells (one set of unit cells) divided into a positive electrode side and a negative electrode side with an ion exchange membrane (diaphragm) permeating hydrogen ions, and a plurality of such cells (multiple units). ) It is configured by stacking.

具体的には、図５の分解斜視図に示すように、前記セルスタック（符号３０）は、各セルの積層方向（積み重ね方向、図においては左右方向）中央に位置する隔膜１と、その両側に配置された矩形枠状の電極セルフレーム２（正極用２Ａおよび負極用２Ｂ。以下、正極セルフレーム２Ａ，負極セルフレーム２Ｂという。）と、各セルの積層方向両端部（セルとセルの境界）を形成する双極板３と、これら各セルフレームおよび隔膜の間にそれぞれ配置された、液封用の矩形枠状（フレーム形）のシール部材４（それぞれ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，・・・）と、セルスタックの厚み方向端部を形成する分液板５Ａ，５Ｂおよびエンドプレート（押さえ板）６Ａ，６Ｂ等から構成されている。   Specifically, as shown in the exploded perspective view of FIG. 5, the cell stack (reference numeral 30) includes a diaphragm 1 positioned in the center of each cell in the stacking direction (stacking direction, left-right direction in the figure), and both sides thereof. And a rectangular frame-shaped electrode cell frame 2 (positive electrode 2A and negative electrode 2B, hereinafter referred to as positive electrode cell frame 2A and negative electrode cell frame 2B), and both ends of each cell in the stacking direction (the boundary between the cells) ) And a rectangular frame-shaped (frame-shaped) sealing member 4 (4A, 4B, 4C, 4D, 4E, respectively) disposed between each cell frame and the diaphragm, respectively. .., And liquid separation plates 5A and 5B and end plates (pressing plates) 6A and 6B that form end portions in the thickness direction of the cell stack.

なお、前記セルスタック３０を構成する各部材の外形は、積層した際にセルスタック３０の外側面（外形）が凹凸の少ない滑らかな面となるように、ほぼ同一の形状に統一されている。また、セルスタック端部の分液板５Ａ（５Ｂ）と双極板３との間には、電池の充放電に用いる集電板（導電板）が配設されているが、この例では他の部材の陰に隠れて見えない。   Note that the outer shape of each member constituting the cell stack 30 is unified into almost the same shape so that the outer surface (outer shape) of the cell stack 30 becomes a smooth surface with less unevenness when stacked. In addition, a current collecting plate (conductive plate) used for charging / discharging the battery is disposed between the liquid separation plate 5A (5B) and the bipolar plate 3 at the end of the cell stack. It is hidden behind the member and cannot be seen.

セルスタック３０を構成する各構成部材（なかでも、矩形枠状の電極セルフレーム２，双極セルフレーム３ａおよびシール部材４）には、これらを厚み方向に重ね合わせた際に積層方向に重畳する共通部位（この例においては枠状またはフレーム形。以下、各部材の「共通重畳領域」という）が存在しており、この共通重畳領域内の同じ場所に相当する位置（図５の例では矩形枠状の四隅近傍の領域）に、ほぼ同じ開口形状の穴が、各部材それぞれに形成されている。   The component members constituting the cell stack 30 (in particular, the rectangular cell electrode cell frame 2, the bipolar cell frame 3a, and the seal member 4) are superposed in the stacking direction when they are stacked in the thickness direction. There is a part (in this example, a frame shape or a frame shape, hereinafter referred to as a “common overlapping region” of each member), and a position corresponding to the same place in the common overlapping region (in the example of FIG. 5, a rectangular frame) In the vicinity of the four corners of the shape, holes having substantially the same opening shape are formed in each member.

そして、図５のように、前記各部材を所定の順に厚み方向に積み重ねてセル（単位セル）を形成し、このセルを１組として厚み方向に複数組積み重ね、前記エンドプレート６Ａ，６Ｂ間に挟み込んだ状態で、これらエンドプレート６Ａ，６Ｂ間をボルト，ナット等の締結具（図示省略）を用いて積層方向に圧締めすることにより、前記各穴（たとえば、１ｓ，２ｓ，３ｓ，４ｓ，５ｓ等）がセル積層方向に連通して、このセルスタック３０の内部で電解液の配管の役割を担う「マニホールド」と呼ばれる、積層方向の貫通孔が形成される。   Then, as shown in FIG. 5, the members are stacked in the thickness direction in a predetermined order to form a cell (unit cell), and a plurality of the cells are stacked in the thickness direction as a set, and the end plates 6A and 6B are stacked. In the sandwiched state, the end plates 6A and 6B are clamped in the stacking direction using fasteners (not shown) such as bolts and nuts, so that the holes (for example, 1s, 2s, 3s, 4s, 5 s or the like) communicate with each other in the cell stacking direction, and a through hole in the stacking direction called “manifold” that plays a role of electrolyte piping inside the cell stack 30 is formed.

たとえば、この例では、セル積層方向に連通する前記貫通孔により、セルスタック３０のフレーム形状の下部（矩形枠状の下側領域または下辺部）に相当する位置には、正極電解液供給用マニホールドＳと負極電解液供給用マニホールドＴとが形成され、フレーム形状の上部（矩形枠状の上側領域または上辺部）に相当する位置には、正極電解液排出用マニホールドＵと負極電解液排出用マニホールドＶとが形成されている。   For example, in this example, the positive electrode electrolyte supply manifold is located at a position corresponding to the lower part of the frame shape of the cell stack 30 (the lower region or the lower side of the rectangular frame shape) by the through holes communicating in the cell stacking direction. S and a negative electrode electrolyte supply manifold T are formed, and a positive electrode electrolyte discharge manifold U and a negative electrode electrolyte discharge manifold are located at a position corresponding to the upper part of the frame shape (upper region or upper side of the rectangular frame shape). V is formed.

そして、一方の正極電解液（黒抜き矢印と「＋」で表示）は、前記正極電解液供給用マニホールドＳを介してセルスタック３０内に供給され、各正極セルフレーム２Ａに設けられた電解液供給用の枠部流路２ｐを通じて、正極電極１１を収容する各正極収容空間２１に分配されるようになっている。   One positive electrode electrolyte (indicated by a black arrow and “+”) is supplied into the cell stack 30 via the positive electrode electrolyte supply manifold S, and the electrolyte provided in each positive electrode cell frame 2A. It is distributed to each positive electrode accommodating space 21 that accommodates the positive electrode 11 through the supply frame portion flow path 2p.

また、各正極収容空間２１内で反応（充放電）が完了した正極電解液は、各正極収容空間２１の上部に設けられた電解液排出用の枠部流路２ｑを通じて、正極電解液排出用マニホールドＵに向けて流出し、このマニホールドＵを介して、電解液タンク等の貯蔵手段に回収される。すなわち、通常、フロー電池のセルスタックにおいては、一方の正極電解液と、他方の負極電解液とは、互いに触れ合うことなく、安全に循環するようになっている。なお、負極側（負極電解液：白抜き矢印と「−」で表示）も同様であるため、説明は省略する。   Further, the positive electrode electrolyte that has undergone the reaction (charge / discharge) in each positive electrode housing space 21 is used for discharging the positive electrode electrolyte solution through the electrolyte solution discharging frame portion channel 2q provided in the upper part of each positive electrode housing space 21. It flows out toward the manifold U, and is collected in a storage means such as an electrolyte tank through the manifold U. That is, normally, in a cell stack of a flow battery, one positive electrode electrolyte and the other negative electrode electrolyte are safely circulated without touching each other. Note that the negative electrode side (negative electrode electrolyte: indicated by a white arrow and “−”) is the same, and the description thereof is omitted.

特開２００１−１５５７５８号公報JP 2001-155758 A 特開２０１３−８０６１１号公報JP 2013-80611 A

ところで、前記レドックスフロー電池のセルスタックにおいては、前述のように、セルスタック全体を締結具によって積層方向に圧縮（圧締め）し、セルを構成する各部材〔電極セルフレーム２，双極板３（双極セルフレーム３ａ）および隔膜１〕間に介在配置された各シール部材４を、前記各部材の表裏面に密着させることにより、前記電極収容空間（２１，２２）の密封と、前記各マニホールドＳ，Ｔ，Ｕ，Ｖ周りの液密とを維持している。   By the way, in the cell stack of the redox flow battery, as described above, the entire cell stack is compressed (clamped) in the stacking direction by a fastener, and each member constituting the cell [electrode cell frame 2, bipolar plate 3 ( Each sealing member 4 interposed between the bipolar cell frame 3a) and the diaphragm 1] is brought into close contact with the front and back surfaces of each member, thereby sealing the electrode housing spaces (21, 22) and each manifold S , T, U, V around the liquid tightness is maintained.

しかしながら、上記のような構成をとるセルスタックの場合、液密を担うシール部材の経年劣化や、部分的な締結具の緩み等に起因して、前記各マニホールドＳ，Ｔ，Ｕ，Ｖの周囲、特にポンプ等の圧送による圧力のかかる供給側の電解液流路（なかでも、電解液供給用の枠部流路２ｐの屈曲部、図５参照）の周囲から、電解液が滲み出たり、漏れ出たりする場合があった。   However, in the case of the cell stack having the above-described configuration, the surroundings of the manifolds S, T, U, and V are caused by the aging deterioration of the seal member responsible for liquid tightness, the partial looseness of fasteners, and the like. In particular, the electrolyte oozes out from the periphery of the electrolyte flow path on the supply side where pressure is applied by pumping or the like (in particular, the bent portion of the frame flow path 2p for supplying the electrolyte, see FIG. 5), There was a case of leaking.

このような電解液の漏れ等が発生した場合、正極電解液と負極電解液の接触による電気的短絡（ショート）や、それに伴う構成部材の損傷や性能低下等が発生するおそれがある。   When such leakage of the electrolytic solution occurs, there is a possibility that an electrical short circuit (short) due to contact between the positive electrode electrolytic solution and the negative electrode electrolytic solution, damage to the constituent members, performance degradation, or the like accompanying the short circuit may occur.

本発明の目的は、セルスタック内に形成された正負の電解液流路から滲み出た正極電解液と負極電解液の接触を回避させて内部短絡の発生を防止することのできる、寿命の長いフロー電池のセルスタックを提供することである。   The object of the present invention is to prevent the occurrence of an internal short circuit by avoiding contact between the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte that have oozed out from the positive and negative electrolyte flow paths formed in the cell stack. It is to provide a cell stack of a flow battery.

本発明は、厚み方向に向きを揃えて積層された複数のセルと、セル間の境界を構成する、複数の双極板と、を有するセルスタックであって、
前記セルは、それぞれ、イオン交換性を有する隔膜と、枠状の、内側に正極用の電極を収容する電極収容空間が形成された正極セルフレームと、枠状の、内側に負極用の電極を収容する電極収容空間が形成された負極セルフレームと、複数の、枠状のシール部材と、を備え、
前記複数のシール部材は、前記隔膜と前記正極セルフレームとの間に挟持された第１のシール部材と、前記隔膜と前記負極セルフレームとの間に挟持された第２のシール部材と、前記正極セルフレームと隣接する双極板との間に挟持された第３のシール部材と、前記負極セルフレームと隣接する双極板との間に挟持された第４のシール部材と、を含み、
前記セルスタックは、正極電解液流路と負極電解液流路とをさらに有し、正極電解液流路および負極電解液流路は、それぞれ、セルの積層方向に貫通するマニホールドと、前記マニホールドから分岐して前記各セルフレームの電極収容空間に連通する枠部流路と、を備え、
隔膜と第１のシール部材との界面、第１のシール部材と正極セルフレームとの界面、正極セルフレームと第３のシール部材との界面、第３のシール部材と双極板との界面、隔膜と第２のシール部材との界面、第２のシール部材と負極セルフレームとの界面、負極セルフレームと第４のシール部材との界面、および、第４のシール部材と双極板との界面、のうち、いずれかの界面に、該界面に滲出した正極電解液と負極電解液との接触を防止する、電解液の短絡防止手段が設けられていることを特徴とするフロー電池のセルスタックである。
また、本発明のフロー電池は、前記構成のセルスタックを、少なくとも１つ含むことを特徴とする。 The present invention is a cell stack having a plurality of cells stacked with their orientations aligned in the thickness direction, and a plurality of bipolar plates constituting boundaries between the cells,
Each of the cells includes an ion-exchange membrane, a frame-shaped positive electrode cell frame in which an electrode accommodating space for accommodating a positive electrode is formed, and a frame-shaped negative electrode on the inner side. A negative electrode cell frame in which an electrode housing space for housing is formed, and a plurality of frame-shaped sealing members,
The plurality of seal members include a first seal member sandwiched between the diaphragm and the positive electrode cell frame, a second seal member sandwiched between the diaphragm and the negative electrode cell frame, A third seal member sandwiched between the positive electrode cell frame and the adjacent bipolar plate; and a fourth seal member sandwiched between the negative electrode frame and the adjacent bipolar plate;
The cell stack further includes a positive electrolyte flow path and a negative electrolyte flow path. The positive electrolyte flow path and the negative electrolyte flow path are respectively formed from a manifold penetrating in the cell stacking direction and the manifold. A frame channel that branches and communicates with the electrode housing space of each cell frame, and
The interface between the diaphragm and the first seal member, the interface between the first seal member and the positive electrode cell frame, the interface between the positive electrode cell frame and the third seal member, the interface between the third seal member and the bipolar plate, the diaphragm And an interface between the second seal member, an interface between the second seal member and the negative electrode cell frame, an interface between the negative electrode cell frame and the fourth seal member, and an interface between the fourth seal member and the bipolar plate, A cell stack of a flow battery, characterized in that an electrolyte short-circuit prevention means for preventing contact between the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte that oozes out at the interface is provided at any of the interfaces. is there.
Moreover, the flow battery of the present invention includes at least one cell stack having the above-described configuration.

なお、本発明では、フロー電池のセルスタック（セル）を構成する各フレームの外形形状を「枠状」としたが、セルスタックの外形形状は、フロー電池の稼動（運用）時に、該フレームの上下や左右等の方向を識別・規定可能な形状であれば、円形等を含め、どのような枠形状のセルスタックにも適用可能である。また、「稼動」とは、所定の場所に所定の状態で設置され、通常の運用状態で、仕様どおりの性能を発揮することである。   In the present invention, the outer shape of each frame constituting the cell stack (cell) of the flow battery is a “frame shape”. However, the outer shape of the cell stack is the same as that of the frame during operation (operation) of the flow battery. Any shape can be applied to a cell stack having any frame shape including a circular shape as long as the shape can be identified and defined in the vertical and horizontal directions. Further, “operation” means that a device is installed at a predetermined location in a predetermined state and exhibits performance as specified in a normal operation state.

本発明のフロー電池のセルスタックによれば、各セルに電解液を供給し排出するマニホールドや、各電極セルフレームの電極収容空間に電解液を供給・排出する枠部流路（２ｐ，２ｑ）等から、電解液が滲み出したり、漏れ出たりした場合でも、漏れ出した一方の極性の電解液と、他方の極性の電解液との接触が防止される。したがって、本発明のフロー電池のセルスタックは、これら極性の異なる電解液どうしの接触による内部短絡等が防止される。また、このフロー電池のセルスタックは、前記短絡等に伴う構成部材の損傷や性能低下等の発生がなく、高い効率を長期に渡り維持できる、長寿命のセルスタックとすることができる。   According to the cell stack of the flow battery of the present invention, a manifold for supplying and discharging the electrolyte to each cell, and a frame channel (2p, 2q) for supplying and discharging the electrolyte to and from the electrode housing space of each electrode cell frame For example, even when the electrolyte oozes out or leaks out, contact between the leaked electrolyte with one polarity and the electrolyte with the other polarity is prevented. Therefore, in the cell stack of the flow battery of the present invention, an internal short circuit or the like due to contact between the electrolytes having different polarities is prevented. In addition, the cell stack of the flow battery can be a long-life cell stack that can maintain high efficiency over a long period of time without causing damage to constituent members or performance degradation due to the short circuit or the like.

本発明の第１実施形態であるレドックスフロー電池のセルスタックの構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the cell stack of the redox flow battery which is 1st Embodiment of this invention. （ａ）〜（ｃ）はいずれも、第１実施形態のレドックスフロー電池のセルスタックで用いられるシール部材の正面図である。(A)-(c) are all the front views of the sealing member used with the cell stack of the redox flow battery of 1st Embodiment. 本発明の第２実施形態であるレドックスフロー電池のセルスタックの構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the cell stack of the redox flow battery which is 2nd Embodiment of this invention. （ａ）〜（ｃ）はいずれも、第２実施形態のレドックスフロー電池のセルスタックで用いられるシール部材の正面図である。(A)-(c) are all the front views of the sealing member used with the cell stack of the redox flow battery of 2nd Embodiment. 従来のレドックスフロー電池のセルスタックの構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the cell stack of the conventional redox flow battery.

図１は、本発明の第１実施形態におけるレドックスフロー電池のセルスタックの構成を示す分解斜視図であり、図２（ａ）〜（ｃ）はいずれも、このセルスタックで用いられるシール部材の正面図である   FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a cell stack of a redox flow battery according to a first embodiment of the present invention. FIGS. 2A to 2C are all seal members used in this cell stack. It is a front view

本実施形態のレドックスフロー電池のセルスタック（以下、単に「セルスタック」と言い、図中の符号を１０とする）のセルは、図１に示すように、矩形状のイオン交換膜からなる隔膜１と、その隔膜１の厚み方向（図示左右方向）両側に配置された、矩形枠状の正極セルフレーム２Ａおよび負極セルフレーム２Ｂと、を備える。   The cell of the cell stack of the redox flow battery of the present embodiment (hereinafter simply referred to as “cell stack”, and the reference numeral in the figure is 10) is a diaphragm made of a rectangular ion exchange membrane as shown in FIG. 1 and a rectangular frame-shaped positive electrode cell frame 2A and a negative electrode cell frame 2B disposed on both sides of the diaphragm 1 in the thickness direction (the left-right direction in the drawing).

これら正極セルフレーム２Ａおよび負極セルフレーム２Ｂの、前記隔膜１を挟んださらに外側には、矩形状の双極板３がそれぞれ配置されており、各セルの積層方向両端部（セルとセルの境界）を形成している。この双極板３は、双極セルフレーム３ａの開口に双極板本体１３を配置して構成されている。双極板３は、双極板本体１３の構成材料を一枚のプレート状にしたものであってもよい。   A rectangular bipolar plate 3 is disposed on the further outside of the positive electrode cell frame 2A and the negative electrode cell frame 2B with the diaphragm 1 in between, and both end portions of each cell in the stacking direction (between the cells) Is forming. This bipolar plate 3 is configured by arranging a bipolar plate body 13 in the opening of the bipolar cell frame 3a. The bipolar plate 3 may be a plate made of the constituent material of the bipolar plate body 13.

そして、前記各部材を、その外形（フレームの外形）を揃えて、双極板３−正極セルフレーム２Ａ−隔膜１−負極セルフレーム２Ｂ−双極板３（次のセルの一端を兼ねる）の順に、それぞれの間に後記の枠状のシール部材４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを挟み込みながら、厚み方向に積み重ねる（密着させる）ことにより、積層の単位となる１組のセル（単位セル）が形成されている。   Then, the respective members are arranged in the order of the bipolar plate 3-positive electrode cell frame 2A-diaphragm 1-negative cell frame 2B-bipolar plate 3 (also serving as one end of the next cell), with the outer shape (frame outer shape) aligned. A pair of cells (unit cells) serving as a unit of lamination is formed by stacking (adhering) in the thickness direction while sandwiching frame-shaped sealing members 4A, 4B, 4C, and 4D described later between each of them. Yes.

なお、前記隔膜１とその両側に配置された双極板３とは不透液性である。そして、双極板３−正極セルフレーム２Ａ−隔膜１−負極セルフレーム２Ｂ−双極板３の間（対向する面の間であり界面）がそれぞれ、矩形枠状のシール部材４（それぞれ第１のシール部材４Ａ，第２のシール部材４Ｂ，第３のシール部材４Ｃ，第４のシール部材４Ｄ）により液密に保持される。そのため、これら各部材（フレーム）を重ね合わせて圧着（圧締め）した場合、該隔膜１の厚み方向両側に、枠状の正極セルフレーム２Ａの内側空間（空洞）からなる電極収容空間（正極収容空間２１）と、枠状の負極セルフレーム２Ｂの内側空間（空洞）からなる電極収容空間（負極収容空間２２）とが、対になるように形成される。そして、これら正極収容空間２１内および負極収容空間２２内には、正極電極１１および負極電極１２として、それぞれ、カーボンフェルト等の導電体が嵌め入れられている（図を参照）。   In addition, the said diaphragm 1 and the bipolar plate 3 arrange | positioned at the both sides are liquid-impermeable. Between the bipolar plate 3-positive cell frame 2A-diaphragm 1-negative cell frame 2B-dipole plate 3 (between the opposing surfaces and the interface), each of the rectangular frame-shaped sealing members 4 (each of the first seals). 4A, the second seal member 4B, the third seal member 4C, and the fourth seal member 4D). Therefore, when these members (frames) are overlapped and pressure-bonded (clamped), the electrode housing space (positive electrode housing) formed by the inner space (cavity) of the frame-shaped positive electrode cell frame 2A on both sides of the diaphragm 1 in the thickness direction. The space 21) and the electrode accommodating space (negative electrode accommodating space 22) formed by the inner space (cavity) of the frame-shaped negative electrode cell frame 2B are formed to be a pair. In the positive electrode accommodating space 21 and the negative electrode accommodating space 22, conductors such as carbon felt are respectively fitted as the positive electrode 11 and the negative electrode 12 (see the drawing).

また、前記１組のセルをその厚み方向に複数組積み重ねて形成されるセルスタック１０の積層方向（図示左右方向）両端部には、それぞれ、板状の分液板５Ａ，５Ｂと、前記セルを複数組積み重ねたセルスタックを圧締めするために用いるエンドプレート（押さえ板）６Ａ，６Ｂと、電池の充放電に用いられる集電板（図示省略）とが、配設されている。   Further, at both ends in the stacking direction (left-right direction in the drawing) of the cell stack 10 formed by stacking a plurality of sets of the one set in the thickness direction, respectively, plate-shaped liquid separation plates 5A and 5B and the cell End plates (pressing plates) 6A and 6B that are used to clamp a cell stack in which a plurality of sets are stacked, and current collector plates (not shown) that are used for charging and discharging the battery are disposed.

一方、それぞれが矩形枠状の電極セルフレーム２（２Ａ，２Ｂ）およびシール部材４（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ）と、それぞれが板状の隔膜１、双極板３、分液板５（５Ａ，５Ｂ）およびエンドプレート６（６Ａ，６Ｂ）には、前記矩形枠状（フレーム形状）において対向する２つの辺部（図中では上側の上枠部と下側の下枠部）に対応する、各部材共通の位置（前記「共通重畳領域」）に、同形状の穴が、互いに距離を空けて、各辺部あたり２つ、合計４つ設けられている。   On the other hand, the electrode cell frame 2 (2A, 2B) and the sealing member 4 (4A, 4B, 4C, 4D) each having a rectangular frame shape, and the plate-shaped diaphragm 1, the bipolar plate 3, and the liquid separation plate 5 (5A), respectively. , 5B) and the end plate 6 (6A, 6B) correspond to two opposing sides in the rectangular frame shape (frame shape) (upper upper frame portion and lower lower frame portion in the figure). In the common position of each member (the “common overlapping region”), two holes of the same shape are provided at a distance from each other, two for each side.

なお、図では、各部材における前記４つの穴のうち、図示下側の枠状の下側領域（下辺部）に設けられた穴には、各部材の符号に添え字“ｓ”または“ｔ”を付した符号を用いている。また、図示上側の枠状の上側領域（上枠部）に設けられた穴には、各部材の符号に添え字“ｕ”または“ｖ”を付した符号を用いている。   In the figure, out of the four holes in each member, the holes provided in the lower region (lower side portion) of the lower frame in the figure are suffixed with the suffix “s” or “t” to the reference numerals of the members. The symbol with “” is used. Further, in the holes provided in the upper frame-like region (upper frame portion) in the figure, the reference numerals with “u” or “v” added to the reference numerals of the respective members are used.

そして、図１のように、前記各部材を所定の順に厚み方向に積み重ねてセル（単位セル）を形成し、このセルを１組として厚み方向に複数組積み重ね、これらを前記エンドプレート６Ａ，６Ｂの間に挟み込んだ状態で、これらエンドプレート６Ａ，６Ｂ間をボルト，ナット等の締結具（図示省略）を用いて積層方向に圧締めし、「セルスタック形態」とすることにより、前記各穴（符号の添え字ｓ，ｔ，ｕ，ｖの穴）が、それぞれセル積層方向に連通して、マニホールドになる連通孔が形成される。   Then, as shown in FIG. 1, the members are stacked in the thickness direction in a predetermined order to form cells (unit cells), and a plurality of the cells are stacked in the thickness direction as a set, and these end plates 6A and 6B are stacked. The end plates 6A and 6B are clamped in the stacking direction using fasteners such as bolts and nuts (not shown) in a state of being sandwiched between the end plates 6A and 6B, thereby forming the “cell stack form”. The (subscript s, t, u, v holes) communicate with each other in the cell stacking direction to form a communication hole serving as a manifold.

具体的には、図１に記載の各セルを積層方向から圧締めしたセルスタック形態において、セルスタック１０のフレーム形状の下部（下枠部領域）の位置には、符号の添え字ｓの各穴の連通により正極電解液供給用マニホールドＳが形成され、符号の添え字ｔの各穴の連通により負極電解液供給用マニホールドＴが形成されている。   Specifically, in the cell stack form in which each cell shown in FIG. 1 is pressed from the stacking direction, each of the subscripts s of the symbol is placed at the position of the lower part (lower frame part region) of the frame shape of the cell stack 10. A positive electrode electrolyte supply manifold S is formed by the communication of the holes, and a negative electrode electrolyte supply manifold T is formed by the communication of the holes indicated by the subscript t.

また、前記セルスタック形態において、セルスタック１０のフレーム形状の上部（上枠部領域）の位置には、符号の添え字ｕの各穴の連通により正極電解液排出用マニホールドＵが形成され、符号の添え字ｖの各穴の連通により負極電解液排出用マニホールドＶが形成されている。   Further, in the cell stack configuration, a positive electrode electrolyte discharge manifold U is formed at the position of the upper portion (upper frame region) of the frame shape of the cell stack 10 by the communication of each hole of the subscript u of the reference symbol. The negative electrode electrolyte discharge manifold V is formed by the communication of each hole of the subscript v.

そして、前記正極電解液供給用マニホールドＳと負極電解液供給用マニホールドＴとを通じて供給された電解液〔正極電解液（黒抜き矢印と「＋」で表示）と負極電解液（白抜き矢印と「−」で表示）〕とは、各マニホールドＳ，Ｔから分岐した供給用の枠部流路２ｐを通じて、それぞれ、正極電極１１を収容する正極収容空間２１と、負極電極１２を収容する負極収容空間２２とに、互いに接触することなく供給される。   The electrolyte supplied through the positive electrode electrolyte supply manifold S and the negative electrode electrolyte supply manifold T [the positive electrode electrolyte (indicated by a black arrow and “+”)] and the negative electrode electrolyte (a white arrow and “ − ”)]] Means a positive electrode accommodating space 21 for accommodating the positive electrode 11 and a negative electrode accommodating space for accommodating the negative electrode 12 through the supply frame channel 2p branched from the manifolds S and T, respectively. 22 without being in contact with each other.

なお、下枠部の供給用の枠部流路２ｐは、正極セルフレーム２Ａのシール部材４Ｃ側の面に形成された凹溝とそれを蓋するシール部材４Ｃにより、または、負極セルフレーム２Ｂのシール部材４Ｄ側の面に形成された凹溝とそれを蓋するシール部材４Ｄにより、形成されている。上枠部の排出用の枠部流路２ｑも、同様の構成である。   In addition, the frame portion flow path 2p for supplying the lower frame portion is formed by a concave groove formed on the surface of the positive electrode cell frame 2A on the seal member 4C side and the seal member 4C that covers the groove, or on the negative electrode cell frame 2B. It is formed by a concave groove formed on the surface on the seal member 4D side and a seal member 4D that covers the groove. The frame portion flow path 2q for discharging the upper frame portion has the same configuration.

このような構成の場合、供給用の枠部流路２ｐ内の内圧が高くなることがある。また、この供給用の枠部流路２ｐの屈曲部は、反対極性の電解液が流れるマニホールドに、接近して設けられている（距離が近い）ため、この屈曲部から電解液が滲み出したり漏れたりした場合、早期に、極性の異なる電解液どうしが接触して、これらの間に、電気的な内部短絡が発生するおそれがある。   In such a configuration, the internal pressure in the supply frame portion flow path 2p may increase. In addition, the bent portion of the supply frame channel 2p is provided close to (close to) the manifold through which the electrolyte of opposite polarity flows, so that the electrolyte oozes out from the bent portion. In the case of leakage, electrolytes with different polarities come into contact with each other at an early stage, and an electrical internal short circuit may occur between them.

そこで、本実施形態のセルスタック１０は、セルを構成する各構成部材（電極セルフレーム２，双極板３および隔膜１等）の間に挟み込まれてセルスタックの液密を担う各シール部材４（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ）の、前記各構成部材と対向する面（圧締めされた際の当接面であり界面）に、セル上下方向に伸びる突条（リブ）４ｐが、本発明の電解液の短絡防止手段として設けられている。これが本発明の特徴である。   Therefore, the cell stack 10 of the present embodiment includes each sealing member 4 (which is sandwiched between the constituent members constituting the cell (electrode cell frame 2, bipolar plate 3, diaphragm 1 and the like) and is responsible for liquid tightness of the cell stack ( 4A, 4B, 4C, 4D, 4E) on the surface (the contact surface and interface when pressed) that faces each of the above-mentioned constituent members is provided with ribs 4p extending in the vertical direction of the cell. It is provided as a means for preventing the short circuit of the electrolytic solution of the invention. This is a feature of the present invention.

前記突条４ｐは、シール部材４の表面から断面凸状に突出するリブ形状であり、たとえば、正極電解液供給用マニホールドＳと負極電解液供給用マニホールドＴとの間、および、正極電解液排出用マニホールドＵと負極電解液排出用マニホールドＶとの間など、枠状の同じ辺部（枠部）において隣り合う、流れる電解液の極性の異なるマニホールド同士の間を分断する（堰き止める）ように設けられる。   The protrusion 4p has a rib shape that protrudes in a convex shape from the surface of the seal member 4, for example, between the positive electrode electrolyte supply manifold S and the negative electrode electrolyte supply manifold T, and the positive electrode electrolyte discharge. So as to divide (damb) between adjacent manifolds with different polarities of the flowing electrolyte, such as between the manifold U and the negative electrode electrolyte discharge manifold V, which are adjacent to each other in the same frame-shaped side (frame). Provided.

なお、前記突条４ｐは、必ずしも全てのシール部材４に設ける必要はなく、電解液の滲み出しや漏れの発生し易い箇所にのみ設けてもよい。たとえば、図１の第１実施形態のセルスタック１０であれば、少なくとも、前記正極セルフレーム２Ａと前記シール部材４Ｃの当接面（界面）の一方側（シール部材４Ｃ）と、前記負極セルフレーム２Ｂと前記シール部材４Ｄの当接面（界面）の一方側（シール部材４Ｄ）とに、設けられていてもよい。   The protrusions 4p are not necessarily provided on all the sealing members 4, and may be provided only at locations where the electrolyte solution oozes or leaks easily. For example, in the cell stack 10 according to the first embodiment of FIG. 1, at least one side (seal member 4C) of the contact surface (interface) between the positive electrode cell frame 2A and the seal member 4C and the negative electrode cell frame. 2B and one side (seal member 4D) of the contact surface (interface) of the seal member 4D may be provided.

また、電解液の短絡防止手段は、正極電解液用の枠部流路２ｐ，２ｑを構成する凹溝が、正極セルフレーム２Ａのシール部材４Ａ側の面に形成されている場合には、シール部材４Ａに、負極電解液用の枠部流路２ｐ，２ｑを構成する凹溝が負極セルフレーム２Ｂのシール部材４Ｂ側の面に形成されている場合には、シール部材４Ｂに設ければよい。すなわち、短絡防止手段は、凹溝形成面と対向するシール部材に設ければよい。そして、排出用の枠部流路２ｑ内の内圧よりも、供給用の枠部流路２ｐ内の内圧が高くなるため、少なくとも供給用の枠部流路２ｐ側に設けられていればよい。   Further, the electrolytic solution short-circuit prevention means can be used when the concave grooves constituting the positive electrode electrolyte solution frame channels 2p and 2q are formed on the surface of the positive electrode cell frame 2A on the seal member 4A side. If the member 4A is provided with concave grooves constituting the frame passages 2p and 2q for the negative electrode electrolyte on the surface of the negative electrode cell frame 2B on the seal member 4B side, the groove may be provided on the seal member 4B. . That is, the short-circuit prevention means may be provided on the seal member facing the concave groove forming surface. Since the internal pressure in the supply frame portion flow path 2p is higher than the internal pressure in the discharge frame portion flow path 2q, it is only necessary to be provided at least on the supply frame portion flow path 2p side.

さらに、前記突条４ｐのシール部材上の形成位置は、たとえば前記正極セルフレーム２Ａに当接する第３のシール部材４Ｃの場合、図２（ａ）の正面図（正極セルフレーム２Ａ側から見た場合）に示すように、上枠部の突条４ｐと下枠部の突条４ｐとは、ともに、セルフレーム上において反対極性の電解液どうしが最も接近する領域（先に述べた、供給用の枠部流路２ｐの屈曲部と反対極性の電解液が流れるマニホールドとの間、および、排出用の枠部流路２ｑの屈曲部と反対極性の電解液が流れるマニホールドとの間）に対応する位置に、前記領域を縦方向に分断する形状（直線状）に形成されている。ちなみに、図２（ａ）においては、前記正極セルフレーム２Ａの構成である「供給用の枠部流路２ｐの屈曲部」と「排出用の枠部流路２ｑの屈曲部」の対応位置を分かり易くするために、これらの枠部流路２ｐ，２ｑの該第３のシール部材４Ｃに対する投影位置を、仮想線（二点鎖線）として描いている。   Further, the formation position of the protrusion 4p on the seal member is, for example, in the case of the third seal member 4C contacting the positive electrode cell frame 2A, as seen from the front view of FIG. 2A (viewed from the positive electrode cell frame 2A side). As shown in FIG. 4, the upper frame protrusion 4p and the lower frame protrusion 4p are both in the region where the electrolytes of opposite polarities are closest to each other on the cell frame (described above, for supply) Between the bent portion of the frame channel 2p and the manifold through which the opposite polarity electrolyte flows, and between the bent portion of the discharge frame channel 2q and the manifold through which the opposite polarity electrolyte flows) The region is formed in a shape (linear shape) that divides the region in the vertical direction. Incidentally, in FIG. 2A, the corresponding positions of the “bent portion of the supply frame portion flow path 2p” and the “bending portion of the discharge frame portion flow path 2q” which are the configurations of the positive electrode cell frame 2A are shown. In order to make it easy to understand, the projection positions of the frame portion flow paths 2p and 2q with respect to the third seal member 4C are drawn as virtual lines (two-dot chain lines).

前記突条は、内部を流れる電解液の極性の異なるマニホールドどうしの間を分断する形状であれば、その平面形状は特に限定されない。たとえば、図２（ｂ）に示すように、各マニホールドを個別に囲う円形状（突条４ｐ’）または楕円形状としてもよく、図２（ｃ）のように、マニホールドの周囲を囲って、漏れ出た電解液を電極収容空間側に案内する形状（案内路状の突条４ｐ”）としてもよい。また、種々の平面形状の突条を、１つのシール部材面上で混在させたり、組み合わせたりしてもよい。前記突条の個数（本数）も特に制限はないが、電解液の堰として機能させるためには、断続状ではなく、できる限り長く続く連続線状もしくは無端状とすることが、望ましい。   The planar shape of the protrusion is not particularly limited as long as it is a shape that divides between manifolds having different polarities of the electrolyte flowing through the protrusion. For example, as shown in FIG. 2 (b), a circular shape (projection 4p ′) or an ellipse shape surrounding each manifold individually may be used. As shown in FIG. It is good also as the shape (guide-path-like protrusion 4p ") which guides the electrolyte solution which came out to the electrode accommodation space side. Moreover, the protrusion of various planar shapes is mixed on one sealing member surface, or it combines. The number of the ridges (number) is not particularly limited, but in order to function as an electrolyte weir, it is not continuous but is continuous or endless as long as possible. Is desirable.

また、シール部材４から突出する突条部分の断面形状も、凸形等の矩形や、台形状、三角形状等の多角形状あるいは半円や半楕円等の形状としてもよく、種々の断面形状の突条を、１つのシール部材面上で混在させてもよい。   Further, the cross-sectional shape of the protruding portion protruding from the seal member 4 may be a rectangular shape such as a convex shape, a polygonal shape such as a trapezoidal shape, a triangular shape, or a semicircular or semi-elliptical shape, and may have various cross-sectional shapes. The protrusions may be mixed on one seal member surface.

さらに、前記突条は、その積層方向両側に密着すべき部材が存在するため、図では見えない反対側（裏面側）の、各部材と対向する面（圧締めされた際の当接面）にも、同様の形状の突条が形成されていることが望ましい。なお、反対側（裏面側）の突条の形状や配置パターンは自由に設計することができるが、セル組み立ての際にシール部材の表裏を確認する煩雑さ（手間）を考慮すると、反対側（裏面側）の突条パターンも、図で見える表（おもて）面側と同一であることが、望ましい。   Furthermore, since there are members to be closely attached to both sides in the stacking direction of the ridge, the opposite side (back side) that is not visible in the figure, the surface facing each member (contact surface when pressed) In addition, it is desirable that protrusions having the same shape are formed. In addition, although the shape and arrangement pattern of the protrusion on the opposite side (back side) can be freely designed, considering the complexity (labor) of checking the front and back of the seal member during cell assembly, the opposite side ( It is desirable that the ridge pattern on the back side is also the same as the front (front) side visible in the figure.

さらにまた、前記突条は、前記シール部材４の該当面（当接面であり界面でもある）か、それに対向配置される部材の対向面（当接面であり界面）のどちらか一方の面、もしくはその両方の面に形成することができる。前記突条をシール部材４側に形成した場合は、その弾性により圧締め時に前記突条が変形して、該突条を対象面により強く密着させることができる。また、前記突条を対向する部材側に形成した場合、該部材に形成した突条は前記シール部材より硬く（硬度が高い）、耐久性に優れるため、圧締めされた状態でも、その堰き止め効果が長持ちする。   Furthermore, the protrusion is either a corresponding surface of the seal member 4 (which is an abutment surface and also an interface) or an opposing surface (an abutment surface and an interface) of a member disposed opposite thereto. Or both of them. When the protrusions are formed on the seal member 4 side, the protrusions can be deformed by pressing due to their elasticity, and the protrusions can be more closely attached to the target surface. Further, when the ridge is formed on the opposing member side, the ridge formed on the member is harder (higher hardness) than the seal member and has excellent durability. Long lasting effect.

以上のように、本実施形態のセルスタック１０は、各シール部材４における積層方向の界面（隣接する部材との当接面）に、電解液を堰き止める堰となる突条４ｐが設けられているため、電解液流路から漏れ出た電解液は、この界面で拡散せず、他方の電解液との接触が防がれている。   As described above, the cell stack 10 according to the present embodiment is provided with the protrusion 4p serving as a weir for damming the electrolyte solution on the interface in the stacking direction (contact surface with an adjacent member) of each seal member 4. Therefore, the electrolyte leaking out from the electrolyte flow path does not diffuse at this interface, and contact with the other electrolyte is prevented.

したがって、このレドックスフロー電池のセルスタック１０は、前記電解液の漏れに伴う構成部材の損傷や性能低下等の発生がなく、高い充放電効率を長期に渡り維持できる、長寿命のセルスタックとすることができる。   Therefore, the cell stack 10 of the redox flow battery is a long-life cell stack that can maintain high charge and discharge efficiency over a long period of time without causing damage to components or performance degradation due to leakage of the electrolyte. be able to.

なお、第１実施形態では、正極電解液供給用マニホールドＳと負極電解液供給用マニホールドＴとの間、および、正極電解液排出用マニホールドＵと負極電解液排出用マニホールドＶとの間に、突条４ｐ，４ｐ’，４ｐ”を設けたが、正極電解液供給用マニホールドＳ、負極電解液供給用マニホールドＴにおける内圧が大きいため、この間に突条４ｐ，４ｐ’，４ｐ”を設け、正極電解液排出用マニホールドＵと負極電解液排出用マニホールドＶとの間には突条を設けなくてもよい。   In the first embodiment, there are bumps between the positive electrode electrolyte supply manifold S and the negative electrode electrolyte supply manifold T, and between the positive electrode electrolyte discharge manifold U and the negative electrode electrolyte discharge manifold V. Although the strips 4p, 4p ′, and 4p ″ are provided, since the internal pressure in the positive electrode electrolyte supply manifold S and the negative electrode electrolyte supply manifold T is large, the protrusions 4p, 4p ′, and 4p ″ are provided between these to provide positive electrode electrolysis. There is no need to provide a protrusion between the liquid discharge manifold U and the negative electrode electrolyte discharge manifold V.

また、各部材の材料と厚みについては、たとえば、隔膜（イオン交換膜）が０．１〜０．２ｍｍ、カーボン樹脂で構成する双極板は１ｍｍ、カーボンフェルトで構成する正極および負極電極は２〜５ｍｍ、塩化ビニル等のプラスチック材で構成するセルフレームは１〜３ｍｍである。また、耐薬品性が要求されるシール部材はＥＰＴ（エチレンプロピレンゴム）から成り、硬さは５０〜８０度（タイプＡ デュロメータ）である。一例であるが、電解液の短絡防止手段が前記のような突条の場合、その幅は３ｍｍで高さ０．１〜０．２ｍｍ、後述のような溝の場合、その幅は２ｍｍで深さ０．０５〜０．１ｍｍである。   Further, regarding the material and thickness of each member, for example, the diaphragm (ion exchange membrane) is 0.1 to 0.2 mm, the bipolar plate made of carbon resin is 1 mm, and the positive electrode and negative electrode made of carbon felt are 2 to 2. The cell frame made of a plastic material such as 5 mm and vinyl chloride is 1 to 3 mm. Moreover, the sealing member for which chemical resistance is required is made of EPT (ethylene propylene rubber) and has a hardness of 50 to 80 degrees (type A durometer). For example, when the electrolytic solution short-circuit prevention means is a protrusion as described above, the width is 3 mm and the height is 0.1 to 0.2 mm, and in the case of a groove as described later, the width is 2 mm and the depth is deep. The thickness is 0.05 to 0.1 mm.

つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。
図３は、本発明の第２実施形態におけるレドックスフロー電池のセルスタックの構成を示す分解斜視図であり、図４（ａ）〜（ｃ）はいずれも、このセルスタックで用いられるシール部材の正面図である Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a configuration of a cell stack of a redox flow battery according to a second embodiment of the present invention. FIGS. 4A to 4C are all seal members used in the cell stack. It is a front view

本実施形態のレドックスフロー電池のセルスタック２０も、その基本的な構造は、前記第１実施形態のセルスタック１０と同様であり、間にシール部材４（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ等）を挟み込みながら、各部材〔双極板３−正極セルフレーム２Ａ−隔膜１−負極セルフレーム２Ｂ−双極板３（次のセルの一部を兼ねる）〕を積み重ねて構成されたセル（単位セル）を、厚さ方向に複数組積層し、その積層体を分液板５（５Ａ，５Ｂ）およびエンドプレート６（６Ａ，６Ｂ）の間に挟んで圧締めすることにより、形成されている。   The basic structure of the cell stack 20 of the redox flow battery of this embodiment is the same as that of the cell stack 10 of the first embodiment, and the seal member 4 (4A, 4B, 4C, 4D, etc.) is interposed therebetween. While sandwiching, a cell (unit cell) configured by stacking each member [dipolar plate 3-positive electrode cell frame 2A-diaphragm 1-negative electrode cell frame 2B-bipolar plate 3 (also serving as a part of the next cell)], A plurality of sets are stacked in the thickness direction, and the stacked body is sandwiched between the liquid separation plates 5 (5A, 5B) and the end plates 6 (6A, 6B) and pressed.

単独のセルにおいて前記第１実施形態と異なるのは、正極電解液（黒抜き矢印）と負極電解液（白抜き矢印）とが、それぞれ、電極収容空間（２１，２２）の上側から供給され、反応（充放電）後に、電極収容空間の下部から排出されるように構成されている点である。   In the single cell, the difference from the first embodiment is that the positive electrode electrolyte (black arrow) and the negative electrode electrolyte (white arrow) are respectively supplied from the upper side of the electrode housing spaces (21, 22), It is the point which is comprised so that it may discharge | emit from the lower part of electrode accommodation space after reaction (charging / discharging).

また、この電解液の供給方向の変更に伴い、正極電解液供給用マニホールドＳ（符号の添え字ｓの各穴からなる連通孔）と、負極電解液供給用マニホールドＴ（符号の添え字ｔの各穴からなる連通孔）とは、セルスタック２０のフレーム形状の上部（枠状の上側領域）にある穴を利用して形成されている。さらに、正極電解液排出用マニホールドＵ（符号の添え字ｕの各穴からなる連通孔）と、符号の添え字ｖの各穴の連通からなる負極電解液排出用マニホールドＶ（符号の添え字ｖの各穴からなる連通孔）とは、同様に、セルスタック２０のフレーム形状の下部（枠状の下側領域）にある穴を利用して形成されている。   Further, in accordance with the change in the electrolyte supply direction, the positive electrode electrolyte supply manifold S (communication hole made up of each hole of the symbol suffix s) and the negative electrode electrolyte supply manifold T (the symbol suffix t) The communication hole made up of each hole) is formed using a hole in the upper part of the frame shape of the cell stack 20 (the frame-shaped upper region). Further, a negative electrode electrolyte discharge manifold V (a reference suffix v) consisting of a communication of the positive electrode electrolyte discharge manifold U (a communication hole made up of each hole of the subscript u of the reference sign) and each hole of the reference letter subscript v. In the same manner, the communication hole formed by each hole is formed using a hole in the lower part of the frame shape of the cell stack 20 (the lower area of the frame shape).

そして、たとえば、上側の正極電解液供給用マニホールドＳを通じて供給された正極電解液（黒抜き矢印と「＋」で表示）は、正極収容空間２１の上部に、正極電極１１（および電解液の上液面）との間に液上空間（隙間）を設けるようにして配設された供給用の枠部流路２ｐを介して、前記電解液の上液面に、液滴として空中を落下（滴下）するように供給される。   For example, the positive electrode electrolyte supplied through the upper positive electrode electrolyte supply manifold S (indicated by a black arrow and “+”) is placed in the upper part of the positive electrode accommodating space 21 and above the positive electrode 11 (and the electrolyte). The liquid drops in the air as droplets on the upper liquid surface of the electrolyte solution via the supply frame channel 2p disposed so as to provide a liquid space (gap) between the liquid surface and the liquid surface). Drip).

正極収容空間２１内を流下中に反応（充放電）の完了した正極電解液は、正極収容空間２１の下部に設けられた排出用の枠部流路２ｑから、負極電解液とは別の経路で、正極電解液排出用マニホールドＵに向けて流出し、このマニホールドＵを介してタンク等に回収される。前記のような構成の第２実施形態のセルスタックは、電解液の流路の途中に、電気的絶縁区間（空間）を介在させているため、セル間で発生するシャントカレント・ロスが低減されている。   The positive electrode electrolyte that has been reacted (charged / discharged) while flowing down in the positive electrode accommodating space 21 is routed from the discharge frame portion channel 2q provided in the lower portion of the positive electrode accommodating space 21 to a path different from the negative electrode electrolyte. Then, it flows out toward the positive electrode electrolyte discharge manifold U and is collected in a tank or the like through the manifold U. In the cell stack of the second embodiment configured as described above, since an electrically insulating section (space) is interposed in the middle of the electrolyte flow path, shunt current loss generated between cells is reduced. ing.

なお、負極側（負極電解液：白抜き矢印と「−」で表示）も同様であるため、説明は省略する。   Note that the negative electrode side (negative electrode electrolyte: indicated by a white arrow and “−”) is the same, and the description thereof is omitted.

前記のような構成の第２実施形態のセルスタック２０における構造的特徴は、図３および図４に示すように、各部材（電極セルフレーム２，双極板３および隔膜１等）の間に挟み込まれてセルスタックの液密を担う各シール部材４（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ）の、前記各部材と対向する面（圧締めされた際の当接面）に、セル上下方向に伸びる溝４ｑが、本発明の電解液の短絡防止手段として設けられている点である。この溝４ｑは、前記各マニホールドＳ，Ｔ，Ｕ，Ｖから電解液が漏れ出た場合、その漏れ出た電解液を保持する液溜まりとして機能する。   The structural features of the cell stack 20 of the second embodiment configured as described above are sandwiched between members (electrode cell frame 2, bipolar plate 3, diaphragm 1, etc.) as shown in FIGS. In the vertical direction of the cell, the surface of each sealing member 4 (4A, 4B, 4C, 4D, 4E) that bears the liquid-tightness of the cell stack is opposed to the surface (contact surface when pressed) of each sealing member. The extending groove 4q is provided as a means for preventing a short circuit of the electrolytic solution of the present invention. The groove 4q functions as a liquid reservoir for holding the leaked electrolyte when the electrolyte leaks from the manifolds S, T, U, and V.

したがって、前記各電解液の流動中（電池の稼動中）に、シール部材４の経年劣化や部分的な締結具の緩み等に起因して、各電解液流路のいずれかから、一方の電解液が滲み出たり、漏れ出たりする不具合が発生した場合でも、本実施形態のレドックスフロー電池のセルスタック２０は、前記のように、各シール部材４における積層方向の界面（隣接する部材との当接面）に、電解液の液溜まりとなる溝４ｑが設けられているため、前記一方の電解液は、この界面で拡散せず、他方の電解液との接触が防止されている。これにより、前記レドックスフロー電池のセルスタック２０は、前記電解液の漏れに伴う構成部材の損傷や性能低下等の発生がなく、高い充放電効率を長期に渡り維持できる、長寿命のセルスタックとすることができる。   Accordingly, during the flow of each electrolyte solution (when the battery is in operation), one of the electrolyte flow paths is electrolyzed due to aging of the seal member 4 or partial loosening of the fasteners. Even in the case where a problem that the liquid oozes out or leaks out, the cell stack 20 of the redox flow battery according to the present embodiment has the interface in the stacking direction in each seal member 4 (with the adjacent member as described above). Since the groove 4q serving as a liquid reservoir for the electrolytic solution is provided on the contact surface), the one electrolytic solution does not diffuse at this interface, and contact with the other electrolytic solution is prevented. As a result, the cell stack 20 of the redox flow battery has a long-life cell stack that can maintain high charge / discharge efficiency over a long period of time without causing damage to components or performance degradation due to leakage of the electrolyte. can do.

なお、各セルフレームに設けられる供給用の枠部流路２ｐは、負極セルフレーム２Ｂのシール部材４Ｄ側の面に形成された凹溝、または正極セルフレーム２Ａのシール部材４Ｃ側の面に形成された凹溝と、この凹溝を閉塞する部材（たとえば、シール部材４Ｃ，４Ｄ）とで構成されている。このような場合には、供給用の枠部流路２ｐ内の内圧が高く、また、枠部流路２ｐと、マニホールドＳまたはマニホールドＴとの距離が近いため、図４（ａ）の第３のシール部材４Ｃの正面図（正極セルフレーム２Ａ側から見た場合）のように、これら供給用の枠部流路２ｐとマニホールドとの間に、前記溝４ｑを設けることが好ましい。   The supply frame portion flow path 2p provided in each cell frame is formed in a concave groove formed on the surface of the negative electrode cell frame 2B on the seal member 4D side or on the surface of the positive electrode cell frame 2A on the seal member 4C side. And a member (for example, seal members 4C and 4D) that closes the groove. In such a case, since the internal pressure in the supply frame portion flow path 2p is high and the distance between the frame portion flow path 2p and the manifold S or the manifold T is short, the third portion in FIG. As shown in the front view of the sealing member 4C (when viewed from the positive electrode cell frame 2A side), the groove 4q is preferably provided between the supply frame portion flow path 2p and the manifold.

また、電解液の短絡防止手段は、正極電解液用の枠部流路２ｐを構成する凹溝が、正極セルフレーム２Ａのシール部材４Ａ側の面に形成されている場合には、シール部材４Ａに、負極電解液用の枠部流路２ｐを構成する凹溝が負極セルフレーム２Ｂのシール部材４Ｂ側の面に形成されている場合には、シール部材４Ｂに設ければよい。すなわち、短絡防止手段は、凹溝形成面と対向するシール部材に設ければよい。   Further, the electrolytic solution short-circuit preventing means is configured such that when the concave groove constituting the frame passage 2p for the positive electrode electrolyte is formed on the surface of the positive electrode cell frame 2A on the seal member 4A side, the seal member 4A. In addition, in the case where the concave groove constituting the frame passage 2p for the negative electrode electrolyte is formed on the surface of the negative electrode cell frame 2B on the seal member 4B side, it may be provided on the seal member 4B. That is, the short-circuit prevention means may be provided on the seal member facing the concave groove forming surface.

すなわち、前記溝４ｑのシール部材上の形成位置は、たとえば前記正極セルフレーム２Ａに当接する第３のシール部材４Ｃの場合、図４（ａ）の正面図に示すように、上枠部の溝４ｑと下枠部の溝４ｑとは、ともに、セルフレーム上において反対極性の電解液どうしが最も接近する領域（供給用の枠部流路２ｐの屈曲部と反対極性の電解液が流れるマニホールドとの間、および、排出用の枠部流路２ｑの屈曲部と反対極性の電解液が流れるマニホールドとの間）に対応する位置に、前記領域を縦方向に分断する形状（直線状）に形成されている。なお、図４（ａ）においては、前記正極セルフレーム２Ａの構成である「供給用の枠部流路２ｐの屈曲部」と「排出用の枠部流路２ｑの屈曲部」の対応位置を分かり易くするために、これらの枠部流路２ｐ，２ｑの該第３のシール部材４Ｃに対する投影位置を、仮想線（二点鎖線）で描いている。   That is, the formation position of the groove 4q on the seal member is, for example, in the case of the third seal member 4C in contact with the positive electrode cell frame 2A, as shown in the front view of FIG. 4q and the groove 4q of the lower frame part are both the areas where the electrolytes of opposite polarities are closest to each other on the cell frame (the manifold through which the electrolyte of the opposite polarity flows from the bent part of the supply frame channel 2p). Between the bent portion of the discharge frame portion flow path 2q and the manifold through which the electrolyte of the opposite polarity flows), the region is formed in a shape (linear shape) that divides in the vertical direction. Has been. In FIG. 4A, the corresponding positions of “the bent portion of the supply frame portion flow path 2p” and “the bent portion of the discharge frame portion flow passage 2q”, which are the configurations of the positive electrode cell frame 2A, are shown. In order to make it easy to understand, the projection positions of the frame portion flow paths 2p and 2q with respect to the third seal member 4C are drawn with imaginary lines (two-dot chain lines).

また、上記第２実施形態の溝４ｑも、前記第１実施形態における突条４ｐ，４ｐ’，４ｐ”と同様の変形あるいは変更が可能である。すなわち、前記溝４ｑも、正極電解液供給用マニホールドＳと負極電解液供給用マニホールドＴとの間、および、正極電解液排出用マニホールドＵと負極電解液排出用マニホールドＶとの間など、矩形枠状の同じ辺部（枠部）において隣り合う、極性の異なるマニホールド同士の間を分断するように設けることを基本とする。   Further, the groove 4q of the second embodiment can be modified or changed in the same manner as the protrusions 4p, 4p ′, 4p ″ in the first embodiment. That is, the groove 4q is also used for supplying the positive electrode electrolyte. Adjacent on the same side (frame) of the rectangular frame shape, such as between the manifold S and the negative electrode electrolyte supply manifold T, and between the positive electrode electrolyte discharge manifold U and the negative electrode electrolyte discharge manifold V. Basically, it is provided so as to divide between manifolds having different polarities.

また、前記溝４ｑの平面形状も特に限定されず、たとえば、図４（ａ）に示すように、各マニホールドを個別に囲う円形状または楕円形状等としてもよく、種々の平面形状の溝を、１つのシール部材面上で混在させたり、組み合わせたりしてもよい。さらに、前記溝は、漏れ出た電解液を溜めるものであることから、図４（ｂ）に示すような、溝４ｒの一方の少なくとも一端が、各電極収容空間（２１，２２）の上部に形成された前記液上空間（隙間）に開放する流路として構成としてもよい。このように構成すれば、前記漏れ出た電解液を、各電極収容空間（２１，２２）に液滴として滴下させ、短絡（ショート）等を起こすことなく、該電解液を回収することができ、好適である。さらに、電解液拡散防止手段として溝を用いた場合には、溝以外の部分がシール面となるため、電解液拡散防止手段として突条を用いた場合よりも、シール性を長期間維持できる。   Further, the planar shape of the groove 4q is not particularly limited, and for example, as shown in FIG. 4A, a circular shape or an elliptical shape that individually surrounds each manifold may be used. They may be mixed or combined on one sealing member surface. Further, since the groove stores the leaked electrolyte, at least one end of one of the grooves 4r as shown in FIG. 4 (b) is formed above each electrode accommodating space (21, 22). It is good also as a structure as a flow path open | released to the formed said liquid space (gap). If comprised in this way, the said electrolyte solution which leaked will be dripped at each electrode accommodation space (21, 22) as a droplet, and this electrolyte solution can be collect | recovered, without raise | generating a short circuit (short circuit) etc. Is preferable. Further, when the groove is used as the electrolytic solution diffusion preventing means, the portion other than the groove becomes the sealing surface, and therefore, the sealing performance can be maintained for a longer period than when the protrusion is used as the electrolytic solution diffusion preventing means.

なお、この溝４ｑ，４ｒは、電解液が漏出した場合には液たまりができるように溝となるが、圧締めされた通常の場合には、対向する部材と当接していてもよい。すなわち、溝４ｑ，４ｒとなる部分は、溝４ｑ，４ｒを形成する部材と、この部材と対向する部材との圧縮応力が、溝４ｑ，４ｒとなる部分以外の部分よりも小さく、電解液が漏出した場合には、液たまりを形成するものであってもよい。   The grooves 4q and 4r become grooves so that a liquid pool can be formed when the electrolytic solution leaks out. However, in a normal case where the liquid is pressed, the grooves 4q and 4r may be in contact with opposing members. That is, in the portions that become the grooves 4q and 4r, the compressive stress between the member that forms the grooves 4q and 4r and the member that opposes this member is smaller than the portions other than the portions that become the grooves 4q and 4r. In the case of leakage, a liquid pool may be formed.

さらには、図４（ｃ）に示すように、各マニホールドの周囲に、それぞれ、漏れ出た電解液を前記各電極収容空間（２１，２２）に回収する流路を有する溝４ｑ’を形成してもよい。このように構成すれば、前記漏れ出た電解液を、各電極収容空間（２１，２２）に効率的に回収することができる。   Furthermore, as shown in FIG. 4 (c), a groove 4q ′ having a flow path for collecting the leaked electrolyte solution in each of the electrode housing spaces (21, 22) is formed around each manifold. May be. If comprised in this way, the said electrolyte solution which leaked can be efficiently collect | recovered by each electrode accommodation space (21, 22).

また、前記各溝４ｑ，４ｑ’，４ｒの個数（本数）や、断面形状等も凹状，Ｕ字状,Ｖ字状，台形状等、前記突条４ｐと同様の種々の変形が可能で、特に制限はない。また、種々の形状の溝を混在させたり、組み合わせたりしてもよい。   In addition, the number of each of the grooves 4q, 4q ′, 4r, the cross-sectional shape and the like can be variously modified in the same manner as the protrusion 4p, such as concave, U-shaped, V-shaped, trapezoidal shape, There is no particular limitation. Further, various shapes of grooves may be mixed or combined.

なお、第２実施形態では、正極電解液供給用マニホールドＳと負極電解液供給用マニホールドＴとの間、および、正極電解液排出用マニホールドＵと負極電解液排出用マニホールドＶとの間に、溝４ｑ，４ｑ’，４ｒを設けたが、正極電解液供給用マニホールドＳと負極電解液供給用マニホールドＴとにおける内圧が大きいため、この間を分断するように溝４ｑ，４ｑ’，４ｒを設け、正極電解液排出用マニホールドＵと負極電解液排出用マニホールドＶとの間には溝を設けなくてもよい。   In the second embodiment, a groove is provided between the positive electrode electrolyte supply manifold S and the negative electrode electrolyte supply manifold T, and between the positive electrode electrolyte discharge manifold U and the negative electrode electrolyte discharge manifold V. 4q, 4q ′ and 4r are provided, but since the internal pressure in the positive electrode electrolyte supply manifold S and the negative electrode electrolyte supply manifold T is large, grooves 4q, 4q ′ and 4r are provided so as to divide the positive electrode electrolyte supply manifold S and the positive electrode electrolyte supply manifold T. It is not necessary to provide a groove between the electrolyte discharge manifold U and the negative electrode electrolyte discharge manifold V.

さらにまた、前記各溝４ｑ，４ｑ’，４ｒも、前記突条４ｐ，４ｐ’，４ｐ”と同様、図では見えない反対側（裏面側）の、各部材と対向する面（圧締めされた際の当接面）にも、同様の形状の溝が形成されていてもよい。反対側（裏面側）に設ける溝４ｑ，４ｑ’，４ｒの形状や配置パターンは、セル組み立ての際にシール部材の表裏を確認する煩雑さ（手間）を考慮して、図で見える表（おもて）面側と同一とすることが望ましい点も、同様である。   Further, each of the grooves 4q, 4q ′, 4r is also a surface (press-clamped) facing each member on the opposite side (back side) not visible in the drawing, like the protrusions 4p, 4p ′, 4p ″. The groove 4q, 4q ′, 4r provided on the opposite side (back surface side) may have a shape and an arrangement pattern which are sealed at the time of cell assembly. The same is true in that it is desirable to make the same as the front (front) surface side visible in the drawing in consideration of the complexity (labor) of checking the front and back of the member.

そして、前記各溝４ｑ，４ｑ’，４ｒも、前記シール部材４の該当面（当接面であり界面でもある）か、それに対向配置される部材の対向面（当接面であり界面）のどちらか一方の面、もしくはその両方の面に形成することができる。なお、シール部材４側に形成した場合は、その弾性により溝形状が潰れてしまうおそれがあるため、それを回避するために、より硬度が高く耐久性に優れる、対向配置される別の部材側に形成してもよい。   Each of the grooves 4q, 4q ′, 4r is also a corresponding surface of the seal member 4 (a contact surface and also an interface) or an opposing surface (a contact surface and an interface) of a member arranged to face the groove. It can be formed on either side or both sides. In addition, when formed on the seal member 4 side, the groove shape may be crushed due to its elasticity. Therefore, in order to avoid this, the other member side disposed oppositely has higher hardness and excellent durability. You may form in.

なお、前記第１実施形態に、電解液拡散防止手段として、突条の代わりに溝を用いてもよく、第２実施形態に、電解液拡散防止手段として、溝の代わりに突条を用いてもよい。さらには、第１，第２実施形態に、電解液拡散防止手段として溝および突条の両方を用いてもよい。   In the first embodiment, a groove may be used instead of the protrusion as the electrolyte diffusion preventing means, and a protrusion is used instead of the groove as the electrolyte diffusion preventing means in the second embodiment. Also good. Furthermore, you may use both a groove | channel and a protrusion as electrolyte solution spreading | diffusion prevention means in 1st, 2nd embodiment.

１ 隔膜
２ 電極セルフレーム
２Ａ 正極セルフレーム
２Ｂ 負極セルフレーム
２ｐ 枠部流路
２ｑ 枠部流路
３ 双極板
３ａ 双極セルフレーム
４ シール部材
４ｐ，４ｐ’ 突条
４ｑ，４ｑ’ 溝
４ｒ 溝
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ シール部材
５Ａ，５Ｂ 分液板
６Ａ，６Ｂ エンドプレート
１０ セルスタック
２０ セルスタック
３０ セルスタック
１１ 正極電極
１２ 負極電極
１３ 双極板本体
２１ 正極収容空間
２２ 負極収容空間
Ｓ 正極電解液供給用マニホールド
Ｔ 負極電解液供給用マニホールド
Ｕ 正極電解液排出用マニホールド
Ｖ 負極電解液排出用マニホールド DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Diaphragm 2 Electrode cell frame 2A Positive electrode cell frame 2B Negative electrode cell frame 2p Frame part flow path 2q Frame part flow path 3 Bipolar plate 3a Bipolar cell frame 4 Seal member 4p, 4p 'Projection 4q, 4q' Groove 4r Groove 4A, 4B , 4C, 4D, 4E Seal member 5A, 5B Separating plate 6A, 6B End plate 10 Cell stack 20 Cell stack 30 Cell stack 11 Positive electrode 12 Negative electrode 13 Bipolar plate body 21 Positive electrode accommodating space 22 Negative electrode accommodating space S Positive electrode electrolyte Manifold for supply T Manifold for supplying negative electrode electrolyte U Manifold for discharging positive electrode electrolyte V Manifold for discharging negative electrode electrolyte

Claims (6)

厚み方向に向きを揃えて積層された複数のセルと、
セル間の境界を構成する、複数の双極板と、を有するセルスタックであって、
前記セルは、それぞれ、
イオン交換性を有する隔膜と、
枠状の、内側に正極用の電極を収容する電極収容空間が形成された正極セルフレームと、
枠状の、内側に負極用の電極を収容する電極収容空間が形成された負極セルフレームと、
複数の、枠状のシール部材と、を備え、
前記複数のシール部材は、
前記隔膜と前記正極セルフレームとの間に挟持された第１のシール部材と、
前記隔膜と前記負極セルフレームとの間に挟持された第２のシール部材と、
前記正極セルフレームと隣接する双極板との間に挟持された第３のシール部材と、
前記負極セルフレームと隣接する双極板との間に挟持された第４のシール部材と、
を含み、
前記セルスタックは、
正極電解液流路と負極電解液流路とをさらに有し、
正極電解液流路および負極電解液流路は、それぞれ、
セルの積層方向に貫通するマニホールドと、
前記マニホールドから分岐して前記各セルフレームの電極収容空間に連通する枠部流路と、を備え、
隔膜と第１のシール部材との界面、
第１のシール部材と正極セルフレームとの界面、
正極セルフレームと第３のシール部材との界面、
第３のシール部材と双極板との界面、
隔膜と第２のシール部材との界面、
第２のシール部材と負極セルフレームとの界面、
負極セルフレームと第４のシール部材との界面、および、
第４のシール部材と双極板との界面、
のうち、いずれかの界面に、該界面に滲出した正極電解液と負極電解液との接触を防止する、電解液の短絡防止手段が設けられていることを特徴とするフロー電池のセルスタック。 A plurality of cells stacked in the same direction in the thickness direction;
A cell stack comprising a plurality of bipolar plates forming a boundary between the cells,
Each of the cells is
A diaphragm having ion exchange properties;
A frame-shaped positive electrode cell frame in which an electrode accommodating space for accommodating a positive electrode is formed inside;
A frame-shaped negative electrode cell frame in which an electrode accommodating space for accommodating a negative electrode is formed on the inside;
A plurality of frame-shaped sealing members,
The plurality of seal members are:
A first seal member sandwiched between the diaphragm and the positive electrode cell frame;
A second seal member sandwiched between the diaphragm and the negative electrode cell frame;
A third seal member sandwiched between the positive electrode cell frame and the adjacent bipolar plate;
A fourth seal member sandwiched between the negative electrode cell frame and the adjacent bipolar plate;
Including
The cell stack is
A cathode electrolyte channel and a cathode electrolyte channel;
The positive electrode electrolyte flow path and the negative electrode electrolyte flow path are respectively
A manifold penetrating in the cell stacking direction;
A frame portion flow path branched from the manifold and communicating with the electrode accommodating space of each cell frame,
An interface between the diaphragm and the first seal member;
An interface between the first seal member and the positive electrode cell frame;
An interface between the positive electrode cell frame and the third seal member;
An interface between the third seal member and the bipolar plate;
An interface between the diaphragm and the second seal member;
An interface between the second seal member and the negative electrode cell frame;
The interface between the negative electrode cell frame and the fourth seal member, and
An interface between the fourth seal member and the bipolar plate;
A cell stack of a flow battery, characterized in that an electrolyte short-circuit prevention means for preventing contact between the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte that have oozed into the interface is provided at any of the interfaces. 前記電解液の短絡防止手段が、前記界面の全てに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のフロー電池のセルスタック。   The cell stack of the flow battery according to claim 1, wherein the electrolytic solution short-circuit preventing means is provided on all the interfaces. 前記電解液の短絡防止手段が、それぞれの界面に設けられた突条であることを特徴とする請求項１または２に記載のフロー電池のセルスタック。   The cell stack of the flow battery according to claim 1 or 2, wherein the electrolytic solution short-circuit prevention means is a protrusion provided at each interface. 前記電解液の短絡防止手段が、それぞれの界面に設けられた溝であることを特徴とする請求項１または２に記載のフロー電池のセルスタック。   The cell stack of the flow battery according to claim 1, wherein the electrolytic solution short-circuit prevention means is a groove provided at each interface. 前記電解液の短絡防止手段が、前記界面に滲出した電解液を前記電極セルフレーム内の電極収容空間まで案内する案内路として形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のフロー電池のセルスタック。   5. The electrolytic solution according to claim 1, wherein the electrolytic solution short-circuit preventing means is formed as a guide path that guides the electrolytic solution that has oozed out to the interface to an electrode housing space in the electrode cell frame. Cell stack of flow battery as described in 1. 請求項１〜４のいずれか１つに記載のセルスタックを、少なくとも１つ含むことを特徴とするフロー電池。   A flow battery comprising at least one cell stack according to any one of claims 1 to 4.

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