JPH0732023B2 - レドックスフロー型電池用バイポーラ板 - Google Patents

レドックスフロー型電池用バイポーラ板

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JPH0732023B2
JPH0732023B2 JP61182280A JP18228086A JPH0732023B2 JP H0732023 B2 JPH0732023 B2 JP H0732023B2 JP 61182280 A JP61182280 A JP 61182280A JP 18228086 A JP18228086 A JP 18228086A JP H0732023 B2 JPH0732023 B2 JP H0732023B2
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bipolar plate
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flow battery
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博靖 小川
明人 岸
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東邦レーヨン株式会社
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電池特性、特に電流効率が改善され、工業的生
産の極めて有利なレドックスフロー型電池用バイポーラ
板に関するものである。
〔従来技術及び問題点〕 従来より大容量の蓄電池システムにより、オフピーク時
の余剰電力を電気化学的反応によって貯蔵(充電)し、
ピーク時に放出(放電)する、いわゆるロードレベリン
グ機能を持つ電力貯蔵システムが開発されている。貯蔵
を例にとれば、将来、電源構成で大きな比重を占めると
予想される原子力発電では、一定の出力を保って定常発
電することが高い効率を保つ上で必要であり、その電源
機構比率が20%を超え且つ貯蔵システムの総合効率が70
%に達すると貯蔵設備運用上不利がなくなるといわれて
いる。
電力貯蔵の方法には、実用化されているものがあるが、
送電によるロスがあり、また、揚水発電は立地に制約が
加わって来ており、従って、新型2次電池が最も実用性
の高い方式であると考えられている。また、新型2次電
池は、太陽光、風力、波力等の自然エネルギーを利用し
た発電のバックアップ装置、或いは電気自動車用電池と
しても期待が寄せられている。上記目的に適用できる2
次電池としては、鉛蓄電池、ナトリウム−硫黄電池、リ
チウム−硫黄鉄電池、金属−ハロゲン電池、レドックス
フロー型電池等が現在開発されている。
なかでもレドックスフロー型2次電池は、充放電時の電
気化学的エネルギー変化を行なわせる流動型電解槽と活
物質であるレドクックス電解液を貯蔵するタンクとが完
全に分離しているため、タンクの容量を変更するだけで
電力貯蔵を変えることができること、従って、長時間、
大容量の電力貯蔵に適していること、液流通型であるた
め電池出力を調整しやすい事、電池停止時の自己放電が
殆んどなく、風力発電、太陽光発電など自然エネルギー
発電のバックアップ電源としても適していること等優れ
た特徴がある。
貯蔵システムの総合効率が70%以上を達成するには、ポ
ンプ動力等の電力消費を考慮すると電池のエネルギー効
率は80%程度なくてはならない。エネルギー効率は下記
第(1)式より求めることができる。
エネルギー効率=電流効率×電圧効率 …(1) (1)式からわかるように、エネルギー効率は電流効
率、電圧効率の両面から改善する必要がある。電流効率
は充放電時の水素発生並びに電解液流通孔から損失する
シャント電流により低下する。また、電圧効率は、セル
を構成する電極材、隔膜、バイポーラ板の導電性及び電
極剤の酸化還元反応速度に依存する。
第1図は、レドックスフロー型電池におけるセルの具体
的構成の一例を示す略図的斜視図である。ここでは、隔
膜1を隔てて正極側及び負極側にそれぞれ反応電極2、
バイポーラ板3が配置されている。実用的には第1図に
示したバイポーラ板/正極電極/隔膜/負極電極/バイ
ポーラ板の繰返し単位で数十枚〜数百枚積層されたれた
形で使用される。
第2図は、第1図に示したバイポーラ板の詳細図であ
る。バイポーラ板は電解液流通孔であるマニホールド3
a、スリット3bを持っており、この電解液流通孔がシャ
ント電流による電流効率低下の原因となっている。従来
の方式は、バイポーラ板にプラスチック枠を接着剤で組
込み、そのプラスチック枠にマニホールド及びスリット
を構成する方法であった。しかし、この方式ではプラス
チック枠を新たに作成する必要があり、バイポーラ板と
プラスチック枠を接着して、一体化するには極めて細か
い作業と長時間を要し到底工業化に耐える製造工程とは
いいがたかった。しかも、プラスチック枠とバイポーラ
板の熱膨脹係数の差から、電解液の漏れが発生する場合
もあった。また、導電性のバイポーラ板にマニホールド
及びスリットを構成した場合は、マニホールド及びスリ
ットの作成並びにセルスタックの組立て工程は簡略化さ
れるが、シャント電流による電流効率の低下が大きく電
池性能に問題があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上述のセルスタック組立て時の問題点
を解消し、シャント電流による損失を防ぎ電流効率の高
いバイポーラ板を提供することにある。
〔発明の構成〕
本発明は、炭素繊維とカーボンブラックとの混合物と樹
脂とからなる成形物であり、かつマニホールド部及びス
リット部を有する枠なしレドックスフロー型電池用バイ
ポーラ板であって、マニホールド部及びスリット部の両
部位に電気絶縁材を配してなるレドックスフロー型電池
用バイポーラ板。
炭素繊維は、ポリアクリロニトリル(PAN)系、ピッチ
系等その種類に制限がなく、通常その体積抵抗率が5×
10-4〜2×10-3Ω・cmの範囲の織物などの集積体であ
る。
また、カーボンブラックは、樹脂中での分散性が良好で
あれば、ファーネス系、アセチレン、ケッチン系系等い
ずれでもよい。
さらに、樹脂は、レドックスフロー型電池に使用する電
解液に対し耐蝕性を有するもであれば熱硬化性樹脂、熱
可塑性樹脂いずれでもよい。
バイポーラ板を構成する成形物は、炭素繊維集積体に、
カーボンブラックを含有せしめた樹脂を含浸・硬化した
炭素繊維強化プラスチック(CFRP)板である。
炭素繊維集積体を用いることによって、バイポーラ板は
強度、導電性に優れ好適例である。
また、カーボンブラックを用いることによって、後に示
す実施例1に示すごとく、電流効率が高く、セル抵抗値
が低く、バイポーラ板として好適である。
バイポーラ板のマニホールド部又はスリット部又はこれ
らの両部位に電気絶縁を施す方法としては、例えば絶縁
性を有するガラス繊維強化プラスチック(GFRP)板やポ
リエチレン等を用いてマニホールド部又はスリット部又
は両者を構成する方法がある。また、レドックスフロー
型電池に使用する電解液に対する耐蝕性を有する電気絶
縁性塗料をマニホールド部又はスリット部又は両者にコ
ーティングするか、又は電気絶縁性フィルムをラミネー
トする絶縁方法もある。
〔実施例及び比較例〕
以下、図面を参照しつつ、比較例を前示したうえで、実
施例を挙示することにより、本発明の特徴を明らかにす
る。
比較例1 厚さ0.2mmの炭素繊維布にエポキシ樹脂及び硬化剤100重
量部と導電性カーボン粉3重量部を混練した後、含浸し
プリプレグを作製した。このプリプレグを3枚積層し、
ホットプレスで加熱硬化し、厚さ0.6mmのバイポーラ板
を作製した。第3図(a)に示す直径30mmのマニホール
ド及びスリットを有するプラスチック枠にシリコン樹脂
でバイポーラ板を固定したが、接着剤は煩雑で固定には
一夜を要した。
このようにして得られたバイポーラ板組込みプラスチッ
ク枠複合体を、第1図のごとき構成で6セルスタックと
し充放電試験を行なった。電池特性は、電流効率95%、
セル抵抗値2.1Ω・cm2であり、電流効率は優れていた。
比較例2 比較例1と同一のバイポーラ板を比較例1のプラスチッ
ク枠と同一の寸法で作製した(第3図(d))。このバ
イポーラ板に直径30mmの穴を開けマニホールドとした。
スリットを有するスペーサーを用い、第1図の構成によ
り6セルスタックとして充放電試験を行った。ここでい
うスペーサーとは、電極の厚みを確保するための絶縁性
シートまたは板で、枠と同じ形をしたものである。電流
効率69.5%、セル抵抗値2.1Ω・cm2であり電流効率は極
めて悪かった。
比較例3 導電性カーボンブラック35重量%、粉末ポリエチレン65
重量%を均一に混合し、金型内に敷きホットプレス法で
カーボンプラスチックを作製し、直径30mmの穴を開けマ
ニホールドを構成した。このバイポーラ板のマニホール
ド部、スリット部にポリエチレン系塗料を塗布して電気
絶縁したバイポーラ板を作製した(第3図(b))。
このものを用いて、スリットを有するスペーサー枠と電
極、隔膜を第1図の構成により6セルスタックとし、充
放電試験を行なった。電流効率94.2%、セル抵抗値2.3
Ω・cm2であった。
比較例4 厚さ0.2mmの炭素繊維布にエポキシ樹脂及び硬化剤を含
浸しプリプレグを作製した。このプリプレグを3枚積層
し、ホットプレスで加熱硬化し、厚さ0.6mmのバイポー
ラ板を作製し、直径50mmの穴を4箇所開けた。エポキシ
樹脂を用い、厚さ0.6mm、外径50mm、内径30mmのドーナ
ツ状GFRP板を作製した。
このドーナツ状GFRP板をバイポーラ板の穴に埋込み接着
剤で固定し、直径30mmのマニホールドを作製した(第3
図(c))。
このようにして得られたバイポーラ板をフェルト組織の
炭素繊維電極と隔膜とともに第1図のごとき構成で小型
単電池に組込み充放電試験を行なった。電池特性はセル
抵抗値3.4Ω・cm2、エネルギー効率73.1%であり悪かっ
た。また、長期充放電試験においては、電解液が漏洩し
た。
実施例1 比較例2と同一のバイポーラ板を作成し、直径50mmの穴
を4箇所開けた。比較例1と同一のエポキシ樹脂を用
い、厚さ0.6mm、外径50mm、内径30mmのドーナツ状のGFR
P板を作製した。
このドーナツ状GFRP板をバイポーラ板の穴に埋込み接着
剤で固定し、直径30mmのマニホールドを作製した(第3
図(c))。
このようにして作製した電気絶縁材を配したバイポーラ
板を第1図のごとき構成により6セルスタックとし、充
放電試験を行なった。電流効率94.9%、セル抵抗値2.1
Ω・cm2であり、比較例2に比べ電流効率が大幅に改善
された。
以上のように、本発明によれば、枠なしバイポーラ板に
マニホールド及びスリットを構成し、マニホールド部及
びスリット部の両者に電気的絶縁を施したため、セルス
タック組立て時の工程が大幅に簡略化され、工業的生産
が極めて有利であり、また、シャフト電流による損失が
低減され電流効率を改善することが可能になる。
又、炭素繊維とカーボンブラックとの混合物と樹脂とか
らなるバイポーラ板のため、薄くてしかも強度が高く、
導電性にも優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、レドックスフロー型電池におけるセルの具体
的構成の一例を示す略図的斜視図である。第2図は、バ
イポーラ板の詳細図である。第3図は、比較例、実施例
で使用したバイポーラ板の概略図である。第1′図、第
2′図、第3′図は、それぞれ第1図、第2図、第3図
の断面図である。 1:隔膜 2:電極 3:バイポーラ板 3a:マニホールド 3b:スリット 4:プラスチック枠 5:電気絶縁材

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭素繊維とカーボンブラックとの混合物及
    び樹脂とからなる成形物で、かつマニホールド部及びス
    リット部を有する枠なしレドックスフロー型電池用バイ
    ポーラ板であって、マニホールド部及びスリット部の両
    部位に電気絶縁材を配してなるレドックスフロー型電池
    用バイポーラ板。
  2. 【請求項2】炭素繊維が織物状であると特許請求の範囲
    (1)のレドックスフロー型電池用バイポーラ板。
JP61182280A 1986-08-02 1986-08-02 レドックスフロー型電池用バイポーラ板 Expired - Fee Related JPH0732023B2 (ja)

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