JP6448164B2 - 集電板及びレドックスフロー電池 - Google Patents

Description

本発明は、集電板及びレドックスフロー電池に関する。
本願は、２０１６年１２月６日に、日本に出願された特願２０１６−２３６７１９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

大容量蓄電池としてレドックスフロー電池が知られている。レドックスフロー電池は、一般に電解液を隔てるイオン交換膜と、そのイオン交換膜の両側に設けられた電極とを有する。この電極上で酸化反応と還元反応を同時に進めることにより充放電が行われる。

レドックスフロー電池では、電極は電極室内に格納されている。レドックスフロー電池は、電極室内に電解液を供給し、電解液を循環させながら動作する。電解液中のイオンは、電子を電極に渡し、電子はレドックスフロー電池の外部に授受される。この際、プロトンは、イオン交換膜を介して授受される。このように、レドックスフロー電池は充放電を行う。

例えば、特許文献１及び２は、集電体に電解液の流路を形成することで、内部抵抗の低減を実現している。

しかしながら、特許文献１及び２に記載のように櫛形に流路を設けると、流路が設けられている部分と、流路間の壁となる部分とで電解液の供給状態に差が生じる。

電極の面内における電解液の供給状態の違いは、レドックスフロー電池のセル抵抗の上昇の原因となる。充放電時において電極全面を最大限利用することができなくなるためである。そこで、レドックスフロー電池において電極の面内方向に電解液を均一に供給できる構成が求められている。

特開２０１５−１２２２３１号公報 特表２０１５−５０５１４７号公報

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、面内方向全面に電解液を供給できるレドックスフロー電池を得ることを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討の結果、集電板に所定の領域を囲む周縁壁を設け、周縁壁で囲まれた領域内に電解液を行き渡らせる構成を見出した。さらに、その周縁壁の表面に所定の形状を設けることで、周縁壁で囲まれた領域の外周付近と中央部における電解液の供給状態の差を少なくできることを見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の集電板及びレドックスフロー電池を提供する。

（１）本発明の一態様にかかる集電板は、所定の領域を囲む周縁壁を少なくとも一面に有し、前記周縁壁の前記一面側の露出面である第１面において前記周縁壁の延在方向と直交する方向に沿って測定した表面粗さ（Ｒａ）が、前記周縁壁の延在方向に沿って測定した表面粗さ（Ｒａ）より大きい。

（２）上記態様にかかる集電板において、前記周縁壁の第１面において、前記周縁壁の延在方向と直交する方向に沿って測定した表面粗さ（Ｒａ）が、２０〜５００μｍであってもよい。

（３）上記態様にかかる集電板において、前記周縁壁の第１面には、凹凸が設けられ、前記凹凸は前記周縁壁の延在方向と交差する方向に形成されていてもよい。

（４）上記態様にかかる集電板において、前記凹凸が、前記周縁壁の延在方向に沿って延在する複数の溝により形成されていてもよい。

（５）上記態様にかかる集電板において、前記溝の幅が、５０〜５００μｍであってもよい。

（６）上記態様にかかる集電板において、前記溝の深さが、５０〜５００μｍであってもよい。

（７）本発明の一態様にかかるレドックスフロー電池は、イオン交換膜と、上記態様にかかる集電板と、前記イオン交換膜と前記集電板との間に配置される電極と、を備え、前記集電板は、前記第１面を電極側に向けて配置され、前記周縁壁は電解液が流通する電極室の一部を構成している。

（８）上記態様にかかるレドックスフロー電池において、前記電極の厚みが、前記周縁壁の延在方向と直交する方向に沿って測定した表面粗さ（Ｒａ）の５倍以上であってもよい。

本発明の一態様に係る集電板をレドックスフロー電池に用いることで、電解液を電極の面内方向全面に行き渡らせることができる。

第１実施形態にかかるレドックスフロー電池の断面模式図である。 第１実施形態にかかるレドックスフロー電池のセルフレーム内に収納された集電板を積層方向から平面視した図である。 図２で示される第１実施形態にかかるレドックスフロー電池をＡ−Ａ面で切断した集電板の断面模式図である。 第１実施形態にかかるレドックスフロー電池の集電板の要部を拡大した斜視模式図である。 第１実施形態にかかるレドックスフロー電池の集電板の別の例の要部を拡大した斜視模式図である。 図２で示される第１実施形態にかかるレドックスフロー電池をＡ−Ａ面で切断した断面模式図である。 第１実施形態にかかるレドックスフロー電池の電解液の流れを示した図である。

以下、レドックスフロー電池について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要件を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかるレドックスフロー電池の断面模式図である。
図１に示すレドックスフロー電池１００は、イオン交換膜１０と、集電板２０と、電極３０とを有する。集電板２０と電極３０とは、セルフレーム４０によって外周を囲まれている。電極３０は、イオン交換膜１０と集電板２０とセルフレーム４０によって形成された電極室Ｋ内に設けられている。セルフレーム４０は、電極室Ｋに供給される電解液が、外部に漏れだすのを防ぐ。

図１に示すレドックスフロー電池１００は、複数のセルＣＥが積層されたセルスタック構造を有する。セルＣＥの積層数は、用途に応じて適宜変更することができ、単セルのみとしてもよい。セルＣＥを複数直列接続することで、実用的な電圧が得られる。一つのセルＣＥは、イオン交換膜１０と、イオン交換膜１０を挟む正極及び負極として機能する二つの電極３０と、二つの電極３０を挟む集電板２０とからなる。

以下、セルＣＥが積層されるセルスタック構造の積層方向を単に「積層方向」、セルスタック構造の積層方向に垂直な面方向を「面内方向」と言うことがある。

「イオン交換膜」
イオン交換膜１０は、好ましくは陽イオン交換膜を用いることができる。具体的には、スルホ基を有するパーフルオロカーボン重合体、スルホ基を有する炭化水素系高分子化合物、リン酸などの無機酸をドープさせた高分子化合物、一部がプロトン伝導性の官能基で置換された有機／無機ハイブリッドポリマー、高分子マトリックスにリン酸溶液や硫酸溶液を含浸させたプロトン伝導体等が挙げられる。これらのうち、スルホ基を有するパーフルオロカーボン重合体が好ましく、ナフィオン（登録商標）がより好ましい。

「集電板」
集電板２０は、電極３０に電子を授受する役割を持つ集電体である。集電板２０は、その両面が集電体として使用できるものである場合、双極板と言われることもある。本実施形態にかかる集電板は、レドックスフロー電池により好ましく用いられる。

集電板２０は、導電性を有する材料を用いることができる。例えば炭素を含有する導電性材料を用いることができる。具体的には、黒鉛と有機高分子化合物とからなる導電性樹脂、もしくは黒鉛の一部をカーボンブラックとダイヤモンドライクカーボンの少なくとも１つに置換した導電性樹脂、カーボンと樹脂とを混練成形した成形材が挙げられる。これらのうち、カーボンと樹脂とを混練成形した成形材を用いることが好ましい。

図２は、セルフレーム４０内に収納された集電板２０を積層方向から平面視した図である。

集電板２０のイオン交換膜１０側の面には凹部２０Ａが形成されている。図３は、図２で示される第１実施形態にかかるレドックスフロー電池をＡ−Ａ面で切断したときの集電板の断面模式図である。図３に示すように、凹部２０Ａは後述する第１電極３１が嵌る部分と流路Ｃからなる。また集電板２０の一面には、凹部２０Ａを画成する周縁壁２１が設けられている。周縁壁２１は、流路Ｃを含む所定の領域を囲むが、この周縁壁２１で囲まれる領域は、凹部２０Ａを包含し、例えば四角、略四角、長方形などの任意に選択される形状を有する領域である。周縁壁２１で囲まれた凹部２０Ａ内には、周縁壁２１の開口部２１ｉから電解液が供給される。

周縁壁２１の開口部２１ｉから供給された電解液は、凹部２０Ａ内全面に広がった後、排出路２３から排出されることが好ましい。電解液が凹部２０Ａ内の面内方向全面に行き渡ることで、面内方向全面に渡って電極３０を利用することができる。その結果、レドックスフロー電池のセル抵抗が小さくなると共に、充放電特性が向上する。

図４は、集電板２０の要部を拡大した斜視図である。図４に示す周縁壁２１の第１面２１ａは、イオン交換膜１０側に配置される面（凹部２０Ａが形成された一面側（図視上面側）の露出面）である。周縁壁２１の第１面２１ａは、積層方向を向き、電極３０又はイオン交換膜１０に相対する面とも言う。図４において、周縁壁２１の第１面２１ａには、電解液の流れを阻害する凹凸が設けられている。凹凸は、周縁壁２１の延在方向Ｄと交差する方向に形成される。図２、図４、図５中の矢印方向は延在方向Ｄを表す。図４において、周縁壁２１の第１面２１ａの凹凸は凹凸条をなす。

周縁壁２１の第１面２１ａに、延在方向Ｄと交差する方向に周期を有する凹凸が形成されていると、凹部２０Ａから排出路２３へ電解液は流れにくくなる。すなわち、電解液が凹部２０Ａ内全面に十分行き渡る前に、周縁壁２１の第１面２１ａ上を通過して電解液が排出路２３へ流れることが阻害される。その結果、電解液が凹部２０Ａ内全面に十分行き渡り、電極３０の面内方向全面に電解液が供給される。

ここで、周縁壁２１の第１面２１ａは、必ずしも凹凸形状でなくてもよい。周縁壁２１の第１面２１ａにおいて周縁壁２１の延在方向Ｄと直交する方向に沿って測定した表面粗さ（Ｒａ）が、周縁壁２１の延在方向Ｄに沿って測定した表面粗さ（Ｒａ）より大きい構成であればよい。この構成を満たしていれば、凹部２０Ａから排出路２３への電解液への流れを阻害でき、電極３０の面内方向全面に電解液を行き渡らせることができる。

ここで、表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づき測定した算術表面粗さである。算術表面粗さ（Ｒａ）は平均表面粗さ又は単に表面粗さともいう。表面粗さの測定長は、延在方向Ｄでは５ｍｍとし、延在方向Ｄと直交する方向では周縁壁２１の幅Ｗ１の１／２とする。表面粗さは、いずれも任意の５点を測定して得られた表面粗さの平均値として求められる。

周縁壁２１とイオン交換膜１０の間に電極３０がある場合、周縁壁２１の第１面２１ａにおいて、周縁壁２１の延在方向Ｄと直交する方向に沿って測定した表面粗さ（Ｒａ）は、後述する電極３０の厚みの２０％以下であることが好ましく、電極３０の厚みの５％以上であることが好ましい。すなわち、電極３０の厚みが、周縁壁２１の延在方向Ｄと直交する方向に沿って測定した表面粗さ（Ｒａ）の５倍以上であることが好ましく、２０倍以下あることが好ましい。

ここで電極３０の厚みとは、周縁壁２１の第１面２１ａ上における電極３０の厚みを意味する。また電極３０は、セルＣＥ内に組み込まれた後は多くの場合厚み方向に圧縮される。しかしながら、ここで示す電極３０の厚みは、圧縮される前（セルＣＥに組み込まれる前）の厚みを意味する。また電極が複数の層からなる場合（図６参照）であって、それぞれの層が単に積層されただけであり、容易に分離可能な場合は周縁壁２１と接する層（図６における第２電極３２）の厚みを意味する。一方で、複数の層が互いに固着している場合は、周縁壁２１上で積層している層（図６における第２電極３２および液流出層３３）の合計厚みを意味する。

電極３０の厚みに対して表面粗さが大きいと、電極３０全体が周縁壁２１に沿って波うつ場合がある。電極３０全体が波うつと、電極３０とその他の構成（例えば、イオン交換膜１０）との間に隙間が形成され、電解液が電極３０を介さずに隙間を介して排出路２３に流出する迂回路が形成される場合がある。電極３０を介さない電解液の経路は、反応に寄与しないため、セル抵抗が上昇することがある。そのため表面粗さ（Ｒａ）は、電極３０の厚みの２０％以下であることが好ましい。当該範囲であれば、電極３０が波打つことを避けることができる。

電極３０の厚みに対して表面粗さが小さいと、電解液の流れに対する表面粗さの寄与が小さくなる。すなわち、電解液が周縁壁と電極３０の間を流れてしまい、電極３０の面内方向全面に電解液を供給しにくくなることがある。表面粗さ（Ｒａ）は、電極３０の厚みの５％以上であることが好ましい。当該範囲内であれば、凹部２０Ａから排出路２３への電解液への流れを阻害することができる。

周縁壁２１の第１面２１ａにおいて、周縁壁２１の延在方向Ｄと直交する方向に沿って測定した表面粗さ（Ｒａ）の具体な数値としては、２０〜５００μｍであることが好ましく、５０〜３００μｍであることがより好ましい。

またレドックスフロー電池は、それぞれ別個の部材である集電板２０、電極３０、イオン交換膜１０をそれぞれ積層し、積層方向から挟みこむことで組み合わされる。そのため、集電板２０に対する電極３０の位置が面内方向にずれる場合がある。集電板２０に対する電極３０の位置がずれると、電極３０を通過しない電解液の流れが生じ、レドックスフロー電池の充放電容量が低下する。

周縁壁２１の第１面２１ａが所定の表面粗さを有すると、レドックスフロー電池を組み立て時における電極３０の位置決めが安定化する。すなわち、レドックスフロー電池の充放電容量が低下することが避けられる。

周縁壁２１の第１面２１ａの凹凸は、複雑な加工を用いずに、図５に示すように周縁壁２１の延在方向Ｄに沿って複数の溝２１ｓを設けてもよい。溝２１ｓは、周縁壁２１の第１面２１ａに傷を設けるだけでよく、容易に形成できる。

溝２１ｓの長さは、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、５ｍｍ以上であることがより好ましく、１ｃｍ以上であることがさらに好ましい。また溝２１ｓの長さは、周縁壁２１の延在方向Ｄの長さ未満であることが好ましい。

溝２１ｓの幅は、５０〜５００μｍであることが好ましく、１００〜４００μｍであることがより好ましく、１５０〜３００μｍであることがさらに好ましい。また幅は長さの１／５以下が好ましく、１／１０以下がより好ましい。

溝２１ｓの深さは、５０〜５００μｍであることが好ましく、１００〜４００μｍであることがより好ましく、１５０〜３００μｍであることがさらに好ましい。

周縁壁２１の第１面２１ａ上の電解液の流れは、溝２１ｓに沿った流れ方向に向けられる。従って溝２１ｓの長さが長いほど、電解液が集電板２０の凹部２０Ａから排出路へ流れるのを阻害する効果が高い。また、溝２１ｓの幅や深さが上記の範囲であると、より電解液の流れを溝に沿った方向に向けやすい。

ここで、溝２１ｓの長さ、幅、深さは、任意の２０本の溝２１ｓの長さ、幅、深さの平均値として求めることができる。周縁壁２１の延在方向Ｄと直交する方向に凹凸が形成されることが好ましい。この凹凸は、周縁壁２１の第１面２１ａに突起のついた研磨材を接触させながら延在方向Ｄに動かすことにより形成できる。

周縁壁２１で囲まれた凹部２０Ａ内には、内部壁２２が設けられている。内部壁２２は必ずしも必要ではないが、内部壁２２を設けることで凹部２０Ａ内に電解液を供給しやすくなる。内部壁２２は、流入部において電解液が流れる流路Ｃを構成する。複数の内部壁２２が設けられ、内部壁２２と内部壁２２の間に流路Ｃが形成されているとも言う。内部壁２２によって形成される流路Ｃの形状は、特に限定されない。

図２に示す内部壁２２は、流路Ｃが開口部２１ｉから一方向に延在する第１流路Ｃ１と、第１流路Ｃ１に繋がり第１流路Ｃ１から交差する方向に分岐する第２流路Ｃ２と、を有する。供給された電解液は、第１流路Ｃ１に沿って流れると共に、第２流路Ｃ２に広がるように流れる。すなわち、電解液は、凹部２０Ａの面内方向に広がりやすい。
集電板２０の構成は、図２の構成に限られず、種々の構成をとることができる。

図４に示す内部壁２２の第１面２２ａは、電極３０と直接接する面である。内部壁２２の第１面２２ａは、積層方向を向き、電極３０に相対する面とも言う。本実施形態において内部壁２２の第１面２２ａの表面粗さ（Ｒａ）は、１μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以上２５０μｍ以下であることがより好ましく、さらに５μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。内部壁２２の表面粗さの測定長は、２ｍｍとする。表面粗さは、任意の５点を測定して得られた表面粗さの平均値として求められる。

内部壁２２の第１面２２ａが所定の表面粗さを有することで、電極３０と内部壁２２の接触面積が大きくなると考えられる。電極３０と内部壁２２の接触面積が大きいと、電解液中で生じた電子の授受がスムーズになり、レドックスフロー電池のセル抵抗が低減する。

また内部壁２２の第１面２２ａが所定の表面粗さを有すると、レドックスフロー電池の組み立て時における電極３０の位置決めがより安定化する。すなわち、レドックスフロー電池の充放電容量が低下することが避けられる。

また内部壁２２の第１面２２ａと電極３０を構成する炭素繊維の接触状態も、集電板２０と電極３０との接触面積を高めるための大きな要因の一つである。

例えば、内部壁２２の第１面２２ａの表面粗さ（Ｒａ）に対し電極３０を構成する炭素繊維の繊維径が非常に大きい場合、第１面２２ａの凹凸内に炭素繊維が入ることができない。この場合、炭素繊維と第１面２２ａの凹凸とは、点接触する。

電極３０と集電板２０との接触面積を大きくするためには、炭素繊維と第１面２２ａの凹凸とは面接触することが好ましい。そのため、内部壁２２の第１面２２ａの表面粗さ（Ｒａ）は、後述する電極３０を構成する炭素繊維の繊維径の１．０倍以上１００倍以下であることが好ましく、１．２倍以上５０倍以下であることがより好ましい。

内部壁２２の幅Ｗ２は、０．５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることがより好ましい。電解液は流路Ｃに沿って供給される。そのため、流路Ｃ上に位置（存在）する電極３０と、内部壁２２上に位置する電極３０と、を比較すると、流路Ｃ上に位置する電極３０の方が電解液を供給されやすい。内部壁２２の幅Ｗ２が広いと、内部壁２２上の電極３０に電解液を供給し難くなる。

レドックスフロー電池における反応は、電解液と電極３０の界面で生じる。そのため、内部壁２２の幅が充分小さいことで、面内方向に十分な電解液が供給され、セル抵抗の増加が抑制されると共に、レドックスフロー電池の充放電容量が低下することが避けられる。

また内部壁２２は、電解液を流すための流路を構成する。そのため、内部壁２２がある程度の厚みを有することで、十分な強度を確保できる。その結果、加工し易くなる等の利点を有する。

「電極」
図６は、第１実施形態にかかるレドックスフロー電池を図２におけるＡ−Ａ面で切断した断面模式図である。

電極３０には、炭素繊維を含む導電性シートを用いることができる。ここで言う炭素繊維とは、繊維状炭素であり、例えばカーボンファイバー、カーボンナノチューブ等が挙げられる。電極３０が炭素繊維を含むことで、電解液と電極３０の接触面積を増し、レドックスフロー電池１００の反応性が高まる。

特に径が１μｍ以下のカーボンナノチューブを電極３０が含む場合、カーボンナノチューブの繊維径が小さく、電解液と電極３０との接触面積を大きくできる。一方で、径が１μｍ以上のカーボンファイバーを電極３０が含む場合、その導電性シートが強く、破れにくくなる。炭素繊維を含む導電性のシートとしては、例えば、カーボンフェルト、カーボンペーパー、カーボンナノチューブシート等を用いることができる。

電極３０は、積層方向に１層構成でも複数層構成でもよい。例えば、図６に示すように電極３０は、集電板２０側から第１電極３１と、第２電極３２と、液流出層３３とを有する構成でもよい。

第１電極３１は、集電板２０の凹部２０Ａに嵌合し、周縁壁２１の第１面２１ａより集電板２０側に存在する。詳細には、凹部２０Ａのうち、周縁壁２１の側面と内部壁２２の第１面２２ａとに囲まれた領域に第１電極３１は嵌合する。第２電極３２は、周縁壁２１の第１面２１ａよりイオン交換膜１０側にあり、セルフレーム４０で囲まれる領域全面に広がっている。液流出層３３は、セルフレーム４０で囲まれる領域全面に広がっており、第２電極３２と比較して電解液が流れやすい。液流出層３３は、通液する多数の孔を有する多孔性シートであればよく、必ずしも導電性を有していなくてもよい。

集電板２０と電極３０との接触面積を高めるために電極３０を構成する炭素繊維の繊維径と内部壁２２の第１面２２ａの平均表面粗さ（Ｒａ）との間には関係性を有することを上述した。電極３０が複数層からなる場合、内部壁２２と接触する電極層、すなわち第１電極３１に含まれる炭素繊維の繊維径が接触面積に寄与する。

また内部壁と接触する電極３０(或いは第１電極３１)が複数種の繊維からなる場合、電極３０(或いは第１電極３１)中の繊維径の大きい炭素繊維の繊維径に対して内部壁２２の第１面２２ａの平均表面粗さ（Ｒａ）を決めるのが好ましい。繊維径の大きい炭素繊維とは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により５００μｍ四方の視野を観察した中で、大きな繊維１０本の平均径とする。

第１電極３１は、第２電極３２より通液性が高いことが好ましい。第１電極３１の面内方向の通液性が第２電極３２の積層方向の通液性より高いと、電極室Ｋ内に流入した電解液の流れが第２電極３２によって阻まれ、電解液が面内方向に広がる。電解液が凹部２０Ａの面内方向全面に広がると、電極３０全面を用いて充放電反応を行うことができ、セル抵抗が低下し、充放電容量が向上する。

液流出層３３は、多孔質で、第２電極３２より流出した電解液を排出路へと導く。そのため、液流出層３３は第２電極３２より通液性が高いことが好ましい。液流出層３３の面内方向の通液性が第２電極３２の積層方向の通液性より高いと、第２電極３２の排出路２３近傍における電解液の流れの差が少なくなる。その結果、第２電極３２の全面を用いて充放電反応を行うことができ、セル抵抗が低下する。液流出層３３に導電性の材料を用い、電極３０の一部を構成する電極（第３電極）とすると、よりセル抵抗が低下する。導電性材料としては、第１電極３１に例示した材料を用いることができる。

通液性は、ダルシー則の透過率（以下、単に透過率と言うことがある。）により評価できる。ダルシー則は多孔性媒体の透過率を表すのに用いられるのが一般的であるが、便宜上多孔性材料以外の部材にも適用する。その際、不均一で異方性のある部材については、最も低い透過率となる方向の透過率を採用する。

ダルシー則の透過率ｋ（ｍ^２）は、粘度μ（Ｐａ・ｓｅｃ）の液を通液させる部材の断面積Ｓ（ｍ^２）、部材の長さＬ（ｍ）と、流量Ｑ（ｍ^３／ｓｅｃ）を通液した際の部材の液流入側と液流出側の差圧ΔＰ（Ｐａ）から、次式で表される液体の透過流束（ｍ／ｓｅｃ）の関係より算出される。

第１電極３１の透過率は、第２電極３２の透過率と比べて、１００倍以上であることが好ましく、３００倍以上であることがより好ましく、１０００倍以上であることがさらに好ましい。当該関係を実現できる具体的な例としては、第１電極３１として繊維径が１μｍ以上の炭素繊維等により構成されたカーボンフェルト、カーボンペーパー等を用い、第２電極３２として繊維径が１μｍ以下のカーボンナノチューブ等により構成されたカーボンナノチューブシート等を用いる場合が挙げられる。なお、第１電極３１の透過率は面内方向の透過率を意味し、第２電極３２の透過率は積層方向（面内方向の法線方向）の透過率を意味する。

液流出層３３は第２電極３２より通液性が高いことが好ましい。第２電極３２を通過した電解液が、速やかに排出路２３へ排出されるためである。液流出層３３の透過率は、第２電極３２の透過率と比べて、５０倍以上であることが好ましく、１００倍以上であることがより好ましく、３００倍以上であることがさらに好ましく、１０００倍以上であることが特に好ましい。当該関係を実現できる具体的な例としては、液流出層３３として第１電極３１に例示した材料を用いることができる。なお、液流出層３３の透過率は面内方向の透過率を意味する。

「レドックスフロー電池の動作」
図７を用いて、レドックスフロー電池１００の動作の一例を説明する。図７は、第１実施形態にかかるレドックスフロー電池１００の電解液の流れを示した図である。

レドックスフロー電池１００の電極室Ｋにはセルフレーム４０に設けられた流入口から電解液が供給される。電極室Ｋ内に供給された電解液は、電極室Ｋ内の電極３０と反応する。反応時に生じたイオンは、イオン交換膜１０を介して電極３０間を流通し、充放電を行う。反応後の電解液は、セルフレーム４０に設けられた流出口から排出される。

電極室Ｋ内においては、電解液は、周縁壁２１の開口部２１ｉから凹部２０Ａ内に供給される（流れｆ１１）。供給された電解液は、内部壁２２に沿って流れ凹部２０Ａの面内方向に広がる（流れｆ１２）。そして、電解液は、電極３０を通って排出路２３から排出される（流れｆ１３）。

上述のように、本実施形態にかかるレドックスフロー電池によれば、電解液の流れを制御し、電極の面内方向全面に電解液を供給することができる。その結果、電極全面を反応に用いることができ、レドックスフロー電池のセル抵抗を低減できる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要件の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明の集電板及びレドックスフロー電池では、電解液を電極の面内方向全面に行き渡らせることができる。従って、本発明は、大容量蓄電池のレドックスフロー電池に好適に適用できる。

１０ イオン交換膜、２０ 集電板、２０Ａ 凹部、２１ 周縁壁、２１ａ 周縁壁の第１面、２１ｉ 周縁壁の開口部、２１ｓ 溝、２２ 内部壁、２２ａ 内部壁の第１面、２３ 排出路、３０ 電極、３１ 第１電極、３２ 第２電極、３３ 液流出層、４０ セルフレーム、１００ レドックスフロー電池、ＣＥ 単セル、Ｋ 電極室、Ｃ 流路、Ｃ１ 第１流路、Ｃ２ 第２流路、Ｗ１ 周縁壁の幅、Ｗ２ 内部壁の幅。

Claims (8)

1. イオン交換膜と、集電板と、前記イオン交換膜と前記集電板との間に配置される電極と、を備えるレドックスフロー電池に備えられる集電板であって、
   所定の領域を囲む周縁壁を少なくとも一面に有し、
   前記周縁壁の前記一面側の露出面である第１面において、前記周縁壁の延在方向と直交する方向に沿って測定した表面粗さ（Ｒａ）が、前記周縁壁の延在方向に沿って測定した表面粗さ（Ｒａ）より大きく、
   前記第１面を電極側に向けて配置された場合に、前記周縁壁は電解液が流通する電極室の一部を構成する、集電板。
2. 前記周縁壁の第１面において、前記周縁壁の延在方向と直交する方向に沿って測定した表面粗さ（Ｒａ）が、２０〜５００μｍである請求項１に記載の集電板。
3. 前記周縁壁の第１面には凹凸が設けられ、前記凹凸は前記周縁壁の延在方向と交差する方向に形成されている、請求項１又は２のいずれかに記載の集電板。
4. 前記凹凸が、前記周縁壁の延在方向に沿って延在する複数の溝により形成されている請求項３に記載の集電板。
5. 前記溝の幅が、５０〜５００μｍである請求項４に記載の集電板。
6. 前記溝の深さが、５０〜５００μｍである請求項４または５のいずれかに記載の集電板。
7. イオン交換膜と、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の集電板と、
   前記イオン交換膜と前記集電板との間に配置される電極とを備え、
   前記集電板は、前記第１面を電極側に向けて配置され、前記周縁壁は電解液が流通する電極室の一部を構成している、レドックスフロー電池。
8. 前記電極の厚みが、前記周縁壁の延在方向と直交する方向に沿って測定した表面粗さ（Ｒａ）の５倍以上である請求項７に記載のレドックスフロー電池。

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