電解液循環型積層二次電池

【目的】電極板とセパレータ板を交互に複数積層して成る電池スタック２に電解液を循環して充電、放電を行う亜鉛臭素電池において、放電待機中のマニホールドを通る漏れ電流を防いで電池効率の低下を防ぐ。
【構成】電池スタック２の各電極板、セパレータ板の枠体の上辺両端部に液入口マニホールド４ａ、液出口マニホールド４ｂを設ける。放電待機中ポンプ５の運転を停止した場合、戻り配管３ｃ内の電解液をタンク１内の空気と置換し、該空気を逆止弁６および入口側配管３ａを介して液入口マニホールド４ａに流し、該空気の圧力によって液入口、液出口マニホールド４ａ，４ｂ中の電解液をタンク１へ戻す。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電解液循環型積層二次電池に係り、特に亜鉛臭素電池の配管構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】電解液循環型積層二次電池、例えば亜鉛臭素電池は主に電極をバイポーラ型とし、単電池（単セル）を複数、電気的に直列に積層した電池本体と、電解液貯蔵槽と、これらの間に電解液を循環させるポンプおよび配管系とで構成されている。前記電池本体は図４に示すように構成されている。図４において、５１はバイポーラ型の中間電極で、この中間電極５１は電極部５１ａの外周に絶縁性の枠体５１ｂを形成してなる。５２はセパレータ板で、このセパレータ板５２はセパレータ５３の外周に枠体５２ａが形成されてなる。積層電池は前記中間電極５１の間にセパレータ板５２および必要に応じてパッキン５４，スペーサメッシュ５５を重ねて単セルを構成し、この単セルを複数、例えば全体で３０セル積層して構成される。積層電池の両端部には集電メッシュ５６を有する集電電極５７、さらに一対の締付端板６３，６３とその内側に押さえ部材である積層端板５８が配置されている。そして、締付端板６３間に図示しないボルトを通し、このボルトを締め付けることにより、一体に構成され、電池本体を構成する。
【０００３】上記のように構成した電池本体の各単セル内には各中間電極５１およびセパレータ板５２の枠体５２ａの上下２箇所の隅角部に形成した正極マニホールド５９と負極マニホールド６０より、セパレータ板５２の枠体５２ａに設けられたチャンネル６１およびマイクロチャンネル６２を介して電解液が夫々流入排出する。このように構成された亜鉛臭素電池は５０ＫＷ級電池の開発が終了し電池効率として約８０％、総合エネルギー効率として約７０％が確認されている。そこで行われた自己放電率試験（充電終了後ある一定期間放置した場合と放置しない場合とを比べた放電時電池効率の低下量）は１日放置で５．８％、１週間放置で７．３％の低下があった。この時は電池セル部分から電解液貯蔵槽へ電解液を戻して行っていた。しかし実際の電池適用を考えた場合、電解液がセル部分に無ければ電気は取り出せない。電気を取り出すにはポンプを作動し電解液貯蔵槽内の電解液をセル中に戻さねば成らず、時間として２〜３分かかる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこでセル中に電解液を満たしたまま放置することが考えられる。この場合充電後放置中、電池は開路状態に置かれるが積層電池内部では電解液がセル内からチャンネルを通りマニホールドを経由し、さらに別のチャンネルを通って他のセルに通じている。従って図５の矢印に示されるように電圧の高い方のセルから低い方のセルヘマニホールドを経由し漏れ電流が流れる。このため貯えられた電力は損失してしまう。特に負極において、電着した亜鉛が電圧の高い方で溶解し（亜鉛イオンとなり）、低い方では亜鉛が析出する。これにより積層セル内の電着亜鉛量が各セルで異なり、低い電位のセルではチャンネル方向への亜鉛の析出でチャンネルがふさがれ電解液の循環を妨げてしまう。
【０００５】本発明は上記の点に鑑みてなされたものでその目的は、充電待機中のマニホールドを通る漏れ電流を防いで電池効率の低下を防止することができる電解液循環型積層二次電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は矩形平板状のセパレータおよび該セパレータの外周縁部に一体に形成された絶縁枠体と、該枠体の上辺の両端部に各々設けられた液入口、液出口マニホールドと、該各マニホールドおよびセパレータの両端を結ぶ部位の枠体に各々設けられた電解液流路とから成るセパレータ板と、矩形平板状の電極および該電極の外周縁部に一体に形成された絶縁枠体と、該枠体の上辺の両端部であって前記各マニホールドと対応する部位に各々設けられた液入口、液出口マニホールドとから成る電極板とを有し、前記電極板の間に前記セパレータ板を挟んで該電極板を複数積層し圧着一体化して電池積層部を構成し、前記電池積層部の液入口マニホールドは入口側配管およびポンプを介して電解液貯蔵槽の電解液内に導入し、前記電池積層部の液出口マニホールドは出口側配管および戻り側配管を介して前記電解液貯蔵槽内の液面より上方に導入し、前記入口側配管と出口側配管の間に逆止弁を配設したことを特徴としている。
【０００７】
【作用】通常の運転時（ポンプ運転時）は逆止弁が閉じられて電解液貯蔵槽の電解液は、ポンプ、入口側配管、電池積層部の液入口マニホールド、電解液流路、電極とセパレータと絶縁枠体で囲まれた電池反応室、電解液流路、液出口マニホールド、出口側配管、戻り側配管を順次通って電解液貯蔵槽に戻される。
【０００８】自己放電率試験のため充電終了後放置する場合はポンプを停止させる。すると戻り側配管内の電解液が電解液貯蔵槽内の空気と置換され、同時にその空気は逆止弁を通って入口側配管にも侵入する。この空気の圧力によって電池積層部の各マニホールド内の電解液は戻り側配管を介して電解液貯蔵槽へ戻される。このように各マニホールド中の電解液を抜くことができるので、充電後の放置中に電池積層部の電圧の高い側から低い側へマニホールドを経由して漏れ電流が流れることは無い。このため電池積層部の各部位で電着亜鉛量が異なることを防止できる。
【０００９】
【実施例】以下図面を参照しながら本発明の一実施例を説明する。図１において１は電解液貯蔵タンク、２は図４R>４のように電極およびセパレータを複数積層して成る電池スタックである。３ａは一端が後述の液入口マニホールド４ａに連結された入口側配管である。この入口側配管３ａの他端はポンプ５を介して電解液貯蔵タンク１の電解液中に導入されている。３ｂは一端が後述の液出口マニホールド４ｂに連結された出口側配管である。この出口側配管３ｂの他端と入口側配管３ａは逆止弁６によって３ａから３ｂに液が流れないように連結されている。３ｃは一端が前記出口側配管３ｂに連結され、他端が電解液貯蔵タンク１内の液面上部の空気１ａ中に導入された戻り側配管である。
【００１０】前記液入口マニホールド４ａ、液出口マニホールド４ｂは電池スタック２の各電極板、セパレータ板の絶縁枠体に図２、図３のようにして設けられている。図２は電解液流路であるマイクロチャンネル１１、１２が電極の左右端に設けられた場合のセパレータ板（電極板）の構成を示し、図３はマイクロチャンネル１１、１２が電極の上下端に設けられた場合のセパレータ板（電極板）の構成を示している。図２、図３のどちらの場合もセパレータ板（電極板）の絶縁枠体の上辺の両端部に、正極液入口マニホールド４ａ，正極液出口マニホールド４ｂ，負極液入口マニホールド４ａａ，負極液出口マニホールド４ｂｂが設けられている。尚図中１３は電極表面、１４は電解液流路であるチャンネルを示している。また図中の矢印は電解液の流れる方向を示し、破線は背面のチャンネルを示している。
【００１１】上記のように構成された装置において、通常の運転時（ポンプ運転時）は逆止弁６が閉じられて電解液貯蔵タンク１の電解液は、ポンプ５、入口側配管３ａ、電池スタック２の液入口マニホールド４ａ、チャンネル１４（マイクロチャンネル）、電極とセパレータと絶縁枠体で囲まれた電池反応室、チャンネル１４（マイクロチャンネル）、液出口マニホールド４ｂ、出口側配管３ｂ、戻り側配管３ｃを順次通って電解液貯蔵タンク１に戻される。
【００１２】自己放電率試験のため充電終了後放置する場合はポンプ５を停止させる。すると戻り側配管３ｃ内の電解液が電解液貯蔵タンク１内の空気と置換され、同時にその空気は逆止弁６を通って入口側配管３ａにも侵入する。この空気の圧力によってスタック２の各マニホールド４ａ，４ｂ内の電解液は戻り側配管３ｃを介して電解液貯蔵タンク１へ戻される。このように各マニホールド４ａ，４ｂ中の電解液を抜くことができるので、充電後の放置中にスタック２の電圧の高い側から低い側へマニホールド４ａ，４ｂを経由して漏れ電流が流れることは無い。このためスタック２の各部位で電着亜鉛量が異なることを防止できる。
【００１３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば液入口、液出口マニホールドを電極板、セパレータ板の上側に配設するとともに、入口側配管と出口側配管との間に逆止弁を設け、且つ戻り側配管の端部を電解液貯蔵槽内の液面より上部に導入したので、放電待機中のマニホールドを通る漏れ電流を防ぐことができ、セル間の電着亜鉛のアンバランスを防いで電池効率の低下を防ぐことができる。また特願平２−２１３５３４号の装置に比べて電池背面の配管が不要となって配管の簡素化が図れるとともに、逆止弁の個数も半分で済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概略構成図。
【図２】本発明の一実施例を示す要部構成図。
【図３】本発明の他の実施例を示す要部構成図。
【図４】従来の亜鉛臭素電池の電池本体を示す要部分解斜視図。
【図５】電池の放電待機中に漏れ電流が流れる様子を示す説明図。
【符号の説明】
１…電解液貯蔵タンク、２…電池スタック、３ａ，３ｂ，３ｃ…配管、４ａ，４ａａ，４ｂ，４ｂｂ…マニホールド、５…ポンプ、６…逆止弁、１１，１２…マイクロチャンネル、１３…電極表面、１４…チャンネル。

【特許請求の範囲】
【請求項１】矩形平板状のセパレータおよび該セパレータの外周縁部に一体に形成された絶縁枠体と、該枠体の上辺の両端部に各々設けられた液入口、液出口マニホールドと、該各マニホールドおよびセパレータの両端を結ぶ部位の枠体に各々設けられた電解液流路とから成るセパレータ板と、矩形平板状の電極および該電極の外周縁部に一体に形成された絶縁枠体と、該枠体の上辺の両端部であって前記各マニホールドと対応する部位に各々設けられた液入口、液出口マニホールドとから成る電極板とを有し、前記電極板の間に前記セパレータ板を挟んで該電極板を複数積層し圧着一体化して電池積層部を構成し、前記電池積層部の液入口マニホールドは入口側配管およびポンプを介して電解液貯蔵槽の電解液内に導入し、前記電池積層部の液出口マニホールドは出口側配管および戻り側配管を介して前記電解液貯蔵槽内の液面より上方に導入し、前記入口側配管と出口側配管の間に逆止弁を配設したことを特徴とする電解液循環型積層二次電池。

【図１】