双极板、电池框架、电池堆和氧化还原液流电池的制作方法

本发明涉及双极板、电池框架、电池堆和氧化还原液流电池，所述双极板是氧化还原液流电池的部件。更具体地，本发明涉及能够降低电池内部电阻的双极板。

背景技术：

近年来，随着电力短缺变得更加严重，诸如风力发电和光伏发电的自然能源的快速普及以及电力系统的稳定化(例如频率和电压的维持)已经成为全球致力于解决的问题。作为解决这些问题的措施之一，安装大容量蓄电池以实现例如输出波动的平滑、剩余电力的累积以及平衡负载一直受到关注。

大容量蓄电池中的一种是氧化还原液流电池(下文中可以称作“rf电池”)。rf电池是通过使用正极电解液和负极电解液实施充电和放电的电池，所述正极电解液和负极电解液各自含有化合价因氧化还原而改变的金属离子(活性物质)。图7显示使用含有作为活性物质的v离子的钒电解液各自作为正极电解液和负极电解液的钒基rf电池100的工作原理图。在图7所示的电池单元100c中，实线箭头和虚线箭头分别表示充电反应和放电反应。

rf电池100包含电池单元100c，所述电池单元100c通过允许氢离子透过的隔膜101而分成正极单元102和负极单元103。正极单元102包含正极104并且经由管道108和110连接到储存正极电解液的正极电解液槽106。类似地，负极单元103包含负极105并且经由管道109和111连接到储存负极电解液的负极电解液槽107。在充电和放电期间，储存在正极电解液槽106和负极电解液槽107中的电解液分别通过泵112和113在正极单元102和负极单元103中循环。

电池单元100c通常在被称作电池堆200的结构内形成，如图8的下部视图所示。电池堆200具有如图8的上部视图所示的结构，其中堆叠多个电池单元100c，各个电池单元100c通过堆叠正极104、隔膜101和负极105而形成并且夹在电池框架120之间，各个电池框架120包括相框状框体122和与之一体化的双极板121。即，在相邻的电池框架120的双极板121之间形成电池单元100c，并将电池单元100c的正极104(正极单元102)和相邻的电池单元100c的负极105(负极单元103)在其间具有双极板121的条件下布置在双极板121的正面侧和背面侧。在该结构中，各个电池框架120之间的间隙用密封结构127密封。

在电池堆200中，通过形成在框体122上的液体供应歧管123和124与液体排出歧管125和126实施电解液向电池单元100c的流通。从液体供应歧管123经由形成在框体122的一个表面侧(纸面的正面侧)的沟槽将正极电解液供应到设置在双极板121的第一表面侧的正极104。正极电解液通过形成在框体122的上部的沟槽排出到液体排出歧管125。类似地，从液体供应歧管124经由形成在框体122的另一表面侧(纸面的背面侧)的沟槽将负极电解液供应到设置在双极板121的第二表面侧的负极105。负极电解液通过形成在框体122上部的沟槽排出到液体排出歧管126。

作为各个正极104和负极105，例如使用诸如碳毡的多孔导电材料，且作为双极板121，例如使用由塑性碳制成的平板。(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-367659号公报

技术实现要素：

技术问题

期望进一步改进氧化还原液流电池的电池性能，并且作为改进之一，需要降低电池的内部电阻。增加内部电阻的因素之一是电解液流动状态，例如电解液在电极的广泛区域上的流动均匀性。然而，关于在充分考虑电极内的电解液流动状态时降低内部电阻，在现有技术中尚未进行充分研究。

鉴于这些情况而完成了本发明，且本发明的目的在于提供一种能够降低电池内部电阻的双极板。本发明的另一个目的是提供一种包含所述双极板的电池框架、包含所述电池框架的电池堆以及包含所述电池堆的氧化还原液流电池。

解决技术问题的技术方案

本发明实施方案的双极板是电池用双极板，所述双极板具有设置在其第一表面侧的正极和设置在其第二表面侧的负极，其中所述第一表面和所述第二表面中的至少一个表面设置有电解液流动通过的流动路径。所述流动路径包括所述电解液的引入口、所述电解液的排出口、以及位于所述引入口与所述排出口之间并且将所述电解液引导到预定路线的沟槽部。所述沟槽部包括多个纵向沟槽部，当将所述双极板放置在所述电池中的预定位置时所述多个纵向沟槽部在纵向方向上延伸并且在正交于所述纵向方向的方向上平行排列。

本发明实施方案的电池框架包含本发明实施方案的双极板和设置在所述双极板的外周的框体。

本发明实施方案的电池堆包含堆叠的多个层叠体，各个层叠体包含依次堆叠的本发明实施方案的电池框架、正极、隔膜和负极。

本发明实施方案的氧化还原液流电池包含本发明实施方案的电池堆。

发明的有益效果

双极板能够降低电池的内部电阻。电池框架、电池堆和氧化还原液流电池各自能够降低电池的内部电阻。

附图说明

[图1]图1是显示实施方案1的双极板的示意平面视图。

[图2]图2是显示实施方案1的双极板的示意剖视图。

[图3]图3是显示实施方案2的双极板的示意平面视图。

[图4]图4是显示实施方案3的双极板的示意平面视图。

[图5]图5是显示实施方案4的双极板的示意平面视图。

[图6]图6是显示实施方案5的双极板的示意平面视图。

[图7]图7是氧化还原液流电池的示意性原理图。

[图8]图8是包含在氧化还原液流电池中的电池堆的示意图。

[图9]图9是显示关于试验例1的试样1-1号的循环次数与电池电阻率之间的关系的图。

[图10]图10是显示关于试验例1的试样1-11号的循环次数与电池电阻率之间的关系的图。

[图11]图11是具有包含多个层叠体的电池堆的氧化还原液流电池的示意图，各个层叠体包含依次堆叠的电池框架、正极、隔膜和负极。

标号说明

100氧化还原液流电池(rf电池)

100c电池单元

101隔膜

102正极单元

103负极单元

104正极

105负极

106正极电解液槽

107负极电解液槽

108～111管道

112、113泵

200电池堆

120电池框架

121双极板

122框体

123、124液体供应歧管

125、126液体排出歧管

127密封结构

1、2、3、4、5双极板

10流动路径

11沟槽部

12引入路径

12i引入口

12y引入侧纵向沟槽部

12x引入侧横向沟槽部(液体供应整流部)

14排出路径

14o排出口

14y排出侧纵向沟槽部

14x排出侧横向沟槽部(液体排出整流部)

16脊部

18y、19y纵向沟槽部

18x、19x横向沟槽部

具体实施方式

[本发明实施方案的说明]

为了降低内部电阻，本发明人已经研究了电极面内的电解液的流动状态。结果发现，当双极板上设置有引导电解液的流动路径时，电解液容易渗透/扩散到电极中，并且能够在电极的广泛区域上均匀地进行电池反应；由此，可以降低内部电阻。然而，如后面将在试验例中所详细说明的，已经发现内部电阻可以随设置在双极板中的流动路径的形式而变化。内部电阻的变化主要发生在从氧化还原液流电池(rf电池)开始工作后即刻起至约几个到约几十个循环的时间段内。特别地，在rf电池开始工作之前将电解液填充到空的没有电解液的电池单元中，且然后使rf电池工作的情况下，内部电阻发生变化。这样的情况的实例包括：在电池单元处于空的状态而没有填充电解液的rf电池的初始状态下，将电解液供应到电池单元，且然后使rf电池工作的情况；以及在停止泵并且为了抑制自放电而将电解液从电池单元排出的rf电池的待机状态下，再次供应电解液，且然后使rf电池开始工作的情况。

在rf电池开始工作之前将电解液填充到处于空的状态的电池单元中且然后使rf电池工作的情况下，认为发生变化的原因是在将电解液填充到电池单元中时能够产生的气泡。处于空的状态的电池单元内部充满空气。通过使电解液循环到电池单元中能够将空气排出。然而，由于电池单元内部的电解液的流速低，所以排出气泡的力弱，并且需要预定的时间来排出气泡。因此，根据设置在双极板中的流动路径的形式，气泡易于在电池单元中、特别是在电极中停留。当气泡停留在电极中时，电极中的电池反应面积减小，并且认为内部电阻增加。因此，本发明人对在填充电解液之后在使rf电池开始工作时抑制气泡在电极中停留以及实现电解液在电极中的均匀流动进行了进一步的研究。由此，完成了本申请的发明。下面将列出本发明实施方案的内容并进行说明。

(1)根据本发明实施方案的双极板是电池用双极板，所述双极板具有设置在其第一表面侧的正极和设置在其第二表面侧的负极，其中所述第一表面和所述第二表面中的至少一个表面设置有电解液流动通过的流动路径。所述流动路径包括所述电解液的引入口、所述电解液的排出口、以及位于所述引入口与所述排出口之间并且将所述电解液引导到预定路线的沟槽部。所述沟槽部包括多个纵向沟槽部，当将所述双极板放置在所述电池中的预定位置时所述多个纵向沟槽部在纵向方向上延伸并且在正交于所述纵向方向的方向上平行排列。

由于双极板设置有流动路径，因此能够沿着流动路径促进电解液的流动，并且能够降低电解液在电池单元内的流动阻力；由此，可以降低电解液在电池单元中的压力损失。因此，能够降低电池的内部电阻。由于引导电解液到预定路线的纵向沟槽部以在将双极板放置在电池中的预定位置时在纵向方向上延伸的方式设置，所以在rf电池开始工作之前在将电解液供应到处于空状态的电池单元时气泡易于向上排出，并且气孔难以残留。而且，即使在电池单元中产生气泡，气泡由于浮力也容易沿着纵向沟槽部流动并容易排出。因此，在电池单元装满电解液之后，当rf电池开始工作时，气泡难以在电极中停留。因此，可以抑制电极中的电池反应面积的减少，并且可以抑制电池内部电阻的升高。

(2)根据双极板的一个实例，相邻的纵向沟槽部在平行方向上彼此重叠的长度为双极板纵向方向上的长度的45％以上。

随着纵向沟槽部的长度的增加，能够增加在双极板的纵向方向上延伸的流动路径的长度。当纵向沟槽部在平行方向上彼此重叠的长度为双极板纵向方向上的长度的45％以上时，在电池单元中产生的气泡更易于沿纵向沟槽部向上排出，且气泡难以在电极中停留。

(3)根据双极板的一个实例，相邻的纵向沟槽部的侧缘之间的槽间距为纵向沟槽部的宽度的100％～700％。

随着纵向沟槽部的横断面面积的增大，电解液在电池单元内的流动阻力降低，且能够容易地降低压力损失。此外，随着相邻的纵向沟槽部之间的距离的增加，双极板与电极之间的接触面积增加，并且能够在电极的广泛区域上容易均匀地进行电池反应。当相邻的纵向沟槽部的侧缘之间的槽间距为纵向沟槽部宽度的100％以上时，能够容易地降低电池单元中的电解液的流动阻力。当槽间距为纵向沟槽部宽度的700％以下时，电极中的电池反应能够容易均匀地进行。

(4)根据双极板的一个实例，纵向沟槽部的宽度为0.1mm～10mm。

当纵向沟槽部的宽度为0.1mm以上时，能够容易地降低电解液在电池单元内的流动阻力。另一方面，当纵向沟槽部的宽度为10mm以下时，由于能够相对确保纵向沟槽部之间的距离，所以电极中的电池反应能够容易均匀地进行。

(5)根据双极板的一个实例，流动路径包括彼此不连通的引入路径和排出路径。

在双极板中，以使得电解液在引入路径与排出路径之间横穿的方式设置电极中的电池反应区。从引入口引入的电解液在路径之间横穿并从排出口排出，由此可以减少以未反应状态排出的电解液的量。也就是说，可以增加电极中的反应电流的量。

(6)根据流动路径包括引入路径和排出路径的双极板的实例，引入路径和排出路径各自包括梳齿形路径，所述梳齿形路径以咬合方式彼此面对地排列，并且梳齿形路径设置有纵向沟槽部。

在双极板中，由于引入路径和排出路径以咬合方式彼此面对地且平行地排列，所以以使得在梳齿形路径彼此咬合的部分中在梳齿之间横穿的方式设置电池反应区。与引入路径和排出路径不彼此咬合的情况相比，能够容易地增加在梳齿之间横穿的电池反应区中流动的电解液的量。也就是说，能够更容易地增加电极中的反应电流的量。

(7)根据设置有梳齿形路径的双极板的实例，其中梳齿形路径彼此咬合的部分的长度为纵向沟槽部的长度的80％～99％。

在引入路径和排出路径以咬合方式彼此面对地排列的情况下，随着咬合部分的长度的增加，能够与该长度成比例地确保电极中的较大的电池反应区。当梳齿形路径彼此咬合的部分的长度为纵向沟槽部的长度的80％以上时，能够充分确保电极中的电池反应区，且能够增加供应到该区域的电解液的量。另一方面，当梳齿形路径彼此咬合的部分的长度为纵向沟槽部的长度的99％以下时，能够可靠地使引入路径和排出路径彼此独立而彼此不连通。

(8)根据双极板的实例，双极板的两个表面都设置有流动路径，并且当在平面透视图中观察双极板时，正极侧的纵向沟槽部和负极侧的纵向沟槽部至少部分地位于彼此不重叠的位置处。

由于正极侧的纵向沟槽部和负极侧的纵向沟槽部彼此错开，所以在正极、负极和隔膜夹在电池单元的一对双极板之间时，一个双极板的纵向沟槽部和另一个双极板的纵向沟槽部彼此错开地设置。因此，与一对双极板的纵向沟槽部彼此面对地排列的情况相比，机械强度提高，且能够降低双极板的厚度。

(9)根据双极板的一个实例，沟槽部包括液体供应整流部和液体排出整流部中的至少一者，所述液体供应整流部将所述引入口与所述纵向沟槽部的所有引入侧端部连接，且所述液体排出整流部将所述排出口与所述纵向沟槽部的所有排出侧端部连接。

当双极板设置有液体供应整流部作为流动路径时，能够将从引入口引入的电解液均匀分布到各个纵向沟槽部。而且，在双极板设置有液体排出整流部作为流动路径时，能够不受阻碍地将来自各个纵向沟槽部的电解液从排出口排出。

(10)根据本发明实施方案的电池框架包含(1)～(9)中任一项的双极板和设置在所述双极板的外周的框体。

由于电池框架包含本发明实施方案的双极板，所以能够减小电解液在电池单元中的流动阻力，并且可以抑制电极中的电池反应面积的减小；由此能够降低电池的内部电阻。

(11)根据本发明实施方案的电池堆包含堆叠的多个层叠体，各个层叠体包含依次堆叠的根据(10)的电池框架、正极、隔膜以及负极。

由于电池堆包含本发明实施方案的电池框架，所以能够减小电解液在电池单元中的流动阻力，并且可以抑制电极中的电池反应面积的减小；由此，能够降低电池的内部电阻。

(12)根据本发明实施方案的氧化还原液流电池包含根据(11)的电池堆。

由于氧化还原液流电池包含本发明实施方案的电池堆，所以能够减小电解液在电池单元中的流动阻力，并且可以抑制电极中电池反应面积的减小；由此，能够降低电池的内部电阻。

[本发明实施方案的详细说明]

下面将对本发明的实施方案进行详细说明。本发明不限于所述实例，本发明的范围由所附的权利要求限定，并且旨在包括与权利要求等同的含义和范围内的所有变体。在附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

《实施方案1》

在实施方案1中，将参考图1和图2对用于氧化还原液流电池(rf电池)的双极板1进行说明。可以将与参考图7和8说明的现有rf电池100的结构相同的结构用作不同于双极板1的结构，并因此将省略其详细说明。在图2中，为了便于说明，双极板121被显示为比各个正极104和负极105厚。

[双极板]

双极板1是设置在相邻的电池单元100c之间(图7)并将各个电极的电解液隔开的导电构件，并且典型地为如图1所示的矩形平板。双极板1以其正面和背面夹在相邻的电池单元100c中的一个的正极104与另一个电池单元100c的负极105之间。双极板1的第一表面(正面)是面对正极104的表面，并且双极板1的第二表面(背面)是面对负极105的表面。实施方案1的双极板1的特征主要在于双极板1的正极104侧的表面和双极板1的负极105侧的表面各自设置有正极电解液或负极电解液流动通过的流动路径10，且所述流动路径10具有纵向沟槽结构。

·流动路径

设置流动路径10以通过各电池单元100c中的泵112或113(图7)来调节流通到正极104或负极105的电解液的流动。在双极板1的正极104侧的表面和双极板1的负极105侧的表面中的各个表面处，流动路径10由作为双极板1的表面的一部分的流动路径内表面形成。如图2所示，流动路径内表面包括在双极板1的深度方向凹进的底面和从底面纵向延伸的两个侧面。

流动路径10包括电解液引入口12i、电解液排出口14o以及位于引入口12i与排出口14o之间并将电解液引导到预定路线的沟槽部11。引入口12i在双极板1的一个端面(图1的下侧)开口并通过形成在电池框架的框体中的狭缝与液体供应歧管123(124)连接(图8)。排出口14o在双极板1的与引入口12i相对的另一端面(图1的上侧)开口，并且通过形成在电池框架的框体中的狭缝与液体排出歧管125(126)(图8)连接。

通过调节流动路径10的形状、尺寸等能够调节各个电池单元100c中的电解液流动。实施方案1的双极板1的特征之一在于，沟槽部11包括多个引入侧纵向沟槽部12y和多个排出侧纵向沟槽部14y，在将双极板1放置在rf电池100中的预定位置时所述多个引入侧纵向沟槽部12y和多个排出侧纵向沟槽部14y在纵向方向上延伸并且在正交于所述纵向方向的方向上平行排列。将包括排列在纵向方向上的多个引入侧纵向沟槽部12y和多个排出侧纵向沟槽部14y的流动路径10的形式称作“纵向沟槽结构”。下面将对流动路径10的形状进行说明，然后将对流动路径10中的沟槽部11进行说明。

·流动路径的形状

如图1所示，流动路径10包括用于将电解液引入电极的引入路径12和用于将电解液从电极排出的排出路径14。引入路径12和排出路径14彼此不连通并且彼此独立。引入路径12和排出路径14各自包括梳齿形路径，所述梳齿形路径以咬合方式彼此面对地排列。引入路径12的梳齿形路径包括多个引入侧纵向沟槽部12y，且排出路径14的梳齿形路径包括多个排出侧纵向沟槽部14y。即，实施方案1的双极板1的特征之一在于，流动路径10具有引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y以咬合方式彼此面对地排列的咬合型的相对的梳齿形状。

引入路径12包括：引入口12i；引入侧横向沟槽部12x，所述引入侧横向沟槽部12x在双极板1的横向方向(图1的左右方向)上延伸；以及多个引入侧纵向沟槽部12y，所述多个引入侧纵向沟槽部12y在双极板1的纵向方向(图1中的上下方向)上从引入侧横向沟槽部12x延伸并在其间隔开预定距离c的条件下平行排列。引入口12i、引入侧横向沟槽部12x和引入侧纵向沟槽部12y是连续的。

排出路径14具有与引入路径12相同的形状。排出路径14包括：排出口14o；排出侧横向沟槽部14x，所述排出侧横向沟槽部14x在双极板1的横向方向上延伸；以及多个排出侧纵向沟槽部14y，所述多个排出侧纵向沟槽部14y在双极板1的纵向方向上从排出侧横向沟槽部14x延伸并在其间具有预定距离c的条件下平行排列。排出口14o、排出侧横向沟槽部14x以及排出侧纵向沟槽部14y是连续的。

该实例中的流动路径10包括引入路径12和排出路径14，从引入口12i引入的电解液流动通过引入侧横向沟槽部12x、引入侧纵向沟槽部12y、排出侧纵向沟槽部14y和排出侧横向沟槽部14x并从排出口14o排出。即，流动路径10的沟槽部11由引入侧横向沟槽部12x、引入侧纵向沟槽部12y、排出侧纵向沟槽部14y和排出侧横向沟槽部14x构成。

关于引入路径12和排出路径14，引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y交替地平行排列。具体地，排出路径14的排出侧纵向沟槽部14y设置在引入路径12的相邻的引入侧纵向沟槽部12y之间。换而言之，引入路径12的引入侧纵向沟槽部12y设置在排出路径14的相邻的排出侧纵向沟槽部14y之间。当将双极板1放置在rf电池100中的预定位置时，引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y以在双极板1的表面上沿纵向方向(图1中的上下方向)延伸的方式设置，并且在正交于所述纵向方向的方向上平行排列。

引入路径12的引入侧横向沟槽部12x作为将从引入口12i引入的电解液均匀地分配到各纵向沟槽部12y的液体供应整流部发挥作用。排出路径14的排出侧横向沟槽部14x作为将从各排出侧纵向沟槽部14y的电解液不受阻碍地从排出口14o排出的液体排出整流部发挥作用。引入侧横向沟槽部12x和排出侧横向沟槽部14x可以省略，并且电解液整流部可以如现有技术中设置在电池框架的框体中。在省略引入侧横向沟槽部12x和排出侧横向沟槽部14x的情况下，引入侧纵向沟槽部12y的引入侧端部各自在双极板1的一个端面处(在图1的下侧)开口，且排出侧纵向沟槽部14y的排出侧端部各自在双极板1的另一端面处(在图1的上侧)开口。将电解液引入双极板1的引入口12i作为各个引入侧纵向沟槽部12y的引入侧端部的开口边缘，且将电解液从双极板1排出的排出口14o作为各个排出侧纵向沟槽部14y的排出侧端部的开口边缘。

在图2所示的实例中，通过分别从引入侧横向沟槽部12x和排出侧横向沟槽部14x的横向方向上的端部在上下方向上延伸的短的纵向沟槽部，在双极板1的端面中形成一个引入口12i和一个排出口14o。引入口12i和排出口14o设置在矩形双极板1的大致对角位置处。

在具有纵向沟槽结构的流动路径10的情况下，从引入口12i引入的电解液沿着沟槽部11(在图1中的实线箭头所示的方向上)流动，并且还通过位于引入侧纵向沟槽部12y与排出侧纵向沟槽部14y之间的脊部16在引入侧纵向沟槽部12y与排出侧纵向沟槽部14y之间横穿而流动(在图1和2中由虚线箭头表示的方向)。在从引入口12i的引入至到达排出口14o期间，流过沟槽部11的电解液渗透并扩散到与双极板1面对地设置的电极中。渗透/扩散到电极中的电解液参与电极中的电池反应。特别地，在各个正极104和负极105中以与双极板1的脊部16面对的方式设置的区域中，能够充分确保与电解液的接触面积，因此能够良好地进行电池反应(图2)。由于引入的电解液横穿脊部16并被排出，所以可以减少以未反应状态排出的电解液的量。结果，可以增加电极中的反应电流的量。此外，能够降低rf电池的内部电阻。

·沟槽部

如图2所示，沟槽部11具有矩形的横断面形状。沟槽部11的横断面形状能够为任意的横断面形状，且例如可以为具有曲线的形状，例如半圆或具有圆角部的矩形。

沟槽部11在整个流动路径10上具有均匀的深度d。在引入路径12中引入侧横向沟槽部12x的长度lxi、引入侧纵向沟槽部12y的长度lyi和引入侧纵向沟槽部12y的宽度wyi分别等于排出路径14中排出侧横向沟槽部14x的长度lxo、排出侧纵向沟槽部14y的长度lyo和排出侧纵向沟槽部14y的宽度wyo。此外，引入路径12中的引入侧纵向沟槽部12y之间的距离ci与排出路径14中的排出侧纵向沟槽部14y之间的距离co相等。在构成流动路径10的沟槽部11的形状和尺寸与如上所述大致相同的情况下，能够使电解液在双极板1和以面对双极板1的方式设置的电极的整个区域上基本均匀地流动，这是优选的。下文中，在实施方案1中，将引入路径12中的引入侧横向沟槽部12x的长度lxi和排出路径14中的排出侧横向沟槽部14x的长度lxo称作“lx”，将引入侧纵向沟槽部12y的长度lyi和排出侧纵向沟槽部14y的长度lyo称作“ly”，将引入侧纵向沟槽部12y的宽度wyi和排出侧纵向沟槽部14y的宽度wyo称作“wy”，并将引入侧纵向沟槽部12y之间的距离ci与排出侧纵向沟槽部14y之间的距离co称作“c”。

沟槽部11的宽度d可以例如为双极板1的厚度的10％～45％。这是为了防止双极板1的强度降低，同时充分确保沟槽部11的横断面面积。在双极板1的正面和背面具有沟槽部11的情况下，当沟槽的深度d过大时，存在机械强度可能会降低的担忧。因此，认为沟槽的深度d更优选为双极板1的厚度的20％～40％。

在彼此相邻的引入侧纵向沟槽部12y的侧缘与排出侧纵向沟槽部14y的侧缘之间的槽间距r例如可以为引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y各自的宽度wy的100％～700％。随着引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y各自的横断面面积的增大，电池单元100c中的电解液的流动阻力降低，并且能够容易降低压力损失。另一方面，随着彼此相邻的引入侧纵向沟槽部12y与排出侧纵向沟槽部14y之间距离的增大，双极板1与电极的接触面积增大，且能够在电极的广泛区域上容易均匀地进行电池反应。从能够降低电池单元100c中电解液的流动阻力并在电极中均匀地进行电池反应的观点考虑，认为槽间距r更优选为引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y各自的宽度wy的100％～500％。

引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y各自的宽度wy能够根据与槽间距r和宽度d的关系适当选择使得充分增加横断面面积。引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y各自的宽度wy优选为0.1mm～10mm，或进一步优选0.7mm～1.5mm。

随着引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y各自的长度ly的增加，能够增大流动路径在双极板1的纵向方向上延伸的长度。引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y各自的长度ly对在双极板1纵向方向上的长度lh之比即(ly/lh)×100优选为50％～90％，或进一步优选60％～80％。另外，随着彼此相邻的引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y彼此重叠的长度增加，能够良好地进行因横穿位于引入侧纵向沟槽部12y与排出侧纵向沟槽部14y之间的脊部16而引起的电极内的电池反应。彼此相邻的引入侧纵向沟槽部12y与排出侧纵向沟槽部14y彼此重叠的长度lo对在双极板1纵向方向上的长度lh之比即(lo/lh)×100优选为45％～85％，且进一步优选55％～75％。

在咬合型的相对的梳齿形状中，随着引入路径12的梳齿形路径和排出路径14的梳齿形路径彼此咬合的部分的长度lo增大，可以与该长度成比例地充分确保以面对电极的脊部16的方式设置的区域。由此，能够增加供应到该区域的电解液的量。梳齿形路径彼此咬合的部分的长度lo对引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y各自的长度ly之比即(lo/ly)×100优选为80％～99％，且进一步优选90％～98％。

在该实例中，如图2所示，在双极板121的正面和背面设置有流动路径的情况下，当在平面透视图中观察双极板1时，引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y至少部分地位于彼此不重叠的位置。由于在双极板121的正面的引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y以及在双极板121的背面的引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y彼此错开，所以当正极104、负极105和隔膜101夹在电池单元100c中的一对双极板121之间时，在与各个电极接触的表面处一个双极板的引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y与另一个双极板的引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y在彼此错开的同时进行设置。由于这种错开，与一对双极板的引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y被彼此面对地排列的情况相比，机械强度增加，并且能够减小双极板的厚度。在双极板1的正面和背面设置有流动路径10的情况下，当在平面透视图中观察双极板1时，引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y可能位于彼此重叠的位置。

··构成材料

能够将不与电解液反应且对电解液具有耐受性(耐化学药品性、耐酸性等)的低电阻导电材料适当地用作双极板1的构成材料。另外，双极板1的构成材料优选具有适度的刚性。其原因在于，构成流动路径10的沟槽部11的形状和尺寸长期不易变化，且容易维持由于设置有流动路径10而得到的降低流动阻力的效果和降低压力损失的效果。构成材料的具体实例包括含有碳材料和有机材料的复合材料，且更具体地，可以使用包含导电无机材料如石墨和有机材料如聚烯烃类有机化合物或氯化有机化合物的导电塑料。

除了石墨之外，碳材料的实例还包括炭黑、类金刚石碳(dlc)等。炭黑的实例包括乙炔黑、炉黑等。碳材料优选包括石墨。碳材料能够主要含有石墨并部分地含有碳黑和dlc中的至少一者。除碳材料之外，导电无机材料还能够包含诸如铝的金属。导电无机材料的实例包括粉末和纤维。

聚烯烃类有机化合物的实例包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等。氯化有机化合物的实例包括氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化石蜡等。

通过诸如注射成型、压制成型或真空成型的已知方法将构成材料形成为板状，并且也形成构成流动路径10的沟槽部11(引入侧纵向沟槽部12y、排出侧纵向沟槽部14y、引入侧横向沟槽部12x以及排出侧横向沟槽部14x)，能够制造设置有流动路径10的双极板1。当同时形成沟槽部11时，能够实现双极板1的优异制造性。通过切割不具有流动路径10的平板，也可以形成构成流动路径10的沟槽部11(引入侧纵向沟槽部12y、排出侧纵向沟槽部14y、引入侧横向沟槽部12x和排出侧横向沟槽部14x)。

[优点]

在流动路径10具有纵向沟槽结构的情况下，由于引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y排列在纵向方向上，所以在将电解液供应到在rf电池开始工作之前处于空的状态的电池单元时不易产生气泡。而且，即使在电池单元中产生气泡，气泡也易于朝向排出口14o排出。因此，在电池单元装满电解液之后，当rf电池开始工作时，气泡难以在电极中停留。因此，可以抑制电极中电池反应面积的减少，并可以抑制rf电池的内部电阻的升高。

特别地，在流动路径10具有包括引入路径12和排出路径14的咬合型的相对的梳齿形状时，以横穿引入路径12的引入侧纵向沟槽部12y与排出路径14的排出侧纵向沟槽部14y之间的脊部16的方式在电极中形成电池反应区。通过该电池反应区能够充分确保与电解液的接触面积，由此能够良好地实施电池反应。

[rf电池的双极板之外的结构]

在双极板1的说明中，已经说明了能够采用与现有结构相同的结构作为rf电池100的除了双极板1之外的结构(参考图7和8)。实施方案1的rf电池包含：电池单元，其中对正极、隔膜和负极进行堆叠；和电池框架，所述电池框架包含与相框状框体一体化的双极板，并将多个电池单元在其间具有电池框架的条件下进行堆叠。将本实施方案的具有流动路径10的双极板1用作双极板。即，在相邻电池框架的双极板1之间形成电池单元，并且以夹着双极板1的方式将相邻电池单元的正极和负极设置在双极板1的正面和背面。

如图7所示，作为电解液，能够适当地使用钒基电解液，其中将钒离子用作各电极的活性物质。除此之外，能够适当地使用：铁(fe²⁺/fe³⁺)-铬(cr³⁺/cr²⁺)基电解液，其中将铁(fe)离子用作正极活性物质并将铬(cr)离子用作负极活性物质；和锰(mn²⁺/mn³⁺)-钛(ti⁴⁺/ti³⁺)基电解液，其中将锰(mn)离子用于正极电解液并将钛(ti)离子用于负极电解液。

《实施方案2》

在实施方案2中，将对设置有具有图3所示的非咬合型的相对的梳齿形状的流动路径10的双极板2进行说明。所述非咬合型的相对的梳齿形状为引入路径12的梳齿形路径和排出路径14的梳齿形路径在彼此不咬合的情况下以彼此面对的方式排列的形状。双极板2的基本结构与实施方案1的双极板1的相同，仅流动路径10的形式不同。

引入路径12包括：引入口12i；在双极板2的横向方向(图3中的左右方向)上延伸的引入侧横向沟槽部12x；以及多个引入侧纵向沟槽部12y，所述多个引入侧纵向沟槽部12y在双极板2的纵向方向(图3中的上下方向)上从引入侧横向沟槽部12x延伸且在所述多个引入侧纵向沟槽部12y之间具有预定距离的条件下平行排列。双极板2的引入侧纵向沟槽部12y的数量比双极板1的引入侧纵向沟槽部12y的数量多，且双极板2的引入侧纵向沟槽部12y具有比双极板1的引入侧纵向沟槽部12y小的长度。引入口12i、引入侧横向沟槽部12x以及引入侧纵向沟槽部12y是连续的。

排出路径14具有与引入路径12相同的形状。排出路径14包括：排出口14o；在双极板2的横向方向上延伸的排出侧横向沟槽部14x；以及多个排出侧纵向沟槽部14y，所述多个排出侧纵向沟槽部14y在双极板2的纵向方向上从排出侧横向沟槽部14x延伸并在所述多个排出侧纵向沟槽部14y之间具有预定距离的条件下平行排列。双极板2的排出侧纵向沟槽部14y的数量比双极板1的排出侧纵向沟槽部14y的数量大，且双极板2的排出侧纵向沟槽部14y具有比双极板1的排出侧纵向沟槽部14y小的长度。在双极板2中，排出侧纵向沟槽部14y的数量与引入侧纵向沟槽部12y的数量相同。另外，排出侧纵向沟槽部14y的长度lyo与引入侧纵向沟槽部12y的长度lyi相同。排出口14o、排出侧横向沟槽部14x以及排出侧纵向沟槽部14y是连续的。

在双极板2中，引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y在上下方向上对称排列。因此，相邻的纵向沟槽部为引入侧纵向沟槽部12y彼此或排出侧纵向沟槽部14y彼此。当将双极板2放置在rf电池100中的预定位置时，引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y各自以在纵向方向(在图3的上下方向)上延伸的方式设置，而且，在正交于所述纵向方向的方向上引入侧纵向沟槽部12y彼此平行排列且排出侧纵向沟槽部14y彼此平行排列。引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y在上下方向上对称排列，且引入侧纵向沟槽部12y的长度lyi和排出侧纵向沟槽部14y的长度lyo的合计长度(lyi+lyo)对在双极板2纵向方向上的长度lh之比即[(lyi+lyo)/lh)]×100可以为70％～99％，或者进一步地为75％～99％。

从引入口12i引入的电解液沿着沟槽部11流动(在图3中用实线箭头表示的方向上)，通过横穿位于引入侧纵向沟槽部12y之间的脊部16和位于排出侧纵向沟槽部14y之间的脊部16而流动(在图3中的斜虚线箭头所示的方向上)，并通过横穿位于引入路径12的引入侧纵向沟槽部12y与排出路径14的排出侧纵向沟槽部14y之间的脊部16而流动(在图3中的虚线箭头所示的纵向方向上)。即使在非咬合型的梳齿形状中，通过以在相邻的引入侧纵向沟槽部12y之间、相邻的排出侧纵向沟槽部14y之间以及位于上下方向上的引入侧纵向沟槽部12y与排出侧纵向沟槽部14y之间横穿的方式在电极中实施电池反应，可以减少以未反应状态排出的电解液的量，并且可以增加电极中反应电流的量。此外，能够降低rf电池的内部电阻。

另外，即使在非咬合型的梳齿形状的情况下，由于引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y在纵向方向上排列，所以当在电池单元充满电解液之后rf电池开始工作时气泡也难以在电极内停留。因此，可以抑制电极中电池反应面积的减少，并且可以抑制电池内部电阻的升高。

《实施方案3》

在实施方案3中，将对设置有具有图4中所示的连续网格形状的流动路径10的双极板3进行说明。网格形状是指引入路径和排出路径彼此连通的形状。双极板3的基本结构与实施方案1的双极板1的基本结构相同，并且仅流动路径10的形式不同。

流动路径10包括作为沟槽部11的：多个纵向沟槽部18y，所述多个纵向沟槽部18y在双极板3的纵向方向(图4中的上下方向)上延伸并在所述多个纵向沟槽部18y之间具有预定距离的条件下平行排列；和一对横向沟槽部18x，所述一对横向沟槽部18x连接各纵向沟槽部18y的引入侧端部和各纵向沟槽部18y的排出侧端部。引入侧横向沟槽部18x(在图4的下侧)在其一端(在图4的右侧)连接到引入口12i并通过纵向沟槽部18y在其另一端(在图4中的左侧)连接到排出口14o。排出侧横向沟槽部18x(在图4中的上侧)在其一端(在图4中的左侧)连接到排出口14o并且通过纵向沟槽部18y在其另一端(在图4中的右侧)连接到引入口12i。引入口12i、一对横向沟槽部18x、各纵向沟槽部18y以及排出口14o是连续的。

在双极板3中，从引入口12i引入的电解液沿着沟槽部11流动(在图4中的实线箭头所示的方向上)并通过位于各纵向沟槽部18y之间的脊部16横穿纵向沟槽部18y之间而流动(在由虚线箭头所示的方向上)。通过以经由脊部16在纵向沟槽部18y之间横穿的方式在电极中实施电池反应，可以减少以未反应状态排出的电解液的量，并可以增加电极中反应电流的量。此外，能够降低rf电池的内部电阻。

在双极板3中，由于纵向沟槽部18y与引入口12i至排出口14o连通，所以当在电池单元充满电解液之后rf电池开始工作时，电池单元内的气泡容易排出且气泡难以在电极内停留。因此，可以更容易地抑制电极中的电池反应面积的减小，并且可以更容易地抑制电池的内部电阻的升高。

《实施方案4》

在实施方案4中，将对设置有具有图5所示的不连续形状的流动路径10的双极板4进行说明。以使在实施方案1所述的双极板1(图1)中的引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y不连续(非连续)地形成的方式构造双极板4。通过将引入侧纵向沟槽部12y和排出侧纵向沟槽部14y形成为不连续的形状，能够以使得电解液不仅通过横向方向上的脊部16，而且通过纵向方向上的相邻纵向沟槽部之间的脊部16在纵向沟槽部之间横穿的方式进行电极内的电池反应，并可以预期，能够增加电极中反应电流的量。

《实施方案5》

在实施方案5中，将对设置有具有图6所示的连续曲折形状(蛇行形状)的流动路径10的双极板5进行说明。连续曲折形状是指从引入口12i到排出口14o连续形成沟槽部11的形状。沟槽部11包括：平行排列的多个纵向沟槽部19y；和多个短的横向沟槽部19x，所述多个短的横向沟槽部19x交替地将多个纵向沟槽部19y的一端彼此连接或多个纵向沟槽部19y的另一端彼此连接。

在双极板5中，从引入口12i引入的电解液沿着沟槽部11流动(在图6的实线箭头所示的方向上)，并通过位于各纵向沟槽部19y之间的脊部16在纵向沟槽部19y之间横穿而流动。通过以经由脊部16在纵向沟槽部19y之间横穿的方式实施电池反应，可以减少以未反应状态排出的电解液的量，并且预期能够增加电极中反应电流的量。

《实施方案6》

在实施方案6中，将参考图11对氧化还原液流电池进行说明，所述氧化还原液流电池包含含有堆叠的多个层叠体的电池堆，各个层叠体包含依次堆叠的电池框架、正极、隔膜和负极。因为氧化还原液流电池包含本发明实施方案的电池堆，所以能够降低电解液在电池单元中的流动阻力，并且可以抑制电极中电池反应面积的减小。相应地，能够降低电池的内部电阻。

《试验例1》

在试验例1中，对于其中将设置有具有咬合型的梳齿形状的流动路径的双极板放置在预定位置的rf电池，实际制造了电池单元并对rf电池的内部电阻进行了检查。在试验例1中，制造了两种类型的rf电池：即，试样1-1号，其中使用了设置有具有纵向沟槽结构的流动路径的双极板；和试样1-11号，其中使用了设置有具有横向沟槽结构的流动路径的双极板。使用的rf电池的规格为如下所示。在试验例1中，制造了具有单电池结构的rf电池，其中将包含正极-隔膜-负极堆的电池单元夹在包含双极板的电池框架之间。因此，rf电池的内部电阻表示为电池电阻率。

[试样1-1号]

·双极板

尺寸：长200mm，宽198mm，厚6.2mm

流动路径的形状：包括引入路径和排出路径的咬合型的相对的梳齿形状(参考图1)

纵向沟槽部

数量：16个引入路径×16个排出路径

长度ly：150mm

重叠长度lo：142mm

宽度wy：1.3mm

深度d：1.0mm

槽间距r：3.9mm

横断面形状：矩形

横向沟槽部

长度lx：170mm

构成材料：通过使用80％石墨和20％作为基体树脂的聚丙烯进行粉末压缩成型而获得的双极板

·电极

尺寸：长170mm，宽150mm，厚0.5mm

构成材料：含有碳纤维和粘合剂碳的碳毡

由sglcarbonjapanco.，ltd.制造的gdl10aa

·隔膜

构成材料：nafion(注册商标)212，由杜邦公司制造

·电解液

组成：硫酸v水溶液(v浓度：1.7mol/l，硫酸浓度：4.3mol/l)

流速：5.4ml/分钟

[试样1-11号]

·双极板

尺寸：长200mm，宽198mm，厚6.2mm

流动路径的形状：包括引入路径和排出路径的咬合型的相对的梳齿形状

引入路径，其包括：引入口，在双极板的纵向方向(上下方向)上延伸的纵向沟槽部，以及多个横向沟槽部，所述多个横向沟槽部在双极板的横向方向(在正交于纵向方向的方向)上从纵向沟槽部延伸并且在所述多个横向沟槽部之间具有预定距离的条件下平行排列。

排出路径，其包括：排出口，在双极板的纵向方向(上下方向)上延伸的纵向沟槽部，以及多个横向沟槽部，所述多个横向沟槽部在双极板的横向方向(在正交于纵向方向的方向)上从纵向沟槽部延伸并且在所述多个横向沟槽部之间具有预定距离的条件下平行排列。

电解液的流动：引入口→引入侧纵向沟槽部→引入侧横向沟槽部→排出侧横向沟槽部→排出侧纵向沟槽部→排出口

横向沟槽部

数量：16个引入路径×16个排出路径

长度lx：150mm

重叠长度lo：142mm

宽度wy：1.3mm

深度d：1.0mm

槽间距r：3.9mm

横断面形状：矩形

纵向沟槽部

长度ly：170mm

构成材料：含有碳纤维和粘合剂碳的碳毡

由sglcarbonjapanco.，ltd制造的gdl10aa。

·电极、隔膜和电解液：与试样1-1号的相同

在供应电解液以填充制作的各个试样中具有单电池结构的rf电池(处于没有电解液的空的状态)之后，以0.2a/cm²的电流密度以恒定电流实施充电和放电。在试验例1中，当达到预定的切换电压时，从充电切换到放电，并且实施多个循环的充电和放电。在每次充放电循环之后，获得各个试样的电池电阻率(ω·cm²)。通过获得各个循环中充电期间施加的电压与放电期间施加的电压之差和施加的电流，并计算出电压对电流之比，确定了电池电阻率。

试样1-1号的结果显示在图9中，且试样1-11号的结果显示在图10中。各自在图9和图10中，横轴表示充放电循环的次数，且纵轴表示电池电阻率(ω·cm²)。

从图9可以明显看出，在使用设置有具有纵向沟槽结构的流动路径的双极板的试样1-1号中，从rf电池开始工作开始就没有观察到电池电阻率的增加，并能够稳定运行。认为其原因是，在使用设置有具有纵向沟槽结构的流动路径的双极板的情况下，由于双极板设置有在纵向方向上延伸并平行排列的纵向沟槽部，所以在填充电解液期间能产生的气泡已经能够向上排出。由于能够排出气泡，因此认为，从rf电池开始工作之后即刻起，基本不会发生由气泡引起的电极中的电池反应面积的减少。

另一方面，从图10可以明显看出，在使用设置有具有横向沟槽结构的流动路径的双极板的试样1-11号中，在开始工作之后即刻起到约20个循环的充放电的时间段内发生电池电阻率的变化。认为其原因是，在使用设置有具有横向沟槽结构的流动路径的双极板的情况下，由于在正交于纵向方向的方向上延伸并平行排列的横向沟槽部主要占据双极板，所以在电解液填充期间能产生的气泡因浮力上升，撞击横向沟槽部的壁面，并停留在电极内。当气泡停留在电极中时，认为电极中的电池反应面积减少，并且电池反应不能充分进行。需要说明的是，从所述结果可明显看出，在流动路径具有横向沟槽结构的试样1-11号中，在约20次以上的充放电循环时电池电阻率趋于稳定。认为其原因是，由于电解液在电池单元中的循环，气泡在长时间内被排出。