电极和电解液循环型电池的制作方法

本发明涉及一种电解液循环型电池和电极。

本申请要求基于2016年2月29日提交的日本专利申请2016-037087的优先权，其全部内容被并入本文。

背景技术：

诸如氧化还原液流电池(下文也称为RF电池)这样的、电解液被供应到电极以引起电池反应的电解液循环型电池是蓄电池的示例。RF电池具有下列特征：(1)容量能够易于升高到兆瓦(MW)级；(2)寿命长；(3)能够精确地监控电池的充电状态(SOC)；和(4)能够独立地设计电池输出和电池容量，以确保高设计灵活性。预期RF电池适合用作用于稳定电力系统的蓄电池。

典型的RF电池包括作为主要部件的电池单元。电池单元包括被供应正极电解液的正极电极、被供应负极电解液的负极电极以及介于电极之间的隔膜。通过将多个电池单元堆叠在一起获得的所谓单元电池堆被用于大容量应用。

正极电极和负极电极均由板状碳材料(多孔主体)组成，所述板状碳材料例如是通过将碳纤维收集在一起获得的碳毡(专利文献1)。专利文献1公开了一种由多孔主体组成的用于氧化还原液流电池的电极，所述多孔主体在其面向隔膜的表面中具有多个直线状平行凹槽。由多孔主体组成的电极中的凹槽提高了电解液循环性能，结果，能够降低电解液的压力损失。换句话说，能够降低由输送泵引起的能量损失。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本未审专利申请公开2002-246035

技术实现要素：

根据本发明的一个方面的电极由片状多孔主体构成，并且用在通过循环电解液来进行充电和放电的电解液循环型电池中。假定当电极被安装在电解液循环型电池中时，电极的侧面的、与用于电解液的入口相邻的一部分是入口端表面，并且当电极被安装在电解液循环型电池中时，电极的侧表面的、与用于电解液的出口相邻的一部分是出口端表面，则电极包括第一流动通道和第二流动通道，第一流动通道被连接到入口端表面，并且朝向出口端表面延伸，第二流动通道被连接到出口端表面，并且朝向入口端表面延伸。第一流动通道和第二流动通道彼此不直接连通。

根据本发明一方面的电解液循环型电池包括正极电极、负极电极和介于正极电极和负极电极之间的隔膜。正极电极和负极电极中的至少一个为上述的电极。

附图说明

[图1]图1是根据第一实施例的电极的示意性立体图。

[图2]图2是沿着II-II线截取的、图1的截面图。

[图3]图3是根据第二实施例的电极的示意性平面图，其中，第一流动通道和第二流动通道分别设置在电极的一侧和另一侧处。

[图4]图4是沿着IV-IV线截取的、图3的截面图。

[图5]图5是根据第三实施例的电极的示意性平面图，其中，第一流动通道和第二流动通道中的一个被设置在电极内部。

[图6]图6是沿着VI-VI线截取的、图5的截面图。

[图7]图7是根据第四实施例的电极的示意性平面图，其中，第一流动通道和第二流动通道均被设置在电极的内部。

[图8]图8是沿着VIII-VIII线截取的、图7的截面图。

[图9]图9是根据第五实施例的电极的示意性平面图，其中，除了第一流动通道和第二流动通道之外，还设置了第三流动通道。

[图10]图10是沿着X-X线截取的、图9的截面图。

[图11]图11是根据第六实施例的电极的示意性平面图，其中，第三流动通道被设置在电极的内部。

[图12]图12是沿着XII-XII线截取的、图11的截面图。

[图13]图13示出电解液循环型电池系统的基本结构和基本操作原理。

[图14]图14是示出电解液循环型电池中所包括的单元电池堆的示例的示意图。

具体实施方式

[待由本公开解决的问题]

近年来，随着可再生能量的使用增加，需要具有更高性能的电解液循环型电池。因而，期望这样的电解液循环型电池：不仅通过改善电解液循环性能、而且还通过降低单元电池电阻来降低能量损失。另外，还期望能够形成这种电解液循环型电池的电极。

如上所述，能够通过在电极中形成凹槽而改善电解液循环性能。然而，在上述结构中，电解液可以简单地从电极中的用于电解液的入口流到用于电解液的出口，并且可能没有充分地在电极的整个区域上扩散。结果，电解液中所含的活性材料的离子的电池反应量可能减少，并且存在电解液循环型电池的单元电池电阻将升高的可能性。

因而，本发明的一个目的在于提供一种具有高电解液循环性能和低单元电池电阻的电极，以及包括该电极的电解液循环型电池。

[本发明的实施例的说明]

<1>根据本发明的电极由片状多孔主体构成，并且用在通过循环电解液来进行充电和放电的电解液循环型电池中。假定当电极被安装在电解液循环型电池中时，电极的侧表面的、与用于电解液的入口相邻的一部分是入口端表面，并且当电极被安装在电解液循环型电池中时，电极的侧表面的、与用于电解液的出口相邻的一部分是出口端表面，则电极包括第一流动通道和第二流动通道，第一流动通道被连接到入口端表面，并且朝向出口端表面延伸，第二流动通道被连接到出口端表面，并且朝向入口端表面延伸。第一流动通道和第二流动通道彼此不直接连通。

通过在电极中形成第一流动通道和第二流动通道，能够提高电极的电解液循环性能，并且能够降低电极中的电解液的压力损失。结果，能够降低使电解液在电解液循环型电池内循环的泵的能量损失。由于改善电解液循环性能的第一流动通道和第二流动通道不彼此直接连通，所以电解液不直接从电极中的用于电解液的入口流动到用于电解液的出口。在这种情况下，流经第一流动通道的电解液通过由细丝等构成的多孔电极的实体部分中的开口，流入第二流动通道，并从出口排出。因此，无助于电池反应的从电极排出的活性物质的量小于在其中第一流动通道和第二流动通道彼此连通且电极中的电池反应被激活的情况下的量。因而，降低了电解液循环型电池的单元电池电阻。在本说明书中，术语“流动通道”包括形成在电极的表面的中的凹进的流动通道和形成在电极的内部的隧道形流动通道。另外，术语“侧表面”包括在平面图中的片状电极的侧表面。

<2>在根据实施例的电极中，第一流动通道的横截面的中心和第二流动通道的横截面的中心可以在电极的厚度方向上彼此偏移大于或等于预定距离的距离。

当第一流动通道和第二流动通道在厚度方向上彼此偏移时，能够使电解液在厚度方向上流经电极的流动加速。结果，能够在电极的整个区域上沿着包括厚度方向的方向激活电池反应，并且能够降低电解液循环型电池的单元电池电阻。每个流动通道的横截面的中心都处于具有与横截面为相同形状的图形的矩心位置。第一流动通道和第二流动通道之间的偏移(上述预定距离)可根据电极的厚度适当地确定，并且例如可为0.5mm或更大，优选为1mm。

<3>在根据实施例的电极中，第一流动通道可以在电极的一侧开口，第二流动通道可以在电极的另一侧开口。

当第一流动通道和第二流动通道在电极的一侧和另一侧，并且彼此分离时，电解液易于在厚度方向上在电极的整个区域上扩散。结果，能够在电极的整个区域上激活电池反应。这里，术语电极的“一侧”和“另一侧”意思是平面图中的片状电极的顶侧和底侧，并且顶侧和底侧中的一个为“一侧”，另一个为“另一侧”。

<4>在根据实施例的电极中，第一流动通道和第二流动通道中的至少一个可以被设置在电极的厚度方向上的内部。

当第一流动通道和第二流动通道中的至少一个设置在电极的内部时，易于在电极的内部发生电池反应。结果，能够在电极的整个区域上激活电池反应。在电极的内部形成的流动通道为隧道状流动通路。

<5>在根据实施例的电极中，第一流动通道和第二流动通道均可以为梳状。

当第一流动通道和第二流动通道为梳状时，电解液易于在电极的平面方向上(沿着垂直于电极的厚度方向的平面的方向)扩散。结果，能够在电极的整个区域上激活电池反应。梳状第一流动通道(第二流动通道)为一种流动通道，该流动通道包括连接至入口端表面(出口端表面)的枝干凹槽以及连接到枝干凹槽且在横穿枝干凹槽的方向上延伸的多个分支凹槽。

<6>在包括梳状的第一流动通道和第二流动通道的电极中，第一流动通道的齿部和第二流动通道的齿部可以被布置成彼此交错。

当第一流动通道的齿部(由分支凹槽组成的部分)和第二流动通道的齿部(由分支凹槽组成的部分)被布置成彼此交错时，电解液从第一流动通道平顺地流动至第二流动通道。结果，能够降低因第一流动通道和第二流动通道彼此不直接连通引起的电解液的压力损失的增加量。

<7>在根据实施例的电极中，第一流动通道可以包括横向凹槽，所述第一流动通道的横向凹槽在沿着入口端表面的方向上延伸，并且连接至入口端表面，并且第二流动通道可以包括横向凹槽，第二流动通道的横向凹槽在沿着出口端表面的方向上延伸，并且连接至出口端表面。

沿着入口端表面(出口端表面)的方向是沿着入口端表面(出口端表面)与电极的平坦部分(平面图中的片状电极的顶表面和底表面)之间的脊线的方向。当第一流动通道包括横向凹槽时，被供应至电极的电解液能够被快速地在电极的平面方向上分配。另外，当第二流动通道包括横向凹槽时，电解液能够被快速地从电极排出。当第一流动通道(第二流动通道)为梳状并且包括枝干凹槽和分支凹槽时，枝干凹槽起上述横向凹槽的作用。

<8>根据实施例的电极还可以包括第三流动通道，第三流动通道在电极的平面方向上布置于第一流动通道和第二流动通道之间，并且第三流动通道与第一流动通道和第二流动通道不直接连通。

当形成第三流动通道时，能够调节电解液在电极的平面方向上的流量。结果，电解液在电极的平面方向上均匀地分散，并且能够在电极的整个区域上激活电池反应。

<9>在包括第三流动通道的电极中，第三流动通道可以被设置在电极的厚度方向上的内部。

当第三流动通道被设置在电极的内部时，则不仅能够调节电解液在电极的平面方向上的流量，而且也能够调节电解液在电极的厚度方向上的流量。结果，电解液在电极的厚度方向上以及在电极的平面方向上均匀地分散。

<10>在根据实施例的电极中，电解液循环型电池可以为氧化还原液流电池。

氧化还原液流电池具有上述特征，并且预期适合用作用于稳定电力系统的蓄电池。因而，根据实施例的电极适合在氧化还原液流电池中使用。

<11>根据实施例的电解液循环型电池包括正极电极、负极电极以及介于正极电极和负极电极之间的隔膜。正极电极和负极电极中的至少一个为根据上述<1>至<9>任一项所述的电极。

通过使用根据上述<1>至<9>任一项所述的电极，能够获得具有低单元电池电阻的电解液循环型电池。另外，通过使用其中形成第一流动通道和第二流动通道以提高电解液循环性能的电极，能够降低使电解液循环所需的能量。

<12>在根据实施例的电解液循环型电池中，电解液循环型电池可以为氧化还原液流电池。

氧化还原液流电池具有上述特征，并且预期适合用作用于稳定电力系统的蓄电池。因而，根据实施例的电解液循环型电池适合用作氧化还原液流电池。

[本公开的有利效果]

上述电极可用于形成具有高电解液循环性能和低单元电池电阻的电解液循环型电池。

上述电解液循环型电池具有高电解液循环性能和低单元电池电阻。

[本发明的实施例的详细说明]

<第一实施例>

将参考附图详细描述作为电解液循环型电池的、根据实施例的氧化还原液流电池(RF电池)以及根据实施例的氧化还原液流电池电极(RF电池电极)。在附图中，相同组件由相同附图标记指示。

根据实施例的RF电池的一个特征在于其中包括的RF电池电极的结构。首先，将参考图13和14描述包括根据实施例的RF电池1的RF电池系统的基本结构。然后，将参考图1和2详细地描述RF电池电极。

<<RF电池>>

图13中所示的RF电池系统中包括根据实施例的RF电池1，RF电池系统具有用于使电解液通过RF电池1循环的循环机构。通常，RF电池1通过交流/直流转换器200和变压器设备210连接至发电机300和负载400，诸如电力系统或耗电器。RF电池1通过用作供电源的发电机300进行充电(参见实线箭头)，并且通过用作供电目标的负载400进行放电(参见虚线箭头)。发电机300例如可为光伏发电机、风力发电机以及另一种普通的发电厂。

RF电池1包括作为其主要组件的电池单元100。电池单元100包括：正极电极10c，其被供应含有正极活性材料离子的正极电解液；负极电极10a，其被供应含有负极活性材料离子的负极电解液；以及介于正极电极10c和负极电极10a之间的隔膜10s。电池单元100中所包括的电极10c和10a用作电解液中所含的活性材料的离子的电池反应的反应场，并且由使得电解液能够循环的多孔主体制成。隔膜10s为允许特定离子通过的材料。在电池单元100中，活性材料离子的价位在充电期间如实线箭头所示地改变，并且在放电期间如虚线箭头所示地改变。在该示例中，使用钒作为正极活性材料和负极活性材料的粒子。

如图14中所示，RF电池1通常包括多个电池单元100以及被布置在相邻的电池单元100、100之间的双极板150。双极板150为导电构件，其被夹在正极电极10c和负极电极10a之间，并且导电但不允许电解液通过。双极板150优选地具有无凹进或突起的平板形状，并且其厚度在0.3mm至5.0mm、优选在0.4mm至2.0mm的范围内。双极板150通常被包括在框架组合件15中，并且框架主体151沿着双极板150的外周形成。框架主体151具有在框架主体151的前表面和背表面中开口的液体供应孔152c、152a以及液体排出孔154c、154a。电解液通过液体供应孔152c和152a供应到被布置在双极板150上的RF电池电极10，并且通过液体排出孔154c和154a排出。框架主体151在其一侧(另一侧)具有从液体供应孔152c(152a)朝着双极板150延伸的入口狭缝，以及从液体排出孔154c(154a)朝着双极板150延伸的出口狭缝。正极电解液(负极电解液)通过入口狭缝从液体供应孔152c(152a)供应到正极电极10c(负极电极10a)，并且通过出口狭缝从正极电极10c(负极电极10a)排出到液体排出孔154c(154a)。

电池单元被堆叠在一起，并且以单元电池堆的形式使用。如图14中所示，通过连续地堆叠一个框架组合件15的双极板150、正极电极10c、隔膜10s、负极电极10a、另一框架组合件15的双极板150等等形成单元电池堆。集电器板(未示出)在单元电池堆的沿电池单元100的堆叠方向的两端处被布置在电极10上，而非布置在双极板150上。

一对端板170、170通常被布置在单元电池堆的沿电池单元100的堆叠方向的两端处，并且通过连接构件172(诸如长螺栓)连接在一起。

如图13中所示，包括RF电池1的RF电池系统还包括下文所述的正极电解液循环路径和负极电解液循环路径，并且使正极电解液循环通过每个正极电极10c，使负极电解液循环通过每个负极电极10a。电解液的循环使得RF电池1能够响应于包括正极电解液和负极电解液中所含的活性材料离子的价位变化的反应而进行充电和放电。

正极电解液循环路径包括储存待被供应到每个正极电极10c的正极电解液的正极电解液箱体106、将正极电解液箱体106连接至RF电池1的管108和110，以及被设置在供应管108上的泵112。

负极电解液循环路径包括储存待被供应到每个负极电极10a的负极电解液的负极电解液箱体107、将负极电解液箱体107连接至RF电池1的管109和111，以及被设置在供应管109上的泵113。

多个框架组合件15被堆叠在一起，以便液体供应孔152c和152a以及液体排出孔154c和154a形成电解液流动路径，并且管108至111连接至这些流动路径。RF电池系统的基本结构可为适当的已知结构。

<<RF电池电极>>

根据图1和2中所示的本实施例的RF电池电极10包括彼此不直接连通的第一流动通道11和第二流动通道12。为了具体地描述第一流动通道11和第二流动通道12，RF电池电极在平面图中的外周表面的、当RF电池电极被安装在RF电池1中(参见图14)时与用于电解液的入口相邻的一部分被定义为入口端表面E1，并且所述外周表面的、与用于电解液的出口相邻的一部分被定义为出口端表面E2。在这种情况下，第一流动通道11是被连接至入口端表面E1并且朝着出口端表面E2延伸的用于电解液的流动通道。第二流动通道12是被连接至出口端表面E2并且朝着入口端表面E1延伸的流动通道。

[实体部分]

RF电池电极10是多孔主体，其具有三维网状结构，且由导电材料(诸如碳)制成。RF电池电极10例如可以为碳毡或碳纸(其中未纺织纤维)或者碳布(其中纺织有纤维或以缠绕纤维制成的线)。

RF电池电极10可为单层结构或者多层结构。当RF电池电极10具有多层结构时，RF电池电极10例如可通过组合具有预定刚性的、例如通过燃烧碳纤维获得的板状构件和其中缠绕导电纤维的软片状纤维聚集材料而形成。在这种情况下，纤维聚集材料起垫子的作用。

[形状和尺寸]

RF电池电极10通常为如图1所示的矩形板状材料。作为代替，RF电池电极10在平面图中可具有各种其它形状，诸如圆形、椭圆形或多边形。可取决于RF电池1的输出适当地选择RF电池电极10在平面图中的尺寸，例如当RF电池电极10在平面图中为矩形时的宽度和长度，以及当RF电池电极10在平面图中为圆形时的直径，以及RF电池电极10在平面图中的面积。

RF电池电极10的厚度t(参见图2)可以增大，从而增大电池反应场的大小；并且可以减小，从而减小RF电池1的厚度。厚度t例如可在0.5mm至5mm范围内。当RF电池电极10由板状构件和纤维聚集材料形成时，能够获得具有小厚度t的RF电池电极10。

[第一流动通道和第二流动通道]

第一流动通道11和第二流动通道12可具有任何形状，只要满足下列条件：

·第一流动通道11被连接至入口端表面E1，并且朝着出口端表面E2延伸。

·第二流动通道12被连接至出口端表面E2，并且朝着入口端表面E1延伸。

·第一流动通道11和第二流动通道12彼此不直接连接。

当RF电池电极10为如该示例中的矩形片状时，则四个侧表面中的一个侧表面用作入口端表面E1，并且与入口端表面E1相反的表面用作出口端表面E2。当RF电池电极为圆形片状时，则仅有一个侧表面。在这种情况下，侧表面的一部分用作入口端表面，并且与入口端表面相反的一部分用作出口端表面。

满足上述条件的第一流动通道11(第二流动通道12)例如可为在连接入口端表面E1和出口端表面E2的方向上(电解液的流动方向)延伸的直流动通道。在图1所示的示例中，第一流动通道11和第二流动通道12为在RF电池电极10的一侧处形成的梳状通道。更特别地，梳状的第一流动通道11包括沿着入口端表面E1平行于入口端表面E1延伸的横向凹槽(枝干凹槽)11x，以及与横向凹槽11x连通并且在朝着出口端表面E2的方向上(电解液的流动方向)延伸的多个纵向凹槽(分支凹槽)11y。纵向凹槽11y以预定间隔布置。梳状的第二流动通道12包括沿着出口端表面E2平行于出口端表面E2延伸的横向凹槽(枝干凹槽)12x，以及与横向凹槽12x连通并且在朝着入口端表面E1的方向上(与电解液的流动方向相反的方向)延伸的多个纵向凹槽(分支凹槽)12y。第一流动通道11的纵向凹槽11y组成的齿部和第二流动通道12的纵向凹槽12y组成的齿部被布置成彼此交错。作为代替，纵向凹槽11y和12y可以倾斜地延伸。流动通道11和12例如可通过切割形成。

形成有第一流动通道11和第二流动通道12、RF电池电极10的表面优选地被布置成面对隔膜10s(参见图14)。当形成有流动通道11和12的所述表面被布置成面对隔膜10s时，电解液能够被可靠地供应至隔膜10s，并且能够降低双极板150和电极10之间的接触电阻。因此，能够降低RF电池1的单元电池电阻。

图1所示的第一流动通道11和第二流动通道12具有矩形横截面。能够通过增大流动通道11和12的横截面面积提高电解液循环性能。然而，当流动通道11和12的横截面面积增大时，RF电池电极10的实体部分(除流动通道11和12外的部分)的比例减小，并且电池反应域的大小可能减小。为了提高电解液循环性能，但不显著地减小电池反应场的尺寸，流动通道11和12可形成为具有三角形、半圆形或半椭圆形的横截面。

能够通过改变流动通道11和12的深度(RF电池电极10的厚度方向上的长度)d和宽度w(参见图2)而改变电解液循环性能。第一流动通道11(第二流动通道12)的横向凹槽11x(12x)和纵向凹槽11y(12y)可以具有相同的深度d(宽度w)或不同的深度d(宽度w)。第一流动通道11(第二流动通道12)的纵向凹槽11y(12y)可以具有不同的深度d和宽度w，但是优选地具有相同的深度d和宽度w。当纵向凹槽11y(12y)具有相同的深度d和宽度w，电解液易于均匀地流经RF电池电极10。

流动通道11和12的深度d例如可在0.3mm至4mm的范围内。例如，深度d优选地在0.3mm至3mm范围内，并且更优选地在0.5mm至2mm范围内。当流动通道11和12具有三角形或半圆形横截面时，流动通道11和12的最深部分的深度被设置在上述范围内。

流动通道11和12的宽度w例如可在0.05mm至5mm范围内。例如，宽度w可在0.1mm至4mm范围内，并且更优选地在0.4mm至2mm范围内。

例如，相邻凹槽之间的间隙、即图2中的第一流动通道11的纵向凹槽和第二流动通道12的纵向凹槽之间的间隙Cg，优选在0.5mm至20mm范围内，更优选地在1mm至10mm范围内。

如上所述，通过在RF电池电极10中形成第一流动通道11和第二流动通道12，能够提高RF电池电极10的电解液循环性能，并且能够降低RF电池电极10中的电解液的压力损失。结果，能够降低图13中所示的RF电池1中的泵112和113上的负载。换句话说，能够降低RF电池1运行期间的能量损失。

由于提高电解液循环性能的第一流动通道11和第二流动通道12被配置成彼此不直接连通，所以从入口端表面E1流入第一流动通道11的电解液在渗入RF电池电极10的实体部分之后流入第二流动通道12。因此，无助于电池反应的从RF电池电极10排出的活性材料量比其中第一流动通道11和第二流动通道12彼此连通的情况中的量低。结果，提高了RF电池电极10中的电池反应量，相应地降低了RF电池1的单元电池电阻。

另外，由于第一流动通道11和第二流动通道12为梳状，所以电解液快速地扩散到RF电池电极10的整个表面上，并且激活RF电池电极10的电池反应。特别是，由于第一流动通道11的纵向凹槽11y和第二流动通道12的纵向凹槽12y被布置成彼此交错，所以电解液从第一流动通道11平顺地流动到第二流动通道12，并且能够降低因第一流动通道11和第二流动通道12彼此不直接连通引起的电解液的压力损失的增大量。

<<变型>>

作为第一实施例的变型，第一流动通道11和第二流动通道12可以不仅形成在RF电池电极10的一侧上，而且也形成在RF电池电极10的背侧上。

<<第二实施例>>

在包括第二实施例的下列实施例中，将描述包括以与第一实施例不同的方式形成的第一流动通道和第二流动通道的RF电池电极。在根据相应实施例的RF电池电极的平面图中，以阴影区域示出流动通道。另外，在每个实施例中，都可按第一实施例选择每个流动通道的深度d和宽度w，以及流动通道之间的间隙Cg。

根据图3和4所示的第二实施例的RF电池电极20包括第一流动通道21和第二流动通道22，第一流动通道21是在RF电池电极20的一侧(页面的背侧)形成的梳状通道，第二流动通道22是在RF电池电极20的另一侧(页面的前侧)形成的梳状通道。第一流动通道21的横截面的中心(矩心)和第二流动通道22的横截面的中心(矩心)在RF电池电极20的厚度方向上彼此偏移(这也适用于下文所述的第三、第四和第五实施例)。第一流动通道21包括单个横向凹槽21x和多个纵向凹槽21y。第二流动通道22包括单个横向凹槽22x和多个纵向凹槽22y。同样在该示例中，在RF电池电极20的平面图中，第一流动通道21的纵向凹槽21y和第二流动通道22的纵向凹槽22y被布置成彼此交错。当RF电池电极20被安装在电池单元100(图14)中时，形成有第一流动通道21的一侧优选地被布置成面对隔膜10s，使得未反应的电解液能够被供应至隔膜10s。

由于第一流动通道21和第二流动通道22处于RF电池电极20的一侧和另一侧上，并且彼此分离，所以电解液能够易于沿宽度方向分散在RF电池电极20的整个区域上。结果，能够在RF电池电极20的整个区域上激活电池反应。

<第三实施例>

图5和6中所示的RF电池电极30包括具有横向凹槽31x和多个纵向凹槽31y的梳状第一流动通道31，以及具有横向凹槽32x和多个纵向凹槽32y的梳状第二流动通道32。

在该示例的RF电池电极30中，第一流动通道31在厚度方向上位于RF电池电极30的内部，并且第二流动通道32形成在RF电池电极30的在页面前侧处的表面中(特别是参见图6)。可替选地，RF电池电极30可被构造成使得第一流动通道31被形成在RF电池电极30的表面中，第二流动通道32形成在RF电池电极30的内部。

在厚度方向上形成在RF电池电极30的内部的第一流动通道31的横截面形状可以为如图所示的矩形，或者可为圆形、椭圆形或菱形。可替选地，横截面形状可为不规则形状，诸如星形。

上述RF电池电极30例如可以通过如下方式制成：制备两种电极材料，所述两种电极材料能够沿着图5中的双点划线在竖直方向上彼此分离；在一种电极材料中例如通过切割形成凹槽；然后，将两种电极材料结合在一起。可使用粘合剂(例如，聚乙烯醇)等将电极材料结合在一起。

由于第一流动通道31位于RF电池电极30的内部，所以易于在RF电池电极30的内部发生电池反应。

<第四实施例>

图7和8中所示的RF电池电极40包括具有横向凹槽41x和多个纵向凹槽41y的梳状第一流动通道41，以及具有横向凹槽42x和多个纵向凹槽42y的梳状第二流动通道42。

在该示例的RF电池电极40中，第一流动通道41和第二流动通道42均沿厚度方向布置在RF电池电极40的内部(特别是参见图8)。该RF电池电极40可通过与根据第三实施例的RF电池电极30相类似的方法制造。例如，RF电池电极40例如可通过下列方法制成：制备两种电极材料，所述两种电极材料能够沿着图8中的双点划线在竖直方向上彼此分离；在每种电极材料中例如通过切割形成凹槽；以及然后，将两种电极材料结合在一起。

由于第一流动通道41和第二流动通道42布置在RF电池电极40的内部，所以易于在RF电池电极40的内部发生电池反应。

<第五实施例>

图9和10中所示的RF电池电极50包括具有横向凹槽51x和多个纵向凹槽51y的梳状第一流动通道51，以及具有横向凹槽52x和多个纵向凹槽52y的梳状第二流动通道52。流动通道51和52形成在RF电池电极50的在页面前侧处的表面中。该示例的RF电池电极50还包括多个第三流动通道53，其不与页面前侧处的表面中的第一流动通道51或第二流动通道52连通。

第三流动通道53是通过在图1中所示的RF电池电极10的纵向凹槽11y和12y的长度方向上的中间位置处分割所述纵向凹槽11y和12y而形成。更特别地，第三流动通道53位于与第一流动通道51的纵向凹槽51y的端部间开预定距离的位置处，以及与第二流动通道52的纵向凹槽52y的端部间隔开预定距离的位置处。第三流动通道53在电解液的流动方向(页面的竖直方向)上延伸。

第三流动通道53在RF电池电极50的平面方向上的布置不限于图9所示。例如，图9中所示的每个第三流动通道53都被分为在页面的竖直方向上彼此间隔开的、多个分开的流动通道。在这种情况下，所述分开的流动通道用作第三流动通道53。

由于形成了第三流动通道53，所以能够调节电解液在RF电池电极50的平面方向上的流动。结果，电解液在RF电池电极50的平面方向上均匀地分散。

<第六实施例>

图11和12中所示的RF电池电极60包括具有横向凹槽61x和多个纵向凹槽61y的梳状第一流动通道61，以及具有横向凹槽62x和多个纵向凹槽62y的梳状第二流动通道62。流动通道61和62形成于RF电池电极60的在页面前侧的表面中。该示例的RF电池电极60还包括多个第三流动通道63，其不与第一流动通道61或第二流动通道62连通。第三流动通道63被沿厚度方向上设置在RF电池电极60的内部。

RF电池电极30例如可通过如下方式制成：制备两种电极材料，所述两种电极材料能够沿着图12中的双点划线在竖直方向上彼此分离；在电极材料中的一种电极材料中例如通过切割形成凹槽；以及然后，将两种电极材料结合在一起。

由于第三流动通道63位于RF电池电极60的内部，所以不仅能够调节电解液在RF电池电极60的平面方向上的流动，而且也能够调节电解液在RF电池电极60的厚度方向上的流动。

<第七实施例>

作为第五和第六实施例的变型，可以改变第一流动通道、第二流动通道和第三流动通道在RF电池电极的厚度方向上的位置。例如，第一流动通道和第二流动通道可以分别形成在RF电池电极的一侧和另一侧处，第三流动通道可以形成在RF电池电极的内部。可替选地，第一流动通道和第二流动通道可以形成在RF电池电极的一侧处，第三流动通道可以形成在RF电池电极的另一侧处。

第三流动通道可以位于RF电池电极的厚度方向上的不同位置处。例如，一些第三流动通道可位于RF电池电极的一侧处，其它的第三流动通道可位于RF电池电极的另一侧，并且另外其它的第三流动通道可位于RF电池电极的内部。

<实验示例1>

在该实验示例中，制造多个RF电池A至H，所述多个RF电池A至H包括具有以不同方式形成的流动通道的电极。对于每个RF电池，测量电解液的循环状态和单元电池电阻。

<<RF电池A>>

制造上文参考图1和2所述的RF电池电极10，并且制造单电池RF电池A，所述单电池RF电池A的正极电极和负极电极均由RF电池电极10制成。RF电池电极由碳毡制成(这也适用于RF电池B至H和Z)。

<<RF电池B>>

制造参考图3和4进行说明的RF电池电极20，并且制造了单电池RF电池B，该单电池RF电池B的正极电极和负极电极均由RF电池电极20制成。第一流动通道21和第二流动通道22在平面图中的形状、流动通道21和22之间的间隙以及流动通道21和22的横截面形状与横截面面积与RF电池A中的那些相同。

<<RF电池C>>

制造参考图5和6进行说明的RF电池电极30，并且制造单电池RF电池C，该单电池RF电池C的正极电极和负极电极均由RF电池电极30制成。第一流动通道31和第二流动通道32在平面图中的形状、流动通道31和32之间的间隙以及流动通道31和32的横截面形状与RF电池A中的那些相同。

<<RF电池D>>

制造参考图7和8进行说明的RF电池电极40，并且制造单电池RF电池D，该单电池RF电池D的正极电极和负极电极均由RF电池电极40制成。第一流动通道41和第二流动通道42在平面图中的形状、流动通道41和42之间的间隙以及流动通道41和42的横截面形状与RF电池A中的那些相同。在RF电池电极40的厚度方向上的、在第一流动通道41的中心和第二流动通道41的中心之间的距离比RF电池C中的短。

<<RF电池E>>

制造参考图9和10进行说明的RF电池电极50，并且制造单电池RF电池E，该单电池RF电池E的正极电极和负极电极均由RF电池电极50制成。RF电池电极50的第一流动通道51、第二流动通道52和第三流动通道53的横截面形状与RF电池A中的那些相同。

<<RF电池F>>

制造参考图11和12进行说明的RF电池电极60，并且制造单电池RF电池F，该单电池RF电池F的正极电极和负极电极均由RF电池电极60制成。除了第三流动通道63位于RF电池电极60的内部之外，RF电池F的结构与电池E的结构相同。

<<RF电池G>>

制造包括RF电池电极10的单电池RF电池G，除纵向凹槽11y和纵向凹槽12y为V形横截面之外，RF电池电极10与RF电池A的RF电池电极10相同。V形凹槽的宽度和V形凹槽的最深部分的深度与RF电池A中的矩形凹槽的宽度和深度相同。

<<RF电池H>>

制造单电池RF电池H，除纵向凹槽11y和纵向凹槽12y为半圆形横截面之外，单电池RF电池H的电极与RF电池A的RF电池电极10相同。半圆形凹槽的宽度和半圆形凹槽的最深部分的深度与RF电池A中的矩形凹槽的宽度和深度相同。

<<RF电池Z>>

制造了包括RF电池电极的单电池RF电池Z，该RF电池电极具有从入口端表面延伸至出口端表面的多个直凹槽。凹槽的总数与RF电池A中的纵向凹槽11y和12y的总数相同。凹槽的横截面形状与RF电池A中的纵向凹槽11y和12y的形状相同。

<<循环性能和单元电池电阻>>

使电解液流经上述电池A至H和电池Z，并且对于电池A至H和电池Z中的每一个，测量电解液循环性能和单元电池电阻。所流动的电解液是钒基电解液。基于实现预定流速所要求的每个泵的输出水平来评价电解液循环性能。单元电池电阻在下列条件下进行测量：放电截止电压为1V，充电截止电压为1.6V，电流为600mA。关于单元电池电阻，基于充电-放电测试形成充电-放电曲线，并且在充电-放电的第三循环中检查单元电池电阻。

关于电解液循环性能，电池A至H和电池Z之间不存在显著差别。电池A至H和电池Z显示了在单元电池电阻方面的显著差别。下表1示出了流动通道的布置类型(参见图1至12)，以及各电池A至H和电池Z的单元电池电阻。表中所示的单元电池电阻是在假定电池A的单元电池电阻为1.0的情况下获得的相对值。

[表1]

<<总结>>

关于表1，当假定电池A的单元电池电阻为1.0时，电池B的单元电池电阻为0.8，电池C的单元电池电阻为0.9，电池D的单元电池电阻为1.0，电池E的单元电池电阻为0.95，电池F的单元电池电阻为0.8，电池G的单元电池电阻为0.95，电池H的单元电池电阻为0.95，并且电池Z的单元电池电阻为1.4。这些结果可以概述如下。

其中第一流动通道和第二流动通道彼此不直接连通的电池A至H的单元电池电阻比其中凹槽从入口端表面连续地延伸至出口端表面的电池Z的单元电池电阻。这种结果是可推定的，因为在电池A至H中，第一流动通道和第二流动通道不彼此直接连通，因此电解液不直接从入口端表面流动至出口端表面。

电池A至D之间的比较表明，电池B包括的RF电池电极具有在其一个表面和另一表面中形成的第一流动通道和第二流动通道(参见图3和4)，该电池B具有最低的单元电池电阻。包括图5和6中所示的RF电池电极30的电池C具有仅次于电池B的第二低的单元电池电阻。包括图7和8中所示的RF电池电极40的电池D以及包括图1和2中所示的RF电池电极40的电池A具有基本相同的单元电池电阻。因而，随着每个RF电池电极中的第一流动通道和第二流动通道之间在RF电池电极的厚度方向上的距离增大，电池的单元电池电阻减小。这种结果是可推定的，因为通过使第一流动通道和第二流动通道在RF电池电极的厚度方向上彼此分离，能够加速电解液沿厚度方向流经每个RF电池电极的流动。

电池A至E之间的比较表明，电池E包括具有图9和10中所示的第三流动通道53的RF电池电极50，该电池E的单元电池电阻低于包括图1和2中所示的RF电池电极(未设置第三流动通道)的电池A的单元电池电阻。这种结果是可推定的，因为通过形成第三流动通道，能够加速电解液在RF电池电极的平面方向上的分布。电池E和F之间的比较表明，电池F包括如图11和12所示的、具有在其内部形成的第三流动通道63的RF电池电极60，该电池F的单元电池电阻低于包括如图9和10中所示的RF电池电极50(具有在其表面中形成的第三流动通道53)的电池E的单元电池电阻。

电池A、G和H之间的比较表明，与第一流动通道和第二流动通道的横截面为矩形时相比，当第一流动通道和第二流动通道的横截面为三角形或半圆形时，电池的单元电池电阻更低。这种结果是可推定的，这是因为，与所述流动通道的横截面为矩形横截面时的情况相比，当所述流动通道的横截面为三角形或半圆形时，每个RF电池电极的实体部分(除流动通道之外的部分)的比例更大。

本发明不限于上述示例，而由权利要求的范围限定。本发明旨在包括权利要求范围的等效物以及权利要求范围内的所有变型。例如，作为代替，RF电池中所使用的电解液可为含有作为正极活性材料的铁(Fe)离子和作为负极活性材料的铬(Cr)离子的铁-铬基电解液，或者含有作为正极活性材料的锰(Mn)离子和作为负极活性材料的钛(Ti)离子的锰-钛基电解液。

附图标记列表

10、20、30、40、50、60 氧化还原液流电池(RF电池)电极

E1 入口端表面 E2 出口端表面

11、21、31、41、51、61 第一流动通道

11x、21x、31x、41x、51x、61x 横向凹槽

11y、21y、31y、41y、51y、61y 纵向凹槽(齿部)

12、22、32、42、52、62 第二流动通道

12x、22x、32x、42x、52x、62x 横向凹槽

12y、22y、32y、42y、52y、62y 纵向凹槽(齿部)

53、63 第三流动通道

1 氧化还原液流电池(RF电池)电极

100 电池单元

10c 正极电极 10a 负极电极 10s 隔膜

15 框架组件 150 双极板 151 框架主体

152c、152a 液体供应孔 154c、154a 液体排出孔

170 端板 172 连接构件

106 正极电解液箱体 107 负极电解液箱体 108-111 管

112、113 泵

200 交流/直流电转换器 210 变压器设备 300 发电机 400 负载