框架体、电池单元框架、电池单元堆和氧化还原液流电池的制作方法

本实用新型涉及一种框架体、一种电池单元框架、一种电池单元堆和一种氧化还原液流电池。

背景技术：

专利文献1描述了一种其中包括双极板的电池单元框架、正电极、隔膜、负电极和电池单元框架被反复地堆叠并且堆叠体被夹在供应/排泄板之间的电池单元堆；和一种包括该电池单元堆的氧化还原液流电池。电池单元框架包括双极板和布置在双极板的外周边上的框架体。在这种构造中，在相邻电池单元框架的双极板之间形成单个电池单元。

引用列表

专利文献

PTL 1：日本未经审查专利申请公报No.2015-79738

技术实现要素：

根据本公开的一种框架体是这样一种框架体，该框架体是用于氧化还原液流电池的电池单元堆的扁平电池单元框架的一部分，并且在电池单元框架的双极板的外周侧上支撑双极板，该框架体包括当多个电池单元框架被堆叠时将面对沿着堆叠方向邻近于该电池单元框架的另一个电池单元框架的框架体的框架对向面，其中框架对向面具有0.03μm以上并且3.2μm以下的表面粗糙度Ra。

根据本公开的一种电池单元框架包括根据本公开的框架体和受到框架体支撑的双极板。

根据本公开的一种电池单元堆是包括被堆叠的多个电池单元框架的电池单元堆，该电池单元堆用于氧化还原液流电池，其中电池单元框架包括根据本公开的电池单元框架。

根据本公开的一种氧化还原液流电池是包括电池单元堆、正电极电解液槽和负电极电解液槽的氧化还原液流电池，其中电池单元堆是根据本公开的电池单元堆。

附图说明

[图1]图1图示出根据实施例的氧化还原液流电池的操作原理。

[图2]图2是根据实施例的氧化还原液流电池的示意性构造视图。

[图3]图3是根据实施例的电池单元堆的示意性构造视图。

[图4]图4是根据实施例的电池单元框架的当电池单元框架被从它的一个表面侧观察时平面视图。

[图5]图5是根据实施例的电池单元框架的当电池单元框架被从另一个表面侧观察时平面视图。

[图6]图6是根据实施例的电池单元堆的局部截面视图。

[图7]图7是在图6的密封凹槽中和附近的区域的局部放大视图。

具体实施方式

[技术问题]

当被堆叠的电池单元框架具有具有过度光滑的表面的框架体时，由于例如在将电池单元堆运输到安设场所期间的振动或者冲击，或者在电解液通过电池单元堆循环期间由电解液施加的内部压力，相邻的电池单元框架可以变得从彼此显著地移位。相邻电池单元框架从彼此显著地移位可以引起通过电池单元堆循环的电解液向外侧泄漏的问题。在另一方面，当被堆叠的电池单元框架具有具有过度粗糙的表面的框架体时，趋向于在这种框架体之间形成大的间隙。这可以引起通过电池单元堆循环的电解液向外侧泄漏的问题。

相应地，本公开的目的在于提供使得能够有效地抑制通过电池单元堆循环的电解液向外侧泄漏的一种框架体和一种电池单元框架。本公开的另一个目的在于提供较少可能引起电池单元堆内的电解液向外侧泄漏的一种电池单元堆和一种氧化还原液流电池。

[根据本申请的实用新型的实施例的说明]

将首先列出并且描述根据本申请的实用新型的实施例的特征。

<1>根据实施例的一种框架体是这样一种框架体，该框架体是用于氧化还原液流电池的电池单元堆的扁平电池单元框架的部分，并且在电池单元框架的双极板的外周侧上支撑双极板，该框架体包括当多个电池单元框架被堆叠时将面对沿着堆叠方向邻近于该电池单元框架的另一个电池单元框架的框架体的框架对向面，其中框架对向面具有0.03μm以上并且3.2μm以下的表面粗糙度Ra。

在这里描述的表面粗糙度Ra是在JIS B0601(2001)中定义的算术平均粗糙度。当框架对向面具有0.03μm以上的表面粗糙度Ra时，在运输电池单元堆期间或者在电解液通过电池单元堆循环期间，相邻的电池单元框架较少可能从彼此移位。当框架对向面具有3.2μm以下的表面粗糙度Ra时，较少可能在相邻的电池单元框架的框架体之间形成大的间隙。因此，在具有这种构造的电池单元堆中，在电解液通过电池单元堆循环期间，电解液较少可能向外侧泄漏。

<2>根据该实施例的框架体可以具有其中框架体包括环形密封构件被插入其中的密封凹槽的构造，其中密封凹槽具有具有0.03μm以上并且3.2μm以下的表面粗糙度Ra的内周面。

当密封凹槽具有具有0.03μm以上的表面粗糙度Ra的内周面时，即使当在运输期间的冲击或者由于电解液的内部压力引起沿着正交于电池单元框架的堆叠方向的方向施加的压力时，仍然趋向于防止环形密封构件从密封凹槽脱出。因为在密封凹槽的内周面和环形密封构件之间施加了适当的摩擦力，所以环形密封构件变得较少可能从密封凹槽脱出。当密封凹槽具有3.2μm以下的表面粗糙度Ra时，通过被一对电池单元框架紧固而变形的环形密封构件无任何间隙地牢固地附着到密封凹槽的内周面。因此，增强了环形密封构件的密封性能并且趋向于防止环形密封构件从密封凹槽脱出。

<3>根据实施例的一种电池单元框架包括根据该实施例的框架体和由该框架体支撑的双极板。

当电池单元框架包括具有具有0.03μm以上的表面粗糙度Ra的框架对向面的框架体时，在运输电池单元堆期间或者在电解液通过电池单元堆循环期间，相邻的电池单元框架较少可能从彼此移位。当框架对向面具有3.2μm以下的表面粗糙度Ra时，较少可能在相邻的电池单元框架的框架体之间形成大的间隙。因此，在具有这种构造的电池单元堆中，在电解液通过电池单元堆循环期间，电解液较少可能向外侧泄漏。

<4>根据实施例的一种电池单元堆是包括被堆叠的多个电池单元框架的电池单元堆，该电池单元堆用于氧化还原液流电池，其中，该电池单元框架包括根据该实施例的电池单元框架。

当电池单元堆包括具有具有在预定范围内的表面粗糙度的框架体电池单元框架时，在电解液通过电池单元堆循环期间，电解液较少可能向外侧泄漏。

<5>根据该实施例的电池单元堆可以具有其中电池单元堆包括被布置在沿着堆叠方向彼此相邻的一对电池单元框架的框架体之间的环形密封构件的构造。

环形密封构件的存在使得能够有效地防止电解液从相邻的电池单元框架之间泄漏。特别地，在框架体中形成的密封凹槽使得能够更加有效地抑制电解液的泄漏。

<6>根据实施例的一种氧化还原液流电池是包括电池单元堆、正电极电解液槽和负电极电解液槽的氧化还原液流电池，其中，该电池单元堆是根据该实施例的电池单元堆。

因为根据该实施例的氧化还原液流电池包括根据该实施例的电池单元堆，所以在操作期间较少可能发生液体从电池单元堆泄漏。

[根据本实用新型的实施例的细节]

在下文中，将描述根据实施例的氧化还原液流电池(RF电池)。然而，本实用新型不限于在实施例中图示出的构造。本实用新型由权利要求限定并且旨在涵盖在权利要求等价含义和范围内的所有的修改。

<实施例1>

将基于图1到图7描述根据实施例的氧化还原液流电池(此后，RF电池)。

<<RF电池>>

RF电池是电解液循环蓄电池中的一种，并且用于存储来自太阳能光伏发电和风力发电的新能源电力。如在图示出RF电池1的操作原理的图1中所图示出地，RF电池1是被构造为借助在正电极电解液中包含的活性材料离子的氧化-还原电势和在负电极电解液中包含的活性材料离子的氧化-还原电势之间的势差充电和放电的电池。RF电池1包括电池单元100，电池单元100被氢离子可透过的隔膜101划分成正电极电池单元102和负电极电池单元103。

正电极电池单元102在其中包括正电极104；并且存储正电极电解液的正电极电解液槽106经由管108和110被连接到正电极电池单元102。管108配备有泵112。这些构件106、108、110和112构成被构造为循环正电极电解液的正电极循环机构100P。类似地，负电极电池单元103在其中包括负电极105；并且存储负电极电解液的负电极电解液槽107经由管109和111被连接到负电极电池单元103。管109配备有泵113。这些构件107、109、111和113构成被构造为循环负电极电解液的负电极循环机构100N。存储在槽106和107中的电解液在充电和放电期间利用泵112和113通过电池单元102和103循环。当不执行充电或者放电时，泵112和113停止并且电解液不被循环。

<<电池单元堆>>

电池单元100通常地在称作电池单元堆2的结构内形成，电池单元堆2在图2和图3中图示出。电池单元堆2是通过利用两个端板210和220从其两侧夹入称作子堆200(图3)的堆叠结构，并且通过利用紧固机构230紧固子堆200而构成的(在图3中作为示例提供的构造中，使用了多个子堆200)。

这种子堆200(图3)具有如此构造，其中电池单元框架3、正电极104、隔膜101和负电极105被反复地堆叠，并且堆叠体被夹在供应/排泄板190和190之间(参考图3中的下面的图；在图2中省略)。这种电池单元框架3包括具有贯通窗口的框架体32和覆盖贯通窗口的双极板31。正电极104被布置成与双极板31的表面中的一个接触，并且负电极105被布置成与双极板31的另一个表面接触。在这种构造中，在装配到相邻的电池单元框架3中的双极板31之间形成单个电池单元100。

利用在电池单元框架3中形成的液体供应歧管33和34与液体排泄歧管35和36而实现通过供应/排泄板190和190向电池单元100供应和从电池单元100排泄电解液。正电极电解液通过液体供应歧管33、然后通过在电池单元框架3的一个表面(在图中该表面被图示出为是被暴露的)中形成的进口狭缝被供应到正电极104；并且正电极电解液通过在电池单元框架3的上部中形成的出口狭缝被排泄到液体排泄歧管35。类似地，负电极电解液通过液体供应歧管34、然后通过在电池单元框架3的另一个表面(在图中该表面被图示出为被隐藏)中形成的进口狭缝(由虚线表示)被供应到负电极105；并且负电极电解液通过在电池单元框架3的上部中形成的出口狭缝(由虚线表示)被排泄到液体排泄歧管36。诸如O型环或者扁平衬垫的环形密封构件37被各自地布置在电池单元框架3之间以抑制电解液从子堆200泄漏。

当被堆叠的电池单元框架具有具有过度光滑的表面的框架体时，由于例如在将电池单元堆运输到安设场所期间的振动或者冲击，或者在电解液通过电池单元堆循环期间由电解液施加的内部压力，相邻的电池单元框架可以变得从彼此显著地移位。相邻电池单元框架从彼此显著地移位可以引起通过电池单元堆循环的电解液向外侧泄漏的问题。在另一方面，当被堆叠的电池单元框架具有具有过度粗糙的表面的框架体时，趋向于在这种框架体之间形成大的间隙。这可以引起通过电池单元堆循环的电解液向外侧泄漏的问题。为了解决该问题，这个示例的RF电池1具有电池单元框架3的框架体32的部分具有在预定范围内的表面粗糙度的特征。将基于图4到图7详细描述这个特征。

图4是当电池单元框架3被从它的一个表面侧观察时根据实施例1的电池单元框架3的平面视图。图5是当电池单元框架3被从另一个表面侧观察时图4中的电池单元框架3的平面视图。沿着电池单元框架3的外周边形成并且包围所有的歧管33到36的密封凹槽37s是图3中的环形密封构件37被插入其中的凹槽。附带说一句，图4和5仅仅图示出示例，而不特别地在歧管33到36的形状和位置与从歧管33到36延伸到双极板31的进口狭缝和出口狭缝的形状和布置方面施加限制。

如在图4和5中所图示出地，电池单元框架3包括面对电池单元堆2(图3)中的其它电池单元框架3的框架对向面30f和30b(参考交叉阴影区域)。框架对向面30f(30b)是电池单元框架3的一个表面(另一个表面)的除了歧管33到36、进口狭缝、出口狭缝和密封凹槽37s的区域。在这个示例中，为了解决电解液从电池单元堆2的上述泄漏，框架对向面30f和30b被设置成具有0.03μm以上并且3.2μm以下的表面粗糙度Ra(JIS B0601：2001中的算术平均粗糙度)。能够通过利用在商业上可以获得的测量器械对框架对向面30f和30b中的10个或者更多区域执行测量并且通过将测量结果平均化而确定表面粗糙度Ra。

图6是通过堆叠这种电池单元框架3而提供的电池单元堆2的局部截面视图。图6中的局部截面视图对应于电池单元堆2中的电池单元框架3的外部周边中和靠近此处的区域的纵向截面。如在图6中所图示出地，当面对彼此的框架对向面30f和30b具有0.03μm以上的表面粗糙度Ra时，在框架对向面30f和30b之间施加了适当的摩擦力。结果，在运输电池单元堆2期间或者在电解液通过电池单元堆2循环期间，相邻的电池单元框架3和3较少可能从彼此移位。当框架对向面30f和30b具有3.2μm以下的表面粗糙度Ra时，较少可能在相邻的电池单元框架3的框架体32之间形成大的间隙。因此，当利用具有具有0.03μm以上并且3.2μm以下的表面粗糙度Ra的框架对向面30f和30b的电池单元框架3生产电池单元堆2时，在电解液通过电池单元堆2循环期间，电解液较少可能从电池单元堆2泄漏。框架对向面30f和30b优选地具有0.03μm以上并且3.2μm以下、更加优选地0.05μm以上并且1.5μm以下的表面粗糙度Ra。

如在图7中的放大截面视图中所图示出地，在这个示例的电池单元框架3中，密封凹槽37s被设置成具有也具有0.03μm以上并且3.2μm以下的表面粗糙度Ra的内周面。密封凹槽37s被设置成具有具有0.03μm以上的表面粗糙度Ra的内周面，从而在这种密封凹槽37s的内周面和环形密封构件37之间施加了适当的摩擦力。结果，即使当应力被沿着相邻的电池单元框架3沿其从彼此移位的方向施加时，环形密封构件37在密封凹槽37s中的滑动仍然能够受到抑制，以由此抑制环形密封构件37从密封凹槽37s脱出。当密封凹槽37s被设置成具有具有3.2μm以下的表面粗糙度Ra的内周面时，在密封凹槽37s内压缩并且变形的环形密封构件37无任何间隙地牢固地附着到密封凹槽37s的内周面。结果，增强了环形密封构件37的密封性能，并且环形密封构件37较少可能从密封凹槽37s脱出。密封凹槽37s优选地被设置成具有0.03μm以上并且3.2μm以下、更加优选地0.05μm以上并且1.5μm以下的表面粗糙度Ra。

<测试例>

制备具有不同构造的五个电池单元堆(测试体A到E)；电解液通过每一个电池单元堆循环并且关于电解液是否向电池单元堆的外侧泄漏执行测试。测试体A到E的示意性构造如下。

测试体A

测试体A的电池单元堆与在实施例1中描述的电池单元堆2相同。附带说一句，框架对向面30f和30b(图6)具有0.03μm的表面粗糙度Ra；并且密封凹槽37s(图7)具有具有0.03μm的表面粗糙度Ra的内周面。

测试体B

除了框架对向面30f和30b(图6)具有1.5μm的表面粗糙度Ra并且密封凹槽37s(图7)具有具有1.5μm的表面粗糙度Ra的内周面之外，测试体B的电池单元堆与测试体A的电池单元堆相同。

测试体C

除了框架对向面30f和30b(图6)具有3.2μm的表面粗糙度Ra并且密封凹槽37s(图7)具有具有3.2μm的表面粗糙度Ra的内周面之外，测试体C的电池单元堆与测试体A的电池单元堆相同。

测试体D

除了框架对向面30f和30b(图6)具有0.01μm的表面粗糙度Ra并且密封凹槽37s(图7)具有具有0.01μm的表面粗糙度Ra的内周面之外，测试体D的电池单元堆与测试体A的电池单元堆相同。

测试体E

除了框架对向面30f和30b(图6)具有3.5μm的表面粗糙度Ra并且密封凹槽37s(图7)具有具有3.5μm的表面粗糙度Ra的内周面之外，测试体E的电池单元堆与测试体A的电池单元堆相同。

通过测试体A到E中的每一个供应电解液。此时，对于所供应的电解液的压力逐渐地增加。结果，测试体D中的相邻的电池单元框架部分地从彼此移位并且电解液从被移位的部分泄漏。在测试体E中，相邻的电池单元框架不从彼此移位，但是电解液泄漏。作为对比，在其中电解液被在相同压力下供应的测试体A到C中，相邻的电池单元框架不从彼此移位并且电解液不泄漏。

在测试示例中的结果已经证明了以下结论：被设置成具有具有在预定范围内的表面粗糙度的框架对向面的电池单元框架对于抑制电解液从电池单元堆泄漏而言是有效的。

附图标记列表

1 RF电池(氧化还原液流电池)；

2 电池单元堆；

3 电池单元框架；

30f和30b 框架对向面；

31 双极板；

32 框架体；

33和34 液体供应歧管；

35和36 液体排泄歧管；

37 密封构件；

37s 密封凹槽；

100 电池单元；

101 隔膜；

102 正电极电池单元；

103 负电极电池单元；

100P 正电极循环机构；

100N 负电极循环机构；

104 正电极；

105 负电极；

106 正电极电解液槽；

107 负电极电解液槽；

108、109、110和111 管；

112和113 泵；

190 供应/排泄板；

200 子堆；

210和220 端板；

230 紧固机构。