[发明专利]电极和氧化还原液流电池

说明书

本发明的目的在于提供减轻液体流通电阻且提高碳纤维的表面的利用效率的、用于液体流通设备电极的电极，此外提供通过使用该用于液体流通设备的电极而具有优越的充放电性能的氧化还原液流电池。本发明是一种液体流通设备用电极，所述电极是本质上由碳纤维无纺布构成的电极，其中，具有超过0.40mm的厚度，并且配置有贯通孔或者在单面或两面配置有非贯通孔而成。

技术领域

本发明涉及电极和氧化还原液流电池。

背景技术

在各种领域中使用淡化、成盐、离子分离等的电渗析装置或用于得到氢的水电解装置、用于发电的燃料电池、氧化还原液流电池那样的2次电池等液体流通设备，寻求进一步的性能的提高。

作为液体流通设备的一种的氧化还原液流电池具有能量容量的增减容易且长寿命、能够把握电池的充电状态这样的特征，因此，期望普及为用于对通过风力发电或太阳能发电等发电的电力进行蓄电·放电来使电力系统稳定化的蓄电池。

氧化还原液流电池是在正极或负极之中的至少一个极中供给包含活性物质的电解液并且通过氧化还原反应进行充电和放电的电池。作为活性物质，例如使用钒或卤素、铁、锌、硫、钛、铜、铬、锰、铈、钴、锂等的离子或它们的化合物离子、非金属的醌类化合物离子或芳香族化合物离子。

已知氧化还原液流电池的充放电性能被通常由碳纤维无纺布构成的电极的表面与电解液的接触的容易度较大地左右。作为使电极与电解液的接触容易的方案，考虑了将电极增加来增加表面的方法和提高电极表面的利用效率的方法，但是，当将电极增加时成本上升，因此，进行了提高电极表面的利用效率的讨论。

在氧化还原液流电池中，通常使用将使电解液沿由平板状的碳纤维无纺布构成的电极的平面方向液体流通的方式（流通型）的电化学单元（以下，记载为单元）层叠（堆积）后的电池。可是，处于碳纤维无纺布中的碳纤维间的空隙在尺寸具有变动，电解液在电极内容易向大的空隙的方向流动。因此，存在在形成了小的空隙的区域中电解液容易滞留的问题。

作为将电解液的流动均匀化的方案，电极的尺寸控制（geometry control）极其重要。作为电极的尺寸控制，在此之前进行了将泵中的能量消耗减少作为目的的讨论。例如，在专利文献1中，提出了在电极的至少一个面形成槽的技术。在专利文献2中，提出了在电极的至少一个面分散形成凸起的技术。

此外，也提出了在形成于集电器表面的槽流路中流动电解液的方式（流经型）的单元。如果为该方式，则在比电极内的空隙压倒性大的槽剖面液体流通，由此，即使在电极内的液体流通电阻高，也能够将泵的能量消耗保持得低。可是，在流经型的单元中沿着电极的表面流动电解液，因此，难以向电极的厚度方向进行液体流通，仍然存在难以将在电极内的电解液的流动均匀化这样的问题。相对于此，在专利文献3中，提出了在流经型的氧化还原液流电池中为了使用薄且高密度的电极使导电电阻变低并且使向电极的厚度方向的液体流动容易而在电极的厚度方向上形成贯通孔的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-287923号公报；

专利文献2：日本特开2003-64566号公报；

专利文献3：美国专利申请公开第2015/0295247号说明书。

发明内容

发明要解决的课题

虽然在专利文献1中记载的形成有槽的电极得到减少液体流通电阻的效果，但是，与液体流动平行地形成了槽。因此，优先在槽部流动液体，难以利用槽以外的部分的碳纤维的表面，提高充放电性能的效果并不充分。