ホーム > 特許ランキング > ＥＳＳ Ｔｅｃｈ，Ｉｎｃ．
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-06-21
(54)【発明の名称】レドックスフロー電池及び電池システム
(51)【国際特許分類】
H01M 8/18 20060101AFI20230614BHJP
H01M 8/2465 20160101ALI20230614BHJP
H01M 8/0273 20160101ALI20230614BHJP
H01M 8/242 20160101ALI20230614BHJP
H01M 8/02 20160101ALI20230614BHJP
H01M 8/0247 20160101ALI20230614BHJP
H01M 8/0258 20160101ALI20230614BHJP
H01M 8/0286 20160101ALI20230614BHJP
【ＦＩ】
H01M8/18
H01M8/2465
H01M8/0273
H01M8/242
H01M8/02
H01M8/0247
H01M8/0258
H01M8/0286
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022569628
(86)(22)【出願日】2021-05-06
(85)【翻訳文提出日】2023-01-12
(86)【国際出願番号】 US2021031190
(87)【国際公開番号】W WO2021231188
(87)【国際公開日】2021-11-18
(31)【優先権主張番号】63/025,229
(32)【優先日】2020-05-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】519297300
【氏名又は名称】イーエスエス テック インコーポレーテッド
【氏名又は名称原語表記】ＥＳＳ Ｔｅｃｈ，Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】２６４４０ ＳＷ Ｐａｒｋｗａｙ Ａｖｅｎｕｅ，Ｗｉｌｓｏｎｖｉｌｌｅ，Ｏｒｅｇｏｎ ９７０７０ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
(74)【代理人】
【識別番号】100103894
【弁理士】
【氏名又は名称】家入 健
(72)【発明者】
【氏名】エヴァンス クレイグ イー．
(72)【発明者】
【氏名】ケイシー ショーン
(72)【発明者】
【氏名】グローバーグ ティアゴ
(72)【発明者】
【氏名】ソン ヤン
【テーマコード（参考）】
5H126
【Ｆターム（参考）】
5H126AA02
5H126AA08
5H126AA12
5H126AA13
5H126AA15
5H126AA22
5H126BB10
5H126EE11
5H126FF07
5H126HH01
5H126JJ03
5H126RR01
(57)【要約】
レドックスフロー電池及び電池システムが提供される。一例では、レドックスフロー電池は、２つのエンドプレートによって挟まれるセルスタックアセンブリを含み、セルスタックアセンブリは、嵌合界面で、負及び正の電解質を複数の双極板に分配するように構成された複数の負極フローチャネル及び正極フローチャネルを形成する複数の嵌合された膜フレームプレート及び双極フレームプレートを含む。この電池において、膜が、複数の膜フレームプレートのそれぞれに結合され、複数の双極板に含まれる双極板の２つの双極板の間に順次配置される。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
レドックスフロー電池であって、２つのエンドプレートによって挟まれたセルスタックアセンブリを含み、
前記セルスタックアセンブリは、嵌合された界面で、負及び正の電解質を複数の双極板に分配するように構成された複数の負極フローチャネル及び正極フローチャネルを形成する複数の嵌合された膜フレームプレート及び双極フレームプレートを含み、
膜が、前記複数の嵌合された膜フレームプレートのそれぞれに結合され、前記複数の双極板に含まれる２つの双極板の間に順次配置される、
レドックスフロー電池。
【請求項2】
前記セルスタックアセンブリが、連続する前記双極板と膜の間に配置された補強メッシュをさらに含む、請求項１に記載のレドックスフロー電池。
【請求項3】
前記補強メッシュが、前記複数の双極板及び複数の前記膜を通して圧縮力を分配する複数のリブを含む、請求項２に記載のレドックスフロー電池。
【請求項4】
前記複数の嵌合された膜フレームプレート及び双極フレームプレートのそれぞれが、対応するフレームプレートの横方向に対向する側に配置された少なくとも２つの位置決めボスを含む、請求項１～３のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【請求項5】
接着界面が、前記膜及び双極フレームプレートの各対の嵌合界面の嵌合した凸部と溝の間に形成され、前記接着界面が前記負極フローチャネル及び前記正極フローチャネルを画定する、請求項１～４のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【請求項6】
前記接着界面が、前記溝の両側に接着剤で満たされた間隙を含む、請求項５に記載のレドックスフロー電池。
【請求項7】
前記複数の膜プレートのアスペクト比が、１：３より大きい、請求項１～６のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【請求項8】
前記膜が、前記複数の嵌合された膜フレームプレートに熱溶接される、請求項１～７のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【請求項9】
前記複数の嵌合された膜フレームプレート及び双極フレームプレートが、それぞれ、圧縮ボルトを受け入れるように構成された開口部を周辺タブに含む、請求項１～８のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【請求項10】
前記セルスタックアセンブリが、前記セルスタックアセンブリの外面上に少なくとも１つの可視英数字の部品表示を含む、請求項１～９のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【請求項11】
レドックスフロー電池であって、２つのエンドプレートによって挟まれたセルスタックアセンブリを含み、
前記セルスタックアセンブリは、嵌合された界面で、負及び正の電解質を複数の双極板に分配するように構成された複数の負極フローチャネル及び正極フローチャネルを形成する複数の嵌合された膜フレームプレート及び双極フレームプレートを含み、
膜が、前記複数の嵌合された膜フレームプレートのそれぞれに結合され、
少なくとも１つの双極板が、前記複数の双極フレームプレートのそれぞれに結合され、
補強メッシュが、１つまたは複数の連続した前記双極板と膜の間に配置される、
レドックスフロー電池。
【請求項12】
前記補強メッシュが、隣接する双極板の凹部と接する複数のリブを含む、請求項１１に記載のレドックスフロー電池。
【請求項13】
前記嵌合された界面が、前記膜フレームプレートを前記双極フレームプレートに接合する接着剤経路を含む、請求項１１～１２のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【請求項14】
前記嵌合された界面が、嵌合した凸部及び溝を含む、請求項１３に記載のレドックスフロー電池。
【請求項15】
前記複数の膜プレートのアスペクト比が、１：３より大きい、請求項１１～１４のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【請求項16】
前記膜が、前記複数の嵌合した膜フレームプレートに熱溶接される、請求項１１～１５のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【請求項17】
レドックスフロー電池であって、２つのエンドプレートによって挟まれたセルスタックアセンブリを含み、
前記セルスタックアセンブリは、嵌合された界面で、負及び正の電解質を複数の双極板に分配する複数の負極フローチャネル及び正極フローチャネルを形成する複数の嵌合された膜フレームプレート及び双極フレームプレートを含み、
膜が、前記複数の嵌合された膜フレームプレートのそれぞれに結合され、
少なくとも１つの双極板が、前記複数の双極フレームプレートのそれぞれに結合され、
補強メッシュが、１つまたは複数の連続した前記双極板と膜の間に配置され、隣接する前記双極板と膜とを構造的に補強するように構成される、
レドックスフロー電池。
【請求項18】
前記複数の負極フローチャネル及び正極フローチャネルが、嵌合した凸部及び溝と、接着剤経路とによって区切られる、請求項１７に記載のレドックスフロー電池。
【請求項19】
前記複数の膜プレートのアスペクト比が、１：３より大きい、請求項１７～１８のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【請求項20】
前記膜が、前記複数の嵌合した膜フレームプレートに熱溶接される、請求項１７～１９のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年５月１５日に出願された「ＲＥＤＯＸ ＦＬＯＷ ＢＡＴＴＥＲＹ ＡＮＤ ＢＡＴＴＥＲＹ ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国仮出願第６３／０２５，２２９号に対する優先権を主張する。前述の出願の全内容が、あらゆる目的で、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年５月１５日に出願された「ＲＥＤＯＸ ＦＬＯＷ ＢＡＴＴＥＲＹ ＡＮＤ ＢＡＴＴＥＲＹ ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国仮出願第６３／０２５，２２９号に対する優先権を主張する。前述の出願の全内容が、あらゆる目的で、参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本説明は、一般に、レドックスフロー電池及び電池システムに関する。
【背景技術】
【0003】
レドックスフロー電池は、電力と容量を個別にスケーリングでき、また、従来の電池技術と比較して、性能損失を抑えながら数千サイクルの充電と放電を行うことができるため、グリッドスケールの蓄電用途に適している。鉄ハイブリッドレドックスフロー電池は、セルスタックに低コストの材料が組み込まれているため、特に魅力的である。鉄レドックスフロー電池（ＩＦＢ）は、電解質として鉄、塩、及び水に依存している。ＩＦＢのこれらの地球に豊富で安価な材料は、刺激の強い化学物質を省くとともに、一部の実施形態では、電池の環境フットプリントを削減する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
以前のフロー電池のセルスタックは、スペースの非効率性を示していた。望ましくない材料のゆがみ（例えば、たわみ）も、圧縮時のセルスタックに発生し、電解質の流れを制限し、その他の望ましくない電解質の流れの動態を引き起こす可能性がある。スタック内のセルのずれも、電池の組み立て中に発生し、電解質の流れパターンに追加の問題を引き起こす可能性がある。スペースの非効率性とセルスタックの変形は、場合によっては、セルスタックのスケーリングの障害となる可能性がある。セルスタックのスケーリングはまた、例えば、セルの製造公差、製造エラーなどにより、スタック内の個々のセルのずれを悪化させる、または引き起こす可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明者らは、従来のレドックスフロー電池の上述の欠点を認識し、欠点を少なくとも部分的に克服するレドックスフロー電池を開発した。一例では、レドックスフロー電池は、２つのエンドプレートによって挟まれたセルスタックアセンブリを含み、セルスタックアセンブリは、嵌合した界面で、負及び正の電解質を複数の双極板に分配するように構成された複数の負極フローチャネル及び正極フローチャネルを形成する複数の嵌合した膜フレームプレート及び双極フレームプレートを含む。レドックスフロー電池において、膜が、複数の膜フレームプレートのそれぞれに結合され、複数の双極板に含まれる双極板の２つの双極板の間に順次配置される。このようにして、セルスタック内でコンパクトな電解質の流れパターンを実現することができ、セルスタックの効率的なスケーリングが可能になる。
【0006】
一例では、複数の負極フローチャネル及び正極フローチャネルは、嵌合した（さねはぎ継ぎの）凸部及び溝と、接着剤経路とによって区切られてよい。接着剤経路と、凸部及び溝とにより、セルスタックの組み立てを迅速に行うことができ、スタック内の電解質漏れの可能性も低減する。
【0007】
当然ながら、上記概要は、発明を実施するための形態にさらに記載される概念の一部を簡単な形で紹介するために提供されている。特許を請求する主題の重要な特徴または必須の特徴を特定することを意図したものではなく、特許を請求する主題の範囲は、詳細な説明に続く特許請求の範囲によって一意に定義される。さらに、特許を請求する主題は、上記または本開示のいずれかの部分に記載した欠点を解決する実施態様に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】例示のレドックスフロー電池システムの概略図を示す。
【図2】圧縮アセンブリを有するレドックスフロー電池の例の分解図を示す。
【図4】双極板アセンブリを有するセルスタックの例の断面図を示す。
【図21】セルスタックにおける補強膜の例を示す。
【図22】セルスタックにおける補強膜の例を示す。
【図23】双極フレームプレートのスタックを示す。
【0009】
図２～２３は、ほぼ一定の縮尺で描かれている。しかし、他の実施形態では、他の相対的な寸法が使用される場合がある。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下の説明は、システムのコンパクトさを高め、電池セルスタック内のシャント電流を低減するのに役立つフロー電池システム、及び製造技術に関する。一例では、フロー電池システムは、双極フレームアセンブリ及び膜フレームアセンブリが、それらの間に形成されたさねはぎ接合面を用いて連続的に配置されたセルスタックを含み得る。さねはぎ接合面の空間は、スタック内の異なる電解質フローチャネルを効率的に区切る。さらに一例では、電解質フローチャネルは、電解質が流れるように構成された蛇行形状の分岐チャネルを含み得る。蛇行形状により、分岐チャネルの長さを長くすることができ、それによって電池動作中のシャント電流の生成が減少する。セルスタックのフレームアセンブリは、入れ子になった位置決めボスも含み得る。位置決めボスにより、迅速かつ効率的なセルスタックの構築（例えば、単純化された製造自動化）が可能になり、スタック内のセルのずれの可能性が減少する。
【0011】
図１に示すように、レドックスフロー電池システム１０において、負極２６はめっき電極と呼ばれてよく、正極２８はレドックス電極と呼ばれてよい。第１の電池セル１８のめっき側（例えば、負極コンパートメント２０）内の負の電解質は、めっき電解質と呼ばれてよく、第１の電池セル１８のレドックス側（例えば、正極コンパートメント２２）の正の電解質は、レドックス電解質と呼ばれてよい。
【0012】
ハイブリッドレドックスフロー電池は、電極上に固体層として電気活性材料の１つまたは複数を堆積することを特徴とするレドックスフロー電池である。ハイブリッドレドックスフロー電池は、例えば、電池充電プロセス全体を通して基板上に固体として電気化学反応によってめっきする化学物質を含み得る。電池の放電中、めっきされた種は電気化学反応によってイオン化し、電解質に溶解し得る。ハイブリッド電池システムでは、レドックス電池の充電容量（例えば、蓄えられるエネルギーの最大量）は、電池充電中にめっきされた金属の量によって制限される場合があり、めっきシステムの効率、ならびにめっきに利用可能な体積及び表面積に依存し得る。
【0013】
アノードは電気活性材料が電子を失う電極を指し、カソードは電気活性材料が電子を得る電極を指す。電池の充電中、正の電解質は負極２６で電子を獲得する、したがって負極２６は電気化学反応のカソードである。放電中、正の電解質は電子を失う、したがって、負極２６は反応のアノードである。あるいは、放電中、負の電解質及び負極は、それぞれ、電気化学反応のアノード液及びアノードと呼ばれてよく、正の電解質及び正極は、それぞれ、電気化学反応のカソード液及びカソードと呼ばれてよい。充電中、負の電解質及び負極は、それぞれ、電気化学反応のカソード液及びカソードと呼ばれてよく、正の電解質及び正極は、それぞれ、電気化学反応のアノード液及びアノードと呼ばれてよい。簡単にするために、正及び負という用語は、本明細書では、レドックス電池フローシステムの電極、電解質、及び電極コンパートメントを指して使用される。
【0014】
ハイブリッドレドックスフロー電池の一例は、全鉄レドックスフロー電池（ＩＦＢ）であり、ＩＦＢでは、電解質は鉄塩（例えば、ＦｅＣｌ２、ＦｅＣｌ３など）の形態の鉄イオンを含み、負極は金属鉄を含む。例えば、負極２６では、電池充電中に、第一鉄イオンＦｅ２＋が２つの電子を受け取り、鉄金属として負極２６にめっきし、電池放電中に、鉄金属Ｆｅ０が２つの電子を失い、Ｆｅ2+として再溶解する。正極では、充電中にＦｅ２＋が電子を失って第二鉄イオンＦｅ３＋を形成し、放電中にＦｅ３＋が電子を獲得してＦｅ２＋を形成する。電気化学反応は式（１）と（２）にまとめられる。ここで、正反応（左から右）は電池充電中の電気化学反応を示し、逆反応（右から左）は電池放電中の電気化学反応を示す。
Ｆｅ２＋＋２ｅ－←→Ｆｅ０ －．４４Ｖ （負極） （１）
Ｆｅ２＋←→２Ｆｅ３＋＋２ｅ－ ＋０．７７Ｖ （正極） （２）
Ｆｅ２＋＋２ｅ－←→Ｆｅ０ －．４４Ｖ （負極） （１）
Ｆｅ２＋←→２Ｆｅ３＋＋２ｅ－ ＋０．７７Ｖ （正極） （２）
【0015】
上記のように、ＩＦＢで使用される負の電解質は、充電中にＦｅ２＋が負極から２つの電子を受け取ってＦｅ０を形成し、基板上にめっきできるように、十分な量のＦｅ２＋を提供し得る。放電中、めっきされたＦｅ０は２つの電子を失い、Ｆｅ２＋にイオン化し、溶解されて電解質内に戻ってよい。上記の反応の平衡電位は－０．４４Ｖであり、したがって、この反応は所望のシステムに負の端子を提供する。ＩＦＢの正極側では、電解質は充電中にＦｅ２＋を提供し得、これが電子を失い、Ｆｅ３＋に酸化する。放電中、電解質によって提供されたＦｅ３＋は、電極によって提供された電子を吸収することによってＦｅ２＋になる。この反応の平衡電位は＋０．７７Ｖであり、所望のシステムの正の端子を作成する。
【0016】
ＩＦＢは、非再生電解質を利用する他の電池タイプとは異なり、電解質を充電及び再充電する能力を備える。充電は、端子４０及び４２を介して電極間に電流を印加することによって実現される。負極２６は端子４０を介して電圧源の負側に電気的に結合されてよく、それによって、電子が正極を介して負の電解質に供給されてよい（例えば、Ｆｅ２＋が、正極コンパートメント２２内の正の電解質中でＦｅ３＋に酸化される）。負極２６（例えば、めっき電極）に供給される電子は、負の電解質中のＦｅ２＋を還元して、めっき基板でＦｅ０を形成し、それを負極２６上にめっきすることができる。
【0017】
放電は、酸化のために負の電解質がＦｅ０を入手でき、還元のために正の電解質がＦｅ３＋を入手できる間、持続することができる。例として、Ｆｅ３＋の利用可能性は、外部の正の電解質タンク５２などの外部ソースを介して追加のＦｅ３＋イオンを提供するために、第１の電池セル１８の正極コンパートメント２２側への正の電解質の濃度または体積を増加させることによって維持することができる。より一般的には、放電中のＦｅ０の利用可能性は、ＩＦＢシステムで問題になる場合があり、放電に利用できるＦｅ０は、負極基板の表面積と体積、及びめっき効率に比例し得る。充電容量は、負極コンパートメント２０内のＦｅ２＋の利用可能性に依存し得る。例として、Ｆｅ２＋の利用可能性は、外部の負の電解質チャンバ５０などの外部ソースを介して追加のＦｅ２＋イオンを提供して、第１の電池セル１８の負極コンパートメント２０側への負の電解質の濃度または体積を増加させることによって維持することができる。
【0018】
ＩＦＢにおいて、正の電解質は、第一鉄イオン、第二鉄イオン、第二鉄錯体、またはそれらの任意の組み合わせを含み、負の電解質は、ＩＦＢシステムの充電状態に応じて、第一鉄イオンまたは第一鉄錯体を含む。前述のように、負の電解質と正の電解質の両方で鉄イオンを利用すると、電池セルの両側で同じ電解種を利用することが可能になり、これにより、電解質の相互汚染を減らし、ＩＦＢシステムの効率を高めることができて、結果として、他のレドックスフロー電池システムと比較して、電解質の交換が少なくなる。
【0019】
ＩＦＢにおける効率損失は、セパレータ２４（例えば、イオン交換膜バリア、微多孔膜など）を通過する電解質クロスオーバーに起因する場合がある。例えば、正の電解質中の第二鉄イオンは、第二鉄イオン濃度勾配及びセパレータを横切る電気泳動力によって負の電解質に向かって駆動され得る。次に、膜バリアを透過し、負極コンパートメント２０に移動する第二鉄イオンは、クーロン効率の損失をもたらす場合がある。低ｐＨのレドックス側（例えば、酸性度の高い方の正極コンパートメント２２）から高ｐＨのめっき側（例えば、酸性度の低い方の負極コンパートメント２０）にクロスオーバーする第二鉄イオンは、Ｆｅ（ＯＨ）３の沈殿をもたらす場合がある。Ｆｅ（ＯＨ）３の沈殿は、セパレータ２４を劣化させ、永続的な電池性能及び効率の損失を引き起こし得る。例えば、Ｆｅ（ＯＨ）３の沈殿は、イオン交換膜の有機官能基を化学的に汚染したり、イオン交換膜の小さな微細孔を物理的に詰まらせたりする場合がある。いずれの場合も、Ｆｅ（ＯＨ）３の沈殿により、時間の経過とともに膜のオーム抵抗が上昇し、電池の性能が低下し得る。沈殿物は電池を酸で洗浄することで除去し得るが、定期的なメンテナンスとダウンタイムは、商用電池用途には不都合な場合がある。さらに、洗浄は電解質の定期的な調製に依存する場合があり、追加の処理コストと複雑さの原因となる。あるいは、電解質のｐＨ変化に応答して正の電解質と負の電解質に特定の有機酸を添加すると、全体的なコストを押し上げることなく、電池の充電及び放電サイクル中の沈殿物形成を軽減し得る。さらに、第二鉄イオンのクロスオーバーを阻害する膜バリアを実装すると、汚染も軽減し得る。
【0020】
追加のクーロン効率の損失は、Ｈ＋（例えば、プロトン）の還元とそれに続くＨ２（例えば、水素ガス）の形成、及び負極コンパートメント２０内のプロトンとめっきされた鉄金属電極で供給される電子との反応による水素ガスの形成によって引き起こされる場合がある。
【0021】
ＩＦＢ電解質（例えば、ＦｅＣｌ２、ＦｅＣｌ３、ＦｅＳＯ４、Ｆｅ２（ＳＯ４）３など）は容易に入手可能であり、低コストで製造することができる。ＩＦＢ電解質は、負の電解質と正の電解質に同じ電解質を使用できるため、より高い再生価値を提供し、その結果、他のシステムと比較して相互汚染の問題が減少する。さらに、鉄は、その電子配置のために、負極基板上へのめっき中にほぼ均一な固体構造に固化し得る。ハイブリッドレドックス電池で一般的に使用される亜鉛やその他の金属の場合、めっき中に固体の樹枝状構造が形成される場合がある。ＩＦＢシステムの安定した電極形態は、他のレドックスフロー電池と比較して電池の効率を高め得る。さらに、鉄レドックスフロー電池は有毒な原材料の使用を減らし、他のレドックスフロー電池電解質と比較して相対的に中性のｐＨで動作することができる。したがって、ＩＦＢシステムは、現在生産されている他のすべての高度なレドックスフロー電池システムと比較して、環境への影響を軽減する。
【0022】
引き続き図１を参照すると、レドックスフロー電池システム１０の概略図が示されている。レドックスフロー電池システム１０は、マルチチャンバ電解質貯蔵タンク１１０に流体接続された第１のレドックスフロー電池セル１８を含み得る。第１のレドックスフロー電池は一般に、負極コンパートメント２０、セパレータ２４、及び正極コンパートメント２２を含み得る。セパレータ２４は、正の電解質と負の電解質とのバルク混合を防ぎ、特定のイオンの伝導を可能にする電気絶縁性イオン伝導バリアを含み得る。例えば、セパレータ２４は、イオン交換膜及び／または微多孔膜を含み得る。
【0023】
負極コンパートメント２０は、負極２６を含んでよく、負の電解質は、電気活性材料を含み得る。正極コンパートメント２２は、正極２８を含んでよく、正の電解質は、電気活性材料を含み得る。一部の例では、複数のレドックスフロー電池セル１８を直列または並列に組み合わせて、レドックスフロー電池システムでより高い電圧または電流を生成し得る。例えば、一部の例では、レドックスフロー電池システム１０は、図１０～図１３に示すように、２つのセルスタックを含んでよく、各セルスタックは複数の電池セルから形成される。例として、第１の電池セル１８と、第１の電池セル１８と同様に構成された第２の電池セル１９とを有するレドックスフロー電池システム１０を図１に示す。したがって、第１の電池セル１８について本明細書に記載されるすべてのコンポーネント及びプロセスは、第２の電池セル１９において同様に見出され得る。
【0024】
第１の電池セル１８は第１のセルスタックに含まれてよく、第２の電池セル１９は第２のセルスタックに含まれてよい。第１及び第２のセルは、互いに流体結合されていても流体結合されていなくてもよいが、それぞれ電解質貯蔵タンク１１０及びリバランス反応器８０、８２に流体結合されている。例えば、図１に示すように、第１の電池セル１８及び第２の電池セル１９のそれぞれは、第１の電池セル１８及び第２の電池セル１９のそれぞれに分岐する共通の通路を介して、負の電解質ポンプ３０及び正の電解質ポンプ３２に接続されてよい。同様に、電池セルはそれぞれ、電池セルをリバランス反応器８０、８２に結合する共通の通路に合流する通路を有し得る。
【0025】
図１にさらに示されるのは、負の電解質ポンプ３０及び正の電解質ポンプ３２であり、両方ともフロー電池システム１０を通して電解質溶液を汲み上げるために使用される。電解質は、セル外部の１つまたは複数のタンクに貯蔵され、負の電解質ポンプ３０及び正の電解質ポンプ３２によって、それぞれ電池の負極コンパートメント２０側及び正極コンパートメント２２側を通して汲み上げられる。
【0026】
レドックスフロー電池システム１０はまた、第１の双極板３６及び第２の双極板３８を含んでよく、第１の双極板３６及び第２の双極板３８は、それぞれ、負極２６及び正極２８の後面側、例えば、セパレータ２４に面する側の反対側に沿って配置される。第１の双極板３６は負極２６と接触してよく、第２の双極板３８は正極２８と接触してよい。しかしながら、他の例では、双極板は、近接して配置されてよいが、それぞれの電極コンパートメント内で電極から離間して配置されてよい。いずれの場合でも、双極板３６及び３８は、それぞれ、端子４０及び４２に直接接触するか、または負電極２６及び正電極２８を介してそれぞれ電気的に結合することができる。ＩＦＢ電解質は、双極板３６及び３８の材料の導電特性に起因して、第１の双極板３６及び第２の双極板３８によって負極２６及び正極２８の反応サイトに輸送されてよい。電解質の流れはまた、負の電解質ポンプ３０及び正の電解質ポンプ３２によって補助され、第１のレドックスフロー電池セル１８を通る強制対流を促進し得る。反応した電気化学種はまた、強制対流と、第１の双極板３６及び第２の双極板３８の存在との組み合わせによって、反応サイトから離れる方向に向けられてよい。
【0027】
図１に示すように、第１のレドックスフロー電池セル１８は、負の電池端子４０及び正の電池端子４２をさらに含み得る。充電電流が電池端子４０及び４２に印加されると、正の電解質は正極２８で酸化され（１つまたは複数の電子を失う）、負の電解質は負極２６で還元される（１つまたは複数の電子を得る）。電池の放電中、電極で逆レドックス反応が生じる。言い換えると、正の電解質は正極２８で還元され（１つまたは複数の電子を得る）、負の電解質は負極２６で酸化される（１つまたは複数の電子を失う）。電池全体の電位差は、正極コンパートメント２２及び負極コンパートメント２０における電気化学的レドックス反応によって維持され、反応が持続している間、集電体を通して電流を誘導し得る。レドックス電池に蓄えられるエネルギー量は、電解質の全体積と電気活性材料の溶解度に応じて、放電のための電解質内の利用できる電気活性材料の量によって制限される。
【0028】
フロー電池システム１０は、一体型マルチチャンバ電解質貯蔵タンク１１０をさらに含み得る。マルチチャンバ貯蔵タンク１１０は、隔壁９８によって分割されてよい。隔壁９８は、正及び負の電解質の両方を単一のタンク内に含めることができるように、貯蔵タンク内に複数のチャンバを形成してよい。負の電解質チャンバ５０は、電気活性材料を含む負の電解質を保持し、正の電解質チャンバ５２は、電気活性材料を含む正の電解質を保持する。隔壁９８は、負の電解質チャンバ５０と正の電解質チャンバ５２との間に所望の容積比をもたらすために、マルチチャンバ貯蔵タンク１１０内に配置されてよい。一例では、隔壁９８は、負のレドックス反応と正のレドックス反応の間の化学量論比に従って、負及び正の電解質チャンバの容積比を設定するように配置されてよい。図１は、貯蔵タンク１１０の充填高さ１１２をさらに示し、これは各タンクコンパートメント内の液体レベルを示し得る。図１はまた、負の電解質チャンバ５０の充填高さ１１２の上に位置するガスヘッドスペース９０、及び正の電解質チャンバ５２の充填高さ１１２の上に位置するガスヘッドスペース９２を示す。ガスヘッドスペース９２は、レドックスフロー電池の動作によって（例えば、プロトン還元及び腐食副反応により）生成され、第１のレドックスフロー電池セル１８から電解質を戻してマルチチャンバ貯蔵タンク１１０に運ばれた水素ガスを貯蔵するために利用されてよい。水素ガスは、マルチチャンバ貯蔵タンク１１０内の気液界面（例えば、充填高さ１１２）で自然に分離され、それによって、レドックスフロー電池システムの一部として追加の気液分離器を有することを排除し得る。電解質から分離されると、水素ガスはガスヘッドスペース９０及び９２を満たしてよい。このように、貯蔵された水素ガスは、マルチチャンバ貯蔵タンク１１０から他のガスをパージするのを助けることができ、それによって、電解質種の酸化を減らすための不活性ガスブランケットとして機能し、レドックスフロー電池容量の損失を減らすのを助けることができる。このように、一体型マルチチャンバ貯蔵タンク１１０を利用することにより、従来のレドックスフロー電池システムに共通の別個の負及び正の電解質貯蔵タンク、水素貯蔵タンク、及び気液分離器を持たずに済ませ、それによってシステム設計を簡素化し、システムの物理的フットプリントを軽減し、システムコストを削減し得る。
【0029】
図１はまた、ガスヘッドスペース９０と９２の間の隔壁９８に開口部を形成し、２つのチャンバ間のガス圧を等しくする手段を提供するスピルオーバーホール９６を示す。スピルオーバーホール９６は、充填高さ１１２よりも上の閾値高さに配置されてよい。スピルオーバーホールはさらに、電池クロスオーバーの場合に、正及び負の電解質チャンバのそれぞれの電解質を自己平衡化する能力を可能にする。全鉄レドックスフロー電池システムの場合、同じ電解質（Ｆｅ２＋）が負極コンパートメント２０と正極コンパートメント２２の両方で使用されるため、負の電解質チャンバ５０と正の電解質チャンバ５２の間で電解質があふれ出て、システム全体の効率が低下し得るが、全体的な電解質組成、電池モジュールの性能、及び電池モジュールの容量は維持される。漏れのない連続加圧状態を維持するために、マルチチャンバ貯蔵タンク１１０の入口及び出口のすべての配管接続にフランジ継手を利用してよい。マルチチャンバ貯蔵タンク１１０は、負及び正の電解質チャンバのそれぞれからの少なくとも１つの出口と、負及び正の電解質チャンバのそれぞれへの少なくとも１つの入口とを含み得る。さらに、水素ガスをリバランス反応器８０及び８２に向けるために、ガスヘッドスペース９０及び９２から１つまたは複数の出口接続を設けることができる。
【0030】
図１には示されていないが、一体型マルチチャンバ電解質貯蔵タンク１１０は、負の電解質チャンバ５０及び正の電解質チャンバ５２のそれぞれに熱的に結合された１つまたは複数のヒータをさらに含み得る。代替例では、負及び正の電解質チャンバの一方のみが、１つまたは複数のヒータを含み得る。正の電解質チャンバ５２のみが１つまたは複数のヒータを含む場合、負の電解質は、パワーモジュールの電池セルで生成された熱を負の電解質に伝達することによって加熱されてよい。このようにして、パワーモジュールの電池セルは加熱し、負の電解質の温度調整を容易にし得る。１つまたは複数のヒータは、コントローラ８８によって作動されて、負の電解質チャンバ５０及び正の電解質チャンバ５２の温度を別々にまたは一緒に調節してよい。例えば、電解質温度が閾値温度を下回ったことに応答して、コントローラ８８は、電解質への熱流束が増加するように、１つまたは複数のヒータに供給される電力を増加させることができる。電解質温度は、センサ６０及び６２を含む、マルチチャンバ電解質貯蔵タンク１１０に取り付けられた１つまたは複数の温度センサによって示されてよい。１つまたは複数のヒータは、電解質流体に浸漬されたコイル型ヒータもしくは他の浸漬ヒータ、または負及び正の電解質チャンバの壁を通して伝導的に熱を伝達してその中の流体を加熱する表面マントル型ヒータを含み得る。本開示の範囲から逸脱することなく、他の既知のタイプのタンクヒータを採用してよい。さらに、コントローラ８８は、液体レベルが固体充填閾値レベルを下回ったことに応答して、負の電解質チャンバ５０及び正の電解質チャンバ５２内の１つまたは複数のヒータを停止してよい。言い方を変えると、コントローラ８８は、液体レベルが固体充填閾値レベルを上回ったことに応答してのみ、負の電解質チャンバ５０及び正の電解質チャンバ５２内の１つまたは複数のヒータを作動してよい。このようにして、正及び／または負の電解質チャンバ内に十分な液体がない状態で１つまたは複数のヒータを作動することを回避し、それによってヒータの過熱または焼損のリスクを低減することができる。
【0031】
さらに、フィールド水和システム（図示せず）から負の電解質チャンバ５０及び正の電解質チャンバ５２のそれぞれに１つまたは複数の入口接続が設けられてよい。このようにして、フィールド水和システムは、最終使用場所でのシステムの設置、充填、及び水和を含む、レドックスフロー電池システムの試運転を容易にすることができる。さらに、最終使用場所で試運転する前に、レドックスフロー電池システムは、システムを最終使用場所に配送する前に、システムを充填及び水和することなく、最終使用場所とは異なる電池製造施設で乾式組み立てされてよい。一例では、最終使用場所は、レドックスフロー電池システム１０が設置され、オンサイトエネルギー貯蔵のために利用される場所に対応し得る。言い換えれば、最終使用場所に設置され水和されると、レドックスフロー電池システム１０の位置は固定され、レドックスフロー電池システム１０はもはや可搬の乾式システムとは見なされなくなると考えられる。したがって、レドックスフロー電池システムのエンドユーザの観点から、乾式で可搬のレドックスフロー電池システム１０は現場に配送され、その後、レドックスフロー電池システム１０が設置され、水和され、試運転される。水和前のレドックスフロー電池システム１０は、乾式可搬システムと呼ばれてよく、レドックスフロー電池システム１０は、水及び湿った電解質を含まない、または水及び湿った電解質が無い。水和されると、レドックスフロー電池システム１０は、湿式非可搬システムと呼ばれてよく、レドックスフロー電池システム１０は、湿った電解質を含む。
【0032】
図１にさらに示すように、マルチチャンバ貯蔵タンク１１０に一般的に貯蔵される電解質溶液が、負の電解質ポンプ３０及び正の電解質ポンプ３２によってフロー電池システム１０を通して汲み上げられる。負の電解質チャンバ５０に貯蔵された電解質は、負の電解質ポンプ３０によって負極コンパートメント２０側を通して汲み上げられ、正の電解質チャンバ５２に貯蔵された電解質は、電池の正極コンパートメント２２側を通して正の電解質ポンプ３２によって汲み上げられる。
【0033】
２つの電解質リバランス反応器８０及び８２は、レドックスフロー電池システム１０において、それぞれ第１の電池セル１８の負極側及び正極側で電解質の再循環流路と直列にまたは並列に接続されてよい。１つまたは複数のリバランス反応器は、電池の負極側及び正極側で電解質の再循環流路と直列に接続されてよく、他の再リバランス反応器が、冗長性のため（例えば、リバランス反応器は電池とリバランス操作を中断することなく修理されてよい）と、リバランス容量を増やすために並列に接続されてよい。一例では、電解質リバランス反応器８０及び８２は、それぞれ正の電解質チャンバ２０及び負の電解質チャンバ２２から正の電解質チャンバ５０及び負の電解質チャンバ５２への戻り流路に配置されてよい。電解質リバランス反応器８０及び８２は、本明細書に記載されるように、副反応、イオンクロスオーバーなどによって生じるレドックスフロー電池システムにおける電解質電荷の不均衡をリバランスするのに役立ち得る。一例では、電解質リバランス反応器８０及び８２はトリクルベッド反応器を含んでよく、電解質リバランス反応を行うために水素ガスと電解質が充填床の触媒表面で接触する。他の例では、リバランス反応器８０及び８２は、水素ガス及び電解質と接触し、充填触媒床の非存在下でリバランス反応を行うことができるフロースルータイプの反応器を含み得る。
【0034】
レドックスフロー電池システム１０の動作中、センサ及びプローブは、電解質のｐＨ、濃度、電荷の状態などの電解質の化学的特性を監視及び制御してよい。例えば、図１に示すように、センサ６２及び６０は、それぞれ、正の電解質チャンバ５２及び負の電解質チャンバ５０における正の電解質及び負の電解質の状態を監視するように配置されてよい。別の例では、センサ６２及び６０はそれぞれ、正の電解質チャンバ５２及び負の電解質チャンバ５０内の電解質のレベルをそれぞれ示す１つまたは複数の電解質レベルセンサを含み得る。別の例として、図１に示すように、センサ７２及び７０はまた、それぞれ、正極コンパートメント２２及び負極コンパートメント２０における正の電解質及び負の電解質の状態を監視してよい。センサ７２、７０は、ｐＨプローブ、光プローブ、圧力センサ、電圧センサなどであってよい。センサは、電解質の化学的特性及び他の特性を監視するために、レドックスフロー電池システム１０全体の他の位置に配置されてよい。
【0035】
例えば、センサを外部の酸タンク（図示せず）に配置して、外部の酸タンクの酸量またはｐＨを監視してよく、外部の酸タンクからの酸は、電解質中の沈殿物形成を減少させるために、外部ポンプ（図示せず）を介してレドックスフロー電池システム１０に供給される。レドックスフロー電池システム１０に他の添加剤を供給するために、追加の外部タンク及びセンサが設置されてよい。例えば、フィールド水和システムの温度センサ、導電率センサ、及びレベルセンサを含む様々なセンサが、コントローラ８８に信号を送信してよい。さらに、コントローラ８８は、レドックスフロー電池システム１０の水和中に、フィールド水和システムのバルブ及びポンプなどのアクチュエータに信号を送信することができる。センサ情報はコントローラ８８に送信されてよく、コントローラ８８はポンプ３０及び３２を作動させて、例として、第１の電池セル１８を通る電解質の流れを制御するか、または他の制御機能を実行してよい。このようにして、コントローラ８８は、センサ及びプローブの１つまたは組み合わせに応答してよい。
【0036】
レドックスフロー電池システム１０は、水素ガス源をさらに含み得る。一例では、水素ガス源は、別個の専用水素ガス貯蔵タンクを含み得る。図１の例では、水素ガスは、一体型マルチチャンバ電解質貯蔵タンク１１０に貯蔵され、そこから供給されてよい。一体型マルチチャンバ電解質貯蔵タンク１１０は、追加の水素ガスを正の電解質チャンバ５２及び負の電解質チャンバ５０に供給してよい。一体型マルチチャンバ電解質貯蔵タンク１１０は、追加の水素ガスを電解質リバランス反応器８０及び８２の入口に交互に供給し得る。例として、質量流量計または他の流量制御装置（コントローラ８８によって制御されてよい）は、一体型マルチチャンバ電解質貯蔵タンク１１０からの水素ガスの流れを調節し得る。一体型マルチチャンバ電解質貯蔵タンク１１０は、レドックスフロー電池システム１０で生成された水素ガスを補給してよい。例えば、レドックスフロー電池システム１０でガス漏れが検出されたとき、または還元反応速度が低い水素分圧で低すぎるとき、正の電解質と負の電解質における電気活性種の電荷の状態をリバランスするために一体型マルチチャンバ電解質貯蔵タンク１１０から水素ガスを供給してよい。例として、コントローラ８８は、ｐＨの測定された変化に応答して、または電解質もしくは電気活性種の電荷の状態の測定された変化に応答して、一体型マルチチャンバ電解質貯蔵タンク１１０から水素ガスを供給してよい。
【0037】
例えば、負の電解質チャンバ５０または負極コンパートメント２０のｐＨの上昇は、水素がレドックスフロー電池システム１０から漏れていること、及び／または利用可能な水素分圧に対して反応速度が遅すぎることを示す場合があり、コントローラ８８は、ｐＨの上昇に応答して、一体型マルチチャンバ電解質貯蔵タンク１１０からレドックスフロー電池システム１０への水素ガスの供給を増加させてよい。さらなる例として、コントローラ８８は、ｐＨが第１の閾値ｐＨを超えて上昇するか、または第２の閾値ｐＨを超えて低下するｐＨの変化に応答して、一体型マルチチャンバ電解質貯蔵タンク１１０から水素ガスを供給してよい。ＩＦＢの場合、コントローラ８８は追加の水素を供給して、第二鉄イオンの還元速度及びプロトンの生成速度を増加させ、それによって正の電解質のｐＨを低下させてよい。さらに、負の電解質のｐＨは、正の電解質から負の電解質にクロスオーバーする第二鉄イオンの水素還元によって、または正極側で生成されたプロトンがプロトン濃度勾配及び電気泳動力により負の電解質にクロスオーバーすることによって低下させてよい。このようにして、Ｆｅ（ＯＨ）３としての第二鉄イオンの沈殿（正極コンパートメントからのクロスオーバー）のリスクを低減しながら、負の電解質のｐＨを安定領域内に維持してよい。
【0038】
酸素還元電位（ＯＲＰ）メータまたは光学センサなどの他のセンサによって検出される、電解質のｐＨの変化または電解質の電荷状態の変化に応答して、一体型マルチチャンバ電解質貯蔵タンク１１０からの水素ガスの供給速度を制御するための他の制御スキームが実装されてよい。さらに、コントローラ８８のアクションをトリガするｐＨまたは電荷状態の変化は、一定期間にわたって測定された変化率または変化に基づいてよい。変化率の期間は、予め決定されてよい、またはレドックスフロー電池システム１０の時定数に基づいて調整されてよい。例えば、再循環率が高い場合、期間は短縮されてよく、時定数が小さい可能性があるため、濃度の局所的な変化（例えば、副反応またはガス漏れによる）が迅速に測定され得る。
【0039】
図２は、第１の加圧板２０２と第２の加圧板２０４との間にセルスタック２０６が配置されたレドックスフロー電池２００（例えば、ＩＦＢ）の例を示す。具体的には、加圧板の内側２０５は、セルスタック２０６の反対側と接するように設計されてよい。当然ながら、図２に示されるレドックスフロー電池２００、及び、本明細書に記載の他のレドックスフロー電池及びシステムは、図１に示すレドックスフロー電池システム１０の例である。したがって、図１に示されるレドックスフロー電池システム１０の構造的及び／または機能的特徴は、本明細書に記載されている他のレドックスフロー電池及び電池システムにおいて示されてよい、またはその逆であってよい。
【0040】
軸システム２０１が、参照のため、図２～２３に記載されている。ｚ軸は重力軸に平行であってよい。ｙ軸は縦軸であってよい、及び／またはｘ軸は横軸であってよい。しかし、他の実施形態では、軸の他の向きが使用される場合がある。
【0041】
セルスタック２０６は、第１の加圧板２０２の内側に配置され、第１の加圧板２０２の内面と面を共有して接触する第１のエンドプレート２０８を含む。電流を流すように構成された第１の集電体２１０は、第１のエンドプレート２０８と第１の加圧板２０２との間に配置されてよい。第１の加圧板２０２及び第２の加圧板２０４は、レドックスフロー電池２００の対向する末端２１２に配置される。
【0042】
セルスタック２０６では、第１の双極板アセンブリ２１４が、第１のセルスタック２０６の第１のエンドプレート２０８と第２のエンドプレート２１６との間に配置される。さらに、ｙ軸に沿って積み重ねられた双極板アセンブリ２１９が示されている。双極板アセンブリは、これもｙ軸に沿って積み重ねられた複数のフレームプレート２１５を含む。複数のフレームプレート２１５は、セルスタック２０６に構造的支持を提供する。フレームプレート２１５はまた、フレームプレート２１５を通ってルーティングされた複数の電解質フローチャネルを含み、これについては、図４～２０に関して本明細書でより詳細に説明する。複数のフレームプレート２１５の各フレームプレートは、セルスタックのセルをフレームで囲むように同様に構成されてよい。各セルは、各フレームプレートの少なくとも１つの開口部に挿入された１つまたは複数の双極板２１７を含む。さらに、双極板は、各セルの負極と正極との間に配置され、電極は、双極板の対向する面に沿って配置される。さらに、負極は双極板と膜セパレータ（例えば、図１のセパレータ２４）との間に配置される。このように、各双極板アセンブリは、膜セパレータ、負極、双極板、及び正極を含むコンポーネントのスタックを有し、コンポーネントのスタックは、セルスタック２０６内の連続する双極板アセンブリごとに繰り返される。しかし、当然ながら、他の実施形態では、他の適切なセルスタック構成が配置されてもよい。
【0043】
第２のエンドプレート２１６は、第２の加圧板２０４と面を共有して接触してよい。第２の集電体２１８は、第２のエンドプレート２１６と第２の加圧板２０４の間に配置されてよい。
【0044】
図２はまた、複数のフローポート２２０を示す。フローポート２２０は、セルスタック２０６に出入りする電解質（例えば、正または負の電解質）を流すように設計されている。したがって、フローポート２２０は、第２の加圧板２０４の開口部を通って延びるように示されている。
【0045】
第１の加圧板２０２及び第２の加圧板２０４は両方とも、組み立て時に、レドックスフロー電池２００を構造的に補強し、セルスタックに予荷重を加えるように設計されてよい。このようにして、加圧板は二重用途に役立ち、必要に応じて電池システムのコンパクトさを高めることができる。しかしながら、多数の電池プレート及びハウジング配置が考えられている。
【0046】
加圧板２０２、２０４はまた、電池の構築、設置、整備などの間にフォークリフトが加圧板に係合することを可能にする複数のフォークリフト開口部２３４を含み得る。結果として、電池ユニットは、必要に応じて、フォークリフトによって効率的に操作され得る。
【0047】
レドックスフロー電池２００はまた、電池動作中のセルスタック（例えば、セルスタックの活性領域）のたわみを低減するために、セルスタック２０６に予荷重を及ぼすように設計された圧縮アセンブリ２３６を含む。圧縮アセンブリ２３６は、加圧板２０２、２０４の外側２２４に沿って延びているばね２３８（例えば、板ばね）を含む。
【0048】
レドックスフロー電池２００は、複数のタイロッド２４０をさらに含む。タイロッド２４０は、ばね２３８、加圧板２０２、２０４、及びセルスタック２０６を通って延びるように設計されている。他のタイロッドは、加圧板２０２、２０４及びセルスタック２０６を通って延びてよく、ばね２３８を通らなくてもよい。レドックスフロー電池２００には、セルスタック２０６に圧縮力を加えることができるようにタイロッド２４０と螺合するように設計されたナット２４２が含まれる。
【0049】
図３は、組み立てられた構成のレドックスフロー電池２００を示す。タイロッド２４０の一部は、ばね２３８を通って延びるように示されている。詳細には、タイロッド２４０は、ばね２３８の上部及び下部のセクションを通って延び、ばねの屈曲を容易にする。加圧板２０２、２０４及びセルスタック２０６を通って延びる追加のタイロッド２４０が示されている。サイドボルト３００はまた、加圧板２０２、２０４を通って延びるように示されている。タイロッド２４０のヘッド３０２、及びタイロッドに結合されたナット２４２（図２を参照）は、電池組立中にセルスタックの圧縮を設定できるように締め付けられてよい。
【0050】
図３は、電解質の流れがセルスタック２０６に出入りするのを可能にするように設計されたフローポート２２０を示す。具体的には、一実施形態では、ポート３０４は流入ポートであってよく、ポート３０６は流出ポートであってよい。しかしながら、電池の他の流入及び流出方式が考えられてきた。詳細には、レドックスフロー電池２００に正の電解質流入ポートと負の電解質流入ポートを設けてもよい。同様に、レドックスフロー電池２００に正の電解質流出ポートと負の電解質流出ポートを設けてもよい。
【0051】
図４は、双極板アセンブリ２１４を含むセルスタック２０６の一部を示す。双極板アセンブリ２１４は、電解質流路を形成するために互いに嵌合された双極フレームアセンブリ４０４及び膜フレームアセンブリ４０６を含む。
【0052】
双極フレームアセンブリ４０４は、双極フレームプレート４０８と、双極フレームプレートによって支持される双極板２１７とを含む。膜フレームアセンブリ４０６は、膜フレームプレート４１２と、膜フレームプレートによって支持される膜４１４とを含む。双極板アセンブリ２１４の嵌合設計により、プレート及びキャップスタイルの設計と比較してアセンブリのコンパクトさを高めることができ、アセンブリを構築するための材料の量を減らして製造コストを下げることができる。さらに、必要に応じて、構造的に支持されていない膜を使用しなくてもよく、その結果、セルスタックの変形が減少する。
【0053】
図５は、これも双極フレームアセンブリ４０４及び膜フレームアセンブリ４０６を含む双極板アセンブリ２１４の部分分解図を示す。補強メッシュ５００は、双極板２１７及び膜４１４に対する構造的支持のために、双極フレームアセンブリ４０４と膜フレームアセンブリ４０６の間に配置される。このようにして、屈曲及び他の不要なスタックの変形を減らすことができる。
【0054】
図２１を参照すると、双極板２１０３を有する双極板アセンブリ２１０２の補強メッシュ２１００の例の詳細図が示されている。したがって、補強メッシュ２１００は、図５に示したメッシュ５００の例である。メッシュ２１００は、リブ２１０４と、リブ間に延在しリブを構造的に補強するクロス筋交い２１０６とを含む。リブ２１０４及びクロス筋交い２１０６は、断面が多角形（例えば、長方形）である。しかしながら、別のリブ及び／またはクロス筋交いの輪郭も想定されている。
【0055】
図２２は、補強メッシュ２１００に隣接する膜２２００及び双極板２１０３に隣接するフェルト層２２０２を有する双極板アセンブリ２１０２の断面図を示す。補強リブ２１０４は、双極板２１０３の戻り止め２２０４と嵌合する。当然ながら、双極板２１０３は、戻り止め２２０４を形成するために打ち抜かれたカーボンシート及び／またはグラファイト箔を含み得る。補強リブ２１０４は、電池の使用中に、より均一で効果的な圧縮力の分布を可能にし、スタックの変形を減少させる。矢印２２０６は、セルスタックに加えられる圧縮力の一般的な方向を示している。前述のように、セルスタックの圧縮は、図２に示す圧縮アセンブリ２３６によって生成される。一例では、補強メッシュ２１００は、適切なポリマー（例えば、ポリプロピレン）から構成されてよく、電磁気的に電解質に干渉することなく、セルスタックの構造補強を可能にする。
【0056】
再び図５を参照すると、双極板アセンブリ２１４は、膜フレームプレート４１２内に少なくとも部分的に負の電解質入口５０２及び正の電解質入口５０６を含む。当然ながら、電解質入口及び出口は、双極フレームアセンブリ４０４と膜フレームアセンブリ４０６との嵌合によって形成される。これについては、図１７～２０に関して本明細書により詳細に記載する。双極板アセンブリ２１４はまた、双極フレームプレート４０８内に少なくとも部分的に負の電解質出口５０８及び正の電解質出口５０９を含む。
【0057】
電解質フローチャネルも、双極フレームアセンブリ４０４と膜フレームアセンブリ４０６との界面に形成される。詳細には、双極板アセンブリ２１４では、組み立てられると、負の分岐チャネル５２０が、それぞれの電解質の入口及び出口（膜フレームアセンブリ４０６内の図９に示される負の電解質入口５０２及び出口９００）から延びる。正の分岐チャネル５２２も、それぞれの入口及び出口（双極フレームプレート４０８の正の電解質入口５０６及び正の電解質出口５０９）から延びる。しかしながら、分岐チャネルの他の適切な電解質流路も想定されている。
【0058】
分岐チャネルは、セクション５２３が実質的に反対の電解質の流れ方向性を示し、チャネルの長さを増加させることを可能にする、蛇行した形状で設計されてよい。分岐チャネルを長くすると、シャント電流が減少する。結果として、電池システムは、エネルギー電力出力、場合によっては、蓄電容量に関して、より効率的に動作され得る。当然ながら、特定の例では、分岐チャネルの断面積も、シャント電流を減少させるために低減されてよい。
【0059】
双極板アセンブリ２１４は、組み立てられると、負極入口及び出口分配チャネル５２６を含む。分配チャネルは、活性プレート領域５３０から電解質を分配及び捕捉するのを可能にする。したがって、分配チャネルは、関連する分岐チャネルと流体連通している。
【0060】
当然ながら、双極板アセンブリ２１４の電解質（例えば、正または負の電解質）が進む一般的な流路は、次のようになる。（ｉ）電解質は、最初に、電解質入口を通って対応する分岐チャネルに流入する、（ｉｉ）電解質は次に、分岐チャネルから入口分配チャネルに流入する、（ｉｉｉ）電解質は次に、入口分配チャネルから膜／双極板界面内に流入する、（ｉｖ）電解質は次に、膜／双極板境界面から出口分配チャネル内に流入する、（ｖ）電解質は次に、出口分配チャネルから関連する分岐チャネルに流入する、そして、（ｖｉ）次に、電解質は、分岐チャネルから各電解質出口に流入する。
【0061】
膜フレームプレート４１２及び／または双極フレームプレート４０８は、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）などの適切なポリマーから構成されてよい。膜は、一使用事例では、コーティングされたＮａｆｉｏｎ（商標）から構成されてよい。しかし、他の適切な膜材料が想定される。組み立てられると、膜フレームアセンブリ４０６と双極フレームアセンブリ４０４は一緒に接着接合されてよい。膜４１４を膜フレームプレート４１２に、及び／または双極板２１７を双極フレームプレート４０８に接着するためにも接着接合を使用してよい。しかしながら、これらのコンポーネントを取り付けるために、熱溶接などの他の適切な取り付け技術も考えられている。
【0062】
図５はまた、セルスタック内でより大きな力の分散を可能にする、ボルトを構造的に補強するボルト開口部５３２を有するタブ５３１を示す。タブ５３１は、膜フレームプレート４１２及び双極フレームプレート４０８の両方にある。しかし、他の例では、他のプレート輪郭が使用されてよい。双極フレームプレート４０８の第１の側５５０及び膜フレームプレート４１２の第１の側５５２が図５に示されている。双極フレームプレートの第２の側５５４及び膜フレームプレートの第２の側５５６も、図５に示されている。図８～９は、双極フレームプレート及び膜フレームプレートの第２の側の詳細図を示し、これについては、本明細書でより詳細に記載する。
【0063】
図６は、双極板２１７と、分配チャネル５２４を備えた双極フレームプレート４０８とを含む双極フレームアセンブリ４０４の詳細図を示す。具体的には、入口分配チャネルは６００で示され、出口分配チャネルは６０２で示される。電解質の流れの一般的な方向は、矢印６０３で示されている。しかし、実際には、電解質の流れのパターンはより複雑になる。入口分配チャネル６００及び出口分配チャネル６０２はそれぞれ、図示の例では、互いにオフセットされている（例えば、ｘ軸に沿ってオフセットされている）。その結果、電解質の流れのデッドゾーンを減らすことができて、電池の動作効率が向上する。分配チャネルをオフセットすることは、よりコンパクトなプレートアセンブリ配置を提供することもでき、より効率的な電池のスケーラビリティを可能にする。
【0064】
一例では、入口分配チャネル６００は、活性プレート領域５３０の方に延びる方向（例えば、ｚ軸に沿った方向）に発散してよい。逆に、出口分配チャネル６０２は、活性プレート領域５３０から離れる方向（例えば、ｚ軸に沿った方向）に収束してよい。このようにして、活性領域にわたる電解質の分散が増加する。
【0065】
図７は、双極フレームアセンブリ４０４の詳細図を示す。詳しく説明すると、負の電解質入口７００は、図５に示すように、負の電解質分岐チャネル５２０及び正の電解質分岐チャネル５２２の垂直下方に配置される。参照用に重力軸を示す。電解質入口を分岐の下に配置することで、追加の電解質をセルスタックから排出できるようになり、例えば、修理や輸送中、分解が容易になる。例えば、セルスタックが電解質の大部分を排出できるようにすることは、セルスタック内に沈殿物が蓄積する可能性を減少させる（例えば、防止する）。
【0066】
図８は、双極フレームプレート４０８及び双極板２１７を含む双極フレームアセンブリ４０４の第２の側５５４の分解図を示す。正の電解質入口５０６及び正の電解質出口５０９は、正極分岐チャネル５２２及び分配チャネル５２４に正の電解質を流すように示されている。双極板２１７も図８に示されている。双極板２１７は、１：３よりも大きいアスペクト比（例えば、図示の実施形態では１：１）を有して、製造コストを削減し得る。しかしながら、他の適切な双極板アスペクト比が想定されている。アスペクト比は、板の高さ８０２と幅８０４の間の比例関係を表す。当然ながら、双極板は、所望のアスペクト比を維持するために分割されてよい。例えば、１つの使用事例の実施形態では、１：１のアスペクト比を維持するために３つの双極板を備えてよい。ただし、他の実施形態では、別の数の双極板及び／または異なる板のアスペクト比が使用されてよい。
【0067】
図９は、膜フレームアセンブリ４０６の第２の側５５６の分解斜視図を示す。アセンブリは、膜フレームプレート４１２及び膜４１４を含む。負の電解質入口５０２及び負の電解質出口５０８は、負極分岐チャネル５２０及び分配チャネル５２６に負の電解質を流すように示されている。
【0068】
膜４１４も図９に示されている。膜４１４は、図９では、膜フレームプレート４１２にわたって横方向に延びている連続シートとして示されている。したがって、一実施形態では、膜４１４は、組み立てられたときに、隣接する双極フレームアセンブリ内の複数の双極板にわたってよい。しかし、別の膜プロフィールが想定されている。例えば、他の実施形態では、膜は別個のセクションに分割されてもよい。
【0069】
図１０は、膜４１４に隣接する補強メッシュ５００を有する組み立てられた状態の膜フレームアセンブリ４０６の詳細図を示す。膜フレームプレート４１２は、対応する位置決めボスを含む隣接する双極フレームプレートとの自動位置合わせを可能にする複数の位置決めボス１０００を含む。図示の実施形態では、フレームプレートは４つのボスを含む。しかし、他の実施形態では、別の数のフレームプレートボスが使用されてよい。一例では、製造中の迅速な位置合わせを容易にするために、フレームプレートの対向する垂直面に位置決めボスが配置されてよい。このようにして、セルスタックの製造効率及び精度を向上させてよい。具体的には、位置決めボス１０００は、迅速な部品登録及び検査を容易にする穴パターンデータムを作成し、それによって自動製造プロセスを単純化する。一使用事例では、製造金型を修正して、プレート全体にわたる位置合わせ機能など、他のタイプの位置合わせ機能よりも費用対効果の高い方法でボスを位置合わせしてよい。
【0070】
図１１は、膜フレームプレート４１２と嵌合した双極フレームプレート４０８の詳細な断面図を示す。具体的には、双極フレームプレート４０８の位置決めボス１１００は、膜フレームプレート４１２の位置決めボス１０００と嵌合する。嵌合したボスは、方向１１０２に先細になっており、効率的なプレートの整列を可能にする。したがって、ボスはそれぞれ、先細の外面１１０４及びフランジ１１０６を含む。ボスの開口部１１０８の中心に向かって延びるフランジ１１０６が示されている。しかしながら、他のフランジ輪郭が想定されている。
【0071】
図１２は、アセンブリ内の電解質流路を画定する嵌合した凸部及び溝を含む双極板アセンブリ２１４を示す。さねはぎ配置は、必要に応じて、フレームプレートのより大きなプラスチック公差に対応することができる。オーバーボードのさねはぎ接合面１２００、分岐チャネルのさねはぎ接合面１２０２、及び分配チャネルのさねはぎ接合面１２０４が図１２に示されている。さねはぎのプロフィールにより、双極フレームプレート４０８と膜フレームプレート４１２の間のスペース効率の良い接続が可能になる。さらに、さねはぎの輪郭により、接着剤経路１２０６を嵌合した特徴部に隣接して形成することが可能になり、膜フレームプレート４１２と双極フレームプレート４０８との間の接合強度が増加する。したがって、接着剤を充填する前、接着剤経路１２０６は、凸部の反対側の間隙であってよい。したがって、適切な接着剤（例えば、様々なタイプのエポキシなど）のビーズが、双極板アセンブリの構築後に接着剤経路１２０６内に配置されてよい。ただし、他の例では、分配チャネル、分岐チャネル、及び／またはクロスオーバーチャネルは、双極フレームプレートと膜フレームプレートの両方を備えたフレーム構造でガスアシスト成形によって構築されてよい。したがって、このような例では、成形プロセス中にチャネルが作成されてよく、これは、必要に応じて双極板アセンブリから接着剤または他の封止界面の使用を省略可能にし得る。さらに、フレームアセンブリにモールド成型された電解質チャネルを備えることで、必要に応じてセルスタックの部品数を減らすことができ、それによって膜フレームプレートと双極フレームプレートを１つの連続したコンポーネント（例えば、モノリシック構造）に統合することができる。
【0072】
図１２はまた、双極板２１７及び膜４１４を示す。前述のように、双極板２１７は双極フレームプレート４０８に結合され（例えば、熱溶接、接着接合、それらの組み合わせなど）、膜４１４は膜フレームプレート４１２に結合される。したがって、一例では、膜４１４は、膜フレームプレート４１２に熱溶接されてよい。同様に、双極板２１７は、双極フレームプレート４０８に熱溶接されてよい。当然ながら、熱溶接は、２つのコンポーネントの間に熱的に接合された材料の層（例えば接合部）を生成する。
【0073】
図１３～１６は、双極フレームアセンブリ４０４の双極フレームプレート４０８のさねはぎ特徴部の詳細図を示す。図１３を参照すると、双極フレームプレート４０８と、それに結合された双極板２１７とを備えた双極フレームアセンブリ４０４の第１の側（例えば上面）１３００を示す。双極フレームプレート４０８は、双極板アセンブリに図１２に示すさねはぎ接合面の溝部分を含む。具体的には、オーバーボード溝１３０２、分岐溝１３０４、分配溝１３０６、及びクロスオーバー溝１３０８（例えば、ポート溝）が示されている。
【0074】
図１４は、オーバーボード溝１３０２、分岐溝１３０４、分配溝１３０６、及びクロスオーバー溝１３０８（例えば、ポート凸部）を有する双極フレームプレート４０８の詳細図を示す。当然ながら、溝は、膜フレームプレートの凸部と嵌合してコンパクトな接合面を形成することを可能にする凹部である。したがって、当然ながら、膜フレームアセンブリ、及び、具体的には双極板アセンブリ内の膜フレームプレートは、双極フレームプレート４０８内のさねはぎ特徴部と嵌合するような輪郭にされた対応するさねはぎ特徴部を有し、その中に電解質フローチャネルを画定する。
【0075】
図１５は、双極フレームプレート４０８と、それに結合された双極板２１７とを備えた双極フレームアセンブリ４０４の第２の側（例えば底面）１５００を示す。双極フレームプレート４０８は、双極板アセンブリのさねはぎ接合面の凸部を含む。具体的には、オーバーボード凸部１５０２、分岐凸部１５０４、分配凸部１５０６、及びクロスオーバー凸部１５０８（例えば、ポート溝）が示されている。凸部は、隣接する膜フレームプレートの溝と嵌合するような輪郭にされた延長部である。さねはぎ結合を行うとき、接着剤のビーズを各接合面に塗布して、双極板アセンブリ内の様々な電解質フローチャネルを封止してよい。しかしながら、他の例では、さねはぎ接合面での接着接合は省略されてもよい。当然ながら、オーバーボードさねはぎ接合面は、双極板アセンブリの周囲に延びてセルスタックを封止する。
【0076】
図１６は、オーバーボード凸部１５０２、分岐凸部１５０４、分配凸部１５０６、及びクロスオーバー凸部１５０８（例えば、ポート凸部）が再び示されている双極フレームプレート４０８の詳細図を示す。凸部は、前述のように、隣接する膜フレームプレートの溝と嵌合するような輪郭にされた延長部である。
【0077】
図１７は、双極フレームプレート１７００及び膜フレームプレート１７０２を含むセルスタック２０６の一部の断面図を示す。図に示すように、双極フレームプレート及び膜フレームプレートは、セルスタック内で順番に交互に配置されている。当然ながら、図１７に示されるフレームプレートは、本明細書に記載された他のフレームプレートと同様の特徴を共有してよい。したがって、簡潔にするために冗長な説明は省略する。対応する双極フレームプレート１７００に取り付けられた双極板２１７も図１７に示されている。
【0078】
図１８は、双極フレームプレート１７００及び膜フレームプレート１７０２を備えたセルスタック２０６の断面の詳細図を示す。連続したフレームプレート間の界面は、セルスタック２０６に複数の負の電解質入口１８００と複数の負極分岐チャネル１８０２とを形成する。図示のように、負極分岐チャネル１８０２は、双極フレームプレートと膜フレームプレートの両方の溝によって形成されて、分岐チャネルの断面積を増加させる。その結果、必要に応じて、分岐チャネルを通る電解質の流量を増加させることができる。
【0079】
図１９は、複数の双極フレームプレート１７００と膜フレームプレート１７０２とを含むセルスタック２０６の一部分の断面図を示す。図１９は、双極フレームプレート１７００に結合（例えば、接着接合、熱溶接など）された双極板２１７も示す。図１９はまた、プレートフレームの１つに英数字部品表示１９００を示す。しかし、当然ながら、スタック内の追加の部品は、製造を簡素化するために部品表示を含み得る。
【0080】
図２０は、複数の双極フレームプレート１７００及び膜フレームプレート１７０２の詳細図を示す。連続したフレームプレート間の界面２０００は、セルスタック２０６に複数の正の電解質入口２００２と複数の正極分岐チャネル２００４とを形成する。このようにして、電解質は、セルスタックを通して空間効率的にルーティングされ、セルスタックがよりコンパクトな配置を実現することを可能にする。その結果、必要に応じて、電池のスケーリングをよりコスト効率よく実装し得る。
【0081】
図２３は、双極フレームプレート２３０２のスタック２３００を示し、連続するプレートはさねはぎ接合面２３０４を介して嵌合されている。双極フレームプレート２３０２は、図２～２２に関して上述した双極フレームプレートと同様である。したがって、簡潔にするために冗長な説明は省略する。当然ながら、本明細書に記載の膜フレームプレートは、同様の方法で積み重ねられてよい。フレームプレートの積み重ね可能性により、必要に応じて、セルスタック製造に関して在庫効率が向上し、パッケージ密度が高くなる。
【0082】
複数の双極フレームアセンブリと膜フレームアセンブリを嵌合させて正極分岐チャネル及び負極分岐チャネルを形成するレドックスフロー電池を提供することの技術的効果は、スペース節約的な方法でシャント電流の生成を減少させることである。
【0083】
図２～２３は、様々なコンポーネントの相対的位置を伴う構成例を示す。互いに直接接触している、または直接結合していることが示されている場合、そのような要素は、少なくとも一例では、それぞれ、直接接触している、または直接結合していると称されてよい。同様に、互いに連続または隣接して示される要素は、少なくとも一例では、それぞれ、互いに連続または隣接してよい。例として、互いに面を共有して接触しているコンポーネントは、面を共有して接触していると称されてよい。別の例として、少なくとも１つの例では、その間に空間だけがあり、他のコンポーネントが無い状態で互いに離れて配置された要素は、そのように称されてよい。さらに別の例として、互いの上／下、互いに反対側、または互いの左／右に示される要素は、互いに対してそのように称されてよい。さらに、図に示されるように、少なくとも１つの例では、最上部の要素または要素の点は、コンポーネントの「最上部」と呼ばれてよく、最下部の要素または要素の点は、コンポーネントの「底部」と呼ばれてよい。本明細書で使用される場合、最上部／底部、上部／下部、上／下は、図の垂直軸に対してであってよく、互いに対する図の要素の位置を説明するために使用されてよい。したがって、一例では、他の要素の上に示される要素は、他の要素の垂直方向の上に位置する。さらに別の例として、図面内に示される要素の形状は、それらの形状（例えば、円形、直線、平面、湾曲、丸み、面取り、角度付きなど）を有すると称されてよい。さらに、少なくとも１つの例において、互いに交差するように示される要素は、交差する要素または互いに交差するものと称されてよい。さらに、一例では、別の要素内に示される、または別の要素の外側に示される要素は、そのように称されてよい。
【0084】
本発明は、以下の段落でさらに説明される。一態様では、レドックスフロー電池であって、２つのエンドプレートによって挟まれたセルスタックアセンブリを含み、セルスタックアセンブリは、嵌合界面で、負及び正の電解質を複数の双極板に分配するように構成された複数の負極フローチャネル及び正極フローチャネルを形成する複数の嵌合された膜フレームプレート及び双極フレームプレートを含み、膜が、複数の膜フレームプレートのそれぞれに結合され、複数の双極板に含まれる双極板の２つの間に順次配置されるレドックスフロー電池が提供される。
【0085】
別の態様では、レドックスフロー電池であって、２つのエンドプレートによって挟まれたセルスタックアセンブリを含み、セルスタックアセンブリは、嵌合界面で、負及び正の電解質を複数の双極板に分配するように構成された複数の負極フローチャネル及び正極フローチャネルを形成する複数の嵌合された膜フレームプレート及び双極フレームプレートを含み、膜が、複数の膜フレームプレートのそれぞれに結合され、少なくとも１つの双極板が、複数の双極フレームプレートのそれぞれに結合され、補強メッシュが、１つまたは複数の連続した双極板と膜の間に配置されるレドックスフロー電池が提供される。
【0086】
さらに別の態様では、レドックスフロー電池であって、２つのエンドプレートによって挟まれたセルスタックアセンブリを含み、セルスタックアセンブリは、嵌合界面で、負及び正の電解質を複数の双極板に分配する複数の負極フローチャネル及び正極フローチャネルを形成する複数の嵌合された膜フレームプレート及び双極フレームプレートを含み、膜が、複数の膜フレームプレートのそれぞれに結合され、少なくとも１つの双極板が、複数の双極フレームプレートのそれぞれに結合され、補強メッシュが、１つまたは複数の連続した双極板と膜の間に配置され、隣り合う双極板と膜とを構造的に補強するように構成された、レドックスフロー電池が提供される。
【0087】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、セルスタックアセンブリは、連続した双極板と膜の間に配置された補強メッシュをさらに含み得る。
【0088】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、補強メッシュは、複数の双極板及び複数の膜を通して圧縮力を分配する複数のリブを含み得る。
【0089】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、複数の双極フレームプレート及び膜フレームプレートのそれぞれは、対応するフレームプレートの横方向に対向する側に配置された少なくとも２つの位置決めボスを含み得る。
【0090】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、接着界面は、膜フレームプレート及び双極フレームプレートの各対の嵌合界面における嵌合した凸部と溝の間に形成されてよく、接着界面は、負極フローチャネル及び正極フローチャネルを画定し得る。
【0091】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、接着界面は、溝の両側に接着剤で満たされた間隙を含み得る。
【0092】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、複数の膜プレートのアスペクト比は、１：３よりも大きくてよい。
【0093】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、膜は、膜フレームプレートに熱溶接されてよい。
【0094】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、複数の嵌合した膜フレームプレート及び双極フレームプレートはそれぞれ、圧縮ボルトを受け入れるように構成された開口部を周辺タブに含み得る。
【0095】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、セルスタックアセンブリは、セルスタックアセンブリの外面上に少なくとも１つの可視英数字部品表示を含み得る。
【0096】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、補強メッシュ層は、隣接する双極板の凹部と接する複数のリブを含み得る。
【0097】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、嵌合界面は、膜フレームプレートを双極フレームプレートに接合する接着剤経路を含み得る。
【0098】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、嵌合界面は、嵌合した凸部及び溝を含み得る。
【0099】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、複数の膜プレートのアスペクト比は、１：３よりも大きくてよい。
【0100】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、膜は、膜フレームプレートに熱溶接されてよい。
【0101】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、複数の負極フローチャネル及び正極フローチャネルは、嵌合した凸部及び溝と、接着剤経路とによって区切られてよい。
【0102】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、複数の膜プレートのアスペクト比は、１：３よりも大きくてよい。
【0103】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、膜は、膜フレームプレートに熱溶接されてよい。
【0104】
以下の特許請求の範囲は、新規かつ非自明であると見なされる特定の組み合わせ及びサブコンビネーションを特に指摘している。これらの請求項は、「ある（ａｎ）」要素または「第１の（ａ ｆｉｒｓｔ）」要素、またはそれらの均等物を指してよい。そのような請求項は、２つ以上のそのような要素を要求も排除もせず、１つまたは複数のそのような要素の組み込みを含むと理解されるべきである。開示された特徴、機能、要素、及び／または特性の他の組み合わせ及びサブコンビネーションは、現在の請求項の補正を通じて、または本出願もしくは関連出願における新しい請求項の提示を通じて請求されてよい。そのような請求項は、元の特許請求の範囲より広いか、狭いか、等しいか、または異なるかに関係なく、本開示の主題内に含まれるものと見なされる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【手続補正書】
【提出日】2023-01-24
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
レドックスフロー電池であって、２つのエンドプレートによって挟まれたセルスタックアセンブリを含み、
前記セルスタックアセンブリは、嵌合された界面で、負及び正の電解質を複数の双極板に分配するように構成された複数の負極フローチャネル及び正極フローチャネルを形成する複数の嵌合された膜フレームプレート及び双極フレームプレートを含み、
膜が、前記複数の嵌合された膜フレームプレートのそれぞれに結合され、前記複数の双極板に含まれる２つの双極板の間に順次配置される、
レドックスフロー電池。
【請求項2】
前記セルスタックアセンブリが、連続する前記双極板と膜の間に配置された補強メッシュをさらに含む、請求項１に記載のレドックスフロー電池。
【請求項3】
前記補強メッシュが、前記複数の双極板及び複数の前記膜を通して圧縮力を分配する複数のリブを含む、請求項２に記載のレドックスフロー電池。
【請求項4】
前記複数のリブが、隣接する前記双極板の凹部と接する、請求項３に記載のレドックスフロー電池。
【請求項5】
前記複数の嵌合された膜フレームプレート及び双極フレームプレートのそれぞれが、対応するフレームプレートの横方向に対向する側に配置された少なくとも２つの位置決めボスを含む、請求項１～４のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【請求項6】
接着界面が、前記膜及び双極フレームプレートの各対の嵌合界面の嵌合した凸部と溝の間に形成され、前記接着界面が前記負極フローチャネル及び前記正極フローチャネルを画定する、請求項１～５のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【請求項7】
前記接着界面が、前記溝の両側に接着剤で満たされた間隙を含む、請求項６に記載のレドックスフロー電池。
【請求項8】
前記複数の膜フレームプレートのアスペクト比が、１：３より大きい、請求項１～７のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【請求項9】
前記膜が、前記複数の嵌合された膜フレームプレートに熱溶接される、請求項１～８のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【請求項10】
前記複数の嵌合された膜フレームプレート及び双極フレームプレートが、それぞれ、圧縮ボルトを受け入れるように構成された開口部を周辺タブに含む、請求項１～９のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【請求項11】
前記セルスタックアセンブリが、前記セルスタックアセンブリの外面上に少なくとも１つの可視英数字の部品表示を含む、請求項１～１０のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【請求項12】
前記嵌合された界面が、嵌合した凸部及び溝を含む、請求項１～１１のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【請求項13】
前記複数の負極フローチャネル及び正極フローチャネルが、嵌合した凸部及び溝と、接着剤経路とによって区切られる、請求項１２に記載のレドックスフロー電池。
【請求項14】
前記嵌合された界面が、前記膜フレームプレートを前記双極フレームプレートに接合する接着剤経路を含む、請求項１～１１のいずれかに記載のレドックスフロー電池。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0074】
図１４は、オーバーボード溝１３０２、分岐溝１３０４、分配溝１３０６、及びクロスオーバー溝１３０８（例えば、ポート溝部）を有する双極フレームプレート４０８の詳細図を示す。当然ながら、溝は、膜フレームプレートの凸部と嵌合してコンパクトな接合面を形成することを可能にする凹部である。したがって、当然ながら、膜フレームアセンブリ、及び、具体的には双極板アセンブリ内の膜フレームプレートは、双極フレームプレート４０８内のさねはぎ特徴部と嵌合するような輪郭にされた対応するさねはぎ特徴部を有し、その中に電解質フローチャネルを画定する。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0075】
図１５は、双極フレームプレート４０８と、それに結合された双極板２１７とを備えた双極フレームアセンブリ４０４の第２の側（例えば底面）１５００を示す。双極フレームプレート４０８は、双極板アセンブリのさねはぎ接合面の凸部を含む。具体的には、オーバーボード凸部１５０２、分岐凸部１５０４、分配凸部１５０６、及びクロスオーバー凸部１５０８（例えば、ポート凸）が示されている。凸部は、隣接する膜フレームプレートの溝と嵌合するような輪郭にされた延長部である。さねはぎ結合を行うとき、接着剤のビーズを各接合面に塗布して、双極板アセンブリ内の様々な電解質フローチャネルを封止してよい。しかしながら、他の例では、さねはぎ接合面での接着接合は省略されてもよい。当然ながら、オーバーボードさねはぎ接合面は、双極板アセンブリの周囲に延びてセルスタックを封止する。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0092】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、複数の膜フレームプレートのアスペクト比は、１：３よりも大きくてよい。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0099】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、複数の膜フレームプレートのアスペクト比は、１：３よりも大きくてよい。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0102】
態様または態様の組み合わせのいずれかにおいて、複数の膜フレームプレートのアスペクト比は、１：３よりも大きくてよい。
【国際調査報告】