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公開番号2025043137
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-28
出願番号2023150471
出願日2023-09-15
発明の名称フロー型電池セルおよびフロー型金属空気電池
出願人シャープ株式会社
代理人弁理士法人あーく事務所
主分類H01M 12/08 20060101AFI20250321BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】金属活物質と負極との反応効率を高める。
【解決手段】フロー型電池セルは、正極室と、前記正極室に対向する負極室と、前記正極室と前記負極室とを区画するセパレータとを有し、前記負極室内には、金属活物質と電解液とを含むスラリーが流通する負極流路と、前記負極流路の壁面の一部を構成する負極とが備えられ、前記負極が、重力方向と交差する方向に沿って配置され、かつ前記セパレータに対して重力方向の下方に配置された状態で、前記金属活物質は、前記負極流路内を摺動流状態で流通するように構成されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
正極室と、
前記正極室に対向する負極室と、
前記正極室と前記負極室とを区画するセパレータとを有し、
前記負極室内には、金属活物質と電解液とを含むスラリーが流通する負極流路と、前記負極流路の壁面の一部を構成する負極とが備えられ、
前記負極が、重力方向と交差する方向に沿って配置され、かつ前記セパレータに対して重力方向の下方に配置された状態で、前記金属活物質は、前記負極流路内を摺動流状態で流通することを特徴とするフロー型電池セル。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
正極室と、
前記正極室に対向する負極室と、
前記正極室と前記負極室とを区画するセパレータとを有し、
前記負極室内には、金属活物質と電解液とを含むスラリーが流通する負極流路と、前記負極流路の壁面の一部を構成する負極とが備えられ、
前記負極が、重力方向と交差する方向に沿って配置され、かつ前記セパレータに対して重力方向の下方に配置された状態で、前記スラリーの粘度をηＰａ・ｓ、前記金属活物質の粒子径をＤ
ｐ
ｍとするとき、
５×１０＾－９≦Ｄ
ｐ
＾２／η＜２．５×１０＾－７
を満たすことを特徴とするフロー型電池セル。
【請求項３】
請求項１または２に記載のフロー型電池セルにおいて、
前記スラリーの粘度は、１０００ｍ・Ｐａ未満であることを特徴とするフロー型電池セル。
【請求項４】
請求項１または２に記載のフロー型電池セルにおいて、
前記スラリーは、全量に対して１５重量％以上３０重量％以下で前記金属活物質を含有することを特徴とするフロー型電池セル。
【請求項５】
請求項１または２に記載のフロー型電池セルにおいて、
前記スラリーはせん断減粘性を有することを特徴とするフロー型電池セル。
【請求項６】
請求項１または２に記載のフロー型電池セルにおいて、
前記スラリーは増粘剤を含み、
前記増粘剤は、アクリル酸、カルボキシメチルセルロース化グルコピラノース、β－Ｄ－マンヌロン酸、α－Ｌ－グルロン酸、および、メタクリル酸アクリルから選ばれる少なくとも１種の部位を含むポリマー材料であることを特徴とするフロー型電池セル。
【請求項７】
請求項１または２に記載のフロー型電池セルにおいて、
前記スラリーの流通方向に対して直交する前記負極流路の断面を通過する前記スラリーの流速が、前記断面の流路断面積あたり７５ｃｍ／ｍｉｎ以上５００ｃｍ／ｍｉｎ以下であることを特徴とするフロー型電池セル。
【請求項８】
請求項１または２に記載のフロー型電池セルにおいて、
前記負極流路の壁面を構成する前記負極と、前記負極に対向する前記セパレータとの距離ｈは、１ｍｍ以上６ｍｍ以下であり、
前記負極流路は、前記距離ｈに直交する前記負極流路の流路幅Ｗが一定であることを特徴とするフロー型電池セル。
【請求項９】
請求項１または２に記載のフロー型電池セルにおいて、
前記負極流路は、前記スラリーの流入口から流出口までに分岐する流路を含まないことを特徴とする請求項１に記載のフロー型電池セル。
【請求項１０】
請求項１または２に記載のフロー型電池セルを含む発電部と、
前記発電部に流通する前記電解液を収容する貯蔵部と、
前記貯蔵部から前記電解液が供給される充電部と、を有することを特徴とするフロー型金属空気電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、フロー型電池セルおよびフロー型金属空気電池に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、活物質を含有するスラリーを電極に用いた二次電池が知られている。例えば、特許文献１には、正極および負極と、電解液とを備える二次電池において、電解液は活物質としてＺｎ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、ＣｒおよびＦｅからなる群より選択される少なくとも１種の金属を含むことが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－５３８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二次電池の１種であるフロー型電池では、正極電極および負極電極と、正極電極と負極電極とに挟まれたセパレータとを含むセルに正極活物質および負極活物質をそれぞれ供給して充放電が行われる。負極活物質の一形態である金属活物質と電解液とを含む負極スラリー中の金属活物質と負極との接触効率が低いと反応効率が低下し、放電特性が低下するおそれがある。
【０００５】
本開示は、金属活物質と負極との反応効率を高めることが可能なフロー型電池セルおよびフロー型金属空気電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示のフロー型電池セルでは、正極室と、前記正極室に対向する負極室と、前記正極室と前記負極室とを区画するセパレータとを有し、前記負極室内には、金属活物質と電解液とを含むスラリーが流通する負極流路と、前記負極流路の壁面の一部を構成する負極とが備えられ、前記負極が、重力方向と交差する方向に沿って配置され、かつ前記セパレータに対して重力方向の下方に配置された状態で、前記金属活物質は、前記負極流路内を摺動流状態で流通することを特徴としている。
【０００７】
また、本開示のフロー型電池セルでは、正極室と、前記正極室に対向する負極室と、前記正極室と前記負極室とを区画するセパレータとを有し、前記負極室内には、金属活物質と電解液とを含むスラリーが流通する負極流路と、前記負極流路の壁面の一部を構成する負極とが備えられ、前記負極が、重力方向と交差する方向に沿って配置され、かつ前記セパレータに対して重力方向の下方に配置された状態で、前記スラリーの粘度をηＰａ・ｓ、前記金属活物質の粒子径をＤ
ｐ
ｍとするとき、
５×１０＾－９≦Ｄ
ｐ
＾２／η＜２．５×１０＾－７
を満たすことを特徴としている。
【０００８】
また、前記フロー型電池セルを含むフロー型金属空気電池も本開示の技術的思想の範疇であり、前記フロー型電池セルを含む発電部と、前記発電部に流通する電解液を収容する貯蔵部と、前記貯蔵部から前記電解液が供給される充電部と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、金属活物質と負極の反応効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施形態に係るフロー型金属空気電池の概略構成を模式的に示す説明図である。
実施形態に係るフロー型電池セルを模式的に示す断面図である。
フロー型電池セルにおける負極流路を流通する負極スラリーの流れの一例を模式的に示す断面説明図である。
フロー型電池セルにおける負極流路を流通する負極スラリーの流れの他の例を模式的に示す断面説明図である。
フロー型電池セルにおける負極流路を流通する負極スラリーの流れのさらに他の例を模式的に示す断面説明図である。
負極スラリーの沈降分離と流路閉塞についての評価結果を示す表である。
負極スラリーにおける金属活物質濃度と粘度の関係を示すグラフである。
負極スラリーの金属活物質濃度と放電容量の関係を示すグラフである。
負極スラリーの金属活物質濃度と放電特性の関係を示すグラフである。
負極スラリーの断面流速と放電特性を示すグラフである。
実施例に係るフロー型電池セルを模式的に示す断面図である。
負極スラリーの放電特性と断面流速とを示すグラフである。
負極スラリーの圧力損失と断面流速とを示すグラフである。
負極流路の流路形状の一例を示す平面図である。
負極流路の流路形状の他の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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