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WO2013051412A1 - セルフレーム、セルスタック、およびレドックスフロー電池 - Google Patents

セルフレーム、セルスタック、およびレドックスフロー電池 Download PDF

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WO2013051412A1
WO2013051412A1 PCT/JP2012/074403 JP2012074403W WO2013051412A1 WO 2013051412 A1 WO2013051412 A1 WO 2013051412A1 JP 2012074403 W JP2012074403 W JP 2012074403W WO 2013051412 A1 WO2013051412 A1 WO 2013051412A1
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WO
WIPO (PCT)
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negative electrode
slit
cell
electrolyte
flow path
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2012/074403
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
敬二 矢野
柴田　俊和
貴浩 隈元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2011219838A external-priority patent/JP5831747B2/ja
Priority claimed from JP2011219914A external-priority patent/JP5831112B2/ja
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to US14/349,267 priority Critical patent/US9640813B2/en
Priority to EP12837699.3A priority patent/EP2765640A4/en
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    • H01M8/04283—Supply means of electrolyte to or in matrix-fuel cells
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a cell frame that is a component of a redox flow battery used as a large-capacity storage battery, a cell stack using the cell frame, and a redox flow battery using the cell stack.
  • a redox flow battery is one of large-capacity storage batteries that store the power of renewable energy power generation such as solar power generation and wind power generation.
  • An RF battery is a battery that charges and discharges using a difference in oxidation-reduction potential between ions contained in a positive electrode electrolyte and ions contained in a negative electrode electrolyte.
  • FIG. 9 shows an operation principle diagram of a conventional RF battery 300 using vanadium ions as ions.
  • the RF battery 300 includes a cell 100 in which a positive electrode cell 102 and a negative electrode cell 103 are separated by an ion exchange membrane 101 that allows hydrogen ions to pass therethrough.
  • a positive electrode 104 is built in the positive electrode cell 102, and the positive electrode cell 102 is connected via a conduit 108, 110 to a positive electrode electrolyte tank 106 that stores a positive electrode electrolyte.
  • a negative electrode 105 is incorporated in the negative electrode cell 103, and the negative electrode cell 103 is connected via a conduit 109 and 111 to a negative electrode electrolyte solution tank 107 that stores the negative electrode electrolyte.
  • the electrolyte stored in the tanks 106 and 107 is circulated to the cells 102 and 103 by the pumps 112 and 113.
  • the RF battery 300 normally uses a configuration called a cell stack in which a plurality of cells 100 are stacked (for example, Patent Document 1 (JP 2002-237323 A) and Patent Document 2 (JP 2004-2004)). 319341)).
  • FIG. 10 shows a schematic configuration diagram of a conventional cell stack.
  • the cell stack 200 includes two laminated bodies in which a cell frame 120 including a bipolar plate 121 integrated with a frame body 122, a positive electrode 104, an ion exchange membrane 101, and a negative electrode 105 are repeatedly laminated in this order. It is formed by sandwiching between the end plates 210 and 220 and tightening.
  • one cell is formed between adjacent cell frames 120.
  • the electrolyte solution in the cell stack 200 is circulated by the positive electrode liquid supply manifold 123, the negative electrode liquid supply manifold 124, the positive electrode liquid discharge manifold 125, and the negative electrode liquid discharge manifold 126 formed in the frame body 122.
  • the positive electrode electrolyte is supplied from the positive electrode supply manifold 123 to the positive electrode 104 through a slit formed on one surface side (the front side of the paper surface) of the frame body 122, and is formed on the upper portion of the frame body 122. It is discharged to the positive electrode drainage manifold 125 through the slit.
  • the negative electrode electrolyte is supplied from the negative electrode supply manifold 124 to the negative electrode 105 through a slit formed on the other surface side (the back side of the paper) of the frame body 122, and through the slit formed in the upper portion of the frame body 122. And discharged to the negative electrode drain manifold 126.
  • An annular seal member 127 such as an O-ring or a flat packing is disposed between the cell frames 120 to prevent leakage of the electrolyte from between the cell frames 120.
  • the flow path structure of the positive and negative electrolytes provided in the cell frame 120 (the length of the slit connecting the manifold and the bipolar plate, the cross-sectional shape, the cross-sectional area, etc.) is the same. However, this may cause a problem in the operation of the RF battery 300.
  • the viscosity of the positive electrode electrolyte and the viscosity of the negative electrode electrolyte are different. Therefore, when the flow path structure of the positive electrode electrolyte and the flow path structure of the negative electrode electrolyte are the same, the ion exchange membrane 101 and the bipolar electrode in the cell are caused by the difference in viscosity between the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte. There is a risk that these members may be damaged due to biased pressure acting on the plate 121 or the like.
  • the positive electrode electrolyte circulates on one side of the bipolar plate 121 and the ion exchange membrane 101 of the RF battery 300, and the negative electrode electrolyte circulates on the other side. If the negative electrode electrolyte has a higher viscosity than the positive electrode electrolyte, the pressure of the negative electrode electrolyte acting on the bipolar plate 121 and the ion exchange membrane 101 is higher than the pressure of the positive electrode electrolyte. The plate 121 and the ion exchange membrane 101 may be damaged.
  • the pressure difference between the positive electrode side and the negative electrode side is the viscosity of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte. Since it depends greatly, even when the output of the pump for sending out the electrolyte is adjusted, the desired pressure difference may not be achieved.
  • each cell frame 120 since a plurality of cell frames 120 constituting the conventional cell stack 200 have the same structure, the flow path structure of each cell frame 120 is also the same.
  • shunt current loss a loss due to a shunt current (shunt current loss) occurs when charging and discharging the RF battery 300 by circulating positive and negative electrolytes. In order to improve the energy efficiency, it is desired to reduce the shunt current loss.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and one of its purposes is to adjust the pressure difference between the pressure of the positive electrode electrolyte acting on the member in the cell and the pressure of the negative electrode electrolyte.
  • Another object of the present invention is to provide a cell stack using the cell frame according to the present invention, and a redox flow battery using the cell stack.
  • the cell frame according to the present invention includes a frame body and a bipolar plate integrated with the frame body, the frame body includes a manifold provided to penetrate the frame body, and positive electrode electrolysis provided on one surface side of the frame body. And a negative electrode electrolyte flow path provided on the other surface side of the frame body, and the structure of the positive electrode electrolyte flow path and the structure of the negative electrode electrolyte flow path are It is characterized by being different.
  • the manifold includes a positive electrode supply manifold and a positive electrode drain manifold through which the positive electrode electrolyte flows, and a negative electrode supply manifold and a negative electrode drain manifold through which the negative electrode electrolyte flows.
  • the positive electrode electrolyte flow path includes a positive electrode inlet slit for introducing the positive electrode electrolyte from the positive electrode supply manifold to the positive electrode disposed on one side of the bipolar plate, and a positive electrode from the positive electrode to the positive electrode discharge manifold. It consists of a positive side outlet slit for discharging the electrolyte.
  • the negative electrode electrolyte flow path includes a negative electrode inlet slit for introducing the negative electrode electrolyte from the negative electrode supply manifold to the negative electrode disposed on the other side of the bipolar plate, and negative electrode electrolysis from the negative electrode to the negative electrode discharge manifold. It consists of a negative electrode side outlet slit for discharging the liquid.
  • the cell stack according to the present invention is a cell stack formed by stacking a plurality of cell frames, positive electrodes, negative electrodes, and ion exchange membranes, and includes the cell frame according to the present invention.
  • a redox flow battery includes a cell stack, a positive electrode circulation mechanism that circulates a positive electrode electrolyte in the cell stack, and a negative electrode circulation mechanism that circulates a negative electrode electrolyte in the cell stack.
  • the cell stack is a cell stack according to the present invention.
  • the circulation mechanism includes a tank that stores the electrolytic solution, a conduit that sends the electrolytic solution from the tank to the cell, a conduit that returns the electrolytic solution from the cell to the tank, and a pump that circulates the electrolytic solution.
  • the structure of the positive electrode electrolyte flow path that constitutes the positive electrode electrolyte flow path and the negative electrode electrolyte flow path that constitutes the negative electrode electrolyte flow path By making the structure different, the pressure loss of each electrolyte passing through each slit can be made different.
  • the pressure difference between the pressure due to the positive electrode electrolyte and the pressure due to the negative electrode electrolyte at the position of the bipolar plate (electrode placement location) can be easily adjusted depending on how much the pressure loss is set. For example, when the viscosity of the positive electrode electrolyte and the viscosity of the negative electrode electrolyte are different, the pressure difference can be reduced and the pressure difference can be almost eliminated.
  • the pressure difference between the positive and negative electrodes can be easily adjusted, even when a pressure difference is intentionally formed between the positive and negative electrodes, the pressure difference can be easily set to a desired value.
  • the configuration of the cell frame according to the present invention will be described in more detail.
  • the pressure loss of the electrolyte having the higher viscosity is reduced.
  • increasing the pressure loss of the electrolyte solution having a lower viscosity can be selected.
  • the structure of the exit slit constituting the flow path
  • the structure of the entrance slit may be different, or the structure of both slits may be different.
  • the structure of the outlet slit is different only.
  • the structure of the positive inlet slit the structure of the negative inlet slit
  • the structure of the positive side outlet slit the structure of the negative side exit slit (3)
  • the structure of both the entrance slit and the exit slit is different.
  • Structure ⁇ structure of the negative side inlet slit Structure of the positive side outlet slit ⁇ structure of the negative side outlet slit As a specific method for differentiating the structure of the flow path composed of the inlet slit and the outlet slit, typically, the following There are four methods.
  • A Different slit lengths for each electrolyte flow path
  • B Different cross sectional shapes for at least some of each electrolyte flow path
  • C At least some cross sectional areas for each electrolyte flow path
  • D Different number of slits constituting each electrolyte solution flow path
  • the slit length of each electrolyte solution channel that is, the total length of the inlet slit and the outlet slit
  • the pressure loss of the electrolyte increases.
  • the slit length of the positive electrode channel is longer than the slit length of the negative electrode channel.
  • the slit length of the positive electrode flow path is made shorter than the slit length of the negative electrode flow path.
  • one equivalent slit that causes a pressure loss equivalent to the plurality of slits is obtained, and positive and negative slit lengths are obtained. It is preferable to judge the length of the slit (the sectional area and sectional shape of the equivalent slit are constant). For example, in the case of having three inlet slits and two outlet slits for both positive and negative, first, one equivalent slit that causes pressure loss equivalent to the three inlet slits on the positive electrode side is obtained by calculation. A single equivalent slit that yields a pressure loss equivalent to the outlet slit is calculated.
  • the total length of the equivalent slit on the inlet side and the equivalent slit on the outlet side is considered as the slit length of the positive electrode electrolyte flow path.
  • an equivalent slit having the same cross-sectional area and cross-sectional shape as that of the equivalent slit on the positive electrode side is obtained by calculation. Find the slit length. And the slit length of an equivalent slit is compared by positive / negative.
  • the pressure loss increases as the cross-sectional shape becomes complicated.
  • the pressure loss of the latter is greater than that of the former.
  • the pressure loss of the electrolyte solution channel having a large number of slits is larger than the pressure loss of the other electrolyte solution channel. This is because the larger the number of slits, the larger the area of the slit that comes into contact with the electrolytic solution.
  • the pressure loss does not always increase as the number of slits increases.
  • the flow path for the positive electrode electrolyte (the negative electrode electrolyte) It is not necessary to make the structure of the inlet slit and the structure of the outlet slit constituting the liquid flow path) the same. That is, the structure of the inlet slit and the structure of the outlet slit may be different in each of the positive electrode electrolyte channel and the negative electrode electrolyte channel.
  • the temperature of the electrolytic solution may increase due to heat generated by the shunt current, and the components of the electrolytic solution may be deposited.
  • the exit slit may be made longer than the entrance slit.
  • the pressure loss of each electrolyte solution can be adjusted by appropriately combining the above methods (1) to (3) and the methods (A) to (D).
  • the structure of the positive electrode side entrance slit and the structure of the negative electrode side outlet slit are made the same, and the structure of the positive electrode side outlet slit and the structure of the negative electrode side inlet slit are made the same, as shown in Embodiment 4 described later.
  • the pressure loss on the positive electrode side and the pressure loss on the negative electrode side at the position of the manifold can be made the same while the pressure of the positive electrode electrolyte at the position of the bipolar plate is different from the pressure of the negative electrode electrolyte. .
  • FIG. 11 shows the relationship between the cell frame stacking position and the shunt current (absolute value) in a cell stack in which the number of cell frame stacks is N.
  • N the number of cell frame stacks
  • the absolute value of the shunt current increases from the cell frame located at the center (N / 2) to the cell frame located at the end (first and Nth).
  • the present inventors came to complete this invention based on such knowledge.
  • the cell stack according to the present invention is formed by laminating a plurality of cell frames, positive electrodes, ion exchange membranes, and negative electrodes.
  • the cell frame includes a frame body and a bipolar plate integrated with the frame body, a manifold provided to penetrate the frame body, a positive electrode electrolyte flow path provided on one surface side of the frame body, and the frame body And a negative electrode electrolyte flow path provided on the other surface side.
  • the cell frame located on the center side of the cell stack is compared with the cell frame located on the end side, at least one of the positive electrolyte flow path and the negative electrolyte flow path in the cell frame
  • the structure of the flow path for use is different, and the electrical resistance in the flow path for electrolyte solution is configured to increase from the cell frame located at the center to the cell frame located at the end.
  • the manifold includes a positive electrode liquid supply manifold and a positive electrode liquid discharge manifold through which a positive electrode electrolyte flows, and a negative electrode liquid supply manifold and a negative electrode liquid discharge manifold through which a negative electrode electrolyte flows.
  • the positive electrode electrolyte flow path includes a positive electrode inlet slit for introducing the positive electrode electrolyte from the positive electrode supply manifold to the positive electrode disposed on one side of the bipolar plate, and a positive electrode from the positive electrode to the positive electrode discharge manifold. It consists of a positive side outlet slit for discharging the electrolyte.
  • the negative electrode electrolyte flow path includes a negative electrode inlet slit for introducing the negative electrode electrolyte from the negative electrode supply manifold to the negative electrode disposed on the other side of the bipolar plate, and negative electrode electrolysis from the negative electrode to the negative electrode discharge manifold. It consists of a negative electrode side outlet slit for discharging the liquid.
  • the structure of the electrolyte flow path is different between the cell frame located on the center side and the cell frame located on the end side, and the cell frame located on the end is changed from the cell frame located on the center side.
  • the electric resistance in the electrolyte flow path increases.
  • the electrical resistance in the electrolyte flow path decreases.
  • the number of stacked cell frames is preferably 10 or more.
  • the shunt current of the cell stack tends to increase from the center to the end as the number of stacked cell frames increases.
  • the number of stacked cell frames is 10 or more, the shunt current in the cell frame located at the end is increased to some extent, so that the effect of reducing the shunt current loss can be sufficiently exhibited.
  • the electrical resistance in the electrolyte flow path of the cell frame that is 2/3 or more of the number of stacked cell frames may be larger than the electrical resistance in the electrolyte flow path of the cell frame located at the center. preferable.
  • the effect of reducing the shunt current loss can be sufficiently obtained because the electric resistance in the electrolyte flow path is larger than that of the cell frame located at the center. it can.
  • the electric resistance in the electrolyte flow path is increased continuously or stepwise from the cell frame located at the center to the cell frame located at the end.
  • linearly so-called linear function
  • nonlinearly In order to increase the electrical resistance in the electrolyte flow path non-linearly, for example, it may be increased in a quadratic function.
  • the electric resistance in the electrolyte channel is linear (primary) accordingly.
  • the shunt current loss can be effectively reduced.
  • the shunt current loss can be more effectively reduced by increasing the electric resistance in the electrolyte channel in a non-linear manner (for example, a quadratic function).
  • the cell frame located on the center side and the cell frame located on the end side have different electrolyte flow path structures and different electrical resistances in the electrolyte flow path.
  • the structure of at least one of the entrance slit and the exit slit in the electrolyte flow path is different.
  • the inlet slit since the inlet slit is always filled with the electrolytic solution, the shunt current loss is most likely to occur. By changing the structure of the inlet slit, the shunt current loss can be effectively reduced.
  • the outlet slit is a portion where the shunt current loss is increased because the potential at the time of charging is high, and the shunt current loss can be effectively reduced by making the structure of the outlet slit different. .
  • shunt current can be suppressed during charging and discharging, and shunt current loss can be further reduced.
  • the structure of the electrolyte solution flow path of the cell frame located on the center side and the cell frame located on the end side is made different so that the electric resistance in the electrolyte flow path is different.
  • at least one of the slit length, the slit cross-sectional area, and the number of slits of the electrolyte flow path may be different.
  • the electrical resistance can be increased by, for example, increasing the slit length of the electrolyte channel, reducing the slit cross-sectional area, or reducing the number of slits.
  • the electrical resistance can be reduced by shortening the slit length of the electrolyte channel, increasing the slit cross-sectional area, or increasing the number of slits.
  • one equivalent slit that provides an electrical resistance equivalent to the plurality of slits is obtained, and the length of the equivalent slit is the slit length of the electrolyte channel.
  • the length of the equivalent slit is the slit length of the electrolyte channel.
  • the structure of the positive electrode electrolyte flow path and the structure of the negative electrode electrolyte flow path are different in at least one cell frame.
  • the flow path structure of the positive and negative electrolytes provided in the cell frame is the same, which may cause a problem in the operation of the RF battery 300.
  • the viscosity of the positive electrode electrolyte is different from that of the negative electrode electrolyte. Therefore, when the flow path structure of the positive electrode electrolyte and the flow path structure of the negative electrode electrolyte are the same, the ion exchange membrane and the bipolar electrode in the cell are different depending on the difference in viscosity between the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte. There is a risk that these members will be damaged by pressure applied to the plate or the like. As described with reference to FIG. 10, the positive electrode electrolyte circulates on one surface side of the bipolar plate 121 and the ion exchange membrane 101 of the RF battery 300, and the negative electrode electrolyte circulates on the other surface side.
  • the pressure of the negative electrode electrolyte acting on the bipolar plate 121 and the ion exchange membrane 101 becomes higher than the pressure of the positive electrode electrolyte, and the bipolar plate 121 and the ion exchange membrane 101 may be damaged.
  • the pressure difference between the positive electrode side and the negative electrode side is the viscosity of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte. Since it depends greatly, even when the output of the pump for sending out the electrolyte is adjusted, the desired pressure difference may not be achieved.
  • the structure of the positive electrode electrolyte flow path that forms the positive electrode electrolyte flow path is different from the structure of the negative electrode electrolyte flow path that forms the negative electrode electrolyte flow path.
  • the pressure loss of each electrolyte solution which passes each slit can be varied.
  • the pressure difference between the pressure due to the positive electrode electrolyte and the pressure due to the negative electrode electrolyte at the position of the bipolar plate (electrode arrangement location) can be easily adjusted depending on how much the pressure loss is set. For example, when the viscosity of the positive electrode electrolyte and the viscosity of the negative electrode electrolyte are different, the pressure difference can be reduced and the pressure difference can be almost eliminated. Further, in order to easily adjust the pressure difference between the positive and negative electrodes, when a pressure difference is intentionally formed between the positive and negative electrodes, the pressure difference can be easily set to a desired value.
  • the structure of the outlet slit constituting the flow path is different as shown below. Only the structure of the entrance slit may be different, or the structure of both slits may be different. (1) The structure of the outlet slit is different only.
  • the structure of the positive inlet slit the structure of the negative inlet slit
  • the structure of the positive side exit slit the structure of the negative side exit slit (3)
  • the structure of both the entrance slit and the exit slit is different.
  • Structure ⁇ structure of the negative side inlet slit Structure of the positive side outlet slit ⁇ structure of the negative side outlet slit As a specific method for differentiating the structure of the flow path composed of the inlet slit and the outlet slit, typically, the following There are four methods.
  • A Different slit lengths for each electrolyte flow path
  • B Different cross sectional shapes for at least some of each electrolyte flow path
  • C At least some cross sectional areas for each electrolyte flow path
  • D Different number of slits constituting each electrolyte solution flow path
  • the slit length of each electrolyte solution channel that is, the total length of the inlet slit and the outlet slit
  • the pressure loss of the electrolyte increases.
  • the slit length of the positive electrode channel is longer than the slit length of the negative electrode channel.
  • the slit length of the positive electrode flow path is made shorter than the slit length of the negative electrode flow path.
  • one equivalent slit that causes a pressure loss equivalent to the plurality of slits is obtained, and positive and negative slit lengths are obtained. It is preferable to judge the length of the slit (the sectional area and sectional shape of the equivalent slit are constant). For example, in the case of having three inlet slits and two outlet slits for both positive and negative, first, one equivalent slit that causes pressure loss equivalent to the three inlet slits on the positive electrode side is obtained by calculation. A single equivalent slit that yields a pressure loss equivalent to the outlet slit is calculated.
  • the total length of the equivalent slit on the inlet side and the equivalent slit on the outlet side is considered as the slit length of the positive electrode electrolyte flow path.
  • an equivalent slit having the same cross-sectional area and cross-sectional shape as that of the equivalent slit on the positive electrode side is obtained by calculation. Find the slit length. And the slit length of an equivalent slit is compared by positive / negative.
  • the pressure loss increases as the cross-sectional shape becomes complicated.
  • the pressure loss of the latter is greater than that of the former.
  • the pressure loss of the electrolyte solution channel having a large number of slits is larger than the pressure loss of the other electrolyte solution channel. This is because the larger the number of slits, the larger the area of the slit that comes into contact with the electrolytic solution.
  • the pressure loss does not always increase as the number of slits increases.
  • the flow path for the positive electrode electrolyte (the negative electrode electrolyte) It is not necessary to make the structure of the inlet slit and the structure of the outlet slit constituting the liquid flow path) the same. That is, the structure of the inlet slit and the structure of the outlet slit may be different in each of the positive electrode electrolyte channel and the negative electrode electrolyte channel.
  • the temperature of the electrolytic solution may increase due to heat generated by the shunt current, and the components of the electrolytic solution may be deposited.
  • the exit slit may be made longer than the entrance slit.
  • the pressure loss of each electrolyte solution can be adjusted by appropriately combining the above methods (1) to (3) and the methods (A) to (D).
  • the structure of the positive electrode side entrance slit and the structure of the negative electrode side outlet slit are the same, and the structure of the positive electrode side outlet slit and the structure of the negative electrode side inlet slit are the same, as shown in Embodiment 9 described later.
  • the pressure loss on the positive electrode side and the pressure loss on the negative electrode side at the position of the manifold can be made the same while the pressure of the positive electrode electrolyte at the position of the bipolar plate is different from the pressure of the negative electrode electrolyte. .
  • an RF battery according to the present invention is an RF battery including a cell stack, a positive electrode circulation mechanism that circulates the positive electrode electrolyte in the cell stack, and a negative electrode circulation mechanism that circulates the negative electrode electrolyte in the cell stack.
  • the cell stack is a cell stack according to the present invention.
  • Each circulation mechanism circulates the electrolytic solution, a tank for storing the electrolytic solution, a conduit for sending the electrolytic solution from the tank to the cell (cell stack), a conduit for returning the electrolytic solution from the cell (cell stack) to the tank, and the electrolytic solution. And a pump.
  • the shunt current loss can be reduced by using the cell stack according to the present invention, so that the energy efficiency of the RF battery can be expected to be improved.
  • the relative pressure between the pressure of the positive electrode electrolyte and the pressure of the negative electrode electrolyte regardless of the viscosity of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte can be adjusted to a desired value.
  • the structure of the electrolyte flow path of the cell frame located on the center side and the cell frame located on the end side is different, and the cell located on the end from the cell frame located on the center side.
  • the electrical resistance in the electrolyte flow path increases.
  • shunt current can be suppressed in the cell frame located on the end side, and shunt current loss can be reduced.
  • shunt current loss can be reduced by using the cell stack which concerns on this invention, and the improvement of energy efficiency can be anticipated.
  • FIG. 3 is a schematic front view of a cell frame according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a schematic front view of the cell frame of Embodiment 2. It is a schematic front view of the cell frame of Embodiment 3. It is a schematic front view of the cell frame of Embodiment 4.
  • the relationship between the pressure loss of the positive electrode electrolyte and the pressure loss of the negative electrode electrolyte between the inlet slit and the outlet slit when the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte having the same viscosity are circulated through the cell frame of the fourth embodiment. It is a graph to show.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the stack position of cell frames in the cell stack of Embodiment 5 and the slit length of the electrolyte flow path.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between a stack position of cell frames and a relationship between shunt currents in a cell stack according to a fifth embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between a cell frame stacking position and a shunt current suppression ratio in the cell stack of the fifth embodiment. It is an operation
  • Embodiments 1 to 3 (excluding Embodiment 4) described below, the description will be made on the assumption that the negative electrode electrolyte has higher viscosity than the positive electrode electrolyte, but the present invention is not limited to this configuration. Needless to say.
  • FIG. 1 the schematic front view of the cell frame of Embodiment 1 is shown.
  • the flow path length (slit length) of the electrolyte formed between the manifolds 123 to 126 and the bipolar plate 121 is different between the positive electrode side and the negative electrode side.
  • the pressure difference between the pressure of the positive electrode electrolyte and the pressure of the negative electrode electrolyte at the position of the plate 121 (electrode arrangement position) can be reduced.
  • the cell frame 1 has a positive electrolyte flow path for allowing the positive electrolyte to flow on the surface side of the cell frame 1, and the positive electrolyte flow path is bipolar from the positive electrode supply manifold 123.
  • Positive electrode side entrance slit 23A extending in an arc shape toward the lower left end on the surface side of plate 121
  • positive electrode side exit slit 25A extending in an arc shape from the upper right end on the surface side of bipolar plate 121 toward drainage manifold 125 for positive electrode. It consists of.
  • the cell frame 1 of the first embodiment has a negative electrode electrolyte flow path for circulating the negative electrode electrolyte on the back side of the cell frame 1, and the negative electrode electrolyte flow path is a negative electrode supply manifold 124.
  • Negative electrode side inlet slit 24A extending linearly from the upper left side on the back surface side of the bipolar plate 121 toward the negative electrode drain manifold 126. It consists of a slit 26A.
  • the structure of the positive side inlet slit 23A and the structure of the negative side inlet slit 24A are different, and the structure of the positive side outlet slit 25A and the structure of the negative side outlet slit 26A are also different. Is different. Further, the slit length of the positive electrode electrolyte flow path is longer than the slit length of the negative electrode electrolyte flow path.
  • Slit length of positive electrode flow path > Slit length of negative electrode flow path
  • the slit length of the negative electrode flow path is greater than the slit length of the positive electrode flow path. Therefore, the pressure loss in the anode electrolyte channel can be made smaller than the pressure loss in the cathode electrolyte channel.
  • the positive side inlet slit 23A, the negative side inlet slit 24A, the positive side outlet slit 25A and the negative side outlet slit 26A have the same cross-sectional area, but the cross-sectional shapes are different. You may adjust the pressure loss in the flow path for positive electrode electrolytes, and the flow path for negative electrode electrolytes.
  • the negative electrode electrolyte is compared with the pressure loss in the flow path for the positive electrode electrolyte.
  • the pressure loss in the working channel can be further reduced.
  • the structure which makes the cross-sectional shape of a slit different can also be applied independently, and can also be applied in combination with the structure of Embodiment 2-4 mentioned later.
  • FIG. 2 the schematic front view of the cell frame of Embodiment 2 is shown.
  • the cross-sectional area of the positive electrode electrolyte flow path and the cross-sectional area of the negative electrode electrolyte flow path are different from each other, whereby the positive electrode at the position of the bipolar plate 121 (electrode placement location).
  • the pressure difference between the pressure of the electrolytic solution and the pressure of the negative electrode electrolytic solution can be reduced.
  • the cell frame 2 of the second embodiment includes a positive electrolyte flow path on the front side of the cell frame 2 and a negative electrolyte flow path on the back side of the cell frame 2. Yes.
  • both the positive electrode side entrance slit 23B and the positive electrode side exit slit 25B constituting the positive electrode electrolyte flow path have a linear structure.
  • both the negative electrode side inlet slit 24B and the negative electrode side outlet slit 26B constituting the negative electrode electrolyte flow path have a linear structure.
  • the cross-sectional areas of the negative electrode side inlet slit 24B and the negative electrode side outlet slit 26B Is larger than the cross-sectional areas of the positive electrode side entrance slit 23B and the positive electrode side exit slit 25B.
  • the structure of the positive side inlet slit 23B and the structure of the negative side inlet slit 24B are different, and the structure of the positive side outlet slit 25B and the structure of the negative side outlet slit 26B are also different. Is different. Furthermore, the cross-sectional area of the positive electrode side inlet slit 23B is smaller than the cross sectional area of the negative electrode side inlet slit 24B, and the cross sectional area of the positive electrode side outlet slit 25B is smaller than the cross sectional area of the negative electrode side outlet slit 26B. .
  • the negative electrode side inlet slit 24B and the negative electrode side outlet slit 26B are cut deeper than the positive electrode side inlet slit 23B and the positive electrode side outlet slit 25B by cutting the negative electrode side inlet slit 24B and the negative electrode side outlet slit 26B.
  • the area may be larger than the cross-sectional areas of the positive side inlet slit 23B and the positive side outlet slit 25B.
  • the cross-sectional areas may be different by making both the depth and width of the negative side inlet slit 24B and the negative side outlet slit 26B different from the positive side inlet slit 23B and the positive side outlet slit 25B.
  • FIG. 3 the schematic front view of the cell frame of Embodiment 3 is shown.
  • the positive electrode solution pressure and the negative electrode electrolyte pressure at the position of the bipolar plate 121 (electrode placement location) are different by making the number of slits different between the positive electrode side and the negative electrode side. The pressure difference between the two can be reduced.
  • the positive electrode electrolyte flow path provided on the surface side of the cell frame 3 of the third embodiment has one positive side inlet slit 23C extending in a straight line, two positive side inlet slits 23C extending in an arc, and four It comprises a positive-side outlet slit 25C extending in a circular arc shape.
  • the negative electrode electrolyte flow path provided on the back surface side of the cell frame 3 includes two negative electrode side entrance slits 24C extending in a circular arc shape and one negative electrode side outlet slit 26C extending in a straight line shape.
  • the structure of the positive side inlet slit 23C and the structure of the negative side inlet slit 24C are different, and the structure of the positive side outlet slit 25C and the structure of the negative side outlet slit 26C are also different. Is different. Furthermore, the number of positive side inlet slits 23C is larger than the number of negative side inlet slits 24C, and the number of positive side outlet slits 25C is larger than the number of negative side outlet slits 26C. Further, the slit length (equivalent slit length) of the positive electrode electrolyte flow path is longer than the slit length (equivalent slit length) of the negative electrode electrolyte flow path.
  • Positive side entrance slit 23C negative side entrance slit 24C ⁇ Positive side outlet slit 25C ⁇ negative side outlet slit 26C
  • the cross-sectional shapes of the positive-side inlet slit 23C, the negative-side inlet slit 24C, the positive-side outlet slit 25C, and the negative-side outlet slit 26C are constant over the entire length of the slit, and the total cut-off of the three positive-side inlet slits 23C.
  • the area is the same as the total cross sectional area of the two negative electrode side entrance slits 24C, and the total cross sectional area of the four positive electrode side outlet slits 25C is the same as the cross sectional area of the single negative electrode side outlet slit 26C.
  • the pressure loss in the negative electrode electrolyte flow path can be made smaller than the pressure loss in the positive electrode electrolyte flow path.
  • the pressure of the negative electrode electrolyte at the position of the bipolar plate 121 can be reduced, the pressure difference between the pressure of the positive electrode electrolyte and the pressure of the negative electrode electrolyte at the position of the bipolar plate 121 is also reduced. be able to.
  • the pressure loss in the negative electrode electrolyte flow path is greater than the pressure loss in the positive electrode electrolyte flow path. Can be small.
  • FIG. 4 the schematic front view of the cell frame of Embodiment 4 is shown.
  • the pressure between the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte at the position of the bipolar plate 121 is between. This causes a pressure difference.
  • the positive electrode side entrance slit 23D and the negative electrode side exit slit 26D are both slits extending in an arc shape and have the same structure.
  • the negative electrode side entrance slit 24D and the positive electrode side exit slit 25D are both linearly extending slits and have the same structure.
  • the structure with the liquid flow path is different.
  • FIG. 5 shows the pressure loss of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte between the inlet slit and the outlet slit when the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte having substantially the same viscosity are passed through the cell frame 4 of the fourth embodiment.
  • the relationship with the pressure loss is shown in a graph.
  • the horizontal axis of FIG. 5 shows the position from the start end of the entrance slit (positive side entrance slit 23D, negative side entrance slit 24D) to the end of the exit slit (positive side exit slit 25D, negative side exit slit 26D).
  • the vertical axis indicates the magnitude of pressure loss at each position.
  • the pressure loss of the positive electrode electrolyte and the pressure loss of the negative electrode electrolyte are the same at the beginning of the inlet slit (the respective positions of the positive electrode supply manifold 123 and the negative electrode supply manifold 124). However, the pressure loss of the positive electrode electrolyte is larger than the pressure loss of the negative electrode electrolyte at the end of the entrance slit (position where it is connected to the bipolar plate 121). This pressure loss difference is caused by the difference between the structure of the positive electrode side inlet slit 23D and the structure of the negative electrode side inlet slit 24D.
  • the pressure loss difference formed by the difference in structure between the positive side inlet slit 23D and the negative side inlet slit 24D is maintained, and the outlet slits (positive side outlet slit 25D, negative side outlet slit 26D) are maintained. ),
  • the pressure loss difference between the pressure loss of the positive electrode electrolyte and the pressure loss of the negative electrode electrolyte decreases, and the exit slit ends (the positive electrode drain manifold 125 and the negative electrode drain manifold 126).
  • the pressure loss of the positive electrode electrolyte and the pressure loss of the negative electrode electrolyte are the same. This is because the pressure loss of the negative electrode electrolyte becomes larger than the pressure loss of the positive electrode electrolyte due to the difference in structure between the negative electrode side outlet slit 26D and the positive electrode side outlet slit 25D.
  • a desired pressure difference can be formed between the two.
  • the pressure loss of the positive electrode electrolyte and the pressure loss of the negative electrode electrolyte can be made the same at the start end of the entrance slit, and the positive electrode electrolyte can be removed at the end of the exit slit.
  • the pressure loss and the pressure loss of the negative electrode electrolyte can be made the same.
  • a laminated body in which the cell frame, the positive electrode 104, the ion exchange membrane 101, and the negative electrode 105 of Embodiments 1 to 4 are repeatedly laminated in this order is made up of, for example, two sheets as shown in FIG. It is good also as a cell stack by pinching
  • a cell stack including the cell frame of Embodiments 1 to 4, a positive electrode circulation mechanism for circulating the positive electrode electrolyte in the cell stack, and a negative electrode circulation mechanism for circulating the negative electrode electrolyte in the cell stack. It may be an RF battery provided.
  • Embodiment 5 the structure of the flow path for electrolyte solution of the cell frame positioned on the center side of the cell stack and the cell frame positioned on the end side is different, and the cell frame positioned on the end side is positioned on the end portion. The effect of reducing the shunt current loss of the RF battery when using a cell stack configured to increase the electrical resistance in the electrolyte flow path as the cell frame is evaluated.
  • FIG. 11 shows a stack of cell frames in a cell stack in which N cell frames having the same structure of the electrolyte channel (positive electrolyte channel and negative electrolyte channel) provided in the cell frame are stacked.
  • the relationship between the position and the shunt current (absolute value) is shown.
  • the shunt current becomes 0 in the cell frame located at the center (N / 2th), increases linearly from the center to the end, and ends (first and Nth). It is the maximum in the cell frame located at.
  • the structure of the electrolyte channel is made different from the center to the end, and the electricity in the electrolyte channel is changed from the center to the end.
  • the shunt current of the cell stack designed to increase the resistance was calculated.
  • the shunt current of the cell stack designed by the following two methods was calculated. In either of the following two design methods, the electric resistance in the electrolyte flow path increases from the center to both ends, and the distribution of the electric resistance is sandwiched between the center cell frames. It was made symmetrical.
  • the number of cell frames stacked is 21, and the cells are numbered 0, 1, ..., 19 and 20 in order from the cell frame located at one end to the cell frame located at the other end.
  • a frame number is assigned (the number of the cell frame located at the center is No. 10).
  • the slit length of the electrolyte channel in the cell frame located at the center was fixed to 500 mm, and the slit length of the electrolyte channel in the cell frame located at the end was fixed to 1000 mm.
  • the structure of the electrolyte flow paths of the cell frames (No. 0, No. 20, No. 1, No. 19, etc.) located symmetrically across the cell frame (No. 10) located in the center is the same and symmetrical.
  • the 1 ⁇ 2 portion of the cell stack (the cell frame from the center No. 10 to the end No. 20) was set as the calculation target.
  • FIG. 6 based on the above conditions, when the electrical resistance is increased in a linear function by the above design method (I), and the electrical resistance is increased in a quadratic function by the above design method (II).
  • the relationship between the cell frame and the slit length in the cell stack designed by each design method is shown.
  • FIG. 6 also shows the relationship between the cell frame and the slit length in the cell stack in the case of the conventional design.
  • the slit length of the electrolyte channel in each cell frame is constant (500 mm) regardless of the stacking position, and the electrical resistance in the electrolyte channel is constant from the center to the end.
  • FIG. 7 shows the relationship between the cell frame and the shunt current in the cell stack in each case.
  • FIG. 8 shows the relationship between the cell frame and the shunt current suppression ratio in the cell stack in each case.
  • the cell stack (design method (I) and design method (II) designed such that the electrical resistance in the electrolyte flow path increases (the slit length increases) from the center to the end). )) In the cell frame located on the end side compared to the cell stack of the conventional design (the electric resistance in the electrolyte flow path is constant from the center to the end). Since it is suppressed, the shunt current loss can be reduced.
  • the slit length of the cell frame located at the end of the cell stack designed by the above design method (I) and design method (II) is the end of the cell stack designed by the conventional design. Therefore, the shunt current of the cell frame located at the end is suppressed by 50% compared to the cell stack designed by the conventional design.
  • the electrical resistance in the electrolyte channel is increased in a quadratic function from the center to the end (design method (II)
  • the electrical resistance is increased in a linear function (design method).
  • the total amount of shunt current is small although it is slightly, and the shunt current loss can be further reduced.
  • the structure of the electrolyte solution flow path of the cell frame located on the center side and the cell frame located on the end side is different, and from the cell frame located on the center to the cell frame located on the end, Shunt current loss is reduced by using a cell stack configured to increase the electrical resistance in the electrolyte flow path, compared to a conventional cell stack with a constant electrical resistance in the electrolyte flow path Is possible.
  • the shunt current can be suppressed by 50% in total, and the shunt current loss can be reduced by 50%.
  • the electrical resistance in the electrolyte channel is increased by increasing the slit length of the electrolyte channel, but in order to increase the electrical resistance in the electrolyte channel. It can also be realized by reducing the sectional area of the slit or reducing the number of slits. Therefore, in order to increase the electric resistance in the electrolyte flow path of the cell frame located on the center side and the cell frame located on the end side, (a) lengthening the slit length, (b) It can be realized by at least one method selected from the group consisting of: (c) reducing the number of slits. In consideration of pump loss and the like, it is preferable to design the cell frame located on the center side where the shunt current loss is small so that the electric resistance in the electrolyte flow path is as small as possible.
  • the cell stack of Embodiment 5 includes at least one of the cell frames of Embodiments 1 to 4, it is possible to reduce the shunt current loss, and regardless of the viscosity of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte.
  • the relative balance between the pressure of the positive electrode electrolyte and the pressure of the negative electrode electrolyte can be adjusted to a desired value.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with appropriate modifications without departing from the gist of the present invention.
  • the ions used in the electrolytic solution are not limited to vanadium ions, and may be an iron-chromium RF battery using Fe ions for the positive electrode electrolytic solution and Cr ions for the negative electrode electrolytic solution.
  • a manganese-titanium RF battery using Mn ions for the positive electrode electrolyte and Ti ions for the negative electrode electrolyte may be used.
  • the present invention can be suitably used for a cell frame, a cell stack, and an RF battery.

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Abstract

　正極電解液用流路の構造と負極電解液用流路の構造とが異なるセルフレーム（１，２，３，４）、中心に位置するセルフレーム（１，２，３，４）と端部に位置するセルフレーム（１，２，３，４）の正極電解液用流路および負極電解液用流路の少なくとも一方の構造が異なっており、中心に位置するセルフレーム（１，２，３，４）から端部に位置するセルフレーム（１，２，３，４）になるにつれて、正極電解液用流路および負極電解液用流路の少なくとも一方の電気抵抗が大きくなるように構成されているセルスタックと、これらを用いたレドックスフロー電池である。

Description

セルフレーム、セルスタック、およびレドックスフロー電池
　本発明は、大容量の蓄電池として利用されるレドックスフロー電池の構成部品であるセルフレーム、そのセルフレームを利用したセルスタック、およびそのセルスタックを利用したレドックスフロー電池に関するものである。
　太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギ発電の電力を蓄電する大容量の蓄電池の一つにレドックスフロー電池（ＲＦ電池）がある。ＲＦ電池は、正極用電解液に含まれるイオンと負極電解液に含まれるイオンの酸化還元電位の差を利用して充放電を行う電池である。図９に、イオンとしてバナジウムイオンを用いた従来のＲＦ電池３００の動作原理図を示す。
　図９に示すように、ＲＦ電池３００は、正極セル１０２と負極セル１０３とが、水素イオンを透過させるイオン交換膜１０１で分離されたセル１００を備えている。正極セル１０２には正極電極１０４が内蔵されており、正極セル１０２は、導管１０８，１１０を介して、正極電解液を貯留する正極電解液用タンク１０６と接続されている。また、負極セル１０３には負極電極１０５が内蔵されており、負極セル１０３は、導管１０９，１１１を介して、負極電解液を貯留する負極電解液用タンク１０７と接続されている。各タンク１０６，１０７に貯留される電解液は、ポンプ１１２，１１３によって、セル１０２，１０３に循環される。
　ＲＦ電池３００には、通常、複数のセル１００を積層させたセルスタックと呼ばれる構成が利用されている（例えば、特許文献１（特開２００２－２３７３２３号公報）および特許文献２（特開２００４－３１９３４１号公報）参照）。図１０に、従来のセルスタックの概略構成図を示す。セルスタック２００は、枠体１２２に一体化された双極板１２１を備えるセルフレーム１２０と、正極電極１０４と、イオン交換膜１０１と、負極電極１０５とをこの順序で繰り返して積層した積層体を２枚のエンドプレート２１０，２２０で挟み込み、締め付けることによって形成されている。
　セルスタック２００においては、隣接するセルフレーム１２０の間に一つのセルが形成されることになる。セルスタック２００における電解液の流通は、枠体１２２に形成される正極用給液マニホールド１２３、負極用給液マニホールド１２４、正極用排液マニホールド１２５、および負極用排液マニホールド１２６により行なわれる。
　具体的には、正極電解液は、正極用給液マニホールド１２３から枠体１２２の一面側（紙面表側）に形成されるスリットを介して正極電極１０４に供給され、枠体１２２の上部に形成されるスリットを介して正極用排液マニホールド１２５に排出される。負極電解液は、負極用給液マニホールド１２４から枠体１２２の他面側（紙面裏側）に形成されるスリットを介して負極電極１０５に供給され、枠体１２２の上部に形成されるスリットを介して負極用排液マニホールド１２６に排出される。
　なお、各セルフレーム１２０間には、Ｏリングまたは平パッキンなどの環状のシール部材１２７が配置され、セルフレーム１２０間からの電解液の漏れを防止している。
特開２００２－２３７３２３号公報 特開２００４－３１９３４１号公報
　従来のＲＦ電池３００では、セルフレーム１２０に設けられる正負電解液の流路構造（マニホールドと双極板とを繋ぐスリットの長さ、断面形状および断面積など）が同一である。しかしながら、それが、ＲＦ電池３００の運用上、問題となる場合がある。
　ＲＦ電池３００では、大抵の場合、正極電解液の粘度と負極電解液の粘度とが異なる。そのため、正極電解液の流路構造と負極電解液の流路構造が同一である場合には、正極電解液と負極電解液との間の粘度の差異によって、セル内のイオン交換膜１０１および双極板１２１などに偏った圧力が作用して、これらの部材が損傷する恐れがある。
　すなわち、上述したように、ＲＦ電池３００の双極板１２１とイオン交換膜１０１の一面側には正極電解液が流通し、他面側には負極電解液が流通する。仮に、負極電解液の方が正極電解液よりも高粘度である場合には、双極板１２１およびイオン交換膜１０１に作用する負極電解液の圧力が正極電解液の圧力よりも高くなるため、双極板１２１およびイオン交換膜１０１が損傷する恐れがある。
　また、ＲＦ電池３００の運用上、敢えて、正極側と負極側とで圧力差を設けたい場合もある。しかし、この場合にも、単に圧力差を設ければ良いというわけではなく、所望の圧力差というものが存在する。これに対して、正極側と負極側とで流路構造が同一である従来のＲＦ電池３００においては、正極側と負極側との間の圧力差が、正極電解液および負極電解液の粘度に大きく依存するため、電解液を送り出すポンプの出力を調整した場合でも、当該所望の圧力差を達成することができないことがある。
　また、従来のセルスタック２００を構成する複数のセルフレーム１２０には、同一の構造を有するものが用いられるため、それぞれのセルフレーム１２０の流路構造も同一である。
　また、ＲＦ電池３００においては、正負電解液を循環させて、ＲＦ電池３００の充放電を行なっている際に、シャント電流による損失（シャントカレントロス）が生じることが知られており、ＲＦ電池３００のエネルギー効率を向上するためには、シャントカレントロスを低減することが望まれる。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、セル内の部材に作用する正極電解液の圧力と負極電解液の圧力との圧力差を調整することができるセルフレームを提供することにある。また、本発明の別の目的は、本発明に係るセルフレームを用いたセルスタック、並びにそのセルスタックを用いたレドックスフロー電池を提供することにある。
　また、本発明の別の目的は、シャントカレントロスを低減することができるセルスタックを提供することにある。また、本発明の別の目的は、本発明に係るセルスタックを用いたレドックスフロー電池を提供することにある。
　本発明に係るセルフレームは、枠体と、枠体に一体化された双極板とを備え、枠体は、枠体に貫通して設けられるマニホールドと、枠体の一面側に設けられる正極電解液用流路と、枠体の他面側に設けられる負極電解液用流路と、を有しており、正極電解液用流路の構造と、負極電解液用流路の構造と、が異なることを特徴とする。
　ここで、マニホールドには、正極電解液が流通する正極用給液マニホールドおよび正極用排液マニホールドと、負極電解液が流通する負極用給液マニホールドおよび負極用排液マニホールドと、がある。また、正極電解液用流路は、正極用給液マニホールドから双極板の一面側に配される正極電極に正極電解液を導入する正極側入口スリット、および正極電極から正極用排液マニホールドに正極電解液を排出する正極側出口スリットからなる。負極電解液用流路は、負極用給液マニホールドから双極板の他面側に配される負極電極に負極電解液を導入する負極側入口スリット、および負極電極から負極用排液マニホールドに負極電解液を排出する負極側出口スリットからなる。
　また、本発明に係るセルスタックは、セルフレームと、正極電極と、負極電極と、イオン交換膜と、を複数積層してなるセルスタックであって、本発明に係るセルフレームを含むことを特徴とする。
　さらに、本発明に係るレドックスフロー電池は、セルスタックと、セルスタックに正極用電解液を循環させる正極用循環機構と、セルスタックに負極用電解液を循環させる負極用循環機構と、を備えるレドックスフロー電池であって、セルスタックは、本発明に係るセルスタックであることを特徴とする。なお、循環機構は、電解液を貯留するタンクと、タンクからセルに電解液を送り出す導管と、セルからタンクに電解液を戻す導管と、電解液を循環させるポンプと、を備える。
　上記の本発明の構成に示すように、正極側の電解液の流路を構成する正極電解液用流路の構造と、負極側の電解液の流路を構成する負極電解液用流路の構造とを異ならせることで、各スリットを通過する各電解液の圧力損失を異ならせることができる。この圧力損失をどの程度とするかによって、双極板の位置（電極配置箇所）での正極電解液による圧力と負極電解液による圧力との間の圧力差を容易に調整することができる。たとえば、正極電解液の粘度と負極電解液の粘度とが異なる場合には、当該圧力差を小さくすることができ、当該圧力差をほとんど無くすこともできる。また、正負極間の圧力差を容易に調整することができるため、敢えて正負極間に圧力差を形成する場合であっても、その圧力差を容易に所望の値にすることもできる。
　以下、本発明に係るセルフレームの構成をより詳細に説明する。
　本発明に係るセルフレームにより、双極板の位置において、粘度の異なる正極電解液の圧力と負極電解液の圧力とを同一にする場合には、粘度が高い方の電解液の圧力損失を小さくする、あるいは粘度が低い方の電解液の圧力損失を大きくする、のいずれかを選択することができる。セルを構成する部材への負担を考慮した場合には、前者の構成を選択することが好ましい。
　本発明に係るセルフレームにおいて、正極電解液用流路の構造と負極電解液用流路の構造とを異なるものとする場合には、以下に示すように、流路を構成する出口スリットの構造のみを異なるものとしてもよく、入口スリットの構造のみを異なるものとしてもよく、両スリットの構造を異なるものとしてもよい。
（１）出口スリットの構造のみを異なるものとする
　　　正極側入口スリットの構造＝負極側入口スリットの構造
　　　正極側出口スリットの構造≠負極側出口スリットの構造
（２）入口スリットの構造のみを異なるものとする
　　　正極側入口スリットの構造≠負極側入口スリットの構造
　　　正極側出口スリットの構造＝負極側出口スリットの構造
（３）入口スリットと出口スリットの両方の構造を異なるものとする
　　　正極側入口スリットの構造≠負極側入口スリットの構造
　　　正極側出口スリットの構造≠負極側出口スリットの構造
　入口スリットと出口スリットからなる流路の構造を異なるものとする具体的な方法としては、代表的に、以下の４つの方法を挙げることができる。
（Ａ）各電解液用流路のスリット長を異ならせる
（Ｂ）各電解液用流路の少なくとも一部の断面形状を異ならせる
（Ｃ）各電解液用流路の少なくとも一部の断面積を異ならせる
（Ｄ）各電解液用流路を構成するスリットの本数を異ならせる
　なお、上記の（Ａ）～（Ｄ）の方法は単独で用いてもよく、（Ａ）～（Ｄ）の少なくとも２つの方法を組み合わせて用いてもよい。
　上記の（Ａ）の方法のように、各電解液用流路のスリット長（すなわち、入口スリットと出口スリットとの合計長さ）を異なるものとする場合には、スリット長を長くするほど、電解液の圧力損失が大きくなる。たとえば、正極電解液による圧力を高くする場合には、正極電解液用流路のスリット長を負極電解液用流路のスリット長よりも長くする。正極電解液による圧力を低くする場合には、正極電解液用流路のスリット長を負極電解液用流路のスリット長よりも短くする。
　なお、後述の（Ｄ）の方法のように、入口スリットおよび出口スリットを複数本とする場合には、複数本のスリットと等価な圧力損失をもたらす１本の等価スリットを求め、正負のスリット長の長短を判断すると良い（等価スリットの断面積および断面形状は一定とする）。たとえば、正負共に３本の入口スリットと２本の出口スリットを有する場合には、まず、正極側の３本の入口スリットと等価な圧力損失をもたらす１本の等価スリットを計算により求め、２本の出口スリットと等価な圧力損失をもたらす１本の等価スリットを計算により求める。これらの入口側の等価スリットと出口側の等価スリットとの合計長さを正極電解液用流路のスリット長と考える。次いで、負極側についても、正極側の等価スリットと同一断面積および断面形状となる等価スリット（すなわち、長さ以外の条件が正極側と同一等価スリット）を計算により求め、負極電解液用流路のスリット長を求める。そして、正負で等価スリットのスリット長を比較する。
　また、上記の（Ｂ）の方法のように、各電解液用流路の少なくとも一部の断面形状を異なるものとする場合には、断面形状を複雑にするほど、圧力損失が大きくなる。たとえば、半円状断面のスリットと、矩形などの多角形状断面のスリットとを比較した場合には、後者の圧力損失の方が前者よりも大きくなる。
　また、上記の（Ｃ）の方法のように、各電解液用流路の少なくとも一部の断面積を異なるものとする場合には、断面積を小さくするほど、圧力損失が大きくなる。ただし、次に説明する（Ｄ）の方法と組み合わせた場合には、この限りではない。
　上記の（Ｄ）の方法のように、各電解液用流路を構成するスリットの本数を異なるものとする場合であって、正極側と負極側とでスリットの合計断面積が等しい場合には、スリットの本数が多い電解液用流路の圧力損失の方が、他方の電解液用流路の圧力損失よりも大きくなる。スリットの本数が多いほど、電解液に接触するスリットの面積が大きくなるからである。なお、正極側と負極側とでスリットの合計断面積が異なる場合には、一概にスリットの本数が多いほど圧力損失が大きくなるとは限らない。
　上記（Ａ）～（Ｄ）の方法のように、正極電解液用流路の構造と負極電解液用流路の構造とを異なるものとする場合には、正極電解液用流路（負極電解液用流路）を構成する入口スリットの構造と出口スリットの構造とを同一にする必要はない。すなわち、正極電解液用流路と負極電解液用流路のそれぞれにおいて、入口スリットの構造と出口スリットの構造とを異なるものとしてもよい。たとえば、シャントカレントによる発熱によって電解液の温度が上昇し、電解液の成分が析出することがある。充電時におけるシャントカレントを抑制する場合には、入口スリットよりも出口スリットを長くすればよい。
　また、上記の（１）～（３）の方法および（Ａ）～（Ｄ）の方法を適宜組み合わせて、各電解液の圧力損失を調節することができる。特に、正極側入口スリットの構造と負極側出口スリットの構造とを同一とし、正極側出口スリットの構造と負極側入口スリットの構造とを同一とした場合には、後述する実施形態４に示すように、双極板の位置での正極電解液の圧力と負極電解液の圧力とを異なるものとしつつ、マニホールドの位置での正極側の圧力損失と負極側の圧力損失とを同一にすることができる。
　また、本発明者らが従来のＲＦ電池におけるセルスタックのシャントカレントについて検討した結果、次のような知見を得た。図１１に、セルフレームの積層数がＮであるセルスタックにおけるセルフレームの積層位置と、シャントカレント（絶対値）との関係を示す。図１１に示すように、中心（Ｎ／２番目）に位置するセルフレームから端部（１番目およびＮ番目）に位置するセルフレームになるにつれて、シャントカレント絶対値が大きくなることが分かった。そして、本発明者らは、このような知見に基づいて、本発明を完成するに至った。
　本発明に係るセルスタックは、セルフレームと、正極電極と、イオン交換膜と、負極電極とを複数積層してなる。セルフレームは、枠体と、枠体に一体化された双極板とを備え、枠体に貫通して設けられるマニホールドと、枠体の一面側に設けられる正極電解液用流路と、枠体の他面側に設けられる負極電解液用流路と、を有する。そして、セルスタックの中心側に位置するセルフレームと、端部側に位置するセルフレームとを比較したとき、セルフレームにおける正極電解液用流路および負極電解液用流路の少なくとも一方の電解液用流路の構造が異なり、中心に位置するセルフレームから端部に位置するセルフレームになるにつれて、電解液用流路における電気抵抗が大きくなるように構成されていることを特徴とする。
　ここで、上記マニホールドには、正極電解液が流通する正極用給液マニホールドおよび正極用排液マニホールドと、負極電解液が流通する負極用給液マニホールドおよび負極用排液マニホールドと、がある。また、正極電解液用流路は、正極用給液マニホールドから双極板の一面側に配される正極電極に正極電解液を導入する正極側入口スリット、および正極電極から正極用排液マニホールドに正極電解液を排出する正極側出口スリットからなる。負極電解液用流路は、負極用給液マニホールドから双極板の他面側に配される負極電極に負極電解液を導入する負極側入口スリット、および負極電極から負極用排液マニホールドに負極電解液を排出する負極側出口スリットからなる。
　この構成によれば、中心側に位置するセルフレームと、端部側に位置するセルフレームとの電解液用流路の構造が異なり、中心に位置するセルフレームから端部に位置するセルフレームになるにつれて、電解液用流路における電気抵抗が大きくなる。換言すれば、端部に位置するセルフレームから中心に位置するセルフレームになるにつれて、電解液用流路における電気抵抗が小さくなる。これにより、端部側に位置するセルフレームにおいて、シャントカレントを抑制することができ、シャントカレントロスを低減することができる。
　以下、本発明に係るセルスタックの構成をより詳細に説明する。
　本発明に係るセルスタックにおいて、セルフレームの積層数は、１０枚以上であることが好ましい。
　セルスタックのシャントカレントは、セルフレームの積層数が増えるほど、中心から端部になるにつれて増大する傾向がある。セルフレームの積層数が１０枚以上の場合は、端部に位置するセルフレームでのシャントカレントがある程度大きくなることから、シャントカレントロスを低減する効果を十分に発揮することができる。
　本発明に係るセルスタックにおいて、セルフレームの積層数の２／３以上のセルフレームの電解液用流路における電気抵抗が中心に位置するセルフレームの電解液用流路における電気抵抗より大きいことが好ましい。
　セルフレームの積層数の２／３以上のセルフレームにおいて、電解液用流路における電気抵抗が、中心に位置するセルフレームよりも大きいことで、シャントカレントロスを低減する効果が十分に得ることができる。
　本発明に係るセルスタックにおいて、中心に位置するセルフレームから端部に位置するセルフレームになるにつれて、電解液用流路における電気抵抗が連続的または段階的に大きくなるように構成することが好ましい。電解液用流路における電気抵抗を連続的に大きくする場合には、線形的（いわゆる１次関数的）または非線形的に大きくすることが考えられる。電解液用流路における電気抵抗を非線形的に大きくする場合には、たとえば、２次関数的に大きくすることが挙げられる。
　セルスタックのシャントカレントは、中心から端部になるにつれて線形的（１次関数的）に増大することから（図１１を参照）、電解液用流路における電気抵抗がそれに従い線形的（１次関数的）に増大することで、シャントカレントロスを効果的に低減することができる。さらに、電解液用流路における電気抵抗が非線形的（たとえば２次関数的）に大きくなることで、シャントカレントロスをより効果的に低減することができる。
　本発明に係るセルスタックにおいて、中心側に位置するセルフレームと、端部側に位置するセルフレームとで、電解液用流路の構造を異なるものとし、電解液用流路における電気抵抗を異なるものとする場合には、電解液用流路における入口スリットおよび出口スリットの少なくとも一方のスリットの構造を異なるものとすることが挙げられる。
　具体的には、流路を構成する入口スリットの構造のみを異なるものとしてもよく、出口スリットの構造のみを異なるものとしてもよく、両スリットの構造を異なるものとしてもよい。ここで、入口スリットは、常に電解液が満たされることから、シャントカレントロスが最も生じやすい箇所であり、入口スリットの構造を異ならせることによって、シャントカレントロスを効果的に低減することができる。一方、出口スリットでは、充電時の電位が高くなることから、シャントカレントロスが大きくなる箇所であり、出口スリットの構造を異なるものとすることで、シャントカレントロスを効果的に低減することができる。また、両スリットの構造を異なるものとすることで、充電時と放電時とでシャントカレントを抑制することができ、シャントカレントロスをより低減することができる。
　本発明に係るセルスタックにおいて、中心側に位置するセルフレームと端部側に位置するセルフレームの電解液用流路の構造を異ならせ、電解液用流路における電気抵抗を異なるものとする方法としては、たとえば、電解液用流路のスリット長、スリット断面積およびスリット本数の少なくともいずれか一つを異なるものとすることが挙げられる。
　具体的には、電気抵抗を大きくする場合には、たとえば、電解液用流路のスリット長を長くする、スリット断面積を小さくする、またはスリット本数を少なくすることで実現することができる。電気抵抗を小さくする場合には、電解液用流路のスリット長を短くする、スリット断面積を大きくする、またはスリット本数を多くすることで実現することができる。これらの方法は、単独で行なってもよく、２つ以上組み合わせて行なって電気抵抗を異なるものとしてもよい。
　なお、電解液用流路のスリットが複数本ある場合には、複数本のスリットと等価な電気抵抗をもたらす１本の等価スリットを求め、等価スリットの長さを電解液用流路のスリット長として考える。たとえば、入口側と出口側に３本の入口スリットと２本の出口スリットとがある場合には、３本の入口スリットと等価な電気抵抗をもたらす１本の等価スリットを計算により求めるとともに、２本の出口スリットと等価な電気抵抗をもたらす１本の等価スリットを計算により求める。そして、これら入口側の等価スリットと出口側の等価スリットとの合計長さを電解液用流路のスリット長とする。
　本発明に係るセルスタックは、少なくとも一つのセルフレームにおいて、正極電解液用流路の構造と、負極電解液用流路の構造と、が異なることが好ましい。
　上述したように、従来のＲＦ電池３００では、セルフレームに設けられる正負電解液の流路構造が同一であり、それが、ＲＦ電池３００の運用上、問題となる場合がある。
　ＲＦ電池では、大抵の場合、正極電解液の粘度と負極電解液の粘度とが異なる。そのため、正極電解液の流路構造と負極電解液の流路構造とが同一である場合には、正極電解液と負極電解液との間の粘度の差異によって、セル内のイオン交換膜および双極板などに偏った圧力が作用して、これらの部材が損傷する恐れがある。図１０を参照して説明したように、ＲＦ電池３００の双極板１２１およびイオン交換膜１０１の一面側には正極電解液が流通し、他面側には負極電解液が流通する。仮に、負極電解液の方が正極電解液よりも高粘度である場合には、双極板１２１およびイオン交換膜１０１に作用する負極電解液の圧力が正極電解液の圧力よりも高くなり、双極板１２１およびイオン交換膜１０１が損傷する恐れがある。
　また、ＲＦ電池３００の運用上、敢えて正極側と負極側とで圧力差を設けたい場合もある。しかし、この場合にも、単に圧力差を設ければ良いというわけではなく、所望の圧力差というものが存在する。これに対して、正極側と負極側とで流路構造が同一である従来のＲＦ電池３００においては、正極側と負極側との間の圧力差が、正極電解液および負極電解液の粘度に大きく依存するため、電解液を送り出すポンプの出力を調整した場合でも、当該所望の圧力差を達成することができないことがある。
　そこで、上記した構成に示すように、正極電解液の流路を構成する正極電解液用流路の構造と、負極電解液の流路を構成する負極電解液用流路の構造とを異ならせることで、各スリットを通過する各電解液の圧力損失を異ならせることができる。この圧力損失をどの程度とするかによって、双極板の位置（電極配置箇所）での正極電解液による圧力と負極電解液による圧力との圧力差を容易に調整することができる。たとえば、正極電解液の粘度と負極電解液の粘度とが異なる場合には、当該圧力差を小さくすることができ、圧力差をほとんど無くすこともできる。また、正負極間の圧力差を容易に調整するため、敢えて正負極間に圧力差を形成する場合には、その圧力差を容易に所望の値とすることもできる。
　以下、セルフレームの少なくとも１つにおいて、正極電解液用流路の構造と、負極電解液用流路の構造とが異なる場合の構成をより詳細に説明する。
　セルフレームにおいて、双極板の位置で、粘度の異なる正極電解液の圧力と負極電解液の圧力とを同一にする場合には、粘度が高い方の電解液の圧力損失を小さくする、あるいは粘度が低い方の電解液の圧力損失を大きくする、のいずれかを選択することができる。セルを構成する部材への負担を考慮した場合には、前者の構成を選択することが好ましい。
　セルフレームにおいて、正極電解液用流路の構造と負極電解液用流路の構造とを異なるものとする場合には、以下に示すように、流路を構成する出口スリットの構造のみを異なるものとしてもよく、入口スリットの構造のみを異なるものとしてもよく、両スリットの構造を異なるものとしてもよい。
（１）出口スリットの構造のみを異なるものとする
　　　正極側入口スリットの構造＝負極側入口スリットの構造
　　　正極側出口スリットの構造≠負極側出口スリットの構造
（２）入口スリットの構造のみを異なるものとする
　　　正極側入口スリットの構造≠負極側入口スリットの構造
　　　正極側出口スリットの構造＝負極側出口スリットの構造
（３）入口スリットと出口スリットの両方の構造を異なるものとする
　　　正極側入口スリットの構造≠負極側入口スリットの構造
　　　正極側出口スリットの構造≠負極側出口スリットの構造
　入口スリットと出口スリットからなる流路の構造を異なるものとする具体的な方法としては、代表的に、以下の４つの方法を挙げることができる。
（Ａ）各電解液用流路のスリット長を異ならせる
（Ｂ）各電解液用流路の少なくとも一部の断面形状を異ならせる
（Ｃ）各電解液用流路の少なくとも一部の断面積を異ならせる
（Ｄ）各電解液用流路を構成するスリットの本数を異ならせる
　なお、上記の（Ａ）～（Ｄ）の方法は単独で用いてもよく、（Ａ）～（Ｄ）の少なくとも２つの方法を組み合わせて用いてもよい。
　上記の（Ａ）の方法のように、各電解液用流路のスリット長（すなわち、入口スリットと出口スリットとの合計長さ）を異なるものとする場合には、スリット長を長くするほど、電解液の圧力損失が大きくなる。たとえば、正極電解液による圧力を高くする場合には、正極電解液用流路のスリット長を負極電解液用流路のスリット長よりも長くする。正極電解液による圧力を低くする場合には、正極電解液用流路のスリット長を負極電解液用流路のスリット長よりも短くする。
　なお、後述の（Ｄ）の方法のように、入口スリットおよび出口スリットを複数本とする場合には、複数本のスリットと等価な圧力損失をもたらす１本の等価スリットを求め、正負のスリット長の長短を判断すると良い（等価スリットの断面積および断面形状は一定とする）。たとえば、正負共に３本の入口スリットと２本の出口スリットを有する場合には、まず、正極側の３本の入口スリットと等価な圧力損失をもたらす１本の等価スリットを計算により求め、２本の出口スリットと等価な圧力損失をもたらす１本の等価スリットを計算により求める。これらの入口側の等価スリットと出口側の等価スリットとの合計長さを正極電解液用流路のスリット長と考える。次いで、負極側についても、正極側の等価スリットと同一断面積および断面形状となる等価スリット（すなわち、長さ以外の条件が正極側と同一等価スリット）を計算により求め、負極電解液用流路のスリット長を求める。そして、正負で等価スリットのスリット長を比較する。
　また、上記の（Ｂ）の方法のように、各電解液用流路の少なくとも一部の断面形状を異なるものとする場合には、断面形状を複雑にするほど、圧力損失が大きくなる。たとえば、半円状断面のスリットと、矩形などの多角形状断面のスリットとを比較した場合には、後者の圧力損失の方が前者よりも大きくなる。
　また、上記の（Ｃ）の方法のように、各電解液用流路の少なくとも一部の断面積を異なるものとする場合には、断面積を小さくするほど、圧力損失が大きくなる。ただし、次に説明する（Ｄ）の方法と組み合わせた場合には、この限りではない。
　上記の（Ｄ）の方法のように、各電解液用流路を構成するスリットの本数を異なるものとする場合であって、正極側と負極側とでスリットの合計断面積が等しい場合には、スリットの本数が多い電解液用流路の圧力損失の方が、他方の電解液用流路の圧力損失よりも大きくなる。スリットの本数が多いほど、電解液に接触するスリットの面積が大きくなるからである。なお、正極側と負極側とでスリットの合計断面積が異なる場合には、一概にスリットの本数が多いほど圧力損失が大きくなるとは限らない。
　上記（Ａ）～（Ｄ）の方法のように、正極電解液用流路の構造と負極電解液用流路の構造とを異なるものとする場合には、正極電解液用流路（負極電解液用流路）を構成する入口スリットの構造と出口スリットの構造とを同一にする必要はない。すなわち、正極電解液用流路と負極電解液用流路のそれぞれにおいて、入口スリットの構造と出口スリットの構造とを異なるものとしてもよい。たとえば、シャントカレントによる発熱によって電解液の温度が上昇し、電解液の成分が析出することがある。充電時におけるシャントカレントを抑制する場合には、入口スリットよりも出口スリットを長くすればよい。
　また、上記の（１）～（３）の方法および（Ａ）～（Ｄ）の方法を適宜組み合わせて、各電解液の圧力損失を調節することができる。特に、正極側入口スリットの構造と負極側出口スリットの構造とを同一とし、正極側出口スリットの構造と負極側入口スリットの構造とを同一とした場合には、後述する実施形態９に示すように、双極板の位置での正極電解液の圧力と負極電解液の圧力とを異なるものとしつつ、マニホールドの位置での正極側の圧力損失と負極側の圧力損失とを同一にすることができる。
　一方、本発明に係るＲＦ電池は、セルスタックと、セルスタックに正極電解液を循環させる正極用循環機構と、セルスタックに負極電解液を循環させる負極用循環機構と、を備えるＲＦ電池であって、セルスタックは、本発明に係るセルスタックであることを特徴とする。なお、各循環機構は、電解液を貯留するタンクと、タンクからセル（セルスタック）に電解液を送る導管と、セル（セルスタック）からタンクに電解液を戻す導管と、電解液を循環させるポンプと、を備えている。
　この構成によれば、本発明に係るセルスタックを用いることによって、シャントカレントロスを低減することができるため、ＲＦ電池のエネルギー効率の向上が期待できる。
　本発明に係るセルフレームによれば、セルスタックに組み上げてレドックスフロー電池としたときに、正極電解液と負極電解液の粘度に関わらず、正極電解液の圧力と負極電解液の圧力との相対的なバランスを所望の値に調整することができる。
　本発明に係るセルスタックによれば、中心側に位置するセルフレームと端部側に位置するセルフレームの電解液用流路の構造が異なり、中心に位置するセルフレームから端部に位置するセルフレームになるにつれて、電解液用流路における電気抵抗が大きくなる。これにより、端部側に位置するセルフレームにおいて、シャントカレントを抑制することができ、シャントカレントロスを低減することができる。また、本発明に係るレドックスフロー電池によれば、本発明に係るセルスタックを用いることによって、シャントカレントロスを低減することができ、エネルギー効率の向上が期待できる。
実施形態１のセルフレームの概略正面図である。 実施形態２のセルフレームの概略正面図である。 実施形態３のセルフレームの概略正面図である。 実施形態４のセルフレームの概略正面図である。 実施形態４のセルフレームに同一粘度の正極電解液と負極電解液とを流通させたときの入口スリットから出口スリットまでの間における正極電解液の圧力損失と負極電解液の圧力損失との関係を示すグラフである。 実施形態５のセルスタックにおけるセルフレームの積層位置とその電解液用流路のスリット長との関係を示す図である。 実施形態５のセルスタックにおけるセルフレームの積層位置とシャントカレントとの関係との関係を示す図である。 実施形態５のセルスタックにおけるセルフレームの積層位置とシャントカレント抑制比との関係を示す図である。 従来のレドックスフロー電池の動作原理図である。 従来のセルスタックの概略構成図である。 セルフレームの積層数がＮであるセルスタックにおけるセルフレームの積層位置とシャントカレントとの関係を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、以下に説明する実施形態１～３（実施形態４を除く）においては、負極電解液の方が正極電解液よりも高粘度であることを前提に説明を行なうが、この構成に限定されないことは言うまでもない。
　＜実施形態１＞
　図１に、実施形態１のセルフレームの概略正面図を示す。実施形態１のセルフレーム１においては、正極側と負極側とで、マニホールド１２３～１２６と双極板１２１との間に形成される電解液の流路長（スリット長）を異ならせることで、双極板１２１の位置（電極配置箇所）における正極電解液の圧力と負極電解液の圧力との間の圧力差を小さくすることができる。
　実施形態１のセルフレーム１は、セルフレーム１の表面側に正極電解液を流通させる正極電解液用流路を有しており、正極電解液用流路は、正極用給液マニホールド１２３から双極板１２１の表面側における左側下端に向かって円弧状に伸びる正極側入口スリット２３Ａと、双極板１２１の表面側における右側上端から正極用排液マニホールド１２５に向かって円弧状に伸びる正極側出口スリット２５Ａとからなる。
　また、実施形態１のセルフレーム１は、セルフレーム１の裏面側に負極電解液を流通させる負極電解液用流路を有しており、負極電解液用流路は、負極用給液マニホールド１２４から双極板１２１の裏面側における右側下端に向かって直線状に伸びる負極側入口スリット２４Ａと、双極板１２１の裏面側における左側上端から負極用排液マニホールド１２６に向かって直線状に伸びる負極側出口スリット２６Ａとからなる。
　したがって、実施形態１のセルフレーム１においては、正極側入口スリット２３Ａの構造と負極側入口スリット２４Ａの構造とは異なっており、正極側出口スリット２５Ａの構造と負極側出口スリット２６Ａとの構造も異なっている。さらには、正極電解液用流路のスリット長は、負極電解液用流路のスリット長よりも長くなっている。これらの関係を以下に示す。
・正極側入口スリット２３Ａ≠負極側入口スリット２４Ａ
・正極側出口スリット２５Ａ≠負極側出口スリット２６Ａ
・正極電解液用流路のスリット長＞負極電解液用流路のスリット長
　実施形態１のセルフレーム１においては、負極電解液用流路のスリット長が正極電解液用流路のスリット長よりも短いため、負極電解液用流路における圧力損失を正極電解液用流路における圧力損失よりも小さくすることができる。その結果、双極板１２１の位置での負極電解液の圧力を小さくすることができるため、双極板１２１の位置での正極電解液の圧力と負極電解液の圧力との間の圧力差も小さくすることができる。
　なお、実施形態１のセルフレーム１において、正極側入口スリット２３Ａ、負極側入口スリット２４Ａ、正極側出口スリット２５Ａおよび負極側出口スリット２６Ａの断面積は同一であるが、断面形状を異なるものとして、正極電解液用流路および負極電解液用流路における圧力損失を調整してもよい。
　たとえば、正極電解液用流路の断面形状を矩形とし、負極電解液用流路の断面形状を半円形とした場合には、正極電解液用流路における圧力損失と比較して、負極電解液用流路における圧力損失をさらに小さくすることができる。
　なお、スリットの断面形状を異なるものとする構成は、単独で適用することもでき、後述する実施形態２～４の構成に組み合わせて適用することもできる。
　＜実施形態２＞
　図２に、実施形態２のセルフレームの概略正面図を示す。実施形態２のセルフレーム２においては、正極電解液用流路の断面積と負極電解液用流路の断面積とを異なるものとすることによって、双極板１２１の位置（電極配置箇所）における正極電解液の圧力と負極電解液の圧力との間の圧力差を小さくすることができる。
　実施形態２のセルフレーム２は、実施形態１と同様に、セルフレーム２の表面側に正極電解液用流路を備えており、セルフレーム２の裏面側に負極電解液用流路を備えている。
　また、実施形態２のセルフレーム２においては、正極電解液用流路を構成する正極側入口スリット２３Ｂと正極側出口スリット２５Ｂとを共に直線状の構造とした。また、負極電解液用流路を構成する負極側入口スリット２４Ｂと負極側出口スリット２６Ｂについても共に直線状の構造とした。なお、負極側入口スリット２４Ｂおよび負極側出口スリット２６Ｂの幅を正極側入口スリット２３Ｂおよび正極側出口スリット２５Ｂの幅よりも広くすることで、負極側入口スリット２４Ｂおよび負極側出口スリット２６Ｂの断面積を正極側入口スリット２３Ｂおよび正極側出口スリット２５Ｂの断面積よりも大きくしている。
　したがって、実施形態２のセルフレーム２においては、正極側入口スリット２３Ｂの構造と負極側入口スリット２４Ｂの構造とは異なっており、正極側出口スリット２５Ｂの構造と負極側出口スリット２６Ｂとの構造も異なっている。さらには、正極側入口スリット２３Ｂの断面積は負極側入口スリット２４Ｂの断面積よりも小さくなっており、正極側出口スリット２５Ｂの断面積は負極側出口スリット２６Ｂの断面積よりも小さくなっている。これらの関係を以下に示す。
・正極側入口スリット２３Ｂ≠負極側入口スリット２４Ｂ
・正極側出口スリット２５Ｂ≠負極側出口スリット２６Ｂ
・正極側入口スリット２３Ｂの断面積＜負極側入口スリット２４Ｂの断面積
・正極側出口スリット２５Ｂの断面積＜負極側出口スリット２６Ｂの断面積
　実施形態２のセルフレーム２では、負極電解液用流路の断面積が正極電解液用流路の断面積がよりも大きいため、負極電解液用流路における圧力損失を正極電解液用流路における圧力損失よりも小さくすることができる。その結果、双極板１２１の位置での負極電解液の圧力を小さくすることができるため、双極板１２１の位置での正極電解液の圧力と負極電解液の圧力との間の圧力差も小さくすることができる。
　なお、負極側入口スリット２４Ｂおよび負極側出口スリット２６Ｂの深さを正極側入口スリット２３Ｂおよび正極側出口スリット２５Ｂの深さよりも深くすることによって、負極側入口スリット２４Ｂおよび負極側出口スリット２６Ｂの断面積を正極側入口スリット２３Ｂおよび正極側出口スリット２５Ｂの断面積よりも大きくしてもよい。また、負極側入口スリット２４Ｂおよび負極側出口スリット２６Ｂの深さおよび幅の双方を正極側入口スリット２３Ｂおよび正極側出口スリット２５Ｂと異なるものとすることによって、断面積を異なるものとしてもよい。
　＜実施形態３＞
　図３に、実施形態３のセルフレームの概略正面図を示す。実施形態３のセルフレーム３においては、正極側と負極側とでスリットの本数を異なるものとすることによって、双極板１２１の位置（電極配置箇所）における正極電解液の圧力と負極電解液の圧力との間の圧力差を小さくすることができる。
　実施形態３のセルフレーム３の表面側に設けられる正極電解液用流路は、１本の直線状に伸びる正極側入口スリット２３Ｃと、２本の円弧状に伸びる正極側入口スリット２３Ｃと、４本の円弧状に伸びる正極側出口スリット２５Ｃとからなる。また、セルフレーム３の裏面側に設けられる負極電解液用流路は、２本の円弧状に伸びる負極側入口スリット２４Ｃと１本の直線状に伸びる負極側出口スリット２６Ｃとからなる。
　したがって、実施形態３のセルフレーム３においては、正極側入口スリット２３Ｃの構造と負極側入口スリット２４Ｃの構造とは異なっており、正極側出口スリット２５Ｃの構造と負極側出口スリット２６Ｃとの構造も異なっている。さらには、正極側入口スリット２３Ｃの本数は負極側入口スリット２４Ｃの本数よりも多くなっており、正極側出口スリット２５Ｃの本数は負極側出口スリット２６Ｃの本数よりも多くなっている。また、正極電解液用流路のスリット長（等価スリットの長さ）は、負極電解液用流路のスリット長（等価スリットの長さ）よりも長くなっている。これらの関係を以下に示す。
・正極側入口スリット２３Ｃ≠負極側入口スリット２４Ｃ
・正極側出口スリット２５Ｃ≠負極側出口スリット２６Ｃ
・正極側入口スリット２３Ｃの本数＞負極側入口スリット２４Ｃの本数
・正極側出口スリット２５Ｃの本数＞負極側出口スリット２６Ｃの本数
・正極電解液用流路のスリット長（等価スリットの長さ）＞負極電解液用流路のスリット長（等価スリットの長さ）
　なお、正極側入口スリット２３Ｃ、負極側入口スリット２４Ｃ、正極側出口スリット２５Ｃおよび負極側出口スリット２６Ｃの断面形状はスリットの全長に亘って一定であり、３本の正極側入口スリット２３Ｃの合計断面積が、２本の負極側入口スリット２４Ｃの合計断面積と同一であり、４本の正極側出口スリット２５Ｃの合計断面積が１本の負極側出口スリット２６Ｃの断面積と同一である。
　実施形態３のセルフレーム３においては、負極電解液用流路を構成するスリットの本数が、正極電解液用流路を構成するスリットの本数よりも少ないため、負極電解液用流路における圧力損失を正極電解液用流路における圧力損失よりも小さくすることができる。その結果、双極板１２１の位置での負極電解液の圧力を小さくすることができるため、双極板１２１の位置での正極電解液の圧力と負極電解液の圧力との間の圧力差も小さくすることができる。さらに、負極電解液用流路のスリット長が正極電解液用流路のスリット長よりも短くなっているため、負極電解液用流路における圧力損失を正極電解液用流路における圧力損失よりも小さくすることができる。
　＜実施形態４＞
　図４に、実施形態４のセルフレームの概略正面図を示す。実施形態４のセルフレーム４においては、正極電解液の粘度と負極電解液の粘度とがほぼ同一である場合に、双極板１２１の位置で正極電解液の圧力と負極電解液の圧力との間に圧力差を生じさせている。
　実施形態４のセルフレーム４においては、正極側入口スリット２３Ｄおよび負極側出口スリット２６Ｄは共に２本の円弧状に伸びるスリットであって、同一の構造を有している。また、負極側入口スリット２４Ｄおよび正極側出口スリット２５Ｄは共に１本の直線状に伸びるスリットであって、同一の構造を有している。しかしながら、実施形態４のセルフレーム４においては、正極側入口スリット２３Ｄと正極側出口スリット２５Ｄとからなる正極電解液用流路と、負極側入口スリット２４Ｄと負極側出口スリット２６Ｄとからなる負極電解液用流路との構造は異なっている。
　図５に、実施形態４のセルフレーム４にほぼ同一の粘度の正極電解液と負極電解液とを流通させたときの入口スリットから出口スリットまでの間における正極電解液の圧力損失と負極電解液の圧力損失との関係をグラフで示す。図５の横軸は、入口スリット（正極側入口スリット２３Ｄ，負極側入口スリット２４Ｄ）の始端から出口スリット（正極側出口スリット２５Ｄ，負極側出口スリット２６Ｄ）の終端までの位置を示し、図５の縦軸は各位置での圧力損失の大きさを示している。また、図５のグラフの実線は負極電解液の圧力損失を示し、図５のグラフの点線は正極電解液の圧力損失を示している。なお、圧力損失は、電解液の粘度と、各スリットの形状とに基づいて計算により求めた。
　図５に示すように、入口スリットの始端（正極用給液マニホールド１２３および負極用給液マニホールド１２４のそれぞれの位置）では、正極電解液の圧力損失と負極電解液の圧力損失とは同一であるが、入口スリットの終端（双極板１２１に連結する位置）では、正極電解液の圧力損失が負極電解液の圧力損失よりも大きくなっている。この圧力損失差は、正極側入口スリット２３Ｄの構造と、負極側入口スリット２４Ｄの構造との相違によって生じる。
　そして、双極板１２１の位置では、正極側入口スリット２３Ｄと負極側入口スリット２４Ｄとの構造の相違によって形成された圧力損失差が維持され、出口スリット（正極側出口スリット２５Ｄ，負極側出口スリット２６Ｄ）を経るにしたがって、正極電解液の圧力損失と負極電解液の圧力損失との間の圧力損失差が小さくなっていき、出口スリットの終端（正極用排液マニホールド１２５および負極用排液マニホールド１２６のそれぞれの位置）で正極電解液の圧力損失と負極電解液の圧力損失とは同一になる。これは、負極側出口スリット２６Ｄと正極側出口スリット２５Ｄとの構造の相違によって、負極電解液の圧力損失が正極電解液の圧力損失よりも大きくなることによるものである。
　以上のように、実施形態４のセルフレーム４においては、正極電解液と負極電解液との粘度がほぼ同一であっても、双極板１２１の位置で正極電解液の圧力と負極電解液の圧力との間に所望の圧力差を形成することができる。
　また、実施形態４のセルフレーム４においては、入口スリットの始端において正極電解液の圧力損失と負極電解液の圧力損失とを同一とすることができるとともに、出口スリットの終端においても正極電解液の圧力損失と負極電解液の圧力損失とを同一にすることができる。
　なお、実施形態１～４のセルフレームと、正極電極１０４と、イオン交換膜１０１と、負極電極１０５とをこの順序で繰り返して積層した積層体を、たとえば図１０に示すように、２枚のエンドプレート２１０，２２０で挟み込み、締め付けることによって、セルスタックとしてもよい。
　また、実施形態１～４のセルフレームを含むセルスタックと、当該セルスタックに正極用電解液を循環させる正極用循環機構と、当該セルスタックに負極用電解液を循環させる負極用循環機構とを備えたＲＦ電池としてもよい。
　＜実施形態５＞
　実施形態５においては、セルスタックの中心側に位置するセルフレームと、端部側に位置するセルフレームの電解液用流路の構造を異なるものとし、中心に位置するセルフレームから端部に位置するセルフレームになるにつれて、電解液用流路における電気抵抗が大きくなるように構成されたセルスタックを用いたときのＲＦ電池のシャントカレントロスの低減効果について評価した。
　図１１に、セルフレームに設けられた電解液用流路（正極電解液用流路および負極電解液用流路）の構造が同一であるセルフレームをＮ枚積層したセルスタックにおけるセルフレームの積層位置とシャントカレント（絶対値）との関係を示す。図１１に示すように、シャントカレントは、中心（Ｎ／２番目）に位置するセルフレームでは０となり、中心から端部になるにつれて一次関数的に増大し、両端部（１番目およびＮ番目）に位置するセルフレームでは最大となる。
　端部側に位置するセルフレームに生じるシャントカレントを抑制するために、中心から端部になるにつれて電解液用流路の構造を異ならせ、中心から端部になるにつれて電解液用流路における電気抵抗が大きくなるように設計したセルスタックのシャントカレントを計算した。ここでは、以下の２つの方法で設計したセルスタックのシャントカレントを計算した。また、以下の２つのいずれの設計方法においても、中心から両方の端部になるにつれて電解液用流路における電気抵抗が大きくなるようにするとともに、中心のセルフレームを挟んで電気抵抗の分布が対称となるようにした。
（Ｉ）中心から端部になるにつれて電解液用流路における電気抵抗が一次関数的に大きくなるように設計した場合
（ＩＩ）中心から端部になるにつれて電解液用流路における電気抵抗が二次関数的に大きくなるように設計した場合
　電解液用流路における電気抵抗を大きくするには、（ａ）スリット長を長くする、（ｂ）スリット断面積を小さくする、（ｃ）スリット本数を少なくする、からなる群から選択された少なくとも１つの方法により実現することができる。ここでは説明を簡単にするため、電解液用流路のスリット長のみを変更して電気抵抗を大きくした場合を例に挙げ説明する。また、各々のセルフレームにおいて、正極電解液用流路および負極電解液用流路の構造は同一とし、各電解液用流路における入口スリットおよび出口スリットの構造も同一とする。
　（計算条件）
　セルフレームの積層数は２１枚とし、一方の端部に位置するセルフレームから他方の端部に位置するセルフレームに向かって順に０番、１番、…、１９番、２０番というようにセルフレーム番号を付した（中心に位置するセルフレームの番号は１０番）。また、中心に位置するセルフレームにおける電解液用流路のスリット長は５００ｍｍ、端部に位置するセルフレームにおける電解液用流路のスリット長は１０００ｍｍと固定した。なお、中心に位置するセルフレーム（１０番）を挟んで対称に位置するセルフレーム（０番と２０番、１番と１９番、…）の電解液用流路の構造は各々同一とし、対称性を考慮してセルスタックの１／２部分（中心の１０番から端部の２０番のセルフレーム）を計算対象とした。
　図６に、以上の条件に基づいて、上記の設計方法（Ｉ）により電気抵抗を１次関数的に大きくした場合と、上記の設計方法（ＩＩ）により電気抵抗を２次関数的に大きくした場合とのそれぞれの設計方法により設計したセルスタックにおけるセルフレームとスリット長との関係を示す。また、比較として、従来設計の場合のセルスタックにおけるセルフレームとスリット長との関係も併せて図６に示す。従来設計では、積層位置に関係なく各セルフレームにおける電解液用流路のスリット長が一定（５００ｍｍ）であり、中心から端部になるにつれて電解液用流路における電気抵抗を一定とした。
　そして、電解液の物性値などのその他のパラメータについて適宜設定し、電気抵抗を１次関数的に大きくした場合（設計方法（Ｉ））と、電気抵抗を２次関数的に大きくした場合（設計方法（ＩＩ））のそれぞれのセルスタックのシャントカレントを計算した。また、従来設計の場合（中心から端部になるにつれて電解液用流路における電気抵抗が一定）のセルスタックについても、シャントカレントを計算した。それぞれの場合のセルスタックにおけるセルフレームとシャントカレントとの関係を、図７に示す。
　さらに、電気抵抗を１次関数的に大きくした場合（設計方法（Ｉ））と、電気抵抗を２次関数的に大きくした場合（設計方法（ＩＩ））の各セルフレームにおけるシャントカレントを、従来設計の場合の各セルフレームにおけるシャントカレントで規格化した。それぞれの場合のセルスタックにおけるセルフレームとシャントカレント抑制比との関係を、図８に示す。
　図７から明らかなように、中心から端部になるにつれて電解液用流路における電気抵抗が大きくなる（スリット長が長くなる）ように設計したセルスタック（設計方法（Ｉ）および設計方法（ＩＩ）で設計したセルスタック）では、従来設計のセルスタック（中心から端部になるにつれて電解液用流路における電気抵抗が一定）と比べて、端部側に位置するセルフレームにおいて、シャントカレントが抑制されているため、シャントカレントロスの低減を図ることができる。
　また、図８に示すように、上記の設計方法（Ｉ）および設計方法（ＩＩ）で設計したセルスタックの端部に位置するセルフレームのスリット長は、従来設計で設計したセルスタックの端部に位置するセルフレームのスリット長の２倍であるため、端部に位置するセルフレームのシャントカレントが従来設計で設計したセルスタックよりも５０％抑制されている。特に、中心から端部になるにつれて電解液用流路における電気抵抗を２次関数的に大きくした場合（設計方法（ＩＩ））には、電気抵抗を１次関数的に大きくした場合（設計方法（Ｉ））と比べて、若干ではあるもののシャントカレントの総量が小さくなっており、シャントカレントロスをより低減することができている。
　このように、中心側に位置するセルフレームと端部側に位置するセルフレームの電解液用流路の構造を異ならせ、中心に位置するセルフレームから端部に位置するセルフレームになるにつれて、電解液用流路における電気抵抗が大きくなるように構成されたセルスタックを利用することによって、電解液用流路における電気抵抗を一定とした従来のセルスタックと比較して、シャントカレントロスを低減することが可能である。たとえば、上記した例によれば、シャントカレントを総量で５０％抑制することができ、シャントカレントロスを５０％低減することが可能である。
　なお、上記の例では、電解液用流路のスリット長を長くすることによって、電解液用流路における電気抵抗を大きくしているが、電解液用流路における電気抵抗を大きくするためには、スリット断面積を小さくする、またはスリット本数を少なくすることによっても実現することができる。したがって、中心側に位置するセルフレームと端部側に位置するセルフレームの電解液用流路における電気抵抗を大きくするためには、（ａ）スリット長を長くする、（ｂ）スリット断面積を小さくする、（ｃ）スリット本数を少なくする、からなる群から選択された少なくとも１つの方法により実現することができる。また、ポンプ損失などを考慮して、シャントカレントロスが小さい中心側に位置するセルフレームでは、電解液用流路における電気抵抗をできるだけ小さくなるように設計することが好ましい。
　また、実施形態５のセルスタックが、実施形態１～４のセルフレームの少なくとも１つを含むことによって、シャントカレントロスを低減することができるとともに、正極電解液と負極電解液の粘度に関わらず、正極電解液の圧力と負極電解液の圧力との相対的なバランスを所望の値に調整することができる。
　本発明は、上述した実施形態に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して実施することができる。たとえば、電解液に用いるイオンは、バナジウムイオンに限定されるわけではなく、正極電解液にＦｅイオンを用いるとともに、負極電解液にＣｒイオンを用いた鉄－クロム系ＲＦ電池であってもよい。また、正極電解液にＭｎイオンを用い、負極電解液にＴｉイオンを用いたマンガン－チタン系ＲＦ電池としてもよい。
　以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の各実施の形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　本発明は、セルフレーム、セルスタック、およびＲＦ電池に好適に利用可能である。
１，２，３，４　セルフレーム、２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ　正極側入口スリット、２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ　負極側入口スリット、２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ　正極側出口スリット、２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ　負極側出口スリット、１００　セル、１０１　イオン交換膜、１０２　正極セル、１０３　負極セル、１０４　正極電極、１０５　負極電極、１０６　正極電解液用タンク、１０７　負極電解液用タンク、１０８，１０９，１１０，１１１　導管　１１２，１１３　ポンプ、１２０　セルフレーム、１２１　双極板、１２２　枠体、１２３　正極用給液マニホールド、１２４　負極用給液マニホールド、１２５　正極用排液マニホールド、１２６　負極用排液マニホールド、１２７　シール部材、２００　セルスタック、２１０，２２０　エンドプレート、３００　ＲＦ電池。

Claims (24)

  1. 　枠体（１２２）と、前記枠体（１２２）に一体化された双極板（１２１）と、を備え、
    　前記枠体（１２２）は、
    　前記枠体（１２２）に貫通して設けられ、正極電解液が流通する正極用給液マニホールド（１２３）、および正極用排液マニホールド（１２５）と、
    　前記枠体（１２２）の一面側に設けられ、前記正極用給液マニホールド（１２３）から前記双極板（１２１）の一面側に配される正極電極に前記正極電解液を導入する正極側入口スリット（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ）、および前記正極電極から前記正極用排液マニホールド（１２５）に前記正極電解液を排出する正極側出口スリット（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ）からなる正極電解液用流路と、
    　前記枠体（１２２）に貫通して設けられ、負極電解液が流通する負極用給液マニホールド（１２４）、および負極用排液マニホールド（１２６）と、
    　前記枠体（１２２）の他面側に設けられ、前記負極用給液マニホールド（１２４）から前記双極板（１２１）の他面側に配される負極電極に前記負極電解液を導入する負極側入口スリット（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）、および前記負極電極から前記負極用排液マニホールド（１２６）に前記負極電解液を排出する負極側出口スリット（２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ）からなる負極電解液用流路と、を有するセルフレーム（１，２，３，４）であって、
    　前記正極電解液用流路の構造と、前記負極電解液用流路の構造と、が異なることを特徴とするセルフレーム（１，２，３，４）。
  2. 　前記正極電解液用流路において、正極側入口スリット（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ）の構造と、正極側出口スリット（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ）の構造とが異なっており、
    　前記負極電解液用流路において、負極側入口スリット（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）の構造と、負極側出口スリット（２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ）の構造とが異なっていることを特徴とする請求項１に記載のセルフレーム（１，２，３，４）。
  3. 　前記正極電解液用流路のスリット長と、前記負極電解液用流路のスリット長と、が異なることを特徴とする請求項１または２に記載のセルフレーム（１，２，３，４）。
  4. 　前記正極電解液用流路の少なくとも一部の断面形状と、前記負極電解液用流路の少なくとも一部の断面形状と、が異なることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のセルフレーム（１，２，３，４）。
  5. 　前記正極電解液用流路の少なくとも一部の断面積と、前記負極電解液用流路の少なくとも一部の断面積と、が異なることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のセルフレーム（１，２，３，４）。
  6. 　前記正極電解液用流路を構成するスリットの本数と、前記負極電解液用流路を構成するスリットの本数と、が異なることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のセルフレーム（１，２，３，４）。
  7. 　前記正極側入口スリット（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ）の構造と前記負極側出口スリット（２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ）の構造とが同一で、前記正極側出口スリット（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ）の構造と前記負極側入口スリット（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）の構造とが同一であることを特徴とする請求項２に記載のセルフレーム（１，２，３，４）。
  8. 　セルフレームと、正極電極と、負極電極と、イオン交換膜と、を複数積層してなるセルスタックであって、
    　前記セルフレームは、請求項１～７のいずれか１項に記載のセルフレームを含むことを特徴とするセルスタック。
  9. 　セルスタックと、前記セルスタックに正極用電解液を循環させる正極用循環機構と、前記セルスタックに負極用電解液を循環させる負極用循環機構と、を備えるレドックスフロー電池であって、
    　前記セルスタックは、請求項８に記載のセルスタックであることを特徴とするレドックスフロー電池。
  10. 　セルフレーム（１，２，３，４）と、正極電極と、イオン交換膜と、負極電極と、を複数積層してなるセルスタックであって、
    　前記セルフレーム（１，２，３，４）は、
    　枠体（１２２）と、前記枠体（１２２）に一体化された双極板（１２１）と、を備え、
    　前記枠体（１２２）に貫通して設けられ、正極電解液が流通する正極用給液マニホールド（１２３）、および正極用排液マニホールド（１２５）と、
    　前記枠体（１２２）の一面側に設けられ、前記正極用給液マニホールド（１２３）から前記双極板（１２１）の一面側に配される前記正極電極に前記正極電解液を導入する正極側入口スリット（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ）、および前記正極電極から前記正極用排液マニホールド（１２６）に前記正極電解液を排出する正極側出口スリット（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ）からなる正極電解液用流路と、
    　前記枠体（１２２）に貫通して設けられ、負極電解液が流通する負極用給液マニホールド（１２４）、および負極用排液マニホールド（１２６）と、
    　前記枠体（１２２）の他面側に設けられ、前記負極用給液マニホールド（１２４）から前記双極板（１２１）の他面側に配される前記負極電極に前記負極電解液を導入する負極側入口スリット（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）、および前記負極電極から前記負極用排液マニホールド（１２６）に前記負極電解液を排出する負極側出口スリット（２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ）からなる負極電解液用流路と、を有し、
    　前記セルスタックの中心側に位置する前記セルフレーム（１，２，３，４）と端部側に位置する前記セルフレーム（１，２，３，４）とを比較したとき、前記セルフレーム（１，２，３，４）における前記正極電解液用流路および前記負極電解液用流路の少なくとも一方の構造が異なっており、
    　中心に位置する前記セルフレーム（１，２，３，４）から端部に位置する前記セルフレーム（１，２，３，４）になるにつれて、前記正極電解液用流路および前記負極電解液用流路の少なくとも一方の電気抵抗が大きくなるように構成されていることを特徴とするセルスタック。
  11. 　前記セルフレーム（１，２，３，４）の積層数が、１０枚以上であることを特徴とする請求項１０に記載のセルスタック。
  12. 　前記セルフレーム（１，２，３，４）の積層数の２／３以上の前記セルフレーム（１，２，３，４）の前記電気抵抗が、中心に位置する前記セルフレーム（１，２，３，４）の前記電気抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項１０または１１に記載のセルスタック。
  13. 　前記電気抵抗が、線形的に大きくなることを特徴とする請求項１０～１２のいずれか１項に記載のセルスタック。
  14. 　前記電気抵抗が、非線形的に大きくなることを特徴とする請求項１０～１２のいずれか１項に記載のセルスタック。
  15. 　前記セルスタックの中心側に位置する前記セルフレーム（１，２，３，４）と端部側に位置する前記セルフレーム（１，２，３，４）とを比較したとき、前記正極側入口スリット（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ）、前記正極側出口スリット（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ）、前記負極側入口スリット（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）および前記負極側出口スリット（２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ）からなる群から選択された少なくとも１つの構造が異なることを特徴とする請求項１０～１４のいずれか１項に記載のセルスタック。
  16. 　前記セルスタックの中心側に位置する前記セルフレーム（１，２，３，４）と端部側に位置する前記セルフレーム（１，２，３，４）とを比較したとき、スリット長、スリット断面積およびスリット本数からなる群から選択された少なくとも１つが異なることを特徴とする請求項１０～１５のいずれか１項に記載のセルスタック。
  17. 　前記セルフレーム（１，２，３，４）の少なくとも１つにおいて、前記正極電解液用流路の構造と、前記負極電解液用流路の構造と、が異なることを特徴とする請求項１０～１６のいずれか１項に記載のセルスタック。
  18. 　前記セルフレーム（１，２，３，４）の少なくとも１つにおいて、
    　前記正極電解液用流路において、正極側入口スリット（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ）の構造と、正極側出口スリット（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ）の構造とが異なっており、
    　前記負極電解液用流路において、負極側入口スリット（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）の構造と、負極側出口スリット（２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ）の構造とが異なっていることを特徴とする請求項１７に記載のセルスタック。
  19. 　前記セルフレーム（１，２，３，４）の少なくとも１つにおいて、前記正極電解液用流路のスリット長と、前記負極電解液用流路のスリット長と、が異なることを特徴とする請求項１７または１８に記載のセルスタック。
  20. 　前記セルフレーム（１，２，３，４）の少なくとも１つにおいて、前記正極電解液用流路の少なくとも一部の断面形状と、前記負極電解液用流路の少なくとも一部の断面形状と、が異なることを特徴とする請求項１７～１９のいずれか１項に記載のセルスタック。
  21. 　前記セルフレーム（１，２，３，４）の少なくとも１つにおいて、前記正極電解液用流路の少なくとも一部の断面積と、前記負極電解液用流路の少なくとも一部の断面積と、が異なることを特徴とする請求項１７～２０のいずれか１項に記載のセルスタック。
  22. 　前記セルフレーム（１，２，３，４）の少なくとも１つにおいて、前記正極電解液用流路を構成するスリットの本数と、前記負極電解液用流路を構成するスリットの本数と、が異なることを特徴とする請求項１７～２１のいずれか１項に記載のセルスタック。
  23. 　前記セルフレーム（１，２，３，４）の少なくとも１つにおいて、前記正極側入口スリット（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ）の構造と前記負極側出口スリット（２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ）の構造とが同一で、前記正極側出口スリット（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ）の構造と前記負極側入口スリット（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ）の構造とが同一であることを特徴とする請求項１８に記載のセルスタック。
  24. 　セルスタックと、前記セルスタックに正極電解液を循環させる正極用循環機構と、前記セルスタックに負極電解液を循環させる負極用循環機構と、を備えるレドックスフロー電池であって、
    　前記セルスタックは、請求項１０～２３のいずれか１項に記載のセルスタックであることを特徴とするレドックスフロー電池。
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