JP2000012065A - レドックスフロー電池およびその製造方法 - Google Patents

レドックスフロー電池およびその製造方法

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JP2000012065A JP10178563A JP17856398A JP2000012065A JP 2000012065 A JP2000012065 A JP 2000012065A JP 10178563 A JP10178563 A JP 10178563A JP 17856398 A JP17856398 A JP 17856398A JP 2000012065 A JP2000012065 A JP 2000012065A
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tank
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redox flow
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Takahiro Kumamoto
貴浩 隈元
Toshio Shigematsu
敏夫 重松
Nobuyuki Tokuda
信幸 徳田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Kansai Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 周囲を非酸化雰囲気にする必要がなく、メン
テナンスを容易にすることができるように改良されたレ
ドックスフロー電池を提供することを主要な目的とす
る。 【解決手段】 電解液タンク1内であって、電解液2の
上部に、電解液の比重より軽く、空気より重い空気遮断
部材3が装入されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、一般にレドック
スフロー電池に関するものであり、より特定的には、タ
ンク内電解液と空気との接触を激減させることができる
ように改良されたレドックスフロー電池に関する。この
発明は、また、そのようなレドックスフロー電池の製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図9は、従来のレドックスフロー電池の
一例を示す概略構成図である。
【0003】レドックスフロー電池100は、セル20
0および正極液タンク30および負極液タンク40を備
える。2個のタンク30,40を用いるため2タンク方
式と呼ばれている。セル200内は、たとえばイオン交
換膜からなる隔膜50により仕切られており、一方側が
正極セル2a、他方側が負極セル2bを構成している。
正極セル2aおよび負極セル2b内には、それぞれ、電
極として正極60および負極70が配置されている。な
お、各セル2a,2bとタンク30,40とを結ぶ導管
には、ポンプP1 ,P2 が設けられている。
【0004】レドックスフロー電池1では、たとえば正
極液として、Fe3+/Fe2+塩酸溶液、負極液としてC
2+/Cr3+塩酸溶液を用い、電気化学反応により充放
電動作が行なわれる。
【0005】図9に示した従来のレドックスフロー電池
では、導管は、通常、硬質塩化ビニールまたはポリエチ
レン等の材料により構成されている。したがって、長期
間使用するにつれ、導管の外から酸素が導管内に透過
し、その結果導管内を通過している電解液が酸素を吸収
し、充放電特性が劣化するという問題点があった。
【0006】この問題点を解決するために、実開昭61
−183063号公報において、図10に示すようなレ
ドックスフロー電池が提案されている。
【0007】図10を参照して、流通型電解セル11
が、導管14,15により負極液タンク12に接続され
ており、他方、導管16,17により正極液タンク13
と接続されている。また、導管15,17には、電解液
としての負極液および正極液を送液するためのポンプP
1 ,P2 が設けられている。
【0008】この従来の技術では、システム全体が、囲
み部としての容器21内に収納されている。容器21の
壁面の一部にはコネクタ22,23が取付けられてい
る。コネクタ22,23は、気密的に取付けられてお
り、それぞれ、セル11の正極および負極と電気的に接
続されている。このコネクタ22,23を介して、レド
ックスフロー電池が、外部と電気的に接続されるように
構成されている。
【0009】容器21の壁面の他の部分には、ガス吸入
用導管24およびガス排出用導管25が接続されてい
る。ガス排出用導管25は、図示しない吸引手段、たと
えば真空ポンプに接続されており、導管25を介して容
器21内のガスが排出されるように構成されている。
【0010】このレドックスフロー電池では、容器21
内が、充放電動作に先立ち、非酸化性雰囲気とされるの
で、電池の周囲には、もはや酸素はほとんど存在しな
い。よって、充放電動作を繰返したとしても、電解液内
に酸素は取込まれない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来のレドックスフロ
ー電池は、以上のように構成されていた。
【0012】しかしながら、図9に示すレドックスフロ
ー電池では、電解液タンク内に、空気が混入し、電池容
量が低下するという問題点があった。特に、電解液をす
べてバナジウムにした、全バナジウムレドックスフロー
電池の場合、負極充電電解液(V2+)は、空気等の酸素
存在中では、非常に酸化されやすい。V2+の場合、酸化
が行なわれるとV3+になる。すなわち、V2+が酸化され
た場合には、V3+(放電状態の液組成)に変化するた
め、その酸化された量に伴い電池容量が低下する。
【0013】このような問題点を解決するために提案さ
れた図10に示すレドックスフロー電池においても、周
囲を取囲み、密閉する必要があり、設備が大きくなると
いう問題点があった。また、メンテナンス時には、囲み
部を開放する必要があるため、液が少しでも充電されて
いる状態(通常使用では、放電後も10%程度の充電は
されている)では、充電されている液が酸化されないよ
うに液を完全に放電させる必要がある。また、メンテナ
ンスが終了したら、再度非酸化雰囲気にする必要がある
という問題点があった。
【0014】また、図10に示すレドックスフロー電池
では、パッキン等で密閉した場合、へたりなどが起こる
ため、気密を保つのが難しいという問題点もあった。ま
た、温度変化により、気相部の圧力変化が起こり、容器
や電池が加圧に耐えられる構造でなければならない等
の、問題点もあった。
【0015】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、周囲を非酸化雰囲気にする必
要がないレドックスフロー電池を提供することにある。
【0016】この発明の他の目的は、メンテナンスが容
易になるように改良されたレドックスフロー電池を提供
することにある。
【0017】この発明のさらに他の目的は、そのような
レドックスフロー電池の製造方法を提供することにあ
る。
【0018】
【課題を解決するための手段】この発明に係るレドック
スフロー電池は、電池セルと、該電池セルに循環供給す
る電解液を蓄える電解液タンクと、を備える。上記電解
液タンク内であって、上記電解液の上部に、電解液の比
重より軽く、空気より重い空気遮断部材が装入されてい
る。
【0019】この発明によれば、タンク内上部に電解液
より軽く、空気より重たい物質を入れることで、タンク
内電解液と空気との接触を激減させることができる。
【0020】上記空気遮断部材は、固体、固体と気体の
組合せ、固体と液体の組合せまたは固体と液体と気体の
組合せで形成されるのが好ましい。
【0021】タンク内電解液の上部に、電解液より比重
の軽い固体または固体と気体からできた構造物、または
固体と液体からできた構造物、または固体と液体と気体
からできた構造物を電解液の上に浮かせることで、電解
液と空気との接触面積を激減させることができる。
【0022】また、上記空気遮断部材は、不活性ガスで
形成されるのが好ましい。空気より重い不活性ガスを入
れることで、タンクの上部を開放にできる。すなわち、
密閉タンクにする必要がない。密閉タンクの場合は、加
圧対策の必要があるが、タンク上部を開放にできるの
で、この加圧問題が解決される。また、ボンベ等で持ち
運びが容易にできる。
【0023】また、上記空気遮断部材を、溶液で形成し
てもよい。空気遮断部材を溶液で形成すると、電解液の
量が変動しても、これに追従でき、決して、空気が電解
液に直接接触することはない。また、実際に目で見て、
非酸化雰囲気になっていることを確認できる。
【0024】また、上記空気遮断部材は、固体で形成さ
れたもの、固体と気体の組合せにより形成されたもの、
固体と液体の組合せで形成されたもの、固体と液体と気
体の組合せで形成されたもの、不活性ガスおよび溶液か
らなる群より、少なくとも2つ以上を選び、これらを組
合せてなるもので形成した場合には、安全性がより高ま
るという効果を奏する。
【0025】この発明の他の局面に係るレドックスフロ
ー電池の製造方法においては、まず、電池セルに循環供
給する電解液を蓄える電解液タンクを準備する。上記電
解液タンク内に、空気よりも重い不活性ガスまたは電解
液より比重の軽い液体を導入する。その後、上記電解液
タンク内に電解液を導入する。
【0026】この発明によれば、電解液をタンクに入れ
る際、たとえば充電状態で酸化されやすい状態であって
も、タンクの中に先に空気より重い物質(溶液あるいは
不活性ガス)を入れているので、どのような状態の電解
液を入れることも可能となる。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。
【0028】実施の形態1 図1は、実施の形態1に係るレドックスフロー電池の電
解液タンクの概念図である。
【0029】電解液タンク1内に、電解液2が収容され
ている。電解液の上部に、プラスチック板3が装入され
ている。電解液2に、プラスチック板3を浮かせている
ので、電解液2と空気との接触面積を激減させることが
できる。プラスチック板3は、目でその存在を確認する
ことができるので、実際に目で見て、非酸化雰囲気にな
っていることを確認することができる。また、プラスチ
ック板3は固体であり、液体のように蒸発しない。
【0030】図2は、実施の形態1に係る電解液タンク
の他の態様を示す図である。電解液2の上部に、ゴム製
の構造物4が浮かべられている。このような構成であっ
ても、電解液2と空気との接触面積を激減させることが
できる。
【0031】図3は、実施の形態1に係るレドックスフ
ロー電池のさらに他の態様を示す図である。図3を参照
して、電解液2の上に、中が空気で、周囲がポリエチレ
ンで形成されたポリエチレン球5が浮かべられている。
このような構造であっても、電解液2と空気との接触面
積を激減させることができる。
【0032】電解液2と空気との接触面積を激減させる
ことができるので、周囲を非酸化雰囲気にする必要がな
くなる。また、メンテナンスが容易となる。すなわち、
タンク1の上部を開け、電解液2を採取することも可能
となる。また、メンテナンス終了後、再度、外部を非酸
化雰囲気にする必要がなくなる。
【0033】実施の形態2 図4は、実施の形態2に係るレドックスフロー電池に用
いられる電解液タンクの概念図である。電解液タンク1
内に、電解液2が収容されている。電解液2の上部に、
空気より重い不活性ガスであるアルゴン6が装入されて
いる。電解液タンク1の周囲は、空気であるが、電解液
2の上にアルゴン6が装入されているので、電解液2と
空気との接触面積を激減させることができる。
【0034】アルゴン6を電解液タンク1の上部に入れ
ることで、タンクの上部を開放できる。すなわち、密閉
タンクにする必要がない。密閉タンクは、加圧対策の必
要があるが、実施の形態2に係る電解液タンクによれ
ば、そのような加圧対策を必要としない。また、アルゴ
ン6は、ボンベ等により、持ち運びが容易にできるとい
う利点を有する。
【0035】実施の形態3 図5は実施の形態3に係るレドックスフロー電池の電解
液タンクの概念図である。電解液タンク1内に電解液2
が収容されている。電解液2の上に、油7が浮かべられ
ている。油7は溶液であるため、電解液2の量が変動し
ても、それに追従し、決して、電解液2が空気と接触す
ることがない。油7の存在は、実際に目で見て確認でき
るので、非酸化雰囲気になっているかを、視覚により確
認できる。
【0036】実施の形態4 図6は、実施の形態4に係るレドックスフロー電池に用
いられる電解液タンクの概念図である。電解液タンク1
内に、電解液2が収容されている。電解液2の上に油7
が浮かんでいる。油7の上に、プラスチック板3が装入
されている。このように、油7とプラスチック板3を組
合せることによって、電解液2と空気との接触をより効
率的に防止でき、安全性が高まる。
【0037】実施の形態5 実施の形態5は、電解液と空気との接触面積を激減させ
ることができる電解液タンクの製造方法に関する。
【0038】図7を参照して、電解液タンク1内に、空
気よりも重い不活性ガスまたは電解液より比重の軽い溶
液8を導入する。
【0039】図8を参照して、電解液タンク1内に、電
解液2を導入する。電解液2をタンク1に入れる際、た
とえば充電状態で酸化されやすい状態であっても、タン
ク1の中に、先に、空気より重い物質8を入れているの
で、どのような状態の電解液も、空気に接触させること
なく、電解液タンク内1に入れることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1に係る電解液タンクの概念図であ
る。
【図2】実施の形態1に係る電解液タンクの他の態様を
示す概念図である。
【図3】実施の形態1に係る電解液タンクのさらに他の
態様を示す概念図である。
【図4】実施の形態2に係る電解液タンクの概念図であ
る。
【図5】実施の形態3に係る電解液タンクの概念図であ
る。
【図6】実施の形態4に係る電解液タンクの概念図であ
る。
【図7】実施の形態5に係る電解液タンクの製造方法の
順序の第1の工程における概念図である。
【図8】実施の形態5に係る電解液タンクの製造方法の
順序の第2の工程における概念図である。
【図9】従来のレドックスフロー電池の概念図である。
【図10】従来の他のレドックスフロー電池の概念図で
ある。
【符号の説明】
1 電解液タンク 2 電解液 3 プラスチック板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 重松 敏夫 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 徳田 信幸 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA10 BB00 CX10

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池セルと、 前記電池セルに循環供給する電解液を蓄える電解液タン
    クと、を備え、 前記電解液タンク内であって、前記電解液の上部に、前
    記電解液の比重より軽く、空気より重い空気遮断部材を
    装入してなる、レドックスフロー電池。
  2. 【請求項2】 前記空気遮断部材は、固体、固体と気体
    の組合せ、または、固体と液体と気体の組合せで形成さ
    れる、請求項1に記載のレドックスフロー電池。
  3. 【請求項3】 前記空気遮断部材は、不活性ガスを含む
    請求項1に記載のレドックスフロー電池。
  4. 【請求項4】 前記空気遮断部材は、溶液を含む、請求
    項1に記載のレドックスフロー電池。
  5. 【請求項5】 前記空気遮断部材は、固体で形成された
    もの、固体と気体の組合せにより形成されたもの、固体
    と液体の組合せで形成されたもの、固体と液体と気体の
    組合せで形成されたもの、不活性ガスおよび溶液からな
    る群より少なくとも2つ以上を選び、これらを組合せて
    なる請求項1に記載のレドックスフロー電池。
  6. 【請求項6】 電池セルに循環供給する電解液を蓄える
    電解液タンクを準備し、 前記電解液タンク内に、空気よりも重い不活性ガスまた
    は前記電解液より比重の軽い液体を導入し、 その後、前記電解液タンク内に電解液を導入する、レド
    ックスフロー電池の製造方法。
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