JP2000021433A

JP2000021433A - 電解液タンクおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2000021433A
Application number: JP11121454A
Authority: JP
Inventors: Yoshitoshi Adachi; 俊寿足立; Takefumi Itou; 岳文伊藤; Toshihiko Takiguchi; 敏彦滝口; Nobuyuki Tokuda; 信幸徳田
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1998-04-30
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2000-01-21
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: JP3304312B2

Abstract

(57)【要約】【課題】さまざまな形状の不要スペースを有効に利用
できる電解液タンク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２０は、有機繊維からなる
織布２１に、ゴムまたはプラスチックを被覆した引布
を、１層以上積層し、これを袋状に加工してなるもので
ある。

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、電解液
タンクに関するものであり、より特定的には、電極に電
解液を流通循環して該電極上で充放電を行なわせる電解
液流通型電池に用いられる電解液タンクに関する。この
発明は、また、そのような電解液タンクの製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】揚水発電に代わる電力貯蔵用電池とし
て、種々の新型電池が開発されている。このような新型
電池として、たとえば、レドックスフロー型電池が特に
注目されている。

【０００３】図８は、従来より提案されている電解液流
通型電池の代表例としてのレドックスフロー型電池の概
念図である。

【０００４】図８を参照して、レドックスフロー型電池
１は、電池反応セル２、正極液タンク２および負極液タ
ンク３を備える。電池反応セル２内は、たとえば、イオ
ン交換膜等からなる隔膜４により仕切られており、一方
側が正極セル６ａ、他方側が負極セル６ｂを構成してい
る。

【０００５】正極セル６ａ内には正極電極７が収容され
ており、負極セル６ｂ内には負極電極８が収容されてい
る。

【０００６】正極セル６ａと正極液タンク２とは、正極
液を正極セル６ａに供給する正極液送液用管路９と、正
極液を正極セル６ａから正極液タンク２に回収する正極
液回収用管路１０とにより連結されている。

【０００７】また、正極送液用管路９には、正極液の送
液循環手段としてポンプ１１が設けられており、正極セ
ル６ａと正極液タンク２との間において、正極液が循環
できるようになっている。

【０００８】他方、負極セル６ｂと負極液タンク３と
は、負極液を負極液タンク３から負極セル６ｂに供給す
る負極液送液用管路１２と、負極液を負極セル６ｂから
負極液タンク３に回収する負極液回収用管路１３とによ
り連結されている。

【０００９】また、負極液送液用管路１２には、負極液
の送液循環手段としてポンプ１４が設けられており、負
極セル６ｂと負極液タンク３との間において、負極液が
循環できるようになっている。

【００１０】正極液タンク２内には、反応液として正極
電解液が蓄えられており、また、負極液タンク３内に
は、反応液として負極電解液が蓄えられている。

【００１１】正極電解液としては、たとえば、Ｆｅイオ
ンのような原子価の変化するイオンの水溶液が用いら
れ、また、負極電解液としては、たとえば、クロムイオ
ンのような原子価の変化するイオンの水溶液が用いられ
る。

【００１２】たとえば、そのような正極電解液として、
正極活物質Ｆｅ³⁺／Ｆｅ²⁺を含む塩酸水溶液を用い、負
極電解液として、負極活物質Ｃｒ²⁺／Ｃｒ³⁺を含む塩酸
水溶液を用いることができる。

【００１３】このような電解液を用いたレドックスフロ
ー型電池１を用いて、充電時においては、負極液タンク
３に蓄えられたＣｒ³⁺イオンを含む塩酸水溶液がポンプ
１４により負極セル６ｂに送られ、負極電極８において
電子を受取り、Ｃｒ²⁺イオンに還元され、負極液タンク
３に回収される。

【００１４】他方、正極液タンク２に蓄えられたＦｅ²⁺
イオンを含む塩酸水溶液は、ポンプ１１により、正極セ
ル６ａに送られ、正極電極７において、外部回路に電子
を放出して、Ｆｅ³⁺イオンに酸化され、正極液タンク２
に回収される。

【００１５】また、放電時においては、負極液タンク３
に蓄えられたＣｒ²⁺イオンを含む塩酸水溶液がポンプ１
４により、負極セル６ｂに送られ、負極８において、外
部回路に電子を放出して、Ｃｒ³⁺イオンに酸化され、負
極液タンク３に回収される。

【００１６】他方、正極液タンク２に蓄えられたＦｅ³⁺
イオンを含む塩酸水溶液は、ポンプ１１により正極セル
６ａに送られ、正極電極７において、外部回路から電子
を受取りＦｅ²⁺イオンに還元され、正極液タンク２に回
収される。

【００１７】このようなレドックスフロー型電池におい
て、正極７および負極８における充放電反応は、下記の
式のようになる。

【００１８】

【化１】

【００１９】上述の充放電反応により、約１Ｖの起電力
が得られる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】従来の電解液流通型電
池は、以上のように構成されており、電解液タンク２，
３は、金属やＦＲＰ製の箱状あるいは円筒状容器の内側
に耐薬品性の樹脂層を設ける構造にされていた。したが
って、運搬、据付は一般の工事なみに大変であるという
問題点があった。また、設置場所を、特別に確保する必
要があるという問題点があった。さらに、材料の接続面
において、電解液の漏れがあり、信頼性が低いという問
題点があった。また、少し歪んだストレスがかかった場
合、ひびが入りやすく、電解液の漏れにつながるという
問題点があった。また、不要スペースの有効利用が困難
であるという問題点があった。

【００２１】それゆえに、この発明の目的は、運搬容易
な電解液タンクを提供することにある。

【００２２】この発明の他の目的は、既存のスペースを
自由に利用することができる電解液タンクを提供するこ
とにある。

【００２３】この発明のさらに他の目的は、据付が簡単
になる電解液タンクを提供することにある。

【００２４】この発明の他の目的は、接続部の信頼性が
非常に高い電解液タンクを提供することにある。

【００２５】この発明のさらに他の目的は、多少の歪み
に対して、全く影響を受けない電解液タンクを提供する
ことにある。

【００２６】この発明のさらに他の目的は、そのような
電解液タンクを製造する方法を提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明において、電解液
タンクは有機繊維からなる織布にゴムまたはプラスチッ
クを被覆した引布を１層以上積層した膜材を、袋状に接
続した袋状可撓性容器としたものである。

【００２８】本発明の電解液タンクにおいては、特に織
布が強度を持たずとも、たとえばビルの湧水槽のスペー
ス全体に密着するように電解液を充填して内圧を負荷さ
せてやれば、余分な補強部材などを特別に準備する必要
がない。

【００２９】また、予め収納スペース形状に合わせた立
体形状のタンクを製造することも有効であるが、膜材の
接続部の信頼性を考えると、まずは、封筒状の袋体とし
てタンクを製造し、これを所定形状にくせ付して折曲
げ、その後液を注入してやれば、収納スペース形状に合
わせた場合と同じように有効にスペースを利用可能とす
ることができる。ただし、空間がオープンで広い場合、
この織布に内圧に耐え得る強度を持たせてやれば、この
タンクは自立型となる。そのため、どのような場所でも
特別な補強部材なしに設置が可能となる。

【００３０】また、本発明の電解液タンクを構成する膜
材に、人が行き来できるマンホールを取付けることもで
きる。これにより、袋状に製造する際や、タンクに異常
があったときの内面検査等に利用することが可能にな
る。

【００３１】また、マンホール部からの絶縁低下を最大
限に防止するには、このマンホール部の外面全体を、ゴ
ムまたはプラスチックのシートまたはその引布で被覆し
てやることが好ましい。そして、非常時に使用する際に
は、外面の被覆を破って中のマンホールを利用すること
が可能であり、使用後は破った被覆を接続部より取外
し、再度新しく取付ければよい。

【００３２】また、本発明の電解液タンクは、上記可撓
性袋状容器の外側に金属あるいはゴムまたはプラスチッ
ク製の膜で覆うこともできる。このような構成にすれ
ば、この容器の絶縁性、液漏れ性、空気透過性を、膜で
覆わない場合より、改良できる。さらに、このゴムまた
はプラスチックとして、気体透過係数が１×１０^-10ｃ
ｃ・ｃｍ／ｃｍ²・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ以下の材料を選択
すれば、膜の剛性が十分小さくなる厚みでタンク内部へ
の空気の透過を抑えることができ、電解液の酸化劣化を
抑えることが可能となる。

【００３３】可撓性袋状容器の電解液非接触面に吸水ポ
リマーを主成分とする層を設ければ、万が一、容器が損
傷して電解液が漏れた場合でも、短時間にその止液が可
能である。

【００３４】上記織布を構成する有機繊維は、一般の繊
維であればいずれも用いられ得るが、時間の経過に伴
い、有機繊維に電解液が触れるような状況になることを
考えると、電解液の成分で劣化しないポリエステルやポ
リエチレン、フッ素樹脂などの耐薬品性樹脂で形成され
た有機繊維を用いることが望ましい。特に、強度やコス
トの点から考えると、ポリエステルが最も好ましい。

【００３５】上記ゴムとして、天然ゴムや合成ゴムのい
ずれを用いてもよいが、特に電解液に強いクロロスルホ
ン化ポリエチレンや、ＥＰＤＭゴム、ブチルゴムなどの
耐薬品性素材を用いることが望ましい。これにより、電
解液の浸透を抑えることができ、長期間の絶縁性や耐久
性に優れる電解液タンクを提供できる。

【００３６】また、ゴムの１種として近年注目されてい
る熱可塑性エラストマーなども可撓性材料として用いる
ことができるが、上と同じ理由により、ポリオレフィン
系等の耐薬品性素材を選択することが好ましい。

【００３７】また、上記ゴムは、特別に材質を選ばない
場合でも、硫黄を架橋剤として用いたものより、有機過
酸化物を架橋剤として用いたものが望ましい。後者のも
のは、架橋密度が高くなる利点があり、電解液が浸透す
る速度を抑え、かつ機械的な強度も高くなるため、同じ
材質でも優れた耐薬品性を示す。

【００３８】上記プラスチックとして、一般に入手可能
なもののいずれも使用することができるが、ゴムの場合
と同じ理由から、塩化ビニル系やポリオレフィン系の耐
薬品性素材が好ましい。

【００３９】上記織布の構造は、平織やバスケット織な
ど、一般的な構造としてもよいが、たとえばこの織布を
被覆するゴムが特殊な材料で、織布との接着が容易でな
い場合は、織布とゴムの接着界面の信頼性が非常に低く
なってしまう。したがって、この織布を目開き構造のも
のとし、織布表裏の被覆ゴムがお互いにブリッジで一体
化するようにしたものがよい。

【００４０】上記織布として、使用条件によってどのよ
うな強度なものでも使用が可能であるが、たとえば可撓
性袋状容器を自立させる場合、安全率を見込んで、経糸
方向、緯糸方向とも４００ｋｇｆ／ｉｎ以上とすること
が望ましい。これ以下でも使用することは可能である
が、安全に自立させるタイプの場合は、耐久性に不安が
残る。

【００４１】本発明の電解液タンクをゴムタンクとする
場合、従来のゴム引布製品と同様、膜材を袋状に未加硫
状態で接合し、全体に圧力と熱を付加して加硫または架
橋することも可能だが、絶縁低下の原因となる膜材中の
欠陥をゼロにまで減らすためには、膜材の状態で加硫ま
たは架橋させ、その後この加硫膜材をプレス接合するこ
とが望ましい。また、このプレス接合も従来と同様、加
重ゴム表面を物理的に荒らした後、接着剤を介して行な
うことも可能だが、接合部の信頼性を考えると、未加硫
ゴムを介してプレス接合することが望ましい。この際、
未加硫ゴムは加硫され、膜材と一体化する。

【００４２】

【発明の実施の形態】実施の形態１図１は、実施の形態１に係る電解液タンクの斜視図であ
る。図２は、電解液タンクを構成する膜材の断面図であ
る。

【００４３】これらの図を参照して、電解液タンク２０
は、有機繊維からなる織布２１にゴムまたはプラスチッ
ク２２を被覆した引布を１層以上積層した膜材を、袋状
に接続したものであり、袋状可撓性容器である。電解液
タンク２０には、電解液の出口と入口、また正極液タン
クと負極液タンクをつなぐ連通管と接続する口の、３つ
のフランジ２３が取付けられている。

【００４４】このように構成された電解液タンク２０
は、このように袋状の可撓性容器からなるので、コンパ
クト化が可能となり、運搬が容易になる。またある程度
形状に自由度があるので、スペース部分に、コンパクト
にして入れた後、中に液を充填して膨らませれば、据付
工事は特に必要なく、該スペース部分に固定される。た
だし、配管のつなぎ込みなどは必要である。

【００４５】このように、実施の形態１に係る電解液タ
ンクは、既存のスペースを自由に利用することが可能で
ある。たとえば、ビルの湧水槽への設置が可能である。
また、据付が簡単なため、低コストとなる。また、膜材
をオーバーラップさせて一体化させるため、接続部の信
頼性は非常に高い。また、多少の歪みに対しても、容器
が伸縮するため、全く影響を受けない。

【００４６】実施の形態２図３を参照して、ポリエチレン製の目開き構造の織布２
４を準備する。これに、各種ゴム２５を被覆して、ゴム
引布とした後、これを図１のように、袋状に接続して電
解液タンク２０とした。このゴム引布は２層構造とし、
外側に吸水ポリマーを含有する層を設けた。それぞれ２
個製作し、この電解液タンク２０に、３箇所、フランジ
２３を取付け、それぞれ電解液出口、入口、連通管接続
口としてセルに接続し、レドックスフロー電池とした。
なお、この電解液タンク２０を、１ｍ³ の金属製の箱の
中に入れ、電解液を充填した。電解液は、硫酸バナジウ
ムを使用した。これで運転したところ、問題なく運転し
た。被覆材料の違いは以下のとおりであった。

【００４７】ゴムをブチルゴムやＥＰＤＭゴムとした場
合、７０℃の硫酸バナジウム液に、１週間浸漬した際の
強度劣化は、ＳＢＲや天然ゴムを用いた場合の約５分の
１であった。また、ゴムをポリオレフィン系の熱可塑性
エラストマーとした場合も同じ結果であった。

【００４８】また、ゴムを過酸化物架橋系のＥＰＤＭと
硫黄加硫系のＥＰＤＭで上記試験を行なったところ、前
者の強度劣化は後者の約３分の１であることがわかっ
た。

【００４９】電解液タンクにφ２の孔を開けたところ、
吸水ポリマー層を設けていないタンクの場合、液漏れが
全く止まらないのに対し、吸水ポリマーの層を設けたタ
ンクの場合、液漏れは３０秒以内に止まることがわかっ
た。

【００５０】実施の形態３ポリエステル製の目開き構造の織布を準備し、これに塩
化ビニルを被覆して引布とした後、これを袋状に接続し
て電解液タンクとした。織布として、経緯ともに４００
ｋｇｆ／ｉｎの強度を有するものを用いた。この電解液
タンクに電解液を入れ、内圧０．３ｋｇｆ／ｉｎを負荷
して自立させた。さらに、これにポリエチレン製の袋を
被せて掃除機で電解液タンクとポリエチレン袋間の空気
を吸出した。このような電解液タンクを２個製作し、レ
ドックスフロー電池とした。電解液として、硫酸バナジ
ウムを使用した。この系で運転を行なった結果、電解液
の酸化の程度は、１カ月で袋を被せない場合の約２分の
１であった。

【００５１】実施の形態４実施の形態１で述べたように予め収納スペース形状に合
わせて電解液タンクを製造することも有効であるが、ま
ず、膜材の接続部の信頼性を考えると本実施の形態４に
係る電解液タンクがさらに有効となる。

【００５２】図４を参照して、まず、封筒状の袋体とし
てタンク３０を製造し、これを所定形状にくせ付して折
曲げ、その後液を注入して、電解液タンク３１を完成さ
せる。これによると、収納スペース形状に合わせた場合
と同じように、有効にスペースを利用することができ
る。

【００５３】実施の形態５図５は、実施の形態５に係る電解液タンクの膜材の断面
図である。

【００５４】図５を参照して、実施の形態５に係る電解
液タンクを構成する膜材３２に、人が行き来できるマン
ホール３７が取付けられている。図６は、マンホール部
分の平面図である。これらの図を参照して、マンホール
３７は、膜材３２中に設けられた穴３３と、膜材３２の
外面と内面にそれぞれ設けられた、ゴムまたはプラスチ
ックで被覆された金属板３４，３４と、金属板３４，３
４を固定するボルト３５とからなる。このように構成す
ることにより、電解液タンクを袋状に製造する際、ある
いはタンクに異常があったとき、マンホール３７を開
け、人がタンク内に入り、内面検査等を行なうことがで
きる。

【００５５】また、図７を参照して、マンホール３７か
らの絶縁低下を最大限に防止するために、このマンホー
ル３７の外面全体を、ゴムまたはプラスチックのシート
３８またはその引布で被覆してやることが好ましい。

【００５６】非常時に使用する際には、外面に設けられ
たゴムまたはプラスチックのシート３８を破って、中の
マンホールを利用することが可能となり、マンホールの
使用後は、破ったシート３８を接続部より取外し、再度
新たなシート３８を取付ければよい。

【００５７】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特許請求
の範囲によって示され、特許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。

【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斜視図であ
る。

【図２】実施の形態１に係る電解液タンクを構成する膜
材の断面図である。

【図３】実施の形態２に係る電解液タンクを構成する膜
材の断面図である。

【図４】実施の形態４に係る電解液タンクを製造する方
法を説明するための図である。

【図５】実施の形態５に係る電解液タンクの膜材の断面
図である。

【図６】実施の形態５に係る電解液タンクのマンホール
部の平面図である。

【図７】実施の形態５に係る電解液タンクのさらに好ま
しい実施例を示す、膜材の断面図である。

【図８】従来のレドックスフロー電池の概念図である。

【符号の説明】

２０電解液タンク２３フランジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤岳文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)発明者滝口敏彦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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極に流通循環させる電解液を蓄える電
解液タンクであって、有機繊維からなる織布に、ゴムまたはプラスチックを被
覆した引布を、１層以上積層して膜材とし、これを袋状
に加工してなる電解液タンク。
【請求項２】前記織布を補強部材とし、他の補強部材
を用いずに、自立できるようにした、請求項１に記載の
電解液タンク。
【請求項３】前記膜材の一部に、タンク内外面を人間
が行き来できるマンホールを取付けてある、請求項１ま
たは２に記載の電解液タンク。
【請求項４】前記マンホールの外面を、ゴムまたはプ
ラスチックのシート、もしくは、これらで有機繊維から
なる織布を被覆した引布で被覆したことを特徴とする、
請求項３に記載の電解液タンク。
【請求項５】当該電解液タンクの外側を、少なくとも
１層の、金属、ゴムまたはプラスチックから作られた膜
を被覆してなる、請求項１〜４のいずれかに記載の電解
液タンク。
【請求項６】前記ゴムまたはプラスチックは、１×１
０^-10ｃｃ・ｃｍ／ｃｍ²・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ以下の気
体透過係数を有することを特徴とする、請求項５に記載
の電解液タンク。
【請求項７】当該電解液タンクの、電解液が接触しな
い面に、吸水ポリマーを主成分とする樹脂層が設けられ
ている、請求項１〜６のいずれかに記載の電解液タン
ク。
【請求項８】前記有機繊維の材質は、ポリエステルま
たはポリエチレンであることを特徴とする、請求項１〜
７のいずれかに記載の電解液タンク。
【請求項９】前記ゴムの材質が、ブチルゴム、クロロ
スルホン化ポリエチレンまたはＥＰＤＭである、請求項
１〜７のいずれかに記載の電解液タンク。
【請求項１０】前記ゴムの材質は、ポリオレフィン系
の熱可塑性エラストマーである、請求項１〜７のいずれ
かに記載の電解液タンク。
【請求項１１】前記ゴムは、有機過酸化物を架橋剤と
して用い、架橋されたゴムである、請求項１〜７のいず
れかに記載の電解液タンク。
【請求項１２】前記プラスチックの材質は、塩化ビニ
ル系またはポリオレフィン系である、請求項１〜７のい
ずれかに記載の電解液タンク。
【請求項１３】前記織布は、目開き状の構造を有す
る、請求項１〜７のいずれかに記載の電解液タンク。
【請求項１４】前記織布は、経糸方向および緯糸方向
ともに、４００ｋｇｆ／ｉｎ以上の強度を有する、請求
項２に記載の電解液タンク。
【請求項１５】有機繊維からなる織布にゴムを被覆し
た引布を、１層以上積層して膜材とし、これに圧力と熱
を利用して加硫または架橋させて加硫膜材とし、その後
加硫膜材をプレス接合して袋状に仕上げる、電解液タン
クの製造方法。
【請求項１６】前記加硫膜材を、未加硫ゴムを介して
プレス接合して袋状に仕上げる、請求項１５に記載の電
解液タンクの製造方法。