JP2000030729A

JP2000030729A - 電解液流通型二次電池

Info

Publication number: JP2000030729A
Application number: JP10195733A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Ikeuchi; 淳夫池内; 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: 1998-07-10
Filing date: 1998-07-10
Publication date: 2000-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】放熱性能が高く、タンクの復旧工事等の容易
な電解液貯蔵タンクを備える電解液流通型二次電池１を
提供する。【解決手段】連通された２以上のユニット容器９を主
要構成物とする電解液貯蔵タンクを備える電解液流通型
二次電池とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解液貯蔵タンク
からの電解液を電池セル内に流通させ、充電または放電
する電解液流通型二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、電解液流通型二次電池の１種で
ある、レドックスフロー型二次電池の概略構成図であ
る。レドックスフロー型二次電池１は、流通型電池セル
２（以下、単に、セル２という）、そのセル用に電解液
を貯蔵する正極液貯蔵タンク３および負極液貯蔵タンク
４を備えている。セル２内は、たとえば、イオン交換膜
からなる隔膜５によって仕切られており、一方側が正極
セル２ａを、また他方側が負極セル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６または負極７が設けられている。

【０００３】正極セル２ａには、循環経路を形成する、
正極液を導入するための正極液導入管１１および正極液
を流出させる正極液流出管１２が連通されている。正極
液導入管１１の一端および正極液流出管１２の一端は、
正極液貯蔵タンク３に連通されている。負極セル２ｂに
は、同じく循環経路である、負極液を導入するための負
極液導入管１３および負極液を流出させる負極液流出管
１４が連通されている。負極液導入管１３の一端および
負極液流出管１４の一端は、負極液貯蔵タンク４に連通
されている。

【０００４】電解液貯蔵タンクの１種である、図６に示
したレドックスフロー型二次電池１では、たとえば、バ
ナジウムイオンのような原子価の変化するイオンの水溶
液を正極液貯蔵タンク３および負極液貯蔵タンク４に貯
蔵し、これをポンプＰ₁およびＰ₂により流通型電池セ
ル２に送液し、酸化還元反応により充電および放電を行
なう。

【０００５】たとえば、正極活物質としてＶ⁵⁺／Ｖ
⁴⁺を、また負極活物質としてＶ²⁺／Ｖ³⁺を用い、電解液
として、それぞれの硫酸溶液を用いた場合、充電時の各
酸化還元系の正極６または負極７における電池反応は次
のようになる。

【０００６】正極：Ｖ⁴⁺→Ｖ⁵⁺＋ｅ負極：Ｖ³⁺＋ｅ→Ｖ²⁺ 上記の反応は、充電反応での正極および負極における電
池反応であるが、放電反応ではそれぞれの電極において
逆向きの反応が進行する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】次に、従来の電解液流
通型二次電池の問題点を項目に分けて説明する。

【０００８】（１）従来の電解液流通型二次電池に使
用される電解液貯蔵タンクは、貯蔵電力量に必要な電解
液を集中的に大規模に貯蔵させる方式であるために、タ
ンク１基当たりの容積が大きくなる。

【０００９】このため、電解液量１単位あたりの電解液
貯蔵タンクの表面積が小さくなり、電解液貯蔵タンク表
面から外部への放熱性能が悪くなる。したがって、電解
液流通型二次電池の運転時に発生する熱を電解液タンク
表面からの自然放冷だけでは十分に冷却することができ
ない問題を有していた。ここで、放熱性能とは、電解液
貯蔵タンクの単位表面積当たり単位時間に放散される熱
量をさす。

【００１０】このため、従来の電解液流通型二次電池で
は、一時的に運転を停止して電解液を冷却させるか、ま
たは電解液の温度上昇を抑制するために、冷却装置を設
置して強制的に電解液を冷却する必要があった。この冷
却装置を備えた電解液流通型二次電池では、冷却装置を
運転するための余分の電力が必要であり、このため電池
システム全体の効率を低下させる。また、冷却装置の設
置による設備投資のコストアップやメインテナンスコス
トの発生、強制冷却装置の設置スペースの必要性、騒音
発生などの多くの問題が生じる。

【００１１】（２）電解液を集中的に大規模タンクに
貯蔵する従来の方式では、たとえば何らかの事故により
タンクの一部が破損して漏れが発生した場合、そのタン
クを復旧させるために電解液のすべてを抜き取り、大規
模な復旧工事をする必要がある。

【００１２】（３）電解液流通型二次電池の電解液貯
蔵タンクは、電解液が酸素によって酸化して劣化するの
を防止するために、密封して、上記タンク内部に窒素ガ
スを封入し、空気と遮断している。このために、上記タ
ンクはこの封入ガスの内圧に耐える構造とする必要があ
る。たとえば、タンク容量が１００ｍ³を超えるような
大型電池システムを想定した場合、電解液を集中的に大
規模貯蔵タンクに貯蔵する従来の方式では、このような
内圧に耐える大規模タンクを製造するために、多くの経
済的困難および技術的困難を伴う。また、内圧試験も大
掛かりなものとなる。

【００１３】（４）電解液流通型二次電池の電力貯蔵
容量は、用途に応じて大から小まで千差万別であり、各
種の容量のものを製造する必要がある。従来方式の大規
模タンクにより、これに応えようとすると、各種サイズ
のタンクを製造する必要がある。このため、従来方式に
よる場合には、多種類のタンクのラインアップを持つ必
要があり、多品種生産に伴うコスト増加、管理コストの
増加などの問題を生ずる。

【００１４】大規模タンクにより電解液を貯蔵する方式
では、上記の問題の他に、シャントカレントロスの低減
対策を行ないにくい、電解液の利用率向上を図りにくい
等の問題を生じていた。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の基本的な電解液
流通型二次電池は、次のような構造をとる。すなわち、
電池セルと、電池セルへ正極液または負極液を循環供給
するための循環経路と、循環経路内に設けられ、正極液
または負極液を蓄える、連通された２以上のユニット容
器を主要構成物とする電解液貯蔵タンクとを備える構造
とする。

【００１６】このような構造の電解液貯蔵タンクを備え
ることにより、電解液を冷却するために、運転を一時的
に中止したり、または電解液を強制的に冷却する装置を
設置する必要がなくなる。これはユニット容器を連通す
るために全体の容積に対する表面積の割合が増え、この
結果、電解液貯蔵タンク表面からの放熱性能が高まり、
電解液の温度上昇が抑制されるからである。

【００１７】また、ユニット容器の一部で破損して漏れ
が発生しても、その部分のみを取り換えるだけで済むの
で、大がかりな復旧工事は必要ではない。また、１つの
大きな電解液貯蔵タンクを製造する方法に比べて、ユニ
ット容器をつなぎ合わせるだけなので製造方法も簡単で
ある。

【００１８】また、数個のユニット容器毎に区分けした
ブロック毎に内圧試験を行なうことができるので、大規
模タンクの内圧試験に比べて工数が大幅に低減される。
さらに、電解液貯蔵タンクの製造のために多くの部品を
ストックしておく必要はなく、ユニット容器とその接続
に関連する部品をストックしておけばよいのでコストア
ップは最小限に抑えられる。

【００１９】一般に、シャントカレントロスを低減する
ために、電気的に直列接続された電池セルスタックをい
くつかに区分けして、その区分けされた電池セルスタッ
クに電解液を独立に供給する方法が採用される。上記の
ようなユニット容器の連通という構成を採用することに
より、区分けされた独立の電解液供給が、容易に可能と
なる。

【００２０】また、ユニット容器が直列に連通された電
解液貯蔵タンクにおいては、充電深度の異なる電解液の
混合均一化が容易に行なわれず、充電時には充電深度の
低い電解液がセルに供給され、また放電時には充電深度
の高い電解液がセルに供給されるので電解液の利用効率
を向上させることが可能である。

【００２１】上記のユニット容器はその製造方法の容易
さ、また連通方法の容易さから次のようなユニット容器
とする場合が多い。すなわち、上記のユニット容器が、
パイプ状容器であり、そのパイプ状容器が縦置き、横置
きまたは斜置きの姿勢で規則的に配列され、直列、並列
または直列と並列の組合せの連通がなされている電解液
流通型二次電池とする。

【００２２】このようなパイプ状容器を用いることによ
り、電解液貯蔵タンクの表面積を十分広くとったうえで
コンパクトに空間を利用することができ、自然放冷によ
り電解液を冷却し、強制冷却装置等の設置を不必要とす
ることができる。すなわち、表面積が増えたからといっ
て敷地面積をあまり大規模にとる必要もなく、設置が容
易となる効果も得られる。

【００２３】また、パイプ状容器を直列接続した場合に
は、電解液の混合均一化が起き難いので、上記の電解液
利用効率の向上を確保することが容易である。

【００２４】上記のパイプ状容器は、内径が１００〜１
０００ｍｍで、長さが１０００ｍｍ以上のパイプ状容器
である場合が多い。

【００２５】このようなパイプ状容器の寸法とすること
により、容器としての特性を備え、また表面からの放熱
を効率よく行なうことができ、また製造上も多くの手間
を必要としない。

【００２６】上記の各種の電解液流通型二次電池では、
自然放冷をより確実に達成するために、つぎの装置を備
える構成をとる場合が多い。すなわち、上記電解液貯蔵
タンクが、その周囲を囲む直射日光を遮る部材と、その
囲まれた内部の通気性を確保する通気構造と、を備えて
いるものとする。

【００２７】上記の構成により、直射日光が遮られ、空
気の流通も確保されるので、自然放冷が強化される。

【００２８】

【発明の実施の形態】図１は、ユニット容器９としてパ
イプ状容器１０を採用し、このパイプ状容器１０を縦置
きし、並列連通した場合の本発明の電解液貯蔵タンクの
基本的な構成を示す図である。縦置きされたパイプ状容
器１０は、隣り同士、相互に連通管８によって並列に連
通されて一体化している。パイプ状容器１０の配列は、
碁盤目配列または千鳥配列として、隣り合うパイプの距
離は、設置スペースの寸法や放熱量の設計によって任意
に選定することができる。

【００２９】図１では、電解液貯蔵タンクとしては、１
つの電極当たり２本以上のパイプ状容器が配置され、こ
れらパイプ状容器を連通させて一体化させている。この
パイプ状容器のパイプ素材は、内径１００〜１０００ｍ
ｍ、厚さ１〜２０ｍｍ、長さ１０００ｍｍ以上の寸法を
有する。

【００３０】パイプ状容器の材質は、塩化ビニールやポ
リエチレンなどのプラスチック材料、ＦＲＰ樹脂、内面
を樹脂で被覆した鉄合金などの金属製パイプ等の耐薬品
性素材を使用することにより、長時間の電解液に対する
耐久性や絶縁性に優れる電解液貯蔵タンクを提供するこ
とができる。

【００３１】このような構成により、電池から発生する
熱を電解液タンク本体のみの自然冷却によって冷却する
ことが可能となる。また電解液タンクの一部で破損等が
生じた場合にも、そのパイプ状容器のみを取り換えれば
よいので、大規模タンクの復旧と比べて修理が容易であ
る。

【００３２】また、高圧容器としての製造も容易であ
り、内圧試験もいくつかのブロックに分けて行なうので
試験がやりやすい。さらに、ユニット化により、多くの
部品をストックする必要もなくなり、ストック部品の品
種が少なくなってコストダウンにつなげることができ
る。

【００３３】また、シャントカレントロスを低減するた
めに、いくつかに区分けした電池セルスタック群のそれ
ぞれに、独立に電解液を供給する方式が容易となる。こ
のため、大規模化に不可欠のシャントカレントロスの低
減対策が容易となり、実用化に適応した電池システムと
することが容易となる。

【００３４】図２は、ユニット容器としてパイプ状容器
を採用し、その配置を横置き段積み方式とした本発明の
電解液貯蔵タンクを示す図である。横置き段積み方式と
することにより、パイプ状容器の支持方法が、図１で示
した縦置き方式と比較すると、容易となっている。ま
た、図２では、電解液貯蔵タンクを構成する各パイプ状
容器が直列に連通された構造を有している。

【００３５】この構造とすることにより、充電深度の異
なる電解液が容易に均一に混合されにくくなり、放電時
には、充電深度の高い電解液がセルに供給され、また充
電時には、充電深度の低い電解液がセルに供給されるの
で電解液の利用効率を向上させることが可能となる。

【００３６】パイプ状容器を採用すれば、パイプという
その細長い形状から充電深度の異なる電解液の混合均一
化が簡単に起り難いため、図１のような並列連通したパ
イプ状容器であっても、電解液の利用効率の向上は期待
できるが、図２のような直列連通の場合は、一層電解液
の混合均一化が起き難いので、上記の電解液の利用効率
をさらに向上させることができる。

【００３７】上記の効果のほかに、補修のし易さ、製造
と内圧試験のし易さ、ストック部品点数の少数化、シャ
ントカレントロスの低減等については、図１と同様な効
果を確保することができる。

【００３８】図３は、パイプ状容器が、直接に直列につ
なぎ合わされた部分を含む構成を示す図である。このよ
うに、各パイプ状容器の間に連通管８を用いずに、パイ
プ状容器を直接連通することによって、図２に示すよう
な直列接続の電解液貯蔵タンクを構成することができ
る。

【００３９】図４および図５は、パイプ状容器を縦置き
および段積み横置きした場合の本発明の電解液貯蔵タン
クの基本的な構成を示す図である。図４および図５にお
いては各電解液タンクにおいて、パイプ状容器群の周囲
と上面とを遮光性のあるカバー２１で覆う構造を有す
る。

【００４０】この遮光カバー２１を設けることにより、
電解液貯蔵タンクを屋外に設置した場合、直射日光の影
響による外部からの加熱を抑制することができる。ま
た、遮光カバーとして、天井にルーバ（鎧状の通気孔）
２３を採用することにより通気性を損なわずに遮光する
ことができる。さらに、ルーバ２３を開閉式とすること
により、遮光カバー内を流れる気流の条件を制御するこ
とができる。遮光カバーは、パイプ状容器群の下面まで
完全に覆わずに、下面に通気孔および防液ピット２２を
設ける構造とすることにより、放熱時の対流作用によっ
て上昇気流を発生させ煙突効果により放熱性能の向上が
期待できる。

【００４１】

【発明の効果】本発明に係る電解液流通型二次電池の効
果は、次のように多岐にわたる。

【００４２】（１）電解液タンクをパイプ状容器群と
することにより、必要とする放熱性能に応じて構成する
パイプ状容器の寸法、数量、配列方法を選定することに
よって任意に設計することができる。このため、電池か
ら発生する熱を電解液貯蔵タンク本体のみの自然冷却に
よって冷却することが可能となる。

【００４３】（２）パイプ状容器群を使用した電解液
貯蔵タンクにおいては、万一事故によりパイプ状容器が
破損した場合にも、当該パイプ状容器のみを復旧すれば
よいので、集中大規模タンク方式と比較して修理工事が
極めて容易である。

【００４４】（３）大規模タンク方式と比較した場
合、パイプ状容器の場合は、容器１本を小型化すること
が容易なので圧力設計が容易となる。また、工場での内
圧試験も、いくつかのユニット容器毎に区分けして試験
を行ないやすい。

【００４５】（４）パイプ状容器の数量によって貯蔵
容量を決定することができるので設計製造品質の管理が
しやすくなり、大量の電解液貯蔵の対応も容易である。

【００４６】（５）大規模タンク方式と比べると、電
池とタンクの間の循環系を分離して独立して電解液を供
給することが容易なので、シャントカレントロスを低減
する構成とすることが容易となる。

【００４７】（６）パイプ状容器を用いることによ
り、充電深度の異なる電解液の混合均一化が起き難くな
り、充電または放電に応じてそれぞれに適した充電深度
の電解液をセル内に供給でき、電解液の利用率の向上の
メリットが期待できる。

【００４８】上記の効果はレドックスフロー型二次電池
を例として説明したが、本発明は電解液を流通させて充
電または放電する二次電池であればいずれの電池に対し
ても応用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ユニット容器としてパイプ状容器を採用し、縦
置き並列連通した本発明の電解液貯蔵タンクを示す図で
ある。

【図２】パイプ状容器を直列接続し段積み横置きした本
発明の電解液貯蔵タンクを示す図である。

【図３】連通管を介さずに直列接続されたパイプ状容器
の部分を含む図である。

【図４】周囲に、遮光カバー、通風孔と防液ピットおよ
びルーバを設けた縦置きしたパイプ状容器を含む本発明
の電解液貯蔵タンクを示す図である。

【図５】周囲に、遮光カバー、通風孔と防液ピットおよ
びルーバを設けた横置き段積みしたパイプ状容器を含む
本発明の電解液貯蔵タンクを示す図である。

【図６】従来の一般的な電解液流通型二次電池の１種で
あるレドックスフロー型二次電池の概略構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１電解液流通型二次電池（レドックスフロー型二次電
池）２電解液流通型二次電池セル２ａ正極セル２ｂ負極セル３正極液貯蔵タンク４負極液貯蔵タンク５隔膜６正極７負極８連通管９ユニット容器１０ユニット容器の１種としてのパイプ状容器１１正極液導入管１２正極液流出管１３負極液導入管１４負極液流出管２１遮光カバー２２通風孔および防液ピット２３ルーバＰ₁、Ｐ₂ ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 CC01 CX06 HH03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池セルと、前記電池セルへ正極液または負極液を循環供給するため
の循環経路と、前記循環経路内に設けられ、前記正極液または負極液を
蓄える、連通された２以上のユニット容器を主要構成物
とする電解液貯蔵タンクと、を備える電解液流通型二次
電池。
【請求項２】前記ユニット容器が、パイプ状容器であ
り、そのパイプ状容器が縦置き、横置きまたは斜置きの
姿勢で規則的に配列され、直列、並列または直列と並列
の組合せの連通がなされている請求項１の電解液流通型
二次電池。
【請求項３】前記ユニット容器が、内径１００〜１００
０ｍｍ、長さ１０００ｍｍ以上を有するパイプ状容器で
ある請求項１または２に記載の電解液流通型二次電池。
【請求項４】前記電解液貯蔵タンクが、その周囲を囲む
直射日光を遮る部材と、その囲まれた内部の通気性を確
保する通気構造と、を備えている請求項１〜３のいずれ
かに記載の電解液流通型二次電池。