JP2000200618A - 高出力バナジウムレドックス電池 - Google Patents
高出力バナジウムレドックス電池Info
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- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
- B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
- B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2200/00—Type of vehicles
- B60L2200/26—Rail vehicles
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ハイブリッド自動車及び電車やエレベーター
等の短時間に繰り返し起動と停止を行うパワ−貯蔵装置
としての高出力バナジウムレドックス電池を提供するこ
とにある。 【解決手段】 極室に電解液を封じて充放電を行う液静
止型バナジウムレドックス電池において、電解液を保持
しうる伝導性の良い多孔性電極およびバナジウムイオン
の電子交換反応活性の高い反応性電極からなる２層電極
を構成し、該多孔性電極はバイポーラ板側に、一方該反
応性電極はイオン交換膜側に配置することにより、電流
密度が１０〜２５００mA/cm2、単セルの電圧が１．７０
Ｖ〜０Ｖの広い範囲に亙って急速な充放電を繰り返すこ
とを可能にした。
等の短時間に繰り返し起動と停止を行うパワ−貯蔵装置
としての高出力バナジウムレドックス電池を提供するこ
とにある。 【解決手段】 極室に電解液を封じて充放電を行う液静
止型バナジウムレドックス電池において、電解液を保持
しうる伝導性の良い多孔性電極およびバナジウムイオン
の電子交換反応活性の高い反応性電極からなる２層電極
を構成し、該多孔性電極はバイポーラ板側に、一方該反
応性電極はイオン交換膜側に配置することにより、電流
密度が１０〜２５００mA/cm2、単セルの電圧が１．７０
Ｖ〜０Ｖの広い範囲に亙って急速な充放電を繰り返すこ
とを可能にした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、短時間率で急速に
大電流の充放電を行うハイブリッド車等のパワ−貯蔵装
置として使用できる電池に関するものである。
大電流の充放電を行うハイブリッド車等のパワ−貯蔵装
置として使用できる電池に関するものである。
【０００２】［発明の背景］現在、世界の大都市におけ
る大気汚染が進行し、最大の汚染源である自動車の排気
ガスを清浄にすることが厳しく求められている。米国の
カルフォルニア州では２０１０年までにＺＥＶ(Zero Em
ission Vehicle)を導入する事を決定し、販売台数の１
０％をＺＥＶにするように義務づけている。自動車に限
らず、電車やエレベーター、クレーン等のモーターの起
動時に大電流を供給し、停止時の回生エネルギー蓄積が
可能なパワー貯蔵装置があれば、エネルギーを大幅に節
約でき地球環境問題の解決に大きな貢献をすることがで
きる。
る大気汚染が進行し、最大の汚染源である自動車の排気
ガスを清浄にすることが厳しく求められている。米国の
カルフォルニア州では２０１０年までにＺＥＶ(Zero Em
ission Vehicle)を導入する事を決定し、販売台数の１
０％をＺＥＶにするように義務づけている。自動車に限
らず、電車やエレベーター、クレーン等のモーターの起
動時に大電流を供給し、停止時の回生エネルギー蓄積が
可能なパワー貯蔵装置があれば、エネルギーを大幅に節
約でき地球環境問題の解決に大きな貢献をすることがで
きる。
【０００３】トヨタ自動車(株）が世界に先駆け発売し
たハイブリッドカー「プリウス」にはＮｉーＨ電池が搭
載され、燃費約２倍、排出ガス濃度約１０分の１が達成
されており、省エネルギーと環境に優しい車として今後
急速に普及することが予想される。ハイブリッド自動車
はエンジンと電気モ−タ−の二つの動力源を持ち、それ
ぞれを最も効率的に運転させ省エネルギ−と低公害性を
両立させようとするものである。
たハイブリッドカー「プリウス」にはＮｉーＨ電池が搭
載され、燃費約２倍、排出ガス濃度約１０分の１が達成
されており、省エネルギーと環境に優しい車として今後
急速に普及することが予想される。ハイブリッド自動車
はエンジンと電気モ−タ−の二つの動力源を持ち、それ
ぞれを最も効率的に運転させ省エネルギ−と低公害性を
両立させようとするものである。
【０００４】ハイブリッド乗用車、バス、トラック等の
エンジンとの組み合わせによる排気ガスの清浄化と省エ
ネルギー化、モーターとの組み合わせによる省エネルギ
ー化が可能な装置として高出力バナジウム電池は前途有
望である。エンジンは最適燃費点においてできるだけ一
定回転させ、加速時に電動モ−タ−を使用し、減速時に
は電動モ−タ−を発電機として使用してエネルギ−を回
収する。このために、ハイブリッドカ−に使用されるパ
ワ−貯蔵装置は瞬間的に大電流を出し入れできること
と、１０万サイクル以上の耐久性が要求される。電気自
動車とは違いエネルギ−密度(kWh/kg)はそれほど重要な
因子とはならない。
エンジンとの組み合わせによる排気ガスの清浄化と省エ
ネルギー化、モーターとの組み合わせによる省エネルギ
ー化が可能な装置として高出力バナジウム電池は前途有
望である。エンジンは最適燃費点においてできるだけ一
定回転させ、加速時に電動モ−タ−を使用し、減速時に
は電動モ−タ−を発電機として使用してエネルギ−を回
収する。このために、ハイブリッドカ−に使用されるパ
ワ−貯蔵装置は瞬間的に大電流を出し入れできること
と、１０万サイクル以上の耐久性が要求される。電気自
動車とは違いエネルギ−密度(kWh/kg)はそれほど重要な
因子とはならない。
【０００５】現在、Ｎｉ−Ｈ電池，Ｌｉ電池等と共に、
エネルギ密度は低いがサイクル寿命の制約のない２重層
容量（以下、ＤＬＣと略記する）も検討されている。ハ
イブリッド自動車の電池はまだ開発途上にあり、現在、
トヨタ（株）の「プリウス」に搭載されているＮｉ−Ｈ
電池もＳＯＣを1/3にしてサイクル寿命を稼いでいる状
態であり、安価で信頼性のあるパワ−貯蔵装置の開発が
待望されている。
エネルギ密度は低いがサイクル寿命の制約のない２重層
容量（以下、ＤＬＣと略記する）も検討されている。ハ
イブリッド自動車の電池はまだ開発途上にあり、現在、
トヨタ（株）の「プリウス」に搭載されているＮｉ−Ｈ
電池もＳＯＣを1/3にしてサイクル寿命を稼いでいる状
態であり、安価で信頼性のあるパワ−貯蔵装置の開発が
待望されている。
【０００６】液静止型のバナジウム電池（以下、Ｖ電池
と略記する）は、ＤＬＣと同じく活物質が液体であるた
め、固相と液相の相転移が無くサイクル寿命の制約がな
いこと、大電流の急速な充放電が可能なこと、Ｖイオン
の酸化還元反応により電気を蓄積するためＤＬＣよりも
エネルギ−密度が大きい等の理由により、ハイブリッド
車のパワ−貯蔵装置として大きな可能性を秘めている。
と略記する）は、ＤＬＣと同じく活物質が液体であるた
め、固相と液相の相転移が無くサイクル寿命の制約がな
いこと、大電流の急速な充放電が可能なこと、Ｖイオン
の酸化還元反応により電気を蓄積するためＤＬＣよりも
エネルギ−密度が大きい等の理由により、ハイブリッド
車のパワ−貯蔵装置として大きな可能性を秘めている。
【０００７】
【従来の技術】ハイブリッド自動車の電池は、Ｎｉ−Ｈ
電池、Ｌｉ電池、電気２重層コンデンサ−等が主に研究
開発されてきているが、実際に使用されているのはＮｉ
−Ｈ電池である。Ｎｉ−Ｈ電池やＬｉ電池は完全放電を
行うとサイクル寿命が２０００サイクル程度しかもたな
いため、放電容量を1/3程度に制限して使用することに
より１０万サイクル以上の寿命を達成している。
電池、Ｌｉ電池、電気２重層コンデンサ−等が主に研究
開発されてきているが、実際に使用されているのはＮｉ
−Ｈ電池である。Ｎｉ−Ｈ電池やＬｉ電池は完全放電を
行うとサイクル寿命が２０００サイクル程度しかもたな
いため、放電容量を1/3程度に制限して使用することに
より１０万サイクル以上の寿命を達成している。
【０００８】一方、電気２重層コンデンサ−は、導電体
（電極）の表面と電解液の界面においてイオンの分極に
より電気を蓄積するので、急速な充放電負荷に対応で
き、サイクル寿命の制約はないという特徴を有するが、
イオンの酸化還元反応を伴わないのでエネルギ−密度が
非常に小さいという欠点を有する。Ｖ電池は大電流の急
速充放電負荷に対応できるというＤＬＣの特性と２次電
池の酸化還元反応による電気の蓄積ができるのでエネル
ギ−密度が大きいという両者の長所を有するので、ハイ
ブリッド車のパワ−貯蔵装置として注目を浴びてきてい
る。
（電極）の表面と電解液の界面においてイオンの分極に
より電気を蓄積するので、急速な充放電負荷に対応で
き、サイクル寿命の制約はないという特徴を有するが、
イオンの酸化還元反応を伴わないのでエネルギ−密度が
非常に小さいという欠点を有する。Ｖ電池は大電流の急
速充放電負荷に対応できるというＤＬＣの特性と２次電
池の酸化還元反応による電気の蓄積ができるのでエネル
ギ−密度が大きいという両者の長所を有するので、ハイ
ブリッド車のパワ−貯蔵装置として注目を浴びてきてい
る。
【０００９】Ｖ電池をハイブリッド自動車のパワ−貯蔵
装置として使用する試みは、野崎、根岸、津田、金子
（電総研）、内山（埼玉工大）、高畠（三井造船）ら
（第３７回電池討論会予稿集１CO4 P.351(1996)）、第
３９回電池討論会予稿集 3B06,p.183(1998)）によって
初めて行われ、彼らは電極面積０．２８cm2の小型セル
を製作し、電流密度１A/cm2の電池を製作する事ができ
ると述べている。本発明者らは電力貯蔵電池として使用
するために、液循環型のＶ電池の開発を行ってきてお
り、これまでに電解液の経済的な製造法（特開平６−２
８３６９号外）、高活性電極の開発（特開平６−２６９
９５６号）、耐酸化性イオン交換膜の開発（特開平４−
４０４３号）等の技術蓄積を行ってきた。これらの技術
を集積し、Ｖ電池の特性を十分に引き出せば、経済的で
環境に調和するハイブリッド自動車用の電池を開発する
ことが可能と考えて鋭意研究開発を行ってきた。しかし
ながら、Ｖ電池をハイブリッド車のパワ−貯蔵装置とし
て実用化する研究開発は、野崎らによる実験的報告以外
は皆無であり、実用性のある世界において、全く行われ
ておらず早急な技術開発が待望されている。ハイブリッ
ド自動車のパワ−貯蔵装置は、小型車用で出力密度５０
０W/kg、充放電時間１分−１分程度の性能が必要とされ
ている。また、回生エネルギ−を貯蔵するため自動車の
１日あたりの充放電回数は１００回程度と予想され、３
年間では約１０万サイクル程度の寿命が必要となる。ハ
イブリッド自動車のパワ−貯蔵装置はこれらの特性を有
しなければならない。
装置として使用する試みは、野崎、根岸、津田、金子
（電総研）、内山（埼玉工大）、高畠（三井造船）ら
（第３７回電池討論会予稿集１CO4 P.351(1996)）、第
３９回電池討論会予稿集 3B06,p.183(1998)）によって
初めて行われ、彼らは電極面積０．２８cm2の小型セル
を製作し、電流密度１A/cm2の電池を製作する事ができ
ると述べている。本発明者らは電力貯蔵電池として使用
するために、液循環型のＶ電池の開発を行ってきてお
り、これまでに電解液の経済的な製造法（特開平６−２
８３６９号外）、高活性電極の開発（特開平６−２６９
９５６号）、耐酸化性イオン交換膜の開発（特開平４−
４０４３号）等の技術蓄積を行ってきた。これらの技術
を集積し、Ｖ電池の特性を十分に引き出せば、経済的で
環境に調和するハイブリッド自動車用の電池を開発する
ことが可能と考えて鋭意研究開発を行ってきた。しかし
ながら、Ｖ電池をハイブリッド車のパワ−貯蔵装置とし
て実用化する研究開発は、野崎らによる実験的報告以外
は皆無であり、実用性のある世界において、全く行われ
ておらず早急な技術開発が待望されている。ハイブリッ
ド自動車のパワ−貯蔵装置は、小型車用で出力密度５０
０W/kg、充放電時間１分−１分程度の性能が必要とされ
ている。また、回生エネルギ−を貯蔵するため自動車の
１日あたりの充放電回数は１００回程度と予想され、３
年間では約１０万サイクル程度の寿命が必要となる。ハ
イブリッド自動車のパワ−貯蔵装置はこれらの特性を有
しなければならない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ハイブリッ
ド自動車及び電車やエレベーター等の短時間に繰り返し
起動と停止を行うパワ−貯蔵装置としての高出力バナジ
ウムレドックス電池を提供することにある。ハイブリッ
ド自動車のパワ−貯蔵装置は、小型車用で出力密度５０
０W/kg、充放電時間１分−１分程度の性能が必要とされ
ている。また、回生エネルギ−を貯蔵するため自動車の
１日あたりの充放電回数は１００回程度と予想され、３
年間では約１０万サイクル程度の寿命が必要となる。ハ
イブリッド自動車のパワ−貯蔵装置はこれらの特性を有
しなければならない。
ド自動車及び電車やエレベーター等の短時間に繰り返し
起動と停止を行うパワ−貯蔵装置としての高出力バナジ
ウムレドックス電池を提供することにある。ハイブリッ
ド自動車のパワ−貯蔵装置は、小型車用で出力密度５０
０W/kg、充放電時間１分−１分程度の性能が必要とされ
ている。また、回生エネルギ−を貯蔵するため自動車の
１日あたりの充放電回数は１００回程度と予想され、３
年間では約１０万サイクル程度の寿命が必要となる。ハ
イブリッド自動車のパワ−貯蔵装置はこれらの特性を有
しなければならない。
【００１１】本発明者らは、これらの課題を達成するた
めに、鋭意研究開発を行った結果、大電流の急速充放電
負荷に対して優れた挙動をし、１０万サイクル以上の耐
久性を有し、１．７０Ｖ〜０Ｖの定電圧充放電におい
て、放電の最大電流密度が５００mA/cm2以上であり、好
ましくは７００mA/cm2〜２２００mA/cm2である高出力バ
ナジウムレドックス電池を完成するに至った。
めに、鋭意研究開発を行った結果、大電流の急速充放電
負荷に対して優れた挙動をし、１０万サイクル以上の耐
久性を有し、１．７０Ｖ〜０Ｖの定電圧充放電におい
て、放電の最大電流密度が５００mA/cm2以上であり、好
ましくは７００mA/cm2〜２２００mA/cm2である高出力バ
ナジウムレドックス電池を完成するに至った。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、極室に
電解液を封じて充放電を行う液静止型バナジウムレドッ
クス電池において、十分量の電解液を保持しうる伝導性
の良い多孔性電極およびバナジウムイオンの電子交換反
応活性の高い反応性電極からなる２層電極を構成し、該
多孔性電極はバイポーラ板側に、一方該反応性電極はイ
オン交換膜側に配置することにより、電流密度が１０〜
２５００mA/cm2、単セルの電圧が１．７０Ｖ〜０Ｖの広
い範囲に亙って急速な充放電を繰り返すことを可能にし
た高出力バナジウムレドックス電池が提供される。
電解液を封じて充放電を行う液静止型バナジウムレドッ
クス電池において、十分量の電解液を保持しうる伝導性
の良い多孔性電極およびバナジウムイオンの電子交換反
応活性の高い反応性電極からなる２層電極を構成し、該
多孔性電極はバイポーラ板側に、一方該反応性電極はイ
オン交換膜側に配置することにより、電流密度が１０〜
２５００mA/cm2、単セルの電圧が１．７０Ｖ〜０Ｖの広
い範囲に亙って急速な充放電を繰り返すことを可能にし
た高出力バナジウムレドックス電池が提供される。
【００１３】本発明の他の態様によれば、前記バイポー
ラ板と２層電極との間に、熱伝導性の高い放熱板が前記
反応性電極と接して装着されており、これにより電池セ
ル内で発生する熱を除去することを特徴とする高出力バ
ナジウムレドックス電池が提供される。
ラ板と２層電極との間に、熱伝導性の高い放熱板が前記
反応性電極と接して装着されており、これにより電池セ
ル内で発生する熱を除去することを特徴とする高出力バ
ナジウムレドックス電池が提供される。
【００１４】本発明の他の態様によれば、前記バイポー
ラ板はその中央部が導電性材料からなり、その周縁部が
絶縁材料からなり、且つ両材料が熱溶着により一体化さ
れていると共に、該導電性材料に２層電極も溶着されて
いることを特徴とする高出力バナジウムレソックス電池
が提供される。
ラ板はその中央部が導電性材料からなり、その周縁部が
絶縁材料からなり、且つ両材料が熱溶着により一体化さ
れていると共に、該導電性材料に２層電極も溶着されて
いることを特徴とする高出力バナジウムレソックス電池
が提供される。
【００１５】本発明の他の態様によれば、電解液を挿入
するマニホールド及び排出するマニホールドを全てセル
の上部に設け、電解液をセル内の電極に電解液を十分に
浸した後、マニホールドから除くことにより、シャント
ロスを抑えることを可能にしたことを特徴とする請求項
１記載の高出力バナジウムレドックス電池。
するマニホールド及び排出するマニホールドを全てセル
の上部に設け、電解液をセル内の電極に電解液を十分に
浸した後、マニホールドから除くことにより、シャント
ロスを抑えることを可能にしたことを特徴とする請求項
１記載の高出力バナジウムレドックス電池。
【００１６】本発明の他の態様によれば、単位電池セル
を押さえるための押さえ板として、ハニカム板やカーボ
ンファイバー入り樹脂板を使用し、ボルト・ナットも樹
脂製にして軽量化することを特徴とするバナジウムレド
ックス電池が提供される。
を押さえるための押さえ板として、ハニカム板やカーボ
ンファイバー入り樹脂板を使用し、ボルト・ナットも樹
脂製にして軽量化することを特徴とするバナジウムレド
ックス電池が提供される。
【００１７】本発明の他の態様によれば、前記イオン交
換膜が耐酸化性のあるポリスルホン系、またはフッ素系
のイオン交換膜であることを特徴とする高出力バナジウ
ムレドックス電池が提供される。
換膜が耐酸化性のあるポリスルホン系、またはフッ素系
のイオン交換膜であることを特徴とする高出力バナジウ
ムレドックス電池が提供される。
【００１８】本発明の他の態様によれば、バナジウム電
解液に添加剤を添加し、２mol以上のバナジウム濃度に
おいてもバナジウムの重合を防止することを特徴とする
が提供される。
解液に添加剤を添加し、２mol以上のバナジウム濃度に
おいてもバナジウムの重合を防止することを特徴とする
が提供される。
【００１９】
【実施の実施の形態】ここで使用される用語「高出力」
とは、１．７０Ｖ〜０Ｖ、好ましくは１．６５Ｖ〜０．
５Ｖの定電圧充放電において、放電の最大電流密度が５
００mA/cm2以上であり、好ましくは７００mA/cm2〜２２
００mA/cm2であることをいう。
とは、１．７０Ｖ〜０Ｖ、好ましくは１．６５Ｖ〜０．
５Ｖの定電圧充放電において、放電の最大電流密度が５
００mA/cm2以上であり、好ましくは７００mA/cm2〜２２
００mA/cm2であることをいう。
【００２０】本発明の高出力バナジウムレドックス電池
の第１の特徴は、２層電極（１）を採用したことにあ
る。重量あたりの出力を究極まで高めるために、本発明
者らはまず図１に示すような２層電極のセルを開発し
た。Ｖ電池の全抵抗は電極やバイポ−ラ板のオ−ミック
な抵抗、イオン交換膜の抵抗、電解液の電導度、電極面
で反応するＶイオンの反応速度、Ｖイオンの電極表面へ
の拡散速度等の総和である。高出力を得るためには各抵
抗を可能な限り少なくする必要がある。本発明者らは、
鋭意検討した結果、バイポーラ板（２）側に電解液を保
持する多孔性電極（３）を配し、イオン交換膜（４）側
にＶイオンの電子交換反応活性の高い反応性電極（５）
を配することにより、従来の電流密度の約２０倍の電流
密度が達成されることを見いだした。
の第１の特徴は、２層電極（１）を採用したことにあ
る。重量あたりの出力を究極まで高めるために、本発明
者らはまず図１に示すような２層電極のセルを開発し
た。Ｖ電池の全抵抗は電極やバイポ−ラ板のオ−ミック
な抵抗、イオン交換膜の抵抗、電解液の電導度、電極面
で反応するＶイオンの反応速度、Ｖイオンの電極表面へ
の拡散速度等の総和である。高出力を得るためには各抵
抗を可能な限り少なくする必要がある。本発明者らは、
鋭意検討した結果、バイポーラ板（２）側に電解液を保
持する多孔性電極（３）を配し、イオン交換膜（４）側
にＶイオンの電子交換反応活性の高い反応性電極（５）
を配することにより、従来の電流密度の約２０倍の電流
密度が達成されることを見いだした。
【００２１】Ｖイオンの電子交換反応は、正極、負極で
次のような反応が起きている。 充電時のＶイオンの化学反応： 正極； 2ＶＯ(ＳＯ4)＋2Ｈ2Ｏ ⇒ (ＶＯ2)2ＳＯ4＋２Ｈ+＋Ｈ2
ＳＯ4＋2ｅ- 負極； Ｖ2(ＳＯ4)3＋2ｅ- ⇒ 2Ｖ(ＳＯ4)＋ＳＯ4 2- 充電の時、正極においては４価のＶイオンが電子を放出
して５価のＶイオンに変わる。その時、水が分解されて
酸素がＶイオンに配位しプロトンが放出される。この時
溶液の電気的中性の条件が破れるため、プロトンはイオ
ン交換膜を通って負極側に移動し負極側で発生した硫酸
根とバランスして電気的中性の条件を取り戻す。
次のような反応が起きている。 充電時のＶイオンの化学反応： 正極； 2ＶＯ(ＳＯ4)＋2Ｈ2Ｏ ⇒ (ＶＯ2)2ＳＯ4＋２Ｈ+＋Ｈ2
ＳＯ4＋2ｅ- 負極； Ｖ2(ＳＯ4)3＋2ｅ- ⇒ 2Ｖ(ＳＯ4)＋ＳＯ4 2- 充電の時、正極においては４価のＶイオンが電子を放出
して５価のＶイオンに変わる。その時、水が分解されて
酸素がＶイオンに配位しプロトンが放出される。この時
溶液の電気的中性の条件が破れるため、プロトンはイオ
ン交換膜を通って負極側に移動し負極側で発生した硫酸
根とバランスして電気的中性の条件を取り戻す。
【００２２】放電時のＶイオンの化学反応： 正極； (ＶＯ2)2ＳＯ4＋2Ｈ2ＳＯ4＋2ｅ- ⇒ 2ＶＯ(ＳＯ4)＋
2Ｈ2Ｏ＋ＳＯ4 2- 負極； 2Ｖ(ＳＯ4)＋ＳＯ4 2- ⇒ Ｖ2(ＳＯ4)3＋2ｅ- 放電の時、逆反応が起こり５価のＶイオンが電子を吸収
して４価のＶイオンに変わる。その時、水が分解されて
酸素がＶイオンに配位しプロトンが放出される。この時
溶液の電気的中性の条件が破れるため、プロトンはイオ
ン交換膜を通って負極側に移動し負極側で発生した硫酸
根とバランスして電気的中性の条件を取り戻す。従っ
て、この反応はイオン交換膜のできるだけ近傍で行うほ
ど抵抗は低下する。
2Ｈ2Ｏ＋ＳＯ4 2- 負極； 2Ｖ(ＳＯ4)＋ＳＯ4 2- ⇒ Ｖ2(ＳＯ4)3＋2ｅ- 放電の時、逆反応が起こり５価のＶイオンが電子を吸収
して４価のＶイオンに変わる。その時、水が分解されて
酸素がＶイオンに配位しプロトンが放出される。この時
溶液の電気的中性の条件が破れるため、プロトンはイオ
ン交換膜を通って負極側に移動し負極側で発生した硫酸
根とバランスして電気的中性の条件を取り戻す。従っ
て、この反応はイオン交換膜のできるだけ近傍で行うほ
ど抵抗は低下する。
【００２３】本発明の２層電極はバイポーラ板側に電解
液を薄く引き延ばされた膜状に保持することが可能な多
孔性電極の使用により、Ｖイオンが電極表面に到達する
ための拡散速度を高めことができ、一方、膜側にＶイオ
ンの電子交換反応活性の高い電極を配したことによりＶ
イオンの反応の結果生じた過剰のプロトンや硫酸根が膜
を通過する際の通過速度を大幅に引き上げることが可能
となった結果、驚くべきことに出力電流密度を最大２．
２ A/cm2に達成させることができた。本発明の２層電極
は性能の異なる電極を複数枚使用するか、又は１枚の電
極において、電解液保持機能と交換反応活性機能を傾斜
機能としてを有するものであっても良い。
液を薄く引き延ばされた膜状に保持することが可能な多
孔性電極の使用により、Ｖイオンが電極表面に到達する
ための拡散速度を高めことができ、一方、膜側にＶイオ
ンの電子交換反応活性の高い電極を配したことによりＶ
イオンの反応の結果生じた過剰のプロトンや硫酸根が膜
を通過する際の通過速度を大幅に引き上げることが可能
となった結果、驚くべきことに出力電流密度を最大２．
２ A/cm2に達成させることができた。本発明の２層電極
は性能の異なる電極を複数枚使用するか、又は１枚の電
極において、電解液保持機能と交換反応活性機能を傾斜
機能としてを有するものであっても良い。
【００２４】セルの間隔は１mm〜２．５mmが最適であ
る。Ｖイオンの電子交換反応を膜の最近傍で行うため
に、抵抗の一番大きな液抵抗を大幅に低減することがで
きた理由である。１A/cm2以上の大電流が流れるメカニ
ズムはまだ解明されていないが、電流密度が非常に大き
な領域では、各抵抗の成分の中で拡散抵抗が律速になっ
ていると推定している。電極表面及び膜近傍では、ある
厚さでＶイオン及びプロトン、硫酸根の拡散層が形成さ
れる。電極表面のＶイオンの酸化還元反応が非常に速い
領域では、電極表面近傍のＶイオン反応が消費されてし
まい濃度勾配が形成され、拡散速度によって電流値が決
まる。液静止型のＶ電池においては、電極表面及び膜表
面に形成される電解液の拡散層はフロ−タイプの場合に
比べて厚い。バイポーラ板側に電極表面積の大きな多孔
性電極を配置すれば、電解液の拡散層が薄く延ばされ
て、Ｖイオンの拡散速度が上がり大電流を流すことが可
能になる。しかし、電極表面積をあまり大きくしすぎる
と、到達するＶイオンが無くなり、放電電気量は少なく
なる。本発明の２層電極においては、バイポーラ板側に
配置された適度な表面積を有する多孔性電極によりＶ電
解液の拡散層を最適に保ち、膜側に配置されたＶイオン
の電子反応活性の高い電極によりプロトン及び硫酸根の
拡散距離をできるだけ短くし、液抵抗も同時に低下さ
せ、大電流による急速な充放電負荷に対応できるように
されている。
る。Ｖイオンの電子交換反応を膜の最近傍で行うため
に、抵抗の一番大きな液抵抗を大幅に低減することがで
きた理由である。１A/cm2以上の大電流が流れるメカニ
ズムはまだ解明されていないが、電流密度が非常に大き
な領域では、各抵抗の成分の中で拡散抵抗が律速になっ
ていると推定している。電極表面及び膜近傍では、ある
厚さでＶイオン及びプロトン、硫酸根の拡散層が形成さ
れる。電極表面のＶイオンの酸化還元反応が非常に速い
領域では、電極表面近傍のＶイオン反応が消費されてし
まい濃度勾配が形成され、拡散速度によって電流値が決
まる。液静止型のＶ電池においては、電極表面及び膜表
面に形成される電解液の拡散層はフロ−タイプの場合に
比べて厚い。バイポーラ板側に電極表面積の大きな多孔
性電極を配置すれば、電解液の拡散層が薄く延ばされ
て、Ｖイオンの拡散速度が上がり大電流を流すことが可
能になる。しかし、電極表面積をあまり大きくしすぎる
と、到達するＶイオンが無くなり、放電電気量は少なく
なる。本発明の２層電極においては、バイポーラ板側に
配置された適度な表面積を有する多孔性電極によりＶ電
解液の拡散層を最適に保ち、膜側に配置されたＶイオン
の電子反応活性の高い電極によりプロトン及び硫酸根の
拡散距離をできるだけ短くし、液抵抗も同時に低下さ
せ、大電流による急速な充放電負荷に対応できるように
されている。
【００２５】本発明に使用される反応性電極はＶイオン
の酸化還元反応活性があるものであれば特に限定されな
いが、高導電性であることが好ましく、例えばセルロ−
スを原料とする炭素繊維が望ましい。その他の非限定的
例示としては、ピッチ系炭素繊維を挙げることができ
る。本発明に使用される多孔性電極は電解液を十分に保
持しうる機能を有するものであれば特に限定されない
が、伝導性の良いものが好ましく、その非限定的例示と
しては、フェノール系炭素繊維を挙げることができる。
の酸化還元反応活性があるものであれば特に限定されな
いが、高導電性であることが好ましく、例えばセルロ−
スを原料とする炭素繊維が望ましい。その他の非限定的
例示としては、ピッチ系炭素繊維を挙げることができ
る。本発明に使用される多孔性電極は電解液を十分に保
持しうる機能を有するものであれば特に限定されない
が、伝導性の良いものが好ましく、その非限定的例示と
しては、フェノール系炭素繊維を挙げることができる。
【００２６】本発明の高出力バナジウムレドックス電池
はの第２の特徴は、セル内の除熱のための放熱板（６）
を設けたことにある。このようなセル装置においては最
適な効率で一定運転できる場合は少なく、電圧及び電流
の大きな変動に対して、大電流の高速充放電を行うため
に電力の一部が熱となって発生する。このためにセル内
で発生する熱を除熱することが実用化のために非常に重
要である。本発明においては、図２に示すように、バイ
ポーラ板の外側（２層電極の反対側）に除熱のための熱
伝導性の良い放熱板を配置することによりこの課題を解
決することに成功した。本発明において使用される放熱
板としては、例えばアルミ板、銅板、炭素板、導電性樹
脂などの熱伝導性の高い板がある。これらの放熱板の両
面には耐薬品性の良い導電性樹脂が接着され、耐薬品性
を保持している。
はの第２の特徴は、セル内の除熱のための放熱板（６）
を設けたことにある。このようなセル装置においては最
適な効率で一定運転できる場合は少なく、電圧及び電流
の大きな変動に対して、大電流の高速充放電を行うため
に電力の一部が熱となって発生する。このためにセル内
で発生する熱を除熱することが実用化のために非常に重
要である。本発明においては、図２に示すように、バイ
ポーラ板の外側（２層電極の反対側）に除熱のための熱
伝導性の良い放熱板を配置することによりこの課題を解
決することに成功した。本発明において使用される放熱
板としては、例えばアルミ板、銅板、炭素板、導電性樹
脂などの熱伝導性の高い板がある。これらの放熱板の両
面には耐薬品性の良い導電性樹脂が接着され、耐薬品性
を保持している。
【００２７】本発明の高出力バナジウムレドックス電池
はの第３の特徴は、軽量化と組立時の作業の簡略化する
ために、一体化バイポーラ板の採用、およびそれと２層
電極との熱溶着一体化させたことにある。本発明者ら
は、上記したような本発明の２層電極、放熱板及びバイ
ポーラ板のより容易な製作について種々検討を行い、当
該技術分野で従来一般に使用されているカ−ボン板に比
べて軽量であり、電極の熱溶着が容易な導電性樹脂を使
用した一体化バイポーラ板を開発した。即ち、本発明の
一体化バイポーラ板とは、バイポーラ板の中央部が導電
性材料（７）からなり、その周縁部が絶縁性材料（８）
からなり、これらの両材料を熱溶着で一体化させ、さら
に２層電極を導電性材料に熱溶着させたものである（図
３参照）。
はの第３の特徴は、軽量化と組立時の作業の簡略化する
ために、一体化バイポーラ板の採用、およびそれと２層
電極との熱溶着一体化させたことにある。本発明者ら
は、上記したような本発明の２層電極、放熱板及びバイ
ポーラ板のより容易な製作について種々検討を行い、当
該技術分野で従来一般に使用されているカ−ボン板に比
べて軽量であり、電極の熱溶着が容易な導電性樹脂を使
用した一体化バイポーラ板を開発した。即ち、本発明の
一体化バイポーラ板とは、バイポーラ板の中央部が導電
性材料（７）からなり、その周縁部が絶縁性材料（８）
からなり、これらの両材料を熱溶着で一体化させ、さら
に２層電極を導電性材料に熱溶着させたものである（図
３参照）。
【００２８】軽量化と組立時の作業の簡略化するため
に、本発明者らは、カ−ボン板に比べて軽量であり、電
極の熱溶着が容易な導電性樹脂を使用し、シール性を考
慮して導電性樹脂の外周に熱可塑性樹脂を配し、電極と
熱伝導性樹脂とその周縁部にセルフレームをシールする
ための熱可塑性エラストマーを配し、金型に入れて１８
０℃〜２１０℃の温度、５〜１５分の時間、加熱プレス
で成形し、一体化バイポーラ板を製作した。電極とバイ
ポーラ板が一体化されているために、軽量でありシール
性、組立作業の簡素化等に非常に有利である。
に、本発明者らは、カ−ボン板に比べて軽量であり、電
極の熱溶着が容易な導電性樹脂を使用し、シール性を考
慮して導電性樹脂の外周に熱可塑性樹脂を配し、電極と
熱伝導性樹脂とその周縁部にセルフレームをシールする
ための熱可塑性エラストマーを配し、金型に入れて１８
０℃〜２１０℃の温度、５〜１５分の時間、加熱プレス
で成形し、一体化バイポーラ板を製作した。電極とバイ
ポーラ板が一体化されているために、軽量でありシール
性、組立作業の簡素化等に非常に有利である。
【００２９】ここで使用しうる導電性樹脂としては、例
えばカーボンを適当量配合したポリエチレン、ポリプロ
ピレンなどの熱可塑制樹脂組成物からなるものがその代
表的な例示物である。シールを良好にするために、導電
性のサーモプラスチックエラストマーを用いることが特
に好ましい。アルミ板などの放熱板への接着は銀ペース
トを導電性樹脂の裏側に塗って乾燥して接着する方法や
アルミ板と導電性樹脂の間に銅メッシュを挟み込んで加
熱プレスで成形する方法等があるが、いずれの方法で行
っても良い。これらの放熱用バイポーラ板は１０セルな
いしは１５セルごとにセル内に装着し、セルの外側に配
された放熱用の板をファンで空冷することによりセル内
に蓄積した熱を除き、繰り返しの使用に対しても安定に
運転することが可能になった。本発明の一体化バイポー
ラ板の断面構造図を図３に示す。
えばカーボンを適当量配合したポリエチレン、ポリプロ
ピレンなどの熱可塑制樹脂組成物からなるものがその代
表的な例示物である。シールを良好にするために、導電
性のサーモプラスチックエラストマーを用いることが特
に好ましい。アルミ板などの放熱板への接着は銀ペース
トを導電性樹脂の裏側に塗って乾燥して接着する方法や
アルミ板と導電性樹脂の間に銅メッシュを挟み込んで加
熱プレスで成形する方法等があるが、いずれの方法で行
っても良い。これらの放熱用バイポーラ板は１０セルな
いしは１５セルごとにセル内に装着し、セルの外側に配
された放熱用の板をファンで空冷することによりセル内
に蓄積した熱を除き、繰り返しの使用に対しても安定に
運転することが可能になった。本発明の一体化バイポー
ラ板の断面構造図を図３に示す。
【００３０】本発明の高出力バナジウムレドックス電池
はの第４の特徴は、高出力Ｖ電池は移動体に積載され、
高電圧で使用される可能性が高いので、１スタック当た
りのセル数の積層数をできるだけ多くしたほうが軽量
化、コンパクト化の面で非常に有利である。そのために
はシャントロスが生じないようにする必要がある。本発
明者らは、送液及び排出のマニホールド（９）を全てバ
イポーラ板の上側に配置したセルを設計し、多孔性電極
に電解液を充分に含浸させた後、マニホールドの電解液
を抜けるようにした。マニホールドの電解液が無けれ
ば、セルの積層数は理論的に制限がなくなる。実際は５
０〜１００セル位を１スタックにすることが全体のシス
テムの設計上望ましい。セルの平面図を図４に示す。
はの第４の特徴は、高出力Ｖ電池は移動体に積載され、
高電圧で使用される可能性が高いので、１スタック当た
りのセル数の積層数をできるだけ多くしたほうが軽量
化、コンパクト化の面で非常に有利である。そのために
はシャントロスが生じないようにする必要がある。本発
明者らは、送液及び排出のマニホールド（９）を全てバ
イポーラ板の上側に配置したセルを設計し、多孔性電極
に電解液を充分に含浸させた後、マニホールドの電解液
を抜けるようにした。マニホールドの電解液が無けれ
ば、セルの積層数は理論的に制限がなくなる。実際は５
０〜１００セル位を１スタックにすることが全体のシス
テムの設計上望ましい。セルの平面図を図４に示す。
【００３１】本発明の高出力バナジウムレドックス電池
はの第５の特徴は、各セルを締め付ける押さえ板は、従
来、鉄やベ−クライトを使用していたが、できるだけ軽
量化するために、アルミハニカム板やカーボンフィラー
入りの樹脂板を採用した。これらは変形に強く軽量であ
り、各セルを漏れない程度に締め付ける十分な強度を有
する。また、セルフレ−ムも塩ビ板からポリエチレン、
ポリプロピレン等を使用した。ナイロン等の樹脂製のボ
ルト・ナットを製作し全ての面において軽量化した。
はの第５の特徴は、各セルを締め付ける押さえ板は、従
来、鉄やベ−クライトを使用していたが、できるだけ軽
量化するために、アルミハニカム板やカーボンフィラー
入りの樹脂板を採用した。これらは変形に強く軽量であ
り、各セルを漏れない程度に締め付ける十分な強度を有
する。また、セルフレ−ムも塩ビ板からポリエチレン、
ポリプロピレン等を使用した。ナイロン等の樹脂製のボ
ルト・ナットを製作し全ての面において軽量化した。
【００３２】本発明の高出力バナジウムレドックス電池
はの第６の特徴は、特定のイオン交換膜の採用にある。
即ち、イオン交換膜が耐酸化性のあるポリスルホン系、
またはフッ素系のイオン交換膜であることが好ましい
が、これらに限定されない。
はの第６の特徴は、特定のイオン交換膜の採用にある。
即ち、イオン交換膜が耐酸化性のあるポリスルホン系、
またはフッ素系のイオン交換膜であることが好ましい
が、これらに限定されない。
【００３３】本発明の高出力バナジウムレドックス電池
はの第７の特徴は、バナジウム電解液に添加剤を添加
し、２mol以上のバナジウム濃度においてもバナジウム
の重合を防止することにある。電解液の濃度は沈積し無
い濃度ならば何れも使用できるが、１．５mol〜５mol程
度が好ましい。電解液濃度を濃くすれば粘度が上昇し、
拡散抵抗が上がるためにセル抵抗は上がるが、電気容量
は増加する。濃度が増加すると正極の５価のＶイオンが
重合し沈積するので、添加剤を加えることによりこのよ
うな高い濃度においても支障なく使用できるようにし
た。使用濃度は使用目的により、何れの濃度が適宜選ら
ばれる。
はの第７の特徴は、バナジウム電解液に添加剤を添加
し、２mol以上のバナジウム濃度においてもバナジウム
の重合を防止することにある。電解液の濃度は沈積し無
い濃度ならば何れも使用できるが、１．５mol〜５mol程
度が好ましい。電解液濃度を濃くすれば粘度が上昇し、
拡散抵抗が上がるためにセル抵抗は上がるが、電気容量
は増加する。濃度が増加すると正極の５価のＶイオンが
重合し沈積するので、添加剤を加えることによりこのよ
うな高い濃度においても支障なく使用できるようにし
た。使用濃度は使用目的により、何れの濃度が適宜選ら
ばれる。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、下記のような成果が達
成される。ハイブリッド車のようなシステムにおいて、
電圧の変動が激しく、瞬間的に大電流の出し入れがで
き、１０万サイクル以上の耐久性を有する高出力Ｖ電池
を開発した。
成される。ハイブリッド車のようなシステムにおいて、
電圧の変動が激しく、瞬間的に大電流の出し入れがで
き、１０万サイクル以上の耐久性を有する高出力Ｖ電池
を開発した。
【００３５】
【実施例】以上、本発明によて製造された全バナジウム
レドックスフロ−型電池の性能特性を実施例および比較
例を示して、本発明が優れていることを明かにする。
レドックスフロ−型電池の性能特性を実施例および比較
例を示して、本発明が優れていることを明かにする。
【００３６】実施例１ 次のような機器を使用してパルス充放電測定装置を組み
立てた。 ポテンシオスタット HA-505G （北斗電工社製） ク−ロンメ−タ− HA-203D （北斗電工社製） パソコン PC98-Xa7 （ＮＥＣ） AD・DA混載型モジュ−ル ADA12-8/2(98)H （ＮＥＣ） GPIB(IEEE-488) ハ−ドデスク HDVS-U2.1G (アイ・オ-・デ-タ機器) ＭＯ UM-523R (緑電子） イオン交換膜にN115（デュポン社製）を使用し、セル厚
み1.5mm、電極面積５cm2、バイポーラ板側に東洋紡社製
のｘｆ３０８−ｄｐ１４フェルト電極、膜側にＢＮ０６
７電極を配した小型セルを組み立て実験を行った。電池
性能の評価は、1.65Vで定電圧充電を行い、０．５Ｖの
定電圧放電に切り替えたときの最大電流値(mA/cm2)で評
価した。放電直後の電流値は２２００mA/cm2であった。
立てた。 ポテンシオスタット HA-505G （北斗電工社製） ク−ロンメ−タ− HA-203D （北斗電工社製） パソコン PC98-Xa7 （ＮＥＣ） AD・DA混載型モジュ−ル ADA12-8/2(98)H （ＮＥＣ） GPIB(IEEE-488) ハ−ドデスク HDVS-U2.1G (アイ・オ-・デ-タ機器) ＭＯ UM-523R (緑電子） イオン交換膜にN115（デュポン社製）を使用し、セル厚
み1.5mm、電極面積５cm2、バイポーラ板側に東洋紡社製
のｘｆ３０８−ｄｐ１４フェルト電極、膜側にＢＮ０６
７電極を配した小型セルを組み立て実験を行った。電池
性能の評価は、1.65Vで定電圧充電を行い、０．５Ｖの
定電圧放電に切り替えたときの最大電流値(mA/cm2)で評
価した。放電直後の電流値は２２００mA/cm2であった。
【００３７】実施例２ ライフテスト 次のような機器を使用してパルス充放電測定装置を組み
立てた。 ポテンシオスタット HA-501G （北斗電工社製） ク−ロンメ−タ− HA-203D （北斗電工社製） パソコン PC98-Xa7 （ＮＥＣ） AD・DA混 載型モジュ−ル ADA12-8/2(98)H （ＮＥＣ） GPIB(IEEE-488) ハ−ドデスク HDVS-U2.1G (アイ・オ-・デ-タ機器) ＭＯ UM-523R (緑電子） イオン交換膜にN115（デュポン社製）を使用し、セル厚
み1.5mm、電極面積０．２５５cm2の東洋紡社製のｘｆ３
０８−ｄｐ１４フェルト電極を用いてマイクロセルを製
作し、１．６５Ｖまで定電圧充電を行い充電完了後、
０．５Ｖの定電圧放電に切り替えて連続充放電を行っ
た。現在までに９万サイクル行い性能の劣化は認められ
ず継続中である。
立てた。 ポテンシオスタット HA-501G （北斗電工社製） ク−ロンメ−タ− HA-203D （北斗電工社製） パソコン PC98-Xa7 （ＮＥＣ） AD・DA混 載型モジュ−ル ADA12-8/2(98)H （ＮＥＣ） GPIB(IEEE-488) ハ−ドデスク HDVS-U2.1G (アイ・オ-・デ-タ機器) ＭＯ UM-523R (緑電子） イオン交換膜にN115（デュポン社製）を使用し、セル厚
み1.5mm、電極面積０．２５５cm2の東洋紡社製のｘｆ３
０８−ｄｐ１４フェルト電極を用いてマイクロセルを製
作し、１．６５Ｖまで定電圧充電を行い充電完了後、
０．５Ｖの定電圧放電に切り替えて連続充放電を行っ
た。現在までに９万サイクル行い性能の劣化は認められ
ず継続中である。
【００３８】本発明の高出力Ｖ電池は、ハイブリッド車
のようなシステムにおいて、電圧の変動が激しく、瞬間
的に大電流の出し入れが鹿野であり、１０万サイクル以
上の耐久性を有する。
のようなシステムにおいて、電圧の変動が激しく、瞬間
的に大電流の出し入れが鹿野であり、１０万サイクル以
上の耐久性を有する。
【図１】本発明の高出力バナジウムレドックス電池の要
部（２層電極とイオン交換膜）を示す断面概略図であ
る。
部（２層電極とイオン交換膜）を示す断面概略図であ
る。
【図２】本発明の高出力バナジウムレドックス電池に使
用される放熱型バイポーラ板の構造を示すの概略図であ
る。
用される放熱型バイポーラ板の構造を示すの概略図であ
る。
【図３】本発明の高出力バナジウムレドックス電池に使
用される一体化バイポーラ板の構造を示すの概略図であ
る。
用される一体化バイポーラ板の構造を示すの概略図であ
る。
【図４】本発明の高出力バナジウムレドックス電池に使
用されるバイポーラ板の平面概略図である。
用されるバイポーラ板の平面概略図である。
１ ２層電極； ２ バイポーラ板； ３ 多孔性電
極； ４ イオン交換膜 ５ 反応性電極； ６ 放熱板； ７ 導電性材料 ；
８ 絶縁性材料 ９ マニホールド； １０ 分液板
極； ４ イオン交換膜 ５ 反応性電極； ６ 放熱板； ７ 導電性材料 ；
８ 絶縁性材料 ９ マニホールド； １０ 分液板
フロントページの続き (72)発明者 田山 利行 茨城県鹿島郡神栖町東和田16番地 鹿島北 共同発電株式会社Ｖ電池開発室内 (72)発明者 宮林 光孝 茨城県鹿島郡神栖町東和田16番地 鹿島北 共同発電株式会社Ｖ電池開発室内 (72)発明者 谷本 敏彦 茨城県鹿島郡神栖町東和田16番地 鹿島北 共同発電株式会社Ｖ電池開発室内 (72)発明者 佐々木 政弘 茨城県鹿島郡神栖町東和田16番地 鹿島北 共同発電株式会社Ｖ電池開発室内 Ｆターム(参考） 5H026 AA10 BB01 CC08 CX02 CX05 EE05 EE18 HH03 HH05 HH06 RR01
Claims (7)
- 【請求項１】 極室に電解液を封じて充放電を行う液静
止型バナジウムレドックス電池において、電解液を保持
しうる伝導性の良い多孔性電極およびバナジウムイオン
の電子交換反応活性の高い反応性電極からなる２層電極
を構成し、該多孔性電極はバイポーラ板側に、一方該反
応性電極はイオン交換膜側に配置することにより、電流
密度が１０〜２５００mA/cm2、単セルの電圧が１．７０
Ｖ〜０Ｖの広い範囲に亙って急速な充放電を繰り返すこ
とを可能にしたことを特徴とする高出力バナジウムレド
ックス電池。 - 【請求項２】 前記バイポーラ板と２層電極との間に、
熱伝導性の高い放熱板が前記反応性電極と接して装着さ
れており、これにより電池セル内で発生する熱を除去す
ることを特徴とする請求項１記載の高出力バナジウムレ
ドックス電池。 - 【請求項３】 前記バイポーラ板はその中央部が絶縁材
料からなり、その周縁部が導電性材料からなり、且つ両
材料が熱溶着により一体化されていると共に、該導電性
材料に２層電極も溶着されていることを特徴とする請求
項１記載の高出力バナジウムレソックス電池。 - 【請求項４】 電解液を挿入するマニホールド及び排出
するマニホールドを全てセルの上部に設け、電解液をセ
ル内の電極に電解液を十分に浸した後、マニホールドか
ら除くことにより、シャントロスを抑えることを可能に
したことを特徴とする請求項１記載の高出力バナジウム
レドックス電池。 - 【請求項５】 単位電池セルを押さえるための押さえ板
として、ハニカム板やカーボンファイバー入り樹脂板を
使用し、ボルト・ナットも樹脂製にして軽量化すること
を特徴とする請求項１記載の高出力バナジウムレドック
ス電池。 - 【請求項６】 前記イオン交換膜が耐酸化性のあるポリ
スルホン系、またはフッ素系のイオン交換膜であること
を特徴とする請求項１記載の高出力バナジウムレドック
ス電池。 - 【請求項７】 バナジウム電解液に添加剤を添加し、２m
ol以上のバナジウム濃度においてもバナジウムの重合を
防止することを特徴とする請求項１記載の高出力バナジ
ウムレドックス電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11001938A JP2000200618A (ja) | 1999-01-07 | 1999-01-07 | 高出力バナジウムレドックス電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11001938A JP2000200618A (ja) | 1999-01-07 | 1999-01-07 | 高出力バナジウムレドックス電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000200618A true JP2000200618A (ja) | 2000-07-18 |
Family
ID=11515563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11001938A Pending JP2000200618A (ja) | 1999-01-07 | 1999-01-07 | 高出力バナジウムレドックス電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000200618A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6093533A (ja) * | 1983-10-27 | 1985-05-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 基準電圧回路 |
| KR101309262B1 (ko) | 2012-09-10 | 2013-09-16 | 한국에너지기술연구원 | 일체형 복합전극셀 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지 |
| KR20140021661A (ko) * | 2011-04-11 | 2014-02-20 | 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 | 복수의 상이한 공극 크기들 및/또는 상이한 층들의 전극들을 갖는 플로우 배터리 |
| JP2014508384A (ja) * | 2011-02-08 | 2014-04-03 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション | 低抵抗膜を有するフロー電池 |
| WO2014104282A1 (ja) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | ブラザー工業株式会社 | 静止型バナジウムレドックス電池 |
| WO2014156595A1 (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | ブラザー工業株式会社 | バナジウム固体塩電池及びその製造方法 |
| WO2015046124A1 (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-02 | ブラザー工業株式会社 | バナジウム固体塩電池 |
| WO2015128902A1 (ja) * | 2014-02-28 | 2015-09-03 | Ｌｅシステム株式会社 | 固体活物質の製造方法、製造された固体活物質およびその利用法 |
| JP2016186952A (ja) * | 2016-08-02 | 2016-10-27 | 株式会社 東北テクノアーチ | バナジウム固体塩電池 |
| KR101748235B1 (ko) * | 2015-09-03 | 2017-06-16 | (주) 퓨전정보기술 | 열교환 성능이 향상된 레독스 흐름 전지 |
| WO2017169162A1 (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | ブラザー工業株式会社 | バナジウムレドックス二次電池 |
| CN108475752A (zh) * | 2016-01-07 | 2018-08-31 | 凯迪创新有限公司 | 用于直接生成电的电化学系统和热泵 |
| JP2019024008A (ja) * | 2016-08-04 | 2019-02-14 | 昭和電工株式会社 | 集電板及びレドックスフロー電池 |
| WO2020218418A1 (ja) * | 2019-04-24 | 2020-10-29 | 住友電気工業株式会社 | 双極板、電池セル、セルスタック、及びレドックスフロー電池 |
| JP2020181658A (ja) * | 2019-04-24 | 2020-11-05 | 株式会社Ｆｊコンポジット | 双極板の製造方法、双極板 |
| JP2020181661A (ja) * | 2019-04-24 | 2020-11-05 | 住友電気工業株式会社 | 双極板、電池セル、セルスタック、及びレドックスフロー電池 |
-
1999
- 1999-01-07 JP JP11001938A patent/JP2000200618A/ja active Pending
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6093533A (ja) * | 1983-10-27 | 1985-05-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 基準電圧回路 |
| JP2014508384A (ja) * | 2011-02-08 | 2014-04-03 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション | 低抵抗膜を有するフロー電池 |
| KR20140021661A (ko) * | 2011-04-11 | 2014-02-20 | 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 | 복수의 상이한 공극 크기들 및/또는 상이한 층들의 전극들을 갖는 플로우 배터리 |
| JP2014514717A (ja) * | 2011-04-11 | 2014-06-19 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション | 複数の異なる細孔径および／または異なる層を備えた電極を有するフロー電池 |
| KR101940148B1 (ko) * | 2011-04-11 | 2019-01-18 | 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 | 복수의 상이한 공극 크기들 및/또는 상이한 층들의 전극들을 갖는 플로우 배터리 |
| KR101309262B1 (ko) | 2012-09-10 | 2013-09-16 | 한국에너지기술연구원 | 일체형 복합전극셀 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지 |
| WO2014104282A1 (ja) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | ブラザー工業株式会社 | 静止型バナジウムレドックス電池 |
| WO2014156595A1 (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | ブラザー工業株式会社 | バナジウム固体塩電池及びその製造方法 |
| WO2015046124A1 (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-02 | ブラザー工業株式会社 | バナジウム固体塩電池 |
| JP2015069936A (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | 株式会社 東北テクノアーチ | バナジウム固体塩電池 |
| JPWO2015129286A1 (ja) * | 2014-02-28 | 2017-06-01 | Ｌｅシステム株式会社 | 固体活物質の製造方法、製造された固体活物質およびその利用法 |
| WO2015129286A1 (ja) * | 2014-02-28 | 2015-09-03 | Ｌｅシステム株式会社 | 固体活物質の製造方法、製造された固体活物質およびその利用法 |
| WO2015128902A1 (ja) * | 2014-02-28 | 2015-09-03 | Ｌｅシステム株式会社 | 固体活物質の製造方法、製造された固体活物質およびその利用法 |
| KR101748235B1 (ko) * | 2015-09-03 | 2017-06-16 | (주) 퓨전정보기술 | 열교환 성능이 향상된 레독스 흐름 전지 |
| CN108475752A (zh) * | 2016-01-07 | 2018-08-31 | 凯迪创新有限公司 | 用于直接生成电的电化学系统和热泵 |
| WO2017169162A1 (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | ブラザー工業株式会社 | バナジウムレドックス二次電池 |
| JP2016186952A (ja) * | 2016-08-02 | 2016-10-27 | 株式会社 東北テクノアーチ | バナジウム固体塩電池 |
| JP2019024008A (ja) * | 2016-08-04 | 2019-02-14 | 昭和電工株式会社 | 集電板及びレドックスフロー電池 |
| WO2020218418A1 (ja) * | 2019-04-24 | 2020-10-29 | 住友電気工業株式会社 | 双極板、電池セル、セルスタック、及びレドックスフロー電池 |
| JP2020181658A (ja) * | 2019-04-24 | 2020-11-05 | 株式会社Ｆｊコンポジット | 双極板の製造方法、双極板 |
| JP2020181661A (ja) * | 2019-04-24 | 2020-11-05 | 住友電気工業株式会社 | 双極板、電池セル、セルスタック、及びレドックスフロー電池 |
| WO2021215030A1 (ja) * | 2019-04-24 | 2021-10-28 | 住友電気工業株式会社 | 双極板、電池セル、セルスタック、及びレドックスフロー電池 |
| CN113574706A (zh) * | 2019-04-24 | 2021-10-29 | 住友电气工业株式会社 | 双极板、电池单体、电池组及氧化还原液流电池 |
| JP7237710B2 (ja) | 2019-04-24 | 2023-03-13 | 株式会社Ｆｊコンポジット | 双極板の製造方法 |
| CN113574706B (zh) * | 2019-04-24 | 2024-03-29 | 住友电气工业株式会社 | 双极板、电池单体、电池组及氧化还原液流电池 |
| JP7544123B2 (ja) | 2019-04-24 | 2024-09-03 | 住友電気工業株式会社 | 双極板、電池セル、セルスタック、及びレドックスフロー電池 |
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