JP2001057223A - ３価の硫酸バナジウムの製造方法及びバナジウム系電解液の製造方法 - Google Patents
３価の硫酸バナジウムの製造方法及びバナジウム系電解液の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 還元剤を用いるだけで、４価又は５価のバナ
ジウム化合物を主成分とするバナジウム化合物から一気
に３価の硫酸バナジウムのみを製造し得る、低コストな
３価バナジウム化合物の製造方法及びレドックスフロー
型バナジウム系電解液の製造方法を提供すること。 【解決手段】 ５価のバナジウム化合物を主成分とする
バナジウム化合物と、当該５価のバナジウム化合物中の
バナジウム原子１モルに対して、硫黄は０．５モル倍以
上、濃硫酸は１．５〜２．３モル倍をペースト状になる
まで混練し、次いで、該ペースト状の混合物を１５０℃
以上４４０℃未満に加熱して３価バナジウム化合物を得
る。次いで、該３価バナジウム化合物を硫酸又は硫酸水
溶液に溶解させることによりレドックスフロー型電解液
を得る。
ジウム化合物を主成分とするバナジウム化合物から一気
に３価の硫酸バナジウムのみを製造し得る、低コストな
３価バナジウム化合物の製造方法及びレドックスフロー
型バナジウム系電解液の製造方法を提供すること。 【解決手段】 ５価のバナジウム化合物を主成分とする
バナジウム化合物と、当該５価のバナジウム化合物中の
バナジウム原子１モルに対して、硫黄は０．５モル倍以
上、濃硫酸は１．５〜２．３モル倍をペースト状になる
まで混練し、次いで、該ペースト状の混合物を１５０℃
以上４４０℃未満に加熱して３価バナジウム化合物を得
る。次いで、該３価バナジウム化合物を硫酸又は硫酸水
溶液に溶解させることによりレドックスフロー型電解液
を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レドックスフロー
型電池用電解液として用いられる３価の硫酸バナジウム
の製造方法及びバナジウム系電解液の製造方法に関する
ものである。
型電池用電解液として用いられる３価の硫酸バナジウム
の製造方法及びバナジウム系電解液の製造方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】我が国の電力需要の伸びは、年々増大し
続けているが、電力需要の変動も産業構造の高度化と国
民生活水準の向上を反映してさらに著しくなる傾向があ
る。例えば、夏期における昼間の電力需要量を１００と
すると、明け方は３０以下となっているのが現状であ
る。一方、電力の供給面からみると、出力変動が望まし
くない原子力発電所や新鋭火力発電所の割合も増加の傾
向にあり、電力貯蔵する設備の必要性が高まっている。
現在の電力貯蔵は、揚水発電によって行われているが、
その立地条件は次第に厳しくなっている。以上のような
事情から、環境汚染がなく、しかも、汎用性の高いエネ
ルギーである電力を貯蔵する方法として各種の二次電池
が研究されているが、中でも２種類のレドックス系薬剤
を隔膜を介して接触させて構成したレドックスフロー型
二次電池が注目されている。
続けているが、電力需要の変動も産業構造の高度化と国
民生活水準の向上を反映してさらに著しくなる傾向があ
る。例えば、夏期における昼間の電力需要量を１００と
すると、明け方は３０以下となっているのが現状であ
る。一方、電力の供給面からみると、出力変動が望まし
くない原子力発電所や新鋭火力発電所の割合も増加の傾
向にあり、電力貯蔵する設備の必要性が高まっている。
現在の電力貯蔵は、揚水発電によって行われているが、
その立地条件は次第に厳しくなっている。以上のような
事情から、環境汚染がなく、しかも、汎用性の高いエネ
ルギーである電力を貯蔵する方法として各種の二次電池
が研究されているが、中でも２種類のレドックス系薬剤
を隔膜を介して接触させて構成したレドックスフロー型
二次電池が注目されている。
【０００３】レドックスフロー型二次電池は、酸化数が
変化する金属イオンの水溶液（電解液）を２種類調製し
てそれぞれ正極液又は負極液として別のタンクに貯蔵し
ておき、この正極液又は負極液を、隔膜を介して２種類
の電解液が接触する構造の電解槽を有する流通型電解槽
に、ポンプで供給し、一の電解槽で金属イオンの酸化数
が高くなると共に、他の電解槽で金属イオンの酸化数が
低くなって充放電が行われる形式の電池のことである。
変化する金属イオンの水溶液（電解液）を２種類調製し
てそれぞれ正極液又は負極液として別のタンクに貯蔵し
ておき、この正極液又は負極液を、隔膜を介して２種類
の電解液が接触する構造の電解槽を有する流通型電解槽
に、ポンプで供給し、一の電解槽で金属イオンの酸化数
が高くなると共に、他の電解槽で金属イオンの酸化数が
低くなって充放電が行われる形式の電池のことである。
【０００４】このようなレドックスフロー型電池に関す
る技術としては、従来、鉄−クロム系の塩酸溶液を電解
液とするもの（例えば特開昭６０−１４８０６８号公
報、特開昭６３−７６２６８号公報）とバナジウム系の
硫酸溶液を電解液とするもの（例えば特開平４−２８６
８７１号公報、特開平６−１８８００５号公報）とが代
表的に提案されている。しかしながら、鉄−クロム系の
レドックスフロー型電池は、電解質の混合及び溶解度の
点から電解液の調製が制約され、また、出力電圧が１Ｖ
（ボルト）程度とエネルギー密度が低い。さらに、正極
液−負極液間の充電状態が不均衡になったり、充電時に
正極から塩素ガスが発生するおそれがある等の問題があ
る。
る技術としては、従来、鉄−クロム系の塩酸溶液を電解
液とするもの（例えば特開昭６０−１４８０６８号公
報、特開昭６３−７６２６８号公報）とバナジウム系の
硫酸溶液を電解液とするもの（例えば特開平４−２８６
８７１号公報、特開平６−１８８００５号公報）とが代
表的に提案されている。しかしながら、鉄−クロム系の
レドックスフロー型電池は、電解質の混合及び溶解度の
点から電解液の調製が制約され、また、出力電圧が１Ｖ
（ボルト）程度とエネルギー密度が低い。さらに、正極
液−負極液間の充電状態が不均衡になったり、充電時に
正極から塩素ガスが発生するおそれがある等の問題があ
る。
【０００５】これに対し、バナジウム系のレドックスフ
ロー型電池は、出力電圧が１．４Ｖと高く、高効率でエ
ネルギー密度が高い。このため、近年は、バナジウム系
のレドックスフロー型電池の開発が特に望まれている。
バナジウム系のレドックスフロー型電池は、正極液とし
てＶ4+（４価）とＶ5+（５価）の間で酸化数が変化する
電解液、負極液としてＶ2+（２価）とＶ3+（３価）の間
で酸化数が変化する電解液を用いて充放電するものであ
る。
ロー型電池は、出力電圧が１．４Ｖと高く、高効率でエ
ネルギー密度が高い。このため、近年は、バナジウム系
のレドックスフロー型電池の開発が特に望まれている。
バナジウム系のレドックスフロー型電池は、正極液とし
てＶ4+（４価）とＶ5+（５価）の間で酸化数が変化する
電解液、負極液としてＶ2+（２価）とＶ3+（３価）の間
で酸化数が変化する電解液を用いて充放電するものであ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バナジ
ウム系のレドックスフロー型電池は、電解液の調製にか
かるコストが非常に高いため、価格が高くなり汎用化の
大きな障害となっている。このうち、正極液に関して
は、比較的安価で入手し易い五酸化バナジウム等の５価
バナジウムをそのまま硫酸中に溶解して調製すればよく
特に問題は生じない。しかし、負極液に関しては、２価
又は３価の安価で適当なバナジウム化合物がないため、
５価バナジウム化合物等を還元して得る必要があり、調
製にコストがかかるという問題がある。このため、２価
又は３価のバナジウム電解液を低コストで製造可能な方
法が強く望まれている。
ウム系のレドックスフロー型電池は、電解液の調製にか
かるコストが非常に高いため、価格が高くなり汎用化の
大きな障害となっている。このうち、正極液に関して
は、比較的安価で入手し易い五酸化バナジウム等の５価
バナジウムをそのまま硫酸中に溶解して調製すればよく
特に問題は生じない。しかし、負極液に関しては、２価
又は３価の安価で適当なバナジウム化合物がないため、
５価バナジウム化合物等を還元して得る必要があり、調
製にコストがかかるという問題がある。このため、２価
又は３価のバナジウム電解液を低コストで製造可能な方
法が強く望まれている。
【０００７】このような２価又は３価のバナジウム電解
液を製造する発明としては、特開平４−１４９９６５号
公報に、５価のメタバナジン酸アンモニウム等を出発原
料として用い、これを無機酸の存在下に電解還元または
亜硫酸等の還元剤で、５価バナジウムを２価又は３価の
バナジウムに還元する方法が開示されている。しかしな
がら、電解還元する方法は電解装置等の設置の必要があ
りコストがかかると共に、酸化数の異なるバナジウムの
混合物が得られ易いという問題がある。
液を製造する発明としては、特開平４−１４９９６５号
公報に、５価のメタバナジン酸アンモニウム等を出発原
料として用い、これを無機酸の存在下に電解還元または
亜硫酸等の還元剤で、５価バナジウムを２価又は３価の
バナジウムに還元する方法が開示されている。しかしな
がら、電解還元する方法は電解装置等の設置の必要があ
りコストがかかると共に、酸化数の異なるバナジウムの
混合物が得られ易いという問題がある。
【０００８】また、特開平５−２９０８７１号公報に
は、五酸化バナジウム等の５価のバナジウム化合物を硫
黄等の還元剤で還元して４価バナジウム溶液を得、次い
で、３価バナジウム溶液を得る方法が開示されており、
この発明によれば、安価な還元剤を用いて５価のバナジ
ウム化合物を還元して、３価又は４価のバナジウム化合
物に同時に製造できる。しかしながら、この方法は、３
価のバナジウム化合物のみを製造したい場合でも同時に
４価バナジウムや不溶解物が生成してしまうため、これ
らを分離、除去するのにコストがかかるという問題があ
る。
は、五酸化バナジウム等の５価のバナジウム化合物を硫
黄等の還元剤で還元して４価バナジウム溶液を得、次い
で、３価バナジウム溶液を得る方法が開示されており、
この発明によれば、安価な還元剤を用いて５価のバナジ
ウム化合物を還元して、３価又は４価のバナジウム化合
物に同時に製造できる。しかしながら、この方法は、３
価のバナジウム化合物のみを製造したい場合でも同時に
４価バナジウムや不溶解物が生成してしまうため、これ
らを分離、除去するのにコストがかかるという問題があ
る。
【０００９】従って、本発明の目的は、還元剤を用いる
だけで、４価又は５価のバナジウム化合物を主成分とす
るバナジウム化合物から一気に３価の硫酸バナジウムの
みを製造し得る、低コストな３価バナジウム化合物の製
造方法及びこの３価バナジウム化合物を含有するレドッ
クスフロー型バナジウム系電池用電解液の製造方法を提
供することにある。
だけで、４価又は５価のバナジウム化合物を主成分とす
るバナジウム化合物から一気に３価の硫酸バナジウムの
みを製造し得る、低コストな３価バナジウム化合物の製
造方法及びこの３価バナジウム化合物を含有するレドッ
クスフロー型バナジウム系電池用電解液の製造方法を提
供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】かかる実情において、本
発明者らは鋭意検討を行った結果、４価又は５価のバナ
ジウム化合物を主成分とするバナジウム化合物、硫黄及
び濃硫酸を特定の配合割合で共に混練してペースト状と
し、次いで、このペースト状の混合物を所定温度に焼成
すれば、４価又は５価のバナジウム化合物から３価の硫
酸バナジウムのみを一気に製造可能であることを見出
し、本発明を完成するに至った。
発明者らは鋭意検討を行った結果、４価又は５価のバナ
ジウム化合物を主成分とするバナジウム化合物、硫黄及
び濃硫酸を特定の配合割合で共に混練してペースト状と
し、次いで、このペースト状の混合物を所定温度に焼成
すれば、４価又は５価のバナジウム化合物から３価の硫
酸バナジウムのみを一気に製造可能であることを見出
し、本発明を完成するに至った。
【００１１】すなわち、本発明は、４価又は５価のバナ
ジウム化合物を主成分とするバナジウム化合物、硫黄及
び濃硫酸をペースト状になるまで混練し、次いで、該ペ
ースト状の混合物を１５０℃以上４４０℃未満に焼成し
て３価の硫酸バナジウムを製造する方法において、前記
バナジウム化合物が４価のバナジウム化合物を主成分と
する場合、４価のバナジウム化合物中のバナジウム原子
１モルに対して、硫黄は０．２５モル倍以上、濃硫酸は
１．５〜２．３モル倍を配合し、前記バナジウム化合物
が５価のバナジウム化合物を主成分とする場合、５価の
バナジウム化合物中のバナジウム原子１モルに対して、
硫黄は０．５モル倍以上、濃硫酸は１．５〜２．３モル
倍を配合することを特徴とする３価の硫酸バナジウムの
製造方法を提供するものである。
ジウム化合物を主成分とするバナジウム化合物、硫黄及
び濃硫酸をペースト状になるまで混練し、次いで、該ペ
ースト状の混合物を１５０℃以上４４０℃未満に焼成し
て３価の硫酸バナジウムを製造する方法において、前記
バナジウム化合物が４価のバナジウム化合物を主成分と
する場合、４価のバナジウム化合物中のバナジウム原子
１モルに対して、硫黄は０．２５モル倍以上、濃硫酸は
１．５〜２．３モル倍を配合し、前記バナジウム化合物
が５価のバナジウム化合物を主成分とする場合、５価の
バナジウム化合物中のバナジウム原子１モルに対して、
硫黄は０．５モル倍以上、濃硫酸は１．５〜２．３モル
倍を配合することを特徴とする３価の硫酸バナジウムの
製造方法を提供するものである。
【００１２】また、本発明は、４価又は５価のバナジウ
ム化合物を主成分とするバナジウム化合物、硫黄及び濃
硫酸をペースト状になるまで混練し、次いで、該ペース
ト状の混合物を１５０℃以上４４０℃未満に焼成し、該
焼成物をそのまま又は冷却後、硫酸又は硫酸水溶液に溶
解させてバナジウム系電解液を製造する方法において、
前記バナジウム化合物が４価のバナジウム化合物を主成
分とする場合、バナジウム化合物中のバナジウム原子１
モルに対して、硫黄は０．２５モル倍以上、濃硫酸は
１．５〜２．３モル倍を配合し、前記バナジウム化合物
が５価のバナジウム化合物を主成分とする場合、バナジ
ウム化合物中のバナジウム原子１モルに対して、硫黄は
０．５モル倍以上、濃硫酸は１．５〜２．３モル倍を配
合することを特徴とするバナジウム系電解液の製造方法
を提供するものである。
ム化合物を主成分とするバナジウム化合物、硫黄及び濃
硫酸をペースト状になるまで混練し、次いで、該ペース
ト状の混合物を１５０℃以上４４０℃未満に焼成し、該
焼成物をそのまま又は冷却後、硫酸又は硫酸水溶液に溶
解させてバナジウム系電解液を製造する方法において、
前記バナジウム化合物が４価のバナジウム化合物を主成
分とする場合、バナジウム化合物中のバナジウム原子１
モルに対して、硫黄は０．２５モル倍以上、濃硫酸は
１．５〜２．３モル倍を配合し、前記バナジウム化合物
が５価のバナジウム化合物を主成分とする場合、バナジ
ウム化合物中のバナジウム原子１モルに対して、硫黄は
０．５モル倍以上、濃硫酸は１．５〜２．３モル倍を配
合することを特徴とするバナジウム系電解液の製造方法
を提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の３価の硫酸バナジウムの
製造方法においては、まず、４価又は５価のバナジウム
化合物を主成分とするバナジウム化合物（以下、単に
「バナジウム化合物」ともいう）、硫黄及び濃硫酸をペ
ースト状になるまで混練する。
製造方法においては、まず、４価又は５価のバナジウム
化合物を主成分とするバナジウム化合物（以下、単に
「バナジウム化合物」ともいう）、硫黄及び濃硫酸をペ
ースト状になるまで混練する。
【００１４】バナジウム化合物としては、４価のバナジ
ウム化合物を主成分とする場合、４価のバナジウム化合
物が、バナジウム化合物中、９５重量％以上、好ましく
は９８重量％以上含有するものが使用でき、また、５価
のバナジウム化合物を主成分とする場合、５価のバナジ
ウム化合物が、バナジウム化合物中、９５重量％以上、
好ましくは９８重量％以上含有するものが使用できる。
４価のバナジウム化合物としては、特に限定されない
が、例えば、硫酸バナジル（ＶＯＳＯ4 ：４価）、二酸
化バナジウム（ＶＯ2 ：４価）等が挙げられる。また、
５価のバナジウム化合物としては、特に限定されない
が、例えば、五酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ：５価）等が
挙げられる。五酸化バナジウムを主成分とするものは工
業的に容易に入取可能であるため、これらが好ましく用
いられる。また、４価又は５価のバナジウム化合物は、
工業的に入手できるものであれば特に制限されず、例え
ば、バナジウム鉱石から得られる五酸化バナジウム、化
石燃料の燃焼の際の集塵機灰から得られる五酸化バナジ
ウム等であってもよい。化石燃料の燃焼の際の集塵機灰
としては、例えば、重油、タール、アスファルト及び石
灰、若しくはこれらをエマルジョン化した燃料、又はオ
リマルジョン等の燃焼の際に得られるものが挙げられ
る。
ウム化合物を主成分とする場合、４価のバナジウム化合
物が、バナジウム化合物中、９５重量％以上、好ましく
は９８重量％以上含有するものが使用でき、また、５価
のバナジウム化合物を主成分とする場合、５価のバナジ
ウム化合物が、バナジウム化合物中、９５重量％以上、
好ましくは９８重量％以上含有するものが使用できる。
４価のバナジウム化合物としては、特に限定されない
が、例えば、硫酸バナジル（ＶＯＳＯ4 ：４価）、二酸
化バナジウム（ＶＯ2 ：４価）等が挙げられる。また、
５価のバナジウム化合物としては、特に限定されない
が、例えば、五酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ：５価）等が
挙げられる。五酸化バナジウムを主成分とするものは工
業的に容易に入取可能であるため、これらが好ましく用
いられる。また、４価又は５価のバナジウム化合物は、
工業的に入手できるものであれば特に制限されず、例え
ば、バナジウム鉱石から得られる五酸化バナジウム、化
石燃料の燃焼の際の集塵機灰から得られる五酸化バナジ
ウム等であってもよい。化石燃料の燃焼の際の集塵機灰
としては、例えば、重油、タール、アスファルト及び石
灰、若しくはこれらをエマルジョン化した燃料、又はオ
リマルジョン等の燃焼の際に得られるものが挙げられ
る。
【００１５】硫黄としては、例えば、粉末硫黄、フレー
ク硫黄、塊状硫黄等が挙げられ、このうち１種又は２種
以上組み合わせて用いることができる。硫黄はバナジウ
ムの還元作用を行うものである。濃硫酸としては、水分
を含まない通常のものが用いられる。濃硫酸はバナジウ
ムと反応し硫酸塩生成の作用を行うものである。
ク硫黄、塊状硫黄等が挙げられ、このうち１種又は２種
以上組み合わせて用いることができる。硫黄はバナジウ
ムの還元作用を行うものである。濃硫酸としては、水分
を含まない通常のものが用いられる。濃硫酸はバナジウ
ムと反応し硫酸塩生成の作用を行うものである。
【００１６】バナジウム化合物、硫黄及び濃硫酸の配合
比率は、バナジウム化合物が、４価のバナジウム化合物
を主成分とする場合、純度１００％の４価のバナジウム
化合物のバナジウム原子１モルに対して、硫黄は０．２
５モル倍以上、好ましくは０．３〜０．４モル倍、濃硫
酸は１．５〜２．３モル倍、好ましくは１．７〜２モル
倍である。一方、５価のバナジウム化合物を主成分とす
る場合、純度１００％の５価のバナジウム化合物のバナ
ジウム原子１モルに対して、硫黄は０．５モル倍以上、
好ましくは０．６〜０．８モル倍、濃硫酸は１．５〜
２．３モル倍、好ましくは１．７〜２モル倍である。４
価及び５価のバナジウム化合物の場合、共に、硫黄の配
合量が上記範囲内にあると、バナジウムの還元が十分に
行われるため好ましい。また、濃硫酸の配合量が上記範
囲内にあると、３価の硫酸バナジウムの生成に十分な量
であるため好ましい。
比率は、バナジウム化合物が、４価のバナジウム化合物
を主成分とする場合、純度１００％の４価のバナジウム
化合物のバナジウム原子１モルに対して、硫黄は０．２
５モル倍以上、好ましくは０．３〜０．４モル倍、濃硫
酸は１．５〜２．３モル倍、好ましくは１．７〜２モル
倍である。一方、５価のバナジウム化合物を主成分とす
る場合、純度１００％の５価のバナジウム化合物のバナ
ジウム原子１モルに対して、硫黄は０．５モル倍以上、
好ましくは０．６〜０．８モル倍、濃硫酸は１．５〜
２．３モル倍、好ましくは１．７〜２モル倍である。４
価及び５価のバナジウム化合物の場合、共に、硫黄の配
合量が上記範囲内にあると、バナジウムの還元が十分に
行われるため好ましい。また、濃硫酸の配合量が上記範
囲内にあると、３価の硫酸バナジウムの生成に十分な量
であるため好ましい。
【００１７】バナジウム化合物、硫黄及び濃硫酸をペー
スト状になるまで混練する方法としては、例えば、ナウ
ターミキサー、パドルミキサー、ニーダーミキサー等の
ミキサーで混練する方法が挙げられる。混練時間は、特
に制限されないが、例えば、１０〜６０分である。ここ
で、ペースト状とは、混練物が粘性をかなり有する状態
を示し、塊状の状態をも含む概念である。本発明では、
バナジウム化合物、硫黄及び濃硫酸の混合物をペースト
状とすることにより、反応が均一に行なわれるなどの作
用が生じる。
スト状になるまで混練する方法としては、例えば、ナウ
ターミキサー、パドルミキサー、ニーダーミキサー等の
ミキサーで混練する方法が挙げられる。混練時間は、特
に制限されないが、例えば、１０〜６０分である。ここ
で、ペースト状とは、混練物が粘性をかなり有する状態
を示し、塊状の状態をも含む概念である。本発明では、
バナジウム化合物、硫黄及び濃硫酸の混合物をペースト
状とすることにより、反応が均一に行なわれるなどの作
用が生じる。
【００１８】混練終了後は、ペースト状の混練物を１５
０℃以上４４０℃未満、好ましくは１８０℃以上３５０
℃未満で、さらに好ましくは２００℃以上３００℃未満
で焼成炉で加熱する。焼成温度が上記範囲内であると、
還元反応がスムーズでかつ硫酸の分解が少ない点で好ま
しい。焼成時間は、３０分〜２４時間、好ましくは２〜
５時間である。焼成時間が上記範囲内であると、還元が
十分に行なわれるため好ましい。焼成炉としては、例え
ば、トンネルキルン、リングキルン、ロータリーキルン
等が挙げられる。焼成終了後は焼成物を冷却し、次いで
水で洗浄して、焼成物中に存在する水に可溶な金属塩不
純物を除去し、３価の硫酸バナジウム（Ｖ2(ＳＯ4)3 ）
を得るか、あるいは、焼成終了後の焼成物を冷却するこ
となく、そのままで３価の硫酸バナジウム（Ｖ2(ＳＯ4)
3 ）を得る。
０℃以上４４０℃未満、好ましくは１８０℃以上３５０
℃未満で、さらに好ましくは２００℃以上３００℃未満
で焼成炉で加熱する。焼成温度が上記範囲内であると、
還元反応がスムーズでかつ硫酸の分解が少ない点で好ま
しい。焼成時間は、３０分〜２４時間、好ましくは２〜
５時間である。焼成時間が上記範囲内であると、還元が
十分に行なわれるため好ましい。焼成炉としては、例え
ば、トンネルキルン、リングキルン、ロータリーキルン
等が挙げられる。焼成終了後は焼成物を冷却し、次いで
水で洗浄して、焼成物中に存在する水に可溶な金属塩不
純物を除去し、３価の硫酸バナジウム（Ｖ2(ＳＯ4)3 ）
を得るか、あるいは、焼成終了後の焼成物を冷却するこ
となく、そのままで３価の硫酸バナジウム（Ｖ2(ＳＯ4)
3 ）を得る。
【００１９】上記方法で得られた３価の硫酸バナジウム
は、硫酸又は硫酸水溶液に溶解させることによりレドッ
クスフロー型電池用バナジウム系電解液として使用する
ことができる。この場合、３価のバナジウムイオン濃度
が、通常、１〜５モル／Ｌ、好ましくは１〜２モル／
Ｌ、硫酸イオン濃度が、通常、３〜６モル／Ｌ、好まし
は４〜５モル／Ｌとなるようにし、通常、６０℃以上、
好ましくは８０〜１００℃の温度で、０．５時間以上、
好ましくは１．５〜３時間攪拌下に溶解させればよい。
は、硫酸又は硫酸水溶液に溶解させることによりレドッ
クスフロー型電池用バナジウム系電解液として使用する
ことができる。この場合、３価のバナジウムイオン濃度
が、通常、１〜５モル／Ｌ、好ましくは１〜２モル／
Ｌ、硫酸イオン濃度が、通常、３〜６モル／Ｌ、好まし
は４〜５モル／Ｌとなるようにし、通常、６０℃以上、
好ましくは８０〜１００℃の温度で、０．５時間以上、
好ましくは１．５〜３時間攪拌下に溶解させればよい。
【００２０】なお、上記のバナジウム系電解液には、他
の添加剤、例えば、カリウム、ルビジウム、アンモニウ
ム等の硝酸塩、リン酸塩、ショウ酸塩等の１種又は２種
以上を添加することができる。
の添加剤、例えば、カリウム、ルビジウム、アンモニウ
ム等の硝酸塩、リン酸塩、ショウ酸塩等の１種又は２種
以上を添加することができる。
【００２１】また、本発明において、レドックスフロー
型電池は、公知の電池であり、酸化数が変化する金属イ
オンの水溶液（電解液）を２種類調製してそれぞれ正極
液又は負極液として別のタンクに貯蔵しておき、この正
極液又は負極液を、隔膜を介して２種類の電解液が接触
する構造の電解槽を有する流通型電解槽に、ポンプで供
給し、一の電解槽で金属イオンの酸化数が高くなると共
に、他の電解槽で金属イオンの酸化数が低くなって充放
電が行われる形式の電池である。
型電池は、公知の電池であり、酸化数が変化する金属イ
オンの水溶液（電解液）を２種類調製してそれぞれ正極
液又は負極液として別のタンクに貯蔵しておき、この正
極液又は負極液を、隔膜を介して２種類の電解液が接触
する構造の電解槽を有する流通型電解槽に、ポンプで供
給し、一の電解槽で金属イオンの酸化数が高くなると共
に、他の電解槽で金属イオンの酸化数が低くなって充放
電が行われる形式の電池である。
【００２２】
【実施例】次に、実施例を挙げて、本発明を更に具体的
に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限
するものではない。
に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限
するものではない。
【００２３】製造例１ 火力発電所より排出された表１に示す組成のオリマルジ
ョン灰１００ｇを電気炉にて４４０℃で２４時間焼成
し、次いで焼成物を水で洗浄して可溶成分を除去し、残
分を乾燥した。乾燥物の重量は４．４ｇであり、Ｘ線回
折を行ったところ５価のバナジウム化合物Ｖ2 Ｏ5 であ
ることが確認された。得られたＶ2 Ｏ5 の品位を表２に
示す。なお、表１及び表２中、数値は重量％で示す。
ョン灰１００ｇを電気炉にて４４０℃で２４時間焼成
し、次いで焼成物を水で洗浄して可溶成分を除去し、残
分を乾燥した。乾燥物の重量は４．４ｇであり、Ｘ線回
折を行ったところ５価のバナジウム化合物Ｖ2 Ｏ5 であ
ることが確認された。得られたＶ2 Ｏ5 の品位を表２に
示す。なお、表１及び表２中、数値は重量％で示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】実施例１ 製造例１で得られた５価のバナジウム化合物Ｖ2 Ｏ5 １
９．４ｇ、硫黄４．２ｇ、及び濃硫酸３９ｇを乳鉢で約
１０分間混練してペースト状にした。次いで、該ペース
ト状の混練物を電気炉を用いて、２００℃で２時間焼成
を行った。冷却後の当該焼成物の重量は４１．５ｇであ
り、Ｘ線回折を行ったところ３価のバナジウム化合物Ｖ
2(ＳＯ4)3 であることが確認された。得られたＶ2(ＳＯ
4)3 の品位を表３に示す。なお、表３中、数値は重量％
で示す。
９．４ｇ、硫黄４．２ｇ、及び濃硫酸３９ｇを乳鉢で約
１０分間混練してペースト状にした。次いで、該ペース
ト状の混練物を電気炉を用いて、２００℃で２時間焼成
を行った。冷却後の当該焼成物の重量は４１．５ｇであ
り、Ｘ線回折を行ったところ３価のバナジウム化合物Ｖ
2(ＳＯ4)3 であることが確認された。得られたＶ2(ＳＯ
4)3 の品位を表３に示す。なお、表３中、数値は重量％
で示す。
【００２７】
【表３】
【００２８】実施例２ 市販の五酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 純度９９％以上）１
８．４ｇ、硫黄４．２ｇ、及び濃硫酸３９ｇを乳鉢で約
１０分間混練してペースト状にした。次いで、該ペース
ト状の混練物を電気炉を用いて、２００℃で２時間焼成
を行った。冷却後の当該焼成物の重量は３９．２ｇであ
り、Ｘ線回折を行ったところ３価のバナジウム化合物Ｖ
2(ＳＯ4)3 であることが確認された。得られたＶ2(ＳＯ
4)3 の品位を表４に示す。なお、表４中、数値は重量％
で示し、ＮＤとは検出限界値以下の数値であることを示
す。
８．４ｇ、硫黄４．２ｇ、及び濃硫酸３９ｇを乳鉢で約
１０分間混練してペースト状にした。次いで、該ペース
ト状の混練物を電気炉を用いて、２００℃で２時間焼成
を行った。冷却後の当該焼成物の重量は３９．２ｇであ
り、Ｘ線回折を行ったところ３価のバナジウム化合物Ｖ
2(ＳＯ4)3 であることが確認された。得られたＶ2(ＳＯ
4)3 の品位を表４に示す。なお、表４中、数値は重量％
で示し、ＮＤとは検出限界値以下の数値であることを示
す。
【００２９】
【表４】
【００３０】比較例１ 市販の五酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 純度９９％以上）１
８．４ｇ、硫黄４．２ｇ、及び濃硫酸３９ｇを乳鉢で約
１０分間混練してペースト状にした。次いで、該ペース
ト状の混練物を電気炉を用いて、４５０℃で２時間焼成
を行った。冷却後、焼成物を水で洗浄して可溶成分を除
去し、残分を乾燥した。乾燥物の重量は１８．１ｇであ
り、Ｘ線回折を行ったところ５価のバナジウム化合物Ｖ
2 Ｏ5 であることが確認された。
８．４ｇ、硫黄４．２ｇ、及び濃硫酸３９ｇを乳鉢で約
１０分間混練してペースト状にした。次いで、該ペース
ト状の混練物を電気炉を用いて、４５０℃で２時間焼成
を行った。冷却後、焼成物を水で洗浄して可溶成分を除
去し、残分を乾燥した。乾燥物の重量は１８．１ｇであ
り、Ｘ線回折を行ったところ５価のバナジウム化合物Ｖ
2 Ｏ5 であることが確認された。
【００３１】実施例３ ＜電解液の作製及び充放電特性の測定＞上記実施例２で
得た３価の硫酸バナジウムＶ2(ＳＯ4)3 と硫酸を混合
し、１００℃で３時間攪拌して、３価のバナジウムイオ
ン濃度が２モル／リットル、硫酸イオン濃度が４モル／
リットルの３価の硫酸バナジウム溶液を調製して負極電
解液を得た。また、３価の硫酸バナジウム溶液と五酸化
バナジウムＶ2 Ｏ5 を混合し、６０℃で１時間攪拌下に
反応させ、４価のバナジウムイオン濃度が２モル／リッ
トル、硫酸イオン濃度が４モル／リットルの４価の硫酸
バナジル（ＶＯＳＯ 4 ）溶液を調製して正極電解液とし
た。これらの負極及び正極電解液を用いて下記仕様の小
型電池を組み、充放電特性を調べた。本電池を、約２カ
月にわたり、累計１５００サイクル連続充放電させて長
期特性を調べたが、効率変化もなく、非常に安定した特
性が得られた。
得た３価の硫酸バナジウムＶ2(ＳＯ4)3 と硫酸を混合
し、１００℃で３時間攪拌して、３価のバナジウムイオ
ン濃度が２モル／リットル、硫酸イオン濃度が４モル／
リットルの３価の硫酸バナジウム溶液を調製して負極電
解液を得た。また、３価の硫酸バナジウム溶液と五酸化
バナジウムＶ2 Ｏ5 を混合し、６０℃で１時間攪拌下に
反応させ、４価のバナジウムイオン濃度が２モル／リッ
トル、硫酸イオン濃度が４モル／リットルの４価の硫酸
バナジル（ＶＯＳＯ 4 ）溶液を調製して正極電解液とし
た。これらの負極及び正極電解液を用いて下記仕様の小
型電池を組み、充放電特性を調べた。本電池を、約２カ
月にわたり、累計１５００サイクル連続充放電させて長
期特性を調べたが、効率変化もなく、非常に安定した特
性が得られた。
【００３２】・小型電池仕様 電極面積：５００ｃｍ2 電極：カーボン繊維布 隔膜：陰イオン交換膜 双極板：カーボン板 タンク及び配管の材料：硬質塩化ビニル樹脂 タンク容量：正極電解液用・負極電解液用共に５リット
ル ・充放電特性 電流効率：９９．４％ 電圧効率：８４．５％ エネルギー効率：８４．０％ 電池容量：１２０ＷＨ（電流密度６０ｍＡ／ｃｍ2 、温
度２８℃）
ル ・充放電特性 電流効率：９９．４％ 電圧効率：８４．５％ エネルギー効率：８４．０％ 電池容量：１２０ＷＨ（電流密度６０ｍＡ／ｃｍ2 、温
度２８℃）
【００３３】
【発明の効果】本発明の３価の硫酸バナジウムの製造方
法によれば、４価又は５価のバナジウム化合物を主成分
とするバナジウム化合物、硫黄及び濃硫酸を特定の配合
割合で共に混練してペースト状とし、次いで、このペー
スト状の混合物を所定温度で焼成するだけで、４価又は
５価のバナジウム化合物から３価の硫酸バナジウムのみ
を一気に製造することができるため、低コストで３価の
硫酸バナジウムを製造できる。また得られた３価の硫酸
バナジウムは、これを硫酸に溶解することでバナジウム
系電解液として使用することができ、該電解液として用
いたレドックスフロー型は、優れた電池性能を有する。
法によれば、４価又は５価のバナジウム化合物を主成分
とするバナジウム化合物、硫黄及び濃硫酸を特定の配合
割合で共に混練してペースト状とし、次いで、このペー
スト状の混合物を所定温度で焼成するだけで、４価又は
５価のバナジウム化合物から３価の硫酸バナジウムのみ
を一気に製造することができるため、低コストで３価の
硫酸バナジウムを製造できる。また得られた３価の硫酸
バナジウムは、これを硫酸に溶解することでバナジウム
系電解液として使用することができ、該電解液として用
いたレドックスフロー型は、優れた電池性能を有する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 保之 東京都江東区亀戸９丁目11番１号 日本化 学工業株式会社研究開発本部内 (72)発明者 堀川 健 東京都江東区亀戸９丁目11番１号 日本化 学工業株式会社研究開発本部内 (72)発明者 三田 宗雄 東京都江東区亀戸９丁目11番１号 日本化 学工業株式会社研究開発本部内 (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 (72)発明者 久畑 満 大阪府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 Ｆターム(参考） 4G048 AA07 AB01 AB05 AC06 AE05 5H026 AA10 BB00 BB01 BB08 HH05 HH08 RR01
Claims (3)
- 【請求項１】 ４価又は５価のバナジウム化合物を主成
分とするバナジウム化合物、硫黄及び濃硫酸をペースト
状になるまで混練し、次いで、該ペースト状の混合物を
１５０℃以上４４０℃未満に焼成して３価の硫酸バナジ
ウムを製造する方法において、前記バナジウム化合物が
４価のバナジウム化合物を主成分とする場合、４価のバ
ナジウム化合物中のバナジウム原子１モルに対して、硫
黄は０．２５モル倍以上、濃硫酸は１．５〜２．３モル
倍を配合し、前記バナジウム化合物が５価のバナジウム
化合物を主成分とする場合、５価のバナジウム化合物中
のバナジウム原子１モルに対して、硫黄は０．５モル倍
以上、濃硫酸は１．５〜２．３モル倍を配合することを
特徴とする３価の硫酸バナジウムの製造方法。 - 【請求項２】 前記４価又は５価のバナジウム化合物を
主成分とするバナジウム化合物は、二酸化バナジウム、
硫酸バナジル又は五酸化バナジウムであることを特徴と
する請求項１記載の３価の硫酸バナジウムの製造方法。 - 【請求項３】 ４価又は５価のバナジウム化合物を主成
分とするバナジウム化合物、硫黄及び濃硫酸をペースト
状になるまで混練し、次いで、該ペースト状の混合物を
１５０℃以上４４０℃未満に焼成し、該焼成物をそのま
ま又は冷却後、硫酸又は硫酸水溶液に溶解させてバナジ
ウム系電解液を製造する方法において、前記バナジウム
化合物が４価のバナジウム化合物を主成分とする場合、
バナジウム化合物中の４価のバナジウム原子１モルに対
して、硫黄は０．２５モル倍以上、濃硫酸は１．５〜
２．３モル倍を配合し、前記バナジウム化合物が５価の
バナジウム化合物を主成分とする場合、５価のバナジウ
ム化合物中のバナジウム原子１モルに対して、硫黄は
０．５モル倍以上、濃硫酸は１．５〜２．３モル倍を配
合することを特徴とするバナジウム系電解液の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000173541A JP4646358B2 (ja) | 1999-06-09 | 2000-06-09 | ３価の硫酸バナジウムの製造方法及びバナジウム系電解液の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16182599 | 1999-06-09 | ||
| JP11-161825 | 1999-06-09 | ||
| JP2000173541A JP4646358B2 (ja) | 1999-06-09 | 2000-06-09 | ３価の硫酸バナジウムの製造方法及びバナジウム系電解液の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001057223A true JP2001057223A (ja) | 2001-02-27 |
| JP4646358B2 JP4646358B2 (ja) | 2011-03-09 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000173541A Expired - Fee Related JP4646358B2 (ja) | 1999-06-09 | 2000-06-09 | ３価の硫酸バナジウムの製造方法及びバナジウム系電解液の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4646358B2 (ja) |
Cited By (5)
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| WO2004099079A1 (en) * | 2003-05-12 | 2004-11-18 | Clean Teq Pty Ltd | A method for producing an electrolytic solution containing vanadium |
| 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 |
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-
2000
- 2000-06-09 JP JP2000173541A patent/JP4646358B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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| JP2002100390A (ja) | レドックスフロー電池用バナジウム含有原料 |
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