JP2001216995A

JP2001216995A - レドックスフロー電池用電解液タンク

Info

Publication number: JP2001216995A
Application number: JP2000025076A
Authority: JP
Inventors: Takefumi Itou; 岳文伊藤; 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: 2000-02-02
Filing date: 2000-02-02
Publication date: 2001-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】タンク内での金属イオンの拡散現象による損
失を抑えることができるレドックスフロー電池用電解液
タンクを提供することを主要な目的とする。【解決手段】仕切り手段２１を間に置くように、タン
ク２０に、充電時用電解液入口２２と充電時用電解液出
口２３が互いに離されて設けられている。また、放電時
用電解液入口２４と放電時用電解液出口２５が、仕切り
手段２１を間に挟んで互いに離されて設けられている。
当該タンクは、充電から放電または放電から充電に切換
えるときに、タンク２０の電解液入出口を切換えるため
の４方弁を備える。

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
クスフロー電池用電解液タンクに関するものであり、よ
り特定的には、電解液の利用率が向上するように改良さ
れたレドックスフロー電池用電解液タンクに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来より提案されているレドッ
クスフロー電池の概略構成図である。レドックスフロー
電池１は、流通型電池セル２（以下、単にセル２とい
う）、正極液貯蔵タンク３および負極液貯蔵タンク４を
備える。セル２内は、たとえばイオン交換膜からなる隔
膜５により仕切られており、一方側が正極セル２ａを構
成し、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あるいは負極７が設けられている。

【０００３】正極セル２ａには正極液を導入するための
正極液導入管１１が設けられている。また、正極セル２
ａには、該正極セル２ａ内に入っていた正極液を流出さ
せる正極液流出管１２が設けられている。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に連結されている。

【０００４】負極セル２ｂには、負極液を導入するため
の負極液導入管１３が設けられている。また、負極セル
２ｂには、負極セル２ｂ内に入っていた負極液を流出さ
せる負極液流出管１４が設けられている。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に連結されている。

【０００５】図４に示したレドックスフロー電池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、負極液貯蔵タ
ンク４に貯蔵し、これをポンプＰ₁またはＰ₂で流通型電
池セル２に送液し、酸化還元反応により充放電を行な
う。

【０００６】たとえば、正極活物質としてＶ⁵⁺／Ｖ⁴⁺、
負極活物質としてＶ²⁺／Ｖ³⁺、それぞれ、硫酸溶液とし
た場合、各酸化還元系の陽極６，７における電池反応
は、下記の式のようになる。

【０００７】

【化１】

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図５は、図４に示すレ
ドックスフロー電池の基本構成を示した図である。図５
に示すレドックスフロー電池の電解液貯蔵タンク３，４
では、充放電時に、組成の異なる流入電解液と流出電解
液とが、タンク３，４内で混合され、一様とされる。し
たがって、まず充電時においては、セル２内を通って充
電深度が高められた電解液がタンク内の低充電深度の液
と混合され、この混合物（充電深度は平均的には高くな
っているが）が再び充電される。また、放電時において
は、セル２内を通って放電し充電深度の低くなった電解
液がタンク内のより充電深度の高い液と混合され、この
混合物が再び放電する。

【０００９】上述のように、従来のレドックスフロー電
池は、タンク内の電解液をポンプによってセル部に循環
させ、セル部で充放電を行なう構成である。したがっ
て、タンクに返ってくる電解液の濃度は、タンク内電解
液の濃度と異なり、それに起因してタンク内で拡散が生
じる。その結果、従来のレドックスフロー電池は、タン
ク内電解液中の金属イオンの価数変化で電力を貯蔵する
が、タンク内での拡散現象によって、濃度は均一になる
ことで、損失してしまうエネルギロスがあるという問題
点があった。

【００１０】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、電解液の利用率が向上し、か
つ電池効率が向上するように改良されたレドックスフロ
ー電池用電解液タンクを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に係るレドック
スフロー電池用電解液タンクは、電解液を蓄えるタンク
を備える。上記タンク内に、該タンク内を複数の部分に
分割する、少なくとも１枚の仕切り手段が設けられてい
る。上記仕切り手段を間に置くように、上記タンクに、
互いに離されて、充電時用電解液入口と充電時用電解液
出口が設けられている。上記仕切り手段を間に置くよう
に、上記タンクに、放電時用電解液入口と放電時用電解
液出口が、互いに離されて設けられている。当該電解液
タンクは、充電から放電または放電から充電に切換える
ときに、上記タンクの電解液入出口を切換えるための４
方弁を備えている。

【００１２】この発明によれば、タンク内に、仕切り手
段が設けられているので、タンク内において、電解液中
の金属イオンの拡散が抑えられる。また、タンクの電解
液入出口を切換えるための４方弁を備えているので、濃
度に勾配を持った状態で充電された電解液を、損失を少
なく、放電することができる。

【００１３】請求項２に係るレドックスフロー電池用電
解液タンクにおいては、上記充電時用電解液入口と上記
放電時用電解液出口は、上記仕切り手段に対して同じ側
に設けられている。上記充電時用電解液入口は上記放電
時用電解液出口よりも上に設けられている。

【００１４】請求項３に係るレドックスフロー電池用電
解液タンクにおいては、上記充電時用電解液入口と上記
放電時用電解液入口は、上記タンク内の気相部分に開口
している。

【００１５】請求項４に係るレドックスフロー電池用電
解液タンクにおいては、上記仕切り手段は、圧損が少な
く、電解液中の金属イオンの拡散を抑える材料で形成さ
れている。

【００１６】請求項５に係るレドックスフロー電池用電
解液タンクにおいては、上記仕切り手段は隔膜で形成さ
れている。

【００１７】この発明によれば、電解液流量が過多にな
ることによる拡散が生じにくくなる。

【００１８】請求項６に係るレドックスフロー電池用電
解液タンクにおいては、上記仕切り手段は多孔質膜で形
成されている。この発明によれば、仕切り手段の劣化が
起こりにくい。

【００１９】請求項７に係るレドックスフロー電池用電
解液タンクにおいては、上記仕切り手段はイオン交換膜
で形成されている。この発明によれば、濃度拡散抑制に
適するようになる。

【００２０】

【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。

【００２１】図１は、実施の形態に係るレドックスフロ
ー電池用電解液タンク部の概念図である。

【００２２】図１を参照して、電解液を蓄えるタンク２
０内に、該タンク内を複数の部分に分割する、１枚以上
の膜壁２１が設けられている。膜壁２１は、圧損を損な
わず、拡散速度を極度に下げるものが好ましい。膜壁２
１は、たとえば、隔膜、多孔質膜、またはイオン交換膜
で形成される。膜壁２１を間に置くように、タンク２０
に、充電時用電解液入口２２と充電時用電解液出口２３
が設けられている。膜壁２１を間に置くように、タンク
２０に、放電時用電解液入口２４と放電時用電解液出口
２５が、互いに離されて設けられている。

【００２３】当該レドックスフロー電池用電解液タンク
は、図示しないが、充電から放電または放電から充電に
切換えるときに、タンク２０の電解液入出口２２，２
３，２４，２５を切換えるための４方弁を備える。

【００２４】充電時用電解液入口２２と放電時用電解液
出口２５は、膜壁２１に対して同じ側に設けられてい
る。充電時用電解液入口２２は、放電時用電解液出口２
５よりも上に設けられている。放電時用電解液入口２４
と充電時用電解液出口２３は、隔膜２１に対して同じ側
に設けられている。放電時用電解液入口２４は充電時用
電解液出口２３よりも上に設けられている。

【００２５】充電時用電解液入口２２と放電時用電解液
入口２４は、タンク２０内の気相部分に開口している。

【００２６】次に動作について説明する。図２を参照し
て、充電末期、タンク２０内の充電状態のイオン濃度
（充電深度）は、全体で均一ではなく、膜で仕切られた
範囲２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ内で、それぞれ均
一になり、充電時電解液入口２２から充電時電解液出口
２３に向かって薄くなっている。範囲２０ａと範囲２０
ｄ内の電解液の濃度差Δｎは、以下の式で表わされる。

【００２７】Δｎ＝Ｉ／（Ｆ・ｑ）上式で、Ｉは電流、Ｆはファラデー定数、ｑは流量を表
わしている。

【００２８】図２に示す状態で、充電待機（ポンプ止
め）をする。図３を参照して、放電時には、図示しない
バルブおよび４方弁操作で、電解液の出入口を入換え、
充電深度の深い側から放電する。

【００２９】このようにタンクを工夫することにより、
タンク内で生じる拡散による損失を抑えることができ
る。

【００３０】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。

【００３１】

【発明の効果】この発明によれば、電解液が拡散しない
ので、電解液の利用率が向上し、電池効率が向上する。
また、複数のタンクを用いる必要がない。

【００３２】仕切り手段に、隔膜を用いると、流量過多
による拡散が生じにくくなる。また、隔壁の代わりに多
孔質膜を用いると、膜の劣化がしにくいという効果を奏
する。

【００３３】また、仕切り手段にイオン交換膜を用いる
と、濃度拡散抑制に適するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係るレドックスフロー電池用電
解液タンクの概念図である。

【図２】この発明の充電時の動作を説明するための概
念図である。

【図３】この発明の放電時の動作を説明するための概
念図である。

【図４】従来のレドックスフロー電池の概略構成図で
ある。

【図５】従来のレドックスフロー電池の基本構成を示
した図である。

【符号の説明】

２０タンク、２１膜壁、２２充電時電解液入口、
２３充電時電解液出口、２４放電時電解液入口、２
５放電時電解液出口。

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 CX04 CX10 RR01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解液を蓄えるタンクと、前記タンク内に設けられ、該タンク内を複数の部分に分
割する、少なくとも１枚の仕切り手段と、前記仕切り手段を間に置くように、前記タンクに、互い
に離されて設けられた充電時用電解液入口と充電時用電
解液出口と、前記仕切り手段を間に置くように、前記タンクに、互い
に離されて設けられた放電時用電解液入口と放電時用電
解液出口と、充電から放電または放電から充電に切換えるときに、前
記タンクの電解液入出口を切換えるための４方弁と、を
備えたレドックスフロー電池用電解液タンク。
【請求項２】前記充電時用電解液入口と前記放電時用
電解液出口は、前記仕切り手段に対して同じ側に設けら
れており、前記充電時用電解液入口は前記放電時用電解液出口より
も上に設けられており、前記放電時用電解液入口と前記充電時用電解液出口は、
前記仕切り手段に対して同じ側に設けられており、前記放電時用電解液入口は前記充電時用電解液出口より
も上に設けられている、請求項１に記載のレドックスフ
ロー電池用電解液タンク。
【請求項３】前記充電時用電解液入口と前記放電時用
電解液入口は、前記タンク内の気相部分に開口してい
る、請求項２に記載のレドックスフロー電池用電解液タ
ンク。
【請求項４】前記仕切り手段は、圧損が少なく、電解
液中の金属イオンの拡散を抑える材料で形成されてい
る、請求項１に記載のレドックスフロー電池用電解液タ
ンク。
【請求項５】前記仕切り手段は隔膜で形成されてい
る、請求項１に記載のレドックスフロー電池用電解液タ
ンク。
【請求項６】前記仕切り手段は多孔質膜で形成されて
いる、請求項１に記載のレドックスフロー電池用電解液
タンク。
【請求項７】前記仕切り手段はイオン交換膜で形成さ
れている、請求項１に記載のレドックスフロー電池用電
解液タンク。