JP2002216833A - Redox cell - Google Patents
Redox cellInfo
- Publication number
- JP2002216833A JP2002216833A JP2001011563A JP2001011563A JP2002216833A JP 2002216833 A JP2002216833 A JP 2002216833A JP 2001011563 A JP2001011563 A JP 2001011563A JP 2001011563 A JP2001011563 A JP 2001011563A JP 2002216833 A JP2002216833 A JP 2002216833A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolyte
- battery
- bipolar plate
- redox
- electrolytic cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電解液貯蔵タンク
を有さない液静止型レドックス電池及びその充電方法に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a static redox battery having no electrolyte storage tank and a method for charging the same.
【0002】なお、本明細書では、電解液中で少なくと
も2種以上の酸化状態をとり得るイオン(いわゆるレド
ックスイオン)の酸化・還元反応を利用して充放電を行
う電池を「レドックス電池」と総称し、当該レドックス
電池には、電解液を流通型電解セルに循環供給すること
を特徴とする「レドックスフロー電池」が含まれるもの
とする。[0002] In the present specification, a battery that performs charge and discharge by utilizing the oxidation / reduction reaction of ions (so-called redox ions) that can take at least two or more oxidation states in an electrolytic solution is referred to as a “redox battery”. Collectively, the redox battery includes a “redox flow battery”, which is characterized by circulating and supplying an electrolytic solution to a flow-type electrolytic cell.
【0003】[0003]
【従来の技術】近年、電力の自由化が始まり、今後は従
来のような高品質電力の安定供給は望めず、需要家側に
おいて停電対策を講じる必要があるとされている。2. Description of the Related Art In recent years, the liberalization of electric power has started, and it is said that a stable supply of high-quality electric power as in the past cannot be expected in the future, and that it is necessary for consumers to take measures against power outages.
【0004】現在、停電対策用に種々の電池が開発され
ており、瞬時停電に対してはコンデンサが、数分間の停
電に対しては鉛バッテリーが主として使用されている。At present, various batteries have been developed for power failure countermeasures, and capacitors are mainly used for momentary power failures, and lead batteries are mainly used for several minutes of power failures.
【0005】しかしながら、コンデンサは瞬時に放電を
終えるため、通常2秒以内の瞬時停電にしか対応でき
ず、適用範囲が狭いという問題がある。また、鉛バッテ
リーは、1〜2分間の停電には対応できるものの、充放
電の繰り返しにより電極自体が劣化するため、耐用年数
が2〜3年程度であり、長期使用ができないという問題
がある。さらには、使用後の廃棄に際し、環境負荷の大
きな鉛等の排出物が出るという問題も指摘されている。
このような問題に鑑みて、近年停電対策に使用し得る電
池としてレドックスフロー電池が注目されている。[0005] However, since the capacitor ends discharging instantaneously, it can usually cope only with an instantaneous power failure within 2 seconds, and there is a problem that its application range is narrow. Although a lead battery can cope with a power outage of 1 to 2 minutes, the electrode itself deteriorates due to repeated charging and discharging, and thus has a problem that its service life is about 2 to 3 years and cannot be used for a long time. Furthermore, it has been pointed out that waste such as lead, which has a large environmental load, is generated when disposed after use.
In view of such a problem, a redox flow battery has recently been receiving attention as a battery that can be used for power failure countermeasures.
【0006】レドックスフロー電池は、タンクに貯蔵し
た二種類の電解液(レドックス水溶液)をポンプ等で流
通型電解セルに循環供給し、電解液中に含まれる活物質
の酸化・還元反応を利用して放電を行う電池である。即
ち、レドックスフロー電池は、活物質の価数変化を発電
原理とするため、鉛バッテリーにみられるような経時的
な電極劣化が殆どなく、長期使用が可能とされている。
また、電解液貯蔵タンクの大きさを変えることにより1
分〜2時間程度の停電に幅広く対応することも可能とさ
れている。従って、レドックスフロー電池は、上記のコ
ンデンサ、鉛バッテリー等の問題点を改善する優れた電
池であるといえる。A redox flow battery circulates and supplies two kinds of electrolytes (aqueous redox solution) stored in a tank to a flow-type electrolytic cell by a pump or the like, and utilizes an oxidation / reduction reaction of an active material contained in the electrolyte. This is a battery that performs discharge. That is, since the redox flow battery uses the valence change of the active material as a power generation principle, there is almost no electrode deterioration with time as seen in a lead battery, and long-term use is possible.
Also, by changing the size of the electrolyte storage tank,
It is also possible to respond widely to power outages of about a minute to two hours. Therefore, it can be said that the redox flow battery is an excellent battery that solves the above-mentioned problems such as the capacitor and the lead battery.
【0007】しかし、レドックスフロー電池は、下記の
欠点を有する。However, the redox flow battery has the following disadvantages.
【0008】 電解液の循環供給にはポンプ等の補機
類が必要となるため、必然的に電池装置が大掛かりとな
る。それゆえ小型化が困難であり、家庭的使用に不向き
である。[0008] Since auxiliary equipment such as a pump is required for the circulating supply of the electrolyte, the battery device is inevitably large in scale. Therefore, miniaturization is difficult and it is not suitable for home use.
【0009】 正極電解液及び負極電解液がそれぞれ
異種元素のイオンを含んでいる場合(例えば、一方が鉄
イオンを含み、他方がクロムイオンを含む場合等)に
は、長期運転後に隔膜を通して異種元素イオンが混合す
るため、放電出力の低下が生じる。従って、放電出力を
回復させるために、定期的にタンク内の各電解液を新し
いものに交換する必要がある。When the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte each contain ions of different elements (for example, one contains iron ions and the other contains chromium ions), after the long-term operation, the different elements are passed through the membrane. Since the ions are mixed, the discharge output decreases. Therefore, it is necessary to periodically replace each electrolytic solution in the tank with a new one in order to recover the discharge output.
【0010】最近では、上記レドックスフロー電池の欠
点を解消するものとして、例えば全バナジウムレドック
スフロー電池(特開昭62−186473号公報参照)
が提案されている。この電池は、レドックスフロー電池
に使用する二種類の電解液の活物質を共にバナジウムイ
オンとすることを特徴とする。この電池は、隔膜を介し
た異種元素イオンの混合のおそれがなく、循環後の電解
液をリバランスさせて何度も使用できるとされている。Recently, as a solution to the above-mentioned drawbacks of the redox flow battery, for example, an all-vanadium redox flow battery (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-186473).
Has been proposed. This battery is characterized in that both active materials of two kinds of electrolytes used in a redox flow battery are vanadium ions. This battery is said to be free from mixing of different element ions through the diaphragm, and to be able to be used many times by rebalancing the circulating electrolyte.
【0011】また、レドックスキャパシタが野崎らによ
って提案されている(第39回電池討論会3B05参
照)。この電池は、予め電解セル内に充填した電解液の
みを使用して短時間放電を行うものであり、ポンプ等の
補機を有さないため小型化が可能とされている。A redox capacitor has been proposed by Nozaki et al. (Refer to the 39th Battery Symposium 3B05). This battery discharges for a short time using only the electrolytic solution previously filled in the electrolytic cell, and has no auxiliary equipment such as a pump, so that it can be miniaturized.
【0012】さらに、例えば特開平11−329474
号公報では、レドックスフロー電池の電極と双極板間の
接触抵抗を低くするために、鉄板等の押え板で電池装置
を両端から強固に締め付ける方法が開示されている。し
かしながら、これら種々の改善策は、レドックスフロー
電池の欠点を包括的に改善するものではない。さらに、
これらの改善策は下記のような新たな問題も生じさせ
る。Further, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-329474
In order to reduce the contact resistance between the electrode and the bipolar plate of the redox flow battery, Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-15064 discloses a method of firmly tightening the battery device from both ends with a holding plate such as an iron plate. However, these various remedies do not comprehensively remedy the disadvantages of redox flow batteries. further,
These remedies also create new problems, such as:
【0013】例えば、全バナジウムレドックスフロー電
池では、電池出力を高めるためには電解液のバナジウム
イオン濃度を高くする必要があるが、バナジウムイオン
濃度の高い電解液は粘度が高く、循環供給が困難とな
る。また、レドックスキャパシタでは、隔膜、電極板及
び双極板間の接触抵抗を低くするために、電極材として
は、弾性が高く且つ嵩密度の高いものを使用しなければ
ならない。同時に、双極板としては、表面の滑らかな、
即ち表面精度の高いものを使用する必要があり、製作コ
ストが高くなるという問題がある。さらに、特開平11
−329474号公報に開示の技術では、押え板等の補
助具を設置することによる重量増加が問題となる。For example, in an all-vanadium redox flow battery, it is necessary to increase the vanadium ion concentration of the electrolyte in order to increase the battery output. However, the electrolyte having a high vanadium ion concentration has a high viscosity and is difficult to circulate. Become. In the redox capacitor, in order to reduce the contact resistance between the diaphragm, the electrode plate, and the bipolar plate, a material having high elasticity and high bulk density must be used as the electrode material. At the same time, as a bipolar plate,
That is, it is necessary to use a material having a high surface accuracy, and there is a problem that the manufacturing cost is increased. Further, Japanese Patent Application Laid-Open
In the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 329474, the weight increase due to the installation of an auxiliary tool such as a holding plate becomes a problem.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】以上のような見地よ
り、従来のレドックス電池と比較して、軽量小型で高出
力性能を有するレドックス電池の開発が強く要請されて
いるものの、そのようなレドックス電池は未だ開発され
るに至っていない。From the above viewpoints, there is a strong demand for the development of a redox battery having a light weight, a small size and a high output performance as compared with the conventional redox battery. Has not yet been developed.
【0015】従って、本発明は、特に軽量小型で高出力
性能を有するレドックス電池を提供することを目的とす
る。また、併せて当該レドックス電池の充電方法を提供
することを目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide a redox battery which is particularly lightweight and compact and has high output performance. Another object of the present invention is to provide a method for charging the redox battery.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明者は、従来技術の
問題点を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特定の
構成からなる液静止型レドックス電池が上記目的を達成
することを見出し、ついに本発明を完成するに至った。The present inventor has conducted intensive studies to solve the problems of the prior art, and as a result, has found that a liquid static redox battery having a specific structure achieves the above object. Finally, the present invention has been completed.
【0017】即ち、本発明は、下記のレドックス電池及
びその充電方法に係るものである。That is, the present invention relates to the following redox battery and its charging method.
【0018】1.電解液貯蔵タンクを有さない液静止型
レドックス電池であって、少なくとも隔膜、正極側電解
槽、負極側電解槽、正極側双極板、負極側双極板、正極
端子を有する金属板及び負極端子を有する金属板を有
し、当該正極側電解槽及び負極側電解槽内に、活物質で
あるバナジウムイオンを含む電解液と電極である導電性
物質の粉末又は小片との混合物が充填されていることを
特徴とするレドックス電池。1. A liquid static type redox battery having no electrolyte storage tank, at least a diaphragm, a positive electrode-side electrolytic cell, a negative electrode-side electrolytic cell, a positive electrode-side bipolar plate, a negative electrode-side bipolar plate, a metal plate having a positive electrode terminal and a negative electrode terminal. A metal plate having a positive electrode-side electrolytic cell and a negative electrode-side electrolytic cell filled with a mixture of an electrolytic solution containing vanadium ions as an active material and a powder or a small piece of a conductive material as an electrode. Redox battery.
【0019】2.当該導電性物質の粉末又は小片とし
て、親水処理を施した炭素の粉末又は小片と親水処理を
施さない炭素の粉末又は小片との混合物を使用する上記
項1記載のレドックス電池。2. 2. The redox battery according to the above item 1, wherein a mixture of a carbon powder or a small piece subjected to a hydrophilic treatment and a carbon powder or a small piece not subjected to a hydrophilic treatment is used as the conductive substance powder or the small piece.
【0020】3.当該双極板の表面に凹凸を設けること
により、当該電解液との接触面積を増大させた上記項1
又は2に記載のレドックス電池。3. Item 1 wherein the contact area with the electrolytic solution is increased by providing irregularities on the surface of the bipolar plate.
Or the redox battery according to 2.
【0021】4.当該電解液に接する面の当該双極板の
断面積(S)に対する当該電解液に接する当該双極板の
表面積(Sc)の割合(Sc/S)が1〜100である
上記項1〜3のいずれかに記載のレドックス電池。4. Any of the above items 1 to 3, wherein a ratio (Sc / S) of a surface area (Sc) of the bipolar plate in contact with the electrolytic solution to a cross-sectional area (S) of the bipolar plate in a surface in contact with the electrolytic solution is 1 to 100. A redox battery according to any of the claims.
【0022】5.電解液の疲労に伴って起電力が低下し
た際に、電極の極性を相互に切り替えて外部から電圧を
印加することにより起電力を初期状態に回復させる上記
項1〜4のいずれかに記載のレドックス電池の充電方
法。5. 5. The method according to any one of the above items 1 to 4, wherein when the electromotive force decreases due to the fatigue of the electrolyte, the electromotive force is restored to an initial state by switching the polarity of the electrodes and applying a voltage from outside. Redox battery charging method.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】本発明のレドックス電池は、液静
止型のレドックス電池であって、正極側電解槽及び負極
側電解槽内に、電解液と電極である導電性物質の粉末又
は小片との混合物(以下、当該混合物を「電解液」と区
別して「電極混合電解液」と記載する。)が充填されて
いることを主な特徴とする。以下、上記特徴を有する本
発明のレドックス電池について説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The redox battery of the present invention is a liquid static type redox battery, in which a positive electrode-side electrolytic cell and a negative electrode-side electrolytic cell contain an electrolytic solution and a powder or a small piece of a conductive substance as an electrode. (Hereinafter, the mixture is referred to as “electrode mixed electrolyte” to distinguish the mixture from “electrolyte”). Hereinafter, the redox battery of the present invention having the above characteristics will be described.
【0024】本発明における電極は、導電性物質の粉末
又は小片を用いる。導電性物質の種類は特に限定されな
いが、少なくとも使用する電解液に溶解しないものであ
って、10-2S/cm以上の電気伝導度を有するものを
使用することが好ましい。また、粉末又は小片の大きさ
は特に限定されず、導電性物質の表面性状、電解槽の大
きさ等を考慮して適宜設定することができるが、通常
0.01〜5mm程度が好ましく、より好ましくは0.
5〜1mm程度である。The electrode in the present invention uses a powder or a small piece of a conductive substance. Type conductive material is not particularly limited, there is not dissolved in the electrolyte solution at least used, it is preferable to use those having a 10 -2 S / cm or more electrical conductivity. The size of the powder or the small pieces is not particularly limited, and can be appropriately set in consideration of the surface properties of the conductive substance, the size of the electrolytic cell, and the like. Preferably 0.
It is about 5 to 1 mm.
【0025】本発明では、上記特性を有する導電性物質
の粉末又は小片としては、炭素の粉末又は小片を使用す
ることが好ましく、より好ましくは親水処理を施した炭
素の粉末又は小片と親水処理を施さない炭素の粉末又は
小片との混合物を使用することである。当該混合物を使
用する場合は、電解液による炭素表面の濡れ性が改善さ
れ、電池効率をさらに向上させることができる。In the present invention, it is preferable to use a carbon powder or a small piece as a powder or a small piece of the conductive substance having the above-mentioned characteristics, and more preferably to use a hydrophilically treated carbon powder or a small piece with a hydrophilic treatment. It is to use a mixture with untreated carbon powder or flakes. When the mixture is used, the wettability of the carbon surface with the electrolytic solution is improved, and the battery efficiency can be further improved.
【0026】炭素の粉末又は小片の種類は特に限定され
ず、上記の大きさに該当するものであれば、公知のもの
又は市販品を使用することができる。また、例えば市販
の炭素フェルト、炭素編地、炭素織地等を常法に従って
上記の大きさの粉末又は小片に加工したものを使用して
も良い。本発明では、炭素の粉末又は小片としては、特
に炭素フェルト(商品名「KFフェルト」東洋紡績株式
会社製)をカッター等の公知の切削具を用いて上記の大
きさの粉末又は小片に加工したものを好適に使用するこ
とができる。The type of the carbon powder or small pieces is not particularly limited, and any known or commercially available carbon powder can be used as long as it corresponds to the size described above. Further, for example, a commercially available carbon felt, carbon knitted fabric, carbon woven fabric, or the like processed into a powder or a small piece having the above-described size according to a conventional method may be used. In the present invention, carbon powder (trade name “KF Felt” manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was particularly processed into a powder or a small piece of the above size using a known cutting tool such as a cutter. Can be suitably used.
【0027】親水処理を施した炭素の粉末又は小片の種
類は特に限定されず、上記の大きさに該当するものであ
れば、公知のもの又は市販品を使用することができる。
また、炭素の粉末又は小片を、常法に従って親水処理し
たものを使用しても良い。本発明では、親水処理を施し
た炭素の粉末又は小片としては、特に親水処理を施した
炭素フェルト(品番「TKSVRF−CF004」東洋
紡績株式会社製)をカッター等の公知の切削具を用いて
上記の大きさの粉末又は小片に加工したものを好適に使
用することができる。The type of the carbon powder or small pieces subjected to the hydrophilic treatment is not particularly limited, and any known or commercially available carbon powder can be used as long as it corresponds to the above-mentioned size.
Further, carbon powder or small pieces which have been subjected to hydrophilic treatment according to a conventional method may be used. In the present invention, as the carbon powder or the small pieces subjected to the hydrophilic treatment, the carbon felt particularly subjected to the hydrophilic treatment (product number “TKSVRF-CF004” manufactured by Toyobo Co., Ltd.) is used by using a known cutting tool such as a cutter. What has been processed into a powder or a small piece of the size can be suitably used.
【0028】親水処理を施した炭素の粉末又は小片と親
水処理を施さない炭素の粉末又は小片との混合物を使用
する場合には、その混合割合は特に限定されないが、通
常親水処理を施した炭素の粉末又は小片5重量部に対
し、親水処理を施さない炭素の粉末又は小片1重量部程
度を混合することが好ましい。When a mixture of the hydrophilically treated carbon powder or small pieces and the non-hydrophilically treated carbon powder or small pieces is used, the mixing ratio is not particularly limited. It is preferable that about 1 part by weight of a carbon powder or a small piece not subjected to the hydrophilic treatment is mixed with 5 parts by weight of the powder or the small piece.
【0029】なお、炭素表面を親水処理する場合は、親
水処理方法は特に限定されない。好適な親水処理方法の
1つとしては、例えば1×10-2torr以上の酸素分
圧を有する酸素雰囲気下で、炭素表面を400℃以上に
加熱して乾式酸化処理を行うことにより炭素表面を親水
処理する方法を挙げることができる。When the carbon surface is subjected to hydrophilic treatment, the method of hydrophilic treatment is not particularly limited. As one of suitable hydrophilic treatment methods, for example, under an oxygen atmosphere having an oxygen partial pressure of 1 × 10 −2 torr or more, the carbon surface is heated to 400 ° C. or more to perform a dry oxidation treatment to thereby reduce the carbon surface. A method of performing a hydrophilic treatment can be given.
【0030】導電性物質の粉末又は小片を正極側電解槽
及び負極側電解槽に充填する場合は、予め必要量の導電
性物質の粉末又は小片を正極電解液及び負極電解液に充
分に混合した電極混合電解液を調製し、当該電極混合電
解液を各電解槽に充填することが好ましい。なお、各電
解液に混合する導電性物質の粉末又は小片の量は特に限
定されないが、通常電解液9重量部に対し導電性物質の
粉末又は小片を4重量部程度混合することが好ましい。When the powder or the small piece of the conductive substance is filled in the positive electrode side electrolytic cell and the negative electrode side electrolytic cell, a necessary amount of the conductive substance powder or the small piece is sufficiently mixed in advance with the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte. It is preferable to prepare an electrode mixed electrolytic solution and fill the electrolytic mixed solution into each electrolytic cell. The amount of the conductive substance powder or small pieces mixed with each electrolytic solution is not particularly limited, but it is generally preferable to mix about 4 parts by weight of the conductive substance powder or small pieces with 9 parts by weight of the electrolytic solution.
【0031】本発明のレドックス電池に使用する電解液
は、活物質としてバナジウムイオンを含む。電解液に含
まれるバナジウムイオンの濃度は特に限定されないが、
通常0.1〜5mol/l程度が好ましく、より好まし
くは1〜2mol/l程度である。バナジウムイオンの
濃度が0.1mol/l未満の場合には電池のエネルギ
ー密度が小さくなるおそれがある。また、5mol/l
を超えると電解液の粘度が過剰に高くなり、電極表面の
濡れ性が悪くなるおそれがある。なお、レドックス電池
の電池効率を高めるため、正極電解液中のバナジウムイ
オン濃度及び負極電解液中のバナジウムイオン濃度は同
一であることが好ましい。The electrolyte used in the redox battery of the present invention contains vanadium ions as an active material. The concentration of vanadium ions contained in the electrolyte is not particularly limited,
Usually, it is preferably about 0.1 to 5 mol / l, more preferably about 1 to 2 mol / l. If the concentration of vanadium ions is less than 0.1 mol / l, the energy density of the battery may decrease. In addition, 5mol / l
If it exceeds 300, the viscosity of the electrolytic solution becomes excessively high, and the wettability of the electrode surface may be deteriorated. In order to increase the battery efficiency of the redox battery, it is preferable that the vanadium ion concentration in the positive electrode electrolyte and the vanadium ion concentration in the negative electrode electrolyte are the same.
【0032】本発明で使用する電解液は、具体的には正
極電解液としては、V4+/V5+のバナジウムイオンを含
む水溶液を用いることが好ましく、当該V4+/V5+のバ
ナジウムイオンの安定性、溶解性、充放電反応速度の点
から、V4+/V5+のバナジウムイオンを含む硫酸水溶液
を使用することが好ましい。The electrolytic solution used in the present invention, as the positive electrode electrolyte in particular, it is preferable to use an aqueous solution containing a vanadium ion V 4+ / V 5+, of the V 4+ / V 5+ It is preferable to use a sulfuric acid aqueous solution containing V 4+ / V 5+ vanadium ions in view of the stability, solubility, and charge / discharge reaction rate of vanadium ions.
【0033】また、負極電解液としては、V2+/V3+の
バナジウムイオンを含む水溶液を用いることが好まし
く、当該V2+/V3+のバナジウムイオンの安定性、溶解
性、充放電反応速度の点から、V2+/V3+のバナジウム
イオンを含む硫酸水溶液を使用することが好ましい。[0033] As the negative electrode electrolyte solution, it is preferable to use an aqueous solution containing a vanadium ion V 2+ / V 3+, stability of vanadium ions of the V 2+ / V 3+, solubility, charge and discharge From the viewpoint of reaction rate, it is preferable to use a sulfuric acid aqueous solution containing V 2+ / V 3+ vanadium ions.
【0034】上記したバナジウムイオンを含む硫酸水溶
液を使用する場合には、硫酸水溶液中の硫酸イオンの濃
度は、正極電解液、負極電解液共に通常0.1〜5mo
l/l程度が好ましく、より好ましくは1〜2mol/
l程度である。硫酸イオンの濃度が0.1mol/l未
満の場合及び5mol/lを超える場合には、共にバナ
ジウムが析出するおそれがある。なお、硫酸水溶液を使
用する場合には、レドックス電池の電池効率を向上させ
るために、各電解液中の硫酸イオン濃度は同一であるこ
とが好ましい。When the above-mentioned aqueous sulfuric acid solution containing vanadium ions is used, the concentration of the sulfuric acid ions in the aqueous sulfuric acid solution is usually 0.1 to 5 mol for both the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte.
about 1 / l, more preferably 1-2 mol /
It is about l. If the sulfate ion concentration is less than 0.1 mol / l or more than 5 mol / l, vanadium may be precipitated in both cases. When an aqueous solution of sulfuric acid is used, it is preferable that the concentration of sulfate ion in each electrolyte is the same in order to improve the battery efficiency of the redox battery.
【0035】なお、本発明で使用する電解液には、必要
に応じて各種イオン安定化剤を添加しても良い。添加す
ることが好ましいイオン安定化剤としては、特に5価の
バナジウムイオン安定化剤を挙げることができる。本発
明では、当該イオン安定化剤を添加することにより、5
価のバナジウム化合物である五酸化バナジウム(V
2O5)の析出を確実に防ぐことができる。Incidentally, various ion stabilizers may be added to the electrolytic solution used in the present invention, if necessary. Preferable examples of the ion stabilizer to be added include a pentavalent vanadium ion stabilizer. In the present invention, by adding the ion stabilizer, 5
Vanadium pentoxide (V)
2 O 5 ) can be reliably prevented from being precipitated.
【0036】5価のバナジウムイオン安定化剤として
は、リン酸系安定剤が好ましく、例えばピロリン酸ナト
リウム、ピロリン酸カリウム、ポリリン酸ナトリウム、
トリポリリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウ
ム等を使用することが好ましい。これらリン酸系安定剤
は、単独又は2種以上で使用することができる。As the pentavalent vanadium ion stabilizer, a phosphoric acid type stabilizer is preferable, for example, sodium pyrophosphate, potassium pyrophosphate, sodium polyphosphate,
It is preferable to use sodium tripolyphosphate, sodium hexametaphosphate and the like. These phosphate stabilizers can be used alone or in combination of two or more.
【0037】イオン安定化剤を添加する場合は、その添
加量は特に限定されないが、通常電解液中のバナジウム
イオン1molに対して0.0003mol〜0.2m
ol程度が好ましく、より好ましくは0.0005mo
l〜0.08mol程度である。リン酸系安定剤の添加
量が電解液中のバナジウムイオン1molに対して0.
0003mol未満の場合は、高温におけるバナジウム
化合物の析出防止効果が充分に得られない場合がある。
また、0.2molを超える場合は、レドックス電池の
充放電効率が低下するおそれがある。When the ion stabilizer is added, the amount thereof is not particularly limited, but is usually 0.0003 mol to 0.2 m per 1 mol of vanadium ion in the electrolytic solution.
ol is preferred, more preferably 0.0005mo
It is about 1 to 0.08 mol. The amount of the phosphoric acid-based stabilizer to be added is 0.1 to 1 mol of vanadium ions in the electrolytic solution.
When the amount is less than 0003 mol, the effect of preventing precipitation of the vanadium compound at a high temperature may not be sufficiently obtained.
If the amount exceeds 0.2 mol, the charge / discharge efficiency of the redox battery may decrease.
【0038】本発明のレドックス電池は、正極側双極板
及び負極側双極板を有する。これらの設置場所は特に限
定されないが、通常は電解槽を挟んで隔膜の対面に設置
することが好ましく、特に本発明では、隔膜と共に電解
槽の壁面を構成することが好ましい。The redox battery of the present invention has a positive bipolar plate and a negative bipolar plate. The installation place is not particularly limited, but it is usually preferable to install them on the opposite side of the diaphragm across the electrolytic cell. In the present invention, it is particularly preferable to form the wall surface of the electrolytic cell together with the diaphragm.
【0039】当該双極板の材質は、電気伝導性及び電気
化学安定性に優れた材質であって、且つ電解液に溶解し
ないものであれば特に限定されず、例えば金、白金、プ
ラチナ、ロジウム、タンタル等の金属又はプラスチック
カーボンを使用することができ、これらの中でも、特に
コスト面からプラスチックカーボンを使用することが好
ましい。当該双極板の形態としては、上記の金属又はプ
ラスチックカーボンを加工して得られる金属シート、金
属箔、プラスチックカーボンシート等を好適に使用する
ことができる。The material of the bipolar plate is not particularly limited as long as it is a material excellent in electric conductivity and electrochemical stability and does not dissolve in the electrolytic solution. For example, gold, platinum, platinum, rhodium, Metal such as tantalum or plastic carbon can be used, and among them, it is particularly preferable to use plastic carbon from the viewpoint of cost. As the form of the bipolar plate, a metal sheet, a metal foil, a plastic carbon sheet, or the like obtained by processing the above metal or plastic carbon can be suitably used.
【0040】当該双極板の厚さは特に限定されないが、
通常1〜15mm程度が好ましく、より好ましくは1〜
4mm程度である。双極板の厚さが1mm未満の場合
は、電解液の圧力変動等により変形するおそれがある。
また、15mmを超える場合は、電気抵抗が大きくな
り、電池効率が悪化するおそれがある。Although the thickness of the bipolar plate is not particularly limited,
Usually, it is preferably about 1 to 15 mm, more preferably 1 to 15 mm.
It is about 4 mm. When the thickness of the bipolar plate is less than 1 mm, the bipolar plate may be deformed due to pressure fluctuation of the electrolyte.
On the other hand, if it exceeds 15 mm, the electric resistance increases, and the battery efficiency may deteriorate.
【0041】本発明のレドックス電池では、電極形状は
もはやシート状ではないため、双極板の表面性状は、従
来レドックスフロー電池に使用されている双極板のよう
な面精度が高いものに限定されず、むしろ双極板の表面
に凹凸を設けることにより電解液との接触面積を増大さ
せることが好ましい。本発明では、電解液との接触面積
を増大させることにより、双極効率及び電池効率を向上
させることができる。In the redox battery of the present invention, since the electrode shape is no longer a sheet shape, the surface properties of the bipolar plate are not limited to those having a high surface accuracy such as the bipolar plate conventionally used in a redox flow battery. Rather, it is preferable to increase the contact area with the electrolytic solution by providing irregularities on the surface of the bipolar plate. In the present invention, bipolar efficiency and battery efficiency can be improved by increasing the contact area with the electrolytic solution.
【0042】凹凸を設けることによる表面積の増加量は
特に限定されないが、例えば電解液に接する面の当該双
極板の断面積(S)に対する電解液に接する当該双極板
の表面積(Sc)の割合(Sc/S)が1〜100の範
囲内であることが好ましい。The amount of increase in the surface area due to the provision of the irregularities is not particularly limited. For example, the ratio of the surface area (Sc) of the bipolar plate in contact with the electrolytic solution to the cross-sectional area (S) of the bipolar plate in contact with the electrolytic solution (Sc / S) is preferably in the range of 1 to 100.
【0043】双極板に凹凸を設ける方法は特に限定され
ないが、例えば凹凸を有する金型上で双極板をプレスし
て所望の凹凸を設ける方法が好ましい。There is no particular limitation on the method of forming the irregularities on the bipolar plate. For example, a method of forming the desired irregularities by pressing the bipolar plate on a mold having irregularities is preferable.
【0044】本発明のレドックス電池に使用する隔膜は
特に限定されず、公知の又は市販のイオン交換樹脂を使
用することができるが、イオン交換樹脂の中でも、特に
プロトン透過性能が高いもの、バナジウムイオンの透過
を抑制できるもの及び耐酸化性に優れたものを使用する
ことが好ましい。The membrane used for the redox battery of the present invention is not particularly limited, and known or commercially available ion exchange resins can be used. Among the ion exchange resins, those having particularly high proton permeation performance, vanadium ion It is preferable to use a material which can suppress the permeation of the material and a material having excellent oxidation resistance.
【0045】上記の特性を有するイオン交換樹脂として
は、例えばスルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸
基、ホスフィン酸基等の陽イオン交換基を有するイオン
交換樹脂、又はピリジニウム塩基、第四級アンモニウム
塩基、第三級アミン基、ホスホニウム基等の陰イオン交
換基を有するイオン交換樹脂等を使用することが好まし
い。本発明では、これらの中でも、特にプロトン透過性
能の高いピリジニウム基を有するイオン交換樹脂を好適
に使用することができる。Examples of the ion exchange resin having the above-mentioned properties include ion exchange resins having a cation exchange group such as a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphonic acid group, and a phosphinic acid group, a pyridinium base, and a quaternary ammonium. It is preferable to use an ion exchange resin having an anion exchange group such as a base, a tertiary amine group, and a phosphonium group. In the present invention, among these, an ion exchange resin having a pyridinium group having particularly high proton permeation performance can be suitably used.
【0046】イオン交換基が導入される樹脂は特に限定
されないが、通常は、ビニル重合性単量体の架橋重合体
樹脂、ポリスルホン系樹脂、テフロン(登録商標)系樹
脂等が好ましい。The resin into which the ion exchange group is introduced is not particularly limited, but usually, a crosslinked polymer resin of a vinyl polymerizable monomer, a polysulfone resin, a Teflon (registered trademark) resin or the like is preferable.
【0047】本発明における隔膜の厚みは特に限定され
ないが、通常100〜3000μm程度が好ましく、よ
り好ましくは200〜2000μmである。隔膜の厚み
が100μm未満の場合は、強度及び耐久性が充分でな
いおそれがある。また、3000μmを超える場合に
は、充放電効率が低下するおそれがある。Although the thickness of the diaphragm in the present invention is not particularly limited, it is usually preferably about 100 to 3000 μm, more preferably 200 to 2000 μm. If the thickness of the diaphragm is less than 100 μm, the strength and durability may not be sufficient. If it exceeds 3000 μm, the charge / discharge efficiency may decrease.
【0048】本発明のレドックス電池は、正極側電解槽
及び負極側電解槽を有し、当該電解槽には電極混合電解
液が充填される。各電解槽の構成は特に限定されない
が、本発明のレドックス電池では、隔膜、電解槽枠及び
双極板で囲まれた槽であることが好ましい。The redox battery of the present invention has a positive electrode side electrolytic cell and a negative electrode side electrolytic cell, and the electrolytic cell is filled with an electrode mixed electrolytic solution. Although the configuration of each electrolytic cell is not particularly limited, the redox battery of the present invention is preferably a cell surrounded by a diaphragm, an electrolytic cell frame, and a bipolar plate.
【0049】電解槽枠の材質は特に限定されず、従来レ
ドックスフロー電池の電解槽に用いる材質をはじめ種々
の材質が使用できる。その中でも合成樹脂を使用するこ
とが好ましく、例えばポリ塩化ビニル等を使用する場合
はレドックス電池を軽量化することができるため好まし
い。The material of the electrolytic cell frame is not particularly limited, and various materials including those conventionally used for electrolytic cells of redox flow batteries can be used. Among them, it is preferable to use a synthetic resin. For example, when using polyvinyl chloride or the like, it is preferable because the weight of the redox battery can be reduced.
【0050】電解槽の容積は特に限定されず、所望の電
池性能に合わせて適宜設定できるが、例えば5〜20k
Wh程度の電力を1時間連続供給するためには、各電解
槽の容積を好ましくは0.2〜1.6m3程度、より好
ましくは0.5〜1.2m3程度に設定すればよい。な
お、電池効率の安定性から正極側電解槽及び負極側電解
槽の容積は同一であることが好ましい。The volume of the electrolytic cell is not particularly limited and can be appropriately set according to the desired battery performance.
In order to continuously supply electric power of about Wh for one hour, the volume of each electrolytic cell may be set to preferably about 0.2 to 1.6 m 3 , more preferably about 0.5 to 1.2 m 3 . In addition, it is preferable that the capacity of the positive electrode side electrolytic cell and the negative electrode side electrolytic cell be the same from the viewpoint of the stability of the battery efficiency.
【0051】本発明のレドックス電池は、その構成部品
として正極端子を有する金属板及び負極端子を有する金
属板を有する。それらの設置に関し特に制限はないが、
通常正極側双極板及び負極側双極板に接する態様でそれ
らの外側に設けることが好ましい。The redox battery of the present invention has a metal plate having a positive terminal and a metal plate having a negative terminal as its constituent parts. There are no particular restrictions on their installation,
Usually, it is preferable to provide it outside the positive electrode side bipolar plate and the negative electrode side bipolar plate so as to be in contact with them.
【0052】当該金属板の材質は、電気伝導性に優れた
ものであれば特に限定されないが、例えば銅、金、ロジ
ウム、白金、銀等を使用することができる。この中でも
特にコスト面から銅を使用することが好ましい。The material of the metal plate is not particularly limited as long as it is excellent in electric conductivity. For example, copper, gold, rhodium, platinum, silver and the like can be used. Among them, it is particularly preferable to use copper from the viewpoint of cost.
【0053】当該金属板の厚さは特に限定されないが、
通常0.1〜10mm程度が好ましく、より好ましくは
2〜5mm程度である。0.1mm未満の場合は、電解
槽の圧力変動により変形のおそれがある。また、10m
mを超える場合は、電池重量増加のおそれがある。Although the thickness of the metal plate is not particularly limited,
Usually, it is preferably about 0.1 to 10 mm, more preferably about 2 to 5 mm. If it is less than 0.1 mm, deformation may occur due to pressure fluctuations in the electrolytic cell. Also, 10m
If it exceeds m, the weight of the battery may increase.
【0054】各極端子は、各種外部機器の導線端子に接
続して使用することが好ましく、その大きさ、形状等は
適宜設定することができる。Each pole terminal is preferably used by being connected to a wire terminal of various external devices, and its size, shape, and the like can be appropriately set.
【0055】本発明のレドックス電池の組み立て方法は
特に限定されない。好適な組み立て方法の一例として
は、例えば正極側の構成部品(電解槽枠、双極板及び極
端子を有する金属板)及び負極側の構成部品(電解槽
枠、双極板及び極端子を有する金属板)をそれぞれ接続
して予め正極側電解槽及び負極側電解槽を作成した後
に、各電解槽に電極混合電解液を充填し、その後隔膜を
挟んで両者を接合する方法を挙げることができる。各構
成部品の接続には各種接着剤、ボルト等が使用できる。
また、レドックス電池を組み立て後、電池全体を各種合
成樹脂で被覆して補強することも好ましい。The method for assembling the redox battery of the present invention is not particularly limited. As an example of a suitable assembling method, for example, a component on the positive electrode side (a metal plate having an electrolytic cell frame, a bipolar plate and a pole terminal) and a component on the negative electrode side (a metal plate having an electrolytic cell frame, a bipolar plate and a pole terminal) ), A positive electrode-side electrolytic cell and a negative electrode-side electrolytic cell are prepared in advance, and then each electrolytic cell is filled with an electrode mixed electrolytic solution, and then the two are joined together with a diaphragm interposed therebetween. Various adhesives, bolts, and the like can be used to connect the components.
After assembling the redox battery, it is also preferable to cover and reinforce the entire battery with various synthetic resins.
【0056】なお、電極混合電解液の充填時期及び充填
方法は上記の一例の方法に限定されるものではない。例
えば、電解槽枠、双極板又は極端子の少なくとも1種に
充填孔を設けて、レドックス電池の組み立て後に当該充
填孔から電極混合電解液を注入することもできる。充填
後は、例えばゴムパッキンを有するネジ等で当該充填孔
をふさげば良い。The charging timing and the charging method of the electrode mixed electrolyte are not limited to the above-described method. For example, it is also possible to provide a filling hole in at least one of the electrolytic cell frame, the bipolar plate and the pole terminal, and to inject the electrode mixed electrolyte from the filling hole after assembling the redox battery. After filling, the filling hole may be closed with a screw having rubber packing, for example.
【0057】本発明のレドックス電池の設置方法、設置
場所等は特に限定されない。本発明のレドックス電池は
液静止型であるため、各電解槽自体が充分に密閉されて
いるならば、常に水平に設置する必要はなく、所望の設
置方法で使用できる。The method of installing the redox battery of the present invention, the installation place, and the like are not particularly limited. Since the redox battery of the present invention is of a liquid stationary type, it is not necessary to always install it horizontally as long as each electrolytic cell itself is sufficiently sealed, and it can be used in a desired installation method.
【0058】本発明のレドックス電池は、電解液の疲労
に伴って起電力が低下した場合は、電極の極性を相互に
切り替えて外部から電圧を印加することにより起電力を
初期状態に回復させる。充電時に使用する外部電源は特
に限定されないが、例えば電極面積1cm2あたり70
mA程度の直流電源を供給できるものが好ましい。本発
明における上記「電極面積」は、電解液に接触している
部分の隔膜面積であり、言い換えると電解液中のプロト
ンが移動し得る部分の隔膜面積である。In the redox battery of the present invention, when the electromotive force decreases due to the fatigue of the electrolyte, the electromotive force is restored to the initial state by switching the polarity of the electrodes and applying a voltage from the outside. Although the external power source is not particularly limited to be used during charging, for example, the electrode area of 1 cm 2 per 70
The one that can supply a DC power of about mA is preferable. The “electrode area” in the present invention is a diaphragm area of a portion in contact with the electrolytic solution, in other words, a diaphragm area of a portion to which protons in the electrolytic solution can move.
【0059】充電中は、レドックス電池に電池電圧モニ
ター等の電圧計測機器を設置することが好ましい。本発
明のレドックス電池では、電池電圧が1.55V程度で
充電を終了することが好ましい。充電過多である場合
は、電解液含まれる水の電気分解等の副反応が生じるお
それがある。During charging, it is preferable to install a voltage measuring device such as a battery voltage monitor on the redox battery. In the redox battery of the present invention, charging is preferably terminated when the battery voltage is about 1.55V. If the charge is excessive, side reactions such as electrolysis of water contained in the electrolytic solution may occur.
【0060】[0060]
【作用】以下に、正極電解液としてV4+/V5+のバナジ
ウムイオンを含む硫酸水溶液を、負極電解液としてV2+
/V3+のバナジウムイオンを含む硫酸水溶液を使用する
場合の充放電反応に際する各電解液中の活物質の変化に
ついて説明する。In the following, an aqueous sulfuric acid solution containing V 4+ / V 5+ vanadium ions is used as a positive electrode electrolyte, and V 2+ is used as a negative electrode electrolyte.
The change of the active material in each electrolytic solution at the time of charge / discharge reaction when using a sulfuric acid aqueous solution containing vanadium ions of / V 3+ will be described.
【0061】正極電解液中では、充電状態においてV4+
→V5++e-で表される酸化反応が進行する。即ち、正
極電解液は、充電状態において4価及び5価のバナジウ
ムイオンの混合状態又は5価のバナジウムイオン単独の
状態をとり得る。充電終了時における正極電解液中の5
価のバナジウムイオン濃度の、全バナジウムイオンの濃
度に対する割合は、通常70〜85%程度が好ましく、
より好ましくは80〜85%である。In the positive electrode electrolyte, V 4+
→ The oxidation reaction represented by V 5+ + e − proceeds. That is, the positive electrode electrolyte may take a mixed state of tetravalent and pentavalent vanadium ions or a state of pentavalent vanadium ions alone in the charged state. 5 in the cathode electrolyte at the end of charging
The ratio of the vanadium ion concentration to the total vanadium ion concentration is usually preferably about 70 to 85%,
More preferably, it is 80 to 85%.
【0062】一方、放電状態においては、逆にV5++e
- →V4+で表される還元反応が進行する。放電終了時に
おける正極電解液中の4価のバナジウムイオン濃度の、
全バナジウムイオンの濃度に対する割合は、通常70〜
95%程度が好ましく、より好ましくは80〜90%で
ある。On the other hand, in the discharge state, V 5+ + e
- → represented by the reduction reaction in the V 4+ to proceed. The concentration of tetravalent vanadium ions in the positive electrode electrolyte at the end of the discharge,
The ratio to the total vanadium ion concentration is usually 70 to
It is preferably about 95%, more preferably 80 to 90%.
【0063】正極電解液として上記の硫酸水溶液を使用
する場合における充放電反応に際する化学反応は以下の
通りである。The chemical reactions involved in the charge / discharge reaction when the above-mentioned sulfuric acid aqueous solution is used as the positive electrode electrolyte are as follows.
【0064】[0064]
【化1】 負極電解液中では、充電状態においてV3++e-→V2+
で表される還元反応が進行する。即ち、負極電解液は、
充電状態において3価及び2価のバナジウムイオンの混
合状態又は2価のバナジウムイオン単独の状態をとり得
る。充電終了時における負極電解液中の2価のバナジウ
ムイオン濃度の、全バナジウムイオンの濃度に対する割
合は、通常70〜95%程度が好ましく、より好ましく
は80〜90%である。Embedded image In the negative electrode electrolyte, V 3+ + e − → V 2+ in the charged state
The reduction reaction represented by That is, the negative electrode electrolyte is
In the charged state, a mixed state of trivalent and divalent vanadium ions or a state of divalent vanadium ions alone can be taken. The ratio of the divalent vanadium ion concentration in the negative electrode electrolyte to the total vanadium ion concentration at the end of charging is usually preferably about 70 to 95%, more preferably 80 to 90%.
【0065】一方、放電状態においては、逆にV2+→V
3++e-で表される酸化反応が進行する。放電終了時に
おける正極電解液中の3価のバナジウムイオン濃度の、
全バナジウムイオンの濃度に対する割合は、通常70〜
90%程度が好ましく、より好ましくは75〜85%で
ある。On the other hand, in the discharge state, V 2+ → V
3+ + e - oxidation reaction proceeds represented by. The concentration of trivalent vanadium ions in the positive electrode electrolyte at the end of the discharge,
The ratio to the total vanadium ion concentration is usually 70 to
It is preferably about 90%, more preferably 75 to 85%.
【0066】負極電解液として上記の硫酸水溶液を使用
する場合における充放電反応に際する化学反応は以下の
通りである。The chemical reaction in the charge / discharge reaction when the above-mentioned aqueous sulfuric acid solution is used as the negative electrode electrolyte is as follows.
【0067】[0067]
【化2】 Embedded image
【0068】[0068]
【発明の効果】本願の請求項1に記載の発明によれば、
電解液を電解槽内に循環させる必要がない。従って、電
解液貯蔵タンク、ポンプ等の補機類の設置が不要とな
り、軽量小型なレドックス電池の製造が可能である。According to the invention described in claim 1 of the present application,
There is no need to circulate the electrolyte in the electrolytic cell. Accordingly, it is not necessary to install auxiliary equipment such as an electrolyte storage tank and a pump, and a light and small redox battery can be manufactured.
【0069】また、電解液を循環させないため、電解液
として粘度の高い高濃度バナジウム溶液が使用できる。
従って、軽量小型ながらも高出力性能を有するレドック
ス電池の製造が可能である。Since the electrolyte is not circulated, a high-viscosity high-concentration vanadium solution can be used as the electrolyte.
Therefore, it is possible to manufacture a redox battery having high output performance while being lightweight and compact.
【0070】さらに、導電性物質の粉末又は小片を電極
として用いるため、従来のようにシート状電極を単独で
設置する必要がない。従って、レドックス電池の製造が
容易であると共に、従来シート状電極に密着させるため
に高い面精度が求められていた双極板に、むしろ凹凸を
つけることにより電解液との接触表面積を増大させ、双
極効率を向上させることが可能となった。Furthermore, since a powder or a small piece of a conductive substance is used as an electrode, it is not necessary to separately provide a sheet-like electrode as in the related art. Therefore, the production of a redox battery is easy, and the surface area of contact with the electrolyte is increased by making the bipolar plate, which had conventionally been required to have high surface accuracy in order to make it adhere to the sheet-like electrode, more uneven, thereby increasing the surface area. It has become possible to improve efficiency.
【0071】その他、もはや双極板とシート状電極を両
側から挟み込んで密着させる構造ではないために、従来
のレドックスフロー電池で好適に使用されるスタック両
側を押える押え板が不要となった。従って、電池全体を
ポリ塩化ビニル等の合成樹脂で作成することが可能とな
り、より軽量化、製作の容易化を図ることが可能であ
る。In addition, since the bipolar plate and the sheet-like electrode are no longer in contact with each other by sandwiching the bipolar plate and the sheet-like electrode from each other, a pressing plate for pressing both sides of the stack, which is preferably used in a conventional redox flow battery, is unnecessary. Therefore, the entire battery can be made of a synthetic resin such as polyvinyl chloride, so that it is possible to further reduce the weight and facilitate the manufacture.
【0072】本願の請求項2に記載の発明によれば、親
水処理を施した炭素の粉末又は小片と親水処理を施さな
い炭素の粉末又は小片とを混合することで、より炭素表
面と電解液との親和性を高め、電池効率を向上させるこ
とが可能である。According to the invention as set forth in claim 2 of the present application, by mixing the carbon powder or the small pieces subjected to the hydrophilic treatment with the carbon powder or the small pieces not subjected to the hydrophilic treatment, the carbon surface or the electrolytic solution can be further increased. And the battery efficiency can be improved.
【0073】本願の請求項3及び4に記載の発明によれ
ば、双極板の表面積を増大させる場合は、双極効率が向
上し、電池の出力を高めることができる。According to the third and fourth aspects of the present invention, when the surface area of the bipolar plate is increased, the bipolar efficiency can be improved and the output of the battery can be increased.
【0074】本願の請求項5に記載の発明によれば、電
解液の疲労に伴って起電力が低下した際に、電極の極性
を相互に切り替えて外部から電圧を印加することにより
起電力を初期状態に回復させることが可能である。従っ
て、同一の電解液を繰り返し充電して使用することがで
きるため、長期使用安定性及び環境保全性に優れてい
る。According to the invention as set forth in claim 5 of the present application, when the electromotive force is reduced due to the fatigue of the electrolyte, the polarity of the electrodes is switched to each other and a voltage is applied from the outside to reduce the electromotive force. It is possible to restore to the initial state. Therefore, since the same electrolyte can be repeatedly charged and used, it is excellent in long-term use stability and environmental preservation.
【0075】[0075]
【実施例】以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明
する。但し、本発明はこれらの記載の範囲に限定される
ものではない。The present invention will be specifically described below with reference to examples. However, the present invention is not limited to the scope of these descriptions.
【0076】実施例1 レドックス電池(ミニチュアセル)の作成 ミニチュアセルは隔膜、ポリ塩化ビニル製電解槽枠、プ
ラスチックカーボン製双極板及び極端子を有する銅板を
それぞれボルト又は接着剤で固定して作成した。使用し
た電解槽枠の大きさは、各電解槽の大きさ(電極混合電
解液が充填される正味の大きさ)が、縦30mm、横3
0mm、厚さ(隔膜〜双極板の距離に相当する部分)
5.4mmとなるものを使用した。 Example 1 Preparation of Redox Battery (Miniature Cell) A miniature cell was prepared by fixing a diaphragm, an electrolytic cell frame made of polyvinyl chloride, a bipolar plate made of plastic carbon, and a copper plate having pole terminals with bolts or an adhesive, respectively. . The size of the electrolytic cell frame used is such that the size of each electrolytic cell (net size to be filled with the electrode mixed electrolyte) is 30 mm long and 3 mm wide.
0 mm, thickness (part corresponding to the distance between diaphragm and bipolar plate)
One having a size of 5.4 mm was used.
【0077】電極混合電解液の充填量は正極側電解槽、
負極側電解槽共に5cc程度であった。なお、電極混合
電解液は、下記方法に従って調製したものを使用した。 〔電極混合電解液の調製〕親水処理を施した炭素フェル
ト(品番「TKSVRF−CF004」東洋紡績株式会
社製)4g及び親水処理を施さない炭素フェルト(商品
名「 KFフェルト」東洋紡績株式会社製)6gをそれ
ぞれカッターを用いて3mmの大きさの小片に加工した
後、両者を均一になるまで混合した。次に、4価のバナ
ジウムイオン濃度及び硫酸イオン濃度が共に2mol/
lであるバナジウム硫酸水溶液(正極電解液)、及び3
価のバナジウムイオン濃度及び硫酸イオン濃度が共に2
mol/lであるバナジウム硫酸水溶液(負極電解液)
をそれぞれ5cc程度用意して、その中に上記の電極小
片混合物を各々5gづつ添加した。添加後、電極小片が
均一に分散するまでよく撹拌して正極側の電極混合電解
液及び負極側の電極混合電解液を調製した。The filling amount of the electrode mixed electrolytic solution is determined by the electrolytic cell on the positive electrode side,
The negative electrode side electrolytic cell was about 5 cc. The electrode mixed electrolyte used was prepared according to the following method. [Preparation of Electrode Mixed Electrolyte] 4 g of carbon felt subjected to hydrophilic treatment (product number “TKSVRF-CF004” manufactured by Toyobo Co., Ltd.) and carbon felt not subjected to hydrophilic treatment (trade name “KF Felt” manufactured by Toyobo Co., Ltd.) After processing 6 g of each into small pieces of 3 mm in size using a cutter, both were mixed until uniform. Next, both the tetravalent vanadium ion concentration and the sulfate ion concentration were 2 mol /
1 vanadium sulfate aqueous solution (positive electrode electrolyte);
Valent vanadium ion concentration and sulfate ion concentration are both 2
mol / l vanadium sulfate aqueous solution (negative electrode electrolyte)
Were prepared in an amount of about 5 cc, and 5 g of each of the above-mentioned mixture of electrode pieces was added thereto. After the addition, the mixture was sufficiently stirred until the electrode pieces were uniformly dispersed to prepare an electrode mixed electrolyte on the positive electrode side and an electrode mixed electrolyte on the negative electrode side.
【0078】実施例2 レドックス電池の充電 上記方法により作成したレドックス電池は、70mA/
cm2×9cm2の一定電流により充電した。即ち、電極
面積は9cm2であり、電極面積1cm2あたり70mA
の直流電流を供給し得る外部電源を使用した。レドック
ス電池にはデジタルオシロスコープ(品番「DL708
E」横河電気株式会社製)を接続し、電池電圧をモニタ
ーしながら充電を行った。電池電圧は、充電開始時は
0.6Vであり、電池電圧が1.55Vに達したことを
確認して充電を終了した。充電完了までに要した時間は
20分であった実験例1 実施例1で作成し、実施例2の方法により充電したレド
ックス電池にデジタルオシロスコープ(品番「DL70
8E」横河電気株式会社製)を接続し、60mA/cm
2(定格電流;過負荷なし)の一定電流で放電させ、経
時的な電池電圧の変化を測定した。実験室の温度は25
℃であった。測定により得られた経時的な電池電圧変化
は図2に示した。[0078] Redox batteries prepared by charging the method of Example 2 redox batteries, 70 mA /
It was charged with a constant current of cm 2 × 9cm 2. That is, the electrode area is 9cm 2, 70 mA per electrode area 1 cm 2
An external power supply capable of supplying a direct current was used. Redox batteries include a digital oscilloscope (Model No. "DL708
E ", manufactured by Yokogawa Electric Corporation, and charged while monitoring the battery voltage. The battery voltage was 0.6 V at the start of charging, and the charging was terminated after confirming that the battery voltage reached 1.55 V. The time required to complete charging was 20 minutes. Experimental Example 1 A digital oscilloscope (part number "DL70") was prepared in Example 1 and charged to the redox battery charged by the method of Example 2.
8E "manufactured by Yokogawa Electric Corporation.
The battery was discharged at a constant current of 2 (rated current; no overload), and the change in battery voltage over time was measured. Laboratory temperature is 25
° C. FIG. 2 shows the change in the battery voltage over time obtained by the measurement.
【0079】実験例2 放電させる一定電流の値を120mA/cm2(過負荷
電流)にかえて、実験1と同様の測定を行った。測定に
より得られた経時的な電池電圧変化は図2に示した。 EXPERIMENTAL EXAMPLE 2 The same measurement as in Experiment 1 was performed by changing the value of the constant current to be discharged to 120 mA / cm 2 (overload current). FIG. 2 shows the change in the battery voltage over time obtained by the measurement.
【0080】実験例3 放電させる一定電流の値を180mA/cm2(過負荷
電流)にかえて、実験1と同様の測定を行った。測定に
より得られた経時的な電池電圧変化は図2に示した。 EXPERIMENTAL EXAMPLE 3 The same measurement as in Experiment 1 was performed by changing the value of the constant current to be discharged to 180 mA / cm 2 (overload current). FIG. 2 shows the change in the battery voltage over time obtained by the measurement.
【0081】〔実験結果〕図2に示された経時的な電池
電圧グラフより、放電電流を増やすと、それに伴って放
電時間が短くなることが分かるが、3倍程度の過負荷に
は対応可能であることが分かる。また、本発明のレドッ
クス電池は、1分間程度の短期時間の停電については、
定格出力の3倍以上の出力が可能であることが分かっ
た。本実験は各電解槽に5cc程度の電解液を充填する
のみのミニチュアモデルであり、充填する電解液量を増
せば、1時間程度の放電も可能である。[Experimental Results] From the graph of the battery voltage over time shown in FIG. 2, it can be seen that the discharge time is shortened with an increase in the discharge current. It turns out that it is. In addition, the redox battery of the present invention has a short-term power outage of about one minute,
It was found that an output more than three times the rated output was possible. This experiment is a miniature model in which only about 5 cc of the electrolytic solution is filled in each electrolytic cell. If the amount of the filled electrolytic solution is increased, discharge for about 1 hour is possible.
【図1】本発明のレドックス電池の一実施例の構成を示
す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of one embodiment of a redox battery of the present invention.
【図2】実験例1〜3により得られた経時的な電池電圧
変化を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing changes in battery voltage over time obtained in Experimental Examples 1 to 3.
1 レドックス電池全体 2A 正極側双極板 2B 負極側双極板 3A 正極側電解槽 3B 負極側電解槽 4A 正極側の電極混合電解液 4B 負極側の電極混合電解液 5 隔膜 6A 正極端子を有する金属板 6B 負極端子を有する金属板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Whole redox battery 2A Positive electrode bipolar plate 2B Negative electrode bipolar plate 3A Positive electrode electrolytic cell 3B Negative electrode electrolytic cell 4A Positive electrode mixed electrolyte 4B Negative electrode mixed electrolyte 5 Separator 6A Metal plate having a positive electrode terminal 6B Metal plate with negative terminal
Claims (5)
ックス電池であって、少なくとも隔膜、正極側電解槽、
負極側電解槽、正極側双極板、負極側双極板、正極端子
を有する金属板及び負極端子を有する金属板を有し、当
該正極側電解槽及び負極側電解槽内に、活物質であるバ
ナジウムイオンを含む電解液と電極である導電性物質の
粉末又は小片との混合物が充填されていることを特徴と
するレドックス電池。1. A liquid static type redox battery having no electrolyte storage tank, comprising at least a diaphragm, a positive electrode side electrolytic cell,
A negative electrode-side electrolytic cell, a positive electrode-side bipolar plate, a negative electrode-side bipolar plate, a metal plate having a positive electrode terminal and a metal plate having a negative electrode terminal, and vanadium as an active material in the positive electrode-side electrolytic cell and the negative electrode-side electrolytic cell; A redox battery filled with a mixture of an electrolyte solution containing ions and a powder or a small piece of a conductive substance serving as an electrode.
水処理を施した炭素の粉末又は小片と親水処理を施さな
い炭素の粉末又は小片との混合物を使用する請求項1記
載のレドックス電池。2. The redox battery according to claim 1, wherein a mixture of a carbon powder or a small piece subjected to hydrophilic treatment and a carbon powder or small piece not subjected to hydrophilic treatment is used as the conductive substance powder or small piece.
り、当該電解液との接触面積を増大させた請求項1又は
2に記載のレドックス電池。3. The redox battery according to claim 1, wherein the surface of the bipolar plate is provided with irregularities to increase the contact area with the electrolyte.
積(S)に対する当該電解液に接する当該双極板の表面
積(Sc)の割合(Sc/S)が1〜100である請求
項1〜3のいずれかに記載のレドックス電池。4. A ratio (Sc / S) of a surface area (Sc) of the bipolar plate in contact with the electrolytic solution to a cross-sectional area (S) of the bipolar plate in a surface in contact with the electrolytic solution is 1 to 100. The redox battery according to any one of claims 1 to 3.
に、電極の極性を相互に切り替えて外部から電圧を印加
することにより起電力を初期状態に回復させる請求項1
〜4のいずれかに記載のレドックス電池の充電方法。5. The electromotive force is restored to an initial state by switching the polarity of the electrodes and applying a voltage from the outside when the electromotive force decreases due to the fatigue of the electrolyte.
A method for charging a redox battery according to any one of claims 1 to 4.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001011563A JP2002216833A (en) | 2001-01-19 | 2001-01-19 | Redox cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001011563A JP2002216833A (en) | 2001-01-19 | 2001-01-19 | Redox cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002216833A true JP2002216833A (en) | 2002-08-02 |
Family
ID=18878687
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001011563A Pending JP2002216833A (en) | 2001-01-19 | 2001-01-19 | Redox cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002216833A (en) |
Cited By (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011049103A1 (en) | 2009-10-20 | 2011-04-28 | 国立大学法人東北大学 | Vanadium cell |
JP2012054035A (en) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Tomomi Abe | Vanadium ion battery |
WO2012160406A1 (en) * | 2011-05-26 | 2012-11-29 | Krisada Kampanatsanyakorn | Method of conducting an all vanadium redox flow battery and implementing system |
JP5207407B2 (en) * | 2008-02-18 | 2013-06-12 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Air electrode |
JP2013535801A (en) * | 2010-08-18 | 2013-09-12 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | Static fluid redox electrode |
KR20140097967A (en) * | 2010-12-16 | 2014-08-07 | 24엠 테크놀러지스 인코퍼레이티드 | High energy density redox flow device |
JP2015529942A (en) * | 2012-07-27 | 2015-10-08 | ロッキード・マーティン・アドバンスト・エナジー・ストレージ・エルエルシーLockheed Martin Advanced EnergyStorage, LLC | Electrochemical system characterized by high open circuit potential |
WO2016158295A1 (en) * | 2015-03-30 | 2016-10-06 | 株式会社東北テクノアーチ | Vanadium redox cell |
KR101677107B1 (en) * | 2015-08-24 | 2016-11-17 | 한국에너지기술연구원 | Electrolyte additive for redox flow battery and redox flow battery comprising thereof |
US9768463B2 (en) | 2012-07-27 | 2017-09-19 | Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc | Aqueous redox flow batteries comprising metal ligand coordination compounds |
US9786944B2 (en) | 2008-06-12 | 2017-10-10 | Massachusetts Institute Of Technology | High energy density redox flow device |
US9831518B2 (en) | 2012-12-13 | 2017-11-28 | 24M Technologies, Inc. | Semi-solid electrodes having high rate capability |
US9831519B2 (en) | 2012-12-13 | 2017-11-28 | 24M Technologies, Inc. | Semi-solid electrodes having high rate capability |
US9865893B2 (en) | 2012-07-27 | 2018-01-09 | Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc | Electrochemical energy storage systems and methods featuring optimal membrane systems |
US9899694B2 (en) | 2012-07-27 | 2018-02-20 | Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc | Electrochemical energy storage systems and methods featuring high open circuit potential |
JP2018055902A (en) * | 2016-09-28 | 2018-04-05 | 株式会社 東北テクノアーチ | Secondary battery |
US10483581B2 (en) | 2012-07-27 | 2019-11-19 | Lockheed Martin Energy, Llc | Electrochemical energy storage systems and methods featuring large negative half-cell potentials |
WO2019234869A1 (en) * | 2018-06-06 | 2019-12-12 | 住友電気工業株式会社 | Bipolar plate, cell frame, cell stack, and redox flow battery |
JP2020507895A (en) * | 2017-02-10 | 2020-03-12 | ツェーエムブルー プロイェクト アーゲー | Flow electrode unit and use thereof, redox flow battery system and use thereof, method of manufacturing flow electrode unit, operation method of redox flow battery system |
US11909077B2 (en) | 2008-06-12 | 2024-02-20 | Massachusetts Institute Of Technology | High energy density redox flow device |
-
2001
- 2001-01-19 JP JP2001011563A patent/JP2002216833A/en active Pending
Cited By (34)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5207407B2 (en) * | 2008-02-18 | 2013-06-12 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Air electrode |
US11342567B2 (en) | 2008-06-12 | 2022-05-24 | Massachusetts Institute Of Technology | High energy density redox flow device |
US11909077B2 (en) | 2008-06-12 | 2024-02-20 | Massachusetts Institute Of Technology | High energy density redox flow device |
US9786944B2 (en) | 2008-06-12 | 2017-10-10 | Massachusetts Institute Of Technology | High energy density redox flow device |
US10236518B2 (en) | 2008-06-12 | 2019-03-19 | 24M Technologies, Inc. | High energy density redox flow device |
US9419279B2 (en) | 2009-10-20 | 2016-08-16 | Tohoku University | Vanadium battery |
WO2011049103A1 (en) | 2009-10-20 | 2011-04-28 | 国立大学法人東北大学 | Vanadium cell |
JP2013535801A (en) * | 2010-08-18 | 2013-09-12 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | Static fluid redox electrode |
JP2012054035A (en) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Tomomi Abe | Vanadium ion battery |
KR20140097967A (en) * | 2010-12-16 | 2014-08-07 | 24엠 테크놀러지스 인코퍼레이티드 | High energy density redox flow device |
KR102662503B1 (en) | 2010-12-16 | 2024-04-30 | 24엠 테크놀러지스 인코퍼레이티드 | High energy density redox flow device |
KR20220137172A (en) * | 2010-12-16 | 2022-10-11 | 24엠 테크놀러지스 인코퍼레이티드 | High energy density redox flow device |
KR102083647B1 (en) * | 2010-12-16 | 2020-03-02 | 24엠 테크놀러지스 인코퍼레이티드 | High energy density redox flow device |
WO2012160406A1 (en) * | 2011-05-26 | 2012-11-29 | Krisada Kampanatsanyakorn | Method of conducting an all vanadium redox flow battery and implementing system |
JP2015529942A (en) * | 2012-07-27 | 2015-10-08 | ロッキード・マーティン・アドバンスト・エナジー・ストレージ・エルエルシーLockheed Martin Advanced EnergyStorage, LLC | Electrochemical system characterized by high open circuit potential |
US9899694B2 (en) | 2012-07-27 | 2018-02-20 | Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc | Electrochemical energy storage systems and methods featuring high open circuit potential |
US9865893B2 (en) | 2012-07-27 | 2018-01-09 | Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc | Electrochemical energy storage systems and methods featuring optimal membrane systems |
JP2018139227A (en) * | 2012-07-27 | 2018-09-06 | ロッキード マーティン エナジー, エルエルシーLockheed Martin Energy, Llc | Electrochemical system characterizing high open-circuit potential |
US10483581B2 (en) | 2012-07-27 | 2019-11-19 | Lockheed Martin Energy, Llc | Electrochemical energy storage systems and methods featuring large negative half-cell potentials |
US9768463B2 (en) | 2012-07-27 | 2017-09-19 | Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc | Aqueous redox flow batteries comprising metal ligand coordination compounds |
US10651489B2 (en) | 2012-07-27 | 2020-05-12 | Lockheed Martin Energy, Llc | Electrochemical energy storage systems and methods featuring optimal membrane systems |
US10707513B2 (en) | 2012-07-27 | 2020-07-07 | Lockheed Martin Energy, Llc | Aqueous redox flow batteries comprising metal ligand coordination compounds |
US9831519B2 (en) | 2012-12-13 | 2017-11-28 | 24M Technologies, Inc. | Semi-solid electrodes having high rate capability |
US10483582B2 (en) | 2012-12-13 | 2019-11-19 | 24M Technologies, Inc. | Semi-solid electrodes having high rate capability |
US11811119B2 (en) | 2012-12-13 | 2023-11-07 | 24M Technologies, Inc. | Semi-solid electrodes having high rate capability |
US9831518B2 (en) | 2012-12-13 | 2017-11-28 | 24M Technologies, Inc. | Semi-solid electrodes having high rate capability |
US11018365B2 (en) | 2012-12-13 | 2021-05-25 | 24M Technologies, Inc. | Semi-solid electrodes having high rate capability |
WO2016158295A1 (en) * | 2015-03-30 | 2016-10-06 | 株式会社東北テクノアーチ | Vanadium redox cell |
KR101677107B1 (en) * | 2015-08-24 | 2016-11-17 | 한국에너지기술연구원 | Electrolyte additive for redox flow battery and redox flow battery comprising thereof |
JP7016503B2 (en) | 2016-09-28 | 2022-02-07 | 株式会社 東北テクノアーチ | Secondary battery |
JP2018055902A (en) * | 2016-09-28 | 2018-04-05 | 株式会社 東北テクノアーチ | Secondary battery |
JP7101690B2 (en) | 2017-02-10 | 2022-07-15 | ツェーエムブルー エネルギー アーゲー | Distribution electrode unit and its use, redox flow battery system and its use, distribution electrode unit manufacturing method, redox flow battery system operation method |
JP2020507895A (en) * | 2017-02-10 | 2020-03-12 | ツェーエムブルー プロイェクト アーゲー | Flow electrode unit and use thereof, redox flow battery system and use thereof, method of manufacturing flow electrode unit, operation method of redox flow battery system |
WO2019234869A1 (en) * | 2018-06-06 | 2019-12-12 | 住友電気工業株式会社 | Bipolar plate, cell frame, cell stack, and redox flow battery |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2002216833A (en) | Redox cell | |
US7927731B2 (en) | Redox flow cell | |
Oh et al. | A metal-free and all-organic redox flow battery with polythiophene as the electroactive species | |
US5650239A (en) | Method of electrode reconditioning | |
EP2493002A1 (en) | Vanadium cell | |
JP2016536753A (en) | Redox flow battery and method for balancing the state of charge of a flow battery | |
JP6605457B2 (en) | Electrochemical device electrodes containing cobalt oxyhydroxide | |
JP6924389B2 (en) | Redox flow battery, electricity measurement system, and electricity measurement method | |
JP2012054035A (en) | Vanadium ion battery | |
US12119527B2 (en) | Redox flow battery | |
JP5864682B2 (en) | Method for producing pasty vanadium electrolyte and method for producing vanadium redox battery | |
JP2006520520A (en) | New vanadium halide redox flow battery | |
EP3117476A1 (en) | Aqueous all-copper redox flow battery | |
JP2014130778A (en) | Stationary vanadium redox battery | |
EP1202372B1 (en) | Method for manufacturing polymer battery | |
KR20170126436A (en) | Coopper based flow batteries | |
JP3315508B2 (en) | Electrolyte flow battery with electrolyte readjustment device | |
Weng et al. | High-voltage pH differential vanadium-hydrogen flow battery | |
US20150295281A1 (en) | Vanadium Redox Battery | |
Dimitrov et al. | Location of the phenomena of premature capacity loss during cycling of lead/acid batteries with lead grids | |
US20180108931A1 (en) | Vanadium redox flow batteries | |
US20150017567A1 (en) | Electrochemical energy storage device or energy conversion device comprising a galvanic cell having electrochemical half-cells containing a suspension or fullerene and ionic liquid | |
JP2008117721A (en) | Secondary battery | |
WO2016158217A1 (en) | Vanadium redox cell | |
US10930951B2 (en) | Flow battery that includes active material |