JP2010086935A - Redox flow battery - Google Patents

Redox flow battery Download PDF

Info

Publication number
JP2010086935A
JP2010086935A JP2008275791A JP2008275791A JP2010086935A JP 2010086935 A JP2010086935 A JP 2010086935A JP 2008275791 A JP2008275791 A JP 2008275791A JP 2008275791 A JP2008275791 A JP 2008275791A JP 2010086935 A JP2010086935 A JP 2010086935A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ionic liquid
flow battery
redox flow
electrode cell
electrolyte
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
Application number
JP2008275791A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoto Nishimura
直人 西村
Hisayuki Uchiumi
久幸 内海
Yuki Watanabe
佑樹 渡辺
Yoshihiro Tsukuda
至弘 佃
Akito Yoshida
章人 吉田
Tomohisa Yoshie
智寿 吉江
Shunsuke Sata
俊輔 佐多
Shinobu Takenaka
忍 竹中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2008275791A priority Critical patent/JP2010086935A/en
Publication of JP2010086935A publication Critical patent/JP2010086935A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new redox flow battery. <P>SOLUTION: The redox flow battery includes a positive electrode cell and a negative electrode cell, an ion exchange membrane to separate both the cells, a first tank in which electrolytic solution A containing an active material and ion liquid for the positive electrode cell is stored, a second tank in which the electrolytic solution B containing the active material and the ion liquid for the negative electrode cell, first piping connected so that the electrolytic solution A can be circulated between the first tank and the positive electrode cell, second piping connected so that the electrolytic solution B can be circulated between the second tank and the negative electrode cell, and electrolytic solution circulation pumps respectively installed in the middle of the first piping and the second piping. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、イオン液体を用いたレドックスフロー電池に関する。   The present invention relates to a redox flow battery using an ionic liquid.

太陽光発電、風力発電、水力発電等の再生可能エネルギーは今世紀の主要なエネルギー源になると期待される。しかし、これらエネルギー源は、一方で出力変動が大きいという欠点を有する。そのためこれらエネルギー源を電力系統へ接続する際には、出力平滑化のために電力を一旦貯蔵することが検討されている。電力の貯蔵には電池を利用することが検討されており、電池の中でも、レドックスフロー電池は、時間変動への適応性が良好であるという観点から、有力な選択肢の一つである。   Renewable energies such as solar power, wind power and hydropower are expected to become major energy sources for this century. However, these energy sources have the disadvantage of large output fluctuations. For this reason, when these energy sources are connected to the power system, it has been studied to temporarily store power for output smoothing. The use of batteries for the storage of electric power is being studied, and among the batteries, redox flow batteries are one of the leading options from the viewpoint of good adaptability to time fluctuations.

現在、レドックスフロー電池の一種であるバナジウムレドックスフロー電池が実用化段階にある(例えば、電子技術総合研究所彙報 第63巻 第4,5号:非特許文献1)。更に、例えば、特開2005−209525公報(特許文献1)では、高い起電力を得るために非プロトン性有機溶媒と、負極反応にU4+/U3+、正極反応にUO2 +/UO2 2+を使用するウランレドックスフロー電池が提案されている。 Currently, a vanadium redox flow battery, which is a kind of redox flow battery, is in the practical application stage (for example, Vol. 63, No. 4, No. 5 of Non-Patent Document 1). Further, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-209525 (Patent Document 1), an aprotic organic solvent is used to obtain a high electromotive force, U 4+ / U 3+ for a negative electrode reaction, and UO 2 + / UO for a positive electrode reaction. Uranium redox flow batteries using 2 2+ have been proposed.

特開2005−209525公報JP 2005-209525 A 電子技術総合研究所彙報 第63巻 第4,5号Electronic Technology Research Institute Vocabulary Vol. 63, No. 4, 5

しかし、上記電池は、電解液に硫酸水溶液や非プロトン性有機溶媒を使用している。そのため、電力貯蔵用電池として10年〜20年連続使用すると水や有機溶媒の補充等のメンテナンスを行う必要がある。そのため、できるだけメンテナンスの回数を抑えることが望まれている。
また、バナジウムレドックスフロー電池は、水の電気分解が起こらない範囲での起電力しか得られない。
更に、ウランレドックスフロー電池は、可燃性ガスの発生による発火の課題もある。
以上のように、長期にわたる使用において電解液用の溶媒の補充等のメンテナンスがなく、安全性が高く、充電時の正極の分極が低く、高効率で、十分高い起電力を生ぜしめることが可能な新規なレドックスフロー電池を提供することが望まれていた。
However, the battery uses an aqueous sulfuric acid solution or an aprotic organic solvent as an electrolytic solution. Therefore, if it is used continuously for 10 to 20 years as a power storage battery, it is necessary to perform maintenance such as replenishment of water or an organic solvent. Therefore, it is desired to suppress the number of maintenance as much as possible.
In addition, the vanadium redox flow battery can only obtain an electromotive force within a range in which electrolysis of water does not occur.
Furthermore, the uranium redox flow battery also has a problem of ignition due to generation of combustible gas.
As described above, there is no maintenance such as replenishment of electrolyte solvent for long-term use, high safety, low polarization of the positive electrode during charging, high efficiency, and sufficiently high electromotive force can be generated. It has been desired to provide a novel redox flow battery.

本発明の発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、電解液の溶媒としてイオン液体を用いることにより、電解液の蒸発や発火のない、また高起電力を有するレドックスフロー電池が得られることを見出し本発明に至った。   The inventors of the present invention have intensively studied to solve the above-mentioned problems, and as a result, by using an ionic liquid as a solvent for the electrolytic solution, there is no redox flow battery that does not evaporate or ignite the electrolyte and has a high electromotive force. As a result, the present invention was found.

かくして本発明によれば、正極セル及び負極セルと、前記両セルを分離するイオン交換膜と、前記正極セル用の活物質とイオン液体とを含む電解液Aが貯留された第1タンクと、前記負極セル用の活物質とイオン液体とを含む電解液Bが貯留された第2タンクと、前記第1タンクと正極セルとの間を前記電解液Aが循環しうるように接続された第1配管と、前記第2タンクと負極セルとの間を前記電解液Bが循環しうるように接続された第2配管と、前記第1配管及び第2配管の途中にそれぞれ設けられた電解液循環ポンプとを備えたことを特徴とするレドックスフロー電池が提供される。   Thus, according to the present invention, a positive electrode cell and a negative electrode cell, an ion exchange membrane for separating the two cells, a first tank in which an electrolytic solution A containing an active material for the positive electrode cell and an ionic liquid is stored, A second tank in which an electrolytic solution B containing an active material for the negative electrode cell and an ionic liquid is stored, and a first tank that is connected so that the electrolytic solution A can circulate between the first tank and the positive electrode cell. 1 pipe, a second pipe connected so that the electrolyte B can circulate between the second tank and the negative electrode cell, and an electrolyte provided in the middle of the first pipe and the second pipe, respectively. A redox flow battery comprising a circulation pump is provided.

本発明によれば、電解液の溶媒として実質的に蒸気圧がない(不揮発性の)イオン液体を使用するため、長期にわたる使用において電解液溶媒の補充等のメンテナンスがなく、安全性が高い新規なレドックスフロー電池を提供できる。また、充電時の正極の分極が低いため高効率で、十分高い起電力を生ぜしめることが可能なレドックスフロー電池を提供できる。
また、親水性のイオン液体を用いれば、正極及び/又は負極の活物質となる金属イオンの溶解性を向上できる。その結果、より高エネルギー密度なレドックスフロー電池を提供できる。80度以下のガラス上での接触角を有するイオン性液体を使用すれば、更に高エネルギー密度のレドックスフロー電池を提供できる。
更に、電位窓、粘度及びイオン伝導度のいずれかが少なくとも特定の範囲であれば、より高エネルギー密度なレドックスフロー電池を提供できる。
According to the present invention, since an ionic liquid having substantially no vapor pressure is used as a solvent for the electrolytic solution, there is no maintenance such as replenishment of the electrolytic solution solvent over a long period of use, and the safety is high. A redox flow battery can be provided. Moreover, since the polarization of the positive electrode during charging is low, it is possible to provide a redox flow battery capable of generating a sufficiently high electromotive force with high efficiency.
Moreover, if a hydrophilic ionic liquid is used, the solubility of the metal ion used as the active material of a positive electrode and / or a negative electrode can be improved. As a result, a redox flow battery with higher energy density can be provided. If an ionic liquid having a contact angle on glass of 80 degrees or less is used, a redox flow battery having a higher energy density can be provided.
Furthermore, if any one of the potential window, viscosity, and ionic conductivity is at least a specific range, a redox flow battery with higher energy density can be provided.

また、電解液A及びBの一方又は両方が、脂肪族系カチオンを含むイオン液体又は芳香族系カチオンを含むイオン液体を含むことで、活物質となる金属イオンの溶解性を向上できる。その結果、より高エネルギー密度なレドックスフロー電池を提供できる。更に、イオン性液体が、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム−トリフルオロメタンスルホン酸、N,N,N−トリメチル−N−プロピルアンモニウム−トリフルオロメタンスルホン酸及びN−メチル−N−プロピルピペリジニウム−トリフルオロメタンスルホン酸から選択されるイオン液体を少なくとも含んでいることにより、更に高エネルギー密度なレドックスフロー電池を提供できる。
更に、電解液がトリエチレングリコールジメチルエーテル及び/又はテトラエチレングリコールジメチルエーテルを含んでいることにより、活物質となる金属イオンの溶解性を向上できる。その結果、より高エネルギー密度なレドックスフロー電池を提供できる。
Moreover, the solubility of the metal ion used as an active material can be improved because one or both of electrolyte solution A and B contains the ionic liquid containing an aliphatic cation or the ionic liquid containing an aromatic cation. As a result, a redox flow battery with higher energy density can be provided. Further, the ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium-trifluoromethanesulfonic acid, N, N, N-trimethyl-N-propylammonium-trifluoromethanesulfonic acid and N-methyl-N-propylpiperidinium. -By containing at least an ionic liquid selected from trifluoromethanesulfonic acid, a redox flow battery with higher energy density can be provided.
Furthermore, the solubility of the metal ion used as an active material can be improved because the electrolytic solution contains triethylene glycol dimethyl ether and / or tetraethylene glycol dimethyl ether. As a result, a redox flow battery with higher energy density can be provided.

(レドックスフロー電池の構成)
本発明のレドックスフロー電池は、正極セル及び負極セルと、両セルを分離するイオン交換膜と、正極セル用の電解液Aが貯留された第1タンクと、負極セル用の電解液Bが貯留された第2タンクと、第1タンクと正極セルとの間を電解液Aが循環しうるように接続された第1配管と、第2タンクと負極セルとの間を電解液Bが循環しうるように接続された第2配管と、第1配管及び第2配管の途中に設けられた電解液循環ポンプとを備えている。また、電解液には、溶媒として、イオン液体が含まれている。なお、正極と負極とをまとめて電極と称することもある。
(Configuration of redox flow battery)
The redox flow battery of the present invention includes a positive electrode cell and a negative electrode cell, an ion exchange membrane that separates the two cells, a first tank in which an electrolyte solution A for the positive electrode cell is stored, and an electrolyte solution B for the negative electrode cell. The electrolytic solution B circulates between the second tank, the first pipe connected so that the electrolytic solution A can circulate between the first tank and the positive electrode cell, and the second tank and the negative electrode cell. A second pipe connected in a manner that can be obtained, and an electrolyte circulation pump provided in the middle of the first pipe and the second pipe. Further, the electrolytic solution contains an ionic liquid as a solvent. In addition, a positive electrode and a negative electrode may be collectively called an electrode.

図4は、本発明のレドックスフロー電池の概略構成図である。このレドックスフロー電池は、正極セル及び負極セルを備えている。正極セルは、正極板10と、正極用の電解液A(以下、正極液と称する)とを保持しうる構成を有している。一方、負極セルは、負極板11と、負極用の電解液B(以下、負極液と称する)とを保持しうる構成を有している。正極セル及び負極セルは、イオン交換膜12により分離されている。
正極液は、それを保持する第1タンク8と正極セルとの間を、電解液循環ポンプ13により、第1配管14を介して循環している。同様に、負極液は、それを保持する第2タンク9と負極セルとの間を、電解液循環ポンプ13により、第2配管15を介して循環している。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the redox flow battery of the present invention. This redox flow battery includes a positive electrode cell and a negative electrode cell. The positive electrode cell has a configuration capable of holding the positive electrode plate 10 and a positive electrode electrolyte solution A (hereinafter referred to as a positive electrode solution). On the other hand, the negative electrode cell has a configuration capable of holding the negative electrode plate 11 and a negative electrode electrolyte B (hereinafter referred to as negative electrode solution). The positive electrode cell and the negative electrode cell are separated by an ion exchange membrane 12.
The positive electrode solution is circulated through the first pipe 14 by the electrolytic solution circulation pump 13 between the first tank 8 holding the positive electrode solution and the positive electrode cell. Similarly, the negative electrode liquid is circulated through the second pipe 15 by the electrolyte circulation pump 13 between the second tank 9 holding the negative electrode liquid and the negative electrode cell.

正極液及び負極液は、それぞれ、正極板10とイオン交換膜12との間、負極板11とイオン交換膜12との間に供給されて、所定のレドックス反応に供される。
例えば、活物質としてバナジウム塩をイオン液体へ溶解した電極液を用いたレドックスフロー電池では、正極側のイオン液体を用いた正極液内では、充電時においてV4+→V5++e-の酸化反応を生じ、放電時においてV5++e-→V4+の還元反応を生じる。一方、負極側のイオン液体を用いた負極液内では、充電時においてV3++e-→V2+の還元反応を生じ、放電時においてV2+→V3++e-の酸化反応を生じる。したがって、電池内の上述のようなレドックス反応に基づく充放電に伴い、約1.3Vの起電力が得られる。
The positive electrode solution and the negative electrode solution are respectively supplied between the positive electrode plate 10 and the ion exchange membrane 12 and between the negative electrode plate 11 and the ion exchange membrane 12 and subjected to a predetermined redox reaction.
For example, in a redox flow battery using an electrode solution in which vanadium salt is dissolved in an ionic liquid as an active material, oxidation of V 4+ → V 5+ + e is performed during charging in the cathode solution using the ionic liquid on the cathode side. Reaction occurs, and a reduction reaction of V 5+ + e → V 4+ occurs during discharge. On the other hand, in the negative electrode solution using the ionic liquid on the negative electrode side, a reduction reaction of V 3+ + e → V 2+ occurs during charging, and an oxidation reaction of V 2+ → V 3+ + e occurs during discharging. . Therefore, an electromotive force of about 1.3 V is obtained with charging / discharging based on the above-described redox reaction in the battery.

(正極液及び負極液)
正極液及び負極液はイオン液体を含んでいる。本明細書において、イオン液体とは、実質的に蒸気圧がなく、不揮発性である、カチオンとアニオンからなる概ね−95〜430℃の範囲で液体の塩を意味する。
(1)イオン液体
イオン液体は、レドックスフロー電池の電気化学反応を妨げない限り、どのようなものでも使用できる。また、正極セル用のイオン液体と負極セル用のイオン液体は、同種でも、異種でもよい。
(Cathode and Anode solution)
The positive electrode solution and the negative electrode solution contain an ionic liquid. In the present specification, the ionic liquid means a salt which is substantially non-volatile in vapor pressure and is non-volatile, and is composed of a cation and an anion and is generally in the range of −95 to 430 ° C.
(1) Ionic liquid Any ionic liquid can be used as long as it does not interfere with the electrochemical reaction of the redox flow battery. The ionic liquid for the positive electrode cell and the ionic liquid for the negative electrode cell may be the same or different.

イオン液体は、活物質の溶解性を高めるために、親水性を有していることが好ましい。ここで、親水性を有するとは、極性溶媒との相溶性を有することを意味する。親水性の有無は、例えば、JIS R3257に準拠した接触角の測定により評価することができる。詳しくは、ガラス上におけるイオン液体との接触角を測定することにより評価することができる。接触角とは、固体材料上に小さな液滴をのせたとき、固体表面と液体表面のなす角度のことであり、固体と液体の濡れ性を表す。すなわち、接触角が小さくなるほど親水性が高いと考えられる。具体的には、以下の方法により測定する。
・1〜4μLの液滴をガラス上に滴下し、1分後にその投影図から接触角を読み取る。
・1試料につき7点測定し、最大値及び最小値を除く5点の平均値を接触角とする。
なお、イオン液体は80度以下の接触角を有していることが好ましい。
The ionic liquid preferably has hydrophilicity in order to increase the solubility of the active material. Here, having hydrophilicity means having compatibility with a polar solvent. The presence or absence of hydrophilicity can be evaluated, for example, by measuring the contact angle according to JIS R3257. In detail, it can evaluate by measuring a contact angle with the ionic liquid on glass. The contact angle is an angle formed between a solid surface and a liquid surface when a small droplet is placed on the solid material, and represents the wettability of the solid and the liquid. That is, the smaller the contact angle, the higher the hydrophilicity. Specifically, it is measured by the following method.
-Drop 1 to 4 μL of droplets on the glass and read the contact angle from the projection after 1 minute.
Measure 7 points per sample, and use the average value of 5 points excluding the maximum and minimum values as the contact angle.
The ionic liquid preferably has a contact angle of 80 degrees or less.

より好ましいイオン液体は、以下の範囲の電位窓、粘度及び/又はイオン伝導度を有するものである。
イオン液体の電位窓は、−2.5〜2.0Vvs.Ag/Ag+が好ましい。低電位側の電位が−2.5Vより高くなると、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属や、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属を活物質として使用し難くなる。高電位側の電位が2.0Vより低くなると、ウランや硫黄等の材料が活物質として使用し難くなる。より好ましい電位窓は、−2.0〜1.5Vvs.Ag/Ag+の範囲である。低電位側の電位が−2.0Vより高くなると、水素発生電位より高電位になり、水系の電解液に対するイオン液体のメリットが小さくなることがある。また、高電位側の電位が1.5Vより低くなると、水系の電解液に対するイオン液体のメリットが小さくなることがある。この範囲であれば、より高起電力の電池を構成できる。なお、電位窓は、サイクリックボルタンメトリーを行い、急激に酸化電流及び還元電流が検出された電位を測定した値を意味する。
More preferred ionic liquids are those having a potential window, viscosity and / or ionic conductivity in the following ranges.
The potential window of the ionic liquid is −2.5 to 2.0 Vvs. Ag / Ag + is preferred. When the potential on the low potential side is higher than −2.5 V, it becomes difficult to use an alkali metal such as sodium or potassium or an alkaline earth metal such as magnesium, calcium or strontium as an active material. When the potential on the high potential side is lower than 2.0 V, it becomes difficult to use materials such as uranium and sulfur as the active material. A more preferred potential window is -2.0 to 1.5 Vvs. It is a range of Ag / Ag + . When the potential on the low potential side is higher than −2.0 V, the potential becomes higher than the hydrogen generation potential, and the merit of the ionic liquid with respect to the aqueous electrolyte may be reduced. Further, when the potential on the high potential side is lower than 1.5 V, the merit of the ionic liquid with respect to the aqueous electrolyte may be reduced. If it is this range, the battery of higher electromotive force can be comprised. The potential window means a value obtained by performing cyclic voltammetry and measuring a potential at which an oxidation current and a reduction current are rapidly detected.

イオン液体の粘度は、20℃において、1〜500mPa・sの範囲が好ましい。1mPa・sより低いと、イオン液体の安定性が低下することがある。500mPa・sより高いと、イオン液体を循環させるポンプの負荷が高くなりすぎることがある。より好ましい粘度は、10〜150mPa・sの範囲であり、この範囲であれば、正極及び負極(以下、まとめて電極ともいう)へのイオン液体の染み込みをより良好にできる。なお、粘度は、TA Instruments社製AR2000により測定した値を意味する。   The viscosity of the ionic liquid is preferably in the range of 1 to 500 mPa · s at 20 ° C. If it is lower than 1 mPa · s, the stability of the ionic liquid may be lowered. If it is higher than 500 mPa · s, the load on the pump for circulating the ionic liquid may become too high. A more preferable viscosity is in the range of 10 to 150 mPa · s. Within this range, the penetration of the ionic liquid into the positive electrode and the negative electrode (hereinafter collectively referred to as electrodes) can be improved. The viscosity means a value measured by AR2000 manufactured by TA Instruments.

イオン液体のイオン伝導度は、25℃において、0.05〜25mS/cmの範囲が好ましい。0.05mS/cmより低くなると、電池の電気抵抗が高くなりすぎて充放電のエネルギー効率が低くなることがある。25mS/cmより高くなると、漏れ電流が大きくなり、エネルギー貯蔵性が低下することがある。より好ましいイオン伝導度は、1〜15mS/cmの範囲であり、この範囲であれば、レドックスフロー電池の充放電反応をより良好にできる。なお、イオン伝導度は、ソーラトロン社製1280Z型電気化学測定システムを使用し、1000Hzの交流インピーダンスを測定した値を意味する。   The ionic conductivity of the ionic liquid is preferably in the range of 0.05 to 25 mS / cm at 25 ° C. If it is lower than 0.05 mS / cm, the electric resistance of the battery becomes too high, and the energy efficiency of charge / discharge may be lowered. If it is higher than 25 mS / cm, the leakage current increases and the energy storage property may be lowered. More preferable ionic conductivity is in the range of 1 to 15 mS / cm, and within this range, the charge / discharge reaction of the redox flow battery can be made better. The ion conductivity means a value obtained by measuring an alternating current impedance of 1000 Hz using a Solartron 1280Z type electrochemical measurement system.

イオン液体としては、例えば、芳香族系カチオンとホウフッ化物アニオン(BF4 -)、六フッ化リン酸アニオン(PF6 -)、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン(CF3SO3 -)(TF)、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン(N(CF3SO22 -)(TFSI)又はヨウ化物イオン(I-)との溶融塩、脂肪族系カチオンとBF4 -、PF6 -、TF、TFSI又はI-との溶融塩等が挙げられる。なお、ここでいう芳香族とは、ベンゼン及び化学的挙動がベンゼンに似た化合物をいう。 Examples of ionic liquids include aromatic cations and borofluoride anions (BF 4 ), hexafluorophosphate anions (PF 6 ), trifluoromethanesulfonate anions (CF 3 SO 3 ) (TF), bis Molten salt of (trifluoromethanesulfonyl) imide anion (N (CF 3 SO 2 ) 2 ) (TFSI) or iodide ion (I ), aliphatic cation and BF 4 , PF 6 , TF, TFSI Alternatively, a molten salt with I can be used. In addition, aromatic here means benzene and a compound similar in chemical behavior to benzene.

芳香族系カチオンとしては、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(EMI)イオン、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム(BMI)イオン、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム(HMI)イオン、1−プロピル−3−メチルイミダゾリウム(MPI)イオン、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウム(DMPI)イオン等のイミダゾリウム系カチオン、ピリジニウム系カチオンが好適に使用できる。
脂肪族系カチオンとしては、テトラエチルアンモニウム(TEA)イオン、トリエチルメチルアンモニウム(TEMA)イオン、トリメチルプロピルアンモニウム(TMPA)イオン等の第四級アンモニウム系カチオン、メチルプロピルピペリジニウム(MPPi)イオン、ブチルメチルピペリジニウム(BMPi)イオン等のピペリジニウム系カチオン、メチルプロピルピロリジニウム(MPPy)イオン、ブチルメチルピロリジニウム(BMPy)イオン等のピロリジニウム系カチオン等が好適に使用できる。
Aromatic cations include 1-ethyl-3-methylimidazolium (EMI) ion, 1-butyl-3-methylimidazolium (BMI) ion, 1-hexyl-3-methylimidazolium (HMI) ion, 1 Imidazolium-based cations and pyridinium-based cations such as -propyl-3-methylimidazolium (MPI) ion and 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium (DMPI) ion can be preferably used.
Aliphatic cations include tetraethylammonium (TEA) ions, triethylmethylammonium (TEMA) ions, quaternary ammonium cations such as trimethylpropylammonium (TMPA) ions, methylpropylpiperidinium (MPPi) ions, and butylmethyl. Piperidinium cations such as piperidinium (BMPi) ions, pyrrolidinium cations such as methylpropylpyrrolidinium (MPPy) ions and butylmethylpyrrolidinium (BMPy) ions can be suitably used.

上記イオン液体中でも酸化還元に対する電位窓が広いことから、TMPA−TFSI、MPPy−TFSI、EMI−TFSI、EMI−TF、TMPA−TF、MPPi−TFが好ましい。特に、室温での粘性が低く、金属イオンの溶解性が高く、電極への浸透性が高いことから、イオン液体としてはEMI−TF、TMPA−TF、MPPi−TFが好ましい。   Among these ionic liquids, TMPA-TFSI, MPPy-TFSI, EMI-TFSI, EMI-TF, TMPA-TF, and MPPi-TF are preferred because of their wide potential window for redox. In particular, EMI-TF, TMPA-TF, and MPPi-TF are preferable as the ionic liquid because of low viscosity at room temperature, high solubility of metal ions, and high permeability to electrodes.

(2)他の成分
正極液及び負極液は、他の成分として、活物質、非水溶媒、支持電解質等が含まれていてもよい。
(2−1)活物質
活物質としては、バナジウム、ウラン、鉄、クロム等の遷移金属、亜鉛、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属、塩素、臭素、硫黄等が挙げられる。この内、環境への低負荷の観点から、バナジウム、鉄、ナトリウム、臭素、硫黄が好ましい。
(2) Other components The positive electrode solution and the negative electrode solution may contain an active material, a nonaqueous solvent, a supporting electrolyte, and the like as other components.
(2-1) Active material As the active material, transition metals such as vanadium, uranium, iron and chromium, alkali metals such as zinc, sodium and potassium, alkaline earth metals such as magnesium, calcium and strontium, chlorine, bromine, Sulfur etc. are mentioned. Of these, vanadium, iron, sodium, bromine, and sulfur are preferable from the viewpoint of low environmental load.

上記活物質の添加量としては、電極液全体に対して、0.001〜10mol/リットルの範囲であることが好ましい。0.001mol/リットル未満の場合、電池が低エネルギー密度となることがある。10mol/リットルより多い場合、活物質が析出してエネルギー貯蔵媒体として機能しないことがある。より好ましい添加量は、0.1〜5mol/リットルの範囲である。   The amount of the active material added is preferably in the range of 0.001 to 10 mol / liter with respect to the entire electrode solution. If it is less than 0.001 mol / liter, the battery may have a low energy density. When the amount is more than 10 mol / liter, the active material may be precipitated and may not function as an energy storage medium. A more preferable addition amount is in the range of 0.1 to 5 mol / liter.

なお、上記活物質は、塩化物、硫化物、硫酸塩、硝酸塩、トリハロメタンスルホン酸塩、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド塩等の形態で、正極液及び負極液中に存在する。また、正極活物質と負極活物質の組み合わせとしては、硫化物と塩化物の組み合わせ、硫酸塩と硝酸塩の組み合わせ、トリハロメタンスルホン酸塩とビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド塩の組み合わせ等が挙げられる。   The active material is present in the positive electrode solution and the negative electrode solution in the form of chloride, sulfide, sulfate, nitrate, trihalomethanesulfonate, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide salt, and the like. Examples of the combination of the positive electrode active material and the negative electrode active material include a combination of sulfide and chloride, a combination of sulfate and nitrate, a combination of trihalomethanesulfonate and bis (trifluoromethanesulfonyl) imide salt, and the like.

(2−2)非水溶媒
電極液には、活物質となる金属イオンのイオン液体への溶解性を向上させ、より電極への電極液の浸透性を向上させることを目的として、非水溶媒を添加できる。
(2-2) Non-aqueous solvent For the purpose of improving the solubility of metal ions, which are active materials, in the ionic liquid and improving the permeability of the electrode liquid into the electrode. Can be added.

非水溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類と、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート類、γ−ブチロラクトン(以下、GBLと略称することがある)、γ−バレロラクトン等のラクトン類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等のフラン類、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン、ジオキサン、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、ギ酸メチル、酢酸メチル等が挙げられる。   Examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and butylene carbonate; dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate, dipropyl carbonate, and the like. Chain carbonates, γ-butyrolactone (hereinafter sometimes abbreviated as GBL), lactones such as γ-valerolactone, furans such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran, diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, ethoxymethoxyethane, dioxane, ethers such as triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, dimethyl sulfoxide, sulfolane, methyl sulfate Examples include holan, acetonitrile, methyl formate, and methyl acetate.

中でもイオン液体との相溶性が高く、金属イオンへの配位能が高い1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル等のグライム類が好ましい。特にトリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテルは蒸気圧が非常に低く、イオン液体へ添加してもその安全性が高く、液の蒸発がないという利点を損なわないので好適である。
非水溶媒の添加量としては、イオン液体総重量に対して0.5〜50wt%が非水溶媒の蒸発を抑えることができるという観点から好ましく、1〜30wt%がより好ましい。
Among them, glyme such as 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, ethoxymethoxyethane, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, etc. that have high compatibility with ionic liquids and high coordination ability to metal ions. Are preferred. In particular, triethylene glycol dimethyl ether and tetraethylene glycol dimethyl ether are preferable because they have a very low vapor pressure, are highly safe even when added to an ionic liquid, and do not impair the advantages of no liquid evaporation.
The addition amount of the non-aqueous solvent is preferably 0.5 to 50 wt% with respect to the total weight of the ionic liquid, from the viewpoint that evaporation of the non-aqueous solvent can be suppressed, and more preferably 1 to 30 wt%.

(2−3)支持電解質
電極液のイオン伝導度を向上し、高出力特性を有するイオン液体を用いるレドックスフロー電池を構成するために、支持電解質を電極液へ添加できる。
支持電解質としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、ギ酸、フッ酸、過塩素酸、トリハロメタンスルホン酸等のプロトン酸、過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム(LiBF4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、トリフルオロ酢酸リチウム(LiCF3COO)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3SO22)等のリチウム塩が使用できる。更に、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、テトラメチルアンモニウムのカチオンから選ばれる少なくとも一種と、ホウフッ化物アニオン(BF4 -)、六フッ化リン酸アニオン(PF6 -)、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン(CF3SO3 -)(TF)、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン(N(CF3SO22 -)(TFSI)、ヨウ化物イオン(I-)のアニオンから選ばれる少なくとも一種とからなる塩も使用できる。
(2-3) Support Electrolyte In order to improve the ionic conductivity of the electrode solution and constitute a redox flow battery using an ionic liquid having high output characteristics, a support electrolyte can be added to the electrode solution.
Examples of the supporting electrolyte include proton acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, formic acid, hydrofluoric acid, perchloric acid, trihalomethanesulfonic acid, lithium perchlorate, lithium borofluoride (LiBF 4 ), and phosphorus hexafluoride. Lithium such as lithium acid (LiPF 6 ), lithium trifluoroacetate (LiCF 3 COO), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) Salt can be used. Further, at least one selected from cations of sodium, potassium, rubidium, cesium and tetramethylammonium, a borofluoride anion (BF 4 ), a hexafluorophosphate anion (PF 6 ), a trifluoromethanesulfonate anion (CF 3 SO 3 ) (TF), a bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion (N (CF 3 SO 2 ) 2 ) (TFSI), and a salt comprising at least one anion selected from iodide ion (I ) Can also be used.

支持電解質の添加量としては、電極液全体に対して、0.01〜2mol/リットルの範囲が好ましい。特に高出力特性を有するイオン液体を用いるレドックスフロー電池を構成するためには、0.1〜1mol/リットルの範囲がより好ましい。   The amount of supporting electrolyte added is preferably in the range of 0.01 to 2 mol / liter with respect to the entire electrode solution. In particular, in order to construct a redox flow battery using an ionic liquid having high output characteristics, a range of 0.1 to 1 mol / liter is more preferable.

(正極板及び負極板)
正極セルは正極板を、負極セルは負極板を、それぞれ備えている。電極板には、外部へ電流を流すことで放電するため、及び外部から電流を取り込むことで充電するための回路が設けられている。
電極板の材料としては、金属材料、炭素質材料、導電性を有する無機材料等が挙げられる。
(Positive electrode plate and negative electrode plate)
The positive electrode cell includes a positive electrode plate, and the negative electrode cell includes a negative electrode plate. The electrode plate is provided with a circuit for discharging by flowing an electric current to the outside and for charging by taking in an electric current from the outside.
Examples of the material for the electrode plate include metal materials, carbonaceous materials, and conductive inorganic materials.

金属材料としては、電子伝導性を有し、酸性雰囲気下で耐腐食性を有する材料が好ましい。具体的には、Au、Pt、Pd等の貴金属、Ti、Ta、W、Nb、Ni、Al、Cr、Ag、Cu、Zn、Su、Si等の金属及びこれらの金属の窒化物及び炭化物、ステンレス、Cu−Cr、Ni−Cr、Ti−Pt等の合金が挙げられる。金属材料には、Pt、Ti、Au、Ag、Cu、Ni、Wからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を含むことが、他の化学的な副反応が少ないという観点から、より好ましい。これら金属材料は、比抵抗が小さく、面方向に電流を取り出しても電圧の低下を抑制できる。   As the metal material, a material having electronic conductivity and resistance to corrosion in an acidic atmosphere is preferable. Specifically, noble metals such as Au, Pt, Pd, metals such as Ti, Ta, W, Nb, Ni, Al, Cr, Ag, Cu, Zn, Su, Si, and nitrides and carbides of these metals, Examples of the alloy include stainless steel, Cu—Cr, Ni—Cr, and Ti—Pt. It is more preferable that the metal material contains at least one element selected from the group consisting of Pt, Ti, Au, Ag, Cu, Ni, and W from the viewpoint that there are few other chemical side reactions. These metal materials have a small specific resistance and can suppress a decrease in voltage even when a current is extracted in the surface direction.

炭素質材料としては、化学的に安定で導電性を有する材料が好ましい。例えば、アセチレンブラック、バルカン、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、VGCF、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレン等の炭素粉末や炭素繊維が挙げられる。
導電性を有する無機材料としては、例えば、酸化スズ、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化アンチモンドープ酸化スズが挙げられる。
As the carbonaceous material, a chemically stable and conductive material is preferable. Examples thereof include carbon powders and carbon fibers such as acetylene black, vulcan, ketjen black, furnace black, VGCF, carbon nanotube, carbon nanohorn, and fullerene.
Examples of the inorganic material having conductivity include tin oxide, indium tin oxide (ITO), and antimony oxide-doped tin oxide.

更に、Cu、Ag、Zn等の酸性雰囲気下での耐腐食性に乏しい金属材料を用いる場合には、Au、Pt、Pd等の耐腐食性を有する貴金属及び金属、カーボン、グラファイト、グラッシーカーボン、導電性高分子、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性酸化物等で上記耐腐食性に乏しい金属の表面をコーティングしてもよい。なお、導電性高分子としては、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリパラフェニレンビニレン等が挙げられ、導電性窒化物としては、窒化炭素、窒化ケイ素、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化ゲルマニウム、窒化チタニウム、窒化ジルコニウム、窒化タリウム等が挙げられ、導電性炭化物としては、炭化タンタル、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタニウム、炭化モリブデン、炭化ニオブ、炭化鉄、炭化ニッケル、炭化ハフニウム、炭化タングステン、炭化バナジウム、炭化クロム等が挙げられ、導電性酸化物としては、酸化スズ、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化アンチモンドープ酸化スズ等が挙げられる。   Furthermore, when using a metal material having poor corrosion resistance under an acidic atmosphere such as Cu, Ag, Zn, etc., noble metals and metals having corrosion resistance such as Au, Pt, Pd, carbon, graphite, glassy carbon, The surface of the metal having poor corrosion resistance may be coated with a conductive polymer, a conductive nitride, a conductive carbide, a conductive oxide, or the like. In addition, examples of the conductive polymer include polyacetylene, polythiophene, polyaniline, polypyrrole, polyparaphenylene, polyparaphenylene vinylene, and the like, and examples of the conductive nitride include carbon nitride, silicon nitride, gallium nitride, indium nitride, and nitride. Germanium, titanium nitride, zirconium nitride, thallium nitride, etc. are listed, and conductive carbides include tantalum carbide, silicon carbide, zirconium carbide, titanium carbide, molybdenum carbide, niobium carbide, iron carbide, nickel carbide, hafnium carbide, tungsten carbide. , Vanadium carbide, chromium carbide, and the like. Examples of the conductive oxide include tin oxide, indium tin oxide (ITO), and antimony oxide-doped tin oxide.

電極板の構造としては、板状、箔状、棒状、メッシュ状、ラス板状、多孔質板状、多孔質棒状、織布状、不織布状、繊維状、フェルト状が好適に使用できる。また、フェルト状電極の表面を溝状に圧着した溝付き電極は、電気抵抗と電極液の流動抵抗を低減できるので好適である。   As the structure of the electrode plate, a plate shape, a foil shape, a rod shape, a mesh shape, a lath plate shape, a porous plate shape, a porous rod shape, a woven fabric shape, a nonwoven fabric shape, a fiber shape, and a felt shape can be suitably used. Further, a grooved electrode in which the surface of the felt-like electrode is pressure-bonded in a groove shape is preferable because electric resistance and flow resistance of the electrode liquid can be reduced.

(イオン交換膜)
イオン交換膜としては、当該分野で公知の膜をいずれも使用でき、通常プロトン伝導性膜、カチオン交換膜、アニオン交換膜等を使用できる。
(1)プロトン伝導性膜
プロトン伝導性膜の材質としては、プロトン伝導性を有しかつ電気的絶縁性を有する材質であれば特に限定されず、高分子膜、無機膜又はコンポジット膜を用いることができる。
(Ion exchange membrane)
As the ion exchange membrane, any membrane known in the art can be used, and generally a proton conductive membrane, a cation exchange membrane, an anion exchange membrane or the like can be used.
(1) Proton conductive membrane The material of the proton conductive membrane is not particularly limited as long as it is a material having proton conductivity and electrical insulation, and a polymer membrane, an inorganic membrane or a composite membrane is used. Can do.

高分子膜としては、例えばパーフルオロスルホン酸系電解質膜である、ナフィオン(デュポン社製)、アシプレックス(旭化成社製)、フレミオン(旭硝子社製)等の膜や、ポリスチレンスルホン酸、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン等の炭化水素系電解質膜等も挙げられる。
無機膜としては、例えばリン酸ガラス、硫酸水素セシウム、ポリタングストリン酸、ポリリン酸アンモニウム等からなる膜が挙げられる。
コンポジット膜としては、スルホン化ポリイミド系ポリマー、タングステン酸等の無機物とポリイミド等の有機物とのコンポジット等からなる膜が挙げられ、具体的にはゴアセレクト膜(ゴア社製)や細孔フィリング電解質膜等が挙げられる。
Examples of the polymer membrane include perfluorosulfonic acid electrolyte membranes such as Nafion (manufactured by DuPont), Aciplex (manufactured by Asahi Kasei), Flemion (manufactured by Asahi Glass), polystyrene sulfonic acid, sulfonated poly Examples thereof include hydrocarbon electrolyte membranes such as ether ether ketone.
Examples of the inorganic film include films made of phosphate glass, cesium hydrogen sulfate, polytungstophosphoric acid, ammonium polyphosphate, and the like.
Examples of composite membranes include membranes made of sulfonated polyimide polymers, composites of inorganic materials such as tungstic acid and organic materials such as polyimide, and specifically, Gore Select membranes (manufactured by Gore) and pore filling electrolyte membranes. Etc.

更に、高温環境下(例えば、100℃以上)で電池を使用する場合には、スルホン化ポリイミド、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(AMPS)、スルホン化ポリベンゾイミダゾール、ホスホン化ポリベンゾイミダゾール、硫酸水素セシウム、ポリリン酸アンモニウム等が挙げられる。イオン交換膜は、プロトン伝導率が10-5S/cm以上であることが好ましく、より好ましくは、パーフルオロスルホン酸ポリマーや炭化水素系ポリマー等のプロトン伝導率が10-3S/cm以上の高分子電解質膜を用いることがより好ましい。 Furthermore, when the battery is used in a high temperature environment (for example, 100 ° C. or more), sulfonated polyimide, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS), sulfonated polybenzimidazole, phosphonated polybenzimidazole. , Cesium hydrogen sulfate, ammonium polyphosphate, and the like. The ion exchange membrane preferably has a proton conductivity of 10 −5 S / cm or more, and more preferably has a proton conductivity of 10 −3 S / cm or more such as perfluorosulfonic acid polymer or hydrocarbon polymer. It is more preferable to use a polymer electrolyte membrane.

例えば、ナフィオン(デュポン社製)、アシプレックス(旭化成社製)、フレミオン(旭硝子社製)の膜等を用いることができる。撥水性を付与するためにPTFE、PVDFを添加してもよく、親水性を付与するためにシリカ粒子、吸湿性樹脂等を添加してもよい。   For example, a film of Nafion (manufactured by DuPont), Aciplex (manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.), Flemion (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), or the like can be used. PTFE and PVDF may be added to impart water repellency, and silica particles, hygroscopic resin, and the like may be added to impart hydrophilicity.

(2)カチオン交換膜
カチオン交換膜としては、カチオンを移動させることができる固体高分子電解質であればよい。具体的には、パーフルオロカーボンスルフォン酸膜や、パーフルオロカーボンカルボン酸膜等のフッ素系イオン交換膜、リン酸を含浸させたポリベンズイミダゾール膜、ポリスチレンスルホン酸膜、スルホン酸化スチレン・ビニルベンゼン共重合体膜等を挙げることができる。
(2) Cation exchange membrane As a cation exchange membrane, what is necessary is just the solid polymer electrolyte which can move a cation. Specifically, fluorine ion exchange membranes such as perfluorocarbon sulfonic acid membranes and perfluorocarbon carboxylic acid membranes, polybenzimidazole membranes impregnated with phosphoric acid, polystyrene sulfonic acid membranes, sulfonated styrene / vinylbenzene copolymers A film etc. can be mentioned.

(3)アニオン交換膜
支持電解質溶液のアニオン輸率が高い場合には、アニオン交換膜を使用できる。アニオン交換膜としては、アニオンの移動可能な固体高分子電解質を使用できる。具体的には、正負極板面にポリオルトフェニレンジアミン膜、アンモニウム塩誘導体基を有するフッ素系イオン交換膜、アンモニウム塩誘導体基を有するビニルベンゼンポリマー膜、クロロメチルスチレン・ビニルベンゼン共重合体をアミノ化した膜等が挙げられる。
(3) Anion exchange membrane When the anion transport number of the supporting electrolyte solution is high, an anion exchange membrane can be used. As the anion exchange membrane, a solid polymer electrolyte capable of transferring anions can be used. Specifically, a polyorthophenylenediamine film, a fluorine ion exchange film having an ammonium salt derivative group, a vinylbenzene polymer film having an ammonium salt derivative group, and a chloromethylstyrene / vinylbenzene copolymer on the positive and negative electrode plates The film | membrane etc. which were made into are mentioned.

(4)Ew値
イオン交換膜は、400〜2000の範囲のEw値を有していることが好ましい。特に、ナフィオンからなるイオン交換膜の場合、Ew値は800〜1200の範囲が好ましい。Ew値が低いと電池の抵抗が高くなることがあり、Ew値が高いとレドックスフロー電池のような流体を使用する電池では膜強度が低いことがある。
なお、Ew値は、下記式で定義される値である。
Ew=官能基の当量あたりのイオン交換膜の乾燥重量
=(イオン交換膜の乾燥重量)/(イオン交換能を有する官能基数)
(4) Ew value It is preferable that the ion exchange membrane has Ew value of the range of 400-2000. In particular, in the case of an ion exchange membrane made of Nafion, the Ew value is preferably in the range of 800 to 1200. If the Ew value is low, the resistance of the battery may be high, and if the Ew value is high, the film strength may be low in a battery using a fluid such as a redox flow battery.
The Ew value is a value defined by the following formula.
Ew = dry weight of ion exchange membrane per equivalent of functional group = (dry weight of ion exchange membrane) / (number of functional groups having ion exchange ability)

イオン交換膜の乾燥重量は、イオン交換膜を60℃で72時間、真空乾燥した後に秤量することで求めた。
イオン交換能を有する官能基数は、塩化ナトリウム滴定法にて求めた。具体的には塩化ナトリウムを加え、pH値を測定し、活性な官能基を定量するものである。
The dry weight of the ion exchange membrane was determined by weighing the ion exchange membrane after vacuum drying at 60 ° C. for 72 hours.
The number of functional groups having ion exchange capacity was determined by a sodium chloride titration method. Specifically, sodium chloride is added, the pH value is measured, and the active functional group is quantified.

(5)イオン交換膜の製法
イオン交換膜は公知の方法で形成できる。例えば、電解重合法、プラズマ重合法、液相重合法、固相重合法等により、電極板を被覆する方法が挙げられる。これら方法は、膜製造用のモノマーの選択に応じて適宜選択できる。更に、イオン交換膜を構成する重合体溶液中に電極板を直接浸して表面に付着させることもできる。塗布量は、一般には少なくとも、1mg/cm2以上又は2mg/cm2以上が好ましい。
(5) Production method of ion exchange membrane The ion exchange membrane can be formed by a known method. For example, a method of coating the electrode plate by an electrolytic polymerization method, a plasma polymerization method, a liquid phase polymerization method, a solid phase polymerization method, or the like can be given. These methods can be appropriately selected according to the selection of the monomer for film production. Furthermore, the electrode plate can be directly immersed in the polymer solution constituting the ion exchange membrane and adhered to the surface. In general, the coating amount is preferably at least 1 mg / cm 2 or more or 2 mg / cm 2 or more.

(配管、タンク、ポンプ)
タンクは、第1タンクと第2タンクの2つのタンクが使用され、電池の用途、使用場所等に応じて、その形状を適宜決定できる。また、タンクの容量は、電池の所望する容量に応じて、適宜決定できる。更に、タンクを構成する材質は、電解液を保持できさえすれば特に限定されない。
配管は、第1のタンクと正極セルとの間を電解液が循環しうるように接続された第1配管と、第2のタンクと負極セルとの間を電解液が循環しうるように接続された第2配管とを備える。配管は、電池の用途、使用場所等に応じて、その形状を適宜決定できる。また、配管を構成する材質は、電解液を保持できさえすれば特に限定されない。
ポンプは、電極セルとタンクとの間に電解液を流すために使用され、この機能を有する限り、その構成及び種類等は限定されない。例えば、電解液を0.1ml/min以上の流速で吐出しうる機能を有するポンプを使用することが好ましい。
(Piping, tank, pump)
Two tanks, a first tank and a second tank, are used as the tank, and the shape of the tank can be determined as appropriate according to the application, use place, etc. of the battery. Further, the capacity of the tank can be appropriately determined according to the desired capacity of the battery. Furthermore, the material constituting the tank is not particularly limited as long as it can hold the electrolytic solution.
The pipe is connected so that the electrolyte can circulate between the first tank and the negative electrode cell, and the first pipe connected so that the electrolyte can circulate between the first tank and the positive electrode cell. Second piping. The shape of the piping can be appropriately determined according to the use of the battery, the place of use, and the like. Moreover, the material which comprises piping is not specifically limited if it can hold | maintain electrolyte solution.
The pump is used for flowing an electrolytic solution between the electrode cell and the tank, and the configuration and type of the pump are not limited as long as it has this function. For example, it is preferable to use a pump having a function capable of discharging the electrolytic solution at a flow rate of 0.1 ml / min or more.

以下、本発明を実施例を用いてより詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
実施例1
図1に示す構成のイオン液体を用いた半電池を作製した。ビーカー型容器に、硫酸バナジル(VOSO4)0.1gをEMI−TF(接触角40度で表される親水性、電位窓−2.0〜1.5Vvs.Ag/Ag+、粘度38mPa・s、イオン伝導度9.8mS/cm)10mlへ溶解させた電解液4を入れ、グラッシーカーボン製試験極1(0.5cm幅×0.5cm長さ×1mm厚)と白金製対極3(3cm幅×3cm長さ×0.5mm厚)とをそれぞれ電解液4に浸るようにテフロン(登録商標)製蓋7で固定した。銀線参照極2(0.5mmΦ)2は多孔質ガラス膜6により電解液4と隔離された参照極液が満たされたガラス管5中に固定した。参照極液は0.01mol/lのトリフルオロメタンスルホン酸銀のEMI−TF溶液とした。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, this invention is not limited to an Example.
Example 1
A half battery using an ionic liquid having the configuration shown in FIG. 1 was produced. In a beaker type container, 0.1 g of vanadyl sulfate (VOSO 4 ) was added to EMI-TF (hydrophilicity expressed by a contact angle of 40 degrees, potential window −2.0 to 1.5 Vvs. Ag / Ag + , viscosity 38 mPa · s. Electrolytic solution 4 dissolved in 10 ml of ionic conductivity 9.8 mS / cm was put, glassy carbon test electrode 1 (0.5 cm width × 0.5 cm length × 1 mm thickness) and platinum counter electrode 3 (3 cm width) × 3 cm length × 0.5 mm thickness) was fixed with a Teflon (registered trademark) lid 7 so as to be immersed in the electrolyte solution 4. The silver wire reference electrode 2 (0.5 mmΦ) 2 was fixed in a glass tube 5 filled with a reference electrode solution separated from the electrolyte solution 4 by a porous glass film 6. The reference electrode solution was an EMI-TF solution of 0.01 mol / l silver trifluoromethanesulfonate.

得られた半電池に対して、−1.0〜1.0Vvs.Ag/Ag+の電位範囲を0.05V/secの走査速度でサイクリックボルタンメトリーを行った結果を図2へ示した。約0.08VにV4+⇒V5+の酸化ピークが確認され、約−0.08VにV5+⇒V4+の還元ピークが確認された。
また、電解液4が塩化バナジウム(VCl3)0.1gをEMI−TF10mlへ溶解させたものであること以外は上記と同じ構成のイオン液体を用いた半電池を作製した。この半電池に対して、−0.2〜−2.0Vvs.Ag/Ag+の電位範囲を0.05V/secの走査速度でサイクリックボルタンメトリーを行った結果を図3へ示した。約−1.5VにV3+⇒V2+の還元ピークが確認され、約−0.9VにV2+⇒V3+の酸化ピークが確認された。
以上より、図2の結果を示す半電池を正極セル側、図3の結果を示す半電池を負極セル側の反応とすることで、イオン液体を用いたレドックスフロー電池を構成可能であることが分かった。
With respect to the obtained half-cell, -1.0 to 1.0 Vvs. FIG. 2 shows the results of cyclic voltammetry performed on the Ag / Ag + potential range at a scanning speed of 0.05 V / sec. About 0.08V oxidation peak of V 4+ ⇒V 5+ is confirmed, the reduction peak of V 5+ ⇒V 4+ has been confirmed in about -0.08V.
A half cell using an ionic liquid having the same structure as described above was prepared except that the electrolyte solution 4 was obtained by dissolving 0.1 g of vanadium chloride (VCl 3 ) in 10 ml of EMI-TF. For this half-cell, -0.2 to -2.0 Vvs. FIG. 3 shows the results of cyclic voltammetry performed on the Ag / Ag + potential range at a scanning speed of 0.05 V / sec. About -1.5V reduction peak of V 3+ ⇒V 2+ has been confirmed, the oxidation peak of V 2+ ⇒V 3+ was confirmed at about -0.9V.
From the above, it is possible to configure a redox flow battery using an ionic liquid by making the half battery showing the result of FIG. 2 the reaction on the positive electrode cell side and the half battery showing the result of FIG. 3 on the negative electrode cell side. I understood.

実施例2
図4に示す構成のイオン液体を用いたレドックスフロー電池を作製した。正極セル側の第1タンク8には、硫酸バナジル(VOSO4)0.2gをEMI−TF20mlへ溶解させたものに36N硫酸を1wt%添加した電解液が保持されている。負極セル側の第2タンク9には、塩化バナジウム(VCl3)0.2gをEMI−TF20mlへ溶解させたものに36N硫酸を1wt%添加した電解液が保持されている。正極板10と負極板11には、グラッシーカーボン板(3cm幅×3cm長さ×1mm厚)を使用した。イオン交換膜12には、ナフィオン膜(厚さ170μm、Ew値1000)を使用した。正極セル側の電解液及び負極セル側の電解液を循環させるために電解液循環ポンプ13を使用し、流速5ml/minとした。開回路電圧は1.3Vであった。
この電池を3mAの定電流で12時間充電し、3mAの定電流で10時間放電すると、開回路電圧は1.3Vであった。
Example 2
A redox flow battery using an ionic liquid having the configuration shown in FIG. 4 was produced. The first tank 8 on the positive electrode cell side holds an electrolytic solution in which 0.2 g of vanadyl sulfate (VOSO 4 ) is dissolved in 20 ml of EMI-TF and 1 wt% of 36N sulfuric acid is added. The second tank 9 on the negative electrode cell side holds an electrolytic solution in which 0.2 g of vanadium chloride (VCl 3 ) is dissolved in 20 ml of EMI-TF and 1 wt% of 36N sulfuric acid is added. The positive electrode plate 10 and the negative electrode plate 11 were glassy carbon plates (3 cm width × 3 cm length × 1 mm thickness). As the ion exchange membrane 12, a Nafion membrane (thickness 170 μm, Ew value 1000) was used. In order to circulate the electrolyte solution on the positive electrode cell side and the electrolyte solution on the negative electrode cell side, the electrolyte solution circulation pump 13 was used, and the flow rate was 5 ml / min. The open circuit voltage was 1.3V.
When this battery was charged at a constant current of 3 mA for 12 hours and discharged at a constant current of 3 mA for 10 hours, the open circuit voltage was 1.3 V.

実施例3
正極セル側の電解液として、硫酸バナジル(VOSO4)0.3gをEMI−TF20mlへ溶解させたものに36N硫酸を2wt%添加したものを使用し、負極セル側の電解液として、塩化バナジウム(VCl3)0.3gをEMI−TF20mlへ溶解させたものに36N硫酸を2wt%添加したものを使用したこと以外は、実施例2と同様の構成のイオン液体を用いたレドックスフロー電池を作製した。電解液の流速を5ml/minとした。開回路電圧は1.3Vであった。
この電池を6mAの定電流で8時間充電し、3mAの定電流で12時間放電すると、開回路電圧は1.4Vであった。
Example 3
As an electrolyte on the positive electrode cell side, a solution obtained by dissolving 0.3 g of vanadyl sulfate (VOSO 4 ) in 20 ml of EMI-TF and adding 2 wt% of 36N sulfuric acid was used. As an electrolyte on the negative electrode cell side, vanadium chloride ( A redox flow battery using an ionic liquid having the same configuration as in Example 2 was prepared, except that 0.3 g of VCl 3 ) dissolved in 20 ml of EMI-TF was added with 2 wt% of 36N sulfuric acid. . The flow rate of the electrolyte was 5 ml / min. The open circuit voltage was 1.3V.
When this battery was charged at a constant current of 6 mA for 8 hours and discharged at a constant current of 3 mA for 12 hours, the open circuit voltage was 1.4 V.

実施例4
正極セル側の電解液として、硫酸バナジル(VOSO4)0.2gをEMI−TF20mlへ溶解させたものに36N硫酸を1wt%添加し、更にトリエチレングリコールジメチルエーテルを5wt%添加したものを使用し、負極セル側の電解液として、塩化バナジウム(VCl3)1gをEMI−TF20mlへ溶解させたものに36N硫酸を1wt%添加し、トリエチレングリコールジメチルエーテルを5wt%添加したものを使用したこと以外は、実施例2と同様の構成のイオン液体を用いたレドックスフロー電池を作製した。電解液の流速を5ml/minとした。開回路電圧は1.3Vであった。
この電池を6mAの定電流で6時間充電し、6mAの定電流で5時間放電すると、開回路電圧は1.3Vであった。
Example 4
As an electrolytic solution on the positive electrode cell side, a solution in which 0.2 g of vanadyl sulfate (VOSO 4 ) was dissolved in 20 ml of EMI-TF was added with 1 wt% of 36N sulfuric acid, and further 5 wt% of triethylene glycol dimethyl ether was used. as the electrolyte of the negative electrode cell side, except that the vanadium chloride (VCl 3) 1 g was added 1 wt% of 36N sulfuric acid obtained by dissolving the EMI-TF20ml, triethylene glycol dimethyl ether was used which was added 5 wt%, A redox flow battery using an ionic liquid having the same configuration as in Example 2 was produced. The flow rate of the electrolyte was 5 ml / min. The open circuit voltage was 1.3V.
When this battery was charged at a constant current of 6 mA for 6 hours and discharged at a constant current of 6 mA for 5 hours, the open circuit voltage was 1.3 V.

実施例5
図1に示す構成のイオン液体を用いた半電池Aを作製した。ビーカー型容器に、硫酸バナジル(VOSO4)0.1gをTMPA−TF(接触角60度で表される親水性、電位窓−2.9〜2.2Vvs.Ag/Ag+、粘度70mPa・s、イオン伝導度3.4mS/cm)10mlへ溶解させた電解液4を入れ、グラッシーカーボン製試験極1(0.5cm幅×0.5cm長さ×1mm厚)と白金製対極3(3cm幅×3cm長さ×0.5mm厚)とをそれぞれ電解液4に浸るようにテフロン(登録商標)製蓋7で固定した。銀線参照極2(0.5mmΦ)2は多孔質ガラス膜6により電解液4と隔離された参照極液が満たされたガラス管5中に固定した。参照極液は0.01mol/lのトリフルオロメタンスルホン酸銀のTMPA−TF溶液とした。
得られた半電池Aに対して、−1.0〜1.0Vvs.Ag/Ag+の電位範囲を0.05V/secの走査速度でサイクリックボルタンメトリーを行ったところ、約0.08VにV4+⇒V5+の酸化ピークが確認され、約−0.08VにV5+⇒V4+の還元ピークが確認された。
また、電解液4が塩化バナジウム(VCl3)0.1gをTMPA−TF10mlへ溶解させたものであること以外は上記と同じ構成のイオン液体を用いた半電池Bを作製した。この半電池に対して、−0.2〜−2.0Vvs.Ag/Ag+の電位範囲を0.05V/secの走査速度でサイクリックボルタンメトリーを行ったところ、約−1.5VにV3+⇒V2+の還元ピークが確認され、約−0.9VにV2+⇒V3+の酸化ピークが確認された。
以上より、半電池Aを正極セル側、半電池Bを負極セル側の反応とすることで、イオン液体を用いたレドックスフロー電池を構成可能であることが分かった。
Example 5
A half cell A using the ionic liquid having the configuration shown in FIG. 1 was produced. In a beaker-type container, 0.1 g of vanadyl sulfate (VOSO 4 ) is added to TMPA-TF (hydrophilicity represented by a contact angle of 60 degrees, potential window from −2.9 to 2.2 Vvs. Ag / Ag + , viscosity of 70 mPa · s. Electrolyte solution 4 dissolved in 10 ml of ion conductivity 3.4 mS / cm is put, glassy carbon test electrode 1 (0.5 cm width × 0.5 cm length × 1 mm thickness) and platinum counter electrode 3 (3 cm width) × 3 cm length × 0.5 mm thickness) was fixed with a Teflon (registered trademark) lid 7 so as to be immersed in the electrolyte solution 4. The silver wire reference electrode 2 (0.5 mmΦ) 2 was fixed in a glass tube 5 filled with a reference electrode solution separated from the electrolyte solution 4 by a porous glass film 6. The reference electrode solution was a 0.01 mol / l silver trifluoromethanesulfonate TMPA-TF solution.
With respect to the obtained half battery A, -1.0 to 1.0 Vvs. When cyclic voltammetry was performed in the Ag / Ag + potential range at a scanning speed of 0.05 V / sec, an oxidation peak of V 4+ ⇒ V 5+ was confirmed at about 0.08 V, and about −0.08 V. A reduction peak of V 5+ ⇒ V 4+ was confirmed.
A half cell B using an ionic liquid having the same structure as described above was prepared except that the electrolyte solution 4 was obtained by dissolving 0.1 g of vanadium chloride (VCl 3 ) in 10 ml of TMPA-TF. For this half-cell, -0.2 to -2.0 Vvs. When cyclic voltammetry was performed in the Ag / Ag + potential range at a scanning speed of 0.05 V / sec, a reduction peak of V 3+ ⇒ V 2+ was confirmed at about −1.5 V, and about −0.9 V The oxidation peak of V 2+ ⇒ V 3+ was confirmed.
As mentioned above, it turned out that the redox flow battery using an ionic liquid can be comprised by making the half battery A into the reaction of the positive electrode cell side and the half battery B as the negative electrode cell side.

実施例6
図4に示す構成のイオン液体を用いたレドックスフロー電池を作製した。正極セル側の第1タンク8には、硫酸バナジル(VOSO4)0.2gをMPPi−TF(接触角70度で表される親水性、電位窓−2.9〜2.2Vvs.Ag/Ag+、粘度150mPa・s、イオン伝導度1.7mS/cm)20mlへ溶解させたものに36N硫酸を1wt%添加した電解液が保持されている。負極セル側の第2タンク9には、塩化バナジウム(VCl3)0.2gをMPPi−TF20mlへ溶解させたものに36N硫酸を1wt%添加した電解液が保持されている。正極板10と負極板11には、グラッシーカーボン板(3cm幅×3cm長さ×1mm厚)を使用した。イオン交換膜12には、フレミオン膜(厚さ170μm、Ew値1100)を使用した。正極セル側の電解液及び負極セル側の電解液を循環させるために電解液循環ポンプ13を使用し、流速5ml/minとした。開回路電圧は1.3Vであった。
この電池を4mAの定電流で10時間充電し、3mAの定電流で12時間放電すると、開回路電圧は1.3Vであった。
Example 6
A redox flow battery using an ionic liquid having the configuration shown in FIG. 4 was produced. In the first tank 8 on the positive electrode cell side, 0.2 g of vanadyl sulfate (VOSO 4 ) is added to MPPi-TF (hydrophilicity expressed by a contact angle of 70 degrees, potential window from −2.9 to 2.2 V vs. Ag / Ag. + , An electrolyte obtained by adding 1 wt% of 36N sulfuric acid to a solution dissolved in 20 ml of a viscosity of 150 mPa · s and an ionic conductivity of 1.7 mS / cm) is held. The second tank 9 on the negative electrode cell side holds an electrolytic solution in which 0.2 g of vanadium chloride (VCl 3 ) is dissolved in 20 ml of MPPi-TF and 1 wt% of 36N sulfuric acid is added. The positive electrode plate 10 and the negative electrode plate 11 were glassy carbon plates (3 cm width × 3 cm length × 1 mm thickness). As the ion exchange membrane 12, a Flemion membrane (thickness 170 μm, Ew value 1100) was used. In order to circulate the electrolyte solution on the positive electrode cell side and the electrolyte solution on the negative electrode cell side, the electrolyte solution circulation pump 13 was used, and the flow rate was 5 ml / min. The open circuit voltage was 1.3V.
When this battery was charged at a constant current of 4 mA for 10 hours and discharged at a constant current of 3 mA for 12 hours, the open circuit voltage was 1.3V.

実施例7
正極セル側の電解液として、硫酸バナジル(VOSO4)0.3gをTMPA−TF20mlへ溶解させたものに過塩素酸(70%)を2wt%添加したものを使用し、負極セル側の電解液として、VCl30.3gをTMPA−TF20mlへ溶解させたものに過塩素酸(70%)を2wt%添加したものを使用したこと以外は、実施例2と同様の構成のイオン液体を用いたレドックスフロー電池を作製した。電解液の流速を5ml/minとした。開回路電圧は1.3Vであった。
この電池を3mAの定電流で12時間充電し、3mAの定電流で10時間放電すると、開回路電圧は1.3Vであった。
Example 7
As the electrolyte solution on the positive electrode cell side, a solution obtained by dissolving 0.3 g of vanadyl sulfate (VOSO 4 ) in 20 ml of TMPA-TF and adding 2 wt% of perchloric acid (70%) is used. As an example, an ionic liquid having the same configuration as in Example 2 was used except that 0.3 g of VCl 3 dissolved in 20 ml of TMPA-TF was used with 2 wt% of perchloric acid (70%) added. A redox flow battery was produced. The flow rate of the electrolyte was 5 ml / min. The open circuit voltage was 1.3V.
When this battery was charged at a constant current of 3 mA for 12 hours and discharged at a constant current of 3 mA for 10 hours, the open circuit voltage was 1.3 V.

比較例1
正極セル側の電解液として、硫酸バナジル(VOSO4)0.3gを1N硫酸水溶液20mlへ溶解させたものを使用し、負極セル側の電解液として、塩化バナジウム(VCl3)0.3gを1N塩酸水溶液20mlへ溶解させたものを使用したこと以外は、実施例2と同様の構成のイオン液体を用いたレドックスフロー電池を作製した。電解液の流速を5ml/minとした。開回路電圧は1.2Vであった。
この電池を3mAの定電流で12時間充電し、3mAの定電流で9時間放電すると、開回路電圧は1.2Vであった。
実施例5と比較例1の電池を、温度45℃で湿度30%の恒温恒湿槽中に60日間保存すると、実施例3の電池の電解液量は変化していないのに対し、比較例1の電池の正極側電解液量は20mlから19mlへ減少し、負極側電解液量は20mlから18mlへ減少していた。
以上より、イオン液体を用いたレドックスフロー電池は、水溶液を用いたレドックスフロー電池に比べて、電解液補充等のメンテナンスを必要としない電池が構成できることが分かった。
Comparative Example 1
As the electrolyte on the positive electrode cell side, 0.3 g of vanadyl sulfate (VOSO 4 ) dissolved in 20 ml of 1N sulfuric acid aqueous solution was used. As the electrolyte on the negative electrode cell side, 0.3 g of vanadium chloride (VCl 3 ) was added to 1N. A redox flow battery using an ionic liquid having the same configuration as in Example 2 was prepared, except that a solution dissolved in 20 ml of a hydrochloric acid aqueous solution was used. The flow rate of the electrolyte was 5 ml / min. The open circuit voltage was 1.2V.
When this battery was charged at a constant current of 3 mA for 12 hours and discharged at a constant current of 3 mA for 9 hours, the open circuit voltage was 1.2V.
When the batteries of Example 5 and Comparative Example 1 were stored in a constant temperature and humidity chamber with a temperature of 45 ° C. and a humidity of 30% for 60 days, the amount of electrolyte in the battery of Example 3 did not change, whereas the comparative example In the battery of No. 1, the amount of the positive electrode side electrolyte decreased from 20 ml to 19 ml, and the amount of the negative electrode side electrolyte decreased from 20 ml to 18 ml.
From the above, it has been found that a redox flow battery using an ionic liquid can constitute a battery that does not require maintenance such as replenishment of electrolyte compared to a redox flow battery using an aqueous solution.

実験例
硫酸バナジル(VOSO4)0.2gをPC20mlへ溶解した電解液と、硫酸バナジル0.2gをEMI−TF20mlへ溶解した電解液とを濾紙へ染み込ませた後、ろうそくの炎を近づけると、前者は燃焼したが後者は燃焼しなかった。
以上より、イオン液体を用いたレドックスフロー電池は、有機溶媒を用いたレドックスフロー電池に比べて、火災等に対しても安全な電池が構成できることが分かった。
Experimental Example When an electrolytic solution in which 0.2 g of vanadyl sulfate (VOSO 4 ) was dissolved in 20 ml of PC and an electrolytic solution in which 0.2 g of vanadyl sulfate was dissolved in 20 ml of EMI-TF were infiltrated into the filter paper, The former burned but the latter did not.
From the above, it has been found that a redox flow battery using an ionic liquid can constitute a battery that is safe against fire and the like as compared with a redox flow battery using an organic solvent.

実施例で使用した半電池の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the half battery used in the Example. 実施例1の半電池のサイクリックボルタンメトリーの結果を示すグラフである。4 is a graph showing the results of cyclic voltammetry of the half-cell of Example 1. 実施例1の半電池のサイクリックボルタンメトリーの結果を示すグラフである。4 is a graph showing the results of cyclic voltammetry of the half-cell of Example 1. 本発明のレドックスフロー電池の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the redox flow battery of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 試験極、2 参照極、3 対極、4 電解液、5 ガラス管、6 多孔質ガラス膜、7 蓋、8 第1タンク、9 第2タンク、10 正極板、11 負極板、12 イオン交換膜、13 電解液循環ポンプ、14 第1配管、15 第2配管 1 Test Electrode, 2 Reference Electrode, 3 Counter Electrode, 4 Electrolyte, 5 Glass Tube, 6 Porous Glass Membrane, 7 Lid, 8 First Tank, 9 Second Tank, 10 Positive Electrode Plate, 11 Negative Electrode Plate, 12 Ion Exchange Membrane , 13 Electrolyte circulation pump, 14 1st piping, 15 2nd piping

Claims (7)

正極セル及び負極セルと、前記両セルを分離するイオン交換膜と、前記正極セル用の活物質とイオン液体とを含む電解液Aが貯留された第1タンクと、前記負極セル用の活物質とイオン液体とを含む電解液Bが貯留された第2タンクと、前記第1タンクと正極セルとの間を前記電解液Aが循環しうるように接続された第1配管と、前記第2タンクと負極セルとの間を前記電解液Bが循環しうるように接続された第2配管と、前記第1配管及び第2配管の途中にそれぞれ設けられた電解液循環ポンプとを備えたことを特徴とするレドックスフロー電池。   A positive electrode cell, a negative electrode cell, an ion exchange membrane that separates the two cells, a first tank in which an electrolytic solution A containing an active material for the positive electrode cell and an ionic liquid is stored, and an active material for the negative electrode cell And a second tank in which an electrolyte B containing ionic liquid is stored, a first pipe connected so that the electrolyte A can circulate between the first tank and the positive electrode cell, and the second A second pipe connected so that the electrolyte B can circulate between the tank and the negative electrode cell; and an electrolyte circulation pump provided in the middle of the first pipe and the second pipe. Redox flow battery. 前記電解液A及びBに含まれるイオン液体の一方又は両方が、親水性を有する請求項1に記載のレドックスフロー電池。   The redox flow battery according to claim 1, wherein one or both of the ionic liquids contained in the electrolytic solutions A and B have hydrophilicity. 前記親水性を有するイオン性液体が、80度以下のガラス上での接触角を有するイオン性液体である請求項2に記載のレドックスフロー電池。   The redox flow battery according to claim 2, wherein the hydrophilic ionic liquid is an ionic liquid having a contact angle on glass of 80 degrees or less. 前記イオン液体が、−2.5〜2.0Vvs.Ag/Ag+の範囲の電位窓、1〜500mPa・sの範囲の粘度(20℃)及び0.05〜25mS/cmの範囲のイオン伝導度(25℃)のいずれか1つの性質を少なくとも有する請求項1〜3のいずれか1つに記載のレドックスフロー電池。 The ionic liquid is -2.5 to 2.0 Vvs. It has at least one of the following properties: a potential window in the range of Ag / Ag + , a viscosity in the range of 1 to 500 mPa · s (20 ° C.), and an ionic conductivity in the range of 0.05 to 25 mS / cm (25 ° C.). The redox flow battery according to any one of claims 1 to 3. 前記電解液A及びBに含まれるイオン液体の一方又は両方が、脂肪族系カチオンを含むイオン液体又は芳香族系カチオンを含むイオン液体を含む請求項1〜4のいずれか1つに記載のレドックスフロー電池。   The redox according to any one of claims 1 to 4, wherein one or both of the ionic liquids contained in the electrolytic solutions A and B include an ionic liquid containing an aliphatic cation or an ionic liquid containing an aromatic cation. Flow battery. 前記電解液A及びBの一方又は両方が、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム−トリフルオロメタンスルホン酸、N,N,N−トリメチル−N−プロピルアンモニウム−トリフルオロメタンスルホン酸及びN−メチル−N−プロピルピペリジニウム−トリフルオロメタンスルホン酸から選択されるイオン液体を少なくとも含んでいる請求項5に記載のレドックスフロー電池。   One or both of the electrolytes A and B are 1-ethyl-3-methylimidazolium-trifluoromethanesulfonic acid, N, N, N-trimethyl-N-propylammonium-trifluoromethanesulfonic acid and N-methyl-N. The redox flow battery according to claim 5, comprising at least an ionic liquid selected from -propylpiperidinium-trifluoromethanesulfonic acid. 前記電解液A及びBの一方又は両方が、更に非水溶媒としての、トリエチレングリコールジメチルエーテル及び/又はテトラエチレングリコールジメチルエーテルを含んでいる請求項1〜6のいずれか1つに記載のレドックスフロー電池。   The redox flow battery according to any one of claims 1 to 6, wherein one or both of the electrolytic solutions A and B further contain triethylene glycol dimethyl ether and / or tetraethylene glycol dimethyl ether as a nonaqueous solvent. .
JP2008275791A 2008-09-03 2008-10-27 Redox flow battery Pending JP2010086935A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008275791A JP2010086935A (en) 2008-09-03 2008-10-27 Redox flow battery

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008226209 2008-09-03
JP2008275791A JP2010086935A (en) 2008-09-03 2008-10-27 Redox flow battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010086935A true JP2010086935A (en) 2010-04-15

Family

ID=42250677

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008275791A Pending JP2010086935A (en) 2008-09-03 2008-10-27 Redox flow battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010086935A (en)

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010244972A (en) * 2009-04-09 2010-10-28 Sharp Corp Redox flow battery
WO2012027161A2 (en) * 2010-08-25 2012-03-01 Applied Materials, Inc. Flow battery systems
WO2012047320A1 (en) * 2010-09-28 2012-04-12 Battelle Memorial Institute Redox flow batteries based on supporting solutions containing chloride
JP2012518247A (en) * 2009-02-18 2012-08-09 フラウンホーファー − ゲゼルシャフト ツル フェーデルング デル アンゲヴァントテン フォルシュング エー.ファォ. A method for storing electrical energy in ionic liquids
KR20130002050A (en) * 2011-06-28 2013-01-07 삼성전자주식회사 Electrolyte for redox flow battery and redox flow battery comprising the same
JP2013507742A (en) * 2009-10-16 2013-03-04 中国科学院大▲連▼化学物理研究所 Application of Aromatic Polymer Ion Exchange Membrane and Its Composite Membrane to Acidic Electrolyte Flow Energy Storage Battery
CN104011922A (en) * 2011-12-28 2014-08-27 旭化成电子材料株式会社 Redox flow secondary battery and electrolyte membrane for redox flow secondary battery
KR101436779B1 (en) 2014-03-26 2014-09-02 오씨아이 주식회사 Redox flow battery
US8906529B2 (en) 2008-07-07 2014-12-09 Enervault Corporation Redox flow battery system for distributed energy storage
US8916281B2 (en) 2011-03-29 2014-12-23 Enervault Corporation Rebalancing electrolytes in redox flow battery systems
US8980484B2 (en) 2011-03-29 2015-03-17 Enervault Corporation Monitoring electrolyte concentrations in redox flow battery systems
JP2015532764A (en) * 2012-08-14 2015-11-12 イェーナバッテリーズ・ゲーエムベーハー Redox flow cell containing a high molecular weight compound as a redox couple and a semipermeable membrane for storing electrical energy
US9257714B2 (en) 2012-01-31 2016-02-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Organic electrolyte solution and redox flow battery including the same
US9793567B2 (en) 2013-11-01 2017-10-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Ion exchange membrane, method of preparing the same, and redox flow battery comprising the same
WO2017212179A1 (en) * 2016-06-10 2017-12-14 Universite De Rennes 1 Use of ionic liquids as an adjuvant in electrochemistry
US9905875B2 (en) 2011-12-28 2018-02-27 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Redox flow secondary battery and electrolyte membrane for redox flow secondary battery
US9960443B2 (en) 2010-09-28 2018-05-01 Battelle Memorial Institute Redox flow batteries having multiple electroactive elements
US10135086B2 (en) 2013-11-22 2018-11-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Redox flow battery
WO2019078146A1 (en) * 2017-10-17 2019-04-25 昭和電工株式会社 Liquid electrolyte and redox flow cell
US10326160B2 (en) 2011-11-18 2019-06-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Cathode and lithium battery using the same
CN110718708A (en) * 2019-09-11 2020-01-21 浙江大学 Variable porosity electrode structure flow battery capable of improving battery efficiency
US10673090B2 (en) 2014-10-06 2020-06-02 Battelle Memorial Institute All-vanadium sulfate acid redox flow battery system
CN111244519A (en) * 2020-01-21 2020-06-05 西安理工大学 Reducible and renewable electrolyte suitable for single flow battery and preparation method thereof
CN112086673A (en) * 2020-09-15 2020-12-15 中国科学院大连化学物理研究所 Composite high-temperature proton exchange membrane for fuel cell and preparation method thereof
CN114080706A (en) * 2019-08-12 2022-02-22 舍弗勒技术股份两合公司 Electrode unit and redox flow battery
CN115466095A (en) * 2022-09-09 2022-12-13 哈尔滨工业大学 Solid energy storage material applied to targeted flow battery and preparation method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004281223A (en) * 2003-03-14 2004-10-07 Nippon Shokubai Co Ltd Ion conductive material and ionic matter
WO2006129635A1 (en) * 2005-05-31 2006-12-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Secondary battery, power supply system using same and usage of power supply system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004281223A (en) * 2003-03-14 2004-10-07 Nippon Shokubai Co Ltd Ion conductive material and ionic matter
WO2006129635A1 (en) * 2005-05-31 2006-12-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Secondary battery, power supply system using same and usage of power supply system

Cited By (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8906529B2 (en) 2008-07-07 2014-12-09 Enervault Corporation Redox flow battery system for distributed energy storage
US8802265B2 (en) 2009-02-18 2014-08-12 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Method for storing electrical energy in ionic liquids
JP2012518247A (en) * 2009-02-18 2012-08-09 フラウンホーファー − ゲゼルシャフト ツル フェーデルング デル アンゲヴァントテン フォルシュング エー.ファォ. A method for storing electrical energy in ionic liquids
JP2010244972A (en) * 2009-04-09 2010-10-28 Sharp Corp Redox flow battery
JP2013507742A (en) * 2009-10-16 2013-03-04 中国科学院大▲連▼化学物理研究所 Application of Aromatic Polymer Ion Exchange Membrane and Its Composite Membrane to Acidic Electrolyte Flow Energy Storage Battery
US8808888B2 (en) 2010-08-25 2014-08-19 Applied Materials, Inc. Flow battery systems
WO2012027161A3 (en) * 2010-08-25 2012-07-19 Applied Materials, Inc. Flow battery systems
CN103069632A (en) * 2010-08-25 2013-04-24 应用材料公司 Flow battery systems
US9160025B2 (en) 2010-08-25 2015-10-13 Applied Materials, Inc. Flow battery systems
WO2012027161A2 (en) * 2010-08-25 2012-03-01 Applied Materials, Inc. Flow battery systems
JP2013539177A (en) * 2010-08-25 2013-10-17 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Flow battery system
WO2012047320A1 (en) * 2010-09-28 2012-04-12 Battelle Memorial Institute Redox flow batteries based on supporting solutions containing chloride
US9077011B2 (en) 2010-09-28 2015-07-07 Battelle Memorial Institute Redox flow batteries based on supporting solutions containing chloride
JP2013543217A (en) * 2010-09-28 2013-11-28 バッテル メモリアル インスティチュート Redox flow battery based on support solution containing chloride
CN105938912A (en) * 2010-09-28 2016-09-14 巴特尔纪念研究院 Redox flow batteries based on supporting solutions containing chloride
US9819039B2 (en) 2010-09-28 2017-11-14 Battelle Memorial Institute Redox flow batteries based on supporting solutions containing chloride
JP2018032632A (en) * 2010-09-28 2018-03-01 バッテル メモリアル インスティチュート Redox flow battery based on supporting solution containing chloride
EP2622675A1 (en) 2010-09-28 2013-08-07 Battelle Memorial Institute Redox flow batteries based on supporting solutions containing chloride
CN103125041A (en) * 2010-09-28 2013-05-29 巴特尔纪念研究院 Redox Flow Batteries Based on Supporting Solutions Containing Chloride
US9960443B2 (en) 2010-09-28 2018-05-01 Battelle Memorial Institute Redox flow batteries having multiple electroactive elements
US8628880B2 (en) 2010-09-28 2014-01-14 Battelle Memorial Institute Redox flow batteries based on supporting solutions containing chloride
US9123931B2 (en) * 2010-09-28 2015-09-01 Battelle Memorial Institute Redox flow batteries based on supporting solutions containing chloride
US8980484B2 (en) 2011-03-29 2015-03-17 Enervault Corporation Monitoring electrolyte concentrations in redox flow battery systems
US8916281B2 (en) 2011-03-29 2014-12-23 Enervault Corporation Rebalancing electrolytes in redox flow battery systems
KR101882861B1 (en) * 2011-06-28 2018-07-27 삼성전자주식회사 Electrolyte for Redox Flow Battery and Redox Flow Battery Comprising the same
US8927130B2 (en) 2011-06-28 2015-01-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Electrolyte for redox flow battery and redox flow battery including the same
KR20130002050A (en) * 2011-06-28 2013-01-07 삼성전자주식회사 Electrolyte for redox flow battery and redox flow battery comprising the same
US10326160B2 (en) 2011-11-18 2019-06-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Cathode and lithium battery using the same
US10211474B2 (en) 2011-12-28 2019-02-19 Asahi Kasei E-Materials Corporation Redox flow secondary battery and electrolyte membrane for redox flow secondary battery
EP2800193A4 (en) * 2011-12-28 2015-06-03 Asahi Kasei E Materials Corp Redox flow secondary battery and electrolyte membrane for redox flow secondary battery
CN104011922A (en) * 2011-12-28 2014-08-27 旭化成电子材料株式会社 Redox flow secondary battery and electrolyte membrane for redox flow secondary battery
CN104011922B (en) * 2011-12-28 2016-06-22 旭化成株式会社 Oxidation, reduction liquid secondary cell and oxidation, reduction liquid secondary cell Electrolyte Membranes
US9905875B2 (en) 2011-12-28 2018-02-27 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Redox flow secondary battery and electrolyte membrane for redox flow secondary battery
US9257714B2 (en) 2012-01-31 2016-02-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Organic electrolyte solution and redox flow battery including the same
US9905876B2 (en) 2012-08-14 2018-02-27 Jenabatteries GmbH Redox flow cell comprising high molecular weight compounds as redox pair and semipermeable membrane for storage of electrical energy
JP2015532764A (en) * 2012-08-14 2015-11-12 イェーナバッテリーズ・ゲーエムベーハー Redox flow cell containing a high molecular weight compound as a redox couple and a semipermeable membrane for storing electrical energy
US9793567B2 (en) 2013-11-01 2017-10-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Ion exchange membrane, method of preparing the same, and redox flow battery comprising the same
US10135086B2 (en) 2013-11-22 2018-11-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Redox flow battery
KR101436779B1 (en) 2014-03-26 2014-09-02 오씨아이 주식회사 Redox flow battery
WO2015147582A1 (en) * 2014-03-26 2015-10-01 Oci Company Ltd. Redox flow battery
US10673090B2 (en) 2014-10-06 2020-06-02 Battelle Memorial Institute All-vanadium sulfate acid redox flow battery system
US11532832B2 (en) 2014-10-06 2022-12-20 Battelle Memorial Institute All-vanadium sulfate acid redox flow battery system
FR3052598A1 (en) * 2016-06-10 2017-12-15 Univ Rennes USE OF IONIC LIQUIDS AS ADJUVANT IN ELECTROCHEMISTRY
WO2017212179A1 (en) * 2016-06-10 2017-12-14 Universite De Rennes 1 Use of ionic liquids as an adjuvant in electrochemistry
WO2019078146A1 (en) * 2017-10-17 2019-04-25 昭和電工株式会社 Liquid electrolyte and redox flow cell
CN114080706A (en) * 2019-08-12 2022-02-22 舍弗勒技术股份两合公司 Electrode unit and redox flow battery
CN110718708A (en) * 2019-09-11 2020-01-21 浙江大学 Variable porosity electrode structure flow battery capable of improving battery efficiency
CN111244519A (en) * 2020-01-21 2020-06-05 西安理工大学 Reducible and renewable electrolyte suitable for single flow battery and preparation method thereof
CN111244519B (en) * 2020-01-21 2023-01-24 西安理工大学 Reducible regenerative electrolyte suitable for single flow battery and preparation method thereof
CN112086673A (en) * 2020-09-15 2020-12-15 中国科学院大连化学物理研究所 Composite high-temperature proton exchange membrane for fuel cell and preparation method thereof
CN112086673B (en) * 2020-09-15 2022-05-10 中国科学院大连化学物理研究所 Composite high-temperature proton exchange membrane for fuel cell and preparation method thereof
CN115466095A (en) * 2022-09-09 2022-12-13 哈尔滨工业大学 Solid energy storage material applied to targeted flow battery and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2010086935A (en) Redox flow battery
CN102804470B (en) Redox flow battery
Mu et al. Li–CO2 and Na–CO2 batteries: toward greener and sustainable electrical energy storage
JP2010244972A (en) Redox flow battery
Zhang et al. An all-aqueous redox flow battery with unprecedented energy density
JP2010170782A (en) Redox flow battery, and method of charging and discharging the same
JP5050847B2 (en) Secondary battery, power supply system using the same, and method of using the power supply system
KR20140017017A (en) Method for storing electrical energy in ionic liquids
JP5273256B2 (en) Non-aqueous electrolyte and metal-air battery
EP2765645A1 (en) Electrolytic solution for lithium air cell
JP6859317B2 (en) Semi-solid flow Li / O2 battery
JP2014127358A (en) Redox flow battery
Leung et al. Rechargeable organic–air redox flow batteries
Lin et al. O2/O2–Crossover-and Dendrite-Free Hybrid Solid-State Na–O2 Batteries
JP2018195571A (en) Electrolyte solution, secondary battery, secondary battery system, and power generation system
Karkera et al. An Inorganic Electrolyte Li–O2 Battery with High Rate and Improved Performance
Zahoor et al. Lithium air battery: alternate energy resource for the future
JP2011134595A (en) Metal air battery
EP3482441B1 (en) Non-aqueous redox flow batteries
KR20150109240A (en) Positive electrode for lithium sulfur battery and lithium sulfur battery comprising the same
Yu et al. A unique single‐ion mediation approach for crossover‐free nonaqueous redox flow batteries with a Na+‐ion solid electrolyte
JP6185909B2 (en) Electrolyte for lithium air battery and lithium air battery
Kim et al. Development of a Zn-Mn aqueous redox-flow battery operable at 2.4 V of discharging potential in a hybrid cell with an Ag-decorated carbon-felt electrode
KR20160091154A (en) Vanadium Redox flow battery comprising sulfonated polyetheretherketone membrane
KR102062463B1 (en) Redox flow battery using electroyte containing perchlorate

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110223

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130305

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130702