JP2018508941A - 電解液用の固体緩衝物質及びそれを利用したフロー電池 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、米国特許法第119条に基づき、2015年1月21日に出願した米国特許仮出願第62/105,768号の優先権の利益を主張するものであり、そのすべての内容は参照により本出願に組み込まれる。
該当なし。
エネルギー密度=(26.8A−h/mol)×OCV×[e-] (1)
ここで、OCVは50%の充電状態(state of charge)での開路電位(open circuit potential)であり、(26.8A−h/mol)はファラデー定数であり、[e-]は99%の充電状態で活物質に貯蔵される電子の濃度である。活物質が正及び負の電解液の双方について原子種又は分子種を主に含む場合、[e-]は以下の式2によって計算することができる。
[e-]=[活物質]×N/2 (2)
ここで、[活物質]は負又は正の電解液の活物質のモル濃度のうちいずれか低い方であり、Nは活物質1分子当たりで移動した電子(electrons transferred per molecule)の数である。関連する用語の「電荷密度」は、各電解液が含有する電荷の総量を指す。所与の電解液について、電荷密度は式3によって計算することができる。
電荷密度=(26.8A−h/mol)×[活物質]×N (3)
ここで、[活物質]及びNは上記で定めた通りである。
Veff,rt=Vdischarge/Vcharge×100% (4)
各種緩衝システムを表1に記載の通りに作製し、ヘキサシアノ鉄酸のナトリウムとカリウムの混合塩[すなわち、Na2K2Fe(CN)6]を飽和溶解度まで添加した。この目的のために、等モル量の固体フェロシアン化ナトリウム十水和物及び固体フェロシアン化カリウム三水和物を撹拌しながら脱イオン水に溶解させ、その後0.2μmのフィルタで濾過した。添加量は、320nmの吸光度帯を用いた分光法で測定したFe(CN)6 4−の濃度が1.5Mに達する量とした。緩衝溶液に関して、表1に記載した適切な塩を飽和限界まで溶解させ、その後、等モル量の固体のNa4Fe(CN)6及びK4Fe(CN)6を少しずつ添加した。飽和限界への到達は分光法によって判定した。Li3HEDTAは、水酸化リチウム一水和物と酸性型のH4EDTAを適切な水比率で混合することにより調製された。表1のデータは、ヘキサシアノ鉄錯体の溶解度が、より溶解度が高いナトリウム及び/又はカリウムの緩衝物質を使用した場合に観察された溶解度に比べて、少なくとも同等か又は上回ったことを示している。表1において、計算された緩衝能により、単一の可逆的にプロトン化させることが可能な官能基のみが反応して緩衝効果が促進されたものと考えられる。
Claims (22)
- 溶存ヘキサシアノ鉄錯体を有する水溶液と、
前記水溶液に接触している固体緩衝物質と、を含み、
前記固体緩衝物質の量は、前記水溶液において前記固体緩衝物質の飽和濃度を得るのに必要な量よりも多い、組成物。 - 前記固体緩衝物質の溶解分は、前記水溶液をアルカリ性のpHに維持する、請求項1に記載の組成物。
- 前記固体緩衝物質の溶解分は、前記水溶液を約9〜約12のpHに維持する、請求項2に記載の組成物。
- 前記固体緩衝物質は、リチウム塩を含む、請求項2に記載の組成物。
- 前記リチウム塩は、リチウムアセチルアセトネート、リチウムバルビタール、炭酸リチウム、リン酸リチウム、リン酸水素リチウム、リン酸二水素リチウム、ホスホン酸リチウム、カルボン酸リチウム塩、α−ヒドロキシカルボン酸リチウム塩、アミノ酸リチウム塩、及びこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項4に記載の組成物。
- 前記溶存ヘキサシアノ鉄錯体は、第1の対陽イオンを含み、前記固体緩衝物質は、第2の対陽イオンを含み、前記第1の対陽イオンと前記第2の対陽イオンとは、互いに異なるものである、請求項1に記載の組成物。
- 前記第2の対陽イオンは、リチウムイオンを含む、請求項6に記載の組成物。
- 前記固体緩衝物質は、前記水溶液中の保持エンクロージャ内に収容されており、前記保持エンクロージャは、前記固体緩衝物質の溶解分を前記水溶液中に放出するように構成されている、請求項1に記載の組成物。
- 前記溶存ヘキサシアノ鉄錯体は、約25℃の温度の前記水溶液において約1M〜約3Mの範囲の濃度を有する、請求項1に記載の組成物。
- 前記溶存ヘキサシアノ鉄錯体は、ナトリウム対イオンとカリウム対イオンとを含む、請求項9に記載の組成物。
- 前記溶存ヘキサシアノ鉄錯体は、約25℃の温度の前記水溶液において約1M〜約2Mの範囲の濃度を有する、請求項1に記載の組成物。
- 前記固体緩衝物質の飽和濃度は、約25℃の温度で約0.05M〜約0.5Mの範囲である、請求項1に記載の組成物。
- 請求項1に記載の組成物を含む電解液を内部に有する半電池を含むフロー電池。
- 前記溶存ヘキサシアノ鉄錯体は、約25℃の温度の前記水溶液において約1M〜約3Mの範囲の濃度を有する、請求項13に記載のフロー電池。
- 前記溶存ヘキサシアノ鉄錯体は、約25℃の温度の前記水溶液において約1M〜約2Mの範囲の濃度を有する、請求項13に記載のフロー電池。
- 前記固体緩衝物質の溶解分は、前記水溶液をアルカリ性のpHに維持する、請求項13に記載のフロー電池。
- 前記固体緩衝物質の溶解分は、前記水溶液を約9〜約12のpHに維持する、請求項16に記載のフロー電池。
- 前記固体緩衝物質は、リチウム塩を含む、請求項13に記載のフロー電池。
- 前記半電池は、正極を有する、請求項13に記載のフロー電池。
- 前記固体緩衝物質は、前記水溶液中の保持エンクロージャ内に収容されており、前記保持エンクロージャは、前記固体緩衝物質の溶解分を前記水溶液中に放出するように構成されている、請求項13に記載のフロー電池。
- 前記固体緩衝物質の飽和濃度は、約25℃の温度で約0.05M〜約0.5Mの範囲である、請求項13に記載のフロー電池。
- 溶存電気活物質を含む水溶液を含む電解液を内部に有する半電池と、
前記水溶液に接触している固体緩衝物質と、を含み、
前記固体緩衝物質の量は、前記水溶液において前記固体緩衝物質の飽和濃度を得るのに必要な量よりも多い、フロー電池。
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