JP2023035036A - 電力供給システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力供給地19において、電解液タンク搭載車(B)から二次電池前駆体搭載車(A)に正極電解液及び負極電解液を供給可能なように配管を接続し、二次電池前駆体搭載車(A)から電解液タンク搭載車(B)に正極電解液及び負極電解液を返送可能なように配管を接続して、正極液ポンプ及び負極液ポンプを駆動し、電池セル1と電解液タンク21,22との間を電解液を循環させ、充電された電解液を電池セル1内で放電させて外部へ電力を供給し、外部へ電力の供給が終わったら、二次電池前駆体搭載車(A)と電解液タンク搭載車(B)の接続を切り離し、電解液タンク搭載車(B)とは別の充電された電解液タンク搭載車(B)を二次電池前駆体搭載車(A)に接続して、外部に電力を供給することを特徴とする電力供給システム。
【選択図】図1
Description
正極電極を内蔵すると共に活物質を含む正極電解液を循環可能な正極セルと、負極電極を内蔵すると共に活物質を含む負極電解液を循環可能な負極セルとが所定のイオンを透過する隔膜によって分離された構成を有する電池セルと、
正極セル内に正極電解液を導入して該正極セルから排出する正極液ポンプと、負極セル内に負極電解液を導入して該負極セルから排出する負極液ポンプと、
からなる二次電池前駆体を搭載し、正極電解液タンクおよび負極電解液タンクを搭載していない二次電池前駆体搭載車(A)と、
前記正極電解液タンクおよび負極電解液タンクを搭載してなるが、前記二次電池前駆体を搭載していない電解液タンク搭載車(B)と、を備え、
前記二次電池前駆体搭載車(A)を電力供給地に移動させて停車させると共に、前記電解液タンク搭載車(B)を前記二次電池前駆体搭載車(A)に近接させて停車させ、
前記電解液タンク搭載車(B)から前記二次電池前駆体搭載車(A)に正極電解液及び負極電解液を供給可能なように配管を接続すると共に、前記二次電池前駆体搭載車(A)から前記電解液タンク搭載車(B)に正極電解液及び負極電解液を返送可能なように配管を接続して、前記正極液ポンプ及び前記負極液ポンプを駆動して、前記電池セルと前記電解液タンクとの間を、電解液を循環させて、充電された電解液を電池セル内で放電させて、外部へ電力を供給し、
外部へ電力の供給が終わったら、前記二次電池前駆体搭載車(A)と前記電解液タンク搭載車(B)の接続を切り離し、前記電解液タンク搭載車(B)とは別の充電された電解液タンク搭載車を前記二次電池前駆体搭載車(A)に接続して、外部に電力を供給することを特徴とする電力供給システム。
(請求項2)
前記二次電池前駆体搭載車(A)の電池セルには、前記正極液ポンプへ正極液を供給する配管の端部に着脱可能な正極配管接続部(I)が設けられ、前記正極セルから正極液を排出する配管の端部に着脱可能な正極配管接続部(II)が設けられ、且つ前記負極液ポンプへ負極液を供給する配管の端部に着脱可能な負極配管接続部(III)が設けられ、前記負極セルから負極液を排出する配管の端部に着脱可能な負極配管接続部(IV)が設けられており、
前記電解液タンク搭載車(B)の正極電解液タンクには、前記正極液を電池セルに供給する配管が設けられ、該配管の端部には、正極配管接続部(I)と着脱可能に接続する正極配管接続部(V)が設けられ、前記正極電解液タンクへ正極液を返送する配管の端部に前記正極配管接続部(II)と着脱可能に接続する正極配管接続部(VI)が設けられ、
更に、負極電解液タンクには、前記負極液を電池セルに供給する配管が設けられ、該配管の端部には、負極配管接続部(III)と着脱可能に接続する負極配管接続部(VII)が設けられ、前記負極電解液タンクへ負極液を返送する配管の端部に前記負極配管接続部(IV)と着脱可能に接続する負極配管接続部(VIII)が設けられており、
前記正極配管接続部(I)と正極配管接続部(V)、前記正極配管接続部(II)と正極配管接続部(VI)、前記負極配管接続部(III)と負極配管接続部(VII)、及び前記負極配管接続部(IV)と負極配管接続部(VIII)とからなる各々4つの接続部を接続し、
前記2台のポンプを駆動して、前記電池セルと前記電解液タンクとの間を、電解液を循環させて、充電された電解液を電池セル内で放電させて、外部へ電力を取り出すことを特徴とする請求項1記載の電力供給システム。
(請求項3)
前記配管、前記正極配管接続部(I)と前記正極配管接続部(V)、前記正極配管接続部(II)と正極配管接続部(VI)、前記負極配管接続部(III)と負極配管接続部(VII)、及び前記負極配管接続部(IV)と負極配管接続部(VIII)は、樹脂製であることを特徴とする請求項1又は2記載の電力供給システム。
(請求項4)
電解液タンク搭載車(B)が、充電ステーションからの出発前に、電解液タンク内の電解液の充電深度を測定することを特徴とする請求項1、2又は3記載の電力供給システム。
(請求項5)
電解液タンク搭載車(B)に、測定結果に基づき、出発可能である旨表示することを特徴とする請求項4記載の電力供給システム。
(請求項6)
前記二次電池前駆体搭載車(A)と前記電解液タンク搭載車(B)とを接続して電力を外部に供給している過程で、前記電解液タンク搭載車(B)とは別の充電された電解液タンク搭載車を少なくとも1台用意しておくことを特徴とする請求項1~5の何れかに記載の電力供給システム。
本発明の電力供給システムは、図1及び図2に示すように、二次電池前駆体搭載車(A)と電解液タンク搭載車(B)を備えている。図示の例では、二次電池前駆体搭載車(A)は1号車、電解液タンク搭載車(B)は2号車と明示されている。
校庭で、二次電池前駆体搭載車(A)と電解液タンク搭載車(B)の各々の配管を連結して二次電池として機能するようにする。その際には、電解液タンク搭載車(B)とは別に、充電深度の高い電解液を入れた電解液タンク搭載車を複数台用意しておくことも好ましいことである。
例えば、タンクの電解液量は360L程度(正負極液量合計)は約0.5t程度であり、2000L程度の場合は、約3t程度になる。本実施形態においては、電力供給地での必要電力量に応じて、搭載車(B)の最大積載量は、必要なタンク容量に対応して、容量に応じた車両、又は車両の台数を分けて台数の合計で必要なタンク容量になる車両を用いることが好ましい。
正極電解液タンク21には、充電深度を測定可能な測定器(図示せず)を設けることができる。
外部へ電力を供給するには、正極電極10と負極電極13からインバータ40を介して、外部41へ供給する(電力消費)。
正極電解液タンク21へ正極液を返送する配管28の端部に正極配管接続部(II)と着脱可能に接続する正極配管接続部(VI)が設けられている。
更に、負極電解液タンク22には、負極液を電池セル1に供給する配管29が設けられ、配管29の端部には、負極配管接続部(III)と着脱可能に接続する負極配管接続部(VII)が設けられている。
負極電解液タンク22へ負極液を返送する配管30の端部に負極配管接続部(IV)と着脱可能に接続する負極配管接続部(VIII)が設けられている。
また配管には、破損等を防止するために、樹脂の内部に補強網状体が装填されていることが好ましい。
充電ステーション100には、レドックスフロー二次電池が備えつけられており、電解液タンク搭載車(B)に搭載される電解液タンク21,22に充電する。
充電後に、電解液タンク搭載車(B)に搭載された電解液タンク内の電解液の充電深度を測定することが好ましい。電力供給地19に到着後に、電解液タンク内の電解液の充電深度の測定値が低下していなければ、電力供給地に最大限の電力を供給できることが事前にわかるので好ましい。
充電ステーションは、各自治体単位で、10~100カ所程度設けられていることが好ましい。被災地がどこになるかは不明であるので、あらゆる不測の事態に対応できるようにするためである。
充電ステーション100には、太陽光発電、風力発電など種々の発電装置200を設置することが好ましい。また、発電装置200は電力供給地19にも設置することは好ましい。電力供給地19に発電装置200(充電設備)を設置した場合には、システムの電力供給系の切替機能を利用して、電力供給地19において、放電しながら、充電もできるので、放電量を抑えることができる。
また電池セル1の正極電極10と負極電極13を整流器50に接続し、この整流器50に発電装置200及び/又は系統電力201からの電力を給電することによって電解液の充電の補充を行うこともできる。本実施形態においては、発電装置200及び系統電力201等の入力側が交流の場合を示しており、直流であった場合には、整流器50は不要である。
以下、二次電池前駆体搭載車(A)と、電解液タンク搭載車(B)とが接続配管により接続されて構成されたレドックスフロー電池について説明する。
正負極セルにおける充放電反応は、次の通りである。
正極セル12
充電:V4+→V5++e-
放電:V5++e-→V4+
負極セル15
充電:V3++e-→V2+
放電:V2+→V3++e-
正極電極10及び負極電極13としては、公知の電極を用いることができ、特に限定されないが、電解液中のバナジウムが電池セル内を通過する際に酸化還元反応を生じる場を提供するのみで自ら反応せず、電解液の通過性に優れた構造、形態を有しており、極力表面積が広く、電気抵抗が低いことが好ましい。
さらに、酸化還元反応活性化の観点からは、電解液(水溶液)との親和性に優れていることが好ましく、さらに副反応となる水の分解を生じさせない観点から、水素過電圧、酸素過電圧が大きい方が好ましい。例えば、カーボンフェルトのようなカーボン材又はそれを黒鉛化したものや、メッシュ状のチタニウム又はジルコニウムの基板に貴金属めっきを施したもの又はカーボンコートしたものが挙げられる。
隔膜16としては、公知の隔膜を用いることができ、特に限定されないが、例えば有機高分子からなるイオン交換膜が好ましく、カチオン交換膜及びアニオン交換膜のいずれも用いることができる。
正極電解液は、4価及び5価の一方又はその両方のバナジウム化合物を含む。正極電解液には、析出物の析出を防止するために、従来公知の硝酸等のオキソ酸や保護コロイド剤、錯化剤等の添加物を含んでもよい。
1 電池セル
10 正極電極
11 正極電解液
12 正極セル
13 負極電極
14 負極電解液
15 負極セル
16 隔膜
17 正極液ポンプ
18 負極液ポンプ
19 電力供給地
23、24、25、26 配管
(I)正極配管接続部
(II)正極配管接続部
(III)負極配管接続部
(IV)負極配管接続部
(B)電解液タンク搭載車
21 正極電解液タンク
22 負極電解液タンク
27、28、29、30 配管
(V)正極配管接続部
(VI)正極配管接続部
(VII)負極配管接続部
(VIII)負極配管接続部
40 インバータ
41 外部
50 整流器
100 充電ステーション
200 発電装置
201 系統電力
Claims (6)
- 正極電極を内蔵すると共に活物質を含む正極電解液を循環可能な正極セルと、負極電極を内蔵すると共に活物質を含む負極電解液を循環可能な負極セルとが所定のイオンを透過する隔膜によって分離された構成を有する電池セルと、
正極セル内に正極電解液を導入して該正極セルから排出する正極液ポンプと、負極セル内に負極電解液を導入して該負極セルから排出する負極液ポンプと、
からなる二次電池前駆体を搭載し、正極電解液タンクおよび負極電解液タンクを搭載していない二次電池前駆体搭載車(A)と、
前記正極電解液タンクおよび負極電解液タンクを搭載してなるが、前記二次電池前駆体を搭載していない電解液タンク搭載車(B)と、を備え、
前記二次電池前駆体搭載車(A)を電力供給地に移動させて停車させると共に、前記電解液タンク搭載車(B)を前記二次電池前駆体搭載車(A)に近接させて停車させ、
前記電解液タンク搭載車(B)から前記二次電池前駆体搭載車(A)に正極電解液及び負極電解液を供給可能なように配管を接続すると共に、前記二次電池前駆体搭載車(A)から前記電解液タンク搭載車(B)に正極電解液及び負極電解液を返送可能なように配管を接続して、前記正極液ポンプ及び前記負極液ポンプを駆動して、前記電池セルと前記電解液タンクとの間を、電解液を循環させて、充電された電解液を電池セル内で放電させて、外部へ電力を供給し、
外部へ電力の供給が終わったら、前記二次電池前駆体搭載車(A)と前記電解液タンク搭載車(B)の接続を切り離し、前記電解液タンク搭載車(B)とは別の充電された電解液タンク搭載車を前記二次電池前駆体搭載車(A)に接続して、外部に電力を供給することを特徴とする電力供給システム。 - 前記二次電池前駆体搭載車(A)の電池セルには、前記正極液ポンプへ正極液を供給する配管の端部に着脱可能な正極配管接続部(I)が設けられ、前記正極セルから正極液を排出する配管の端部に着脱可能な正極配管接続部(II)が設けられ、且つ前記負極液ポンプへ負極液を供給する配管の端部に着脱可能な負極配管接続部(III)が設けられ、前記負極セルから負極液を排出する配管の端部に着脱可能な負極配管接続部(IV)が設けられており、
前記電解液タンク搭載車(B)の正極電解液タンクには、前記正極液を電池セルに供給する配管が設けられ、該配管の端部には、正極配管接続部(I)と着脱可能に接続する正極配管接続部(V)が設けられ、前記正極電解液タンクへ正極液を返送する配管の端部に前記正極配管接続部(II)と着脱可能に接続する正極配管接続部(VI)が設けられ、
更に、負極電解液タンクには、前記負極液を電池セルに供給する配管が設けられ、該配管の端部には、負極配管接続部(III)と着脱可能に接続する負極配管接続部(VII)が設けられ、前記負極電解液タンクへ負極液を返送する配管の端部に前記負極配管接続部(IV)と着脱可能に接続する負極配管接続部(VIII)が設けられており、
前記正極配管接続部(I)と正極配管接続部(V)、前記正極配管接続部(II)と正極配管接続部(VI)、前記負極配管接続部(III)と負極配管接続部(VII)、及び前記負極配管接続部(IV)と負極配管接続部(VIII)とからなる各々4つの接続部を接続し、
前記2台のポンプを駆動して、前記電池セルと前記電解液タンクとの間を、電解液を循環させて、充電された電解液を電池セル内で放電させて、外部へ電力を取り出すことを特徴とする請求項1記載の電力供給システム。 - 前記配管、前記正極配管接続部(I)と前記正極配管接続部(V)、前記正極配管接続部(II)と正極配管接続部(VI)、前記負極配管接続部(III)と負極配管接続部(VII)、及び前記負極配管接続部(IV)と負極配管接続部(VIII)は、樹脂製であることを特徴とする請求項1又は2記載の電力供給システム。
- 電解液タンク搭載車(B)が、充電ステーションからの出発前に、電解液タンク内の電解液の充電深度を測定することを特徴とする請求項1、2又は3記載の電力供給システム。
- 電解液タンク搭載車(B)に、測定結果に基づき、出発可能である旨表示することを特徴とする請求項4記載の電力供給システム。
- 前記二次電池前駆体搭載車(A)と前記電解液タンク搭載車(B)とを接続して電力を外部に供給している過程で、前記電解液タンク搭載車(B)とは別の充電された電解液タンク搭載車を少なくとも1台用意しておくことを特徴とする請求項1~5の何れかに記載の電力供給システム。
Priority Applications (1)
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