JP3078186B2 - レドックスフロー電池の電解液および運転方法 - Google Patents
レドックスフロー電池の電解液および運転方法Info
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Description
池に用いる電解液に関するものであり、より特定的に
は、レドックスフロー電池のバナジウム電解液に関する
ものである。この発明は、またそのような電解液を用い
る、レドックスフロー電池の運転方法に関する。
給するために、電力の需要に合わせて発電を行なう必要
がある。このため、電力会社は、常に、最大需要に見合
った発電設備を建設し、需要に即応して発電を行なって
いる。しかしながら、図1の電力利用曲線Aで示すよう
に、昼間および夜間では、電力の需要に大きな差が存在
する。同様の現象は、週、月および季節間でも生じてい
る。
であれば、オフピーク時、余剰電力(図1の符号Xで示
した部分に相当する)を貯蔵し、ピーク時にこれを放出
すれば図1の符号Yで示した部分を賄うことができる。
このようにすると、需要の変動に対応することができる
ようになり、電力会社は、常にほぼ一定の電力(図1の
破線Zに相当する量)のみを発電すればよいことにな
る。このようなロードレベリングを達成することができ
れば、発電設備を軽減することが可能となり、かつエネ
ルギの節約ならびに石油等の燃料節減にも大きく寄与す
ることができる。
されている。たとえば、揚水発電が既に実施されている
が、揚水発電では設備が消費地から遠く隔たった所に設
置されている。したがって、この方法においては、送変
電損失を伴なうこと、ならびに環境面での立地に問題が
ある。それゆえに、揚水発電に代わる新しい電力貯蔵技
術の開発が望まれており、その1つとしてレドックスフ
ロー電池の開発が進められている。
ロー電池の一例を示す概略構成図である。このレドック
スフロー電池1は、セル2および正極液タンク3および
負極液タンク4を備える。2個のタンク3,4を用いる
ため、2タンク方式と呼ばれている。セル2内は、たと
えばイオン交換膜からなる隔膜5により仕切られてお
り、一方側が正極セル2a、他方側が負極セル2bを構
成する。正極セル2a内には電極として正極6が配置さ
れ、負極セル2b内には電極として負極7が配置されて
いる。
の導管11および第2の導管12により連結されてい
る。他方、負極セル2bと負極液タンク4とは、第3の
導管13および第4の導管14により連結されている。
正極液タンク3内には反応液として正極電解液が導入さ
れ、負極液タンク4内には反応液として負極電解液が導
入されている。第1の導管11には反応液給送手段とし
てのポンプP2 が設けられ、第2の導管13にはポンプ
P1 が設けられる。正極電解液および負極電解液は、正
極セル2aおよび負極セル2b内で反応する。反応を終
了した正極電解液は第2の導管12を通って正極液タン
ク3内に戻され、反応の終了した負極電解液は第4の導
管14を通って負極液タンク4内に戻されるさて、図3
に示したレドックスフロー電池において、正極電解液と
しては、たとえば鉄イオンのような原子価の変化するイ
オンの水溶液が用いられ、負極電解液としては、たとえ
ばクロムイオンのような原子価の変化するイオンの水溶
液が用いられる。また、後述するように、最近、バナジ
ウムイオンを電解液として用いるレドックスフロー電池
も報告されている。
3+を含む塩酸溶液を用い、負極電解液として負極活物質
Cr2+/Cr3+を含む塩酸溶液を用いた場合、正極6お
よび負極7における電池反応は、下記の式のようにな
る。
トの起電力が得られる。
よびCr2+/Cr3+の対を用いたレドックスフロー電池
においては、反応物の種を分離させておく膜の能力につ
いて問題点があり、また充電中における負の電極への鉄
の付着が問題となっており、この問題点を解決するレド
ックスフロー電池として、全バナジウムのレドックス電
池が提案されている(特開昭62−186473)。こ
の電池は、負の電極に電気接触している3価のバナジウ
ムイオンを含む負極室と、正の電極に電気接触している
4価のバナジウムイオンを含む正極室と、正極室と負極
室と分離する分離部材とを備えた全バナジウムのレドッ
クスフロー電池である。
電・放電の反応は、次のとおりである。
スフロー電池は以上のように構成されていたが、この公
報には、バナジウム濃度、硫酸濃度の細かい制限につい
ての開示がなく、また使用温度についても制限の開示が
なかったため、バナジウム濃度、硫酸濃度、使用温度に
よっては、バナジウムが析出し、電池容量の低下、電圧
効率の低下等の問題点があった。
ためになされたもので、バナジウムが析出せず、電池容
量が低下せず、かつ電圧効率の低下しないように改良さ
れた、全バナジウムのレドックスフロー電池を提供する
ことを目的とする。
クスフロー電池の電解液は、正極と負極が隔膜により分
離され、正極にV4+/V5+のバナジウムイオンを含む電
解液が供給され、負極にV3+/V2+のバナジウムイオン
を含む電解液が供給され、充放電を行なうレドックスフ
ロー電池の電解液に係るものである。バナジウムイオン
の濃度は、1.0モル/リットルにされている。バナジ
ウムイオンを溶かす硫酸の濃度は3.0モル/リットル
であり、当該電解液の温度が30℃以上50℃以下に保
持されている。請求項2に記載のレドックスフロー電池
の電解液においては、上記V4+/V5+のバナジウムイオ
ンおよび上記V3+/V2+のバナジウムイオンはVOSO
4から導かれている。請求項3に係るレドックスフロー
電池の電解液は、正極と負極が隔膜により分離され、正
極にVOSO4から導かれたV4/V5+のバナジウムイオ
ンを含む電解液が供給され、負極にVOSO4から導か
れたV3+/V2+のバナジウムイオンを含む電解液が供給
され、充放電を行なうレドックスフロー電池の電解液に
係る。バナジウムイオンの濃度は1.0モル/リットル
以上、2.5モル/リットル以下にされている。バナジ
ウムイオンを溶かす硫酸の濃度は、1.0モル/リット
ル以上、2.0モル/リットル以下にされている。当該
電解液の温度は、30℃以上、40℃未満に保持されて
いる。請求項4に係る方法は、正極と負極が隔膜により
分離され、正極にV4+/V5+のバナジウムイオンを含む
電解液が供給され、負極にV3+/V2+のバナジウムイオ
ンを含む電解液が供給され、充放電を行なうレドックス
フロー電池の、運転方法に係る。バナジウムイオンの濃
度を1.0モル/リットルにし、バナジウムイオンを溶
かす硫酸の濃度を3.0モル/リットルにし、電解液温
度を30℃以上、50℃以下にして運転することを特徴
とする。請求項5に係る方法は、正極と負極が隔膜によ
り分離され、正極にVOSO4から導かれたV4+/V5+
のバナジウムイオンを含む電解液が供給され、負極にV
OSO4から導かれたV3+/V2+のバナジウムイオンを
含む電解液が供給され、充放電を行なうレドックスフロ
ー電池の運転方法に係る。バナジウムイオンの濃度は
1.0モル/リットル以上、2.5モル/リットル以下
にし、バナジウムイオンを溶かす硫酸の濃度を1.0モ
ル/リットル以上、2.0モル/リットル以下にし、電
解液の温度が30℃以上、40℃以下に保持して運転す
ることを特徴とする。
によれば、バナジウムイオンの濃度が1.0モル/リッ
トルであり、バナジウムイオンを溶かす硫酸の濃度が
3.0モル/リットルであり、当該電解液の温度が30
℃以上、50℃以下に保持されているので、バナジウム
の析出がなく、レドックスフロー電池の電解液として安
定したものとなる。請求項2にかかるレドックスフロー
電池の電解液によれば、上記V4+/V5+のバナジウムイ
オンおよび上記V3+/V2+のバナジウムイオンはVOS
O4から導かれているので、溶解特性に優れる。請求項
3に係るレドックスフロー電池の電解液においては、バ
ナジウムイオンの濃度が1.0モル/リットル以上、
2.5モル/リットル未満であり、バナジウムイオンを
溶かす硫酸の濃度が1.0モル/リットル以上、2.0
モル/リットル以下であり、当該電解液の温度が30℃
以上、40℃以下に保持されているので、バナジウムの
析出がなく、安定なレドックスフロー電池の電解液とな
る。請求項4に係るレドックスフロー電池の運転方法に
おいては、バナジウムイオンの濃度を1.0モル/リッ
トルにし、バナジウムイオンを溶かす硫酸の濃度を3.
0モル/リットルにし、電解液温度を30℃以上50℃
以下にして運転するので、バナジウムイオンが析出する
ことがなく、電池容量・電圧効率は低下しなくなる。請
求項5に係るレドックスフロー電池の運転方法において
は、バナジウムイオンの濃度を1.0モル/リットル以
上、2、5モル/リットル以下にし、バナジウムイオン
を溶かす硫酸の濃度を、1.0モル/リットル以上、
2、0モル/リットル以下にし、電解液の温度を30℃
以上、40℃以下に保持して、運転するので、バナジウ
ムが析出することもなく、電解液が安定な状態で、レド
ックスフロー電池を運転することができる。
・nH2 O)と濃硫酸(95%)と蒸留水とを用いて、
まず4価のバナジウムの溶解性について、常温(約30
℃)で調べた。溶解性については、溶解可能が否かを判
断基準とした。
水溶液を、レドックスフロー電池の両極に入れて充電し
て、3価と5価のバナジウム水溶液を作製し、その溶解
度を調べた(溶解可能か否かを調べた)。なお、図3に
示す従来電池と同一部分には、同一の参照番号を付し、
その説明をくり返さない。
入れて析出するか、否かをみて、溶解可能か否かを調べ
た。
し、「不可」は溶解不可能であることを示し、「−」は
試験不可能であることを示す。
る。
5モル/リットル未満であり、硫酸濃度を2.0モル/
リットル〜4.0モル/リットルの電解液組成にする
と、温度の制限なしで、析出もしない良好な電解液が得
られる。
ットル以下とし、硫酸濃度を3.0モル/リットル未満
とした電解液組成では、50℃以上だと析出するので、
使用温度を50℃未満にして、レドックスフロー電池を
運転すると、析出しないことを示している。
ドックスフロー電池の電解液によれば、バナジウムの析
出がなく、レドックスフロー電池の電解液として安定し
たものとなる。その結果、電池容量の低下や、電池がう
まく動作しないという課題を克服することができるとい
う効果を奏する。
池の運転方法によれば、バナジウムが析出することもな
く、電解液も安定となる。その結果電池容量の低下や電
池がうまく動作しないという課題を克服できる。その結
果、電池を初期と同様の状態に戻す等のメンテナンスも
不必要となる。
電池の概念図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 正極と負極が隔膜により分離され、正極
にV4+/V5+のバナジウムイオンを含む電解液が供給さ
れ、負極にV3+/V2+のバナジウムイオンを含む電解液
が供給され、充放電を行なうレドックスフロー電池の電
解液であって、 バナジウムイオンの濃度が1.0モル/リットルであ
り、 バナジウムイオンを溶かす硫酸の濃度が3.0モル/リ
ットルであり、 当該電解液の温度が30℃以上、50℃以下に保持され
ている、レドックスフロー電池の電解液。 - 【請求項2】 前記V4+/V5+のバナジウムイオンおよ
び前記V3+/V2+のバナジウムイオンはVOSO4から
導かれたものである、請求項1に記載のレドックスフロ
ー電池の電解液。 - 【請求項3】 正極と負極が隔膜により分離され、正極
にVOSO4から導かれたV4+/V5+のバナジウムイオ
ンを含む電解液が供給され、負極にVOSO4から導か
れたV3+/V2+のバナジウムイオンを含む電解液が供給
され、充放電を行なうレドックスフロー電池の電解液で
あって、 バナジウムイオンの濃度が1.0モル/リットル以上、
2.5モル/リットル以下であり、 バナジウムイオンを溶かす硫酸の濃度が1.0モル/リ
ットル以上、2.0モル/リットル以下であり、 当該電解液の温度が30℃以上、40℃以下に保持され
ている、レドックスフロー電池の電解液。 - 【請求項4】 正極と負極が隔膜により分離され、正極
にV4+/V5+のバナジウムイオンを含む電解液が供給さ
れ、負極にV3+/V2+のバナジウムイオンを含む電解液
が供給され、充放電を行なうレドックスフロー電池の、
運転方法であって、 バナジウムイオンの濃度を1.0モル/リットルにし、 バナジウムイオンを溶かす硫酸の濃度が3.0モル/リ
ットルにし、電解液温度を30℃以上50℃以下にして
運転することを特徴とする、レドックスフロー電池の運
転方法。 - 【請求項5】 正極と負極が隔膜により分離され、正極
にVOSO4から導かれたV4+/V5+のバナジウムイオ
ンを含む電解液が供給され、負極にVOSO4から導か
れたV3+/V2+のバナジウムイオンを含む電解液が供給
され、充放電を行なうレドックスフロー電池の運転方法
であって、 バナジウムイオンの濃度を1.0モル/リットル以上、
2.5モル/リットル以下にし、 バナジウムイオンを溶かす硫酸の濃度を1.0モル/リ
ットル以上、2.0モル/リットル以下にし、 電解液の温度を30℃以上、40℃以下に保持して、運
転することを特徴とする、レドックスフロー電池の運転
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06273721A JP3078186B2 (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | レドックスフロー電池の電解液および運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JPH08138716A JPH08138716A (ja) | 1996-05-31 |
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Family
ID=17531644
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP06273721A Expired - Lifetime JP3078186B2 (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | レドックスフロー電池の電解液および運転方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3078186B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7258947B2 (en) | 2001-06-07 | 2007-08-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Electrolyte for redox flow battery, and redox flow battery |
KR101577888B1 (ko) * | 2014-01-23 | 2015-12-15 | 연세대학교 산학협력단 | 유기산을 포함하는 전해액 조성물 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001024301A1 (fr) * | 1999-09-27 | 2001-04-05 | Kashima-Kita Electric Power Corporation | Batterie a circulation d'oxydoreducteur |
WO2019111324A1 (ja) * | 2017-12-05 | 2019-06-13 | 日立化成株式会社 | 二次電池、二次電池システム及び発電システム |
-
1994
- 1994-11-08 JP JP06273721A patent/JP3078186B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7258947B2 (en) | 2001-06-07 | 2007-08-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Electrolyte for redox flow battery, and redox flow battery |
KR101577888B1 (ko) * | 2014-01-23 | 2015-12-15 | 연세대학교 산학협력단 | 유기산을 포함하는 전해액 조성물 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08138716A (ja) | 1996-05-31 |
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