JP3425060B2 - 内部抵抗回復機構付電解液流通型電池 - Google Patents

内部抵抗回復機構付電解液流通型電池

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寿信 山下
信幸 徳田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、内部抵抗回復機
構付電解液流通型電池に関するものであり、より特定的
には、電池セルの電極部分に目詰まりしていたごみ等の
異物を除去することができるように改良された内部抵抗
回復機構付電解液流通型電池に関する。
【0002】
【従来の技術】図は、従来より提案されているレドッ
クスフロー電池の概略構成図である。レドックスフロー
電池1は、流通型電池セル2(以下、単にセル2とい
う)、正極液貯蔵タンク3および負極液貯蔵タンク4を
備える。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を構
成し、他方側が負極セル2bを構成している。正極セル
2aおよび負極セル2b内には、それぞれ電極として、
正極6あるいは負極7が設けられている。正極セル2a
と正極液貯蔵タンク3は、ポンプP1 を含む循環経路8
で結ばれている。負極セル2bと負極液貯蔵タンク4と
は、ポンプP2 を含む循環経路9で結ばれている。図
に示したレドックスフロー電池1では、たとえばバナジ
ウムイオンのような原子価の変化するイオンの硫酸水溶
液を正極液貯蔵タンク3、負極液貯蔵タンク4に貯蔵
し、これをポンプP1 またはP2 で流通型電池セル2に
送液し、酸化還元反応により充放電を行なう。
【0003】たとえば、正極活物質としてV5+/V4+
負極活物質としてV2+/V3+、それぞれ硫酸水溶液とし
た場合、各酸化還元系の両極6,7における電池反応
は、下記の式のようになる。
【0004】
【化1】
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のレドックスフロ
ー2次電池は、以上のように構成されていた。
【0006】しかしながら、従来のレドックスフロー2
次電池では、充放電運転を繰返すと、電圧効率の低下お
よび蓄電容量の低下が生じるという問題点があった。電
圧効率の低下の原因は、電池セル内部抵抗の増加による
ものと考えられる。すなわち、素材(電極、隔膜、双極
板等)の劣化による固有抵抗の増加あるいは双極板−電
極間等の接触抵抗の増加がその原因と考えられる。ま
た、電池容量の低下は、上述の電池セル内部抵抗の増加
と、液移りによる電界液量の不平衡、および過充電時に
生じる水の分解反応が原因であると考えられる。
【0007】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、電圧効率の低下および電池容
量の低下を起こさないように改良された、内部抵抗回復
機構付電解液流通型電池を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明の第1の局面に
従う内部抵抗回復機構付電解液流通型電池は、電池セル
と、該電池セルへ電解液を循環供給するための第1の循
環経路を備える。上記第1の循環経路内に、上記電解液
を循環させる駆動力を与える駆動手段が設けられてい
る。上記第1の循環経路内に、上記電解液を貯蔵する電
解液貯蔵タンクが設けられている。上記第1の循環経路
に接続された第1のバイパス管路と第2のバイパス管路
と、第1のバイパス管路内に設けられ、電池セルへ送り
込む洗浄液を貯蔵する洗浄液貯蔵タンクと、を備えてい
る。そして、上記第2のバイパス管路は、電池セルと電
解液貯蔵タンクとの間の第1の循環経路に一方の管端が
接続されている。またその一方の管端が取り付けられた
電池セルと電解液貯蔵タンクとの間の第1の循環経路と
異なる、上記電池セルと電解液貯蔵タンクとの間の第1
の循環経路に、他方の管端が接続されている。また、上
記第1のバイパス管路は、その第1のバイパス管路の2
つの管端の間に第2のバイパス管路の一方の管端が位置
するように、電池セルと電解液貯蔵タンクとの間の一方
の第1循環経路間に当該2つの管端が接続されている。
また、前記駆動手段は、前記電池セルと電解液貯蔵タン
クとの間の第1の循環経路に接続された第1のバイパス
管路の一方の管端と、前記電池セルと電解液貯蔵タンク
との間の第1の循環経路に接続された第2のバイパス管
路の一方の管端との間に位置している。そして、第1お
よび第2のバイパス管路は、駆動手段の駆動力により、
洗浄液を、電解液の循環方向と逆方向に、電池セル内に
流す第2の循環経路ができるように配置されている。
【0009】この発明の好ましい実施態様によれば、上
記第1の循環経路は、上記電池セルと上記電解液タンク
との間に設けられ、上記電池セルから上記電解液タンク
へ電解液を排出する第1の管路と、上記電池セルと上記
電解液タンクとの間に設けられ、上記電解液タンクから
上記電池セルへ電解液を送り込む第2の管路とを含
む。上記第2の循環経路は、上記第1の管路と前記第2
の管路を橋渡す第3の管路と、上記洗浄液タンクの流出
口と上記第2の管路とを結ぶ第4の管路と、上記洗浄液
タンクの流入口と上記第2の管路とを結ぶ第5の管路と
を含む。上記第3の管路と上記第2の管路との接続ポイ
ントおよび上記駆動手段は、ともに、上記第4の管路と
上記第2の管路との接続ポイントと、上記第5の管路と
上記第2の管路との接続ポイントと、の間に設けられて
いる。そして、上記第2の循環経路は、上記洗浄液タン
クの流出口から順に、第4の管路、第2の管路と第4の
管路との接続ポント、第2の管路における第3の管路と
の接続ポイント、第3の管路、第3の管路と第1の管路
との接続ポイント、第1の管路、電池セルを経て、上記
洗浄液タンクの流入口にいたる経路である。
【0010】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図につい
て説明する。
【0011】実施の形態1 図1は、実施の形態1に係る内部抵抗回復機構付電解液
流通型電池の概念図である。当該電池は、電池セル2を
備える。電池セル2は、隔膜5によって仕切られた正極
室2aと負極室2bを備える。正極室2aは、正極タン
ク3に、第1の管路10aと第2の管路11aによって
接続され、循環経路が形成されている。負極室2bは電
解液貯蔵タンク4に第1の管路10bと第2の管路11
bによって接続されており、循環経路が形成されてい
る。
【0012】第1の管路10a,10bには、第1のバ
ルブ15a,15bが設けられている。第2の管路11
a,11bには、第1のバイパス管路12a,12bが
接続されている。第1のバイパス管路12a,12bの
途中には、蒸留水または希硫酸または正極電解液等の洗
浄液を貯蔵する洗浄液貯蔵タンク14a,14bが設け
られている。第2の管路11a,11bと第1のバイパ
ス管路12a,12bとの接続点には、第2のバルブ1
6a,16bと第3のバルブ20a,20bが設けられ
ている。第2の管路11a,11bの所定の位置には、
ポンプ18a,18bとフィルタ19a,19bが設け
られている。ポンプ18a,18bは、液を一方向にの
み流す。
【0013】第1の管路10a,10bと第2の管路1
1a,11bを橋渡しするように、第2のバイパス管路
13a,13bが設けられている。第2のバイパス管路
13a,13bと第2の管路11a,11bとの接続点
には、第4のバルブ17a,17bが設けられている。
【0014】なお、第1のバルブ15a,15bは二方
バルブで構成され、第2のバルブ16a,16bと第3
のバルブ20a,20bと第4のバルブ17a,17b
は三方バルブで構成される。
【0015】次に、動作について説明する。図2は、電
池運転時の電解液の流れの様子を示す図である。電界液
が図のように第1の循環経路50a,50bを流れるよ
うに、第1のバルブ15a,15bと第2のバルブ16
a,16bと第3のバルブ20a,20bと第4のバル
ブ17a,17bの開閉を行なう。電池運転時には、第
1のバイパス管路12a,12bと第2のバイパス管路
13a,13bには電解液が流れない。
【0016】図3は、電池セルを洗浄するときの電解液
の流れを示す図である。図のように第2の循環経路51
a,51bを形成するように、第1のバルブ15a,1
5bと第2のバルブ16a,16bと第3のバルブ20
a,20bと第4のバルブ17a,17bを開閉し、洗
浄液貯蔵タンク14a,14b内の洗浄液を、電解液の
循環方向と逆方向に、電池セル2内へ流すことができ
る。このように、電池セル2内に洗浄液を、本来の電解
液の循環方向と逆方向に流すことにより、電極部分に目
詰まりしていたゴミ類が除去され、このゴミは、フィル
タ19a,19bで取除かれる。電池セル2の電極部分
の目詰まりがなくなるので、電池効率の低下および電池
容量の低下という従来の問題点は解決される。
【0017】
【0018】
【実施例】実施例1 750時間充放電運転を実施した電池セルを解体し、
蒸留水洗浄、硫酸(3.0M)洗浄、硫酸(6.0
M)洗浄、電解液(電池液)(バナジウム1M/硫酸
3M溶液)洗浄を行ない、再組立てし、諸効率および電
池容量を測定した。結果を表1に示す。
【0019】
【表1】
【0020】表1中、実験番号1と2は、洗浄前のサン
プルのデータであり、実験番号3〜6は、洗浄後のサン
プルのデータである。
【0021】実施例2 図1に示す電池を用いて、750時間充放電運転を実施
した電池セルの電解液を、蒸留水、硫酸(3.0
M)、電解液(電池液)(バナジウム1M/硫酸3M
溶液)に交換し、図3に示す第2の循環経路を形成し、
1週間通液洗浄した後、元の電解液に交換して再運転を
行なった。このときの諸効率および電池容量の測定結果
を表2に示す。
【0022】
【表2】
【0023】表2中、実験番号1と2は、通液洗浄の前
のサンプルのデータであり、実験番号3〜5は、通液洗
浄後のサンプルのデータである。
【0024】なお、実施例1および2の電池仕様は、電
極面積9cm2 、通液量3.6cc/分、電解液組成が
バナジウム1M、硫酸3Mの電池を用い、加速試験条件
は、充放電電流900mA(100mA/cm2 )、充
/放電切換電圧1.65V/0.5Vの連続運転で行な
った。
【0025】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明によれ
ば、電池セルの電極部分に目詰まりしたゴミ等の異物
を、洗浄液により、電池セル内部から除去するので、電
圧効率は低下せず、電池容量が低下しないという効果を
奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1に係る内部抵抗回復機構付電解液
流通型電池の概念図である。
【図2】実施の形態1に係る電池の第1の動作を説明す
るための図である。
【図3】実施の形態1に係る電池の第2の動作を説明す
るための図である。
【図4】従来の電解液流通型電池の概念図である。
【符号の説明】
2 電池セル 3,4 電解液貯蔵タンク 12a,12b 第1のバイパス管路 13a,13b 第2のバイパス管路 14a,14b 洗浄液貯蔵タンク 50a,50b 第1の循環経路 51a,51b 第2の循環経路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−291365(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/04,8/18

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池セルと、 前記電池セルへ電解液を循環供給するための第1の循環
    経路と、 前記第1の循環経路内に設けられ、前記電解液を循環さ
    せる駆動力を与える駆動手段と、 前記第1の循環経路内に設けられ、前記電解液を貯蔵す
    る電解液貯蔵タンクと、 前記第1の循環経路に接続された第1のバイパス管路と
    第2のバイパス管路と、 前記第1のバイパス管路内に設けられ、前記電池セルへ
    送り込む洗浄液を貯蔵する洗浄液貯蔵タンクと、を備
    え、 前記第2のバイパス管路は、前記電池セルと前記電解液
    貯蔵タンクとの間の第1の循環経路に一方の管端が接続
    され、またその一方の管端が取り付けられた前記電池セ
    ルと前記電解液貯蔵タンクとの間の第1の循環経路と異
    なる、前記電池セルと前記電解液貯蔵タンクとの間の第
    1の循環経路に、他方の管端が接続され、 前記第1のバイパス管路は、当該第1のバイパス管路の
    2つの管端の間に前記第2のバイパス管路の一方の管端
    が位置するように、前記電池セルと前記電解液貯蔵タン
    クとの間の一方の第1の循環経路間に当該2つの管端が
    接続され、前記駆動手段は、前記電池セルと電解液貯蔵タンクとの
    間の第1の循環経路に接続された第1のバイパス管路の
    一方の管端と、前記電池セルと電解液貯蔵タンクとの間
    の第1の循環経路に接続された第2のバイパス管路の一
    方の管端との間に位置し、 前記第1および第2のバイパス管路は、前記駆動手段の
    駆動力により、前記洗浄液を、前記電解液の循環方向と
    逆方向に、前記電池セル内に流す第2の循環経路ができ
    るように配置されている、内部抵抗回復機構付電解液流
    通型電池。
  2. 【請求項2】 前記第1の循環経路は、 前記電池セルと前記電解液タンクとの間に設けられ、前
    記電池セルから前記電解液タンクへ電解液を排出する第
    1の管路と、 前記電池セルと前記電解液タンクとの間に設けられ、前
    記電解液タンクから前記電池セルへ電解液を送り込む第
    2の管路と、を含み、 前記第2の循環経路は、 前記第1の管路と前記第2の管路を橋渡す第3の管路
    と、 前記洗浄液タンクの流出口と前記第2の管路とを結ぶ第
    4の管路と、 前記洗浄液タンクの流入口と前記第2の管路とを結ぶ第
    5の管路と、を含み、 前記第3の管路と前記第2の管路との接続ポイントおよ
    び前記駆動手段は、ともに、前記第4の管路と前記第2
    の管路との接続ポイントと、前記第5の管路と前記第2
    の管路との接続ポイントと、の間に設けられ、前記第2
    の循環経路は、前記洗浄液タンクの流出口から順に、第
    4の管路、第2の管路と第4の管路との接続ポント、第
    2の管路における第3の管路との接続ポイント、第3の
    管路、第3の管路と第1の管路との接続ポイント、第1
    の管路、電池セルを経て、前記洗浄液タンクの流入口に
    いたる経路である、請求項1に記載の内部抵抗回復機構
    付電解液流通型電池。
  3. 【請求項3】 前記洗浄液は、蒸留水、希硫酸または電
    解液を含む、請求項1に記載の内部抵抗回復機構付電解
    液流通型電池。
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