JP5148842B2 - レドックスフロー電池 - Google Patents

Description

本発明は、電池セルと、電解液が貯留されるタンクと、電解液を電池セルとタンクとの間で循環する電解液循環用配管とを備えるレドックスフロー電池に関する。

レドックスフロー電池は、従来、負荷平準化や瞬低対策などとして利用されている。図８はレドックスフロー電池の動作原理を示す説明図である。この電池は、イオン交換膜からなる隔膜101で正極セル100Aと負極セル100Bとに分離されたセル100を備える。正極セル100A、負極セル100Bにはそれぞれ正極電極102と負極電極103とを内蔵している。

さらに電池は、正極電解液を貯留する正極タンク104Aと、負極電解液を貯留する負極タンク104Bとを備える。正極タンク104Aは、導管106Aを介して正極セル100Aと接続され、負極タンク104Bは導管106Bを介して負極セル100Bに接続されている。導管106Aにはポンプ105Aが設けられ、導管106Bにはポンプ105Bが設けられている。

各極電解液にはバナジウムイオンなど原子価が変化するイオン溶液を用い、ポンプ105A,105Bでタンク104A,104Bと各セル100A,100Bとの間で電解液を循環させ、正極電極102、負極電極103におけるイオンの価数変化反応に伴って充放電を行う。例えば、バナジウムイオンを含む電解液を用いた場合、セル内で充放電時に生じる反応は次の通りである。

正極：V⁴⁺→V⁵⁺＋e^-（充電） V⁴⁺←V⁵⁺＋e^-（放電）
負極：V³⁺＋e^-→V²⁺（充電） V³⁺＋e^-←V²⁺（放電）

そして、負極の電解液は、価数が小さいので、酸化しやすく、外気から遮断する必要があるので、電解液が流れるセル、タンク、電解液循環用配管などの部材は、密閉構造にしなければならない。

ところで、レドックスフロー電池では、電解液が化学反応した際に、セル内で気体が発生することがある。さらに、電池を作動させるにしたがって、この気体は、電池の副反応、電解液温度上昇により、その体積は増加していく可能性がある。このように気体が膨張すると、電解液流路中の圧力が上昇していく。特に、タンクは、セルや電解液循環用配管に比べて材質が軟質なものを使用しているため、タンク内の圧力が上昇していくと破裂する可能性がある。

そこで、本出願人は、タンク内の圧力を調整するために、タンク内の気相領域に配置され、外気と連通して、膨張または収縮する袋体を、タンク内で垂下するようにタンクに取り付けたものを提案した(特許文献１参照)。

この袋体により、電解液の温度が低下してタンク内が負圧になろうとしたときには、袋体に外気が侵入して袋体が膨張し、タンク内の気相領域の体積を実質的に減少させて負圧の発生を防止できる。また、電解液の温度が上昇してタンク内の圧力が上昇し始めたときには、袋体内部の気体が排出されて、袋体は収縮し、タンク内の気相領域の体積が実質的に増加し、圧力の異常上昇を防止できる。

特開2002-175825号公報

しかしながら、上記したように、電解液は、過充電等の運用上の不具合あるいは電解液中に混入している不純物の影響等によって、副反応としての化学反応により、場合によってはガスが発生する場合がある。このガスは、正極電解液では、酸化反応により、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素等が発生し、負極電解液では、還元反応により、水素、硫化水素、アルシン、ホスフィン等が発生する可能性がある。特に、負極電解液で発生するガスは、有毒なものが多い。

これらのガスは、電解液中に含まれる微量不純物等による副反応により発生する場合が多い。電解液中に含まれる微量不純物等の量が多くなると、それだけガスの発生量が多くなり、タンク内の発生ガス濃度は上昇する。

しかし、上記した袋体を用いて、タンク内の圧力変動を調整する場合には、タンクは、密閉構造となっているため、電解液循環用配管およびタンクから外部にガスは排出されない。そのため、袋体の収縮によっても、圧力上昇を抑制できない場合には、タンクが破損する虞がある。このタンクの破損を防止するためには、圧力調整弁などの排気弁を用いてガスをタンク外に排出する必要がある。

しかし、化学反応により発生したガス、特に、負極電解液から発生したガスは、有毒なものが多いため、タンクが設置されている場所が狭い場合などは、そのままタンクからガスを排出すると安全上好ましくない。

従って、本発明の目的は、電解液循環路内での圧力上昇を防止して、電解液循環路を構成するタンクなど部材の破損を防止できながら、電解液から発生したガスをクリーンな状態で排出するレドックスフロー電池を提供することにある。

本発明は、電池セルと、電解液が貯留されるタンクと、電解液を電池セルとタンクとの間で循環する電解液循環用配管とを備えるレドックスフロー電池であって、タンクまたは電解液循環用配管にガス除去装置と排気弁とを接続していることを特徴とする。

電解液としては、例えば、電解液として起電力が高く、エネルギー密度が大きく、電解液が単一元素系であるため正極電解液と負極電解液とが混合しても充電によって再生することができるといった多くの利点を有しているバナジウムイオンを溶解した水溶液が挙げられる。

電解液としてバナジウムイオンを溶解した水溶液を用いる場合、負極電解液では、水素、硫化水素、アルシン、ホスフィン等が発生し、正極電解液では、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素等が発生する可能性があるが、本発明では、少なくとも、負極電解液で発生する気体を対象とする。

ガス除去装置は、電池の運転中に少なくとも負極電解液から発生した気体を除去する構成となっている。ガス除去装置としては、吸着式のフィルターや電動式の除去装置などが挙げられる。吸着式フィルターを用いる場合には、別電源を設ける必要がないので、簡便なガス除去装置にできる。

例えば、電解液としてバナジウムイオンを溶解した水溶液を用い、ガス除去装置として吸着式フィルターを用いた場合、負極側に設ける吸着式フィルターは、酸化銅を用いたフィルターを使用し、正極側に設ける吸着式フィルターは、鉄粉系酸素除去物質や、ＣｏまたはＮｉなどの金属粉や、ゼオライトなどを用いた酸素を吸着するフィルターを使用することができる。

ＣｕＯフィルターを用いると、硫化水素と酸化銅は、還元反応により硫化銅と水になり、アルシンと酸化銅は、還元反応によりＣｕ（ＡｓＨ_２Ｏ_２）と銅と水になり、ホスフィンと酸化銅は、還元反応によりＣｕ（ＰＨ_２Ｏ_２）と銅と水になる。

排気弁は、ガス除去装置の接続箇所に対して下流側でも上流側でもよい。排気弁は、電解液循環路中に溜まった気体の圧力が所定の圧力以上になったときに気体を外部に排出する構成となっている。排気弁が排気される所定の圧力は、例えば、ガス圧が大気圧より５００Ｐａ増加した圧力とすることができる。排気弁をガス除去装置の下流側に設ける場合には、少なくとも負極電解液で発生した気体をガス除去装置で清浄化した後の気体が送られる構成とする。

また、排気弁をガス除去装置より上流側に設ける場合には、ガス除去装置が劣化したり故障したりした場合、排気弁を閉じた状態でガス除去装置の修理や取替を行うことができる。

以上のように、本発明は、少なくとも負極電解液で発生する気体を無毒化して、電解液循環路から外部に気体を排出する構成となっている。

本発明では、上記したガス除去装置と排気弁とを備える構成としているので、レドックスフロー電池の運転中に危険なガスや有毒ガスが発生して、電解液循環路中の圧力が上昇しても、これらガスを除去した後に外部に排気することができる。従って、本発明では、クリーンな気体をタンクなどから排出して、タンク、電池セル、配管の破損を防止できる。

また、ガス除去装置と排気弁とを設ける箇所は、気相領域が発生する箇所であれば、タンクまたは電解液循環用配管の何れでもよいが、タンク内は、ガスが大量に溜まってガス圧が瞬時に変化するので、このタンクにガス除去装置と排気弁とを設けると効果的に電解液から発生した気体の除去と排気が行える。

タンクにガス除去装置と排気弁とを設ける場合には、タンクの気相領域に一端が連通する配管を接続するとともに、この配管の途中にガス除去装置を設け、配管の端部に排気弁を設ける構成とすることが好ましい。

また、電解液循環用配管にガス除去装置と排気弁とを設ける場合には、電解液循環用配管の電池セルの出口近くに別途配管を接続し、この配管の他端にガス溜め部を設け、このガス溜め部にさらに配管を接続して、この配管の途中にガス除去装置を設け、配管の端部に排気弁を設ける構成とすることができる。

さらに、本発明では、正極タンクと負極タンクの気相領域を連通する連通配管を設けて、この連通配管にガス除去装置を設け、正極タンクに、この正極タンクの気相領域に連通する排気弁を設けるようにしてもよい。

このように、負極タンクの気相領域と正極タンクの気相領域とを連通する連通配管にガス除去装置を設けておけば、電解液から発生した気体は、一方のタンクから他方のタンクへ行くことがなくなる。その結果、例えば、負極タンクにおいて酸化反応が起こって電解液濃度が薄くなるのを防止できながら、効率的にガス除去ができる。

しかも、各タンクに排気弁を設ける必要がなくなるし、正極タンクで発生する気体が、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素である場合には、タンク設置箇所の換気が良好であれば、正極タンクで発生した気体は、必ずしもガス除去装置で除去する必要がない。したがって、この場合には、各タンクに排気弁とガス除去装置を設ける場合に比べて部品点数の軽減が図れる。

連通配管にガス除去装置を設ける場合には、さらに負極タンクに溜まった気体の圧力が所定の圧力以上になったときに弁を開いて気体を正極タンクに流す中間排気弁を設けることが好ましい。中間排気弁は、連通配管におけるガス除去装置の接続箇所に対して正極タンク側でもよいし、負極タンク側でもよい。

このように中間排気弁を設けることにより、負極電解液で発生した気体は、この中間排気弁により、所定の圧力になるまで、正極タンクへの流入を阻止できる。従って、中間排気弁とガス除去装置を設けることにより、正極タンクでトラブルがあった場合に、正極タンクが開放状態になっても、負極タンク内の圧力が所定の圧力になるまで負極タンクで発生したガスが正極タンクを介して外部に排出されることを防止できながら、所定圧力以上になったきときには、無毒化された気体を正極タンクに排出できる。

ここで、上記の中間排気弁を連通配管におけるガス除去装置の接続箇所に対して負極側に設ける場合には、ガス除去装置が劣化したり故障したりした場合、負極側に設けた弁を閉じた状態でガス除去装置の修理や取替を行うことができ、正極タンクのメンテナンス作業時に負極タンクで発生したガスが外部に排出されることを防止できる。

さらに、連通配管にガス除去装置を設け、正極タンクに排気弁を設ける場合には、負極タンクに、この負極タンクの気相領域に連通する圧力調整弁を設け、この圧力調整弁が開く圧力を、排気弁が開く所定圧力よりも高く設定することが好ましい。

ガス除去装置が詰まった場合など、負極タンクから正極タンクへの気体の流れが阻止された場合に、この安全弁となる圧力調整弁により負極タンクが破損しないようにすることができる。

また、本発明は、少なくとも負極タンクに、タンク内の気相領域に両端が接続される気体循環用配管を設けるとともに、この気体循環用配管途中に、ポンプとガス除去装置とを設ける構成とすることもできる。

タンク内で気体を強制循環することで、電解液から有毒ガスが発生したとしても、常に発生した有毒ガスの除去ができるため、電解液から発生した有毒な気体を無毒化した状態で、タンク内に気体を溜めることができる。このように、気体を常に循環させて無毒化する構成としているので、電池セルやタンクでトラブルが発生した時でもメンテナンス作業を安全に行える。

また、本発明では、電解液循環用配管またはタンクの内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置を設けるようにしてもよい。不活性ガスとしては、例えば窒素ガスが挙げられる。

このように、不活性ガス供給装置を設けて、電解液循環路中に不活性ガスを供給することにより、温度変化などでタンク内が負圧になろうとしても、負圧状態にならないようにすることができる。しかも、電解液から発生した気体を不活性ガスで希釈することもできる。

本発明は、電解液循環路が所定圧力を超えたときに、少なくとも負極電解液で発生する気体を除去した後、外部に気体を排出する構成となっているので、万一レドックスフロー電池の運転中に危険なガスや有毒ガスが発生して、電解液循環路中の圧力が上昇しても、これらガスを無毒化した後に排気できる。従って、本発明では、クリーンな気体をタンクなどから排出できながら、タンク、電池セル、配管の破損を防止できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
(第１実施形態)
第１実施形態にかかるレドックスフロー電池1Aは、図１の概略構成図に示すように、電池セル2と、電池セル2に供給/排出される正極電解液を貯留する正極タンク31と、電池セル2に供給/排出される負極電解液を貯留する負極タンク41とを備える。電池セル2は、正極電解液を循環する正極電解液循環路3と、負極電解液を循環する負極電解液循環路4とを備える。

正極電解液循環路3は、正極タンク31、電池セル2の正極セルと正極タンク31とを連結し、電池セル2に対して上流側に接続される上流側配管32、下流側に接続される下流側配管33、正極側循環用ポンプ34を備える。本実施形態では、上流側配管32と下流側配管33とにより正極電解液循環用配管を構成する。

負極電解液循環路4は、負極タンク41、電池セル2の負極セルと負極タンク41とを連結し、電池セル2に対して上流側に接続される上流側配管42、下流側に接続される下流側配管43、負極側循環用ポンプ44とを備える。本実施形態では、上流側配管42と下流側配管43とにより負極電解液循環用配管を構成する。

また、循環用ポンプ34,44は、電池セル2に電解液を容易に供給できるように、それぞれの上流側配管32，42に設けられている。

電池セル2は、レドックスフロー電池用セルを複数積層させた積層体構造である。本実施形態および後記する各実施形態においても、電池セル2の基本的構成は、図８に示すセル100と同様であり、イオン交換膜(隔膜)により正極セルと負極セルとに分離され、正極セルに正極電極、負極セルに負極電極を内蔵し、各電極にそれぞれ正極電解液、負極電解液が供給される。

本実施形態を含む各実施形態では、正極電解液にV⁵⁺を含むバナジウムイオン溶液、負極電解液にV²⁺を含むバナジウムイオン溶液を用いている。電解液としてバナジウムイオン溶液を用いるので、負極電解液では、水素、硫化水素、アルシン、ホスフィンが発生し、正極電解液では、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素が発生する可能性がある。

そして、本実施形態では、正極タンク31の気相領域に一端が連通する正極側排気用配管51を、この正極タンク31に接続し、正極側排気用配管51の途中に正極側ガス除去装置61を設け、正極側排気用配管51の端部に正極側排気弁71を設ける。

さらに、負極タンク41にも、負極タンク41の気相領域に一端が連通する負極側排気用配管52を接続し、負極側排気用配管52の途中に負極側ガス除去装置62を設け、負極側排気用配管52の端部に負極側排気弁72を設ける。

本実施形態では、ガスが大量に溜まってガス圧が瞬時に変化する正極タンク31と負極タンク41のそれぞれに、ガス除去装置61,62と排気弁71,72とを設けて、効果的に電解液から発生した気体の除去と排気が行えるようにしている。

正極側ガス除去装置61は、鉄粉系酸素除去物質、またはＣｏまたはＮｉなどの金属粉、または、ゼオライトを用いた酸素を吸着するフィルターを使用している。なお、第２実施形態から第７実施形態においても、正極タンク31に設けるガス除去装置は、全て第１実施形態と同様の吸着式フィルターを用いる。

負極側ガス除去装置62は、酸化銅を用いた吸着式フィルターを使用している。なお、負極タンク41および後記する連通配管10に設けるガス除去装置も、第２実施形態から第７実施形態において、全て第１実施形態と同様の吸着式フィルターを用いる。

負極側ガス除去装置62では、負極電解液から発生する硫化水素、アルシン、ホスフィンが、酸化銅と反応して、水、硫化銅、Ｃｕ（ＡｓＨ_２Ｏ_２）、銅、Ｃｕ（ＰＨ_２Ｏ_２）となって除去される。

このように、ガス除去装置として吸着式フィルターを用いているので、電動式フィルターのように別電源を設ける必要がなく、簡便なガス除去装置を構成できる。

正極側排気弁71と負極側排気弁72は、電動式の弁で構成され、５００Ｐａ以上となったときに弁が開くように設定されている。さらに、正極側排気弁71と負極側排気弁72は、各ガス除去装置61,62より下流側に設けられているので、各タンク内の圧力が５００Ｐａ以上になったときに各ガス除去装置61,62で電解液から発生した気体を除去した後、タンク内の気体を外部に排出する構成となっている。

以上のように、本実施形態では、正極電解液で発生した気体および負極電解液で発生した気体を無毒化した後、タンクから外部に排気できる。その結果、レドックスフロー電池の運転中に危険なガスや有毒ガスが発生して、タンク内の圧力が上昇しても、これらガスを無毒化した後に外部に排気することができるので、クリーンな気体をタンクから排出できながら、タンク、電池セル、配管の破損を防止できる。

（第２実施形態）
第１実施形態のレドックスフロー電池1Aは、各タンクにガス除去装置と排気弁とを設けた。図２に示す第２実施形態のレドックスフロー電池1Bは、正極タンク31と負極タンク41の気相領域を連通する連通配管10を設けて、この連通配管10に第１ガス除去装置63を設け、負極タンク41には、排気弁を設けない構成としている。本実施形態は、第１実施形態と同じ構成については同じ符号で示し、説明を省略する。

本実施形態では、正極タンク31には、正極タンク31の気相領域に一端が連通する排気用配管53を接続し、この排気用配管53の途中に第２ガス除去装置64を設け、排気用配管53の端部に排気弁73を設けている。

本実施形態では、負極タンク41の気相領域と正極タンク31の気相領域とを連通する連通配管10に第１ガス除去装置63を設けているので、電解液から発生した気体は、一方のタンクから他方のタンクへ行くことがなくなる。従って、負極タンク41において正極タンク31で発生した酸素が流入して酸化反応が起こり、電解液濃度が薄くなってしまうのを防止できながら、各タンクで発生した気体を除去できる。しかも、負極タンクに排気弁を設ける必要がなくなるので、第１実施形態に比べて高価な弁を少なくできる。

本実施形態では、正極タンク31に第２ガス除去装置64を設けたが、正極タンクで発生する気体は、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素であるので、タンク設置箇所の換気が良好であれば、正極タンクで発生した気体は、必ずしもガス除去装置で除去する必要がない。したがって、この場合には、正極タンク31に設ける第２ガス除去装置はなくてもよい。

（第３実施形態）
図３に示す第３実施形態のレドックスフロー電池1Cは、第２実施形態のレドックスフロー電池の連通配管10に、さらに中間排気弁74を設けたものである。本実施形態は、第２実施形態と同じ構成については同じ符号で示し、説明を省略する。

本実施形態では、連通配管10における第１ガス除去装置63の接続箇所に対して正極タンク側に、中間排気弁74を設けている。この中間排気弁74は、負極タンク41に溜まった気体の圧力が５００Ｐａ以上になったときに弁を開いて気体を正極タンク31に流すようになっている。

本実施形態では、このように中間排気弁74を設けているので、負極電解液で発生した気体は、この中間排気弁74により、負極タンク41内の圧力が所定の圧力になるまで、正極タンク31への流入が阻止される。従って、中間排気弁74と第１ガス除去装置63を設けることにより、正極タンク31でトラブルがあった場合に、正極タンク31を開放状態としても、負極タンク41内の圧力が所定の圧力になるまで負極タンク41で発生したガスが正極タンク31を介して外部に排出されることを防止できながら、所定圧力以上になったきときには、無毒化された気体を正極タンク31に排出できる。

（第４実施形態）
第４実施形態のレドックスフロー電池1Dは、図４に示すように、第３実施形態のレドックスフロー電池における負極タンク41に、さらに安全弁となる圧力調整弁75を設けたものである。本実施形態は、第３実施形態と同じ構成については同じ符号で示し、説明を省略する。

本実施形態では、負極タンク41に、この負極タンク41の気相領域に連通する配管54を接続し、この配管54の端部に圧力調整弁75を接続している。この圧力調整弁75は、弁が開く圧力を、排気弁73が開く所定圧力よりも高く設定(８００Ｐａ以上)している。なお、本実施形態では、連通配管10に中間排気弁74を設けているが、この中間排気弁74は無くてもよい。

本実施形態では、例えば、第１ガス除去装置63が詰まって、負極タンク41から正極タンク31への気体の流れが阻止された場合には、安全弁となる圧力調整弁75により負極タンク41から気体が排出され、負極タンク41の破裂を防止できる。

（第５実施形態）
第１実施形態のレドックスフロー電池1Aでは、各タンクの気相領域に連通するように配管を接続し、この配管にガス除去装置と排気弁を設けた構造とした。図５に示す第５実施形態のレドックスフロー電池1Eは、タンク内の気相領域に両端が接続される気体循環用配管を設け、この気体循環用配管の途中に、ポンプとガス除去装置とを設ける構成としている。本実施形態は、第１実施形態と同じ構成については同じ符号で示し、説明を省略する。

具体的には、正極タンク31については、正極タンク31の気相領域に両端が連通する正極側気体循環用配管81を接続し、この正極側気体循環用配管81の途中に、正極側ポンプ82と正極側ガス除去装置65とを設けている。さらに、正極タンク31には、正極タンク31の気相領域に一端が連通する正極側排気用配管55を接続し、この正極側排気用配管55の端部に正極側排気弁76を設けている。

負極タンク41については、負極タンク41の気相領域に両端が連通する負極側気体循環用配管83を接続し、この負極側気体循環用配管83の途中に、負極側ポンプ84と負極側ガス除去装置66とを設けている。さらに、負極タンク41には、負極タンク41の気相領域に一端が連通する負極側排気用配管56を接続し、この負極側排気用配管56の端部に負極側排気弁77を設けている。

本実施形態によれば、各タンク内の気体を気体循環用配管81,83を通過させることにより強制循環することで常に電解液から発生した気体の除去ができるため、電解液から発生した有毒な気体を無毒化した状態で、タンク内に気体を溜めることができる。このように、気体を常に循環させて無毒化する構成としているので、電池セルやタンクでトラブルが発生した時でもメンテナンス作業を安全に行える。

（第６実施形態）
図６に示す第６実施形態のレドックスフロー電池1Fは、第２実施形態のレドックスフロー電池の構成に、第５実施形態のポンプとガス除去装置とが設けられた気体循環用配管を備えた構成としている。本実施形態は、第２実施形態と同じ構成については同じ符号で示し、説明を省略する。

本実施形態では、負極タンク41に、負極タンク41の気相領域に両端が連通する負極側気体循環用配管83を接続し、この負極側気体循環用配管83の途中に、負極側ポンプ84と負極側ガス除去装置66とを設けている。本実施形態では、その他の構成は、第２実施形態とまったく同じ構成となっている。

本実施形態によれば、負極タンク41内の気体を強制循環することで、負極タンク内では常に電解液から発生した気体の除去ができる。その結果、電解液から発生した有毒な気体を無毒化した状態で、負極タンク内に気体を溜めることができるので、負極側の電池セルやタンクでトラブルが発生した時でもメンテナンス作業を安全に行える。

このとき、第１ガス除去装置63を設けているので、正極タンク31から酸素等の気体が負極タンク41に流入するのは阻止される。そして、正極タンク31と負極タンク41の内部圧力が上昇したときには、正極タンク31内の気体が第２ガス除去装置64を介して除去されながら排気弁73から排気される。

（第７実施形態）
図７に示す第７実施形態のレドックスフロー電池1Gは、第１実施形態のレドックスフロー電池の構成に、各タンクの内部に不活性ガスである窒素ガスを供給する窒素ガス供給装置を設けた構成としている。本実施形態は、第１実施形態と同じ構成については同じ符号で示し、説明を省略する。

具体的には、正極タンク31に、この正極タンク31の気相領域に一端が連通する正極側供給用配管91を接続し、正極側供給用配管91におけるタンク近くに正極側逆止弁92を設け、正極側供給用配管91の端部に正極側窒素ガス供給装置93を設けている。

また、負極タンク41には、この負極タンク41の気相領域に一端が連通する負極側供給用配管94を接続し、負極側供給用配管94におけるタンク近くに負極側逆止弁95を設け、負極側供給用配管94の端部に負極側窒素ガス供給装置96を設けている。

さらに、図示していないが、正極タンク31と負極タンク41とに、タンク内の圧力を検出する圧力センサーを設けており、タンク内の圧力が所定の範囲内になるように窒素ガスを窒素ガス供給装置から供給するようにしている。

このように、窒素ガス供給装置を設けて、各タンクに窒素ガスを供給することにより、温度変化などでタンク内が負圧になろうとしても、負圧状態にならないようにすることができる。しかも、電解液から発生した気体がタンク内に溜まっても、窒素ガスにより希釈できる。

本発明は、電解液として起電力が高く、エネルギー密度が大きく、電解液が単一元素系であるため正極電解液と負極電解液とが混合しても充電によって再生することができるといった多くの利点を有しているバナジウムイオン溶液を用いたレドックスフロー電池に用いるのが好適である。

本発明の第１実施形態に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。 本発明の第４実施形態に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。 本発明の第５実施形態に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。 本発明の第６実施形態に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。 本発明の第７実施形態に係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の動作原理の説明図である。

符号の説明

1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G レドックスフロー電池
2 電池セル
3 正極電解液循環路
31 正極タンク 32 上流側配管 33 下流側配管
34 循環用ポンプ
4 負極電解液循環路
41 負極タンク 42 上流側配管 43 下流側配管
44 循環用ポンプ
51 正極側排気用配管 52 負極側排気用配管
53 排気用配管 54 配管
55 正極側排気用配管 56 負極側排気用配管
61 正極側ガス除去装置 62 負極側ガス除去装置
63 第１ガス除去装置 64 第２ガス除去装置
65 正極側ガス除去装置 66 負極側ガス除去装置
71 正極側排気弁 72 負極側排気弁
73 排気弁 74 中間排気弁 75 圧力調整弁
76 正極側排気弁 77 負極側排気弁
81 正極側気体循環用配管 82 正極側ポンプ
83 負極側気体循環用配管 84 負極側ポンプ
91 正極側供給用配管 92 正極側逆止弁
93 正極側窒素ガス供給装置
94 負極側供給用配管 95 負極側逆止弁
96 負極側窒素ガス供給装置
10 連通配管
100 セル 100A 正極セル 100B 負極セル
101 隔膜 102 正極電極 103 負極電極
104A 正極タンク 104B 負極タンク
105A,105B ポンプ 106A,106B 導管

Claims (8)

1. 電池セルと、正極電解液が貯留される正極タンクと、負極電解液が貯留される負極タンクと、正極電解液を電池セルと正極タンクとの間で循環する正極電解液循環用配管と、負極電解液を電池セルと負極タンクとの間で循環する負極電解液循環用配管とを備えるレドックスフロー電池であって、
   電池の運転中に少なくとも負極電解液から発生した気体を除去するガス除去装置と、
   ガス除去装置より下流側に設けられ、電解液循環路中に溜まった気体の圧力が所定の圧力以上になったときに気体を外部に排出する排気弁とを、
   タンクまたは電解液循環用配管に設けていることを特徴とするレドックスフロー電池。
2. 電池セルと、正極電解液が貯留される正極タンクと、負極電解液が貯留される負極タンクと、正極電解液を電池セルと正極タンクとの間で循環する正極電解液循環用配管と、負極電解液を電池セルと負極タンクとの間で循環する負極電解液循環用配管とを備えるレドックスフロー電池であって、
   電池の運転中に少なくとも負極電解液から発生した気体を除去するガス除去装置と、
   電解液循環路中に溜まった気体の圧力が所定の圧力以上になったときに、ガス除去装置で無毒化された気体を外部に排出する排気弁とを備え、
   少なくとも負極タンクに、タンク内の気相領域に両端が接続される気体循環用配管を設けて、この気体循環用配管途中に、ポンプとガス除去装置とを設けるとともに、
   排気弁をタンクまたは電解液循環用配管に設けていることを特徴とするレドックスフロー電池。
3. 各タンクは、タンクの気相領域に一端が連通する配管が接続され、この配管の途中にガス除去装置を設け、配管の他端に排気弁を設けていることを特徴とする請求項１に記載のレドックスフロー電池。
4. 正極タンクと負極タンクの気相領域を連通する連通配管を設けて、
   この連通配管にガス除去装置を設け、正極タンクに、この正極タンクの気相領域に連通する排気弁を設けていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレドックスフロー電池。
5. 連通配管に、さらに負極タンクに溜まった気体の圧力が所定の圧力以上になったときに弁を開いて気体を正極タンクに流す中間排気弁を設けていることを特徴とする請求項４に記載のレドックスフロー電池。
6. 負極タンクに、この負極タンクの気相領域に連通する圧力調整弁を設け、この圧力調整弁が開く圧力を、排気弁が開く所定圧力よりも高く設定していることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のレドックスフロー電池。
7. ガス除去装置は、吸着式のフィルターを用いていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載のレドックスフロー電池。
8. 電解液循環用配管またはタンクの内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置を備えていることを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載のレドックスフロー電池。

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