JP5712688B2 - レドックスフロー電池 - Google Patents
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Description
Mn3+は不安定であり、マンガンイオンの水溶液では、以下の不均化反応によってMn2+(2価)及びMnO2(4価)を生じる。
不均化反応:2Mn3++2H2O ⇔ Mn2++MnO2(析出)+4H+
(1) Ru,Ti,Ir,Mn,Pd,Au,及びPtから選択される少なくとも一種の金属と、Ru,Ti,Ir,Mn,Pd,Au,及びPtから選択される少なくとも一種の金属の酸化物とを含む複合材(例えば、Ti基体にIr酸化物やRu酸化物を塗布したもの)、(2) 上記複合材を含むカーボン複合物、(3) 上記複合材を含む寸法安定電極(DSE)、(4) 導電性ポリマ(例えば、ポリアセチレン、ポリチオフェンなどの電気を通す高分子材料)、(5) グラファイト、(6) ガラス質カーボン、(7) 導電性ダイヤモンド、(8) 導電性ダイヤモンドライクカーボン(DLC)、(9) カーボンファイバからなる不織布、(10) カーボンファイバからなる織布
図1に示すレドックスフロー電池システムを構築し、正極電解液及び上記負極電解液に、マンガンイオン及びチタンイオンの双方を含有する電解液を用いて充放電を行い、析出状態及び電池特性を調べた。
活物質電気量=モル数×ファラデー定数=体積×濃度×96,485(A・秒/モル)
理論充電時間=活物質電気量/充電電流(I)
充電状態=充電電気量/理論充電電気量
=(充電時間×電流)/(理論充電時間×電流)
=充電時間/理論充電時間
硫酸(H2SO4)に対するマンガンイオン(2価)の溶解度を調べた。その結果を図3に示す。図3に示すように硫酸濃度の増加に従って、マンガンイオン(2価)の溶解度が減少し、硫酸濃度が5Mの場合、溶解度は0.3Mとなることが分かる。逆に、硫酸濃度が低い領域では、4Mという高い溶解度が得られることが分かる。この結果から、電解液中のマンガンイオン濃度を高めるためには、特に、実用上望まれる0.3M以上の濃度を得るためには、電解液の溶媒に硫酸水溶液を用いる場合、硫酸濃度を5M未満と低くすることが好ましいことが分かる。
図1に示すレドックスフロー電池システムを構築し、長期に亘り充放電を行って、電池特性(放電容量、電流効率、電圧効率、エネルギー効率)を調べた。
硫酸(H2SO4)に対するマンガンイオン(2価)及びチタンイオン(4価)の双方を溶解させたときの溶解度を調べた。
図1に示すレドックスフロー電池システムを構築し、両極電解液として、硫酸濃度:1M〜3M、マンガンイオン及びチタンイオンの濃度:1M〜1.5Mの電解液を用いて充放電を行い、電流効率、エネルギー密度、セル抵抗率を調べた。
104 正極電極 105 負極電極 106 正極電解液用のタンク
107 負極電解液用のタンク 108,109,110,111 配管 112,113 ポンプ
Claims (10)
- 正極電極と、負極電極と、これら両電極間に介在される隔膜とを具える電池セルに正極電解液及び負極電解液を供給して充放電を行うレドックスフロー電池であって、
前記正極電解液及び前記負極電解液は、マンガンイオン及びチタンイオンの双方を含有し、
前記正極電解液のチタンイオンの濃度は、前記正極電解液のマンガンイオンの濃度の50%以上であり、
前記マンガンイオン及びチタンイオンの各濃度がいずれも0.3M以上5M以下であるレドックスフロー電池。 - 前記正極電解液のチタンイオンの濃度は、前記正極電解液のマンガンイオンの濃度の80%以上である請求項1に記載のレドックスフロー電池。
- 前記正極電解液のマンガンイオン及びチタンイオンの濃度と、前記負極電解液のマンガンイオン及びチタンイオンの濃度とがそれぞれ等しい請求項1又は請求項2に記載のレドックスフロー電池。
- 前記正極電解液及び前記負極電解液の両極電解液は、硫酸アニオンを含有し、
前記両極電解液の硫酸濃度が5M未満である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のレドックスフロー電池。 - 前記両極電解液の硫酸濃度が1M以上3M以下、
前記両極電解液のマンガンイオンの濃度が0.5M以上1.5M以下、
前記両極電解液のチタンイオンの濃度が0.5M以上1.5M以下である請求項4に記載のレドックスフロー電池。 - 前記正極電解液は、2価のマンガンイオン及び3価のマンガンイオンの少なくとも一種のマンガンイオンと、4価のチタンイオンとを含有し、
前記負極電解液は、3価のチタンイオン及び4価のチタンイオンの少なくとも一種のチタンイオンと、2価のマンガンイオンとを含有する請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のレドックスフロー電池。 - 前記正極電解液は、2価のマンガンイオン及び3価のマンガンイオンの少なくとも一種のマンガンイオンと、4価のマンガンと、4価のチタンイオンとを含有し、
前記負極電解液は、2価のチタンイオン、3価のチタンイオン、及び4価のチタンイオンの少なくとも一種のチタンイオンと、2価のマンガンイオンとを含有する請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のレドックスフロー電池。 - 前記正極電極及び前記負極電極は、
Ru,Ti,Ir,Mn,Pd,Au,及びPtから選択される少なくとも一種の金属と、Ru,Ti,Ir,Mn,Pd,Au,及びPtから選択される少なくとも一種の金属の酸化物とを含む複合材、
前記複合材を含むカーボン複合物、
前記複合材を含む寸法安定電極(DSE)、
導電性ポリマ、
グラファイト、
ガラス質カーボン、
導電性ダイヤモンド、
導電性ダイヤモンドライクカーボン(DLC)、
カーボンファイバからなる不織布、
及びカーボンファイバからなる織布から選択される少なくとも一種の材料から構成されており、
前記隔膜は、多孔質膜、膨潤性隔膜、陽イオン交換膜、及び陰イオン交換膜から選択される少なくとも一種の膜である請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のレドックスフロー電池。 - 前記正極電解液及び前記負極電解液の両極電解液の溶媒は、H2SO4、K2SO4、Na2SO4、H3PO4、K2HPO4、Na3PO4、K3PO4、H4P2O7、HNO3、KNO3、及びNaNO3から選択される少なくとも一種の水溶液である請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のレドックスフロー電池。
- 請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載のレドックスフロー電池の運転方法であって、
前記正極電解液と前記負極電解液とを混合することで、前記正極電解液のマンガンイオン及びチタンイオンの濃度と、前記負極電解液のマンガンイオン及びチタンイオンの濃度とをそれぞれ等しくするレドックスフロー電池の運転方法。
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