JP5740357B2 - 大容量蓄電装置 - Google Patents
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Description
(評価1)
図3に、Zn微粒子を負極活物質とした時の負極の放電曲線を示す。この場合、担体微粒子もZn微粒子である。集電極にはCu板を利用し、電極面積は1cm2とした。Cu電極上に直径100μmのZn微粒子を100mgのせて、0.1mm厚のポリエチレン多孔体膜で押さえた。溶液はKOH水溶液を使用した。対極にはPt線を、参照極にはAg/AgCl電極を用い、正極単体における放電曲線を計測した。縦軸は電極電位、横軸は放電時間であり各電流密度における電位挙動を示している。定電流モードで0.01Cから0.6Cで放電した時の電位挙動を測定したところ、高電流密度になるに従って電位は低下傾向を示したが、すべての電流モードで放電が可能であることが確認できた。
(評価2)
評価1と同様の計測を正極でも行った。集電極にはAu板を利用し、電極面積は1cm2とした。Au電極上に直径150μmの活物質としてCu微粒子を100mgのせて、0.1mm厚のポリエチレン多孔体膜で押さえて固定した。溶液はH2SO4水溶液を使用した。その他の条件は負極と同様である。定電流モードで0.01Cから0.6Cで放電した時の電位挙動を測定したところ、高電流密度になるに従って電位は低下傾向を示したが、すべての電流モードで放電が可能であることが確認できた。
(評価3)
次に、担体微粒子として直径150μmのCu微粒子をCu板電極上に導入しながら、活物質であるZnを析出させた。対極にNi多孔体を用いた2極式とし、溶液には10wt%の活物質の酸化亜鉛を含むKOH水溶液を使用した。定電圧で1.9Vを印加して電解析出を行った。その結果、表面に1μm程度のZnが析出したCu微粒子を得ることが出来た。これより、本実施例の特徴である担体微粒子への活物質の析出による充電過程が可能であることが確認できた。
(評価4)
次に、図2に示した蓄電装置を用いて、放電挙動を計測した例を示す。正極活物質にNi微粒子を、負極側の担体微粒子にCu微粒子を選択し、粒径はどちらも150μmとした。正極集電体にはNiエキスパンドメタル、負極集電体にはCuメッシュを用いた。隔壁としては、0.1μm厚の多孔体ポリエチレンを用い、電解質溶液には10wt%の酸化亜鉛を含むKOH水溶液を使用した。このとき、正極の充放電反応は酸化物と水酸化物の状態変化反応で、反応式はNiOOH+H2O+e ⇔ Ni(OH)2+OH-となり、理論電圧は0.52Vになる。また、負極の充放電反応は溶解・析出反応であり、反応式はZn(OH)2+2e ⇔ Zn+2OH-となり、理論電圧は−1.24Vとなる。充電時にはZnの析出とNiOOHの生成反応が進行し、放電時にはZnの溶解反応とNi(OH)2の生成反応が進行する。理論起電圧が1.74Vであるため、単セル電圧1.9Vで一定時間の充電を行い、定電流モードで放電挙動を計測した。図4に本実施例による単セルの放電曲線を示す。縦軸は電圧、横軸は放電時間である。また、比較として、担体微粒子を用いていない単セルの放電曲線も図4に示す。単セル電圧1.2Vを終端電圧とすると、担体微粒子を含む単セルは単体微粒子を用いていない単セルに比べ3倍以上長い放電時間が計測できた。これは、担体微粒子の高比表面積化によって蓄電容量が向上した効果である。
2 負極集電極
3 正極集電極
4 筐体
5 負極用の貯蔵タンク
6 担体微粒子
7 電解液
8 送液配管
9 正極用の貯蔵タンク
10 正極活物質
11 電解液
12 電源
13 循環ポンプ
101 蓄電装置
102 再生可能エネルギー発電設備
103 電力変電設備
104 負荷
105 充放電セル部
107 貯蔵タンク
Claims (6)
- 正極集電極と負極集電極が隔壁により分離された充放電セル部と、
正極活物質を含む電解液が貯蔵された正極用の貯蔵タンクと、
負極活物質を含む電解液が貯蔵された負極用の貯蔵タンクと、
前記正極用の貯蔵タンク及び負極用の貯蔵タンクに貯蔵された電解液をそれぞれ正極および負極に循環供給する循環ポンプおよび送液配管と、を備えた蓄電装置であって、
前記負極用の貯蔵タンクの内壁に固体状の前記負極活物質が形成されており、
前記負極用の貯蔵タンクに貯蔵された電解液中に担体微粒子を含み、
充電時に前記担体微粒子の表面に前記負極活物質を析出し、放電時に前記担体微粒子から前記負極活物質が溶解することで充放電を行うことを特徴とする蓄電装置。 - 請求項1に記載の蓄電装置において、
前記担体微粒子の粒径が0.1μmから1000μmであることを特徴とする蓄電装置。 - 請求項1又は2に記載の蓄電装置において、
前記負極活物質が亜鉛、鉛、錫のいずれかであることを特徴とする蓄電装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の蓄電装置において、
前記正極活物質の溶解−析出反応、あるいは、酸化物と水酸化物との構造変化によって充放電を行うことを特徴とする蓄電装置。 - 請求項4に記載の蓄電装置において、
前記正極活物質が銅、ニッケル、コバルト、銀から選択される金属またはその合金、臭素、ヨウ素、あるいは、銅、マンガン、イリジウム、ニッケルから選択される金属の酸化物のいずれかであることを特徴とする蓄電装置。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の蓄電装置であって、
前記充放電セル部が複数のセルで構成され、各セルに分配される前記送液配管に開閉弁を有し、前記開閉弁によりセル単位で活物質を含む電解液の流通が制御されることを特徴とする蓄電装置。
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