JP5768933B2 - 電力貯蔵電池 - Google Patents
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Description
図1に示すように、本実施の形態に係るレドックスフロー型電池1は、充放電セル(電池容器)2、正極電解液タンク3および負極電解液タンク4を主として備えている。充放電セル2は、その内部が、例えばイオン交換膜からなる隔膜11によって正極側セル2aと負極側セル2bとに仕切られている。尚、充放電セル2には、レドックスフロー型電池1の能力(各種性能)を安定させるために、温度を一定に保つ温度調節装置が設けられていてもよい。
上記負極電解液は、pHが好ましくは2〜7の範囲内であり、より好ましくは4〜6の範囲内であり、pH2〜7の条件下において良好な酸化還元反応を行うことができる(イオンの状態で価数が変化する)負極側の活物質を含む水溶液であればよい。
上記正極電解液は、pHが好ましくは2〜7の範囲内であり、より好ましくは3〜6の範囲内であり、pH2〜7の条件下において良好な酸化還元反応を行うことができる(イオンの状態で価数が変化する)正極側の活物質を含む水溶液、つまり、正極側の活物質としてマンガンレドックス系物質を含むと共に、ポリエチレンイミンを含む水溶液であればよい。
レドックスフロー型電池の起電力は、高い方がより好ましい。本実施の形態に係るレドックスフロー型電池は、正極電解液がMn−ポリエチレンイミン錯体を含む水溶液であり、Mnは起電力が比較的高いため、1.0V以上の高出力のレドックスフロー型電池とすることができる。
レドックスフロー型電池の性能評価を下記方法にて行った。
負極電解液を、下記方法によって調製した。即ち、先ず、蒸留水50mlに、0.02モル(0.86g)のポリエチレンイミンを加えて溶解させた。当該ポリエチレンイミンとして、平均分子量が600のポリエチレンイミン(和光純薬工業株式会社製)を用いた。
マンガンイオンとポリエチレンイミンに含まれる窒素原子とのモル比を変更したときの正極電解液の性能評価を、サイクリックボルタンメトリーを用いて下記方法にて行った。即ち、正極電解液の性能を評価するために、測定装置として下記構成のサイクリックボルタンメトリーを用いて、正極電解液に浸漬した電極の電極特性を測定(電気化学測定)した。サイクリックボルタンメトリー(CV)の概略の構成を、図12に基づいて説明すれば、以下の通りである。
pHを変更したときの正極電解液の性能評価を、実施例3で用いたサイクリックボルタンメトリーと同様のサイクリックボルタンメトリーを用いて、同様の方法にて行った。
正極電解液に含まれるMn(II)−ポリエチレンイミン錯体の溶解度を、下記方法にて確認した。
導電塩としてNa2SO4の替わりに0.10モル(5.85g)のNaClを加えた以外は、実施例1と同様の操作を行うことにより、Mn(II)−ポリエチレンイミン錯体の濃度が0.2モル/Lである水溶液を調製した。
自己放電試験において充電後に、充放電セル並びに正極電解液タンクおよび負極電解液タンクを大気中に暴露した以外は、実施例1と同様の操作を行うことにより、自己放電試験を行った。その結果、レドックスフロー型電池は、正極電解液の液面に接するガスに酸素が多く含まれている(大気では約20%)と、自己放電する(自己放電が非常に速い)ことが判った。
正極電解液として下記水溶液を用いた以外は、実施例1と同様の操作を行うことにより、自己放電試験を行った。
正極電解液として下記水溶液を用いた以外は、実施例1と同様の操作を行うことにより、自己放電試験を行った。
先ず、蒸留水70mlに、0.02モル(2.96g)のマロン酸二ナトリウムを加えて溶解させた後、濃度が2.5モル/Lの希硫酸を滴下してpHを7に調節した。続いて、上記水溶液に、0.02モル(3.38g)のMnSO4・H2Oを加えて溶解させた後、0.05モル(7.1g)のNa2SO4を加えて溶解させた。次いで、全量が100mlになるように蒸留水を加えた。これにより、Mn(II)−マロン酸錯体の濃度が0.2モル/Lである水溶液を調製しようとしたが、マンガン化合物が直ちに析出することが判った。従って、ポリエチレンイミンの替わりにポリカルボン酸であるマロン酸を用いて、Mn(II)−マロン酸錯体を充分な濃度で含む正極電解液を調製することができないことが判った。
先ず、蒸留水70mlに、0.02モル(3.24g)のコハク酸二ナトリウムを加えて溶解させた後、濃度が2.5モル/Lの希硫酸を滴下してpHを7に調節した。続いて、上記水溶液に、0.02モル(3.38g)のMnSO4・H2Oを加えて溶解させた後、0.05モル(7.1g)のNa2SO4を加えて溶解させた。次いで、全量が100mlになるように蒸留水を加えた。これにより、Mn(II)−コハク酸錯体の濃度が0.2モル/Lである水溶液を調製しようとしたが、マンガン化合物が直ちに析出することが判った。従って、ポリエチレンイミンの替わりにポリカルボン酸であるコハク酸を用いて、Mn(II)−コハク酸錯体を充分な濃度で含む正極電解液を調製することができないことが判った。
正極電解液として下記水溶液を用いた以外は、実施例1と同様の操作を行うことにより、自己放電試験を行った。
正極電解液として下記水溶液を用いた以外は、実施例1と同様の操作を行うことにより、自己放電試験を行った。
先ず、蒸留水70mlに、0.02モル(1.2g)のエチレンジアミンを加えて溶解させた後、濃度が2.5モル/Lの希硫酸を滴下してpHを7に調節した。続いて、上記水溶液に、0.02モル(3.38g)のMnSO4・H2Oを加えて溶解させた後、0.05モル(7.1g)のNa2SO4を加えて溶解させた。次いで、全量が100mlになるように蒸留水を加えた。これにより、マンガンとエチレンジアミンとのモル比が1:1の、Mn(II)−エチレンジアミン錯体の濃度が0.2モル/Lである水溶液を調製しようとしたが、マンガン化合物が直ちに析出することが判った。従って、ポリエチレンイミンの替わりにエチレンジアミンを用いて、Mn(II)−エチレンジアミン錯体を充分な濃度で含む正極電解液を調製することができないことが判った。
負極電解液および正極電解液として下記水溶液を用いた以外は、実施例2と同様の操作を行うことにより、自己放電試験を行った。
2 充放電セル(電池容器)
2a 正極側セル
2b 負極側セル
3 正極電解液タンク
4 負極電解液タンク
10 充放電装置
11 隔膜
12 集電板
13 正極
14 集電板
15 負極
20 サイクリックボルタンメトリー
21 参照電極
22 対極
23 電極(作用電極)
24 被測定電解液
Claims (10)
- レドックス型の電力貯蔵電池において、
正極電解液が、正極側の活物質としてマンガンレドックス系物質を含むと共に、ポリエチレンイミンを含む水溶液であり、
上記正極電解液に含まれるマンガン−ポリエチレンイミン錯体の濃度が、0.2モル/L以上、2.5モル/L以下であることを特徴とする電力貯蔵電池。 - マンガンイオンと、ポリエチレンイミンに含まれる窒素原子とのモル比が、1:1〜1:5の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の電力貯蔵電池。
- 上記正極電解液のpHが2〜7の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の電力貯蔵電池。
- 上記マンガンレドックス系物質が硫酸マンガンであることを特徴とする請求項1に記載の電力貯蔵電池。
- 上記正極電解液が電解酸化されていることを特徴とする請求項1に記載の電力貯蔵電池。
- 上記正極電解液が大気中の酸素と遮断されていることを特徴とする請求項1に記載の電力貯蔵電池。
- 負極電解液が、負極側の活物質として鉄レドックス系物質を含む水溶液であることを特徴とする請求項1に記載の電力貯蔵電池。
- 上記負極電解液が、鉄−ジエチレントリアミン五酢酸錯体を含む水溶液であることを特徴とする請求項7に記載の電力貯蔵電池。
- 上記負極電解液が電解酸化されていることを特徴とする請求項7に記載の電力貯蔵電池。
- レドックスフロー型電池であることを特徴とする請求項1に記載の電力貯蔵電池。
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