JP5768997B2 - 電解液流通型電池 - Google Patents
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Description
(2)自己放電により電解液が発熱することに伴い、電池セルを構成する部材(隔膜や電極など)の温度が上昇することで、これら部材の劣化が促進する。特に、循環ポンプの起動と停止が頻繁に繰り返されるような用途では、部材の劣化が著しい。
(1)正極電解液は、マンガンイオンを含有し、負極電解液は、チタンイオン、バナジウムイオン、クロムイオン、亜鉛イオン、及びスズイオンから選択される少なくとも一種の金属イオンを含有する。
(2)正極電解液は、マンガンイオン及びチタンイオンの双方を含有し、負極電解液は、チタンイオン、バナジウムイオン、クロムイオン、亜鉛イオン、及びスズイオンから選択される少なくとも一種の金属イオンを含有する。
(3)正負極の電解液はそれぞれ、マンガンイオン及びチタンイオンの双方を含有する。
(4)正負極の電解液はそれぞれ、バナジウムイオンを含有する。
(5)正極電解液は、鉄イオンを含有し、負極電解液は、チタンイオン、バナジウムイオン、クロムイオン、亜鉛イオン、及びスズイオンから選択される少なくとも一種の金属イオンを含有する。
図1、2に示す実施の形態1に係るレドックスフロー電池1は、電池セル10と正負極用の各電解液タンク20、各循環経路30及び各循環ポンプ40との基本構成を備える点は、図8を用いて説明した従来のレドックスフロー電池4と同様である。よって、ここでは、基本構成についての説明は省略し、従来の電池との相違点を中心に説明する。
図5、6に示す実施の形態2に係るレドックスフロー電池2は、往路配管31に高位置部35が設けられている点が、図1、2を用いて説明した実施の形態1に係るレドックスフロー電池1と相違する。よって、ここでは、レドックスフロー電池1との相違点を中心に説明する。
上記したレドックスフロー電池1、2では、電池セル10の下部と回収空間部50とを回収通路51で直接接続する場合を例に説明したが、電池セル10の下部に変えて、電池セル10より下方に位置する往路配管31の途中に回収通路51を接続してもよい。この場合、レドックスフロー電池1の場合は、第2開閉手段56よりも電池セル10側の往路配管31の途中に回収通路51を接続し、レドックスフロー電池2の場合は、高位置部35よりも電池セル10側の往路配管31の途中に回収通路51を接続する。
上記したレドックスフロー電池1では、第1開閉手段55及び第2開閉手段56を自動バルブとし、回収通路51及び往路配管31の開閉作業を制御手段により自動で行う場合を例に説明したが、第1開閉手段55及び第2開閉手段56のいずれか一方又は両方を手動バルブとしてもよい。この場合、循環ポンプ40の停止又は起動時に、手動バルブとした第1開閉手段55及び第2開閉手段56のいずれか一方又は両方を手動で操作して、回収通路51及び往路配管31のいずれか一方又は両方の開閉作業を手動で行う。また、同様に、上記したレドックスフロー電池2においても、第1開閉手段55を手動バルブとしてもよく、この場合、循環ポンプ40の停止又は起動時に、第1開閉手段55を手動で操作して、回収通路51の開閉作業を手動で行う。
上記したレドックスフロー電池1、2では、回収空間部50を正極用と負極用にそれぞれ設ける場合を例に説明したが、回収空間部50を正極用又は負極用のいずれか一方にのみ設けてもよい。この場合であっても、自己放電を抑制する効果が期待できる。
上記したレドックスフロー電池1において、停電時に、第2開閉手段56が作動して往路配管31を開け、電解液タンク20から電池セル10に電解液を供給することで、電池セル10から循環ポンプ40に電力を供給する構成を追加してもよい。
図7に示す実施の形態3に係るレドックスフロー電池3は、復帰配管70と送液ポンプ71とを備える点が、図1、2を用いて説明した実施の形態1に係るレドックスフロー電池1と相違する。よって、ここでは、レドックスフロー電池1との相違点を中心に説明する。
上記したレドックスフロー電池3において、二次電池或いは無停電電源装置などの補助電源を有し、この補助電源から送液ポンプに電力を供給する構成を追加してもよい。
上記したレドックスフロー電池3において、電池セル10から送液ポンプ71に電力を供給する構成を追加してもよい。
上記したレドックスフロー電池3において、図8に示すように、電解液タンク20内の気相部分と回収空間部50とを連通し、電解液タンク20内の気相を回収空間部50に移動させるための第2気相配管80を備える構成を追加してもよい。
上記したレドックスフロー電池3において、回収空間部50内の電解液の液量を検知する液量検知手段と、送液ポンプ71を制御する送液ポンプ制御部と、を有する構成を追加してもよい。
上記した変形例8のレドックスフロー電池において、液量検知手段が、回収空間部50内の電解液の液量が所定の下限以下になったことを検知したとき、送液ポンプ制御部が送液ポンプ71を停止し、送液ポンプ71が送液を停止する構成を追加してもよい。
上記した変形例8のレドックスフロー電池において、送液ポンプ制御部がタイマーを有し、タイマーにより送液ポンプ71の起動から所定の時間が経過したことを検知したとき、送液ポンプ制御部が送液ポンプ71を停止し、送液ポンプ71が送液を停止する構成を追加してもよい。
10 電池セル
101 隔膜 102 正極セル 103 負極セル
104 正極電極 105 負極電極
20 電解液タンク
21 電解液 22 気相部分
30 循環経路
31 往路配管 32 復路配管 35 高位置部
40 循環ポンプ
200 セルスタック
201 双極板 202 セルフレーム
210 エンドプレート 220 締結部材
50 回収空間部 51 回収通路
55 第1開閉手段 56 第2開閉手段
60 第1気相配管 61 チェッキ弁
70 復帰配管 71 送液ポンプ
80 第2気相配管
90 制御手段
91 第1開閉手段制御部 92 第2開閉手段制御部
Claims (20)
- 電池セルと、
電解液を貯蔵する電解液タンクと、
前記電解液を前記電解液タンクから前記電池セルに送る往路配管と、前記電解液を前記電池セルから前記電解液タンクに戻す復路配管とを有する循環経路と、
前記循環経路に前記電解液を循環させる循環ポンプと、を備える電解液流通型電池であって、
前記電池セルより低い位置に設置され、前記電池セル内の前記電解液を回収するための回収空間部と、
前記電池セルと前記回収空間部とを連通する回収通路と、
前記回収通路を開閉する第1開閉手段と、を備え、
前記回収空間部の容積が、前記電池セル内に流通する前記電解液の液量と同等以上である電解液流通型電池。 - 前記第1開閉手段が、バルブである請求項1に記載の電解液流通型電池。
- 前記第1開閉手段が、自動バルブであり、
前記第1開閉手段を制御する第1開閉手段制御部を有し、
前記第1開閉手段制御部は、前記循環ポンプが停止するときに、前記第1開閉手段を介して前記回収通路を開ける請求項1又は請求項2に記載の電解液流通型電池。 - 前記第1開閉手段制御部は、前記循環ポンプが起動するときに、前記第1開閉手段を介して前記回収通路を閉じる請求項3に記載の電解液流通型電池。
- 前記往路配管を開閉する第2開閉手段を備える請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の電解液流通型電池。
- 前記第2開閉手段が、バルブである請求項5に記載の電解液流通型電池。
- 前記第2開閉手段が、自動バルブであり、
前記第2開閉手段を制御する第2開閉手段制御部を有し、
前記第2開閉手段制御部は、前記循環ポンプが停止するときに、前記第2開閉手段を介して前記往路配管を閉じる請求項5又は請求項6に記載の電解液流通型電池。 - 前記第2開閉手段制御部は、前記循環ポンプが起動するときに、前記第2開閉手段を介して前記往路配管を開ける請求項7に記載の電解液流通型電池。
- 前記第1開閉手段及び第2開閉手段がそれぞれ、自動バルブであり、
前記第1開閉手段を制御する第1開閉手段制御部と、前記第2開閉手段を制御する第2開閉手段制御部とを有する制御手段を備え、
前記制御手段は、
前記循環ポンプが停止するときに、前記第2開閉手段制御部により前記第2開閉手段を介して前記往路配管を閉じると共に、前記第1開閉手段制御部により前記第1開閉手段を介して前記回収通路を開け、
前記循環ポンプが起動するときに、前記第1開閉手段制御部により前記第1開閉手段を介して前記回収通路を閉じると共に、前記第2開閉手段制御部により前記第2開閉手段を介して前記往路配管を開ける請求項5又請求項6に記載の電解液流通型電池。 - 前記回収空間部と前記電解液タンクとを連通し、前記回収空間部内の前記電解液を前記電解液タンクに復帰させるための復帰配管と、
前記復帰配管を介して、前記回収空間部内の前記電解液を前記電解液タンクに送液する送液ポンプと、を備える請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の電解液流通型電池。 - 前記送液ポンプが、電動ポンプ又はエアポンプである請求項10に記載の電解液流通型電池。
- 二次電池或いは無停電電源装置を有し、
前記二次電池或いは無停電電源装置から前記送液ポンプに電力を供給する請求項10又は請求項11に記載の電解液流通型電池。 - 前記電池セルから前記送液ポンプに電力を供給する請求項10又は請求項11に記載の電解液流通型電池。
- 停電時に、前記第2開閉手段が作動して前記往路配管を開け、前記電解液タンクから前記電池セルに電解液を供給することで、前記電池セルから前記循環ポンプに電力を供給する請求項5〜請求項9のいずれか一項に記載の電解液流通型電池。
- 電池セルと、
電解液を貯蔵する電解液タンクと、
前記電解液を前記電解液タンクから前記電池セルに送る往路配管と、前記電解液を前記電池セルから前記電解液タンクに戻す復路配管とを有する循環経路と、
前記循環経路に前記電解液を循環させる循環ポンプと、を備える電解液流通型電池であって、
前記電池セルより低い位置に設置され、前記電池セル内の前記電解液を回収するための回収空間部と、
前記電池セルと前記回収空間部とを連通する回収通路と、
前記回収通路を開閉する第1開閉手段と、を備え、
前記往路配管に、前記電解液タンク内の前記電解液の液面より高い位置に配設される高位置部が設けられ、
前記電解液タンク内の気相部分と前記高位置部とを連通し、前記電解液タンク内の気相を前記高位置部に移動させるための第1気相配管を備える電解液流通型電池。 - 電池セルと、
電解液を貯蔵する電解液タンクと、
前記電解液を前記電解液タンクから前記電池セルに送る往路配管と、前記電解液を前記電池セルから前記電解液タンクに戻す復路配管とを有する循環経路と、
前記循環経路に前記電解液を循環させる循環ポンプと、を備える電解液流通型電池であって、
前記電池セルより低い位置に設置され、前記電池セル内の前記電解液を回収するための回収空間部と、
前記電池セルと前記回収空間部とを連通する回収通路と、
前記回収通路を開閉する第1開閉手段と、
前記回収空間部と前記電解液タンクとを連通し、前記回収空間部内の前記電解液を前記電解液タンクに復帰させるための復帰配管と、
前記復帰配管を介して、前記回収空間部内の前記電解液を前記電解液タンクに送液する送液ポンプと、
前記電解液タンク内の気相部分と前記回収空間部とを連通し、前記電解液タンク内の気相を前記回収空間部に移動させるための第2気相配管と、を備える電解液流通型電池。 - 電池セルと、
電解液を貯蔵する電解液タンクと、
前記電解液を前記電解液タンクから前記電池セルに送る往路配管と、前記電解液を前記電池セルから前記電解液タンクに戻す復路配管とを有する循環経路と、
前記循環経路に前記電解液を循環させる循環ポンプと、を備える電解液流通型電池であって、
前記電池セルより低い位置に設置され、前記電池セル内の前記電解液を回収するための回収空間部と、
前記電池セルと前記回収空間部とを連通する回収通路と、
前記回収通路を開閉する第1開閉手段と、
前記回収空間部と前記電解液タンクとを連通し、前記回収空間部内の前記電解液を前記電解液タンクに復帰させるための復帰配管と、
前記復帰配管を介して、前記回収空間部内の前記電解液を前記電解液タンクに送液する送液ポンプと、
前記回収空間部内の前記電解液の液量を検知する液量検知手段と、
前記送液ポンプを制御する送液ポンプ制御部と、を備え、
前記液量検知手段が、前記回収空間部内の前記電解液の液量が所定の上限以上になったことを検知したとき、前記送液ポンプ制御部が前記送液ポンプを起動し、前記送液ポンプが送液を開始する電解液流通型電池。 - 前記液量検知手段が、前記回収空間部内の前記電解液の液量が所定の下限以下になったことを検知したとき、前記送液ポンプ制御部が前記送液ポンプを停止し、前記送液ポンプが送液を停止することを特徴とする請求項17に記載の電解液流通型電池。
- 前記送液ポンプ制御部がタイマーを有し、
前記タイマーにより前記送液ポンプの起動から所定の時間が経過したことを検知したとき、前記送液ポンプ制御部が前記送液ポンプを停止し、前記送液ポンプが送液を停止する請求項17に記載の電解液流通型電池。 - レドックスフロー電池である請求項1〜請求項19のいずれか一項に記載の電解液流通型電池。
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