JP5769010B2 - レドックスフロー電池 - Google Patents
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Description
構成(1)
上記正極タンクに、充電時に正極電解液を上記電池要素に供給する正極充電用配管と、放電時に正極電解液を上記電池要素に供給する正極放電用配管とがそれぞれ接続されている。
上記正極充電用配管の一端が上記正極タンク内の正極電解液の液面寄りの位置に開口している。
上記正極放電用配管の一端が上記正極タンクの底部寄りの位置に開口している。
構成(2)
上記負極タンクに、充電時に負極電解液を上記電池要素に供給する負極充電用配管と、放電時に負極電解液を上記電池要素に供給する負極放電用配管とがそれぞれ接続されている。
上記負極充電用配管の一端が上記負極タンクの底部寄りの位置に開口している。
上記負極放電用配管の一端が上記負極タンク内の負極電解液の液面寄りの位置に開口している。
図1を参照して、実施形態1のRF電池1Aを説明する。実施形態1のRF電池1Aは、上述の基本的な構成を具え、正極活物質としてマンガンイオンを含有する電解液を正極電解液に用いる点、正極側の上流配管を二つ具える点を特徴とする。以下、この特徴点を中心に説明する。
正極電解液は、2価のマンガンイオン(Mn2+)及び3価のマンガンイオン(Mn3+)から選択される少なくとも一種のマンガンイオンを含有するものが挙げられる。本発明者らが調べた結果、MnO2も活物質として利用できるとの知見を得たことから、4価のマンガン(MnO2)を更に含有することを許容する。
RF電池1Aに具える正極タンク10には、上流配管として、正極充電用配管11cと正極放電用配管11dとの2本の配管がそれぞれ接続されており、各配管11c,11dのタンク10側の開口箇所が異なる。
次に、上記構成を具えるRF電池1Aを充放電運転する方法を具体的に説明する。マンガンイオンを含有する正極電解液は、充電されたマンガンイオン(Mn3+)が、その比重により正極タンク10の底部側に集まり易く、未充電状態のマンガンイオン(Mn2+)がタンク10の液面側に集まり易くなっている。そこで、充電時には、正極タンク10の液面側(上方側)に取り付けられた正極充電用配管11c及び正極ポンプ50cによって、正極電解液を電池要素100cに供給する。一方、放電時には、正極タンク10の底部側(下方側)に取り付けられた正極放電用配管11d及び正極ポンプ50dによって、正極電解液を電池要素100cに供給する。
マンガンイオンを含有する正極電解液を用いるRF電池1Aは、充電時と放電時とで、正極電解液を電池要素100cに供給する配管を異ならせることで、電解液を効率よく利用できる。具体的には、RF電池1Aは、充電時、正極タンク10内の液面側に集まっている正極電解液、つまり、マンガンイオン(Mn2+)が相対的に多く十分に充電されていない状態(放電状態)にある正極電解液を電池要素100cに供給することができる。また、RF電池1Aは、放電時、正極タンク10内の底部側に集まっている正極電解液、つまり、マンガンイオン(Mn3+)が相対的に多く十分に充電された状態にある正極電解液を電池要素100cに供給することができる。そのため、RF電池1Aは、過充電を低減したり、充電時間や放電時間を十分に確保することができることから、長期に亘り、高い起電力を有することができる。
図1(B)に示す実施形態2のRF電池1Bの基本的構成は、実施形態1のRF電池1Aと同様である。実施形態2のRF電池1Bは、図1(A)に示す実施形態1のRF電池1Aの構成に加えて、正極充電用配管11c・正極放電用配管11dのそれぞれに開閉弁51c,51dを具える点が異なる。以下、この相違点を中心に説明し、実施形態1のRF電池1Aと共通する構成及び効果は詳細な説明を省略する。
図2を参照して、正極側の上流配管の別の形態を説明する。図2に示す実施形態3〜5のRF電池1C〜1Eの基本的な構成は、実施形態1のRF電池1Aと同様であり、主たる相違点は、正極側の上流配管の構成にある。以下、この相違点を中心に説明し、実施形態1のRF電池1Aと共通する構成及び効果は詳細な説明を省略する。
図3を参照して、正極側の下流配管の別の形態を説明する。図3に示す実施形態6のRF電池1Fの基本的な構成は、実施形態5のRF電池1E(図2(C))と同様であり、主たる相違点は、正極側の下流配管の構成にある。以下、この相違点を中心に説明し、実施形態5のRF電池1Eと共通する構成及び効果は詳細な説明を省略する。
図4を参照して、負極側の上流配管の別の形態を説明する。図4(A)に示す実施形態7のRF電池1Gは、電池要素100c及び正極側の配管構造については、実施形態3のRF電池1C(図2(A))と同様である。つまり、RF電池1Gは、正極充電用配管11c・正極放電用配管11d・正極共通配管12・二つの正極ポンプ50c,50d・三方弁52を具える。実施形態7のRF電池1Gは、負極活物質としてチタンイオンを含有する電解液を負極電解液に用いる点、負極側の上流配管を二つ具える点を特徴とする。以下、この特徴点を中心に説明し、実施形態3のRF電池1Cと共通する構成及び効果は詳細な説明を省略する。
負極電解液は、3価のチタンイオン(Ti3+)及び4価のチタンイオン(Ti4+、TiO2+など)の少なくとも一種のチタンイオンを含有する形態が挙げられる。更に、2価のチタンイオンを含有していてもよい。
RF電池1Gに具える負極タンク20には、上流配管として、負極充電用配管21cと負極放電用配管21dとの2本の配管がそれぞれ接続されており、各配管21c,21dのタンク20側の開口箇所が異なる。
上記構成を具えるRF電池1Gを充放電運転する方法を具体的に説明する。チタンイオンを含有する負極電解液は、充電されたチタンイオン(Ti3+)が、その比重により負極タンク20の液面側に集まり易く、未充電状態のチタンイオン(Ti4+など)がタンク20の底部側に集まり易くなっている。そこで、充電時には、負極タンク20の底部側(下方側)に取り付けられた負極充電用配管21c及び負極ポンプ60cによって、負極電解液を電池要素100cに供給する。一方、放電時には、負極タンク20の液面側(上方側)に取り付けられた負極放電用配管21d及び負極ポンプ60dによって、負極電解液を電池要素100cに供給する。
チタンイオンを含有する負極電解液を用いるRF電池1Gは、充電時と放電時とで、負極電解液を電池要素100cに供給する配管を異ならせることで、電解液を効率よく利用できる。具体的には、RF電池1Gは、充電時、負極タンク20内の底部側に集まっている負極電解液、つまり、チタンイオン(Ti4+など)が相対的に多く十分に充電されていない状態(放電状態)にある負極電解液を電池要素100cに供給することができる。また、RF電池1Gは、放電時、負極タンク20内の液面側に集まっている負極電解液、つまり、チタンイオン(Ti3+)が相対的に多く十分に充電された状態にある負極電解液を電池要素100cに供給することができる。そのため、RF電池1Gは、過充電を低減したり、充電時間や放電時間を十分に確保することができることから、長期に亘り、高い起電力を有することができる。
図4(B)に示す実施形態8のRF電池1Hの基本的構成は、実施形態7のRF電池1Gと同様であり、図4(B)に示すRF電池1Hは、実施形態7のRF電池1Gの構成に加えて、負極充電用配管21c・負極放電用配管21dのそれぞれに開閉弁61c,61dを具えている。つまり、実施形態8のRF電池1Hに具える負極側の上流配管は、実施形態2のRF電池1B(図1(B))に具える正極側の上流配管に類似の構造であり、配管21c,21dの負極タンク20側の接続位置(開口位置)が異なる。
図5を参照して、負極側の上流配管の別の形態を説明する。図5に示す実施形態9,10のRF電池1I,1Jの基本的な構成は、実施形態7のRF電池1G(図4(A))と同様であり、主たる相違点は、負極側の上流配管の構成にある。以下、この相違点を中心に説明し、実施形態7のRF電池1Gと共通する構成及び効果は詳細な説明を省略する。
図6を参照して、負極側の上流配管の別の形態を説明する。図6に示す実施形態11のRF電池1Kでは、負極充電用配管21c及び負極放電用配管21dが接続される負極共通配管22に一つの負極ポンプ60が取り付けられ、各配管21c,21dには、ポンプが取り付けられていない。また、負極共通配管22において両配管21c,21dとの接続箇所には、三方弁62が取り付けられている。
図7を参照して、連通管を具える実施形態12のRF電池1Lを説明する。RF電池1Lの基本的な構成は、図6に示す実施形態11のRF電池1Kと同様である。即ち、RF電池1Lは、正極側の上流配管として、正極充電用配管11c及び正極放電用配管11dを具え、負極側の上流配管として、負極充電用配管21c及び負極放電用配管21dを具える。更に、RF電池1Lは、正極タンク10の液相と負極タンク20の液相とを連通する連通管80を具える。また、RF電池1Lは、正極電解液及び負極電解液が共通の金属イオン種を具える。以下、RF電池1Lの特徴点である連通管80及び電解液を中心に説明し、実施形態11のRF電池1Kと共通する構成及び効果は詳細な説明を省略する。
10 正極タンク 11c 正極充電用配管 11d 正極放電用配管
12 正極共通配管 13 正極リターン配管 14 正極共通リターン配管
15c 正極充電用リターン配管 15d 正極放電用リターン配管
50,50c,50d 正極ポンプ 51c,51d 開閉弁 52,55 三方弁
53c,53d 逆止弁
20 負極タンク 21 負極供給配管 21c 負極充電用配管
21d 負極放電用配管
22 負極共通配管 23 負極リターン配管 24 負極共通リターン配管
25c 負極充電用リターン配管 25d 負極放電用リターン配管
60,60c,60d 負極ポンプ 61c,61d 開閉弁 62,65 三方弁
63c,63d 逆止弁
80 連通管 81 開閉弁
100c 電池要素 101 隔膜 102 正極セル 103 負極セル
Claims (9)
- 正極電極と、負極電極と、これら電極間に介在される隔膜とを具える電池要素に、正極タンク内の正極電解液及び負極タンク内の負極電解液をそれぞれ供給して充放電を行うレドックスフロー電池であって、
前記正極電解液と前記負極電解液とは、共通の金属イオン種を含有し、
前記共通の金属イオン種が、マンガンイオン及びチタンイオンであり、
前記正極タンクには、充電時に正極電解液を前記電池要素に供給する正極充電用配管と、放電時に正極電解液を前記電池要素に供給する正極放電用配管とがそれぞれ接続され、
前記正極充電用配管の一端は、前記正極タンク内の正極電解液の液面寄りの位置に開口し、
前記正極放電用配管の一端は、前記正極タンクの底部寄りの位置に開口しているレドックスフロー電池。 - 正極電極と、負極電極と、これら電極間に介在される隔膜とを具える電池要素に、正極タンク内の正極電解液及び負極タンク内の負極電解液をそれぞれ供給して充放電を行うレドックスフロー電池であって、
前記正極電解液と前記負極電解液とは、共通の金属イオン種を含有し、
前記共通の金属イオン種が、マンガンイオン及びチタンイオンであり、
前記負極タンクには、充電時に負極電解液を前記電池要素に供給する負極充電用配管と、放電時に負極電解液を前記電池要素に供給する負極放電用配管とがそれぞれ接続され、
前記負極充電用配管の一端は、前記負極タンクの底部寄りの位置に開口し、
前記負極放電用配管の一端は、前記負極タンク内の負極電解液の液面寄りの位置に開口しているレドックスフロー電池。 - 正極電極と、負極電極と、これら電極間に介在される隔膜とを具える電池要素に、正極タンク内の正極電解液及び負極タンク内の負極電解液をそれぞれ供給して充放電を行うレドックスフロー電池であって、
前記正極電解液と前記負極電解液とは、共通の金属イオン種を含有し、
前記共通の金属イオン種が、マンガンイオン及びチタンイオンであり、
前記正極タンクには、充電時に正極電解液を前記電池要素に供給する正極充電用配管と、放電時に正極電解液を前記電池要素に供給する正極放電用配管とがそれぞれ接続され、
前記正極充電用配管の一端は、前記正極タンク内の正極電解液の液面寄りの位置に開口し、
前記正極放電用配管の一端は、前記正極タンクの底部寄りの位置に開口し、
前記負極タンクには、充電時に負極電解液を前記電池要素に供給する負極充電用配管と、放電時に負極電解液を前記電池要素に供給する負極放電用配管とがそれぞれ接続され、
前記負極充電用配管の一端は、前記負極タンクの底部寄りの位置に開口し、
前記負極放電用配管の一端は、前記負極タンク内の負極電解液の液面寄りの位置に開口しているレドックスフロー電池。 - 正極及び負極のうち、同じ極の充電用配管の他端と放電用配管の他端とが一つの共通配管の一端に接続され、この共通配管を経て前記電池要素に当該極の電解液を供給し、
前記共通配管に接続された前記充電用配管及び前記放電用配管にはそれぞれ、前記電解液を圧送するためのポンプが取り付けられ、
前記共通配管において前記充電用配管及び前記放電用配管との接続箇所には三方弁が取り付けられている請求項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。 - 正極及び負極のうち、同じ極の充電用配管の他端と放電用配管の他端とが一つの共通配管の一端に接続され、この共通配管を経て前記電池要素に当該極の電解液を供給し、
前記共通配管に接続された前記充電用配管及び前記放電用配管にはそれぞれ、前記電解液を圧送するためのポンプ及び逆止弁が取り付けられている請求項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。 - 正極及び負極のうち、同じ極の充電用配管の他端と放電用配管の他端とは一つの共通配管の一端に接続され、この共通配管を経て前記電池要素に当該極の電解液を供給し、
前記共通配管において前記充電用配管及び前記放電用配管との接続箇所に三方弁が取り付けられ、かつ、前記共通配管において前記三方弁と前記電池要素との間に前記電解液を圧送するためのポンプが取り付けられている請求項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。 - 前記正極タンクには、充電時に前記電池要素からの正極電解液を当該タンクに戻す正極充電用リターン配管と、放電時に前記電池要素からの正極電解液を当該タンクに戻す正極放電用リターン配管とがそれぞれ接続され、
前記正極充電用リターン配管の一端は、前記正極タンクの底部寄りの位置に開口し、
前記正極放電用リターン配管の一端は、前記正極タンク内の正極電解液の液面寄りの位置に開口し、
前記正極充電用リターン配管の他端と前記正極放電用リターン配管の他端とが一つの正極共通リターン配管の一端に接続され、この正極共通リターン配管を経て前記電池要素からの正極電解液が前記正極充電用リターン配管及び前記正極放電用リターン配管にそれぞれ送られ、
前記正極共通リターン配管において前記正極充電用リターン配管及び前記正極放電用リターン配管との接続箇所には三方弁が取り付けられている請求項1又は請求項3に記載のレドックスフロー電池。 - 前記負極タンクには、充電時に前記電池要素からの負極電解液を当該タンクに戻す負極充電用リターン配管と、放電時に前記電池要素からの負極電解液を当該タンクに戻す負極放電用リターン配管とがそれぞれ接続され、
前記負極充電用リターン配管の一端は、前記負極タンク内の負極電解液の液面寄りの位置に開口し、
前記負極放電用リターン配管の一端は、前記負極タンクの底部寄りの位置に開口し、
前記負極充電用リターン配管の他端と前記負極放電用リターン配管の他端とが一つの負極共通リターン配管の一端に接続され、この負極共通リターン配管を経て前記電池要素からの負極電解液が前記負極充電用リターン配管及び前記負極放電用リターン配管にそれぞれ送られ、
前記負極共通リターン配管において前記負極充電用リターン配管及び前記負極放電用リターン配管との接続箇所には三方弁が取り付けられている請求項2又は請求項3に記載のレドックスフロー電池。 - 前記正極タンク内の液相と前記負極タンク内の液相とを連通する連通管を具え、
前記連通管の一端は、前記正極タンク内の正極電解液の液面寄りの位置に開口し、
前記連通管の他端は、前記負極タンクの底部寄りの位置に開口している請求項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。
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