JP6430683B2 - レドックスフロー電池の運転方法 - Google Patents
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Description
本願は、2016年12月19日に、日本に出願された特願2016−245563号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
[1] 正極、負極および隔膜を有し、正極に正極電解液を供給し、負極に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の運転方法であって、前記正極電解液及び前記負極電解液のいずれかの、又は両方の流量を、1/60〜10秒の周期で変動させて電解液を供給する工程を有することを特徴とするレドックスフロー電池の運転方法。
上記第一の態様のレドックスフロー電池の運転方法は、以下の特徴を有する事も好ましい。
[2] 前記変動の振幅が、供給される電解液の平均流量の10%以上である、前項[1]に記載のレドックスフロー電池の運転方法。
[3] 前記正極電解液および前記負極電解液の両方の流量を変動させる、前項[1]または[2]に記載のレドックスフロー電池の運転方法。
[4] 前記両電解液の流量の変動が同期している、前項[3]に記載のレドックスフロー電池の運転方法。
なお状況に応じて、上記流量を変動する周期は上記範囲内で選択できる。例を挙げれば、1/10秒〜9秒の周期で変動させてもよいし、また異なる状況において、2〜8秒の周期で変動させて供給してもよく、1/60〜60/60秒の周期で変動させて供給してもよい。
より具体的な例を挙げれば、流量を変動させる工程が、電解液の供給を行うサブ工程Aと、供給を行わない(停止する)サブ工程Bを有しても良い。サブ工程Aは1/60〜10秒の範囲の時間で行われ、サブ工程Bは1/60〜10秒の範囲の時間で行われ、サブ工程Aとサブ工程Bが交互に複数回行われても良い。前記周期は、上記の例として述べた周期であっても良い。サブ工程Aとサブ工程Bの組み合わせにおける各工程の条件を途中で1回、又は2回以上の回数で変更しても良い。あるいは、それぞれ2種類以上のサブ工程Aとサブ工程Bの組合わせがあり、必要に応じてこれらを組み合わせて、例えば交互に、複数回毎に順番に、あるいはランダムに行って、運転しても良い。
サブ工程Aとサブ工程Bの時間は、サブ工程Aとサブ工程Bが同じ長さの時間であっても良く、あるいは、サブ工程Aの方がサブ工程Bよりも長くても良いし、あるいは短くても良い。
サブ工程Cとサブ工程Dの時間は、サブ工程Cとサブ工程Dが同じ長さの時間であっても良く、あるいは、サブ工程Cの方がサブ工程Dよりも長くても良いし、あるいは短くても良い。 なお上記サブ工程Aとサブ工程Bの組み合わせと、サブ工程Cとサブ工程Dの組み合わせは、互いに組み合わせても良い。
本発明のレドックスフロー電池の運転方法は、充電工程と放電工程を含むが、流量を変動させて電解液を供給する工程は、充電工程と放電工程の両方で行われても良いし、又はどちらか一方でのみ行われても良い。
(セル構成)
図1の構成をしたレドックスフロー電池のセルを用いた。このセルの正極室3の入口ノズル7を、テフロン(登録商標)チューブ(内径5mm、長さ20cm)で正極用送液ポンプ(図示略)に繋ぎ、該送液ポンプの吸入側を正極液タンク(図示略)に繋いだ。また、セルの正極室3の出口ノズル8から正極電解液が正極液タンクに戻るように、出口ノズル8と正極液タンクとを、テフロン(登録商標)チューブ(内径5mm、長さ200cm)で繋いだ。負極側も同様のチューブを用い、負極室11の入口ノズル14を負極用送液ポンプに繋ぎ、該送液ポンプの吸入側を負極液タンクに繋いだ。また、負極室11の出口ノズル15から負極電解液が負極液タンクに戻るように、出口ノズル15と負極液タンクとを、テフロン(登録商標)チューブで繋いだ。さらに、正極液流入樋4部分のガスケット16から入口ノズル7の開口部に、また、負極液流入樋12部分のガスケット16から入口ノズル14の開口部に、それぞれ圧力センサを挿入した。なお、前記ポンプはいずれも渦巻きポンプを用いた。
正極電解液として、4価のバナジウムイオン1.8mol/Lを含む4.5mol/L硫酸水溶液を用いた。負極電解液として、3価のバナジウムイオン濃度1.8mol/Lを含む4.5mol/L硫酸水溶液を用いた。電解液量はそれぞれ200mLとした。
このように正極電解液および負極電解液を循環させながら、電流密度100mA/cm2で充電を行った。電圧が1.75Vになったところで充電をやめ、続いて100mA/cm2で放電を行い、電圧が1.0Vになったところで放電終了とした。
一般に、電極に、ゴミや気泡などが蓄積すると、その有効面積が失われ、内部抵抗が上がり、電力効率が低下する。そのため、充電と放電を繰り返して、10サイクル目の電力効率を求めた。
電力効率(%)={放電電圧(V)×放電電流(A)×放電時間(h)}/{充電電圧(V)×充電電流(A)×充電時間(h)}×100
その際、20サイクル目及び100サイクル目の電力効率を測定した。
電力効率の結果を表1に示す。
次のことを除き、比較例1と同様に実験を行った。
渦巻きポンプの代わりに、プランジャーポンプを用いた。また、比較例1で用いたセルは、400mL/分の流量で支障なく使用できるものであったことから、正極室3および負極室11に、同時に、それぞれ正極電解液および負極電解液を以下のように供給した。
1)10サイクル目まで、400mL/分の流量で1秒間供給し、次に7秒間供給を停止することを繰り返し、平均50mL/分の流量で供給した。
2)11サイクル目以降、400mL/分の流量で3秒間供給し、1秒間供給を停止することを繰り返し、平均300mL/分の流量で供給した。
電力効率の結果を表1に示す。
次のことを除き、実施例1と同様に実験を行った。
正極室3および負極室11に、同時に、それぞれ正極電解液および負極電解液を以下のように供給した。
1)10サイクル目まで、55mL/分の流量で0.2秒間供給し、次に45mL/分の流量で0.2秒間供給することを繰り返し、平均50mL/分の流量で供給した。
2)11サイクル目以降、330mL/分の流量で0.5秒間供給し、次に270mL/分の流量で0.5秒間供給することを繰り返し、平均300mL/分の流量で供給した。
4 正極液流入樋
5 正極液流出樋
6 隔膜
7 正極液入口ノズル
8 正極液出口ノズル
11 負極室
12 負極液流入樋
13 負極液流出樋
14 負極液入口ノズル
15 負極液出口ノズル
16 ガスケット
17 正極集電板
18 負極集電板
Claims (6)
- 正極、負極および隔膜を有し、正極に正極電解液を供給し、負極に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の運転方法であって、
前記正極電解液及び前記負極電解液のいずれかの、又は両方の流量を、1/60〜10秒の周期で変動させて電解液を供給する工程を有することを特徴とするレドックスフロー電池の運転方法。 - 前記変動の振幅が、供給される電解液の平均流量の10%以上である、請求項1に記載のレドックスフロー電池の運転方法。
- 前記正極電解液および前記負極電解液の両方の流量を変動させる、請求項1または2に記載のレドックスフロー電池の運転方法。
- 前記両電解液の流量の変動が同期している、請求項3に記載のレドックスフロー電池の運転方法。
- 前記電解液を供給する工程が、電解液の供給を行うサブ工程と、供給を停止するサブ工程とを有する、請求項1〜4のいずれかに記載のレドックスフロー電池の運転方法。
- 前記電解液を供給する工程が、電解液を供給するサブ工程と、前記サブ工程よりも少ない流量で電解液を供給するサブ工程とを有する、請求項1〜5のいずれかに記載のレドックスフロー電池の運転方法。
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