JP6935816B2 - Aqueous secondary battery, charging / discharging method of aqueous secondary battery, electrolytic solution for aqueous secondary battery, flow battery system and power generation system - Google Patents

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Description

本発明は、水溶液系二次電池、水溶液系二次電池の充放電方法、水溶液系二次電池用電解液、フロー電池システム及び発電システムに関する。 The present invention relates to an aqueous solution-based secondary battery, a charging / discharging method for an aqueous solution-based secondary battery, an electrolytic solution for an aqueous solution-based secondary battery, a flow battery system, and a power generation system.

近年、地球環境問題は深刻さを増しており、化石燃料に依存しない持続可能な社会の実現が強く求められている。特に大気中の二酸化炭素増加による地球温暖化は、地球規模での大きな課題となっている。そのため、発電時に二酸化炭素を排出しない風力や太陽光などの再生可能エネルギーの普及が、今後も世界的に促進されることが予想される。しかし、再生可能エネルギーは天候によって大きく出力が変動するので、そのままでは安定的な利用が困難である。そこでこの変動を平準化するため、安全・安価で大型化に適する電力貯蔵用蓄電デバイスの需要が高まっている。 In recent years, global environmental problems have become more serious, and there is a strong demand for the realization of a sustainable society that does not depend on fossil fuels. In particular, global warming due to an increase in carbon dioxide in the atmosphere has become a major issue on a global scale. Therefore, it is expected that the spread of renewable energies such as wind power and solar power, which do not emit carbon dioxide during power generation, will continue to be promoted worldwide. However, since the output of renewable energy fluctuates greatly depending on the weather, it is difficult to use it in a stable manner as it is. Therefore, in order to level this fluctuation, there is an increasing demand for a power storage storage device that is safe, inexpensive, and suitable for upsizing.

電力貯蔵用の大容量蓄電デバイスとしては、ナトリウム硫黄(NAS)電池、鉛蓄電池、レドックスフロー電池等がある。NAS電池は大容量で長寿命であるため、ピークシフト用途、再生可能エネルギー電力の系統連携用途等への利用が提案されている。鉛蓄電池は、100年以上の歴史に裏打ちされた高い信頼性があり、単位蓄電容量当たりのコストが低く大型化に有利であるため、家庭用、事業所用等の夜間電力利用、再生可能エネルギー発電所の平準化などの幅広い用途に提案されている。レドックスフロー電池は、タンクの容量を増やすことで大容量化も容易に行えるため、電力貯蔵用途に適している。 Large-capacity storage devices for power storage include sodium-sulfur (NAS) batteries, lead-acid batteries, redox flow batteries, and the like. Since NAS batteries have a large capacity and a long life, they have been proposed to be used for peak shift applications, grid linkage applications of renewable energy power, and the like. Lead-acid batteries are highly reliable, backed by a history of more than 100 years, have a low cost per unit storage capacity, and are advantageous for upsizing. Therefore, they use nighttime power for households and businesses, and generate renewable energy. It has been proposed for a wide range of applications such as leveling of places. Redox flow batteries are suitable for power storage applications because they can be easily increased in capacity by increasing the capacity of the tank.

一方で、各種蓄電デバイスには短所も存在する。NAS電池は動作温度が300℃と高温であるため、発火の危険があるうえに、発火すると亜硫酸ガス等の有毒ガスを発生する危険がある。鉛蓄電池は、体積エネルギー密度が低いため、広大な設置面積を必要とする上に、RoHS指令に代表されるように鉛が世界的に規制の対象となっていることから、将来的に規制対象となることも考えられる。レドックスフロー電池は、水溶液系電解質であれば発火の危険は低く安全性が高いものの、従来のバナジウムなどの金属イオンを正負極活物質とした場合は体積エネルギー密度が低いことが課題である。 On the other hand, various power storage devices also have disadvantages. Since the operating temperature of NAS batteries is as high as 300 ° C., there is a risk of ignition, and there is a risk of generating toxic gas such as sulfurous acid gas when ignited. Lead-acid batteries have a low volumetric energy density, so they require a large installation area, and lead is subject to global regulation as represented by the RoHS Directive, so it will be subject to regulation in the future. It is also possible that A redox flow battery has a low risk of ignition and high safety if it is an aqueous electrolyte, but it has a problem that its volumetric energy density is low when a conventional metal ion such as vanadium is used as a positive or negative electrode active material.

そこで、安全性が高いことと、重量及び体積エネルギー密度が高いことを両立した大容量蓄電デバイスの開発が待たれている。中でも、ヨウ化物イオン(I)を電極活物質として用いた大容量蓄電デバイスは、安全性と高エネルギー密度化を達成しうる大容量蓄電デバイスとして種々の検討がなされている。Therefore, the development of a large-capacity power storage device that has both high safety and high weight and volumetric energy density is awaited. Among them, a large-capacity power storage device using iodide ion (I ) as an electrode active material has been studied in various ways as a large-capacity power storage device capable of achieving safety and high energy density.

例えば、特許文献1には、負極活物質にクロムイオン、正極活物質にハロゲンイオンを用いるレドックスフロー電池が開示されている。ハロゲンイオンとしてヨウ化物イオンを用いることも開示されている。
特許文献2には、ハロゲンオキソ酸化合物の水溶液を負極電解液として用いたレドックスフロー電池が開示されている。ハロゲンオキソ酸化合物にはヨウ素酸塩も含まれており、ヨウ素酸イオンとヨウ化物イオンとの酸化還元反応を用いることについても言及されている。
特許文献3及び非特許文献1には、金属イオンとヨウ化物イオンポリマーを電解液の成分とするレドックスフロー電池が開示されている。特に非特許文献1には、ヨウ化亜鉛を活物質とする水溶液系電解液にエタノール又はエチレングリコールを添加し、これによりヨウ素の析出を抑制することが開示されている。
For example, Patent Document 1 discloses a redox flow battery in which a chromium ion is used as a negative electrode active material and a halogen ion is used as a positive electrode active material. It is also disclosed that iodide ions are used as halogen ions.
Patent Document 2 discloses a redox flow battery using an aqueous solution of a halogen oxoacid compound as a negative electrode electrolytic solution. The halogen oxo acid compound also contains iodate, and it is also mentioned that the oxidation-reduction reaction between iodate ion and iodide ion is used.
Patent Document 3 and Non-Patent Document 1 disclose a redox flow battery containing a metal ion and an iodide ion polymer as components of an electrolytic solution. In particular, Non-Patent Document 1 discloses that ethanol or ethylene glycol is added to an aqueous electrolytic solution containing zinc iodide as an active material, thereby suppressing the precipitation of iodine.

特開昭61−24172号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-24172 特表2016−520982号公報Special Table 2016-520982 米国特許出願公開第2015/0147673号U.S. Patent Application Publication No. 2015/01476773

B.Li et al.,Nature commun.,6,6303(2015)B. Li et al. , Nature commun. , 6,6303 (2015)

ヨウ化物イオンは水への溶解度が高く、酸化還元反応が生じやすいため、水を電解液として用いる水溶液系二次電池の高エネルギー密度化と優れた電池特性を達成しうる電極活物質として期待できる。しかしながら、電解液中のヨウ化物イオンは酸化反応によって電極表面へヨウ素(I)として析出して皮膜を形成し、様々な問題を生じる場合がある。例えば、電極表面に形成されたヨウ素皮膜が高抵抗化することで、電池としての充電電流値に対応する酸化電流値が低下するおそれがある。また、ヨウ素皮膜から水溶液中に拡散したヨウ素の分子が系外に昇華することで電解液中の活物質量が減少し、電池容量が低下するおそれがある。さらに、電解液を流動させて充放電を行うレドックスフロー電池の場合は、ヨウ素皮膜により電解液の流路が塞がれてしまうおそれがある。
一方、水溶液系二次電池は一般に、低充電率の状態では充電反応生成物の電解液中の濃度が希薄なため、充分な放電出力が得られない場合がある。
Since iodide ions have high solubility in water and are prone to redox reaction, they can be expected as an electrode active material that can achieve high energy density and excellent battery characteristics of an aqueous secondary battery using water as an electrolytic solution. .. However, iodide ions in the electrolytic solution may precipitate as iodine (I 2 ) on the electrode surface by an oxidation reaction to form a film, which may cause various problems. For example, the iodine film formed on the electrode surface has a high resistance, which may reduce the oxidation current value corresponding to the charging current value of the battery. In addition, the iodine molecules diffused from the iodine film into the aqueous solution sublimate out of the system, which may reduce the amount of active material in the electrolytic solution and reduce the battery capacity. Further, in the case of a redox flow battery in which the electrolytic solution is flowed to charge and discharge, the flow path of the electrolytic solution may be blocked by the iodine film.
On the other hand, in an aqueous solution-based secondary battery, in a low charge rate state, the concentration of the charge reaction product in the electrolytic solution is generally low, so that a sufficient discharge output may not be obtained.

本発明は、電極表面へのヨウ素皮膜の形成が抑制され、かつ低充電率での放電特性に優れる水溶液系二次電池及び水溶液系二次電池の充電方法、これらに使用される水溶液系二次電池用電解液、及びこれらを用いたフロー電池システム及び発電システムを提供することを目的とする。 The present invention provides a method for charging an aqueous solution-based secondary battery and an aqueous solution-based secondary battery in which the formation of an iodine film on the electrode surface is suppressed and excellent in discharge characteristics at a low charge rate, and an aqueous solution-based secondary battery used for these. An object of the present invention is to provide an electrolytic solution for a battery, and a flow battery system and a power generation system using the same.

<1>正極と、負極と、正極電解液と、負極電解液と、隔膜とを備え、前記正極電解液及び前記負極電解液の少なくともいずれか一方はヨウ化物イオンと、前記ヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離可能な有機化合物とを含む、水溶液系二次電池。
<2>前記有機化合物の含有率は、前記有機化合物を含む前記正極電解液及び前記負極電解液の少なくともいずれか一方の1体積%〜50体積%である、<1>に記載の水溶液系二次電池。
<3>前記有機化合物はケトン、カルボン酸エステル及び炭酸エステルから選択される少なくとも1種を含む、<1>又は<2>に記載の水溶液系二次電池。
<4>前記有機化合物はメチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル及び炭酸プロピレンからなる群より選択される少なくとも1種を含む、<1>〜<3>のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。
<5>前記正極電解液を収容する正極活物質反応槽と、前記負極電解液を収容する負極活物質反応槽と、正極電解液貯蔵タンクと、負極電解液貯蔵タンクと、正極電解液送液ポンプと、負極電解液送液ポンプと、をさらに備え、前記正極電解液送液ポンプは前記正極電解液貯蔵タンクと前記正極活物質反応槽との間で前記正極電解液を循環することができるように構成されており、前記負極電解液送液ポンプは前記負極電解液貯蔵タンクと前記負極活物質反応槽との間で前記負極電解液を循環することができるように構成されている、<1>〜<6>のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。
<6>前記正極電解液が前記ヨウ化物イオンと前記有機化合物とを含み、前記負極電解液が負極活物質を含む、<1>〜<5>のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。
<7>前記負極活物質は亜鉛、クロム、チタン、鉄、スズ、バナジウム、鉛、マンガン、コバルト、ニッケル、銅及びリチウムからなる群より選択される少なくとも1種の金属イオンを含む、<6>に記載の水溶液系二次電池。
<8>前記負極活物質は亜鉛イオンを含む、<6>又は<7>に記載の水溶液系二次電池。
<9>正極と、負極と、電解液とを備え、前記電解液はヨウ化物イオンと、負極活物質と、前記ヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離可能な有機化合物と、を含む、水溶液系二次電池。
<10>前記有機化合物の含有率は前記電解液の1体積%〜50体積%である、<9>に記載の水溶液系二次電池。
<11>前記有機化合物はケトン、カルボン酸エステル及び炭酸エステルから選択される少なくとも1種を含む、<9>又は<10>に記載の水溶液系二次電池。
<12>前記有機化合物はメチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル及び炭酸プロピレンからなる群より選択される少なくとも1種を含む、<9>〜<11>のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。
<13>前記負極活物質は亜鉛、クロム、チタン、鉄、スズ、バナジウム、鉛、マンガン、コバルト、ニッケル、銅及びリチウムからなる群より選択される少なくとも1種の金属イオンを含む、<9>〜<12>のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。
<14>前記負極活物質は亜鉛イオンを含む、<9>〜<13>のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。
<15>前記正極が鉛直方向において前記負極よりも下側に位置する、<9>〜<14>のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。
<16>前記正極と前記負極との間に配置されて前記電解液を正極電解液と負極電解液とに分ける隔膜をさらに備える、<9>〜<15>のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。
<17>前記電解液を収容する活物質反応槽と、電解液貯蔵タンクと、電解液送液ポンプと、をさらに備え、前記電解液送液ポンプは前記電解液貯蔵タンクと前記活物質反応槽との間で前記電解液を循環することができるように構成されている、<9>〜<16>のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。
<18>正極活物質としてヨウ化物イオンを含む電解液を用いる水溶液系二次電池の充放電方法であって、前記電解液中に生成するヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離する工程を含む、水溶液系二次電池の充放電方法。
<19>水と、ヨウ化物イオンと、ヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離可能な有機化合物と、を含み、<18>に記載の水溶液系二次電池の充放電方法の電解液として使用される、水溶液系二次電池用電解液。
<20>前記有機化合物の含有率は前記水溶液系二次電池用電解液の1体積%〜50体積%である、<19>に記載の水溶液系二次電池用電解液。
<21>水と、ヨウ素(I)、三ヨウ化物イオン(I )及び五ヨウ化物イオン(I )からなる群より選択される少なくとも1種と、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル及び炭酸プロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の有機化合物と、を含む、水溶液系二次電池用電解液。
<22>前記有機化合物の含有率は前記水溶液系二次電池用電解液の1体積%〜50体積%である、<21>に記載の水溶液系二次電池用電解液。
<23>正極活物質としてヨウ化物イオンを含む電解液を用いる水溶液系二次電池の充放電方法であって、前記電解液中に生成するヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離する工程を含む、水溶液系二次電池の充放電方法の電解液として使用される、<21>又は<21>に記載の水溶液系二次電池用電解液。
<24><1>〜<17>のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池と、充放電を制御し、正極の充電電位を、Ag/AgCl参照電極(Cl濃度飽和)の電位を基準として1.5V以下に設定する制御部と、を備える、フロー電池システム。
<25>発電装置と、<24>に記載のフロー電池システムと、を備える発電システム。
<1> A positive electrode, a negative electrode, a positive electrode electrolytic solution, a negative electrode electrolytic solution, and a diaphragm are provided, and at least one of the positive electrode electrolytic solution and the negative electrode electrolytic solution is an iodide ion and oxidation of the iodide ion. An aqueous secondary battery containing an organic compound capable of separating the reaction product.
<2> The aqueous solution system according to <1>, wherein the content of the organic compound is 1% by volume to 50% by volume of at least one of the positive electrode electrolytic solution and the negative electrode electrolytic solution containing the organic compound. Next battery.
<3> The aqueous secondary battery according to <1> or <2>, wherein the organic compound contains at least one selected from a ketone, a carboxylic acid ester, and a carbonic acid ester.
<4> In any one of <1> to <3>, the organic compound contains at least one selected from the group consisting of methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and propylene carbonate. The aqueous secondary battery described.
<5> A positive electrode active material reaction tank containing the positive electrode electrolyte, a negative electrode active material reaction tank containing the negative electrode electrolyte, a positive electrode electrolyte storage tank, a negative electrode electrolyte storage tank, and a positive electrode electrolyte feed solution. A pump and a negative electrode electrolyte feed pump are further provided, and the positive electrode electrolyte feed pump can circulate the positive electrode electrolyte between the positive electrode electrolyte storage tank and the positive electrode active material reaction tank. The negative electrode electrolytic solution feeding pump is configured so that the negative electrode electrolytic solution can be circulated between the negative electrode electrolytic solution storage tank and the negative electrode active material reaction tank. The aqueous secondary battery according to any one of 1> to <6>.
<6> The aqueous solution-based secondary according to any one of <1> to <5>, wherein the positive electrode electrolytic solution contains the iodide ion and the organic compound, and the negative electrode electrolytic solution contains a negative electrode active material. battery.
<7> The negative electrode active material contains at least one metal ion selected from the group consisting of zinc, chromium, titanium, iron, tin, vanadium, lead, manganese, cobalt, nickel, copper and lithium, <6>. The aqueous secondary battery described in 1.
<8> The aqueous solution-based secondary battery according to <6> or <7>, wherein the negative electrode active material contains zinc ions.
<9> An aqueous solution comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution, wherein the electrolytic solution contains an iodide ion, a negative electrode active material, and an organic compound capable of separating the oxidation reaction product of the iodide ion. System secondary battery.
<10> The aqueous solution-based secondary battery according to <9>, wherein the content of the organic compound is 1% by volume to 50% by volume of the electrolytic solution.
<11> The aqueous secondary battery according to <9> or <10>, wherein the organic compound contains at least one selected from a ketone, a carboxylic acid ester, and a carbonic acid ester.
<12> In any one of <9> to <11>, the organic compound contains at least one selected from the group consisting of methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and propylene carbonate. The aqueous secondary battery described.
<13> The negative electrode active material contains at least one metal ion selected from the group consisting of zinc, chromium, titanium, iron, tin, vanadium, lead, manganese, cobalt, nickel, copper and lithium, <9>. The aqueous secondary battery according to any one of <12>.
<14> The aqueous solution-based secondary battery according to any one of <9> to <13>, wherein the negative electrode active material contains zinc ions.
<15> The aqueous solution-based secondary battery according to any one of <9> to <14>, wherein the positive electrode is located below the negative electrode in the vertical direction.
<16> The aqueous solution according to any one of <9> to <15>, further comprising a diaphragm arranged between the positive electrode and the negative electrode to separate the electrolytic solution into a positive electrode electrolytic solution and a negative electrode electrolytic solution. System secondary battery.
<17> An active material reaction tank for accommodating the electrolytic solution, an electrolytic solution storage tank, and an electrolytic solution feeding pump are further provided, and the electrolytic solution feeding pump includes the electrolytic solution storage tank and the active material reaction tank. The aqueous secondary battery according to any one of <9> to <16>, which is configured to be able to circulate the electrolytic solution between the two batteries.
<18> A method for charging and discharging an aqueous secondary battery using an electrolytic solution containing iodide ions as a positive electrode active material, which comprises a step of separating an oxidation reaction product of iodide ions generated in the electrolytic solution. , A method for charging and discharging an aqueous secondary battery.
<19> Containing water, iodide ion, and an organic compound capable of separating the iodide ion oxidation reaction product, it is used as an electrolytic solution for the charging / discharging method of the aqueous solution-based secondary battery according to <18>. Electrolyte for aqueous secondary batteries.
<20> The electrolytic solution for an aqueous solution-based secondary battery according to <19>, wherein the content of the organic compound is 1% by volume to 50% by volume of the electrolytic solution for the aqueous solution-based secondary battery.
<21> the water and iodine (I 2), triiodide (I 3 -), and penta-iodide ion (I 5 -) and at least one member selected from the group consisting of methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate , At least one organic compound selected from the group consisting of dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and propylene carbonate, and an electrolytic solution for an aqueous secondary battery.
<22> The electrolytic solution for an aqueous solution-based secondary battery according to <21>, wherein the content of the organic compound is 1% by volume to 50% by volume of the electrolytic solution for the aqueous solution-based secondary battery.
<23> A method for charging and discharging an aqueous secondary battery using an electrolytic solution containing iodide ions as a positive electrode active material, which comprises a step of separating an oxidation reaction product of iodide ions generated in the electrolytic solution. The electrolytic solution for an aqueous secondary battery according to <21> or <21>, which is used as an electrolytic solution for a method of charging and discharging an aqueous secondary battery.
<24> The aqueous secondary battery according to any one of <1> to <17>, charge / discharge is controlled, and the charging potential of the positive electrode is set to the potential of the Ag / AgCl reference electrode (Cl concentration saturation). A flow battery system including a control unit that sets the voltage to 1.5 V or less based on the above.
A power generation system including the <25> power generation device and the flow battery system according to <24>.

本発明によれば、電極表面へのヨウ素皮膜の形成が抑制され、かつ低充電率での放電特性に優れる水溶液系二次電池及び水溶液系二次電池の充電方法、これらに使用される水溶液系二次電池用電解液、及びこれらを用いたフロー電池システム及び発電システムが提供される。 According to the present invention, a method for charging an aqueous solution-based secondary battery and an aqueous solution-based secondary battery in which formation of an iodine film on the electrode surface is suppressed and excellent in discharge characteristics at a low charge rate, and an aqueous solution system used for these. An electrolytic solution for a secondary battery, and a flow battery system and a power generation system using these are provided.

第1実施形態の水溶液系二次電池の構成例を示す概略断面図である。It is schematic cross-sectional view which shows the structural example of the aqueous solution type secondary battery of 1st Embodiment. 第1実施形態の水溶液系二次電池が電解液を流動させるための装置をさらに備える場合の構成例を示す概略断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the structural example in the case where the aqueous solution type secondary battery of 1st Embodiment further includes the apparatus for flowing an electrolytic solution. 第2実施形態の水溶液系二次電池の構成例を示す概略断面図である。It is schematic cross-sectional view which shows the structural example of the aqueous solution system secondary battery of 2nd Embodiment. 第2実施形態の水溶液系二次電池が正極1と負極2の間に隔膜5をさらに備える場合の構成例を示す概略断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the structural example in the case where the aqueous solution type secondary battery of 2nd Embodiment further includes a diaphragm 5 between a positive electrode 1 and a negative electrode 2. 第2実施形態の水溶液系二次電池が電解液を流動させるための装置をさらに備える場合の構成例を示す概略断面図である。It is schematic cross-sectional view which shows the structural example in the case where the aqueous solution type secondary battery of 2nd Embodiment further includes the apparatus for flowing an electrolytic solution. フロー電池システムの構成例を示す概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which shows the structural example of the flow battery system. 発電システムの構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of the power generation system. 風力発電の発電電力短時間波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the generated power short-time waveform of the wind power generation. メチルエチルケトンを添加した電解液と添加していない電解液について行った酸化電流値の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the oxidation current value performed in the electrolytic solution which added methyl ethyl ketone and the electrolytic solution which did not add methyl ethyl ketone. ヨウ化物イオンの酸化反応生成物を含む疎水性の物質の写真である。It is a photograph of a hydrophobic substance containing an oxidation reaction product of iodide ion. 疎水性の物質中で観測された酸化電位での酸化電流値と還元電位での還元電流値を示すグラフである。It is a graph which shows the oxidation current value at an oxidation potential and the reduction current value at a reduction potential observed in a hydrophobic substance. ノーマルパルスボルタンメトリーの電位波形を示すグラフである。It is a graph which shows the potential waveform of normal pulse voltammetry. ノーマルパルスボルタモグラムを示すグラフである(パルス幅50ms)。It is a graph which shows the normal pulse voltammogram (pulse width 50ms). ノーマルパルスボルタモグラムを示すグラフである(パルス幅50ms)。It is a graph which shows the normal pulse voltammogram (pulse width 50ms). リバースパルスボルタンメトリーの電位波形を示すグラフである。It is a graph which shows the potential waveform of reverse pulse voltammetry. リバースパルスボルタモグラムを示すグラフである(初期電位0.50V、0.55V及びパルス幅50ms)。It is a graph which shows the reverse pulse voltammogram (initial potential 0.50V, 0.55V and pulse width 50ms). リバースパルスボルタモグラムを示すグラフである(初期電位0.50V、0.55V及びパルス幅50ms)。It is a graph which shows the reverse pulse voltammogram (initial potential 0.50V, 0.55V and pulse width 50ms). リバースパルスボルタモグラムであり、電解液中に含有するメチルエチルケトンの効果を示すグラフである(初期電位0.60V及びパルス幅50ms)。It is a reverse pulse voltammogram and is a graph showing the effect of methyl ethyl ketone contained in the electrolytic solution (initial potential 0.60 V and pulse width 50 ms). リバースパルスボルタモグラムであり、電解液中に含有するプロピレンカーボネートの効果を示すグラフである(初期電位0.60V及びパルス幅50ms)。It is a reverse pulse voltammogram and is a graph showing the effect of propylene carbonate contained in the electrolytic solution (initial potential 0.60 V and pulse width 50 ms). リバースパルスボルタモグラムを示すグラフである(初期電位0.90V〜1.10V及びパルス幅50ms)。It is a graph which shows the reverse pulse voltammogram (initial potential 0.90V-1.10V and pulse width 50ms). リバースパルスボルタモグラムを示すグラフである(初期電位0.90V〜1.10V及びパルス幅50ms)。It is a graph which shows the reverse pulse voltammogram (initial potential 0.90V-1.10V and pulse width 50ms). リバースパルスボルタモグラムを示すグラフである(初期電位1.40V、1.50V及びパルス幅50ms)。It is a graph which shows the reverse pulse voltammogram (initial potential 1.40V, 1.50V and pulse width 50ms). リバースパルスボルタモグラムを示すグラフである(初期電位1.40V、1.50V及びパルス幅50ms)。It is a graph which shows the reverse pulse voltammogram (initial potential 1.40V, 1.50V and pulse width 50ms). ノーマルパルスボルタモグラムを示すグラフである(パルス幅50、500及び5000ms)。It is a graph which shows the normal pulse voltammogram (pulse width 50, 500 and 5000 ms). ノーマルパルスボルタモグラムを示すグラフである(パルス幅50、500及び5000ms)。It is a graph which shows the normal pulse voltammogram (pulse width 50, 500 and 5000 ms). ノーマルパルスボルタモグラムを示すグラフであり、電解液中に含有するメチルエチルケトンの効果を示したグラフである(パルス幅5000ms)。It is a graph which shows the normal pulse voltammogram, and is the graph which showed the effect of methyl ethyl ketone contained in an electrolytic solution (pulse width 5000 ms). ノーマルパルスボルタモグラムを示すグラフであり、電解液中に含有するプロピレンカーボネートの効果を示したグラフである(パルス幅5000ms)。It is a graph which shows the normal pulse voltammogram, and is the graph which showed the effect of propylene carbonate contained in an electrolytic solution (pulse width 5000 ms). フロー電池システムの電極反応を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the electrode reaction of a flow battery system. フロー電池の正極及び負極の電流電位曲線である。It is a current potential curve of a positive electrode and a negative electrode of a flow battery.

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In the following embodiments, the components (including element steps and the like) are not essential unless otherwise specified. The same applies to the numerical values and their ranges, and does not limit the present invention.

本開示において「〜」を用いて示された数値範囲には、「〜」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において「膜」又は「皮膜」との語には、当該膜又は皮膜が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
The numerical range indicated by using "~" in the present disclosure includes the numerical values before and after "~" as the minimum value and the maximum value, respectively.
In the numerical range described stepwise in the present disclosure, the upper limit value or the lower limit value described in one numerical range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value of another numerical range described stepwise. .. Further, in the numerical range described in the present disclosure, the upper limit value or the lower limit value of the numerical range may be replaced with the value shown in the examples.
In the present disclosure, each component may contain a plurality of applicable substances. When a plurality of substances corresponding to each component are present in the composition, the content or content of each component is the total content or content of the plurality of substances present in the composition unless otherwise specified. Means quantity.
In the present disclosure, the term "membrane" or "film" is used only in a part of the region in addition to the case where the membrane or the region in which the coating exists is formed in the entire region. The case where it is formed is also included.

本開示において実施形態を図面を参照して説明する場合、当該実施形態の構成は図面に示された構成に限定されない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。 When the embodiment is described in the present disclosure with reference to the drawings, the configuration of the embodiment is not limited to the configuration shown in the drawings. Further, the size of the members in each figure is conceptual, and the relative relationship between the sizes of the members is not limited to this.

<水溶液系二次電池(第1実施形態)>
本実施形態の水溶液系二次電池は、
正極と、負極と、正極電解液と、負極電解液と、隔膜とを備え、前記正極電解液及び前記負極電解液の少なくともいずれか一方はヨウ化物イオンと、前記ヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離可能な有機化合物とを含む。
<Aqueous solution-based secondary battery (first embodiment)>
The aqueous solution-based secondary battery of the present embodiment is
A positive electrode, a negative electrode, a positive electrode electrolytic solution, a negative electrode electrolytic solution, and a diaphragm are provided, and at least one of the positive electrode electrolytic solution and the negative electrode electrolytic solution is an iodide ion and an oxidation reaction product of the iodide ion. Includes separable organic compounds.

本発明者らが検討を行った結果、上記構成を有する水溶液系二次電池は電極表面へのヨウ素皮膜の形成が抑制され、かつ低充電率での放電特性に優れることがわかった。より具体的には、電解液にヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離可能な有機化合物を含有させることで、電極表面に形成されるヨウ素皮膜の溶解が促進されるとともに、電解液から分離した酸化反応生成物を正極の還元反応に利用することで低充電率の状態でも充分な放電出力が得られることがわかった。 As a result of studies by the present inventors, it was found that the aqueous solution-based secondary battery having the above structure suppresses the formation of an iodine film on the electrode surface and has excellent discharge characteristics at a low charge rate. More specifically, by including an organic compound capable of separating the oxidation reaction product of iodide ions in the electrolytic solution, the dissolution of the iodine film formed on the electrode surface is promoted and separated from the electrolytic solution. It was found that a sufficient discharge output can be obtained even in a low charge rate state by using the oxidation reaction product for the reduction reaction of the positive electrode.

上述した特許文献のいずれにも、電解液にヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離可能な有機化合物を含有させることで、電極表面に形成されるヨウ素皮膜の溶解を促進し、かつ分離した酸化反応生成物を正極の還元反応に利用するという技術思想は記載されていない。 In all of the above-mentioned patent documents, the electrolytic solution contains an organic compound capable of separating the oxidation reaction product of iodide ions, thereby promoting the dissolution of the iodine film formed on the electrode surface and the separated oxidation. The technical idea of using the reaction product for the reduction reaction of the positive electrode is not described.

本開示において「水溶液系二次電池」とは、水に必要な成分を溶解した水溶液を電解液として用いる二次電池を意味する。具体的には、レドックスフロー電池(フロー電池)等の蓄電デバイスなどが挙げられる。 In the present disclosure, the "aqueous solution-based secondary battery" means a secondary battery in which an aqueous solution in which necessary components are dissolved in water is used as an electrolytic solution. Specific examples thereof include power storage devices such as redox flow batteries (flow batteries).

本開示において「正極電解液」とは、正極と接触している電解液を意味し、「負極電解液」とは、負極と接触している電解液を意味する。以下の説明において、正極電解液と負極電解液の両方またはいずれか一方を単に「電解液」とも称する。 In the present disclosure, the "positive electrode electrolytic solution" means an electrolytic solution in contact with the positive electrode, and the "negative electrode electrolytic solution" means an electrolytic solution in contact with the negative electrode. In the following description, the positive electrode electrolyte and / or one of the negative electrode electrolyte is also simply referred to as “electrolyte”.

本開示において「ヨウ化物イオンの酸化反応生成物」とは、ヨウ化物イオンの酸化反応によって生成する物質を意味する。例えば、ヨウ素(I)、三ヨウ化物イオン(I )、五ヨウ化物イオン(I )及びこれらの組み合わせが挙げられる。In the present disclosure, the "iodide ion oxidation reaction product" means a substance produced by the iodide ion oxidation reaction. For example, iodine (I 2 ), triiodide ion (I 3 ), pentaiodide ion (I 5 ) and combinations thereof can be mentioned.

本実施形態の水溶液系二次電池は、電解液が正極電解液と負極電解液とに分かれている。このような構成を有する水溶液系二次電池は「二液型水溶液二次電池」とも称される。 In the aqueous solution-based secondary battery of the present embodiment, the electrolytic solution is divided into a positive electrode electrolytic solution and a negative electrode electrolytic solution. An aqueous solution-based secondary battery having such a configuration is also referred to as a "two-component aqueous solution secondary battery".

本実施形態の水溶液系二次電池では、正極電解液と負極電解液のうち、少なくとも正極電解液がヨウ化物イオンと、ヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離可能な有機化合物(以下、単に「有機化合物」とも称する)とを含むことが好ましく、正極電解液がヨウ化物イオンと、有機化合物とを含み、負極電解液が負極活物質を含むことがより好ましい。 In the aqueous secondary battery of the present embodiment, of the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte, at least the positive electrode electrolyte is an organic compound capable of separating iodide ions and the oxidation reaction product of iodide ions (hereinafter, simply ". It is preferable that the positive electrode electrolyte solution contains iodide ions and an organic compound, and the negative electrode electrolyte solution contains a negative electrode active material.

本実施形態の水溶液系二次電池は、電解液に含まれる活物質としてヨウ化物イオンを用いるため、エネルギー密度に優れている。さらに、電解液に含まれる有機化合物がヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離することで、電極表面に形成されたヨウ素皮膜の溶解が促進され、ヨウ素皮膜の形成に起因する酸化電流値の低下が抑制されるとともに、ヨウ素皮膜から電解液中に拡散したI分子が系外に昇華するのを抑制する効果も期待できる。さらに、有機化合物によって分離した酸化反応生成物を正極における還元反応に利用することができるため、充電反応生成物の濃度が希薄な低充電率の状態でも高出力な放電を得ることができる。Since the aqueous secondary battery of the present embodiment uses iodide ions as the active material contained in the electrolytic solution, it is excellent in energy density. Furthermore, the organic compound contained in the electrolytic solution separates the oxidation reaction product of iodide ions, which promotes the dissolution of the iodine film formed on the electrode surface and reduces the oxidation current value due to the formation of the iodine film. Is suppressed, and the effect of suppressing the sublimation of I 2 molecules diffused from the iodine film into the electrolytic solution to the outside of the system can be expected. Further, since the oxidation reaction product separated by the organic compound can be used for the reduction reaction in the positive electrode, a high output discharge can be obtained even in a low charge rate state in which the concentration of the charge reaction product is dilute.

本実施形態の水溶液系二次電池では、有機化合物を用いて電解液に含まれるヨウ化物イオンの酸化反応生成物を選択的に分離する。有機化合物を用いてヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離する態様は特に制限されないが、電解液をヨウ化物イオンの酸化反応生成物が含まれる疎水性の物質と、バルク水溶液とに分離することが好ましい。
疎水性の物質は、例えば、有機化合物がヨウ化物イオン及びその酸化反応生成物と、カチオンと、少量の水とともにネットワーク構造を形成して得られるものであってもよい、疎水性の物質は、例えば、疎水性の液体の状態であってもよい。
In the aqueous solution-based secondary battery of the present embodiment, the oxidation reaction product of the iodide ion contained in the electrolytic solution is selectively separated by using an organic compound. The mode for separating the oxidation reaction product of iodide ion using an organic compound is not particularly limited, but the electrolytic solution is separated into a hydrophobic substance containing the oxidation reaction product of iodide ion and a bulk aqueous solution. Is preferable.
The hydrophobic substance may be, for example, an organic compound obtained by forming a network structure with iodide ion and its oxidation reaction product, a cation, and a small amount of water. For example, it may be in a hydrophobic liquid state.

疎水性の物質に対するヨウ素分子の溶解度は水に対する溶解度よりも高く、疎水性の物質中ではより安定に存在する。ヨウ素分子は昇華性を有することに加え、水に対する溶解度が1mM程度と小さい。このため、水中に存在するヨウ素分子は気液界面から容易に昇華するが、疎水性の物質中に存在するヨウ素分子は昇華が抑制される。従って、ヨウ化物イオンの酸化反応生成物を疎水性の物質として分離することで、ヨウ素分子の昇華が抑制され、電解液中のヨウ化物イオンの減少を抑制することができる。 The solubility of iodine molecules in hydrophobic substances is higher than that in water, and they are more stable in hydrophobic substances. In addition to having sublimation properties, iodine molecules have a low solubility in water of about 1 mM. Therefore, the iodine molecules present in water are easily sublimated from the gas-liquid interface, but the iodine molecules present in the hydrophobic substance are suppressed from sublimation. Therefore, by separating the iodide ion oxidation reaction product as a hydrophobic substance, the sublimation of the iodine molecule can be suppressed and the decrease of the iodide ion in the electrolytic solution can be suppressed.

ヨウ化物イオンの酸化反応生成物を疎水性の物質として分離する場合、分離された疎水性の物質には、ヨウ化物イオンの酸化反応生成物がバルク水溶液中よりも高い濃度で存在する。そのため、疎水性の物質を正極に接触させてそこに含まれる酸化反応生成物を正極の還元反応に用いることで、低充電率の状態でも高出力な放電を得ることができる。また、後述するように正極が鉛直方向にみて下部に位置するように構成する場合、バルク水溶液よりも比重が大きいために沈殿する疎水性の物質に含まれる酸化反応生成物を正極での還元反応に利用することができる。 When the iodide ion oxidation reaction product is separated as a hydrophobic substance, the iodide ion oxidation reaction product is present in the separated hydrophobic substance at a higher concentration than in the bulk aqueous solution. Therefore, by bringing a hydrophobic substance into contact with the positive electrode and using the oxidation reaction product contained therein for the reduction reaction of the positive electrode, a high output discharge can be obtained even in a low charge rate state. Further, as described later, when the positive electrode is configured to be located at the lower part when viewed in the vertical direction, the oxidation reaction product contained in the hydrophobic substance that precipitates because the specific gravity is larger than that of the bulk aqueous solution is reduced by the positive electrode. Can be used for.

有機化合物は、ヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離可能なものであれば特に制限されないが、上述した理由からヨウ化物イオンの酸化反応生成物を疎水性の物質として分離可能なものであることが好ましく、I分子に対する親和力が水よりも高い有機化合物であることがより好ましい。I分子に対する親和力が水よりも高い有機化合物は、ヨウ素皮膜に有機化合物が配位してヨウ素皮膜の溶解を促進する。このため、ヨウ素皮膜の形成をより効率よく抑制することができる。有機化合物は、疎水性の物質を形成していないときは電解液に溶解した状態であることが好ましい。The organic compound is not particularly limited as long as it can separate the oxidation reaction product of iodide ion, but for the reason described above, the organic compound can be separated from the oxidation reaction product of iodide ion as a hydrophobic substance. preferably, it is more preferable affinity for I 2 molecule is highly organic compounds than water. In an organic compound having a higher affinity for I 2 molecules than water, the organic compound coordinates with the iodine film and promotes the dissolution of the iodine film. Therefore, the formation of the iodine film can be suppressed more efficiently. When the organic compound does not form a hydrophobic substance, it is preferably in a state of being dissolved in an electrolytic solution.

有機化合物としては、ケトン、カルボン酸エステル及び炭酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。ケトンとして具体的には、メチルエチルケトン等が挙げられる。カルボン酸エステルとして具体的には、酢酸メチル、酢酸エチル等が挙げられる。炭酸エステルとして具体的には、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸プロピレン等が挙げられる。 Examples of the organic compound include at least one selected from the group consisting of ketones, carboxylic acid esters and carbonic acid esters. Specific examples of the ketone include methyl ethyl ketone and the like. Specific examples of the carboxylic acid ester include methyl acetate and ethyl acetate. Specific examples of the carbonic acid ester include dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, propylene carbonate and the like.

上記化合物の中でも、ケトンはこれが含まれる水溶液(電解液)の粘度を低下させ、電池抵抗を低減させる観点から好ましい。カルボン酸エステルはケトンよりもヨウ素に対して化学的に安定であり、クーロン効率を高める観点から好ましい。炭酸エステルは比重が大きく、疎水性の物質としてヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離する能力が高い点で好ましい。 Among the above compounds, ketone is preferable from the viewpoint of reducing the viscosity of the aqueous solution (electrolyte solution) containing the ketone and reducing the battery resistance. Carboxylic acid esters are more chemically stable to iodine than ketones and are preferred from the standpoint of increasing coulombic efficiency. Carbonic acid esters are preferable because they have a high specific density and have a high ability to separate iodide ion oxidation reaction products as a hydrophobic substance.

電解液に含まれる有機化合物は1種のみでもよく、2種以上であってもよい。また、有機化合物の電解液中の含有率は、常温(25℃)常圧で1体積%〜50体積%であることが好ましく、5体積%〜40体積%であることがより好ましい。有機化合物の電解液中の含有率が1体積%以上であると、高充電率の状態でもヨウ化物イオンの酸化反応生成物が良好に分離される傾向にあり、50体積%以下であると、電解液の導電率の低下が抑制される傾向にある。 The amount of the organic compound contained in the electrolytic solution may be only one type or two or more types. The content of the organic compound in the electrolytic solution is preferably 1% by volume to 50% by volume at normal temperature (25 ° C.) and normal pressure, and more preferably 5% by volume to 40% by volume. When the content of the organic compound in the electrolytic solution is 1% by volume or more, the oxidation reaction product of iodide ion tends to be separated well even in a high charge rate state, and when it is 50% by volume or less, The decrease in conductivity of the electrolytic solution tends to be suppressed.

有機化合物の電解液中の含有量は、例えば、ガスクロマトグラフィーにより、有機化合物の濃度に対応する保持時間と、モニターイオンの分子量を測定することで同定可能である。 The content of the organic compound in the electrolytic solution can be identified by, for example, gas chromatography, measuring the retention time corresponding to the concentration of the organic compound and the molecular weight of the monitor ion.

電解液は、支持電解質塩を含有していてもよい。支持電解質塩は、電解液のイオン伝導率を高めるための助剤として機能する。電解液が支持電解質塩を含有することで、電解液のイオン伝導率が高まり、水溶液系二次電池の内部抵抗が低減する傾向にある。 The electrolytic solution may contain a supporting electrolyte salt. The supporting electrolyte salt functions as an auxiliary agent for increasing the ionic conductivity of the electrolytic solution. When the electrolytic solution contains a supporting electrolyte salt, the ionic conductivity of the electrolytic solution tends to increase, and the internal resistance of the aqueous secondary battery tends to decrease.

支持電解質塩は、電解液中で解離してイオンを形成する化合物であれば特に制限されない。具体的には、HCl、HNO、HSO、HClO、NaCl、NaSO、NaClO、KCl、KSO、KClO、NaOH、LiOH、KOH、アルキルアンモニウム塩、アルキルイミダゾリウム塩、アルキルピペリジニウム塩、アルキルピロリジニウム塩等が挙げられる。支持電解質塩は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、ヨウ素を含む塩は、正極活物質と支持電解質塩とを兼ねることができる。The supporting electrolyte salt is not particularly limited as long as it is a compound that dissociates in the electrolytic solution to form ions. Specifically, HCl, HNO 3 , H 2 SO 4 , HClO 4 , NaCl, Na 2 SO 4 , NaClO 4 , KCl, K 2 SO 4 , KClO 4 , NaOH, LiOH, KOH, alkylammonium salt, alkyl imidazole. Examples thereof include lithium salt, alkyl piperidinium salt, and alkyl pyrrolidinium salt. One type of supporting electrolyte salt may be used alone, or two or more types may be used in combination. Further, the salt containing iodine can serve as both the positive electrode active material and the supporting electrolyte salt.

電解液は、pH緩衝剤を含有していてもよい。pH緩衝剤としては、酢酸緩衝液、リン酸緩衝液、クエン酸緩衝液、ホウ酸緩衝液、酒石緩衝液、トリス緩衝液等が挙げられる。 The electrolytic solution may contain a pH buffer. Examples of the pH buffer include acetate buffer, phosphate buffer, citric acid buffer, borate buffer, tartrate buffer, Tris buffer and the like.

図1は、本実施形態の水溶液系二次電池の構成例の一例を示す概略断面図である。図1に示す実線の矢印は充電時における電子の流れを、点線の矢印は充電時におけるイオンの反応を示している。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a configuration example of the aqueous solution-based secondary battery of the present embodiment. The solid arrow shown in FIG. 1 indicates the flow of electrons during charging, and the dotted arrow indicates the reaction of ions during charging.

図1に示す水溶液系二次電池は、正極1と、負極2と、正極活物質反応槽3と、負極活物質反応槽4と、隔膜5と、を備えている。正極活物質反応槽3と負極活物質反応槽4は、それぞれ正極電解液と負極電解液を収容している。 The aqueous solution-based secondary battery shown in FIG. 1 includes a positive electrode 1, a negative electrode 2, a positive electrode active material reaction tank 3, a negative electrode active material reaction tank 4, and a diaphragm 5. The positive electrode active material reaction tank 3 and the negative electrode active material reaction tank 4 contain a positive electrode electrolytic solution and a negative electrode electrolytic solution, respectively.

図1に示す水溶液系二次電池では、正極電解液が正極活物質としてのヨウ化物イオンと、ヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離可能な有機化合物を含み、負極電解液が負極活物質を含んでいる。 In the aqueous secondary battery shown in FIG. 1, the positive electrode electrolyte contains iodide ions as the positive electrode active material and an organic compound capable of separating the oxidation reaction product of the iodide ions, and the negative electrode electrolyte contains the negative electrode active material. Includes.

正極1の材質は、正極電解液に含まれるヨウ化物イオンに対する耐食性を有するものから選択されることが好ましい。具体的には、チタン等の耐食性の高い金属、炭素材料などが挙げられる。コストの観点からは、炭素材料が好ましい。正極1の形状は、特に制限されない。より大きな出力を得る観点からは、比表面積が大きい形状であることが好ましい。比表面積が大きい形状としては、多孔体、フェルト、ペーパー等が挙げられる。 The material of the positive electrode 1 is preferably selected from those having corrosion resistance to iodide ions contained in the positive electrode electrolytic solution. Specific examples thereof include metals having high corrosion resistance such as titanium and carbon materials. From a cost standpoint, carbon materials are preferred. The shape of the positive electrode 1 is not particularly limited. From the viewpoint of obtaining a larger output, a shape having a large specific surface area is preferable. Examples of the shape having a large specific surface area include a porous body, felt, and paper.

負極2の材質は特に制限されず、使用する負極活物質の種類等に応じて選択できる。例えば、亜鉛を負極活物質として用いる場合は、炭素材料、亜鉛、亜鉛メッキした金属材料等の亜鉛が表面に析出するものを負極として使用する。負極2の形状としてはメッシュ、多孔体、パンチングメタル、平板等が挙げられるが、特に制限されない。 The material of the negative electrode 2 is not particularly limited and can be selected according to the type of the negative electrode active material to be used and the like. For example, when zinc is used as the negative electrode active material, a carbon material, zinc, a zinc-plated metal material, or the like in which zinc is deposited on the surface is used as the negative electrode. Examples of the shape of the negative electrode 2 include a mesh, a porous body, a punching metal, a flat plate, and the like, but the shape is not particularly limited.

正極活物質反応槽3に含まれる正極電解液は、正極活物質としてのヨウ化物イオンを含んでいる。ヨウ化物イオンを含む正極電解液は、電解液にヨウ素化合物を溶解することで調製することができる。ヨウ素化合物としては、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化亜鉛、ヨウ化水素、ヨウ化リチウム、ヨウ化アンモニウム、ヨウ化バリウム、ヨウ化カルシウム、ヨウ化マグネシウム、ヨウ化ストロンチウム等を使用できる。ヨウ化物イオンの正極電解液中の濃度は特に限定されないが、0.01M〜20Mであることが好ましく、0.1M〜10Mであることがより好ましい。ヨウ化物イオンの濃度が0.01M以上であると充分なエネルギー密度が得られる傾向にあり、20M以下であると正極電解液中に後述する有機化合物を充分に溶解できる傾向にある。 The positive electrode electrolytic solution contained in the positive electrode active material reaction tank 3 contains iodide ions as the positive electrode active material. The positive electrode electrolytic solution containing iodide ions can be prepared by dissolving an iodine compound in the electrolytic solution. As the iodine compound, sodium iodide, potassium iodide, zinc iodide, hydrogen iodide, lithium iodide, ammonium iodide, barium iodide, calcium iodide, magnesium iodide, strontium iodide and the like can be used. The concentration of the iodide ion in the positive electrode electrolyte is not particularly limited, but is preferably 0.01M to 20M, more preferably 0.1M to 10M. When the concentration of iodide ion is 0.01 M or more, a sufficient energy density tends to be obtained, and when it is 20 M or less, the organic compound described later tends to be sufficiently dissolved in the positive electrode electrolytic solution.

正極電解液に含まれる有機化合物等の成分の詳細及び好ましい態様は、上述した電解液に含まれる有機化合物等の成分の詳細及び好ましい態様と同様である。 The details and preferred embodiments of the components such as the organic compound contained in the positive electrode electrolytic solution are the same as the details and preferred embodiments of the components such as the organic compound contained in the electrolytic solution described above.

負極活物質反応槽4に含まれる負極電解液は、負極活物質(X)を含む。負極活物質の還元反応により、還元反応生成物(X)が生成する。負極活物質は、反応系の標準酸化還元電位が、正極の標準酸化還元電位(正極活物質がヨウ化物イオンである場合は0.536V)よりも低い物質であれば特に制限されない。例えば、亜鉛、クロム、チタン、鉄、スズ、バナジウム、鉛、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、リチウム、キノン系材料、ビオロゲン等のイオンが挙げられる。これらの負極活物質の中でも金属イオンが好ましく、亜鉛イオンがより好ましい。亜鉛イオンは他の金属イオンに比べて水への溶解度が高く(例えば、塩化亜鉛の溶解度は30M以上)、溶解析出反応の標準酸化還元電位が低く(−0.76V)、かつ安価である。金属イオンを含む負極電解液は、電解液に当該金属の化合物を溶解することで調製することができる。例えば、亜鉛イオンを含む負極電解液は、塩化亜鉛、ヨウ化亜鉛、臭化亜鉛、フッ化亜鉛、硝酸亜鉛、硫酸亜鉛、酢酸亜鉛等の亜鉛化合物を溶解することで調製することができる。The negative electrode electrolytic solution contained in the negative electrode active material reaction tank 4 contains a negative electrode active material (X + ). The reduction reaction of the negative electrode active material produces a reduction reaction product (X). The negative electrode active material is not particularly limited as long as the standard redox potential of the reaction system is lower than the standard redox potential of the positive electrode (0.536 V when the positive electrode active material is iodide ion). Examples thereof include ions such as zinc, chromium, titanium, iron, tin, vanadium, lead, manganese, cobalt, nickel, copper, lithium, quinone-based materials, and viologens. Among these negative electrode active materials, metal ions are preferable, and zinc ions are more preferable. Zinc ion has a higher solubility in water than other metal ions (for example, the solubility of zinc chloride is 30 M or more), the standard redox potential of the dissolution-precipitation reaction is low (-0.76 V), and it is inexpensive. The negative electrode electrolytic solution containing metal ions can be prepared by dissolving the compound of the metal in the electrolytic solution. For example, a negative electrode electrolyte solution containing zinc ions can be prepared by dissolving a zinc compound such as zinc chloride, zinc iodide, zinc bromide, zinc fluoride, zinc nitrate, zinc sulfate, and zinc acetate.

隔膜5は、正極電解液と負極電解液とを分ける役割を果たす。隔膜5の材質は特に制限されない。例えば、耐酸性に優れ、高いイオン伝導率を有するイオン交換膜が好ましい例として挙げられるが、多孔膜、ガラスフィルター等も好適に用いることができる。 The diaphragm 5 serves to separate the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte. The material of the diaphragm 5 is not particularly limited. For example, an ion exchange membrane having excellent acid resistance and high ionic conductivity is mentioned as a preferable example, but a porous membrane, a glass filter and the like can also be preferably used.

図2は、図1に示す水溶液系二次電池が電解液を流動させるための装置をさらに備える場合の構成を示す概略断面図である。図2に示す水溶液系二次電池が備える要素のうち図1に示す水溶液系二次電池が備える要素と共通するものについては、説明を省略する。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration when the aqueous solution-based secondary battery shown in FIG. 1 further includes a device for flowing an electrolytic solution. Of the elements included in the aqueous solution-based secondary battery shown in FIG. 2, the elements common to the elements included in the aqueous solution-based secondary battery shown in FIG. 1 will not be described.

図2に示す水溶液系二次電池は、正極1と、負極2と、正極活物質反応槽3と、負極活物質反応槽4と、隔膜5と、を備えている。さらに、正極電解液を正極活物質反応槽3に供給するための正極電解液貯蔵タンク6及び正極電解液送液ポンプ8と、負極電解液を負極活物質反応槽4に供給するための負極電解液貯蔵タンク7及び負極電解液送液ポンプ9と、正極電解液送液ポンプ8及び負極電解液送液ポンプ9を駆動する外部電源10とを備えている。 The aqueous solution-based secondary battery shown in FIG. 2 includes a positive electrode 1, a negative electrode 2, a positive electrode active material reaction tank 3, a negative electrode active material reaction tank 4, and a diaphragm 5. Further, the positive electrode electrolyte storage tank 6 and the positive electrode electrolyte feed pump 8 for supplying the positive electrode electrolyte solution to the positive electrode active material reaction tank 3, and the negative electrode electrolysis for supplying the negative electrode electrolyte solution to the negative electrode active material reaction tank 4. It includes a liquid storage tank 7, a negative electrode electrolyte feed pump 9, and an external power source 10 for driving the positive electrode electrolyte feed pump 8 and the negative electrode electrolyte feed pump 9.

図2において、矢印は電解液の流動する方向を示している。図2に示す場合では、正極電解液は、正極電解液貯蔵タンク6から正極電解液送液ポンプ8により正極活物質反応槽3へ供給され、ヨウ素の酸化還元反応が進行する。負極電解液は、負極電解液貯蔵タンク7から負極電解液送液ポンプ9により負極活物質反応槽4へ供給され、負極活物質の酸化還元反応が進行する。正極電解液送液ポンプ8と負極電解液送液ポンプ9は、外部電源10により駆動される。 In FIG. 2, the arrow indicates the direction in which the electrolytic solution flows. In the case shown in FIG. 2, the positive electrode electrolytic solution is supplied from the positive electrode electrolyte storage tank 6 to the positive electrode active material reaction tank 3 by the positive electrode electrolyte liquid feed pump 8, and the redox reaction of iodine proceeds. The negative electrode electrolyte is supplied from the negative electrode electrolyte storage tank 7 to the negative electrode active material reaction tank 4 by the negative electrode electrolyte liquid feed pump 9, and the redox reaction of the negative electrode active material proceeds. The positive electrode electrolyte liquid feed pump 8 and the negative electrode electrolyte liquid feed pump 9 are driven by an external power source 10.

図2に示すように、電解液を流動させることで充放電を行う電池をレドックスフロー電池という。レドックスフロー電池は電池容量が電解液の量に依存するため、電解液を貯蔵するタンクの容量を増やすことで大容量化が容易に行えるという利点がある。また、電解液を循環させることで、電解液に含まれる有機化合物によるヨウ素皮膜の溶解が促進されるため、ヨウ素皮膜の形成が有効に抑制され、ヨウ素皮膜による流路の目詰まりが有効に防止される。 As shown in FIG. 2, a battery that charges and discharges by flowing an electrolytic solution is called a redox flow battery. Since the battery capacity of the redox flow battery depends on the amount of the electrolytic solution, there is an advantage that the capacity can be easily increased by increasing the capacity of the tank for storing the electrolytic solution. Further, by circulating the electrolytic solution, the dissolution of the iodine film by the organic compound contained in the electrolytic solution is promoted, so that the formation of the iodine film is effectively suppressed and the clogging of the flow path due to the iodine film is effectively prevented. Will be done.

図2に示す構成では、水溶液系二次電池における電解液の流動は外部電源10によって正極電解液送液ポンプ8及び負極電解液送液ポンプ9を駆動することで行っているが、水溶液系二次電池自体の発電による電力を用いて正極電解液送液ポンプ8及び負極電解液送液ポンプ9を駆動してもよい。この場合は、外部からの電力供給がない自立系の構成となる。 In the configuration shown in FIG. 2, the flow of the electrolytic solution in the aqueous secondary battery is performed by driving the positive electrode electrolyte feed pump 8 and the negative electrode electrolyte feed pump 9 by the external power source 10, but the aqueous solution system 2 The positive electrode electrolyte liquid feed pump 8 and the negative electrode electrolyte liquid feed pump 9 may be driven by using the electric power generated by the secondary battery itself. In this case, the configuration is a self-sustaining system without external power supply.

<水溶液系二次電池(第2実施形態)>
本実施形態の水溶液系二次電池は、正極と、負極と、電解液とを備え、前記電解液はヨウ化物イオンと、負極活物質と、前記ヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離可能な有機化合物と、を含む。
<Aqueous solution-based secondary battery (second embodiment)>
The aqueous secondary battery of the present embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution, and the electrolytic solution can separate an iodide ion, a negative electrode active material, and an oxidation reaction product of the iodide ion. Includes organic compounds.

本実施形態の水溶液系二次電池は、電解液が正極活物質(ヨウ化物イオン)を含む正極電解液と負極活物質を含む負極電解液とに分かれておらず、同じ電解液が正極活物質(ヨウ化物イオン)と負極活物質を含んでいる。以下、このような構成を有する水溶液系二次電池を「一液型水溶液系二次電池」とも称する。 In the aqueous secondary battery of the present embodiment, the electrolytic solution is not divided into a positive electrode electrolytic solution containing a positive electrode active material (iodide ion) and a negative electrode electrolytic solution containing a negative electrode active material, and the same electrolytic solution is the positive electrode active material. Contains (iodide ion) and negative electrode active material. Hereinafter, the aqueous solution-based secondary battery having such a configuration is also referred to as a "one-component aqueous solution-based secondary battery".

本実施形態の水溶液系二次電池において、正極、負極、電解液、活物質(正極活物質及び負極活物質)、有機化合物等の詳細及び好ましい態様は、第一実施形態の水溶液系二次電池における正極、負極、電解液、活物質、有機化合物等の詳細及び好ましい態様と同様である。 In the aqueous secondary battery of the present embodiment, details and preferred embodiments of the positive electrode, the negative electrode, the electrolytic solution, the active material (positive electrode active material and the negative electrode active material), the organic compound and the like are described in the aqueous secondary battery of the first embodiment. The details and preferred embodiments of the positive electrode, the negative electrode, the electrolytic solution, the active material, the organic compound and the like in the above are the same.

図3は、本実施形態の水溶液系二次電池の構成例の一例を示す概略断面図である。実線の矢印は充電時における電子の流れを、点線の矢印は充電時におけるイオンの反応を示している。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a configuration example of the aqueous solution-based secondary battery of the present embodiment. The solid arrow indicates the flow of electrons during charging, and the dotted arrow indicates the reaction of ions during charging.

図3に示す水溶液系二次電池は、正極1と、負極2と、活物質反応槽11とを備えている。活物質反応槽11は、電解液を収容している。また、電解液は正極活物質としてのヨウ化物イオンと、負極活物質と、ヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離可能な有機化合物を含んでいる。 The aqueous solution-based secondary battery shown in FIG. 3 includes a positive electrode 1, a negative electrode 2, and an active material reaction tank 11. The active material reaction tank 11 contains an electrolytic solution. Further, the electrolytic solution contains an iodide ion as a positive electrode active material, a negative electrode active material, and an organic compound capable of separating an oxidation reaction product of the iodide ion.

本実施形態の水溶液系二次電池は、正極が鉛直方向において負極よりも下側に位置することが好ましい。正極が負極よりも下側に位置することで、有機化合物によって分離されたヨウ化物イオンの酸化反応生成物が電解液中に沈殿し、正極側に集まる。これにより、ヨウ化物イオンの酸化反応生成物を正極での還元反応に有効に利用することができる。 In the aqueous solution-based secondary battery of the present embodiment, it is preferable that the positive electrode is located below the negative electrode in the vertical direction. By locating the positive electrode below the negative electrode, the oxidation reaction product of iodide ions separated by the organic compound precipitates in the electrolytic solution and collects on the positive electrode side. As a result, the oxidation reaction product of iodide ion can be effectively used for the reduction reaction at the positive electrode.

本実施形態の水溶液系二次電池では、負極活物質としては、その還元反応生成物が負極近傍に留まる性質を有する物質を用いることが好ましい。これにより、正極と負極でそれぞれ生成した充電反応生成物をそれぞれ正極側と負極側に存在させることができ、両者を空間的により分離することが可能となる。その結果、正極と負極でそれぞれ生成した充電反応生成物同士が接触して自己放電が生じるのを抑制することができる。 In the aqueous solution-based secondary battery of the present embodiment, it is preferable to use a substance having a property that the reduction reaction product stays in the vicinity of the negative electrode as the negative electrode active material. As a result, the charging reaction products generated in the positive electrode and the negative electrode can be present on the positive electrode side and the negative electrode side, respectively, and both can be spatially separated. As a result, it is possible to prevent the charge reaction products generated at the positive electrode and the negative electrode from coming into contact with each other to cause self-discharge.

水溶液系二次電池を一液型にすることの利点としては(1)正極と負極の間に配置される隔膜を省略できる、(2)充放電に伴い正極側と負極側で水分子が移動して電解液量が不均一化するのを防ぐことができる、(3)有機化合物によって分離されたヨウ化物イオンの酸化反応生成物が沈澱して正極側に集まるため、電解液を流動させるための装置を省略できる、(4)電解液を流動させるための装置を設ける場合、正極側と負極側を区別する必要がなく構成を簡略化できる、等が挙げられる。 The advantages of making the aqueous secondary battery a one-component type are (1) the diaphragm placed between the positive electrode and the negative electrode can be omitted, and (2) water molecules move between the positive electrode side and the negative electrode side with charge and discharge. Therefore, it is possible to prevent the amount of the electrolytic solution from becoming non-uniform. (3) Since the oxidation reaction product of the iodide ion separated by the organic compound precipitates and collects on the positive electrode side, the electrolytic solution is allowed to flow. (4) When a device for flowing the electrolytic solution is provided, it is not necessary to distinguish between the positive electrode side and the negative electrode side, and the configuration can be simplified.

必要に応じ、本実施形態の水溶液系二次電池は、正極1と負極2の間に隔膜5を備えていてもよい。図4は、図3に示す水溶液系二次電池が正極1と負極2の間に隔膜5をさらに備える場合の構成を示す概略断面図である。図中に示す水溶液系二次電池が備える要素のうち図1に示す水溶液系二次電池が備える要素と共通するものについては、説明を省略する。 If necessary, the aqueous solution-based secondary battery of the present embodiment may include a diaphragm 5 between the positive electrode 1 and the negative electrode 2. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a configuration in which the aqueous solution-based secondary battery shown in FIG. 3 further includes a diaphragm 5 between the positive electrode 1 and the negative electrode 2. Of the elements included in the aqueous solution-based secondary battery shown in the figure, the elements common to the elements included in the aqueous solution-based secondary battery shown in FIG. 1 will not be described.

図4に示す水溶液系二次電池が備える隔膜5の詳細及び好ましい態様は、第一実施形態の水溶液系二次電池が備える隔膜5の詳細及び好ましい態様と同様である。一液型の水溶液系二次電池に隔膜を設けることにより、正極と負極でそれぞれ生成した充電反応生成物同士が接触することを更に抑制でき、一液型水溶液系二次電池のクーロン効率をさらに向上させることができる。 The details and preferred embodiments of the diaphragm 5 included in the aqueous solution-based secondary battery shown in FIG. 4 are the same as the details and preferred embodiments of the diaphragm 5 included in the aqueous solution-based secondary battery of the first embodiment. By providing a diaphragm on the one-component aqueous solution-based secondary battery, it is possible to further suppress contact between the charging reaction products generated at the positive electrode and the negative electrode, respectively, and further improve the Coulomb efficiency of the one-component aqueous solution-based secondary battery. Can be improved.

必要に応じ、本実施形態の水溶液系二次電池は、電解液を流動させるための装置をさらに備えていてもよい。図5は、図4に示す水溶液系二次電池が電解液を流動させるための装置として、電解液を活物質反応槽11に供給するための電解液貯蔵タンク12と、電解液送液ポンプ13と、電解液送液ポンプ13を駆動する外部電源10とをさらに備える場合の構成を示す概略断面図である。 If necessary, the aqueous solution-based secondary battery of the present embodiment may further include a device for flowing the electrolytic solution. FIG. 5 shows an electrolytic solution storage tank 12 for supplying the electrolytic solution to the active material reaction tank 11 and an electrolytic solution feeding pump 13 as devices for the aqueous secondary battery shown in FIG. 4 to flow the electrolytic solution. It is a schematic cross-sectional view which shows the structure in the case where the external power source 10 for driving the electrolytic solution liquid feed pump 13 is further provided.

図5に示す水溶液系二次電池は隔膜5と電解液を流動させるための装置をともに備えているが、隔膜5を備えない態様であってもよい。 The aqueous solution-based secondary battery shown in FIG. 5 is provided with both the diaphragm 5 and the device for flowing the electrolytic solution, but may be in a mode in which the diaphragm 5 is not provided.

図5において、矢印は電解液の流動する方向を示している。電解液は、電解液貯蔵タンク12から電解液送液ポンプ13により活物質反応槽11へ供給される。正極ではヨウ化物イオンの酸化還元反応が進行し、酸化反応時には酸化反応生成物が生成する。一方、負極では負極活物質の酸化還元反応が進行し、還元反応時には還元反応生成物が生成する。電解液送液ポンプ13は、外部電源10により駆動される。 In FIG. 5, the arrow indicates the direction in which the electrolytic solution flows. The electrolytic solution is supplied from the electrolytic solution storage tank 12 to the active material reaction tank 11 by the electrolytic solution feeding pump 13. At the positive electrode, the redox reaction of iodide ions proceeds, and an oxidation reaction product is produced during the oxidation reaction. On the other hand, in the negative electrode, the redox reaction of the negative electrode active material proceeds, and a reduction reaction product is produced during the reduction reaction. The electrolytic solution feed pump 13 is driven by an external power source 10.

図5に示す構成では、水溶液系二次電池における電解液の流動は外部電源10によって電解液送液ポンプ13を駆動することで行っているが、水溶液系二次電池自体の発電による電力を用いて電解液送液ポンプ13を駆動してもよい。この場合は、外部からの電力供給がない自立系の構成となる。 In the configuration shown in FIG. 5, the flow of the electrolytic solution in the aqueous secondary battery is performed by driving the electrolytic solution pump 13 with the external power source 10, but the electric power generated by the aqueous secondary battery itself is used. The electrolytic solution feed pump 13 may be driven. In this case, the configuration is a self-sustaining system without external power supply.

<水溶液系二次電池の充放電方法>
本実施形態の水溶液系二次電池の充放電方法(以下、単に充放電方法とも称する)は、正極活物質としてヨウ化物イオンを含む電解液を用いる水溶液系二次電池の充放電方法であって、前記電解液中に生成するヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離する工程を含む。
<Charging / discharging method for aqueous solution-based secondary batteries>
The method of charging / discharging the aqueous secondary battery of the present embodiment (hereinafter, also simply referred to as the charging / discharging method) is a method of charging / discharging the aqueous secondary battery using an electrolytic solution containing iodide ion as the positive electrode active material. The step of separating the oxidation reaction product of the iodide ion generated in the electrolytic solution is included.

上記充放電方法を水溶液系二次電池の充放電方法として適用すると、充電により生成したヨウ化物イオンの酸化反応生成物が選択的に電解液から分離される。これにより、電極表面に形成された高抵抗のヨウ素皮膜の溶解が促進されて酸化電流値の低下が抑制される、ヨウ素皮膜から電解液中に拡散したI分子が系外に昇華するのが抑制されてヨウ化物イオンの電解液中の濃度低下が抑制される、分離した酸化反応生成物が正極における還元反応に利用されるため、水溶液系二次電池の低充電率での出力特性を向上できる、等の効果が期待できる。When the above charging / discharging method is applied as a charging / discharging method for an aqueous secondary battery, the oxidation reaction product of iodide ions generated by charging is selectively separated from the electrolytic solution. Thus, reduction of the oxidation current value dissolution of the high resistance of the iodine film formed on the electrode surface is promoted is inhibited, that I 2 molecules diffused from the iodine film in the electrolytic solution is sublimated out of the system Since the separated oxidation reaction product, which is suppressed and the decrease in the concentration of iodine ion in the electrolytic solution is suppressed, is used for the reduction reaction in the positive electrode, the output characteristics of the aqueous secondary battery at a low charge rate are improved. You can expect effects such as being able to do it.

電解液中に生成するヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離する方法は、特に制限されない。例えば、上述した水溶液系二次電池に使用される電解液を用いてヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離する方法が挙げられる。 The method for separating the oxidation reaction product of the iodide ion generated in the electrolytic solution is not particularly limited. For example, a method of separating the oxidation reaction product of iodide ion using the electrolytic solution used in the above-mentioned aqueous solution-based secondary battery can be mentioned.

<水溶液二次電池用電解液(第1実施形態)>
本実施形態の水溶液系二次電池用電解液(以下、単に電解液とも称する)は、水と、ヨウ化物イオンと、ヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離可能な有機化合物と、を含み、上述した水溶液系二次電池の充放電方法の電解液として使用される。
<Electrolyte solution for aqueous secondary battery (first embodiment)>
The electrolytic solution for an aqueous solution-based secondary battery of the present embodiment (hereinafter, also simply referred to as an electrolytic solution) contains water, iodide ions, and an organic compound capable of separating the oxidation reaction product of iodide ions. It is used as an electrolytic solution in the above-mentioned method for charging and discharging an aqueous secondary battery.

<水溶液二次電池用電解液(第2実施形態)>
本実施形態の水溶液系二次電池用電解液は、水と、ヨウ化物イオンと、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル及び炭酸プロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の有機化合物と、を含む。
<Electrolyte solution for aqueous secondary battery (second embodiment)>
The electrolytic solution for an aqueous secondary battery of the present embodiment is at least one selected from the group consisting of water, iodide ions, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and propylene carbonate. Includes organic compounds.

上記各実施形態の電解液を水溶液系二次電池に使用した場合、充電により生成したヨウ化物イオンの酸化反応生成物が選択的に電解液から分離される。これにより、電極表面に形成された高抵抗のヨウ素皮膜の溶解が促進されて酸化電流値の低下が抑制される、ヨウ素皮膜から電解液中に拡散したI分子が系外に昇華するのが抑制されてヨウ化物イオンの電解液中の濃度低下が抑制される、分離した酸化反応生成物が正極における還元反応に利用されるため、水溶液系二次電池の低充電率での出力特性を向上できる等の効果が期待できる。When the electrolytic solution of each of the above embodiments is used in an aqueous solution-based secondary battery, the oxidation reaction product of iodide ions generated by charging is selectively separated from the electrolytic solution. Thus, reduction of the oxidation current value dissolution of the high resistance of the iodine film formed on the electrode surface is promoted is inhibited, that I 2 molecules diffused from the iodine film in the electrolytic solution is sublimated out of the system Since the separated oxidation reaction product, which is suppressed and the decrease in the concentration of iodine ion in the electrolytic solution is suppressed, is used for the reduction reaction in the positive electrode, the output characteristics of the aqueous secondary battery at a low charge rate are improved. You can expect effects such as being able to do it.

電解液に含まれるヨウ化物イオン及び有機化合物の詳細及び好ましい態様は、上述した水溶液系二次電池に用いられる電解液に含まれるヨウ化物イオン及び有機化合物の詳細及び好ましい態様と同様である。 The details and preferred embodiments of the iodide ions and the organic compound contained in the electrolytic solution are the same as the details and preferred embodiments of the iodide ions and the organic compound contained in the electrolytic solution used in the aqueous solution-based secondary battery described above.

<フロー電池システム>
本実施形態のフロー電池システムは、上述した水溶液系二次電池と、充放電を制御し、正極の充電電位を、Ag/AgCl参照電極(Cl濃度飽和)の電位を基準として1.5V以下に設定する制御部と、を備える。
<Flow battery system>
The flow battery system of the present embodiment controls charging and discharging with the above-mentioned aqueous secondary battery, and sets the charging potential of the positive electrode to 1.5 V or less based on the potential of the Ag / AgCl reference electrode (Cl − concentration saturation). It is provided with a control unit to be set to.

上記フロー電池システムに用いられる水溶液系二次電池の詳細及び好ましい態様は、上述した水溶液系二次電池の詳細及び好ましい態様と同様である。フロー電池システムにおける制御部は、水溶液系二次電池と一体化した状態であっても一体化していない状態であってもよい。 The details and preferred embodiments of the aqueous solution-based secondary battery used in the flow battery system are the same as the details and preferred embodiments of the aqueous solution-based secondary battery described above. The control unit in the flow battery system may or may not be integrated with the aqueous solution-based secondary battery.

上記フロー電池システムにおいて、正極の充電電位は、Ag/AgCl参照電極(Cl濃度飽和)の電位を基準として1.3V以下に設定されることが好ましく、1.05V以下に設定されることがより好ましい。In the above flow battery system, the charging potential of the positive electrode is preferably set to 1.3 V or less, preferably 1.05 V or less, based on the potential of the Ag / AgCl reference electrode (Cl − concentration saturation). More preferred.

以下、フロー電池システムにて、正極の充電電位が、Ag/AgCl参照電極(Cl濃度飽和)の電位を基準として基準値を超えないように制御することの利点について記載する。Hereinafter, the advantage of controlling the charging potential of the positive electrode in the flow battery system so as not to exceed the reference value with reference to the potential of the Ag / AgCl reference electrode (Cl − concentration saturation) will be described.

フロー電池システムにて、正極電解液は正極活物質としてヨウ化物イオンを含有する。このため、以下の式(1)及び(2)に示す充電反応により、正極にてヨウ化物イオン(I)が酸化されてI 及びIが通常生成され、生成されたI 及びIは式(1)及び(2)に示す放電反応により、正極にて還元されてIとなる。In a flow battery system, the positive electrode electrolyte contains iodide ions as the positive electrode active material. Therefore, the charging reaction represented by the following formulas (1) and (2) usually oxidizes the iodide ion (I − ) at the positive electrode to generate I 3 and I 2 , and the produced I 3 −. And I 2 are reduced at the positive electrode to become I − by the discharge reaction represented by the formulas (1) and (2).

3I⇔I +2e (1)
2I⇔I+2e (2)
3I ⇔ I 3 + 2e (1)
2I ⇔ I 2 + 2e (2)

フロー電池システムでは、正極の充電電位が、Ag/AgCl参照電極(Cl濃度飽和)の電位を基準として1.05Vを超える場合、上記式(1)及び(2)で示す充電反応とともに以下式(3)で示すIO の生成反応が生じる(文献1:P.Beran and S.Bruchenstein,Voltammetry of Iodine(I)Cholride,Iodine and Iodate at Rotated Platinum Disk and Ring−Disk Electrodes, Analytical Chemistry,40,1044(1968))。In the flow battery system, when the charging potential of the positive electrode exceeds 1.05 V with respect to the potential of the Ag / AgCl reference electrode (Cl − concentration saturation), the following formula is used together with the charging reactions represented by the above formulas (1) and (2). IO shown in (3) 3 - generation reaction occurs in (Reference 1: P.Beran and S.Bruchenstein, Voltammetry of Iodine (I) Cholride, Iodine and Iodate at Rotated Platinum Disk and Ring-Disk Electrodes, Analytical Chemistry, 40 , 1044 (1968)).

+3HO→IO +6H+6e (3)I + 3H 2 O → IO 3 + 6H + + 6e (3)

上記式(3)で示す反応は不可逆な反応であると報告されており、逆反応の反応速度は極めて小さい。 The reaction represented by the above formula (3) has been reported to be an irreversible reaction, and the reaction rate of the reverse reaction is extremely small.

また、以下の式(4)で表されるDushman反応により、上記式(3)で生成されたIO からIが生成される。Further, by the Dushman reaction represented by the following formula (4), I 2 is generated from IO 3 − generated by the above formula (3).

IO +5I+6H→3I+3HO (4)IO 3 + 5I + 6H + → 3I 2 + 3H 2 O (4)

更に、以下の式(5)は、上記式(3)及び式(4)の全反応(式(3)+式(4))として求められる。 Further, the following formula (5) is obtained as the total reaction of the above formulas (3) and (4) (formula (3) + formula (4)).

+6HO→2IO +12H+10e (5)I 2 + 6H 2 O → 2IO 3 + 12H + + 10e (5)

上記文献1によれば、上記式(4)の化学反応速度は上記式(3)の電気化学反応に比べて速く、式(3)及び式(4)を構成反応とする式(5)の律速過程は、式(3)の電気化学反応である。このため、正極の充電電位が、Ag/AgCl参照電極(Cl濃度飽和)の電位を基準として1.05Vを超える場合特に顕著になるが、安全マージンをとって1.3V、1.5Vを超えないように設定してもよく、上記式(3)〜式(5)の反応が生じていると推測される。According to the above document 1, the chemical reaction rate of the above formula (4) is faster than the electrochemical reaction of the above formula (3), and the formula (3) and the formula (4) are constituent reactions of the formula (5). The rate-determining process is the electrochemical reaction of equation (3). Therefore, it becomes particularly remarkable when the charging potential of the positive electrode exceeds 1.05 V with reference to the potential of the Ag / AgCl reference electrode (Cl concentration saturation), but 1.3 V and 1.5 V are set with a safety margin. It may be set so as not to exceed, and it is presumed that the reactions of the above formulas (3) to (5) have occurred.

このため、Ag/AgCl参照電極の電位を基準として1.05Vを超える正極充電電位で充電が繰り返される場合、正極の充電反応により式(3)に基づいてIO が生成される。IO は式(3)の逆反応である放電反応の反応速度が遅く、Iに非常に戻りにくい。Therefore, when charging is repeated at a positive electrode charging potential exceeding 1.05 V with reference to the potential of the Ag / AgCl reference electrode, IO 3 is generated based on the equation (3) by the positive electrode charging reaction. IO 3 has a slow reaction rate of the discharge reaction, which is the reverse reaction of the formula (3), and it is very difficult to return to I −.

更に、式(3)に基づき生成されたIO は、式(4)の反応により、電解液中のIと反応し、正極での電子の授受を伴わずに電解液中のIが消費される。Furthermore, IO 3 generated based on equation (3) - by reaction of formula (4), I in the electrolyte - reacted with, in the electrolytic solution without electron transfer at the positive electrode I - Is consumed.

また、式(3)及び式(4)の全反応である式(5)に示す反応により、Iが反応してIO が生成されるが、式(3)に示す反応と同様に、式(5)に示す反応も不可逆反応である。このため、生成されるIO は式(5)の逆反応である放電反応の反応速度が遅く、Iに非常に戻りにくい。Further, the reaction shown in the formula (5), which is the total reaction of the formulas (3) and (4), reacts with I 2 to generate IO 3 −, which is the same as the reaction shown in the formula (3). , The reaction represented by the formula (5) is also an irreversible reaction. Therefore, the generated IO 3 has a slow reaction rate of the discharge reaction, which is the reverse reaction of the equation (5), and is very difficult to return to I 2.

したがって、1.05Vを超える正極充電電位で充電が繰り返される場合、放電反応に寄与しないIO の割合が増加し、かつI及びIの濃度の合計が低下することによって、しだいにフロー電池システムは正極放電容量及び正極充電容量が低下するという問題がある。Therefore, when charging is repeated at a positive electrode charging potential exceeding 1.05 V, the proportion of IO 3 that does not contribute to the discharge reaction increases, and the total concentration of I − and I 2 decreases, so that the flow gradually flows. The battery system has a problem that the positive electrode discharge capacity and the positive electrode charge capacity are lowered.

一方、本実施形態のフロー電池システムは、充放電を制御し、正極の充電電位を、Ag/AgCl参照電極(Cl濃度飽和)の電位を基準として1.05V以下に設定する制御部を備えている。これにより、Ag/AgCl参照電極(Cl濃度飽和)の電位を基準として1.5V以下に設定でき、フロー電池システムの充電時にIO の生成反応を抑制できる。IO の生成を抑制することで、可逆的に充放電する際のヨウ素イオン及びヨウ素分子の合計濃度を維持して正極放電容量及び正極充電容量を維持することができる。したがって、本実施形態では、実用可能な充電条件を満たすフロー電池システムを提供することができる。On the other hand, the flow battery system of the present embodiment includes a control unit that controls charging / discharging and sets the charging potential of the positive electrode to 1.05 V or less based on the potential of the Ag / AgCl reference electrode (Cl − concentration saturation). ing. Thus, Ag / AgCl reference electrode - can set the potential of the (Cl concentration saturation) below 1.5V as a reference, IO 3 during charging of the flow cell system - can inhibit the production reaction of. IO 3 - a by suppressing generation, it is possible to maintain the positive electrode discharge capacity and the positive electrode charge capacity to maintain the total concentration of iodide ion and iodine molecule when reversible charge and discharge. Therefore, in the present embodiment, it is possible to provide a flow battery system that satisfies a practical charging condition.

なお、フロー電池システムにおける正極の充電電位は、充電電圧ではない。充電電位とはある基準となる電位を持つ電極に対して示す電圧である。充電電圧は負極と正極の電位の差である。充電電位は基準になる一定の電位をベースにしているため、電位一定と言えば基準電極に対して一定の値とみなせる。しかし、負極と正極間の充電電圧の場合は負極と正極が同じように電位変動した場合は、電圧は見かけ上一定となる。したがって、正極の電位は充電電圧によって決まるものではなく、基準となる正極用参照電極の電位に対して計測する必要がある。 The charging potential of the positive electrode in the flow battery system is not the charging voltage. The charging potential is a voltage indicated for an electrode having a certain reference potential. The charging voltage is the difference between the potentials of the negative electrode and the positive electrode. Since the charging potential is based on a constant potential that serves as a reference, the constant potential can be regarded as a constant value with respect to the reference electrode. However, in the case of the charging voltage between the negative electrode and the positive electrode, when the potential fluctuates in the same way between the negative electrode and the positive electrode, the voltage becomes apparently constant. Therefore, the potential of the positive electrode is not determined by the charging voltage, and it is necessary to measure the potential of the reference electrode for the positive electrode as a reference.

(制御部)
フロー電池システムは、充放電を制御し、正極の充電電位を、Ag/AgCl参照電極(Cl濃度飽和)の電位を基準として1.5V以下に設定する制御部を備える。これにより、Ag/AgCl参照電極(Cl濃度飽和)の電位を基準として1.5V以下に設定でき、フロー電池システムの充電時にIO の生成反応を抑制できる。IO の生成を抑制することで、可逆的に充放電する際のヨウ素イオン及びヨウ素分子(I、I 及びI)の合計濃度を維持して正極放電容量及び正極充電容量の低下が抑えられ、サイクル耐久性が向上できる。
(Control unit)
The flow battery system includes a control unit that controls charging and discharging and sets the charging potential of the positive electrode to 1.5 V or less based on the potential of the Ag / AgCl reference electrode (Cl − concentration saturation). Thus, Ag / AgCl reference electrode - can set the potential of the (Cl concentration saturation) below 1.5V as a reference, IO 3 during charging of the flow cell system - can inhibit the production reaction of. IO 3 - By suppressing the formation of reversible charge and discharge an iodine ion and iodine molecule when (I -, I 3 - and I 2) to maintain the total concentration of the positive electrode discharge capacity and the positive electrode charge capacity The decrease is suppressed and the cycle durability can be improved.

なお、「正極の充電電位を、Ag/AgCl参照電極(Cl濃度飽和)の電位を基準として1.5V以下に設定する」とは、原則的に、正極の充電電位を1.5V以下としてフロー電池を充電することを意味し、正極の充電電位が1.5Vを超えることも許容される。例えば、後述するリップルノイズ等の影響により、正極の充電電位が1.5Vを超えることが避けられない場合等には、正極の充電電位が1.5Vを超えることもあり得る。In principle, "setting the charging potential of the positive electrode to 1.5V or less based on the potential of the Ag / AgCl reference electrode (Cl -concentration saturation)" means that the charging potential of the positive electrode is 1.5V or less. It means charging the flow battery, and it is permissible that the charging potential of the positive electrode exceeds 1.5 V. For example, when it is unavoidable that the charging potential of the positive electrode exceeds 1.5V due to the influence of ripple noise or the like described later, the charging potential of the positive electrode may exceed 1.5V.

例えば、制御部は、正極の充電電位が1.5V(vs.Ag/AgCl)を超えない条件で、設定電圧に達するまで定電流充電を行い、設定電圧に達した後は定電圧充電を行うようにフロー電池を制御する。 For example, the control unit performs constant current charging until the set voltage is reached under the condition that the charging potential of the positive electrode does not exceed 1.5 V (vs. Ag / AgCl), and then performs constant voltage charging after reaching the set voltage. Control the flow battery so that.

また、制御部は、正極の充電電位を、Ag/AgCl参照電極(Cl濃度飽和)の電位を基準として1.5V以下に制御することが好ましい。正極の充電電位を1.5V(vs.Ag/AgCl)以下に制御することにより、正極(特に、炭素電極)の劣化が抑えられる傾向にある。また、正極電解液がヨウ素分子に対する良溶媒としてエタノールを含有する場合には、正極の充電電位を1.5V(vs.Ag/AgCl)以下に制御することにより、エタノールの分解がより抑制される傾向にある。Further, the control unit preferably controls the charging potential of the positive electrode to 1.5 V or less based on the potential of the Ag / AgCl reference electrode (Cl − concentration saturation). By controlling the charging potential of the positive electrode to 1.5 V (vs. Ag / AgCl) or less, deterioration of the positive electrode (particularly, the carbon electrode) tends to be suppressed. When the positive electrode electrolytic solution contains ethanol as a good solvent for iodine molecules, the decomposition of ethanol is further suppressed by controlling the charging potential of the positive electrode to 1.5 V (vs. Ag / AgCl) or less. There is a tendency.

なお、「正極の充電電位を、Ag/AgCl参照電極(Cl濃度飽和)の電位を基準として1.5V以下に制御する」とは、正極の充電電位を1.5V以下としてフロー電池の充電を行うことを意味し、正極の充電電位が1.5Vを超えることは許容されない。“Controlling the charging potential of the positive electrode to 1.5V or less based on the potential of the Ag / AgCl reference electrode (Cl concentration saturation)” means charging the flow battery with the charging potential of the positive electrode set to 1.5V or less. It means that the charging potential of the positive electrode does not exceed 1.5V.

例えば、制御部は、後述するリップルノイズ等の影響により、正極の充電電位が1.5V(vs.Ag/AgCl)を超える場合には、高周波フィルタ等により超過分をカットするようにフロー電池を制御する。後述するリップルノイズが重畳しても正極の充電電位が1.05V〜1.5V(vs.Ag/AgCl)の範囲に収まる場合、制御部は、特段の制御を行わなくてもよい。これは、前述した式(3)で表されるIO の生成反応は、リップルノイズのような高周波信号に追随し難いと考えられるためである。For example, when the charging potential of the positive electrode exceeds 1.5 V (vs. Ag / AgCl) due to the influence of ripple noise or the like described later, the control unit uses a high-frequency filter or the like to cut the excess amount of the flow battery. Control. If the charging potential of the positive electrode is within the range of 1.05V to 1.5V (vs. Ag / AgCl) even if the ripple noise described later is superimposed, the control unit does not need to perform any special control. This is because the formation reaction of IO 3 represented by the above-mentioned equation (3) is considered to be difficult to follow a high frequency signal such as ripple noise.

また、フロー電池システムでは、正極の充電電位を、Ag/AgCl参照電極(Cl濃度飽和)の電位を基準として1.5V未満に設定することが好ましく、1.3V以下に設定することがより好ましく、1.05V以下に設定することが更に好ましい。
正極の充電電位が1.5Vを超える条件でフロー電池システムを運用する場合、運用期間中、後述するサンプリング部を用いて正極電解液を定期的にサンプリングしてもよく、後述する濃度調整部を用いて正極への電解液又はそこに含まれる成分の追加を行い、正極電解液に含有される成分の濃度を調整してもよい。
Further, in the flow battery system, the charging potential of the positive electrode is preferably set to less than 1.5 V with reference to the potential of the Ag / AgCl reference electrode (Cl − concentration saturation), and more preferably set to 1.3 V or less. It is preferably set to 1.05 V or less, and more preferably set to 1.05 V or less.
When operating the flow battery system under the condition that the charging potential of the positive electrode exceeds 1.5 V, the positive electrode electrolyte may be periodically sampled using the sampling unit described later during the operation period, and the concentration adjusting unit described later may be used. It may be used to add an electrolytic solution or a component contained therein to the positive electrode to adjust the concentration of the component contained in the positive electrode electrolytic solution.

(正極用参照電極)
フロー電池システムは、正極の電位を計測するための正極用参照電極を備えていてもよい。
正極用参照電極は、標準水素電極電位(standard hydrogen electrode potential)に対する電位に換算可能で、安定した電気化学電位を示せるものであればよい。電気化学電位基準となる参照電極は、電気化学の基本事項として多くの教科書に示されている(例えば、Allen J.Bard and Larry R.Faulkner、「ELECTROCHEMICAL METHODS」p.3、(1980)、John Wiley & Sons,Inc.)。参照電極としては、Ag/AgCl参照電極、飽和カロメル電極(saturated calomel electrode)等が挙げられ、Ag/AgCl参照電極が好ましい。
(Reference electrode for positive electrode)
The flow battery system may include a positive electrode reference electrode for measuring the positive electrode potential.
The reference electrode for the positive electrode may be any one that can be converted into a potential with respect to the standard hydrogen electrode potential and exhibits a stable electrochemical potential. The reference electrode that serves as an electrochemical potential reference is shown in many textbooks as a basic matter of electrochemical potential (for example, Allen J. Bard and Larry R. Faulkner, "ELECTROCHEMICAL METHODS" p.3, (1980), John. Willey & Sons, Inc.). Examples of the reference electrode include an Ag / AgCl reference electrode, a saturated calomel ejector, and the like, and an Ag / AgCl reference electrode is preferable.

正極用参照電極としては、測定された正極の電位をAg/AgCl参照電極(Cl濃度飽和)の電位に換算できるものであれば、Ag/AgCl参照電極に限定されず、他の参照電極を用いてもよい。The reference electrode for the positive electrode is not limited to the Ag / AgCl reference electrode as long as the measured positive electrode potential can be converted into the potential of the Ag / AgCl reference electrode (Cl − concentration saturation), and other reference electrodes can be used. You may use it.

また、フロー電池システムは負極の電位を測定するための負極用参照電極を更に備えていてもよい。参照電極の設置箇所は、正極に1箇所あればよく、正極及び負極にそれぞれ1箇所あることが好ましく、正極及び負極にそれぞれ複数箇所あることがより好ましい。 In addition, the flow battery system may further include a negative electrode reference electrode for measuring the negative electrode potential. The reference electrode may be installed at one location on the positive electrode, preferably at one location on each of the positive electrode and the negative electrode, and more preferably at a plurality of locations on the positive electrode and the negative electrode.

(サンプリング部)
フロー電池システムは、正極電解液をサンプリングするサンプリング部を備えていてもよい。サンプリング部にて正極電解液をサンプリングすることで、正極電解液に含有される成分の濃度の分析が可能であり、例えば、正極電解液に含有される成分の濃度が規定量、必要量等に比べて不足していないか分析することができる。
(Sampling section)
The flow battery system may include a sampling unit that samples the positive electrode electrolyte. By sampling the positive electrode electrolyte in the sampling unit, it is possible to analyze the concentration of the components contained in the positive electrode electrolyte. For example, the concentration of the components contained in the positive electrode electrolyte can be adjusted to a specified amount, a required amount, or the like. It is possible to analyze whether there is a shortage in comparison.

サンプリング部は、例えば、正極電解液貯蔵タンクに配置されていてもよく、循環経路に配置されていてもよい。また、サンプリング部は、所定の時間毎に正極電解液をサンプリングする構成であってもよい。 The sampling unit may be arranged in the positive electrode electrolyte storage tank, for example, or may be arranged in the circulation path. Further, the sampling unit may have a configuration in which the positive electrode electrolytic solution is sampled at predetermined time intervals.

(濃度調整部)
フロー電池システムは、サンプリング部によりサンプリングされた正極電解液を分析し、分析結果に基づいて、正極と正極電解液貯蔵タンクとの間を循環する正極電解液に含有される成分の濃度を調整する濃度調整部を備えていてもよい。フロー電池システムが濃度調整部を備えることで、サンプリング部にてサンプリングした正極電解液に含有される成分の濃度が規定量、必要量等に比べて不足している場合、不足する成分が正極電解液に添加され、正極電解液に含有される成分の濃度を調整することができる。
(Concentration adjustment unit)
The flow battery system analyzes the positive electrode electrolyte sampled by the sampling unit, and adjusts the concentration of the component contained in the positive electrode electrolyte circulating between the positive electrode and the positive electrode electrolyte storage tank based on the analysis result. It may be provided with a density adjusting unit. When the flow battery system is provided with a concentration adjusting unit and the concentration of the component contained in the positive electrode electrolyte sampled by the sampling unit is insufficient compared to the specified amount, the required amount, etc., the insufficient component is the positive electrode electrolysis. The concentration of the component added to the solution and contained in the positive electrode electrolytic solution can be adjusted.

濃度調整部は、例えば、正極電解液貯蔵タンクに貯蔵されている正極電解液に各成分を添加する構成であってもよく、循環経路を流通する正極電解液に各成分を添加する構成であってもよい。また、正極電解液へのヨウ素化合物、添加物等の追加は、フロー電池の運転中であってもよく、停止中であってもよい。 The concentration adjusting unit may have, for example, a configuration in which each component is added to the positive electrode electrolyte stored in the positive electrode electrolyte storage tank, or a configuration in which each component is added to the positive electrode electrolyte flowing through the circulation path. You may. Further, the addition of iodine compounds, additives, etc. to the positive electrode electrolytic solution may be performed while the flow battery is in operation or stopped.

(電位計測部)
フロー電池システムは、正極電解液中のヨウ素イオン及びヨウ素分子の濃度に基づく電位を計測する電位計測部を備えていてもよい。電位計測部は、例えば、ヨウ素イオン及びヨウ素分子の濃度に基づく電位を計測するための集電電極と、電気化学電位の基準となる参照電極とを有し、参照電極基準の電気化学電位を計測する。電気化学電位に関するネルンストの式を用いることにより、計測された参照電極基準の電気化学電位からヨウ素イオン及びヨウ素分子の濃度を求めることができる。集電電極としては、白金電極、グラファイト電極等が挙げられ、参照電極としては、Ag/AgCl電極等が挙げられる。
(Potential measurement unit)
The flow battery system may include a potential measuring unit that measures a potential based on the concentrations of iodine ions and iodine molecules in the positive electrode electrolyte. The potential measuring unit has, for example, a current collecting electrode for measuring the potential based on the concentration of iodine ions and iodine molecules, and a reference electrode as a reference for the electrochemical potential, and measures the electrochemical potential with reference to the reference electrode. do. By using the Nernst equation for the electrochemical potential, the concentrations of iodine ions and iodine molecules can be obtained from the measured electrochemical potential of the reference electrode reference. Examples of the current collecting electrode include a platinum electrode and a graphite electrode, and examples of the reference electrode include an Ag / AgCl electrode.

制御部は、電位計測部により計測された電位に基づいて充電状態(SOC:State Of Charge)を推定することができる。例えば、酸化還元物質としてI、I 、及びIのみを考慮した場合、SOCが0%とは、基本的に正極電解液中にI 及びIが含まれず、Iのみとなっている状態を示す。また、SOCが100%とは、基本的に正極電解液中にIが含まれず、I 及びIのみとなっている状態を示す。The control unit can estimate the charge state (SOC: State Of Charge) based on the potential measured by the potential measurement unit. For example, when only I − , I 3 , and I 2 are considered as redox substances, a SOC of 0% means that the positive electrode electrolyte basically does not contain I 3 and I 2 and only I −. Indicates the state of. Further, 100% SOC basically means a state in which I is not contained in the positive electrode electrolyte and only I 3 and I 2 are contained.

電位計測部は、例えば、正極電解液貯蔵タンクに配置されていてもよく、正極電解液が循環する循環経路に配置されていてもよい。 The potential measuring unit may be arranged, for example, in the positive electrode electrolyte storage tank, or may be arranged in the circulation path through which the positive electrode electrolyte circulates.

(フロー電池システムの構成例)
本実施形態のフロー電池システムの一例を図6に示す。フロー電池システム100は、図6に示すように、正極111と、負極112と、隔膜115と、正極用参照電極113と、正極電解液116と、正極電解液貯蔵タンク118と、負極電解液117と、負極電解液貯蔵タンク119と、送液部として循環経路120、121及びポンプ122、123と、充放電を制御し、正極の充電電位を、Ag/AgCl参照電極(Cl濃度飽和)の電位を基準として1.05V以下に設定する制御部(不図示)を備える。なお、フロー電池システム100を構成する各構成要素は、上述の通りである。
(Example of flow battery system configuration)
An example of the flow battery system of this embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 6, the flow battery system 100 includes a positive electrode 111, a negative electrode 112, a diaphragm 115, a reference electrode 113 for a positive electrode, a positive electrode electrolyte 116, a positive electrode electrolyte storage tank 118, and a negative electrode electrolyte 117. The charge / discharge of the negative electrode electrolyte storage tank 119, the circulation paths 120 and 121 and the pumps 122 and 123 as the liquid feeding unit is controlled, and the charging potential of the positive electrode is set to that of the Ag / AgCl reference electrode (Cl concentration saturation). A control unit (not shown) for setting 1.05 V or less based on the potential is provided. The components constituting the flow battery system 100 are as described above.

図6に示すフロー電池システム100は、正極111と、負極112と、隔膜115と、を一つずつ備える単セルを複数備えるセルスタック130を備える。図6では、単セル数が5つであるセルスタック130を示しているが、単セル数は特に限定されない。また、図6に示すフロー電池システム100では、セルスタックを構成する正極111と負極112とに正極用参照電極113及び負極用参照電極114が配置されており、参照電極を用いた電位計測が可能となっている。 The flow battery system 100 shown in FIG. 6 includes a cell stack 130 including a plurality of single cells including a positive electrode 111, a negative electrode 112, and a diaphragm 115. FIG. 6 shows a cell stack 130 having five single cells, but the number of single cells is not particularly limited. Further, in the flow battery system 100 shown in FIG. 6, a positive electrode reference electrode 113 and a negative electrode reference electrode 114 are arranged on the positive electrode 111 and the negative electrode 112 constituting the cell stack, and potential measurement using the reference electrode is possible. It has become.

図6に示すフロー電池システム100では、正極電解液116をサンプリングするサンプリング部124と、正極電解液116中のヨウ素イオン及びヨウ素分子の濃度に基づく電位を計測する電位計測部125とが正極電解液貯蔵タンク118に配置されている。 In the flow battery system 100 shown in FIG. 6, the sampling unit 124 for sampling the positive electrode electrolyte 116 and the potential measuring unit 125 for measuring the potential based on the concentrations of iodine ions and iodine molecules in the positive electrode electrolyte 116 are the positive electrode electrolyte. It is located in the storage tank 118.

図6に示すフロー電池システム100では、正極111が配置された正極室と正極電解液貯蔵タンク118との間で正極電解液116を循環させ、かつ負極112が配置された負極室と負極電解液貯蔵タンク119との間で負極電解液117を循環させる循環経路120、121と送液ポンプ122、123が送液部として配置されている。 In the flow battery system 100 shown in FIG. 6, the positive electrode electrolyte 116 is circulated between the positive electrode chamber in which the positive electrode 111 is arranged and the positive electrode electrolyte storage tank 118, and the negative electrode chamber and the negative electrode electrolyte in which the negative electrode 112 is arranged are circulated. Circulation paths 120, 121 and liquid feeding pumps 122, 123 for circulating the negative electrode electrolytic solution 117 between the storage tank 119 and the liquid feeding pumps 122, 123 are arranged as liquid feeding portions.

フロー電池システム100の充放電は、図示を省略する制御部によって制御される。前述したとおり、制御部は、正極の充電電位を1.5V(vs.Ag/AgCl)以下に設定することができる。 The charge / discharge of the flow battery system 100 is controlled by a control unit (not shown). As described above, the control unit can set the charging potential of the positive electrode to 1.5 V (vs. Ag / AgCl) or less.

<発電システム>
本実施形態の発電システムは、発電装置と、上述のフロー電池システムと、を備える。本実施形態の発電システムは、フロー電池システムと発電装置とを組み合わせることで、電力変動を平準化及び安定化したり、電力の需給を安定化したりすることができる。
<Power generation system>
The power generation system of the present embodiment includes a power generation device and the above-mentioned flow battery system. By combining the flow battery system and the power generation device, the power generation system of the present embodiment can level and stabilize electric power fluctuations and stabilize the supply and demand of electric power.

発電システムは、発電装置を備える。発電装置の種類は特に限定されず、再生可能エネルギーを用いて発電する発電装置、水力発電装置、火力発電装置、原子力発電装置等が挙げられる。中でも再生可能エネルギーを用いて発電する発電装置が好ましい。 The power generation system includes a power generation device. The type of power generation device is not particularly limited, and examples thereof include a power generation device that generates power using renewable energy, a hydroelectric power generation device, a thermal power generation device, and a nuclear power generation device. Of these, a power generation device that uses renewable energy to generate electricity is preferable.

再生可能エネルギーを用いた発電装置は、気象条件等によって発電量が大きく変動するが、フロー電池システムと組み合わせることで変動する発電電力を平準化して電力系統に平準化した電力を供給することができる。 The amount of power generated by a power generation device using renewable energy fluctuates greatly depending on weather conditions, etc., but by combining it with a flow battery system, it is possible to level the fluctuating generated power and supply the leveled power to the power system. ..

再生可能エネルギーとしては、風力、太陽光、波力、潮力、流水、潮汐、地熱等が挙げられるが、風力又は太陽光が好ましい。 Examples of renewable energy include wind power, solar power, wave power, tidal power, running water, tidal power, geothermal power, etc., but wind power or solar power is preferable.

風力、太陽光等の再生可能エネルギーを用いて発電した発電電力は、高電圧の電力系統に供給する場合がある。通常、風力発電及び太陽光発電は、風向、風力、天気等の気象によって影響を受けるため、発電電力は一定とならず、大きく変動する傾向にある。一定ではない発電電力を高電圧の電力系統にそのまま供給すると、電力系統の不安定化を助長するため好ましくない。本実施形態の発電システムは、例えば、フロー電池システムの充放電波形を発電電力波形に重畳させることで、目標とする電力変動レベルまで発電電力波形を平準化させることができる。 Power generated using renewable energy such as wind power and solar power may be supplied to a high-voltage power system. Normally, wind power generation and solar power generation are affected by the weather such as wind direction, wind power, and weather, so that the generated power is not constant and tends to fluctuate greatly. It is not preferable to supply non-constant generated power to a high-voltage power system as it is because it promotes instability of the power system. In the power generation system of the present embodiment, for example, by superimposing the charge / discharge waveform of the flow battery system on the generated power waveform, the generated power waveform can be leveled to the target power fluctuation level.

上述したフロー電池システムをこのような再生可能エネルギー分野に適用する場合、高圧系に電力を供給するため、フロー電池システムの単セルあたり、1.5V(vs.Ag/AgCl)を超える充電電位が要求される場合が生じ得る。単セルの正極の充電電位が1.5V(vs.Ag/AgCl)である場合、単セルの全体の充電電圧、すなわち正極と負極との間の電位差は3Vを超える値になる。フロー電池システムの各セルスタックが20セル直列された構成である場合、各セルスタックの充電電圧は60Vになる。更に、10個のセルスタックが直列されていると、充電電圧は600Vになる。フロー電池システムの充電は、風力発電等による交流発電電力をインバータで直流電力に変換して実施される。このため、フロー電池システムのセルスタックとインバータの出力との関係において、充電制御電圧の電圧範囲が決まる。 When the above-mentioned flow battery system is applied to such a renewable energy field, a charging potential exceeding 1.5 V (vs. Ag / AgCl) is applied to a single cell of the flow battery system in order to supply electric power to a high-voltage system. It may be required. When the charging potential of the positive electrode of the single cell is 1.5V (vs. Ag / AgCl), the total charging voltage of the single cell, that is, the potential difference between the positive electrode and the negative electrode becomes a value exceeding 3V. When each cell stack of the flow battery system has a configuration in which 20 cells are connected in series, the charging voltage of each cell stack is 60V. Further, when 10 cell stacks are connected in series, the charging voltage becomes 600V. The flow battery system is charged by converting AC power generated by wind power generation or the like into DC power with an inverter. Therefore, the voltage range of the charge control voltage is determined in relation to the cell stack of the flow battery system and the output of the inverter.

インバータの充電電圧が一定の場合、セルスタックの単セル直列数が少ないと、個々の単セルに印加される充電電圧は大きくなる。逆に、セルスタックの単セル直列数が多いと、個々の単セルに印加される充電電圧は小さくなる。したがって、再生可能エネルギーを用いた発電システムにフロー電池システムを設置する場合、フロー電池システムの単セルあたりに印加される充電電圧は、インバータ出力及びセルスタックの単セル直列数を基本的パラメータとして決まる。 When the charging voltage of the inverter is constant and the number of single cells in the cell stack is small, the charging voltage applied to each single cell becomes large. On the contrary, when the number of single cells in the cell stack is large, the charging voltage applied to each single cell becomes small. Therefore, when the flow battery system is installed in a power generation system using renewable energy, the charging voltage applied per single cell of the flow battery system is determined by the inverter output and the number of single cells in the cell stack as basic parameters. ..

本実施形態の発電システムの一例を図2に示す。図7は、風力発電分野に発電システムを適用した場合の構成図である。図7中、FB(Flow Battery)はフロー電池を示し、PCS(Power Conditioning System)は交流直流変換のインバータ制御系を示す。図7のFB及びPCSが前述した本実施形態のフロー電池システムに対応する。 An example of the power generation system of this embodiment is shown in FIG. FIG. 7 is a configuration diagram when a power generation system is applied to the field of wind power generation. In FIG. 7, FB (Flow Battery) indicates a flow battery, and PCS (Power Conditioning System) indicates an AC / DC conversion inverter control system. The FB and PCS in FIG. 7 correspond to the flow battery system of the present embodiment described above.

図7に示す発電電力波形は、風力発電装置によって発電された電力波形の一例である。風力発電の場合は、風の強弱、風向等によって発電電力は大きく変動する。このように変動する電力が送電線等の電力系統に重畳されると、電力系統の安定化に影響する。したがって、風力発電による電力を電力系統に供給する場合、電力系統の電力が変動することを抑制する必要がある。 The generated power waveform shown in FIG. 7 is an example of the power waveform generated by the wind power generation device. In the case of wind power generation, the generated power fluctuates greatly depending on the strength of the wind, the direction of the wind, and the like. When the fluctuating electric power is superimposed on the electric power system such as a transmission line, it affects the stabilization of the electric power system. Therefore, when supplying electric power generated by wind power generation to the electric power system, it is necessary to suppress fluctuations in the electric power of the electric power system.

この変動を抑制するため、発電電力波形の変動を緩和する充放電波形をフロー電池システムから出力し、発電電力波形に重畳させることになる。フロー電池システムは、風力発電により得られた発電電力を平準化し、安定化された電力として供給する役割を担う。 In order to suppress this fluctuation, a charge / discharge waveform that alleviates the fluctuation of the generated power waveform is output from the flow battery system and superimposed on the generated power waveform. The flow battery system plays a role of leveling the generated power obtained by wind power generation and supplying it as stabilized power.

ここで、風力発電の電力波形をより短い時間スケールで見た場合の電力波形を図8に示す。図8の(a)領域及び(b)領域で示される、比較的長い時間領域における電力波形が見られる一方、(a)領域よりも短時間側、(a)領域と(b)領域との間、(b)領域よりも長時間側の3つの時間領域に、マイクロ秒オーダーからミリ秒オーダーであるパルス状の発電波形が見られる。このとき、フロー電池システムは、風力発電電力のある時間幅の目標出力を中心値として、それより下の発電電力の場合は放電により電力を補い、目標出力を上回る場合は発電電力を用いて充電し、目標出力に近づけるように充放電を制御してもよい。 Here, FIG. 8 shows a power waveform when the power waveform of wind power generation is viewed on a shorter time scale. While the power waveform in the relatively long time region shown in the regions (a) and (b) of FIG. 8 can be seen, the region (a) and the region (b) are on the shorter time side than the region (a). In the three time domains on the longer side than the region (b), pulse-shaped power generation waveforms on the order of microseconds to milliseconds can be seen. At this time, the flow battery system uses the target output of a certain time width of the wind power generation as the center value, supplements the power by discharging if the generated power is lower than that, and charges using the generated power if it exceeds the target output. However, the charge / discharge may be controlled so as to approach the target output.

インバータは、直流情報であるフロー電池の充放電信号と発電電力との間で電力のやり取りを実施するための変換器である。フロー電池への充電は、風力発電装置からの交流電力を直流電力に変換して行われる。インバータは、リップルノイズといわれるパルス状の高周波信号が発生しやすい。一般的にそれぞれの周波数帯域に対応できるコンデンサをPCSに設置することで、これらの高周波信号を除去することができる。しかし、これらの対策がなされていないPCSでは、高周波リップル信号がフロー電池に印加されることになる。 The inverter is a converter for exchanging electric power between the charge / discharge signal of the flow battery, which is DC information, and the generated electric power. The flow battery is charged by converting AC power from the wind power generator into DC power. Inverters tend to generate pulsed high-frequency signals called ripple noise. Generally, these high frequency signals can be removed by installing a capacitor corresponding to each frequency band in the PCS. However, in a PCS in which these measures are not taken, a high frequency ripple signal is applied to the flow battery.

フロー電池の応答速度が、風力発電のPCSの出力変動に全て追随できれば理想であるが、実際は困難である。フロー電池の電極界面の電気二重層容量とフロー電池の抵抗とによって定義される時定数(CR)の存在により、マイクロ秒オーダーから数十ミリ秒オーダー領域の電力変動の信号には、電池反応が追随できない。図8に示す場合では、マイクロ秒オーダーからミリ秒オーダー領域の信号が集まり、リップルノイズも重畳した高周波信号が集まる時間領域の電力変動を、フロー電池の充放電で完全に平準化することは難しい。特に、大型のフロー電池の場合、電極の表面積が大きくなることで電気二重層容量が大きくなり、時定数が大きくなることで、この挙動が顕在化してくる。 It would be ideal if the response speed of the flow battery could follow all the output fluctuations of the PCS of wind power generation, but it is actually difficult. Due to the existence of the time constant (CR) defined by the electric double layer capacity at the electrode interface of the flow battery and the resistance of the flow battery, the battery reaction occurs in the signal of the power fluctuation in the microsecond order to several tens of milliseconds order. I can't keep up. In the case shown in FIG. 8, it is difficult to completely level the power fluctuation in the time domain in which signals in the microsecond order to millisecond order region are collected and high frequency signals in which ripple noise is superimposed are collected by charging and discharging the flow battery. .. In particular, in the case of a large flow battery, this behavior becomes apparent as the surface area of the electrode increases, the electric double layer capacity increases, and the time constant increases.

フロー電池システムを風力発電、太陽光発電等に適用した場合、発電中、発電電力を平準化するためにインバータを経由して頻繁な充放電が繰り返される。インバータから発生するリップルノイズを含め、フロー電池に供給される電力信号の中には、フロー電池の追随能力を超えた高周波電力信号が含まれることになる。フロー電池が追随し得ない高周波電力信号がフロー電池に印加されると、その電力は基本的に熱に変換される。この熱はフロー電池の電極端子に集中しやすく、フロー電池の構成材料に悪影響を及ぼしやすい。 When the flow battery system is applied to wind power generation, photovoltaic power generation, etc., frequent charging / discharging is repeated via an inverter during power generation in order to level the generated power. The power signals supplied to the flow battery, including the ripple noise generated from the inverter, include high-frequency power signals that exceed the follow-up capacity of the flow battery. When a high-frequency power signal that the flow battery cannot follow is applied to the flow battery, the power is basically converted into heat. This heat tends to be concentrated on the electrode terminals of the flow battery, and tends to adversely affect the constituent materials of the flow battery.

前述したとおり、フロー電池システムの単セルあたりに印加される充電電圧は、インバータ出力及びセルスタックの単セル直列数を基本的パラメータとして決まるが、要求される蓄電容量とセルスタックの直列数との関係もある。そこで、単セル直列数、セルスタック数、及び充電電圧を考慮し、正極の充電電位が1.5V(vs.Ag/AgCl)以下となるようにフロー電池システムを設計することが好ましい。設計上、1.5Vを超えることを受け入れざるを得ない場合においても、フロー電池システムの寿命を確保するため、正極の充電電位を1.5V(vs.Ag/AgCl)以下に制御することが好ましい。 As described above, the charging voltage applied per single cell of the flow battery system is determined by the inverter output and the number of single cell series of the cell stack as basic parameters, but the required storage capacity and the number of cell stack series are the same. There is also a relationship. Therefore, it is preferable to design the flow battery system so that the charging potential of the positive electrode is 1.5 V (vs. Ag / AgCl) or less in consideration of the number of single cells in series, the number of cell stacks, and the charging voltage. Even if it is necessary to accept that it exceeds 1.5V by design, it is possible to control the charging potential of the positive electrode to 1.5V (vs. Ag / AgCl) or less in order to secure the life of the flow battery system. preferable.

フロー電池システムの設計上、正極の充電電位が1.5V(vs.Ag/AgCl)を超える条件でフロー電池システムを運用する場合、運用期間中、正極電解液及び負極電解液又はこれに含まれる成分の追加を実施することが好ましい。但し、揮発性の成分を含む場合は、正極の充電電位が1.5Vを超えない運用環境においても、定期的に分析し、必要な場合は当該成分を追加することが好ましい。 Due to the design of the flow battery system, when the flow battery system is operated under the condition that the charging potential of the positive electrode exceeds 1.5 V (vs. Ag / AgCl), it is included in the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte during the operation period. It is preferable to carry out the addition of components. However, when a volatile component is contained, it is preferable to perform periodic analysis even in an operating environment where the charging potential of the positive electrode does not exceed 1.5 V, and add the component if necessary.

正極の充電電位が1.5V(vs.Ag/AgCl)を超えない条件でフロー電池システムを運用する場合においても、インバータのリップルノイズに関しては、正極の充電電位が1.5Vを超えるようなシグナルが含まれていると考えるのが妥当と思われる。インバータのリップルノイズは、フロー電池システムの劣化を促進するため、PCSにリップルノイズを吸収できる帯域幅のコンデンサを設置することが好ましい。 Even when the flow battery system is operated under the condition that the charging potential of the positive electrode does not exceed 1.5V (vs. Ag / AgCl), the signal that the charging potential of the positive electrode exceeds 1.5V with respect to the ripple noise of the inverter. It seems reasonable to think that is included. Since the ripple noise of the inverter accelerates the deterioration of the flow battery system, it is preferable to install a capacitor having a bandwidth capable of absorbing the ripple noise in the PCS.

また、発電システムは、発電装置で発電された発電電力の需給に応じて、フロー電池システムの充放電を制御するシステムであってもよい。例えば、発電装置にて発電された発電電力の供給量が電力系統における需要量を上回る場合、フロー電池システムが充電を行い、かつ発電装置にて発電された発電電力の供給量が電力系統における需要量を下回る場合、フロー電池システムが放電を行うように発電システムが制御されていてもよい。 Further, the power generation system may be a system that controls the charge / discharge of the flow battery system according to the supply and demand of the generated power generated by the power generation device. For example, when the supply amount of the generated power generated by the power generation device exceeds the demand amount in the power system, the flow battery system charges and the supply amount of the generated power generated by the power generation device is the demand in the power system. Below the volume, the power generation system may be controlled so that the flow battery system discharges.

発電システムは、再生可能エネルギーを用いた発電装置とフロー電池システムとを組み合わせることで、フロー電池システムが低コストで高エネルギー密度の蓄電システムとして機能し、さらに、炭酸ガスの排出量の低減を図り、地球温暖化を抑制するという地球規模の課題の解決に役立つものである。 The power generation system combines a power generation device that uses renewable energy with a flow battery system, so that the flow battery system functions as a low-cost, high-energy density power storage system, and further reduces carbon dioxide emissions. , Helps solve the global issue of curbing global warming.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited to these Examples.

[実施例1]
電解液に含まれる有機化合物を用いてヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離した場合の効果について検証するため、下記の実験を行った。
[Example 1]
The following experiment was conducted to verify the effect of separating the iodide ion oxidation reaction product using the organic compound contained in the electrolytic solution.

(1)電解液が有機化合物を含有することによる酸化電流値の向上効果を実験により調べた。具体的には、3Mのヨウ化ナトリウム(NaI)の水溶液に、有機化合物として5体積%のメチルエチルケトンを添加した電解液と、メチルエチルケトンを添加しなかった電解液をそれぞれ調製し、電極としてグラッシーカーボン電極を使用し、特定電位における酸化電流値の大きさを測定した。図9に測定結果を示す。図中の縦軸は電流値(mA)、横軸は時間(s)をそれぞれ表している。 (1) The effect of improving the oxidation current value by containing an organic compound in the electrolytic solution was investigated experimentally. Specifically, an electrolytic solution in which 5% by volume of methyl ethyl ketone was added as an organic compound and an electrolytic solution in which methyl ethyl ketone was not added were prepared in a 3M aqueous solution of sodium iodide (NaI), respectively, and a glassy carbon electrode was used as an electrode. Was used to measure the magnitude of the oxidation current value at a specific potential. FIG. 9 shows the measurement results. In the figure, the vertical axis represents the current value (mA) and the horizontal axis represents the time (s).

ヨウ素皮膜はバルク水溶液中のヨウ化物イオンと化学反応し、三ヨウ化物イオン(I )となって溶解する(I+I→I )。しかし、ヨウ素皮膜の形成速度が溶解速度を上回ると、電極表面でヨウ素皮膜が成長して電気抵抗が増大する。そのため、ヨウ素皮膜により酸化電流値が制限され、ヨウ素皮膜の形成と溶解が拮抗する電流値において定常状態となる。実験の結果、メチルエチルケトンを添加した電解液を用いた場合は、電流値が一定となる定常状態における電流値(mA)がメチルエチルケトンを添加していない電解液を用いた場合と比べて約30%高かった。以上の結果から、有機化合物を電解液に添加することでヨウ素皮膜の溶解が促進され、酸化電流値が向上することがわかった。The iodine film chemically reacts with iodide ions in the bulk aqueous solution to form triiodide ions (I 3 ) and dissolves (I + I 2 → I 3 ). However, when the rate of formation of the iodine film exceeds the rate of dissolution, the iodine film grows on the electrode surface and the electrical resistance increases. Therefore, the oxidation current value is limited by the iodine film, and a steady state is reached at the current value at which the formation and dissolution of the iodine film antagonize. As a result of the experiment, when the electrolytic solution to which methyl ethyl ketone was added was used, the current value (mA) in the steady state where the current value was constant was about 30% higher than that when the electrolytic solution to which methyl ethyl ketone was not added was used. rice field. From the above results, it was found that the addition of the organic compound to the electrolytic solution promotes the dissolution of the iodine film and improves the oxidation current value.

(2)図10は、図9の測定を行った際に生成した疎水性の物質の写真である。この疎水性の物質は液体の状態であり、バルク水溶液よりもメチルエチルケトン濃度が高く、ヨウ化物イオンとその酸化反応生成物、カチオン及び水を含有していた。また、生成した疎水性の物質は、容器の底部に沈澱した。 (2) FIG. 10 is a photograph of a hydrophobic substance produced when the measurement of FIG. 9 was performed. This hydrophobic substance was in a liquid state, had a higher concentration of methyl ethyl ketone than the bulk aqueous solution, and contained iodide ions and their oxidation reaction products, cations, and water. In addition, the produced hydrophobic substance settled on the bottom of the container.

(3)図11は、メチルエチルケトンとヨウ化物イオンの酸化反応生成物とを含有する疎水性の物質中で観測された、酸化電位での酸化電流値と還元電位での還元電流値を示すグラフである。グラフ中の縦軸は電流値(mA)、横軸は時間(s)をそれぞれ表し、正の電流値が酸化電流値を、負の電流値が還元電流値をそれぞれ表す。図11に示すように、酸化電流と還元電流がともに観測された。以上の結果から、疎水性の物質中において酸化反応と還元反応がともに進行することが確認できた。 (3) FIG. 11 is a graph showing the oxidation current value at the oxidation potential and the reduction current value at the reduction potential observed in a hydrophobic substance containing an oxidation reaction product of methyl ethyl ketone and iodide ion. be. In the graph, the vertical axis represents the current value (mA), the horizontal axis represents the time (s), the positive current value represents the oxidation current value, and the negative current value represents the reduction current value. As shown in FIG. 11, both the oxidation current and the reduction current were observed. From the above results, it was confirmed that both the oxidation reaction and the reduction reaction proceed in the hydrophobic substance.

[実施例2]
有機化合物としてメチルエチルケトン又はプロピレンカーボネートを含む電解液を用いて、ノーマルパルスボルタンメトリーによって酸化反応を調査し、正極の電極反応を検証した。
図12は、実施例2において実施した、ノーマルパルスボルタンメトリーの電位波形を示すグラフである。図12中、Eiは初期電位、ΔEsはパルス増分、tpはパルス幅、及びτはパルス周期を表す。図12に示される電位波形を電気化学計測装置であるポテンショスタットを使い電気化学セルに入力し、各パルス電位及びパルス時間に対応する電流値を計測した。
[Example 2]
Using an electrolytic solution containing methyl ethyl ketone or propylene carbonate as an organic compound, the oxidation reaction was investigated by normal pulse voltammetry, and the electrode reaction of the positive electrode was verified.
FIG. 12 is a graph showing the potential waveform of normal pulse voltammetry carried out in Example 2. In FIG. 12, Ei represents the initial potential, ΔEs represents the pulse increment, tp represents the pulse width, and τ represents the pulse period. The potential waveform shown in FIG. 12 was input to the electrochemical cell using a potentiostat, which is an electrochemical measuring device, and the current values corresponding to each pulse potential and pulse time were measured.

ポテンショスタットは電気化学計測においては一般的な装置であり、電位の基準となる参照電極電位に対して、図12に示されるパルス電位を制御し、作用電極で進行する電気化学反応に基づき観測される電流を検出する装置である。また、対極を設け、対極に電流が流れるように設計されている。参照電極の入力抵抗は非常に大きく直流抵抗で通常1014オームレベルであり、作用電極で進行する電気化学反応の電流は全て対極に流れる回路構成になっている。The potentiostat is a general device in electrochemical measurement, and it is observed based on the electrochemical reaction that proceeds at the working electrode by controlling the pulse potential shown in FIG. 12 with respect to the reference electrode potential that is the reference of the potential. It is a device that detects the current. In addition, a counter electrode is provided so that current flows through the counter electrode. The input resistance of the reference electrode is very large, DC resistance, which is usually at the level of 10 14 ohms, and the circuit configuration is such that all the current of the electrochemical reaction proceeding at the working electrode flows to the opposite electrode.

ポテンショスタットは、これら電位基準となる参照電極、電位制御の対象となる作用電極、及び対極の3電極を備える。最近はマイクロコンピュータの発達に伴い、図12に示されるノーマルパルスボルタンメトリーの波形はポテンショスタット機能と一体化してプログラミングできるようになっているものが一般的である。 The potentiostat includes a reference electrode as a reference for these potentials, a working electrode as a target for potential control, and three counter electrodes. Recently, with the development of microcomputers, the waveform of normal pulse voltammetry shown in FIG. 12 can be generally programmed by being integrated with the potentiostat function.

図13A及び図13Bは、実施例2において得られたノーマルパルスボルタモグラムを示すグラフである(パルス幅50ms)。ボルタモグラムとは、電気化学反応に基づき観測される電流を電位に対してプロットした電流電位曲線のことである。
図13Aは、支持電解質として1Mの過塩素酸ナトリウム(NaClO)を含有する20mMのヨウ化ナトリウム水溶液95vol%とメチルエチルケトン10vol%を含有する溶液を電解液として使用し、電極にはグラッシーカーボン(直径1.6mm)を使用し、ΔEs=0.05V及びτ=20sとしたときの結果を示す。
図13Bは、支持電解質として1Mの過塩素酸ナトリウム(NaClO)を含有する20mMのヨウ化ナトリウム水溶液95vol%とプロピレンカーボネート10vol%を含有する溶液を電解液として使用し、電極にはグラッシーカーボン(直径1.6mm)を使用し、ΔEs=0.05V及びτ=20sとしたときの結果を示す。
図13A及び図13B中、横軸は電位(V vs.Ag/AgCl)、及び縦軸は電流密度(mA/cm)を表す。電流密度は、酸化電位にステップ後50ms後の電流値を電極面積で除した値である(以下、同様である)。測定は液温25℃の環境で行った。
13A and 13B are graphs showing the normal pulse voltammogram obtained in Example 2 (pulse width 50 ms). A voltamogram is a current-potential curve in which the current observed based on an electrochemical reaction is plotted against a potential.
In FIG. 13A, a solution containing 95 vol% of a 20 mM sodium iodide aqueous solution containing 1 M sodium perchlorate (NaClO 4 ) as a supporting electrolyte and 10 vol% of methyl ethyl ketone was used as an electrolytic solution, and glassy carbon (diameter) was used for the electrode. 1.6 mm) is used, and the results are shown when ΔEs = 0.05 V and τ = 20 s.
In FIG. 13B, a solution containing 95 vol% of a 20 mM sodium iodide aqueous solution containing 1 M sodium perchlorate (NaClO 4 ) as a supporting electrolyte and 10 vol% of propylene carbonate was used as an electrolytic solution, and glassy carbon (glassy carbon (NaClO 4) was used as an electrode. The results are shown when ΔEs = 0.05V and τ = 20s using (diameter 1.6 mm).
In FIGS. 13A and 13B, the horizontal axis represents the potential (V vs. Ag / AgCl), and the vertical axis represents the current density (mA / cm 2 ). The current density is a value obtained by dividing the oxidation potential by the current value 50 ms after the step by the electrode area (hereinafter, the same applies). The measurement was performed in an environment where the liquid temperature was 25 ° C.

次に、リバースパルスボルタンメトリーによって、ノーマルパルスボルタンメトリーとは逆反応の還元反応を調査し、正極の電極反応を検証した。 Next, the reduction reaction, which is the opposite reaction to the normal pulse voltammetry, was investigated by reverse pulse voltammetry, and the electrode reaction of the positive electrode was verified.

図14は、実施例2において実施した、リバースパルスボルタンメトリーの電位波形を示すグラフである。リバースパルスボルタンメトリーはノーマルパルスボルタンメトリーと同様にプログラミング化されたポテンショスタットを用いて実施することができる。Eiは初期電位、Ecは着目する反応が進行しない電位(コンディショニング電位)、ΔEsはリバースパルス電位増分、tcはEcに保持する時間、tdはEiに保持する時間及びtpはリバースパルス幅を表す。Ecは浸漬電位、ΔEs=0.05V、tc=10s、td=2sとした。 FIG. 14 is a graph showing the potential waveform of reverse pulse voltammetry carried out in Example 2. Reverse pulse voltammetry can be performed using programmed potentiostats similar to normal pulse voltammetry. Ei is the initial potential, Ec is the potential at which the reaction of interest does not proceed (conditioning potential), ΔEs is the reverse pulse potential increment, tc is the time held in Ec, td is the time held in Ei, and tp is the reverse pulse width. Ec was the immersion potential, ΔEs = 0.05V, tc = 10s, and td = 2s.

リバースパルスボルタンメトリーはノーマルパルスボルタンメトリーで得られたIの酸化反応の挙動をより精査できる機能を有する。すなわち初期電位において生成した生成物がどのような電気化学挙動を示すのかを検証できる。初期電位で生成するものが酸化反応生成物である場合、リバースパルス電位がある電位領域に到達すると、酸化反応生成物の還元反応の挙動を捕捉することができる。Reverse pulse voltammetry has a function that can more closely examine the behavior of the oxidation reaction of I − obtained by normal pulse voltammetry. That is, it is possible to verify what kind of electrochemical behavior the product produced at the initial potential exhibits. When what is produced at the initial potential is an oxidation reaction product, when the reverse pulse potential reaches a certain potential region, the behavior of the reduction reaction of the oxidation reaction product can be captured.

リバースパルスのパルス電位はリバースパルス電位増分が繰り返されて、初期電位Eiを出発電位として、卑な方向にステップされる。一回の電位ステップが終了すると、酸化反応還元反応が最も進行しにくいコンディショニング電位Ecに保持される。コンディショニング電位Ecに作用電極の境界条件が反応前と同等レベルに回復する時間(tc)保持される。tc時間後、初期電位Eiに電位がステップされ、tdの間、作用電極上で酸化反応(一般的には酸化又は還元反応)を進行させる。初期電位にtd時間制御後、リバースパルスを印加する。この繰り返しでリバースパルスボルタンメトリーは実施され、得られたリバースパルスの電流と電位との関係を基に反応そのもの、反応機構等が精査可能となる。 The pulse potential of the reverse pulse is stepped in a low direction with the initial potential Ei as the starting potential by repeating the reverse pulse potential increment. When one potential step is completed, the redox reaction is held at the conditioning potential Ec, which is the most difficult to proceed. The conditioning potential Ec holds the time (tk) for the boundary conditions of the working electrode to recover to the same level as before the reaction. After tk hours, the potential is stepped to the initial potential Ei, during which an oxidation reaction (generally an oxidation or reduction reaction) proceeds on the working electrode. After controlling the td time to the initial potential, a reverse pulse is applied. By repeating this process, reverse pulse voltammetry is performed, and the reaction itself, the reaction mechanism, and the like can be closely examined based on the relationship between the obtained reverse pulse current and potential.

ノーマルパルスボルタンメトリー及びリバースパルスボルタンメトリーともに、それぞれのパルス間において作用電極の境界条件が共通になるため、反応生成物と電位との関係において、初期電位で反応する反応物質の濃度を一定とみなすことができ、電流と電位との関係を検討する上において、単純化できる点が大きいメリットである。一回のパルス終了後コンディショニング電位に戻るため、任意のパルス電位の情報は、当該パルスの前のパルス電位で生成した反応物等の履歴を伴わない。ノーマルパルスボルタンメトリー、及びリバースパルスボルタンメトリーの強みは上記のように、観測したい電気化学情報をシンプルに抽出できる点にあるといえる。 In both normal pulse voltammetry and reverse pulse voltammetry, the boundary conditions of the working electrode are the same between each pulse, so the concentration of the reactant that reacts at the initial potential can be regarded as constant in the relationship between the reaction product and the potential. It is possible, and it is a great merit that it can be simplified when examining the relationship between current and potential. Since it returns to the conditioning potential after the end of one pulse, the information of the arbitrary pulse potential is not accompanied by the history of the reactants generated at the pulse potential before the pulse. As mentioned above, the strength of normal pulse voltammetry and reverse pulse voltammetry can be said to be that the electrochemical information to be observed can be simply extracted.

図15A及び図15Bは、実施例2において実施した、リバースパルスボルタモグラムである(初期電位0.50V、0.55V及びパルス幅50ms)。図15A及び図15Bでは、初期電位(0.50V、0.55Vで2秒間保持した後の、ステップ電位と電流値との関係をグラフで示している。
図15Aは、支持電解質として1Mの過塩素酸ナトリウムを含有する20mMのヨウ化ナトリウム水溶液95vol%とメチルエチルケトンを5vol%含有する溶液を電解液として使用し、電極にはグラッシーカーボン(直径1.6mm)を使用し、リバースパルスのパルス幅は50msとしたときの結果を示す。
図15Bは、支持電解質として1Mの過塩素酸ナトリウムを含有する20mMのヨウ化ナトリウム水溶液95vol%とプロピレンカーボネートを5vol%含有する溶液を電解液として使用し、電極にはグラッシーカーボン(直径1.6mm)を使用し、リバースパルスのパルス幅は50msとしたときの結果を示す。
15A and 15B are reverse pulse voltammograms performed in Example 2 (initial potentials 0.50V, 0.55V and pulse width 50ms). In FIGS. 15A and 15B, the relationship between the step potential and the current value after holding at the initial potential (0.50 V, 0.55 V for 2 seconds) is shown graphically.
In FIG. 15A, a solution containing 95 vol% of a 20 mM sodium iodide aqueous solution containing 1 M sodium perchlorate and 5 vol% of methyl ethyl ketone as a supporting electrolyte was used as an electrolytic solution, and glassy carbon (1.6 mm in diameter) was used for the electrode. Is used, and the result is shown when the pulse width of the reverse pulse is 50 ms.
In FIG. 15B, a solution containing 95 vol% of a 20 mM sodium iodide aqueous solution containing 1 M sodium perchlorate and 5 vol% of propylene carbonate as the supporting electrolyte was used as the electrolytic solution, and glassy carbon (1.6 mm in diameter) was used for the electrode. ) Is used, and the result is shown when the pulse width of the reverse pulse is 50 ms.

図15A及び図15Bに示すように、初期電位を0.5V、0.55Vとした場合は、還元反応に関する明確な限界電流が観測された。したがって、初期電位0.5V、0.55Vにおける生成物はイオンであり、本条件においてはI である。すなわち、Iの酸化反応生成物であるI が還元される挙動が確認できた。As shown in FIGS. 15A and 15B, when the initial potentials were 0.5V and 0.55V, a clear critical current for the reduction reaction was observed. Therefore, the product at the initial potentials of 0.5V and 0.55V is an ion, which is I 3 under this condition. That, I - I 3 is an oxidation reaction product - was confirmed behavior is reduced.

図16A及び図16Bは、実施例2において実施したリバースパルスボルタモグラムであり、電解液中に含有するメチルエチルケトン又はプロピレンカーボネートの効果を示したものである(初期電位0.60V及びパルス幅50ms)。
図16Aは、支持電解質として1Mの過塩素酸ナトリウムを含有する20mMのヨウ化ナトリウム水溶液95vol%とメチルエチルケトンを5vol%含有する水溶液と、支持電解質として1Mの過塩素酸ナトリウムを含有する20mMのヨウ化ナトリウム水溶液をそれぞれ電解液として使用したときの結果を示す。
図16Bは、支持電解質として1Mの過塩素酸ナトリウムを含有する20mMのヨウ化ナトリウム水溶液95vol%とプロピレンカーボネートを5vol%含有する水溶液と、支持電解質として1Mの過塩素酸ナトリウムを含有する20mMのヨウ化ナトリウム水溶液をそれぞれ電解液として使用したときの結果を示す。
16A and 16B are reverse pulse voltammograms carried out in Example 2 and show the effect of methyl ethyl ketone or propylene carbonate contained in the electrolytic solution (initial potential 0.60 V and pulse width 50 ms).
FIG. 16A shows a 20 mM sodium iodide aqueous solution containing 95 vol% of sodium perchlorate as a supporting electrolyte, an aqueous solution containing 5 vol% of methyl ethyl ketone, and a 20 mM iodide containing 1 M sodium perchlorate as a supporting electrolyte. The results when each sodium aqueous solution was used as an electrolytic solution are shown.
FIG. 16B shows a 20 mM sodium iodide aqueous solution containing 95 vol% of sodium perchlorate containing 1 M as a supporting electrolyte, an aqueous solution containing 5 vol% of propylene carbonate, and a 20 mM iodine containing 1 M sodium perchlorate as a supporting electrolyte. The results when each aqueous sodium chemical solution is used as an electrolytic solution are shown.

図16A及び図16Bに示すように、メチルエチルケトン又はプロピレンカーボネートが電解液に含有されていない場合、還元電流値は電位を卑にステップするにしたがって増加することが観測された。この挙動は、固相電気化学反応(例えば金属めっき面からの溶解反応)において観測される挙動である。溶液中からの拡散にともなう拡散過電圧が不要であるため、リバースパルスのパルス電位が増大するにしたがって、限界電流を示すことなく還元反応の電流が増大することを確認した。電解液がメチルエチルケトン又はプロピレンカーボネートを含む場合、0.3V〜0.6Vの領域で還元電流は無添加の場合と同様だが、0.25V以下の領域で還元電流が減少した。この挙動は、溶液中にメチルエチルケトン又はプロピレンカーボネートが含まれることによってヨウ素皮膜の還元とヨウ素皮膜の溶解が促進されているためと考えられる。 As shown in FIGS. 16A and 16B, when methyl ethyl ketone or propylene carbonate was not contained in the electrolytic solution, it was observed that the reduction current value increased as the potential was stepped down. This behavior is observed in a solid-phase electrochemical reaction (for example, a dissolution reaction from a metal-plated surface). Since the diffusion overvoltage associated with the diffusion from the solution is not required, it was confirmed that the reduction reaction current increases as the pulse potential of the reverse pulse increases without showing the limit current. When the electrolytic solution contained methyl ethyl ketone or propylene carbonate, the reduction current was the same in the region of 0.3V to 0.6V as in the case of no addition, but the reduction current decreased in the region of 0.25V or less. This behavior is considered to be because the reduction of the iodine film and the dissolution of the iodine film are promoted by the inclusion of methyl ethyl ketone or propylene carbonate in the solution.

図17A及び図17Bは、実施例2において実施した、リバースパルスボルタモグラムであり(初期電位0.9V〜1.1V及びパルス幅50ms)、図16A及び図16Bにおける初期電位よりもさらに高電位で初期電位を設定(同様に2秒間保持)している。
図17Aは、初期電位以外は図16Aと同様の条件としたときの結果を示し、図17Bは、初期電位以外は図16Bと同様の条件としたときの結果を示す。
17A and 17B are reverse pulse voltammograms carried out in Example 2 (initial potential 0.9V to 1.1V and pulse width 50ms), initial at a higher potential than the initial potentials in FIGS. 16A and 16B. The potential is set (similarly held for 2 seconds).
FIG. 17A shows the results under the same conditions as in FIG. 16A except for the initial potential, and FIG. 17B shows the results under the same conditions as in FIG. 16B except for the initial potential.

図17A及び図17Bにて観測された還元電流値は大きく二つのグループに分けられる。一つのグループは、初期電位を0.9V、1.0Vとした場合であり、リバースパルス電位を卑にステップするにしたがって、還元電流値が大きく増加することが観測された。一方、もう一つのグループは、初期電位を1.05V、1.1Vとした場合であり、0.9V、1.0Vとした場合と比較して、リバースパルスの還元電流値は低い値であった。リバースパルスボルタンメトリーは初期電位において生成した化学種の還元反応速度の違いを見ているため、これらのグループ間のリバースパルスボルタモグラムの違いは、初期電位の違いによる、生成物の違いであると考えるのがもっともシンプルである。 The reduction current values observed in FIGS. 17A and 17B can be roughly divided into two groups. One group was when the initial potentials were 0.9V and 1.0V, and it was observed that the reduction current value increased significantly as the reverse pulse potential was stepped down. On the other hand, the other group is the case where the initial potential is 1.05V and 1.1V, and the reduction current value of the reverse pulse is lower than that when the initial potential is 0.9V and 1.0V. rice field. Since reverse pulse voltammetry looks at the difference in the reduction reaction rate of the chemical species generated at the initial potential, it is considered that the difference in the reverse pulse voltammetry between these groups is the difference in the product due to the difference in the initial potential. Is the simplest.

は以下の式(1)及び式(2)に示す反応により、I 及びIを生成することが知られている。I - by the reaction shown in the following equation (1) and (2), I 3 - and to generate the I 2 are known.

2I→I+2e (1)
3I→I +2e (2)
2I - → I 2 + 2e - (1)
3I - → I 3 - + 2e - (2)

式(1)及び式(2)の標準酸化還元電位は、それぞれ0.536V(標準水素電極電位)でほぼ等しい。したがって、リバースパルスボルタンメトリーの初期電位において生成するIの酸化反応生成物はI及びI である。式(7)の標準電極電位の温度に対する変化は1℃あたり−0.148mV(玉虫玲太、「電気化学(第2版)」p.300、(1991)、東京化学同人)である。すなわち25℃から50℃が低下した−25℃の環境において式(2)の標準電極電位(standard electrode potential)は0.536(標準水素電極電位)からわずか7.4mV変化するにとどまる。電気化学電位は基本的に温度に依存しているが、上記に示すように実用生活環境温度において、電池反応と電位との関係は100mVレベルの大きい変動は無いと考えられる。The standard redox potentials of formulas (1) and (2) are approximately equal at 0.536 V (standard hydrogen electrode potential), respectively. Therefore, the oxidation reaction products of I − produced at the initial potential of reverse pulse voltammetry are I 2 and I 3 . The change of the standard electrode potential of the formula (7) with respect to temperature is −0.148 mV per 1 ° C. (Reita Tamamushi, “Electrochemistry (2nd Edition)” p.300, (1991), Tokyo Chemical Co., Ltd.). That is, in an environment of -25 ° C, which is a decrease of 50 ° C from 25 ° C, the standard electrode potential (standard electrode potential) of the formula (2) changes by only 7.4 mV from 0.536 (standard hydrogen electrode potential). The electrochemical potential basically depends on the temperature, but as shown above, it is considered that the relationship between the battery reaction and the potential does not fluctuate significantly at the 100 mV level in the practical living environment temperature.

ここで、初期電位が1.05Vを超える場合には以下式(3)で示す反応によりIO が生成される。Here, when the initial potential exceeds 1.05 V, IO 3 is generated by the reaction represented by the following formula (3).

+3HO→IO +6H+6e (3)I + 3H 2 O → IO 3 + 6H + + 6e (3)

前述のように、式(3)は不可逆な反応であると報告されている。式(3)は不可逆反応であるため、リバースパルス電位が還元反応領域に達しても、生成したIO の反応速度が非常に小さく、生成したIO が還元反応によりIになかなか戻らないことが推測される。As mentioned above, equation (3) has been reported to be an irreversible reaction. Since Equation (3) is a irreversible reaction, even if the reverse pulse voltage reaches the reduction reaction area, resulting IO 3 - very small rate of reaction, the resulting IO 3 - is I by reduction - easily return to It is presumed that there is no such thing.

また、以下の式(4)で表されるDushman反応により、上記式(4)で生成されたIO からIが生成される。Further, by the Dushman reaction represented by the following formula (4), I 2 is generated from IO 3 − generated by the above formula (4).

IO +5I+6H→3I+3HO (4)IO 3 + 5I + 6H + → 3I 2 + 3H 2 O (4)

更に、以下の式(5)は、上記式(3)及び式(4)の全反応(式(3)+式(4))として求められる。 Further, the following formula (5) is obtained as the total reaction of the above formulas (3) and (4) (formula (3) + formula (4)).

+6HO→2IO +12H+10e (5)I 2 + 6H 2 O → 2IO 3 + 12H + + 10e (5)

上記文献1によれば、上記式(4)の化学反応速度は上記式(3)の電気化学反応に比べ早く、式(3)及び式(4)を構成反応とする式(5)の律速過程は、式(3)の電気化学反応である。このため、正極の充電電位が、Ag/AgCl参照電極(Cl濃度飽和)の電位を基準として1.05Vを超える場合、上記式(3)〜式(5)の反応が生じていると推測される。According to the above document 1, the chemical reaction rate of the above formula (4) is faster than the electrochemical reaction of the above formula (3), and the rate-determining rate of the formula (5) having the formulas (3) and (4) as constituent reactions. The process is an electrochemical reaction of formula (3). Therefore, when the charging potential of the positive electrode exceeds 1.05 V with reference to the potential of the Ag / AgCl reference electrode (Cl − concentration saturation), it is presumed that the reactions of the above formulas (3) to (5) have occurred. Will be done.

式(3)及び式(4)の全反応である式(5)に示す反応により、Iが反応してIO が生成されるが、式(3)に示す反応と同様に、式(5)に示す反応も不可逆反応である。このため、生成されるIO は放電反応速度が遅く、Iに戻りにくいことが推測される。The reaction shown in Equation (5) is the total reaction of the formula (3) and (4), by the reaction I 2 IO 3 - but is generated in the same manner as in the reaction shown in equation (3), wherein The reaction shown in (5) is also an irreversible reaction. Therefore, it is presumed that the generated IO 3 has a slow discharge reaction rate and is difficult to return to I 2.

このため、初期電位が1.05Vを超える場合にIO が生成され、還元反応速度が小さいリバースパルスボルタモグラムになったと考えられる。 Therefore, it is considered that IO 3 was generated when the initial potential exceeded 1.05 V, resulting in a reverse pulse voltammogram having a small reduction reaction rate.

したがって、正極電解液中にメチルエチルケトン又はプロピレンカーボネートを含有する場合、正極の充電電位を1.05Vを超える充電電位条件では、不可逆反応によりIO が生成されると考えられる。このため、正極の充電電位が1.05Vを超えない状態で運転することが好ましいことがわかる。Therefore, when methyl ethyl ketone or propylene carbonate is contained in the positive electrode electrolyte, it is considered that IO 3 is generated by an irreversible reaction under a charging potential condition in which the charging potential of the positive electrode exceeds 1.05 V. Therefore, it can be seen that it is preferable to operate in a state where the charging potential of the positive electrode does not exceed 1.05 V.

図18A及び図18Bは、実施例2において実施した、リバースパルスボルタモグラムであり(初期電位1.4V、1.5V及びパルス幅50ms)、図16A及び図16Bにおける初期電位よりもさらに高電位で初期電位を設定(同様に2秒間保持)している。
図18Aは、初期電位以外は図16Aと同様の条件としたときの結果を示し、図18Bは、初期電位以外は図16Bと同様の条件としたときの結果を示す。
18A and 18B are reverse pulse voltammograms carried out in Example 2 (initial potentials 1.4V, 1.5V and pulse width 50ms), initial at a higher potential than the initial potentials in FIGS. 16A and 16B. The potential is set (similarly held for 2 seconds).
FIG. 18A shows the results under the same conditions as in FIG. 16A except for the initial potential, and FIG. 18B shows the results under the same conditions as in FIG. 16B except for the initial potential.

図18A及び図18Bに示すように、リバースパルスで観測される還元電流値は、初期電位を1.5V以上とした場合、初期電位を1.4Vとした場合と比較して低下することが分かった。更に、初期電位を高くするにしたがって還元電流値が低下する傾向にあることが分かった。このことから、初期電位を1.5V以上の貴な電位に保持することによって電極が不活性化していると推定した。 As shown in FIGS. 18A and 18B, it was found that the reduction current value observed by the reverse pulse is lower when the initial potential is 1.5 V or higher than when the initial potential is 1.4 V. rice field. Furthermore, it was found that the reduction current value tends to decrease as the initial potential is increased. From this, it was estimated that the electrode was inactivated by holding the initial potential at a noble potential of 1.5 V or higher.

[実施例3]
図19A及び図19Bは、実施例3において実施した、ノーマルパルスボルタモグラムである(パルス幅50、500及び5000ms)。実施例3では、パルス幅を50ms、500ms及び5000msとしたときの電流密度を測定している。その他の条件は実施例2と同様である。
図19Aは、3Mのヨウ化ナトリウム水溶液95vol%にメチルエチルケトンを5vol%含有する溶液を電解液として使用したときの結果を示す。
図19Bは、3Mのヨウ化ナトリウム水溶液95vol%にプロピレンカーボネートを5vol%含有する溶液を電解液として使用したときの結果を示す。
3Mオーダーの水溶液濃度は、実フロー電池における反応活物質濃度レベルに対応する。図19A及び図19B中、横軸は電位(V vs.Ag/AgCl)、及び縦軸は電流密度を表す。
[Example 3]
19A and 19B are normal pulse voltammograms performed in Example 3 (pulse widths 50, 500 and 5000 ms). In Example 3, the current densities are measured when the pulse widths are 50 ms, 500 ms, and 5000 ms. Other conditions are the same as in Example 2.
FIG. 19A shows the results when a solution containing 5 vol% of methyl ethyl ketone in 95 vol% of a 3M sodium iodide aqueous solution was used as the electrolytic solution.
FIG. 19B shows the results when a solution containing 5 vol% of propylene carbonate in 95 vol% of a 3M sodium iodide aqueous solution was used as the electrolytic solution.
The aqueous solution concentration on the order of 3M corresponds to the reaction active material concentration level in the actual flow battery. In FIGS. 19A and 19B, the horizontal axis represents the potential (V vs. Ag / AgCl), and the vertical axis represents the current density.

tp=50msでは電位の増加に対して単調に電流密度が増加した。パルス幅が50msのタイムスケールではI皮膜生成量は小さく、Iの電極反応は皮膜によって大きく阻害されていないことが分かった。At tp = 50 ms, the current density increased monotonically with increasing potential. On a time scale with a pulse width of 50 ms, the amount of I 2 film formed was small, and it was found that the I − electrode reaction was not significantly inhibited by the film.

tp=500msでは1.5V付近から電流密度が低下した。パルス幅が500msのタイムスケールでは、1.5V付近からI皮膜が厚膜化し、Iの電極反応を阻害することが分かった。At tp = 500 ms, the current density decreased from around 1.5 V. On a time scale with a pulse width of 500 ms, it was found that the I 2 film thickened from around 1.5 V and inhibited the I − electrode reaction.

tp=5000msでは、1.0V付近〜1.8V付近にかけて電流値がほぼ同等であった。パルス幅が5000msのタイムスケールでは、1.0V付近〜1.8V付近の電位領域内でヨウ素皮膜の厚みは均衡に達していることが確認できた。 At tp = 5000 ms, the current values were almost the same from around 1.0 V to around 1.8 V. On a time scale with a pulse width of 5000 ms, it was confirmed that the thickness of the iodine film reached an equilibrium in the potential region of about 1.0 V to about 1.8 V.

図20A及び図20Bは、tp=5000msとしたときの電解液中に含有されるメチルエチルケトン又はプロピレンカーボネートの効果を示したものである。
図20Aは、3Mのヨウ化ナトリウム水溶液95vol%とメチルエチルケトンを5vol%含有する溶液と、3Mのヨウ化ナトリウム水溶液をそれぞれ電解液として使用したときの結果を示す。
図20Bは、3Mのヨウ化ナトリウム水溶液95vol%とメチルエチルケトンを5vol%含有する溶液と、3Mのヨウ化ナトリウム水溶液をそれぞれ電解液として使用したときの結果を示す。
20A and 20B show the effect of methyl ethyl ketone or propylene carbonate contained in the electrolytic solution when tp = 5000 ms.
FIG. 20A shows the results when a solution containing 95 vol% of a 3M sodium iodide aqueous solution and 5 vol% of methyl ethyl ketone and a 3M sodium iodide aqueous solution were used as electrolytic solutions, respectively.
FIG. 20B shows the results when a solution containing 95 vol% of a 3M sodium iodide aqueous solution and 5 vol% of methyl ethyl ketone and a 3M sodium iodide aqueous solution were used as electrolytic solutions, respectively.

図20A及び図20Bに示すように、電解液がメチルエチルケトン又はプロピレンカーボネートを含有する場合、1.0V付近〜1.8V付近の電流は、電解液がメチルエチルケトン又はプロピレンカーボネートを含有しない場合と比較して大きく観測された。これは、電解液中のメチルエチルケトン又はプロピレンカーボネートによってヨウ素皮膜が薄膜化し、電極上で反応するヨウ化物イオンの量が増加したためと考えられる。 As shown in FIGS. 20A and 20B, when the electrolytic solution contains methyl ethyl ketone or propylene carbonate, the current of about 1.0 V to about 1.8 V is compared with the case where the electrolytic solution does not contain methyl ethyl ketone or propylene carbonate. It was greatly observed. It is considered that this is because the iodine film was thinned by methyl ethyl ketone or propylene carbonate in the electrolytic solution, and the amount of iodide ions reacting on the electrode increased.

着目する反応種(実施例2ではI)の濃度に対して支持電解質濃度(実施例2では過塩素酸ナトリウム)を50倍等量レベルで設ける電気化学計測は、物質移動に関する電気泳動の影響を除き、電気化学反応場である電気二重層構造を一定に保ちつつ電気化学反応を観察できる。このため、絶対反応速度論にベースをおく電気化学反応機構検討において、既存の電気化学理論をシンプルに使えるメリットがある。そこで、実施例2では、電気化学反応に関する検討を、mMオーダーの反応種、及び支持電解質を含有する系で実施した。本実施例では、支持電解質を含まない、実フロー電池濃度域のヨウ化ナトリウム電解液条件で電気化学反応に関する検討を行ったが、基本的に実施例2における検討結果に対応していることが分かる。すなわち、1.05Vを超える電位領域における充電電位制御は、上記式(3)(I+3HO→IO +6H+6e)及び式(5)(I+6HO→2IO +12H+10e)に示すように、IO が生成されるため望ましくない。The electrochemical measurement in which the supporting electrolyte concentration (sodium perchlorate in Example 2) is set at a level 50 times equal to the concentration of the reaction species of interest (I − in Example 2) is the effect of electrophoresis on substance transfer. Except for, the electrochemical reaction can be observed while keeping the electrolytic double layer structure, which is an electrochemical reaction field, constant. Therefore, there is an advantage that the existing electrochemical theory can be simply used in the study of the electrochemical reaction mechanism based on the absolute reaction kinetics. Therefore, in Example 2, the study on the electrochemical reaction was carried out in a system containing a reaction species on the order of mM and a supporting electrolyte. In this example, the electrochemical reaction was examined under the condition of the sodium iodide electrolyte solution in the actual flow battery concentration range, which does not contain the supporting electrolyte, but it basically corresponds to the examination result in Example 2. I understand. That is, the charging potential control in the potential region exceeding 1.05 V is performed by the above equations (3) (I − + 3H 2 O → IO 3 + 6H + + 6e ) and equation (5) (I 2 + 6H 2 O → 2IO 3 −). As shown in + 12H + + 10e ), it is not desirable because IO 3 − is generated.

以上の結果から、正極電解液にメチルエチルケトン又はプロピレンカーボネートを含むフロー電池の充電電位はIO が充電により生成しない正極電位1.05V(V vs.Ag/AgCl)を超えないことが好ましいことがわかる。From the above results, the charging potential of the flow cell containing a methyl ethyl ketone or propylene carbonate in the cathode electrolyte IO 3 - that it is preferable not to exceed the positive electrode potential 1.05V (V vs.Ag/AgCl) not generating the charging Recognize.

フロー電池において、正極が厚いヨウ素皮膜で覆われることでフロー電池の流路が狭められ、電解液のフローそのものが阻害される状況は望ましくない。この点において、充電電位は1.4Vを超えないことが望ましい。フロー電池は二次電池の一種であり、充放電反応に関与する反応活物質を安定に管理する上においては、実施例2、3で示された充電電位1.05V(V vs.Ag/AgCl)以下の電位での充電制御が好ましい。 In a flow battery, it is not desirable that the positive electrode is covered with a thick iodine film to narrow the flow path of the flow battery and hinder the flow of the electrolytic solution itself. In this respect, it is desirable that the charging potential does not exceed 1.4V. The flow battery is a kind of secondary battery, and in order to stably manage the reactive active material involved in the charge / discharge reaction, the charging potential of 1.05 V (V vs. Ag / AgCl) shown in Examples 2 and 3 is used. ) Charging control at the following potential is preferable.

図18A及び図18Bから、1.5Vよりも貴な電位とすることでグラッシーカーボンが酸化することが確認されているため、メチルエチルケトン又はプロピレンカーボネートの分解を抑制する点に加えて正極の劣化を抑制する点から、実フロー電池において1.5V以下の電位で充電制御することが好ましいことがわかる。 From FIGS. 18A and 18B, it has been confirmed that glassy carbon is oxidized by setting the potential to a potential higher than 1.5V. Therefore, in addition to suppressing the decomposition of methyl ethyl ketone or propylene carbonate, the deterioration of the positive electrode is suppressed. From this point, it can be seen that it is preferable to control charging at a potential of 1.5 V or less in an actual flow battery.

[実施例4]
次に、図6に示すフロー電池システムについて、充放電反応を実施した場合の正極及び負極の電流電位について検討した。本実施例では、正極電解液として1Mヨウ化ナトリウム(NaI)水溶液に5vol%のメチルエチルケトン又はプロピレンカーボネートを添加した溶液を用い、負極電解液として0.5M塩化亜鉛(ZnCl)を含有する1M塩化アンモニウム(NHCl)水溶液を用い、正極として炭素電極を用い、かつ負極として亜鉛電極(亜鉛コートメッシュ電極)を用いた。
[Example 4]
Next, with respect to the flow battery system shown in FIG. 6, the current potentials of the positive electrode and the negative electrode when the charge / discharge reaction was carried out were examined. In this example, a solution obtained by adding 5 vol% of methyl ethyl ketone or propylene carbonate to a 1 M sodium iodide (NaI) aqueous solution is used as the positive electrode electrolytic solution, and 1 M chloride containing 0.5 M zinc chloride (ZnCl 2) is used as the negative electrode electrolytic solution. An ammonium (NH 4 Cl) aqueous solution was used, a carbon electrode was used as a positive electrode, and a zinc electrode (zinc coated mesh electrode) was used as a negative electrode.

本実施例では、正極負極の電気化学反応及びそれぞれの標準電極電位は以下の通りであり、フロー電池の開回路電圧は標準状態で約1.3Vである。また、図21に実施例4におけるフロー電池システムの電極反応の模式図を示している。 In this embodiment, the electrochemical reaction of the positive electrode and the negative electrode and the standard electrode potential of each are as follows, and the open circuit voltage of the flow battery is about 1.3 V in the standard state. Further, FIG. 21 shows a schematic diagram of the electrode reaction of the flow battery system in Example 4.

負極 Zn⇔Zn2++2e −0.76VNegative electrode Zn⇔Zn 2+ + 2e −0.76V

正極 3I⇔I +2e 0.53V
2I⇔I+2e 0.53V
Positive electrode 3I ⇔ I 3 + 2e 0.53V
2I ⇔ I 2 + 2e 0.53V

図21は、実施例4において実施した、フロー電池の正極及び負極の電流電位曲線である。電流電位曲線は、図6に示すフロー電池システムの構成で、フロー流量を100cm/分とし、一定電流で充電放電させた条件で得られたものである。FIG. 21 is a current potential curve of the positive electrode and the negative electrode of the flow battery carried out in Example 4. The current potential curve is obtained under the condition that the flow rate is 100 cm 3 / min and the flow rate is charged and discharged with a constant current in the configuration of the flow battery system shown in FIG.

種々の定電流制御した条件における対応する電位は、正極及び負極それぞれの定常電位を測定して得られた値である。正極及び負極それぞれの電位はAg/AgCl参照電極に対する電位である。本実施例のフロー電池環境下において、正極の電位が1.05V(Vvs.Ag/AgCl)になる電流密度は約400mA/cmである。The corresponding potential under various constant current controlled conditions is a value obtained by measuring the steady potential of each of the positive electrode and the negative electrode. The potentials of the positive electrode and the negative electrode are the potentials for the Ag / AgCl reference electrode. Under the flow battery environment of this example, the current density at which the potential of the positive electrode becomes 1.05 V (Vvs. Ag / AgCl) is about 400 mA / cm 2 .

したがって、本実施例のフロー電池システムにおいて、フロー電池の充電制御条件は充電電流密度が400mA/cmを超えないようにすることが好ましい。これにより正極の電位が1.05Vより貴な電位領域に到達することが抑制され、IO の生成を抑制してフロー電池を運用することができる。Therefore, in the flow battery system of this embodiment, it is preferable that the charge control condition of the flow battery is such that the charging current density does not exceed 400 mA / cm 2. Thereby it is prevented that the potential of the positive electrode reaches a noble potential region than 1.05V, IO 3 - may operate the flow battery by suppressing the generation of.

なお、負極は基本的にZnとZn2+間の反応であるため、電解液が分解しない条件で電位を制御すればよい。Since the negative electrode is basically a reaction between Zn and Zn 2+ , the potential may be controlled under the condition that the electrolytic solution does not decompose.

Claims (25)

正極と、負極と、正極電解液と、負極電解液と、隔膜とを備え、前記正極電解液及び前記負極電解液の少なくともいずれか一方はヨウ化物イオンと、前記ヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離可能な有機化合物とを含み、前記有機化合物はケトン、カルボン酸エステル及び炭酸エステルから選択される少なくとも1種を含む、水溶液系二次電池。 A positive electrode, a negative electrode, a positive electrode electrolytic solution, a negative electrode electrolytic solution, and a diaphragm are provided, and at least one of the positive electrode electrolytic solution and the negative electrode electrolytic solution is an iodide ion and an oxidation reaction product of the iodide ion. look including a separable organic compound, the organic compound is a ketone, comprising at least one selected from carboxylic acid ester and carbonate, aqueous secondary battery. 前記有機化合物の含有率は、前記有機化合物を含む前記正極電解液及び前記負極電解液の少なくともいずれか一方の1体積%〜50体積%である、請求項1に記載の水溶液系二次電池。 The aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the content of the organic compound is 1% by volume to 50% by volume of at least one of the positive electrode electrolytic solution and the negative electrode electrolytic solution containing the organic compound. 前記ヨウ化物イオンの酸化反応生成物はヨウ素(I )、三ヨウ化物イオン(I )及び五ヨウ化物イオン(I )からなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項1又は請求項2に記載の水溶液系二次電池。 The claim that the oxidation reaction product of the iodide ion comprises at least one selected from the group consisting of iodine (I 2 ), triiodide ion (I 3 ) and pentaiodide ion (I 5 −). 1 or the aqueous secondary battery according to claim 2. 前記有機化合物はメチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル及び炭酸プロピレンからなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。 The aqueous solution according to any one of claims 1 to 3, wherein the organic compound contains at least one selected from the group consisting of methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and propylene carbonate. System secondary battery. 前記正極電解液を収容する正極活物質反応槽と、前記負極電解液を収容する負極活物質反応槽と、正極電解液貯蔵タンクと、負極電解液貯蔵タンクと、正極電解液送液ポンプと、負極電解液送液ポンプと、をさらに備え、前記正極電解液送液ポンプは前記正極電解液貯蔵タンクと前記正極活物質反応槽との間で前記正極電解液を循環することができるように構成されており、前記負極電解液送液ポンプは前記負極電解液貯蔵タンクと前記負極活物質反応槽との間で前記負極電解液を循環することができるように構成されている、請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。 A positive electrode active material reaction tank containing the positive electrode electrolyte, a negative electrode active material reaction tank containing the negative electrode electrolyte, a positive electrode electrolyte storage tank, a negative electrode electrolyte storage tank, a positive electrode electrolyte feed pump, and the like. A negative electrode electrolytic solution feeding pump is further provided, and the positive electrode electrolytic solution feeding pump is configured to be able to circulate the positive electrode electrolytic solution between the positive electrode electrolytic solution storage tank and the positive electrode active material reaction tank. The negative electrode electrolytic solution feeding pump is configured so that the negative electrode electrolytic solution can be circulated between the negative electrode electrolytic solution storage tank and the negative electrode active material reaction tank. The aqueous secondary battery according to any one of claim 4. 前記正極電解液が前記ヨウ化物イオンと前記有機化合物とを含み、前記負極電解液が負極活物質を含む、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。 The aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the positive electrode electrolytic solution contains the iodide ion and the organic compound, and the negative electrode electrolytic solution contains a negative electrode active material. 前記負極活物質は亜鉛、クロム、チタン、鉄、スズ、バナジウム、鉛、マンガン、コバルト、ニッケル、銅及びリチウムからなる群より選択される少なくとも1種の金属イオンを含む、請求項6に記載の水溶液系二次電池。 The sixth aspect of claim 6, wherein the negative electrode active material contains at least one metal ion selected from the group consisting of zinc, chromium, titanium, iron, tin, vanadium, lead, manganese, cobalt, nickel, copper and lithium. Aqueous secondary battery. 前記負極活物質は亜鉛イオンを含む、請求項6又は請求項7に記載の水溶液系二次電池。 The aqueous secondary battery according to claim 6 or 7, wherein the negative electrode active material contains zinc ions. 正極と、負極と、電解液とを備え、前記電解液はヨウ化物イオンと、負極活物質と、前記ヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離可能な有機化合物と、を含み、前記有機化合物はケトン、カルボン酸エステル及び炭酸エステルから選択される少なくとも1種を含む、水溶液系二次電池。 Includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, the electrolyte solution and an iodide ion, and the negative electrode active material, viewed contains a organic compound capable of separating the oxidation reaction product of said iodide ions, said organic compound Is an aqueous secondary battery containing at least one selected from ketones, carboxylic acid esters and carbonate esters. 前記有機化合物の含有率は前記電解液の1体積%〜50体積%である、請求項9に記載の水溶液系二次電池。 The aqueous secondary battery according to claim 9, wherein the content of the organic compound is 1% by volume to 50% by volume of the electrolytic solution. 前記ヨウ化物イオンの酸化反応生成物はヨウ素(I )、三ヨウ化物イオン(I )及び五ヨウ化物イオン(I )からなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項9又は請求項10に記載の水溶液系二次電池。 The claim that the oxidation reaction product of the iodide ion comprises at least one selected from the group consisting of iodine (I 2 ), triiodide ion (I 3 ) and pentaiodide ion (I 5 −). 9 or the aqueous secondary battery according to claim 10. 前記有機化合物はメチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル及び炭酸プロピレンからなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項9〜請求項11のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。 The aqueous solution according to any one of claims 9 to 11, wherein the organic compound contains at least one selected from the group consisting of methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and propylene carbonate. System secondary battery. 前記負極活物質は亜鉛、クロム、チタン、鉄、スズ、バナジウム、鉛、マンガン、コバルト、ニッケル、銅及びリチウムからなる群より選択される少なくとも1種の金属イオンを含む、請求項9〜請求項12のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。 9 to claims, wherein the negative electrode active material contains at least one metal ion selected from the group consisting of zinc, chromium, titanium, iron, tin, vanadium, lead, manganese, cobalt, nickel, copper and lithium. The aqueous secondary battery according to any one of 12. 前記負極活物質は亜鉛イオンを含む、請求項9〜請求項13のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。 The aqueous solution-based secondary battery according to any one of claims 9 to 13, wherein the negative electrode active material contains zinc ions. 前記正極が鉛直方向において前記負極よりも下側に位置する、請求項9〜請求項14のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。 The aqueous solution-based secondary battery according to any one of claims 9 to 14, wherein the positive electrode is located below the negative electrode in the vertical direction. 前記正極と前記負極との間に配置されて前記電解液を正極電解液と負極電解液とに分ける隔膜をさらに備える、請求項9〜請求項15のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。 The aqueous solution system secondary according to any one of claims 9 to 15, further comprising a diaphragm arranged between the positive electrode and the negative electrode to separate the electrolytic solution into a positive electrode electrolytic solution and a negative electrode electrolytic solution. battery. 前記電解液を収容する活物質反応槽と、電解液貯蔵タンクと、電解液送液ポンプと、をさらに備え、前記電解液送液ポンプは前記電解液貯蔵タンクと前記活物質反応槽との間で前記電解液を循環することができるように構成されている、請求項9〜請求項16のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池。 An active material reaction tank for accommodating the electrolytic solution, an electrolytic solution storage tank, and an electrolytic solution feed pump are further provided, and the electrolytic solution feed pump is located between the electrolytic solution storage tank and the active material reaction tank. The aqueous secondary battery according to any one of claims 9 to 16, which is configured to be able to circulate the electrolytic solution. 正極活物質としてヨウ化物イオンを含む電解液を用いる水溶液系二次電池の充放電方法であって、前記電解液中に生成するヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離する工程を含み、前記分離はケトン、カルボン酸エステル及び炭酸エステルから選択される少なくとも1種を含む有機化合物を用いて行う、水溶液系二次電池の充放電方法。 A charging and discharging method of the aqueous secondary battery using the electrolytic solution containing iodide ions as a cathode active material, comprising the step of separating the oxidation reaction product of iodide ions generated in the electrolyte, the separation Is a method for charging and discharging an aqueous secondary battery, which is carried out using an organic compound containing at least one selected from a ketone, a carboxylic acid ester and a carbonic acid ester. 水と、ヨウ化物イオンと、ヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離可能な有機化合物と、を含み、前記有機化合物はケトン、カルボン酸エステル及び炭酸エステルから選択される少なくとも1種を含み、請求項18に記載の水溶液系二次電池の充放電方法の電解液として使用される、水溶液系二次電池用電解液。 It comprises water, iodide ions, and an organic compound capable of separating the oxidation reaction product of iodide ions, wherein the organic compound contains at least one selected from ketones, carboxylic acid esters and carbonate esters, and is claimed. Item 18. An aqueous electrolytic solution for an aqueous secondary battery, which is used as an electrolytic solution for the method for charging and discharging an aqueous secondary battery. 前記有機化合物の含有率は前記水溶液系二次電池用電解液の1体積%〜50体積%である、請求項19に記載の水溶液系二次電池用電解液。 The electrolytic solution for an aqueous solution-based secondary battery according to claim 19, wherein the content of the organic compound is 1% by volume to 50% by volume of the electrolytic solution for an aqueous solution-based secondary battery. 水と、ヨウ素(I)、三ヨウ化物イオン(I )及び五ヨウ化物イオン(I )からなる群より選択される少なくとも1種と、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル及び炭酸プロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の有機化合物と、を含む、水溶液系二次電池用電解液。 And water, iodine (I 2), triiodide (I 3 -), and penta-iodide ion (I 5 -) and at least one member selected from the group consisting of methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, dimethyl carbonate , At least one organic compound selected from the group consisting of ethyl acetate and propylene carbonate, and an aqueous electrolytic solution for a secondary battery. 前記有機化合物の含有率は前記水溶液系二次電池用電解液の1体積%〜50体積%である、請求項21に記載の水溶液系二次電池用電解液。 The electrolytic solution for an aqueous solution-based secondary battery according to claim 21, wherein the content of the organic compound is 1% by volume to 50% by volume of the electrolytic solution for an aqueous solution-based secondary battery. 正極活物質としてヨウ化物イオンを含む電解液を用いる水溶液系二次電池の充放電方法であって、前記電解液中に生成するヨウ化物イオンの酸化反応生成物を分離する工程を含む、水溶液系二次電池の充放電方法の電解液として使用される、請求項21又は請求項21に記載の水溶液系二次電池用電解液。 An aqueous solution-based secondary battery charging / discharging method using an electrolytic solution containing iodide ions as a positive electrode active material, which comprises a step of separating an oxidation reaction product of iodide ions generated in the electrolytic solution. The electrolytic solution for an aqueous secondary battery according to claim 21 or claim 21, which is used as an electrolytic solution for a method of charging and discharging a secondary battery. 請求項1〜請求項17のいずれか1項に記載の水溶液系二次電池と、充放電を制御し、正極の充電電位を、Ag/AgCl参照電極(Cl濃度飽和)の電位を基準として1.5V以下に設定する制御部と、を備える、フロー電池システム。 The aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 17, and the charge / discharge are controlled, and the charging potential of the positive electrode is set with reference to the potential of the Ag / AgCl reference electrode (Cl concentration saturation). A flow battery system including a control unit set to 1.5 V or less. 発電装置と、請求項24に記載のフロー電池システムと、を備える発電システム。 A power generation system including the power generation device and the flow battery system according to claim 24.
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