JP7249847B2 - レドックスフロー電池 - Google Patents

Description

本発明は、レドックスフロー電池に関する。

蓄電池としては、陰極、陽極のそれぞれに液体電極を貯留するタンクを設け、セルに供給する液体電極を循環させるレドックスフロー電池がある。特許文献１には、陽極部分、陰極部分、２つの部分を分けるセパレータ、及び電気活性物質、電気活性イオン、電解液、及びレドックスメディエータを包含しているエネルギー貯蔵器を含んでいる。貯蔵器は、エネルギー貯蔵器から陽極部分又は陰極部分へ電解液を循環させる１対の排出／流入口を介して陽極部分又は陰極部分の何れかと接続する構造が記載されている。

特許文献２には、液体電極として鉄イオンを用いる構造が記載されている。特許文献２には、正極と、負極と、カソライトと正極を収容する正の区画室と、アノライトと負極を収容する負の区画室と、正の区画室と負の区画室を分離し、かつカソライトおよびアノライトの双方に接触し、これらの間にイオン伝導を与えるイオン伝導性の分離部材とを備え、カソライトは２価および／または３価の鉄イオンを含み、かつ正極に接触しており、アノライトは２価の鉄イオンを含み、かつ負極および該負極に電析している鉄に接触しており、アノライトおよびカソライトのｐＨは、２から１２の範囲内にされていることが記載されている。

特表２０１４－５２４１２４号公報 特開２０００－１００４６０号公報

近年では、より効率よく、長期間使用することができるレドックスフロー電池が求められている。

本発明は上述した課題を解決するものであり、より効率よく、長期間使用することができるレドックスフロー電池を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、隔膜で２つの部屋を分離するセルと、前記セルの一方の部屋に配置された正極と、前記セルの他方の部屋に配置された負極と、前記セルの一方の部屋に正極液を循環させる正極循環手段と、前記セルの他方の部屋に負極液を循環させる負極循環手段と、を含み、前記正極液は、正前記正極液は、正極活物質と、第１メディエータと、反応が生じる電位が前記第１メディエータと少なくとも接する第２メディエータと、を含む。

前記正極活物質は、有効反応電位差が３．０Ｖ以上４．３Ｖ以下であることが好ましい。

前記正極活物質は、ＮＣＡであり、前記第１メディエータは、テトラチアフルバレン誘導体であり、前記第２メディエータは、キノン誘導体であることが好ましい。

前記正極液は、溶媒が前記正極活物質に対して、電位窓を有する材料であることが好ましい。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、陽イオン交換膜で２つの部屋を分離するセルと、前記セルの一方の部屋に配置された正極と、前記セルの他方の部屋に配置された負極と、前記セルの一方の部屋に正極液を循環させる正極循環手段と、前記セルの他方の部屋に負極液を循環させる負極循環手段と、を含み、前記負極循環手段は、前記セルの他方の部屋に接続された循環経路と、前記循環経路と接続し、前記負極液を貯留するタンクと、を含み、前記負極液は、鉄がイオン化する負極活物質と、メディエータと、を含む。

前記タンクは、前記負極活物質の固体を前記タンク内に保持する保持機構を備えることが好ましい。

前記負極循環手段は、前記負極活物質のイオン化可能な鉄の量が充放電容量よりも多いことが好ましい。

前記負極循環手段は、前記負極活物質のイオン化可能な鉄の量が充放電容量と一致し、充電量を充放電容量未満で充放電を制御することが好ましい。

前記負極循環手段は、溶媒が、鉄イオンの溶解しない液体であることが好ましい。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、陽イオン交換膜で２つの部屋を分離するセルと、前記セルの一方の部屋に配置された正極と、前記セルの他方の部屋に配置された負極と、前記セルの一方の部屋に正極液を循環させる正極循環手段と、前記セルの他方の部屋に負極液を循環させる負極循環手段と、を含み、前記正極循環手段及び前記負極循環手段の少なくとも一方は、鉄がイオン化する活物質を用い、前記セルの他方の部屋に接続された循環経路と、前記循環経路と接続し、前記負極液を貯留するタンクと、前記活物質の析出物を捕集し、イオン化させる処理装置と、を含む。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係るレドックスフロー電池は、陽イオン交換膜で２つの部屋を分離するセルと、前記セルの一方の部屋に配置された正極と、前記セルの他方の部屋に配置された負極と、前記セルの一方の部屋に正極液を循環させる正極循環手段と、前記セルの他方の部屋に負極液を循環させる負極循環手段と、を含み、前記正極循環手段は、硫黄を含有する正極活物質を用い、前記セルの他方の部屋に接続された循環経路と、前記循環経路と接続し、前記負極液を貯留するタンクと、前記活物質の析出物を捕集し、析出物と硫黄を反応させる処理装置と、を含む。

図１は、本発明の実施形態に係るレドックスフロー電池を含む電力システムの概略構成を示す模式図である。 図２は、正極活物質の容量と電位との関係を示すグラフである。 図３は、メディエータと活物質との関係を示すグラフである。 図４は、負極循環機構のタンクの一例を示す模式図である。 図５は、負極循環機構のタンクの一例を示す模式図である。 図６は、負極循環機構のタンクの一例を示す模式図である。 図７は、正極循環機構の一例を示す模式図である。 図８は、正極循環機構の一例を示す模式図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［第１実施形態］
図１は、本発明の実施形態に係るレドックスフロー電池を含む電力システムの概略構成を示す模式図である。

本実施形態の電力システム１は、レドックスフロー電池１０と、系統配線１２と、発電装置１４と、負荷装置１６と、を含む。レドックスフロー電池１０については、後述する。系統配線１２は、レドックスフロー電池１０と、発電装置１４と、負荷装置１６とを接続し、電力の送配電をしている。発電装置１４は、系統配線１２に接続されている。発電装置１４は、電力を発生する装置であり、系統配線１２に電力を供給する。負荷装置１６は、系統配線１２に接続されている。負荷装置１６は、系統配線１２に供給される電力を消費する。

レドックスフロー電池１０は、系統配線１２に接続された、二次電池であり、充電と放電を行う。レドックスフロー電池１０は、セル２０と、負極循環機構２２と、正極循環機構２４と、ＡＣ／ＤＣコンバータ２６と、を有する。

セル２０は、負極３０と、隔膜３２と、正極３４と、を有する。セル２０は、隔膜３２を介して、電子が移動可能な状態で２つの部屋に分かれている。セル２０は、一方の部屋に負極３０が配置され、他方の部屋に正極３４が配置されている。セル２０のそれぞれの部屋には、電解液（負極液、正極液）が循環される。

ここで、負極３０、正極３４としては、グラファイト、ガラス質カーボン、導電性ダイヤモンド、カーボンファイバからなる不織布等の種々の導体を用いることができる。また、隔膜３２としては、多孔質膜、陽イオン交換膜、固体電解質膜（ＬｉＳｉＣＯＮ）等を用いることができる。

負極循環機構２２は、セル２０に負極液を循環させる機構である。負極循環機構２２は、タンク４０と、循環経路４２と、ポンプ４４と、を有する。タンク４０は、負極液を貯留する。循環経路４２は、タンク４０と、セル２０の負極３０が配置されている領域との間で負極液を循環させる経路である。ポンプ４４は、循環経路４２に設置され、循環経路４２と、タンク４０と、セル２０の負極３０が配置されている領域とで形成される閉ループの経路で負極液を所定の方向に循環させる。

正極循環機構２４は、セル２０に正極液を循環させる機構である。正極循環機構２４は、タンク５０と、循環経路５２と、ポンプ５４と、を有する。タンク５０は、正極液を貯留する。循環経路５２は、タンク５０と、セル２０の正極３２が配置されている領域との間で正極液を循環させる経路である。ポンプ５４は、循環経路５２に設置され、循環経路５２と、タンク５０と、セル２０の正極３４が配置されている領域とで形成される閉ループの経路で正極液を所定の方向に循環させる。

ＡＣ／ＤＣコンバータ２６は、直流と交流とを変換する。ＡＣ／ＤＣコンバータ２６は、系統配線１２から供給される交流電力を直流電力に変換して、セル２０に供給する。ＡＣ／ＤＣコンバータ２６は、セル２０から供給される直流電力を交流電力に変換して、系統配線１２に供給する。

レドックスフロー電池１０は、以上のような構成であり、充電時は、発電装置１４から供給される電力がＡＣ／ＤＣコンバータ２６で直流電力に変換され、セル２０に配置された正極３４、負極３０に電流が流れ、正極液から正極３４に電子が供給され、負極３０から負極液に電子が供給される。これにより、レドックスフロー電池１０の正極液に電荷が蓄積され、充電される。

放電時は、負極液から負極３０に電子が供給され、正極３４から正極液に電子が供給され、正極３４と負極３０に接続しているＡＣ／ＤＣコンバータ２６に直流電流が供給される。ＡＣ／ＤＣコンバータ２６は、供給された直流を交流に変換して、系統配線１２を介して、負荷装置１６に電流を供給する。これにより、レドックスフロー電池１０に蓄積された電荷が放出され、放電される。

レドックスフロー電池１０は、正極液、負極液に含まれる活物質を酸化還元させることで、電力を貯蔵することができる。また、レドックスフロー電池１０は、タンクを備えることで、タンクに貯留されている正極液、負極液にも電力を貯蔵することができる。

ここで、本実施形態のレドックスフロー電池１０は、正極液が、正極活物質として、ＮＣＡ（ＮｉＣｏＯ_２）を含み、メディエータ（Redox mediator 酸化還元媒体）として、テトラチアフルバレン誘導体と、キノン誘導体とを含む。また、正極液は、溶媒として、アセトニトリル（ＭｅＣＮ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、プロプレンカーボネート（ＰＣ）などを用いることができる。溶媒は、活物質に対して十分な電位窓を持つ有機溶媒である。つまり、活物質が反応する電位で反応性が低く、充放電で生じる電位差の範囲内では反応が生じない特性の材料である。つまり、正極液は、溶媒が正極活物質に対して、電位窓を有する材料であることが好ましい。これにより、溶媒で反応が生じ、エネルギー損失が生じることを抑制できる。

図２は、正極活物質の容量と電位との関係を示すグラフである。図３は、メディエータと活物質との関係を示すグラフである。図２は、横軸が容量（Ｃａｐａｃｉｔｙ）［ｍＡｈ／ｇ］であり、縦軸が電圧［Ｖ］である。図３は、横軸がメディエータ反応電位［Ｖ］であり、縦軸が活物質反応電位［Ｖ］である。図２及び図３に示すように、本実施形態の２つのメディエータのうち一方のテトラチアフルバレン誘導体は、範囲７０に反応電位があり、他方のキノン誘導体は、範囲７２に反応電位がある。また、正極活物質であるＮＣＡ（ＮｉＣｏＯ_２）は、範囲７０及び範囲７２の双方と重なる範囲に反応電位がある。また、範囲７０と範囲７２は一部が重なる。つまり、範囲７０は、反応電位の上限が、範囲７２の反応電位の上限よりも高く、下限が範囲７２の反応電位の上限よりも低い。

レドックスフロー電池１０は、本実施形態のように、メディエータを用いることで、電極とメディエータ間での反応、メディエータと活物質間の反応を発生させることができる。また、レドックスフロー電池１０は、反応電位が異なり、かつ、一部が重複する複数のメディエータを用いることで、レドックスフロー電池１０に貯蔵される電力の容量が変化しても、活物質の容量に対応する反応電位で充電、放電を行うことができる。これにより、正極の活物質として、より容量の大きい物質を用いることができ、レドックスフロー電池１０のエネルギー密度をより高くすることができる。

具体的には、図３に示すようにＬＦＰ（ＬｉＦｅＰＯ_４）を活物質として用いる場合は、１つのメディエータγの反応電位で、活物質の反応電位を含めることができるが容量に限界がある。これに対して、ＮＣＡを用いる場合、１つのメディエータでは、活物質の反応電位が、メディエータの反応電位と異なる範囲となり、メディエータを介する充放電ができなくなる。これに対して、本実施形態は、複数のメディエータを用い、活物質の反応電位を、複数のメディエータの反応電位の範囲に含めることで、活物質に充電している容量が変化しても充放電を行うことが可能となる。これにより、活物質として、容量が大きいが、反応電位が変化する活物質を用いることが可能となり、エネルギー密度をより高くすることができる。また、反応電位が広いメディエータを用いた場合、各電位での反応の電位差が大きくなりエネルギーの損失が多くなるが、複数のメディエータを用いることで、反応が生じる際の電位差を小さくすることができ、それぞれの酸化還元反応を効率よく進めることができる。

ここで、上記実施形態では、正極液の活物質として、ＮＣＡを用いたがＮＣＭ、ＬＣＯ、２１３系等を用いることもできる。極活物質は、有効反応電位差が３．０Ｖ以上５．０Ｖ以下であることが好ましい。有効反応電位差は、目的とする容量まで充電する場合に生じる電位差であり、材料に異なる値となる。例えば、ＮＣＡの場合、１８０ｍＡｈ／ｇまでの反応電位差となる。これにより、容量を大きくすることができる。また、複数のメディエータは、反応電位の範囲の一部がメディエータの反応電位と重なるまたは接する組み合わせとすることで、各容量での反応を好適に行うことができる。メディエータは、２種類に限定されず、３種類以上としてもよい。

ここで、複数のメディエータは、反応電位の範囲がメディエータの反応電位と接する組み合わせとすることが好ましい。これにより各電位で反応するメディエータを１つのメディエータとすることができ、反応を安定させることができる。

［第２実施形態］
第２実施形態は、装置構成は、第１実施形態と同様であるが、負極液の活物質として鉄がイオン化する物質、無機塩、有機配位子を持つ鉄の金属錯体を用いる。この場合、負極液は、メディエータを含み、かつ、溶媒としてＦｅ^２＋が溶解しない溶媒を用いる。また、活物質は、タンク４０内に保持する。

このように、負極液にメディエータを用いることで、負極とメディエータとで反応させ、メディエータと活物質との間で反応を生じさせることができる。これにより、負極の近傍で活物質が反応することを抑制することができ、電極上に活物質が析出することを抑制することができる。また、溶媒として鉄イオンが析出しない溶媒とすることで、活物質が負極液の循環によって、負極近傍に移動することを抑制できる。

これにより、活物質の鉄の反応をタンク４０内で完結させることができ、負極上にデンドライト状金属が生成されることを抑制できる。また、電極上のデンドライト形成に伴う内部短絡と容量低下を防止することができる。また、活物質として鉄を用いつつ、デンドライトの形成を防止すうことができる。

ここで、第２実施形態のようにタンク４０内に活物質を保持する場合、タンク４０に活物質保持機構を備えることが好ましい。図４から図６は、それぞれ負極循環機構のタンクの一例を示す模式図である。

図４に示すタンク４０ａは、活物質保持機構１０２を有する。活物質保持機構１０２は、タンクに循環液を供給する循環経路の一部の配管１０４である。配管１０４は、タンク４０ａの側面に配置されている。活物質保持機構１０２は、配管１０４を側面に配置することで、タンク４０ａ内を旋回する流れを形成し、固体の活物質が旋回する流れによりタンク４０ａの外周側に保持する。これにより、タンク４０ａから循環経路４２に活物質が流入することを抑制する。また、タンク４０ａは、セル２０に向かう負極液が排出される配管をタンク４０ａの上端の中心に配置する。これにより、タンク４０ａの外周側に保持される活物質をより排出されにくくすることができる。

図５に示すタンク４０ｂは、活物質保持機構１０２ａを有する。活物質保持機構１０２ａは、フィルタ１１０を有する。フィルタ１１０は、タンク４０ｂの負極液流れ方向下流側の配管を塞ぐように配置される。フィルタ１１０は、網や膜であり、活物質よりも隙間が小さい構造物であり、溶媒、メディエータを通過させ、活物質を捕集する。これにより、タンク４０ｂからセル２０に向かって移動する活物質をフィルタ１１０で捕集することができる。また、負極循環機構２２は、矢印１１４に示すように、負極液を逆方向に流し、フィルタを逆洗し、目詰まりを抑制することが好ましい。

図６に示すタンク４０ｃは、活物質保持機構１０２ｂを有する。活物質保持機構１０２ｂは、磁石１２０を有する。磁石１２０は、タンク４０ｃ内の活物質を捕集する。これにより、タンク４０ｃ内の活物質を磁石１２０で捕集することができる。また、磁石１２０を電磁石としてもよい。負極循環機構２２は、矢印１１４に示すように、磁石１２０の磁化を解除し、負極液を逆方向に流し、磁石１２０に吸着した活物質を一度除去し、再吸着させてもよい。

図４から図６に示すように、活物質保持機構１０２、１０２ａ、１０２ｂを設けることで、活物質がセル２０に流入することを抑制でき、デンドライト形成や、活物質と隔膜との接触による摩耗、活物質と電極の接触による摩耗等を抑制することができる。

また、第２実施形態のレドックスフロー電池は、負極液に含まれる活物質の量を、電池の充放電の容量よりも多くすることが好ましい。つまり、完全放電時でもＦｅ^２＋となっていないＦｅが存在するように、負極液に活物質を含むことが好ましい。これにより、例えば、磁石で活物質を保持する場合に、完全放電時でも磁石上に活物質を保持することができる。

また、レドックスフロー電池は、負極液中の活物質がＦｅの状態を維持できる範囲で放電を行うこと、つまり電池のＳＯＣを制御してもよい。これにより、磁石で活物質を保持する場合に、磁石上に活物質を保持することができる。

［第３実施形態］
また、第２実施形態では、溶媒として、鉄イオンが溶解しない溶媒を用いたが、鉄イオンが溶解する溶媒を用いてもよい。第３実施形態のレドックスフロー電池は、負極液の活物質として鉄がイオン化する物質、無機塩、有機配位子を持つ鉄の金属錯体を用いる。また、負極液は、メディエータを含み、かつ、溶媒としてＦｅ^２＋が溶解する溶媒を用いる。

このように、溶媒としてＦｅ^２＋が溶解する溶媒を用いる場合でも、負極液にメディエータを含むことで、タンク内に流入し、負極と導通しない活物質、例えば、電極から剥離したデンドライトも、メディエータと反応し、イオン化させることができる。これにより、電池としての容量の低下を抑制することができる。

［第４実施形態］
第４実施形態のレドックスフロー電池は、正極液、負極液の活物質として鉄がイオン化する物質、無機塩、有機配位子を持つ鉄の金属錯体を用いる。以下、正極液に活物質として鉄がイオン化する物質、無機塩、有機配位子を持つ鉄の金属錯体を用いる場合を説明するが、負極側も同様である。また、正極液は、メディエータを含んでいても含んでいなくてもよい。

図７は、正極循環機構の一例を示す模式図である。図７に示すレドックスフロー電池は、正極循環機構２４ａを備える。正極循環機構２４ａは、タンク１５０と、循環経路５２と、析出物処理部１５１と、を有する。なお、正極循環機構２４ａは、ポンプも備えている。タンク１５０は、循環経路５２と接続している。タンク１５０は、下部が底部に向かうにしたがって断面積が小さくなる漏斗形状である。タンク１５０は、内部の析出物が沈殿した場合、漏斗の下部に堆積する。タンク１５０は、下部に透明部分を設け、析出物の沈殿状態を検出可能にすることが好ましい。

析出物処理部１５１は、反応タンク１５４と、循環経路１５６と、充電率検出部１５８、１６２と、反応剤投入部１６０と、を有する。反応タンク１５４は、タンク１５０から供給される析出物を含む正極液を貯留する。循環経路１５６は、タンク１５０と反応タンク１５４との間で正極液が循環する経路となる。析出物処理部１５１は、タンク１５０の下端から正極液が供給され、反応タンク１５４で処理した正極液をタンク１５０に戻す。充電率検出部１５８は、タンク１５０に設置されており、タンク１５０内の正極液の成分を分析して充電率を検出する。充電率検出部１５８は、ＥＤＴＡ滴定分析計、吸光光度分析計等を用いることができる。反応剤投入部１６０は、正極液の析出物を再生させる物質を投入する。反応剤としては、ｐｈ調整剤や、キレート剤が例示される。充電率検出部１６２は、反応タンク１５４に設置されており、タンク１５０内の正極液の成分を分析して充電率を検出する。充電率検出部１６２は、ＥＤＴＡ滴定分析計、吸光光度分析計等を用いることができる。

析出物処理部１５１は、タンク１５０に生じた析出物を、析出物処理部１５１で反応タンク１５４に回収し、再生処理を行う。また、反応剤の投入量、反応タンク１５４への供給量は、充電率検出部１５８、１６２の検出結果や、析出物の量の確認結果に基づいて、決定すればよい。

このように、正極循環機構２４ａは、析出物処理部１５１を設けることで、タンクに生じる不溶解生成物を再生することができ、正極液の性能を維持することができ、充電のエネルギー密度の低下を抑制することができる。また、充電率検出物１５８、１６２の検出結果や、析出物の量の確認結果に基づいて、反応タンク１５４での反応を制御することで、正極液の状態をより適切に維持することができ、また、レドックスフロー電池の充放電への影響を少なくしつつ、正極材の再生を行うことができる。

図８は、正極循環機構の一例を示す模式図である。図８に示すレドックスフロー電池は、正極循環機構２４ｂを備える。正極循環機構２４ｂは、タンク５０と、循環経路５２と、析出物処理部１７０と、を有する。なお、正極循環機構２４ｂは、ポンプも備えている。

析出物処理部１７０は、析出物捕集部１７２と、流路１７４と、反応タンク１７６と、充電率検出部１７８と、を有する。析出物補集部１７２は、タンク５０の内部に配置されており、タンク５０内の析出物を捕集する。析出物補集部１７２は、磁石やフィルタ等を有し、タンク５０内に浮遊する析出物を捕集する。流路１７４は、析出物補集部１７２と反応タンク１７６とを接続し、析出物補集部１７２で捕集された析出物とともに正極液を反応タンク１７６に供給し、反応タンク１７６で処理した正極液をタンク５０に供給する。流路１７４は、液体の供給方向、供給量を調整可能な機構である。反応タンク１７６は、タンク５０から供給される析出物を含む正極液を貯留する。反応タンク１７６は、供給された正極液に含まれる析出物を再生する再生処理を行う。充電率検出部１７８は、タンク５０に設置されており、タンク５０内の正極液の成分を分析して充電率を検出する。充電率検出部１７８は、ＥＤＴＡ滴定分析計、吸光光度分析計等を用いることができる。

析出物処理部１７０は、タンク５０内の析出物捕集部１７２で捕集された析出物とともに正極液を反応タンク１７６に供給し、反応タンク１７６で再生処理を行う。析出物処理部１７０は、反応タンク１７６で再生した正極液を、流路１７４でタンク５０に戻す。反応剤の投入量、反応タンク１７６への供給量は、充電率検出部１７８の検出結果や、析出物の量の確認結果に基づいて、決定すればよい。

このように、正極循環機構２４ｂは、析出物処理部１７０を設けることで、タンク５０に浮遊する不溶解生成物を再生することができ、正極液の性能を維持することができ、充電のエネルギー密度の低下を抑制することができる。また、充電率検出物１７８の検出結果や、析出物の量の確認結果に基づいて、反応タンク１７６での反応を制御することで、正極液の状態をより適切に維持することができ、また、レドックスフロー電池の充放電への影響を少なくしつつ、正極材の再生を行うことができる。また、正極循環機構は、析出物処理部１５１、１７０の両方を備えていてもよい。

［第５実施形態］
第４実施形態のレドックスフロー電池は、正極液、負極液の活物質として鉄がイオン化する物質、無機塩、有機配位子を持つ鉄の金属錯体を用いた場合とした。これに対して、第５実施形態のレドックスフロー電池は、正極に硫黄（Ｓ）系の材料を用い、正極材として、リチウムがイオン化する物質、無機塩、有機配位子を持つ金属錯体を用いた場合である。負極液の材料は特に限定されない。また、正極液は、メディエータを含んでいても含んでいなくてもよい。

第５実施形態のように、正極に硫黄を含む材料を用いる場合も、上述した図７及び図８のように、析出物処理部１５１、１７０を備えることが好ましい。この場合、反応タンク１５４、１７６では、析出物であるＬｉ_２Ｓと反応剤であるＳ_８とを反応させ、溶解度の高いＬｉ_２Ｓ_Ｘ（２＜Ｘ≦８）とする。Ｌｉ_２Ｓ_Ｘは、元のタンクへ戻す。

このように、正極循環機構２４ａは、正極に硫黄を含む材料を用いる構成の場合も、析出物処理部１５１を設けることで、タンクに生じる不溶解生成物を再生することができ、正極液の性能を維持することができ、充電のエネルギー密度の低下を抑制することができる。また、充電率検出物１５８、１６２の検出結果や、析出物の量の確認結果に基づいて、反応タンク１５４での反応を制御することで、正極液の状態をより適切に維持することができ、また、レドックスフロー電池の充放電への影響を少なくしつつ、正極材の再生を行うことができる。また、正極循環機構は、析出物処理部１５１、１７０の両方を備えていてもよい。

１ 電力システム
１０ レドックスフロー電池
１２ 系統配線
１４ 発電装置
１６ 負荷装置
２０ セル
２２ 負極循環機構
２４ 正極循環機構
２６ ＡＣ／ＤＣコンバータ
３０ 負極
３２ 隔膜
３４ 正極
４０、５０ タンク
４２、５２ 循環経路
４４、５４ ポンプ

Claims (11)

1. 隔膜で２つの部屋を分離するセルと、
   前記セルの一方の部屋に配置された正極と、
   前記セルの他方の部屋に配置された負極と、
   前記セルの一方の部屋に正極液を循環させる正極循環手段と、
   前記セルの他方の部屋に負極液を循環させる負極循環手段と、を含み、
   前記正極液は、正極活物質と、第１メディエータと、反応が生じる電位が前記第１メディエータと少なくとも接する第２メディエータと、を含むレドックスフロー電池。
2. 前記正極活物質は、有効反応電位差が３．０Ｖ以上４．３Ｖ以下である請求項１に記載のレドックスフロー電池。
3. 前記正極活物質は、ＮＣＡであり、
   前記第１メディエータは、テトラチアフルバレン誘導体であり、
   前記第２メディエータは、キノン誘導体である請求項１または請求項２に記載のレドックスフロー電池。
4. 前記正極液は、溶媒が前記正極活物質に対して、電位窓を有する材料である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池。
5. 前記隔膜は、陽イオン交換膜であり、
   前記負極循環手段は、前記セルの他方の部屋に接続された循環経路と、前記循環経路と接続し、前記負極液を貯留するタンクと、を含み、
   前記負極液は、鉄がイオン化する負極活物質と、メディエータと、を含む請求項１から４のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池。
6. 前記タンクは、前記負極活物質の固体を前記タンク内に保持する保持機構を備える請求項５に記載のレドックスフロー電池。
7. 前記負極循環手段は、前記負極活物質のイオン化可能な鉄の量が充放電容量よりも多い請求項５または６に記載のレドックスフロー電池。
8. 前記負極循環手段は、前記負極活物質のイオン化可能な鉄の量が充放電容量と一致し、
   充電量を充放電容量未満で充放電を制御する請求項５または６に記載のレドックスフロー電池。
9. 前記負極循環手段は、溶媒が、鉄イオンの溶解しない液体である請求項５に記載のレドックスフロー電池。
10. 前記隔膜は、陽イオン交換膜であり、
    前記正極循環手段及び前記負極循環手段の少なくとも一方は、鉄がイオン化する活物質を用い、前記セルの他方の部屋に接続された循環経路と、前記循環経路と接続し、前記負極液を貯留するタンクと、前記活物質の析出物を捕集し、イオン化させる処理装置と、を含む請求項１から４のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池。
11. 前記隔膜は、陽イオン交換膜であり、
    前記正極循環手段は、硫黄を含有する正極活物質を含み、前記セルの他方の部屋に接続された循環経路と、前記循環経路と接続し、前記負極液を貯留するタンクと、前記活物質の析出物を捕集し、析出物と硫黄を反応させる処理装置と、を含む請求項１から４のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池。
    

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