JPH01146266A - 電解液流通型電池の電解液等配試験方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電解液流通型電池例えば電力貯蔵を目的とす
るレドックスフロー型電池における電解液等配試験方法
に関するものである。

［従来の技術］ 近年電力の負荷変動に対して、種々の対策が考えら３れ
ているが、その対策の一環として電力貯蔵システムがあ
り、その一つとして新型電池によるものが注目され開発
されつつある。

それら新型電池としては、レドックスフロー型電池、ナ
トリウム−硫黄電池、亜鉛−塩素電池、亜鉛−臭素電池
等がある。この中で、レドックスフロー型電池はレドッ
クスイオン（例えば鉄、クロムイオン）を含む電解液を
流通型電池に送り、酸化・還元することによって充電・
放電を行う常温作動型電池である。

第６図はレドックスフロー型電池の原理を示す模式図で
ある。ここでは例として鉄、クロム系レドックスフロー
型電池について説明する。

第６図に示すように、放電時にはタンク９に貯えられた
２価の塩化クロム水溶液がポンプ８により電解液流通型
電池１の電解槽のカーボン繊維の負極電極２を浸透しな
がら３価のクロムに変化し電子を１個放出する。放出さ
れた電子は外部で電気エネルギーを放出して電解槽のも
う一つのカーボン繊維の正極電極３へ移動する。ここで
別のタンク９に貯えられた３価の塩化鉄水溶液がポンプ
８により送られてきて、電子を受は取り、自身は２価の
鉄イオンになる。充電の場合は前述の逆の反応が行われ
る。

以上はレドックスフロー型電池単位セルの場合を説明し
たものであるが、通常、所用電圧を得るために、セルを
電気的に直列に接続または積層し、電解液は複数の電解
槽（セル）に共通の電解液を並列に供給して電解反応を
行う。

このような共通の電解液が並列に複数のセルに供給され
ている電池においては、電解槽の品質にバラツキがある
と電解液は等分配されず、このため流量が不足している
電解槽では反応が早く進行するため、電解槽で電池全体
の有効動作域が規定されてしまう。

また、本出願人は、先に特願昭８２−４２７９１号にお
いて、従来の並列に電解液を供給するレドックスフロー
型電池において、電解液流通路を流れる漏洩電流による
電池損失を極力小さくした流通手段を備えた積層電池を
得るために、第７図に示す如く、電気的に直列に接続又
は積層した複数個の単位セル１を小グループに分け、こ
の小グループ内の各単位セルには従来通り電解液を並列
に供給し、一方各小グループ間では電解液を直列に供給
するマニホールド６の流通手段を備えた直列液供給方式
の電池を開発した。

本電池において、セル間の電解液の等配が特に問題とな
るのは最終段の小グループ内での液のバラツキである。

従って直列液供給方式の場合には最も品質の良く揃った
小グループを選び最終段に設けることが出来ると非常に
良い。

各電解槽の品質を高くかつ一様に保つことは重要である
が、一方、組み上がった後電池を構成する各電解槽のバ
ラツキの有無を確認することも重要なことである。これ
まではこのような各電解槽の品質管理方法については充
分考えられていなかった。

［発明が解決すべき問題点］ 本発明は複数の電解液流通型電池において、各セルへの
電解液供給のバラツキを少なくし、歩留まりのよい電池
組立てをするための電解液等配試験方法を提供すること
を目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、複数の電解槽に共通の電解液を供給し電池反
応を行う電池において、前記電解槽について充放電反応
のステップ応答を調べ該応答遅れによって各電解槽への
電解液流量の差異をチェックする電解液流通型電池の電
解液等配試験方法であり、具体的には前記電解槽の極板
よりリード線を引き出し、レコーダに結線し、該レコー
ダに該電解槽各々の電圧値の変化を記録し、前記電解槽
の６槽について充放電反応のステップ応答を計算機等に
て調べることを特徴とする電解液流通型電池の電解液等
配試験方法であり、特にレドックスフロー型電池に好ま
しいものである。

［作用］ 本発明は、本発明者等が電解液流通型電池の電解槽に電
解液を一定流量供給している状態で充電（又は放電）を
ステップ的に開始又は終了する時に各セルの電圧を測定
記録した結果、次の如き知見を得て発明されたものであ
る。

（１）この時の電解槽の電圧は槽内の電解液が入れ替わ
るにつれて時間遅れをもって変化する。

（２）この時の時定数は、槽内の電解液の入れ替わり時
間に比例し流量には逆比例する。

（３）セル入側および出側での電解液の充電率が０゜１
以上０．８以下の領域に入っていれば（２）の時定数で
時間軸を規格化すると、同一の電圧変化パターンを示す
。

従って各電解槽について、ステップ応答をセルの電圧を
計測することにより、各電解槽の間での流量のバラツキ
が定量的に確認出来る。

本発明は、従来の並列液供給方式においてはスタックの
性能の良否による品質管理に使うことが出来るが、直列
液供給方式では最終段のスタックにおいてのみ性能の揃
った電解槽が必要とされので、このようなバラツキ確認
試験によってスタツりをバラツキの無いものと入替える
ことによって常に品質の良い電池を構成することが出来
る。

従って、品質管理、歩留りの良い電池組立て、故障、劣
化診断等に幅広く活用出来る。

次に本発明の実施例について述べる。

［実施例］ 〔実施例１］ 第１図は本発明の一実施例を示す電解液流通型小型単電
池の試験装置、第２図は第１図の単電池２における時間
と電圧及び電流の関係を示したものである。

第１図において単電池２１は、単電池２２へ所定の充電
状態になっている電解液を供給する為の調整用セル、単
電池２２は電解液の等配試験を行う計測用セルであり、
いずれもカーボン布製（厚み１．５ｍｍＸ縦１００＋ａ
＋ｅｘ横１０ｍｍ）とイオン交換膜とから成る。

ポンプ２３にて一定流量で供給される電解液は、電流発
生装置６によって単電池２１において所定の充電状態に
なり単電池２２に供給される。

単電池２２に供給される電解液に、電流発生装置２７を
用いてステップ状に電流を流し、記録計２８に電圧値の
変化を記録した。

第２図はその時の単電池２２における電圧及び電流と時
間との関係を示したものである。

第２図に示す如く、単電池２２の電圧は通電時に通電電
流と単電池２２の内部抵抗の積に相当する電圧分が変化
するが、電解液が流通しているため電圧が安定する迄に
単電池２２の電解液が入替る時間に比例し流量に逆比例
した時間遅れを生じる。

単電池２２の電圧を時間遅れ分について正規化すると、
正規化した電極内電解液通過時間との間に第３図に示す
ような関係が得られる。

単電池２２の供給口及び排出口における電解液の充電状
態を種々変化させて試験を行った結果以下のことが判明
した。

（１）単電池２２の供給口及び排出口における電解液の
充電状態が通常の充放電に用いられる電解液の充電状態
（２０〜８０％）の範囲内であれば、電解液の電極通過
時間と正規化された電圧の変化パターンは等しくなる。

（２）正規化した電圧が例えば９０％変化する迄の時間
を測定すれば時定数が求まり電極内の電解液通過時間を
知ることができる。

（３）単電池２２の供給口及び排出口における電解液の
充電状態が（１）の範囲外、即ち充電初期成は末期の状
態では起電圧の変化量が大きくなるため時定数は小さく
なる。また、変化パターンが様々になる。

これらの結果に基づいて電池電圧のステップ応答を計測
することにより電解液の電極的通過時間を容易に知るこ
とができ、電池内における電解液の流通状態を把握でき
るようになった。

［実施例２コ 第４図は本発明の他の一実施例を示す電解液流通型電池
を示す模式説明図である。

第４図において、１は電解液流通型電池（単位セル）、
これら単位セル１は、カーボン布製の負極２（厚み１．
５＋ｎｍＸ電極面積６．０００ｃｄ）と間装の正極３（
寸法は負極２と同じ）及び、イオン交換膜４からなり、
５はセル間複極板、６は電解液が流通するマニホールド
、７はスタック間複極板、８はポンプ、９は電解液のタ
ンクである。

一方ｌＯは各複極板から引出したリード線で、これを記
録計１１及びデータ処理用計算機１２に結線している。

１３は電源または負荷を示すもので１４は終端板である
。

第４図に示すようにタンク９の共通の電解液がポンプ８
により複数の電解槽１に送られ、電解槽１内の各々の負
極２及び正極３を通過し充放電が行われる。

次いで、電解液流通型電池１に電解液をポンプ８により
一定流量（ｌ０ＩＩ／　ｗｉｎ　）にてマニホールド６
を経由して負極２及び正極３に供給している状態で充電
（又は放電）を電流がステップ状に変化する様に開始又
は終了する。

この時の各単位セルの電圧を記録計１１及び計算機１２
に記録する。

第５図は上記装置においてステップ状の電流を通電した
時の単位セル電圧、電流と時間の関係を示したものであ
る。

各単位セル１の電圧を実施例１と同様に時間遅れ分につ
いて正規化すると、時間遅れの時定数は電解液が単位セ
ル１を通過する時間に比例し、電解液の流量に逆比例す
ることが流量を変化させて試験することにより判明した
。

電極の寸法が異るため時定数は実施例１よりも長くなる
が、電解液の充電状態と正規化した電圧の間には同様の
傾向が見られ実施例１と同じ方法で電解液の電極的通過
時間を容易に求めることができた。

上記の試験方法によりさらに数個の電解槽について試験
を行ったところ、−個のセルに第３図の破線で示す様に
単位セル電圧の時定数が他の単位セルに比べて長いもの
があったので電解槽を分解して調べてみたところセルの
排出口で繊維による目詰まりを生じていることが判明し
た。

改善後に同様の試験を行った結果、目詰まりのあったセ
ルの時定数は他のセルと同等になり、充放電実験におい
ても同電解槽の電圧効率の向上が見られた。

本発明は各セルの供給口及び排出口における電解液の充
電状態が２０〜８０％の範囲内であれば、各セルにおけ
る電解液の通過時間を容易に求めることができる。

但し、Ｐｅ−Ｃｒ系レドックスフロー型電池のように充
電末期に副反応としてガス発生を伴う電池の場合、単に
目づまり、電流不足や滞流を生じているセルを選別する
目的だけであれば充電末期の状態にある電解液に充電電
流を通電するだけでも容易に発見することができた。

［発明の効果コ 本発明の電解液流通型電池の電解液等配試験方法によれ
ば、各電解槽について、ステップ応答（電圧）信号を計
７１ｐ１することにより、その立上がりの時定数からバ
ラツキを確認することによってバラツキの無いスタック
と入替え、常に品質の良い電池を構成することが出来る
。

従って、本発明は品質管理、歩留りの良い電池組立て、
故障、劣化診断等に幅広く活用出来、電池効率の向上に
資するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す電解液流通型小型単電
池の試験装置、第２図は第１図の単電池２における時間
と電圧及び電流の関係図、第３図は単電池の電圧を時間
遅れ分について正規化した場合の電極内電解液通過時間
との関係図、第４図は本発明の他の一実施例を示す電解
液流通型電池を示す模式説明図、第５図は実施例におけ
るステップ状の電流を通電した時の単位セル電圧、電流
と時間の関係図、第６図はレドックスフロー型電池の原
理を示す模式図、第７図は直列液供給方式の電解液流通
型電池の概念を示す模式説明図である。 図において、１：電解液流通型電池、２：負極２３：正
極、４：イオン交換膜、５：セル間複極板。 ６：マニホールド、７：スタツク間複極板、８：ポンブ
、９：タンク、１０：リード線、１１：レコーダ又は信
号変換器、１２：計算機、１３：電源又は負荷、２１：
調整用セル、２２：計測用セル、２３：ポンプ、２６，
２７：電流発生装置。 ２８：記録計である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の電解槽に共通の電解液を供給し電池反応を
   行う電池において、前記電解槽について充放電反応のス
   テップ応答を調べ該応答遅れによって各電解槽への電解
   液流量の差異をチェックすることを特徴とする電解液流
   通型電池の電解液等配試験方法。
2. （２）前記電解液流通型電池がレドックスフロー型電池
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電
   解液流通型電池の電解液等配試験方法。