JPH01149373A - 電解液流通型電池 - 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、電解液流通型電池特に該電池の電解液の流通
に関するものである。

Ｃ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れて
いるが、その電力貯蔵システム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Ｆｅ２＋／３４　　　２＋／３＋ 、Ｃｒ　　　　）を含む電解液を流通型電解槽に送り、
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４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、−例として鉄及びクロムをレドックス
イオンとする塩酸溶液を流通する場合を示す。

第４図において、１ａは電解液流通型電池（単位セル）
、２：カーボン布製の負極、３：カーボン布製の正極、
１１：ボンブ１２：タンクである。

第４図に示すように、放電時にはタンク１２に貯えられ
た２価の塩化クロム水溶液がポンプ１１により電解液流
通型電池１ａのカーボン繊維の電極（負極）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流通型電
解槽１のもう一つのカーボン繊維電極（正極）３へ移動
する。

ここで別のタンク１２に貯えられた３価の塩化鉄水溶液
がポンプ１１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。

この第４図に示すレドックスフロー型電池の特徴として
次の如き点が挙げられる。

（１）充電、放電により電解液のイオン組成比が変化す
るが、電析を伴わない。

（２）電極部と、電池活物質である溶液保有部とを分離
して電池システムを構成することが出来る。

（３）長時量率電池には溶液保有量を増加させることに
より対応でき大容量化が容易である。

（４）タンク内の電池活物質を定量することにより、電
池の充放電状態を知ることができる。

（５）正、負極活物質は分離してタンクに貯蔵されるの
で、休止中や電極部での混合などによる自己放電がない
。

（６）環境安全対策が容易である。

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
、電気的に直列に接続または積層した複数個の単位セル
を小グループに分け、この小グループ内の各単位セルに
は従来通りの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流通手段を備えた直列液
供給方式の電池を開発した。

第５図は、前述の出願人が開発した直列液供給方式のレ
ドックスフロー型電池の概念を示す説明図である。

この第５図に示す電解液の流通方式では、各小グループ
（以下スタックと呼ぶ）８ａ、８ｂ・・・８ａ間のマニ
ホールド１０を図に示すように交互ｉこ隣接するスタッ
ク８ａと８ｂ、８ｂと８ｃ、８ｃと８ｄ・・・とを接続
することによって電解液が順次スタック８ａ、８ｂ・・
・８ｈを通過するように構成していた。

［発明が解決すべき問題点］ しかし、上述のような直列供給方式−電池においては、
電解槽入口側と出口側とで電解液の電位差が生じ、タン
クの電位が異なるため、 （１）タンク及びその支持材、基礎等を絶縁物で作るか
或いは大地に対し電気的に完全に浮いた状態を保ち、か
つ容易に導電性の部分に触れられないようにする必要が
あり、安全対策として大変である。

（２）同一タンクで液を貯蔵する場合には短絡電流が流
れ、クーロン効率が低下する。

等の問題がある。

本発明は、直列液供給方式の電解液流通型電池において
、安全上問題なく且つ短絡電流を生じないクーロン効率
の高い電解液流通型電池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、直列液供給方式の電解液流通型電池において
、複数の電池セルを有するスタフ°りを多段に重ね合わ
せ中央のスタックより電解液を供給し両端のスタックよ
り電解液を排出する第１の電解槽と、複数の電池セルを
有するスタックを多段に重ね合わせ両端のスタックより
電解液を供給し中央のスタックより電解液を排出する第
２の電解槽とが、電気的に並列に接続され、かつ第１の
電解槽の電解液排出口が第２の電解槽の電解液供給口に
接続されていることを特徴とする電解液流通型電池であ
り、更に前記の電解液流通型電池において、前記２組の
電解槽に電流が均等に流れるように該電池の積層セル数
を調整するか又は電解液の給配を交互に流すようにした
電解液流通型電池である。

［作用］ 本発明では、第１図に示すように、直列液供給型電池を
構成する電解槽を２４ｆｌ電気的に並列に接続し、一方
の組の電解槽の中央から電解液を供給し端部で他方の組
の電解槽に流入した後、中央から排出することによって
入口と出口の電解液の電位が積層電池の正極端子と負極
端子の夫々の電位のちょうど中央値になるので等しくな
り、このため、外部配管系（電解液出ロアータンク１２
−＋ポンプ１１→電解液人口６）による短絡電流が生じ
ないようになった。これより第１図に示すように、充電
液と未充電液を同一タンクに貯蔵可能である。

なお第６図に示すような方式も考えられるが、この場合
は電池電圧が高くとれないので不利である。

一方、第１図の電池システムでは電解槽４と５を同一の
席総数のセルで構成すると、電解槽４の方の電解液の充
電率が電解槽５のそれよりも高くなっている。

レドックスフロー型電池では充電率が高いほど電池の起
電力は高くなるため、電解槽４の全起電力は電解槽５の
全起電力より高くなる一方、両電解槽は電気的には並列
に接続されているため電解槽４側に放電電流が多く流れ
てしまい、この２組の電解槽に均等に電流が流れないこ
とが起こり、電流効率（特に電圧効率）の低下を招く結
果となった。

これに対し第２図に示すように電解槽４の積層電池数を
電解槽５より減らし、両者の全起電力をはｙ等しくなる
ように調整した結果電流の不均衡は改善され効率は上が
った。

また第３図のように両電解槽の積層セル数は同一として
電解液を両電解槽を交差して流れるようにし、両電解槽
内の電解液の平均充電率が等しくなるよう流路を形成し
た結果、電流は等しくなり効率は上がった。

次に本発明の実施例について述べる。

Ｃ実施例コ 第１図は、本発明の一実施例を示す電解液流通型電池の
概念を示す模式説明図である。

電極面積が１０００ｃＪのセルを４セルで１スタツクと
し、１０スタツクで直列液供給型電解槽を構成し、これ
を２組用意して第１図のように電気的には並列に接続し
、負極にはクロムイオン（Ｃｒ２＋１３”）　１　ｍｏ
ｎ　／　Ｄを含む塩酸溶液、正極には鉄イオン（Ｆｅ”
’　３”）　１　ｉｏΩ／Ｒを含む塩酸溶液を、−方の
直列液供給型電解槽（４）の中央即ち、Ｎ［Ｌ５スタッ
クとＮｏ、　６スタツクへ同時に供給し、Ｎｏ、　５→
Ｎｏ、　４−＋−−・→Ｎｏ、　１及びＮｏ、　６　→
Ｎｏ、　７−−−−　→Ｎ（Ｌ　１０へと各々端部のス
タックへ順次に流し、それをもう−方の直列液供給型電
解槽（５）の対応する両端部のスタックに流入させ電解
槽（４）とは逆に中央のスタックへ順次流すようにし、
Ｎα５、Ｎ１１Ｌ６スタツクより排出するようにした。

この結果電池の充電電流が４ＯＡの時、電池の充電電圧
は４４．５Ｖが得られ、また、外部配管系統によるシャ
ント電流は第１図のように、充電液、未充電液を同一タ
ンクに納めても生じなかった。

これは電解液の入／出口に当たる電解槽４及び５の中央
のスタック接続板の電位が両者とも２２Ｖと等しくなっ
ていることが計ΔＰ１されたことからも明らかである。

これによって従来のように、充電液と未充電液のタンク
を分離、絶縁する必要がなくなり、安全上及び省スペー
ス（タンク容量が半減）の点で非常に有効である。

しかしながら電池電流を計ｎｌ　Ｌだ結果、電解槽４の
方に充電電流が多く流れ２組の直列液供給型電解槽（４
，５）の間には電流に大きな差を生じた。

電解槽４は３０．９Ａ　、電解槽５は９．ＬＡであった
。

また放電時はこの逆の電流分布となり電圧は３６．ｌ■
となった。このため電圧効率は８１％となり、従来の第
５図の場合が８５％であったので、大巾に低下した。

第２図はこのような電流の不均一性を除くために、電解
Ｖｊ４の積層セル数を４２セル電解槽５の積層セル数を
３８セルとし、両者の起電力が４ｏ、ｅｖと４０．ＯＶ
とほぼ等しくなるようにした結果、充電電流のバランス
は１７Ａと２３Ａに改善され電圧効率は８６％に向上し
た。

また第３図は、積層セル数を変える必要のない他の電流
バランスの改善実施例を示す。

電解液を電解槽４と電解槽５の間を交差させて流すこと
によって電解槽４及び電解槽５全体としての電解液の平
均充電率がほり等°シくなるように工夫した。

この結果、各スタックでの平均充電率は図中数字に示す
ような運転状態を維持出来た。

両電解槽の平均充電率はいずれも４５％となりこの時雨
電解槽への電流の分配をＩＡ以下の差に抑えることが出
来た。

電圧効率は従来の場合も同じ８５％が得られた。

本実施例では電解液流路はやや複雑になるものの、電圧
効率の低下を招くことなく電解槽入口。

出口での電解液間に電位差を生ずることがない安全で、
効率的な電池を実現することが出来た。

［発明の効果］ 本発明の電解液流通型電池によれば、安全対策上問題が
なく、タンクを一体化することを可能とし、電池効率も
優れた性能が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示す電解液流通型
電池の説明図、第４図はレドックスフロー型電池の原理
を示す模式図、第５図は直列液供給方式の従来の電解液
流通方法を示す説明図、第６図は比較例を示す電解液流
通型電池の説明図である。 図において、に電解液流通型電解槽６２：正極、３：負
極、４及び５：直列液供給型電解槽。 ６：電解液入口、７：電解液出口＋　８　ａ　ｓ　８　
ｂ・・・８ｈニスタツク、９：セパレータ、・１１：ポ
ンプ。 １２：タンクである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）直列液供給方式の電解液流通型電池において、複
   数の電池セルを有するスタックを多段に重ね合わせ中央
   のスタックより電解液を供給し両端のスタックより電解
   液を排出する第１の電解槽と、複数の電池セルを有する
   スタックを多段に重ね合わせ両端のスタックより電解液
   を供給し中央のスタックより電解液を排出する第２の電
   解槽とが、電気的に並列に接続され、かつ第１の電解槽
   の電解液排出口が第２の電解槽の電解液供給口に接続さ
   れていることを特徴とする電解液流通型電池。
2. （２）前記第２の電解槽の電池セル数が第１の電解槽の
   電池セル数より多い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。
3. （３）前記第１の電解槽と第２の電解槽への電解液の給
   配を交互に行う機構を付加した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。