JPH02114454A - 電解液循環型二次電池 - 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］ この発明は、正極を含む循環経路内に正極活物質を含む
正極液を導入し、負極を含む循環経路内に負極活物質を
含む負極液を導入し、充放電を行なう電解液循環型二次
電池に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は、従来より提案されているレドックスフロー電
池の概略構成図である。レドックスフロー電池１は、セ
ル２、正極液供給用３および負極液タンク４を備える。

セル２内は、たとえばイオン交換膜からなる隔膜５によ
り仕切られており、−刃側が正極セル２Ｂ、他方側が負
極セル２ｂを構成している。正極セル２ａおよび負極セ
ル２ｂ内には、それぞれ電極として正極６あるいは負極
７が配置されている。

第３図に示したレドックスフロー電池１では、たとえば
鉄イオン、クロムイオンのような原子価の変化するイオ
ンの水溶液をタンク３．４に貯蔵し、これをポンプＰて
セル２に送液し、酸化還元反応により充／＋に屯を行な
う。

たとえば、正極活物質としてＦｅ”／Ｆｅ２、負極活物
質としてＣｒ２＋／Ｃｒ３＋を用い、それぞれ、塩酸溶
液とした場合、各酸化還元系の両極６．７における電池
反応は、下記の式のようになる。

上述の式の電気化学反応により、約１ｖの起電力が得ら
れる。

上述のレドックスフロー型二次電池は、セル２が１つの
、いわゆる単電池ｆＭ造のものであるが、電力貯蔵用と
して実用される二次電池は得られる電圧を高めるために
、セル２を複数個積層した集合７１池（以ド、スタック
という）を１つの構成単位としたモジュール（スタック
を複数個直並列に接続したもの）から構成されている。

第４図は、このようなモジュールから構成される電解ｉ
ｔｋ循環型二次電池に採用されている、従来のスタック
の斜現図である。スタック６は、たとえば直方体形状の
ものであり、１つの側面には、正極ｌｉｋ、タンク（図
示せず）からスタック６内に正極ｉＥ＆を送り込む正極
液（供給用管路７と負極液タンク（図示せず）からスタ
ック６内に負極液を送り込む負極液供給管路８とか設け
られている。スタック６の他の側面には、スタック６か
ら出てくる正極液を正極液供給用に戻す正極液戻し用管
路９とスタック６から出てくる負極液を負極液タンクに
戻す負極液戻し用管路１０とが設けられている。

そして、正極液供給用管路７は正極液供給用（図示せず
）に接続されるメイン管路に分離不可能に接続され、負
Ｗ　ｉｌ＆：供給用管路８はｆ１極液タンク（図示せず
）に接続されるメイン管路に分離不Ｉ′１１能に接続さ
れ、ＩＦ極液戻し用管路９は正極液供給用に接続される
戻し用メイン管路に分離不可能に接続され、負極液戻し
用管路１０は負極液タンクに接続される戻し用メイン管
路に分離不可能に接続されている。

スタック６の上方には、充ｈｋ電流を流すための端子部
１１ａ、ｌｌｂが設けられ、端子部１１ａ。

１１ｂはそれぞれ電線１２ａ、１２ｂに接続されている
。

このようなスタック６は、通常、複数個、直並列に分離
不可能に接続され、１つの電池を構成しており、これに
より、数ｋＷ程度の電力が得られる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のスタックは以上のように構成されており、これら
のスタックが複数個、分離不可能に接続され、１つの電
池を構成していた。したがって、いずれかのスタックが
故障すると、そのスタックを点検あるいは取替えるため
に、電池全体を停止しなければならず、取扱いが不便で
あるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたものであり、いずれかのスタックが故障しても、電
池全体を停止させることなく、そのスタックのみを点検
あるいは取替えることのできる、電解液循環型二次電池
を提供することを目的とする。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は、正極を含む循環経路内に正極活物質を含む
正極液を導入し、負極を含む循環経路内に負極活物質を
含む負極〆【ｋを導入し、充放電を行なう電解液循環型
二次電池に係るものである。そして、上記正極と上記負
極を備えた単電池が複数個積層されてなるスタックを１
以上備え、さらに、上記正極液を蓄える正極液供給用と
、上記負極液を蓄える負極液タンクと、上記正極液供給
用に接続され、上記スタックのそれぞれに上記正極ｌ（
ｋを分配供給する正極液供給用メイン管路と、上記負極
液タンクに接続され、上記スタックのそれぞれに上記負
極液を分配供給する負極液供給用メイン管路と、上記ス
タックのそれぞれから出てくる正極ｉ（ｋを集めて上記
正極液供給用に戻す正極液戻し用メイン管路と、上記ス
タックのそれぞれから出てくる負極液を集めて上記負極
液タンクに戻す負極液戻し用メイン管路と、を備えてい
る。そして、上記正極液供給用メイン管路、上記負極液
供給用メイン管路、上記正極液戻し用メイン管路および
上記負極液戻し用メインに路は、それぞれ、複数個の分
岐管路を含んでいる。また、上記スタックのそれぞれは
、次に挙げる部材を備えている。

■　上記正Ｉ！ｉｌ！液洪給用メイン管路の分岐管に取
り外しｌＪ能に接続され、上記正極液供給用から上記正
極液供給用メイン管路を通って流れてくる正極液を当該
スタック内に送り込む正極液供給用サブ管路。

■　上記負極液タンクメイン管路の上記分岐管路に取り
外し可能に接続され、上記負極液タンクから上記負極液
供給用メイン管路を通って流れてくる負極ｉｔｋを当該
スタック内に送り込む負極液供給用サブ管路。

■　上記正極液戻し用メイン管路の上記分岐管路に取り
外し可能に接続され、当該スタック内から出る上記正画
液を上記正極液戻し用メイン管路へ戻す正極液戻し用サ
ブ管路。

■　上記負極液戻し用メイン管路の上記分岐管路に取り
外し可能に接続され、当該スタック内から出る上記負極
液を上記負極液戻し用メイン管路へ戻す負極液戻し用サ
ブ管路。

■　隣り合うスタックの端子部と当該スタックの端子部
とを分離可能に接続する電気接続手段。

そして、上記正極液供給用メイン管路、上記負極液タン
クメイン管路、上記正極液戻し用メイン管路および上記
負極液戻し用メイン管路に設けられたそれぞれの分岐管
路には、該管路を閉鎖する管路閉鎖部材が取付けられて
いる。

本発明においては、さらに当該スタックを取り外す際に
、その部分を短絡させる短絡導体を備ええるのが好まし
い。

本発明に用いられるスタックは、直方体または立方体形
状のものが好ましく、そして、上記正極液供給用サブ管
路、上記負極液タンクサブ管路、上記正極液戻し用サブ
５路、上記負極液戻し用サブ管路は同一の面に取付けら
れるのが好ましい。

同一の而に取付けることにより、取り外し作業が容易と
なるからである。また同じ理由により、上記電気接続手
段も上記正極液供給用サブ管路等を取付ける側と同じ側
に取付けられるのが好ましい。

［作用］ 本発明に係る電解’ｔｔｋ循環型二次電池は以上のよう
に構成されているので、それぞれのスタックは、電池シ
ステムから、電気的にかつ物理的に、単独で切り離せる
。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は、この発明の一実施例に係る電解液循環型二次
電池の、スタックの部分の斜視図である。

第２図は、このようなスタックを複数個並べて構成した
電解液循環型二次電池の斜視図である。

第１図を参照して、１３は正極液供給用メイン管路であ
り、１４は負！！ｉｉｉ液洪給用メイン管路であり、１
５は正極液戻し用メイン管路であり、１６゛は負極液戻
し用メイン管路である。

正極１１Ｊ２供給用メイン管路１３は、正極液供給用（
図示せず）に接続され、スタック６に正極液を分配供給
するものである。ｉｌＥ極液供給用メイン管路１３には
、間隔を置いて、複数個の分岐管路１３ａが設けられて
いる。それぞれの分岐管路１３ａには、バルブ１３ｂが
設けられている。それぞれの分岐管路１３ａの端部には
、フランジ１３ｃが設けられている。

負極液供給用サブ管路１４は、負極液タンク（図示せず
）に接続され、スタック６に負極液を分配供給するもの
である。負極液供給用メイン管路１４には、間隔を置い
て、複数個の分岐管路１４ａが設けられている。それぞ
れの分岐管路１４ａには、バルブ１４ｂが設けられてい
る。分岐管路１４ａの端部には、フランジ１４ｃが設け
られている。

正極液戻し用メイン管路１５は、正極液供給用に接続さ
れ、それぞれのスタック６から出てくる正極液を集めて
正極？ｆｋタンクに戻すものである。

正極液戻し用メイン管路１５には、間隔を置いて、複数
個の分岐管路１５ａが設けられている。それぞれの分岐
管路１５ａには、バルブ１５ｂが設けられている。分岐
管路１５ａの端部には、フランジ１５ｃが設けられてい
る。

負極ｌｆｋ戻し用メイン管路１３は、それぞれのスタッ
ク６から出てくる負極液を集めて負極液タンクに戻すた
めのものである。負極液戻し用メイン漬路１６には、間
隔を置いて、複数個の分岐管路１６ａが設けられている
。それぞれの分岐管路１６ａには、バルブ１６ｂが設け
られている。分岐管路１６ａの端部にはフランジ１６ｃ
が設けられている。

スタック６はたとえば直方体形状ものであり、その１つ
の曲に、正極液１ノ（船用サブ管路１７と、負極液供給
用サブ管路１８と、正極液戻し用サブ管路１９と、負極
液戻し用サブ管路２０とが設けられている。

正極１ｌｋＩｊｌ：給田サブ管路１７には、管路閉鎖部
祠であるたとえばバルブ１７ｂが設けられている。

１Ｆ極液１！Ｉ−船用サブ管路１の端部には、フランジ
１７Ｃが設けられている。フランジ１７ｃとフランジ１
３ｃを、たとえばボルトナツトのようなりｉ定手段で固
定すると、正極液供給用サブ管路１７と正極液供給用メ
イン管路１３の分岐管路１３ａは連結される。

負膳液０（船用サブ管路１８には、バルブ１８ｂが設け
られている。負極液タンクサブ管路１８の端部にはフラ
ンジ１８ｃが設けられている。フランジ１８ｃとフラン
ジ１４ｃとを、ボルトナツトて固定すると、負極液供給
用サブ管路１８と負極ｌ夜Ｏ１，給用メイン管路１４の
分岐管路１４ａは連結される。

正−液戻し用サブ管路１９には、バルブ１９ｂが設けら
れている。正極液戻し用サブ管路１９の端部にはフラン
ジ１９ｃが設けられている。フランジ１９ｃとフランジ
１５ｃを、ボルトナツトで固定すると、正極液灰し用サ
ブ管路１９と正極ｔｌ１２戻し用メイン管路１５の分岐
管路１５ａは連結される。

負極液戻し用サブ管路２０には、バルブ２０ｂが設けら
れている。負極液戻し用サブ管路２０の端部にはフラン
ジ２５ｃが設けられている。フランジ２０ｃとフランジ
１６ｃを、ボルトナツトで固定すると、負極液戻し用サ
ブ管路２０と負極液戻し用メイン管路１６の分岐管路１
６ａは連結される。

スタック６の上面には、充放電電流が流れる端子部１１
ａ、ｌｌｂが設けられており、隣り合うスタックの端子
部と当該スタックの端子部１１ａ。

１１ｂは、コの字形の電気接続手段２１で取り外し可能
に接続されている。

次に動作について説明する。

Ｉ′Ｅ極ｉｔｋタンク（図示せず）から正極ｉｔｋ供給
用メイン管路１３を通って流れてきた正極液は、分岐管
路１３ａを通り、正極液供給用サブ管路１７を通り、ス
タック６内に入り、正極（図示せず）に接触し、次いで
、正極液戻し用サブ管路１９と、分岐管路１５ａと、正
極液戻し用メイン管路１５を経由して、正極液供給用に
戻される。

一方、負極液タンク（図示せず）から負極液倶船用メイ
ンη゛路１４を通って流れてきた負極液は、分岐管路１
４ａを通り、１’ｒＷ液供給用サブ管路１８を通り、ス
タック６内に入り、負極（図示せず）に接触し、次いで
、負極液戻し用ザブ管路２０と、分岐管路１６ａと負極
液戻し用メイン管路１６を経由して、負＃！ｉ液タンク
に戻される。

そして、たとえば、正極活物質としてｐ　ｅ　３　＋／
Ｆｅ２＋、負極活物質としてＣｒ”／Ｃｒ３◆を用い、
それぞれ、塩酸溶液とした場合、各酸上述の式の電気化
学反応により、スタックの数に応じて、必要とする出力
が得られる。

次に、第１図および第２図を参照して、１つのスタック
が故障した場合を想定して、電池システムから当該スタ
ックのみを取り外す動作について説明する。

第１図に示したスタックの部分が故障したと仮定する。

まず、隣り合う電気接続手段２１の間を短絡用導体２２
（図中、点線で示されている）で短絡させる。このよう
なＪ・ｉ作を行なうと、故障したスタックが存在しても
、電流は短絡用導体２２を通って流れるから、充放電電
流を他のスタックへ支障なく流し続けることができる。

次いで、スタック６の端子部１１ａ、ｌｌｂを電気接続
手段２１から取り外す。

次いで、バルブ１３ｂ、１４ｂ、１５ｂ、１６ｂを閉じ
る。これにより、正極液供給用メイン管路１３からスタ
ック６への正極液の供給は止められ、負Ｗ　ｉｔｋ　供
給用メイン管路１４からスタック６への負極液の供給は
止められ、スタック６から正極液戻し用メイン管路１５
への正極液の戻しは止められ、スタック６から負極液戻
し用メイン管路１６への負極液の戻しは止められる。し
かし、このような操作を行なっても、他のスタック６へ
の液の循環か止められることはない。それゆえ、電池シ
ステムは常に駆動の状態に保たれｉする。次いで、バル
ブ１７ｂ、１８ｂ、ｌｌｂ、２０ｂを閉じて、スタック
６内の液が漏れないようし、フランジ部分のボルトナツ
トを取り外す。以上の操作によって、電池システムを停
止させることなく、故障したスタックのみを、物理的に
かつ電気的に取り外すことができる。

なお、上述したように、スタックの取り外しにあたって
は、最初に電流を止めてから、液を止めることが必要で
ある。もし、逆にすると、スタゾク内の電解液が過充電
または過放電となり、副反応によるガス″、りが発生し
、好ましくない。

この発明の好ましい他の態様として、スタックの下方あ
るいは側方にガイドを取付け、このガイドに沿ってスタ
ックを取付けるように構成すると、スタックを正規の位
置に容易に設定でき、フランジの位置合わせ、端子部の
位置合わせに狂いがなくなる。

また、スタックを、その底面が設置架台に密若しないよ
うに数ｃｒ＋ＪＩして取付けると、スタックに液漏れの
異常が生じたとき、その発見が容易となる。

以上、具体的な実施例を挙げて、この発明の電解Ｉｔｋ
循環型二次電池について説明したが、本発明は、その精
神または主要な特数から逸脱することなく、他の色々な
形で実施することができる。それゆえ、前述の実施例は
あらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈しては
ならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示
すものであって、明細書本文には（１１ら拘束されない
。さらに、特５′［請求の範囲の均等範囲に属する変形
や弯更は、すべて本発明の範囲内のものである。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明によれば、電池システム
の駆動を止めることな（、故障したスタックのみを電気
的にかつ物理的に切り離すことができる。それゆえ、異
常が生じたスタックの点検修理が電池運転中にも行なえ
るという効果を奏する。

また、第１図に示すように、正極液供給用サブ管路等を
１の側板に集中して取付けた場合には、スタックを、間
隔を詰めて設置できるので、電池システムをコンパクト
にできるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る電解液循環型二次電
池のスタック部分の斜視図である。第２図は、本発明の
一実施例に係る、複数例のスタックを並べて構成した電
解液循環型二次電池の斜視図である。第３図は、従来よ
り提案されているレドックスフロー電池の概略構成図で
ある。第４図は、従来の電解液循環型二次電池に採用さ
れているスタックの斜視図である。 図において、１はレドックスフロー電池、２はセル、３
は正極液供給用、４は負極液タンク、６はスタック、１
３は正極１ｌＪ２供給用メイン管路、１４は負極液供給
用メイン管路、１５は正極液戻し用メイン管路、１６は
負極液戻し用メイン管路、１７は正極液供給用サブ管路
、１８は負極液供給用サブ管路、１９は正極液戻し用サ
ブ管路、２゜は負極液戻し用サブ管路、２１は電気接続
手段、１３ｂ、１４ｂ、１５ｂ、１６ｂはバルブである
。 なお、各図中、同一７：）号は同一または相当部分を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 正極を含む循環経路内に正極活物質を含む正極液を導入
   し、負極を含む循環経路内に負極活物質を含む負極液を
   導入し、充放電を行なう電解液循環型二次電池において
   、 前記正極と前記負極を備えた単電池が複数個積層されて
   なるスタックを１以上備え、さらに前記正極液を蓄える
   正極液タンクと、 前記負極液を蓄える負極液タンクと、 前記正極液タンクに接続され、前記スタックのそれぞれ
   に前記正極液を分配供給する正極液供給用メイン管路と
   、 前記負極液タンクに接続され、前記スタックのそれぞれ
   に前記負極液を分配供給する負極液供給用メイン管路と
   、 前記スタックのそれぞれから出てくる正極液を集めて前
   記正極液タンクに戻す正極液戻し用メイン管路と、 前記スタックのそれぞれから出てくる負極液を集めて前
   記負極液タンクへ戻す負極液戻し用メイン管路と、を備
   え、 前記正極液供給用メイン管路、前記負極液供給用メイン
   管路、前記正極液戻し用メイン管路および前記負極液戻
   し用メイン管路のそれぞれは、複数個の分岐管路を含み
   、 前記スタックのそれぞれは、 前記正極液供給用メイン管路の前記分岐管路に取り外し
   可能に接続され、前記正極液タンクから前記正極液供給
   用メイン管路を通って流れてくる前記正極液を当該スタ
   ック内に送り込む正極液供給用サブ管路と、 前記負極液供給用メイン管路の前記分岐管路に取り外し
   可能に接続され、前記負極液タンクから前記負極液供給
   用メイン管路を通って流れてくる前記負極液を当該スタ
   ック内に送り込む負極液供給用サブ管路と、 前記正極液戻し用メイン管路の前記分岐管路に取り外し
   可能に接続され、当該スタック内から出る前記正極液を
   前記正極液戻し用メイン管路へ戻す正極液戻し用サブ管
   路と、 前記負極液戻し用メイン管路の前記分岐管路に取り外し
   可能に接続され、当該スタック内から出る前記負極液を
   前記負極液戻し用メイン管路へ戻す負極液戻し用サブ管
   路と、 隣り合う前記スタックの端子部と当該スタックの端子部
   とを分離可能に接続する電気接続手段と、を含み、 前記正極液供給用メイン管路、前記負極液供給用メイン
   管路、前記正極液戻し用メイン管路に設けられたそれぞ
   れの前記分岐管路には、該管路を閉鎖する管路閉鎖部材
   が取付けられている、電解液循環型二次電池。