JPH0227666A

JPH0227666A - レドックスフロー型２次電池

Info

Publication number: JPH0227666A
Application number: JP63178861A
Authority: JP
Inventors: Toshio Shigematsu; 敏夫重松
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1988-07-18
Filing date: 1988-07-18
Publication date: 1990-01-30

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］この発明はレドックスフロー型２次電池に関するもので
あり、特に、充放電エネルギ効率を高めるように改良さ
れたレドックスフロー型２次電池に関するものである。

［従来の技術］第５図は、従来より提案されているレドックスフロー型
２次電池の概略構成図である。レドックスフロー電／ｌ
Ｉ！】は、流通型電解セル２（以下、単にセル２という
）、正極液タンク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、刃側か正極セル２ａを構成し、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が設けられている。

正極セル２ａには正極用電解液を導入するための正極用
電解液導入管１１が設けられている。また、正極セル２
ａには、該正極セル２ａ内に入っていた正極用電解液を
流出させる正極用電解液流出管１２が設けられている。

正極用電解液導入管１１の一端および正極用電解液流出
管１２の一端は、正極液タンク３に連結されている。

負極セル２ｂには、負極用電解液を導入するための負極
用電解液導入管１３が設けられている。

また、負極セル２ｂには、負極セル２ｂ内に入っていた
負極用電解液を流出させる負極用電解液流出管１４が設
けられている。負極電解液導入管１３の一端および負極
用電解液流出管１４の一端は、負極液タンク４に連結さ
れている。

第５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
ンの水溶液を正極液タンク３．負極液タンク４に貯蔵し
、これをポンプＰで流通型電解セル２に送液し、酸化還
元反応により充放電を行なう。

たとえば、正極活物質としてＦｅ　３＋　７　ｐ　ｅ　
２＋負極活物質としてＣｒ”／Ｃｒ’＋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、下記の式のように上述の式の電気化
学反応により、約１′ボルトの起電力が得られる。

［発明が解決しようとする課題］従来のレドックスフロー型２次電池は以上のように構成
されでいる。それゆえ、正極セル２ａから流出してくる
正極用電解液は正極用電解液流出管１２を通って正極液
タンク３内に入り、この正極液タンク３内で混合される
。そして、混合された正極用電解液が正極用電解液導入
管１１を通って正極セル２ａ内に流入する。また、負極
セル２ｂから流出する負極用電解液は負極用電解液流出
管１４を通って負極液タンク４内に入り、この負極液タ
ンク４内で混合される。そして、混合された負極用電解
液が負極用電解液導入管１３を通って負極セル２ｂ内に
流入する。

ところで、セル２内へ流入する電解液（以下、流入電解
液という）の組成（負極用電解液のＣｒ２＋とＣｒ’＋
の割合、正極用電解液のＦｅ２＋とＦｅ３＋の割合）と
セル２内から流出する電解ｌｆ＆　（以下、流出電解液
という）の組成は異なっている。たとえば、負極用電解
液の場合、充電時には、流出電解液の方が流入電解液よ
りもＣｒ”濃度が高く、放電時には、流出電解液の方が
流入電解液よりもＣｒ’＋濃度が高い。また、正極用電
解液の場合、充電時には、流出電解液の方が流入電解液
よりもＦｅ”＋濃度は高く、放電時には、流出電解液の
方が流入電解液よりもＦｅ２＋濃度が高い。

従って、従来のレドックスフロー型２次電池のごとき構
成であると、すなわち、充放電時に、組成の異なる流入
電解液と流出電解液とがタンク内で混合され、−様とさ
れる構成のものであると、以下に述べる問題点が生じる
。

すなわち、まず充電時においては、セル２内を通って充
電深度が高められた電解液がタンク内の低充電深度の液
と混合され、この混合物（充電深度は平均的には高くな
っているカリが再び充電される。また、放電時において
は、セル２内を通って放電し充電深度の低くなった電解
液がタンク内のより充電深度の高い液と混合され、この
混合物が再び放電する。その結果、混ざり合イた分だけ
、無駄にエネルギを費すことになり、充放電効率を低下
させ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
れたものである。

［課題を解決するための手段］この発明は、隔膜により分離された正極セルと負極セル
とを備え、上記正極セルは、一方から正極活物質を含む
正極用電解液が流入し、他方から該正極用電解液が流出
するように構成され、上記負極セルは、一方から負極活
物質を含む負極用電解液が流入し、他方から該負極電解
液が流出するように構成され、それによって充放電を行
なうしドックスフロー型２次電池にかかるものである。

そして、上記問題点を解決するために、上記正極セルに
流入すべき正極用電解液と上記正極セルから流出した正
極用電解液とが互いに混合しないようにされ、かつ上記
負極に流入すべき負極用電解液と負極セルから流出した
負極用電解液とが互いに混合しないようにされている。

［作用］本発明に係るレドックスフロー型２次電池では、正極セ
ルに流入すべき正極用電解液と正極セルから流出した正
画用電解液とが互いに混合しないようにされ、かつ負極
に流入すべき負極用電解液と負極セルから流出した負極
用電解液とが互いに混合しないようにされているので、
従来のレドックスフロー型２次電池のように、充放電時
において、無駄なエネルギが費されることはない。

〔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の部分切欠断面図である
。第１図に示す実施例は、以下の点を除いて、第４図に
示す従来例と同様であり、相当する部分には同一の参照
番号を付し、その説明を省略する。

第１図に示す実施例と第４図に示す従来例との異なる点
は、正極用電解液導入管１２の一端と正極用電解液流出
管１１の一端が蛇行形状に形成された管路である蛇行管
１５で連結され、′負極用電解液導入管１３の一端と負
極用電解液流出管１４の一端が蛇行形状に形成された管
路である蛇行管１６で連結されている点である。

ポンプＰ２を駆動すると、正極用電解液は、正極セル２
ａと正極用電解液流出管１２と、蛇行管１５と正極用電
解液導入管１１との間を循環する。

この場合、正極セル２ａに流入すべき正極用電解液と正
極セル２ａから流出した正極用電解液とは互いに混合し
ない。また、ポンプＰ１を駆動すると、負極用電解液は
、負極セル２ｂと、負極用電解液流出管１４と、蛇行管
１６と、負極用電解液導入管１３との間を循環する。こ
の場合、負極に流入すべき負極用電解液と負極セルから
流出した負極用電解液とは互いに混合しない。

次に、実施例に係る装置を用いて、セル電圧の測定を行
なった。

条件は、以下のとおりであった。

電極：カーボン繊維布隔膜：陽イオン交換膜電解液：３規定ＨＣｕにＦｅＣＬ　ｓ　、ｃ　ｒ　ｃ　
ｆＬ。

をそれぞれ１モル溶解させた液電極面積：４００ｃｍ２単セル充放電電流密度：４０ｍＡ／ｃｍ２結果を、第４図に示す。なお、第４図には、比較例の結
果（従来のレドックスフロー電池を用いて測定した結果
で、条件は上述した条件と同じ）も同時に示されている
。

一般に、本電池のセル端子電圧Ｖは、セル流出液の各種
のイオン濃度により決定され、次に示すＮｅｒｎｓｔの
式にほぼ従う。

上式において、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度、Ｆはファ
ラデ一定数、ｒはセル抵抗、Ｉは通電した電流値（放電
時は負の値となり、充電時は正の値となる）である。

第４図の結果は、上述の式に基づいて求められたもので
ある。なお、電流は一定としている。

第４図を参照して、従来のレドックスフロー電池（比較
例）では、イオン濃度が常に連続的に変化するので、充
放電時のセル電圧は時間とともに連続的に変化する。一
方、実施例に係る装置では、一定充電深度の電解液が電
池セル内にて充電（放電）操作を受けるので、−巡する
までは、セル流出口でのイオン濃度は常に一定である。

従って、セル電圧も、この間一定となる。すなわち、充
放電に伴ない、セル電圧は階段状に変化する。

さて、充放電エネルギ効率は、以下の式で示され、図中
、面積比で表わされる。

実施例に係るレドックスフロー型２次電池を用いると、
図中の斜線部分の電力量だけロスを減らせることとなり
、充放電エネルギ効率は向上する。

上述の条件で行なうと、エネルギ効率は、少なくとも３
％程度、向上することが認められた。

第２図は、この発明の他の実施例の部分切欠断面図であ
る。第２図に示す実施例は、以下の点を除いて、第１図
に示す実施例と同様であり、相当する部分には同一の参
照番号を付し、その説明を省略する。第１図に示す実施
例と異なる点は、正極用電解液導入管１１の一端に第１
の電解液貯蔵槽１１ａを設け、正極用電解液流出管１２
の一端に第２の電解液貯蔵槽１２ａを設け、負極用電解
液導入管１３の一端に第３の電解液貯蔵槽１３ａを設け
、負極用電解液流出管１４の一端に第４の電解液貯蔵槽
１４ａを設けている点である。このような構成にして、
一方の槽が空になれば、ポンプを逆回転させ、液の循環
方向を逆転させるようにする。そうすると、正極セル２
ａに流入すべき正極用電解液と正極セル２ａから流出し
た正極用電解液とが互いに混合しないようにでき、かつ
負極セル２ｂに流入すべき負極用電解液と負極セル２ｂ
から流出した負極用電解液とが互いに混合しないように
できる。

第３図は、この発明のさらに他の実施例の部分切欠断面
図である。第３図に示す実施例は、以下の点を除いて、
第１図に示す実施例と同様であり、相当する部分には同
一の参照番号を付し、その説明を省略する。第１図に示
す実施例と異なる点は、正極用電解液導入管１１の一端
と正極用電解液流出管１２の一端とを、螺旋状にまいた
螺旋管１７で接続し、負極用電解液導入管１３と負極用
電解液流出管１４の一端とを、螺旋状にまいた螺旋管１
８で接続した点である。このような構成にしても、正極
セル２ａに流入すべき正極用電解液と正極セル２ａから
流出した正極用電解液とが互いに混合しないようにでき
、かつ負極セル２ｂに流入すべき負極用電解液と負極セ
ル２ｂから流出した負極用電解液とが互いに混合しない
ようにできる。

以上、具体的な実施例を挙げて、この発明のレドックス
フロー型２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徴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過ぎず、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、明細書本文には何ら拘束されない。

さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更
は、すべて本発明の範囲内のものである。

［発明の効果コ以上説明したとおり、本発明に係るレドックスフロー型
２次電池によれば、正極セルに流入すべき正極用電解液
と正極セルから流出した正極用電解液とが互いに混合し
ないようにされ、かつ負極セルに流入すべき負極用電解
液と負極セルから流出した負極用電解液とが互いに混合
しないようにされているので、従来のレドックスフロー
型２次電池のように、充放電時において、無駄なエネル
ギが費されることはない。その結果、充放電効率の高め
られたレドックスフロー型２次電池が得られるという効
果を奏する。

また、無駄な液循環を減らせるため、ポンプパワーを小
さくできるという効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の部分切欠断面図である。第２図は、この発明の他の実施例の部分切欠断面図であ
る。第３図は、この発明のさらに他の実施例の部分切欠
断面図である。第４図は、この発明の詳細な説明するた
めの図である。第５図は従来のレドックスフロー型２次
電池の断面図である。図において、２ａは正極セル、２ｂは負極セル、５は隔
膜、６は正極、７は負極、１１は正極用電解液導入管、
１２は正極用電解液流出管、１３は負極用電解液導入管
、１４は負極用電解液流出管、１５．１６は蛇行管であ
る。なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。め圀第２図高３０寥４０吋４ｓ″Ｉ

Claims

【特許請求の範囲】隔膜により分離された正極セルと負極セルとを備え、前記正極セルは、一方から正極活物質を含む正極用電解
液が流入し、他方から該正極用電解液が流出するように
構成され、前記負極セルは、一方から負極活物質を含む負極用電解
液が流入し、他方から該負極用電解液が流出するように
構成され、それによって充放電を行なうレドックスフロー型２次電
池において、前記正極セルに流入すべき正極用電解液と前記正極セル
から流出した正極用電解液とが互いに混合しないように
され、かつ前記負極セルに流入すべき負極用電解液と前記負極セル
から流出した負極用電解液とが互いに混合しないように
された、ことを特徴とするレドックスフロー型２次電池。