JPH044567A - レドックスフロー電池 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、一般にレドックスフロー電池に関するもの
であり、より特定的には、電力貯蔵効率を高めることが
できるように改良さ、れたレドックスフロー電池に関す
るものである。

［従来の技術］ 電力会社は、安定した電力を需要家に供給するために、
電力の需要に合わせて発電を行なう必要がある。このた
め、電力会社は、常に、最大需要に見合った発電設備を
建設し、需要に即応して発電を行なっている。しかしな
がら、第２図の電力需要曲線Ａで示すように、昼間およ
び夜間では、電力の需要に大きな差が存在する。同様の
現象は、週、月および季節間でも生じている。

そこで、電力を効率よく貯蔵することが可能であれば、
オフピーク時、余剰電力（第２図の符号Ｘで示した部分
に相当する）を貯蔵し、ピーク時にこれを放出すれば、
第２図の符号Ｙで示した部分を賄うことができる。この
ようにすると、需要の変動に対応することができるよう
になり、電力会社は常にほぼ一定の電力（第２図の破線
Ｚに相当する量）のみを発電すればよいことになる。こ
のようなロードレベリングを達成することができれば、
発電設備を軽減することが可能となり、かつエネルギの
節約ならびに石油等の燃料節減にも大きく寄与すること
ができる。

そこで、従来より種々の電力貯蔵法が提案されている。

たとえば、揚水発電が既に実施されているが、揚水発電
では設備が消費地から遠く隔たった所に設置されている
。したがって、この方法においては、送変電損失を伴う
こと、ならびに環境面での立地に制約があることなどの
問題がある。

それゆえ−に、揚水発電に変わる新しい電力貯蔵技術の
開発が望まれており、その１つとして、レドックスフロ
ー電池の開発が進められている。

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。レドックスフロー電池１は、流
通型電池セル２（以下単にセル２という）、正極電解液
貯蔵タンク３および負極電解液貯蔵タンク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、一方何が正極セル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
電解液導入管路１１が設けられている。

また、正極セル２ａ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路１２
が設けられている。正極用電解液導入管路１１の一端お
よび正極用電解液流出管路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
用電解液導入管路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路１４が
設けられている。負極電解液導入管路１３の一端および
負極用電解液流出管路１４の一端は、負極液タンク４に
連結されている。

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
ンの水溶液を正極液貯蔵タンク３゜負極的貯蔵タンク４
に貯蔵し、これをポンプＰでセル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”／Ｆｅ２１、負極活
物質としてＣｒ　２　＋／　ｃｒ　３＋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。

放電 正極側：Ｆｅ”＋ｅ−→ｐ　ｅ　２　＋充電 放電 負極側、　Ｃｒ２　＋：Ｃｒ３　＋　＋ｅ−充電 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。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のレドックスフロー電池は以上のように構成されて
いた。したがって、電池セル２が電解液貯蔵タンク（３
，４）内に蓄えられた電解液の電解液面よりも低い位置
に配置されている場合には、電池セル２の内部および送
液・排液管路（１１゜１２．１３．１４）中に常に電解
液が充填された状態になっていた。その結果、充電を終
え、電解液を停止させた状態（すなわち、電力を貯蔵し
ている状態）において、管路を通して自己放電電流（一
般に、シャントカレントと呼ばれる）が生じ、また、電
池セル２内の隔膜５を通しての、正極電解液および負極
電解液の混合による自己放電現象が生じ、電力貯蔵効率
の点から好ましくない状況であった。

それゆえに、この発明の目的は、レドックスフロー電池
において、電力貯蔵効率を高めるように改良することに
ある。

［課題を解決するための手段］ この発明は、電極に電解液を循環供給し、該電極上で充
放電を行なわせるレドックスフロー電池に係るものであ
る。当該レドックスフロー電池は、上記電極を収容する
電池セルと、上記電解液を蓄える電解液貯蔵タンクと、
を備えている。上記電池セルと上記電解液貯蔵タンクの
間には、該電池セルと該電解液貯蔵タンクとの間で上記
電解液を循環させるための電解液循環用管路が設けられ
ている。当該レドックスフロー電池は、上記問題点を解
決するために、さらに電池セルと電解液貯蔵タンクの間
に設けられ、上記電池セル内の電解液を抜出して、上記
電解液貯蔵タンク内に戻すための電解液抜取用管路を備
えている。

［作用コ この発明に係るレドックスフロー電池によれば、電池セ
ルと電解液貯蔵タンクとの間に設けられ、電池セル内の
電解液を抜出して、電解液貯蔵タンク内に戻すための電
解液抜取用管路を備えているので、充電を終えた後、電
池セル内から電解液を抜取り、該電解液を電解液貯蔵タ
ンク内で保存できる。したがって、上述のシャントカレ
ントの問題は発生せず、また、隔膜を通しての、正極電
解液および負極電解液の混合による自己放電現象は生じ
ない。

［実施例コ 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レドックスフロー電池
の概略図である。なお、第１図に示す実施例は、以下の
点を除いて第３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、その説明を繰返さな
い。

第１図に示すレドックスフロー電池が第３図に示すレド
ックスフロー電池と異なる点の第１は、正極電解液抜取
用管路２５の一端が正極用電解液導入管路１１に連結さ
れ、他端が正極電解液貯蔵タンク３の上部３ａに連結さ
れており、一方、負極電解液抜取用管路２４の一端が負
極用電解液導入管路１３に連結され、他端が負極電解液
貯蔵タンク４の上部４ａに連結されている点である。正
極電解液抜取用管路２５の管路内には、ポンプＰ４が設
けられている。ポンプＰ４と正極用電解液導入管路１１
との間に位置する、正極電解液抜取用管路２５には、バ
ルブ２２が設けられている。

ポンプＰ、と負極用電解液導入管路１３との間に位置す
る、負極電解液抜取用管路２４には、バルブ２３が設け
られている。

第２の異なる点は、ポンプＰ２と正極電解液貯蔵タンク
３との間に位置する、正極電解液導入管路１１にはバル
ブ２１が設けられ、一方ポンブＰ、と負極用電解液貯蔵
タンク４との間に位置する、負極用電解液導入管路１３
には、バルブ２０が設けられている点である。

次に、充電後に、電池セル２から電解液を抜取、該電解
液を電解液貯蔵タンク内に戻す、動作について説明する
。

充電を行った後、まず、電解液循環用のポンプＰ、、Ｐ
２の運転を停止する。次に、バルブ２０およびバルブ２
１を閉じ、バルブ２２およびバルブ２３を開く。この状
態で、ポンプＰ、、Ｐ４を運転する。すると、正極セル
２ａ内に充填されていた正極電解液は、正極電解液抜取
用管路２５を通って、正極電解液貯蔵タンク内に戻る。

一方、負極セル２ｂ内に充填されていた負極電解液は、
負極電解液抜取用管路２４を通って、負極電解液貯蔵タ
ンク４内に戻る。こうして、充電された状態にあった電
解液は、電池セルから抜取られ、電解液貯蔵タンク内で
貯蔵される。その結果、シャントカレントの発生はなく
なり、また、隔膜５を通しての、正極電解液および負極
電解液の混合による自己放電現象は生じない。その結果
、電力貯蔵効率が従来のレドックスフロー電池に比べて
高まるという効果を生じる。

以下、具体例を以て、この発明をさらに詳細に説明する
。

実施例 電極面積３００００ｍ２を有するセル６０セルを積層し
た電池セルを試作し、出力約５ｋｗ、放電容量約４Ｈの
電池を試作した。この電池セルを用いて、第１図に示す
、レドックスフロー電池を構成した。充電を完了した時
点で電解液循環用のポンプＰ、、Ｐ２の運転を停止した
。次に、バルブ２０およびバルブ２１を閉じ、バルブ２
２およびバルブ２３を開く。この状態で、ポンプＰ　３
　＋Ｐ４を運転し、正極セル２ａ内の正極電解液を正極
電解液貯蔵タンク３内に戻し、負極セル２ｂ内の負極電
解液を負極電解液貯蔵タンク４内に戻した。この状態で
、２４時間放置し、放電試験を行なった。その結果、放
電可能電池容量は、即放電を行なった場合に比べ、はと
んど減少していないことが認められた。

比較例 上の実施例と同様の電池セルを試作し、この電池セルを
用いて第３図に示すレドックスフロー電池を構成した。

この電池セルでは、充電後も、電池セル内に電解液が入
っていた。充電を完了した時点で、電解液循環ポンプＰ
、、Ｐ２の運転を停止させ、２４時間放置した。２４時
間後放電を行なった。その結果、放置をせずに即放電を
行なった場合に比して、放電可能電池容量は、２％程度
減少していることが認められた。

［発明の効果コ 以上説明したとおり、この発明に係るレドックスフロー
電池によれば、電池セルと電解液貯蔵タンクとの間に設
けられ、電池セル内の電解液を抜出して、電解液貯蔵タ
ンク内に戻すための電解液抜取用管路を備えているので
、充電を終えた後、電池セル内から電解液を抜取り、該
電解液を電解液貯蔵タンク内で保存できる。したがって
、シャントカレントの問題は発生せず、また隔膜を通し
ての、正極電解液および負極電解液の混合による自己放
電現象は生じない。その結果、電力貯蔵効率が従来のレ
ドックスフロー電池に比べて向上す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レドックスフロー
電池の概略図である。第２図は、電力需要曲線を示す図
である。第３図は、従来のレドックスフロー電池の概略
図である。 図において、３は正極電解液貯蔵タンク、４は負極電解
液貯蔵タンク、６は正極、７は負極、１１は正極用電解
液導入管路、１２は正極用電解液流出管路、１３は負極
用電解液導入管路、１４は負極用電解液流出管路、２４
は負極電解液抜取用管路、２５は正極電解液抜取用管路
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。 （ほか２名）゛−ンツ゛− 地１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電極に電解液を循環供給し、該電極上で充放電を行なわ
   せるレドックスフロー電池であって、前記電極を収容す
   る電池セルと、 前記電解液を蓄える電解液貯蔵タンクと、 前記電池セルと前記電解液貯蔵タンクとの間に設けられ
   、該電池セルと該電解液貯蔵タンクとの間で、前記電解
   液を循環させるための電解液循環用管路と、 前記電池セルと前記電解液貯蔵タンクとの間に設けられ
   、前記電池セル内の電解液を抜出して、前記電解液貯蔵
   タンク内に戻すための電解液抜取用管路と、 を備えたレドックスフロー電池。