JPH0534784B2 - - Google Patents
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- JPH0534784B2 JPH0534784B2 JP59142863A JP14286384A JPH0534784B2 JP H0534784 B2 JPH0534784 B2 JP H0534784B2 JP 59142863 A JP59142863 A JP 59142863A JP 14286384 A JP14286384 A JP 14286384A JP H0534784 B2 JPH0534784 B2 JP H0534784B2
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Classifications
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-
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Description
発明の目的
産業上の利用分野
この発明は、たとえばレドツクスフロー電池の
ような電力貯蔵に用いられる電池構造の改良に関
し、特に電解液およびセル内の隔膜が改良された
電池に関する。 従来の技術 電気エネルギは、そのままの形態では貯蔵が困
難であるため、貯蔵可能なエネルギ形態に変換し
なければならい。他方、安定した電力の供給を行
なうには、電力需要に合わせて供給すなわち発電
を行なう必要がある。このため、電力会社は常に
最大需要に見合つた発電設備を建設し、需要に即
応して発電を行なつている。しかしながら、第４
図に電力需要曲線Ｐ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
の現像は、週、月および季節間でも生じている。 そこで、電力を効率良く貯蔵することが可能で
あれば、オフピーク時の余剰電力（第１図の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１図のＹで示した部分を賄う
ことができ、需要の変動に対応することができ、
常にほぼ一定の電力（第１図の破線Ｚに相当する
量）のみを発電すばよいことになる。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つた
所に設置されており、したがつて送変電損失を伴
なうこと、ならびに環境面でも立地に制約がある
ことなどの問題がある。それゆえに、揚水発電に
代わる新しい電力貯蔵技術の開発が望まれている
が、この１つとしてレドツクスフロー電池の開発
が進められている。 第５図は、従来のレドツクスフロー電池の一例
を示す概略構成図である。このレドツクスフロー
電池１は、セル２および正極液タンク３および負
極液タンク４を備え、２個のタンク３，４を用い
るものであるため２タンク方式と呼ばれているも
のである。セル２内は、イオン交換膜からなる隔
膜５により仕切られており、一方側が正極セル２
ａ、他方側が負極セル２ｂを、それぞれ、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および負極７が
配置されている。 第５図に示したレドツクスフロー電池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P1，P2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、正極液としてFe3+／Fe2+塩酸溶
液、負極液としてCr2+／Cr3+塩酸溶液を用いる
と、各酸化還元系の両極６，７における電気化学
反応は、次式のようになり、起電力は約1Vであ
る。 正極：Fe3+＋ｅ放電 ――→ ←―― 充電Fe2+E＝0.6V 負極：Cr2+放電 ――→ ←―― 充電Cr3+＋eE＝−0.4V 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記したようなレドツクスフロ
ー電池１は、通常の電池と異なり、正極液と負極
液との構成の異なる２液型電池構成であるため、
両電解液の混合を阻止する必要があり、そのため
選択性の強いイオン交換膜が隔膜５として用いら
れているが、その結果電池の内部抵抗を低減する
ことができず、したがつて高い充放電効率を達成
することができないという問題があつた。 また、隔膜５は、上記したような選択性の強い
イオン交換膜、すなわち活物質の通過を防止する
ことができ、しかもH+およびCl-のようなイオン
移動担体を通過させ得るという特殊機能を有しな
ければならないため、隔膜５を達成する材料のコ
ストが高くつくという欠点があつた。 さらに、上述したような選択性に優れたイオン
交換膜を隔膜５として用いたとしても、なお活物
質の混合を避けることはできなかつた。すなわち
第６図および第７図は、第５図に示した従来のレ
ドツクスフロー電池における充電の際および放電
の際の電池内の反応状態を示す部分切欠正面図で
あるが、第６図および第７図において矢印Ａ……
Ｄで示すように、従来のレドツクスフロー電池で
は、充電動作および放電動作を繰返すうちに、正
極活物質および負極活電解質が隔膜５を透過し、
その結果正極液および負極液内の電極活物質量が
減少するため電力貯蔵量が低下し、充放電効率が
低下するという欠点があつた。 それゆえに、この発明の目的は、長期間使用し
た場合であつても電力貯蔵量および充放電効率の
低下が極めて小さく、かつ比較的安価な電池を提
供することにある。 発明の構成 問題点を解決するための手段 この発明は、要約すれば、セル内で正極と負極
とを隔膜により分離し、正極に正極液を、負極に
負極液を供給し充放電を行なう電池において、充
電前の正極液および負極液が、ほぼ等モルの正極
活物質および負極活物質を含む同一組成の電解液
で構成されており、かつ隔膜として、イオン交換
機能を有しない膨潤膜を用いることを特徴とす
る、電池である。 充電前の電解液としては、たとえばCrCl3−
FeCl2塩酸溶液のほか、従来より電池構造の電解
液として用いられている任意の活物質を用いるこ
とができる。 また、「膨潤膜」としては、たとえばセルロー
ス系樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコー
ル、シリコン樹脂、およびこれらを含む共重合
体、あるいはブレンド品などの含水率の高い材料
からなる膜を用いることができる。含水率につい
ては、内部抵抗低下効果とイオン移動担体の移動
性の観点から、10〜200％（以下、％は重量％を
意味するものとする）、好ましくは30〜50％程度
が好ましい。 膨潤膜の含水率が少なければ、イオン透過性が
小さくなり、電気抵抗が大きくなる。一方、膨潤
膜の含水率が大きければ、その逆となり、電気抵
抗は小さくなる。ただし、含水率が大きすぎる
と、電気抵抗は小さくなるが、膜の隔離機能が低
下し、２液混合（隔膜で分離された電解液の混
合）による自己放電が大きくなり、電流効率の低
下ひいてはエネルギ効率の低下を招来する。含水
率を上述の範囲内に選ぶと、エネルギ効率の点か
ら、望ましい状態にすることが可能となる。 作 用 この発明では、充電前の正極液および負極液が
ほぼ等モル正極活物質および負極活物質を含むた
め、セル内での隔膜の両側間すなわち正極セルと
負極セルとの間に電極活物質の濃度勾配がほとん
ど生じず、隔膜を介した電極活物質の物質移動は
ほとんど生じない。また、後述する実施例の説明
から明らかなように、放電動作の後には正極液お
よび負極液が混合されるため、放電動作時に未反
応の活物質があつたとしても、他方側の活物質と
反応し、その結果正極活物質および負極活物質の
濃度は、使用開始当初と同一に保たれる。すなわ
ち、この発明では隔膜を介した活物質の混合が生
じたとしても、１サイクル内における充放電電気
量の効率の低下が生じるだけであり、長期間の容
量の低下という問題は生じない。したがつて、イ
オン交換膜より活物質の混合の生じやすい膨潤膜
を用いることが可能であり、イオン交換膜より電
気抵抗の小さいという膨潤膜の好ましい特性を利
用することができる。その結果、隔膜における内
部抵抗を低下させ、電圧効率（充放電動作時にお
けるそれぞれの電圧の比）を上昇させることがで
き、トータルのエネルギ効率（充放電電力量の
比）を向上させることが可能とされている。 実施例の説明 第１図は、この発明の一実施例を示す概略構成
図である。第１図において３１は流通型電解セル
を示し、該セル３１は第５図に示した従来のレド
ツクスフロー電池におけるセル２と同様の構成を
有する。 この実施例では、セル３１に接続される電解液
タンクが、共通タンク４１と、正極液タンク４２
および負極液タンク４３の３個のタンク４１，４
２，４３により構成されている。共通タンク４１
には、CrCl3およびFeCl2が等モル含まれた塩酸
溶液である電解液４４が充填されている。共通タ
ンク４１は、セル３１の正極セル３１ａおよび負
極セル３１ｂに接続されており、ポンプ４５，４
６により電解液４４が供給あるいは排出されるよ
うに構成されている。 他方、正極セル３１ａおよび負極セル３１ｂに
は、第５図に示した従来のレドツクスフロー電池
と同様に正極液タンク４２および負極液タンク４
３が接続されている。 今、上述のように電解液４４としてCrCl3−
FeCl2塩酸溶液を用いた場合、充電動作の際に
は、電解液４４は、それぞれ、ポンプ４５，４６
により、正極セル３１ａおよび負極セル３１ｂに
供給され、電極反応を生じ、反応が終了した正極
液および負極液は正極液タンク４２および負極液
タンク４３に、それぞれ、排出される。 他方、放電動作時には、正極液タンク４２およ
び負極液タンク４３内の正極液および負極液が、
それぞれ、矢印Ｙ方向に移送され正極セル３１ａ
および負極セル３１ｂにおいて電極反応を生じ、
再び共通タンク４１に回収される。 第１図に示した実施例における電極反応は、正
極および負極においてそれぞれ、次の式により行
なわれる。 正極：Fe2+＋Cr3+充電 ――→ ←―― 放電Fe3+＋Cr3+＋ｅ 負極：Fe2+＋Cr3+充電 ――→ ←―― 放電Fe2+＋Cr2+−ｅ ところで、第１図に示した実施例のレドツクス
フロー電池では、充電前の電解液が、正極活物質
としてのFe2+および負極活物質としてのCr3+を
等モル含んでいるため、セル３１内において隔膜
３２を介した濃度勾配は生じない。よつて、隔膜
３２を介した物質移動は効果的に防止され、それ
ゆえに正極セル３１ａおよび負極セル３１ｂ内で
のそれぞれの活物質の濃度低下が確実に防止され
得る。すなわち第２図に充電動作時のセル３１内
を略図的正面図で示すが、この場合矢印Ａおよび
Ｂで示される物質移動は、ほとんど生じないこと
になるのである。 同様に、放電動作時においても隔膜３２を隔て
た物質移動はほとんど起こらず、よつて第３図に
略図的正面図で示すように、矢印ＣおよびＤで示
す方向の活物質の移動はほとんど生じない。 さらに、第１図に示した実施例では、充電動作
における電極反応を終えた正極液および負極液
は、正極液タンク４２および負極液タンク４３に
排出・貯蔵されているが、この場合第１図に示す
ように正極液タンク４２ではFe3+およびCr3+が
存在し負極液タンク４３内にはFe2+およびCr2+
が存在する。他方、放電動作時には、正極液タン
ク４２および負極液タンク４３内の正極液および
負極液が、再度セル３１に供給されて電極反応を
起こすのであるが、正極液および負極液中のすべ
ての活物質が反応するとは限らない。たとえば、
正極セル３１ａにおいて、供給されたFe3+の一
部が電極反応を生じず、Fe3+のまま共通タンク
４１に排出されることがあり、同様に負極側にお
いてもCr2+が一部未反応のまま共通タンク４１に
排出されるかもしれない。しかしながら、この場
合であつても、未反応のFe3+とCr2+は、共通タ
ンク４１内で反応し、Fe2+およびCr3+に変換さ
れる。よつて、たとえ来反応のFe3+およびCr2+
があつたとしても、共通タンク４１内での反応に
より、共通タンク４１内に貯蔵される電解液をす
べてFe2+およびCr3+を等モル含む最初の電解液
と同一組成とすることが可能にされている。した
がつて、長期間にわたり充放電動作を繰返したと
しても、充放電効率の低下は全く生じないことが
わかる。 さらに、第１図に示した実施例では、隔膜３２
として膨潤膜が用いられている。膨潤膜は、前述
したように従来から用いられてきたイオン交換膜
より活物質の混合を生じやすいという問題があ
る。しかしながら、上記したように活物質の混合
が生じたとしても、共通タンク４１に戻された際
に共通タンク４１内での反応により電解液は当初
と同一組成となる。したがつてイオン交換膜より
活物質の混合を生じさせやすいという欠点は、上
記構成により解消される。のみならず、膨潤膜は
電気抵抗がイオン交換膜より低いため、第１図に
示したレドツクスフロー電池の内部抵抗は効果的
に低減され、電圧効率が上昇する。 なお、上記実施例では、３個のタンクを用いた
例につき説明したが、これに限らず、正極液タン
ク１個および負極液タンク１個の２タンク方式あ
るいは４個以上のタンクを用いるシステムについ
ても適用できることは言うまでもない。これにつ
いてさらに詳細に説明する。 ２タンク方式とは、第５図に示すように、セル
２１個に対し、タンク２個３，４を有するものを
いう。４タンク方式とは、第８図に示すように、
セル２１個に対し、タンクを４個３ａ，３ｂ，４
ａ，４ｂを有するものをいう。すなわち、これら
はいずれも電解液の循環の仕方を変更させただけ
であり、セル内で正極と負極とを隔膜により分離
し、正極に正極液を、負極に負極液を供給し充放
電を行なう電池である点において、３個のタンク
を用いた上記実施例と共通する。そして、充電前
の上記正極液および負極液をほぼ等モルの正極活
物質および負極活物質を含む同一組成の電解液に
より構成し、上記隔膜として、イオン交換機能を
持たない膨潤膜を用いることによつて、上記実施
例と同様の効果を実現する。 さらに、上記実施例では、活物質として、
FeCl2およびCrCl3を用いた場合につき説明した
が、これに限らず、下記の表に示すような種々の
活物質を用いることができることは言うまでもな
い。
ような電力貯蔵に用いられる電池構造の改良に関
し、特に電解液およびセル内の隔膜が改良された
電池に関する。 従来の技術 電気エネルギは、そのままの形態では貯蔵が困
難であるため、貯蔵可能なエネルギ形態に変換し
なければならい。他方、安定した電力の供給を行
なうには、電力需要に合わせて供給すなわち発電
を行なう必要がある。このため、電力会社は常に
最大需要に見合つた発電設備を建設し、需要に即
応して発電を行なつている。しかしながら、第４
図に電力需要曲線Ｐ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
の現像は、週、月および季節間でも生じている。 そこで、電力を効率良く貯蔵することが可能で
あれば、オフピーク時の余剰電力（第１図の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１図のＹで示した部分を賄う
ことができ、需要の変動に対応することができ、
常にほぼ一定の電力（第１図の破線Ｚに相当する
量）のみを発電すばよいことになる。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つた
所に設置されており、したがつて送変電損失を伴
なうこと、ならびに環境面でも立地に制約がある
ことなどの問題がある。それゆえに、揚水発電に
代わる新しい電力貯蔵技術の開発が望まれている
が、この１つとしてレドツクスフロー電池の開発
が進められている。 第５図は、従来のレドツクスフロー電池の一例
を示す概略構成図である。このレドツクスフロー
電池１は、セル２および正極液タンク３および負
極液タンク４を備え、２個のタンク３，４を用い
るものであるため２タンク方式と呼ばれているも
のである。セル２内は、イオン交換膜からなる隔
膜５により仕切られており、一方側が正極セル２
ａ、他方側が負極セル２ｂを、それぞれ、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および負極７が
配置されている。 第５図に示したレドツクスフロー電池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P1，P2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、正極液としてFe3+／Fe2+塩酸溶
液、負極液としてCr2+／Cr3+塩酸溶液を用いる
と、各酸化還元系の両極６，７における電気化学
反応は、次式のようになり、起電力は約1Vであ
る。 正極：Fe3+＋ｅ放電 ――→ ←―― 充電Fe2+E＝0.6V 負極：Cr2+放電 ――→ ←―― 充電Cr3+＋eE＝−0.4V 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記したようなレドツクスフロ
ー電池１は、通常の電池と異なり、正極液と負極
液との構成の異なる２液型電池構成であるため、
両電解液の混合を阻止する必要があり、そのため
選択性の強いイオン交換膜が隔膜５として用いら
れているが、その結果電池の内部抵抗を低減する
ことができず、したがつて高い充放電効率を達成
することができないという問題があつた。 また、隔膜５は、上記したような選択性の強い
イオン交換膜、すなわち活物質の通過を防止する
ことができ、しかもH+およびCl-のようなイオン
移動担体を通過させ得るという特殊機能を有しな
ければならないため、隔膜５を達成する材料のコ
ストが高くつくという欠点があつた。 さらに、上述したような選択性に優れたイオン
交換膜を隔膜５として用いたとしても、なお活物
質の混合を避けることはできなかつた。すなわち
第６図および第７図は、第５図に示した従来のレ
ドツクスフロー電池における充電の際および放電
の際の電池内の反応状態を示す部分切欠正面図で
あるが、第６図および第７図において矢印Ａ……
Ｄで示すように、従来のレドツクスフロー電池で
は、充電動作および放電動作を繰返すうちに、正
極活物質および負極活電解質が隔膜５を透過し、
その結果正極液および負極液内の電極活物質量が
減少するため電力貯蔵量が低下し、充放電効率が
低下するという欠点があつた。 それゆえに、この発明の目的は、長期間使用し
た場合であつても電力貯蔵量および充放電効率の
低下が極めて小さく、かつ比較的安価な電池を提
供することにある。 発明の構成 問題点を解決するための手段 この発明は、要約すれば、セル内で正極と負極
とを隔膜により分離し、正極に正極液を、負極に
負極液を供給し充放電を行なう電池において、充
電前の正極液および負極液が、ほぼ等モルの正極
活物質および負極活物質を含む同一組成の電解液
で構成されており、かつ隔膜として、イオン交換
機能を有しない膨潤膜を用いることを特徴とす
る、電池である。 充電前の電解液としては、たとえばCrCl3−
FeCl2塩酸溶液のほか、従来より電池構造の電解
液として用いられている任意の活物質を用いるこ
とができる。 また、「膨潤膜」としては、たとえばセルロー
ス系樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコー
ル、シリコン樹脂、およびこれらを含む共重合
体、あるいはブレンド品などの含水率の高い材料
からなる膜を用いることができる。含水率につい
ては、内部抵抗低下効果とイオン移動担体の移動
性の観点から、10〜200％（以下、％は重量％を
意味するものとする）、好ましくは30〜50％程度
が好ましい。 膨潤膜の含水率が少なければ、イオン透過性が
小さくなり、電気抵抗が大きくなる。一方、膨潤
膜の含水率が大きければ、その逆となり、電気抵
抗は小さくなる。ただし、含水率が大きすぎる
と、電気抵抗は小さくなるが、膜の隔離機能が低
下し、２液混合（隔膜で分離された電解液の混
合）による自己放電が大きくなり、電流効率の低
下ひいてはエネルギ効率の低下を招来する。含水
率を上述の範囲内に選ぶと、エネルギ効率の点か
ら、望ましい状態にすることが可能となる。 作 用 この発明では、充電前の正極液および負極液が
ほぼ等モル正極活物質および負極活物質を含むた
め、セル内での隔膜の両側間すなわち正極セルと
負極セルとの間に電極活物質の濃度勾配がほとん
ど生じず、隔膜を介した電極活物質の物質移動は
ほとんど生じない。また、後述する実施例の説明
から明らかなように、放電動作の後には正極液お
よび負極液が混合されるため、放電動作時に未反
応の活物質があつたとしても、他方側の活物質と
反応し、その結果正極活物質および負極活物質の
濃度は、使用開始当初と同一に保たれる。すなわ
ち、この発明では隔膜を介した活物質の混合が生
じたとしても、１サイクル内における充放電電気
量の効率の低下が生じるだけであり、長期間の容
量の低下という問題は生じない。したがつて、イ
オン交換膜より活物質の混合の生じやすい膨潤膜
を用いることが可能であり、イオン交換膜より電
気抵抗の小さいという膨潤膜の好ましい特性を利
用することができる。その結果、隔膜における内
部抵抗を低下させ、電圧効率（充放電動作時にお
けるそれぞれの電圧の比）を上昇させることがで
き、トータルのエネルギ効率（充放電電力量の
比）を向上させることが可能とされている。 実施例の説明 第１図は、この発明の一実施例を示す概略構成
図である。第１図において３１は流通型電解セル
を示し、該セル３１は第５図に示した従来のレド
ツクスフロー電池におけるセル２と同様の構成を
有する。 この実施例では、セル３１に接続される電解液
タンクが、共通タンク４１と、正極液タンク４２
および負極液タンク４３の３個のタンク４１，４
２，４３により構成されている。共通タンク４１
には、CrCl3およびFeCl2が等モル含まれた塩酸
溶液である電解液４４が充填されている。共通タ
ンク４１は、セル３１の正極セル３１ａおよび負
極セル３１ｂに接続されており、ポンプ４５，４
６により電解液４４が供給あるいは排出されるよ
うに構成されている。 他方、正極セル３１ａおよび負極セル３１ｂに
は、第５図に示した従来のレドツクスフロー電池
と同様に正極液タンク４２および負極液タンク４
３が接続されている。 今、上述のように電解液４４としてCrCl3−
FeCl2塩酸溶液を用いた場合、充電動作の際に
は、電解液４４は、それぞれ、ポンプ４５，４６
により、正極セル３１ａおよび負極セル３１ｂに
供給され、電極反応を生じ、反応が終了した正極
液および負極液は正極液タンク４２および負極液
タンク４３に、それぞれ、排出される。 他方、放電動作時には、正極液タンク４２およ
び負極液タンク４３内の正極液および負極液が、
それぞれ、矢印Ｙ方向に移送され正極セル３１ａ
および負極セル３１ｂにおいて電極反応を生じ、
再び共通タンク４１に回収される。 第１図に示した実施例における電極反応は、正
極および負極においてそれぞれ、次の式により行
なわれる。 正極：Fe2+＋Cr3+充電 ――→ ←―― 放電Fe3+＋Cr3+＋ｅ 負極：Fe2+＋Cr3+充電 ――→ ←―― 放電Fe2+＋Cr2+−ｅ ところで、第１図に示した実施例のレドツクス
フロー電池では、充電前の電解液が、正極活物質
としてのFe2+および負極活物質としてのCr3+を
等モル含んでいるため、セル３１内において隔膜
３２を介した濃度勾配は生じない。よつて、隔膜
３２を介した物質移動は効果的に防止され、それ
ゆえに正極セル３１ａおよび負極セル３１ｂ内で
のそれぞれの活物質の濃度低下が確実に防止され
得る。すなわち第２図に充電動作時のセル３１内
を略図的正面図で示すが、この場合矢印Ａおよび
Ｂで示される物質移動は、ほとんど生じないこと
になるのである。 同様に、放電動作時においても隔膜３２を隔て
た物質移動はほとんど起こらず、よつて第３図に
略図的正面図で示すように、矢印ＣおよびＤで示
す方向の活物質の移動はほとんど生じない。 さらに、第１図に示した実施例では、充電動作
における電極反応を終えた正極液および負極液
は、正極液タンク４２および負極液タンク４３に
排出・貯蔵されているが、この場合第１図に示す
ように正極液タンク４２ではFe3+およびCr3+が
存在し負極液タンク４３内にはFe2+およびCr2+
が存在する。他方、放電動作時には、正極液タン
ク４２および負極液タンク４３内の正極液および
負極液が、再度セル３１に供給されて電極反応を
起こすのであるが、正極液および負極液中のすべ
ての活物質が反応するとは限らない。たとえば、
正極セル３１ａにおいて、供給されたFe3+の一
部が電極反応を生じず、Fe3+のまま共通タンク
４１に排出されることがあり、同様に負極側にお
いてもCr2+が一部未反応のまま共通タンク４１に
排出されるかもしれない。しかしながら、この場
合であつても、未反応のFe3+とCr2+は、共通タ
ンク４１内で反応し、Fe2+およびCr3+に変換さ
れる。よつて、たとえ来反応のFe3+およびCr2+
があつたとしても、共通タンク４１内での反応に
より、共通タンク４１内に貯蔵される電解液をす
べてFe2+およびCr3+を等モル含む最初の電解液
と同一組成とすることが可能にされている。した
がつて、長期間にわたり充放電動作を繰返したと
しても、充放電効率の低下は全く生じないことが
わかる。 さらに、第１図に示した実施例では、隔膜３２
として膨潤膜が用いられている。膨潤膜は、前述
したように従来から用いられてきたイオン交換膜
より活物質の混合を生じやすいという問題があ
る。しかしながら、上記したように活物質の混合
が生じたとしても、共通タンク４１に戻された際
に共通タンク４１内での反応により電解液は当初
と同一組成となる。したがつてイオン交換膜より
活物質の混合を生じさせやすいという欠点は、上
記構成により解消される。のみならず、膨潤膜は
電気抵抗がイオン交換膜より低いため、第１図に
示したレドツクスフロー電池の内部抵抗は効果的
に低減され、電圧効率が上昇する。 なお、上記実施例では、３個のタンクを用いた
例につき説明したが、これに限らず、正極液タン
ク１個および負極液タンク１個の２タンク方式あ
るいは４個以上のタンクを用いるシステムについ
ても適用できることは言うまでもない。これにつ
いてさらに詳細に説明する。 ２タンク方式とは、第５図に示すように、セル
２１個に対し、タンク２個３，４を有するものを
いう。４タンク方式とは、第８図に示すように、
セル２１個に対し、タンクを４個３ａ，３ｂ，４
ａ，４ｂを有するものをいう。すなわち、これら
はいずれも電解液の循環の仕方を変更させただけ
であり、セル内で正極と負極とを隔膜により分離
し、正極に正極液を、負極に負極液を供給し充放
電を行なう電池である点において、３個のタンク
を用いた上記実施例と共通する。そして、充電前
の上記正極液および負極液をほぼ等モルの正極活
物質および負極活物質を含む同一組成の電解液に
より構成し、上記隔膜として、イオン交換機能を
持たない膨潤膜を用いることによつて、上記実施
例と同様の効果を実現する。 さらに、上記実施例では、活物質として、
FeCl2およびCrCl3を用いた場合につき説明した
が、これに限らず、下記の表に示すような種々の
活物質を用いることができることは言うまでもな
い。
【表】
次に、この発明の具体的実験結果の一例を説明
する。 電極面積１×10cm2の小形の流通型電解セルにお
いて、電極として１×10cm2のカーボン布を用い、
隔膜として、電子線照射処理により架橋し、水に
不溶性とした、含水率が約40％のポリビニルアル
コール膜（膜厚は50μｍ）を用いた。充電前の電
解液として、１モルのFeCl2およびCrCl3を２規
定のHClに溶解させたものを用い、電池を構成し
た。 比較例として、隔膜に陽イオン交換膜（スルホ
ン酸基）を用いた以外は、上述の条件と同じ条件
で、従来の電池を構成した。これらの電池を用い
て、充放電実験を行なつた。充放電実験は、40ｍ
Ａ／cm2の電流密度で、定電流充放電させることに
よつて行なわれた。上述のポリビニルアルコール
膜を隔膜に用いた電池の平均エネルギ効率は85％
程度であつた。陽イオン交換膜を用いた上述の従
来の電池の平均エネルギ効率は約70％程度であつ
た。なお、実施例の場合、充放電動作に数10サイ
クル実施した後であつても、容量の低下は見られ
なかつた。 発明の効果 以上のように、この発明によれば、セル内で正
極と負極とを隔膜により分離し、正極に正極液
を、負極に負極液を供給し充放電を行なう電池構
造において、充電前の正極液および負極液が、ほ
ぼ等モルの正極活物質および負極活物質を含む同
一組成を電極液で構成されており、かつ隔膜とし
て膨潤膜を用いるものであるため、セル内での隔
膜を介した活物質の移動を防止することができ、
また放電動作後に共通タンクに戻される電解液は
当初と同一の組成の電極液となるので、電力貯蔵
量の低下および充放電効率の低下の極めて小さな
電池構造を実現することが可能となる。さらに、
隔膜としてイオン交換機能を有しない膨潤膜を用
いるものであるため、イオン選択性がなくなり、
ひいては、内部抵抗を低くすることができ、電池
全体のエネルギ効率を上昇させることが可能であ
り、また膨潤膜は高温でも特性が変化しないの
で、高温でのエネルギ効率をも上昇させることが
可能となる。さらに、従来の隔膜材料のイオン交
換膜に比べて膨潤膜は比較的安価であるため、コ
ストの低減を果たすことも可能となる。 この発明は、レドツクスフロー電池に限らず、
電力貯蔵用２次電池一般に応用し得るものである
ことを指摘しておく。
する。 電極面積１×10cm2の小形の流通型電解セルにお
いて、電極として１×10cm2のカーボン布を用い、
隔膜として、電子線照射処理により架橋し、水に
不溶性とした、含水率が約40％のポリビニルアル
コール膜（膜厚は50μｍ）を用いた。充電前の電
解液として、１モルのFeCl2およびCrCl3を２規
定のHClに溶解させたものを用い、電池を構成し
た。 比較例として、隔膜に陽イオン交換膜（スルホ
ン酸基）を用いた以外は、上述の条件と同じ条件
で、従来の電池を構成した。これらの電池を用い
て、充放電実験を行なつた。充放電実験は、40ｍ
Ａ／cm2の電流密度で、定電流充放電させることに
よつて行なわれた。上述のポリビニルアルコール
膜を隔膜に用いた電池の平均エネルギ効率は85％
程度であつた。陽イオン交換膜を用いた上述の従
来の電池の平均エネルギ効率は約70％程度であつ
た。なお、実施例の場合、充放電動作に数10サイ
クル実施した後であつても、容量の低下は見られ
なかつた。 発明の効果 以上のように、この発明によれば、セル内で正
極と負極とを隔膜により分離し、正極に正極液
を、負極に負極液を供給し充放電を行なう電池構
造において、充電前の正極液および負極液が、ほ
ぼ等モルの正極活物質および負極活物質を含む同
一組成を電極液で構成されており、かつ隔膜とし
て膨潤膜を用いるものであるため、セル内での隔
膜を介した活物質の移動を防止することができ、
また放電動作後に共通タンクに戻される電解液は
当初と同一の組成の電極液となるので、電力貯蔵
量の低下および充放電効率の低下の極めて小さな
電池構造を実現することが可能となる。さらに、
隔膜としてイオン交換機能を有しない膨潤膜を用
いるものであるため、イオン選択性がなくなり、
ひいては、内部抵抗を低くすることができ、電池
全体のエネルギ効率を上昇させることが可能であ
り、また膨潤膜は高温でも特性が変化しないの
で、高温でのエネルギ効率をも上昇させることが
可能となる。さらに、従来の隔膜材料のイオン交
換膜に比べて膨潤膜は比較的安価であるため、コ
ストの低減を果たすことも可能となる。 この発明は、レドツクスフロー電池に限らず、
電力貯蔵用２次電池一般に応用し得るものである
ことを指摘しておく。
第１図は、この発明の一実施例の概略構成図で
ある。第２図および第３図は、第１図に示した実
施例におけるセル内の充電動作時および放電動作
時の反応状態を示す図である。第４図は、電力需
要曲線を示す図である。第５図は、従来のレドツ
クスフロー電池の一例を示す概略構成図である。
第６図および第７図は、第５図に示した従来のレ
ドツクスフロー電池のセル内の充電動作時および
放電動作時の反応状態を示す部分切欠正面図であ
る。第８図は、４タンク方式のレドツクスフロー
電池の一例を示す概略構成図である。 図において、３１はセル、３２は隔膜、３３は
正極、３４は負極、４１は共通タンク、４２は正
極液タンク、４３は負極液タンク、４４は電解液
を示す。
ある。第２図および第３図は、第１図に示した実
施例におけるセル内の充電動作時および放電動作
時の反応状態を示す図である。第４図は、電力需
要曲線を示す図である。第５図は、従来のレドツ
クスフロー電池の一例を示す概略構成図である。
第６図および第７図は、第５図に示した従来のレ
ドツクスフロー電池のセル内の充電動作時および
放電動作時の反応状態を示す部分切欠正面図であ
る。第８図は、４タンク方式のレドツクスフロー
電池の一例を示す概略構成図である。 図において、３１はセル、３２は隔膜、３３は
正極、３４は負極、４１は共通タンク、４２は正
極液タンク、４３は負極液タンク、４４は電解液
を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ セル内で正極と負極とを隔膜により分離し、
正極に正極液を、負極に負極液を供給し充放電を
行なう電池において、 充電前の前記正極液および負極液が、ほぼ等モ
ルの正極活物質および負極活物質を含む同一組成
の電解液により構成されており、かつ 前記隔膜として、イオン交換機能を有しない膨
潤膜を用いることを特徴とする、電池。 ２ 前記充電前の電解液は、CrCl3−FeCl2塩酸
溶液である、特許請求の範囲第１項記載の電池。 ３ 前記膨潤膜は、含水率10〜200重量％の材料
からなる膜である、特許請求の範囲第１項または
第２項記載の電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59142863A JPS6122574A (ja) | 1984-07-09 | 1984-07-09 | 電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59142863A JPS6122574A (ja) | 1984-07-09 | 1984-07-09 | 電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6122574A JPS6122574A (ja) | 1986-01-31 |
| JPH0534784B2 true JPH0534784B2 (ja) | 1993-05-24 |
Family
ID=15325360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59142863A Granted JPS6122574A (ja) | 1984-07-09 | 1984-07-09 | 電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6122574A (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06105615B2 (ja) * | 1986-03-25 | 1994-12-21 | 住友電気工業株式会社 | レドツクスフロ−電池 |
| JPS62226580A (ja) * | 1986-03-26 | 1987-10-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | レドツクスフロ−電池 |
| JPH052162Y2 (ja) * | 1987-12-29 | 1993-01-20 | ||
| JPH0524322Y2 (ja) * | 1987-12-29 | 1993-06-21 | ||
| JPH0543768Y2 (ja) * | 1987-12-29 | 1993-11-05 | ||
| WO1998006145A1 (en) * | 1996-08-07 | 1998-02-12 | Rmg Services Pty. Ltd. | Fuel cell and a process of using a fuel cell |
| JP2001515264A (ja) | 1997-09-01 | 2001-09-18 | アールエムジー サーヴィシス プロプライエタリー リミテッド | 改良された燃料電池及び燃料電池を使用する方法 |
| JP4863172B2 (ja) * | 2010-04-27 | 2012-01-25 | 住友電気工業株式会社 | レドックスフロー電池 |
| ES2458490T3 (es) * | 2010-04-27 | 2014-05-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Batería de flujo redox |
| KR101233295B1 (ko) * | 2010-08-13 | 2013-02-14 | 한국에너지기술연구원 | 흐름전극장치 |
| WO2012117543A1 (ja) * | 2011-03-02 | 2012-09-07 | 日新電機株式会社 | 電力貯蔵電池 |
| KR101890747B1 (ko) * | 2011-11-03 | 2018-10-01 | 삼성전자주식회사 | 이온 교환막 충전용 조성물, 이온 교환막의 제조방법, 이온 교환막 및 레독스 플로우 전지 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0411340U (ja) * | 1990-05-18 | 1992-01-30 |
-
1984
- 1984-07-09 JP JP59142863A patent/JPS6122574A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0411340U (ja) * | 1990-05-18 | 1992-01-30 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6122574A (ja) | 1986-01-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |