JPH06140062A - 溶液流通型電池 - Google Patents
溶液流通型電池Info
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- JPH06140062A JPH06140062A JP4283244A JP28324492A JPH06140062A JP H06140062 A JPH06140062 A JP H06140062A JP 4283244 A JP4283244 A JP 4283244A JP 28324492 A JP28324492 A JP 28324492A JP H06140062 A JPH06140062 A JP H06140062A
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- H01M50/70—Arrangements for stirring or circulating the electrolyte
- H01M50/77—Arrangements for stirring or circulating the electrolyte with external circulating path
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 充放電クーロン効率および電圧効率が向上す
る溶液流通型電池を提供する。 【構成】 横１００ｍｍ、縦１０ｍｍの小型単電池１ａ
〜１ｅを電気的に直列に接続し、これら小型単電池の正
極２ａ〜２ｅおよび負極３ａ〜３ｅにそれぞれ正極液サ
ブタンク４ａ〜４ｅおよび負極液サブタンク５ａ〜５ｅ
を付設し、小型単電池１ａの正極２ａ、正極液サブタン
ク４ａ、小型単電池１ｂの正極２ｂ……小型単電池１ｅ
の正極２ｅ、正極液サブタンク４ｅを経て前記小型単電
池１ａの正極２ａに戻る正極液ライン６と、該正極液ラ
イン６と液流れ方向が対向し、小型単電池１ｅの負極３
ｅ、負極液サブタンク５ｅ、小型単電池１ｄの負極３ｄ
……小型単電池１ａの負極３ａ、負極液サブタンク５ａ
を経て小型単電池１ｅの負極３ｅに戻る負極液ライン７
を設ける。
る溶液流通型電池を提供する。 【構成】 横１００ｍｍ、縦１０ｍｍの小型単電池１ａ
〜１ｅを電気的に直列に接続し、これら小型単電池の正
極２ａ〜２ｅおよび負極３ａ〜３ｅにそれぞれ正極液サ
ブタンク４ａ〜４ｅおよび負極液サブタンク５ａ〜５ｅ
を付設し、小型単電池１ａの正極２ａ、正極液サブタン
ク４ａ、小型単電池１ｂの正極２ｂ……小型単電池１ｅ
の正極２ｅ、正極液サブタンク４ｅを経て前記小型単電
池１ａの正極２ａに戻る正極液ライン６と、該正極液ラ
イン６と液流れ方向が対向し、小型単電池１ｅの負極３
ｅ、負極液サブタンク５ｅ、小型単電池１ｄの負極３ｄ
……小型単電池１ａの負極３ａ、負極液サブタンク５ａ
を経て小型単電池１ｅの負極３ｅに戻る負極液ライン７
を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、溶液流通型電池に係
り、特に充放電クーロン効率および電圧効率が向上する
溶液流通型電池に関する。
り、特に充放電クーロン効率および電圧効率が向上する
溶液流通型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶液流通型の電池には、一部の燃料電池
や亜鉛ハロゲン電池などがある。またレドックス・フロ
ー型電池は正・負極の電池活物質が共に溶液（正極液と
負極液、以下、総称して電極液という）の二次電池であ
る。溶液流通型電池の充放電効率を向上させるために、
従来から漏洩電流を低減する試みがなされており、例え
ば電極液がセルスタックの各セルに流入出するライン
（マニホールド）を複数化し、結果的にセル間漏洩電流
の経路を長くしてその部分の電気抵抗を大きくし、漏洩
電流量を小さくする方法が知られている。また、マニホ
ールドをはじめとする電極液ラインを完全に分割し、該
分割した一区画ごとにタンクおよびポンプをそれぞれ設
けることによって分割区画間の漏洩電流を零にする方法
等も知られている。セル構造の簡略化とその結果として
の漏洩電流事故に対する安全性を高めるという観点から
は、電極液ラインを完全に分割する方法の方が前記複数
マニホールド化による方法よりも好ましい。
や亜鉛ハロゲン電池などがある。またレドックス・フロ
ー型電池は正・負極の電池活物質が共に溶液（正極液と
負極液、以下、総称して電極液という）の二次電池であ
る。溶液流通型電池の充放電効率を向上させるために、
従来から漏洩電流を低減する試みがなされており、例え
ば電極液がセルスタックの各セルに流入出するライン
（マニホールド）を複数化し、結果的にセル間漏洩電流
の経路を長くしてその部分の電気抵抗を大きくし、漏洩
電流量を小さくする方法が知られている。また、マニホ
ールドをはじめとする電極液ラインを完全に分割し、該
分割した一区画ごとにタンクおよびポンプをそれぞれ設
けることによって分割区画間の漏洩電流を零にする方法
等も知られている。セル構造の簡略化とその結果として
の漏洩電流事故に対する安全性を高めるという観点から
は、電極液ラインを完全に分割する方法の方が前記複数
マニホールド化による方法よりも好ましい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この電
極液ラインを完全に分割する方法は、ポンプの小型化、
複数化によりポンプ効率が低下するという欠点がある。
特に、フロー型二次電池における充放電エネルギー効率
は数％〜数十％がポンプ効率の影響を受けるので、ポン
プを小型化してその効率を１０％以上低下させること
は、電池のエネルギー効率を全体で数％も低下させるこ
とになる。大きな電力を貯蔵する二次電池においてこの
数％のエネルギー効率の低下は大きな問題となる。
極液ラインを完全に分割する方法は、ポンプの小型化、
複数化によりポンプ効率が低下するという欠点がある。
特に、フロー型二次電池における充放電エネルギー効率
は数％〜数十％がポンプ効率の影響を受けるので、ポン
プを小型化してその効率を１０％以上低下させること
は、電池のエネルギー効率を全体で数％も低下させるこ
とになる。大きな電力を貯蔵する二次電池においてこの
数％のエネルギー効率の低下は大きな問題となる。
【０００４】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解決し、ポンプ効率を低下させることなく、充放電クー
ロン効率および電圧効率を向上させることができる溶液
流通型電池を提供することにある。
解決し、ポンプ効率を低下させることなく、充放電クー
ロン効率および電圧効率を向上させることができる溶液
流通型電池を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願の第１の発明は、単セルを多数積層した溶液流通型
電池において、前記積層された単セルを所定数ごとに分
割して複数の単位電池を形成し、該単位電池ごとに電池
活物質溶液である電極液のタンクを設けるとともに、該
タンクをそれぞれ介して電極液を順次各単位電池に循環
する電極液供給手段を設けたことを特徴とする溶液流通
型電池に関する。
本願の第１の発明は、単セルを多数積層した溶液流通型
電池において、前記積層された単セルを所定数ごとに分
割して複数の単位電池を形成し、該単位電池ごとに電池
活物質溶液である電極液のタンクを設けるとともに、該
タンクをそれぞれ介して電極液を順次各単位電池に循環
する電極液供給手段を設けたことを特徴とする溶液流通
型電池に関する。
【０００６】本願の第２の発明は、前記第１の発明にお
いて、前記各タンクが前記分割された各単位電池の電極
液保持量の５倍以上の容量を有することを特徴とする溶
液流通型電池に関する。本願の第３の発明は、前記第１
の発明において、前記分割された単位電池における流通
型電極の溶液流れ方向に沿った長さに対する幅方向の長
さの比が２以上であることを特徴とする溶液流通型電池
に関する。
いて、前記各タンクが前記分割された各単位電池の電極
液保持量の５倍以上の容量を有することを特徴とする溶
液流通型電池に関する。本願の第３の発明は、前記第１
の発明において、前記分割された単位電池における流通
型電極の溶液流れ方向に沿った長さに対する幅方向の長
さの比が２以上であることを特徴とする溶液流通型電池
に関する。
【０００７】本願の第４の発明は、前記第１の発明にお
いて、流通型電極を充填した場合の流動抵抗が該電極を
抜いた場合の流動抵抗の３倍以上になる電極構造とした
ことを特徴とする溶液流通型電池に関する。本願の第５
の発明は、前記第１の発明において、正極液と負極液が
向流するように正極液流路および負極液流路を設けたこ
とを特徴とする溶液流通型電池に関する。
いて、流通型電極を充填した場合の流動抵抗が該電極を
抜いた場合の流動抵抗の３倍以上になる電極構造とした
ことを特徴とする溶液流通型電池に関する。本願の第５
の発明は、前記第１の発明において、正極液と負極液が
向流するように正極液流路および負極液流路を設けたこ
とを特徴とする溶液流通型電池に関する。
【０００８】
【作用】溶液流通型電池を複数の電池に分割し、単位電
池ごとに電極液のタンクを設け、該各タンクを介して電
極液を順次各単位電池に循環する手段を設けたことによ
り、電池の漏洩電流路が長くなって漏洩電流が低減し、
また各単位電池に流入する電極液の反応速度が一定に保
たれて電圧効率の低下が防止される。さらに、正極液お
よび負極液のポンプをそれぞれ１台でまかなうことがで
きるようになりポンプ効率が向上する。
池ごとに電極液のタンクを設け、該各タンクを介して電
極液を順次各単位電池に循環する手段を設けたことによ
り、電池の漏洩電流路が長くなって漏洩電流が低減し、
また各単位電池に流入する電極液の反応速度が一定に保
たれて電圧効率の低下が防止される。さらに、正極液お
よび負極液のポンプをそれぞれ１台でまかなうことがで
きるようになりポンプ効率が向上する。
【０００９】本発明においては、電池本体を線速方向に
分割するが、電極液ラインは独立にしないで共通とし、
しかも直列接続とする。これによって、ポンプ効率が約
数十％向上する。図１および図２は、本発明の原理を示
す説明図である。図２に示した本発明の原理図におい
て、それぞれ分割された各単位電池が電気的に直列に接
続されている。また各単位電池ごとに電極液のタンクが
設けられ、該タンクをそれぞれ介して順次各単位電池に
電極液を直列に流通させる電極液流路が設けられてい
る。
分割するが、電極液ラインは独立にしないで共通とし、
しかも直列接続とする。これによって、ポンプ効率が約
数十％向上する。図１および図２は、本発明の原理を示
す説明図である。図２に示した本発明の原理図におい
て、それぞれ分割された各単位電池が電気的に直列に接
続されている。また各単位電池ごとに電極液のタンクが
設けられ、該タンクをそれぞれ介して順次各単位電池に
電極液を直列に流通させる電極液流路が設けられてい
る。
【００１０】本発明において各単位電池ごとに設けられ
た正極液または負極液のタンク容量は、長期間連続運転
を行うために、少なくとも当該単位電池内に保持される
電極液量の５倍以上が好ましく、より好ましくは１０倍
程度とする。これによって単位電池に流入するみかけの
電池内部抵抗として現れる電極液の電位シフトを数ｍＶ
以下に低減することができる。
た正極液または負極液のタンク容量は、長期間連続運転
を行うために、少なくとも当該単位電池内に保持される
電極液量の５倍以上が好ましく、より好ましくは１０倍
程度とする。これによって単位電池に流入するみかけの
電池内部抵抗として現れる電極液の電位シフトを数ｍＶ
以下に低減することができる。
【００１１】図１は、一般的な溶液流通型電池を示すも
のであり、この正極および負極をｎ等分し、破線で示す
ような幅の広いセルにすると、元のセルと同じ流動抵抗
となる。従って本発明では電極の液流れ方向に沿った長
さを短くして電極液のセル内等配を達成する。すなわ
ち、本発明では流通型電極の溶液流れ方向に沿った縦方
向の長さに対する横方向の長さの比を２以上とすること
が好ましい。
のであり、この正極および負極をｎ等分し、破線で示す
ような幅の広いセルにすると、元のセルと同じ流動抵抗
となる。従って本発明では電極の液流れ方向に沿った長
さを短くして電極液のセル内等配を達成する。すなわ
ち、本発明では流通型電極の溶液流れ方向に沿った縦方
向の長さに対する横方向の長さの比を２以上とすること
が好ましい。
【００１２】溶液の流動抵抗と、電極の液流れ方向に沿
った長さ（縦）と幅（横）の比率とには直接的な関係が
あり、低い流動抵抗を得たい場合は、同じ電極面積でも
縦を短く、横を長くするとよい。しかし、低流動抵抗の
電極では電極の透過圧損が均一な場合でも、電極内（セ
ル内）で電極液の等配を図ることは非常に困難となる。
このことは、透過型電極を入れていない、いわば空のセ
ルで溶液の流れ方を透視した場合、セルの両側部の電極
液の流れがスムーズでないことから容易に観察できる。
った長さ（縦）と幅（横）の比率とには直接的な関係が
あり、低い流動抵抗を得たい場合は、同じ電極面積でも
縦を短く、横を長くするとよい。しかし、低流動抵抗の
電極では電極の透過圧損が均一な場合でも、電極内（セ
ル内）で電極液の等配を図ることは非常に困難となる。
このことは、透過型電極を入れていない、いわば空のセ
ルで溶液の流れ方を透視した場合、セルの両側部の電極
液の流れがスムーズでないことから容易に観察できる。
【００１３】表１は、透視型のセルを用い、電極面積を
１９２ｃｍ2 として電極の種類および縦、横比を変化さ
せた場合の圧損と液の等配性を調べた結果を示すもので
ある。なお、電極の形状はスペーサーをセル空隙に入れ
て固定することによって変化させた。
１９２ｃｍ2 として電極の種類および縦、横比を変化さ
せた場合の圧損と液の等配性を調べた結果を示すもので
ある。なお、電極の形状はスペーサーをセル空隙に入れ
て固定することによって変化させた。
【表１】 ＊1 ：圧損は、縦８ｃｍ、横２４ｃｍのセルにおける空
の状態のセル流入孔と流出孔の差圧を１として規格化し
た。
の状態のセル流入孔と流出孔の差圧を１として規格化し
た。
【００１４】＊2 ：このセルのみ電極面積を９６ｃｍ2
とした。 表１から、セルスタックの分割数分だけ電極長を短くす
ると液の等配性がよくなることが分かる。電極の構造
は、電極長が短くなっても電極液のセル内等配が達成で
きるように、電極の流動抵抗が電極全面にわたって均一
で、かつ液透過型電極を入れた場合と、抜いた場合との
流動抵抗の比が３：１の差以上であることが好ましい。
前記表１においては、電極液の等配性の良好な電極の流
動抵抗は、電極を抜いた場合の流動抵抗の４〜６倍以上
となっている。溝切り電極などは流動抵抗が小さいの
で、この比を保つのは困難である。なお、電極液の流動
抵抗が均一（２０〜３０％以内のバラツキ）であり、し
かも液透過電極の流動抵抗がセルスタックの７５％以上
を占めるようにすることが好ましい。
とした。 表１から、セルスタックの分割数分だけ電極長を短くす
ると液の等配性がよくなることが分かる。電極の構造
は、電極長が短くなっても電極液のセル内等配が達成で
きるように、電極の流動抵抗が電極全面にわたって均一
で、かつ液透過型電極を入れた場合と、抜いた場合との
流動抵抗の比が３：１の差以上であることが好ましい。
前記表１においては、電極液の等配性の良好な電極の流
動抵抗は、電極を抜いた場合の流動抵抗の４〜６倍以上
となっている。溝切り電極などは流動抵抗が小さいの
で、この比を保つのは困難である。なお、電極液の流動
抵抗が均一（２０〜３０％以内のバラツキ）であり、し
かも液透過電極の流動抵抗がセルスタックの７５％以上
を占めるようにすることが好ましい。
【００１５】また、本発明において、各単位電池を流れ
る正極液と負極液を向流（カウンターフロー）とし、各
単位電池に流入する正極液および負極液の反応進行度
（平衡電位）の平均を等しくすることが好ましい。これ
によって、各単位電池の理論分解電圧または開路電圧が
ほぼ等しくなる。
る正極液と負極液を向流（カウンターフロー）とし、各
単位電池に流入する正極液および負極液の反応進行度
（平衡電位）の平均を等しくすることが好ましい。これ
によって、各単位電池の理論分解電圧または開路電圧が
ほぼ等しくなる。
【００１６】
【実施例】次に、本発明を実施例によってさらに詳細に
説明する。図３は、本発明の一実施例を示す説明図であ
る。図において、このレドックス電池は、例えば横１０
０ｍｍ、縦１０ｍｍの小型単電池１ａと、該小型単電池
１ａに電気的に直列に接続された小型単電池１ｂ〜１ｅ
と、該各小型単電池１ａ〜１ｅの正極２ａ〜２ｅおよび
負極３ａ〜３ｅにそれぞれ付設された正極液サブタンク
４ａ〜４ｅおよび負極液サブタンク５ａ〜５ｅと、前記
小型単電池１ａの正極２ａ、正極液サブタンク４ａ、小
型単電池１ｂの正極２ｂ………小型単電池１ｅの正極２
ｅ、正極液サブタンク４ｅを経て前記小型単電池１ａの
正極２ａに戻る正極液ライン６と、該正極ライン６と液
流れ方向が対向し、前記小型単電池１ｅの負極３ｅ、負
極液サブタンク５ｅ、小型単電池１ｄの負極３ｄ……小
型単電池１ａの負極３ａ、負極液サブタンク５ａを経て
前記小型単電池１ｅの負極３ｅに戻る負極液ライン７と
から主として構成されている。８は、前記正極液ライン
６および負極液ライン７に共通に設けられたチューブポ
ンプである。
説明する。図３は、本発明の一実施例を示す説明図であ
る。図において、このレドックス電池は、例えば横１０
０ｍｍ、縦１０ｍｍの小型単電池１ａと、該小型単電池
１ａに電気的に直列に接続された小型単電池１ｂ〜１ｅ
と、該各小型単電池１ａ〜１ｅの正極２ａ〜２ｅおよび
負極３ａ〜３ｅにそれぞれ付設された正極液サブタンク
４ａ〜４ｅおよび負極液サブタンク５ａ〜５ｅと、前記
小型単電池１ａの正極２ａ、正極液サブタンク４ａ、小
型単電池１ｂの正極２ｂ………小型単電池１ｅの正極２
ｅ、正極液サブタンク４ｅを経て前記小型単電池１ａの
正極２ａに戻る正極液ライン６と、該正極ライン６と液
流れ方向が対向し、前記小型単電池１ｅの負極３ｅ、負
極液サブタンク５ｅ、小型単電池１ｄの負極３ｄ……小
型単電池１ａの負極３ａ、負極液サブタンク５ａを経て
前記小型単電池１ｅの負極３ｅに戻る負極液ライン７と
から主として構成されている。８は、前記正極液ライン
６および負極液ライン７に共通に設けられたチューブポ
ンプである。
【００１７】このような構成の電池において、正極液と
負極液がそれぞれ前記小型単電池１ａ〜１ｅに順次供給
されて充放電が行われる。次に、本発明の具体的実施例
を説明する。 実施例１ 図３の装置において、正極液として２Ｍ硫酸酸性２Ｍバ
ナジウム（５価／４価混合）水溶液、負極液として２Ｍ
硫酸酸性２Ｍバナジウム（２価／３価混合）水溶液を用
い、電極液循環流量を３ｍｌ／ｍｉｎ、反応温度を１７
℃（室温）、充放電電流を４００ｍＡ（４０ｍＡ／ｃｍ
2 ）定電流として充放電テストを行ったところ、充放電
クーロン効率ηQ ＝９８〜９９％、電圧効率ηｖ＝８
９．３％であった。
負極液がそれぞれ前記小型単電池１ａ〜１ｅに順次供給
されて充放電が行われる。次に、本発明の具体的実施例
を説明する。 実施例１ 図３の装置において、正極液として２Ｍ硫酸酸性２Ｍバ
ナジウム（５価／４価混合）水溶液、負極液として２Ｍ
硫酸酸性２Ｍバナジウム（２価／３価混合）水溶液を用
い、電極液循環流量を３ｍｌ／ｍｉｎ、反応温度を１７
℃（室温）、充放電電流を４００ｍＡ（４０ｍＡ／ｃｍ
2 ）定電流として充放電テストを行ったところ、充放電
クーロン効率ηQ ＝９８〜９９％、電圧効率ηｖ＝８
９．３％であった。
【００１８】比較例１ 前記小型単電池１ａ〜１ｅの形状を縦１００ｍｍ、横１
０ｍｍとした以外は前記実施例１と同様にして同様の充
放電試験を行ったところ、電解液の流動抵抗が約８倍と
なり、そのため送液量を１ｍｌ／ｍｉｎに下げたが、充
放電クーロン効率に差はみられず、ηQ ＝９８〜９９％
であった。一方、低流量、長流路の電解セルにおける転
化率が大きくなり、平衡電位がずれることによって、電
圧効率が低下し、ηｖ＝８８．５％であった。 比較例２ 前記小型単電池の各正極２ａ〜２ｅおよび負極３ａ〜３
ｅに付設された電極液サブタンクをなくし、パイプで直
結した以外は上記実施例１と同様にして同様の充放電試
験を行ったところ、充放電クーロン効率ηQ ＝９６〜９
７％、電圧効率ηｖ＝８９．０％であった。 比較例３ 前記小型単電池１ａ１個のみを用いて前記実施例１と同
様の試験を行ったことろ、充放電クーロン効率ηQ ＝９
８〜９９％、電圧効率ηｖ＝８９．２％であった。
０ｍｍとした以外は前記実施例１と同様にして同様の充
放電試験を行ったところ、電解液の流動抵抗が約８倍と
なり、そのため送液量を１ｍｌ／ｍｉｎに下げたが、充
放電クーロン効率に差はみられず、ηQ ＝９８〜９９％
であった。一方、低流量、長流路の電解セルにおける転
化率が大きくなり、平衡電位がずれることによって、電
圧効率が低下し、ηｖ＝８８．５％であった。 比較例２ 前記小型単電池の各正極２ａ〜２ｅおよび負極３ａ〜３
ｅに付設された電極液サブタンクをなくし、パイプで直
結した以外は上記実施例１と同様にして同様の充放電試
験を行ったところ、充放電クーロン効率ηQ ＝９６〜９
７％、電圧効率ηｖ＝８９．０％であった。 比較例３ 前記小型単電池１ａ１個のみを用いて前記実施例１と同
様の試験を行ったことろ、充放電クーロン効率ηQ ＝９
８〜９９％、電圧効率ηｖ＝８９．２％であった。
【００１９】実施例１および比較例１〜３の結果を表２
に示す。
に示す。
【表２】 表２において、実施例１の充放電クーロン効率ηQ およ
び電圧効率ηｖは小型電池１個だけを用いた場合（比較
例３）とほぼ同様の値を示しており、実施例１の充放電
クーロン効率ηQ および電圧効率ηｖには単位電池を多
数積層したことによる低下が全くないことが分かる。ま
た、縦を１００ｍｍ、横を１０ｍｍとした電極を用いた
場合（比較例１）は電圧効率が低下し、電解液のサブタ
ンクをなくした場合（比較例２）は充放電クーロン効率
が低下した。
び電圧効率ηｖは小型電池１個だけを用いた場合（比較
例３）とほぼ同様の値を示しており、実施例１の充放電
クーロン効率ηQ および電圧効率ηｖには単位電池を多
数積層したことによる低下が全くないことが分かる。ま
た、縦を１００ｍｍ、横を１０ｍｍとした電極を用いた
場合（比較例１）は電圧効率が低下し、電解液のサブタ
ンクをなくした場合（比較例２）は充放電クーロン効率
が低下した。
【００２０】実施例２ 次に、実用的規模に近い小型システムを用いた実施例を
説明する。縦３２ｃｍ、横２４ｃｍの電解液透過型電極
充填用の空隙をもつ溶液流通型の電解セルにおいて、カ
ーボンフェルト電極を縦と横の比が１：３になるよう
に、縦８ｃｍ、横２４ｃｍにして空隙部に充填した。こ
のセルの電極液マニホルドおよびスリットを含めた電極
液の流動抵抗は、縦３２ｃｍ、横２４ｃｍのカーボンフ
ェルト電極を充填した場合の約１／３であった。縦８ｃ
ｍ、横２４ｃｍのセル、５セルを積層して単位電池と
し、この単位電池４基を直列に接続して電池を構成し
た。このとき電池の電極液使用量は正極、負極液ともそ
れぞれ２５リットルであった。各単位電池には図３に示
すような正極液および負極液のサブタンク（容量５リッ
トル）を併設した。
説明する。縦３２ｃｍ、横２４ｃｍの電解液透過型電極
充填用の空隙をもつ溶液流通型の電解セルにおいて、カ
ーボンフェルト電極を縦と横の比が１：３になるよう
に、縦８ｃｍ、横２４ｃｍにして空隙部に充填した。こ
のセルの電極液マニホルドおよびスリットを含めた電極
液の流動抵抗は、縦３２ｃｍ、横２４ｃｍのカーボンフ
ェルト電極を充填した場合の約１／３であった。縦８ｃ
ｍ、横２４ｃｍのセル、５セルを積層して単位電池と
し、この単位電池４基を直列に接続して電池を構成し
た。このとき電池の電極液使用量は正極、負極液ともそ
れぞれ２５リットルであった。各単位電池には図３に示
すような正極液および負極液のサブタンク（容量５リッ
トル）を併設した。
【００２１】このような溶液流通型電池において、正極
液として２Ｍ硫酸酸性２Ｍバナジウム（５価／４価混
合）、負極液として２Ｍ硫酸酸性２Ｍバナジウム（２価
／３価混合）を、給液ポンプとして直流ブラシレスモー
タの遠心ポンプをそれぞれ用いて１リットル／分で通液
して充放電試験を行ったところ、室温における充放電ク
ーロン効率が８７％、電圧効率が９５％、４０℃以上に
おける充放電クーロン効率が９３％、電圧効率が９４％
であった。
液として２Ｍ硫酸酸性２Ｍバナジウム（５価／４価混
合）、負極液として２Ｍ硫酸酸性２Ｍバナジウム（２価
／３価混合）を、給液ポンプとして直流ブラシレスモー
タの遠心ポンプをそれぞれ用いて１リットル／分で通液
して充放電試験を行ったところ、室温における充放電ク
ーロン効率が８７％、電圧効率が９５％、４０℃以上に
おける充放電クーロン効率が９３％、電圧効率が９４％
であった。
【００２２】比較例４ 前記縦８ｃｍ、横２４ｃｍの各単セルを２０セル分割し
ないで積層電池とし、途中のサブタンクを除去し、３０
リットルタンク各１基を設けた以外は前記実施例２と同
様にして充放電試験を行ったところ、室温における充放
電クーロン効率が８５％、電圧効率が９０％、４０℃以
上における充放電クーロン効率が８８％、電圧効率が８
８％であった。 比較例５ 各単位電池に付設した電極液のサブタンクを撤去し、配
管で各単位電池をつなぎ、３０リットルタンクを各極液
ポンプの手前に設けた以外は前記実施例２と同様にして
充放電試験を行ったことろ、室温における充放電クーロ
ン効率が９２％、電圧効率が８６％であった。
ないで積層電池とし、途中のサブタンクを除去し、３０
リットルタンク各１基を設けた以外は前記実施例２と同
様にして充放電試験を行ったところ、室温における充放
電クーロン効率が８５％、電圧効率が９０％、４０℃以
上における充放電クーロン効率が８８％、電圧効率が８
８％であった。 比較例５ 各単位電池に付設した電極液のサブタンクを撤去し、配
管で各単位電池をつなぎ、３０リットルタンクを各極液
ポンプの手前に設けた以外は前記実施例２と同様にして
充放電試験を行ったことろ、室温における充放電クーロ
ン効率が９２％、電圧効率が８６％であった。
【００２３】比較例６ 各電極液のサブタンク容量を１リットルと小さくし、３
０リットルタンクをそのまま残した以外は前記実施例２
と同様にして充放電試験を行ったところ、室温における
充放電クーロン効率が９３％、電圧効率が８６％であっ
た。 比較例７ 前記遠心ポンプの代りに各サブタンクごとにそれぞれ設
けた８基の同様のポンプを用い、４つの単位電池を電極
液について完全に分離した以外は、前記実施例２と同様
にして充放電試験を行ったところ、充放電クーロン効率
が９５％、電圧効率が９６％であったが、モータ効率を
含めたポンプ効率（送液に必要なエネルギーとモータ消
費電力との比）は大幅に低下し、約６０％から２５％ま
で低下した。
０リットルタンクをそのまま残した以外は前記実施例２
と同様にして充放電試験を行ったところ、室温における
充放電クーロン効率が９３％、電圧効率が８６％であっ
た。 比較例７ 前記遠心ポンプの代りに各サブタンクごとにそれぞれ設
けた８基の同様のポンプを用い、４つの単位電池を電極
液について完全に分離した以外は、前記実施例２と同様
にして充放電試験を行ったところ、充放電クーロン効率
が９５％、電圧効率が９６％であったが、モータ効率を
含めたポンプ効率（送液に必要なエネルギーとモータ消
費電力との比）は大幅に低下し、約６０％から２５％ま
で低下した。
【００２４】表３に実施例２および比較例４〜７の結果
をまとめて示す。
をまとめて示す。
【表３】 表３から、電極の構造と形状の最適化を図り、溶液の流
動抵抗を数分の１に抑え、かつ電極液のセル内等配を良
好にした実施例２の充放電クーロン効率および電圧効率
が高いことが分かる。電池を分割しなかった場合（比較
例４）は実施例２に較べ、充放電クーロン効率および電
圧効率とも低下した。各単位電池ごとに電極液のサブタ
ンクを設けなかった場合（比較例５）および各サブタン
ク容量を１リットルとした場合（比較例６）は電圧効率
が著しく低下した。また、各単位電池ごとに独立のポン
プを設けた場合（比較例７）は充放電クーロン効率およ
び電圧効率は向上するものの、ポンプ効率が１／２以下
に低下した。
動抵抗を数分の１に抑え、かつ電極液のセル内等配を良
好にした実施例２の充放電クーロン効率および電圧効率
が高いことが分かる。電池を分割しなかった場合（比較
例４）は実施例２に較べ、充放電クーロン効率および電
圧効率とも低下した。各単位電池ごとに電極液のサブタ
ンクを設けなかった場合（比較例５）および各サブタン
ク容量を１リットルとした場合（比較例６）は電圧効率
が著しく低下した。また、各単位電池ごとに独立のポン
プを設けた場合（比較例７）は充放電クーロン効率およ
び電圧効率は向上するものの、ポンプ効率が１／２以下
に低下した。
【００２５】比較例８ 前記４分割した電極の流動抵抗を低減するために、カー
ボンフェルト電極の代わりにポーラスカーボン電極に変
更した以外は、前記実施例２と同様にして同様の実験を
行ったところ、セルスタック流動抵抗は３０％近く低減
したが、電極内の電極液の等配は大きく崩れ、実用的で
ないことが分かった。セル内の液の等配が崩れたセルに
おける充放電では電圧効率が著しく低下し、少なくとも
１０％を越える充放電エネルギー効率の損失が生じた。
液透過型電極を入れた場合と抜いた場合のセルの流動抵
抗比が３：１より差の小さい液透過型電極は本発明に不
適当であった。
ボンフェルト電極の代わりにポーラスカーボン電極に変
更した以外は、前記実施例２と同様にして同様の実験を
行ったところ、セルスタック流動抵抗は３０％近く低減
したが、電極内の電極液の等配は大きく崩れ、実用的で
ないことが分かった。セル内の液の等配が崩れたセルに
おける充放電では電圧効率が著しく低下し、少なくとも
１０％を越える充放電エネルギー効率の損失が生じた。
液透過型電極を入れた場合と抜いた場合のセルの流動抵
抗比が３：１より差の小さい液透過型電極は本発明に不
適当であった。
【００２６】実施例３および比較例９ 前記実施例２の装置を用い、同様の電極液を用いて室温
で、電極液を向流させた場合（実施例３）と、並流させ
た場合（比較例９）の各単位電池の起電力を測定した。
結果を表４に示す。
で、電極液を向流させた場合（実施例３）と、並流させ
た場合（比較例９）の各単位電池の起電力を測定した。
結果を表４に示す。
【表４】 表４から、電極液を向流させた実施例３の場合の方が各
単位電池の出力電圧が安定し、電圧効率が１％向上する
ことが分かる。
単位電池の出力電圧が安定し、電圧効率が１％向上する
ことが分かる。
【００２７】以上、本発明を溶液流通型二次電池によっ
て説明したが、本発明はこの他にも、溶液流通型の電解
槽、例えば直接電解法による電解合成システム、間接電
解法におけるレドックスメディエータの再生用電解シス
テム等において好ましく適用することができる。
て説明したが、本発明はこの他にも、溶液流通型の電解
槽、例えば直接電解法による電解合成システム、間接電
解法におけるレドックスメディエータの再生用電解シス
テム等において好ましく適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】本願の請求項１記載の発明によれば、溶
液流通型電池を複数の電池に分割し、単位電池ごとに電
極液のタンクを設け、該単位電池ごとに設けられたタン
クをそれぞれ介して電極液を順次各単位電池に循環する
電極液循環手段を設けたことにより、ポンプ効率を低下
させることなく、充放電クーロン効率および電圧効率を
著しく向上させることができる。例えばレドックスフロ
ー型二次電池の場合、何らの効率改善処置を施していな
い場合に比べて充放電クーロン効率（ηQ ）、電圧効率
（ηｖ）が共に２〜７％程度向上する。
液流通型電池を複数の電池に分割し、単位電池ごとに電
極液のタンクを設け、該単位電池ごとに設けられたタン
クをそれぞれ介して電極液を順次各単位電池に循環する
電極液循環手段を設けたことにより、ポンプ効率を低下
させることなく、充放電クーロン効率および電圧効率を
著しく向上させることができる。例えばレドックスフロ
ー型二次電池の場合、何らの効率改善処置を施していな
い場合に比べて充放電クーロン効率（ηQ ）、電圧効率
（ηｖ）が共に２〜７％程度向上する。
【００２９】請求項２記載の発明によれば、各タンク
を、分割された各単位電池の電極液保持量の５倍以上の
容量としたことにより、上記発明の効果に加え、みかけ
の電池内部抵抗として現れる電極液の電位シフトを低減
することができる。請求項３記載の発明によれば、単位
電池における流通型電極の溶液流れ方向に沿った長さに
対する幅方向の長さの比を２以上としたことにより、上
記請求項１記載の発明の効果に加え、電極液のセル内等
配を達成することができる。
を、分割された各単位電池の電極液保持量の５倍以上の
容量としたことにより、上記発明の効果に加え、みかけ
の電池内部抵抗として現れる電極液の電位シフトを低減
することができる。請求項３記載の発明によれば、単位
電池における流通型電極の溶液流れ方向に沿った長さに
対する幅方向の長さの比を２以上としたことにより、上
記請求項１記載の発明の効果に加え、電極液のセル内等
配を達成することができる。
【００３０】請求項４記載の発明によれば、液透過型電
極を充填した場合の流動抵抗が該電極を抜いた場合の流
動抵抗の３倍以上になるようにしたことにより、請求項
１記載の発明の効果に加え、電極液のセル内等配を達成
することができる。また、本願の請求項５記載の発明に
よれば、正極液と負極液が向流するように正極液流路お
よび負極液流路を設けたことにより、請求項１記載の効
果に加え、各単位電池に流入する正極液および負極液の
反応進行度（平衡電圧）の平均が等しくなり、各単位電
池の理論分解電圧または開路電圧がほぼ等しくなる。
極を充填した場合の流動抵抗が該電極を抜いた場合の流
動抵抗の３倍以上になるようにしたことにより、請求項
１記載の発明の効果に加え、電極液のセル内等配を達成
することができる。また、本願の請求項５記載の発明に
よれば、正極液と負極液が向流するように正極液流路お
よび負極液流路を設けたことにより、請求項１記載の効
果に加え、各単位電池に流入する正極液および負極液の
反応進行度（平衡電圧）の平均が等しくなり、各単位電
池の理論分解電圧または開路電圧がほぼ等しくなる。
【図１】、
【図２】本発明の原理を示す説明図。
【図３】本発明の１実施例を示す説明図。
１ａ〜１ｅ…小型単電池、２ａ〜２ｅ…正極、３ａ〜３
ｅ…負極、４ａ〜４ｅ…正極液サブタンク、５ａ〜５ｅ
…負極液サブタンク、６…正極液ライン、７…負極液ラ
イン、８…チューブポンプ。
ｅ…負極、４ａ〜４ｅ…正極液サブタンク、５ａ〜５ｅ
…負極液サブタンク、６…正極液ライン、７…負極液ラ
イン、８…チューブポンプ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒川 浩助 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 津田 泉 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 浜本 修 千葉県市原市八幡海岸通１番地 三井造船 株式会社千葉事業所内 (72)発明者 渡辺 敬一 千葉県市原市八幡海岸通１番地 三井造船 株式会社千葉事業所内
Claims (5)
- 【請求項１】 単セルを多数積層した溶液流通型電池に
おいて、前記積層された単セルを所定数ごとに分割して
複数の単位電池を形成し、該単位電池ごとに電池活物質
溶液である電極液のタンクを設けるとともに、該タンク
をそれぞれ介して電極液を順次各単位電池に循環する電
極液供給手段を設けたことを特徴とする溶液流通型電
池。 - 【請求項２】 前記各タンクが前記分割された各単位電
池の電極液保持量の５倍以上の容量を有することを特徴
とする請求項１記載の溶液流通型電池。 - 【請求項３】 前記分割された単位電池における流通型
電極の溶液流れ方向に沿った長さに対する幅方向の長さ
の比が２以上であることを特徴とする請求項１記載の溶
液流通型電池。 - 【請求項４】 流通型電極を充填した場合の流動抵抗が
該電極を抜いた場合の流動抵抗の３倍以上になる電極構
造としたことを特徴とする請求項１記載の溶液流通型電
池。 - 【請求項５】 正極液と負極液が向流するように正極液
流路および負極液流路を設けたことを特徴とする請求項
１記載の溶液流通型電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4283244A JPH06140062A (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 溶液流通型電池 |
| US08/138,085 US5366824A (en) | 1992-10-21 | 1993-10-20 | Flow battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4283244A JPH06140062A (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 溶液流通型電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06140062A true JPH06140062A (ja) | 1994-05-20 |
Family
ID=17662959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4283244A Pending JPH06140062A (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 溶液流通型電池 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5366824A (ja) |
| JP (1) | JPH06140062A (ja) |
Cited By (2)
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| JP2016501438A (ja) * | 2012-12-17 | 2016-01-18 | イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニーＥ．Ｉ．Ｄｕ Ｐｏｎｔ Ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ Ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ | アイオノマーを含むセパレータ膜を有するフロー電池 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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