JPH07153477A

JPH07153477A - 電解液流通型電池

Info

Publication number: JPH07153477A
Application number: JP5338819A
Authority: JP
Inventors: Taketaka Wada; 雄高和田; Yuichi Akai; 勇一赤井
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1993-12-01
Filing date: 1993-12-01
Publication date: 1995-06-16
Anticipated expiration: 2016-10-22
Also published as: JP3220835B2

Abstract

(57)【要約】【目的】複数個の電解液貯蔵タンクと、充電専用又は
放電専用ポンプを用いることにより、充電又は放電にお
いて、活物質の利用率を向上させ、ポンプ動力の省力化
と共に、安定した出力を維持できる電解液流通型電池を
提供する。【構成】貯蔵タンク内に半仕切り板２３を一箇所に設
け、該貯蔵タンク１７〜２０を内部の電解液が互いに連
通するように直列に連結して配置し、該貯蔵タンク群の
両端の貯蔵タンク１７，２０にそれぞれ電解液供給用ポ
ンプ１２，１１を連結配置すると共に、両端の電解液供
給用ポンプ１１，１２と電解槽２１を連結する電解液流
通配管２４と該電解槽２１と両端の貯蔵タンク１７，２
０を連結する電解液流通配管２５にバルブ１３〜１６を
設け、両端の電解液供給用ポンプを各々充電専用と放電
専用として運転すると共に、バルブを充電及び放電に応
じて開閉制御する制御部２２を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、両極又は一方の極に電
解液を使用する電解液流通型電池に関するもので、特
に、活物質利用率が向上すると共に、電解液供給用ポン
プの動力を省力化でき、且つ負荷側に対して安定した電
力を供給できる電解液流通型電池に関するものである。

【０００２】

【従来技術】電解液流通型電池の例として、レドックス
フロー電池がある。該レドックスフロー電池は、図９に
示すように隔膜１−３により仕切られた正極室１−２及
び負極室１−１を有する電解液流通型の電解槽１と、正
極電解液貯蔵タンク２と、負極電解液貯蔵タンク３と、
正極電解液を電解槽１に供給する正極電解液用ポンプ５
と、負極電解液を電解槽１に供給する負極電解液用ポン
プ６及びこれらを連結する配管７，８，９，１０等で構
成されている。

【０００３】上記構成の電解液流通型電池において、鉄
−クロム電池を例にとれば、放電状塩酸溶液とがそれぞれの正極電解液貯蔵タンク２及び負
極電解液貯蔵タンク３に貯えられ、これらを電解槽１に
供給して充放電を行なう。

【０００４】の場合は、この逆の反応が起こり外部に電力を取り出す
ことができる。これらの反応は次式のようになる。

【０００５】

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、レドッ
クスフロー電池は、電解液を正極電解液貯蔵タンク２及
び負極電解液貯蔵タンク３から電解槽１へ供給して充放
電を行なう、再生型電池である。基本的には、電池反応
部である電解槽１と、電力貯蔵部である貯蔵タンク（正
極電解液貯蔵タンク２及び負極電解液貯蔵タンク３）で
構成されているため、その最適化においては、それぞれ
独立した設計が可能である。この特徴を利用し、電池効
率の向上を目的とした電解液貯蔵タンクには下記のもの
が開発されている。

【０００７】（１）貯蔵タンク内に設定した電解液の戻
り口から排出口にかけて、蛇行する通路を形成するため
の仕切り板を設けることで、高充電深度の電解液と低充
電深度の電解液が、該貯蔵タンク内で混合しないことを
特徴とするものが開発されている（特開平４−４５６９
号公報）。この技術は、貯蔵タンク内で高充電深度の電
解液と低充電深度の電解液を混合しにくくするという特
徴を有するが、電解液流通方向が固定されているため、
例えば、充電途中で放電に切り替える必要が生じた場合
は、低充電深度の電解液を電解槽１に供給するため、か
えって電池効率が低下するという欠点を有している。

【０００８】（２）一方、貯蔵タンクの構造を簡素化し
た複数個のタンク群に、それぞれ開閉弁を設置し、該開
閉弁を切り替えて、各タンクから電解槽へ順次電解液を
送液していくという活物質の利用率の向上と高い出力の
維持を目的としたものも開発されているが（特開昭６０
−７４３４５号公報）、この場合は、電圧変動幅が大き
く出力が安定しにくく、また複数の開閉弁の複雑な開閉
操作を必要するため、操作性が悪く、維持管理に対する
経済性についても問題がある。

【０００９】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
で、上記問題点を除去し、複数個の電解液貯蔵タンク
と、充電専用又は放電専用ポンプを用いることにより、
充電又は放電において、活物質の利用率を向上させ、ポ
ンプ動力を省力化できると共に、安定した出力を維持で
きる電解液流通型電池を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、電池活物質が電解液として貯蔵タンクに貯留
され、且つ該貯蔵タンクから電解槽へ電解液を供給して
充電及び／又は放電を行なう電解液流通型電池におい
て、図１に示すように、貯蔵タンク内に電解液出口部と
入口部を仕切る半仕切り板（２３）を設け、該貯蔵タン
ク（１７，１８，１９，２０）を複数個その内部の電解
液が互いに連通するように直列に連結して配置し、該直
列に連結した貯蔵タンク群の両端の貯蔵タンク（１７，
２０）にそれぞれ電解液供給用ポンプ（１２，１１）を
連結配置すると共に、両端の電解液供給用ポンプ（１
１，１２）と電解槽（２１）を連結する電解液流通配管
（２４）と該電解槽（２１）と両端の貯蔵タンク（１
７，２０）を連結する電解液流通配管（２５）にバルブ
（１３，１５，１４，１６）を設け、両端の電解液供給
用ポンプ（１１，１２）を各々充電専用と放電専用とし
て運転することを特徴とする。

【００１１】また、バルブ（１３，１５，１４，１６）
を充電及び放電に応じて開閉制御する制御手段（２２）
を設けたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明は上記構成を採用することにより、充電
の場合は制御部（２２）により充電専用ポンプ（１１）
が起動され、両端の一方の貯蔵タンク（２０）からの電
解液は電解槽（２１）に供給され、充電された後、両端
のもう一方の貯蔵タンク（１７）に戻る。この電解液は
各貯蔵タンク（１７，１８，１９，２０）を順次経由し
て再び、電解槽（２１）へ循環供給される。この時制御
部（２２）によりバルブ（１３，１４）は閉じ、バルブ
（１５，１６）は開となる。放電時は、この逆となる。
貯蔵タンク（１７，１８，１９，２０）の各々は、その
内部に電解液出口部と入口部とを仕切る半仕切り板（２
３）が設けられているから、貯蔵タンク（１７，１８，
１９，２０）の各々の内部で電解液が混合されにくく、
且つタンク内に移動した電解液は直接排出されないの
で、例えば、充電時は貯蔵タンク（２０）の電解液が、
充電専用ポンプ（１１）により、電解槽（２１）に送ら
れ、充電後の高充電深度の電解液は貯蔵タンク（１７）
内では低充電深度の電解液と混合することなく、高い充
電深度を維持しながら、貯蔵タンク（１７）→貯蔵タン
ク（１８）→貯蔵タンク（１９）→貯蔵タンク（２０）
へと循環移動していく。

【００１３】放電時には、放電専用ポンプ（１２）を使
用して、貯蔵タンク（１７）側から、この高充電深度の
電解液が電解槽（２１）へ供給されるため、全体の充電
容量が低い場合（充電時間が短い場合）でも、充電され
た活物質を効果的に利用することができ、利用率が向上
する。また、電解槽（２１）に対して、同じ充電深度の
電解液を継続して供給できるため安定した電池電圧を維
持することができる。

【００１４】また、制御手段（２２）でバルブ（１３，
１５，１４，１６）を充電及び放電に応じて開閉制御す
ることにより、活物質利用率の向上、充電専用ポンプ
（１１）及び放電専用ポンプ（１２）の消費動力を省力
化することが可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の電解液流通型電池の構成を示す図
である。特に正極側に接続した貯蔵タンク群の構成を示
す図（負極側は省略）である。本電解液流通型電池は複
数個の貯蔵タンク１７，１８，１９，２０がその内部の
電解液が互いに連通するように直列に連結して配置され
ており、各貯蔵タンクにはそれぞれ一箇所に半仕切り板
２３を設けている。

【００１６】直列に連結した貯蔵タンク群の両端の貯蔵
タンク１７，２０にはそれぞれ電解液供給用ポンプ１
２，１１が連結配置されており、両端の電解液供給用ポ
ンプ１１，１２と電解槽２１は電解液流通配管２４で連
結されている。また、電解槽２１と両端の貯蔵タンク１
７，２０は電解液流通配管２５で連結されている。そし
て電解液流通配管２４にはバルブ１３，１５が配設さ
れ、電解液流通配管２５にはバブル１４，１６が配設さ
れている。２２は制御部であり、後述するように両端の
電解液供給用ポンプ１１，１２を各々充電専用と放電専
用として運転すると共に、バルブ１３，１５，１４，１
６を充電及び放電に応じて開閉制御する制御手段であ
る。

【００１７】上記構成の電解液流通型電池において、充
電の場合は制御部２２により充電専用ポンプ１１が起動
され、両端の一方の貯蔵タンク２０からの電解液は電解
槽２１に供給され、充電された後、両端のもう一方の貯
蔵タンク１７へ戻る。この電解液は各貯蔵タンク１７，
１８，１９，２０を順次経由して再び、電解槽２１へ循
環供給される。この時制御部２２によりバルブ１３，１
４は閉じ、バルブ１５，１６は開となる。放電時は、こ
の逆となる。

【００１８】貯蔵タンク１７，１８，１９，２０の各々
は、その内部に電解液出口部と入口部を仕切る半仕切り
板２３が設けられている。この半仕切り板２３により、
貯蔵タンク１７，１８，１９，２０の各々の内部で電解
液が混合されにくく、且つタンク内に移動した電解液は
直接排出されるのを防ぐ効果を有する。この方法による
と、例えば、充電時は、貯蔵タンク２０の電解液が、充
電専用ポンプ１１により、電解槽２１に送られる。充電
後の高充電深度の電解液は貯蔵タンク１７内では低充電
深度の電解液と混合することなく、高い充電深度を維持
しながら、貯蔵タンク１７→貯蔵タンク１８→貯蔵タン
ク１９→貯蔵タンク２０へと循環移動していく。

【００１９】放電時には、放電専用ポンプ１２を使用し
て、貯蔵タンク１７側から、この高充電深度の電解液が
電解槽２１へ供給されるため、全体の充電容量が低い場
合（充電時間が短い場合）でも、充電された活物質を効
果的に利用でき、利用率が向上する。また、電解槽２１
に対して、同じ充電深度の電解液を継続して供給できる
ため安定した電池電圧を維持することができる。

【００２０】これに対して、図３に示すように１個の貯
蔵タンク１０１を有し、該貯蔵タンク１０１の電解液を
ポンプ１０２で電解槽１０３に供給・排出して充放電を
行なう従来の１タンク法の場合は、電解槽１０３で充電
された活物質は貯蔵タンク１０１内で随時希釈されるた
め、電解液全体の充電容量が低い（充電時間が短い）と
きは、貯蔵タンク１０１内の電解液の充電深度は極めて
低く、電解液供給量を大幅に増やさない限り、放電を実
施することは不可能である。つまり、この時点までに充
電された分の放電が困難な状況にある。更に、活物質の
利用効率が低下するため、ポンプ動力を余分に必要と
し、さらに充電深度の低下に応じて、放電電圧が下降し
ていくため、電圧が安定しない状況にある。

【００２１】図１において、今、仮に、電解槽２１にお
いて、供給された充電深度０％の電解液が、充電により
充電深度１００％の電解液に変換可能とする。全貯蔵タ
ンクの電解液量の４０分の１（１／４０）が、電解槽２
１に供給された場合、図２（ａ）に示すように、貯蔵タ
ンク１７の電解液の一部が充電深度１００％の状態にあ
る。ここで放電に切り替わった場合、この貯蔵タンクの
充電深度１００％の状態にある電解液を放電に使用でき
る。

【００２２】これに対して、従来の１タンク法による
と、同じ条件下では、充電深度１００％の電解液は、貯
蔵タンク１０１内で希釈されるため、貯蔵タンク１０１
内での電解液の平均充電度は、図４（ａ）に示すように
わずか２．５％でしかない。この充電深度（２．５％）
では、実用上放電はほぼ不可能である。図５（ａ），
（ｂ）は充電深度（％）と充電・放電時間の関係を示す
図で、Ａ１は本発明における充電、Ａ２は本発明におけ
る放電、Ｂ１は従来の１タンク法における充電、Ｂ２は
従来の１タンク法における放電をそれぞれ示す。

【００２３】更に、全貯蔵タンクの電解液の総量の１／
５が電解槽２１及び電解槽１０３に供給された場合の比
較を図２（ｂ）と図４（ｂ）に示す。従来の１タンク法
では、電解液の充電深度は２０％に達するため、放電可
能状態にあるが、図５（ｂ）のＢ２に示すように、２０
％に希釈された全電解液を放電するには、本発明の放電
Ａ２に比べて５倍以上の時間を要するか、又はＢ２’に
示す放電時間を同じにするには５倍以上の電解液供給量
を必要とすることになる。いずれの場合もポンプ動力は
過剰に必要とするため、全体のシステムの効率は低下す
る。

【００２４】上記例では特殊な事例を挙げたが、通常、
特にレドックスフロー電池においては、電解槽へ供給し
た電解液の約２０％程度が反応するため、例えば、充電
深度０％の電解液を充電した場合は、電解槽からは充電
深度２０％程度の電解液が得られることになる。このケ
ースにおいて、図１に示す構成の本発明の電解液流通型
電池の場合の、充電及び放電による経時変化は、図６及
び図７に示すことができる。図６及び図７において、実
線Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６は本発明の場合を示し、点線
Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６は従来の１タンク法の場合を示
す。

【００２５】本発明の場合は電解槽２１に供給される電
解液の充電深度は常に一定となるため（図６の実線Ａ
３，Ａ４参照）、その間の電池電圧はほぼ安定する（図
７の実線Ａ５を参照）。従って、放電の場合には、負荷
側に対して、その間安定した電力を供給することができ
る（図７の実線Ａ６参照）。これに対して、従来の１タ
ンク法の場合は充電及び放電における電池電圧は変動す
る（図７の点線Ｂ５，Ｂ６参照）。

【００２６】図８（ａ）充電末期時の電池電圧（図７の
Ｉ部分の拡大）、同図（ｂ）は放電末期の電池電圧（図
７のII部分の拡大）を示す図である。同図において、Ｂ
７は従来の１タンク法の場合の充電限界、Ｂ８は従来の
１タンク法の場合の放電限界、Ａ７は本発明の場合の充
電限界、Ａ８は本発明の場合の放電限界である。図８か
らも明らかなように、本発明の場合は充電末期及び放電
末期においても従来の１タンク法に比べて。効果的に充
電及び放電ができるため、活物質の利用率が向上する。

【００２７】更に、図９に示すように、充電深度に応じ
て電解液供給量を加減調整する場合において、本発明を
適用することによって、電解槽１の斜線部分のポンプ動
力を省力化できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば下記
のような優れた効果が得られる。（１）電解液の活物質利用効率が向上するため、活物質
利用範囲が広がり、実用上のエネルギー密度が向上す
る。（２）負荷側に対して、安定した出力を維持できる。（３）ポンプ動力を省力化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電解液流通型電池の構成を示す図であ
る。

【図２】図２（ａ），（ｂ）は本発明の電解液流通型電
池の充電時の電解液の流れを説明するための図である。

【図３】従来の１タンク法の電解液流通型電池の構成を
示す図である。

【図４】図４（ａ），（ｂ）は従来の１タンク法の電解
液流通型電池の充電時の電解液の流れを説明するための
図である。

【図５】図５（ａ），（ｂ）は電解液の充電深度と充放
電の関係を示す図である。

【図６】電解液流通型電池の電解液の充電深度と充放電
の関係を示す図である。

【図７】電解液流通型電池の電池電圧と充放電の関係を
示す図である。

【図８】図８（ａ），（ｂ）はそれぞれ電解液流通型電
池の充電末期の充電限界及び放電末期の放電限界と電池
電圧の関係を示す図である。

【図９】従来のレドックスフロー電池の構成例を示す図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池活物質が電解液として貯蔵タンクに
貯留され、且つ該貯蔵タンクから電解槽へ電解液を供給
して充電及び／又は放電を行なう電解液流通型電池にお
いて、前記貯蔵タンク内に電解液出口部と入口部を仕切る半仕
切り板を設け、該貯蔵タンクを複数個その内部の電解液
が互いに連通するように直列に連結して配置し、該直列
に連結した貯蔵タンク群の両端の貯蔵タンクにそれぞれ
電解液供給用ポンプを連結配置すると共に、該両端の電
解液供給用ポンプと前記電解槽を連結する電解液流通配
管と該電解槽と前記両端の貯蔵タンクを連結する電解液
流通配管にバルブを設け、前記両端の電解液供給用ポンプを各々充電専用と放電専
用として運転することを特徴とする電解液流通型電池。
【請求項２】前記バルブを充電及び放電に応じて開閉
制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項１に
記載の電解液流通型電池。