JPH07153478A

JPH07153478A - 電解液流通型電池

Info

Publication number: JPH07153478A
Application number: JP5338818A
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

Abstract

(57)【要約】【目的】充電または放電における活物質の利用率を向
上させてポンプ動力を省力化させるとともに、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。【構成】貯蔵タンク内の電解液を電解槽に供給して充
電放電を行う電解液流通型電池である。４個の貯蔵タン
ク１７乃至２０を直列に連結して貯蔵タンク群とする。
各貯蔵タンク１７乃至２０内に電解液出入口部を隔離す
る半仕切り板２３を設ける。貯蔵タンク群の両端の貯蔵
タンク１７，２０を配管２４，２５によって電解槽２１
に接続する。配管２４中にポンプ１１とバルブ１３，１
５を取り付け、配管２５中にバルブ１４，１６を取り付
ける。充電時と放電時で貯蔵タンク１７乃至２０内の電
解液流通方向が反転するようにバルブ１３乃至１６の開
閉を切り替える。

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１−１及
び負極室１−２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負極電解液貯蔵タンク３及び正
極電解液貯蔵タンク２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を
具備し、充電及び放電用の専用バルブを開閉することに
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（１７，１８，１
９，２０）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
に直列に接続して配置する共に、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）は配管（２
４，２５）によって前記電解槽（２１）に接続し、配管
（２４，２５）には電解液供給用ポンプ（１１）及び切
替バルブ（１３，１４，１５，１６）を取り付けた。

【００１１】また、電解液供給用ポンプ（１１）を駆動
制御すると共に、切替バルブ（１３，１４，１５，１
６）の開閉制御により充電時と放電時で貯蔵タンク群の
電解液の流通方向を反転させる制御部（２２）を設け
た。

【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）により電解液供給用ポンプ（１
１）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（１３，１４）は閉じ、バ
ルブ（１５，１６）は開となる。放電時は、この逆とな
る。

【００１３】貯蔵タンク（１７，１８，１９，２０）の
各々は、その内部に電解液出入口部を仕切る半仕切り板
（２３）が設けられているから、貯蔵タンク（１７，１
８，１９，２０）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、電解液供給用ポンプ（１１）により、電解槽（２
１）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。

【００１４】一方、放電時には、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。

【００１５】また制御部（２２）でバルブ（１３，１
４，１５，１６）の開閉制御を行って充電時と放電時で
貯蔵タンク群の電解液の流通方向を反転させることによ
り、活物質の利用率が向上し、電解液供給用ポンプ（１
１）の消費動力を省力化できる。

【００１６】

【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
している（負極側は省略）。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配管３０で直列に接続して
配置されており、各貯蔵タンク１７，１８，１９，２０
には電解液出口部と入口部を仕切る半仕切り板２３を設
けている。

【００１７】直列に連結した貯蔵タンク群の両端の貯蔵
タンク１７，２０はそれぞれ配管２４，２５により電解
槽２１に接続されており、一方配管２４にはバルブ１
３，１５と電解液供給用ポンプ１１が取り付けられてお
り、他方の配管２５にはバルブ１４，１６が取り付けら
れている。２２は制御部であり、後述するように電解液
供給用ポンプ１１を駆動制御すると共に、バルブ１３，
１５，１４，１６を開閉制御して充電時と放電時で貯蔵
タンク群１７〜２０の電解液の流通方向を反転させる制
御手段である。

【００１８】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、バルブ１３，１４は閉
じ、バルブ１５，１６は開き、電解液供給ポンプ１１を
起動することにより、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。放電時は、この逆とな
る。

【００１９】貯蔵タンク１７，１８，１９，２０の各々
の内部には、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
が混合されにくくなり、且つ貯蔵タンク１７，１８，１
９，２０内に移動した電解液が直接排出されるのが防止
される。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、電解液供給用ポンプ１１により、
電解槽２１に送られる。充電後の高充電震度の電解液は
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、高い充電震度を維持しながら、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。

【００２０】放電時には、バルブ１５，１６を閉じ、バ
ルブ１３，１４を開き、電解液供給用ポンプ１１を駆動
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２
１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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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深度は、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）
はこのときの充電深度（％）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、Ｂ
２は従来の１タンク法における放電をそれぞれ示す。

【００２４】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、２０％に希釈された全電解液を放電す
るには、図５（ｂ）のＢ２に示すように本発明の放電Ａ
２に比べて５倍以上の時間を要するか、又はＢ２’に示
すように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
力を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。

【００２５】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。

【００２６】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）。

【００２７】図８（ａ）は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、Ｂ７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
び放電末期のいずれにおいても従来の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。

【００２８】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。

【００２９】

【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】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】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】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】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。

【符号の説明】

１１電解液供給ポンプ１３，１４，１５，１６バルブ１７，１８，１９，２０貯蔵タンク２１電解槽２３半仕切り板２４，２５配管

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接続して配置すると共
に、該直列に連結した貯蔵タンク群の両端の貯蔵タンク
は配管によって前記電解槽に接続し、前記配管には電解液供給用ポンプ及び切替バルブを取り
付けたことを特徴とする電解液流通型電池。
【請求項２】前記電解液供給用ポンプを駆動制御する
と共に、前記切替バルブの開閉制御により充電時と放電
時で前記貯蔵タンク群の電解液の流通方向を反転させる
制御手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の電解
液流通型電池。