JPH08138716A - レドックスフロー電池の電解液および運転方法 - Google Patents
レドックスフロー電池の電解液および運転方法Info
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- JPH08138716A JPH08138716A JP6273721A JP27372194A JPH08138716A JP H08138716 A JPH08138716 A JP H08138716A JP 6273721 A JP6273721 A JP 6273721A JP 27372194 A JP27372194 A JP 27372194A JP H08138716 A JPH08138716 A JP H08138716A
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- positive electrode
- liter
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 バナジウムの析出がなく、レドックスフロー
電池の電解液として安定な、レドックスフロー電池の電
解液を提供することを最も主要な特徴とする。 【構成】 正極６と負極７が隔膜５により分離され、正
極６に正極活物質を含む電解液が供給され、負極に負極
活物質を含む電解液が供給され、充放電を行なうレドッ
クスフロー電池の電解液である。バナジウム濃度が１．
５モル／リットル未満にされており、硫酸濃度が２モル
／リットル〜４モル／リットルにされている。
電池の電解液として安定な、レドックスフロー電池の電
解液を提供することを最も主要な特徴とする。 【構成】 正極６と負極７が隔膜５により分離され、正
極６に正極活物質を含む電解液が供給され、負極に負極
活物質を含む電解液が供給され、充放電を行なうレドッ
クスフロー電池の電解液である。バナジウム濃度が１．
５モル／リットル未満にされており、硫酸濃度が２モル
／リットル〜４モル／リットルにされている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、レドックスフロー電
池に用いる電解液に関するものであり、より特定的に
は、レドックスフロー電池のバナジウム電解液に関する
ものである。この発明は、またそのような電解液を用い
る、レドックスフロー電池の運転方法に関する。
池に用いる電解液に関するものであり、より特定的に
は、レドックスフロー電池のバナジウム電解液に関する
ものである。この発明は、またそのような電解液を用い
る、レドックスフロー電池の運転方法に関する。
【０００２】
【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、図１の電力利用曲線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。
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、図１の電力利用曲線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。
【０００３】そこで、電力を効率よく貯蔵するこが可能
であれば、オフピーク時、余剰電力（図１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
すれば図１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（図１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。
であれば、オフピーク時、余剰電力（図１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
すれば図１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（図１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。
【０００４】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
電損失を伴なうこと、ならびに環境面での立地に問題が
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。
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
電損失を伴なうこと、ならびに環境面での立地に問題が
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。
【０００５】図３は、既に提案されているレドックスフ
ロー電池の一例を示す概略構成図である。このレドック
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を備える。２個のタンク３，４を用いる
ため、２タンク方式と呼ばれている。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、一方側が正極セル２ａ、他方側が負極セル２ｂを構
成する。正極セル２ａ内には電極として正極６が配置さ
れ、負極セル２ｂ内には電極として負極７が配置されて
いる。
ロー電池の一例を示す概略構成図である。このレドック
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を備える。２個のタンク３，４を用いる
ため、２タンク方式と呼ばれている。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、一方側が正極セル２ａ、他方側が負極セル２ｂを構
成する。正極セル２ａ内には電極として正極６が配置さ
れ、負極セル２ｂ内には電極として負極７が配置されて
いる。
【０００６】正極セル２ａと正極液タンク３とは、第１
の導管１１および第２の導管１２により連結されてい
る。他方、負極セル２ｂと負極液タンク４とは、第３の
導管１３および第４の導管１４により連結されている。
正極液タンク３内には反応液として正極電解液が導入さ
れ、負極液タンク４内には反応液として負極電解液が導
入されている。第１の導管１１には反応液給送手段とし
てのポンプＰ2 が設けられ、第２の導管１３にはポンプ
Ｐ1 が設けられる。正極電解液および負極電解液は、正
極セル２ａおよび負極セル２ｂ内で反応する。反応を終
了した正極電解液は第２の導管１２を通って正極液タン
ク３内に戻され、反応の終了した負極電解液は第４の導
管１４を通って負極液タンク４内に戻されるさて、図３
に示したレドックスフロー電池において、正極電解液と
しては、たとえば鉄イオンのような原子価の変化するイ
オンの水溶液が用いられ、負極電解液としては、たとえ
ばクロムイオンのような原子価の変化するイオンの水溶
液が用いられる。また、後述するように、最近、バナジ
ウムイオンを電解液として用いるレドックスフロー電池
も報告されている。
の導管１１および第２の導管１２により連結されてい
る。他方、負極セル２ｂと負極液タンク４とは、第３の
導管１３および第４の導管１４により連結されている。
正極液タンク３内には反応液として正極電解液が導入さ
れ、負極液タンク４内には反応液として負極電解液が導
入されている。第１の導管１１には反応液給送手段とし
てのポンプＰ2 が設けられ、第２の導管１３にはポンプ
Ｐ1 が設けられる。正極電解液および負極電解液は、正
極セル２ａおよび負極セル２ｂ内で反応する。反応を終
了した正極電解液は第２の導管１２を通って正極液タン
ク３内に戻され、反応の終了した負極電解液は第４の導
管１４を通って負極液タンク４内に戻されるさて、図３
に示したレドックスフロー電池において、正極電解液と
しては、たとえば鉄イオンのような原子価の変化するイ
オンの水溶液が用いられ、負極電解液としては、たとえ
ばクロムイオンのような原子価の変化するイオンの水溶
液が用いられる。また、後述するように、最近、バナジ
ウムイオンを電解液として用いるレドックスフロー電池
も報告されている。
【０００７】正極電解液として正極活物質Ｆｅ2+／Ｆｅ
3+を含む塩酸溶液を用い、負極電解液として負極活物質
Ｃｒ2+／Ｃｒ3+を含む塩酸溶液を用いた場合、正極６お
よび負極７における電池反応は、下記の式のようにな
る。
3+を含む塩酸溶液を用い、負極電解液として負極活物質
Ｃｒ2+／Ｃｒ3+を含む塩酸溶液を用いた場合、正極６お
よび負極７における電池反応は、下記の式のようにな
る。
【０００８】
【数１】
【０００９】上述の式の電気化学反応により、約１ボル
トの起電力が得られる。
トの起電力が得られる。
【００１０】しかしながら、上記のＦｅ2+／Ｆｅ3+対お
よびＣｒ2+／Ｃｒ3+の対を用いたレドックスフロー電池
においては、反応物の種を分離させておく膜の能力につ
いて問題点があり、また充電中における負の電極への鉄
の付着が問題となっており、この問題点を解決するレド
ックスフロー電池として、全バナジウムのレドックス電
池が提案されている（特開昭６２−１８６４７３）。こ
の電池は、負の電極に電気接触している３価のバナジウ
ムイオンを含む負極室と、正の電極に電気接触している
４価のバナジウムイオンを含む正極室と、正極室と負極
室と分離する分離部材とを備えた全バナジウムのレドッ
クスフロー電池である。
よびＣｒ2+／Ｃｒ3+の対を用いたレドックスフロー電池
においては、反応物の種を分離させておく膜の能力につ
いて問題点があり、また充電中における負の電極への鉄
の付着が問題となっており、この問題点を解決するレド
ックスフロー電池として、全バナジウムのレドックス電
池が提案されている（特開昭６２−１８６４７３）。こ
の電池は、負の電極に電気接触している３価のバナジウ
ムイオンを含む負極室と、正の電極に電気接触している
４価のバナジウムイオンを含む正極室と、正極室と負極
室と分離する分離部材とを備えた全バナジウムのレドッ
クスフロー電池である。
【００１１】全バナジウムのレドックスフロー電池の充
電・放電の反応は、次のとおりである。
電・放電の反応は、次のとおりである。
【００１２】
【数２】
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】全バナジウムレドック
スフロー電池は以上のように構成されていたが、この公
報には、バナジウム濃度、硫酸濃度の細かい制限につい
ての開示がなく、また使用温度についても制限の開示が
なかったため、バナジウム濃度、硫酸濃度、使用温度に
よっては、バナジウムが析出し、電池容量の低下、電圧
効率の低下等の問題点があった。
スフロー電池は以上のように構成されていたが、この公
報には、バナジウム濃度、硫酸濃度の細かい制限につい
ての開示がなく、また使用温度についても制限の開示が
なかったため、バナジウム濃度、硫酸濃度、使用温度に
よっては、バナジウムが析出し、電池容量の低下、電圧
効率の低下等の問題点があった。
【００１４】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、バナジウムが析出せず、電池容
量が低下せず、かつ電圧効率の低下しないように改良さ
れた、全バナジウムのレドックスフロー電池を提供する
ことを目的とする。
ためになされたもので、バナジウムが析出せず、電池容
量が低下せず、かつ電圧効率の低下しないように改良さ
れた、全バナジウムのレドックスフロー電池を提供する
ことを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】この発明の第１の局面に
従うレドックスフロー電池の電解液は、バナジウム濃度
が１．５モル／リットル未満であり、硫酸濃度が２モル
／リットル〜４モル／リットルである。
従うレドックスフロー電池の電解液は、バナジウム濃度
が１．５モル／リットル未満であり、硫酸濃度が２モル
／リットル〜４モル／リットルである。
【００１６】この発明の第２の局面に従うレドックスフ
ロー電池の運転方法においては、バナジウム濃度が２．
５モル／リットル以下であり、かつ硫酸濃度が３モル／
リットル未満の電解液を用い、上記電解液の温度を５０
℃未満に維持して、運転することを特徴とする。
ロー電池の運転方法においては、バナジウム濃度が２．
５モル／リットル以下であり、かつ硫酸濃度が３モル／
リットル未満の電解液を用い、上記電解液の温度を５０
℃未満に維持して、運転することを特徴とする。
【００１７】
【作用】レドックスフロー電池の電解液において、バナ
ジウム濃度を１．５モル／リットル未満とし、硫酸濃度
を２モル／リットル〜４モル／リットルにすると、バナ
ジウムの析出がなく、レドックスフロー電池の電解液と
して安定したものとなる。
ジウム濃度を１．５モル／リットル未満とし、硫酸濃度
を２モル／リットル〜４モル／リットルにすると、バナ
ジウムの析出がなく、レドックスフロー電池の電解液と
して安定したものとなる。
【００１８】レドックスフロー電池の運転方法におい
て、電解液中のバナジウム濃度を２．５モル／リットル
以下とし、かつ硫酸濃度を３モル／リットル未満とし、
上記電解液の温度を５０℃未満に維持して、運転する
と、バナジウムが析出することもなく、電解液が安定と
なる。
て、電解液中のバナジウム濃度を２．５モル／リットル
以下とし、かつ硫酸濃度を３モル／リットル未満とし、
上記電解液の温度を５０℃未満に維持して、運転する
と、バナジウムが析出することもなく、電解液が安定と
なる。
【００１９】
【実施例】オキシ硫酸バナジウムｎ水和物（ＶＯＳＯ4
・ｎＨ2 Ｏ）と濃硫酸（９５％）と蒸留水とを用いて、
まず４価のバナジウムの溶解性について、常温（約３０
℃）で調べた。溶解性については、溶解可能が否かを判
断基準とした。
・ｎＨ2 Ｏ）と濃硫酸（９５％）と蒸留水とを用いて、
まず４価のバナジウムの溶解性について、常温（約３０
℃）で調べた。溶解性については、溶解可能が否かを判
断基準とした。
【００２０】図１を参照して、溶けた４価のバナジウム
水溶液を、レドックスフロー電池の両極に入れて充電し
て、３価と５価のバナジウム水溶液を作製し、その溶解
度を調べた（溶解可能か否かを調べた）。なお、図３に
示す従来電池と同一部分には、同一の参照番号を付し、
その説明をくり返さない。
水溶液を、レドックスフロー電池の両極に入れて充電し
て、３価と５価のバナジウム水溶液を作製し、その溶解
度を調べた（溶解可能か否かを調べた）。なお、図３に
示す従来電池と同一部分には、同一の参照番号を付し、
その説明をくり返さない。
【００２１】次に、３０℃、４０℃、５０℃の恒温槽に
入れて析出するか、否かをみて、溶解可能か否かを調べ
た。
入れて析出するか、否かをみて、溶解可能か否かを調べ
た。
【００２２】結果を表１に整理する。
【００２３】
【表１】
【００２４】表１中「可」は溶解可能であることを示
し、「不可」は溶解不可能であることを示し、「−」は
試験不可能であることを示す。
し、「不可」は溶解不可能であることを示し、「−」は
試験不可能であることを示す。
【００２５】表１の結果を整理すると、表２のようにな
る。
る。
【００２６】
【表２】
【００２７】表２は、次のことを教えている。
【００２８】すなわち、第１に、バナジウム濃度が１．
５モル／リットル未満であり、硫酸濃度を２．０モル／
リットル〜４．０モル／リットルの電解液組成にする
と、温度の制限なしで、析出もしない良好な電解液が得
られる。
５モル／リットル未満であり、硫酸濃度を２．０モル／
リットル〜４．０モル／リットルの電解液組成にする
と、温度の制限なしで、析出もしない良好な電解液が得
られる。
【００２９】第２に、バナジウム濃度を２．５モル／リ
ットル以下とし、硫酸濃度を３．０モル／リットル未満
とした電解液組成では、５０℃以上だと析出するので、
使用温度を５０℃未満にして、レドックスフロー電池を
運転すると、析出しないことを示している。
ットル以下とし、硫酸濃度を３．０モル／リットル未満
とした電解液組成では、５０℃以上だと析出するので、
使用温度を５０℃未満にして、レドックスフロー電池を
運転すると、析出しないことを示している。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したとおり、レドックスフロー
電池の電解液において、バナジウム濃度を１．５モル／
リットル未満としかつ硫酸濃度を２モル／リットル〜４
モル／リットルにすると、バナジウムの析出がなく、レ
ドックスフロー電池の電解液として安定したものとな
る。その結果、電池容量の低下や、電池がうまく動作し
ないという課題を克服することができるという効果を奏
する。
電池の電解液において、バナジウム濃度を１．５モル／
リットル未満としかつ硫酸濃度を２モル／リットル〜４
モル／リットルにすると、バナジウムの析出がなく、レ
ドックスフロー電池の電解液として安定したものとな
る。その結果、電池容量の低下や、電池がうまく動作し
ないという課題を克服することができるという効果を奏
する。
【００３１】また、レドックスフロー電池の運転方法に
おいて、バナジウム濃度が２．５モル／リットル以下と
し、硫酸濃度を３モル／リットル未満とした組成の電解
液を用い、使用温度を５０℃未満にし、レドックスフロ
ー電池を運転すると、バナジウムが析出することもな
く、電解液も安定となる。その結果電池容量の低下や電
池がうまく動作しないという課題を克服できる。その結
果、電池を初期と同様の状態に戻す等のメンテナンスも
不必要となる。
おいて、バナジウム濃度が２．５モル／リットル以下と
し、硫酸濃度を３モル／リットル未満とした組成の電解
液を用い、使用温度を５０℃未満にし、レドックスフロ
ー電池を運転すると、バナジウムが析出することもな
く、電解液も安定となる。その結果電池容量の低下や電
池がうまく動作しないという課題を克服できる。その結
果、電池を初期と同様の状態に戻す等のメンテナンスも
不必要となる。
【図１】実施例にかかる全バナジウムレドックスフロー
電池の概念図である。
電池の概念図である。
【図２】電力需要曲線を示す図である。
【図３】従来のレドックスフロー電池の概念図である。
６ 正極 ７ 負極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 岳文 大阪府大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 伊藤 哲二 大阪府大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 徳田 信幸 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 正極と負極が隔膜により分離され、正極
に正極活物質を含む電解液が供給され、負極に負極活物
質を含む電解液が供給され、充放電を行なうレドックス
フロー電池の電解液であって、 バナジウム濃度が１．５モル／リットル未満であり、 硫酸濃度が２モル／リットル〜４モル／リットルであ
る、レドックスフロー電池の電解液。 - 【請求項２】 正極と負極が隔膜により分離され、正極
に正極活物質を含む電解液が供給され、負極に負極活物
質を含む電解液が供給され、充放電を行なうレドックス
フロー電池の運転方法において、 バナジウム濃度が２．５モル／リットル以下でありかつ
硫酸濃度が３モル／リットル未満の電解液を用い、 前記電解液の温度を５０℃未満に維持して、運転するこ
とを特徴とする、レドックスフロー電池の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06273721A JP3078186B2 (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | レドックスフロー電池の電解液および運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06273721A JP3078186B2 (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | レドックスフロー電池の電解液および運転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08138716A true JPH08138716A (ja) | 1996-05-31 |
| JP3078186B2 JP3078186B2 (ja) | 2000-08-21 |
Family
ID=17531644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06273721A Expired - Lifetime JP3078186B2 (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | レドックスフロー電池の電解液および運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3078186B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001024301A1 (fr) * | 1999-09-27 | 2001-04-05 | Kashima-Kita Electric Power Corporation | Batterie a circulation d'oxydoreducteur |
| WO2019111324A1 (ja) * | 2017-12-05 | 2019-06-13 | 日立化成株式会社 | 二次電池、二次電池システム及び発電システム |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3897544B2 (ja) | 2001-06-07 | 2007-03-28 | 住友電気工業株式会社 | レドックスフロー電池用電解液およびレドックスフロー電池 |
| KR101577888B1 (ko) * | 2014-01-23 | 2015-12-15 | 연세대학교 산학협력단 | 유기산을 포함하는 전해액 조성물 및 이를 포함하는 레독스 플로우 전지 |
-
1994
- 1994-11-08 JP JP06273721A patent/JP3078186B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001024301A1 (fr) * | 1999-09-27 | 2001-04-05 | Kashima-Kita Electric Power Corporation | Batterie a circulation d'oxydoreducteur |
| EP1143546A1 (en) * | 1999-09-27 | 2001-10-10 | Kashima-Kita Electric Power Corporation | Redox flow battery |
| AU773230B2 (en) * | 1999-09-27 | 2004-05-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Redox flow battery |
| US6764789B1 (en) | 1999-09-27 | 2004-07-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Redox flow battery |
| EP1143546A4 (en) * | 1999-09-27 | 2006-12-27 | Sumitomo Electric Industries | REDOX FLOW BATTERY |
| WO2019111324A1 (ja) * | 2017-12-05 | 2019-06-13 | 日立化成株式会社 | 二次電池、二次電池システム及び発電システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3078186B2 (ja) | 2000-08-21 |
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