JPH10334938A - 電力貯蔵用二次電池 - Google Patents

電力貯蔵用二次電池

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JPH10334938A
JPH10334938A JP9143704A JP14370497A JPH10334938A JP H10334938 A JPH10334938 A JP H10334938A JP 9143704 A JP9143704 A JP 9143704A JP 14370497 A JP14370497 A JP 14370497A JP H10334938 A JPH10334938 A JP H10334938A
Authority
JP
Japan
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storage tank
negative electrode
positive electrode
electrolyte
cell
Prior art date
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Pending
Application number
JP9143704A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshige Deguchi
洋成 出口
Nobuyuki Tokuda
信幸 徳田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kansai Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Kansai Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10334938A publication Critical patent/JPH10334938A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エネルギ効率の向上およびタンク内の電解液
の利用効率を高めるように改良された電力貯蔵用二次電
池を提供することを主要な目的とする。 【解決手段】 電池セル2と、電池セル2へ正極液また
は電解液を循環供給するための循環経路40,41を備
える。循環経路40,41内に設けられ、正極液または
負極液を蓄える、互いに配管で接続された第1の電解液
貯蔵タンク4aと第2の電解液貯蔵タンク4bとを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、一般に電力貯蔵
用二次電池に関するものであり、より特定的には、電解
液利用率を向上させることができるように改良された、
電力貯蔵用二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】図8は、従来より提案されているレドッ
クスフロー電池の概略構成図である。レドックスフロー
電池1は、流通型電池セル2(以下、単に、セル2とい
う)、正極液貯蔵タンク3および負極液貯蔵タンク4を
備える。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を構
成し、他方側が負極セル2bを構成している。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あるいは負極7が設けられている。
【0003】正極セル2aには正極液を導入するための
正極液導入管11が設けられている。また、正極セル2
aには、該正極セル2a内に入っていた正極液を流出さ
せる正極液流出管12が設けられている。正極液導入管
11の一端および正極液流出管12の一端は、正極液貯
蔵タンク3に連結されている。
【0004】負極セル2bには、負極液を導入するため
の負極液導入管13が設けられている。また、負極セル
2bには、負極セル2b内に入っていた負極液を流出さ
せる負極液流出管14が設けられている。負極液導入管
13の一端および負極液流出管14の一端は、負極液貯
蔵タンク4に連結されている。
【0005】図8に示したレドックスフロー電池1で
は、たとえばバナジウムイオンのような原子価の変化す
るイオンの水溶液を正極液貯蔵タンク3,負極液貯蔵タ
ンク4に貯蔵し、これをポンプP1 またはP2 で流通型
電池セル2に送液し、酸化還元反応により充放電を行な
う。
【0006】たとえば、正極活物質としてV5+/V4+
負極活物質としてV2+/V3+、それぞれ、硫酸溶液とし
た場合、各酸化還元系の陽極6,7における電池反応
は、下記の式のようになる。
【0007】
【化1】
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図9は、図8に示すレ
ドックスフロー電池の基本構成を示した図であり、図1
0は、図9に示すレドックスフロー電池を改良するため
に提案された特開平4−4569号公報に記載されてい
るレドックスフロー電池の基本構成図である。
【0009】図9に示すレドックスフロー電池の電解液
貯蔵タンク3,4では、充放電時に、組成の異なる流入
電解液と流出電解液とが、タンク3,4内で混合され、
一様とされる。したがって、まず充電時においては、セ
ル2内を通って充電深度が高められた電解液がタンク内
の低充電深度の液と混合され、この混合物(充電深度は
平均的には高くなっているが)が再び充電される。ま
た、放電時においては、セル2内を通って放電し充電深
度の低くなった電解液がタンク内のより充電深度の高い
液と混合され、この混合物が再び放電する。その結果、
混ざり合った分だけ、無駄にエネルギを費やすことにな
り、充放電効率を低下させるという問題点があった。
【0010】図10に示す電解液貯蔵タンクは、上記問
題点を解決するためになされたものであり、タンク3,
4内に仕切板26を設けることによって、戻り口30か
ら排出口31に至る、電解液の通路を形成している。し
たがって、電池セル2から戻り口30を通ってタンク4
内に戻ってくる電解液は、この電解液通路を通って、排
出口31に至る。それゆえに、タンク4内において、電
解液が混合され、一様にされるということはない。その
結果、エネルギ効率を向上させるという効果が得られ
る。
【0011】しかしながら、この従来例は、電解液の利
用効率を考慮するものではなかった。
【0012】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、エネルギ効率の向上を図るこ
とができ、さらに、タンク中の電解液の利用効率をも図
ることができるように改良された電力貯蔵用二次電池を
提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明の第1の局面に
従う電力貯蔵用二次電池は、電池セルと、該電池セルへ
正極液または負極液を循環供給するための循環経路を備
える。上記循環経路内に、上記正極液または負極液を蓄
える、互いに配管で連結された第1の電解液貯蔵タンク
と第2の電解液貯蔵タンクが設けられている。
【0014】この発明の第2の局面に従う電力貯蔵用二
次電池は、電池セルと、該電池セルへ正極液または負極
液を循環供給するための循環経路を備える。上記循環経
路内に、上記正極液または負極液を蓄える電解液貯蔵タ
ンクが設けられている。上記電解液貯蔵タンク内は、ス
ポンジで満たされている。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。
【0016】実施の形態1 図1は、実施の形態1に係るレドックスフロー電池の基
本的な構成を示す図である。
【0017】図1を参照して、実施の形態1に係る電力
貯蔵用二次電池1は、電池セル2を備える。電池セル2
の負極7には、ポンプP1 を有する循環経路40によ
り、負極液が循環供給される。電池セル2には、ポンプ
2 を含む循環経路41により、正極液が循環供給され
る。負極側の循環経路40内には、互いに配管で連結さ
れた第1の負極液貯蔵タンク4aと第2の負極液貯蔵タ
ンク4bが設けられている。正極セル2aに正極液を循
環供給する循環経路41内には、正極液を蓄える、互い
に配管で連結された第1の正極液貯蔵タンク3aと第2
の正極液貯蔵タンク3bが設けられている。
【0018】次に、動作(作用効果)について説明す
る。図7に示す従来の電解液貯蔵タンクを有するレドッ
クスフロー電池では、正極においてはV4+とV5+が混在
し、負極においてはV3+とV2+が混在するが、図2(満
充電時および放電完了時のタンク内およびセル内のV5+
の濃度分布を示す図)を参照して、充電満了時には、電
池セルから出る電解液が正極では100%V 5+となり、
負極では100%V2+となる。放電完了時には、正極で
は100%V 4+となり、負極では100%V2+となる。
【0019】さて、電池セルの入口と出口の電解液を比
較すると、次に示すΔ分だけ、電気化学反応が進むこと
になる。
【0020】
【数1】
【0021】上式で、Iは電流(A)、Mは電解液モル
濃度(モル/l)、Fはファラデー定数であり、Lは流
量(リットル/秒)である。
【0022】たとえばΔ=15%とすると、図7に示
す、各電解液に1タンクを用いる方式では、充電満了時
に、電池セルに入る電解液(=タンクでの電解液)は、
正極で15%V4+,85%V5+となり、負極では15%
3+、85%V2+となる。
【0023】また、放電完了時には、正極では85%V
4+,15%V5+となり、負極では85%V3+,15%V
2+となる。よってタンクの容量は、85%−15%=7
0%分の電解液しか利用できない。
【0024】ところが、実施の形態1に係るレドックス
フロー電池では、各液に複数のタンクを用いる方式であ
るので、図3に示すような濃度分布となる(2タンクの
場合)。
【0025】よってΔ=15%とすると、2タンク方式
では、充電では85%×0.5+92.5%×0.5=
88.75%となり、放電では15%×0.5+7.5
%×0.5=11.25%となる。よってタンクの容量
は、88.75%−11.25%=77.5%分の電解
液が利用できる。
【0026】また、後述する3タンク方式では、充電で
は85%×1/3+90%×1/3+95%×1/3=
90%となり、放電では15%×1/3+10%×1/
3+5%×1/3=10%となる。よってタンクの容量
は、90%−10%=80%分の電解液が利用できる。
【0027】以上のように本実施の形態に係るレドック
スフロー電池では、電解液の利用率が向上できる。
【0028】なお、充電から放電、および放電から充電
の切換時には、各タンクの濃度差は自然に均一化される
のを待っても、また後述するように、強制的に攪拌し
て、均一化してもよい。また特に均一化を行なわなくて
もよい。
【0029】実施の形態2 図4は、実施の形態2に係るレドックスフロー電池の基
本的な構成を示す図である。実施の形態1に係るレドッ
クスフロー電池と異なる点は、循環経路内に、第2の電
解液貯蔵タンク4b,3bと配管で接続された第3の電
解液貯蔵タンク4c,3cが設けられている点である。
このような構成にしても、電解液の利用率は、さらに向
上する。
【0030】実施の形態3 図5は、実施の形態3に係るレドックスフロー電池の基
本的構成を示す図である。実施の形態3に係るレドック
スフロー電池は、電池セル2を備える。循環経路内に、
電極液を蓄える電解液貯蔵タンク3,4が設けられてい
る。電解液貯蔵タンク3,4内には、スポンジが満たさ
れている。電解液貯蔵タンク3,4内を満たすスポンジ
は、ガラス繊維、炭素繊維、塩ビ等の耐酸性のプラスチ
ックで形成するのが好ましい。電解液貯蔵タンク3,4
をスポンジで満たすことによって、電解液の混合が妨げ
られるという効果を奏する。ひいては、実施の形態1お
よび2と同様に、電解液利用率が向上する。
【0031】実施の形態4 図6は、実施の形態4に係るレドックスフロー電池の基
本的構成を示す図である。実施の形態4は実施の形態3
を改良したものである。図6を参照して、電解液貯蔵タ
ンク4は、スポンジで満たされている。電解液貯蔵タン
ク4には、該電解液貯蔵タンク4内の電解液を循環させ
るための管路43を備える。管路43内にはポンプPが
設けられている。管路43の一端は、電解液貯蔵タンク
4の一方端の近傍に接続されている。管路43の他端
は、電解液貯蔵タンク4の他方端の近傍に接続されてい
る。このような管路43を備えることにより、電解液貯
蔵タンク4内の電解液の濃度の均一化を行なうことがで
きる。濃度の均一化は、充放電の切換時に有効な方法で
ある。
【0032】実施の形態5 実施の形態5は実施の形態1に係るレドックスフロー電
池を改良したものである。図7を参照して、第1の電解
液貯蔵タンク4aと第2の電解液貯蔵タンク4bの間
に、これらのタンクを結ぶバイパス管路44が設けられ
ている。バイパス管路44には、該管路の開閉を行なう
バルブ45が設けられている。このようなバイパス管路
44を設けることにより、充放電切換時に、電解液の濃
度の均一化を行なうことができる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明に係る電
力貯蔵用二次電池によれば、タンク中の電解液の利用効
率が良くなる。その結果として、エネルギ密度も向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1に係るレドックスフロー電池の基
本的構成を示す図である。
【図2】従来の1タンク方式のレドックスフロー電池の
問題点を示す図である。
【図3】実施の形態1に係る2タンク方式のレドックス
フロー電池の作用効果を説明するための図である。
【図4】実施の形態2に係るレドックスフロー電池の基
本的構成を示す図である。
【図5】実施の形態3に係るレドックスフロー電池の基
本的構成を示す図である。
【図6】実施の形態4に係るレドックスフロー電池の基
本的構成を示す図である。
【図7】実施の形態5に係るレドックスフロー電池の基
本的構成を示す図である。
【図8】従来のレドックスフロー電池の基本的概念を説
明するための図である。
【図9】従来のレドックスフロー電池の基本的構成を示
す図である。
【図10】第2の従来例のレドックスフロー電池の基本
的構成を示す図である。
【符号の説明】
2 電池セル 3a 第1の正極液貯蔵タンク 3b 第2の正極液貯蔵タンク 4a 第1の負極液貯蔵タンク 4b 第2の負極液貯蔵タンク 40,41 循環経路

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池セルと、 前記電池セルへ正極液または負極液を循環供給するため
    の循環経路と、 前記循環経路内に設けられ、前記正極液または負極液を
    蓄える、互いに配管で連結された第1の電解液貯蔵タン
    クと第2の電解液貯蔵タンクと、を備えた電力貯蔵用二
    次電池。
  2. 【請求項2】 前記第1の電解液貯蔵タンクと前記第2
    の電解液貯蔵タンクとを結ぶバイパス管路をさらに備
    え、 前記バイパス管路には、該回路の開閉を行なうバルブが
    設けられている、請求項1に記載の電力貯蔵用二次電
    池。
  3. 【請求項3】 前記循環経路内に設けられ、前記第2の
    電解液貯蔵タンクに配管で接続された第3の電解液貯蔵
    タンクを、さらに備える、請求項1に記載の電力貯蔵用
    二次電池。
  4. 【請求項4】 電池セルと、 前記電池セルへ正極液または負極液を循環供給するため
    の循環経路と、 前記循環経路内に設けられ、前記正極液または負極液を
    蓄える電解液貯蔵タンクと、を備え、 前記電解液貯蔵タンク内はスポンジで満たされている、
    電力貯蔵用二次電池。
  5. 【請求項5】 前記電解液貯蔵タンクの一方端の近傍に
    その一端が接続され、前記電解液貯蔵タンクの他方端の
    近傍にその他端が接続され、前記電解液貯蔵タンク内の
    電解液を循環させるための管路を、さらに備える、請求
    項4に記載の電力貯蔵用二次電池。
JP9143704A 1997-06-02 1997-06-02 電力貯蔵用二次電池 Pending JPH10334938A (ja)

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Effective date: 20020910