JPWO2018123963A1

JPWO2018123963A1 - レドックスフロー電池システム及びその運転方法

Info

Publication number: JPWO2018123963A1
Application number: JP2018517648A
Authority: JP
Inventors: ティンティンシュウ; みゆき冨田
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2037-12-25
Also published as: EP3565049A1; EP3565049A4; WO2018123963A1; CN110114922A; US20190348700A1; JP2018170283A; JP6353180B1

Abstract

高濃度のバナジウム電解液を用いた場合であっても、その濃度に基づく高いエネルギー密度や電池容量を安定して得ることができる、レドックスフロー電池システム等を提供する。本発明は、電池セル２にバナジウムを活物質として含む電解液を循環させて充放電を行うレドックスフロー電池システム１であって、電解液は、溶解したバナジウム化合物と粒子状に分散したバナジウム化合物とを含み、両バナジウム化合物のバナジウム濃度の合計が１．７ｍｏｌ／Ｌ以上であり、電解液が循環する循環経路に、粒子状に分散したバナジウム化合物の粒径を小さく調整する粒径調整手段１６、２６を備える。

Description

本発明は、電池セルにバナジウムを活物質として含む電解液を循環させて充放電を行うレドックスフロー電池システム及びその運転方法に関する。

電力貯蔵用の電池として、種々の電池の開発が進められているが、電解液流通型の電池、いわゆるレドックスフロー電池がある。レドックスフロー電池は、正極と負極と両電極の間に介在される隔膜とを有する電池セルに、正極電解液及び負極電解液をそれぞれ供給循環し、電力変換器（例えば、交流／直流変換器等）を介して充放電を行う。電解液には、通常酸化還元により価数が変化する金属イオン（活物質）を含有する水溶液が使用されている。例えば、正極及び負極の活物質にバナジウム（Ｖ）を用いたバナジウム系レドックスフロー電池がよく知られている。

一般に、レドックスフロー電池では、電解液中の活物質の量が多いほど、エネルギー密度が増し、電池容量が高まる。例えば、特許文献１には、活物質であるバナジウム化合物を、直径が１００μｍ以下の微小な分散質を活物質として含み、活物質のバナジウム濃度の合計が２．５ｍｏｌ／Ｌ超である、高濃度のバナジウム電解液が開示されている。

特許第５８６０５２７号公報

しかしながら、高濃度のバナジウム電解液を使用して繰り返し充放電を行った場合、電解液中のバナジウム化合物が析出物として徐々に電池セル内や電解液中に析出し、場合によっては結晶成長によって塊状の析出物を形成する。そのため、析出物が電池セル内で詰まる等、電解液の流動性が維持できなくなり、エネルギー密度や電池容量が低下するという問題があった。また、析出物の結晶成長が進み、電極反応の困難な活物質の割合が比較的短期間で増加して、エネルギー密度や電池容量が大きく低下してしまうという問題があった。

特許文献１においては、活物質であるバナジウム化合物を、直径が１００μｍ以下の微小な分散質を活物質として含むことにより、高濃度のバナジウム電解液が実現されている。しかしながら、析出物の結晶成長によるエネルギー密度の低下や電池容量の低下を抑制する点では、さらなる改良が求められている。

本発明は、高濃度のバナジウム電解液を用いた場合であっても、その濃度に基づく高いエネルギー密度や電池容量を安定して得ることができる、レドックスフロー電池システム及びその運転方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、電解液を循環する経路中に、粒子状に分散したバナジウム化合物の粒径を小さく調整する粒径調整手段を配置することにより、エネルギー密度や電池容量が低下するのを抑制することができることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は、以下のものを提供する。

（１）本発明は、電池セルにバナジウムを活物質として含む電解液を循環させて充放電を行うレドックスフロー電池システムであって、前記電解液は、溶解したバナジウム化合物と粒子状に分散したバナジウム化合物とを含み、前記両バナジウム化合物のバナジウム濃度の合計が１．７ｍｏｌ／Ｌ以上であり、前記電解液が循環する循環経路に、前記粒子状に分散したバナジウム化合物の粒径を小さくする粒径調整手段を備える、レドックスフロー電池システムである。

（２）また、本発明は、前記粒径調整手段は、前記粒子状に分散したバナジウム化合物の体積基準の粒度分布の累積９０％粒径(Ｄ９０)を５μｍ以下に調整する、（１）に記載のレドックスフロー電池システムである。

（３）また、本発明は、前記循環経路は、前記電解液を貯蔵する電解液タンクと、前記電解液をタンクから前記電池セルに送る往路配管と、前記電解液を前記電池セルから前記電解液タンクに戻す復路配管とを有し、前記粒径調整手段は、前記往路配管、前記復路配管、及び電解液タンクの少なくともいずれかに配置される、（１）又は（２）に記載のレドックスフロー電池システムである。

（４）また、本発明は、前記電解液は、前記両バナジウム化合物のバナジウム濃度の合計が２．５ｍｏｌ／Ｌ以上４．０ｍｏｌ／Ｌ以下である、（１）〜（３）のいずれかに記載のレドックスフロー電池システムである。

（５）また、本発明は、前記粒径調整手段は、ホモジナイザーである、（１）〜（４）のいずれかに記載のレドックスフロー電池システムである。

（６）また、本発明は、前記電解液のうち、正極電解液は４価及び５価の一方又はその両方のバナジウム化合物を含み、負極電解液は２価及び３価の一方又はその両方のバナジウム化合物を含む、（１）〜（５）のいずれかに記載のレドックスフロー電池システムである。

（７）本発明は、電池セルにバナジウムを活物質として含む電解液を循環させて充放電を行うレドックスフロー電池システムの運転方法であって、前記電解液は、溶解したバナジウム化合物と粒子状に分散したバナジウム化合物とを含み、前記両バナジウム化合物のバナジウム濃度の合計が１．７ｍｏｌ／Ｌ以上であり、前記粒子状に分散したバナジウム化合物の粒径を小さくする粒径調整工程を含む、レドックスフロー電池システムの運転方法である。

（８）また、本発明は、前記粒径調整工程では、前記粒子状に分散したバナジウム化合物の体積基準の粒度分布の累積９０％粒径(Ｄ９０)を５μｍ以下に調整する、（７）に記載のレドックスフロー電池システムの運転方法である。

本発明によれば、高濃度のバナジウム電解液を用いた場合であっても、その濃度に基づく高いエネルギー密度や電池容量を安定して得ることができる、レドックスフロー電池システム及びその運転方法を提供することができる。

本実施形態に係るレドックスフロー電池システムの構成を示す構成図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。

＜レドックスフロー電池システム＞
図１は、本実施形態に係るレドックスフロー電池システムの構成の一例を示す構成図である。本実施形態に係るレドックスフロー電池システム１は、電池セル２を最小単位として、これを単独、又は複数枚積層した電池セルスタックと称される形態で使用され、電池セル２にバナジウムを活物質として含む電解液を循環させて充放電を行う。例えば、このレドックスフロー電池システム１は、交流／直流変換器３を介して発電所等の交流電源４からの電力を充電し、充電した電力を、交流／直流変換器３を介して負荷電源５に放電する。

レドックスフロー電池システム１は、正極電極１０を内蔵する正極セル１１と、負極電極２０を内蔵する負極セル２１と、両電極１０、２０の間に介在されて両セルを分離するとともに、所定のイオンを透過する隔膜３０とを有する電池セル２を主構成とする。

そして、レドックスフロー電池システム１は、正極セル１１に循環供給する正極電解液を貯蔵する正極電解液タンク１２と、正極電解液を正極電解液タンク１２から正極セル１１に送る正極往路配管１３と、正極電解液を正極セル１１から正極電解液タンク１２に戻す正極復路配管１４とを備える。正極往路配管１３には、正極電解液を循環させるためのポンプ１５と、後述する粒径調整手段１６が配置される。

同様に、このレドックスフロー電池システム１は、負極セル２１に循環供給する負極電解液を貯蔵する負極電解液タンク２２と、負極電解液を負極電解液タンク２２から負極セル２１に送る負極往路配管２３と、負極電解液を負極セル２１から負極電解液タンク２２に戻す負極復路配管２４とを備える。負極往路配管２３には、負極電解液を循環させるためのポンプ２５と、後述する粒径調整手段２６が配置される。

上記構成のレドックスフロー電池システム１において、正極電解液タンク１２内の電解液は、ポンプ１５を起動することにより、正極往路配管１３を通して粒径調整手段１６を介して電池セル２に送られる。電池セル２に送られた正極電解液は、電池セル２の下方から内部を通って上方に排出され、正極復路配管１４を通して正極電解液タンク１２に戻されて、図中矢印Ａ方向に循環する。同様に、負極電解液タンク２２内の電解液は、ポンプ２５を起動することにより、負極往路配管２３を通して粒径調整手段２６を介して電池セル２に送られる。電池セル２に送られた電解液は、電池セル２の下方から内部を通って上方に排出され、負極復路配管２４を通して負極電解液タンク２２に戻されて、図中矢印Ｂ方向に循環する。

これにより、電池セル２内で充放電反応が行われ、電力の取出し又は貯蔵が可能となる。電池セル２における充放電反応は、次の通りである。
正極セル
充電：Ｖ^４＋→Ｖ^５＋＋ｅ⁻
放電：Ｖ^５＋＋ｅ⁻→Ｖ^４＋
負極セル
充電：Ｖ^３＋＋ｅ⁻→Ｖ^２＋
放電：Ｖ^２＋→Ｖ^３＋＋ｅ⁻

以下、正極電極１０、負極電極２０、隔膜３０、正極電解液、負極電解液、粒径調整手段１６、２６についてそれぞれ詳細に説明する。

（正極電極・負極電極）
正極電極１０及び負極電極２０としては、公知の電極を用いることができ、特に限定されないが、電解液中のバナジウムが電池セル２内を通過する際に酸化還元反応を生じる場を提供するのみで自ら反応せず、電解液の通過性に優れた構造、形態を有しており、極力表面積が広く、電気抵抗が低いことが好ましい。さらに、酸化還元反応活性化の観点からは、電解液（水溶液）との親和性に優れていることが好ましく、さらに副反応となる水の分解を生じさせない観点から、水素過電圧、酸素過電圧が大きい方が好ましい。例えば、カーボンフェルトのようなカーボン材又はそれを黒鉛化したものや、メッシュ状のチタニウム又はジルコニウムの基板に貴金属めっきを施したもの又はカーボンコートしたものが挙げられる。

（隔膜）
隔膜３０としては、公知の隔膜を用いることができ、特に限定されないが、例えば有機高分子からなるイオン交換膜が好ましく、カチオン交換膜及びアニオン交換膜のいずれも用いることができる。

カチオン交換膜としては、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体をスルホン化して得られるカチオン交換膜、テトラフルオロエチレンとパーフルオロ・スルホニル・エトキシビニルエーテルとの共重合体にスルホン酸基を導入したカチオン交換膜、テトラフルオロエチレンとカルボキシル基を側鎖に持つパーフルオロビニルエーテルとの共重合体からなるカチオン交換膜、芳香族ポリスルホン共重合体にスルホン酸基を導入したカチオン交換膜等が挙げられる。

アニオン交換膜としては、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体にクロロメチル基を導入してアミノ化したアニオン交換膜、ビニルピリジン−ジビニルベンゼン共重合体を４級ピリジジウム化したアニオン交換膜、芳香族ポリスルホン共重合体にクロロメチル基を導入してアミノ化したアニオン交換膜等が挙げられる。

（正極電解液）
正極電解液は、溶解した４価及び５価の一方又はその両方のバナジウム化合物と、粒子状に分散した４価及び５価の一方又はその両方のバナジウム化合物とを含む。正極電解液は、これらバナジウム化合物のバナジウムの濃度の合計（以下、単に「バナジウム濃度」という場合がある）、が１．７ｍｏｌ／Ｌ以上であり、好ましくは２．５ｍｏｌ／Ｌ以上４．０ｍｏｌ／Ｌ以下である。バナジウム濃度が１．７ｍｏｌ／Ｌ以上であることにより、高い電池容量やエネルギー密度を実現することができる。バナジウム濃度が４．０ｍｏｌ／Ｌ超になると、バナジウム化合物の析出が過多となり、又は粒子状のバナジウム化合物の粒径が過大となり、上述した充放電反応が十分に進まなくなる傾向があるため好ましくない。

なお、バナジウム濃度は、ICP発光分光法で得た結果から求める。具体的には、電解液に硫酸又は水を加え、粒子状のバナジウム化合物を完全に溶解させ、適宜希釈し、ICP発光分光法で希釈後の溶液のバナジウムイオン濃度を測定する。希釈倍率から、電解液のバナジウム濃度を計算する。このバナジウム濃度の測定方法は、後述する負極電解液にも適用される。

正極電解液の硫酸濃度は、好ましくは０．５ｍｏｌ／Ｌ以上６ｍｏｌ／Ｌ以下、より好ましくは１ｍｏｌ／Ｌ以上３ｍｏｌ／Ｌ以下である。正電解液の硫酸濃度が過小であると、正極セル１１側では、５価のバナジウム化合物である五酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）が析出しやすくなる。

なお、正極電解液には、析出物の析出を防止するために、従来公知の硝酸等のオキソ酸や保護コロイド剤、錯化剤等の添加物を含んでもよい。

（負極電解液）
負極電解液は、溶解した２価及び３価の一方又はその両方のバナジウム化合物と、粒子状に分散した２価及び３価の一方又はその両方のバナジウム化合物とを含み、これらバナジウム化合物のバナジウム濃度の合計が１．７ｍｏｌ／Ｌ以上であり、好ましくは２．５ｍｏｌ／Ｌ以上４．０ｍｏｌ／Ｌ以下である。バナジウム濃度が１．７ｍｏｌ／Ｌ以上であることにより、高い電池容量やエネルギー密度を実現することができる。バナジウム濃度が４．０ｍｏｌ／Ｌ超になると、バナジウム化合物の析出が過多となり、又は粒子状のバナジウム化合物の粒径が過大となり、上述した充放電反応が十分に進まなくなる傾向があるため好ましくない。なお、上述した正極電解液及び負極電解液のバナジウムの濃度（ｍｏｌ／Ｌ）は、電解液中のバナジウム原子の濃度（ｍｏｌ／Ｌ）である。

一般に、バナジウム電解液は、硫酸水溶液に酸化硫酸バナジウム塩を溶解して４価のバナジウムイオン溶液を調整し、そのバナジウムイオン溶液を電解して価数の異なるバナジウムイオン溶液を得ている。例えば、正極電解液では、４価のバナジウムイオン（ＶＯ^２＋）の酸化反応により、正極活物質である５価のバナジウムイオン（ＶＯ_２ ^＋）を含む溶液を調整する。負極電解液では、３価のバナジウムイオン（Ｖ^３＋）の還元反応により負極活物質である２価のバナジウムイオン（Ｖ^２＋）を含む溶液を調整する。

負極電解液の硫酸濃度は、好ましくは０．５ｍｏｌ／Ｌ以上６ｍｏｌ／Ｌ以下、より好ましくは１ｍｏｌ／Ｌ以上３ｍｏｌ／Ｌ以下である。負極電解液の硫酸濃度が過大であると、３価のバナジウム化合物である、負極セル２１側では硫酸バナジウム（Ｖ_２（ＳＯ_４）_３）が析出しやすくなる。

なお、負極電解液には、析出物の析出を防止するために、従来公知の硝酸等のオキソ酸や保護コロイド剤、錯化剤等の添加物を含んでもよい。

（粒径調整手段）
上述したように、本実施形態で使用される電解液のバナジウム濃度は、１．７ｍｏｌ／Ｌ以上と高いため、バナジウム化合物の析出が過多となり、粒子状のバナジウム化合物の粒径が過大となりやすい。そこで、本実施形態に係るレドックスフロー電池システム１は、電解液循環経路を構成する正極往路配管１３及び負極往路配管２３（以下、単に「往路配管１３、２３」という場合がある。）の一部に、粒子状のバナジウム化合物の粒径を小さくする調整する粒径調整手段１６、２６を配置する。

具体的には、この粒径調整手段１６、２６は、粒子状のバナジウム化合物の体積基準の粒度分布の累積９０％粒径(Ｄ９０)を５μｍ以下に調整することが好ましく、１μｍ以下に調整することがより好ましい。ここで、累積分布径（Ｄ９０）とは、粒子状のバナジウム化合物を、レーザー回折法による粒度分布測定における積算分布が９０％に収束する粒子径のことをいう。

このように、往路配管１３、２３に粒径調整手段１６、２６を配置することにより、析出過程での結晶成長により粒径が大きくなったバナジウム化合物も、電池セル２に供給される前に粒径が小さく、好ましくは体積基準の粒度分布の累積９０％粒径(Ｄ９０)が５μｍ以下に調整される。その結果、上述した電極反応（充放電反応）に寄与し続けることが可能となり、その濃度に基づく高いエネルギー密度や電池容量を安定して得ることができる。

粒径調整手段１６、２６としては、粒子状のバナジウム化合物の粒径を小さく調整することができれば、特に限定されないが、例えば撹拌式ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー等のホモジナイザーやビーズミル等の分散・粉砕器が挙げられる。

なお、図１に示す例では、粒径調整手段１６、２６を往路配管１３、２３に配置する例について示したが、粒径調整手段１６、２６は、電解液循環経路を構成する正極復路配管１４、負極復路配管２４（以下、単に「復路配管１４、２４」という場合がある。）に配置してもよく、往路配管１３、２３と復路配管１４、２４の両方に配置してもよい。粒径調整手段１６、２６は、粒径の大きくなった粒子状のバナジウム化合物が電池セル２内に供給されるのを抑制する点からは、往路配管１３、２３に配置されるのが好ましい。また、粒径調整手段１６、２６は、粒子状のバナジウム化合物の粒径をより好ましく調整する点からは、往路配管１３、２３と復路配管１４、２４の両方に配置することが好ましい。また、粒径調整手段１６、２６は、正極電解液タンク１２、負極電解液タンク２２に配置されてもよい。

＜レドックスフロー電池システムの運転方法＞
本実施形態に係るレドックスフロー電池システムの運転方法は、上述した、電池セルにバナジウムを活物質として含む電解液を循環させて充放電を行うレドックスフロー電池システムの運転方法である。そして、粒子状に分散したバナジウム化合物の粒径を小さくする粒径調整工程を含む。

具体的には、粒径調整工程では、粒子状に分散したバナジウム化合物の累積分布径（Ｄ９０）を５μｍ以下に調整することが好ましい。

このような粒径調整工程を含むことにより、析出過程での結晶成長により粒径が大きくなったバナジウム化合物も、電池セル２に供給される前に粒径が小さく、好ましくは体積基準の粒度分布の累積９０％粒径(Ｄ９０)が５μｍ以下に調整される。その結果、上述した電極反応（充放電反応）に寄与し続けることが可能となり、その濃度に基づく高いエネルギー密度や電池容量を安定して得ることができる。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

［実施例１］
電池セル２として、正極電極１０および負極電極２０にカーボンフェルト（面積２５０ｃｍ^２）、隔膜３０にイオン交換膜、正極電解液に４価のバナジウム濃度が１．７ｍｏｌ／Ｌである３．０ｍｏｌ／Ｌ−Ｈ_２ＳＯ_４水溶液２５０ｍＬ、負極電解液にバナジウム濃度が１．７ｍｏｌ／Ｌである３．０ｍｏｌ／Ｌ−Ｈ_２ＳＯ_４水溶液２５０ｍＬを用いた実験用単セルを用意した。そして、この電池セル２を用いたレドックスフロー電池システム１において、往路配管１３、２３に、粒径調整手段１６、２６であるホモジナイザーを配置し、正極セル１１及び負極セル２１に、それぞれ正極電解液及び負極電解液を２００ｍＬ／分の量で循環供給しながら、電流密度１０００Ａ／ｍ^２で充電を行った。電圧が１．６Ｖになったところで充電をやめ、続いて１０００Ａ／ｍ^２で放電を行い、電圧が１．０Ｖになったところで放電終了とした。この充電と放電を１０００サイクル繰り返した。なお、粒径調整手段１６、２６（ホモジナイザー）により、電解液中のバナジウム化合物は、体積基準の粒度分布の累積９０％粒径(Ｄ９０)）が５μｍ以下に調整されている。

［実施例２］
正極電解液と負極電解液のバナジウム濃度を２．８ｍｏｌ／Ｌとした以外は、実施例１と同様に、充放電を繰り返した。

［実施例３］
正極電解液と負極電解液のバナジウム濃度を４．０ｍｏｌ／Ｌとした以外は、実施例１と同様に、充放電を繰り返した。

［実施例４］
往路配管１３、２３、及び復路配管１４、２４に、それぞれ粒径調整手段１６、２６（ホモジナイザー）を配置した以外は、実施例２と同様に、充放電を繰り返した。

［比較例１］
粒径調整手段を配置しない以外は、実施例１と同様な構成を有するレドックスフロー電池システムを用い、実施例１と同様に充放電を繰り返した。

［比較例２］
粒径調整手段を配置しない以外は、実施例２と同様な構成を有するレドックスフロー電池システムを用い、実施例２と同様に充放電を繰り返した。

［比較例３］
粒径調整手段を配置しない以外は、実施例３と同様な構成を有するレドックスフロー電池システムを用い、実施例３と同様に充放電を繰り返した。

［結果・考察］
実施例１〜４及び比較例１〜３の電池セル２において、１サイクル目のエネルギー密度及び電池容量と、１０００サイクル後のエネルギー密度及び電池容量とを比較した。
なお、エネルギー密度（Ｗｈ／ｍ^３）は、放電平均電圧（Ｖ）×放電時間（ｈ）×電流値（Ａ）÷電解液体積（ｍ^３）から算出した。電池容量（Ａ・ｈ）は、放電電流（Ａ）×放電時間（ｈ）から算出した。

電解液のバナジウム濃度が１．７ｍｏｌ／Ｌであり、粒径調整手段１６、２６が往路配管１３、２３に配置された実施例１では、１サイクル目に対する１０００サイクル後のエネルギー密度の低下が５％程度、電池容量の低下が５％程度であった。これに対し、粒径調整手段が配置されていない比較例１では、エネルギー密度の低下が１２％程度、電池容量の低下が１２％程度であった。

電解液のバナジウム濃度が２．８ｍｏｌ／Ｌであり、粒径調整手段１６、２６が往路配管１３、２３に配置された実施例２では、１サイクル目に対する１０００サイクル後のエネルギー密度の低下が１５％程度、電池容量の低下が１５％程度であった。これに対し、粒径調整手段が配置されていない比較例２では、エネルギー密度の低下が３１％程度、電池容量の低下が３１％程度であった。

電解液のバナジウム濃度が４．０ｍｏｌ／Ｌであり、粒径調整手段１６、２６が往路配管１３、２３に配置された実施例３では、１サイクル目に対する１０００サイクル後のエネルギー密度の低下が２９％程度、電池容量の低下が２９％程度であった。これに対し、粒径調整手段が配置されていない比較例３では、エネルギー密度の低下が５４％程度、電池容量の低下が５４％程度であった。

また、電解液のバナジウム濃度が２．８ｍｏｌ／Ｌであり、粒径調整手段１６、２６が往路配管１３、２３及び復路配管１４、２４に配置された実施例４では、１サイクル目に対する１０００サイクル後のエネルギー密度の低下が１１％程度、電池容量の低下が１１％程度であった。粒径調整手段１６、２６が往路配管１３、２３のみに配置された実施例２に比べ、さらに、エネルギー密度及び電池容量の低下が抑制できることが確認された。

また、粒径調整手段１６、２６が配置された実施例１〜４の電池セル２の電極１０、２０や隔膜３０の表面には、ほとんど変化が見られなかったのに対し、粒径調整手段が配置されていない比較例１〜３の電池セル２の電極１０、２０や隔膜３０の表面には、電解液中のバナジウムイオン濃度が高くなるほど、バナジウム化合物の析出物が強く固着していることが確認された。比較例１〜３の電池セル２では、この固着したバナジウム化合物によって、充放電反応が進まなくなり、エネルギー密度及び電池容量が低下したものと考えられる。

１レドックスフロー電池
２電池セル
３交流／直流変換器
４交流電源
５負荷電源
１０正極電極
１１正極セル
１２正極電解液タンク
１３正極往路配管
１４正極復路配管
１５ポンプ
１６粒径調整手段
２０負極電極
２１負極セル
２２負極電解液タンク
２３負極往路配管
２４負極復路配管
２５ポンプ
２６粒径調整手段
３０隔膜

Claims

電池セルにバナジウムを活物質として含む電解液を循環させて充放電を行うレドックスフロー電池システムであって、
前記電解液は、溶解したバナジウム化合物と粒子状に分散したバナジウム化合物とを含み、前記両バナジウム化合物のバナジウム濃度の合計が１．７ｍｏｌ／Ｌ以上であり、
前記電解液が循環する循環経路に、前記粒子状に分散したバナジウム化合物の粒径を小さく調整する粒径調整手段を備える、レドックスフロー電池システム。
前記粒径調整手段は、前記粒子状に分散したバナジウム化合物の体積基準の粒度分布の累積９０％粒径(Ｄ９０)を５μｍ以下に調整する、請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。
前記循環経路は、前記電解液を貯蔵する電解液タンクと、前記電解液を前記電解液タンクから前記電池セルに送る往路配管と、前記電解液を前記電池セルから前記電解液タンクに戻す復路配管とを有し、
前記粒径調整手段は、前記往路配管及び前記復路配管の一方又はその両方に配置される、請求項１又は２に記載のレドックスフロー電池システム。
前記電解液は、前記両バナジウム化合物のバナジウム濃度の合計が２．５ｍｏｌ／Ｌ以上４．０ｍｏｌ／Ｌ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池システム。
前記粒径調整手段は、ホモジナイザーである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池システム。
前記電解液のうち、正極電解液は４価及び５価の一方又はその両方のバナジウム化合物を含み、負極電解液は２価及び３価の一方又はその両方のバナジウム化合物を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレドックスフロー電池システム。
電池セルにバナジウムを活物質として含む電解液を循環させて充放電を行うレドックスフロー電池システムの運転方法であって、
前記電解液は、溶解したバナジウム化合物と粒子状に分散したバナジウム化合物とを含み、前記両バナジウム化合物のバナジウム濃度の合計が１．７ｍｏｌ／Ｌ以上であり、
前記粒子状に分散したバナジウム化合物の粒径を小さくする粒径調整工程を含む、レドックスフロー電池システムの運転方法。
前記粒径調整工程では、前記粒子状に分散したバナジウム化合物の体積基準の粒度分布の累積９０％粒径(Ｄ９０)を５μｍ以下に調整する、請求項７に記載のレドックスフロー電池システムの運転方法。