TW201931657A - 氧化還原液流電池及其運作方法 - Google Patents

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Abstract

在此氧化還原液流電池，具備：被供給正極電解液及負極電解液的電池胞、貯留正極電解液的2個正極槽、貯留負極電解液的2個負極槽、進行2個正極槽的切換之正極槽切換手段、進行2個負極槽的切換之負極槽切換手段、以及控制正極槽切換手段及負極槽切換手段之各者的切換之控制手段。

Description

氧化還原液流電池及其運作方法
本發明係關於氧化還原液流電池及其運作方法。
本發明根據2017年12月28日於日本提出申請之特願2017-253624號專利申請案主張優先權，於此處援用其內容。
氧化還原液流電池，利用作為電力負荷平準化或瞬間停止對策等，作為新穎的電力貯藏用電池而受到矚目。特別是以釩鹽為活性物質的氧化還原液流電池係屬已知(例如，參照專利文獻1)。
根據圖2說明氧化還原液流電池的動作原理。
氧化還原液流電池100，具備：以離子交換膜構成的隔膜101分離為正極胞100A與負極胞100B之電池胞110、貯留電解液的電解液槽104A、104B、由電解液槽104A、104B對電池胞110循環供給電解液之循環配管106A、106B、連接於循環配管106A、106B使電解液循環之循環泵105A、105B。
於正極胞100A內藏著正極電極102。此外，於負極胞100B內藏著負極電極103。
此外，於正極胞100A，貯留正極電解液的正極電解液槽104A透過正極電解液循環配管106A連接著。於負極胞100B，貯留負極電解液的負極電解液槽104B透過負極電解液循環配管106B連接著。於循環配管106A、106B，分別設置循環泵105A、105B。各電解液，透過正極電解液循環配管106A、負極電解液循環配管106B，在分別的槽與胞之間循環。
於各極電解液，使用釩離子等原子價改變的離子之水溶液。以泵105A、105B使電解液循環，同時伴隨正極電極102、負極電極103之離子的價數變化反應而進行充放電。
例如，使用含釩離子的電解液的情況，在胞內的正極及負極於充放電時產生的反應成為如下。又，實際上推定為V4+ 係以VO2+ 的形式存在，V5+ 係以VO2+ 的形式存在，推定為分別以水合的狀態或硫酸根配位的狀態存在。
正極：V4+ → V5+ + e-(充電) V4+ ← V5+ + e-(放電)
負極：V3+ + e- → V2+ (充電) V3+ + e- ← V2+ (放電)
充電時在正極生成的氫離子(H+ )，通過隔膜移動至負極側，保持電解液的電中性。由發電部(例如電廠等)供給的電力，以價數不同的釩離子的價數變化貯藏於電解液槽。
另一方面，於放電時，可以藉由與充電時相反的反應取出貯藏的電力，供給至負荷(用戶等)。
在氧化還原液流電池，電解液的充電狀態(SOC：State Of Charge)，由電解液中的離子價數的比率決定。例如，釩系氧化還原液流電池的情況，在正極電解液，以正極電解液中的V離子(V4+ /V5+ )之V5+ 的比率來表示，在負極電解液，以負極電解液中的V離子(V2+ /V3+ )之V2+ 的比率來表示。充電時的電池反應，於電池胞內在正極V4+ 被氧化為V5+ ，在負極V3+ 被還原為V2+ 。放電時的電池反應，成為與充電時相反的反應。
釩系氧化還原液流電池中，由抑制劣化或充電效率等觀點來看，滿充電電壓(充滿電的電壓、充電結束的電壓)與放電結束電壓已預先設定。於電池之通常運作時，充電狀態為在放電結束(例如，充電狀態：20%)起直到滿充電(例如，充電狀態：80%)之可充放電範圍內進行充放電。在此，滿充電電壓係設定為停止由電力系統充電之電壓，放電結束電壓係設定為停止對電力系統放電的電壓。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開昭62-186473號公報
[發明所欲解決之課題]
電池胞的端子電壓，由電解液的充電狀態(SOC)、電解液的送液量、電流密度等來決定。特別是若說到與電解液的充電狀態(SOC)之關係，則一般而言，是對電解液的充電狀態(SOC)的增大單調增大，若達到滿充電則成為預先設定的滿充電電壓(以下亦稱為「額定充電結束電壓」)。
此處，電解液之SOC如前所述，例如，在釩系氧化還原液流電池的情況，以正極電解液中的V離子(V4+ /V5+ )之V5+ 的比率，或者負極電解液中的V離子(V2+ /V3+ )之V2+ 的比率來決定。以相同充電電流進行充電的情況，若假定為通電的電量全部用於充電，則到滿充電為止所需要的時間以電解液之量來決定。
在氧化還原液流電池，一般在正極/負極作為電解液槽使用各個。
在這樣作為電解液槽一對之氧化還原液流電池，電解液成為低充電狀態(SOC)的情況，無法對應於突發的高輸出的需求。
本發明係有鑑於上述問題點而作成，目的在於提供即使電解液的充電狀態偏低的情況，也可以進行高輸出的放電之氧化還原液流電池及其運作方法。

[供解決課題之手段]
本發明，為了解決前述課題而提供以下手段。
(1)相關於本發明之一態樣之氧化還原液流電池，具備：被供給正極電解液及負極電解液的電池胞、貯留正極電解液的複數正極槽、貯留負極電解液的複數負極槽、進行前述複數正極槽的切換之正極槽切換手段、進行前述複數負極槽的切換之負極槽切換手段、以及控制前述正極槽切換手段及前述負極槽切換手段之各者的切換之控制手段。
(2)於前述(1)之氧化還原液流電池，其中前述控制手段進而控制由外部電力系統充電與往外部電力系統放電之切換亦可。
(3)於前述(1)或(2)之任一之氧化還原液流電池，其中進而具備測定前述複數正極槽之正極電解液，及前述負極槽之負極電解液的充電狀態之測定手段亦可。
(4)相關於本發明之一態樣之氧化還原液流電池之運作方法，其特徵為使用前述(1)～(3)之任一之氧化還原液流電池，前述複數正極槽及前述複數負極槽之中，至少一槽對(tank-pair)為預先滿充電，受到往外部電力系統放電的要求時，切換為前述滿充電之槽對而進行放電。
(5)相關於本發明之一態樣之氧化還原液流電池之運作方法，其特徵為使用前述(1)～(3)之任一之氧化還原液流電池，受到往外部電力系統放電的要求時，切換為前述複數正極槽及前述複數負極槽之中，電解液的充電狀態最高的槽對而進行放電。

[發明之效果]
若根據本發明之氧化還原液流電池，則可以提供即使全電解液的充電狀態偏低的情況，也可以進行高輸出的放電之氧化還原液流電池。
以下，適當參照圖式，同時說明本發明。以下說明所使用的圖式，亦有為了使本發明的特徵容易理解，而方便上擴大顯示特徵的部份的情況，各構成要素的尺寸比率可能與實際上不同。以下說明所例示的材料、尺寸等僅為一例，本發明不限於此，在可達成本發明的效果的範圍可以適當變更而實施。
(氧化還原液流電池)
圖1係相關於本發明之一實施形態之氧化還原液流電池的縱剖面模式圖。
圖1所示的氧化還原液流電池1，具備：被供給正極電解液及負極電解液的電池胞10、貯留正極電解液的2個正極槽14A1、14A2、貯留負極電解液的2個負極槽14B1、14B2、進行2個正極槽14A1、14A2的切換之正極槽切換手段11A1、11A2、進行2個負極槽14B1、14B2的切換之負極槽切換手段11B1、11B2、控制正極槽切換手段11A1、11A2及負極槽切換手段11B1、11B2之各者的切換之控制手段(未圖示)。
此外，於正極胞100A，有貯留正極電解液的第1正極槽14A1透過正極電解液循環配管16A1及正極電解液循環配管16A2連接著，貯留正極電解液的第2正極槽14A2透過正極電解液循環配管16A1及正極電解液循環配管16A3連接著。另一方面，於負極胞100B，有貯留負極電解液的第1負極槽14B1透過負極電解液循環配管16B1及負極電解液循環配管16B2連接著，貯留負極電解液的第2負極槽14B2透過負極電解液循環配管16B1及負極電解液循環配管16B3連接著。
又，正極電解液循環配管16A1包含全部配置而連接正極槽切換手段11A1、11A2與正極槽100A之間的正極電解液循環配管的部分。同樣地，負極電解液循環配管16B1包含全部配置而連接負極槽切換手段11B1、11B2與負極胞100B之間的負極電解液循環配管的部分。
此外，在連接於正極胞100A的正極電解液循環配管16A1，設置循環泵15A。使用循環泵15A，藉由正極槽切換手段11A1及11A2所進行之切換，第1正極槽14A1的電解液透過正極電解液循環配管16A1及正極電解液循環配管16A2在第1正極槽14A1與正極胞100A之間循環，或者是第2正極槽14A2的電解液透過正極電解液循環配管16A1及正極電解液循環配管16A3在第2正極槽14A2與正極胞100A之間循環。
同樣地，在連接於負極胞100B的負極電解液循環配管16B1，設置循環泵15B。使用循環泵15B，藉由負極槽切換手段11B1及11B2所進行之切換，第1負極槽14B1的電解液透過負極電解液循環配管16B1及負極電解液循環配管16B2在第1負極槽14B1與負極胞100B之間循環，或者是第2負極槽14B2的電解液透過負極電解液循環配管16B1及負極電解液循環配管16B3在第2負極槽14B2與負極胞100B之間循環。
在圖1所示的氧化還原液流電池1，正極槽及負極槽分別為2個，但不限於2個，只要是複數個即可。
於正極槽及負極槽之對(pair)為1個的氧化還原液流電池(以下亦稱為「單槽型氧化還原液流電池」)，在藉由往外部的電力系統放電使電解液的SOC變低的狀態下，於突發性地有高輸出(高端子電壓)的放電需求時無法立即對應。
相對於此，若使用本發明的氧化還原液流電池的話，只要預先將放電所未使用的槽之電解液設為滿充電，則即使放電所使用的槽之電解液的充電狀態(SOC)為低的情況，也成為藉由以槽切換手段切換為滿充電狀態之槽，而可立刻進行高輸出的放電。
此外，正極槽及負極槽之各個以2個相同容量之槽進行貯留的構成之氧化還原液流電池(以下亦稱為「複槽型氧化還原液流電池」)的情況(亦即各槽可以貯留的電解液量為單槽型氧化還原液流電池之槽的電解液量的1/2的情況)，以與單槽型氧化還原液流電池的電解液量相同之電解液量，把1個槽滿充電所需要的時間，只要將單槽型氧化還原液流電池的空的槽滿充電所需要的時間的1/2即可。
在此，本發明的技術思想的本質，並不是單純具備複數個正極槽及負極槽之對(pair)，而是藉由把與單槽型氧化還原液流電池相同的電解液量貯留於複數之槽，若以全部電解液量來考量則即使相當於低充電狀態(SOC)的情況，也成為可以使用在滿充電狀態的電解液進行高輸出之放電。若為單槽型氧化還原液流電池則處在低充電狀態(SOC)時只要不進行充電就無法進行高輸出的放電。相對於此，本發明之氧化還原液流電池，即使相當於低充電狀態(SOC)的情況也成為可進行高輸出放電。
例如在50%的充電狀態(SOC)進行放電時，即使單槽型氧化還原液流電池的情況端子電壓為1.2V，在本發明的氧化還原液流電池也可以藉由切換為電解液在滿充電狀態之槽而得到1.4V之端子電壓。
正極槽切換手段及負極槽切換手段，例如可以使用電磁閥等公知的手段。
設置正極槽切換手段及負極槽切換手段的場所，只要可進行槽的切換即可，沒有特別限制。
正極槽切換手段及負極槽切換手段，亦可以手動方式工作。
控制手段可以進而控制由外部電力系統充電與往外部電力系統放電之切換為佳。
在此情況，使用的槽的充電成為滿充電時，可以立刻由充電切換為放電，開始往外部的電力系統放電。
進而，進而具備測定前述複數正極槽之正極電解液，及前述負極槽之負極電解液的充電狀態之測定手段為佳。
在此情況，成為可以藉由正極槽切換手段及負極槽切換手段來選擇電解液之中充電狀態(SOC)最高的槽，以更短的時間達成滿充電。
(氧化還原液流電池之運作方法)
相關於本發明之一態樣之氧化還原液流電池之運作方法，為使用本發明之氧化還原液流電池，複數正極槽及複數負極槽之中，至少一槽對(tank-pair)為預先滿充電，受到往外部電力系統放電的要求時，切換為滿充電之槽對(pair)而進行放電。
沒有往外部電力系統放電的要求時，切換為滿充電的槽對而進行放電亦可。
本發明之其他態樣之氧化還原液流電池之運作方法，使用本發明之氧化還原液流電池，受到往外部電力系統放電的要求時，切換為複數正極槽及複數負極槽之中，電解液的充電狀態最高的正極槽及負極槽之對(pair)而進行放電。
沒有往外部電力系統放電的要求時，切換為複數正極槽及複數負極槽之中，電解液的充電狀態最高的正極槽及負極槽之對而進行放電亦可。

[實施例]
(實施例1)
(1)作為正極電解液及負極電解液，把釩離子系的電解液(均為釩離子的平均價數+3.5)分別放入50ml的2個正極槽及2個負極槽。把一方之對(pair)的槽內的電解液以50ml/min的量在氧化還原液流電池胞內循環同時進行充電直到電壓成為1.60V為止。其次，進行放電直到電壓成為1.00V為止。
(2)再次進行充電直到電壓成為1.60V為止，接著進行放電。測定放電開始後的電池胞的端子電壓。此時的電池胞的端子電壓為1.28V。
又，在實施例1及後述之比較例1，充放電時的電流密度全為200mA/cm2 。
(比較例1)
(1)作為正極電解液及負極電解液，把與在實施例1使用者相同的釩離子系的電解液分別放入100ml的1個正極槽及1個負極槽。把各槽內的電解液以50ml/min的量循環同時進行充電直到電壓成為1.60V為止。其次，進行放電直到電壓成為1.00V為止。
(2)以與用於實施例1(2)的充電者相同的電量(相同充電時間)再度充電，接著進行放電。測定放電開始後的電池胞的端子電壓。此時的電池胞的端子電壓為1.15V。
與相同充電量的比較例1相比，可知實施例1在放電開始之後的電池胞的端子電壓高至0.13V(10%以上)，可知能以更高輸出進行放電。
1‧‧‧氧化還原液流電池
10‧‧‧電池胞
11A1、11A2‧‧‧正極槽切換手段
11B1、11B2‧‧‧負極槽切換手段
14A1、14A2‧‧‧正極槽
14B1、14B2‧‧‧負極槽
16A1、16A2、16A3‧‧‧正極電解液循環配管
16B1、16B2、16B3‧‧‧負極電解液循環配管
100A‧‧‧正極胞
100B‧‧‧負極胞
圖1係本發明之一實施形態之氧化還原液流電池的縱剖面模式圖。
圖2係以往的氧化還原液流電池的縱剖面模式圖。

Claims (5)

  1. 一種氧化還原液流電池，其特徵為具備： 被供給正極電解液及負極電解液的電池胞、 貯留正極電解液的複數正極槽、 貯留負極電解液的複數負極槽、 進行前述複數正極槽的切換之正極槽切換手段、 進行前述複數負極槽的切換之負極槽切換手段、以及 控制前述正極槽切換手段及前述負極槽切換手段之各者的切換之控制手段。
  2. 如申請專利範圍第1項之氧化還原液流電池，其中 前述控制手段進而控制由外部電力系統充電與往外部電力系統放電之切換。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之氧化還原液流電池，其中 進而具備測定前述複數正極槽之正極電解液，及前述負極槽之負極電解液的充電狀態之測定手段。
  4. 一種氧化還原液流電池之運作方法，其特徵為 使用申請專利範圍第1～3項之任一項之氧化還原液流電池， 前述複數正極槽及前述複數負極槽之中，至少一槽對(tank-pair)為預先滿充電， 受到往外部電力系統放電的要求時，切換為前述滿充電之槽對而進行放電。
  5. 一種氧化還原液流電池之運作方法，其特徵為 使用申請專利範圍第1～3項之任一項之氧化還原液流電池， 受到往外部電力系統放電的要求時，切換為前述複數正極槽及前述複數負極槽之中，電解液的充電狀態最高的槽對而進行放電。
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JPS60124862U (ja) * 1984-01-31 1985-08-22 住友電気工業株式会社 レドツクスフロ−電池
JPS6286667A (ja) * 1985-10-11 1987-04-21 Agency Of Ind Science & Technol 電解液流通型電池システム及びその運転方法
JP2002329522A (ja) * 2001-05-01 2002-11-15 Sumitomo Electric Ind Ltd 二次電池およびその運転方法
JP2007188731A (ja) * 2006-01-12 2007-07-26 Kansai Electric Power Co Inc:The 電解液循環型電池システム
US20140320061A1 (en) * 2013-04-30 2014-10-30 Ashlawn Energy, LLC Apparatus and method controlling sequencings for multiple electrolyte storage tanks in a reduction-oxidation flow battery

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