WO2018123964A1 - レドックスフロー電池システム及びその運転方法 - Google Patents

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みゆき 冨田
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昭和電工株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a redox flow battery system and an operation method thereof.
  • redox flow batteries Various batteries are being developed as power storage batteries, and there are electrolyte flow type batteries, so-called redox flow batteries.
  • the redox flow battery system supplies and circulates a positive electrode electrolyte and a negative electrode electrolyte from a positive electrode electrolyte tank and a negative electrode electrolyte tank to a battery cell having a positive electrode, a negative electrode, and a diaphragm interposed between both electrodes by a pump. Then, charging / discharging is performed via a power converter (for example, an AC / DC converter).
  • a power converter for example, an AC / DC converter
  • operation may be stopped when performing maintenance or the like.
  • the electrolytic solution remains in the battery cell while the operation is stopped, self-discharge occurs in the battery cell, and the discharge capacity of the battery decreases accordingly.
  • the electrolyte solution generates heat due to self-discharge, members such as electrodes constituting the battery cell are deteriorated.
  • Patent Document 1 a recovery space for recovering the electrolyte solution in the battery cell is provided at a position lower than the battery cell, and the electrolyte solution in the battery cell is caused by its own weight while the pump is stopped.
  • a redox flow battery system that recovers in a recovery space is disclosed.
  • the present invention provides a redox flow battery system that can suppress self-discharge at the time of operation stop, can be easily restarted after operation stop, and can take out or store electric power even during circulation stop of the electrolyte, and an operation method thereof.
  • the purpose is to do.
  • the present inventor suppresses self-discharge when the operation is stopped by providing an electrolyte recovery path that is connected so as to connect the forward piping for sending the electrolyte from the electrolyte tank to the battery cell and the upper part of the electrolyte tank.
  • the present inventors have found that it is possible to provide a redox flow battery system that can be easily restarted after the operation is stopped and that can take out the electric power even while the circulation of the electrolyte solution is stopped. More specifically, the present invention provides the following.
  • the present invention is directed to a battery cell, an electrolytic solution tank for storing an electrolytic solution, an outward piping for sending the electrolytic solution from the electrolytic solution tank to the battery cell, and the electrolytic solution from the battery cell to the electrolytic solution.
  • a redox flow battery system comprising: a circulation path having a return pipe that returns to the tank; a first liquid feed pump that circulates the electrolyte in the circulation path; and a first opening / closing means provided in the forward pipe.
  • the battery cell and the electrolyte tank are mounted substantially horizontally, and the outward piping is connected to connect the bottom of the electrolyte tank and the bottom of the battery cell, and the return piping Is piped so as to connect the upper part of the electrolyte tank and the upper part of the battery cell, and further, the electrolyte recovery path piped so as to connect the forward pipe and the upper part of the electrolyte tank, Electric Comprising a second liquid supply pump for recovering the electrolyte solution through the liquid recovery path, and a second opening and closing means provided in the electrolyte recovery path, a redox flow battery system.
  • the present invention also provides a normal operation mode in which the electrolyte solution is circulated from the electrolyte tank to the battery cell through the circulation path, and the electrolyte solution is recovered from the battery cell to the electrolyte tank through the electrolyte recovery path.
  • the first liquid feed pump, the second liquid feed pump so as to be able to switch between an operation stop mode and an immediate operation mode in which electric power is taken out or stored without circulating the electrolyte from the electrolyte tank,
  • the redox flow battery system according to (1) comprising control means for controlling the first opening / closing means and the second opening / closing means.
  • the present invention is an operation method of the redox flow battery system according to (1), wherein the electrolyte is circulated from the electrolyte tank to the battery cell in a normal operation mode, The operation in the operation stop mode in which the electrolyte solution is recovered from the battery cell through the electrolyte solution recovery path, and the operation in the immediate operation mode in which electric power is extracted without circulating the electrolyte solution from the electrolyte solution tank,
  • the operation method of the redox flow battery system is performed by controlling one liquid feed pump, the first opening / closing means, the second liquid feed pump, and the second opening / closing means.
  • a redox flow battery system capable of suppressing self-discharge at the time of operation stop, facilitating operation restart after operation stop, and taking out electric power even while the circulation of the electrolyte solution is stopped, and an operation method thereof. Can be provided.
  • FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of a configuration of a redox flow battery system according to the present embodiment.
  • the redox flow battery system 1 according to the present embodiment is used in a form called a battery cell stack in which a battery cell 2 is a minimum unit, which is a single unit or a plurality of layers, and vanadium is used as an active material for the battery cell 2.
  • Charging / discharging is performed by circulating the electrolyte solution.
  • the redox flow battery system 1 is charged with power from an AC power source 4 such as a power plant via an AC / DC converter 3, and the charged power is supplied to a load power source 5 via the AC / DC converter 3. To discharge.
  • an AC power source 4 such as a power plant via an AC / DC converter 3
  • the charged power is supplied to a load power source 5 via the AC / DC converter 3.
  • the redox flow battery system 1 mainly includes a battery cell 2 having a positive electrode 11, a negative electrode 12, and a diaphragm 13 interposed between the electrodes 11 and 12.
  • the redox flow battery system 1 includes an electrolytic solution tank 14 that stores an electrolytic solution, an outward piping 15 that sends the electrolytic solution from the electrolytic solution tank 14 to the battery cell 2, and an electrolytic solution from the battery cell 2 to the electrolytic solution tank 14.
  • a circulation path 17 having a return pipe 16 to be returned to, a first liquid feed pump 18 that circulates the electrolyte in the circulation path 17, and a first opening / closing means 19 provided in the forward path 15.
  • the first liquid feeding pump 18 and the first opening / closing means 19 are arranged in the forward piping 15.
  • a liquid feed pump may be disposed in the return pipe 16, but in that case, due to pressure loss in the battery cell 2, suction by the liquid feed pump (suction type pump) is performed. Need power. Therefore, it is preferable that the first liquid feeding pump 18 be installed in the outward piping 15.
  • the battery cell 2 and the electrolyte tank 14 are mounted substantially horizontally.
  • the weight per cell stack is 1500 kg or more, and the amount of electrolyte stored per electrolyte tank is about 20 m 3. . Therefore, by installing the battery cell 2 and the electrolytic solution tank 14 on the ground or floor, there is no need to provide a solid frame for supporting the battery cell 2, and there is a great merit in terms of cost and maintenance.
  • the forward piping 15 is piped so as to connect the bottom of the electrolyte tank 14 and the bottom of the battery cell 2
  • the return piping 16 is piped so as to connect the top of the battery cell 2 and the electrolyte tank 14.
  • the return pipe 16 is attached to the upper part of the electrolyte tank 14 in FIG. 1, the attachment position of the return pipe 16 may be the bottom or the side of the electrolyte tank 14, It is preferable to attach to the upper part.
  • the redox flow battery system 1 includes an electrolyte recovery path 20 that is piped so as to connect the outward path 15 and the upper part of the electrolyte tank 14, and a second for recovering the electrolyte through the electrolyte recovery path 20.
  • a second opening / closing means 22 provided in the electrolyte recovery path 20.
  • the second liquid feeding pump 21 is disposed in the electrolytic solution recovery path 20.
  • the redox flow battery system 1 may include a third opening / closing means 23 for preventing the backflow of the electrolyte in the return pipe 16 in the return pipe 16.
  • the first liquid feeding pump 18 and the second liquid feeding pump 21 are not particularly limited as long as the electrolytic solution in the pipe can be fed, but it is particularly preferable to use an electric pump.
  • the first opening / closing means 19, the second opening / closing means 22, and the third opening / closing means 23 are not particularly limited as long as the path (pipe) can be opened and closed. It is preferable to use a valve.
  • the normal operation of charging / discharging can be performed by circulating the electrolytic solution to the battery cell 2 through the circulation path 17. Further, when the operation is stopped, the self-discharge in the battery cell 2 can be suppressed by recovering the electrolyte from the battery cell 2 to the electrolyte tank 14 through the electrolyte recovery path 20.
  • the electrolyte solution in the battery cell 2 is returned to the electrolyte solution tank 14 from the top as in the case of normal operation, and the electrolyte solution is not discharged out of the circulation system, so the circulation state of the electrolyte solution is hardly different.
  • the operation can be resumed immediately after the operation is stopped.
  • the redox flow battery system 1 configured as described above has a normal operation mode in which the electrolyte solution is circulated from the electrolyte solution tank 14 to the battery cell 2 through the circulation path 17. Further, the redox flow battery system 1 has an operation stop mode in which the circulation of the electrolytic solution is stopped and the electrolytic solution is recovered from the battery cell 2 through the electrolytic solution recovery path 20 to the electrolytic solution tank 14. The redox flow battery system 1 has an immediate operation mode in which electric power is taken out while the circulation of the electrolyte is stopped.
  • the first liquid feeding pump 18, the second liquid feeding pump 21, the first opening / closing means 19, and the second opening / closing means are configured so that the normal operation mode, the operation stop mode, and the immediate operation mode can be switched.
  • the control means 6 which controls 22 is provided. This control means 6 can be realized by a sequence circuit using a computer, a relay or the like.
  • the control means 6 opens the first opening / closing means 19, closes the second opening / closing means 22, and starts the first liquid feed pump 18. Is circulated from the electrolytic solution tank 14 to the battery cell 2 through the circulation path 17.
  • the control means 6 may control to automatically open the first opening / closing means 19 when starting the first liquid feeding pump 18.
  • the electrolytic solution in the electrolytic solution tank 14 is sent to the battery cell 2 through the forward piping 15 by starting the first liquid feeding pump 18.
  • the electrolytic solution sent to the battery cell 2 is discharged upward from the bottom of the battery cell 2 through the inside thereof, returned to the electrolytic solution tank 14 through the return pipe 16, and circulated in the direction of arrow A in the figure.
  • the electrolytic solution In the normal operation mode, the electrolytic solution may be circulated in the direction opposite to the arrow A direction. However, in consideration of the point of sucking the electrolytic solution from the electrolytic solution tank 14, the electrolytic solution is circulated in the arrow A direction. Is preferred.
  • charge / discharge reaction is performed in the battery cell 2, and it becomes possible to take out electric power.
  • the charge / discharge reaction in the battery cell 2 is as follows. Positive electrode charge: V 4+ ⁇ V 5+ + e ⁇ Discharge: V 5+ + e ⁇ ⁇ V 4+ Negative electrode charging: V 3+ + e ⁇ ⁇ V 2+ Discharge: V 2+ ⁇ V 3+ + e ⁇
  • the control means 6 closes the first opening / closing means 19, opens the second opening / closing means 22, and activates the second liquid feeding pump 21.
  • the electrolytic solution is recovered from the battery cell 2 through the electrolytic solution recovery path 20 to the electrolytic solution tank 14.
  • the control means 6 may control to automatically open the second opening / closing means 22 when starting the second liquid feeding pump 21.
  • the electrolytic solution in the battery cell 2 activates the second liquid feeding pump 21 to cause a part of the outward piping 15 from the bottom of the battery cell 2 and the electrolytic solution recovery route 20 connected to the outward piping 15. It passes through to the upper part of the electrolytic solution tank 14 and is collected in the electrolytic solution tank 14.
  • the electrolytic solution Since the electrolytic solution is discharged from the outward piping 15 connected to the bottom of the battery cell 2, it can be completely discharged from the battery cell 2 and collected.
  • the discharged electrolytic solution passes through the electrolytic solution recovery path 20 and is returned to the electrolytic solution tank 14 from the top in the same manner as the electrolytic solution circulating in the normal operation mode, so that normal operation can be easily resumed even after the operation stop mode. Can do.
  • the electrolytic solution in the battery cell 2 can be collected in the electrolytic solution tank 14 to suppress a decrease in the discharge capacity of the battery due to self-discharge and the deterioration of the electrodes, the diaphragm, and the like. it can. Further, the electrolytic solution is not discharged out of the circulation system, and the operation can be resumed as it is even after the operation stop mode.
  • the electrolytic solution in the battery cell 2 only needs to be recovered to an amount that can suppress self-discharge, and does not need to be completely recovered. However, the electrolyte remaining in the battery cell 2 is self-discharged over time. Since there is a possibility of proceeding, it is preferable to completely recover from the battery cell 2. Further, a third opening / closing means 23 may be provided in the return pipe 16 for controlling the flow of the electrolytic solution and closed in the operation stop mode.
  • immediate operation mode In the immediate operation mode, as shown in FIG. 3, the first opening / closing means 19 and the second opening / closing means 22 are closed by the control means 6 and the first liquid feeding pump 18 and the second liquid feeding pump 21 are activated. If not, the circulation of the electrolyte is stopped. The electrolytic solution in the battery cell 2 is separated from the electrolytic solution tank 14 and is retained in the battery cell 2.
  • the immediate operation mode it is not possible to take out the total power using the total amount of the electrolyte as in the operation mode, but a part of the power (the activity in the battery cell 2 is activated as needed) even while the circulation of the electrolyte is stopped.
  • the amount corresponding to the amount of substance can be taken out. Therefore, even when it is necessary to stop the circulation of the electrolyte, such as during maintenance of the electrolyte tank, it is possible to continuously extract power without stopping the system. Further, when starting the operation, it is possible to shorten the time until the operation is restarted as compared with the case of switching from the operation stop mode to the normal operation mode.
  • control unit 6 can switch between the normal operation mode, the operation stop mode, and the immediate operation mode. Each mode may be switched automatically by the control means 6 or manually by the control means 6.
  • the operation stop mode Even when the operation stop mode is performed, the electrolyte is not discharged out of the circulation system, and the state of the electrolyte hardly changes. Therefore, the normal operation mode-immediately according to the necessity of stopping the circulation of the electrolyte As in the operation mode-operation stop mode, the operation can be performed by appropriately switching between the three modes.
  • the operation method of the redox flow battery system according to the present embodiment is the operation method of the redox flow battery system 1 described above. That is, the operation in the normal operation mode in which the electrolyte solution is circulated from the electrolyte solution tank 14 to the battery cell 2, the operation in the operation stop mode in which the electrolyte solution is collected from the battery cell 2 through the electrolyte solution recovery path 20, and the electrolyte solution tank The operation in the immediate operation mode in which the electric power is extracted without circulating the electrolyte from the first liquid feeding pump 18, the first opening / closing means 19, the second liquid feeding pump 21, and the second opening / closing means 22 This is done by controlling.
  • the self-discharge at the time of operation stop is suppressed, the operation restart after the operation stop is easy, and the circulation of the electrolyte solution is stopped. Power can be taken out.
  • the vanadium redox flow battery system 1 using vanadium (V) ions as the positive electrode active material and the negative electrode active material and the operation method thereof have been described, but it goes without saying that the present invention is not limited thereto.
  • the negative electrode electrolyte and the positive electrode electrolyte may be an aqueous solution containing at least one or more electrochemically active species.
  • the electrochemically active species include metal ions such as manganese, titanium, chromium, bromine, iron, zinc, cerium, and lead.

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Abstract

運転停止時の自己放電を抑制すると共に、運転停止後の運転再開が容易であり、電解液の循環停止中も電力を取出し又は貯蔵可能な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。電池セル２と電解液タンク１４とは、略水平に載置され、往路配管１５は電解液タンク１４の底部と電池セル２の底部とを連結するように配管され、復路配管１６は電池セル２の上部と電解液タンク１４の上部とを連結するように配管され、さらに、往路配管１５と電解液タンク１４の上部とを連結するように配管された電解液回収経路２０と、電解液回収経路２０を通して電解液を回収するための第２の送液ポンプ２１と、電解液回収経路２０に設けられた第２の開閉手段２２とを備えるレドックスフロー電池システムである。

Description

レドックスフロー電池システム及びその運転方法
　本発明は、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システムは、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、正極電解液タンク及び負極電解液タンクから、正極電解液及び負極電解液をそれぞれポンプにより供給循環し、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。
　一方、レドックスフロー電池システムにおいては、メンテナンスを行う場合等、運転を停止する場合がある。しかし、運転を停止している間、電池セル内に電解液が残存した状態であると、電池セル内で自己放電が起こり、電池の放電容量がその分低下してしまう。また、自己放電により電解液が発熱すると、電池セルを構成する電極等の部材が劣化してしまう。
　そこで、特許文献１には、電池セルよりも低い位置に、電池セル内の電解液を回収するための回収空間部を設け、ポンプが停止している間、電池セル内の電解液を自重により回収空間部に回収するレドックスフロー電池システムが開示されている。
特開２０１２－１６４５３０号公報
　しかしながら、特許文献１に記載のレドックスフロー電池システムにおいては、電解液を回収する回収空間部を電池セルよりも下方に設置する必要がある。レドックスフロー電池システムは、その仕様（出力／容量）にもよるが、重量物であることから、架台上に設置するのではなく、地面や床に、電池セルと電解液タンクとが略水平に並設されることが多い。そのため、回収空間部を電池セルよりも下方に設置するとなると、地下に回収空間部のスペースを用意する必要がある等、装置が大がかりなる。また、電池セル内の電解液が循環系外である回収空間部に排出されるため、運転を再開する際に、すぐ再開できないという問題があった。さらに、電解液の循環を停止中に、電力を取り出すことは想定されていなかった。
　本発明は、運転停止時の自己放電を抑制すると共に、運転停止後の運転再開が容易であり、電解液の循環停止中も電力を取出し又は貯蔵可能な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。
　本発明者は、電解液を電解液タンクから電池セルに送る往路配管と電解液タンクの上部とを連結するように配管された電解液回収経路を設けることにより、運転停止時の自己放電を抑制すると共に、運転停止後の運転再開が容易であり、電解液の循環停止中も電力を取り出すことが可能なレドックスフロー電池システムを提供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、電池セルと、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する循環経路と、前記循環経路に前記電解液を循環させる第１の送液ポンプと、前記往路配管に設けられた第１の開閉手段と、を備えるレドックスフロー電池システムであって、前記電池セルと前記電解液タンクとは、略水平に載置され、前記往路配管は前記電解液タンクの底部と前記電池セルの底部とを連結するように配管され、前記復路配管は前記電解液タンクの上部と前記電池セルの上部とを連結するように配管され、さらに、前記往路配管と前記電解液タンクの上部とを連結するように配管された電解液回収経路と、前記電解液回収経路を通して電解液を回収するための第２の送液ポンプと、前記電解液回収経路に設けられた第２の開閉手段とを備えた、レドックスフロー電池システムである。
　（２）また、本発明は、前記電解液タンクから前記循環経路を通して前記電池セルに電解液を循環させる通常運転モード、前記電池セルから前記電解液回収経路を通して前記電解液タンクに電解液を回収する運転停止モード、及び前記電解液タンクから電解液を循環させずに電力を取り出す又は貯蔵する即時運転モードを切り替え可能なように、前記第１の送液ポンプ、前記第２の送液ポンプ、前記第１の開閉手段及び前記第２の開閉手段を制御する制御手段を備えた、（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、（１）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って、前記電解液タンクから前記電池セルに前記電解液を循環させる通常運転モードでの運転と、前記電池セルから前記電解液回収経路を通して前記電解液を回収する運転停止モードでの運転と、前記電解液タンクから前記電解液を循環させずに電力を取り出す即時運転モードでの運転とを、前記第１の送液ポンプ、前記第１の開閉手段、前記第２の送液ポンプ及び前記第２の開閉手段を制御することにより行う、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、運転停止時の自己放電を抑制すると共に、運転停止後の運転再開が容易であり、電解液の循環停止中も電力を取出すことが可能な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通常運転モード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の運転停止モード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の即時運転モードを示す構成図である。
　以下、本発明を、正極活物質及び負極活物質にバナジウム（Ｖ）イオンを用いるバナジウム系レドックスフロー電池システムに適用した実施形態について、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１１と負極電極１２と、両電極１１、１２の間に介在される隔膜１３とを有する電池セル２を主構成とする。そして、このレドックスフロー電池システム１は、電解液を貯蔵する電解液タンク１４と、電解液を電解液タンク１４から電池セル２に送る往路配管１５と、電解液を電池セル２から電解液タンク１４に戻す復路配管１６とを有する循環経路１７と、循環経路１７に電解液を循環させる第１の送液ポンプ１８と、往路配管１５に設けられた第１の開閉手段１９とを備える。第１の送液ポンプ１８と第１の開閉手段１９は、往路配管１５に配置される。循環経路１７に電解液を循環させるに際しては、復路配管１６に送液ポンプを配置してもよいが、その場合、電池セル２内の圧力損失により、送液ポンプ（吸引型ポンプ）での吸い上げにパワーが必要になる。よって、第１の送液ポンプ１８は、往路配管１５に設置されることが好ましい。
　ここで、電池セル２と電解液タンク１４とは、略水平に載置される。特許文献１に記載のとおり、例えば１７０ｋＷ／８時間の仕様の場合、セルスタック１基当たりの重量は１５００ｋｇ以上であり、電解液タンク１基当たりに貯蔵される電解液量は２０ｍ３程度である。よって、これら電池セル２と電解液タンク１４を地面又は床に設置することで、電池セル２を支持するための堅牢な架台を設ける必要がなく、コストやメンテナンスの点でメリットが大きい。
　往路配管１５は、電解液タンク１４の底部と電池セル２の底部とを連結するように配管され、復路配管１６は、電池セル２の上部と電解液タンク１４とを連結するように配管される。復路配管１６は、図１においては電解液タンク１４の上部に取り付けられているが、復路配管１６の取り付け位置は、電解液タンク１４の底部であっても側部であってもよいが、特に上部に取り付けることが好ましい。さらに、レドックスフロー電池システム１は、往路配管１５と電解液タンク１４の上部とを連結するように配管された電解液回収経路２０と、電解液回収経路２０を通して電解液を回収するための第２の送液ポンプ２１と、電解液回収経路２０に設けられた第２の開閉手段２２とを備える。第２の送液ポンプ２１は、電解液回収経路２０に配置される。また、レドックスフロー電池システム１は、復路配管１６に、復路配管１６内の電解液の逆流を防止する第３の開閉手段２３を備えていてもよい。
　第１の送液ポンプ１８及び第２の送液ポンプ２１は、配管内の電解液を送液することが可能であれば特に限定されるものではないが、特に電動ポンプを用いるのが好ましい。また、第１の開閉手段１９、第２の開閉手段２２、及び第３の開閉手段２３は、経路（配管）の開閉が可能であれば特に限定されるものではないが、特に手動バルブ又は自動バルブを用いるのが好ましい。
　このような構成によれば、循環経路１７を通して電池セル２に電解液を循環させることで、充放電を行う通常運転を実施することができる。また、運転停止時には、電池セル２から電解液回収経路２０を通して電解液タンク１４に電解液を回収することで、電池セル２内での自己放電を抑制することができる。電池セル２内の電解液を、通常運転の場合と同様に、上部から電解液タンク１４に戻し、電解液が循環系外に排出されることがないため、電解液の循環状態がほとんど異ならず、運転停止後もすぐに運転再開が可能となる。さらに、電池セル２内の電解液を電解液タンク１４に戻さず、電池セル２に留めたまま即時運転することも可能である。例えば、電解液タンクのメンテナンス時など電解液の循環を停止する必要がある場合にも、電解液タンク１４から電解液の循環を遮断した状態で、電力の取り出しが可能となる。
　具体的には、上記構成のレドックスフロー電池システム１においては、電解液タンク１４から循環経路１７を通して電池セル２に電解液を循環させる通常運転モードを有する。また、このレドックスフロー電池システム１は、電解液の循環を停止し、電池セル２から電解液回収経路２０を通して電解液タンク１４に電解液を回収する運転停止モードを有する。また、このレドックスフロー電池システム１は、電解液の循環を停止したまま電力を取り出す即時運転モードを有する。そして、これら通常運転モード、運転停止モード、及び即時運転モードを切り替え可能なように、第１の送液ポンプ１８、第２の送液ポンプ２１、第１の開閉手段１９、第２の開閉手段２２を制御する制御手段６を備える。この制御手段６は、コンピューターやリレー等を用いたシーケンス回路で実現できる。
　以下、通常運転モード、運転停止モード、及び即時運転モードについて詳細に説明する。
　［通常運転モード］
　通常運転モードでは、図１に示すように、制御手段６によって、第１の開閉手段１９を開き、第２の開閉手段２２を閉じ、第１の送液ポンプ１８を起動することにより、電解液を電解液タンク１４から循環経路１７を通して電池セル２に循環させる。制御手段６は、第１の送液ポンプ１８を起動するとき第１の開閉手段１９を自動的に開くように制御してもよい。電解液タンク１４内の電解液は、第１の送液ポンプ１８を起動することにより、往路配管１５を通して電池セル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、復路配管１６を通して電解液タンク１４に戻されて、図中矢印Ａ方向に循環する。このとき、第２の開閉手段２２は閉じているため、電解液は電解液回収経路２０内を通らない。図１～図３中、網掛けされた部分は、電解液を示している。なお、通常運転モードでは、電解液を矢印Ａ方向とは逆方向に循環させてもよいが、電解液タンク１４から電解液を吸い上げる点を考慮すると、電解液は、矢印Ａ方向に循環させることが好ましい。
　これにより、通常運転モードにおいては、電池セル２内で充放電反応が行われ、電力を取り出すことが可能となる。電池セル２における充放電反応は、次の通りである。
　正極
　　充電：Ｖ４＋→Ｖ５＋＋ｅ－
　　放電：Ｖ５＋＋ｅ－→Ｖ４＋
　負極
　　充電：Ｖ３＋＋ｅ－→Ｖ２＋
　　放電：Ｖ２＋→Ｖ３＋＋ｅ－
　［運転停止モード］
　運転停止モードでは、図２に示すように、制御手段６によって、第１の開閉手段１９を閉じ、第２の開閉手段２２を開き、第２の送液ポンプ２１を起動することにより、図中矢印Ｂ方向で示すように、電解液を電池セル２から電解液回収経路２０を通して電解液タンク１４に回収する。制御手段６は、第２の送液ポンプ２１を起動するとき第２の開閉手段２２を自動的に開くように制御してもよい。電池セル２内の電解液は、第２の送液ポンプ２１を起動することにより、電池セル２の底部から往路配管１５の一部と、往路配管１５に連結された電解液回収経路２０とを通って電解液タンク１４の上部まで送られ、電解液タンク１４内に回収される。電池セル２の底部に連結された往路配管１５から電解液が排出されるため、電池セル２内から完全に排出して回収することができる。排出された電解液は、電解液回収経路２０を通り、通常運転モードで循環する電解液と同様に、上部から電解液タンク１４に戻され、運転停止モード後も容易に通常運転を再開することができる。
　このように、運転停止モードでは、電池セル２内の電解液を電解液タンク１４に回収することができ、自己放電による電池の放電容量の低下や、電極、隔膜等の劣化を抑制することができる。また、電解液を循環系外に排出することがなく、運転停止モード後もそのまま運転を再開することができる。
　なお、電池セル２内の電解液は、自己放電を抑制できる量まで回収されればよく、完全に回収される必要はないが、電池セル２内に残存する電解液は、時間と共に自己放電が進む可能性があることから、電池セル２から完全に回収することが好ましい。また、電解液の流通制御のため、第３の開閉手段２３を復路配管１６にも設け、運転停止モード時にこれを閉じる構成としてもよい。
　［即時運転モード］
　即時運転モードでは、図３に示すように、制御手段６によって、第１の開閉手段１９及び第２の開閉手段２２を閉じ、第１の送液ポンプ１８及び第２の送液ポンプ２１を起動させないことにより、電解液の循環を停止する。電池セル２内の電解液は、電解液タンク１４から分離され、電池セル２内に留められる。
　即時運転モードでは、運転モード時のように電解液全量を使用して全電力を取り出すことはできないが、電解液の循環停止中も必要に応じてその電力の一部（電池セル２内の活物質量に応じた量）を取り出すことができる。したがって、電解液タンクのメンテナンス時など電解液の循環を停止する必要がある場合にも、システムを停止することなく継続的に電力を取り出すことができる。また、運転を開始する際、運転停止モードから通常運転モードに切り替える場合に比べ、運転を再開するまでの時間を短縮できる。
　［運転モードの切り替え］
　本実施形態に係るレドックスフロー電池システム１においては、制御手段６によって、通常運転モード、運転停止モード、即時運転モードを切り替え可能である。各モードの切り替えは、自動で制御手段６による切り替えが行われてもよく、手動によって制御手段６による切り替えが行われてもよい。
　運転停止モードを行っても、電解液が循環系外へ排出されることはなく、電解液の状態がほとんど変化しないため、電解液の循環を停止する必要性に応じて、通常運転モード－即時運転モード－運転停止モードのように、３つのモードを適宜自由に切り替えて運転することができる。
＜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、上述したレドックスフロー電池システム１の運転方法である。すなわち、電解液タンク１４から電池セル２に電解液を循環させる通常運転モードでの運転と、電池セル２から電解液回収経路２０を通して電解液を回収する運転停止モードでの運転と、電解液タンク１４から電解液を循環させずに電力を取り出す即時運転モードでの運転とを、第１の送液ポンプ１８、第１の開閉手段１９、第２の送液ポンプ２１及び第２の開閉手段２２を制御することにより行うものである。
　本実施形態に係るレドックスフロー電池システム１の運転方法によれば、上述したように、運転停止時の自己放電を抑制すると共に、運転停止後の運転再開が容易であり、電解液の循環停止中も電力を取出しが可能となる。
　なお、本実施形態では、正極活物質及び負極活物質にバナジウム（Ｖ）イオンを用いるバナジウム系レドックスフロー電池システム１及びその運転方法について説明したが、これに限定されないことはいうまでもない。負極電解液及び正極電解液は、少なくとも１以上の電気化学的活性種を含む水溶液であればよい。電気化学的活性種としては、例えば、マンガン、チタン、クロム、臭素、鉄、亜鉛、セリウム、鉛等の金属イオンが挙げられる。
　１　レドックスフロー電池システム
　２　電池セル
　３　交流／直流電源
　４　交流電源
　５　負荷電源
　６　制御手段
　１１　正極電極
　１２　負極電極
　１３　隔膜
　１４　電解液タンク
　１５　往路配管
　１６　復路配管
　１７　循環経路
　１８　第１の送液ポンプ
　１９　第１の開閉手段
　２０　電解液回収経路
　２１　第２の送液ポンプ
　２２　第２の開閉手段
　２３　第３の開閉手段

Claims (3)

  1. 　電池セルと、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する循環経路と、前記循環経路に前記電解液を循環させる第１の送液ポンプと、前記往路配管に設けられた第１の開閉手段と、を備えるレドックスフロー電池システムであって、
    　前記電池セルと前記電解液タンクとは、略水平に載置され、前記往路配管は前記電解液タンクの底部と前記電池セルの底部とを連結するように配管され、前記復路配管は前記電池セルの上部と前記電解液タンクの上部とを連結するように配管され、さらに、前記往路配管と前記電解液タンクの上部とを連結するように配管された電解液回収経路と、前記電解液回収経路を通して電解液を回収するための第２の送液ポンプと、前記電解液回収経路に設けられた第２の開閉手段とを備えた、レドックスフロー電池システム。
  2. 　前記電解液タンクから前記循環経路を通して前記電池セルに電解液を循環させる通常運転モード、前記電池セルから前記電解液回収経路を通して前記電解液タンクに電解液を回収する運転停止モード、及び前記電解液タンクから電解液を循環させずに電力を取り出す又は貯蔵する即時運転モードを切り替え可能なように、前記第１の送液ポンプ、前記第２の送液ポンプ、前記第１の開閉手段及び前記第２の開閉手段を制御する制御手段を備えた、請求項１に記載のレドックスフロー電池システム。
  3. 　請求項１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って、
    　前記電解液タンクから前記電池セルに前記電解液を循環させる通常運転モードでの運転と、前記電池セルから前記電解液回収経路を通して前記電解液を回収する運転停止モードでの運転と、前記電解液タンクから前記電解液を循環させずに電力を取り出す即時運転モードでの運転とを、前記第１の送液ポンプ、前記第１の開閉手段、前記第２の送液ポンプ及び前記第２の開閉手段を制御することにより行う、レドックスフロー電池システムの運転方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021012787A (ja) * 2019-07-04 2021-02-04 株式会社岐阜多田精機 レドックスフロー電池
JP2021048011A (ja) * 2019-09-17 2021-03-25 マテリアルワークス株式会社 レドックスフロー電池を用いた蓄電システム

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10811993B2 (en) * 2017-12-15 2020-10-20 Ess Tech, Inc. Power conversion system and method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010244972A (ja) * 2009-04-09 2010-10-28 Sharp Corp レドックスフロー電池
JP2012164530A (ja) 2011-02-07 2012-08-30 Sumitomo Electric Ind Ltd 電解液流通型電池
JP2013008641A (ja) * 2011-06-27 2013-01-10 Sumitomo Electric Ind Ltd レドックスフロー電池

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH044567A (ja) * 1990-04-19 1992-01-09 Sumitomo Electric Ind Ltd レドックスフロー電池
WO2013002137A1 (ja) * 2011-06-27 2013-01-03 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010244972A (ja) * 2009-04-09 2010-10-28 Sharp Corp レドックスフロー電池
JP2012164530A (ja) 2011-02-07 2012-08-30 Sumitomo Electric Ind Ltd 電解液流通型電池
JP2013008641A (ja) * 2011-06-27 2013-01-10 Sumitomo Electric Ind Ltd レドックスフロー電池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3565047A4 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021012787A (ja) * 2019-07-04 2021-02-04 株式会社岐阜多田精機 レドックスフロー電池
JP7017251B2 (ja) 2019-07-04 2022-02-08 株式会社岐阜多田精機 レドックスフロー電池
JP2021048011A (ja) * 2019-09-17 2021-03-25 マテリアルワークス株式会社 レドックスフロー電池を用いた蓄電システム
WO2021054411A1 (ja) * 2019-09-17 2021-03-25 マテリアルワークス株式会社 レドックスフロー電池を用いた蓄電システム
JP7428362B2 (ja) 2019-09-17 2024-02-06 マテリアルワークス株式会社 レドックスフロー電池を用いた蓄電システム

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