WO2023243163A1 - タンク、及びレドックスフロー電池システム - Google Patents

タンク、及びレドックスフロー電池システム Download PDF

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WO2023243163A1
WO2023243163A1 PCT/JP2023/009608 JP2023009608W WO2023243163A1 WO 2023243163 A1 WO2023243163 A1 WO 2023243163A1 JP 2023009608 W JP2023009608 W JP 2023009608W WO 2023243163 A1 WO2023243163 A1 WO 2023243163A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tank
cover member
electrolytic solution
electrolyte
tank body
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/009608
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
勇人 藤田
Original Assignee
住友電気工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 住友電気工業株式会社 filed Critical 住友電気工業株式会社
Publication of WO2023243163A1 publication Critical patent/WO2023243163A1/ja

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells

Definitions

  • the present disclosure relates to tanks and redox flow battery systems.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2022-097117, which is a Japanese patent application filed on June 16, 2022. All contents described in the Japanese patent application are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 discloses an electrolyte tank that stores an electrolyte that is circulated and supplied to the battery cells of a redox flow battery.
  • the electrolyte tank is open to the atmosphere.
  • An air blocking member is placed above the electrolyte.
  • the tank of the present disclosure is a tank for storing an electrolyte solution for a redox flow battery system, and includes a tank body having an internal space separated from the outside, and a cover member having at least a solid surface, The cover member is floated on the liquid surface so as to cover the liquid surface of the electrolytic solution stored in the internal space, and the area covered by the cover member over the liquid surface is 0.000% of the total area of the liquid surface. It is 90 times or more and 0.99 times or less.
  • the redox flow battery system of the present disclosure includes the tank of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a tank according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a cover member included in the tank of the embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing another example of the cover member included in the tank of the embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing another example of the cover member included in the tank of the embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the redox flow battery system of the embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a cell stack included in the redox flow battery system of the embodiment.
  • Oxidation of the electrolyte means that active material ions in the electrolyte are oxidized.
  • the amount of active material ions utilized for battery reactions within the battery cell decreases. As a result, the energy density in redox flow battery systems may be reduced.
  • One of the objects of the present disclosure is to provide a tank that can suppress oxidation of an electrolytic solution stored therein.
  • Another object of the present disclosure is to provide a redox flow battery system with high energy density.
  • the tank of the present disclosure can suppress oxidation of the electrolytic solution stored inside.
  • the redox flow battery system of the present disclosure has high energy density.
  • a tank according to an embodiment of the present disclosure is a tank for storing an electrolyte of a redox flow battery system, and includes a tank body having an internal space separated from the outside, and a cover whose surface is at least solid. a member, the cover member is floated on the liquid surface so as to cover the liquid surface of the electrolytic solution stored in the internal space, and the area covered by the cover member over the liquid surface is It is 0.90 times or more and 0.99 times or less of the total area of the surface.
  • the tank of the present disclosure can effectively suppress oxidation of the electrolyte in the tank by two configurations.
  • the first configuration is that the internal space of the tank body is separated from the outside. With the first configuration, the electrolytic solution stored in the internal space does not substantially come into contact with external air. Therefore, oxidation of the electrolytic solution stored in the internal space due to contact with external oxygen is greatly suppressed.
  • the second configuration includes a cover member that floats on the surface of the electrolytic solution. The cover member prevents oxygen that may be contained in the internal space from coming into contact with the electrolyte. The second configuration suppresses oxidation of the electrolyte even if a trace amount of oxygen is contained in the internal space. When the surface of the cover member is solid, a good contact surface with the electrolyte in the cover member is ensured, and oxidation of the electrolyte is easily suppressed.
  • the maximum horizontal length of the tank body may be longer than the height of the tank body.
  • the cover member is not placed above the surface of the electrolytic solution, the surface of the electrolytic solution is exposed to the gas in the internal space.
  • the flow resistance at and near the surface of the electrolyte exposed to gas is smaller than the flow resistance inside the electrolyte.
  • the inside of the electrolyte includes the contact surface of the electrolyte with the inner surface of the tank body and the vicinity thereof. Due to the difference in flow resistance, the flow rate is high at and near the surface of the electrolyte, and the flow rate is slow inside the electrolyte, resulting in non-uniform flow of the electrolyte.
  • the maximum horizontal length of the tank body is longer than the height of the tank body, if the cover member is not placed above the electrolyte level, the level of the electrolyte exposed to the gas in the internal space will be The area is relatively large, and the flow of the electrolyte tends to be uneven. If the cover member is floated on the electrolyte surface, the flow resistance at and near the electrolyte surface will increase, so it may not be possible to prevent the cover member from floating on the electrolyte surface if the maximum horizontal length of the tank body is longer than the height of the tank body. However, the flow of electrolyte tends to be uniform. When the electrolytic solution flows uniformly, the electrolytic solution stored in the internal space is efficiently utilized.
  • the cover member may include a plurality of divided pieces.
  • the size of each divided piece can be adjusted. If the size of each divided piece is adjustable, the cover member can be prepared more easily than a single cover member, and the cover member can be more freely packed during transportation and storage. The plurality of divided pieces makes it easy to arrange the cover member on the surface of the electrolytic solution.
  • the area that each of the plurality of divided pieces covers the liquid surface may be 0.002 times or more and less than 0.99 times the total area of the liquid surface.
  • each divided piece is too small, there is a risk that each divided piece will be displaced from its predetermined position due to the flow of the electrolytic solution. If each divided piece is too large, it will be difficult to arrange each divided piece above the liquid level of the electrolytic solution. In the configuration (4) above, each divided piece is easily placed on the surface of the electrolytic solution, and each divided piece placed on the liquid surface of the electrolytic solution is unlikely to shift from a predetermined position.
  • each of the plurality of divided pieces may be a plate material.
  • the divided pieces made of plate material can easily ensure a large contact area with the electrolyte.
  • all the divided pieces are plate materials, and oxidation of the electrolytic solution is easily suppressed.
  • the shape of the plate may be quadrilateral or hexagonal.
  • a plurality of rectangular or hexagonal plates can be easily lined up without gaps.
  • the plurality of plate materials are likely to be arranged without gaps, and oxidation of the electrolytic solution is likely to be suppressed.
  • each of the plurality of divided pieces may be a plate material, and the shape of the plate material may be hexagonal.
  • the divided pieces made of plate material can easily ensure a large contact area with the electrolyte.
  • Hexagonal plate materials allow a plurality of plate materials to be easily lined up without any gaps, and it is also easy to stably maintain a state in which the plurality of plate materials are lined up.
  • the plurality of plate materials can be easily arranged at predetermined positions without gaps, and oxidation of the electrolytic solution can be easily suppressed.
  • the cover member may be a single plate.
  • the tank body may include an intake port and an exhaust port that circulate non-oxidizing gas into the internal space.
  • non-oxidizing gas can be circulated in the internal space, and oxidation of the electrolytic solution stored in the internal space can be easily suppressed.
  • a redox flow battery system includes the tank described in any one of (1) to (9) above.
  • the redox flow battery system of the present disclosure can suppress oxidation of the electrolyte in the tank, and suppress a decrease in the amount of active material ions used for battery reactions in the battery cells. As a result, the redox flow battery system of the present disclosure has high energy density.
  • the tank body includes the electrolyte stored in the internal space, and a non-oxidizing gas is circulated above the cover member in the internal space.
  • a gas phase space may also be provided.
  • a tank 1 according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • the tank 1 of the embodiment is a positive electrode tank 104 for storing a positive electrode electrolyte 106 of an RF battery system 100 (FIG. 5), which will be described later, or a negative electrode tank 105 for storing a negative electrode electrolyte 107.
  • the positive electrode electrolyte 106 and the negative electrode electrolyte 107 shown in FIG. 5 will not be distinguished, and will simply be referred to as "electrolyte 10.”
  • FIG. 1 shows a state in which the electrolytic solution 10 is stored.
  • the tank 1 includes a tank body 2 and a cover member 3.
  • the tank body 2 includes an internal space 20 separated from the outside, and the cover member 3 is floated on the surface of the electrolytic solution 10 stored in the internal space 20.
  • the tank 1 shown in FIG. 1 is shown in a cross section taken along a plane along the height direction of the tank body 2.
  • the tank 1 shown in FIG. 2 to 4 is shown in cross section along the line AA in FIG.
  • the tank body 2 is a container having an internal space 20 in which the electrolyte 10 is stored.
  • the tank body 2 is a columnar body.
  • the columnar body is, for example, a prismatic body or a cylindrical body.
  • the prismatic body is, for example, a quadrangular prism.
  • Quadrilateral prisms include rectangular parallelepipeds and cubes.
  • the planar shape of two opposing faces of the quadrangular prism may be a quadrilateral other than a square or a rectangle, such as a rhombus or a trapezoid.
  • the tank body 2 has, for example, a uniform cross-sectional shape in the first direction D1 of the tank body 2.
  • the tank body 2 having a uniform cross-sectional shape in the first direction D1 is, for example, a rectangular parallelepiped, a cube, or a cylinder.
  • the shape of the tank body 2 in this example is a rectangular parallelepiped.
  • the internal space 20 of the tank body 2 is also a rectangular parallelepiped.
  • the tank body 2 includes a first direction D1, a second direction D2, and a third direction D3 expressed in a three-dimensional orthogonal coordinate system.
  • the first direction D1 in this example is the longest direction of the tank body 2.
  • the first direction D1 in this example is also the longest direction of the internal space 20 of the tank body 2.
  • the first direction D1 in this example is the horizontal direction.
  • the second direction D2 in this example is the width direction of the tank body 2.
  • the second direction D2 in this example is also the width direction of the internal space 20 of the tank body 2.
  • the second direction D2 is a direction perpendicular to the paper surface.
  • the third direction D3 in this example is the height direction of the tank body 2.
  • the third direction D3 in this example is also the height direction of the internal space 20 of the tank body 2.
  • the tank body 2 of this example is arranged horizontally. That is, in this example, the maximum length of the tank body 2 in the horizontal direction is longer than the height of the tank body 2.
  • the second direction D2 and the third direction D3 are orthogonal to the first direction D1.
  • the second direction D2 and the third direction D3 are orthogonal to each other.
  • the tank body 2 of this example includes a first end wall 21, a second end wall 22, an upper wall 23, a lower wall 24, and two side walls 25, 25.
  • the first end wall 21 and the second end wall 22 face each other in the first direction D1, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the upper wall 23 and the lower wall 24 face each other in the third direction D3.
  • the two side walls 25, 25 face each other in the second direction D2, as shown in FIG.
  • the thicknesses of the first end wall 21, the second end wall 22, the upper wall 23, the lower wall 24, and the two side walls 25, 25 can be selected as appropriate.
  • the internal space 20 is a space surrounded by a first end wall 21, a second end wall 22, an upper wall 23, a lower wall 24, and two side walls 25, 25.
  • the internal space 20 is isolated from the outside, and air is prevented from entering the internal space 20 from the outside.
  • Each of the first end wall 21, the second end wall 22, the upper wall 23, the lower wall 24, and the two side walls 25, 25 prevents the electrolytic solution 10 stored in the internal space 20 from coming into contact with external air. prevent.
  • the first length of the tank body 2 in the first direction D1 is, for example, 4.5 m or more and 13 m or less.
  • the first length is the length between the outer surfaces of the first end wall 21 and the second end wall 22 shown in FIGS. 1 and 2.
  • the first length may further be 4.5 m or more and 12 m or less, 5 m or more and 11.5 m or less, or 6 m or more and 10 m or less.
  • the second length of the tank body 2 in the second direction D2 is, for example, 1 m or more and 3 m or less.
  • the second length is the length between the outer surfaces of the two side walls 25, 25 facing each other in the second direction D2 shown in FIG.
  • the second length is 1 m or more, a large internal space 20 is secured, and a large capacity of the electrolytic solution 10 is secured.
  • the second length is 3 m or less, excessive enlargement of the tank body 2 is suppressed.
  • the second length may further be 1.5 m or more and 2.5 m or less.
  • the third length of the tank body 2 in the third direction D3 is, for example, 1 m or more and 3 m or less.
  • the third length is the length between the outer surfaces of the two upper and lower walls 23 and 24 facing each other in the third direction D3 shown in FIG. 1 .
  • the third length is 1 m or more, a large internal space 20 is secured, and a large capacity of the electrolytic solution 10 is secured.
  • the third length is 3 m or less, excessive enlargement of the tank body 2 is suppressed.
  • the third length may further be 1.5 m or more and 2.5 m or less.
  • the tank body 2 having a rectangular parallelepiped shape may be, for example, a 20ft container type tank or a 40ft container type tank in accordance with the ISO standard.
  • the first length is 12192 mm
  • the second length is 2438 mm
  • the third length is 2591 mm
  • the high cube 40ft container type tank body 2 the first length is 12192 mm
  • the second length is 2438 mm
  • the third length is 2896 mm.
  • the container-type tank body 2 has excellent installation and transportability.
  • the inner surface of the tank body 2 is made of resin or rubber that is resistant to the electrolyte 10.
  • the resin is, for example, polyvinyl chloride, polypropylene, polyethylene, polytetrafluoroethylene, or a fluorinated vinyl compound.
  • the rubber is, for example, natural rubber, chloroprene rubber, butyl rubber, ethylene propylene rubber, silicone rubber, or fluororubber.
  • the tank body 2 includes an inlet 26 for the electrolyte 10 and an outlet 27 for the electrolyte 10.
  • the inlet 26 and the outlet 27 are provided apart in the first direction D1. The flow of the electrolytic solution 10 will be described later.
  • the inlet 26 is an open end 5A of the first piping 5, which will be described later.
  • the first pipe 5 penetrates the upper wall 23 and extends from the outside of the tank body 2 into the internal space 20 .
  • An inlet 26 is provided within the interior space 20 .
  • the opening direction of the inlet 26 is the third direction D3.
  • the shape of the inlet 26 can be selected as appropriate.
  • the outlet 27 is an open end 6B of the second pipe 6, which will be described later.
  • the second pipe 6 penetrates the upper wall 23 and extends from the outside of the tank body 2 into the internal space 20 .
  • An outlet 27 is provided within the interior space 20 .
  • the opening direction of the outlet 27 is the third direction D3.
  • the shape of the outlet 27 can be selected as appropriate.
  • the length between the inlet 26 and the outlet 27 is, for example, 4 m or more and 11.5 m or less.
  • the length between the inlet 26 and the outlet 27 is the shortest length connecting the central axis of the inlet 26 and the central axis of the outlet 27.
  • the length is 4 m or more, the inlet 26 and the outlet 27 are separated, and the electrolyte 10 in the tank body 2 can be used efficiently.
  • the length is 11.5 m or less, excessive enlargement of the tank body 2 is suppressed.
  • the length may further be 4 m or more and 11 m or less, 4.5 m or more and 11 m or less, particularly 5.5 m or more and 9.5 m or less.
  • the tank body 2 includes an intake port 28 and an exhaust port 29 that circulate non-oxidizing gas in the internal space 20.
  • the intake port 28 and the exhaust port 29 are provided apart from each other in the first direction D1. The circulation of non-oxidizing gas will be described later.
  • the intake port 28 is an open end 8A of the third piping 8, which will be described later.
  • the third pipe 8 in this example penetrates the upper wall 23 and extends from the outside of the tank body 2 into the internal space 20 .
  • the intake port 28 is provided within the interior space 20 .
  • the opening direction of the intake port 28 in this example is the third direction D3.
  • the shape of the intake port 28 can be selected as appropriate.
  • the exhaust port 29 is an open end 9B of the fourth pipe 9, which will be described later.
  • the fourth pipe 9 in this example penetrates the upper wall 23 and extends from the outside of the tank body 2 into the internal space 20 .
  • the exhaust port 29 is provided within the internal space 20.
  • the opening direction of the exhaust port 29 in this example is the third direction D3.
  • the shape of the exhaust port 29 can be selected as appropriate.
  • the cover member 3 is floated on the surface of the electrolytic solution 10 so as to cover the surface of the electrolytic solution 10 stored in the internal space 20 of the tank body 2.
  • the specific gravity of the cover member 3 is smaller than the specific gravity of the electrolytic solution 10.
  • the specific gravity of the cover member 3 is, for example, 0.3 or more and 0.99 or less, with the specific gravity of the electrolytic solution 10 being 1.
  • the specific gravity of the cover member 3 is greater than the specific gravity of the non-oxidizing gas circulated in the gas phase space 20G, which will be described later.
  • the cover member 3 is a member independent of the tank body 2.
  • the cover member 3 is not fixed to the tank body 2.
  • the liquid level of the electrolytic solution 10 can fluctuate up and down within the internal space 20.
  • the cover member 3 can follow changes in the liquid level of the electrolytic solution 10.
  • the cover member 3 is a member that prevents oxidation of the electrolytic solution 10 stored in the internal space 20, particularly a member that prevents the electrolytic solution 10 from coming into contact with oxygen that may be contained in the internal space 20.
  • the cover member 3 has at least a solid surface.
  • the cover member 3 may be entirely solid, or only the surface surrounding the gas may be solid. When the surface of the cover member 3 is solid, a good contact surface with the electrolytic solution 10 in the cover member 3 is ensured, and oxidation of the electrolytic solution 10 is easily suppressed.
  • the area where the cover member 3 covers the liquid surface of the electrolytic solution 10 is 0.90 times or more and 0.99 times or less of the total area of the liquid surface of the electrolytic solution 10.
  • the area where the cover member 3 covers the liquid surface of the electrolytic solution 10 may be referred to as "the area of the cover member 3."
  • the total surface area of the electrolyte 10 depends on the size of the internal space 20.
  • the total area of the liquid surface of the electrolytic solution 10 is equal to the planar area of the inner surface of the upper wall 23 or the lower wall 24.
  • the total surface area of the electrolytic solution 10 is equal to the planar area of the region surrounded by the inner surfaces of the first end wall 21, the second end wall 22, and the two side walls 25, 25.
  • the electrolytic solution 10 is introduced into the internal space 20 through a first pipe 5, which will be described later, and is discharged from the internal space 20 through a second pipe 6, which will be described later.
  • the cover member 3 is provided with an opening 36 corresponding to the first pipe 5 and an opening 37 corresponding to the second pipe 6.
  • the openings 36 and 37 can be easily arranged.
  • the cover member 3 covers a wide area of the liquid surface of the electrolytic solution 10, and oxidation of the electrolytic solution 10 is suppressed. be done.
  • the area of the cover member 3 may be 0.95 times or more and 0.98 times or less the total area of the liquid surface of the electrolytic solution 10.
  • the open end 5A of the first pipe 5 is arranged above the liquid level of the electrolytic solution 10 with a space therebetween.
  • the opening 36 is provided at a location where the opening end 5A is projected onto the liquid surface of the electrolytic solution 10.
  • the cover member 3 is composed of a plurality of divided pieces 30 as shown in FIGS. 2 and 3, the opening 36 is constituted by a gap provided between the plurality of divided pieces 30. This gap is preferably greater than or equal to the size of the open end 5A.
  • the plurality of divided pieces 30 forming this gap are preferably arranged so as not to obstruct the flow of the electrolytic solution 10 flowing out from the open end 5A.
  • the opening 36 is not shown.
  • the cover member 3 is made of a single plate as shown in FIG. 4, the opening 36 is a through hole provided in the plate. The electrolyte 10 is exposed through the opening 36.
  • a guide portion 5w may be arranged to connect the opening end 5A and the opening 36.
  • the guide portion 5w is illustrated by dotted lines in the drawings for easy understanding.
  • the guide portion 5w is composed of a plurality of walls fixed to the first pipe 5, for example.
  • the plurality of walls are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the first pipe 5.
  • Each wall extends from the open end 5A to the opening 36.
  • a gap is provided between adjacent wall parts. This gap is provided to release the pressure of the electrolytic solution 10 from the first pipe 5.
  • the guide portion 5w also has the role of suppressing the cover member 3, and in FIGS. 2 and 3, each of the divided pieces 30, from entering the opening 36.
  • the cover member 3 is arranged to surround the guide portion 5w.
  • the electrolytic solution 10 introduced from the first pipe 5 is guided to the opening 36 by the guide portion 5w without affecting the actual portion of the cover member 3.
  • the open end 6B of the second pipe 6 is placed in the electrolytic solution 10.
  • the second pipe 6 passes through the opening 37 .
  • the cover member 3 is arranged to surround the second pipe 6.
  • the cover member 3 may include a plurality of divided pieces 30, as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the cover member 3 may be composed of an aggregate of a plurality of divided pieces 30.
  • FIGS. 2 and 3 a portion of each divided piece 30 is illustrated.
  • the tank body 2 is large, such as a 20 ft container type, it is difficult to arrange a single large cover member 3 on the surface of the electrolytic solution 10 that can cover substantially the entire surface of the electrolytic solution 10 .
  • the cover member 3 includes a plurality of divided pieces 30, the size of each divided piece 30 can be adjusted. By adjusting the size of each divided piece 30, preparation of the cover member 3 is easy.
  • each divided piece 30 individually follows changes in the liquid level of the electrolytic solution 10, and the movement of the cover member 3 tends to be smooth.
  • the area that each divided piece 30 covers the liquid surface of the electrolytic solution 10 is, for example, 0.002 times or more and 0.01 times or less of the total area of the liquid surface of the electrolytic solution 10.
  • the area that each divided piece 30 covers the liquid surface of the electrolytic solution 10 may be referred to as "the area of each divided piece 30."
  • the area of each divided piece 30 is the area in which one divided piece 30 covers the liquid surface of the electrolytic solution 10. If each divided piece 30 is too small, there is a risk that each divided piece 30 will be largely displaced from a predetermined position due to the flow of the electrolytic solution 10.
  • each divided piece 30 When the area of each divided piece 30 is 0.002 times or more the total area of the liquid surface of the electrolytic solution 10, each divided piece 30 becomes less susceptible to the influence of the flow of the electrolytic solution 10, and is less likely to shift from a predetermined position. When the area of each divided piece 30 is 0.01 times or less of the total area of the liquid surface of the electrolytic solution 10, preparation of each divided piece 30 is easy, and each divided piece 30 is placed above the liquid surface of the electrolytic solution 10. Easy to place.
  • the area of each divided piece 30 may be 0.004 times or more and 0.008 times or less of the total area of the liquid surface of the electrolytic solution 10.
  • the plurality of divided pieces 30 may be combined with only small divided pieces 30 having an area within the above-mentioned range.
  • the plurality of division pieces 30 may be combined with division pieces 30 having the same area, or may include division pieces 30 having different areas.
  • the plurality of divided pieces 30 may be a combination of a small divided piece 30 and a large divided piece 30 having an area within the above range.
  • the area of the large divided piece 30 is, for example, more than 0.01 times and less than 0.99 times the total area of the liquid surface of the electrolytic solution 10.
  • the large divided piece 30 can be easily placed on the surface of the electrolytic solution 10 if it has flexibility so that it can be rolled up or folded.
  • the area of the large divided piece 30 may be 0.8 times or less, 0.75 times or less, or 0.5 times or less the total area of the liquid surface of the electrolytic solution 10.
  • the small divided pieces 30 are preferably arranged so as to cover the surface of the electrolytic solution 10 that is not covered by the large divided pieces 30.
  • each divided piece 30 covering the liquid surface of the electrolytic solution 10 is preferably 2000 mm 2 or more and 1200000 mm 2 or less, further 20000 mm 2 or more and 100000 mm 2 or less, and 40000 mm 2 or more and 60000 mm 2 or less.
  • the number of each divided piece 30 depends on the size of the tank body 2, it is preferably 20 or more and 500 or less, more preferably 50 or more and 200 or less.
  • Each divided piece 30 is arranged so that openings 36 and 37 (FIG. 1) are formed in the cover member 3.
  • openings 36 and 37 are not shown for convenience of explanation.
  • Each divided piece 30 is, for example, a plate material.
  • the divided pieces 30 made of a plate material can easily ensure a large contact area with the electrolytic solution 10. When the contact area between the divided pieces 30 and the electrolytic solution 10 is large, oxidation of the electrolytic solution 10 is easily suppressed.
  • the number of divided pieces 30 made of plate material is, for example, 50% or more, further 70% or more, and 90% or more of the total number of divided pieces 30.
  • the divided piece 30 other than the plate material is, for example, a sphere.
  • the divided piece 30 formed of a sphere will be described later. In this example, all the divided pieces 30 are plate materials.
  • the shape of the plate material can be selected as appropriate.
  • the shape of the plate material is a planar shape.
  • the shape of the plate material is also the shape of the contact surface of the plate material with the electrolytic solution 10.
  • the shape of the plate material may be square as shown in FIG. 2, or hexagonal as shown in FIG. If the shape includes a straight line, such as a quadrangle or a hexagon, the plurality of plate materials can be easily arranged without gaps. Note that due to the flow of the electrolytic solution 10, a relatively small gap 35a may be formed between the plate members. Even if the gap 35a is formed, the area where the cover member 3 covers the liquid surface of the electrolytic solution 10 satisfies 0.90 times or more and 0.99 times or less of the total area of the liquid surface of the electrolytic solution 10.
  • a relatively large gap 35b may be formed between the hexagonal divided piece 30 and the wall surface of the tank body 2. Even if the gap 35b is formed, the area where the cover member 3 covers the liquid surface of the electrolytic solution 10 satisfies 0.90 times or more and 0.99 times or less of the total area of the liquid surface of the electrolytic solution 10.
  • a plate material having a shape other than a hexagon such as a trapezoid or a triangle, may be arranged in the gap 35b.
  • the plurality of divided pieces 30 may include a plurality of plate materials having different shapes. For example, as described above, hexagonal plates, trapezoidal plates, and triangular plates may be mixed.
  • the plurality of divided pieces 30 may include a plurality of plate materials having different areas regardless of the shape. For example, it is preferable that the divided piece 30 having a relatively large area be disposed near a location where the open end 5A of the first pipe 5 is projected onto the liquid surface of the electrolytic solution 10. Near the location where the open end 5A of the first pipe 5 is projected onto the liquid surface of the electrolyte 10, the liquid surface tends to ripple due to the electrolyte 10 flowing out from the open end 5A.
  • each divided piece 30 is less susceptible to the influence of the flow of the electrolytic solution 10 and is less likely to shift from a predetermined position.
  • the vicinity of the wall surface of the tank body 2 is not easily affected by the flow of the electrolytic solution 10. Therefore, the dividing piece 30 having a relatively small area may be arranged near the wall surface of the tank body 2.
  • a gap 35b (FIG. 3) may be formed between the dividing piece 30 and the wall surface of the tank body 2.
  • a divided piece 30 having a relatively small area may be arranged to fill this gap 35b.
  • the plate material has a first surface 31 and a second surface 32 (FIG. 1).
  • the first surface 31 is a contact surface with the electrolytic solution 10.
  • the first surface 31 is, for example, a flat surface. If the surface is flat, a large contact area with the electrolytic solution 10 can be easily ensured.
  • the second surface 32 is a surface facing the first surface 31, and is a surface exposed to a gas phase space 20G, which will be described later.
  • the second surface 32 may be a flat surface or a curved surface.
  • the second surface 32 may have an inclined surface that descends from the center toward the periphery.
  • the divided piece 30 having the above-mentioned inclined surface on the second surface 32 is preferably arranged near a location where the open end 5A of the first pipe 5 is projected onto the liquid surface of the electrolytic solution 10. Both the first surface 31 and the second surface 32 may have the above-mentioned inclined surface. If both the first surface 31 and the second surface 32 have sloped surfaces, even if the divided piece 30 is turned upside down due to the flow of the electrolytic solution 10, the sloped surface will always be placed above.
  • the divided pieces 30 are arranged independently from each other.
  • the divided pieces 30 may be connected to each other by a connecting member.
  • the connecting member is, for example, a string. It is preferable that the plurality of divided pieces 30 arranged at locations that are easily affected by the flow of the electrolytic solution 10 are connected to each other by a connecting member.
  • Each divided piece 30 may be a sphere.
  • the sphere may be a solid sphere or a hollow sphere containing gas inside.
  • a sphere that contains gas inside has a solid surface only.
  • the plurality of divided pieces 30 formed of spheres are preferably arranged so as to overlap in a plurality of layers on the liquid surface of the electrolytic solution 10.
  • the plurality of spherical divided pieces 30 may be placed in a net-like bag, for example. All of the divided pieces 30 may be placed in one bag, or may be divided into a plurality of bags and a plurality of divided pieces 30 may be placed in each bag.
  • the cover member 3 may be a single plate material, as shown in FIG. 4. If the cover member 3 is made of a single plate, a large contact area between the cover member 3 and the electrolytic solution 10 can be easily ensured, and oxidation of the electrolytic solution 10 can be easily suppressed.
  • the single plate material may be, for example, a soft sheet.
  • Openings 36 and 37 are formed in the cover member, which is a single plate.
  • the cover member 3, which is a single plate may have a plurality of small through holes (not shown) formed therein. The plurality of small through holes may be provided near the opening 36, for example. Even if the electrolytic solution 10 splashes on the upper surface of the cover member 3, the electrolytic solution 10 flows down from the through-hole and is unlikely to accumulate on the cover member 3.
  • the cover member 3 is made of resin or rubber that is resistant to the electrolyte 10.
  • the cover member 3 can be made of the same material as the inner surface of the tank body 2, for example.
  • tank structures 1P and 1N including the tank 1 described above will be described.
  • the tank 1 shown in FIG. 5 is shown in a cross section taken along a plane along the height direction of the tank body 2.
  • the tank 1 shown in FIG. The direction shown in the upper left of FIG. 5 indicates the direction in which the tank 1 is arranged.
  • the tank structure 1P circulates the positive electrode electrolyte 106.
  • the tank structure 1N circulates the negative electrode electrolyte 107.
  • the tank structure 1P includes the tank 1 described above, the first pipe 5P, the second pipe 6P, and the pump 7P.
  • a positive electrode electrolyte 106 is stored in the tank 1 .
  • the cover member 3 is floating on the surface of the positive electrode electrolyte 106.
  • the tank 1 in which the positive electrode electrolyte 106 is stored will be referred to as a positive electrode tank 104.
  • the first pipe 5P shown in FIG. 5 is the same as the first pipe 5 shown in FIG.
  • the second pipe 6P shown in FIG. 5 is the same as the second pipe 6 shown in FIG.
  • the black arrows shown in the first pipe 5P and the second pipe 6P indicate the flow direction of the electrolytic solution 10.
  • the first pipe 5P is a pipe for returning the positive electrode electrolyte 106 from the battery cell 100C to the positive electrode tank 104.
  • the first pipe 5P in this example is connected to the tank body 2 such that the open end 5A of the first pipe 5P is disposed inside the tank body 2.
  • the inlet 26 of the positive electrode electrolyte 106 into the positive electrode tank 104 is the open end 5A of the first pipe 5P.
  • the inlet 26 in this example is arranged above the center of the tank body 2 in the third direction D3.
  • the inlet 26 in this example is arranged so as not to be immersed in the positive electrode electrolyte 106.
  • the second pipe 6P is a pipe for sending the cathode electrolyte 106 from the cathode tank 104 to the battery cell 100C.
  • the second pipe 6P in this example is connected to the tank body 2 such that the open end 6B of the second pipe 6P is disposed inside the tank body 2.
  • the outlet 27 of the positive electrode electrolyte 106 from inside the positive electrode tank 104 is the open end 6B of the second pipe 6P.
  • the outlet 27 in this example is arranged below the center of the tank body 2 in the third direction D3.
  • the outlet 27 in this example is arranged so as to be immersed in the positive electrode electrolyte 106.
  • the pump 7P is provided in the middle of the second pipe 6P.
  • the pump 7P pumps the positive electrolyte 106 in the positive electrode tank 104 to the battery cell 100C.
  • the tank structure 1P of this example further includes a third pipe 8 and a fourth pipe 9.
  • the third pipe 8 is a pipe for introducing non-oxidizing gas into the internal space 20 of the tank body 2.
  • the third pipe 8 of this example is connected to the tank body 2 such that the open end 8A of the third pipe 8 is disposed inside the tank body 2.
  • the inlet port 28 for the non-oxidizing gas into the internal space 20 is the open end 8A of the third pipe 8.
  • the fourth pipe 9 is a pipe for discharging non-oxidizing gas from the internal space 20 of the tank body 2.
  • the fourth pipe 9 in this example is connected to the tank body 2 such that the open end 9B of the fourth pipe 9 is disposed inside the tank body 2.
  • the exhaust port 29 for non-oxidizing gas from the internal space 20 is the open end 9B of the fourth pipe 9.
  • each of the third pipe 8 and the fourth pipe 9 is connected to a tank in which non-oxidizing gas is stored outside the tank body 2.
  • the white arrows shown in the third pipe 8 and the fourth pipe 9 indicate the flow direction of the non-oxidizing gas.
  • the tank structure 1N includes the tank 1 described above, the first pipe 5N, the second pipe 6N, and the pump 7N.
  • the tank structure 1N has the same structure as the tank structure 1P, except for the flowing electrolyte.
  • the first pipe 5N, second pipe 6N, and pump 7N in the tank structure 1N have the same configuration as the first pipe 5P, second pipe 6P, and pump 7P in the tank structure 1P.
  • a negative electrode electrolyte 107 is stored in the tank 1 in the tank structure 1N.
  • the cover member 3 is floating on the liquid surface of the negative electrode electrolyte 107.
  • the tank 1 in which the negative electrode electrolyte 107 is stored will be referred to as a negative electrode tank 105.
  • the tank structure 1N of this example further includes a third pipe 8 and a fourth pipe 9.
  • the third pipe 8 and the fourth pipe 9 in the tank structure 1N also have the same configuration as the third pipe 8 and the fourth pipe 9 in the tank structure 1P.
  • the RF battery system 100 includes a battery cell 100C, the above-mentioned tank structure 1P, and the above-mentioned tank structure 1N.
  • the battery cell 100C is simplified, and the positive electrode side of the battery cell 100C is shown as "+” and the negative electrode side is shown as "-”.
  • a specific configuration of the battery cell 100C is shown in FIG.
  • the RF battery system 100 charges and stores the power generated by the power generation section, discharges the stored power, and supplies it to the load.
  • the RF battery system 100 is typically connected to a power generation unit and a load via a power conversion device and substation equipment.
  • An example of the power generation unit is a solar power generation device, a wind power generation device, or other general power plants.
  • An example of the load is a power consumer or the like. Examples of uses of the RF battery system 100 include load leveling, momentary sag compensation, emergency power supply, and output smoothing of natural energy such as solar power generation or wind power generation.
  • the battery cell 100C is separated by a diaphragm 101 into a positive electrode cell 100P and a negative electrode cell 100N.
  • a positive electrode 102 is built into the positive cell 100P.
  • a positive electrode electrolyte 106 (FIG. 5) is supplied to the positive electrode cell 100P.
  • the negative electrode 103 is built into the negative electrode cell 100N.
  • a negative electrode electrolyte 107 (FIG. 5) is supplied to the negative electrode cell 100N.
  • the battery cell 100C is sandwiched between a set of cell frames 110.
  • the cell frame 110 includes a bipolar plate 112 and a frame 111.
  • a positive electrode 102 is arranged on the first surface of the bipolar plate 112, and a negative electrode 103 is arranged on the second surface of the bipolar plate 112.
  • the frame 111 is provided around the outer periphery of the bipolar plate 112.
  • the frame 111 supports a bipolar plate 112.
  • a seal member 113 is arranged between the frames 111 in order to suppress leakage of the positive electrode electrolyte 106 and the negative electrode electrolyte 107 from the battery cell 100C.
  • the RF battery system 100 is typically used in a form called a cell stack 120 in which a plurality of battery cells 100C are stacked.
  • the cell stack 120 includes a laminate in which a certain cell frame 110, a positive electrode 102, a diaphragm 101, a negative electrode 103, and another cell frame 110 are repeatedly stacked, two end plates 121 that sandwich the laminate, and fastening members (not shown). Equipped with.
  • the fastening members are, for example, long bolts and nuts.
  • the two end plates 121 are fastened together by a fastening member. This tightening maintains the laminated state of the laminate.
  • the cell stack 120 is typically used in a form in which a predetermined number of battery cells 100C are formed into a substack (not shown), and a plurality of substackes are stacked.
  • Supply/discharge plates (not shown) are arranged on the outside of the cell frame 110 located at both ends in the stacking direction of the battery cells 100C in the substack or cell stack 120.
  • a positive electrolyte 106 is circulated in the positive electrode cell 100P through a tank structure 1P.
  • the positive electrolyte 106 is supplied from the positive tank 104 through the second pipe 6P to the positive electrode 102 (FIG. 6) in the positive cell 100P by pressure feeding by the pump 7P.
  • the positive electrolyte 106 that has passed through the positive electrode 102 is returned to the positive tank 104 through the first pipe 5P.
  • pump 7P is stopped, positive electrode electrolyte 106 is not circulated.
  • a negative electrode electrolyte 107 is circulated in the negative electrode cell 100N through a tank structure 1N.
  • the negative electrolyte 107 is supplied by the pump 7N from the negative tank 105 through the second pipe 6N to the negative electrode 103 (FIG. 6) in the negative cell 100N.
  • the negative electrolyte 107 that has passed through the negative electrode 103 is returned to the negative tank 105 through the first pipe 5N.
  • the pump 7N is stopped, the negative electrode electrolyte 107 is not circulated.
  • a positive electrolyte 106 is circulated to the positive electrode 102 and a negative electrolyte 107 is circulated to the negative electrode 103, thereby causing a valence change reaction of active material ions in the electrolyte of each electrode. Charging and discharging are performed accordingly.
  • the positive electrode electrolyte 106 contains, as a positive electrode active material, one or more selected from the group consisting of manganese ions, vanadium ions, iron ions, polyacids, quinone derivatives, and amines.
  • the negative electrode electrolyte 107 contains, for example, one or more types selected from the group consisting of titanium ions, vanadium ions, chromium ions, polyacids, quinone derivatives, and amines as negative electrode active materials.
  • the solvent of the positive electrode electrolyte 106 and the negative electrode electrolyte 107 is, for example, an aqueous solution containing one or more acids or acid salts selected from the group consisting of sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, and hydrochloric acid.
  • both the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte contain vanadium ions.
  • the positive electrode electrolyte contains manganese ions
  • the negative electrode electrolyte contains titanium ions.
  • concentration of the positive electrode active material and the concentration of the negative electrode active material can be selected as appropriate.
  • each of the positive electrode tank 104 and the negative electrode tank 105 includes a gas phase space 20G in the tank body 2, as shown in FIG.
  • the gas phase space 20G is provided above the cover member 3 in the internal space 20 of the tank body 2.
  • Non-oxidizing gas is circulated in the gas phase space 20G through a third pipe 8 and a fourth pipe 9.
  • the non-oxidizing gas is constantly circulated while the RF battery system 100 is in operation.
  • the non-oxidizing gas is, for example, nitrogen.
  • the non-oxidizing gas greatly suppresses oxidation of the electrolytic solution 10 stored in the internal space 20.
  • Non-oxidizing gases may include inevitable oxygen.
  • Hydrogen gas may be generated in the electrolyte by the battery reaction in the battery cell 100C. This hydrogen gas flows into the gas phase space 20G through the openings 36, 37 or the gaps 35a, 35b in the cover member 3, and is discharged from the fourth pipe 9 to the outside of the internal space 20 together with the non-oxidizing gas.
  • the cover member 3 is not placed above the liquid level of the electrolytic solution 10 stored in the internal space 20, the liquid level of the electrolytic solution 10 is exposed to the gas phase space 20G.
  • the flow resistance at and near the surface of the electrolyte 10 exposed to the gas phase space 20G is smaller than the flow resistance inside the electrolyte 10. Due to the difference in flow resistance, the flow rate is high at and near the surface of the electrolyte 10, and the flow rate is slow inside the electrolyte 10, making the flow of the electrolyte 10 non-uniform.
  • the cover member 3 when the tank body 2 is horizontally long like a container type, if the cover member 3 is not placed above the liquid surface of the electrolyte 10, the area of the liquid surface of the electrolyte 10 exposed to the gas phase space 20G. is relatively large, and the flow of the electrolytic solution 10 tends to become non-uniform. If the cover member 3 is placed above the liquid level of the electrolytic solution 10, the flow resistance at the liquid level of the electrolytic solution 10 and its vicinity increases, so even if the tank body 2 is horizontally long like a container type, The flow of the electrolytic solution 10 tends to be uniform. When the electrolytic solution 10 flows uniformly, the electrolytic solution 10 stored in the internal space 20 is efficiently utilized.

Abstract

レドックスフロー電池システムの電解液を貯留するためのタンクであって、外部から隔てられた内部空間を有するタンク本体と、少なくとも表面が固体であるカバー部材と、を備え、前記カバー部材は、前記内部空間に貯留された前記電解液の液面を覆うように前記液面上に浮かべられ、前記カバー部材が前記液面を覆う面積は、前記液面の全面積の０．９０倍以上０．９９倍以下である、タンク。

Description

タンク、及びレドックスフロー電池システム
　本開示は、タンク、及びレドックスフロー電池システムに関する。本出願は、２０２２年６月１６日に出願した日本特許出願である特願２０２２－０９７１１７号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
　特許文献１は、レドックスフロー電池の電池セルに循環供給する電解液を蓄える電解液タンクを開示する。電解液タンクは、大気に開放されている。電解液の上部には、空気遮断部材が配置されている。
特開２０００－０１２０６５号公報
　本開示のタンクは、レドックスフロー電池システムの電解液を貯留するためのタンクであって、外部から隔てられた内部空間を有するタンク本体と、少なくとも表面が固体であるカバー部材と、を備え、前記カバー部材は、前記内部空間に貯留された前記電解液の液面を覆うように前記液面上に浮かべられ、前記カバー部材が前記液面を覆う面積は、前記液面の全面積の０．９０倍以上０．９９倍以下である。
　本開示のレドックスフロー電池システムは、本開示のタンクを備える。
図１は、実施形態のタンクの概略構成図である。 図２は、実施形態のタンクに備わるカバー部材の一例を示す説明図である。 図３は、実施形態のタンクに備わるカバー部材の別の一例を示す説明図である。 図４は、実施形態のタンクに備わるカバー部材の別の一例を示す説明図である。 図５は、実施形態のレドックスフロー電池システムの概略構成図である。 図６は、実施形態のレドックスフロー電池システムに備わるセルスタックの概略構成図である。
[本開示が解決しようとする課題]
　タンク内の電解液の酸化を抑制することが望まれている。電解液の酸化とは、電解液中の活物質イオンが酸化されることである。電解液が酸化されると、電池セル内で電池反応に利用される活物質イオン量が少なくなる。その結果、レドックスフロー電池システムにおけるエネルギー密度が低下し得る。
　本開示は、内部に貯留される電解液の酸化を抑制できるタンクを提供することを目的の一つとする。本開示は、高いエネルギー密度を有するレドックスフロー電池システムを提供することを別の目的の一つとする。
[本開示の効果]
　本開示のタンクは、内部に貯留される電解液の酸化を抑制できる。本開示のレドックスフロー電池システムは、高いエネルギー密度を有する。
　［本開示の実施形態の説明］
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
　（１）本開示の実施形態に係るタンクは、レドックスフロー電池システムの電解液を貯留するためのタンクであって、外部から隔てられた内部空間を有するタンク本体と、少なくとも表面が固体であるカバー部材と、を備え、前記カバー部材は、前記内部空間に貯留された前記電解液の液面を覆うように前記液面上に浮かべられ、前記カバー部材が前記液面を覆う面積は、前記液面の全面積の０．９０倍以上０．９９倍以下である。
　本開示のタンクは、二つの構成によって、タンク内の電解液の酸化を効果的に抑制できる。一つ目の構成は、タンク本体の内部空間が外部から隔てられている点にある。一つ目の構成によって、内部空間に貯留された電解液は外部の空気に実質的に接しない。よって、内部空間に貯留された電解液は、外部の酸素との接触による酸化が大きく抑制される。二つ目の構成は、電解液の液面上に浮かべられるカバー部材を備える点にある。カバー部材は、内部空間に含まれ得る酸素と電解液とが接触することを防ぐ。二つ目の構成によって、内部空間に微量の酸素が含まれたとしても、電解液の酸化が抑制される。カバー部材の表面が固体であると、カバー部材における電解液との接触面が良好に確保され、電解液の酸化が抑制され易い。
　（２）上記（１）のタンクにおいて、前記タンク本体の水平方向の最大長さは、前記タンク本体の高さよりも長くてもよい。
　電解液の液面上にカバー部材が配置されていないと、電解液の液面は内部空間内の気体に露出されている。気体に露出された電解液の液面及びその近傍の流通抵抗は、電解液の内部の流通抵抗よりも小さい。電解液の内部には、電解液におけるタンク本体の内面との接触面及びその近傍が含まれる。流通抵抗の違いによって、電解液の液面及びその近傍で流速が速く、電解液の内部で流速が遅くなり、電解液の流れが不均一になる。タンク本体の水平方向の最大長さがタンク本体の高さよりも長い場合、電解液の液面上にカバー部材が配置されていないと、内部空間内の気体に露出された電解液の液面の面積が比較的大きく、電解液の流れが不均一になり易い。電解液の液面上にカバー部材が浮かべられると、電解液の液面及びその近傍の流通抵抗が大きくなるため、タンク本体の水平方向の最大長さがタンク本体の高さよりも長い場合であっても、電解液の流れが均一的になり易い。電解液の流れが均一的になると、内部空間に貯留された電解液が効率的に利用される。
　（３）上記（１）又は上記（２）のタンクにおいて、前記カバー部材は、複数の分割片を備えてもよい。
　上記（３）の構成では、各分割片の大きさが調整可能である。各分割片の大きさが調整可能であると、単一のカバー部材と比較して、カバー部材の準備が容易であり、かつカバー部材の搬送時及び収納時の荷姿の自由度が高い。複数の分割片は、電解液の液面上にカバー部材を配置し易い。
　（４）上記（３）のタンクにおいて、前記複数の分割片の各々が前記液面を覆う面積は、前記液面の全面積の０．００２倍以上０．９９倍未満であってもよい。
　各分割片が小さ過ぎると、電解液の流れによって各分割片が所定位置からずれるおそれがある。各分割片が大き過ぎると、電解液の液面上に各分割片を配置し難い。上記（４）の構成では、各分割片が電解液の液面上に容易に配置され、かつ電解液の液面上に配置された各分割片が所定位置からずれ難い。
　（５）上記（３）又は上記（４）のタンクにおいて、前記複数の分割片の各々は、板材であってもよい。
　板材で構成された分割片は、電解液との接触面積を大きく確保し易い。上記（５）の構成では、全ての分割片が板材であり、電解液の酸化が抑制され易い。
　（６）上記（５）のタンクにおいて、前記板材の形状は、四角形又は六角形であってもよい。
　四角形又は六角形の板材は、複数の板材同士を隙間なく並べ易い。上記（６）の構成では、複数の板材同士が隙間なく配置され易く、電解液の酸化が抑制され易い。
　（７）上記（３）又は上記（４）のタンクにおいて、前記複数の分割片の各々は、板材であり、前記板材の形状は、六角形であってもよい。
　板材で構成された分割片は、電解液との接触面積を大きく確保し易い。六角形の板材は、複数の板材同士を隙間なく並べ易く、かつ複数の板材が並んだ状態を安定して維持し易い。上記（７）の構成では、複数の板材同士が隙間なく所定位置に配置され易く、電解液の酸化が抑制され易い。
　（８）上記（１）又は上記（２）のタンクにおいて、前記カバー部材は、一枚の板材であってもよい。
　上記（８）の構成では、カバー部材と電解液との接触面積が大きく確保され易く、電解液の酸化が抑制され易い。
　（９）上記（１）から上記（８）のいずれかのタンクにおいて、前記タンク本体は、前記内部空間に非酸化性ガスを循環させる吸気口及び排気口を備えてもよい。
　上記（９）の構成では、内部空間に非酸化性ガスを循環することができ、内部空間に貯留された電解液の酸化が抑制され易い。
　（１０）本開示の実施形態に係るレドックスフロー電池システムは、上記（１）から上記（９）のいずれか１つに記載のタンクを備える。
　本開示のレドックスフロー電池システムは、本開示のタンクを備えることで、タンク内の電解液の酸化を抑制でき、電池セル内で電池反応に利用される活物質イオン量の低下を抑制できる。その結果、本開示のレドックスフロー電池システムは、高いエネルギー密度を有する。
　（１１）上記（１０）のレドックスフロー電池システムにおいて、前記内部空間に貯留された前記電解液を備え、前記タンク本体は、前記内部空間における前記カバー部材よりも上方に非酸化性ガスが循環された気相空間を備えてもよい。
　上記（１１）の構成では、内部空間に貯留された電解液の酸化が抑制され易い。
　［本開示の実施形態の詳細］
　本開示のタンク及びレドックスフロー電池システムの具体例を、図面を参照して説明する。図中の同一符号は同一又は相当部分を示す。各図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又は簡略化して示す場合がある。図面における各部の寸法比も実際と異なる場合がある。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下、レドックスフロー電池システムを「ＲＦ電池システム」と呼ぶ場合がある。
　＜タンク＞
　図１から図４を参照して、実施形態のタンク１を説明する。実施形態のタンク１は、後述するＲＦ電池システム１００（図５）の正極電解液１０６を貯留するための正極タンク１０４、又は負極電解液１０７を貯留するための負極タンク１０５である。以下のタンク１の説明では、図５に示す正極電解液１０６及び負極電解液１０７の区別を行わず、単に「電解液１０」と呼ぶ。図１は、電解液１０を貯留した状態を示している。
　タンク１は、図１に示すように、タンク本体２とカバー部材３とを備える。タンク１の特徴の一つは、タンク本体２が外部から隔てられた内部空間２０を備え、かつカバー部材３が内部空間２０に貯留された電解液１０の液面上に浮かべられる点にある。以下、タンク本体２及びカバー部材３の詳細を説明する。図１に示すタンク１は、タンク１をタンク本体２の高さ方向に沿った平面で切断した断面で示されている。図２から図４に示すタンク１は、図１のＡ－Ａ断面で切断した断面で示されている。
　≪タンク本体≫
　タンク本体２は、図１に示すように、電解液１０が貯留される内部空間２０を有する容器である。タンク本体２は柱状体である。柱状体は、例えば角柱体、円柱体である。角柱体は、例えば四角柱体である。四角柱体は、直方体及び立方体を含む。四角柱体における向かい合う二面の平面形状は、正方形及び長方形以外の四角形、例えばひし形、台形であってもよい。タンク本体２は、例えばタンク本体２の第一方向Ｄ１に一様な断面形状を備える。第一方向Ｄ１に一様な断面形状を備えるタンク本体２は、例えば直方体、立方体、又は円柱体である。本例のタンク本体２の形状は直方体である。本例では、タンク本体２の内部空間２０も直方体である。
　タンク本体２は、三次元直交座標系で表される第一方向Ｄ１、第二方向Ｄ２、及び第三方向Ｄ３を備える。本例の第一方向Ｄ１は、タンク本体２の最長方向である。本例の第一方向Ｄ１は、タンク本体２の内部空間２０の最長方向でもある。本例の第一方向Ｄ１は水平方向である。本例の第二方向Ｄ２は、タンク本体２の幅方向である。本例の第二方向Ｄ２は、タンク本体２の内部空間２０の幅方向でもある。第二方向Ｄ２は、図１では紙面に直交する方向である。本例の第三方向Ｄ３は、タンク本体２の高さ方向である。本例の第三方向Ｄ３は、タンク本体２の内部空間２０の高さ方向でもある。本例のタンク本体２は、横長に配置されている。つまり、本例では、タンク本体２の水平方向の最大長さは、タンク本体２の高さよりも長い。本例では、第二方向Ｄ２及び第三方向Ｄ３は、第一方向Ｄ１に直交している。本例では、第二方向Ｄ２と第三方向Ｄ３とは、互いに直交している。
　本例のタンク本体２は、図１及び図２に示すように、第一端壁２１、第二端壁２２、上壁２３、下壁２４、及び二つの側壁２５，２５を備える。第一端壁２１と第二端壁２２は、図１及び図２に示すように、第一方向Ｄ１に向かい合っている。上壁２３と下壁２４は、図１に示すように、第三方向Ｄ３に向かい合っている。二つの側壁２５，２５は、図２に示すように、第二方向Ｄ２に向かい合っている。第一端壁２１、第二端壁２２、上壁２３、下壁２４、及び二つの側壁２５，２５の各厚さは適宜選択できる。内部空間２０は、第一端壁２１、第二端壁２２、上壁２３、下壁２４、及び二つの側壁２５，２５で囲まれた空間である。内部空間２０は外部と遮断されており、外部から内部空間２０への空気の侵入は遮断されている。第一端壁２１、第二端壁２２、上壁２３、下壁２４、及び二つの側壁２５，２５の各々は、内部空間２０に貯留された電解液１０が外部の空気に接触することを防ぐ。
　タンク本体２の第一方向Ｄ１の第一長さは、例えば４．５ｍ以上１３ｍ以下である。第一長さは、図１及び図２に示す第一端壁２１及び第二端壁２２の各外面間の長さである。第一長さが４．５ｍ以上であると、内部空間２０が大きく確保され、大容量の電解液１０が確保される。第一長さが１３ｍ以下であると、タンク本体２の過度な大型化が抑制される。第一長さは、更に４．５ｍ以上１２ｍ以下、５ｍ以上１１．５ｍ以下、６ｍ以上１０ｍ以下であってもよい。
　タンク本体２の第二方向Ｄ２の第二長さは、例えば１ｍ以上３ｍ以下である。第二長さは、図２に示す第二方向Ｄ２に向かい合う二つの側壁２５，２５の各外面間の長さである。第二長さが１ｍ以上であると、内部空間２０が大きく確保され、大容量の電解液１０が確保される。第二長さが３ｍ以下であると、タンク本体２の過度な大型化が抑制される。第二長さは、更に１．５ｍ以上２．５ｍ以下であってもよい。
　タンク本体２の第三方向Ｄ３の第三長さは、例えば１ｍ以上３ｍ以下である。第三長さは、図１に示す第三方向Ｄ３に向かい合う二つの上壁２３及び下壁２４の各外面間の長さである。第三長さが１ｍ以上であると、内部空間２０が大きく確保され、大容量の電解液１０が確保される。第三長さが３ｍ以下であると、タンク本体２の過度な大型化が抑制される。第三長さは、更に１．５ｍ以上２．５ｍ以下であってもよい。
　直方体形状を有するタンク本体２は、例えばＩＳＯ規格に則った２０ｆｔコンテナ型、又は４０ｆｔコンテナ型のタンクであってもよい。４０ｆｔコンテナ型のタンク本体２では、第一長さが１２１９２ｍｍ、第二長さが２４３８ｍｍ、第三長さが２５９１ｍｍである。ハイキューブ型の４０ｆｔコンテナ型のタンク本体２では、第一長さが１２１９２ｍｍ、第二長さが２４３８ｍｍ、第三長さが２８９６ｍｍである。コンテナ型のタンク本体２は、設置性及び運搬性に優れる。
　タンク本体２の内面は、電解液１０に耐性を有する樹脂又はゴムで構成されている。樹脂は、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、又はフッ化ビニル化合物である。ゴムは、例えば、天然ゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、又はフッ素ゴムである。
　タンク本体２は、図１に示すように、電解液１０の入口２６と電解液１０の出口２７を備える。入口２６と出口２７は第一方向Ｄ１に離れて設けられている。電解液１０の流れについては後述する。
　入口２６は、後述する第一配管５の開口端部５Ａである。第一配管５は、上壁２３を貫通してタンク本体２の外部から内部空間２０内に延びている。入口２６は、内部空間２０内に設けられている。入口２６の開口方向は、第三方向Ｄ３である。入口２６の形状は適宜選択できる。
　出口２７は、後述する第二配管６の開口端部６Ｂである。第二配管６は、上壁２３を貫通してタンク本体２の外部から内部空間２０内に延びている。出口２７は、内部空間２０内に設けられている。出口２７の開口方向は、第三方向Ｄ３である。出口２７の形状は適宜選択できる。
　入口２６と出口２７との間の長さは、例えば４ｍ以上１１．５ｍ以下である。入口２６と出口２７との間の長さは、入口２６の中心軸と出口２７の中心軸とを結ぶ最短長さである。上記長さが４ｍ以上であると、入口２６と出口２７が離れており、タンク本体２内の電解液１０が効率的に利用され易い。上記長さが１１．５ｍ以下であると、タンク本体２の過度な大型化が抑制される。上記長さは、更に４ｍ以上１１ｍ以下、４．５ｍ以上１１ｍ以下、特に５．５ｍ以上９．５ｍ以下であってもよい。
　タンク本体２は、図１に示すように、内部空間２０に非酸化性ガスを循環させる吸気口２８と排気口２９とを備える。吸気口２８と排気口２９は第一方向Ｄ１に離れて設けられている。非酸化性ガスの循環については後述する。
　吸気口２８は、後述する第三配管８の開口端部８Ａである。本例の第三配管８は、上壁２３を貫通してタンク本体２の外部から内部空間２０内に延びている。吸気口２８は、内部空間２０内に設けられている。本例の吸気口２８の開口方向は、第三方向Ｄ３である。吸気口２８の形状は適宜選択できる。
　排気口２９は、後述する第四配管９の開口端部９Ｂである。本例の第四配管９は、上壁２３を貫通してタンク本体２の外部から内部空間２０内に延びている。排気口２９は、内部空間２０内に設けられている。本例の排気口２９の開口方向は、第三方向Ｄ３である。排気口２９の形状は適宜選択できる。
　≪カバー部材≫
　カバー部材３は、図１に示すように、タンク本体２の内部空間２０に貯留された電解液１０の液面を覆うように電解液１０の液面上に浮かべられる。カバー部材３の比重は、電解液１０の比重よりも小さい。カバー部材３の比重は、電解液１０の比重を１として、例えば０．３以上０．９９以下である。カバー部材３の比重は、後述する気相空間２０Ｇに循環される非酸化性ガスの比重よりも大きい。カバー部材３は、タンク本体２とは独立した部材である。カバー部材３は、タンク本体２に固定されていない。電解液１０の液面は、内部空間２０内で上下に変動し得る。カバー部材３は、電解液１０の液面の変動に追従可能である。
　カバー部材３は、内部空間２０に貯留された電解液１０の酸化を防止する部材、特に内部空間２０に含まれ得る酸素と電解液１０とが接触することを防ぐ部材である。カバー部材３は、少なくとも表面が固体である。カバー部材３は、全体が固体であってもよいし、気体を囲むように表面のみが固体であってもよい。カバー部材３の表面が固体であると、カバー部材３における電解液１０との接触面が良好に確保され、電解液１０の酸化が抑制され易い。
　カバー部材３が電解液１０の液面を覆う面積は、電解液１０の液面の全面積の０．９０倍以上０．９９倍以下である。以下、カバー部材３が電解液１０の液面を覆う面積を「カバー部材３の面積」と呼ぶ場合がある。電解液１０の液面の全面積は内部空間２０の大きさに依存する。電解液１０の液面の全面積は、上壁２３又は下壁２４の内面の平面積に等しい。電解液１０の液面の全面積は、第一端壁２１、第二端壁２２、及び二つの側壁２５，２５の各内面で囲まれた領域の平面積に等しい。電解液１０は、後述する第一配管５によって内部空間２０に導入され、後述する第二配管６によって内部空間２０から排出される。カバー部材３には、第一配管５に対応した開口部３６、及び第二配管６に対応した開口部３７が設けられている。カバー部材３の面積が電解液１０の液面の全面積の０．９９倍以下であると、開口部３６及び開口部３７が配置され易い。カバー部材３の面積が電解液１０の液面の全面積の０．９０倍以上であると、カバー部材３が電解液１０の液面を広範囲にわたって覆うことになり、電解液１０の酸化が抑制される。カバー部材３の面積は、電解液１０の液面の全面積の０．９５倍以上０．９８倍以下であってもよい。
　本例では、第一配管５の開口端部５Ａは、電解液１０の液面の上方に間隔を有して配置されている。開口部３６は、開口端部５Ａを電解液１０の液面上に投影した箇所に設けられている。カバー部材３が図２及び図３に示すように複数の分割片３０で構成されている場合、開口部３６は、複数の分割片３０の間に設けられた隙間で構成されている。この隙間は、開口端部５Ａの大きさ以上であるとよい。この隙間を構成する複数の分割片３０は、開口端部５Ａから流れ出た電解液１０の流れを阻害しないように配置されるとよい。図２及び図３では、開口部３６は図示していない。カバー部材３が図４に示すように一枚の板材で構成されている場合、開口部３６は、板材に設けられた貫通孔で構成されている。開口部３６からは電解液１０が露出されている。
　開口端部５Ａと開口部３６とをつなぐようにガイド部５ｗが配置されていてもよい。ガイド部５ｗは、図面では分かり易いように点線で図示されている。ガイド部５ｗは、例えば第一配管５に固定された複数の壁部で構成されている。複数の壁部は、第一配管５の周方向に等間隔に配置されている。各壁部は、開口端部５Ａから開口部３６まで延びている。隣り合う壁部間には隙間が設けられている。この隙間は、第一配管５からの電解液１０の圧力を逃がすために設けられている。ガイド部５ｗは、開口部３６にカバー部材３、図２及び図３では各分割片３０が入り込むことを抑制する役割も有する。カバー部材３は、ガイド部５ｗを囲むように配置される。ガイド部５ｗによって、第一配管５から導入された電解液１０は、カバー部材３の実体部分に影響を及ぼすことなく開口部３６に導かれる。
　本例では、第二配管６の開口端部６Ｂは、電解液１０中に配置されている。開口部３７には、第二配管６が貫通している。カバー部材３は、第二配管６を囲むように配置されている。
　カバー部材３は、図２及び図３に示すように、複数の分割片３０を備えていてもよい。言い換えると、カバー部材３は、複数の分割片３０の集合体で構成されていてもよい。図２及び図３では、各分割片３０の一部が図示されている。タンク本体２が２０ｆｔコンテナ型のように大きい場合、電解液１０の液面の略全面を覆うことができる単一の大きなカバー部材３を電解液１０の液面上に配置することは難しい。カバー部材３が複数の分割片３０を備えると、各分割片３０の大きさを調整することができる。各分割片３０の大きさが調整されることで、カバー部材３の準備が容易である。カバー部材３が複数の分割片３０を備えると、カバー部材３を電解液１０の液面上に配置し易い。カバー部材３が複数の分割片３０を備えると、各分割片３０が個別に電解液１０の液面の変動に追従し、カバー部材３の動きが滑らかになり易い。
　各分割片３０が電解液１０の液面を覆う面積は、例えば、電解液１０の液面の全面積の０．００２倍以上０．０１倍以下である。以下、各分割片３０が電解液１０の液面を覆う面積を「各分割片３０の面積」と呼ぶ場合がある。各分割片３０の面積は、一つの分割片３０が電解液１０の液面を覆う面積である。各分割片３０が小さ過ぎると、電解液１０の流れによって各分割片３０が所定位置から大きくずれるおそれがある。各分割片３０の面積が電解液１０の液面の全面積の０．００２倍以上であると、各分割片３０が電解液１０の流れの影響を受け難くなり、所定位置からずれ難い。各分割片３０の面積が電解液１０の液面の全面積の０．０１倍以下であると、各分割片３０の準備が容易であり、かつ各分割片３０を電解液１０の液面上に配置し易い。各分割片３０の面積は、電解液１０の液面の全面積の０．００４倍以上０．００８倍以下であってもよい。複数の分割片３０は、上述した範囲の面積を有する小さい分割片３０のみで組み合わされてもよい。複数の分割片３０は、同じ面積を有する分割片３０で組み合わされてもよいし、異なる面積を有する分割片３０を含んでいてもよい。
　複数の分割片３０は、上述した範囲の面積を有する小さい分割片３０と大きい分割片３０とが組み合わされてもよい。大きい分割片３０の面積は、例えば、電解液１０の液面の全面積の０．０１倍超０．９９倍未満である。大きい分割片３０は、巻き取ったり折り畳んだりできるような可撓性を有すると電解液１０の液面に配置させ易い。大きい分割片３０の面積は、電解液１０の液面の全面積の０．８倍以下、０．７５倍以下、０．５倍以下であってもよい。小さい分割片３０は、大きい分割片３０で覆われない電解液１０の液面を覆うように配置されるとよい。
　各分割片３０における電解液１０の液面を覆う面積は、２０００ｍｍ２以上１２０００００ｍｍ２以下、更に２００００ｍｍ２以上１０００００ｍｍ２以下、４００００ｍｍ２以上６００００ｍｍ２以下であるとよい。各分割片３０の個数は、タンク本体２の大きさによるものの、２０個以上５００個以下、更に５０個以上２００個以下であるとよい。
　各分割片３０は、カバー部材３に開口部３６，３７（図１）が形成されるように配置されている。図２及び図３では、説明の便宜上、開口部３６，３７は図示されていない。
　各分割片３０は、例えば板材である。板材で構成された分割片３０は、電解液１０との接触面積を大きく確保し易い。分割片３０と電解液１０との接触面積が大きいと、電解液１０の酸化が抑制され易い。板材で構成された分割片３０の個数は、例えば分割片３０の全個数の５０％以上、更に７０％以上、９０％以上である。板材以外の分割片３０は、例えば球体である。球体で構成された分割片３０については後述する。本例では、全分割片３０が板材である。
　分割片３０が板材である場合、板材の形状は適宜選択できる。板材の形状は平面形状である。板材の形状は、板材における電解液１０との接触面の形状でもある。板材の形状は、図２に示すように四角形でもよく、図３に示すように六角形でもよい。四角形又は六角形のように直線を含む形状であると、複数の板材同士が隙間なく配置され易い。なお、電解液１０の流れによって、板材同士の間に比較的小さい隙間３５ａが形成され得る。隙間３５ａが形成されたとしても、カバー部材３が電解液１０の液面を覆う面積は、電解液１０の液面の全面積の０．９０倍以上０．９９倍以下を満たす。
　特に、板材の形状が六角形であると、図３に示すように、複数の板材同士が隙間なく並び易く、かつ複数の板材が並んだ状態が安定して維持され易い。しかし、タンク本体２の形状によっては、六角形の分割片３０とタンク本体２の壁面との間に比較的大きな隙間３５ｂが形成され得る。隙間３５ｂが形成されたとしても、カバー部材３が電解液１０の液面を覆う面積は、電解液１０の液面の全面積の０．９０倍以上０．９９倍以下を満たす。隙間３５ｂが大きい場合、隙間３５ｂには、六角形以外の形状、例えば台形や三角形の板材が配置されてもよい。
　複数の分割片３０は、形状が異なる複数の板材を含んでいてもよい。例えば、上述したように、六角形の板材と台形の板材と三角形の板材とが混在されていてもよい。複数の分割片３０は、形状によらず、面積の異なる複数の板材を含んでいてもよい。例えば、比較的大きな面積を有する分割片３０が、第一配管５の開口端部５Ａを電解液１０の液面上に投影した箇所の近傍に配置されているとよい。第一配管５の開口端部５Ａを電解液１０の液面上に投影した箇所の近傍では、開口端部５Ａから流れ出た電解液１０によって液面が波立つ傾向にある。電解液１０の液面が波立ち易い箇所に比較的大きな面積を有する分割片３０が配置されることで、各分割片３０が電解液１０の流れの影響を受け難くなり、所定位置からずれ難い。タンク本体２の壁面の近傍は、電解液１０の流れの影響を受け難い。よって、タンク本体２の壁面の近傍には、比較的小さな面積を有する分割片３０が配置されていてもよい。上述したように、タンク本体２の形状及び分割片３０の形状によっては、分割片３０とタンク本体２の壁面との間に隙間３５ｂ（図３）が形成され得る。この隙間３５ｂを埋めるように比較的小さな面積を有する分割片３０が配置されてもよい。
　分割片３０が板材である場合、板材は第一面３１及び第二面３２（図１）を備える。第一面３１は、電解液１０との接触面である。第一面３１は、例えば平坦面である。平坦面であると、電解液１０との接触面積が大きく確保され易い。第二面３２は、第一面３１に向かい合う面であり、後述する気相空間２０Ｇにさらされる面である。第二面３２は、平坦面であってもよいし、湾曲面であってもよい。第二面３２は、中心から周縁に向かって下がるような傾斜面を有していてもよい。第二面３２に上記傾斜面があると、第二面３２上に電解液１０がかかったとしても、その電解液１０が傾斜面を液面に向かって流れることで第二面３２上に溜まり難い。第二面３２に上記傾斜面を有する分割片３０は、第一配管５の開口端部５Ａを電解液１０の液面上に投影した箇所の近傍に配置されるとよい。第一面３１及び第二面３２の双方が上記傾斜面を有していてもよい。第一面３１及び第二面３２の双方が傾斜面を有すると、電解液１０の流れで分割片３０が上下反転しても、常に上方に傾斜面が配置された状態になる。
　各分割片３０は、例えば、互いに独立して配置されている。各分割片３０は、互いに連結部材でつながっていてもよい。連結部材は、例えば紐である。電解液１０の流れの影響を受け易い箇所に配置される複数の分割片３０は、互いに連結部材でつながっているとよい。
　各分割片３０は、球体であってもよい。球体は、中実の球体であってもよいし、内部に気体を含む中空の球体であってもよい。内部に気体を含む球体は、表面のみが固体である。球体で構成された複数の分割片３０は、電解液１０の液面上に複数層に重なるように配置されるとよい。球体で構成された複数の分割片３０は、例えばネット状の袋に入れられていてもよい。一つの袋に全分割片３０が入れられていてもよいし、複数の袋に分けて各袋に複数の分割片３０が入れられていてもよい。
　カバー部材３は、図４に示すように、一枚の板材であってもよい。一枚の板材であると、カバー部材３と電解液１０との接触面積が大きく確保され易く、電解液１０の酸化が抑制され易い。一枚の板材は、例えば柔らかいシートであるとよい。一枚の板材であるカバー部材には、開口部３６，３７が形成されている。一枚の板材であるカバー部材３には、図示しない複数の小さな貫通孔が形成されていてもよい。複数の小さな貫通孔は、例えば開口部３６の近傍に設けられているとよい。カバー部材３の上面に電解液１０がかかったとしても、その電解液１０が貫通孔から流れ落ちることでカバー部材３上に溜まり難い。
　カバー部材３は、電解液１０に耐性を有する樹脂又はゴムで構成されている。カバー部材３の構成材料は、例えばタンク本体２の内面と同様の材料を適用できる。
　＜タンク構造＞
　図５を参照して、上述したタンク１を備えるタンク構造１Ｐ，１Ｎを説明する。図５に示すタンク１は、タンク１をタンク本体２の高さ方向に沿った平面で切断した断面で示されている。図５の左上に図示する方向は、タンク１の配置方向を示している。タンク構造１Ｐは正極電解液１０６を循環させる。タンク構造１Ｎは負極電解液１０７を循環させる。
　タンク構造１Ｐは、上述したタンク１、第一配管５Ｐ、第二配管６Ｐ、及びポンプ７Ｐを備える。タンク１には、正極電解液１０６が貯留されている。正極電解液１０６の液面上には、カバー部材３が浮かべられている。以下、正極電解液１０６が貯留されたタンク１を正極タンク１０４と呼ぶ。図５に示す第一配管５Ｐは、図１に示す第一配管５と同じである。図５に示す第二配管６Ｐは、図１に示す第二配管６と同じである。第一配管５Ｐ内及び第二配管６Ｐ内に示されている黒塗り矢印は、電解液１０の流れ方向である。
　第一配管５Ｐは、電池セル１００Ｃから正極タンク１０４に正極電解液１０６を戻すための配管である。本例の第一配管５Ｐは、第一配管５Ｐの開口端部５Ａがタンク本体２の内部に配置されるように、タンク本体２に接続されている。正極タンク１０４内への正極電解液１０６の入口２６は、第一配管５Ｐの開口端部５Ａである。本例の入口２６は、タンク本体２の第三方向Ｄ３の中央よりも上側に配置されている。本例の入口２６は、正極電解液１０６に浸からないように配置されている。
　第二配管６Ｐは、正極タンク１０４から電池セル１００Ｃに正極電解液１０６を送るための配管である。本例の第二配管６Ｐは、第二配管６Ｐの開口端部６Ｂがタンク本体２の内部に配置されるように、タンク本体２に接続されている。正極タンク１０４内からの正極電解液１０６の出口２７は、第二配管６Ｐの開口端部６Ｂである。本例の出口２７は、タンク本体２の第三方向Ｄ３の中央よりも下側に配置されている。本例の出口２７は、正極電解液１０６に浸かるように配置されている。
　ポンプ７Ｐは、第二配管６Ｐの途中に設けられている。ポンプ７Ｐは、正極タンク１０４内の正極電解液１０６を電池セル１００Ｃに圧送する。
　本例のタンク構造１Ｐは、第三配管８及び第四配管９を更に備える。第三配管８は、タンク本体２の内部空間２０に非酸化性ガスを導入するための配管である。本例の第三配管８は、第三配管８の開口端部８Ａがタンク本体２の内部に配置されるように、タンク本体２に接続されている。内部空間２０への非酸化性ガスの吸気口２８は、第三配管８の開口端部８Ａである。第四配管９は、タンク本体２の内部空間２０から非酸化性ガスを排出するための配管である。本例の第四配管９は、第四配管９の開口端部９Ｂがタンク本体２の内部に配置されるように、タンク本体２に接続されている。内部空間２０からの非酸化性ガスの排気口２９は、第四配管９の開口端部９Ｂである。図５では図示を省略しているが、第三配管８及び第四配管９の各々は、タンク本体２の外部において非酸化性ガスが貯留されたタンクにつながっている。第三配管８内及び第四配管９内に示されている白抜き矢印は、非酸化性ガスの流れ方向である。第三配管８及び第四配管９によって内部空間２０に非酸化性ガスが循環されると、タンク本体２には、内部空間２０におけるカバー部材３よりも上方に非酸化性ガスの気相空間２０Ｇが構成される。気相空間２０Ｇについては後述する。
　タンク構造１Ｎは、上述したタンク１、第一配管５Ｎ、第二配管６Ｎ、及びポンプ７Ｎを備える。タンク構造１Ｎは、タンク構造１Ｐと流れる電解液が異なるだけで、構成は同じである。タンク構造１Ｎにおける第一配管５Ｎ、第二配管６Ｎ、及びポンプ７Ｎは、タンク構造１Ｐにおける第一配管５Ｐ、第二配管６Ｐ、及びポンプ７Ｐと同じ構成である。タンク構造１Ｎにおけるタンク１には、負極電解液１０７が貯留されている。負極電解液１０７の液面上には、カバー部材３が浮かべられている。以下、負極電解液１０７が貯留されたタンク１を負極タンク１０５と呼ぶ。
　本例のタンク構造１Ｎは、第三配管８及び第四配管９を更に備える。タンク構造１Ｎにおける第三配管８及び第四配管９も、タンク構造１Ｐにおける第三配管８及び第四配管９と同じ構成である。
　第一配管５Ｐ，５Ｎ、第二配管６Ｐ，６Ｎ、ポンプ７Ｐ，７Ｎ、第三配管８、及び第四配管９の基本構成は、公知の構成を適宜利用できる。
　＜ＲＦ電池システム＞
　図５及び図６を参照して、実施形態のＲＦ電池システム１００を説明する。ＲＦ電池システム１００は、図５に示すように、電池セル１００Ｃ、上述したタンク構造１Ｐ、及び上述したタンク構造１Ｎを備える。図５では、電池セル１００Ｃを簡略化して、電池セル１００Ｃの正極側を「＋」、負極側を「－」で示す。電池セル１００Ｃの具体的な構成は図６に示す。ＲＦ電池システム１００の基本構成は、公知の構成を適宜利用できる。
　ＲＦ電池システム１００は、発電部で発電した電力を充電して蓄え、蓄えた電力を放電して負荷に供給する。ＲＦ電池システム１００は、代表的には、電力変換装置と変電設備とを介して発電部と負荷とに接続される。発電部の一例は、太陽光発電装置、風力発電装置、又はその他一般の発電所等である。負荷の一例は、電力の需要家等である。ＲＦ電池システム１００の用途の一例は、負荷平準化、瞬低補償、非常用電源、又は太陽光発電又は風力発電等の自然エネルギーの出力平滑化等である。
　電池セル１００Ｃは、図６に示すように、隔膜１０１で正極セル１００Ｐと負極セル１００Ｎとに分離されている。正極セル１００Ｐには、正極電極１０２が内蔵されている。正極セル１００Ｐには、正極電解液１０６（図５）が供給される。負極セル１００Ｎには、負極電極１０３が内蔵されている。負極セル１００Ｎには、負極電解液１０７（図５）が供給される。電池セル１００Ｃは、一組のセルフレーム１１０に挟まれて構成されている。セルフレーム１１０は、双極板１１２と枠体１１１とを備える。双極板１１２の第一面に正極電極１０２が配置され、双極板１１２の第二面に負極電極１０３が配置されている。枠体１１１は、双極板１１２の外周に設けられている。枠体１１１は、双極板１１２を支持している。枠体１１１間には、電池セル１００Ｃからの正極電解液１０６及び負極電解液１０７の漏洩を抑制するために、シール部材１１３が配置されている。
　ＲＦ電池システム１００は、代表的には、複数の電池セル１００Ｃが積層されたセルスタック１２０と呼ばれる形態で利用されている。セルスタック１２０は、あるセルフレーム１１０、正極電極１０２、隔膜１０１、負極電極１０３、別のセルフレーム１１０が繰り返し積層された積層体と、積層体を挟む二つのエンドプレート１２１と、図示しない締結部材とを備える。締結部材は、例えば長ボルト及びナットである。二つのエンドプレート１２１は、締結部材によって締め付けられている。この締め付けによって、上記積層体の積層状態が保持されている。セルスタック１２０は、代表的には、所定数の電池セル１００Ｃを図示しないサブスタックとし、複数のサブスタックを積層した形態で利用されている。サブスタック又はセルスタック１２０における電池セル１００Ｃの積層方向の両端に位置するセルフレーム１１０の外側には、図示しない給排板が配置されている。
　正極セル１００Ｐには、図５に示すように、タンク構造１Ｐにより正極電解液１０６が循環されている。正極電解液１０６は、ポンプ７Ｐの圧送によって正極タンク１０４から第二配管６Ｐを通って正極セル１００Ｐ内の正極電極１０２（図６）に供給される。正極電極１０２を流通した正極電解液１０６は、第一配管５Ｐを通って正極タンク１０４に戻される。ポンプ７Ｐが停止しているときは、正極電解液１０６は循環されない。
　負極セル１００Ｎには、図５に示すように、タンク構造１Ｎにより負極電解液１０７が循環されている。負極電解液１０７は、ポンプ７Ｎの圧送によって負極タンク１０５から第二配管６Ｎを通って負極セル１００Ｎ内の負極電極１０３（図６）に供給される。負極電極１０３を流通した負極電解液１０７は、第一配管５Ｎを通って負極タンク１０５に戻される。ポンプ７Ｎが停止しているときは、負極電解液１０７は循環されない。
　ＲＦ電池システム１００は、正極電極１０２に正極電解液１０６が循環されると共に、負極電極１０３に負極電解液１０７が循環されることで、各極の電解液中の活物質イオンの価数変化反応に伴って充電及び放電を行う。
　正極電解液１０６は、正極活物質として、例えば、マンガンイオン、バナジウムイオン、鉄イオン、ポリ酸、キノン誘導体、及びアミンからなる群より選択される１種以上を含有する。負極電解液１０７は、負極活物質として、例えば、チタンイオン、バナジウムイオン、クロムイオン、ポリ酸、キノン誘導体、及びアミンからなる群より選択される１種以上を含有する。正極電解液１０６及び負極電解液１０７の溶媒は、例えば、硫酸、リン酸、硝酸、塩酸からなる群より選択される１種以上の酸又は酸塩を含む水溶液である。具体例は、正極電解液及び負極電解液の双方がバナジウムイオンを含む。別例は、正極電解液がマンガンイオンを含み、負極電解液がチタンイオンを含む。正極活物質の濃度、及び負極活物質の濃度は適宜選択できる。
　本例のＲＦ電池システム１００では、正極タンク１０４及び負極タンク１０５の各々は、図５に示すように、タンク本体２に気相空間２０Ｇを備える。気相空間２０Ｇは、タンク本体２の内部空間２０におけるカバー部材３よりも上方に設けられている。気相空間２０Ｇには、第三配管８及び第四配管９により非酸化性ガスが循環されている。非酸化性ガスの循環は、ＲＦ電池システム１００の運転中は常に行われている。非酸化性ガスは、例えば窒素である。非酸化性ガスによって、内部空間２０に貯留された電解液１０の酸化が大きく抑制される。非酸化性ガスには、不可避的な酸素が含まれ得る。気相空間２０Ｇ内に不可避的な酸素が含まれたとしても、電解液１０の液面上にカバー部材３が配置されていることで、電解液１０の酸化は抑制される。気相空間２０Ｇ内の酸素量が微量であったとしても、長期的に見ると、電解液１０の酸化によってＲＦ電池システム１００のエネルギー密度が大きく低下し得る。酸素量が微量であったとしても、カバー部材３によって電解液１０の酸化が抑制されると、長期的に見ても電解液１０の酸化が抑制され、長期的なＲＦ電池システム１００のエネルギー密度の低下が抑制される。
　電池セル１００Ｃでの電池反応によって電解液中で水素ガスが発生し得る。この水素ガスは、カバー部材３における開口部３６，３７又は隙間３５ａ，３５ｂを通って気相空間２０Ｇに流れ、非酸化性ガスと共に第四配管９から内部空間２０の外に放出される。
　気相空間２０Ｇに非酸化性ガスが循環されていると、電解液の水分が蒸発し得る。電解液１０の液面上にカバー部材３が配置されていると、電解液の水分が蒸発し難い。水分の蒸発が抑制されると、温度上昇が抑制されたり、電解液１０中の活物質イオンの析出が抑制されたりする。
　内部空間２０に貯留された電解液１０の液面上にカバー部材３が配置されていないと、電解液１０の液面は気相空間２０Ｇに露出されている。気相空間２０Ｇに露出された電解液１０の液面及びその近傍の流通抵抗は、電解液１０の内部の流通抵抗よりも小さい。流通抵抗の違いによって、電解液１０の液面及びその近傍で流速が速く、電解液１０の内部で流速が遅くなり、電解液１０の流れが不均一になる。特に、コンテナ型のように横長のタンク本体２であると、電解液１０の液面上にカバー部材３が配置されていないと、気相空間２０Ｇに露出された電解液１０の液面の面積が比較的大きく、電解液１０の流れが不均一になり易い。電解液１０の液面上にカバー部材３が配置されていると、電解液１０の液面及びその近傍の流通抵抗が大きくなるため、コンテナ型のように横長のタンク本体２であっても、電解液１０の流れが均一的になり易い。電解液１０の流れが均一的になると、内部空間２０に貯留された電解液１０が効率的に利用される。
　１　タンク、１Ｐ，１Ｎ　タンク構造、１０　電解液、　２　タンク本体、２０　内部空間、２０Ｇ　気相空間、　２１　第一端壁、２２　第二端壁、２３　上壁、２４　下壁、２５　側壁、　２６　入口、２７　出口、　２８　吸気口、２９　排気口、　Ｄ１　第一方向、Ｄ２　第二方向、Ｄ３　第三方向、　３　カバー部材、３０　分割片、　３１　第一面、３２　第二面、３５ａ，３５ｂ　隙間、３６，３７　開口部、　５，５Ｐ，５Ｎ　第一配管、５Ａ　開口端部、５ｗ　ガイド部、　６，６Ｐ，６Ｎ　第二配管、６Ｂ　開口端部、　７Ｐ，７Ｎ　ポンプ、　８　第三配管、８Ａ　開口端部、　９　第四配管、９Ｂ　開口端部、　１００　レドックスフロー電池システム（ＲＦ電池システム）、　１００Ｃ　電池セル、　１０１　隔膜、　１００Ｐ　正極セル、１００Ｎ　負極セル、　１０２　正極電極、１０３　負極電極、　１０４　正極タンク、１０５　負極タンク、　１０６　正極電解液、１０７　負極電解液、　１１０　セルフレーム、１１１　枠体、１１２　双極板、１１３　シール部材、　１２０　セルスタック、１２１　エンドプレート。

Claims (11)

  1. 　レドックスフロー電池システムの電解液を貯留するためのタンクであって、
    　外部から隔てられた内部空間を有するタンク本体と、
    　少なくとも表面が固体であるカバー部材と、を備え、
    　前記カバー部材は、前記内部空間に貯留された前記電解液の液面を覆うように前記液面上に浮かべられ、
    　前記カバー部材が前記液面を覆う面積は、前記液面の全面積の０．９０倍以上０．９９倍以下である、
    　タンク。
  2. 　前記タンク本体の水平方向の最大長さは、前記タンク本体の高さよりも長い、請求項１に記載のタンク。
  3. 　前記カバー部材は、複数の分割片を備える、請求項１又は請求項２に記載のタンク。
  4. 　前記複数の分割片の各々が前記液面を覆う面積は、前記液面の全面積の０．００２倍以上０．９９倍未満である、請求項３に記載のタンク。
  5. 　前記複数の分割片の各々は、板材である、請求項３又は請求項４に記載のタンク。
  6. 　前記板材の形状は、四角形又は六角形である、請求項５に記載のタンク。
  7. 　前記複数の分割片の各々は、板材であり、
    　前記板材の形状は、六角形である、請求項３又は請求項４に記載のタンク。
  8. 　前記カバー部材は、一枚の板材である、請求項１又は請求項２に記載のタンク。
  9. 　前記タンク本体は、前記内部空間に非酸化性ガスを循環させる吸気口及び排気口を備える、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のタンク。
  10. 　請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のタンクを備える、
    　レドックスフロー電池システム。
  11. 　前記内部空間に貯留された前記電解液を備え、
    　前記タンク本体は、前記内部空間における前記カバー部材よりも上方に非酸化性ガスが循環された気相空間を備える、請求項１０に記載のレドックスフロー電池システム。
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