JPH0364864A - レドックスフロー電池の電解液再生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、レドックスフロー電池の電解液再生方法に
関するものであり、特に、設備の簡略化が図れ、かつコ
ストが安価になるように改良された、レドックスフロー
電池の電解液再生方法に関するものである。

［従来の技術］ 電力会社は、安定した電力を需要家に供給するために、
電力の需要に合わせて発電を行なう必要がある。このた
め、電力会社は、常に、最大需要に見合った発電設備を
建設し、需要に即応して発電を行なっている。しかしな
がら、第３図の電力需要曲線Ａで示すように、昼間およ
び夜間では、電力の需要に大きな差が存在する。同様の
現象は、週、月および季節間でも生じている。

そこで、電力を効率良く貯蔵することが可能であれば、
オフピーク時、余剰電力（第３図の符号Ｘで示した部分
に相当する。）を貯蔵し、ピーク時にこれを放出すれば
、第３図の符号Ｙで示した部分を賄うことができる。こ
のようにすると、需要の変動に対応することができるよ
うになり、電力会社は常にほぼ一定の電力（第３図の破
線２に相当するｆｉｌ）のみを発電すればよいことにな
る。

このようなロードレベリングを達成することができれば
、発電設備を軽減することが可能となり、かつエネルギ
の節約ならびに石油等の燃料節減にも大きく寄与するこ
とができる。

そこで、従来より種々の電力貯蔵法が提案されている。

たとえば、揚水発電が既に実施されているが、揚水発電
では設備が消費地から遠く隔たりた所に設置されている
。したがって、この方法においては、送変電損失を伴な
うこと、ならびに環境面での立地に制約があることなど
の問題がある。

それゆえに、揚水発電に代わる新しい電力貯蔵技術の開
発が望まれており、その１つとしてレドックスフロー電
池の開発が進められている。

第４図は、既に提案されているレドックスフロー電池の
一例を示す概略構成図である。このレドックスフロー電
池１は、セル２、正極液タンク３および負極液タンク４
を備える。２個のタンク３゜４を用いるため、２タンク
方式と呼ばれている。

セル２内は、たとえばイオン交換膜からなる隔膜５によ
り仕切られており、−吉例が正極セル２ａ。

他方側が負極セル２ｂを構成する。正極セル２ａ内には
正極６が配置され、負極セル２ｂ内には負極７が配置さ
れている。

正極セル２ａと正極液タンク３とは、正極電解液供給管
路１１および正極電解液回収管路１２により連結されて
いる。他方、負極セル２ｂと負極液タンク４とは、負極
電解液供給管路１３および負極電解液回収管路１４によ
り連結されている。

正極液タンク３内には反応液として正極電解液が導入さ
れ、負極液タンク４内には反応液として負極電解液が導
入されている。正極電解液供給管路１１には反応液給送
手段としてのポンプＰ２が設けられ、負極電解液供給管
路１３にはポンプＰ。

が設けられる。正極電解液および負極電解液は、正極セ
ル２ａおよび負極セル２ｂ内で反応する。

反応の終了した正極電解液は正極電解液回収管路１２を
通って正極液タンク３内に戻され、反応の終了した負極
電解液は負極電解液回収管路を通って負極液タンク４内
に戻される。

さて、第４図に示したレドックスフロー電池において、
正極電解液としては、たとえば鉄イオンのような原子価
の変化するイオンの水溶液が用いられ、負極電解液とし
ては、たとえばクロムイオンのような原子価の変化する
イオンの水溶液が用いられる。

正極電解液として正極活物質Ｆｅ”／Ｆｅｚ＋を含む塩
酸溶液を用い、負極電解液として負極活物質Ｃｒ”／Ｃ
ｒ”＋を含む塩酸溶液を用いた場合、正極６および負極
７における電池反応は、下記の式のようになる。

放電 正極６：Ｆｅ”＋ｅＥゴＦｅ２４ 充電 放電 負極７　：　Ｃｒ　２”　＝Ｃｒ　”　”　十ｅ　−充
電 上述の式の電気化学反応により、約１ボルトの起電力が
得られる。

しかしながら、現実には、上述の電気化学反応は、正極
６および負極７において、上述のように等しく進行する
ものではない。この原因としては、次の副反応が考えら
れる。

第１に、充電末期には、負極において水素ガスが発生し
、それによって、上記酸化還元ベア（Ｃ、ａ＋／ｐ’ｅ
２＋またはＣｒ”／Ｆｅ”）の絶対量が減少する。

第２に、Ｃｒｚ＋イオンが比較的不安定であり、空気中
の酸素による酸化を受けやすく、容易にＣｒａ＋イオン
に変化してしまう。この場合も、電池反応に預る酸化還
元ベアの絶対量が減少する。

上述のような副反応が生じ、酸化還元ベアの絶対量が減
少すると、充放電動作を繰返すうちに、電池貯蔵電力量
すなわち電池容量が低下するようになる。のみならず、
電池の内部抵抗が増大し、充放電効率も低下しがちとな
る。

上述の問題点を解決するために、本出願人会社は、既に
特願昭６３−３０４５８０号に、レドックスフロー電池
の電解液再生装置に関する技術を開示している。

第５図は、特願昭６３−３０４５８０号に記載されてい
るレドックスフロー電池の電解液再生装置の概略構成図
である。

第５図を参照して、レドックスフロー電池１の正極液タ
ンク３にはレドックスフロー電池の電解液再生装置１６
が接続されている。レドックスフロー電池１の部分につ
いては、第４図に示したものと同一であるため、その説
明を省略する。

レドックスフロー電池ｌの電解液再生装置１６は、隔膜
１８により隔てられた正極液槽２０および負極液槽２２
を有する。正極液槽２０には正極２４が設けられ、負極
液？！２２には負極２６が設けられている。正極２４お
よび負極２６には、該正極２４と負極２６に電圧を印加
する電圧印加手段（図示せず）が接続されている。

正極液槽２０には気液分離器２８と塩酸溶液タンク３０
とが接続されている。塩酸溶液タンク３０から、塩酸水
溶液が、正極液槽２０内にポンプ３２により供給される
。気液分離器２８は、正極液槽２０から発生してくる塩
素ガスを、塩酸水溶液から分離するためのものである。

気液分離器２８には、分離された塩素ガスを吸収する塩
素ガス吸収装置３４が接続されている。

負極液槽２２は、レドックスフロー電池１の正極液タン
ク３に接続されており、レドックスフロー電池１の正極
液タンク３内の正極電解液が、負極液槽２２内に供給さ
れ、かつ負極液槽２２から正極液タンク３に排出され得
るようになっている。

上述した電解液再生装置の動作を、正極活物質としてＦ
ｅ”／Ｆｅ２＋イオン、負極活物質としてＣｒ”／Ｃｒ
２＋イオンを用いた場合について説明する。

まず、レドックスフロー電池１において、充放電動作が
繰返されるに従い、上記酸化還元ペアのうち、Ｆｅ’＋
イオン（またはＣｒ”＋イオン）が過剰となり、上述し
たように電解液の劣化が生じてくる。この電解液再生装
置では、この過剰となったＦｅ”＋イオンが、後述する
ように、電解液再生装置１６により還元される。したが
って、Ｆｅ２＋イオンが再生され、酸化還元ペアのバラ
ンスは正常とされる。

すなわち、レドックスフロー電池１の正極液タンク３か
ら、電解液再生装置１６の負極液槽２２に供給された正
極電解液は、電極２４．２６に電圧を印加することによ
り、下記の式に従い反応する。

Ｆｅ”＋ｅ−−＋Ｆｅ２　” 他方塩酸溶液タンク３０から正極液槽２０内に供給され
た塩酸は、下記の式に従い反応する。

Ｃｌ−−１／２ＣＩｌｚ　＋ｅ− １／２Ｈ２０−＝１／４０２　＋Ｈ”　＋ｅ−したがっ
て、電解液再生装置１６では、負極２６においてＦ３＋
イオンがＦｅ２＋イオンに還元されることになり、正極
２４において塩素ガス（および酸素ガス）が発生するこ
とになる。この塩素ガスは、気液分離器２８によって塩
酸水溶液から分離され、塩素ガス吸収装置３４に吸収さ
れる。電解液再生装置１６で還元されたＦｅ２＋イオン
を含む正極電解液が、レドックスフロー電池１の正極液
タンク３に戻されると、レドックスフロー電池１におけ
る酸化還元ペアの量が当初の状態に回復される。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の電解液再生装置は以上のように構成されており、
レドックスフロー電池の電解液を再生するために、言換
えると、正極電解液の正極活物質であるＦｅ”＋イオン
の一部をＦｅ２＋イオンに変えるために、第５図を参照
して、正極液槽２０と負極液槽２２とからなる電解液再
生セル、ポンプ３２、塩酸溶液タンク３０、気液分離器
２８、塩素ガス吸収装置３４およびこれらを接続する配
管が必要であった。それゆえに、設備が非常に複雑にな
るという問題点があった。また、電解液再生装置を駆動
するのに外部電源が必要となり、コストも高くつくとい
う問題点があった。

それゆえに、この発明は、設備の簡略化が図れかつコス
トが安価になるように改良された、レドックスフロー電
池の電解液再生方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明はレドックスフロー電池の電解液を再生する方
法に係るものである。そして、前記問題点を解決するた
めに、上記レドックスフロー電池の正極活物質を含む電
解液中に鉄材を浸漬することを特徴とする。

［作用］ レドックスフロー電池の正極活物質を含む電解液中に鉄
材を浸漬すると、電解液中のＦｅ３＋イオンはＦｅ２＋
イオンに化学的に変換される。これによって、レドック
スフロー電池の電解液は再生される。したがって、電解
液を再生するための特別の設備は不要となる。また、化
学的にｐ　ｅ＠　＋イオンをＦｅ２＋イオンに変えるこ
とができるので、再生にあたっての外部電源は不要とな
る。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図は、この発明の一実施例の原理を示す概略図であ
る。レドックスフロー電池の正極活物質を含む電解液５
５中に、鉄材５６が浸漬されている。

電解液５５は、正極活物質Ｆ　ｅ　Ｃ（Ｌ　ａ　／　Ｆ
　ｅ　Ｃ痣、を含む塩酸溶液である。電解液５５中に鉄
材５６を浸漬することにより、次式に示す化学反応が起
こり、Ｆｅｓ＋イオンはＦｅ２＋イオンに変えられる。

Ｆｅ＋２Ｆｅ’→３Ｆｅ２　” したがって、電解液中のＦｅｚ＋イオンが再生され、こ
の再生溶液がレドックスフロー電池に戻されると、酸化
還元ベアのバランスは正常とされる。

この実施例においては、正極活物質を含む電解液５５中
に鉄材５６を浸漬するだけでよく、特別な設備は不要で
ある。また、再生にあたり、外部電源は不要となり、コ
ストが安価となる。

第２図は、この発明の他の実施例を示す概略図である。

この実施例においては、まず、電解液５５中に鉄材から
なる鉄電極５７とカーボン材からなる対極５８が浸漬さ
れる。次に、鉄電極５７が負極となり、対極５８が正極
となるように、鉄電極５７と対極５８との間に通電を行
なう。すると、次式に示す電気化学反応が起こり、Ｆｅ
’＋イオンの一部はＦｅ２＋イオンに変換される。

鉄電極５７側：　Ｆｅ−ｅＦｅ２”　＋２ｅ対極５８側
：　２Ｆｅ３”　＋２ｅ−”２Ｆｅ２”計　　　　　　
　Ｆｅ＋２Ｆｅ”−＋３Ｆｅ２　”上述の反応により、
電解液中のＦｅ２＋イオンが再生され、この再生された
電解液がレドックスフロー電池に戻されると、酸化還元
ペアのバランスは正常とされる。

実施例 充放電により性能が変化した下記組成の電解液を準備し
た。

ＭＣ１１３Ｎ、ＦｅＣＬａ　　０．５モル。

ＦｅＣｕｚ　　Ｏ，５モル 次に、第１図に示すように、上記組成を有する電解液５
５中に鉄材５６を加え、電解液の再生を行なった。この
とき、得られるＦ竺２＋イオンの濃度は先の反応式に基
づき変化し、Ｆｅ”＋イオンの１．５倍となった。ここ
で、ＨＣｆｌを適宜加える操作を施すと、下記に示す初
期の電解液組成が得られた。

ＨＣｉ　　３Ｎ、ＦｅＣＩＬ２　１モルなお、鉄材５６
をとりつける場所は特に限定しないが、電解液タンクで
あってもよいし、またタンクから電解液を別の場所にと
り出し、その中に浸漬してもよい。

以上、本発明を要約すると次のとおりである。

（１）　特許請求範囲第１項に記載の方法であって、上
記電解液中に含まれる正極活物質は鉄イオンであること
を特徴とする方法。

（２、特許請求の範囲第１項に記載の方法であって、 前記電解液中に鉄材からなる鉄電極と、対極とを浸漬す
る工程と、 前記鉄材からなる鉄電極が負極となり、前記対極が正極
となるように、前記鉄電極と前記対極との間に通電を行
なう工程と、を備えることを特徴とする方法。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明によれば、レドックスフ
ロー電池の正極活物質を含む電解液中に鉄材を浸漬する
だけで、電解液中のＦｅ’＋イオンをＦｅ２＋イオンに
化学的に変換できる。それゆえに、電解液を再生するた
めの特別の設備が不要となる。したがって、レドックス
フロー電池をコンパクトにできるという効果を奏する。

また、化学的にＦｅ”＋イオンをＦｅ２＋イオンに変換
できるので、再生にあたっての外部電源は不要となる。

その結果、電解液を再生するにあたり、コストが安くな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す原理図である。 第２図は、この発明の他の実施例を示す原理図である。 第３図は、電力需要曲線を示す図である。 第４図は、従来のレドックスフロー電池の一例を示す概
略構成図である。 第５図は、従来の電解液再生装置を備えたレドックスフ
ロー電池の概略構成図である。 図において、１はレドックスフロー電池、５５は正極活
物質を含む電解液、５６は鉄材である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レドックスフロー電池の電解液を再生する方法において
   、 前記レドックスフロー電池の正極活物質を含む電解液中
   に鉄材を浸漬することを特徴とする、レドックスフロー
   電池の電解液再生方法。