JPH0381271B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0381271B2 JPH0381271B2 JP59175394A JP17539484A JPH0381271B2 JP H0381271 B2 JPH0381271 B2 JP H0381271B2 JP 59175394 A JP59175394 A JP 59175394A JP 17539484 A JP17539484 A JP 17539484A JP H0381271 B2 JPH0381271 B2 JP H0381271B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrochloric acid
- aqueous solution
- produced
- concentration
- ferrous chloride
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、新規な電力貯蔵方法に関するもので
ある。 我国の電力需要は年々増加しつつあり、これに
応じて原子力発電所や、新鋭火力発電所が次々と
増設されている。その一方、冷房などによる電力
需要の増加が最近著しいために夏季の昼間に電力
需要のピークを生じ、昼夜の電力需要の変動が増
大しつつある。このような事情から、夜間の余剰
電力を揚水貯蔵しておき、昼間の電力需要のピー
ク時に発電する揚水発電や、二次電池による電力
貯蔵が検討されている。しかしながら、前者の揚
水発電所は都市などの電力需要地からますます離
れた場所にしか立地が見出せなくなりつつあり、
建設に要する期間も長く、送電によるエネルギー
損失や経済性などに問題を生じる傾向にある。こ
のために、後者の二次電池による電力貯蔵方式に
多くの関心が寄せられている。 又、この二次電池方式は近い将来の太陽光発電
の電力貯蔵法としても注目されている。 電力貯蔵を目的とする二次電池システムとして
は、ナトリウム−イオウ、亜鉛−塩素、亜鉛−臭
素、鉄−クロム系レドツクスフロー型の４つのタ
イプが、現在、ムーンライト計画で研究開発され
ている。揚水発電と競合し得るためには、１回の
充放電サイクルにおいて、約80％のエネルギーの
回収が必要であると言われており、この目標のた
めには上記以外の電地系システムに対しても幅広
い検討が望まれている。 本発明は、このような観点からなされたもので
あり、塩化鉄の酸化還元反応を電池反応系として
選び、更に廃熱をも利用することにより、100％
を超える高効率の電力貯蔵方法を提供する。 本発明で用いる塩化鉄の酸化還元反応は次の式
で表わされる。 2FeCl2（aq）＋2HCl（aq） 充 電 2FeCl3（aq）＋H2(g) 放 電 この反応の標準電位は0.77Vである。本発明者
らは、この標準電位が過剰塩酸の濃度により大幅
に変動することに着目し、本発明の電力貯蔵方法
を開発するに到つた。即ち、前記反応において、
充電時には濃厚塩酸条件下で行うことにより、電
解電圧を著しく低下させることが可能で（約
0.55V程度まで）、一方、放電時には希塩酸条件
に保持することにより、その起電力を著しく高め
得ること（約0.65V程度まで、電流密度としては
いずれも50mA／cm2）を見出すと共に、この場合
の希塩酸は、廃熱を利用した蒸発工程の採用によ
り水分を除去し、濃縮化することができるため、
効率のよい電力貯蔵システムが得られることを見
出した。 本発明は、次の４つの基本工程から構成され
る。 (1) 高濃度HCl含有FeCl2（aq） 充 電 →高濃度HCl含有FeCl3（aq）＋H2(g) (2) 高濃度HCl含有FeCl3（aq）＋水 →低濃度HCl含有FeCl3（aq） (3) 低濃度HCl含有FeCl3（aq）＋H2(g) 放 電 →低濃度HCl含有FeCl2（aq） (4) 低濃度HCl含有FeCl2（aq） 蒸 留 →水(g)＋高濃度HCl含有FeCl2（aq） 前記工程において、工程(2)及び(4)では塩酸濃度
だけでなく、同時に、塩化第一鉄及び塩化第二鉄
濃度も変化するが、この濃度変化は、塩化第一鉄
及び塩化第二鉄に対して同等に起るので、電圧に
対する寄与は相殺されるので特に不都合な問題は
生じない。 本発明において、前記工程における高濃度HCl
含有FeCl2水溶液中の具体的塩酸濃度は、少なく
とも３モル／Kg−H2O以上、通常４〜15モル／
Kg−H2Oであり、また低濃度HCl含有FeCl3水溶
液中の具体的塩酸濃度は、６モル／Kg−H2O以
下、通常0.3〜3.5モル／Kg−H2Oである。また、
高濃度HCl含有FeCl2水溶液中の具体的FeCl2濃度
は、通常、0.3〜６モル／Kg−H2O、好ましくは
0.5〜４モル／Kg−H2Oであり、低濃度HCl含有
FeCl3水溶液中の具体的FeCl3濃度は、通常、0.3
〜８モル／Kg−H2O、好ましくは0.5〜0.6モル／
Kg−H2Oである。高濃度HCl含有FeCl3水溶液を
低濃度化させる場合、前記工程(2)に示されるよう
に水を加えて低濃度化することもできるが、HCl
濃度が約７モル／KgH2O以上に高くなると、蒸
留によつてHCl成分が優先的に留出するようにな
るので、蒸留によつて低濃度化を行うことがで
き、そして、この場合に生成したHClを低濃度
HCl含有FeCl2水溶液に加えてその高濃度化を行
うことができる。即ち、前記工程(2)及び工程(4)に
代えて、次の工程（2′）及び（4′）を採用するこ
とができる。 （2′） 高濃度HCl含有FeCl3（aq） 蒸 発 → 低濃度HCl含有FeCl3（aq）＋HCl(g) （4′） 低濃度HCl含有FeCl2（aq）＋HCl(g) → 高濃度HCl含有FeCl2（aq） 本発明の電力貯蔵方法において、充電反応工程
(1)により、高濃度HCl含有FeCl3水溶液と水素ガ
スが得られるが、これらのものは、容器に貯蔵す
る。即ち、余分の電力は、この工程(1)の充電工程
により、高濃度HCl含有FeCl3水溶液及び水素と
して貯蔵される。次に、電力必要時には、前記工
程(2)〔又は（2′）〕及び工程(3)により、放電させ、
再び電力として回収する。本発明によれば、充電
反応工程(1)は、例えば、電流密度50mA／cm2の条
件で電解電圧0.6Vを入力として、高濃度塩酸含
有塩化第一鉄水溶液を正極に接触させて電解する
ことにより実施することができる。この場合、正
極にて塩化第一鉄は塩化第二鉄に酸化され、一
方、負極にて水素が発生する。また、放電工程(3)
は、低濃度塩酸含有塩化第二鉄水溶液を正極に接
触させ、水素ガスを負極に導入することによつて
実施することができる。この場合、正極と負極と
の間に、電流密度50mA／cm2の条件で同じく起電
力0.6Vを得ることができる。即ち、充放電サイ
クルにおけるエネルギー効率100％を得ることが
できる。 以上のように、本発明によれば、廃熱を利用す
る蒸発工程(4)又は（2′）の採用により、充放電時
の活物質の組成を変化させることができるため、
ほぼ100％のエネルギー効率で貯蔵電力を回収す
るこができる。これに対し、従来の電力貯蔵シス
テムでは充放電時の活物質の組成は一定に保持さ
れるため、充放電時のサイクル全体でのエネルギ
ー回収率は最高80％程度にとどまつている。 次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明す
る。 実施例 (1) 放電工程(A) 水素イオン導電性イオン交換膜（徳山曹達社
のC66−5T）を隔膜とし、負極のみに６mg／cm2
の割合で白金を担持した黒鉛布を電極とする流
通式燃料電池セルに対し0.6mol FeCl3／Kg−
H2O、0.6mol FeCl2／Kg−H2Oおよび1.3mol
HCl／Kg−H2Oを含む水溶液を正極へ、一方膜
の乾燥を防ぐため約30％の水蒸気を含む水素ガ
スを常圧にて負極へ導入しつつ放電反応（発
電）を行なわせたところ、表１に示すような電
流密度と出力起電力との関係が得られた。 (2) 高塩酸濃度化工程(B) 前記工程(A)において用いた水溶液と同組成の
もの1.21Kgを蒸留フラスコ中にて蒸留し、約１
時間後に留出液0.76Kgを分析した結果、ほとん
どが水（HCl含有量1wt％以下）であつた。残
留液組成として、2.4mol FeCl3／Kg−H2O、
2.4mol FeCl2／Kg−H2Oおよび4.4mol HCl／
Kg−H2Oを得た。 (3) 充電工程(C) 工程(A)で使用した燃料電池セル（ここでは、
負極のみに白金を６mgPt／cm2で担持）を用い、
工程(B)において得た高濃度HClを含むFeCl3−
FeCl2系水溶液を正極へ導入しつつ電解反応
（充電）を行なつたところ、負極より水素が発
生した。この時の電流密度と電解電圧として表
１の結果を得た。 【表】
ある。 我国の電力需要は年々増加しつつあり、これに
応じて原子力発電所や、新鋭火力発電所が次々と
増設されている。その一方、冷房などによる電力
需要の増加が最近著しいために夏季の昼間に電力
需要のピークを生じ、昼夜の電力需要の変動が増
大しつつある。このような事情から、夜間の余剰
電力を揚水貯蔵しておき、昼間の電力需要のピー
ク時に発電する揚水発電や、二次電池による電力
貯蔵が検討されている。しかしながら、前者の揚
水発電所は都市などの電力需要地からますます離
れた場所にしか立地が見出せなくなりつつあり、
建設に要する期間も長く、送電によるエネルギー
損失や経済性などに問題を生じる傾向にある。こ
のために、後者の二次電池による電力貯蔵方式に
多くの関心が寄せられている。 又、この二次電池方式は近い将来の太陽光発電
の電力貯蔵法としても注目されている。 電力貯蔵を目的とする二次電池システムとして
は、ナトリウム−イオウ、亜鉛−塩素、亜鉛−臭
素、鉄−クロム系レドツクスフロー型の４つのタ
イプが、現在、ムーンライト計画で研究開発され
ている。揚水発電と競合し得るためには、１回の
充放電サイクルにおいて、約80％のエネルギーの
回収が必要であると言われており、この目標のた
めには上記以外の電地系システムに対しても幅広
い検討が望まれている。 本発明は、このような観点からなされたもので
あり、塩化鉄の酸化還元反応を電池反応系として
選び、更に廃熱をも利用することにより、100％
を超える高効率の電力貯蔵方法を提供する。 本発明で用いる塩化鉄の酸化還元反応は次の式
で表わされる。 2FeCl2（aq）＋2HCl（aq） 充 電 2FeCl3（aq）＋H2(g) 放 電 この反応の標準電位は0.77Vである。本発明者
らは、この標準電位が過剰塩酸の濃度により大幅
に変動することに着目し、本発明の電力貯蔵方法
を開発するに到つた。即ち、前記反応において、
充電時には濃厚塩酸条件下で行うことにより、電
解電圧を著しく低下させることが可能で（約
0.55V程度まで）、一方、放電時には希塩酸条件
に保持することにより、その起電力を著しく高め
得ること（約0.65V程度まで、電流密度としては
いずれも50mA／cm2）を見出すと共に、この場合
の希塩酸は、廃熱を利用した蒸発工程の採用によ
り水分を除去し、濃縮化することができるため、
効率のよい電力貯蔵システムが得られることを見
出した。 本発明は、次の４つの基本工程から構成され
る。 (1) 高濃度HCl含有FeCl2（aq） 充 電 →高濃度HCl含有FeCl3（aq）＋H2(g) (2) 高濃度HCl含有FeCl3（aq）＋水 →低濃度HCl含有FeCl3（aq） (3) 低濃度HCl含有FeCl3（aq）＋H2(g) 放 電 →低濃度HCl含有FeCl2（aq） (4) 低濃度HCl含有FeCl2（aq） 蒸 留 →水(g)＋高濃度HCl含有FeCl2（aq） 前記工程において、工程(2)及び(4)では塩酸濃度
だけでなく、同時に、塩化第一鉄及び塩化第二鉄
濃度も変化するが、この濃度変化は、塩化第一鉄
及び塩化第二鉄に対して同等に起るので、電圧に
対する寄与は相殺されるので特に不都合な問題は
生じない。 本発明において、前記工程における高濃度HCl
含有FeCl2水溶液中の具体的塩酸濃度は、少なく
とも３モル／Kg−H2O以上、通常４〜15モル／
Kg−H2Oであり、また低濃度HCl含有FeCl3水溶
液中の具体的塩酸濃度は、６モル／Kg−H2O以
下、通常0.3〜3.5モル／Kg−H2Oである。また、
高濃度HCl含有FeCl2水溶液中の具体的FeCl2濃度
は、通常、0.3〜６モル／Kg−H2O、好ましくは
0.5〜４モル／Kg−H2Oであり、低濃度HCl含有
FeCl3水溶液中の具体的FeCl3濃度は、通常、0.3
〜８モル／Kg−H2O、好ましくは0.5〜0.6モル／
Kg−H2Oである。高濃度HCl含有FeCl3水溶液を
低濃度化させる場合、前記工程(2)に示されるよう
に水を加えて低濃度化することもできるが、HCl
濃度が約７モル／KgH2O以上に高くなると、蒸
留によつてHCl成分が優先的に留出するようにな
るので、蒸留によつて低濃度化を行うことがで
き、そして、この場合に生成したHClを低濃度
HCl含有FeCl2水溶液に加えてその高濃度化を行
うことができる。即ち、前記工程(2)及び工程(4)に
代えて、次の工程（2′）及び（4′）を採用するこ
とができる。 （2′） 高濃度HCl含有FeCl3（aq） 蒸 発 → 低濃度HCl含有FeCl3（aq）＋HCl(g) （4′） 低濃度HCl含有FeCl2（aq）＋HCl(g) → 高濃度HCl含有FeCl2（aq） 本発明の電力貯蔵方法において、充電反応工程
(1)により、高濃度HCl含有FeCl3水溶液と水素ガ
スが得られるが、これらのものは、容器に貯蔵す
る。即ち、余分の電力は、この工程(1)の充電工程
により、高濃度HCl含有FeCl3水溶液及び水素と
して貯蔵される。次に、電力必要時には、前記工
程(2)〔又は（2′）〕及び工程(3)により、放電させ、
再び電力として回収する。本発明によれば、充電
反応工程(1)は、例えば、電流密度50mA／cm2の条
件で電解電圧0.6Vを入力として、高濃度塩酸含
有塩化第一鉄水溶液を正極に接触させて電解する
ことにより実施することができる。この場合、正
極にて塩化第一鉄は塩化第二鉄に酸化され、一
方、負極にて水素が発生する。また、放電工程(3)
は、低濃度塩酸含有塩化第二鉄水溶液を正極に接
触させ、水素ガスを負極に導入することによつて
実施することができる。この場合、正極と負極と
の間に、電流密度50mA／cm2の条件で同じく起電
力0.6Vを得ることができる。即ち、充放電サイ
クルにおけるエネルギー効率100％を得ることが
できる。 以上のように、本発明によれば、廃熱を利用す
る蒸発工程(4)又は（2′）の採用により、充放電時
の活物質の組成を変化させることができるため、
ほぼ100％のエネルギー効率で貯蔵電力を回収す
るこができる。これに対し、従来の電力貯蔵シス
テムでは充放電時の活物質の組成は一定に保持さ
れるため、充放電時のサイクル全体でのエネルギ
ー回収率は最高80％程度にとどまつている。 次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明す
る。 実施例 (1) 放電工程(A) 水素イオン導電性イオン交換膜（徳山曹達社
のC66−5T）を隔膜とし、負極のみに６mg／cm2
の割合で白金を担持した黒鉛布を電極とする流
通式燃料電池セルに対し0.6mol FeCl3／Kg−
H2O、0.6mol FeCl2／Kg−H2Oおよび1.3mol
HCl／Kg−H2Oを含む水溶液を正極へ、一方膜
の乾燥を防ぐため約30％の水蒸気を含む水素ガ
スを常圧にて負極へ導入しつつ放電反応（発
電）を行なわせたところ、表１に示すような電
流密度と出力起電力との関係が得られた。 (2) 高塩酸濃度化工程(B) 前記工程(A)において用いた水溶液と同組成の
もの1.21Kgを蒸留フラスコ中にて蒸留し、約１
時間後に留出液0.76Kgを分析した結果、ほとん
どが水（HCl含有量1wt％以下）であつた。残
留液組成として、2.4mol FeCl3／Kg−H2O、
2.4mol FeCl2／Kg−H2Oおよび4.4mol HCl／
Kg−H2Oを得た。 (3) 充電工程(C) 工程(A)で使用した燃料電池セル（ここでは、
負極のみに白金を６mgPt／cm2で担持）を用い、
工程(B)において得た高濃度HClを含むFeCl3−
FeCl2系水溶液を正極へ導入しつつ電解反応
（充電）を行なつたところ、負極より水素が発
生した。この時の電流密度と電解電圧として表
１の結果を得た。 【表】
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ (イ) 高濃度塩酸含有塩化第一鉄水溶液を正極
にて塩化第二鉄に酸化し、負極にて水素を発生
させる充電工程、 (ロ) 前記(イ)の工程で生成した高濃度塩酸含有塩化
第二鉄水溶液に水を加えて塩酸濃度を下げる工
程。 (ハ) 前記(イ)の工程で生成した水素を負極に導入す
ると共に、前記工程(ロ)により生成した低濃度塩
酸含有塩化第二鉄水溶液を正極にて還元するこ
とにより、塩化第一鉄と水を生成する放電工
程。 (ニ) 前記(ハ)により生成した低濃度塩酸含有塩化第
一鉄水溶液から水分を蒸発させ、高濃度の塩酸
含有塩化第一鉄水溶液を再生する工程。 を含むことを特徴とする電力貯蔵方法。 ２ (イ) 高濃度塩酸含有塩化第一鉄水溶液を正極
にて塩化第二鉄に酸化し、負極にて水素を発生
させる充電工程、 (ロ) 前記工程(イ)により生成した高濃度塩酸含有塩
化第二鉄水溶液を蒸発させることにより塩酸を
分離して塩酸濃度を下げる工程。 (ハ) 前記工程(イ)により生成した水素を負極に導入
すると共に、前記工程(ロ)で生成した低濃度塩酸
含有塩化第二鉄水溶液を正極にて還元すること
により、塩化第一鉄と水を生成する放電工程。 (ニ) 前記工程(ハ)により生成した低濃度塩酸含有塩
化第一鉄水溶液前記工程(ロ)で分離された塩酸を
加え、高濃度塩酸含有塩化第一鉄水溶液を再生
する工程。 を含むことを特徴とする電力貯蔵方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59175394A JPS6154162A (ja) | 1984-08-22 | 1984-08-22 | 高効率電力貯蔵方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59175394A JPS6154162A (ja) | 1984-08-22 | 1984-08-22 | 高効率電力貯蔵方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6154162A JPS6154162A (ja) | 1986-03-18 |
| JPH0381271B2 true JPH0381271B2 (ja) | 1991-12-27 |
Family
ID=15995324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59175394A Granted JPS6154162A (ja) | 1984-08-22 | 1984-08-22 | 高効率電力貯蔵方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6154162A (ja) |
-
1984
- 1984-08-22 JP JP59175394A patent/JPS6154162A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6154162A (ja) | 1986-03-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |