JPH043630B2 - - Google Patents

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JPH043630B2
JPH043630B2 JP58147228A JP14722883A JPH043630B2 JP H043630 B2 JPH043630 B2 JP H043630B2 JP 58147228 A JP58147228 A JP 58147228A JP 14722883 A JP14722883 A JP 14722883A JP H043630 B2 JPH043630 B2 JP H043630B2
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tank
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redox battery
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、レドツクス電池を構成するレドツ
クス系のうち1種又は2種が溶解度の低い活性物
質を含むレドツクス系で構成されるレドツクス電
池において、上記活性物質を晶析、分離するよう
にしたレドツクス電池に関するものである。
電力は各種のエネルギーへの変換が容易で制御
し易く、消費時の環境汚染がないので、エネルギ
ー消費に占める割合は年毎に増加している。電力
供給の特異な点は、生産と消費が同時に行われる
ことである。この制約の中で、電力消費の変動に
即応しながら、一定周波数、一定電圧の質の高い
電力を高い信頼性で送ることが、電力技術の環境
である。そして実際には、出力は変えにくいが効
率の高い原子力発電や新鋭火力発電を、なるべく
最高効率の定格で運転し、一方電力消費の変動に
応じて発電を行うのに適した水力発電等で、昼間
の大きな電力需要の増加をまかなつている現状で
ある。
このため、経済性の良好な原子力発電や新鋭火
力発電により夜間余剰電力を揚水発電によつて貯
蔵しているが、揚水発電の立地条件は次第に厳し
くなつている。
以上のような実情から環境汚染がなく、しかも
汎用性の高いエネルギーである電力を貯蔵する方
法として各種の2次電池が研究され、この中でも
特に2種のレドツクス系を隔膜を介して接触させ
たレドツクス電池が注目されている。
この原理の概要について、第1図を用いて説明
すると、第1図は2タンク式のレドツクス電池を
用いた電力貯蔵システムを示すものである。
これらの図において、1は発電所、2は変電設
備、3は負荷、4はインバータ、5はレドツクス
電池で、レドツクス電池5はタンク6,7、流通
型電解槽8などから構成される。
流通型電解槽8は隔膜9で仕切り、内部に正極
液室10aと負極液室10bを設け、該正極液室
10aには正極11と、例えばFeイオンを含む
塩酸溶液等の正極液を収容し、一方負極液室10
bには負極12と、例えばCrイオンを含む塩酸
溶液等の負極液を収容するとともに、タンク6と
正極液室10aの間にはポンプ13aを設け、タ
ンク6と正極液室10aとの間に正極液の循環路
14を形成し、またタンク7と負極液室10bの
間にはポンプ13bを設け、タンク7と負極液室
10bとの間に負極液の循環路15を形成する。
以上の構成において発電所1で発電され、変電
設備2に送電された電力は適当な電圧に変圧さ
れ、負荷3に供給される。
一方、夜間になり余剰電力が出ると、インバー
タ4により交直変換を行い、レドツクス電池5に
充電が行われる。
この場合、ポンプ13a,13bで正極液及び
負極液を、正極液室10a及び負極液室10bを
通して循環させながら充電が行われる。正極液に
Feイオン、負極液にCrイオンを使用する場合、
流通型電解槽8内で起る反応は下記第(1)〜(3)式中
の充電側の反応となる。
正極側:Fe3++e放電 ―――→ ←――― 充電Fe2+ ……(1) 負極側:Cr2+放電 ―――→ ←――― 充電Cr3++e ……(2) 全反応:Fe3++Cr2+放電 ―――→ ←――― 充電Fe2++Cr3+ ……(3) このようにして、電力が正極液、負極液の中に
蓄積される。
次に、供給電力が需要電力よりも少ない場合
は、ポンプ13a,13bで正極液及び負極液
を、正極液室10a及び負極液室10bを通して
循環させながら(1)〜(3)式中の放電側の反応により
放電が行われ、インバータ4により直交変換が行
われ、変電設備2を介して負荷3に電力が供給さ
れる。
レドツクス電池を用いた電力貯蔵システムは以
上の説明の通りであるが、このレドツクス電池に
おいて隔膜を介して接触するレドツクス溶液、即
ち正極液及び負極液の1又は両方に溶解度の低い
活性物質が含まれる場合がある。
上記の(Cr2+/Cr3+)−(Fe3+/Fe2+)系レド
ツクス電池においては、Cr2+,Fe2+がこの溶解
度の低い活性物質である。これ等溶解度の低い活
性物質は放電或は充電時においてその量が増大し
たとき、それ自身の属するレドツクス溶液中で沈
降するため、レドツクス溶液よりこれ等の沈降物
を分離しなければならない。
また沈降分離後は、失われた量の活性物質を元
のレドツクス溶液に補給してやらなければならな
い。
一方、二種の異なるレドツクス溶液を区劃する
隔膜としてはポリスチレンスルホン酸等の均一カ
チオン交換隔膜がアニオン交換隔膜、不均一カチ
オン交換隔膜等に比べて高い導電性を有し、極め
て優れた材質であるとして多く使用されている
が、この反面この隔膜を(Cr2+/Cr3+)−
(Fe3+/Fe2+)系のレドツクス電池の隔膜として
使用した場合、Fe2+が隔膜を通してCrレドツク
ス溶液中に混入して沈降することが問題となる。
以上のように、溶解度の低い活性物質がそれ自
身の属するレドツクス溶液中で、或は異種のレド
ツクス溶液中で沈降を防ぐ方法としては、電解槽
の容積を大にして、溶解度の低い活性物質を飽和
させない程度の濃度にレドツクス溶液を稀釈して
使用することが考えられるが、この場合は装置が
大型化して好ましくない。
この発明は、上記実情に鑑み溶解度の低く、沈
降し易い活性物質を、装置を大型化することなく
効果的に分離することを目的とするものであり、
その特徴とするところはレドツクス電池に上記活
性物質の晶析槽を設け、これにより沈降し易い活
性物質を晶析、分離するものであり、晶析槽はレ
ドツクス電池の正極液、負極液の貯蔵タンクに設
けてもよく、またこれ等電解液の循環路に介在さ
せてもよい。
以下、図示の実施例に基いてこの発明を説明す
ると、第2図は第1図に示す(Cr2+/Cr3+)−
(Fe3+/Fe2+)系レドツクス電池に晶析装置1
6,17を設けたもので、同図において第1図と
共通する構成については同一の付号を用い、その
説明を省略する。
第2図において、晶析装置16は正極液室10
aとタンク6との間の循環路14に介在され、ま
た晶析装置17はタンク7と負極液室10bとの
間の循環路15に介在させるとともに、晶析装置
16,17の間にはヒートポンプ18を設ける。
以上の構成において充電時には、前述のように 正極側:Fe3++e←Fe2+ 負極側:Cr2+←Cr3++e の反応が進行する。
ここで、負極側に生成したCr2+はCr3+に比べて
溶解度が低く、とくに低温で沈降し易い。そこ
で、この実施例では負極側で生成したCr2+を晶析
装置16で晶析、分離するものである。
一方放電時には、前述のように 正極側:Fe3++e→Fe2+ 負極側:Cr2+→Cr3++e の反応が進行するが、ここで正極側に生成した
Fe2+はFe3+或はCr3+に比べて溶解度が低く、沈
降し易いので、この発明において正極側に生成し
たFe2+を晶析装置16で、また隔膜9を通つて
負極側に混入したFe2+を晶析装置17で晶析、
分離する。
以上のようにして晶析、分離されたCr2+或は
Fe2+はそのまゝ或は濃度を調整して負極液、ま
たは正極液に戻すようにすればよい。
なお以上の説明で明らかなように、第2図に示
す(Cr2+/Cr3+)−(Fe3+/Fe2+)系レドツクス
電池においては、主に充電時に晶析装置17を放
電時に晶析装置16を冷却すれば、効果的な晶析
を行うことができるが、このためこの実施例では
晶析装置16,17の間にヒートポンプ18を設
け、充電時には晶析装置17を、放電時には晶析
装置16を冷却するようにしてある。
また、第3図は上記実施例において負極液室1
0bとタンク7との間の循環路15に介在させた
晶析装置17の一例を示すもので、晶析装置17
はその底部にヒートポンプ18を内蔵させた熱交
換器19を臨ませてある。
一方循環路15を構成する負極液室10b側の
パイプ15aはその先端を晶析装置17の上部に
挿入するとともに、循環路15を構成するタンク
7側の通路15bはその先端に設けたパイプ20
を蛇行状にして晶析装置17内に挿入し、パイプ
20の先端開口を晶析装置16内の下方に位置さ
せ、該開口部にはバルブ21を設ける。
またパイプ20は、この実施例ではシリコン樹
脂、フツ素樹脂等の晶析物との親和性の比較的少
ない樹脂で構成し、且つその周面には長手方向に
沿つて襞状の溝20a……を形成する。
以上のように晶折装置17を構成することによ
り、充電時或は充電時負極液室10b内の負極液
はパイプ13bによりパイプ15aを通して晶析
装置17内に供給される。この負極液は、充電時
或は放電時における負極液室10b内の電極反応
や内部抵抗によつてその液温が50℃程度に保たれ
ているが、晶析装置17内では冷却された負極液
の通過する蛇行状のパイプ20と接触して流下す
るため、徐々に冷却され、且つ装置17の底部で
は熱交換器19と接触冷却される。
そこで、負極液中に含まれる充電時においては
Cr2+,Fe2+放電時においてはFe2+は晶析装置1
7内の底部に晶析、沈降し、これ等の晶析物を負
極液より容易に分離できる。
なお、特に放電時においてヒートポンプ18を
逆に作動して晶析装置17の底部を熱交換器19
で加温することにより沈降したCr2+を再溶解させ
て負極液中に戻すこともできる。
また、晶析装置17内でCr2+或はFe2+等溶解
度の低い活性物質を晶析分離した後の負極液は、
その先端開口を晶析装置16内の下方に設けたパ
イプ20内を通過し、更に通路15bを通つてタ
ンク7内に供給されるが、パイプ20内を通過す
る過程で、負極液室10bから送られてきた温か
い負極液と接触加温されるため、タンク7内では
晶析が起ることはない。
なお晶析装置17内では冷却された負極液の通
過するパイプ20の表面に晶析することもある。
しかし、この実施例ではパイプ20をシリコン樹
脂、フツ素樹脂等結晶との親和性の比較的少ない
樹脂で構成してあるため、パイプ20の表面に晶
析が付着することは少ない。
また、パイプ20の表面に晶析が付着した場合
には、この実施例では上記樹脂製のパイプ20は
その周面に長手方向に沿つて襞状の溝20aが形
成されているため、その先端開口部に設けられた
バルブ21を閉じれば、ポンプ13bの送液圧力
でパイプ20は溝20a,……に沿つて縮まるの
で、パイプ20の表面に付着した結晶を容易に剥
離することができる。
なお、以上の実施例では晶析装置17について
述べたが、晶析装置16についても全く同様に構
成することができる。
また、この実施例では正極液側、負極液側いず
れにも晶析装置を設ける例について説明したが、
いずれか一方に設けてもよく、更に晶析装置は正
極液或は負極液の循環路に介在させる例について
述べたが、貯蔵タンク内に設けるようにしてもよ
い。
【図面の簡単な説明】
第1図は、レドツクス電池を用いた電力貯蔵シ
ステムの説明図、第2図は、上記電力貯蔵システ
ムにこの発明を適用した場合の概略図、第3図
は、この発明の晶析装置の一例を示す概略図、第
4図は、同上晶析装置を構成するパイプの斜視図
である。 図中、16,17は晶析装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 隔膜を介して正極液室と負極液室とを臨ませ
    た流通型電解槽と、上記正極液室に供給する正極
    電解液を収容するタンクと、上記負極液室に供給
    する負極電解液を収容するタンクと、経路途中に
    設けられたポンプにより上記正極液室と上記正極
    電解液用のタンクとの間で該正極電解液を循環さ
    せる循環路と、経路途中に設けられたポンプによ
    り上記負極液室と上記負極電解液用のタンクとの
    間で該負極電解液を循環させる循環路と、上記正
    極液室に挿入された正極及び上記負極液室に挿入
    された負極と、を有するレドツクス電池であつ
    て; 上記正極電解液及び上記負極電解液の中、充電
    時または放電時において、充電前または放電前の
    状態より該電解液に対して溶解度の低くなる活性
    物質を含む電解液が循環する上記循環路または該
    電解液を収容する上記タンクに、該電解液を冷却
    することにより上記活性物質を晶析させる晶析槽
    を設けたこと; を特徴とするレドツクス電池。 2 上記活性物質は、放電時において、放電前の
    状態より正極電解液に対して溶解度の低くなる塩
    化第1鉄であり; 上記晶析槽は、該正極電解液を循環する循環路
    または該正極電解液用のタンクに備えられている
    こと; を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のレド
    ツクス電池。 3 上記活性物質は、充電時において、充電前の
    状態より負極電解液に対して溶解度の低くなる塩
    化第1クロムであり; 上記晶析槽は、該負極電解液を循環する循環路
    または該負極電解液用のタンクに備えられている
    こと; を特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項
    に記載のレドツクス電池。 4 晶析槽は、上記正極電解液の循環路と上記正
    極電解液用のタンクのどちらかと、上記負極電解
    液の循環路と上記負極電解液用のタンクのどちら
    かとに、共に備えられていること; を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のレド
    ツクス電池。 5 上記活性物質は、放電時において、放電前の
    状態より正極電解液に対して溶解度の低くなる塩
    化第1鉄と、充電時において、充電前の状態より
    負極電解液に対して溶解度の低くなる塩化第1ク
    ロムであり; 上記負極電解液の循環路と上記負極電解液用の
    タンクのどちらかに備えられた晶析槽は、上記流
    通型電解槽の上記隔膜を介し、該負極電解液中に
    混入してくる該塩化第1鉄も晶析させること; を特徴とする特許請求の範囲第4項に記載のレド
    ツクス電池。
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US9358331B2 (en) 2007-09-13 2016-06-07 Fresenius Medical Care Holdings, Inc. Portable dialysis machine with improved reservoir heating system
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