JPH0821404B2 - 二次電池 - Google Patents

二次電池

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JPH0821404B2
JPH0821404B2 JP1135048A JP13504889A JPH0821404B2 JP H0821404 B2 JPH0821404 B2 JP H0821404B2 JP 1135048 A JP1135048 A JP 1135048A JP 13504889 A JP13504889 A JP 13504889A JP H0821404 B2 JPH0821404 B2 JP H0821404B2
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JP
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electrolytic solution
electrode
secondary battery
electrolyte
charging
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修 浜本
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電池活物質が液状である二次電池に係り、
特に短時間充放電が可能な、保守および運転性に優れた
二液式二次電池に関するものである。
〔従来の技術〕
二次電池の主流は鉛蓄電池やニッケル・カドミウム電
池等であるが、近年になってレドックス・フロー型電
池、亜鉛−塩素電池、亜鉛−臭素電池などの新型二次電
池の開発が進められている。二次電池の中で最も広く普
及している鉛蓄電池は、深い放電を行いにくいほか、短
時間に定格での連続充放電を行う、いわゆる短時間充放
電用として、またランダムに1日に数サイクルの充放電
を繰り返す、いわゆるサイクル寿命が要求される用途に
は適していない。
一方、レドックス・フロー型電池は複数を積層して用
いる場合も、均等充電操作や完全放電操作が不要であ
り、どのような充放電状態においても停止および起動が
即時にできるうえ、長時間にわたる放置または連続運転
にも対応でき、最もメンテナンス性のよい電池として知
られている。最近このレドックス・フロー型電池のメン
テナンス性の良さが注目され、太陽光電池バックアップ
用の二次電池として、充放電に要する時間が短くしかも
高い電圧効率が要求される独立電源システムに利用しよ
うとする提案がなされている。
しかしながら、従来のレドックス・フロー型二次電池
は、ランダムな充放電には対応できるが、定格での充放
電に長時間を要するうえ、高い電圧効率を接続すること
ができないものであった。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、定
格による充放電が数時間内にできるうえ、1日に数サイ
クルの充放電にも耐えられるサイクロ寿命があり、かつ
高い電圧効率を持続することができる二液式の二次電池
を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者等は、メンテナンスフリーの二次電池を得る
ために、レドックス・フロー型二次電池について鋭意研
究を続けた結果、レドックス・フロー型二次電池におけ
る電解液循環系統内の全電解液量に対する電極に保持さ
れる電解液量の割合(以下、電極の電解液保持割合とい
うことがある)を増加させることにより、レドックス・
フロー型電池の電圧効率が著しく向上することを見出し
本発明に到達した。
すなわち本発明は、電解液を含浸または流通する透過
型電極を内臓した電池本体と、該電池本体に電解液を循
環する配管および送液手段と、前記電解液を貯留する容
器とを有する二液式二次電池において、前記透過型電極
に保持される電解液量が電解液循環系統内の、充放電に
関与する全電解液量の10%以上になるように構成したこ
とを特徴とする。
第1図は、本発明の原理を説明するためのレドックス
・フロー型二次電池の充放電回路を示す図である。この
回路は、小型単電池1と、該小型単電池1の正極または
負極にそれぞれ循環される電解液を貯留する正極液貯留
槽2および負極液貯留槽3と、該正負両極液貯留槽2お
よび3と前記小型単電池1の正極および負極とをそれぞ
れ連結する電解液循環系統4および5と、該電解液循環
系統4および5に共通に設けられたチューブポンプ6と
から主として構成されている。
このようなレドックス・フロー型二次電池の充放電回
路において、例えば、単電池の隔膜として陽イオン交換
膜を、正極および負極としてそれぞれ縦100mm、横10m
m、厚さ5mmのカーボンフェルトであって電解液保持量が
それぞれ3.5mlのもの(空孔率:0.7)を、正極液として
バナジウム2価/3価のイオン活物質濃度が2mol/の2
規定硫酸水溶液を、負極液としてバナジウム4価/5価の
イオン活物質濃度が2mol/の2規定硫酸水溶液をそれ
ぞれ用い、正極および負極の全循環電解液量を変化させ
ることにより、正負両極の電解液保持割合を変化させて
10分間充電した後、10分間放電する操作を繰り返し、電
極の電解液保持割合と電圧効率(平均電圧との比)ηv
の関係を求めた。結果を第1表に示す。なお、このとき
の正負両極の送液量は3ml/min、通電量は400mV、電解槽
温度は25℃であった。
第1表から、正極および負極の電解液保持量をそれぞ
れ3.5mlで一定とし、充放電に関与する全電解液量を絞
り込んで、全電解液量に対する電極の電解液保持割合を
相対的に大きくしてゆくと、タンク内混合の問題がなく
なり、全電解液自身の充電深度が立ち上がり電圧効率が
次第に向上することが分かる。また、電極の電解液保持
割合を10%以上とすることにより、10%未満のときに較
べて電圧効率が著しく大きくなることが分かる。
第2図は、電極の電解液保持割合と電圧効率ηvとの
関係を示す図である。図において電極の電解液保持割合
が大きくなるに従って電圧効率ηvも大きくなり、電極
の電解液保持割合が10%以上になると電圧効率ηvは80
%以上となり、電極の電解液保持割合が20%以上になれ
ばηvは85%以上の高効率になることがわかる。
本発明において電極の電解液保持量とは、電解液循環
系統内の電解液のうち電極に含浸される液量をいう。
本発明において、電極の電解液保持割合が10%以上に
なるように構成した二次電池とは、例えば電極材として
炭素繊維フェルトの積層体に代表される電解液保持容量
の大きいものを用い、また電解液循環系統の例えばマニ
ホールド、スリット等の径を小さくし、さらには循環ポ
ンプとして可能な限り小型のものを用いるなどして電解
液循環系統の全内容積を電極の電解液保持量の10倍以下
に抑え、相対的に電極の電解液保持割合を10%以上に設
定したものがあげられる。
本発明においては、電極の電解液保持割合を10%以
上、好ましくは30%以上とする。電極の電解液保持割合
を10%以上にすることにより、電圧効率が高くなり、ま
た短時間での定格による充放電が可能となる。電極の電
解液保持割合が10%未満では電圧効率ηvが80%以下と
なり、本発明の目的が達成されなくなる。
〔実施例〕
次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
第3図は、本発明の一実施例を示すレドックス・フロ
ー型二次電池の部分断面図である。この二次電池は、正
極および負極を有する電解槽ならびに電解液循環系統が
同一の枠体内に収納されたものである。図においてこの
二次電池は、同一枠体内に一体に収納された、正極11お
よび負極12を有する電解槽と、該正極11および負極12へ
活物質電解液をそれぞれ循環する正極側マニホルド14お
よび負極側マニホルド15と、前記活物質電解液を貯留す
る正極液溜部16および負極液溜部17と、活物質電解液を
循環する手動式の正極側および負極側電解液循環ポンプ
18および19とから主としてなり、前記電解槽は隔膜10を
介して隣接する正極11および負極12からなる複数の単セ
ルからなり、この単セルは複極仕切板13を介して積層さ
れている。電極反応に関与する全電解液量に対する電極
に保持される電解液量の割合は、電極として電解液保持
容量が多い100mm×100mm×6mmの炭素繊維フェルトの積
層体をそれぞれ用い、かつマニホールド、スリット、電
解液貯留部等からなる電解液循環系統の全内容積を調節
して50%になるように構成されている。
この二次電池により、正極側電解液としてバナジウム
2価/3価イオン活物質濃度が2mol/の2規定硫酸水溶
液を、また負極液としてバナジウム4価/5価イオン活物
質濃度が2mol/の2規定硫酸水溶液を用い、太陽光電
池と接続してバックアップ用二次電池として使用したと
ころ、数日に1回、すなわち間歇的に正極および負極電
解液循環ポンプ18および19を作動させて電解槽内の活物
質電解液を更新する以外はメンテナンスフリーで、2ケ
月経過後の現在もトラブルは皆無であり、電圧効率ηv
は常に83%以上を示していた。
本実施例によれば、電解液循環ポンプ18および19、マ
ニホルド14および15、並びに液溜部16および17を可能な
限り小さくし、電極反応に関与する全電解液量に対する
電極に保持される電解液量の割合を50%に設定したの
で、電圧効率ηvが高く、短時間での定格の充放電も可
能となり、さらにランダムな充放電に対するサイクル寿
命が長くなる。また従来のレドックス・フロー型二次電
池においては、電解液のコストが全体のコストに占める
割合は著しく大きく、鉛蓄電池などと較べ経済的に不利
であったが、本実施例によれば、貯留する電解液量が従
来のものに較べ格段に少ないために経済性が向上する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、二液式二次電池の電圧効率が向上
し、短時間での定格による充放電が可能となる上、ラン
ダムな充放電に対するサイクル寿命が長くなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、レドックス・フロー型二次電池の充放電回路
を示す図、第2図は、レドックス・フロー型二次電池に
おける、電極の電解液保持割合と電圧効率ηvとの関係
を示す図、第3図は、本発明の一実施例を示すレドック
ス・フロー型二次電池の部分断面図である。 11……正極、12……負極、14……正極側マニホールド、
15……負極側マニホールド、16……正極液溜部、17……
負極液溜部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電解液を含浸または流通する透過型電極を
    内蔵した電池本体と、該電池本体に電解液を循環する配
    管および送液手段と、前記電解液を貯留する容器とを有
    する二液式二次電池において、前記透過型電極に保持さ
    れる電解液量が電解液循環系統内の、充放電に関与する
    全電解液量の10%以上になるように構成したことを特徴
    とする二液式二次電池。
JP1135048A 1989-05-29 1989-05-29 二次電池 Expired - Lifetime JPH0821404B2 (ja)

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