JPH1012261A - レドックスフロー電池 - Google Patents

レドックスフロー電池

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JPH1012261A
JPH1012261A JP8158477A JP15847796A JPH1012261A JP H1012261 A JPH1012261 A JP H1012261A JP 8158477 A JP8158477 A JP 8158477A JP 15847796 A JP15847796 A JP 15847796A JP H1012261 A JPH1012261 A JP H1012261A
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光孝 宮林
Kanji Sato
完二 佐藤
Toshiyuki Tayama
利行 田山
Yoshiteru Kageyama
芳輝 景山
Haruo Oyama
春生 大山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電圧効力および電力効率の高いレドックスフ
ロー電池を提供する。 【解決手段】 多孔性電極の電解液が流れる方向の平均
高さ（Ｈ）と電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
（Ｌ）との比（Ｈ/Ｌ）が０.１８〜１.９５であり、且
つ正極室および負極室に正極液と負極液を導入する導入
口の断面積の総和（Σｓai）及び（Σｓci)と多孔性電
極の電解液が流れる方向に垂直な断面積の平均値（Ｓa)
及び（Ｓc)との比（Σｓai/Ｓa)及び（Σｓci/Ｓc)、並
びに正極室および負極室から正極液と負極液が排出する
排出口の断面積の総和（Σｓao）及び（Σｓco)と多孔
性電極の電解液が流れる方向に垂直な断面積の平均（Ｓ
a)及び（Ｓc)との比（Σｓao/Ｓa)及び（Σｓco/Ｓc)が
それぞれ０.００１〜０.０４の範囲内であることを特徴
とするレドックスフロー電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レドックスフロー
型二次電池に関するものである。
【０００２】［発明の背景］現在、化石燃料の大量使用
による大気中炭酸ガス濃度の増加が著しく、地球の温暖
化が大きな問題となっている。このために、クリーンな
エネルギー源である太陽電池の開発が活発に行われてい
るが、太陽電池は、夜間や雨天時は発電できないため太
陽電池と組み合わせる高性能な二次電池の開発が待たれ
ている。一方、従来の発電設備に於いても夜と昼等で電
力需要の差が大きく、需要のピークにあわせて発電能力
を備えねばならないため、発電設備の負荷率は低下して
いる。そのため大型の電力貯蔵電池により夜間電力を貯
蔵し、昼間活用することで運転負荷の平滑化を図り、発
電設備の負荷率を上げて効率的な運転を行うことが必要
になってきており、大型の電力貯蔵電池の開発が待たれ
ている。さらには、電気自動車等の移動体電源に適した
出力密度の大きい二次電池の開発も待たれている。レド
ックス電池はタッピングによって太陽電池の出力電圧に
合わせて充電できることや、構造が比較的シンプルで大
型化しやすい等の特徴を持つために、上記の用途に適し
た新型の二次電池として有望である。
【０００３】
【従来の技術】レドックスフロー型二次電池とは、電池
活物質が液状であり、正極及び負極の電池活物質を液透
過型の電解槽に流通せしめ、酸化還元反応を利用して充
放電を行うものであり、従来の二次電池と比べレドック
スフロー型二次電池は次の利点を有する。 (1) 蓄電容量を大きくするためには、貯蔵容器の容量を
大きくし、活物質量を増加させるだけでよく、出力を大
きくしない限り、電解槽自体はそのままでよい。 (2) 正、負極活物質は容器に完全に分離して貯蔵できる
ので、活物質が電極に接しているような電池と異なり、
自己放電の可能性が小さい。 (3) 本電池で使用する液透過型炭素多孔質電極において
は、活物質イオンの充放電反応(電極反応)は、単に、電
極表面で電子の交換を行うのみで、亜鉛−臭素電池にお
ける、亜鉛イオンのように電極に析出することはないの
で、電池の反応が単純である。
【０００４】しかし、レドックスフロー型二次電池でも
従来開発が行われてきた鉄−クロム系電池は、エネルギ
ー密度が小さく、イオン交換膜を介して鉄とクロムが混
合するなどの欠点があるために実用化に至っていない。
そのため全バナジウムレドックスフロー型電池（J.Elec
trochem.Soc., 1331057(1986)、特公昭62-186473号公
報）が提案されており、この電池は、鉄−クロム系電池
に比して起電力が高く、容量密度が大きく、また電解液
が一元素系であるために、隔膜を介して正極液及び負極
液が相互に混合しても充電によって簡単に再生すること
ができ、電池容量が低下せず、電解液を完全にクローズ
ド化できる等の利点を持っている。
【０００５】しかしながら、この全バナジウムレドック
スフロー電池でも、電極面積を大きくして電池の大型化
を図り、且つ電解液の電極中での流れを均一に分布さ
せ、セルの抵抗を小さくし、比較的高い電流密度におい
ても高い電力効率を維持し、また、電解液を透過させる
ためのポンプ動力を小さくしてエネルギー効率を高くす
る必要があるが、従来の全バナジウムレドックスフロー
電池では不十分であった。特に電極面積を大きくし正極
室及び負極室のセルの高さが高くなると、電解液を透過
させるためのポンプ動力が大きくなり、エネルギー効率
は低下する。逆に、正極室及び負極室のセルの高さを小
さくして電解液を透過させるためのポンプ動力を小さく
し、電極面積を大きくするために正極室及び負極室のセ
ルの幅を大きくすると、電解液の電極中での流れの分布
が不均一になり、比較的高い電流密度を流そうとすると
セル抵抗率が増大し電力効率が低下する。従って、電極
面積を大きくして電池の大型化をはかり且つ電解液の電
極中での流れを均一に分布させてセル抵抗率を小さく
し、比較的高い電流密度においても高い電力効率を維持
し且つ電解液を透過させるためのポンプ動力を小さくし
てエネルギー効率の大きなレドックスフロー型電池の開
発が求められていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、電極
面積を大きくして電池の大型化をはかり且つ電解液の電
極中での流れを均一に分布させ、比較的高い電流密度に
おいてもセル抵抗率を小さくして高い電力効率を維持
し、また電解液を透過させるためのポンプ動力を小さく
してエネルギー効率の大きなレドックスフロー電池を提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】即ち本発明は、隔膜によ
って分離され且つ多孔性電極が配設された正極室と負極
室に、正極液と負極液を通液して酸化還元反応を行い充
放電する液循環式型のレドックスフロー電池において、
（１）多孔性電極の電解液が流れる方向の平均高さ
（Ｈ）と電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）
との比（Ｈ/Ｌ）が０.１８〜１.９５であり、且つ
（２）正極室および負極室に正極液と負極液を導入する
導入口の断面積の総和（Σｓai）及び（Σｓci）と多孔
性電極の電解液が流れる方向に垂直な断面積の平均値
（Ｓa）及び（Ｓc）との比（Σｓai/Ｓa）及び（Σｓci
/Ｓc）、並びに正極室および負極室から正極液と負極液
が排出する排出口の断面積の総和（Σｓao）及び（Σｓ
co）と多孔性電極の電解液が流れる方向に垂直な断面積
の平均値（Ｓa）及び（Ｓc）との比（Σｓao/Ｓa）及び
（Σｓco/Ｓc）がそれぞれ０.００１〜０.０４の範囲内
であることを特徴とする電池である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の電池においては、多孔性
電極の電解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）と該電極の
電解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）との比（Ｈ/
Ｌ）が０.１８〜１.９５の範囲にあることが必要であ
る。Ｈ/Ｌが１.９５を越えると、電極中を電解液を透過
させるためのポンプ動力が増大し、エネルギー効率が低
下する。また、Ｈ/Ｌが０.１８未満であると、電極面積
を大きくするときに過度に電極の幅が大きくなり、電極
中の電解液の流れの分布が不均一になったり、電池の専
有面積が増大する。Ｈ/Ｌは、好ましくは０.２０〜１.
５０の範囲にあり、より好ましくは０.２５〜１.００、
さらに好ましくは０.３０〜０.９０であり、特に好まし
くは０.３５〜０.８０であり、最も好ましくは０.３５
〜０.６０である。
【０００９】本発明の電池においては、多孔性電極を電
解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）は、通常１００〜８
００ｍｍ程度であり、より好ましくは１５０〜７００ｍ
ｍ、さらに好ましくは２００〜６００ｍｍ、特に好まし
くは３００〜５００ｍｍ、最も好ましくは３５０〜４５
０ｍｍである。多孔性電極の電解液が流れる方向に垂直
な長さ（Ｌ）は、通常３００〜１５００ｍｍ、より好ま
しくは５００〜１４００ｍｍ、さらに好ましくは６００
〜１３００ｍｍ、特に好ましくは７００〜１２００ｍ
ｍ、最も好ましくは８００〜１１００ｍｍである。
【００１０】本発明の電池においては、正極室に正極液
を導入する導入口の断面積の総和（Σｓai）と多孔性電
極の電解液が流れる方向に垂直な断面積の平均値
（Ｓa）との比(Σｓai/Ｓa)；負極室に負極液を導入す
る導入口の断面積の総和（Σｓci）と多孔性電極の電解
液が流れる方向に垂直な断面積の平均値（Ｓc）との比
（Σｓci/Ｓc）；正極室から正極液が排出する排出口の
断面積の総和（Σｓao）と多孔性電極の電解液が流れる
方向に垂直な断面積の平均値（Ｓa）との比（Σｓao/Ｓ
a）；並びに、負極室から負極液が排出する排出口の断
面積の総和（Σｓco）と多孔性電極の電解液が流れる方
向に垂直な断面積の平均値（Ｓc）との比（Σｓco/
Ｓc）がいずれも０．００１〜０．０４の範囲内にある
ことが必要である。
【００１１】（Σｓai/Ｓa）及び（Σｓci/Ｓc）並びに
（Σｓao/Ｓa）及び（Σｓco/Ｓc）のいずれかが０.０
０１未満であると、正極室及び負極室への電解液の導入
部分又は正極室及び負極室からの電解液の排出部分での
電解液の流動に伴う圧力損失が過度に大きくなり、また
電解液の正極室及び負極室における均一な分散が不十分
となる。また、（Σｓai/Ｓa）及び（Σｓci/Ｓc）並び
に（Σｓao/Ｓa）及び（Σｓco/Ｓc）のいずれかが０.
０４を越えると、電池スタックの自己放電が大きくなり
電流効率が低下するとともに、電解液の均一な分散効果
が飽和する。
【００１２】（Σｓai/Ｓa）及び（Σｓci/Ｓc）並びに
（Σｓao/Ｓa）及び(Σｓco/Ｓc）は、好ましくは０.０
０１２〜０.０３５、より好ましくは０.００１５〜０.
０３０、さらに好ましくは０.００２〜０.０２５であ
り、特に好ましくは０.００２５〜０.０２０であり、最
も好ましくは０.００２〜０.０１５の範囲内である。
【００１３】多孔性電極の電解液が流れる方向に垂直な
断面積の平均値（Ｓa及びＳc）は通常２〜１５０ｃｍ2
程度であり、好ましくは３〜２０ｃｍ2、より好ましく
は５〜１００ｃｍ2、さらに好ましくは８〜８０ｃｍ2、
特に好ましくは１０〜６０ｃｍ2、最も好ましくは１２
〜５０ｃｍ2である。なお、ここで多孔性電極の断面積
とは、隔膜の両側に配設された、分液板に支持された多
孔性電極が２枚の集電板電極により隔膜を挟んで両側か
らサンドイッチ状態に押圧された状態にあるときの電極
の断面積をいう。この多孔性電極の断面積は正極室また
は負極室の断面積にほぼ等しい。
【００１４】さらに本発明の電池においては、正極液と
負極液としてバナジウムの水溶液が使用され、そのバナ
ジウムイオン濃度は０.５〜８モル/リットルであること
が望ましい。バナジウムの濃度は、好ましくは０.６〜
６.０モル/リットル、より好ましくは０.８〜５.０モル
/リットル、さらに好ましくは１.０〜４.５モル/リット
ル、特に好ましくは１.２〜４.０モル/リットル、最も
好ましくは１.５〜３.５モル/リットルである。バナジ
ウムの濃度が、０.５モル/リットル未満であると電池の
エネルギー密度が小さくなり、８.０モル/リットルを越
えると、電解液の粘度が高くなり電池セルの抵抗が高く
なり、電力効率も低いものとなる。
【００１５】また、電解液としてはバナジウムの硫酸水
溶液が好ましく用いられ、電解液における硫酸根の濃度
は、好ましくは０.５〜９.０モル/リットル、より好ま
しくは０.８〜８.５モル/リットル、さらに好ましくは
１.０〜８.０モル/リットル、特に好ましくは１.２〜
７.０モル/リットル、最も好ましくは１.５〜６.０モル
/リットルである。
【００１６】さらに本発明の電池においては、液透過性
の多孔性電極の平均嵩密度は通常０.０１〜１.０ｇ/ｃ
ｃ程度であり、好ましくは０.０５〜１.００ｇ/ｃｃ、
より好ましくは０.０８〜０.８０ｇ/ｃｃ、さらに好ま
しくは０.１０〜０.７０ｇ/ｃｃ、特に好ましくは０.１
２〜０.５０ｇ/ｃｃ、最も好ましくは０.１５〜０.４０
ｇ/ｃｃである。
【００１７】さらに、本発明の電池においては、多孔性
電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）を正極室
および負極室に正極液と負極液を導入するための導入口
の数（Ｎ）で除した値（Ｌ/Ｎ）及び多孔性電極の電解
液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）を正極室および負極
室から正極液と負極液を排出するための排出口の数
（Ｎ'）で除した値（Ｌ/Ｎ'）が、共に１２５〜７００
ｍｍであることが望ましい。Ｌ/Ｎ又はＬ/Ｎ'が１２５
ｍｍ未満であると、電極面積を大きくしたいときに導入
口及び排出口の数が多くなり、導入口及び排出口での電
解液を流す圧力損失が大きくなってポンプ動力が増大
し、エネルギー効率が低下する。また導入口及び排出口
の数が多くなると、導入口及び排出口周りでの電解液の
漏洩が生じやすくなる。また、Ｌ/Ｎ及びＬ/Ｎ'が７０
０ｍｍを越えると、電極中を流れる電解液の分散が不良
となる。Ｌ/Ｎ及びＬ/Ｎ'は、好ましくは１５０〜６０
０ｍｍ、より好ましくは１７０〜５００ｍｍ、さらに好
ましくは１８０〜４００ｍｍ、特に好ましくは２００〜
３５０ｍｍ、最も好ましくは２２０〜３００ｍｍであ
る。
【００１８】本発明の電池においては、正極室および負
極室に正極液と負極液を導入する導入口及び正極室およ
び負極室から正極液と負極液を排出する排出口は、それ
ぞれ複数のスリットからなり、それに電解液を供給する
ためのマニホールドを連結して構成される。スリット及
びマニホールドは、多孔性電極が配設された分液板に設
けられる。各スリットの幅は、通常０.５〜３ｍｍであ
り、好ましくは０.６〜２.５ｍｍ、より好ましくは０.
８〜２ｍｍである。スリットの深さは、通常０.５〜２.
５ｍｍであり、好ましくは０.６〜２.０ｍｍ、より好ま
しくは０.８〜１.５ｍｍである。従って、正極液の導入
口個々の断面積（ｓai）及び排出口個々の断面積
（ｓao）、並びに負極液導入口個々の断面積（ｓci）及
び排出口個々の断面積（ｓco）は、０.００２５〜０.０
６ｃｍ2程度であり、好ましくは０.００５〜０.０３ｃ
ｍ2である。
【００１９】スリットは、好ましくは電解液が０.５〜
５ｍ/ｓｅｃ、より好ましくは０.８〜４ｍ/ｓｅｃ、さ
らに好ましくは１.０〜３ｍ/ｓｅｃの速度で正極室およ
び負極室に正極液と負極液が導入され、正極室および負
極室から正極液と負極液が排出されるように、その断面
積と数を調整することが好ましい。
【００２０】また、本発明の電池においては、正極電解
液中では、充電状態で４価/５価のバナジウムイオンの
混合状態、又は５価のバナジウムイオン単独の状態をと
りうるが、好ましくは充電終止状態における正極電解液
中の５価のバナジウムイオンの濃度は、０.５〜７.５モ
ル/リットル、好ましくは０.６〜５.５モル/リットル、
より好ましくは０.８〜４.５モル/リットル、さらに好
ましくは１.０〜４.０モル/リットル、特に好ましくは
１.２〜３.８モル/リットル、最も好ましくは１.５〜
３.５モル/リットルである。５価のバナジウムイオン濃
度が、０.５モル/リットル未満であると電池のエネルギ
ー密度が極度に低下し、７.５モル/リットルを越えると
充電時における５価のバナジウムの析出が起こり易くな
り安定性に欠ける。
【００２１】充電終止状態における正極電解液中の５価
のバナジウムイオンの濃度の全バナジウムイオンの濃度
に対する割合は、好ましくは５０〜１００％、より好ま
しくは６０〜９９％、さらに好ましくは６５〜９８％、
特に好ましくは７０〜９７％、最も好ましくは７５〜９
６％である。
【００２２】また、本発明の電池においては、正極電解
液中では、放電状態で４価/５価のバナジウムイオンの
混合状態、又は４価のバナジウムイオン単独あるいはし
４価/３価のバナジウムイオンの混合状態をとりうる
が、好ましくは放電終止状態における正極電解液中の４
価のバナジウムイオンの濃度は、０.５〜７.５モル/リ
ットル、好ましくは０.６〜５.５モル/リットル、より
好ましくは０.８〜４.５モル/リットル、さらに好まし
くは１.０〜４.０モル/リットル、特に好ましくは１.２
〜３.８モル/リットル、最も好ましくは１.５〜３.５モ
ル/リットルである。
【００２３】放電終止状態における正極電解液中の４価
のバナジウムイオンの濃度の全バナジウムイオンの濃度
に対する割合は、好ましくは５０〜１００％、より好ま
しくは６０〜９９％、さらに好ましくは６５〜９８％、
特に好ましくは７０〜９７％、最も好ましくは７５〜９
６％である。また放電終止状態における正極電解液中の
３価のバナジウムイオンの濃度の全バナジウムイオンの
濃度に対する割合は、好ましくは３０％以下、より好ま
しくは２５％以下、さらに好ましくは２０％以下、特に
好ましくは１０％以下、最も好ましくは５％以下であ
る。
【００２４】本発明に用いる液透過性の多孔性電極は、
好ましくはフェルト状、スダレ編み状、メリアス編み状
の炭素繊維成形体や、シート状多孔性炭素成形体である
ことができる。
【００２５】本発明の電池における隔膜は、有機高分子
からなるイオン交換膜を用いることが好ましい。カチオ
ン交換膜及びアニオン交換膜いずれのイオン交換膜も用
いることができる。カチオン交換膜としては、スチレン
ージビニルベンゼン共重合体をスルホン化して得られる
カチオン交換膜、テトラフルオロエチレンとハ゜ーフル
オロ・スルホニル・エトキシビニルエーテルの共重合体
をベースにスルホン酸基を導入したカチオン交換膜、テ
トラフルオロエチレンとカルボキシル基を側鎖に持つハ
゜ーフルオロビニルエーテルとの共重合体からなるカチ
オン交換膜、芳香族ポリスルホン共重合体をベースにス
ルホン酸基を導入したカチオン交換膜などを用いること
ができる。アニオン交換膜としては、スチレンージビニ
ルベンゼン共重合体をベースにクロロメチル基の導入、
アミノ化したアニオン交換膜、ビニルピリジンージビニ
ルベンゼン共重合体を４級ビリジウム化したアニオン交
換膜、芳香族ポリスルホン共重合体をベースにクロロメ
チル基の導入、アミノ化したアニオン交換膜などを用い
ることができる。
【００２６】本発明の電池に使用される多孔性電極が配
設された分液板の一例を図１に、図１における電解液
（正極液）導入口（スリットの溝）の拡大図を図２に、
また、本発明の電池セルの単セル構造の一例を図３に示
す。本発明の電池は、隔膜の両側に液透過性多孔質電極
を配置し、これらの部材を二枚の集電板電極によってサ
ンドイッチ状態に押圧し、隔膜で仕切られた室の一方を
正極室、他方を負極室とし、その室の厚さは適当なスペ
ーサーによって確保される。この各室、すなわち正極室
にＶ4+／Ｖ5+から成る正極電解液を、負極室にＶ3+／Ｖ
2+から成る負極電解液を流通させることによりレドック
ス電池が構成される。レドックスフロー型電池の場合、
充電時には正極室では、電子を放出しＶ4+がＶ5+に酸化
される。放出された電子は、外部回路を通して負極室に
供給される。負極室では、供給された電子によってＶ3+
がＶ2+に還元される。この酸化還元反応に伴って正極室
では、水素イオンＨ+が過剰になる。一方、負極室で
は、水素イオンＨ+が不足する。隔膜は、正極室の過剰
な水素イオンＨ+を選択的に負極室へ移動させ電気的中
性が保たれる。放電時には、この逆の反応が進む。上述
の電池反応では、エネルギ−効率は、下記式−１で示さ
れる。
【００２７】
【数１】
【００２８】この式中の充放電電力量は、電池セルの内
部抵抗と隔膜のイオン選択性およびシャント電流損失等
に依存している。内部抵抗の減少は、電圧効率を向上さ
せる。イオン選択性の向上およびシャント電流損失の低
減は、電流効率を向上させる。
【００２９】
【実施例】以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明
を具体的に説明する。 実施例１ 図−３に示すようなレドックスフロー電池セルを用い正
極室および負極室の厚さを３ｍｍとした。多孔性電極と
して、セルロース系炭素繊維のフェルトを用いた。多孔
性電極の電解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）は４００
ｍｍ、電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）は
１０００ｍｍ、多孔性電極の電解液が流れる方向の平均
高さ（Ｈ）と電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
（Ｌ）との比（Ｈ/Ｌ）が０.４０である。
【００３０】正極室および負極室に正極液と負極液を導
入するスリットの溝幅を１.１ｍｍ、スリットの深さを
１.２ｍｍとし、スリットに電解液を供給する１つのマ
ニホールドあたり４本のスリットを形成した。また、正
極室および負極室から正極液と負極液を排出するスリッ
トの溝幅を１.１ｍｍ、スリットの深さを１.２ｍｍと
し、スリットに電解液を供給する１つのマニホールドあ
たり４本のスリットを形成した。即ち、正極室および負
極室に正極液と負極液を導入する導入口は４本のスリッ
トとそれに電解液を供給するマニホールドから構成さ
れ、正極室および負極室から正極液と負極液を排出する
排出口は４本のスリットとそれに続くマニホールドから
構成されている。
【００３１】また各スリットに電解液を供給するマニホ
ールドは一辺の長さ２６ｍｍの正方形からなり、正極室
および負極室に正極液と負極液を導入するスリットに連
結するマニホールドの数（Ｎ）、及び正極室および負極
室から正極液と負極液を排出するスリットに連結するマ
ニホールドの数（Ｎ'）は、共に４個であった。正極室
および負極室に正極液と負極液を導入する導入口（スリ
ット）の断面積の総和（Σｓai及びΣｓci)は共に２１.
１２ｍｍ2であり、 正極室及び負極室に設けられた多孔
性電極の電解液が流れる方向に垂直な断面積の平均値
（Ｓa及びＳc)は共に３０００ｍｍ2であった。導入口
（スリット）の断面積の総和と多孔性電極の電解液が流
れる方向に垂直な断面積の平均値との比（Σｓai/Ｓa及
びΣｓci/Ｓc）は０.００７であった。 また、正極室および負極室から正極液と負極液が排出す
る排出口（スリット）の断面積の総和（Σｓao及びΣｓ
co)は共に２１.１２ｍｍ2であり、正極室及び負極室に
設けられた多孔性電極の電解液が流れる方向に垂直な断
面積の平均(Ｓa及びＳc）は共に３０００ｍｍ2であっ
た。排出口（スリット）の断面積の総和と多孔性電極の
電解液が流れる方向に垂直な断面積の平均値との比（Σ
ｓao/Ｓa及びΣｓco/Ｓc）は０.００７であった。
【００３２】また、電極の電解液が流れる方向に垂直な
長さ（Ｌ）を正極室および負極室に正極液と負極液を導
入するスリットに連結するマニホールドの数（Ｎ）で除
した値（Ｌ/Ｎ）、及び電極の電解液が流れる方向に垂
直な長さ（Ｌ）を正極室および負極室から正極液と負極
液を排出するスリットに連結するマニホールドの数
（Ｎ’）で除した値（Ｌ/Ｎ’）は共に２５０ｍｍであ
った。
【００３３】この単電池セルをバイポーラ集電体電極を
介して、２０個直列に配列した。なお、正極液と負極液
はバナジウムイオン濃度が２モル/リットルの硫酸水溶
液であり、電解液における硫酸根の濃度が４モル/リッ
トルのものを使用した。正極液と負極液を、１つのマニ
ホールドあたり６.４ｃｃ/秒の速度で導入し、１つのマ
ニホールドあたり６.４ｃｃ/秒の速度で排出した。正極
室および負極室に正極液と負極液を導入する導入口（ス
リット）での流速は１２１.２ｃｍ/秒であった。また正
極室および負極室から正極液と負極液を排出する排出口
（スリット）での流速は１２１.２ｃｍ/秒であった。電
池セル電圧１.６５Ｖまで充電し、電池セル電圧が１.１
６Ｖまで放電する充放電実験を繰り返し実施した。結果
を表−１に示す。
【００３４】比較例１ 正極室および負極室に正極液と負極液を導入するスリッ
トの溝幅を０.５ｍｍ、スリットの深さを０.４ｍｍと
し、スリットに電解液を供給する１つのマニホールドあ
たり３本のスリットを形成した。また、正極室および負
極室から正極液と負極液を排出するスリットの溝幅を
０.５ｍｍ、スリットの深さを０.４ｍｍとし、スリット
に電解液を供給する１つのマニホールドあたり３本のス
リットを形成した。即ち、正極室および負極室に正極液
と負極液を導入する導入口は３本のスリットとそれに電
解液を供給するマニホールドから構成され、正極室およ
び負極室から正極液と負極液を排出する排出口は３本の
スリットとそれに続くマニホールドから構成されてい
る。正極室および負極室に正極液と負極液を導入する導
入口（スリット）の断面積の総和（Σｓai及びΣｓci)
は共に２.４ｍｍ2、 正極室及び負極室に設けられた多
孔性電極の電解液が流れる方向に垂直な断面積の平均値
（Ｓa及びＳc）は３０００ｍｍ2であった。導入口（ス
リット）の断面積の総和と多孔性電極の電解液が流れる
方向に垂直な断面積の平均値との比（Σｓai/Ｓa及びΣ
ｓci/Ｓc）は０.０００８であった。また、正極室および
負極室から正極液と負極液が排出する排出口（スリッ
ト）の断面積の総和（Σｓao及びΣｓco）は共に２.４
ｍｍ2であり、正極室及び負極室に設けられた多孔性電
極の電解液が流れる方向に垂直な断面積の平均値（Ｓa
及びＳc）は共に３０００ｍｍ2であった。排出口（スリ
ット）の断面積の総和と多孔性電極の電解液が流れる方
向に垂直な断面積の平均値との比（Σｓao/Ｓa及びΣｓ
co/Ｓc）は０.０００８であった。正極正極液と負極液
を、１つのマニホールドあたり６.４ｃｃ/秒の速度で導
入し、１つのマニホールドあたり６.４ｃｃ/秒の速度で
排出した。それ以外は全て実施例１と同様にして充放電
実験を実施した。結果を表−１に示す。
【００３５】比較例２ 正極室および負極室に正極液と負極液を導入するスリッ
トの溝幅を２.７ｍｍ、スリットの深さを１.９ｍｍと
し、スリットに電解液を供給する１つのマニホードあた
り６本のスリットを形成した。また、正極室および負極
室から正極液と負極液を排出するスリットの溝幅を２.
７ｍｍ、スリットの深さを１.９ｍｍとし、スリットに
電解液を供給する１つのマニホールドあたり６本のスリ
ットを形成した。即ち、正極室および負極室に正極液と
負極液を導入する導入口は６本のスリットとそれに電解
液を供給するマニホールドから構成され、正極室および
負極室から正極液と負極液を排出する排出口は６本のス
リットとそれに続くマニホールドから構成されている。
正極室および負極室に正極液と負極液を導入する導入口
（スリット）の断面積の総和（Σｓai及びΣｓci）は共
に１２３.１ｍｍ2であり、 正極室及び負極室に設けら
れた多孔性電極の電解液が流れる方向に垂直な断面積の
平均値（Ｓa及びＳc）は共に３０００ｍｍ2であった。
導入口（スリット）の断面積の総和と多孔性電極の電解
液が流れる方向に垂直な断面積の平均値との比（Σｓai
/Ｓa及びΣｓci/Ｓc）は０.０４１であった。
【００３６】また、正極室および負極室から正極液と負
極液が排出する排出口（スリット）の断面積の総和（Σ
ｓao及びΣｓco）は共に１２３.１ｍｍ2であり、正極室
及び負極室に設けられた多孔性電極の電解液が流れる方
向に垂直な断面積の平均値（Ｓa及びＳc）は共に３００
０ｍｍ2であった。排出口（スリット）の断面積の総和
と多孔性電極の電解液が流れる方向に垂直な断面積の平
均値との比（Σｓao/Ｓa及びΣｓco/Ｓc）は０.０４１
であった。 正極液と負極液を、１つのマニホールドあたり６.４ｃ
ｃ/秒の速度で導入し、１つのマニホールドあたり６.４
ｃｃ/秒の速度で排出した。それ以外は全て実施例１と
同様にして充放電実験を実施した。結果を表−１に示
す。
【００３７】
【表１】
【００３８】上記実施例のレドックスフロー型電池は、
比較例の電池に比しセル抵抗が小さく、高い電力効率を
有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池に使用される多孔性電極が配設さ
れた分液板の一例を示す概略説明図である。
【図２】図１におけるＡ部分（正極液導入口）の拡大図
である。
【図３】本発明のレドックス電池を構成する単一セルの
概略説明図である。
【符号の説明】
Ｈ 多孔性電極の電解液が流れる方向の平均高さ Ｌ 多孔性電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ ｄ 多孔性電極の厚さ Ｓa 多孔性電極の電解液が流れる方向の平均断面積 ｓai １つの正極液導入口（スリット）の断面積 ｘ スリットの溝深さ ｙ スリットの溝幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 景山 芳輝 茨城県稲敷郡阿見町中央８丁目３番１号 鹿島北共同発電株式会社Ｖ電池開発室内 (72)発明者 大山 春生 茨城県稲敷郡阿見町中央８丁目３番１号 鹿島北共同発電株式会社Ｖ電池開発室内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 隔膜によって分離され且つ多孔性電極が
    配設された正極室と負極室に、正極液と負極液を通液し
    て酸化還元反応を行い充放電する液循環式型のレドック
    スフロー電池において、 （１）多孔性電極の電解液が流れる方向の平均高さ
    （Ｈ）と電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）
    との比（Ｈ/Ｌ）が０.１８〜１.９５であり、且つ
    （２）正極室および負極室に正極液と負極液を導入する
    導入口の断面積の総和（Σｓai）及び（Σｓci）と多孔
    性電極の電解液が流れる方向に垂直な断面積の平均値
    （Ｓa）及び（Ｓc）との比（Σｓai/Ｓa）及び（Σｓci
    /Ｓc）、並びに正極室および負極室から正極液と負極液
    が排出する排出口の断面積の総和（Σｓao）及び（Σｓ
    co）と多孔性電極の電解液が流れる方向に垂直な断面積
    の平均値（Ｓa）及び（Ｓc）との比（Σｓao/Ｓa）及び
    （Σｓco/Ｓc）がそれぞれ０.００１〜０.０４の範囲内
    であることを特徴とする電池。
  2. 【請求項２】 正極液および負極液が０.５〜８モル/リ
    ットルのバナジウムイオン濃度を有する水溶液である請
    求項１記載の電池。
  3. 【請求項３】 正極液および負極液がバナジウムの硫酸
    水溶液であり、電解液における硫酸根の濃度が０.５〜
    ９.０モル/リットルである請求項１又は２記載の電池。
  4. 【請求項４】 多孔性電極の電解液が流れる方向に垂直
    な断面積の平均値（Ｓa）及び（Ｓc）が５〜５０ｃｍ2
    の範囲内である請求項１〜３のいずれかに記載の電池。
  5. 【請求項５】 液透過性の多孔性電極の平均嵩密度が
    ０.０１〜１.０である請求項１〜４のいずれかに記載の
    電池。
  6. 【請求項６】 電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
    （Ｌ）を正極室および負極室に正極液と負極液を導入す
    る導入口の数（Ｎ）で除した値（Ｌ/Ｎ）及び電極の電
    解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）を正極室および負
    極室に正極液と負極液を排出する排出口の数（Ｎ'）で
    除した値（Ｌ/Ｎ'）が１２５〜１０００ｍｍの範囲内で
    ある請求項１〜５のいずれかに記載の電池。
  7. 【請求項７】 正極室および負極室に正極液と負極液を
    導入する導入口及び正極室および負極室に正極液と負極
    液を排出する排出口が複数のスリットからなり、それに
    電解液を供給するマニホールドが連結して構成される請
    求項１〜６のいずれかに記載の電池。
  8. 【請求項８】 正極室および負極室に正極液と負極液を
    導入する導入口からの平均導入速度及び正極室および負
    極室から正極液と負極液が排出する排出口からの平均排
    出速度が、０.２〜５００ｃｍ/ｓｅｃの範囲内である請
    求項１〜７のいずれかに記載の電池。
  9. 【請求項９】 充電終止状態における正極電解液中の５
    価のバナジウムイオンの濃度が０.５〜７.５モル/リッ
    トルであり、５価のバナジウムイオンの濃度の全バナジ
    ウムイオンの濃度に対する割合が５０〜１００％である
    請求項１〜８のいずれかに記載の電池。
  10. 【請求項１０】 放電終止状態における正極電解液中の
    ４価のバナジウムイオンの濃度が０.５〜７.５モル/リ
    ットルであり、４価のバナジウムイオンの濃度の全バナ
    ジウムイオンの濃度に対する割合が５０〜１００％であ
    る請求項１〜９のいずれかに記載の電池。
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