JPS6047373A - レドツクス電池 - 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】 （７′）　技　術　分　野 このシ１）明はレドックス電池の構造に関する。

レドックス電池は、電解槽を隔膜で仕切り、正極と０極
とを電解槽に浸漬し、正極、負極液の酸化還元反応によ
り、充電、放電を繰返し行わせる二次電池である。正極
液、負極液ともに酸化還元反応のｉ［Ｉ後でイオン状態
である反応物を含んでいる。イオン価の変化によって、
充電放′亀反応を行わせ’Ｓ　、Ｉうになっている。

正）所液２、負極液は２つ又は１つのタンクに貯溜され
、ホンブによって電解槽へ圧送される。容積効率が良い
ので、電力貯蔵用二次電池として有望である。

第６図はＴ）１力貯蔵用レドツクス電池の概念を説明す
るだめの図である。

発ｉｆｆ所１て発電された電力は、変電設備２て変圧さ
れ、インバータ４で直流に変換され、レドックス電池５
を充電する。

逆に、レドックス電池５の起電力がインバータ４に、に
り交流に変換され、変電設備２を経て負荷３を駆動する
。

レドックス電池５は、正極液タンク６ａ、６ｂと、負極
液タンク７ａ、、７ｂと、正極液１４、負極液１５を循
環させるためのポンプ８．９と、市隔股１３によって仕
切られている。

正、負極液は、イオン価が２種類あるイ；４ンと、イオ
ンを水溶液の形で存在させることのできる溶液を組合わ
せたものである。溶液は、塩酸、リン酸、ビロリン酸溶
液が使われる。

（ａ）　塩酸溶液を使うもの Ｆｅ　（３／２）、Ｃｒ　（２／３） Ｆｅ　（３／２　）　、Ｔｉ　（３／４　）（ｂ）　リ
ソ酸溶液を使うもの Ｍｎ　（３／２　）　、Ｃｒ　（２／３　）Ｍｎ　（３
／２　）　、Ｃｕ　（１／２　）Ｃｒ　（６／３　）　
、Ｃｒ　（２，／３　）（Ｃ）　ビロリン酸溶液を使う
もの Ｍｎ　（３／２　）　、Ｃｒ　（２／８　）Ｃｒ　（６
／３）、Ｃｒ　（２／３） などが知られている。に）内は価数。

たとえば、塩酸溶液中で、正極液としてＦｅ３＋／Ｆｅ
　％負極液としてＣｒ２＋／Ｃｒ３＋を含むものに２＋ ついて説明する。正、負極での電池反応は、放 正　極　Ｆｅ”十−４−ｅ　− Ｆｅ２＋ 充 放 負　極　Ｃｒ２＋　″　Ｃｒ３＋十　ｅ−充 と書ける。

正極液Ｆｅ３＋／　Ｆｅ”＋４１、タンク６ａ１６ｂに
貯溜され、充電の時は、Ｆｅ２＋液がポンプ８で電解槽
１０の正極側１０ａへ送られ、ここで酸化されＦｅ３−
’ンなって、他方のタンクへ貯溜される。放電の時は　
Ｆｅ　３１液かポンプにより、電解槽１０へ送らね、ｌ
黄元されてＦｅ２＋となり、元のタンクに戻る。

負極液については、酸化還元反応が逆に起る。

（イ）従来技術とその問題点 レドックス電池の正、負電極は、集電電極と電１ず〆槽
を兼ねる反応電極と全組合わせたものであ′″）だ。

第７図にレドックス電池の１屯位を示ず。

正極２０、隔膜２１、負極２２が厚み方向に組合せられ
ている。

正極２０、負極２２ともに、隔膜２１に１１する反応電
極２３は多孔質カー・ボン？Ｉｆ極となっている。

反応電極２３は、電池反応をこの内部て起こさ旧るため
、水溶液を含まな目ればならず、多孔質重なければなら
ない。又溶液にｊ；って腐蝕されて６：１ならない。そ
こで多孔質カーボ〉が反応電極とし２て使われる。

集電電極２４は、グラフアイ１電極板が用い「〕ねる。

レドックス電池は反応電極と集電電極の間で？ｔ’？も
わがあってはならないので、パラギン等を介し。

てＬｌ−［着、或は接着されて用いられる。反応箱１極
と集’屯′Ｉａ極は、電気的に結合されていなければな
（。

ないので、接触抵抗が大きいと、直列接続した時、電池
の内部抵抗が高くなってしまう。

バラギンを間に挾むと、抵抗が大きくなりやすい。又パ
ラギンを挾んだところで、液もれの可能性がある。

これは、正極、負極に於て、集電電極（グラファイト）
と反応電極（多孔質カーボン）に分かれている事に起因
する難点である。

反ｒｊ１）：　？ｔｆｌ　４ｉ★に於ては、小さい容積
で、酸化還元反応をできるたけ効率よく起るようにしな
番プればならない。このため実効的表面積が広い多孔質
′電極か用いらねる。このため、多孔質カーボン粉末成
形体、カーボン繊維不織布、カーボンｆＨＩＩ：織布な
とが使われる。

集′［１１，電極は、電解液によって腐蝕ぜず、反応電
極と充分導通している必要がある。このため、従来カー
・ボン、グラファイトの焼結体か使用されていた。

いずわの電極も導電性があってｍ蝕しないことが要求さ
れる。反応′開極には溶液か浸透しなりればならないし
、集電電極には溶液が浸透してはならない。また反応電
極と集電電極は電気的につなかつていなければならない
。

（つ）　本発明のレドックス電池の構造本発明のしドッ
クス電池は、反応電極と、集′１１Ｃ′１１Ｌ極を一体
化した電極構造を有する。

（１）　一体化した電極はカーボン繊維の積層体よりな
り、 （２）　カーボン繊維の積層体の一力の面、或は両（ｊ
１］の中央部分を残して、熱硬化性樹脂を含浸し、含浸
した部分を集′亀電ＪｉＱｉとする。

（３）　含浸されていない一方のσｆ１、或は両面の中
＋ｂ部分を反応′正極とする。

ここで、電極に含浸させるべき、熱硬化性樹ＩＮ！は、
エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂
、シリコン樹脂、フェノール樹脂なとである。

集電電極に熱硬化性樹脂を含浸させるど、溶液か集電電
極の中へ浸み込まないようになる。

熱硬化性樹脂の存在しｔ「い部分は、カーボン繊維の積
層体のままであるので、正負極液が浸透、流通すること
ができる。つまり、反応電極とじで作用する。

集電′「：Ｌ極はカーボン繊維によって、導電性を賦与
されているか、さらに抵抗を下げる必要があれば、・滓
？ＩＬ性微粒子を加える。

例えノＪ５カーボン粉、グラファイト粉、銀粉などを熱
硬化性樹脂中に混練し、この複合樹脂をカーボン線維積
層体へ含浸させる。

図面によって説明する。

第１図は−１〈発明のレドックス電池に用いられる電極
（ｊ・くＡの゛ｒ而面である。第２図は第１図中の１１
−　Ｉｆ　（ｉＪｉ而図面ある。

電１ｉ１ｉｉ仏・Ａ　ｆ、；ｊ、正極にも負極にも使用
できる。

電極板Ａ！」薄い長方形状のカーボン繊維積層体である
。両面の中央部を残し、周縁と中間層部は熱硬ｆ］Ｓ′
１づ荀Ｊ脂を含浸しだ集電電極Ｂとなっている。

第２］ツ［に於て集電電極Ｂは、Ｈ形断面をＶする。

熱硬化性樹脂を含浸しない、面の中央部は、カー４仁繊
維そのままであり、こねが反応電極Ｃとなる。反１）包
、電極Ｃは繊維であるがら、溶液を含むことかでき、カ
ーボンであるから導電性がある。

；：ａ　１図、第２図に示したのは、集合セルを構成す
る中間部の電極で１両端の電４ｉｊｌｊは、一方の面に
たけ反応８％を作製する１；うにする。

第３図によって、集合セルの構造を説明する。

集合セルＧけ、ｎ個の？ｌｉ極板Ａ１、Ａ２、・・・・
・・、Ａｎを、間に隔膜”’１　’　Ｅ２　、”””、
Ｅｎ−１を挾んで厚みカ。

向に重ね合せたものである。

中ｊ用のＡ２、・・・・、Ａｎ−１の電極板は、両側に
反１心電極Ｃを持っているが、両端のＡ１、Ａｎの電１
ｉｌｌｉ板は、一方に反応電極Ｃを有するのみである。

反応′１ヒ極Ｃ１Ｃを、隔膜によって仕切っており、＋
Ｗ　＋＋ｔ、＞はＨイオン又はＣβ−・ｒオンのみを通
す。集’ｔ１゜正極Ｂ、Ｂは絶縁されていなければなら
ない。

反応電極Ｃ，Ｃ，イオン交換膜の存在する部分へは、ｊ
Ｉ：、極液、負極液が導かれる電解槽として機能する。

ＡＩ　、Ａｎは正極、負極のいずれが一方に対応する。

中間のＡ２　、山”、Ａｎ　ｌは正極と負極とを兼ねて
いる。この集合セルは（ｎ−１）個の単セルを集めた′
電池として機能する。

淋）　実　施　例 本発明の電池構造は前節で説明した通りであるが、実際
には正極液、負極液を、反応電極内・＼循環さぜるため
の流路を必要とする。

溶液の流路は、各電極それぞれから、・り）側へ通路を
設置４’−、外側へ連通した通路へ溶液ボースをつなぐ
、に凸にする肩１もてきる。こうすると、′電極板１枚
ことに、短い４本又は２本のホースと継手を必要′七す
る。

溶１夜の？ｌｆｔ路を電極板の厚み方向に穿孔しておく
事も可能で反）る。第４図はそのような溶液流路を穿設
置７ノｅ　？ｉｊ　１ＬＩＪｉ板の斜透視図である。

電（・ｊｉ　４１又Ａの集電′ｆＬ極Ｂの同材４箇所に
、ｊ７み方向の１ドｆ液通し穴３０．３１．３２．３３
が穿孔されている。４つの穴は全ての電極板について同
一位置Ｇ穿たれる。径って、通し穴３０、・・、３３の
連名、か、溶液の通路となる。

４−１の穴のいずれか２つか正極液用の通し穴で、残り
の２つか負極液用の通し穴である。との２つを正、負１
１折液用の通し穴としても良いか、ここでは対角線方向
の一対を、同じ極に対する通し穴として選んでいる。

溶液を通し穴から反応電極へ導がなければならないので
、反応電極の一部は、対応する通し六−５と延びている
。

第５図は、このような？１Ｌ極板を重ねて集合セルとし
た場合の、溶液の流れを示す断面図で、ひとつの電極板
についていえば、第４図でＶ−Ｖの線に沿って切断した
断面図である。

正極液（又は負極液）はポンプにより賦勢され、溶液通
し穴３０から、反応電極Ｃに入り、酸化Ｊ′ζ（元反応
を受けた後、溶液通し穴３２から排出さＡする０ 実施例を述べる。

厚さ０．４關のカーボン繊維織布を重ね合せて′、ＩＬ
極板にする。エポキシ樹脂及び硬化剤Ｉ　ＱＱ　ｉｌ（
Ｎｊ’ｉｌｓと導電性カーボン粉６０重量部を７１１１
練して、導電ｔ／１゜熱硬化性樹脂を作製した。

カーボン繊維（０，４問）７枚でひとつの電極４１ｖを
作ることとし、３枚は全面に前記樹脂を含浸ン）せた。

７枚を重ね合せ、加圧ブしスにより１５０°Ｃ１電極板
０ゾさ３．Ｏｆｉ　”）を得た。

これは、第３図に於て示されるＡ】、Ａｎのような、一
方（二だけ反応電極をもつ電極板である。Ａ２〜Ａｎｔ
のよ）な両方に反応電極のあるものも同様に作りうるが
、積層する枚数と順序が少し異なる。

こヨ）シて作った電極板２枚を隔膜を挾んで一体化しノ
（ｔセル電池を作製した。この単セル電池により、ブ１
′、放１ｕ実験を繰り返した。液もれはなく、十分な′
４極反応が行われた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用される電極板の平面図。 第２図は第１図中のｎ−ｌ断面図。 第３図は集合セルの構造を示す断面図。 第４図は溶液流路を穿設した電極板の斜Ｓ視図。 第５図は集合セル中の溶液の流れを示す断面図。 （第４図の電極板に於て、Ｖ−Ｖ線に沿う断面を重ねた
ものに対応する。） 第６図は電力貯蔵用レドックス電池の概念説明図。 第７図は従来のレドックス電池の一単位（単一１にル）
を示す断面図。 Ａ　・・・・・・・・・　電　極　板 Ｂ・・・・・・・・・集′亀電極 Ｃ・・・・・・・・・反応ＴＩＥ極 Ｅ　・・・・・・・・・　隔　膜 １　・・・・・・・・　発　電　所 ２・・・・・・・・・変電設備 ３　・・・・・・　・・　負　荷 ４　・・・　・・・　・・・　イ　ン　バ　−　タ５　
・・・・・・・・・　し１゛ツクス電池５ａ、５ｂ・・
・・・・　正極液タンク７ａ、７ｂ・・・・・　負極液
タンク ８．９　・・・・・・・・・　ポ　ン　プ１０・・・・
・・・・電解槽 １１　・・・・・・・・・　正　極　板１２　・・・・
・・・・・　負　極　板１３　・・・・・・・・・　隔
　）１ダ（１４・・・　・・・・　正　極　液 １５　・・・・・・・・・　負　極　液２０　・・・・
・・・・・　正　極 ２１　・・・・・・・・　隔　膜 ２２　・・・・・・・・・　負　極 ２３　・・・・・・・・・　多孔質カーボン電極２４　
・・・・・・・・・　グラファイト寛極板３ト３２・・
・・・・溶液通し穴 発　明　者　重　松　敏　来 日　比　野　豊 特、：′Ｉ出願人　住友電気工業株式会社第４図 Ｖ ３１９− 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　正極液と負極液とを隔膜で分離し各電極で酸化
   還元反応を起こさせることにより充放電をおこ′１．ｆ
   うレドックス電池に於て、反１６電１ｉφＣと集電電極
   Ｂを一体化し、一体化した電極板Ａはカーボン繊維の積
   層１ドにりなり、力、−ボン繊維の積層体の一方の而、
   或は両ＩＣ１１の中央部分を残して熱硬化性樹脂を含浸
   し、含ＩＪした部分を集電電極Ｂとし、含浸されてい／
   １゛い一方の面或は両面の中央部分を反応電極Ｃとし、
   電極板Ａを積層して集合セルを構成したことを特徴とす
   る１ノドツクス電池。
2. （２）熱硬化性樹脂が、カーボン粉、グランア・ｒト粉
   、銀粉などを混練した導電性熱硬化性樹脂である特許請
   求の範囲第（１）項記載のし・ド・ソクス電池。