JPS6154162A - 高効率電力貯蔵方法 - Google Patents
高効率電力貯蔵方法Info
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- JPS6154162A JPS6154162A JP59175394A JP17539484A JPS6154162A JP S6154162 A JPS6154162 A JP S6154162A JP 59175394 A JP59175394 A JP 59175394A JP 17539484 A JP17539484 A JP 17539484A JP S6154162 A JPS6154162 A JP S6154162A
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Classifications
-
- 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
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- 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
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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。
め要約のデータは記録されません。
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、これにニ一応じ
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
よる電力貯蔵方法に多くの関心が寄せられている。
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
よる電力貯蔵方法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９！電の電力
貯蔵法としても注目されている。
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
系レドックスフロー型の４つタイプが、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１３ニジ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池系システムに対して
も幅広い検討がｅ、７）まれでいる。
リウム−イオウ、亜鉛−塩素、亜鉛−臭素、鉄−クロム
系レドックスフロー型の４つタイプが、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１３ニジ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池系システムに対して
も幅広い検討がｅ、７）まれでいる。
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。
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％式％
この反応の（ｉ′３準電位は−０，７７Ｖである６本発
明者らは、この標＠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
るに到った。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／ａｎ？）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
。
明者らは、この標＠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
るに到った。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／ａｎ？）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１次の４つの基本工程から植成される。
（１）高濃度＋１ｃＩＩ含有ＦｅＣｎ ２ （ａｑ）充
電 一一→高濃度）１ｃＱ、含有ＦｅＣＱ ３ （ａｑ）
＋Ｈ２（ｇ）（３）低濃度１１Ｃ［含有ＦｅＣＱ ３
（ａｑ） 十８２ （ｇ ）放電 □低濃度１ｉｃｋ含有ＦｅＣＤ ２ （ａｑ）−一→水
（＆）十高濃度ＨＣＱ含有ＦｅＣＱ ｚ （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−鉄及び塩化第二鉄濃度も変化
するが、このｆ５度変化は、塩化第−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−りは相殺さ
れるので特に不都合な問題は生じない。
電 一一→高濃度）１ｃＱ、含有ＦｅＣＱ ３ （ａｑ）
＋Ｈ２（ｇ）（３）低濃度１１Ｃ［含有ＦｅＣＱ ３
（ａｑ） 十８２ （ｇ ）放電 □低濃度１ｉｃｋ含有ＦｅＣＤ ２ （ａｑ）−一→水
（＆）十高濃度ＨＣＱ含有ＦｅＣＱ ｚ （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−鉄及び塩化第二鉄濃度も変化
するが、このｆ５度変化は、塩化第−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−りは相殺さ
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ＨＣＱ含有Ｆ
ｅＣα２水溶液中の具体的塩酸濃度は、少なくとも３モ
ル／ｋｇ ８２０以上、通常４〜１５モル／ｋｇ −
Ｈ２Ｏであり、また低濃度）ＩＣＩＩＩ含有ＦｅＣＱ３
水溶液中の具体的塩酸濃度は、６モル／ｋｇ−）１ｚＯ
以下、通常０．３〜３．５モル／ｋｇ−Ｈ２０である。
ｅＣα２水溶液中の具体的塩酸濃度は、少なくとも３モ
ル／ｋｇ ８２０以上、通常４〜１５モル／ｋｇ −
Ｈ２Ｏであり、また低濃度）ＩＣＩＩＩ含有ＦｅＣＱ３
水溶液中の具体的塩酸濃度は、６モル／ｋｇ−）１ｚＯ
以下、通常０．３〜３．５モル／ｋｇ−Ｈ２０である。
また、高濃度ＨＣＱ含有ＦｅＣｆ１２水溶液中の具体的
ＦｅＣρ２濃度は、通常、０．３〜６モル／ｋｇ−）１
２０、好ましくは０．５〜４モル／ｋｇ）ｌｚｏであり
、低濃度Ｈ１ｌ含有ＦｅＣＲ３水溶液中の具体的ＦｅＣ
Ｑ３４ｆ％度は、通常、０．３−８モル／に匹−１１２
０、好ましくは０．５〜６モル／ｋｇ ）ＩｚＯであ
る６高ｉｔ／Ｉｔ度１１ＣＱ含有ＦｅＣｌ２３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、ＩＩＣＵ濃度
が約７モルハ、：Ｉ＋７．０以上に高くなると、蒸留に
よってＨＣ９，成分が優先的に留出するようになるので
、蒸留によって低濃度化を行うことができ、そして。
ＦｅＣρ２濃度は、通常、０．３〜６モル／ｋｇ−）１
２０、好ましくは０．５〜４モル／ｋｇ）ｌｚｏであり
、低濃度Ｈ１ｌ含有ＦｅＣＲ３水溶液中の具体的ＦｅＣ
Ｑ３４ｆ％度は、通常、０．３−８モル／に匹−１１２
０、好ましくは０．５〜６モル／ｋｇ ）ＩｚＯであ
る６高ｉｔ／Ｉｔ度１１ＣＱ含有ＦｅＣｌ２３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、ＩＩＣＵ濃度
が約７モルハ、：Ｉ＋７．０以上に高くなると、蒸留に
よってＨＣ９，成分が優先的に留出するようになるので
、蒸留によっ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ＨＣＱを低濃度１１ＣＱ含有ＦｅＣ
Ｑ２水溶液に加えてその高濃度化を行うことができる。
Ｑ２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。
程（２′）及び（４′）を採用することができる。
（２′）高濃度ＨｃＱ含有ＦｅＣＱ３ （ａｑ）＋Ｈ（
１（ｇ） （４勺低濃度ＨＣＱ含有ＦｅＣｎ ｚ （ａ（１） ＋
ＨＣＱ （ｇ ）−−→ 高濃度ＨＣＱ含有ＦｅＣＱ
２ （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ＨＣｕ含有ＦｅＣＱ３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ＨＣｌ２含有ＦｅＣｎ３水溶液及び水素
として貯蔵される０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５０ｒｎＡ／ ａｌ
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アノード極に接触させて電解する
ことににり実施することができる。この場合、アノード
極にて塩化第一鉄は塩化第二鉄に酸化さ、ＩＩ５、一方
、カソード極にて水素が発生する。
１（ｇ） （４勺低濃度ＨＣＱ含有ＦｅＣｎ ｚ （ａ（１） ＋
ＨＣＱ （ｇ ）−−→ 高濃度ＨＣＱ含有ＦｅＣＱ
２ （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ＨＣｕ含有ＦｅＣＱ３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ＨＣｌ２含有ＦｅＣｎ３水溶液及び水素
として貯蔵される０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５０ｒｎＡ／ ａｌ
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アノード極に接触させて電解する
ことににり実施することができる。この場合、アノード
極にて塩化第一鉄は塩化第二鉄に酸化さ、ＩＩ５、一方
、カソード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
７１′ｊ液にカソード極に接触させ、水素ガスをアノー
ド極に導入することによって実施することができる。こ
の場合、カソード極とアノード極との間に、電流密度５
０ｍＡ／ ａｌ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。
７１′ｊ液にカソード極に接触させ、水素ガスをアノー
ド極に導入することによって実施することができる。こ
の場合、カソード極とアノード極との間に、電流密度５
０ｍＡ／ ａｌ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、はぼ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％程度にとどまって
いる。
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、はぼ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％程度にとどまって
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−
５丁）を隔膜とし、アノード極のみに６ｍｇ／ｃｎｆ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０．６ｎｏ Ｑ ＦｅＣｎ ３７ｋｇ −
Ｈ２０、を防ぐため約３０％の水蒸気を含む水素ガスを
常圧にてアノード極へ導入しつつ放電反応（発′１１）
を行なわせたところ１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。
５丁）を隔膜とし、アノード極のみに６ｍｇ／ｃｎｆ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０．６ｎｏ Ｑ ＦｅＣｎ ３７ｋｇ −
Ｈ２０、を防ぐため約３０％の水蒸気を含む水素ガスを
常圧にてアノード極へ導入しつつ放電反応（発′１１）
を行なわせたところ１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
．２１に、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、はとんどが水（Ｈ
ＣＱ含有量１誓シ％以下）であった。残留液組成として
、２．４ｍｏＱ ＦｅＣＱ ３／ｋｇ ＨｚＯ１２，
４ｎｏ（ＩＦｅＣＱ ２／ｋｇ−）１２０および４．４
ｍｏＱ ＨＣ＋２／ｋｇ−Ｈ２Ｏを得た。
．２１に、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、はとんどが水（Ｈ
ＣＱ含有量１誓シ％以下）であった。残留液組成として
、２．４ｍｏＱ ＦｅＣＱ ３／ｋｇ ＨｚＯ１２，
４ｎｏ（ＩＦｅＣＱ ２／ｋｇ−）１２０および４．４
ｍｏＱ ＨＣ＋２／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、カソー
ド極のみに白金を６ｍ ｇ Ｐｔ／ ｃｒＡで担持）を
用い、工程（Ｂ）において得た高濃度ＨＣＱを含むＦｅ
ＣＱ３−ＦｅＣＱｚ系水溶液をアノード極へ導入しつつ
電解反応（充電）を行なったところ、カソード極より水
素が発生した。この時の電流密度と電Ｍ、電圧として表
１の結果を得た６ 表−１
ド極のみに白金を６ｍ ｇ Ｐｔ／ ｃｒＡで担持）を
用い、工程（Ｂ）において得た高濃度ＨＣＱを含むＦｅ
ＣＱ３−ＦｅＣＱｚ系水溶液をアノード極へ導入しつつ
電解反応（充電）を行なったところ、カソード極より水
素が発生した。この時の電流密度と電Ｍ、電圧として表
１の結果を得た６ 表−１
Claims (2)
- （１）（イ）高濃度塩酸含有塩化第一鉄水溶液をアノー
ド極にて塩化第二鉄に酸化し、カソード極にて水素を発
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アノード極に
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カソード極にて還元するこ
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アノー
ド極にて塩化第二鉄に酸化し、カソード極にて水素を発
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アノード極
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カソード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
化第一鉄水溶液に、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 true JPS6154162A (ja) | 1986-03-18 |
| JPH0381271B2 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 |
|---|---|
| JPH0381271B2 (ja) | 1991-12-27 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |