JPS63195970A - レドツクスフロ−電池 - Google Patents

レドツクスフロ−電池

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Publication number
JPS63195970A
JPS63195970A JP62027528A JP2752887A JPS63195970A JP S63195970 A JPS63195970 A JP S63195970A JP 62027528 A JP62027528 A JP 62027528A JP 2752887 A JP2752887 A JP 2752887A JP S63195970 A JPS63195970 A JP S63195970A
Authority
JP
Japan
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battery
positive electrode
liquid tank
negative electrode
redox flow
Prior art date
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Pending
Application number
JP62027528A
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English (en)
Inventor
Shosuke Yamanouchi
昭介 山之内
Toshio Shigematsu
敏夫 重松
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication of JPS63195970A publication Critical patent/JPS63195970A/ja
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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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • 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 Energy (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、レドックスフロー電池に関し、特に該レド
ックスフロー電池の電解液を回復する電池容量回復装置
を備えたレドックスフロー電池に関するものである。
[従来の技術] 第4図は、従来より提案されているレドックスフロー電
池の概略構成図である。レドックスフロー電池1は、セ
ル2および正極液タンク3および負極液タンク4を備え
る。セル2内は、たとえばイオン交換膜からなる隔膜5
により仕切られており、−刃側が正極セル2a、他方側
が負極セル2bを構成している。正極セル2aおよび負
極セル2b内には、それぞれ電極として正極6あるいは
負極7が配置されている。
第4図に示したレドックスフロー電池1では、たとえば
鉄イオン、クロームイオンのような原子価の変化するイ
オンの水溶液をタンク3.4に貯蔵し、これをポンプで
流通型電解セル2に送液し、酸化還元反応により充放電
を行なう。
たとえば、正極活物質としてFe”/Fe21、負極活
物質としてCr 2 + / Cr a+を用い、それ
ぞれ、塩酸溶液とした場合各酸化還元系の両極6,7に
おける電池反応は、下記の式のようになる。
放電 正極:Fe”+e     Fe” 充電 放電 負極:Cr”  、Cr”+e 充電 上述の式の電気化学反応により、レドックスフロー電池
1では、約IVの起電力が得られる。
しかしながら、現実には、上述の電気化学反応は、両極
6,7において等しく進行するものではない。この原因
としては、次のものが挙げられる。
第1に、充電末期には、負極において水素ガスが発生し
、それによって上記酸化還元ベアーの絶対量が減少する
第2に、Cr2+イオンは比較的不安定であり、空気中
の酸素による酸化を受けやすく、容易にCr3+イオン
に変化してしまう。この場合も、電池反応に預る酸化還
元ベアーの絶対量が減少することになる。
よって、」二連のような副反応が生じると、酸化還元ベ
アー(Cr”/Fe2+またはCr”/Fe”)の絶対
量が減少し、充放電動作を繰返すうちに、電池貯蔵電力
量すなわち電池容量が低下することになる。のみならず
、電池の内部抵抗が増大し、充放電効率も低下しがちと
なる。
上述の問題を解消するための方法として、H2ガスおよ
びCfJ、zガスを用いて劣化電解液を回復させる技術
がある(NASAレポート参照)。最近には特願昭60
−231838号記載の技術がある。
第5図は、特願昭60−231838号記載のレドック
スフロー電池の電解再生装置を備えたレドックスフロー
電池の概略模式図である。
第5図において、図面上部には、第4図に示した構造と
同様の電池部分1が構成されている。このレドックスフ
ロー電池は、さらに電池部分1の正極液タンク4に、電
池容量回復装置11が接続されている。
上部に配置されている電池部分1については、第4図に
示したレドックスフロー電池と同様であるため、その説
明を省略する。
他方、電池容量回復装置11は、隔膜15により隔てら
れた正極液槽12および負極液槽13を有する。正極液
[12には正極16が、負極液槽13には負極17が浸
漬されている。この正極16および負極17は、該正極
16および負極17から通電し、正極液槽12および負
極液槽13において電気化学反応を起こさせるために設
けられているものである。
正極液槽12には正極液タンク18が接続されており、
この正極液タンク18から、HCα溶液が、正極液槽1
2にポンプP、により供給されるように構成されている
負極液槽13は、電池部分1の正極液タンク4と接続さ
れており、したがってレドックスフロー電池1の正極液
タンク4内の正極液が、負極液槽13に供給され、かつ
負極液槽13から正極液タンク4に排出され得るように
構成されている。上述した電池容量回復装置11の動作
を、正極活物質としてFe”/Fe2+イオン、負極活
物質としてCr”/Cr2+イオンを用いた場合であっ
て、かつ電池容量回復装置11の正極16側にHCfL
溶液が供給される場合を例にとり説明する。
まず、電池部分1において、充放電動作が繰返されるに
従い、上記酸化還元ベアーのうち、Fe3+ (または
Cr 3 + )が過剰となり、前述したように電解液
の劣化が生じてくる。この改良レドックスフロー電池で
は、この過剰となったFe”1イオンが電池容量回復装
置11により還元される。したがって、Fez+イオン
が再生゛され、酸化還元ベアーのバランスは正常とされ
る。
すなわち、電池部分1の正極液タンク4から、電池容量
回復装置11の負極液槽13に供給された電池部分1の
正極液は、電極16.17から通電することにより、下
記の式(1)に従い反応する。
Fe” ” +e−−a−Fe2”      (1)
他方、負極液タンク18から負極液槽12に供給された
負極液すなわちHCII溶液では、下記の式(2)で表
わされる反応が主に生じる。
したがって、電池容量回復装置11の負極においては、
Fea+イオンがFe2+イオンに還元されることにな
り、正極16においては、塩素ガスが発生することにな
る。よって、電池容量回復装置11で還元されたFe2
+イオンが、電池部分1の正極液タンク4に戻され、電
池部分1における酸化還元ペアーの量が当初の状態に回
復され得る。
[発明が解決しようとする問題点コ 以上のように従来の技術では、電池容量回復用物質に塩
素ガス、水素ガスあるいはHCQ、溶液を用いている。
しかし、塩素ガスを電池容量回復剤として用いた場合に
は充電容量は回復するものの、エネルギ効率(放電電気
量/充電電気量)が悪く実用化できない。また、塩素ガ
スの有毒性のため、その取扱いが危険である。水素ガス
を用いた場合にもエネルギ効率が悪く、またその爆発性
のため取扱いが危険である。HCQ、溶液を用いた場合
には、上述の欠点は解消されるものの、電極で発生する
塩素ガスが有毒である。いずれの場合にも、問題点が生
じていた。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、有毒ガスの発生しない、かつ取扱いの安全性
が担保されたレドックスフロー電池を提供することを目
的とする。
[問題点を解決するための手段] この発明に係るレドックスフロー電池は正極と負極とを
隔膜により分離し、正極に正極活物質を含む電解液を供
給し、負極に負極活物質を含む電解液を供給し、充放電
を行なうものであって、前記レドックスフロー電池の電
解液を回復させるための電池容量回復装置を備えている
。そして、前記電池容量回復装置には正極を有する正極
液槽と、負極を有しかつ隔膜を介して前記正極液槽に隣
接して設けられる負極液槽とを有している。
さらに前記負極液槽が前記レドックスフロー電池の正極
側の電解液を授受し得るように接続されており、前記正
極液槽には、前記レドックスフロー電池の正極活物質を
含む電解液を電気化学的に回復させるための水が導入さ
れている。
[作用] 電池容量回復装置の負極液槽がレドックスフロー電池の
正極側の電解液を授受し得るように接続されており、正
極液槽には、前記レドックスフロー電池の正極活物質を
含む電解液を電気化学的に回復させるための水が導入さ
れている。それゆえ、両極で下記に示す反応が生じ、水
が電池容量回復材として働く。
正極側:H2O−工02+2H” +2 e負極側: 
2Fe3” +2e−e2Fe2”[実施例コ 以下、この発明の一実施例を図を用いて説明する。
第1図はこの発明の一実施例であるレドックスフロー電
池を説明するための概略構成図である。
実施例に係るレドックスフロー電池は、レドックスフロ
ー電池の電池部分1とレドックスフロー電池の電解液を
回復させる電池容量回復装置11とからなる。レドック
フロー電池の電池部分1の電池セル30の構造を、第2
図を用いて詳細に説明する。なお、電池容量回復装置1
1のセル部分もこの構造と同じである。
電池セル30は、スペーサの役割を果たす絶縁ポリエチ
レン板31と、電気を集める働きをする銅板32と、電
極となるグラファイト板33が固定されたポリ塩化ビニ
ル製フレーム34と、電極の面積を拡げる働きをするカ
ーボンクロス35と、正極液槽12内の液と負極液槽1
3内の液を隔離する働きをする隔膜5とから構成される
レドックスフロー電池の電池部分1の他の部分は、第4
図および第5図に示したものと同様である。正極液タン
ク4にはFeCQ、zの塩酸溶液が、負極液タンク3に
はCrC(j、の塩酸溶液が導入されている。 他方、
電池容量回復装置11は、隔膜15により隔てられた正
極液槽12および負極液槽13を有する。正極液槽12
には正極16が、負極液槽13には負極17が浸漬され
ている。
この正極16および負極17は、該正極16および負極
17から通電し、正極液槽12および負極液槽13にお
いて電気化学反応を起こさせるために設けられているも
のである。
正極液槽12には正極液タンク18が接続されており、
この正極液タンク18から、この発明の特徴である水が
正極液槽12にポンプP、により供給されるように構成
されている。
負極液槽13は、レドックスフロー電池の電池部分1の
正極液タンク4と連結されている。その連結は、電池セ
ル30と正極液タンク4を結ぶ管路を利用して、切換コ
ック50を介して行なわれている。これによりレドック
スフロー電池の電池部分1の正極液タンク4内の正極液
が、負極液槽13に供給され、かつ負極液槽13から正
極液タンク4に排出され得る。
次に、電池容量回復の動作について説明する。
まず、レドックスフロー電池の電池部分1において、充
放電動作が繰返されるに従い、上記酸化還元ベアーのう
ち、Fe’+イオン(またはCr3+イオン)が過剰と
なり、前述したように電解液の劣化が生じてくる。
この実施例に係る装置では、この過剰となったFe’+
イオンが電池容量回復装置11により還元される。した
がって、Fe2+イオンが再生され、酸化還元ベアーの
バランスが正常とされる。
すなわち、レドックスフロー電池の電池部分1の正極液
タンク4から、電池容量回復装置11の負極液槽13に
供給されたレドックスフロー電池の正極液は、電極16
.17から通電することにより、下記の式に従い反応す
る。
Fe3++e→Fe2+ 他方、正極液タンク18から正極液槽12に供給された
正極液すなわちH2Oでは、下記の式で表わされる電気
化学反応が生じる。
−H2O−ユ02↑+H”+e q− したがって、負極17側では、Fe3+イオンがFe2
+イオンに還元されることになり、正極16側において
は酸素ガスが発生することになる。
よって、電池容量回復装置11で還元されたFe2+イ
オンが、レドックスフロー電池の電池部分1の正極液タ
ンク4に戻され、レドックスフロー電池の電池部分1に
おける酸化還元ベアーの量が当初の状態に回復され得る
なお、電池容量回復装置11の中で用いる水は無害のも
のであり、発生する酸素ガスも無害のものである。
なお、上記実施例では、負極液槽13と正極液タンク4
との連結を、レドックスフロー電池の電池セル30と正
極液タンク4とを結ぶ管路を利用し、切換コック50を
介して行なった場合を示したが、本発明はこれに限られ
ず、第3図に示すように、負極液Il!13と正極液タ
ンク4とを直接接続しても実施例と同様の効果を実現す
る。
実験例 実験例に用いた電池セルおよび電池容量回復装置のセル
は以下の構造のものである。
■ 絶縁ポリエチレン板31 : 1 mm厚■ 銅板
32:0.1mm厚 ■ ポリ塩化ビニルフレーム34:3mm厚■ グラフ
ァイト板:3mm厚、10−3Ω・(J■ カーボンク
ロス:9cm2.10−2 Ω”eg。
■ 隔膜:1o−2Ω・cmの陽イオン交換膜実験の条
件は次のとおりである。
(1) レドックスフロー電池の電池側■ 正極側:1
モル/Q、のFeCu2の3規定塩酸溶液を4m店 負極側:1モル/込のCrCLの3規定塩酸溶液を4m
店 ■ 電解液の流量:4mrL/分 ■ 電流密度:40mA/cm2 上記条件で構成した電池で充放電を30回繰返し、初期
光電時間100分であったものを75分のものとした。
この劣化電解液を電解液回復試験に供した。
(2) 電池容量回復装置側 ■ 電池液回復液:水道水 ■ 上記劣化電解液の流量=1込/分 ■ 電流密度: 150mA/cm2 以上の設定条件で電解液の回復を行なったところ、充電
時間96分のレドックスフロー電池が得られた。これは
、はぼ当初の状態に回復されたものである。
[発明の効果] 以上のように、この発明に係るレドックスフロー電池に
よれば、電池容量回復装置の電池容量回復材に水を用い
ている。水は取扱安全なものであり、また無毒のもので
あり、さらに酸化還元反応により電解質を回復した結果
発生する酸素ガスもまた無害のものである。よって、こ
の発明に係るレドックスフロー電池は取扱いの安全性が
担保されたものとなる。また、劣化電解液の回復機能も
高い。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例の概略構成図、第2図は
この発明の一実施例に係るレドックスフロー電池部分の
電池セルの構造を説明するための図、第3図はこの発明
の他の実施例の概略構成図、第4図は従来のレドックス
フロー電池の概略構成図、第5図は従来の改良レドック
スフロー電池の概略構成図である。 図において、1はレドックスフロー電池の電池部分、3
は正極液タンク、4は負極液タンク、5は隔膜、6は正
極、7は負極、11は電池容量回復装置、12は正極液
槽、13は負極液槽、15は隔膜、16は正極、17は
負極、18は正極液タンク、18aは水である。 特許出願人 住友電気工業株式会社 代理人弁理士深見久部冴:・j、、’、、、l’:j−
ン〉 (ほか2名)−°− 第1図 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 正極と負極とを隔膜により分離し、正極に正極活物質を
    含む電解液を供給し、負極に負極活物質を含む電極液を
    供給し、充放電を行なうレドックスフロー電池であって
    、 前記レドックスフロー電池の電解液を回復させるための
    電池容量回復装置を備え、 前記電池容量回復装置には正極を有する正極液槽と、負
    極を有しかつ隔膜を介して前記正極液槽に隣接して設け
    られる負極液槽とを有し、 前記負極液槽が前記レドックスフロー電池の正極側の電
    解液を授受し得るように接続されており、前記正極液槽
    には、前記レドックスフロー電池の正極活物質を含む電
    解液を電気化学的に回復させるための水が導入されてい
    るレドックスフロー電池。
JP62027528A 1987-02-09 1987-02-09 レドツクスフロ−電池 Pending JPS63195970A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994009522A1 (en) * 1992-10-14 1994-04-28 National Power Plc ELECTROCHEMICAL ENERGY STORAGE AND/OR POWER DELIVERY CELL WITH pH CONTROL

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994009522A1 (en) * 1992-10-14 1994-04-28 National Power Plc ELECTROCHEMICAL ENERGY STORAGE AND/OR POWER DELIVERY CELL WITH pH CONTROL

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