JPS63291365A - レドックスフロ−型電池 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、レドックスフロー型電池に関し、さらに詳
しくは、電解液に混入する炭素繊維電極から脱離したケ
バによって発生する電解液流路の目づまりの除去手段を
電解液配管に付設したレドックスフロー型電池に関する
ものである。

［従来の技術］ レドックスフロー型電池はオフビーク時の余剰電力を貯
蔵し、ピーク時にこれを放出することにより、昼夜間、
週間、早開における電力需要の負荷変動をなくすロード
レベリングを達成することを目的とし、活物質である電
解液貯蔵タンクの容量を変えることにより、出力の調整
を特徴とする特長を有している。

レドックスフロー型電池は現在開発中であり実用電池で
はない。しかし、例えば実験用の積層形の電解液流通型
電池としては、特願昭６２−４２７９１号として出願済
みのものがある。第４図はこの電池の基本構成である単
セルで形成されるレドックスフロー型電池の模式説明図
である。

第４図において、１は正電極、２は負電極でこの電極１
及び２で電解槽を形成し、イオン交換膜３を隔壁として
正極室４及び負極室５が形成され、単セルをなす電解槽
部６を構成している。また、７及び８はそれぞれ正極電
解液タンク及び負極電解液タンクであり、それぞれの電
池活物質を溶解した電解液が充填されている。正φ負極
電解液タンク７及び８はそれぞれ正電極室４及び負電極
室５に配管によって接続されるとともに、この配管に設
けられたポンプ９．ｌＯによって電池運転時、すなわち
、充放電中に各電解液の循環が行われる。

以上のような構成によってレドックスフロー型電池の出
力は、電池電圧を交流化する変換器１１で交流出力され
、この交流出力が変電設備１２を介して発電所１３及び
需要家１４に電力を供給し、電力貯蔵用電池としての機
能を果たすようになっている。

ところで、上記電池の電解槽を形成する単位セルは、第
５図に示すような複数個の部材から構成されている。す
なわち、積層型電解槽に用いられるバイポーラ電極は、
バイポーラ板１５を挾む正電極１と負電極２とから構成
されており、正電極１及び負電極２はいずれも同質の炭
素布で形成されている。そして、積層型の電解槽はバイ
ポーラ板１５、正負電極１，２、イオン交換膜３及び電
極支持枠１ａ、２ａ及びバイポーラ板１５の支持枠１５
ａを構成部材として、イオン交換膜３及びバイポーラ板
１５を介して電極１．２を交互に積層し、正極電極室４
及び負極電極室５を構成している。なお、１Ｂ、　１６
ａは正極電解液用マニホールド、１７．１７ａは負極電
解液用マニホールドである。

正・負極用の各電解液は電極支持枠１　ａ、　　２　ａ
。

１５ａとイオン交換膜３に設けられたマニホールド１６
、１６ａ及び１７．１７ａを通して各電極室に供給され
る。この様子を単セルの場合につき負電極２の場合につ
いて第６図の正面説明図で示し、通常の電解液の流れを
第７図の模式説明図で示す。

第６図において、液入側マニホールド１７を流れる電解
液は、この液入側マニホールド１７と、このマニホール
ド１７の近傍の電極室５側に設けた切り欠き部１９との
間に設けられた液入側スリット孔２０を通って電極室の
液入側だまり部１８に入り、負電極２の部分を通って液
出側液だまり部１８ａと液出側切り欠き部１９ａ及び液
出側スリット孔２０ａを経て液出側マニホールド１７ａ
に至り、次の負電極室に移送されるようになっている。

なお、電解液は第７図の矢印に示すように、通常運転時
は正負極用の各電解液とも、液入側配管系３１ａ　　（
負極側）及び３１ｂ（正極側）から電解槽部６に入り、
液出側配管系３２ａ（負極側）及び３２ｂ（正極側）を
通って、電解槽部６からの液流路にしたがい、ポンプ９
及び１０によってそれぞれ循環されるようになっている
。

以上、レドックスフロー型電池の電解槽に関して主とし
てその構造について説明したが、この動作原理はすでに
周知の技術であるのでその説明は割愛することとし、後
記のこの発明の説明に必要な電解槽部及び配管系の構成
説明のみに止めた。

電解液を上記マニホールド部、スリット孔を通してセル
内に送りこむ際、この電解液には導電性があるため、電
池に電流が流れる際、これらの液通路を通して流れる電
流が損失電流（シャントカレントロス）となり、電流効
率を低下させる原因となる。この損失電流量はスリット
孔径に比例し、スリット長に反比例する。なお、現在、
一般的に実施されているスリット孔径は０．５〜２．０
ｍｓ程度である。

また、電極として用いられる炭素布は、電池性能を向上
させるために活性化処理が施こされており、この処理に
より電解液が電極内を流れるときに、炭素繊維のケバが
発生しやすい性質を持っている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のような従来のレドックスフロー型電池の電極構造
は電池性能を向上させるため、すなわち、上記のスリッ
ト部を設けることによりシャントカレントロスを低減す
る方策を採用しているので、上記のように電極を形成す
る炭素布から発生した繊維の微粒片状のケバがとくに電
解液出側スリット部に堆積しやすい状況にある。このた
め、上記ケバによって電極室内の液流路（と（にスリッ
ト部）が目づまりして所定量の電解液が供給できなかっ
たり、圧損が大きくなる問題がある。

また、積層された電極室のうち、その一部にだけ目づま
りが生じた時には各電極室への電解液の等配が行えなく
なり、電池性能に悪影響を与える。

すなわち、積層された電極室の一部の液出側スリットに
若干のケバが堆積した場合、電極室内の液圧はバイポー
ラ板、イオン交換膜を介して隣り合う他の電極室内の液
圧より若干高めになり、その結果ケバの堆積した電極室
では電極とイオン交換膜の間にわずかな空げきを生じる
。このとき、この電極室内では電解液がこの空げきを優
先して流れ、電極内の電解液によどみを生じる。この電
解液の電極室内でのよどみはレドックスフロー型電池の
特性上、その電池性能に最も悪影響を与えるものの一つ
である。

さらに、セル内で発生した電極ケバが液出側スリット孔
部に堆積し、液流路を閉塞した場合、特にそれが負極部
の場合は水素発生の原因となる。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、上記のように、電極材から発生した微粒片状のケバ
がスリットなどに堆積して液流路を閉塞した場合に、流
路方向を逆転してケバの堆積を除去するような目づまり
除去手段を付加することにより、電池性能に及ぼす悪影
響を排除することのできる配管系を備えたレドックスフ
ロー型電池を得ることを目的とするものである。

［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型電池は、電解槽へ電
解液を供給する配管系に電解液逆流装置を付設したもの
である。

［作用］ この発明においては、電解槽へ電解液を供給する配管系
に付加して電解液逆流装置を設け、圧損の増大、セル抵
抗の増加や所定の充電率に達しないうちに水素が発生す
るなど電極からのケバの目づまりに起因すると思われる
現象が確認された場合にマニホールド、スリット孔の液
入側及び液出側を逆にし、電解液の流れを逆向きにする
構成としたから、この液逆流によってスリット孔に堆積
したケバを除去する。したがって上記の目づまり除去作
業を行った後は、再び電池の正常運転に復帰することが
可能となる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示すレドックスフロー型
電池の模式説明図である。図において、符号１〜１１及
び３１ａ、３１ｂ、３２ａ及び３２ｂは第４図及び第７
図の説明に用いた部分と同一部分である。

なお、この実施例においては、正極側、負極側とも同一
構成であるので、おもに負極側について説明する。

第１図に示したように、この発明のレドックスフロー型
電池の電解液用配管系は、負極液タンク８と負極室５と
を接続する系１の液入側配管３１ａと系２の液出側配管
３２ａに、点線枠で示した電解液逆流装置２５ａを付設
して液路が自在に開閉できるようにしたものである。

すなわち、この電解液逆流装置２５ａは、系１で示した
配管３１ａに分岐管２６ａ％Ｖａ工電磁弁２１ａ及び分
岐管２７ａを、系２で示した配管３２ａに分岐管２８ａ
Ｓｖａ２電磁弁２２ａ及び分岐管２９ａをそれぞれ接続
し、かつ分岐管２６ａと分岐管２９ａを結ぶ系３で示し
た配管３３ａにｖａ３電磁弁２３ａを、分岐管２７ａと
分岐管２８ａを結ぶ系４で示す配管３４ａにｖａ４電磁
弁２４ａをそれぞれ接続した配管系で構成されたもので
ある。

同様にして、正極側の配管３１ｂと３２ｂに、分岐管２
Ｂｂ、２７ｂ、２８ｂ及び２９ｂと電磁弁２１ｂ　　（
Ｖ５．）　。

２２ｂ　　（Ｖ　　）　、　２３ｂ　　（Ｖ　　）及び
２４ｂ　　（Ｖ　、４）とｂ２　　　　　　　ｂ３ が負極側の場合と同一の組立てによって構成された電解
液逆流装置２５ｂが接続される。

以下、上記のように従来の配管系に付設した電解液逆流
装置の動作を説明する。

第２図は通常の充放電時における電解液流の動作を示す
説明図である。通常運転時は、電解液逆流装置２５ａ及
び２５ｂの電磁弁２１ａ　　（Ｖａｌ）　、　２２ａ（
Ｖ　　）　、　２１ｂ　　（Ｖ、、）及び２２ｂ（ｖ、
２）を開き、残りの電磁弁はすべて閉じた状態でポンプ
９及びｌＯを作動して電解液を循環する。電解液は正・
負極側とも実線の矢印で示す方向で配管系１より電解槽
部６に入り、点線矢印の方向に配管系２を経て出て各電
解液タンク７及び８に戻るから、電解液は配管系３及び
系４は通らないようになっている。

第３図は、充放電の途中で、圧損の増加、セル抵抗の増
大等電池性能に悪影響を及ぼすと思われる現象が出た場
合に、前記のよに液出側スリット孔２０ａなどに堆積し
た炭素布のケバを除去するために、電解液逆流装置２５
ａ及び２５ｂを作動させて電解液を逆流する場合の動作
説明図である。

すなわち、電解液の逆流操作時には、電磁弁２３ａ（Ｖ
ａ３）、２４ａ（Ｖａ４）、２３ｂ（ｖｂ３）及び２４
ｂ（ｖｂ４）を開き、残りの電磁弁はすべて閉じた状態
でポンプ９及び１０を作動して電解液を循環する。電解
液は正負極液とも配管系１から系３を通り系２の配管系
を通って電解槽に実線矢印のように入り、系１から系４
を通り系２を経て点線矢印のように出て逆流するように
なっている。

以上第２図及び第３図における液流れモードと電磁弁操
作の要領を第１表にまとめて示した。

第１表 なお、上記実施例においては開閉弁として電磁弁を使用
した場合について説明したが、同一の機能をもつ他のバ
ルブ等を使用しても同様の効果をもつことは言うまでも
ない。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、レドックスフロー型電
池の電解液供給プラント系に液の流れを切り替える電解
液逆流装置を取り入れることにより、液出側スリット孔
に電極ケバが堆積した場合、液の流れを逆にし、堆積し
たケバを除去し、容易に通常流れに戻すことが可能とな
る。

したがって、従来のレドックスフロー型電池に不可避の
電極ケバの発生によって生じたスリット部の目づまりに
よる圧損の増加、所定量の電解液が供給できないこと及
び各セルへの電解液の等配が行えない等の電池性能に悪
影響を及ぼすと思われる諸問題点が解消され、良好な電
池性能の維持に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すレドックスフロー型
電池の模式説明図、第２図は第１図の電池の通常運転時
の電解液流動作説明図、第３図は第１図の電池の電解液
逆流運転時の電解液流動作説明図、第４図は従来のレド
ックスフロー型電池の括本模式図、第５図は従来の積層
形電池の電解槽を形成する単セル構成説明図、第６図は
負電極室における電極支持枠と電解液の流れ説明図、第
７図は通常の電解液配管の電解液流れ説明図である。 図において、２１ａ、２２ａ、２３ａ及び２４ａは負極
側配管の電磁弁、２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ及び２４ｂは
正極側配管の電磁弁、２６ａ、　２７ａ、　２８ａ及び
２９ａは負極側配管の分岐管、２６ｂ、２７ｂ、２８ｂ
及び２９ｂは正極側配管の分岐管、２５ａは正極側の電
解液逆流装置、２５ｂは正極側の電解液逆流装置である
。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電解槽と電解液タンクを継合する配管系を備えた電解液
   循環形積層構造のレドックスフロー型電池において、 上記配管系に電解液逆流装置を付設したことを特徴とす
   るレドックスフロー型電池。