JP2010092636A - 蓄電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】電解質に炭素材料を含有させることで電池内部抵抗を低下させ、充放電特性を改善した蓄電池を提供することを目的とする。
【解決手段】正極5と、正極5に接する炭素材料を含有する正極電解質3と、負極6と、負極6に接する炭素材料を含有する負極電解質4と、正極電解質3と負極電解質4を分離する分離膜2とを有し、正極電解質3では2価及び3価の鉄イオンの反応、負極電解質4では2価の鉄イオン及び鉄の反応により電荷の充放電を行う。電解液に、平均粒子径の異なる炭素材料を混合させることによって導電性を高めることができるため、電池の内部抵抗を低下させた蓄電池を実現することができる。
【選択図】図1
【解決手段】正極5と、正極5に接する炭素材料を含有する正極電解質3と、負極6と、負極6に接する炭素材料を含有する負極電解質4と、正極電解質3と負極電解質4を分離する分離膜2とを有し、正極電解質3では2価及び3価の鉄イオンの反応、負極電解質4では2価の鉄イオン及び鉄の反応により電荷の充放電を行う。電解液に、平均粒子径の異なる炭素材料を混合させることによって導電性を高めることができるため、電池の内部抵抗を低下させた蓄電池を実現することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、充電及び放電が繰り返し可能な2次電池に関するものであり、特に、電解質の鉄イオンの価数変化のみを電池反応として利用した蓄電池に関するものである。
従来、この種の電解液中の金属イオンの価数変化のみを電池反応としたものとしてレドックスフロー型の電池があり、単一金属を用いたものにバナジウム系のレドックスフロー電池がある(例えば特許文献1)。
図2は、特許文献1に記載されたレドックスフロー電池の断面図である。当該電池は、電池反応セル21を分離膜22によって分離された正極電解質23と負極電解質24にそれぞれ正極25と負極26が挿入されており、電解液は正極液タンク27、負極液タンク28をポンプ29によって循環させることができるよう構成されている。正極電解質23、正極液タンク27には4価、5価のバナジウムイオンが蓄えられており、また負極電解質24、負極液タンク28には2価、3価のバナジウムイオンが蓄えられている。
バナジウムのレドックスフロー電池では、充電時に正極液タンク27に蓄えられた5価と4価のバナジウムイオンがポンプ29によって正極電解質23に送られて外部回路30から電子を受取り還元される。また、負極液タンク28に蓄えられた2価と3価のバナジウムイオンがポンプ29によって負極電解質24に送られ、外部回路30に電子を放出して3価に酸化される。そして放電時には、正極液タンク27、負極液タンク28においてそれぞれ充電時と逆の反応によって電子を取り出すものである。
また、電極として、グラファイト、カーボン、カーボン繊維、カーボンクロスなどが利用されている。
特許第2724817号公報
しかしながら、従来のレドックスフロー電池では、電極としてグラファイト、カーボン等利用するものの導電性が不十分であるという課題があった。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、電池内部抵抗を低下させ、充放電特性を改善した蓄電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の蓄電池は、正極と、前記正極に接する炭素材料を含有する正極電解質と、負極と、前記負極に接する炭素材料を含有する負極電解質と、前記正極電解質と負極電解質を分離する分離膜とを有し、前記正極電解質では2価及び3価の鉄イオンの反応、前記負極電解質では2価の鉄イオン及び鉄の反応により電荷の充放電を行うことを特徴とするものである。
これにより、電池の内部抵抗を低下させることができるため、充放電効率を向上させることができる。
本発明の蓄電池は、分離膜を隔てて、正極電解質では2価及び3価の鉄イオンの反応、負極電解質では2価の鉄イオン及び鉄の反応により電荷の充放電を行うに際して炭素材料を含有した電解質を使用することにより、充放電効率の向上した蓄電池を実現することができる。
第1の発明は、正極と、前記正極に接する炭素材料を含有する電解質を保持する正極電解質と、負極と、前記負極に接する炭素材料を含有する電解質を保持する負極電解質と、前記正極電解質と負極電解質を分離する分離膜とを有し、前記正極電解質では2価及び3価の鉄イオンの反応、前記負極電解質では2価の鉄イオン及び鉄の反応により電荷の充放電を行うものである。
電解質に導電性のカーボンを添加することにより、内部抵抗を低下させることができ、したがって、充電電荷量に対する放電電荷量の割合の低下を抑えることができる。
第2の発明は、第1の発明の炭素材料が、平均粒子径の異なる複数種のグラファイトの混合物であるものである。
平均粒子径の大きいグラファイトによって導電性を高め、そのグラファイトとグラファイトとの間を小さなグラファイトよって繋ぐことにより、全体として電解質の導電性を向上させることができる。
第3の発明は、特に、第2の発明の2種のグラファイトの平均粒子径の比が10倍以上であるものである。
これにより、全体として電解質の導電性を向上させることができ、内部抵抗を低下させることができる。
第4の発明は、第1の発明の炭素材料が、カーボンブラック及びグラファイトの混合物であるものである。
カーボンブラックは導電率がグラファイトと比べて小さいものの、導電方向に方向性が無いが、グラファイトは導電率がカーボンブラックと比べて大きいものの、導電方向に方向性がある。これは炭素材料の結晶構造に依存する特徴である。このカーボンブラックとグラファイトを組み合わせることによって、安定的に電解質の導電性を向上させることができ、内部抵抗を低下させることができる。
第5の発明は、特に、第4の発明のカーボンブラックの平均粒子径よりグラファイトの平均粒子径が50倍以上大きいことを特徴としたものである。
平均粒子径の大きいグラファイトによって導電性を高め、そのグラファイトとグラファイトとの間を小さなカーボンブラックによって繋ぐことにより、全体として電解質の導電性を向上させることができる。
第6の発明は、第1から第6の発明で、特に、正極の電解質と負極の電解質の体積比が2対1であるものである。
負極の電解質では2価の鉄イオン1個が電子2個を受け取り金属鉄となって析出する一方、正極の電解質では2価の鉄イオン1個が電子を1個放出して3価の鉄イオンとなる。すなわち、充電反応に関わる2価の鉄イオンのモル比は、正極と負極で2対1となり、それ以外のモル比であればどちらかのセル中のイオンが未反応となって残ってしまう。
したがって、本発明によれば、負極の体積を小さくすることができるため、電池の内部抵抗を低下させることができる。
以下、本発明の蓄電池の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態による蓄電池の断面図である。
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態による蓄電池の断面図である。
蓄電池は、電池反応セル1を分離膜2によって分離された正極電解質3と負極電解質4によって構成されており、それぞれのセルの壁面に正極5と負極6が配置され、外枠7によって固定されている。そして、それぞれの極と電源8及び負荷9とが導通されている。
分離膜2は孔径0.1μm、厚み5μmの微細孔樹脂膜であり、正極5及び負極6は厚さ2mmの樹脂含浸黒鉛材、外枠7は厚さ2mmのチタン板を使用した。そして電源8と負荷9とはリード線によってチタン板の外枠7を介して電極と電気的に接続している。ここで、正極5と分離膜3との距離は3mmであり、負極6と分離膜3との距離は1.5mmである。
正極電解質3と負極電解質4は、モル分率0.17の塩化第一鉄、モル分率0.17の塩化アンモニウムを水に溶かし、さらに炭素材料を全重量の10分の1添加して混合させた。正極電解質3と負極電解質4との体積比は2対1とした。
以上のような構成の蓄電池において、充電、放電の効率の評価法を述べる。
まず、電源8によって電流が50mAの一定値となるように電圧を10分間印加する。そして電源8を短絡して2分間保持する。その後50Ωの抵抗を有した負荷9につなぎ変えて放電させる。このとき流れた電流を測定しておく。充電、放電によって移動した電荷は電流値より見積もることができる。ここで、充電した電荷量に対する放電した電荷量の割合を充放電効率とする。
本実施の形態では、炭素材料を、平均粒子径が0.5μmのグラファイトと10μmのグラファイトを重量比で1対1の割合で混合した場合、平均粒子径が20nmのカーボンブラックと1μmのグラファイトを重量比で1対1の割合で混合した場合について、正極電解質と負極電解質の体積比を1対1とした場合と2対1とした場合について、充放電効率の値の大きさ計測した。この値を平均粒子径が20nmのカーボンブラックのみを混合した場合と比較すると、いずれの場合も本実施の形態の構成の蓄電池の方が、充電効率が高く、さらに繰り返しの充放電においても安定した効率を得ることがわかった。
本発明による蓄電池は、低コストの蓄電池である。この蓄電池は、変電所や工場に設置するための大容量の電池として利用できるだけでなく、安全性も高いため家庭用の電池、例えば夜間電力を蓄え、昼間使うための蓄電池に適用できる。
2 分離膜
3 正極電解質
4 負極電解質
5 正極
6 負極
3 正極電解質
4 負極電解質
5 正極
6 負極
Claims (6)
- 正極と、前記正極に接する炭素材料を含有する正極電解質と、負極と、前記負極に接する炭素材料を含有する負極電解質と、前記正極電解質と前記負極電解質を分離する分離膜とを有し、前記正極電解質では2価及び3価の鉄イオンの反応、前記負極電解質では2価の鉄イオン及び鉄の反応により電荷の充放電を行うことを特徴とする蓄電池。
- 炭素材料は、平均粒子径の異なる複数種のグラファイトの混合物である請求項1に記載の蓄電池。
- 2種のグラファイトの平均粒子径の比が10倍以上である請求項2に記載の蓄電池。
- 炭素材料は、カーボンブラックとグラファイトの混合物である請求項1に記載の蓄電池。
- カーボンブラックの平均粒子径よりグラファイトの平均粒子径が50倍以上大きい請求項4に記載の蓄電池。
- 正極の電解質と負極の電解質の体積比が2対1であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1記載の蓄電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008259253A JP2010092636A (ja) | 2008-10-06 | 2008-10-06 | 蓄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008259253A JP2010092636A (ja) | 2008-10-06 | 2008-10-06 | 蓄電池 |
Publications (1)
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JP2010092636A true JP2010092636A (ja) | 2010-04-22 |
Family
ID=42255176
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2008259253A Pending JP2010092636A (ja) | 2008-10-06 | 2008-10-06 | 蓄電池 |
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JP (1) | JP2010092636A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012035579A1 (ja) * | 2010-09-15 | 2012-03-22 | トヨタ自動車株式会社 | 膜電極接合体とその製造方法および燃料電池 |
JP2014519168A (ja) * | 2011-06-01 | 2014-08-07 | ケース ウエスタン リザーブ ユニバーシティ | 鉄基流動電池 |
EP2876712A1 (en) * | 2013-11-22 | 2015-05-27 | DWI an der RWTH Aachen e.V. | Oxygen-vanadium redox flow battery with vanadium electrolyte having carbon particles dispersed therein |
JP2016192255A (ja) * | 2015-03-30 | 2016-11-10 | 古河電池株式会社 | バナジウムレドックス電池 |
-
2008
- 2008-10-06 JP JP2008259253A patent/JP2010092636A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012035579A1 (ja) * | 2010-09-15 | 2012-03-22 | トヨタ自動車株式会社 | 膜電極接合体とその製造方法および燃料電池 |
JP5190610B2 (ja) * | 2010-09-15 | 2013-04-24 | トヨタ自動車株式会社 | 膜電極接合体とその製造方法および燃料電池 |
US9023552B2 (en) | 2010-09-15 | 2015-05-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Membrane electrode assembly, manufacturing method thereof, and fuel cells |
JP2014519168A (ja) * | 2011-06-01 | 2014-08-07 | ケース ウエスタン リザーブ ユニバーシティ | 鉄基流動電池 |
EP2876712A1 (en) * | 2013-11-22 | 2015-05-27 | DWI an der RWTH Aachen e.V. | Oxygen-vanadium redox flow battery with vanadium electrolyte having carbon particles dispersed therein |
WO2015074764A1 (en) * | 2013-11-22 | 2015-05-28 | Dwi An Der Rwth Aachen E.V. | Oxygen-vanadium redox flow battery with vanadium electrolyte having carbon particles dispersed therein |
CN106463750A (zh) * | 2013-11-22 | 2017-02-22 | DWI莱布尼茨互动材料研究所e.V. | 具有分散有碳粒子的钒电解质的氧‑钒氧化还原液流电池 |
JP2016192255A (ja) * | 2015-03-30 | 2016-11-10 | 古河電池株式会社 | バナジウムレドックス電池 |
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