JPH1012260A - レドックスフロー電池 - Google Patents
レドックスフロー電池Info
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- JPH1012260A JPH1012260A JP8158463A JP15846396A JPH1012260A JP H1012260 A JPH1012260 A JP H1012260A JP 8158463 A JP8158463 A JP 8158463A JP 15846396 A JP15846396 A JP 15846396A JP H1012260 A JPH1012260 A JP H1012260A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電圧効力および電力効率の高いレドックスフ
ロー電池を提供する。 【解決手段】 レドックスフロー電池に使用される多孔
性電極が、下記（１）及び（２）の条件を満たすように
分液板に配設されていることを特徴とするレドックスフ
ロー電池： （１）多孔性電極の電解液が流れる方向の平均高さ
（Ｈ）と該電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
（Ｌ）との比（Ｈ/Ｌ）が０.１８〜１.９５の範囲にあ
ること。 （２）電解液導入口を有する正極室及び負極室の底面と
多孔性電極との間、および電解液排出口を有する正極室
及び負極室のもう一方の底面と多孔性電極との間に、そ
れぞれ溝を有し、多孔性電極の電解液が流れる方向の平
均高さ（Ｈ）と該溝の平均高さとの比（ｈ/Ｈ）が０.０
１〜０.１４の範囲にあること。
ロー電池を提供する。 【解決手段】 レドックスフロー電池に使用される多孔
性電極が、下記（１）及び（２）の条件を満たすように
分液板に配設されていることを特徴とするレドックスフ
ロー電池： （１）多孔性電極の電解液が流れる方向の平均高さ
（Ｈ）と該電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
（Ｌ）との比（Ｈ/Ｌ）が０.１８〜１.９５の範囲にあ
ること。 （２）電解液導入口を有する正極室及び負極室の底面と
多孔性電極との間、および電解液排出口を有する正極室
及び負極室のもう一方の底面と多孔性電極との間に、そ
れぞれ溝を有し、多孔性電極の電解液が流れる方向の平
均高さ（Ｈ）と該溝の平均高さとの比（ｈ/Ｈ）が０.０
１〜０.１４の範囲にあること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レドックスフロー
型二次電池に関するものであり、特に該電池に使用され
る、多孔性電極が配設された分液板の構造に特徴を有す
るものである。
型二次電池に関するものであり、特に該電池に使用され
る、多孔性電極が配設された分液板の構造に特徴を有す
るものである。
【０００２】［発明の背景］現在、化石燃料の大量使用
による大気中炭酸ガス濃度の増加が著しく、地球の温暖
化が大きな問題となっている。このために、クリーンな
エネルギー源である太陽電池の開発が活発に行われてい
るが、太陽電池は、夜間や雨天時は発電できないため太
陽電池と組み合わせる高性能な二次電池の開発が待たれ
ている。一方、従来の発電設備に於いても夜と昼等で電
力需要の差が大きく、需要のピークにあわせて発電能力
を備えねばならないため、発電設備の負荷率は低下して
いる。そのため大型の電力貯蔵電池により夜間電力を貯
蔵し、昼間活用することで運転負荷の平滑化を図り、発
電設備の負荷率を上げて効率的な運転を行うことが必要
になってきており、大型の電力貯蔵電池の開発が待たれ
ている。さらには、電気自動車等の移動体電源に適した
出力密度の大きい二次電池の開発も待たれている。レド
ックス電池はタッピングによって太陽電池の出力電圧に
合わせて充電できることや、構造が比較的シンプルで大
型化しやすい等の特徴を持つために、上記の用途に適し
た新型の二次電池として有望である。
による大気中炭酸ガス濃度の増加が著しく、地球の温暖
化が大きな問題となっている。このために、クリーンな
エネルギー源である太陽電池の開発が活発に行われてい
るが、太陽電池は、夜間や雨天時は発電できないため太
陽電池と組み合わせる高性能な二次電池の開発が待たれ
ている。一方、従来の発電設備に於いても夜と昼等で電
力需要の差が大きく、需要のピークにあわせて発電能力
を備えねばならないため、発電設備の負荷率は低下して
いる。そのため大型の電力貯蔵電池により夜間電力を貯
蔵し、昼間活用することで運転負荷の平滑化を図り、発
電設備の負荷率を上げて効率的な運転を行うことが必要
になってきており、大型の電力貯蔵電池の開発が待たれ
ている。さらには、電気自動車等の移動体電源に適した
出力密度の大きい二次電池の開発も待たれている。レド
ックス電池はタッピングによって太陽電池の出力電圧に
合わせて充電できることや、構造が比較的シンプルで大
型化しやすい等の特徴を持つために、上記の用途に適し
た新型の二次電池として有望である。
【０００３】
【従来の技術】レドックスフロー型二次電池とは、電池
活物質が液状であり、正極及び負極の電池活物質を液透
過型の電解槽に流通せしめ、酸化還元反応を利用して充
放電を行うものであり、従来の二次電池と比べレドック
スフロー型二次電池は次の利点を有する。 (1) 蓄電容量を大きくするためには、貯蔵容器の容量を
大きくし、活物質量を増加させるだけでよく、出力を大
きくしない限り、電解槽自体はそのままでよい。 (2) 正、負極活物質は容器に完全に分離して貯蔵できる
ので、活物質が電極に接しているような電池と異なり、
自己放電の可能性が小さい。 (3) 本電池で使用する液透過型炭素多孔質電極において
は、活物質イオンの充放電反応(電極反応)は、単に、電
極表面で電子の交換を行うのみで、亜鉛−臭素電池にお
ける、亜鉛イオンのように電極に析出することはないの
で、電池の反応が単純である。
活物質が液状であり、正極及び負極の電池活物質を液透
過型の電解槽に流通せしめ、酸化還元反応を利用して充
放電を行うものであり、従来の二次電池と比べレドック
スフロー型二次電池は次の利点を有する。 (1) 蓄電容量を大きくするためには、貯蔵容器の容量を
大きくし、活物質量を増加させるだけでよく、出力を大
きくしない限り、電解槽自体はそのままでよい。 (2) 正、負極活物質は容器に完全に分離して貯蔵できる
ので、活物質が電極に接しているような電池と異なり、
自己放電の可能性が小さい。 (3) 本電池で使用する液透過型炭素多孔質電極において
は、活物質イオンの充放電反応(電極反応)は、単に、電
極表面で電子の交換を行うのみで、亜鉛−臭素電池にお
ける、亜鉛イオンのように電極に析出することはないの
で、電池の反応が単純である。
【０００４】しかし、レドックスフロー型二次電池でも
従来開発が行われてきた鉄−クロム系電池は、エネルギ
ー密度が小さく、イオン交換膜を介して鉄とクロムが混
合するなどの欠点があるために実用化に至っていない。
そのため全バナジウムレドックスフロー型電池（J.Elec
trochem.Soc., 1331057(1986)、特公昭62-186473号公
報）が提案されており、この電池は、鉄−クロム系電池
に比して起電力が高く、容量密度が大きく、また電解液
が一元素系であるために、隔膜を介して正極液及び負極
液が相互に混合しても充電によって簡単に再生すること
ができ、電池容量が低下せず、電解液を完全にクローズ
ド化できる等の利点を持っている。
従来開発が行われてきた鉄−クロム系電池は、エネルギ
ー密度が小さく、イオン交換膜を介して鉄とクロムが混
合するなどの欠点があるために実用化に至っていない。
そのため全バナジウムレドックスフロー型電池（J.Elec
trochem.Soc., 1331057(1986)、特公昭62-186473号公
報）が提案されており、この電池は、鉄−クロム系電池
に比して起電力が高く、容量密度が大きく、また電解液
が一元素系であるために、隔膜を介して正極液及び負極
液が相互に混合しても充電によって簡単に再生すること
ができ、電池容量が低下せず、電解液を完全にクローズ
ド化できる等の利点を持っている。
【０００５】しかしながら、この全バナジウムレドック
スフロー電池でも、電極面積を大きくして電池の大型化
を図り、且つ電解液の電極中での流れを均一に分布さ
せ、また電解液を透過させるためのポンプ動力を小さく
してエネルギー効率を高くする必要があるが、従来の全
バナジウムレドックスフロー電池では不十分であった。
特に電極面積を大きくし正極室及び負極室のセルの高さ
が高くなると、電解液を透過させるためのポンプ動力が
大きくなり、エネルギー効率は低下する。逆に、正極室
及び負極室のセルの高さを小さくして電解液を透過させ
るためのポンプ動力を小さくし、電極面積を大きくする
ために正極室及び負極室のセルの幅を大きくすると、電
解液の電極中での流れの分布が不均一になり、比較的高
い電流密度を流そうとするとセル抵抗率が増大し電力効
率が低下する。従って、電極面積を大きくして電池の大
型化をはかり且つ電解液の電極中での流れを均一に分布
させてセル抵抗率を小さくし、比較的高い電流密度にお
いても高い電力効率を維持し且つ電解液を透過させるた
めのポンプ動力を小さくしてエネルギー効率の大きなレ
ドックスフロー型電池の開発が求められていた。
スフロー電池でも、電極面積を大きくして電池の大型化
を図り、且つ電解液の電極中での流れを均一に分布さ
せ、また電解液を透過させるためのポンプ動力を小さく
してエネルギー効率を高くする必要があるが、従来の全
バナジウムレドックスフロー電池では不十分であった。
特に電極面積を大きくし正極室及び負極室のセルの高さ
が高くなると、電解液を透過させるためのポンプ動力が
大きくなり、エネルギー効率は低下する。逆に、正極室
及び負極室のセルの高さを小さくして電解液を透過させ
るためのポンプ動力を小さくし、電極面積を大きくする
ために正極室及び負極室のセルの幅を大きくすると、電
解液の電極中での流れの分布が不均一になり、比較的高
い電流密度を流そうとするとセル抵抗率が増大し電力効
率が低下する。従って、電極面積を大きくして電池の大
型化をはかり且つ電解液の電極中での流れを均一に分布
させてセル抵抗率を小さくし、比較的高い電流密度にお
いても高い電力効率を維持し且つ電解液を透過させるた
めのポンプ動力を小さくしてエネルギー効率の大きなレ
ドックスフロー型電池の開発が求められていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、電極
面積を大きくして電池の大型化をはかり且つ電解液の電
極中での流れを均一に分布させ、比較的高い電流密度に
おいてもセル抵抗率を小さくして高い電力効率を維持
し、また電解液を透過させるためのポンプ動力を小さく
してエネルギー効率の大きなレドックスフロー電池を提
供することにある。
面積を大きくして電池の大型化をはかり且つ電解液の電
極中での流れを均一に分布させ、比較的高い電流密度に
おいてもセル抵抗率を小さくして高い電力効率を維持
し、また電解液を透過させるためのポンプ動力を小さく
してエネルギー効率の大きなレドックスフロー電池を提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明によれば、
隔膜によって分離され且つ多孔性電極が配設された正極
室と負極室に、正極液と負極液を通液して酸化還元反応
を行い充放電する液循環式型のレドックスフロー電池に
おいて、該多孔性電極が下記（１）及び（２）の条件を
満たすように、分液板に配設されていることを特徴とす
る電池が提供される。 （１）多孔性電極の電解液が流れる方向の平均高さ
（Ｈ）と該電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
（Ｌ）との比（Ｈ/Ｌ）が０.１８〜１.９５の範囲にあ
ること。 （２）正極室および負極室に正極液と負極液を導入する
ための導入口を有する正極室及び負極室の底面と多孔性
電極との間、および正極室および負極室から正極液と負
極液を排出するための排出口を有する正極室及び負極室
のもう一方の底面と多孔性電極との間にそれぞれ溝を有
し、該溝を電解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）と該溝
の平均高さ（ｈ：正極室及び負極室の底面と多孔性電極
との間の距離）との比（ｈ/Ｈ）が０.０１〜０.１４の
範囲にあること。
隔膜によって分離され且つ多孔性電極が配設された正極
室と負極室に、正極液と負極液を通液して酸化還元反応
を行い充放電する液循環式型のレドックスフロー電池に
おいて、該多孔性電極が下記（１）及び（２）の条件を
満たすように、分液板に配設されていることを特徴とす
る電池が提供される。 （１）多孔性電極の電解液が流れる方向の平均高さ
（Ｈ）と該電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
（Ｌ）との比（Ｈ/Ｌ）が０.１８〜１.９５の範囲にあ
ること。 （２）正極室および負極室に正極液と負極液を導入する
ための導入口を有する正極室及び負極室の底面と多孔性
電極との間、および正極室および負極室から正極液と負
極液を排出するための排出口を有する正極室及び負極室
のもう一方の底面と多孔性電極との間にそれぞれ溝を有
し、該溝を電解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）と該溝
の平均高さ（ｈ：正極室及び負極室の底面と多孔性電極
との間の距離）との比（ｈ/Ｈ）が０.０１〜０.１４の
範囲にあること。
【０００８】本発明は、さらに、上記（１）及び（２）
の条件に加えて、（３）電極の電解液が流れる方向に垂
直な長さ（Ｌ）を正極室および負極室に正極液と負極液
を導入するための導入口の数（Ｎ）で除した値（Ｌ/
Ｎ）、及び電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
（Ｌ）を正極室および負極室から正極液と負極液を排出
するための排出口の数（Ｎ'）で除した値（Ｌ/Ｎ'）が
１２５〜７００ｍｍの範囲にあるという条件を満たす電
池を提供するものである。
の条件に加えて、（３）電極の電解液が流れる方向に垂
直な長さ（Ｌ）を正極室および負極室に正極液と負極液
を導入するための導入口の数（Ｎ）で除した値（Ｌ/
Ｎ）、及び電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
（Ｌ）を正極室および負極室から正極液と負極液を排出
するための排出口の数（Ｎ'）で除した値（Ｌ/Ｎ'）が
１２５〜７００ｍｍの範囲にあるという条件を満たす電
池を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】上記のように、本発明のレドック
スフロー電池は、多孔性電極が配設された分液板の構造
にその特徴を有するものである。多孔性電極の電解液が
流れる方向の平均高さ（Ｈ）と該電極の電解液が流れる
方向に垂直な長さ（Ｌ）との比（Ｈ/Ｌ）が０.１８〜
１.９５の範囲にあることが必要である。Ｈ/Ｌが１.９
５を越えると、電極中を電解液を透過させるためのポン
プ動力が増大し、エネルギー効率が低下する。また、Ｈ
/Ｌが０.１８未満であると、電極面積を大きくするとき
に過度に電極の幅が大きくなり、電極中の電解液の流れ
の分布が不均一になったり、電池の専有面積が増大す
る。Ｈ/Ｌは、好ましくは０.２０〜１.５０の範囲にあ
り、より好ましくは０.２５〜１.００、さらに好ましく
は０.３０〜０.９０であり、特に好ましくは０.３５〜
０.８０であり、最も好ましくは０.３５〜０.６０であ
る。
スフロー電池は、多孔性電極が配設された分液板の構造
にその特徴を有するものである。多孔性電極の電解液が
流れる方向の平均高さ（Ｈ）と該電極の電解液が流れる
方向に垂直な長さ（Ｌ）との比（Ｈ/Ｌ）が０.１８〜
１.９５の範囲にあることが必要である。Ｈ/Ｌが１.９
５を越えると、電極中を電解液を透過させるためのポン
プ動力が増大し、エネルギー効率が低下する。また、Ｈ
/Ｌが０.１８未満であると、電極面積を大きくするとき
に過度に電極の幅が大きくなり、電極中の電解液の流れ
の分布が不均一になったり、電池の専有面積が増大す
る。Ｈ/Ｌは、好ましくは０.２０〜１.５０の範囲にあ
り、より好ましくは０.２５〜１.００、さらに好ましく
は０.３０〜０.９０であり、特に好ましくは０.３５〜
０.８０であり、最も好ましくは０.３５〜０.６０であ
る。
【００１０】また、本発明の電池は、正極室および負極
室に正極液と負極液を導入するための導入口を有する正
極室及び負極室の底面と多孔性電極との間に溝を有し、
且つ正極室および負極室から正極液と負極液を排出する
ための排出口を有する正極室及び負極室のもう一方の底
面と多孔性電極との間にも溝を有する。そして、多孔性
電極の電解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）と溝の平均
高さ（ｈ：正極室及び負極室の底面と多孔性電極との間
の距離）との比（ｈ/Ｈ）が０.０１〜０.１４の範囲で
あることが必要である。ｈ/Ｈが０.０１未満であると、
溝による電解液の均一な分散が不十分となり、０.１４
を越えると電極の有効反応面積が低下するわりに溝によ
る電解液の均一な分散効果が飽和する。ｈ/Ｈは、好ま
しくは０.０１２〜０.１２、より好ましくは０.０１５
〜０.１０、さらに好ましくは０.０１８〜０.０８であ
り、特に好ましくは０.０２〜０.０７であり、最も好ま
しくは０.０２５〜０.０６である。
室に正極液と負極液を導入するための導入口を有する正
極室及び負極室の底面と多孔性電極との間に溝を有し、
且つ正極室および負極室から正極液と負極液を排出する
ための排出口を有する正極室及び負極室のもう一方の底
面と多孔性電極との間にも溝を有する。そして、多孔性
電極の電解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）と溝の平均
高さ（ｈ：正極室及び負極室の底面と多孔性電極との間
の距離）との比（ｈ/Ｈ）が０.０１〜０.１４の範囲で
あることが必要である。ｈ/Ｈが０.０１未満であると、
溝による電解液の均一な分散が不十分となり、０.１４
を越えると電極の有効反応面積が低下するわりに溝によ
る電解液の均一な分散効果が飽和する。ｈ/Ｈは、好ま
しくは０.０１２〜０.１２、より好ましくは０.０１５
〜０.１０、さらに好ましくは０.０１８〜０.０８であ
り、特に好ましくは０.０２〜０.０７であり、最も好ま
しくは０.０２５〜０.０６である。
【００１１】さらに、本発明の電池においては、多孔性
電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）を正極室
および負極室に正極液と負極液を導入するための導入口
の数（Ｎ）で除した値（Ｌ/Ｎ）、及び多孔性電極の電
解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）を正極室および負
極室から正極液と負極液を排出するための排出口の数
（Ｎ'）で除した値（Ｌ/Ｎ'）が１２５〜７００ｍｍで
あることが望ましい。Ｌ/Ｎ又はＬ/Ｎ'が１２５ｍｍ未
満であると、電極面積を大きくしたいときに導入口及び
排出口の数が多くなり、導入口及び排出口での電解液を
流す圧力損失が大きくなってポンプ動力が増大し、エネ
ルギー効率が低下する。また導入口及び排出口の数が多
くなると、導入口及び排出口周りでの電解液の漏洩が生
じやすくなる。また、Ｌ/Ｎ及びＬ/Ｎ'が７００ｍｍを
越えると、電極中を流れる電解液の分散が不良となる。
Ｌ/Ｎ及びＬ/Ｎ'は、好ましくは１５０〜６００ｍｍ、
より好ましくは１７０〜５００ｍｍ、さらに好ましくは
１８０〜４００ｍｍ、特に好ましくは２００〜３５０ｍ
ｍ、最も好ましくは２２０〜３００ｍｍである。
電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）を正極室
および負極室に正極液と負極液を導入するための導入口
の数（Ｎ）で除した値（Ｌ/Ｎ）、及び多孔性電極の電
解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）を正極室および負
極室から正極液と負極液を排出するための排出口の数
（Ｎ'）で除した値（Ｌ/Ｎ'）が１２５〜７００ｍｍで
あることが望ましい。Ｌ/Ｎ又はＬ/Ｎ'が１２５ｍｍ未
満であると、電極面積を大きくしたいときに導入口及び
排出口の数が多くなり、導入口及び排出口での電解液を
流す圧力損失が大きくなってポンプ動力が増大し、エネ
ルギー効率が低下する。また導入口及び排出口の数が多
くなると、導入口及び排出口周りでの電解液の漏洩が生
じやすくなる。また、Ｌ/Ｎ及びＬ/Ｎ'が７００ｍｍを
越えると、電極中を流れる電解液の分散が不良となる。
Ｌ/Ｎ及びＬ/Ｎ'は、好ましくは１５０〜６００ｍｍ、
より好ましくは１７０〜５００ｍｍ、さらに好ましくは
１８０〜４００ｍｍ、特に好ましくは２００〜３５０ｍ
ｍ、最も好ましくは２２０〜３００ｍｍである。
【００１２】本発明の電池においては、多孔性電極を電
解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）は、通常１００〜８
００ｍｍ程度であり、より好ましくは１５０〜７００ｍ
ｍ、さらに好ましくは２００〜６００ｍｍ、特に好まし
くは３００〜５００ｍｍ、最も好ましくは３５０〜４５
０ｍｍである。多孔性電極の電解液が流れる方向に垂直
な長さ（Ｌ）は、通常３００〜１５００ｍｍ、より好ま
しくは５００〜１４００ｍｍ、さらに好ましくは６００
〜１３００ｍｍ、特に好ましくは７００〜１２００ｍ
ｍ、最も好ましくは８００〜１１００ｍｍである。
解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）は、通常１００〜８
００ｍｍ程度であり、より好ましくは１５０〜７００ｍ
ｍ、さらに好ましくは２００〜６００ｍｍ、特に好まし
くは３００〜５００ｍｍ、最も好ましくは３５０〜４５
０ｍｍである。多孔性電極の電解液が流れる方向に垂直
な長さ（Ｌ）は、通常３００〜１５００ｍｍ、より好ま
しくは５００〜１４００ｍｍ、さらに好ましくは６００
〜１３００ｍｍ、特に好ましくは７００〜１２００ｍ
ｍ、最も好ましくは８００〜１１００ｍｍである。
【００１３】正極室および負極室に正極液と負極液を導
入するための導入口及び正極室および負極室から正極液
と負極液を排出するための排出口は、それぞれ複数のス
リットとそれに電解液を供給するためのマニホールドか
ら構成される。スリット及びマニホールドは、多孔性電
極が配設された分液板に設けられる。各スリットの幅
は、通常０.５〜３ｍｍであり、好ましくは０.６〜２.
５ｍｍ、より好ましくは０.８〜２ｍｍである。スリッ
トの深さは、通常０.５〜２.５ｍｍであり、好ましくは
０.６〜２.０ｍｍ、より好ましくは０.８〜１.５ｍｍで
ある。スリットは、好ましくは電解液が０.５〜５ｍ/ｓ
ｅｃ、より好ましくは０.８〜４ｍ/ｓｅｃ、さらに好ま
しくは１.０〜３ｍ/ｓｅｃの速度で正極室および負極室
に正極液と負極液が導入され、正極室および負極室から
正極液と負極液が排出されるように、その断面積と数を
調整することが好ましい。
入するための導入口及び正極室および負極室から正極液
と負極液を排出するための排出口は、それぞれ複数のス
リットとそれに電解液を供給するためのマニホールドか
ら構成される。スリット及びマニホールドは、多孔性電
極が配設された分液板に設けられる。各スリットの幅
は、通常０.５〜３ｍｍであり、好ましくは０.６〜２.
５ｍｍ、より好ましくは０.８〜２ｍｍである。スリッ
トの深さは、通常０.５〜２.５ｍｍであり、好ましくは
０.６〜２.０ｍｍ、より好ましくは０.８〜１.５ｍｍで
ある。スリットは、好ましくは電解液が０.５〜５ｍ/ｓ
ｅｃ、より好ましくは０.８〜４ｍ/ｓｅｃ、さらに好ま
しくは１.０〜３ｍ/ｓｅｃの速度で正極室および負極室
に正極液と負極液が導入され、正極室および負極室から
正極液と負極液が排出されるように、その断面積と数を
調整することが好ましい。
【００１４】本発明の電池に用いられる電解液、即ち正
極液又は負極液は、０.５〜８.０モル/リットルバナジ
ウムの濃度を有する水溶液であることが好ましい。バナ
ジウムの濃度は、好ましくは０.６〜６.０モル/リット
ル、より好ましくは０.８〜５.０モル/リットル、さら
に好ましくは１.０〜４.５モル/リットル、特に好まし
くは１.２〜４.０モル/リットル、最も好ましくは１.５
〜３.５モル/リットルである。バナジウムの濃度が、
０.５モル/リットル未満であると電池のエネルギー密度
が小さくなり、８.０モル/リットルを越えると電解液の
粘度が高くなり電池セルの抵抗が高くなり、電力効率も
低いものとなる。また、電解液としてはバナジウムの硫
酸水溶液が好ましく用いられ、電解液における硫酸根の
濃度は、好ましくは０.５〜９.０モル/リットル、より
好ましくは０.８〜８.５モル/リットル、さらに好まし
くは１.０〜８.０モル/リットル、特に好ましくは１.２
〜７.０モル/リットル、最も好ましくは１.５〜６.０モ
ル/リットルである。
極液又は負極液は、０.５〜８.０モル/リットルバナジ
ウムの濃度を有する水溶液であることが好ましい。バナ
ジウムの濃度は、好ましくは０.６〜６.０モル/リット
ル、より好ましくは０.８〜５.０モル/リットル、さら
に好ましくは１.０〜４.５モル/リットル、特に好まし
くは１.２〜４.０モル/リットル、最も好ましくは１.５
〜３.５モル/リットルである。バナジウムの濃度が、
０.５モル/リットル未満であると電池のエネルギー密度
が小さくなり、８.０モル/リットルを越えると電解液の
粘度が高くなり電池セルの抵抗が高くなり、電力効率も
低いものとなる。また、電解液としてはバナジウムの硫
酸水溶液が好ましく用いられ、電解液における硫酸根の
濃度は、好ましくは０.５〜９.０モル/リットル、より
好ましくは０.８〜８.５モル/リットル、さらに好まし
くは１.０〜８.０モル/リットル、特に好ましくは１.２
〜７.０モル/リットル、最も好ましくは１.５〜６.０モ
ル/リットルである。
【００１５】本発明に用いる液透過性の多孔性電極は、
好ましくはフェルト状、スダレ編み状、メリアス編み状
の炭素繊維成形体や、シート状多孔性炭素成形体である
ことができる。
好ましくはフェルト状、スダレ編み状、メリアス編み状
の炭素繊維成形体や、シート状多孔性炭素成形体である
ことができる。
【００１６】本発明の電池における隔膜は、有機高分子
からなるイオン交換膜を用いることが好ましい。カチオ
ン交換膜及びアニオン交換膜いずれのイオン交換膜も用
いることができる。
からなるイオン交換膜を用いることが好ましい。カチオ
ン交換膜及びアニオン交換膜いずれのイオン交換膜も用
いることができる。
【００１７】本発明の電池に使用される多孔性電極が配
設された分液板の一例を図１に示す。また、本発明の電
池セルの単セル構造の一例を図２に示す。本発明の電池
は、二枚のバイポーラプレートおよび隔膜の両側に液透
過性多孔質電極を配置し、これらの部材を二枚の集電板
電極によってサンドイッチ状態に押圧し、隔膜で仕切ら
れた室の一方を正極室、他方を負極室とし、その室の厚
さは適当なスペーサーによって確保される。この各室、
すなわち正極室にＶ4+／Ｖ5+から成る正極電解液を、負
極室にＶ3+／Ｖ2+から成る負極電解液を流通させること
によりレドックス電池が構成される。レドックスフロー
型電池の場合、充電時には正極室では、電子を放出しＶ
4+がＶ5+に酸化される。放出された電子は、外部回路を
通して負極室に供給される。負極室では、供給された電
子によってＶ3+がＶ2+に還元される。この酸化還元反応
に伴って正極室では、水素イオンＨ+が過剰になる。一
方、負極室では、水素イオンＨ+が不足する。隔膜は、
正極室の過剰な水素イオンＨ+を選択的に負極室へ移動
させ電気的中性が保たれる。放電時には、この逆の反応
が進む。上述の電池反応では、エネルギ−効率は、下記
式−１で示される。
設された分液板の一例を図１に示す。また、本発明の電
池セルの単セル構造の一例を図２に示す。本発明の電池
は、二枚のバイポーラプレートおよび隔膜の両側に液透
過性多孔質電極を配置し、これらの部材を二枚の集電板
電極によってサンドイッチ状態に押圧し、隔膜で仕切ら
れた室の一方を正極室、他方を負極室とし、その室の厚
さは適当なスペーサーによって確保される。この各室、
すなわち正極室にＶ4+／Ｖ5+から成る正極電解液を、負
極室にＶ3+／Ｖ2+から成る負極電解液を流通させること
によりレドックス電池が構成される。レドックスフロー
型電池の場合、充電時には正極室では、電子を放出しＶ
4+がＶ5+に酸化される。放出された電子は、外部回路を
通して負極室に供給される。負極室では、供給された電
子によってＶ3+がＶ2+に還元される。この酸化還元反応
に伴って正極室では、水素イオンＨ+が過剰になる。一
方、負極室では、水素イオンＨ+が不足する。隔膜は、
正極室の過剰な水素イオンＨ+を選択的に負極室へ移動
させ電気的中性が保たれる。放電時には、この逆の反応
が進む。上述の電池反応では、エネルギ−効率は、下記
式−１で示される。
【００１８】
【数１】
【００１９】この式中の充放電電力量は、電池セルの内
部抵抗と隔膜のイオン選択性およびシャント電流損失等
に依存している。内部抵抗の減少は、電圧効率を向上さ
せる。イオン選択性の向上およびシャント電流損失の低
減は、電流効率を向上させる。
部抵抗と隔膜のイオン選択性およびシャント電流損失等
に依存している。内部抵抗の減少は、電圧効率を向上さ
せる。イオン選択性の向上およびシャント電流損失の低
減は、電流効率を向上させる。
【００２０】
【実施例】以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明
を具体的に説明する。 実施例１ 図２に示すようなレドックスフロー電池セルを用い正極
室および負極室の厚さを３ｍｍとした。多孔性電極とし
て、セルロース系炭素繊維フェルト電極を用いた。多孔
性電極の電解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）が４００
ｍｍ、電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）が
１０００ｍｍ、多孔性電極の電解液が流れる方向の平均
高さ（Ｈ）と電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
（Ｌ）との比（Ｈ/Ｌ）が０.４０である多孔性電極を使
用した。正極室および負極室に正極液と負極液を導入す
るための導入口並びに正極室および負極室から正極液と
負極液を排出するための排出口を有する正極室及び負極
室の底面と多孔性電極との間に、平均高さが（ｈ：正極
室及び負極室の底面と多孔性電極との間の距離）１８ｍ
ｍの溝を有するように、分液板に多孔性電極を配置し
た。多孔性電極の電解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）
と溝の平均高さ（ｈ：正極室及び負極室の底面と多孔性
電極との間の距離）との比（ｈ/Ｈ）は０.０４５であっ
た。正極室および負極室に正極液と負極液を導入するた
めの導入口の数（Ｎ）、及び正極室および負極室から正
極液と負極液を排出するための排出口の数（Ｎ'）は、
ともに４個であった。電極の電解液が流れる方向に垂直
な長さ（Ｌ）を導入口の数（Ｎ）で除した値（Ｌ/
Ｎ）、及び電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
（Ｌ）を排出口の数（Ｎ'）で除した値（Ｌ/Ｎ'）は２
５０ｍｍであった。正極室および負極室に正極液と負極
液を導入する導入口を５本の細溝からなるスリットとそ
れに電解液を供給するマニホールドから構成し、正極室
および負極室から正極液と負極液を排出する排出口を５
本の細溝からなるスリットとそれに続くマニホールドか
ら構成した。さらに、正極液と負極液は、バナジウムイ
オン濃度が２モル/リットルの硫酸水溶液であり、電解
液における硫酸根の濃度は４モル/リットルであるもの
を使用した。電池セル電圧１.６５Ｖまで充電し、電池
セル電圧が１.１６Ｖまで放電する充放電実験を繰り返
し実施した。結果を表−1に示す。
を具体的に説明する。 実施例１ 図２に示すようなレドックスフロー電池セルを用い正極
室および負極室の厚さを３ｍｍとした。多孔性電極とし
て、セルロース系炭素繊維フェルト電極を用いた。多孔
性電極の電解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）が４００
ｍｍ、電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）が
１０００ｍｍ、多孔性電極の電解液が流れる方向の平均
高さ（Ｈ）と電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
（Ｌ）との比（Ｈ/Ｌ）が０.４０である多孔性電極を使
用した。正極室および負極室に正極液と負極液を導入す
るための導入口並びに正極室および負極室から正極液と
負極液を排出するための排出口を有する正極室及び負極
室の底面と多孔性電極との間に、平均高さが（ｈ：正極
室及び負極室の底面と多孔性電極との間の距離）１８ｍ
ｍの溝を有するように、分液板に多孔性電極を配置し
た。多孔性電極の電解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）
と溝の平均高さ（ｈ：正極室及び負極室の底面と多孔性
電極との間の距離）との比（ｈ/Ｈ）は０.０４５であっ
た。正極室および負極室に正極液と負極液を導入するた
めの導入口の数（Ｎ）、及び正極室および負極室から正
極液と負極液を排出するための排出口の数（Ｎ'）は、
ともに４個であった。電極の電解液が流れる方向に垂直
な長さ（Ｌ）を導入口の数（Ｎ）で除した値（Ｌ/
Ｎ）、及び電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
（Ｌ）を排出口の数（Ｎ'）で除した値（Ｌ/Ｎ'）は２
５０ｍｍであった。正極室および負極室に正極液と負極
液を導入する導入口を５本の細溝からなるスリットとそ
れに電解液を供給するマニホールドから構成し、正極室
および負極室から正極液と負極液を排出する排出口を５
本の細溝からなるスリットとそれに続くマニホールドか
ら構成した。さらに、正極液と負極液は、バナジウムイ
オン濃度が２モル/リットルの硫酸水溶液であり、電解
液における硫酸根の濃度は４モル/リットルであるもの
を使用した。電池セル電圧１.６５Ｖまで充電し、電池
セル電圧が１.１６Ｖまで放電する充放電実験を繰り返
し実施した。結果を表−1に示す。
【００２１】比較例１ 正極室および負極室に正極液と負極液を導入するための
導入口並びに正極室および負極室から正極液と負極液を
排出するための排出口を有する正極室及び負極室の底面
と多孔性電極との間に、平均高さが（ｈ：正極室及び負
極室の底面と多孔性電極との間の距離）３.２ｍｍの溝
を有するように、分液板に多孔性電極を配置した。多孔
性電極の電解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）と溝の平
均高さ（ｈ）との比（ｈ/Ｈ）は０.００８であった。正
極室および負極室に正極液と負極液を導入するための導
入口の数（Ｎ）、正極室および負極室から正極液と負極
液を排出するための排出口の数（Ｎ'）は、ともに２個
とした。電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）
を導入口の数（Ｎ）で除した値（Ｌ/Ｎ）、及び電極の
電解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）を排出口の数
（Ｎ'）で除した値（Ｌ/Ｎ'）は、５００ｍｍである。
それ以外は全て実施例１と同様にして充放電実験を実施
した。結果を表−1に示す。
導入口並びに正極室および負極室から正極液と負極液を
排出するための排出口を有する正極室及び負極室の底面
と多孔性電極との間に、平均高さが（ｈ：正極室及び負
極室の底面と多孔性電極との間の距離）３.２ｍｍの溝
を有するように、分液板に多孔性電極を配置した。多孔
性電極の電解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）と溝の平
均高さ（ｈ）との比（ｈ/Ｈ）は０.００８であった。正
極室および負極室に正極液と負極液を導入するための導
入口の数（Ｎ）、正極室および負極室から正極液と負極
液を排出するための排出口の数（Ｎ'）は、ともに２個
とした。電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）
を導入口の数（Ｎ）で除した値（Ｌ/Ｎ）、及び電極の
電解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）を排出口の数
（Ｎ'）で除した値（Ｌ/Ｎ'）は、５００ｍｍである。
それ以外は全て実施例１と同様にして充放電実験を実施
した。結果を表−1に示す。
【００２２】比較例２ 正極室および負極室に正極液と負極液を導入するための
導入口並びに正極室および負極室から正極液と負極液を
排出するための排出口を有する正極室及び負極室の底面
と多孔性電極との間に、平均高さが（ｈ）３.３ｍｍの
溝を有するように、分液板に多孔性電極を配置した。多
孔性電極の電解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）と溝の
平均高さ（ｈ）との比（ｈ/Ｈ）は、０.００８であっ
た。導入口の数（Ｎ）及び排出口の数（Ｎ'）はともに
１個とした。電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
（Ｌ）を導入口の数（Ｎ）で除した値（Ｌ/Ｎ）、及び
電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）を排出口
の数（Ｎ'）で除した値（Ｌ/Ｎ'）は１０００ｍｍであ
った。それ以外は全て実施例１と同様にして充放電実験
を実施した。結果を表−1に示す。
導入口並びに正極室および負極室から正極液と負極液を
排出するための排出口を有する正極室及び負極室の底面
と多孔性電極との間に、平均高さが（ｈ）３.３ｍｍの
溝を有するように、分液板に多孔性電極を配置した。多
孔性電極の電解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）と溝の
平均高さ（ｈ）との比（ｈ/Ｈ）は、０.００８であっ
た。導入口の数（Ｎ）及び排出口の数（Ｎ'）はともに
１個とした。電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
（Ｌ）を導入口の数（Ｎ）で除した値（Ｌ/Ｎ）、及び
電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）を排出口
の数（Ｎ'）で除した値（Ｌ/Ｎ'）は１０００ｍｍであ
った。それ以外は全て実施例１と同様にして充放電実験
を実施した。結果を表−1に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】上記の結果から明らかなように、本発明の
レドックスフロー電池は、電圧効力が高く、高い電力効
率を有する。
レドックスフロー電池は、電圧効力が高く、高い電力効
率を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池に使用される多孔性電極が配設さ
れた分液板の一例を示す概略説明図である。
れた分液板の一例を示す概略説明図である。
【図２】本発明のレドックス電池を構成する単一セルの
概略説明図である。
概略説明図である。
Ｈ 多孔性電極の電解液が流れる方向の平均高さ ｈ 多孔性電極の電解液が流れる溝の平均高さ Ｌ 多孔性電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年２月２６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明によれば、
隔膜によって分離され且つ多孔性電極が配設された正極
室と負極室に、正極液と負極液を通液して酸化還元反応
を行い充放電する液循環式型のレドックスフロー電池に
おいて、該多孔性電極が下記（１）及び（２）の条件を
満たすように、分液板に配設されていることを特徴とす
る電池が提供される。 （１）多孔性電極の電解液が流れる方向の平均高さ
（Ｈ）と該電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
（Ｌ）との比（Ｈ/Ｌ）が０.１８〜１.９５の範囲にあ
ること。 （２）正極室および負極室に正極液と負極液を導入する
ための導入口を有する正極室及び負極室の底面と多孔性
電極との間、および正極室および負極室から正極液と負
極液を排出するための排出口を有する正極室及び負極室
のもう一方の底面と多孔性電極との間にそれぞれ溝を有
し、多孔性電極の電解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）
と該溝の平均高さ（ｈ：正極室及び負極室の底面と多孔
性電極との間の距離）との比（ｈ/Ｈ）が０.０１〜０.
１４の範囲にあること。
隔膜によって分離され且つ多孔性電極が配設された正極
室と負極室に、正極液と負極液を通液して酸化還元反応
を行い充放電する液循環式型のレドックスフロー電池に
おいて、該多孔性電極が下記（１）及び（２）の条件を
満たすように、分液板に配設されていることを特徴とす
る電池が提供される。 （１）多孔性電極の電解液が流れる方向の平均高さ
（Ｈ）と該電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
（Ｌ）との比（Ｈ/Ｌ）が０.１８〜１.９５の範囲にあ
ること。 （２）正極室および負極室に正極液と負極液を導入する
ための導入口を有する正極室及び負極室の底面と多孔性
電極との間、および正極室および負極室から正極液と負
極液を排出するための排出口を有する正極室及び負極室
のもう一方の底面と多孔性電極との間にそれぞれ溝を有
し、多孔性電極の電解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）
と該溝の平均高さ（ｈ：正極室及び負極室の底面と多孔
性電極との間の距離）との比（ｈ/Ｈ）が０.０１〜０.
１４の範囲にあること。
フロントページの続き (72)発明者 宮林 光孝 茨城県稲敷郡阿見町中央８丁目３番１号 鹿島北共同発電株式会社Ｖ電池開発室内 (72)発明者 大山 春生 茨城県稲敷郡阿見町中央８丁目３番１号 鹿島北共同発電株式会社Ｖ電池開発室内 (72)発明者 池本 泰彦 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 高田 智成 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】 隔膜によって分離され且つ多孔性電極が
配設された正極室と負極室に、正極液と負極液を通液し
て酸化還元反応を行い充放電する液循環式型のレドック
スフロー電池において、該多孔性電極が下記（１）及び
（２）の条件を満たすように分液板に配設されているこ
とを特徴とする電池： （１）多孔性電極の電解液が流れる方向の平均高さ
（Ｈ）と該電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
（Ｌ）との比（Ｈ/Ｌ）が０.１８〜１.９５の範囲にあ
ること。 （２）正極室および負極室に正極液と負極液を導入する
ための導入口を有する正極室及び負極室の底面と多孔性
電極との間、および正極室および負極室から正極液と負
極液を排出するための排出口を有する正極室及び負極室
のもう一方の底面と多孔性電極との間に、それぞれ溝を
有し、該溝を電解液が流れる方向の平均高さ（Ｈ）と該
溝の平均高さ（ｈ：正極室及び負極室の底面と多孔性電
極との間の距離）との比（ｈ/Ｈ）が０.０１〜０.１４
の範囲にあること。 - 【請求項２】 電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ
（Ｌ）を正極室および負極室に正極液と負極液を導入す
るための導入口の数（Ｎ）で除した値（Ｌ/Ｎ）、及び
電極の電解液が流れる方向に垂直な長さ（Ｌ）を正極室
および負極室から正極液と負極液を排出するための排出
口の数（Ｎ'）で除した値（Ｌ/Ｎ'）が１２５〜７００
ｍｍの範囲にある請求項１記載の電池。 - 【請求項３】 前記導入口及び前記排出口が、複数のス
リットとそれに続くマニホールドから構成される請求項
１又は２記載の電池。 - 【請求項４】 正極液と負極液が、０.５〜８モル/リッ
トルのバナジウムイオン濃度を有する水溶液である請求
項１〜３のいずれかに記載の電池。 - 【請求項５】 正極液と負極液が、バナジウムの硫酸水
溶液であり、電解液における硫酸根の濃度が０.５〜９.
０モル/リットルである請求項１〜４のいずれかに記載
の電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8158463A JPH1012260A (ja) | 1996-06-19 | 1996-06-19 | レドックスフロー電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8158463A JPH1012260A (ja) | 1996-06-19 | 1996-06-19 | レドックスフロー電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1012260A true JPH1012260A (ja) | 1998-01-16 |
Family
ID=15672299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8158463A Pending JPH1012260A (ja) | 1996-06-19 | 1996-06-19 | レドックスフロー電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1012260A (ja) |
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| US7927731B2 (en) | 2008-07-01 | 2011-04-19 | Deeya Energy, Inc. | Redox flow cell |
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-
1996
- 1996-06-19 JP JP8158463A patent/JPH1012260A/ja active Pending
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