氧化还原液流电池制造技术

氧化还原液流电池(1)具有单体堆(2)、第1正极侧罐(11)、第2正极侧罐(12)、第1负极侧罐(21)和第2负极侧罐(22)。单体堆(2)分别被分割成由多个电池单体(4)构成的多个单体组(3)。多个单体组(3)与第1以及第2正极侧罐(11、12)连接，以使含正极活性物质的正极流体在多个单体组(3)并联地流动，且与第1以及第2负极侧罐(21、22)连接，以使含负极活性物质的负极流体在多个单体组(3)并联地流动。各单体组(3)的多个电池单体(4)相互连接，以使正极流体在多个正极单体(5)串联地流动，且相互连接，以使负极流体在多个负极单体(6)串联地流动。

Redox flow cell

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氧化还原液流电池
本专利技术涉及利用电池单体内的正极活性物质以及负极活性物质的氧化还原反应来进行充放电的氧化还原液流电池。
技术介绍
过去以来，作为电力贮存用的二次电池，已知利用电解液中所含的活性物质的氧化还原反应来进行充放电的氧化还原液流电池。氧化还原液流电池有大容量化容易、长寿命、能正确监视电池的充电状态等特征。根据这样的特征，近年来，特别是作为发电量的变动大的可再生能量的输出稳定化、电力负载平均化的用途，氧化还原液流电池受到大的关注。另一方面，氧化还原液流电池为了得到给定的电压而一般是具有将多个电池单体层叠的单体堆的结构，在这样的结构中，有通过电解液而产生电流损失(分流电流损失)的课题。为了减低这样的分流电流损失来使能量效率提升，例如在专利文献1中提出使电解液在构成单体堆的多个电池单体串联流通的方法。在该方法中，期待将电解液导致的短路仅限定在相邻的电池单体间来将分流电流损失抑制在最小限。现有技术文献专利文献专利文献1：美国专利第6475661号说明书
技术实现思路
专利技术要解决的课题但在专利文献1记载的方法中，电解液通过单体堆时的压力损失变得过大，用于移送电解液的泵动力会增大。为此消耗电力变大，结果难以使能量效率提升。为此本专利技术的目的在于，提供作为系统整体而实现能量效率的提升的氧化还原液流电池。用于解决课题的手段为了达成上述的目的，本专利技术的氧化还原液流电池利用电池单体内的正极活性物质以及负极活性物质的氧化还原反应来进行充放电，该氧化还原液流电池具有：单体堆，其具有层叠的多个电池单体，电池单体具有收容正极电极并被提供含正极活性物质的正极流体的正极单体、收容负极电极、被提供含负极活性物质的负极流体的负极单体和将正极单体和负极单体分离的隔膜；第1正极侧罐，其存积充电状态相对低的正极流体；第2正极侧罐，其存积充电状态相对高的正极流体；第1负极侧罐，其存积充电状态相对低的负极流体；和第2负极侧罐，其存积充电状态相对高的负极流体，单体堆被分割成分别由多个电池单体构成的多个单体组，多个单体组与第1正极侧罐和第2正极侧罐连接，以使在第1正极侧罐与第2正极侧罐之间，正极流体在多个单体组并联地流动，且与第1负极侧罐和第2负极侧罐连接，以使在第1负极侧罐与第2负极侧罐之间，负极流体在多个单体组并联地流动，各单体组的多个电池单体相互连接，以使流入到各单体组的正极流体在多个正极单体串联地流动并从各单体组流出，且各单体组的多个电池单体相互连接，以使流入到各单体组的负极流体在多个负极单体串联地流动并从各单体组流出。根据这样的氧化还原液流电池，含活性物质的流体仅在单体组内在多个电池单体串联流动。为此，在实现分流电流损失的减低的同时能极力抑制压力损失的增大导致的泵动力的增大。专利技术的效果以上根据本专利技术，能作为系统整体实现能量效率的提升。附图说明图1A是本专利技术的第1实施方式所涉及的氧化还原液流电池的概略结构图。图1B是构成第1实施方式所涉及的氧化还原液流电池的单体组的概略结构图。图2是表示第1以及第2正极侧流通配管的变形例的概略结构图。图3A是表示在单体组内将多个电池单体连接的流路的变形例的概略结构图。图3B是表示在单体组内将多个电池单体连接的流路的变形例的概略结构图。图3C是表示在单体组内将多个电池单体连接的流路的变形例的概略结构图。图4是本专利技术的第2实施方式所涉及的氧化还原液流电池的概略结构图。图5是本专利技术的第3实施方式所涉及的氧化还原液流电池的概略结构图。具体实施方式以下参考附图来说明本专利技术的实施方式。(第1实施方式)图1A是本专利技术的第1实施方式所涉及的氧化还原液流电池的概略结构图。图1B是构成本实施方式的氧化还原液流电池的单体组的概略结构图。氧化还原液流电池1利用电池单体4内的正极活性物质以及负极活性物质的氧化还原反应来进行充放电，具备单体堆2，其具有层叠的多个电池单体4。在本实施方式中，单体堆2分别被分割成由多个电池单体4构成的多个单体组3。各电池单体4具有：收容正极电极5a、被提供含正极活性物质的流体(正极流体)的正极单体5；收容负极电极6a、被提供含负极活性物质的流体(负极流体)的负极单体6；和将正极单体5和负极单体6分离的隔膜7。在正极单体5中，在充电动作时引起还原状态的正极活性物质变化为氧化状态的氧化反应，在放电动作时引起氧化状态的正极活性物质变化为还原状态的还原反应。换言之，在正极单体5中，由于充电动作而正极流体的充电状态上升，由于放电动作而正极流体的充电状态降低。另一方面，在负极单体6中，在充电动作时引起氧化状态的负极活性物质变化为还原状态的还原反应，在放电动作时引起还原状态的负极活性物质变化为氧化状态的氧化反应。换言之，在负极单体6中，由于充电动作而负极流体的充电状态上升，由于放电动作而负极流体的充电状态降低。另外，这里说的“正极流体”以及“负极流体”分别是指含正极活性物质以及负极活性物质的所有流体，并不限定于活性物质的电解液。例如作为正极流体，可以是在液相中使粒状的正极活性物质悬浮、分散而形成的浆料，也可以是成为液状的正极活性物质本身。另外，作为负极流体也同样。另外，充电状态(SOC)是表示充电的程度(深度)的指标，依赖于流体中的氧化状态的活性物质的量和还原状态的活性物质的量。关于SOC，能进行从各种观点出发的定义，例如还能使用这样的活性物质的量来表征流体的SOC。在该情况下，正极流体的SOC还能作为相对于流体中的氧化状态的活性物质浓度与还原状态的活性物质浓度之和的氧化状态的活性物质浓度的比例来表征。另外，负极流体的SOC还能作为相对于流体中的氧化状态的活性物质浓度与还原状态的活性物质浓度之和的还原状态的活性物质浓度的比例来表征。越是充电动作(氧化反应)进展而还原状态的正极活性物质减少，氧化状态的正极活性物质增加，正极流体的SOC越是变高，越是放电动作(还原反应)进展而氧化状态的正极活性物质减少，还原状态的正极活性物质增加，正极流体的SOC越是变低。另一方面，越是充电动作(还原反应)进展而氧化状态的负极活性物质减少，还原状态的负极活性物质增加，负极流体的SOC越是变高，越是放电动作(氧化反应)进展而还原状态的负极活性物质减少，氧化状态的负极活性物质增加，负极流体的SOC越是变低。在本实施方式中，经过放电动作而SOC相对变低的正极流体和经过充电动作而SOC相对变高的正极流体分别分开存积。同样地，经过放电动作而SOC相对变低的负极流体和经过充电动作而SOC相对变高的负极流体分别分开存积。即，氧化还原液流电池1具有：存积SOC相对低的正极流体的第1正极侧罐11；存积SOC相对高的正极流体的第2正极侧罐12；存积SOC相对低的负极流体的第1负极侧罐21；和存积SOC相对高的负极流体的第2负极侧罐22。换言之，在第1正极罐11中存积与氧化状态的正极活性物质相比还原状态的正极活性物质相对多的正极流体，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化还原液流电池，利用电池单体内的正极活性物质以及负极活性物质的氧化还原反应来进行充放电，所述氧化还原液流电池的特征在于，具有：/n单体堆，其具有层叠的多个所述电池单体，所述电池单体具有收容正极电极并被提供含所述正极活性物质的正极流体的正极单体、收容负极电极并被提供含所述负极活性物质的负极流体的负极单体以及将所述正极单体和所述负极单体分离的隔膜；/n第1正极侧罐，其存积充电状态相对低的所述正极流体；/n第2正极侧罐，其存积充电状态相对高的所述正极流体；/n第1负极侧罐，其存积充电状态相对低的所述负极流体；和/n第2负极侧罐，其存积充电状态相对高的所述负极流体，/n所述单体堆被分割成分别由所述多个电池单体构成的多个单体组，/n所述多个单体组与所述第1正极侧罐和所述第2正极侧罐连接，以使在所述第1正极侧罐与所述第2正极侧罐之间，所述正极流体在所述多个单体组并联地流动，且与所述第1负极侧罐和所述第2负极侧罐连接，以使在所述第1负极侧罐与所述第2负极侧罐之间，所述负极流体在所述多个单体组并联流动，/n所述各单体组的所述多个电池单体相互连接，以使流入到所述各单体组的所述正极流体在多个所述正极单体串联地流动并从所述各单体组流出，且所述各单体组的所述多个电池单体相互连接，以使流入到所述各单体组的所述负极流体在多个所述负极单体串联地流动并从所述各单体组流出。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170914 JP 2017-1768291.一种氧化还原液流电池，利用电池单体内的正极活性物质以及负极活性物质的氧化还原反应来进行充放电，所述氧化还原液流电池的特征在于，具有：
单体堆，其具有层叠的多个所述电池单体，所述电池单体具有收容正极电极并被提供含所述正极活性物质的正极流体的正极单体、收容负极电极并被提供含所述负极活性物质的负极流体的负极单体以及将所述正极单体和所述负极单体分离的隔膜；
第1正极侧罐，其存积充电状态相对低的所述正极流体；
第2正极侧罐，其存积充电状态相对高的所述正极流体；
第1负极侧罐，其存积充电状态相对低的所述负极流体；和
第2负极侧罐，其存积充电状态相对高的所述负极流体，
所述单体堆被分割成分别由所述多个电池单体构成的多个单体组，
所述多个单体组与所述第1正极侧罐和所述第2正极侧罐连接，以使在所述第1正极侧罐与所述第2正极侧罐之间，所述正极流体在所述多个单体组并联地流动，且与所述第1负极侧罐和所述第2负极侧罐连接，以使在所述第1负极侧罐与所述第2负极侧罐之间，所述负极流体在所述多个单体组并联流动，
所述各单体组的所述多个电池单体相互连接，以使流入到所述各单体组的所述正极流体在多个所述正极单体串联地流动并从所述各单体组流出，且所述各单体组的所述多个电池单体相互连接，以使流入到所述各单体组的所述负极流体在多个所述负极单体串联地流动并从所述各单体组流出。


2.根据权利要求1所述的氧化还原液流电池，其特征在于，
所述氧化还原液流电池具有：
将所述第1正极侧罐内的所述正极流体向所述第2正极侧罐送出的第1正极侧泵；
将所述第2正极侧罐内的所述正极流体向所述第1正极侧罐送出的第2正极侧泵；
将所述第1负极侧罐内的所述负极流体向所述第2负极侧罐送出的第1负极侧泵；和
将所述第2负极侧罐内的所述负极流体向所述第1负极侧罐送出的第2负极侧泵。


3.根据权利要求1所述的氧化还原液流电池，其特征在于，
所述氧化还原液流电池具有：
将所述第1正极侧罐内的所述正极流体向所述第2正极侧罐送出的正极侧泵；和
将所述第1负极侧罐内的所述负极流体向所述第2负极侧罐送出的负极侧泵，
所述第2正极侧罐配置在比所述第1正极侧罐高的位置，以使所述第2正极侧罐内的所述正极流体由于液头差而流到所述第1正极侧罐，
所述第2负极侧罐配置在比所述第1负极侧罐高的位置，以使所述第2负极侧罐内的所述负极流体由于液头差而流向所述第1负极侧罐。


4.根据权利要求3所述的氧化还原液流电池，其特征在于，
所述氧化还原液流电池配置在3层楼以上的建筑物，
所述单体堆设置在比所述第1正极侧罐和所述第1负极侧罐的设置楼层更上层的楼层，
所述第2正极侧罐和第2负极侧罐设置在比所述单体堆的设置层更上层的楼层。


5.根据权利要求2～4中任一项所述的氧化还原液流电池，其特征在于，
所述第1正极侧罐和所述第2正极侧罐通过将所述第1正极侧罐内的气相部的压力和所述第2正极侧罐内的气相部的压力保持均匀的均压配管连接，
所述第1负极侧罐和所述第2负极侧罐通过将所述第1负极侧罐内的气相部的压力和所述第2负极侧罐内的气相部的压力保持均匀的均压配管连接。


6.根据权利要求1所述的氧化还原液流电池，其特征在于，
所述氧化还原液流电池具有：
将所述第1正极侧罐内的所述正极流体向所述第2正极侧罐送出的正极侧泵；和
将所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：中尾公人，乌玛·扎亚·拉瓦利·西达，
申请(专利权)人：东洋工程株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP