氧化还原液流电池制造技术

本发明专利技术提供一种氧化还原液流电池，其包含：电极单元，所述电极单元包含负极单元、正极单元和将其隔开的隔膜，其中所述负极单元和所述正极单元中的至少一种包含浆料状电极液、多孔集电体和外壳；用于储存所述浆料状电极液的槽；以及用于将所述浆料状电极液在所述槽与所述电极单元之间循环的管道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及氧化还原液流电池。更详细地，本专利技术涉及使用浆料状负极液和/或正极液的氧化还原液流电池。
技术介绍
极其期望可再生清洁能源如光伏发电、风力发电、水力发电等成为主要能源以代替化石能源。然而，这些能源的劣势在 于，因为使用自然能，所以所得到的电力会随环境变化而大大变化。因此，在向目前存在的包括热电发电或核电发电的电力系统中供应通过这些能源得到的电力时，需要先储存用于稳定的电力并然后供应电力。对于这种电力储存，已经对二次电池如氧化还原液流电池和NAS (钠硫)电池、超导飞轮等的使用进行了研究。特别地，氧化还原液流电池有希望成为用于电力储存的二次电池，因为其能够在常温下运行并且通过提高或降低所使用电极液的体积能够容易地对电力储存容量进行设计。目前，作为氧化还原电池的一种的钒氧化还原液流电池现在正处于实际应用阶段(例如电子技术综合研究所汇报(Bulletin of the Electrotechnical Laboratory),第63卷，第4、5号非专利文献I)。此外，日本特开2005-209525号公报(专利文献I)提出了使用非质子有机溶剂、用于负极反应的U4+/U3+和用于正极反应的UO2YUO22+的铀氧化还原液流电池，因为能够提供比钒氧化还原液流电池更高的电动势。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2005-209525号公报非专利文献非专利文献I :电子技术综合研究所汇报，63卷，第4、5号
技术实现思路
本专利技术要解决的问题在钒氧化还原液流电池和铀氧化还原液流电池中，引发所使用电极液中的氧化还原反应的物质的溶解度低。因此，所得到的电池的能量密度不超过十几至几十Wh/L。因此，在这种低能量密度的情况下，为了构造电力储存系统，安装规模变得非常巨大。因此，期望尽可能地提高能量密度并提高每单位安装规模的电力储存量。本专利技术要解决的问题因此，本专利技术提供一种氧化还原液流电池，其包含电极单元，所述电极单元包含负极单元、正极单元和将其隔开的隔膜，其中所述负极单元和正极单元中的至少一种包含浆料状电极液、多孔集电体和外壳；用于储存所述浆料状电极液的槽；以及用于将所述浆料状电极液在所述槽与所述电极单元之间循环的管道。专利技术效果在本专利技术的氧化还原液流电池中，负极液和/或正极液为浆料状电极液且在含有所述电极液侧的所述负极单元和/或正极单元中的集电体为多孔集电体。浆料状电极液的使用使得可在保持高能量密度的同时实现具有高充放电效率的电力储存系统。此外，多孔集电体的使用使得即使将固体粒子用作在浆料状电极液中引发氧化还原反应的活性材料时仍可以增加固体粒子与集电体的碰撞。结果，能够提高充放电效率。此外，通过规定多孔集电体的构造和设置位置，能够防止由固体粒子造成的堵塞。此外，由于多孔集电体中的细孔在规定方向上蜿蜒前行，所以能够延长与正极液和/或负极液的接触时间并能够获得更高的能量密度和充电效率。还另外，通过进一步包含用于控制浆料状电极液的流速的控制回路，防止了浆料状电极液中的成分残留在集电体中，因此，能够获得更高的能量密度和充电效率。而且，由于浆料状电极液为在负极单元侧的负极液并含有金属粒子的固体状负极活性材料粒子和非水溶剂，所以能够获得更高的能量密度和充电效率。此外，由于浆料状电极液为在负极单元侧的负极液并含有锂粒子的固体状负极活性材料粒子，所以能够获得更高的能量密度和充电效率。此外，由于浆料状电极液含有离子液体的非水型溶剂，所以可获得维护自由(maintenance-free)的氧化还原液流电池。附图说明图I是本专利技术氧化还原液流电池的示意性构造图。图2是浆料状负极液的示意性说明图。图3a是本专利技术的负极集电体的一个实例的示意性横截面图。图3b是在图3a中的A_A’面中的示意性横截面图。图4是本专利技术负极集电体的一个实例的示意性横截面图。图5是浆料状负极液的蜿蜒前行的说明图。图6是本专利技术氧化还原液流电池的示意性构造图。具体实施例方式氧化还原液流电池的构造本专利技术的氧化还原液流电池具有电极单元，所述电极单元包含负极单元、正极单元和将其隔开的隔膜。另外，在上述说明中，将正极和负极统称为电极。负极单元和正极单元中的至少一种包含浆料状电极液、外壳和集电体。另外，在含有浆料状电极液侧中的电极单元的集电体为多孔集电体。如果集电体是多孔的，则浆料状电极液中的固体粒子与集电体的碰撞次数能够增大。结果，能够获得在保持高能量密度的同时具有高充放电效率的电力储存系统。在本文中，多孔集电体并不是必须要与外壳和隔膜邻接；然而，优选的是，多孔集电体与外壳和隔膜中的至少一种邻接，更优选的是，多孔集电体与外壳和隔膜两者都邻接。如果多孔集电体与外壳和隔膜中的至少一种邻接，则使得可向集电体传递更多的电极液并使得更易于将集电体固定在电池中。此外，如果集电体与外壳和隔膜两者都邻接，则使得可向集电体传递更多的电极液并使得更容易地将集电体固定在电池中。还此外，氧化还原液流电池具有用于储存浆料状电极液的槽和用于将浆料状电极液在槽与电极单元之间循环的管道。由于上述构造，能够获得在保持高能量密度的同时具有高充放电效率的电力储存系统。下文中，参考图I和6对氧化还原液流电池的一个实施方式进行说明。图I和6是本专利技术氧化还原液 流电池的示意性构造图。图I中所示的氧化还原液流电池A具有负极单元I和正极单元10。负极单元I和正极单元10通过隔膜2隔开。负极单元I和正极单元10中的至少一种包含浆料状电极液、外壳和集电体。图I显示了仅有负极单元I具有浆料状电极液(负极液)的情况的实例；然而，可还将浆料状电极液(正极液)用于正极单元，或者可仅将正极液用于正极单元。在图I中，在含有负极液的侧的负极单元I中的集电体3是多孔的并以与外壳4和隔膜2邻接的方式安装。在图6中，以与隔膜2邻接、但不与外壳4邻接(不直接接触)的方式安装集电体3，因为在集电体3与外壳4之间安装了缓冲材料B。此外，氧化还原液流电池具有储存负极液6的槽5和用于使负极液6在槽5与在含负极液的侧中的负极单元I之间循环的管道7。缓冲材料B没有特别限制，只要其含有不与电极液(图6中为负极液)的物质发生反应或不溶于所述电极液的物质中的材料且为具有缓冲性能的材料即可。所述缓冲材料B可包含树脂粒子或圆棒。另外，在图6中，将缓冲材料用作用于防止集电体与外壳相互邻接的隔片且可使用不具有缓冲性能的隔片。通过集电体3与外壳4之间的缓冲材料B形成的体积优选为负极单元的总体积的20%以下。在图I和6中，标号8a表不负极液6向负极单兀的流入口 ；8b表不负极液6从负极单元的流出口 ；9a表示负极液6向槽的流入口 ；9b表示负极液6从槽的流出口；且15表示泵。正极单元10在外壳11中具有正极活性材料12、非水溶剂13和集电体14。如图I和6中所不，由于多孔集电体3以与外壳4和隔膜2两者或仅与外壳4邻接的方式安装，所以负极液6能够通过多孔集电体。结果，由于能够提高负极液6在多孔集电体的细孔中的流速，所以能够抑制由于负极液6的固体物质的堆积(阻塞)而造成的多孔集电体的堵塞。即，能够防止因限速物质扩散而造成的内部阻抗的增大，因此，能够在高电流密度下实施充放电。下文中，将对本专利技术的氧化还原液流电池的运行原理和各个构成元件的代表性实施方式进行说明。氧化还原液流电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉江智寿，西村直人，佃至弘，内海久幸，渡边佑树，吉田章人，佐多俊辅，竹中忍，加贺正树，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：