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，其通过将储存在正极槽内的正极电解液和储存在负极槽内的负极电解液供给到电池元件进行充放电，其中所述正极电解液含有Mn离子作为正极活性材料，且所述正极槽包含在靠近所述正极槽内的所述正极电解液的液面的位置开口的正极充电用管道和在靠近所述正极槽的底部的位置开口的正极放电用管道。该氧化还原液流电池可以包含用于搅拌所述槽内的电解液的搅拌机构，且可以包含将所述正极槽与所述负极槽连通的连通管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氧化还原液流电池
本专利技术涉及氧化还原液流电池。更特别地，本专利技术涉及能够产生高电动势的氧化还原液流电池。
技术介绍
作为对付全球变暖的方式，近年来在全球范围内推进了新能源如太阳能光伏发电和风力发电的引入。由于这些发电的输出受天气的影响，所以预测，大规模引入会造成电力系统的运行时的问题如难以保持频率和电压。作为解决这种问题的方式，期待设置大容量蓄电池以使得输出变化平稳、储存剩余电力且使得负荷均衡化。氧化还原液流电池是大容量蓄电池的一种。氧化还原液流电池通过将正极电解液和负极电解液供给到具有插入在正极与负极之间的隔膜的电池元件进行充放电。通常将含有化合价因氧化还原而变化的金属离子的水溶液用作电解液。典型的氧化还原液流电池包括含有正极用铁离子和负极用铬离子的铁-铬基氧化还原液流电池，以及含有用于正极和负极两者的钒离子的全钒氧化还原液流电池(例如，日本特开2001-043884号公报(专利文献I)和日本特开2006-147374号公报(专利文献2)。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2001-043884号公报专利文献2:日本特开2006-147374号公报
技术实现思路
技术问题钒基氧化还原液流电池目前进入了实际使用且期待在未来继续使用。然而，不能说，常规的铁-铬基氧化还原液流电池和全钒氧化还原液流电池具有足够高的电动势。为了满足未来全世界的需求，期望开发一种具有更高电动势且含有用作活性材料的金属离子的新型氧化还原液流电池，该活性材料金属离子可以稳定地供给并优选可以在低成本下稳定地供给。如果正极和负极两者的电解液可以像在全钒氧化还原液流电池中一样混合在一起，则可以通过混合改善电池的特性。因此，本专利技术的一个目的在于提供能够产生高电动势的氧化还原液流电池。本专利技术的另一目的在于提供其中正极和负极两者的电解液可以混合在一起的氧化还原液流电池。解决问题的手段用于提高电动势的一种可能方式是使用具有高标准氧化还原电位的金属离子作为活性材料。作为在常规氧化还原液流电池中使用的正极活性材料的金属离子Fe27Fe3+和V4+/V5+分别具有0.77V和1.0V的标准氧化还原电位。本专利技术人研究了含有锰(Mn)作为充当正极活性材料的金属离子(活性材料离子)的氧化还原液流电池，所述锰(Mn)为水溶性金属离子、具有比常规金属离子高的标准氧化还原电位、比钒相对更便宜且在资源供给方面也认为是更优选的。Mn2+/Mn3+具有1.51V的标准氧化还原电位，且锰离子具有用于构成具有更高电动势的氧化还原对的期望性能。本专利技术人还集中于作为充当负极活性材料的金属离子的钛(Ti)研究了含有钛的氧化还原液流电池。Ti3+/Ti4+具有OV的标准氧化还原电位，且钛离子也具有用于构成具有更高电动势的氧化还原对的期望性能。特别地，含有锰离子作为正极活性材料且含有钛离子作为负极活性材料的锰-钛基氧化还原液流电池可以具有约1.4V的高电动势。本专利技术人的进一步研究发现，在正极电解液中含有锰离子的氧化还原液流电池和在负极电解液中含有钛离子的氧化还原液流电池的重复充放电导致放电时间缩短或者由于过充电导致充电时间缩短。这可能是因为含有上述离子的电解液在充电状态时的比重与在放电状态时的比重不同。在常规的全钒氧化还原液流电池中，处于充电状态的电解液的比重与处于放电状态的电解液的比重的差很小。将槽内的电解液自然地搅拌以具有均匀的离子浓度。另外发现，在含有锰离子作为正极活性材料的正极电解液中，被充电的三价锰离子(Mn3+)具有比二价锰离子(Mn2+)更大(更重)的比重。因此发现，处于充电状态的电解液(含有比较大量的Mn3+的液体)趋于沉降到正极槽的底部，且随着充电继续，在正极槽的底部侧，处于充电状态的Mn3+具有比处于未充电状态的Mn2+更高的离子浓度。换句话说，发现在充电期间，正极槽内的正极电解液中趋于发生如下离子浓度分布:大量的Mn2+在靠近正极槽的液面的区域中且大量的Mn3+在靠近槽的底部的区域中(两层状态)。因此，例如，如果要将电解液从正极槽的底部侧传送到电池元件，则在充电期间将处于充电状态的电解液供给到电池元件。这导致电池到达充电最后的目标电压的时间缩短，或者由于过充电而使得电池可以充电的时间缩短，由此降低效率。在最坏的情况下，在充电期间可能产生过电压或者可能发生活性材料的析出。在电解液可以通过含有锰离子作为正极活性材料且在负极电解液中也含有锰离子或者通过含有钛离子作为负极活性材料且在正极电解液中也含有钛离子而混合在一起的氧化还原液流电池中，当经由连通管混合正极和负极两者的电解液时，如果将连通管在正极侧的开口设置在正极槽的底部侧，贝1J含有比较大量的处于充电状态的猛尚子的正极电解液与负极电解液混合在一起，由此可能因自放电而增加损失。还发现，在含有钛离子作为负极活性材料的负极电解液中，被充电的三价钛离子(Ti3+)具有比四价钛离子(诸如Ti4+、TiO2+)更小(更轻)的比重。因此，与上述含有锰离子的正极电解液相反，在充电期间，负极槽内的负极电解液中趋于发生如下离子浓度分布:大量的Ti3+在靠近负极槽的液面的区域中且大量的四价钛离子在靠近槽的底部的区域中。因此，例如，如果如上所述要将电解液从负极槽的底部侧传送到电池元件，则在充电期间将未被充分充电的电解液(含有比较大量的四价钛离子的电解液)供给到电池元件。这导致放电时间缩短，由此降低效率。在电解液可以如上所述混合在一起的氧化还原液流电池中，当经由连通管混合正极和负极两者的电解液时，如果将连通管在负极侧的开口设置在负极槽的液面侧，则含有比较大量的处于充电状态的钛离子的负极电解液与正极电解液混合在一起，由此可能因自放电而增加损失基于上述研究和发现，如下限定本专利技术。根据本专利技术的氧化还原液流电池涉及一种氧化还原液流电池，其通过将正极槽内的正极电解液和负极槽内的负极电解液供给到包含正极、负极和插入在这些电极之间的隔膜的电池元件进行充放电。第一专利技术涉及其中所述正极电解液含有锰离子的实施方式。该实施方式的特征在于包括以下特征(I)。〈特征(1)>用于在充电期间将正极电解液供给到所述电池元件的正极充电用管道和用于在放电期间将正极电解液供给到所述电池元件的正极放电用管道与所述正极槽连接。所述正极充电用管道的一端在靠近所述正极槽内的正极电解液的液面的位置开口。所述正极放电用管道的一端在靠近所述正极槽的底部的位置开口。第二专利技术涉及其中所述负极电解液含有钛离子的实施方式。该实施方式的特征在于包括以下特征(2)。<特征⑵>用于在充电期间将负极电解液供给到所述电池元件的负极充电用管道和用于在放电期间将负极电解液供给到所述电池元件的负极放电用管道与所述负极槽连接。所述负极充电用管道的一端在靠近所述负极槽的底部的位置开口。所述负极放电用管道的一端在靠近所述负极槽内的负极电解液的液面的位置开口。第三专利技术涉及其中所述正极电解液含有锰离子且所述负极电解液含有钛离子的实施方式。该实施方式的特征在于包括上述特征(I)和(2)。第四专利技术的特征在于包括以下特征(3)。< 特征(3) >所述氧化还原液流电池具有用于搅拌所述正极槽内的正极电解液或所述负极槽内的负极电解液的搅拌机构和用于控制所述搅拌机构的工作的控制单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化还原液流电池，其通过将正极槽内的正极电解液和负极槽内的负极电解液供给到包含正极、负极和插入在这些电极之间的隔膜的电池元件进行充放电，所述正极电解液含有锰离子，用于在充电期间将正极电解液供给到所述电池元件的正极充电用管道和用于在放电期间将正极电解液供给到所述电池元件的正极放电用管道与所述正极槽连接，所述正极充电用管道的一端在靠近所述正极槽内的正极电解液的液面的位置开口，所述正极放电用管道的一端在靠近所述正极槽的底部的位置开口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.27 JP 2011-142219;2011.06.27 JP 2011-14221.一种氧化还原液流电池，其通过将正极槽内的正极电解液和负极槽内的负极电解液供给到包含正极、负极和插入在这些电极之间的隔膜的电池元件进行充放电， 所述正极电解液含有锰离子， 用于在充电期间将正极电解液供给到所述电池元件的正极充电用管道和用于在放电期间将正极电解液供给到所述电池元件的正极放电用管道与所述正极槽连接， 所述正极充电用管道的一端在靠近所述正极槽内的正极电解液的液面的位置开口， 所述正极放电用管道的一端在靠近所述正极槽的底部的位置开口。2.一种氧化还原液流电池，其通过将正极槽内的正极电解液和负极槽内的负极电解液供给到包含正极、负极和插入在这些电极之间的隔膜的电池元件进行充放电， 所述负极电解液含有钛离子， 用于在充电期间将负极电解液供给到所述电池元件的负极充电用管道和用于在放电期间将负极电解液供给到所述电池元件的负极放电用管道与所述负极槽连接， 所述负极充电用管道的一端在靠近所述负极槽的底部的位置开口， 所述负极放电用管道的一端在靠近所述负极槽内的负极电解液的液面的位置开口。3.一种氧化还原液流电池，其通过将正极槽内的正极电解液和负极槽内的负极电解液供给到包含正极、负极和插入在这些电极之间的隔膜的电池元件进行充放电， 所述正极电解液含有锰离子， 所述负极电解液含有钛 离子， 用于在充电期间将正极电解液供给到所述电池元件的正极充电用管道和用于在放电期间将正极电解液供给到所述电池元件的正极放电用管道与所述正极槽连接， 所述正极充电用管道的一端在靠近所述正极槽内的正极电解液的液面的位置开口， 所述正极放电用管道的一端在靠近所述正极槽的底部的位置开口， 用于在充电期间将负极电解液供给到所述电池元件的负极充电用管道和用于在放电期间将负极电解液供给到所述电池元件的负极放电用管道与所述负极槽连接， 所述负极充电用管道的一端在靠近所述负极槽的底部的位置开口， 所述负极放电用管道的一端在靠近所述负极槽内的负极电解液的液面的位置开口。4.根据权利要求1~3中任一项所述的氧化还原液流电池，其中， 在正极和负极之一的同一电极的充电用管道的另一端和放电用管道的另一端与单个共同管道的一端连接，以便经由所述共同管道将该电极的电解液供给到所述电池元件，与所述共同管道连接的所述充电用管道和所述放电用管道各自设置有用于通过压力运送所述电解液的泵，且 所述共同管道在所述共同管道与所述充电用管道和所述放电用管道连接的位置设置有三通阀。5.根据权利要求1~3中任一项所述的氧化还原液流电池，其中， 在正极和负极之一的同一电极的充电用管道的另一端和放电用管道的另一端与单个共同管道的一端连接，以便经由所述共同管道将该电极的电解液供给到所述电池元件，且与所述共同管道连接的所述充电用管道和所述放电用管道各自设置有用于通过压力运送所述电解液的泵和止回阀。6.根据权利要求1~3中任一项所述的氧化还原液流电池，其中，在正极和负极之一的同一电极的充电用管道的另一端和放电用管道的另一端与单个共同管道的一端连接，以便经由所述共同管道将该电极的电解液供给到所述电池元件，且所述共同管道在所述共同管道与所述充电用管道和所述放电用管道连接的位置设置有三通阀，且所述共同管道设置有用于在所述三通阀与所述电池元件之间通过压力运送所述电解液的泵。7.根据权利要求1或3所述的氧化还原液流电池，其中， 用于在充电期间使正极电解液从所述电池元件返回到所述正极槽的正极充电用返回管道和用于在放电期间使正极电解液从所述电池元件返回到所述正极槽的正极放电用返回管道与所述正极槽连接， 所述正极充电用返回管道的一端在靠近所述正极槽的底部的位置开口， 所述正极放电用返回管道的一端在靠近所述正极槽内的正极电解液的液面的位置开n, 所述正极充电用返回管道的另一端和所述正极放电用返回管道的另一端与单个正极共同返回管道的一端连接，以便将来自所述电池元件的正极电解液经由所述正极共同返回管道传送到所述正极充电用返回管道和所述正极放电用返回管道，且 所述正极共同返回管道在所述正极共同返...

【专利技术属性】
技术研发人员：隈元贵浩，董雍容，重松敏夫，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：
国别省市：