レドックスフローバッテリーのノンフロー化による長寿命小型バッテリーの開発

非液流氧化还原液流电池开发长寿命紧凑型电池

• 批准号: 22K04078
• 负责人: 土肥 稔
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Shizuoka Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04078/
• 关键词: レドックスフロー電池; バナジウム; 酸化還元; 太陽電池; 再生可能エネルギー; 蓄電; ノンフロー; スパッタリング; エネルギー密度

2022度の研究目的は，ノンフロー化の準備段階としての，現行レドックスフロー電池の問題点の改善と太陽光パネルを用いた実証実験の準備であった。改善点としては，①集電板の溶解防止，②電解液の還元の2つに絞って研究を行った。①は，双極板に浸透した電解液による集電板（銅板）の腐食を防止するため，集電板に金箔を貼り付ける方法と，集電板の中央部を除去した枠型集電板を用いる方法を試した。枠型集電板を用いた場合，電池の内部抵抗が若干増加したが，どちらの方法においても，集電板の腐食を防止できることが分かった。②は，4価からスタートした際に余分に生成する5価の電解液を還元する装置の開発・作製・動作確認であった。電解液還元装置は，単層のレドックスフロー電池とほぼ同じ構造とし，正極には希硫酸を用い，負極にバナジウム電解液を用いた。この装置を用いてバナジウム電解液を5価→4価→3価と還元することに成功した。しかし，正極で発生する酸素により炭素系の電極は著しく消耗することが分かった。また，4価→3価の注入電荷量に対する電解液の電位を測定し，理論計算を行った結果と比較したところ，実験値と理論値がよく一致することが分かった。実証実験の準備としては，4層6 Vのレドックスフロー電池を作製し，太陽光パネルを用いた充電実験を行った。使用したパネルの充電電流は4Aであり，正極負極それぞれの電解液を3Lとした場合，約3時間の充電が可能であることが分かった。この実験により，現行の装置では，充放電を繰り返すことにより電解液の酸化が進み，蓄電できる電気量が徐々に減少することが分かった。また，若干ではあるものの，イオン交換膜を通して，正極から負極に電解液が移動することも判明した。酸化した電解液は，電解液還元装置で還元し，再利用することで，蓄電できる電気量を元に戻すことが可能であることも分かった。

2022年研究的目的是改善当前氧化还原液流电池的问题，并为使用太阳能电池板的示范实验做准备，作为向非液流电池过渡的准备步骤。我们的研究集中在两个需要改进的领域：（1）防止集电板溶解，（2）减少电解液。为了防止集电板（铜板）被渗入双极板的电解液腐蚀，①在集电板上贴金箔，采用中心部分为框架状的集电板。我尝试了您使用的方法。虽然当使用框形集电板时电池的内阻略有增加，但是发现使用任一方法都可以防止集电板的腐蚀。 ② 开发、制造和运行确认一种装置，以减少从四价电解质开始时产生的过量五价电解质。该电解液还原装置的结构与单层氧化还原液流电池类似，正极采用稀硫酸，负极采用钒电解液。使用该装置，我们成功地将钒电解液从五价还原到四价再到三价。然而，发现碳基电极被正极产生的氧气显着磨损。另外，我们测量了电解液的电位相对于从4到3注入的电荷量的关系，并将其与理论计算的结果进行了比较，发现实验值和理论值吻合得很好。为了准备演示实验，我们创建了一个四层 6 V 氧化还原液流电池，并使用太阳能电池板进行了充电实验。所用面板的充电电流为4A，如果正负极各电解液为3L，发现可以充电3小时左右。该实验表明，目前的设备，反复充放电会导致电解液氧化，可储存的电量逐渐减少。还发现电解液通过离子交换膜从正极迁移到负极，尽管迁移量很小。还发现，通过使用电解液还原装置还原氧化的电解液并重新利用它，可以恢复可存储的电量。