レドックスフロー電池の構成と反応、特徴

レドックスフロー電池の構成と反応、特徴

 

レドックスフロー電池はナトリウム硫黄電池(NAS電池)と同様に大規模な施設(例えば発電所や変電所)向けの電力貯蔵用に向いている電池であり、導入によるピークシフト対策(電気料金の低減)や瞬低対策の効果が期待されます。

 

また、レドックスフロー電池は電池というよりも反応する各電極が大きなタンクになっているため、小さな蓄電所というニュアンスの方が近いと言えるでしょう。

 

 

こちらのページでは、

 

・レドックスフロー電池の構成と反応

 

・レドックスフロー電池の特徴

 

というテーマで解説しています。

 

 

レドックスフロー電池の構成と反応

レドックスフロー電池は繰り返し充電可能な二次電池に分類されます。

 

レドックスフロー電池の構成する材料は以下の通りです。

 

使用材料

 

正極
・正極活物質:硫酸バナジウム溶液(VO2+(4価のバナジウムイオンを含む))

 

負極
・負極活物質:硫酸バナジウム溶液(V3+(3価のバナジウムイオン))

 

セパレータ
・イオン交換膜(正極、負極ともに溶液のため、イオンの混ざりを防ぐため)

 

電解液
溶媒:水
電解質:硫酸(H2SO4)

 

レドックスフロー電池の構成と反応

 

上述の材料を組み合わせたレドックスフロー電池の構成は以下の通りです。

 

 

 

 

一般的な電池とは異なり、反応させる各極の活物質は外部のタンクに溜められており、
ポンプで循環させることで反応させます。

 

なお、反応自体は両極ともカーボンフェルト電極上でおこり、反応時に生成されるH+はイオン交換膜を通り、反応します。

 

そして、電子エネルギーが高い位置(標準電極電位が関係しています)にある負極のV2+イオン側から外部負荷回路を通り電子が移動、反応で生成されるH+(初回充電時に正極から負極へ移動している)はイオン交換膜を移動し、正極へ向かいます。

 

そして、正極のV5+イオンと、電子が反応し、V4+へ還元されます(正極は別名:カソード、負極は別名:アノードとも呼ばれます)。

 

反応式は以下の通りです。

 

 

 

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レドックスフロー電池の特徴

 

レドックスフロー電池の特徴は以下の通りです。

 

各パラメータ

 

・公称電圧:1.4V

 

・実際の容量:外部タンクの大きさ等により大きく変化させることが可能

 

・実際の質量エネルギー密度:10〜30 Wh/kg程度

 

・実際の体積エネルギー密度:15〜40 Wh/kg程度

 

・形状:小規模な発電所のようなイメージ

 

 

また、特徴は以下が挙げられます。

 

特徴(メリット)
・充放電サイクルが非常に長い

 

・外部タンクの大きさを変更することにより容量を容易に変化させることが可能(NAS電池同様大規模な貯蔵向き)

 

・電解液等の構成材料自体の劣化が少ない

 

 

特徴(デメリット)
 
・活物質は水溶液に溶解させたものであり、溶解度に限界があるためエネルギー密度が低いこと

 

・外部タンク等を設ける必要もあり、小型化には不向きであること

 

・循環させるためのポンプ設置、稼働のコストもかかること

 

 

主な用途

 

NAS電池同様に、大規模な施設への設置向きの電池であり、電力貯蔵用電池として使用されています。

 

例えば、変電所や発電所(風力発電など)のピークシフト対策(電気料金の低減)や瞬低対策として導入されています。

 

※一般家庭向けの電池ではないため、使用時の注意点は割愛させていただきます。

 

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