レドックスフロー電池の構成と反応、特徴

トップページ＞電池の基礎知識、専門用語、リチウムイオン電池の設計・評価関連の知識＞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。

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。

レドックスフロー電池の構成と反応、特徴関連ページ

電池関連の用語まとめ
容量（Ah,ｍAh容量）,組電池の容量,セルバランス,SOC,DODとは？
【電池の容量】mAh,Ah（アンペアアワー）からWh（ワットアワー）に変換する方法【飛行機持ち込み160Wh以下かどうか判定する方法】
放電終止電圧、充電上限電圧とは？
【電池設計の基礎】電池設計シートを作ろう！1　容量の設計
【エネルギー密度の計算】多孔度と真密度から電極の厚みを計算してみよう！
SOH（電池の基礎用語）とは？
電池の容量の計算方法
リチウムイオン電池の組電池とは？組電池の接続方法と容量、電圧
Wh容量、SOC-OCV曲線、充放電曲線とは？【リチウムイオン電池の用語】
電池の評価に使われている1C,2Cとは何のこと？時間率とは？○
電池の充放電効率（クーロン効率）とは？
容量維持率とは？サイクル試験時の容量維持率
サイクル試験とは何？一般的なリチウムイオン電池のサイクル試験条件と結果【リチウムイオン電池などの二次電池の用語】
サイクル試験と温度の関係性は？サイクル試験とSOCの幅の関係性
フロート試験とは何？一般的なフロート試験条件と結果○
【電池発火時の対処・消火方法】リチウムイオン電池が発火した際、水はかけるべき？
【電池はなぜ発火する？】リチウムイオン電池が発火のメカニズム（原理）
トリクル充電とは？
CC充電とは？
CCCV充電とは？
パルス充電とは？鉛蓄電池に使用すると寿命が延びる？
【図積分】CC充電、CCCV充電時の充電電気量の計算方法
電池はどうやって捨てる？電池の廃棄方法（捨て方）は？
SOC-OCV曲線から充放電曲線をシミュレーションする方法
リチウムイオン電池の取扱い上の注意点
リチウムイオン電池を長持ちさせる方法
リチウムイオン電池の充電時に対応していない充電器を使用した時の危険性
外部温度と電池の容量の関係（寒い方が容量小さい？）
【リチウムイオン電池とエネルギー密度】質量エネルギー密度、体積エネルギー密度とは？
電池の分類　電池の種類と電圧の関係は？
マンガン乾電池の構成と反応、特徴
アルカリマンガン乾電池の構成と反応、特徴
マンガン乾電池、アルカリマンガン乾電池の構造詳細
マンガン乾電池、アルカリマンガン乾電池の放電曲線
電池の残量を測定する方法（マンガン電池、アルカリ電池からリチウムイオン電池まで）
アルカリマンガン乾電池表面に付着した白い粉の対処方法
ニッケル・水素電池の構成と反応、特徴
リチウムイオン電池の構成と反応、特徴【リチウムイオン電池の動作原理・仕組み】
鉛蓄電池の構成と反応、特徴
ニッケル・カドミウム電池（ニッカド電池）の構成と反応、特徴
ナトリウム硫黄（NAS）電池の構成と反応、特徴
二次電池の性能比較　作動電圧、エネルギー密度、寿命、作動温度範囲、安全性の比較
メモリー効果とは？メモリー効果と作動電圧
オームの法則、作動電圧と内部抵抗、出力とは？【リチウムイオン電池の用語】
電池の劣化係数とは？
交流抵抗と直流抵抗の違い（電池における内部抵抗）
通電時間と直流抵抗の関係
電池の端子電圧と正極電位、負極電位の関係
電池の知識分極と過電圧、充電方法、放電方法
比熱と熱容量　計算・変換方法は？
電池の知識電池通電時の自己発熱
電池の知識電池の常温時と低温時の内部抵抗の変化
リチウムイオン電池の安全性
過充電とは？過充電すると何が起こる？
【スマホの過充電？】過充電という言葉の誤った使い方
アノード、カソードとは何？酸化体と酸化剤、還元体と還元剤の違いは？
電析とは何？電析と安全性
電析が起こる原因と条件起こさないための対応策は？
電気二重層キャパシタとは？電池との違いは？
キャパシタとコンデンサ－は厳密には異なる！？EDLCの原理
【充電式電池】新しい電池と古い電池を同時に使用するとどうなる！？
コイン電池の種類と頭文字の記号
電池と燃料電池の違いは？固体高分子形燃料電池の構造と反応
電池の回路図の記号は？長い方が＋?　2個にした時はどう記載する？
単位N（ニュートン）とkgf（キログラムフォース）の違いと変換方法 NやJをkg,m,sで表そう
電池の短絡とは？短絡が起こる場合と対策
コイン電池とボタン電池の違いは？誤飲してしまったらどうなる？
乾電池に記載のAAやDなどの記号は何？乾電池の大きさとパワーの違い
バイポーラ電池（バイポーラ電極使用電池）とは？メリットとデメリット
瞬低とは？瞬時電圧低下とは？
ヒューズとは？単電池や組電池におけるヒューズの役割
シャント抵抗とは？
自己放電（電池の用語）とは？
OCV（開回路電圧、開放電圧）とは？OCP（開回路電位、開放電位）とは？
コイン電池、ボタン電池の構造詳細、残量の測定方法
公称電圧とは？作動電圧との関係性
平均作動電圧とは？作動電圧との関係性
リチウムイオン電池とリチウム金属電池は違うもの？
リチウムイオン電池とリチウムポリマー電池は違うもの？【リポバッテリー】
リチウムイオン電池の活性化過電圧、濃度過電圧、IR損（IRドロップ）とは？
電池の対向容量比とは？利用容量とは？電池設計の基礎
CC充電とCCCV充電　定電流充電と定電流定電圧充電は同じもの？？
バッテリー記載のCCAとは？【バイク用バッテリー】
【大きいほど低抵抗？】リチウムイオン電池の容量と内部抵抗の関係
【内部抵抗の計算】リチウムイオン電池の内部抵抗と反応面積から予想してみよう！
【リチウムイオン電池の接触抵抗低減】Al箔やCu箔の接触抵抗を下げる方法
リチウムイオン電池のドライアップとは？
電動ドライバー用バッテリーの特徴【リチウムイオン電池と二カド電池の違い】
リチウムイオン電池とアルカリ電池の違いは？
冬にスマホは電池の減りが早くなるのか？リチウムイオンバッテリーが寒さに弱い理由は？【スマホ用バッテリー】
リチウムイオン電池の特徴まとめ
リチウムイオン電池に穴が開いたらどうなるのか？対処方法は？
リチウムイオン電池に含まれる危険物のまとめ
リチウムイオン電池から匂いがした場合の対処方法は？【甘い匂い】
リチウムイオン電池を並列接続すると容量が上がる？電圧は変化する？【並列接続時の問題】
リチウムイオン電池を直列接続すると容量は上がる？電圧は変化する？【直列接続時の問題】
リチウムイオン電池の検査工程、充放電検査装置
リチウムイオン電池の評価項目・評価試験【求められる特性は？】
リチウムイオン電池の長期保存（保管）方法は？満充電状態が良いのか？放電状態が良いのか？
【鉛蓄電池の代替鉛蓄電池】リチウムイオン電池と鉛蓄電池の違い
リチウムイオン電池のUPSとは？
リチウムイオン電池の有害性は？
リチウムイオン電池のリフレッシュ方法は存在するのか？【リチウムイオン電池の復活】
リチウムイオン電池のセルとは？6セルなどの表記されているセル数とは何を表している？
リチウム含有量の計算方法【リチウムイオン電池やリチウム金属電池に使用？】
リチウムイオン電池におけるサーミスターとは?サーミスタ－の役割は？
リチウムイオン電池が膨らむ原因と対処方法は？
電動アシスト自転車（電動自転車）用のバッテリーを長持ちさせる方法は？リフレッシュ方法はあるのか？
電池の逆接続とは？逆接続と危険性
【リポバッテリーの発火事故】リポバッテリー（リチウムポリマー電池）の発火事故のメカニズム（原理）は？
リポバッテリーとリフェバッテリーの違いは？【リチウムイオン電池との関係性】
リチウムイオン電池の異常時に発生するガスの成分は？吸うと危険？
電池におけるガスケットとは？【リチウムイオン電池のガスケット】
電池におけるハイレート特性とは？【リチウムイオン電池のハイレート】
電池における低温特性とは？【リチウムイオン電池の低温特性】
18650リチウムイオン電池とは？
電池における高温特性とは？【リチウムイオン電池の高温特性】
電池における温度範囲とは？【リチウムイオン電池の動作温度範囲】
リチウムイオン電池とその種類【コバルト系？マンガン系？オリビン系？】
【電池はなぜ劣化する？】リチウムイオン電池の劣化のメカニズム（原理）
リチウムイオン電池におけるIV試験・IV特性とは？
燃料電池（PEFC）の活性化過電圧、濃度過電圧、IR損とは？
燃料電池（PEFC）におけるIV試験・IV特性とは？
リチウムイオン電池におけるインターカレーションとは？
電池切れとはどのような状態のことか？
リチウムイオン電池を落下させたら危険なのか？
リチウムイオン電池は使い始めの慣らしは必要なのか？【活性化工程】
電池における放電特性とは？【リチウムイオン電池の放電】
電池におけるモジュールとは？【リチウムイオン電池のモジュール】
電池における充電特性とは？【リチウムイオン電池の充電】
電池切れの乾電池を温めると一時的に復活するのは本当なのか【裏ワザ？】
リチウムイオン電池を冷凍させると復活するという噂は本当なのか？【裏ワザ】
リチウムイオン電池関連の用語のLIBとは何のこと？
リチウムイオン電池とノーベル賞の関係
全固体電池で急速充電が可能な理由
スマホバッテリーを充電するタイミングはいつからがいいののか【充電時の残量】
リチウムイオン電池における導電パスの意味
乾電池の並べ方
電池切れの乾電池を振ると一時的に復活するのは本当なのか【裏ワザ？】
電池が熱いときの対処方法【急に熱くなる理由】
電池における転極とは【リチウムイオン電池の転極】
リチウムイオン電池に含まれるレアメタルとは？
電池から漏れている液が目に入ると失明することがあるのか？
リチウムイオン電池とリチウムイオン二次電池は違うものなのか
電池の保管時にラップやビニールやテープで巻いた方がいいのか？【電池の保管・保存の方法と容器の選定】
猛暑での車内の温度は？リチウムイオン電池を車内に放置してしまっても大丈夫なのか【モバイルバッテリーやタブレットの社内放置】
ヒートシンクとは？リチウムイオン電池とヒートシンク
リチウムイオン電池を急速充電すると劣化が速くなるのか？【急速充電のメリット・デメリット】
電池が腐ることはあるのか？電池についている白い粉は危険なのか？
リチウムイオン電池は充電回数が増えると劣化しやすいのか【iphoneなどのスマホ】
電池につないだ豆電球は直列つなぎと並列つなぎではどっちが明るくなるのか

レドックスフロー電池の構成と反応、特徴