(57)【要約】【課題】発熱を抑制して電力を消費することができる蓄電デバイスを提供する。【解決手段】酸化還元反応により蓄電する蓄電デバイスにおいて、酸化還元反応によって価数変化を伴うイオンを含む正の電極及び負の電極と、前記正の電極及び負の電極を区画するイオン透過性の隔膜とを備え、前記正の電極と前記負の電極との間に０．７Ｖ以上１．４Ｖ以下の電圧を印加し続けた場合の定常電流の値が０．０５ｍＡ／ｃｍ2以上１００ｍＡ／ｃｍ2 以下であることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化還元反応により蓄電する蓄電デバイスにおいて、
酸化還元反応によって価数変化を伴うイオンを含む正の電極及び負の電極と、
前記正の電極及び負の電極を区画するイオン透過性の隔膜と
を備え、
前記正の電極と前記負の電極との間に０．７Ｖ以上１．４Ｖ以下の電圧を印加し続けた場合の定常電流密度の値が０．０５ｍＡ／ｃｍ2以上１００ｍＡ／ｃｍ2 以下であることを特徴とする蓄電デバイス。
【請求項２】
前記隔膜のガーレ値は、０．７５ｓ／１００ｍＬ以上であることを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス。
【請求項３】
前記隔膜のガーレ値は、１０4 ｓ／１００ｍＬ未満であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄電デバイス。
【請求項４】
前記隔膜は、多孔質膜、不織布、イオン交換膜、又は無機粒子が複合化している不織布であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の蓄電デバイス。
【請求項５】
前記隔膜は、０．５μｍ以下の径の孔を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載の蓄電デバイス。
【請求項６】
前記隔膜は、０．００１μｍ以上の径の孔を有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一つに記載の蓄電デバイス。
【請求項７】
前記正の電極及び負の電極のイオンの価数は、２価以上５価以下である
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一つに記載の蓄電デバイス。
【請求項８】
蓄電していない状態において、前記正の電極及び負の電極のイオンの価数は、等価であることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一つ項に記載の蓄電デバイス。
【請求項９】
充電に係る正の電極又は負の電極における酸化還元反応は、吸熱反応であることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一つに記載の蓄電デバイス。
【請求項１０】
０．７Ｖ以上１．４Ｖ以下の電圧を印加して充電した後、放電した場合におけるクーロン効率が５％以上であることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか一つに記載の蓄電デバイス。
【請求項１１】
酸化還元反応によって価数変化を伴うイオンを含む正の電極及び負の電極、及び前記正の電極及び負の電極を区画するイオン透過性の隔膜を備え、前記酸化還元反応により蓄電し、前記正の電極と前記負の電極との間に０．７Ｖ以上１．４Ｖ以下の電圧を印加し続けた場合の定常電流密度の値が０．０５ｍＡ／ｃｍ2以上１００ｍＡ／ｃｍ2 以下である蓄電デバイスと、
該蓄電デバイスに供給される電流値を検出する電流計と、
前記蓄電デバイスに印加される電圧値を検出する電圧計と
を備えることを特徴とする電力消費システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、酸化還元反応により充電を行う蓄電デバイス及び電力消費システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電車又はエレベータ等に使用されるブレーキにおいて、発電ブレーキ装置が使用されている。特許文献１に示す発電ブレーキ装置は、直流電力を３相交流電力に変換するインバータと、インバータの出力端に接続されている電動機と、インバータに並列に接続されている発電ブレーキ抵抗器とを備える。
【０００３】
発電ブレーキ装置は、電車又はエレベータ等の運動エネルギーにより、電動機が発電機として、動作する。これにより、運動エネルギーが電気的エネルギーに変換され、発電ブレーキ抵抗器に電流が流れる。発電ブレーキ抵抗器は、電流が流れることにより、電気的エネルギーが熱エネルギーに変換され、発熱して温度が上昇し、外部に放熱する。以上の動作により、発電ブレーキ装置は、ブレーキとして機能する。発電ブレーキ抵抗器の発熱量が大きい場合、放熱の効率が低下するので、電動送風機により送風して、冷却を行っている。
【０００４】
ここで、充電可能な蓄電デバイスである二次電池が、デジタル家電製品、電気自動車、ハイブリッド自動車及び太陽光発電設備等に広く用いられている。二次電池として、リチウムイオン二次電池、バナジウムレドックス二次電池（例えば、特許文献２参照）等が挙げられる。バナジウムレドックス二次電池は、バナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンを活物質として含む正の電極及び負の電極を備え、正の電極及び負の電極におけるイオンの交換による酸化還元反応を利用して、充放電を行う。一般に二次電池は、充電により蓄えられた電気が時間の経過とともに失われる、いわゆる自然放電が生じることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−０４６５０５号公報
【特許文献２】特開２０１４−２３５８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、発電ブレーキ抵抗器における発熱量を低減する場合、発電ブレーキ抵抗器の熱容量を増加させる必要があり、発電ブレーキ抵抗器が大型になるという問題がある。また、発電ブレーキ抵抗器を小型にした場合、発熱量が増大するという問題がある。
【０００７】
本開示は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、発熱を抑制して電力を消費することができる蓄電デバイス及び電力消費システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に係る蓄電デバイスは、酸化還元反応により蓄電する蓄電デバイスにおいて、酸化還元反応によって価数変化を伴うイオンを含む正の電極及び負の電極と、前記正の電極及び負の電極を区画するイオン透過性の隔膜とを備え、前記正の電極と前記負の電極との間に０．７Ｖ以上１．４Ｖ以下の電圧を印加し続けた場合の定常電流密度の値が０．０５ｍＡ／ｃｍ2以上１００ｍＡ／ｃｍ2 以下であることを特徴とする。
【０００９】
本開示に係る電力消費システムは、酸化還元反応によって価数変化を伴うイオンを含む正の電極及び負の電極、及び前記正の電極及び負の電極を区画するイオン透過性の隔膜を備え、前記酸化還元反応により蓄電し、前記正の電極と前記負の電極との間に０．７Ｖ以上１．４Ｖ以下の電圧を印加し続けた場合の定常電流密度の値が０．０５ｍＡ／ｃｍ2以上１００ｍＡ／ｃｍ2 以下である蓄電デバイスと、該蓄電デバイスに供給される電流値を検出する電流計と、前記蓄電デバイスに印加される電圧値を検出する電圧計とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、発熱を抑制して電力を消費することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の実施の形態１に係る蓄電デバイスを備える電力消費システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本開示の実施の形態１に係る蓄電デバイスを示す模式的平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図である。
【図４】実施の形態２に係る電力消費システムの概略構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態３に係る電力消費システムの概略構成を示すブロック図である。
【図６】放電容量と、サイクル数との関係を示すグラフである。
【図７】クーロン効率と、サイクル数との関係を示すグラフである。
【図８】放電容量と、ＣＶ電圧との関係を示すグラフである。
【図９】定常電流密度と、ＣＶ電圧との関係を示すグラフである。
【図１０】クーロン効率と、ＣＶ電圧との関係を示すグラフである。
【図１１】電圧と、時間との関係を示すグラフである。
【図１２】電流と、時間との関係を示すグラフである。
【図１３】電力と、時間とを示すグラフである。
【図１４】出力を消費電力で除した値と、時間との関係を示すグラフである。
【図１５】出力を消費電力で除した値と、時間との関係を示すグラフである。
【図１６】４８０秒後における出力を消費電力で除した値を示すグラフである。
【図１７】出力を消費電力で除した値と、定常電流との関係を示すグラフである。
【図１８】電力と、時間との関係を示すグラフである。
【図１９】電力と、時間との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
１．蓄電デバイス及び電力消費システム
図１に示すように、電力消費システム１００は、蓄電デバイス１、電流計１０、電流変更部１１、電圧計１２、電圧変更部１３、短絡部１４、蓄熱素子１５、制御部１６及び通信部１７を備える。
【００１３】
電力消費システム１００は、例えば、発電ブレーキ装置（不図示）において、電動機（不図示）と該電動機に電力を供給する電力供給部（不図示）とに接続されている電力供給線（不図示）に接続される。なお、電力消費システム１００は、発電ブレーキ装置に限られず、再生可能エネルギーの過剰発電に係るエネルギーを吸収するデバイス及びシステム、鉄道及び自動車等の車輌のエネルギー回生デバイス及びシステム、電子負荷装置、リターダブレーキ等に設けられていてもよい。
【００１４】
電流計１０は、電流変更部１１の入力側に接続されており、電流変更部１１の出力側は蓄電デバイス１の後述する負極端子４に接続されている。電流計１０には、蓄電デバイス１に電力を供給するための供給線１０１の一端が接続されている。また、蓄電デバイス１の後述する正極端子３には、電力を出力するための出力線１０２が接続されている。電流計１０は、供給線１０１を流れる電流の電流値を検出し、電流変更部１１は、蓄電デバイス１に流れる電流値を変更する。
【００１５】
蓄電デバイス１には、電圧計１２及び電圧変更部１３が夫々、並列に接続されている。電圧計１２は、電圧変更部１３の入力側に接続されている。更に、蓄電デバイス１には、短絡部１４が並列に接続されている。蓄熱素子１５は、蓄電デバイス１に貼り付けられている。
【００１６】
電圧計１２は、蓄電デバイス１に印加されている電圧の電圧値を検出し、電圧変更部１３は、蓄電デバイス１に印加されている電圧の電圧値を変更する。短絡部１４は、後述の命令により電流変更部１１と出力線１０２との間を短絡する。蓄熱素子１５は、蓄電デバイス１における発熱の変化に伴って、蓄熱する。
【００１７】
電力消費システム１００は、入力線１０１及び出力線１０２により、前記電力供給線に接続され、前記発電ブレーキ装置等に搭載される。
【００１８】
制御部１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro-Processing Unit）等の演算処理装置と、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、又はＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)）等の記憶装置とを用いて構成されている。制御部１６は、電流計１０、電流変更部１１、電圧計１２、電圧変更部１３、短絡部１４及び通信部１７に接続されている。制御部１６には、電流計１０及び電圧計１２の検出値が入力される。また、制御部１６は、電流変更部１１、電圧変更部１３及び短絡部１４の動作命令に係る信号を出力してこれらの動作を制御する。通信部１７は、外部機器との通信が可能であり、制御部１６及び通信部１７は、相互に信号の送受信が可能である。
【００１９】
通信部１７は、外部機器から蓄電デバイスの動作に係るプログラムを受信し、制御部１６に送信する。制御部１６は、通信部１７から送信されたプログラムを受信して、該プログラムに従って動作する。制御部１６は、電流計１０及び電圧計１２から入力された検出値に基づいて、電流変更部１１及び電圧変更部１３の動作を制御する。該制御に従って、電流変更部１１は、入力線１０１から蓄電デバイス１に流れる電流の値を変更し、電圧変更部１３は、蓄電デバイス１に印加される電圧の値を変更する。
【００２０】
また、制御部１６は、蓄電デバイス１を使用しない場合に、短絡部１４を動作させ、短絡部１４は入力線１０１及び出力線１０２間を短絡する。これにより、蓄電デバイス１には、電力が供給されないこととなる。
【００２１】
図２は、本開示の実施の形態１に係る蓄電デバイス１を示す模式的平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図である。図２及び図３に示すように、蓄電デバイス１は、外装袋２と、外装袋２の周縁部の一部から突出した正極端子３及び負極端子４と、正極の電極材５と、負極の電極材６とを備える。正極端子３，負極端子４は、基端部側がシール材３０，４０に覆われた状態で、外装袋２の周縁部の一部から突出している。      
【００２２】
電極材５は、正の電極５０、導電体５１、保護層５２及びシーラント５４を備える。
導電体５１は角型平板状をなし、前記外装袋２の、図２における下側の半体２２の上面に配されており、導電体５１の上面は保護層５２により覆われている。保護層５２の上面の周縁部の内側には、活物質、導電助剤としての炭素材料、バインダ、及び水系電解液を有する角型平板状の正の電極５０が設けられている。
【００２３】
正の電極５０上には、正の電極５０より平面面積が大きい隔膜７が設けられている。
シーラント５４は縁部を有する枠状をなし、前記周縁部及び半体２２に接着されており、半体２２及び保護層５２とにより導電体５１を封止する。
【００２４】
以下、電極材５の各部、及び外装袋２の半体２２について詳述する。
半体２２は非導電性かつ電解液非透過性である。半体２２は、合成樹脂層及び金属層を含有するラミネートシートからなるのが好ましい。
合成樹脂層の材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン６，ナイロン６６等のポリアミド等が挙げられる。金属層の材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、ステンレス、チタン、チタン合金等が挙げられる。
【００２５】
導電体５１の平面面積は半体２２の平面面積より小さい。
導電体５１は、周縁部の一部から突出したタブ（不図示）を有し、タブの先端部は正極端子３に接続されている。
【００２６】
保護層５２は、導電体５１の一面に、グラファイトシートを例えば導電性の接着シートを介して設けられる。保護層５２の厚みは１〜１００μｍであるのが好ましい。この場合、正の電極５０と導電体５１との電気伝導性の低下を抑制でき、電池の内部抵抗を小さくすることができる。
なお、保護層５２の材質はグラファイトシートには限定されない。保護層５２は導電性かつ電解液非透過性であればよく、導電性フィルム、シート状の導電性ゴムを用いることにしてもよい。また、導電体５１の一面に黒鉛でコーティングすることにより、保護層５２を形成することにしてもよい。また、水系電解液が酸性又はアルカリ性ではなく、導電体５１が腐食等される虞がない場合は、保護層５２を備えていなくてもよい。
【００２７】
なお、本実施の形態において、以後、符号を付さずに単に「集電体」と記載するときは、「導電体５１（又は６１）及び保護層５２（又は６２）」、又は「導電体５１（又は６１）単体」、を意味する。
【００２８】
正の電極５０は、上述したように保護層５２の上面の周縁部の内側に、即ち保護層５２の上面の周縁部以外の部分に設けられている。
正の電極５０においては、導電助剤としての炭素材料に、酸化還元反応によって、５価及び４価の間で酸化数が変化するバナジウムイオン、又は５価及び４価の間で酸化数が変化するバナジウムを含むイオンを含有するバナジウム固体塩を正極活物質として含有する固体状の化合物を含む析出物が担持されている。
【００２９】
５価及び４価の間で酸化数が変化する前記バナジウムを含むイオンとしては、ＶＯ2+（IV）、ＶＯ2+（V ）が例示される。
正極用の活物質であるバナジウム化合物としては、酸化硫酸バナジウム（IV）（ＶＯＳＯ4 ・ｎＨ2 Ｏ）、酸化硫酸バナジウム（V ）（（ＶＯ2 ）2 ＳＯ4 ・ｎＨ2 Ｏ）を挙げることができる。なお、ｎは０から５の整数を示す。
【００３０】
バインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、及びフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体（ＰＶＤＦ／ＨＦＰ）等が挙げられる。
【００３１】
炭素材料としては、アセチレンブラック，ケッチェンブラック（登録商標）等のカーボンブラック、及びグラファイト等が挙げられる。炭素材料は１種又は２種以上を用いることができる。
【００３２】
正の電極５０に含まれる水系電解液は、硫酸水溶液であるのが好ましい。硫酸水溶液として、例えば濃度が９０質量％未満の硫酸を用いることができる。電解液は、電池のＳＯＣを０〜１００％まで取り得るのに過不足のない量である。電解液の量は、例えばバナジウム化合物１００ｇに対して、２ｍｏｌ／Ｌ（以下、「ｍｏｌ／Ｌ」を「Ｍ」とする）の硫酸７０ｍＬである。
【００３３】
シーラント５４は上述したように枠状をなし、角筒状の枠本体の上端部に、内側に張り出した内側縁部５４ａを備え、枠本体の下端部に、外側に張り出した外側縁部５４ｂを備える。即ち、シーラント５４は平面視で、内側縁部５４ａ（正の電極５０の外側部分）の外側に、外側縁部５４ｂが位置するように構成されている。
【００３４】
シーラント５４の内側縁部５４ａは保護層５２の上面の周縁部に接着されている。外側縁部５４ｂは半体２２の導電体５１側の面の、導電体５１の外側に接着されている。これにより、導電体５１及び保護層５２は、半体２２とシーラント５４とに挟着されている。即ち、導電体５１は、半体２２、保護層５２、及びシーラント５４により封止された状態で、半体２２に固定されている。なお、導電体５１の側面はシーラント５４に接着されていてもよく、接着されていなくてもよい。
【００３５】
シーラント５４の材料としては、例えばポリプロピレン又はポリエチレン等が挙げられる。ポロプロピレン又はポリエチレン等を用いることにより、熱溶着で容易に導電体５１を封止することが可能となる。
【００３６】
電極材６は電極材５と同様の構成を有し、負の電極６０、導電体６１、保護層６２、及びシーラント６４を備える。導電体６１は角型平板状をなし、外装袋２の半体２１の図２における下面に配されており、導電体６１の下面は保護層６２により覆われている。保護層６２の下面の周縁部の内側には、活物質、導電助剤としての炭素材料、バインダ、及び水系電解液を有する角型平板状の負の電極６０が設けられている。
【００３７】
シーラント６４は枠状をなし、角筒状の枠本体の下端部に、内側に張り出した内側縁部６４ａを備え、枠本体の上端部に、外側に張り出した外側縁部６４ｂを備える。内側縁部６４ａは前記周縁部に接着され、外側縁部６４ｂは半体２１に接着され、シーラント６４は半体２１及び保護層６２とにより導電体６１を封止する。
【００３８】
電極材６の導電体６１は、周縁部の一部から突出したタブ（不図示）を有し、タブの先端部は負極端子４に接続されている。
電極材６の導電体６１、保護層６２、及びシーラント６４は電極材５と同様の材料を用いてなる。
【００３９】
負の電極６０においては、導電助剤としての炭素材料に、酸化還元反応によって、２価及び３価の間で酸化数が変化するバナジウムイオン、又は２価及び３価の間で酸化数が変化するバナジウムを含むイオンを含有するバナジウム固体塩を負極活物質として含有する固体状の化合物を含む析出物が担持されている。
【００４０】
２価及び３価の間で酸化数が変化する前記バナジウムイオンとしては、Ｖ2+（II）、Ｖ3+（III ）が例示される。
負極用の活物質であるバナジウム化合物としては、硫酸バナジウム（II）（ＶＳＯ4 ・ｎＨ2 Ｏ）、硫酸バナジウム（III ）（Ｖ2 （ＳＯ4 ）3 ・ｎＨ2 Ｏ）が挙げられる。なお、ｎは０から１０の整数を示す。
【００４１】
隔膜７は正の電極５０を覆い、シーラント５４の内側縁部５４ａの上面に接着されている。隔膜７は、多孔質膜、不織布、イオン交換膜、又は無機粒子が複合化している不織布などである。多孔質膜は、ポリエチレンテレフタレート又はポリエチレン等により形成されるが好ましい。無機粒子が複合化している不織布において、不織布は、ポリオレフィン又はフッ素系樹脂等により形成されていることが好ましく、無機粒子は、シリカ、ジルコニア、アルミナ又は酸化チタン等により形成されることが好ましい。
【００４２】
隔膜７が有する細孔径は、０．００１μｍ以上であることが好ましい。また、隔膜７が有する細孔径は、０．５μｍ以下であることが好ましい。これにより、発熱を良好に抑制して充電を行うことができる。隔膜７が有する細孔径の上限値は、０．４５μｍであることがより好ましく、０．２μｍであることが更に好ましく、０．１μｍ以下であることが特に好ましい。
【００４３】
更に、隔膜７の厚みは５０μｍ以下であるのが好ましい。厚みが５０μｍ以下である場合、電流密度を高くした場合の充電エネルギー密度及び放電エネルギー密度が良好である。これにより、消費できる電力量が高くなる。隔膜７の厚みは、３０μｍ以下であるのがより好ましい。
【００４４】
隔膜７のガーレ値は、０．７５ｓ／１００ｍＬ以上であることが好ましい。これにより、発熱を良好に抑制して充電を行うことができる。隔膜７のガーレ値の下限値は、１．５ｓ／１００ｍＬであることがより好ましく、３ｓ／１００ｍＬであることが更に好ましい。隔膜７のガーレ値は、１０4 ｓ／１００ｍＬ未満であることが好ましい。これにより、抵抗値が高すぎることにより供給することが可能な電流量が小さくなることを防止し、消費できる電力量が小さくなることを防止できる。
【００４５】
蓄電デバイス１は、正の電極５０と負の電極６０との間に０．７Ｖ以上１．４Ｖ以下の電圧を印加して充電し続けた場合における定常電流密度の値が０．０５ｍＡ／ｃｍ2以上１００ｍＡ／ｃｍ2 以下であるように形成されている。これにより、発熱を抑制して充電を行うことができる。定常電流密度の上限値は、５０ｍＡ／ｃｍ2が好ましく、１０ｍＡ／ｃｍ2がより好ましく、５ｍＡ／ｃｍ2が更に好ましく、１ｍＡ／ｃｍ2が特に好ましい。ここで、定常電流とはＣＶ充電をし続けた場合に充電の速度と自然放電の速度とが略同一になった際に流れている電流値のことを指す。定常電流密度は、放電において、時間の経過とともに電流値が低下した後、略一定となる値を指す。なお、定常電流密度の値が０．０５よりも小さい場合は、蓄電デバイスは二次電池として使用され、本実施の形態１の蓄電デバイス１は、二次電池とは異なる構成となる。また、蓄電デバイス１は、０．７Ｖ以上１．４Ｖ以下の電圧を印加して充電した後、放電した場合におけるクーロン効率が５％以上であることが好ましい。これにより、蓄電デバイス１は、発熱を良好に抑制して充電を行うことができる。
【００４６】
以上のように構成された蓄電デバイス１の電極材５の正の電極５０と電極材６の負の電極６０との間において、下記式（１）及び（２）の反応が生じる。
正の電極：ＶＯＸ2 ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）⇔ＶＯ2 Ｘ・（ｎ−１）Ｈ2 Ｏ（ｓ）＋ＨＸ＋Ｈ+ ＋ｅ-   …（１）
負の電極：ＶＸ3 ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）＋Ｈ+ ＋ｅ- ⇔ＶＸ2 ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）＋ＨＸ  …（２）
式中、Ｘは１価の陰イオンを表す。Ｘがｍ価の陰イオンである場合、結合係数（１／ｍ）が考慮される。ｎは種々の値をとり得る。
【００４７】
前記式（１）及び（２）の反応を利用して蓄電デバイス１の充放電が行われる。このとき、正極端子３，負極端子４を介して充放電が行われる。式（１）及び（２）の反応において隔膜７を介して、正の電極５０及び負の電極６０間でプロトンが移動する。
このとき、蓄電デバイス１全体における反応としては
ＶＯＸ2 ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）＋ＶＸ3 ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）⇔ＶＯ2 Ｘ・（ｎ−１）Ｈ2 Ｏ（ｓ）＋ＶＸ2 ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）＋２ＨＸ  …（３）
となる。
ここで、充電における反応は、式（３）において左の状態から右の状態に進行する吸熱反応であり、放電においては、式（３）において右の状態から左の状態に進行する放熱反応である。
【００４８】
なお、電極材５のバナジウム化合物としてＶＯＳＯ4 ・ｎＨ2 Ｏを用い、電極材６のバナジウム化合物としてＶ2 （ＳＯ4 ）3 ・ｎＨ2 Ｏを用いた場合の各物質の反応を以下に示す。
正の電極：２ＶＯＳＯ4 ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）⇔（ＶＯ2 ）2 ＳＯ4 ・（ｎ−２）Ｈ2 Ｏ（ｓ）＋Ｈ2 ＳＯ4 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ-   …（４）
負の電極：Ｖ2 （ＳＯ4 ）3 ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）＋２Ｈ+ ＋２ｅ- ⇔２ＶＳＯ4 ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）＋Ｈ2 ＳＯ4   …（５）
【００４９】
上記の構成によれば、蓄電デバイス１は、０．７Ｖ以上１．４Ｖ以下の電圧を印加して充電し続けた場合における定常電流密度の値が０．０５ｍＡ／ｃｍ2以上１００ｍＡ／ｃｍ2 以下であるので、発熱を抑制して充電を行うことができる。したがって、充電を行った後、自然放電により電力を消費することができる。以上より、発熱を抑制して電力を消費することができる。
【００５０】
２．蓄電デバイスの製造方法
以下、本実施の形態の蓄電デバイス１の製造方法について説明する。
ここで、正極の電極材５と負極の電極材６とを各別に作製するのではなく、単一の電極材を作製した後、正極側及び負極側のいずれに用いるかを使い分けし、蓄電デバイス１の組立後の通電によって、正極の電極材５及び負極の電極材６を形成する。正の電極５０及び負の電極６０の厚みを替える場合等においては、電極材５，６を各別に作製する。
【００５１】
まず、炭素材料に、３価のバナジウム化合物としてのＶ2 （ＳＯ4 ）3 ・ｎＨ2 Ｏ、４価のバナジウム化合物としてのＶＯＳＯ4 ・ｎＨ2 Ｏ、及びバインダを配合し、攪拌機により混合することにより混合粉を得る。炭素材料、活物質、及びバインダの組成は、要求される容量、乾燥条件、及び外部環境（気温、湿度）等に応じて決定する。
【００５２】
次に、前記混合粉に水系電解液を配合し、プラネタリーミキサ等を用いて混練することにより、混練物を得る。
【００５３】
前記混練物はロールプレス等により圧延成形され、電極形状に打ち抜かれて集電体に配置される。ここで、集電体としては、上述の「導電体５１（又は６１）単体」、及び「導電体５１（又は６１）及び保護層５２（又は６２）」等が挙げられる。
【００５４】
上述したように、電極材を電極材５用，電極材６用に使い分ける。外装袋２の半体２２に電極材５の集電体を、半体２１に電極材６の集電体を熱プレス等により固着する。また、シーラント５４を、電極材５の集電体の周囲に配し、電極材５の集電体及び半体２２に熱プレス等により固着する。更に、シーラント６４を、電極材６の集電体の周囲に配し、電極材６の集電体、半体２１に熱プレス等により固着する。
【００５５】
その後、隔膜７を電極材５及び電極材６間に挟み、集電体が固定された半体２１，２２を内側が対向するように合わせ、半体２１，２２の周縁部の一部から正極端子３及び負極端子４が突出する状態で、周縁部を圧接し、接着することにより外装袋２が形成され、蓄電デバイス１が得られる。なお、半体２１，２２は最初から一体化されていてもよい。
【００５６】
以上においては、蓄電デバイス１を組み立てた後、通電前においては、正極の電極材５及び負極の電極材６に含まれるバナジウムの価数は、等価であり３価及び４価の混合である。電池の組み立て後の通電により、正極の電極材５のバナジウム化合物の価数が４価、負極の電極材６のバナジウム化合物の価数が３価になる。なお、蓄電デバイス１を組み立てた後、通電前においては、正極の電極材５及び負極の電極材６に含まれるバナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンの価数は、等価であればよく、例えば３価でよく、又は４価であってもよい。以上の構成では、酸化還元反応を示すバナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンは、２価以上５価以下となる。
【００５７】
なお、本開示の実施形態に係る電池は、バナジウムレドックス二次電池に限られず、イオン伝導を利用するその他の電池であってもよい。例えば、正の電極５０及び負の電極６０は、バナジウムイオン以外にマンガン、チタン、鉄、クロム又は銅等のイオンを含んでいてもよい。また、バナジウムを含まず、マンガン、チタン、鉄、クロム又は銅等のイオン又はこれらの組み合わせを含む構成であってもよい。これにより、各イオンに係る酸化還元反応における発熱量及び吸熱量の組み合わせに基づいて、充電における発熱量が少なくなるように各イオンを組み合わせて使用することができる。
【００５８】
以上のように構成された本実施の形態に係る電力消費システム１００は、電圧変更部１３により、蓄電デバイス１に印加される電圧を変更し、発熱を抑制するように充電を行うことができる。したがって、発熱を抑制して、電力を消費することができる。また、蓄電デバイス１を薄く形成することができ、電力消費システム１００全体を小型化することができる。
【００５９】
また、蓄電デバイス１は、発熱を抑制して充電を行い、自然放電するので、電力消費システム１００を、発電ブレーキ装置の発電ブレーキ抵抗器等に代えて搭載することにより、発熱を抑制して、電力を消費することができる。
【００６０】
（実施の形態２）
実施の形態２においては、電力消費システム１００は、並列に接続されている複数の蓄電デバイス１を備える。図４は実施の形態２に係る電力消費システム１００の概略構成を示すブロック図である。実施の形態２に係る蓄電デバイス１の構成について、実施の形態１と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６１】
図４に示すように、実施の形態２に係る電力消費システム１００は、並列接続されている複数の蓄電デバイス１（図では３つ）と、電流計１０と、電圧計１２と、制御部１６と、通信部１７と、複数のａ接点型のスイッチ１８（図では２つ）を備える。各蓄電デバイス１は、スイッチ１８を介して並列接続されている。また、一の蓄電デバイスには、電流計１０及び出力線１０２が接続されており、電流計１０には入力線１０１が接続されている。また、前記一の蓄電デバイス１には更に電圧計１２が並列に接続されている。
【００６２】
制御部１６には、電流計１０及び電圧計１２と、各スイッチ１８と、通信部１７が接続されている。電流計１０及び電圧計１２の値は制御部１６に入力され、制御部１６からの信号により、各スイッチ１８が開閉する。スイッチ１８が閉状態となることにより、使用される蓄電デバイス１が増加する。制御部１６は、通信部から送信されたプログラムを受信して、該プログラムに従って動作する。制御部１６は、電流計１０及び電圧計１２から入力された検出値に基づいて、スイッチ１８の動作を制御する。
【００６３】
以上の構成によれば、蓄電デバイス１に印加される電圧を変更せずに、流れる電流値を高くすることができ、蓄電デバイス１の充電において、発熱量を調整することができる。これにより、発熱を抑制して、電力を消費することができる。
【００６４】
なお、実施の形態１と同様に、電流変更部１１、電圧変更部１３、短絡部１４、蓄熱素子１５を備えていてもよい。蓄電デバイス１を、スイッチ１８を介さずに並列接続することとしてもよい。蓄電デバイス１の並列数は、図示の個数に限られず、２個又は４個以上であってもよく、スイッチ１８は、並列接続される蓄電デバイス１に応じて個数を変更してもよい。また、直列に接続される蓄電デバイス１を含んでいてもよい。
【００６５】
（実施の形態３）
実施の形態３においては、電力消費システム１００は、直列に接続されている複数の蓄電デバイス１を備える。図５は実施の形態３に係る電力消費システム１００の概略構成を示すブロック図である。実施の形態３に係る蓄電デバイス１の構成について、実施の形態１と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６６】
図５に示すように、実施の形態３に係る電力消費システム１００は、直列に接続されている複数の蓄電デバイス１（図では２つ）と、電流計１０と、２つの電圧計１２と、制御部１６と、通信部１７と、ｃ接点型のスイッチ１９とを備える。電流計１０及び一の蓄電デバイス１の負極端子４は直列に接続されており、また、一の蓄電デバイスの正極端子３には、スイッチ１９のｃ接点が接続されている。電流計１０には、入力線１０１が接続され、スイッチ１９のｂ接点には、出力線１０２が接続されている。
【００６７】
他の蓄電デバイス１において、負極端子４は、スイッチ１９のａ接点に接続されており、正極端子３は、出力線１０２に接続されている。また、各蓄電デバイス１に、電圧計１２が並列に接続されている。
【００６８】
制御部１６は、電流計１０及び電圧計１２と、通信部１７と、各スイッチ１９とが接続されている。電流計１０及び電圧計１２の値は制御部１６に入力され、制御部１６からの信号により、各スイッチ１９の接続先が切り替わる。スイッチ１９において、ｂ接点に接続された場合、一の蓄電デバイス１が使用され、ａ接点に接続された場合、２つの蓄電デバイス１が直列接続されて使用される。制御部１６は、通信部から送信されたプログラムを受信して、該プログラムに従って動作する。制御部１６は、電流計１０及び電圧計１２から入力された検出値に基づいて、スイッチ１９の動作を制御する。
【００６９】
以上の構成によれば、蓄電デバイス１に印加される電圧が高くなる場合に、スイッチ１９をａ接点に接続して、蓄電デバイス１の直列数を増加させ、１つの蓄電デバイスに印加される電圧を低減することができる。これにより、蓄電デバイス１の充電において、蓄電デバイス１に印加される電圧に応じて、発熱量を調整することができる。これにより、発熱を抑制して、電力を消費することができる。
【００７０】
なお、実施の形態１と同様に、電流変更部１１、電圧変更部１３、短絡部１４、蓄熱素子１５を備えていてもよい。電圧変更部１３を設ける場合、電圧変更部１３を各電圧計１２と並列に接続すればよい。蓄電デバイス１を、スイッチ１９を介さずに直列接続することとしてもよい。蓄電デバイス１の直列数は、図示の個数に限られず、３個以上であってもよく、スイッチ１９は、直列接続される蓄電デバイス１に応じて個数を変更してもよい。また、並列に接続される蓄電デバイス１を含んでいてもよい。
【実施例】
【００７１】
以下、本開示に係る実施例を具体的に説明するが、本開示はこの実施例に限定されるものではない。
【００７２】
１．蓄電デバイス１の製造
後述する実施例１〜７が表１の実施例１〜７に相当する。比較例１、２が表１の比較例１、２に相当する。
【００７３】
【表１】
2018170258.tif 000003
【００７４】
［実施例１］
炭素材料としてのカーボンブラック（「ケッチェンブラック（登録商標）」、株式会社ライオン製）を２８００℃で焼成したもの２．９３ｇに、３価のバナジウム化合物としてのＶ2 （ＳＯ4 ）3・ｎＨ2 Ｏ（自社製）を２．８９ｇ、４価のバナジウム化合物としてのＶＯＳＯ4 ・ｎＨ2 Ｏ（新興化学株式会社製）を２．５ｇ、バインダとしてのＰＴＦＥ（「６−Ｊ」、三井デュポンフロロケミカル株式会社製）を０．０８ｇ配合して、上述の混合粉を得た。
次に、この混合粉２．０ｇに１Ｍ硫酸１．２８ｍＬを配合して混練し、上述の混練物を得た。該混練物をロールプレス等により圧延成形し、打ち抜いて電極を得た。
銅箔からなる導電体にグラファイトシートを接着して集電体を得た。
該集電体に前記電極を配置して電極材を作製した。
隔膜７としてポリエチレンテレフタレート製で表１に示す厚さ及び細孔径の多孔質膜（「ＦＰＷ−０１０」、ＷＩＮＴＥＣ社製）を用いて、実施例１の蓄電デバイス１を作製した。実施例１の隔膜７のガーレ値及び１ｋＨｚ抵抗等を表１に示す。ここで、「ガーレ値」とは、ＪＩＳ規格JIS P 8117に準拠して測定した値であり、１００ｍＬの空気が単位面積及び単位圧力差当たりにおいて、隔膜を透過する時間を指す。「１ｋＨｚ抵抗」とは、０．５Ｍ硫酸中における１ｋＨｚでの隔膜の面積抵抗である。
【００７５】
［実施例２］
隔膜７としてポリエチレンテレフタレート製で表１に示す厚さ及び細孔径の多孔質膜（「ＦＰＷ−０２０」、ＷＩＮＴＥＣ社製）を用いた以外は実施例１と同様にして、実施例２の蓄電デバイス１を作製した。実施例２の隔膜７のガーレ値及び１ｋＨｚ抵抗等を表１の数値例２〜４に示す。
【００７６】
［実施例３］
隔膜７としてポリエチレンテレフタレート製で表１に示す厚さ及び細孔径の多孔質膜「ＦＰＷ−０４５」、ＷＩＮＴＥＣ社製）を用いた以外は実施例１と同様にして、実施例３の蓄電デバイス１を作製した。実施例３の隔膜７のガーレ値及び１ｋＨｚ抵抗等を表１に示す。
【００７７】
［実施例４及び実施例５］
隔膜７としてポリエステル製で表１に示す厚さ及び細孔径の多孔質膜を用いた以外は実施例１と同様にして、実施例４及び実施例５の蓄電デバイス１を作製した。実施例５及び実施例６の隔膜７のガーレ値及び１ｋＨｚ抵抗等を表１に示す。ここで、表１において、「＜０．１」は、隔膜７の細孔径が０．１μｍ未満であることを示し、「＞３」は、隔膜７のガーレ値が３ｓ／１００ｍＬ超過であることを示す。
【００７８】
［実施例６及び７］
隔膜７として、多孔質のポリオレフィンの不織布及び無機ナノ粒子を複合化させており、表１に示す厚さ及び細孔径である膜を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例６及び実施例７の蓄電デバイス１を作製した。実施例６及び実施例７の隔膜７のガーレ値及び１ｋＨｚ抵抗等を表１に示す。
【００７９】
［比較例１］
隔膜７として、表１に示す厚さ及び細孔径のポリエステル製の不織布を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、蓄電デバイスを作成した。比較例１の隔膜のガーレ値及び１ｋＨｚ抵抗等を表１に示す。ここで、表１において、「＞０．４５」は、比較例１の隔膜の細孔径が０．４５ｕｍ超過であることを示し、「＜０．７５」は、比較例１の隔膜のガーレ値が０．７５ｓ／１００ｍＬ未満であることを示す。
【００８０】
［比較例２］
抵抗値が３３Ωの抵抗器を使用した。
【００８１】
２．蓄電デバイスの性能評価
上述の実施例１〜７の蓄電デバイス１、及び比較例１の蓄電デバイスについて、性能を評価した。実施例１〜７の蓄電デバイス１及び比較例１の蓄電デバイスについて、下記の表２に示す充放電条件により充放電を行った。
【００８２】
【表２】
2018170258.tif 000004
【００８３】
表２の充放電条件は、モード１において、０．７ＶになるまでＣＣ電流を９９９ｍＡとしてＣＣ（Constant Current）充電した後、容量が１０ｍＡｈになるまで、又は３０分経過するまで、ＣＶ電圧を０．７ＶとしてＣＶ（Constant Voltage）充電し、５秒間休止した後、電流が６．２５ｍＡで、０Ｖになるまで、又は、３０分経過するまでＣＣ放電した後、５秒間休止することを１サイクルとして、１サイクルの充放電を行った。
モード２〜８においては、モード１において、定電圧の制御値を表２に示す値としたこと以外は同様にして、１サイクルの充放電を行った。上記のモード１〜８の充放電を５回行い、計４０サイクルの充放電を行った。
【００８４】
図６は、放電容量と、サイクル数との関係を示すグラフである。縦軸は、放電容量［ｍＡｈ］であり、横軸は、サイクル数である。図６は、実施例１〜７及び比較例１の評価結果を示す。図６から、実施例１〜７の蓄電デバイス１において、放電容量が維持されていることが分かる。
【００８５】
図７は、クーロン効率と、サイクル特性との関係を示すグラフである。縦軸は、クーロン効率［％］であり、横軸は、サイクル数である。図７は、実施例１〜７の評価結果を示す。クーロン効率は、上記の放電容量を用いて算出した。図７から、実施例１〜７の蓄電デバイスにおけるクーロン効率は、５％以上であることが分かる。したがって、実施例１〜７の蓄電デバイスにおいて、０．７Ｖ以上１．４Ｖ以下の電圧により２０分間ＣＶ充電を行った後、５分休止し、１ｍＡ／ｃｍの電流密度において、０Ｖまで放電した際のクーロン効率が５％以上となっていることが分かる。
【００８６】
図８は、放電容量と、ＣＶ電圧との関係を示すグラフである。縦軸は、クーロン効率［ｍＡｈ］であり、横軸は、ＣＶ電圧［Ｖ］である。図８は、実施例１〜７の評価結果を示す。図８から、実施例１〜７の蓄電デバイス１において、ＣＶ電圧が高いほど、放電容量が増大していることが分かる。
【００８７】
図９は、定常電流密度と、ＣＶ電圧との関係を示すグラフである。縦軸は、定常電流密度［ｍＡ／ｃｍ2 ］であり、横軸は、ＣＶ電圧［Ｖ］である。図９は、実施例１〜７の評価結果を示す。図９から、実施例１〜７の蓄電デバイス１においては、０．７Ｖ〜１．４Ｖの電圧を印加してＣＶ充電を行った場合、定常電流密度が０．０５ｍＡ／ｃｍ2 以上１００ｍＡ／ｃｍ2 以下であることが分かる。また、ＣＶ電圧が高いほど、定常電流密度が増大していることが分かる。ここで、上述のように、定常電流とはＣＶ充電をし続けた場合に充電の速度と自然放電の速度とが略同一になった際に流れている電流値のことを指しており、実施例及び比較例においては、表２に記載の終始条件における充電態様にて充電した場合の各モードの３０分間の充電終了時における電流の値を定常電流値としている。
【００８８】
図１０は、クーロン効率と、ＣＶ電圧との関係を示すグラフである。縦軸は、クーロン効率［％］であり、横軸は、ＣＶ電圧［Ｖ］である。図１０は、実施例１〜７の評価結果を示す。図１０から、実施例１〜７の蓄電デバイスにおいては、クーロン効率は、５％以上であることが分かる。
【００８９】
実施例１，４，６，７及び比較例１，２について、消費電力と、発熱量との測定を以下のように行った。端子部にリード線を接続した測定サンプルをマルチナノカロリメーター（株式会社東京理工製「ＭＮＣ−７２１１」）の試料室（セルホルダー）に入れた。リード線は筒状ブロックを通して、外部まで延ばしておいた。ポテンショスタット（Solartron社製「Cell Test System」）を用いて、端子に、６２．５ｍＡ（１０ｍＡ／ｃｍ2 ）で電流を流してＣＣ充電し、１．３５Ｖに達した後、ＣＶ充電を行う作業を合計６０分間行った。その後、開回路状態にして、６０分間放置した。ここで、マルチナノカロリメーターの試料室と、リファレンスの試料室の温度差が電圧として検出され、その電圧をポテンショスタットのＡＵＸ端子に入力した。
【００９０】
図１１は、電圧と、時間との関係を示すグラフである。縦軸は、ＣＣ充電及びＣＶ充電における電圧［Ｖ］であり、横軸は、充電の開始から経過した時間［ｓｅｃ］である。図１１は、実施例１，４，６，７及び比較例１，２の評価結果を示す。図１１から、実施例１，４，６，７においては、充電が行なわれていることが分かる。特に、実施例６，７の蓄電デバイス１は、良好に充電が行なわれていることが分かる。
【００９１】
図１２は、電流と、時間との関係を示すグラフである。縦軸は、ＣＣ充電及びＣＶ充電における電流［Ａ］であり、横軸は、充電の開始から経過した時間［ｓｅｃ］である。図１２は、実施例１，４，６，７及び比較例１，２の評価結果を示す。図１２から、蓄電デバイス１は、ＣＶ充電において、定常電流に至ることが分かる。
【００９２】
図１３は、電力と、時間との関係を示すグラフである。縦軸は、ＣＣ充電及びＣＶ充電における電力［ｍＷ］であり、横軸は、充電の開始から経過した時間［ｓｅｃ］である。図１３は、実施例１，４，６，７及び比較例１，２の評価結果を示す。電力は、図１１及び図１２に示す電圧及び電流の値の積から算出した。図１３から、実施例１，４，６，７においては、電力が充電の開始時よりもその後の方が高く、蓄電デバイス１において充電が行われていることが分かる。したがって、本実施の形態に係る蓄電デバイス１は、供給される電力が充電により使用されていることが分かる。また、実施例６及び実施例７においては、５００秒付近で、電力が比較例１及び２よりも大きいことがわかる。したがって、実施例６，７は、５００秒付近においては比較例１及び２よりも電力の消費量が大きいことがわかる。
【００９３】
図１４及び図１５は、出力を消費電力で除した値と、時間との関係を示すグラフである。電力と、時間とを示すグラフである。図１４及び図１５において、縦軸は、ＣＣ充電及びＣＶ充電におけるマルチナノカロリメーターの出力の電圧［Ｖ］を消費電力［Ｗ］で除した値であり、横軸は、放置の開始から経過した時間［ｓｅｃ］である。図１４及び図１５は、実施例１，４，６，７及び比較例１，２の評価結果を示す。図１５は、図１４のグラフにおいて、６００秒後までの領域を拡大したグラフである。実施例１，４，６，７においては、５００秒付近において、マルチナノカロリメーターからの出力を消費電力により除した値が比較例１及び２よりも小さいことがわかる。したがって、実施例１，４，６，７においては、５００秒付近においては電力の消費量に対して発熱量が少ないことがわかる。
【００９４】
図１６は、４８０秒後における出力を消費電力で除した値を示すグラフである。図１６において、縦軸は、ＣＣ充電及びＣＶ充電におけるマルチナノカロリメーターの出力の電圧［Ｖ］を消費電力［Ｗ］で除した値であり、横軸は、実施例名及び比較例名を示す。特に実施例１，４，６，７においては、マルチナノカロリメーターからの出力を消費電力により除した値が比較例１及び２よりも小さいことがわかる。したがって、実施例１，４，６，７においては、４８０秒後においては電力の消費量に対して発熱量が少ないことがわかる。
【００９５】
図１７は、出力を消費電力で除した値と、定常電流との関係を示すグラフである。図１７において、縦軸は、マルチナノカロリメーターの出力の電圧［Ｖ］を消費電力［Ｗ］で除した値であり、横軸は、１．４Ｖで充電した場合の定常電流の値［ｍＡ］である。定常電流の値が低い場合、出力の電圧［Ｖ］を消費電力［Ｗ］で除した値が低く、比較例１及び２よりも発熱を抑制しつつ、充電が行われて、電力を消費していることが分かる。
【００９６】
更に、実施例７及び比較例１において、消費電力と、発熱量との測定を、条件を変更して、同様にマルチナノカロリメーター及びポテンショスタットを使用して行った。具体的には、実施例８については、測定サンプルの端子に、１２５ｍＡ（２０ｍＡ／ｃｍ2 ）で電流を流してＣＣ充電し、１．５２Ｖに達した後、開回路状態にして、開回路における電圧が１．０Ｖになるまで放置した。比較例１については、１４０ｍＡで５分間ＣＣ充電を行った後、開回路状態にして１時間放置した。
【００９７】
図１８及び図１９は、電力と、時間との関係を示すグラフである。縦軸は、電力［Ｗ］及びマルチナノカロリメーターの出力［ｍＶ］であり、横軸は、経過した時間［ｈｒ］である。また、図１８は、実施例７についての評価結果、図１９は、実施例１についての評価結果を示している。実施例７は、充電時において、電力消費されており、一方で、この間マルチナノカロリメーターの値は低下している。これは、充電時の反応が吸熱反応であることによる。一方、比較例１においては、充電時において、電力が消費されているが、マルチナノカロリメーターの値は上昇している。したがって、充電時に発熱していることが分かる。以上より、実施例７及び比較例１においては、同様の電力を消費しているが、実施例７では吸熱しており、比較例１では発熱していることがわかる。即ち、実施例７では発熱すること無く電力を消費することができる。
【００９８】
以上の実施例においては、蓄電デバイス１は、０．７Ｖ以上１．４Ｖ以下の電圧を印加して充電し続けた場合における定常電流密度の値が０．０５ｍＡ／ｃｍ2以上１００ｍＡ／ｃｍ2 以下である。この場合において、定常電流密度の上限値は、５０ｍＡ／ｃｍ2が好ましく、１０ｍＡ／ｃｍ2がより好ましく、５ｍＡ／ｃｍ2が更に好ましく、１ｍＡ／ｃｍ2が特に好ましい。
【００９９】
また、充電における発熱の抑制の観点から、隔膜７の細孔径は、０．００１μｍ以上であることが好ましい。また、隔膜７の細孔径は、０．５μｍ以下であることが好ましい。隔膜７の細孔径の上限値は、０．４５μｍであることがより好ましく、０．２μｍであることが更に好ましく、０．１μｍ以下であることが特に好ましい。
【０１００】
また、充電における発熱の抑制の観点から、隔膜７のガーレ値は、０．７５ｓ／１００ｍＬ以上であることが好ましい。隔膜７のガーレ値の下限値は、１．５ｓ／１００ｍＬであることがより好ましく、３ｓ／１００ｍＬであることが更に好ましい。隔膜７のガーレ値は、１０4 ｓ／１００ｍＬ未満であることが好ましい。これにより、上述のように、消費できる電力量が小さくなることを防止できる。
【０１０１】
更に、充電における発熱の抑制の観点から、隔膜７の厚みは５０μｍ以下であるのが好ましい。厚みが５０μｍ以下である場合、電流密度を高くした場合の充電エネルギー密度及び放電エネルギー密度が良好である。これにより、消費できる電力量が高くなる。隔膜７の厚みは、３０μｍ以下であるのがより好ましい。
【０１０２】
以上より、本実施の形態に係る蓄電デバイス１は、発熱を抑制して電力を消費することができることが確認された。
【０１０３】
以上のように、本開示の一実施形態に係る蓄電デバイスは、酸化還元反応により蓄電する蓄電デバイスにおいて、酸化還元反応によって価数変化を伴うイオンを含む正の電極及び負の電極と、前記正の電極及び負の電極を区画するイオン透過性の隔膜とを備え、前記正の電極と前記負の電極との間に０．７Ｖ以上１．４Ｖ以下の電圧を印加し続けた場合の定常電流密度の値が０．０５ｍＡ／ｃｍ2以上１００ｍＡ／ｃｍ2 以下であることを特徴とする。
【０１０４】
本開示の一実施形態によれば、発熱を抑制して充電を行うことができる。したがって、蓄電デバイスを、発電ブレーキ装置の発電ブレーキ抵抗器等に代えて使用することにより、発熱を抑制して、電力を消費することができる。
【０１０５】
本開示の一実施形態に係る蓄電デバイスは、前記隔膜のガーレ値は、０．７５ｓ／１００ｍＬ以上であることを特徴とする。
【０１０６】
本開示の一実施形態によれば、発熱を良好に抑制して充電を行うことができる。
【０１０７】
本開示の一実施形態に係る蓄電デバイスは、前記隔膜のガーレ値は、１０4 ｓ／１００ｍＬ未満であることを特徴とする。
【０１０８】
本開示の一実施形態によれば、供給することが可能な電流量が小さくなることを防止し、消費できる電力量が小さくなることを防止できる。
【０１０９】
本開示の一実施形態に係る蓄電デバイスは、前記隔膜は、多孔質膜、不織布、イオン交換膜、又は無機粒子が複合化している不織布であることを特徴とする。
【０１１０】
本開示の一実施形態によれば、発熱を良好に抑制して充電を行うことができる。
【０１１１】
本開示の一実施形態に係る蓄電デバイスは、前記隔膜は、０．５μｍ以下の径の孔を有することを特徴とする。
【０１１２】
本開示の一実施形態によれば、発熱を良好に抑制して充電を行うことができる。
【０１１３】
本開示の一実施形態に係る蓄電デバイスは、前記隔膜は、０．００１μｍ以上の径の孔を有することを特徴とする。
【０１１４】
本開示の一実施形態によれば、発熱を良好に抑制して充電を行うことができる。
【０１１５】
本開示の一実施形態に係る蓄電デバイスは、前記正の電極及び負の電極のイオンの価数は、２価以上５価以下である。
【０１１６】
本開示の一実施形態によれば、酸化還元反応を行う、例えばバナジウム、マンガン、チタン、鉄、クロム又は銅等のイオンの種類を組み合わせて、酸化還元反応における吸熱量を調整することができる。
【０１１７】
本開示の一実施形態に係る蓄電デバイスは、蓄電していない状態において、前記正の電極及び負の電極のイオンの価数は、等価であることを特徴とする。
【０１１８】
本開示の一実施形態によれば、作成を容易に行うことができる。
【０１１９】
本開示の一実施形態に係る蓄電デバイスは、充電に係る正の電極又は負の電極における酸化還元反応は、吸熱反応であることを特徴とする。
【０１２０】
本開示の一実施形態によれば、発熱を良好に抑制して充電を行うことができる。
【０１２１】
本開示の一実施形態に係る蓄電デバイスは、０．７Ｖ以上１．４Ｖ以下の電圧を印加して充電した後、放電した場合におけるクーロン効率が５％以上であることを特徴とする。
【０１２２】
本開示の一実施形態によれば、発熱を良好に抑制して充電を行うことができる。
【０１２３】
本開示の一実施形態に係る電力消費システムは、酸化還元反応によって価数変化を伴うイオンを含む正の電極及び負の電極、及び前記正の電極及び負の電極を区画するイオン透過性の隔膜を備え、前記酸化還元反応により蓄電し、前記正の電極と前記負の電極との間に０．７Ｖ以上１．４Ｖ以下の電圧を印加し続けた場合の定常電流密度の値が０．０５ｍＡ／ｃｍ2以上１００ｍＡ／ｃｍ2 以下である蓄電デバイスと、該蓄電デバイスに供給される電流値を検出する電流計と、前記蓄電デバイスに印加される電圧値を検出する電圧計とを備えることを特徴とする。
【０１２４】
本開示の一実施形態によれば、電流計及び電圧計が検出する値に基づいて、蓄電デバイスに印加される電圧を変更し、発熱を抑制するように充電を行うことができる。また、蓄電デバイスは、正の電極と前記負の電極との間に０．７Ｖ以上１．４Ｖ以下の電圧を印加し続けた場合の定常電流密度の値が０．０５ｍＡ／ｃｍ2以上１００ｍＡ／ｃｍ2 以下であるので、発熱を抑制して充電を行うことができる。したがって、電力消費システムは、発熱を抑制して、電力を消費することができる。また、蓄電デバイスを薄く形成することができ、電力消費システム全体を小型化することができる。
【０１２５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本開示の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１２６】
１  蓄電デバイス
１０  電流計
１２  電圧計
５０  正の電極
６０  負の電極
７  隔膜
１００  電力消費システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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