(57)【要約】【課題】電解液の不純物を効率よく除去できるレドックスフロー電池を提供する。【解決手段】ＲＦ電池１Ａは、正極電極を内蔵する正極セル１０２と、負極電極を内蔵する負極セル１０３と、各極セル１０２、１０３の間に介在される隔膜１０１とを有する電池セル１００ｃを具え、正極電解液及び負極電解液を各極セル１０２、１０３に供給して充放電を行う。ＲＦ電池１Ａは、各極電解液を濾過するフィルタ用セル１０を具える。フィルタ用セル１０は、電池セル１００ｃと同様の構造で構成され、正極電解液を濾過する正極電解液用フィルタを内蔵する正極フィルタセル１２と、負極電解液を濾過する負極電解液用フィルタを内蔵する負極フィルタセル１３と、各極フィルタセル１２、１３を区画するセパレータ１１とを具える。正極電解液用フィルタ及び負極電解液用フィルタは、正極電極及び負極電極よりも電解液の不純物を除去する濾過特性に優れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極電極を内蔵する正極セルと、負極電極を内蔵する負極セルと、正極セルと負極セルの間に介在される隔膜とを有する電池セルを具え、正極電解液及び負極電解液を各極セルに供給して充放電を行うレドックスフロー電池であって、
前記各極セルに供給する各極電解液を貯留する各極電解液用タンクと、
前記各極電解液を前記各極電解液用タンクから前記各極セルに送る往路管と、前記各極電解液を前記各極セルから前記各極電解液用タンクに戻す復路管とを有する各循環経路と、
前記各循環経路のそれぞれに設けられ、各極電解液を循環させるポンプと、
前記各極セルに供給される各極電解液を濾過するフィルタ用セルとを具え、
前記フィルタ用セルは、前記電池セルと同様の構造で構成されて、
前記正極電解液が流通して当該正極電解液を濾過する正極電解液用フィルタを内蔵する正極フィルタセルと、
前記負極電解液が流通して当該負極電解液を濾過する負極電解液用フィルタを内蔵する負極フィルタセルと、
前記正極フィルタセルと負極フィルタセルとを区画するセパレータとを具え、
前記正極電解液用フィルタ及び負極電解液用フィルタは、前記電池セルの正極電極及び負極電極よりも不純物を除去する濾過特性に優れることを特徴とするレドックスフロー電池。
【請求項２】
前記フィルタ用セルが、前記循環経路の途中に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレドックスフロー電池。
【請求項３】
前記フィルタ用セルが、前記往路管の途中に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のレドックスフロー電池。
【請求項４】
前記フィルタ用セルの各極電解液用フィルタの詰まり具合を検出する検出手段を具えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池。
【請求項５】
前記循環経路において、前記フィルタ用セルの各極電解液の流入側と流出側とをそれぞれバイパスするバイパス管と、
前記バイパス管と前記循環経路との接続箇所に取り付けられる三方弁とを具えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レドックスフロー電池に関するものである。特に、電解液の不純物を効率よく除去できるレドックスフロー電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、地球温暖化への対策として、風力や太陽光などの再生可能エネルギーを利用した風力発電や太陽光発電の導入が世界的に推進されている。これらの発電出力は天候に影響されるため、再生可能エネルギーを利用した発電の大量導入は、電力系統の周波数や電圧の維持を困難にさせるという問題を招く。この問題の対策の一つとして、大容量の蓄電池を設置して、出力変動の平滑化、余剰電力の貯蓄、負荷平準化などを図ることが期待される。
【０００３】
大容量の蓄電池の一つにレドックスフロー電池（ＲＦ電池）がある。ＲＦ電池は、正極電解液に含まれるイオンと負極電解液に含まれるイオンの酸化還元電位の差を利用して充放電を行う電池である。図７のＲＦ電池の動作原理図に示すように、ＲＦ電池１００は、正極電極１０４を内蔵する正極セル１０２と、負極電極１０５を内蔵する負極セル１０３と、イオン透過膜からなり各極セル１０２、１０３を区画する隔膜１０１とを具える電池セル１００ｃを具える。各極電極１０４、１０５は、カーボンフェルトからなるものが代表的である。
【０００４】
各極セル１０２、１０３には、それぞれに供給する各極電解液を貯留する各極電解液用タンク１０６、１０７が、各極電解液を各極電解液用タンク１０６，１０７から各極セル１０２、１０３に送る往路管１０８、１０９と、及び各極電解液を各極セル１０２、１０３から各極電解液用タンク１０６、１０７に戻す復路管１１０、１１１とを有する各循環経路１００ｐ、１００ｎを介して接続されている。各極電解液用タンク１０６、１０７に貯留される電解液は、ポンプ１１２、１１３により各極セル１０２、１０３に循環される。
【０００５】
ＲＦ電池１００に使用される各極電解液は、例えば、ＲＦ電池１００の組立の途中でゴミなどの不純物が混入したり、充放電の繰り返しに伴い、電池セル１００ｃ、循環経路１００ｐ、１００ｎ、或いは各極電解液用タンク１０６、１０７などの構成材料が次第に溶出し、不純物として析出したりする場合がある。不純物が混入した電解液を使用してＲＦ電池１００を運転（充放電）すると、不純物が各極電極１０４、１０５に付着する。その結果、電解液の流れを阻害して圧力損失が増加したり、電池セルの内部抵抗が上昇したりして電池性能が低下する。
【０００６】
それを解消するための技術として、特許文献１には、ＲＦ電池の運転前に、フィルタを用いて各極電解液を濾過することで不純物を除去すること、または、予め、ＲＦ電池の電池セルと同じ構造を有する濾過用セルを用いて充放電を行うことで不純物を除去することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３６７６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、ＲＦ電池の運転中において、充放電の繰り返しに伴い不純物が析出し、電池性能の低下を招く虞がある。そこで、ＲＦ電池の運転前だけでなく、ＲＦ電池の運転中においても、電解液中の不純物を除去することが望まれている。一方で、ＲＦ電池の運転中に効率的に不純物を除去する具体的な構成、特にＲＦ電池の運転に支障を来すことなく不純物を除去する具体的な構成は提案されていない。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、電解液の不純物を効率よく除去できるレドックスフロー電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明レドックスフロー電池は、正極電極を内蔵する正極セルと、負極電極を内蔵する負極セルと、正極セルと負極セルの間に介在される隔膜とを有する電池セルを具え、正極電解液及び負極電解液を各極セルに供給して充放電を行う。レドックスフロー電池は、さらに、各極電解液用タンクと、各循環経路と、ポンプと、フィルタ用セルとを具える。各極電解液用タンクは、各極セルに供給する各極電解液を貯留する。各循環経路は、各極電解液を各極電解液用タンクから各極セルに送る往路管と、各極電解液を各極セルから各極電解液用タンクに戻す復路管とを有する。ポンプは、各循環経路のそれぞれに設けられ、各極電解液を循環する。フィルタ用セルは、各極セルに供給される各極電解液を濾過するためのもので、電池セルと同様の構造で構成される。具体的には、正極フィルタセルと、負極フィルタセルと、セパレータとを具える。正極フィルタセルは、正極電解液が流通して当該正極電解液を濾過する正極電解液用フィルタを内蔵する。負極フィルタセルは、負極電解液が流通して当該負極電解液を濾過する負極電解液用フィルタを内蔵する。セパレータは、正極フィルタセルと負極フィルタセルとを区画する。そして、正極電解液用フィルタ及び負極電解液用フィルタは、電池セルの正極電極及び負極電極よりも不純物を除去する濾過特性に優れる。
【００１１】
本発明レドックスフロー電池によれば、電池セルに供給される各極電解液を濾過するフィルタ用セルが、電池セルの各極電極よりも不純物を除去する濾過特性に優れる各極電解液用フィルタを具えることで、各極電解液の不純物を効率よく除去できる。そのため、各極電極に不純物が付着することを抑制できるので、内部抵抗の上昇を抑制でき、加えて、電解液の流れを阻害することがないので圧力損失の増加を抑制できる。その結果、電池特性の低下を抑制できる。また、フィルタ用セルは電池セルと同様の構造で構成されているため、電解液の漏洩を防止できる。
【００１２】
本発明レドックスフロー電池の一形態として、上記フィルタ用セルが、上記循環経路の途中に設けられていることが挙げられる。
【００１３】
上記の構成によれば、電池セルに各極電解液を流通させるためのポンプで、フィルタ用セルに各極電解液を流通させることができる。即ち、ポンプを電池セルとフィルタ用セルとで共用できるので、レドックスフロー電池の構成を簡略化できる。
【００１４】
本発明レドックスフロー電池の一形態として、上記フィルタ用セルが、上記循環経路のうち、上記往路管の途中に設けられていることが挙げられる。
【００１５】
上記の構成によれば、電池セルに供給される各極電解液は、各極電解液用タンクから送られて電池セル内に流通されるまでの間に濾過されて不純物が除去されるので、電池セル内には常に不純物が除去された各極電解液を流通させることができる。そのため、各極電極に不純物が付着することを一層抑制できる。
【００１６】
本発明レドックスフロー電池の一形態として、上記フィルタ用セルの各極電解液用フィルタの詰まり具合を検出する検出手段を具えることが挙げられる。
【００１７】
上記の構成によれば、各極電解液用フィルタの詰まり具合を把握でき、フィルタの交換時期を把握できる。
【００１８】
本発明レドックスフロー電池の一形態として、上記フィルタ用セルが上記循環経路の途中に設けられる場合、当該循環経路において、フィルタ用セルの各極電解液の流入側と流出側とをそれぞれバイパスするバイパス管と、バイパス管と循環経路との接続箇所に取り付けられる三方弁とを具えることが挙げられる。
【００１９】
上記の構成によれば、フィルタ用セルが目詰まりして電池セルへの電解液の供給量が減少する場合が生じても、バイパス管を具えることで電池セルへの各極電解液の供給量を確保できる。また、バイパス管と循環経路との接続箇所に三方弁を具えることで、各極電解液用フィルタの目詰まりによりフィルタ用セルの各極電解液用フィルタを交換する必要が生じた場合、電池セルの充放電（運転）を停止することなく、各極電解液用フィルタを交換できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のレドックスフロー電池は、各極電解液の不純物を効率よく除去できるので、電池セルの内部抵抗の上昇を抑制でき、電池効率の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態１に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。
【図２】実施形態２に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。
【図３】実施形態３に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。
【図４】実施形態４に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。
【図５】実施形態５に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。
【図６】実施形態６に係るレドックスフロー電池の概略構成図である。
【図７】レドックスフロー電池の動作原理図である。
【図８】セルスタックの概略構成図である。
【図９】試験例において、レドックスフロー電池の連続運転日数と内部抵抗率との関係を示すグラフであって、（Ａ）は実施形態３に係るレドックスフロー電池の場合を示し、（Ｂ）は従来のレドックスフロー電池の場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明レドックスフロー電池の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明レドックスフロー電池の基本的な構成は、従来のレドックスフロー電池と同様である。従って、まず、レドックスフロー電池の基本的な構成を説明する。その後、各実施形態の固有の構成についてそれぞれ図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
《レドックスフロー電池の共通構成》
［全体構成］
図７は、各実施形態のＲＦ電池のうち、共通する構成を有する部分を示す動作原理図である。図７のＲＦ電池１００は、代表的には、交流／直流変換器を介して、発電部（例えば、太陽光発電機、風力発電機、その他、一般の発電所など）や変電設備を含む電力系統に接続され、発電部を電力供給源として充電を行い、負荷を電力提供対象として放電を行なう。このＲＦ電池１００は、従来のＲＦ電池と同様に、電池セル１００ｃと、この電池セル１００ｃに電解液を循環させる循環機構（タンク、配管、ポンプ）とを具える。
【００２４】
［電池セルと循環機構］
ＲＦ電池１００に備わる電池セル１００ｃは、正極電極１０４を内蔵する正極セル１０２と、負極電極１０５を内蔵する負極セル１０３と、各極セル１０２，１０３を区画すると共にイオンを透過する隔膜１０１と、を具える。代表的には、各極電極は、カーボンフェルトからなるものが挙げられ、隔膜は、陽イオン交換膜や陰イオン交換膜といったイオン交換膜が挙げられる。
【００２５】
正極セル１０２には、正極セル１０２に供給する正極電解液を貯留する正極電解液用タンク１０６が、正極電解液用タンク１０６から正極セル１０２に正極電解液を送る往路配管１０８と、正極セル１０２から正極電解液用タンク１０６に正極電解液を戻す復路配管１１０とを有する循環経路１００ｐを介して接続される。同様に、負極セル１０３には、負極セル１０３に供給する負極電解液を貯留する負極電解液用タンク１０７が、負極電解液用タンク１０７から負極セル１０３に負極電解液を送る往路配管１０９と、負極セル１０３から負極電解液用タンク１０７に負極電解液を戻す復路配管１１１とを有する循環経路１００ｎを介して接続される。往路管１０８，１０９には、各極電解液を循環させるためのポンプ１１２，１１３を具える。電池セル１００ｃは、各循環経路１００ｐ、１００ｎ、各ポンプ１１２，１１３を利用して、正極セル１０２（正極電極１０４）、負極セル１０３（負極電極１０５）にそれぞれ正極電解液用タンク１０６の正極電解液、負極電解液用タンク１０７の負極電解液を循環供給して、各極の電解液中の活物質となる活物質イオンの価数変化反応に伴って充放電を行なう。図７に示すＲＦ電池１００では、各極電解液にバナジウムイオン水溶液を用いた場合を例に挙げている。また、図７中の電池セル１００ｃ内の実線矢印は充電反応を、破線矢印は放電反応をそれぞれ示す。
【００２６】
電池セル１００ｃは通常、図８に示すように、複数積層されたセルスタック２００と呼ばれる形態で利用される。電池セル１００ｃを構成する各極セル１０２，１０３は、一面に正極電極１０４、他面に負極電極１０５が配置される双極板２１１と、電解液を供給する給液孔２１３、２１４及び電解液を排出する排液孔２１５、２１６を有し、かつ双極板２１１の外周に形成される枠体２１２とを具えるセルフレーム２１０を用いた構成が代表的である。複数のセルフレーム２１０を積層することで、給液孔２１３、２１４及び排液孔２１５、２１６は電解液の流路を構成し、この流路は各管１０８〜１１１に接続される。セルスタック２００は、セルフレーム２１０、正極電極１０４、隔膜１０１、負極電極１０５、セルフレーム２１０、…と順に繰り返し積層されて構成される。代表的には、双極板は、プラスチックカーボンからなるもの、セルフレームの枠体は、塩化ビニルなどの樹脂からなるものが挙げられる。そして、両側に一対のエンドプレート２２０を配置して、ボルトなどの締付部材２３０で両エンドプレート２２０を締め付けることで構成されている。
【００２７】
［電解液］
このＲＦ電池１００に用いられる正極電解液および負極電解液は、以下の（１）〜（５）のいずれかとすることが挙げられる。
（１）正極用電解液は、マンガンイオンを含有し、負極用電解液は、チタンイオン、バナジウムイオン、クロムイオン、亜鉛イオン、及びスズイオンから選択される少なくとも一種の金属イオンを含有する。
（２）正極用電解液は、マンガンイオン及びチタンイオンの双方を含有し、負極用電解液は、チタンイオン、バナジウムイオン、クロムイオン、亜鉛イオン、及びスズイオンから選択される少なくとも一種の金属イオンを含有する。
（３）正極用電解液及び負極用電解液は、マンガンイオン及びチタンイオンの双方を含有する。
（４）正極用電解液及び負極用電解液は、バナジウムイオンを含有する。
（５）正極用電解液は、鉄イオンを含有し、負極用電解液は、チタンイオン、バナジウムイオン、クロムイオン、亜鉛イオン、及びスズイオンから選択される少なくとも一種の金属イオンを含有する。
【００２８】
そうすることで、好ましいＲＦ電池１００を構成することができる。特に、上記（１）、（２）の電解液として、正極活物質にマンガンイオン、負極活物質に上記列挙したチタンイオンやバナジウムイオンなどを用いることで、高い起電力が得られる。上記（３）の電解液として、正極活物質にマンガンイオン、負極活物質にチタンイオンを用いることで、高い起電力が得られる。更に、上記（２）、（３）の電解液において正極活物質をマンガンイオンとし、別途チタンイオンを含有することで、高い起電力が得られる上に、電池抵抗の増加につながる析出物の発生を効果的に抑制することができる。上記電解液（５）としては、正極電解液が鉄イオンを含有し、負極電解液がクロムイオンを含有する構成が好適である。
【００２９】
電解液の溶媒としては、Ｈ２ＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、Ｈ４Ｐ２Ｏ７、Ｋ２ＰＯ４、Ｎａ３ＰＯ４、Ｋ３ＰＯ４、ＨＮＯ３、ＫＮＯ３、及びＮａＮＯ３から選択される少なくとも一種の水溶液を利用することができる。
【００３０】
《実施形態１》
実施形態１では、図１に示すようにＲＦ電池１Ａは、上述の基本的な構成に、さらに各極電解液を濾過して電解液中の不純物を除去するフィルタ用セル１０を具える。本発明の特徴は、各極電解液を濾過するフィルタ用セル１０の構造にある。以下、この特徴点を中心に説明する。ここでは、フィルタ用セル１０の各極電解液の循環経路と電池セル１００ｃの各極電解液の循環経路とが別経路である場合を例に説明する。
【００３１】
［フィルタ用セルと循環機構］
フィルタ用セル１０の基本的な構成は、電池セル１００ｃと同様の構造であり、図１に示すように、正極電解液が流通される正極フィルタセル１２と、負極電解液が流通される負極フィルタセル１３と、各極フィルタセルを区画するセパレータ１１とを具える。そして、正極フィルタセル１２は、図８に示す、正極電解液を濾過する正極電解液用フィルタ１４が内蔵され、負極フィルタセル１３は、負極電解液を濾過する負極電解液用フィルタ１５が内蔵される。但し、各極電解液用フィルタ１４、１５に具わる特性が、各極電極１０４、１０５とは異なる。
【００３２】
正極電解液用フィルタ１４及び負極電解液用フィルタ１５の構成材料や構造は、それぞれ正極電極１０４及び負極電極１０５よりも濾過特性に優れるものを使用する。各極電解液用フィルタ１４、１５の構成材料としては、特に導電性などは問わず、各極セル１０２、１０３に内蔵される各極電極１０４、１０５のように充放電に適した材料で構成されていなくてもよく、各極電極１０４、１０５よりも導電率の低い材料、または絶縁性材料で構成されていてもよい。例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）や、カーボンなどが挙げられる。また、各極電解液用フィルタ１４、１５の構造としては、各極電極１０４、１０５よりも各極電解液用フィルタ１４，１５の方が、各極電解液に混入、または析出した不純物を除去できるものであればよい。例えば、各極電極１０４、１０５よりも電解液を通過させ易い構造を有するもの、不純物を通過させ難い構造を有するもの、或いは、不純物が付着し易いものなどが挙げられる。具体的には、孔径が１００μｍ以下、または各極電極１０４、１０５の表面積の２倍以上の表面積の少なくとも一方を具えるメッシュやフェルトなどが挙げられる。特に、孔径は１０μｍ以下が好ましく、表面積は５倍以上、更には１０倍以上が好ましい。
【００３３】
セパレータ１１は、正極フィルタセル１２と負極フィルタセル１３の各極の電解液が混合しないものでできていればよい。例えば、プラスチックシートが挙げられ、電池セル１００ｃに具わる隔膜１０１と同じイオン交換膜などでもよい。
【００３４】
フィルタ用セル１０は、電池セル１００ｃと同様、図８に示すように複数積層された形態（セルスタック２０）として利用することができる。フィルタ用セル１０を構成する各極フィルタセル１２、１３は、電池セル１００ｃの各極セル１０２、１０３と同様に、一面に正極電解液用フィルタ１４、他面に負極電解液用フィルタ１５が配置される双極板２１１と、電解液を供給する給液孔２１３、２１４及び電解液を排出する排液孔２１５、２１６を有し、かつ双極板２１１の外周に形成される枠体２１２とを具えるセルフレーム２１０を用いた構成が挙げられる。複数のセルフレーム２１０を積層することで、給液孔２１３、２１４及び排液孔２１５、２１６は電解液の流路を構成する。セルスタック２０は、セルフレーム２１０、正極電解液用フィルタ１４、セパレータ１１、負極電解液用フィルタ１５、セルフレーム２１０、…と順に繰り返し積層されて構成される。双極板２１１及びセルフレーム２１０の枠体２１２の構成材料は、上述と同じ材料を使用する。そして、セルスタック２００と同様に、両側に一対のエンドプレート２２０を配置して、ボルトなどの締付部材２３０で両エンドプレート２２０を締め付けることで構成されている。
【００３５】
正極フィルタセル１２は、電池セル１００ｃの正極セル１０２に供給される正極電解液と共通の電解液が流通される。同様に、負極フィルタセル１３は、電池セル１００ｃの負極セル１０３に供給される負極電解液と共通の電気液が流通される。即ち、フィルタ用セル１０の正極フィルタセル１２と負極フィルタセル１３は、それぞれ正極電解液用タンク１０６と負極電解液用タンク１０７からそれぞれ電解液が供給される。
【００３６】
本例では、電池セル１００ｃとは別の循環経路を具える。具体的には、正極フィルタセル１２には、正極電解液用タンク１０６が、正極セル１０２に接続される往路管１０８と復路管１１０とは別の往路管３１と復路管３３とを有する循環経路３０ｐを介して接続されている。一方、負極フィルタセル１３には、負極電解液用タンク１０７が、負極セル１０３に接続される往路管１０９と復路管１１１とは別の往路管３２と復路管３４とを有する循環経路３０ｎを介して接続されている。各往路管３１、３２には、フィルタ用セル１０に各極電解液を循環させるポンプ３５、３６を具える。フィルタ用セル１０は、各循環経路３０ｐ、３０ｎと、各ポンプ３５，３６を利用して、電池セル１００ｃに供給される各極電解液と共通の電解液を各極電解液用タンク１０６、１０７から各極フィルタセル１２、１３に循環して電解液を濾過し、電解液に混入した不純物を除去する。濾過された各極電解液は、各極電解液用タンク１０６、１０７に戻される。
【００３７】
以上説明した実施形態１の構成によれば、各極電極１０４、１０５よりも濾過特性に優れる各極電解液用フィルタ１４、１５を内蔵するフィルタ用セル１０を具えることで、電池セル１００ｃに供給される各極電解液に混入、または析出した不純物を効率よく除去できるため、各極セル１０２、１０３に内蔵される各極電極１０４、１０５に不純物が付着するのを抑制できる。また、電池セル１００ｃとは別の循環経路を具えて各極電解液を濾過するので、電池セル１００ｃの充放電（運転）を停止することなくフィルタ用セル１０の各極電解液用フィルタ１４、１５を交換できる。フィルタ用セル１０は、電池セル１００ｃと同じ構造をしているため、電解液の漏洩を防止できる。加えて、電池セル１００ｃと共通の部材（例えばセルフレームや隔膜など）で構成されるので、コストを低減できる。
【００３８】
《実施形態２》
図２に示す実施形態２のＲＦ電池１Ｂは、実施形態１と同様に、上述の基本的な構成と、フィルタ用セル１０とを具える。但し、フィルタ用セル１０を設ける箇所が実施形態１と相違する。ここでは、フィルタ用セル１０の各極電解液の循環経路と電池セル１００ｃの各極電解液の循環経路とが同じ経路を辿る。即ち、ＲＦ電池１Ｂは、フィルタ用セル１０を電池セル１００ｃの各極電解液の循環経路の途中に設ける。より具体的には、電池セル１００ｃから各極電解液用タンク１０６、１０７に各極電解液を戻す復路管１１０、１１１の途中に設ける。ここでは、電池セル１００ｃに各極電解液を循環するために利用する各循環経路１００ｐ、１００ｎと、各ポンプ１１２、１１３とを利用して、各極電解液用タンク１０６、１０７から送られて電池セル１００ｃを通過した各極電解液を、フィルタ用セル１０の各極フィルタセル１２、１３に通過させて各極電解液を濾過し、不純物を除去する。そして、不純物が除去された各極電解液が各極電解液用タンク１０６、１０７に戻される。
【００３９】
この構成によれば、電池セル１００ｃとフィルタ用セル１０の各極電解液の循環経路が共通しているので、電池セル１００ｃに各極電解液を循環させるポンプ１１２、１１３で、フィルタ用セル１０に各極電解液を流通させることができる。即ち、ポンプ１１２、１１３を電池セル１００ｃとフィルタ用セル１０とで共用できる。そのため、各極電解液の不純物を除去できるＲＦ電池１Ｂの構成を簡略化できる。
【００４０】
《実施形態３》
図３に示す実施形態３のＲＦ電池１Ｃは、基本的な構成は実施形態２と同様であるが、フィルタ用セル１０を設ける箇所が、実施形態２と相違する。具体的には、本例のＲＦ電池１Ｃは、各極電解液用タンク１０６、１０７から各極セル１０２、１０３（電池セル１００ｃ）に各極の電解液を送る往路管１０８、１０９の途中にフィルタ用セル１０を設ける。つまり、フィルタ用セル１０は、電池セル１００ｃに各極電解液を循環するために利用する各管１０８〜１１１と、各ポンプ１１２、１１３とを利用して、各極電解液用タンク１０６、１０７から各極電解液を各極フィルタセル１２、１３に通過させて各極電解液を濾過し、不純物を除去する。そして、不純物が除去された各極電解液が続けて電池セル１００ｃの各極セル１０２、１０３に供給されて、充放電が行われる。その後、各極電解液用タンク１０６、１０７に戻される。
【００４１】
この構成によれば、電池セル１００ｃに供給される各極電解液は、各極電解液用タンク１０６、１０７から送られて電池セル１００ｃ内に流通されるまでの間に濾過されるので、電池セル１００ｃ内には常に不純物が除去された各極電解液を流通させることができる。そのため、各極電極１０４、１０５に不純物が付着することを一層抑制できる。
【００４２】
《実施形態４》
図４に示す実施形態４のＲＦ電池１Ｄは、実施形態２と実施形態３を組み合わせたような構成である。つまり、ＲＦ電池１Ｄは、往路管１０８、１０９の途中と復路管１１０、１１１の途中の双方にフィルタ用セル１０を具える。ここでは、上記双方にそれぞれ一つずつフィルタ用セル１０を設けた。
【００４３】
この構成によれば、往路管１０８、１０９と復路管１１０、１１１のそれぞれにフィルタ用セル１０を設けることで、仮に一方のフィルタ用セル１０が故障した場合でも、他方のフィルタ用セル１０で電解液の不純物を除去できる。
【００４４】
《実施形態５》
図５に示す実施形態５のＲＦ電池１Ｅは、実施形態３のＲＦ電池１Ｃに対して、さらにフィルタ用セル１０の詰まり具合を検出する検出手段を具える。即ち、フィルタ用セル１０は、往路管１０８、１０９の途中に設けている。
【００４５】
ＲＦ電池１Ｅに具わる検出手段としては、フィルタ用セル１０内に流通する電解液の流量を検出するための流量センサ４１、４２（流量計）、または、流量変化に伴い変化する電解液の圧力を検出するための圧力センサ（圧力計）などが挙げられる。この検出手段を用いて、フィルタ用セル１０の各極電解液用フィルタ１４、１５の交換時期を把握できる。
【００４６】
具体的には、予め、目詰まりしていない各極電解液用フィルタ１４、１５におけるポンプの出力と流量、或いはポンプの出力と圧力との相関データを求めておき、検出手段による検出結果がその相関データから一定以上の乖離があれば各極電解液用フィルタ１４、１５の目詰まりと判断し、各極電解液用フィルタ１４、１５を交換すればよい。特に、ＲＦ電池１Ｅは、上記相関データをメモリにテーブルとして記憶しておく記憶手段と、記憶手段から相関データを呼び出し、検出結果と比較して各極電解液用フィルタ１４、１５が目詰まりしているかどうかを判定する判定手段とを具える処理装置を具えておくことが好ましい。加えて、判定結果を作業者に知らせるモニタなどの表示装置などの確認手段を具えておくとさらによい。そうすれば、検出手段による検出結果と相関データとの比較から、容易に各極電解液用フィルタ１４、１５の交換時期が把握できる。
【００４７】
ここでは、流量センサ４１、４２を、各往路管１０８、１０９において、フィルタ用セル１０の各極電解液の流入側に設ける。流量センサ４１、４２には市販のものを使用することができる。
【００４８】
この構成によれば、実施形態３の効果に加え、流量センサの検出結果からフィルタ用セル１０の詰まり具合を把握できるので、フィルタ用セル１０の各極電解液用フィルタ１４、１５の交換時期を把握できる。
【００４９】
《実施形態６》
図６に示す実施形態６のＲＦ電池１Ｆは、実施形態５のＲＦ電池１Ｅに対し、さらに往路管１０８、１０９において、フィルタ用セル１０の各極電解液の流入側と流出側とをバイパスするバイパス管５１、５２と、往路管１０８、１０９とバイパス管５１、５２との接続箇所に取り付けられる三方弁６１〜６４とを具える。即ち、フィルタ用セル１０は、往路管１０８、１０９の途中に設けられ、フィルタ用セル１０の詰まり具合を検出する検出手段（流量センサ４１、４２）が、往路管１０８、１０９において、フィルタ用セル１０の各極電解液の流入側に設けられている。
【００５０】
バイパス管５１、５２の一端は、往路管１０８、１０９において、流量センサ４１、４２とフィルタ用セル１０の流入側との間に接続される。一方、バイパス管５１、５２の他端は、往路管１０８、１０９において、フィルタ用セル１０の流出側と、電池セル１００ｃの流入側との間に接続される。パイパス管５１、５２と往路管１０８、１０９との各接続箇所は、三方弁６１〜６４が取り付けられている。三方弁６１〜６４は、流量センサ４１、４２の検出結果に基づいて切り換えるようにバルブ制御手段により制御するとよい。
【００５１】
具体的には、流量センサ４１、４２の検出結果が所定値以上、即ち、フィルタ用セル１０の各極電解液用フィルタ１４、１５が詰まっておらず、電池セル１００ｃへの各極電解液の供給量が所定値以上の場合、バイパス管５１、５２に各極電解液が流通しないように、バイパス管５１、５２側の弁を閉じた状態に三方弁６１〜６４を制御する。逆に、流量センサ４１、４２の検出結果が所定値未満の場合、即ち、フィルタ用セル１０の各極電解液用フィルタ１４、１５が目詰まりし、電池セル１００ｃへの各極電解液の供給量が所定値未満となった場合、フィルタ用セル１０への各極電解液の供給を遮断してバイパス管５１、５２に各極電解液が流通するように、バイパス管５１、５２側の弁を開いた状態に三方弁６１〜６４を制御すればよい。そして、その間にフィルタ用セル１０の各極電解液用フィルタ１４，１５を交換すればよい。つまり、上記供給量が所定値以上の場合、各極電解液は、各極電解液用タンク１０６、１０７からフィルタ用セル１０を通過して不純物が濾過され、濾過された各極電解液が電池セル１００ｃの各極セル１０２、１０３に供給される。一方、上記供給量が所定値未満の場合、各極電解液は、各極電解液用タンク１０６、１０７からバイパス管５１，５２を通って電池セル１００ｃの各極セル１０２、１０３に供給される。
【００５２】
この構成によれば、実施形態５の効果に加え、フィルタ用セル１０の各極電解液用フィルタ１４、１５が各極電解液を濾過するに伴い、次第に目詰まりして電池セル１００ｃへの電解液の供給量が減少しても、三方弁を切り換えてバイパス管５１、５２に電解液を流通させることで、電池セルへの電解液の供給量を確保することができる。そして、フィルタ用セル１０の各極電解液用フィルタ１４、１５を交換する際、フィルタ用セル１０への各極電解液の供給を遮断してバイパス管５１、５２に各極電解液を流通させることで、電池セル１００ｃの充放電（ＲＦ電池１Ｆの運転）を停止することなく、各極電解液用フィルタ１４、１５を交換できる。
【００５３】
《試験例》
試験例として、フィルタ用セルを具えるＲＦ電池と、上述の基本的な構成のみを具えフィルタ用セルを具えない従来のＲＦ電池とに対し、連続運転を行い、各ＲＦ電池の電池セルの内部抵抗率を比較した。フィルタ用セルを具えるＲＦ電池として、ここでは、実施形態３のＲＦ電池１Ｃ（図３）を使用した。そして、ＲＦ電池１Ｃにおけるフィルタ用セル１０の各極電解液用フィルタ１４、１５に、電池セル１００ｃの各極電極１０４、１０５の表面積の約１０倍の表面積を有するカーボン製のフェルトを用いた。ＲＦ電池１Ｃの結果を図９の（Ａ）に示し、従来のＲＦ電池の結果を図９の（Ｂ）に示す。
【００５４】
《結果》
ＲＦ電池１Ｃの場合、連続運転日数が長くなっても電池セルの内部抵抗が殆ど変化せず、運転開始時に約１．３Ω・ｃｍ２であった内部抵抗率は、連続運転日数が約１００日経過した後も同様であった。一方、従来のＲＦ電池の場合、連続運転日数が長くなるにつれて電池セルの内部抵抗率が徐々に上昇し、運転開始時に約１．３Ω・ｃｍ２であった内部抵抗率は、連続運転日数が約１００日経過した頃には、１．４Ω・ｃｍ２超となり、０．１Ω・ｃｍ２以上上昇した。このような結果となったのは、ＲＦ電池１Ｃは、フィルタ用セル１０で、各極電解液の不純物を除去でき、電池セルの各極電極に不純物が付着するのを抑制できたためであると考えられる。一方、従来のＲＦ電池は、日が経つにつれて電池セルの充放電に伴い各極電解液に析出した不純物が、電池セルの各極電極に付着したためであると考えられる。
【００５５】
また、ＲＦ電池１Ｃにおいて、電解液を濾過するためのフィルタとしてフィルタ用セル１０の代わりに電池セル１００ｃを設けて同様に連続運転した場合、連続運転日数に対して内部抵抗率の上昇する割合は図９の（Ｂ）よりも低いものの、内部抵抗率が上昇し、１００日よりも更に日が経つと、徐々に上記従来のＲＦ電池の内部抵抗率に近づくと考えられる。このような結果となるのは、各極電極１０４、１０５では各極電解液のある程度までしか不純物を除去できないからだと考えられる。
【００５６】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、上述した実施の形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能である。例えば、各極電解液用フィルタ１４、１５は、導電性を有するもので構成されていてもよい。その場合、各極電解液用フィルタ１４、１５に荷電して電気的に不純物を吸着させ易くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明のＲＦ電池は、太陽光発電、風力発電などの新エネルギーの発電に対して、発電出力の変動の安定化、発電電力の余剰時の蓄電、負荷平準化などを目的とした用途に好適に利用することができる。そして、本発明ＲＦ電池は、一般的な発電所などに併設されて、瞬低・停電対策や負荷平準化を目的とした大容量の蓄電池としても好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ  レドックスフロー電池
１０  フィルタ用セル
１１  セパレータ  １２  正極フィルタセル  １３  負極フィルタセル
１４  正極電解液用フィルタ  １５  負極電解液用フィルタ
２０  セルスタック
３０ｐ、３０ｎ  循環経路
３１、３２  往路管  ３３、３４  復路管  ３５、３６  ポンプ
４１、４２  流量センサ（流量計）
５１、５２  バイパス管
６１、６２、６３、６４  三方弁
１００  レドックスフロー電池
１００ｃ  電池セル
１０１  隔膜  １０２  正極セル  １０３  負極セル
１０４  正極電極  １０５  負極電極
１０６  正極電解液用タンク  １０７  負極電解液用タンク
１００ｐ、１００ｎ  循環経路
１０８、１０９  往路管  １１０、１１１  復路管  １１２、１１３  ポンプ
２００  セルスタック
２１０  セルフレーム  ２１１  双極板  ２１２  枠体
２１３、２１４  給液孔  ２１５、２１６  排液孔
２２０  エンドプレート  ２３０  締付部材
【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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