(57)【要約】［課題］一定の電圧で充放電を行うことができるレドックスフロー電池及びその運転方法を提供する。［解決手段］正極電解液及び負極電解液が供給される電池セルと、未充電の正極電解液を貯留する未充電正極電解液タンクと、充電済みの正極電解液を貯留する充電済正極電解液タンクと、未充電の負極電解液を貯留する未充電負極電解液タンクと、充電済みの負極電解液を貯留する充電済負極電解液タンクとを備え、充電時には、未充電正極電解液タンクから正極電解液タンクを介して充電済正極電解液タンクへ正極電解液を移動させるとともに、未充電負極電解液タンクから負極電解液タンクを介して充電済負極電解液タンクへ負極電解液を移動させ、放電時には、充電済正極電解液タンクから正極電解液タンクを介して正極セル未充電正極電解液タンクへ正極電解液を移動させるとともに、充電済負極電解液タンクから負極電解液タンクを介して未充電負極電解液タンクへ負極電解液を移動させる。
2020130014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極電解液が供給される正極セルと、負極電解液が供給される負極セルと、を含む電池セルと、
前記正極電解液が貯留される２つの正極電解液タンクと、
前記負極電解液が貯留される２つの負極電解液タンクと、
前記電池セルと、前記正極電解液タンク及び前記負極電解液タンクとを接続する配管と、
前記配管経路中に設けられ、前記正極電解液及び前記負極電解液の流通経路を切り替えるタンク切替手段と、を備えるレドックスフロー電池であって、
前記２つの正極電解液タンクが、未充電の正極電解液を貯留する未充電正極電解液タンクと、充電済みの正極電解液を貯留する充電済正極電解液タンクであり、
前記２つの負極電解液タンクが、未充電の負極電解液を貯留する未充電負極電解液タンクと、充電済みの負極電解液を貯留する充電済負極電解液タンクであり、
前記レドックスフロー電池の充電時には、前記未充電正極電解液タンクから前記正極セルを介して前記充電済正極電解液タンクへ前記正極電解液を移動させるとともに、前記未充電負極電解液タンクから前記負極セルを介して前記充電済負極電解液タンクへ前記負極電解液を移動させるように、前記タンク切替手段を切り替え、
前記レドックスフロー電池の放電時には、前記充電済正極電解液タンクから前記正極セルを介して前記未充電正極電解液タンクへ前記正極電解液を移動させるとともに、前記充電済負極電解液タンクから前記負極セルを介して前記未充電負極電解液タンクへ前記負極電解液を移動させるように、前記タンク切替手段を切り替えるように構成されるレドックスフロー電池。
【請求項２】
前記タンク切替手段の切り替えを制御する制御手段をさらに備える請求項１に記載のレドックスフロー電池。
【請求項３】
正極電解液が供給される正極セルと、負極電解液が供給される負極セルと、を含む電池セルと、
前記正極電解液が貯留される２つの正極電解液タンクと、
前記負極電解液が貯留される２つの負極電解液タンクと、を備えるレドックスフロー電池の運転方法であって、
前記２つの正極電解液タンクが、未充電の正極電解液を貯留する未充電正極電解液タンクと、充電済みの正極電解液を貯留する充電済正極電解液タンクであり、
前記２つの負極電解液タンクが、未充電の負極電解液を貯留する未充電負極電解液タンクと、充電済みの負極電解液を貯留する充電済負極電解液タンクであり、
前記レドックスフロー電池の充電時には、前記未充電正極電解液タンクから前記正極セルを介して前記充電済正極電解液タンクへ前記正極電解液を移動させるとともに、前記未充電負極電解液タンクから前記負極セルを介して前記充電済負極電解液タンクへ前記負極電解液を移動させ、
前記レドックスフロー電池の放電時には、前記充電済正極電解液タンクから前記正極セルを介して前記未充電正極電解液タンクへ前記正極電解液を移動させるとともに、前記充電済負極電解液タンクから前記負極セルを介して前記未充電負極電解液タンクへ前記負極電解液を移動させるレドックスフロー電池の運転方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載のレドックスフロー電池を複数備え、
各レドックスフロー電池の入出力端が並列に接続され、
前記正極電解液タンクが、１つの前記未充電正極電解液タンクと、１つの前記充電済正極電解液タンクと、前記未充電正極電解液タンク及び前記充電済正極電解液タンクとして共有される中間正極電解液タンクと、を含み、
前記負極電解液タンクが、１つの前記未充電負極電解液タンクと、１つの前記充電済負極電解液タンクと、前記未充電負極電解液タンク及び前記充電済負極電解液タンクとして共有される中間負極電解液タンクと、を含み、
前記レドックスフロー電池の充電時には、前記未充電正極電解液タンクから、前記中間正極電解液タンク及び各レドックスフロー電池の前記正極セルを介して前記充電済正極電解液タンクへ前記正極電解液を移動させるとともに、前記未充電負極電解液タンクから、前記中間負極電解液タンク及び各レドックスフロー電池の前記負極セルを介して前記充電済負極電解液タンクへ前記負極電解液を移動させるように、前記タンク切替手段を切り替え、
前記レドックスフロー電池の放電時には、前記充電済正極電解液タンクから、前記中間正極電解液タンク及び各レドックスフロー電池の前記正極セルを介して前記未充電正極電解液タンクへ前記正極電解液を移動させるとともに、前記充電済負極電解液タンクから、前記中間負極電解液タンク及び各レドックスフロー電池の前記負極セルを介して前記未充電負極電解液タンクへ前記負極電解液を移動させるように、前記タンク切替手段を切り替えるように構成されるレドックスフロー電池システム。
【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及びその運転方法並びにレドックスフロー電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レドックスフロー電池は、電力の負荷平準化や瞬間停止対策などとして利用され、新規の電力貯蔵用電池として注目されており、特に、バナジウム塩を活物質にしたレドックスフロー電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
レドックスフロー電池の動作原理を図９に基づいて説明する。
レドックスフロー電池１００は、イオン交換膜からなる隔膜１０１で正極セル１００Ａと負極セル１００Ｂとに分離された電池セル１１０と、電解液を貯留する電解液タンク１０４Ａ，１０４Ｂと、電解液タンク１０４Ａ，１０４Ｂから電池セル１１０に電解液を循環供給する循環配管１０６Ａ，１０６Ｂと、循環配管１０６Ａ，１０６Ｂに接続されて電解液を循環させる循環ポンプ１０５Ａ，１０５Ｂと、を備える。【０００４】
正極セル１００Ａには正極電極１０２が、また、負極セル１００Ｂには負極電極１０３がそれぞれ内蔵されている。
また、正極セル１００Ａには、正極電解液を貯留する正極電解液タンク１０４Ａが正極電解液循環配管１０６Ａを介して接続され、負極セル１００Ｂには、負極電解液を貯留する負極電解液タンク１０４Ｂが負極電解液循環配管１０６Ｂを介して接続されている。循環配管１０６Ａ，１０６Ｂにはそれぞれ、循環ポンプ１０５Ａ，１０５Ｂが設けられており、正極電解液循環配管１０６Ａ、負極電解液循環配管１０６Ｂを介して、各電解液がそれぞれのタンクとセルとの間で循環される。【０００５】
各極電解液にはバナジウムイオンなど原子価が変化するイオンの水溶液が用いられ、ポンプ１０５Ａ，１０５Ｂで電解液を循環させながら、正極電極１０２、負極電極１０３におけるイオンの価数変化反応に伴って充放電が行われる。【０００６】
例えば、バナジウムイオンを含む電解液を用いた場合、セル内の正極および負極で充放電時に生じる反応は次の通りになる。なお、実際には、Ｖ4+はＶＯ2+で存在し、Ｖ5+はＶＯ2+で存在しているものと推定され、それぞれ水和した状態や硫酸根が配位した状態で存在しているものと推定される。
正極：Ｖ4+  →  Ｖ5+  ＋  ｅ-（充電）  ・Ｖ4+  ←  Ｖ5+  ＋  ｅ-（放電）
負極：Ｖ3+  ＋  ｅ-  →  Ｖ2+（充電）  ・Ｖ3+  ＋  ｅ-  ←  Ｖ2+（放電）【０００７】
充電時に正極で生成される水素イオン（Ｈ+）は、隔膜１０１を通って負極側に移動し、電解液の電気的中性が保たれる。発電部（例えば、発電所など）から供給された電力は、価数の異なるバナジウムイオンの価数変化として電解液タンクに貯蔵される。
一方、放電時には、充電時とは逆の反応によって貯蔵した電力を取り出し、負荷（需要家など）に供給することができる。【０００８】
レドックスフロー電池では、電解液の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）は、電解液中のイオン価数の比率によって決まる。例えば、バナジウム系レドックスフロー電池の場合、正極電解液では、正極電解液中のバナジウムイオン（Ｖ4+及びＶ5+）におけるＶ5+の比率、負極電解液では、負極電解液中のバナジウムイオン（Ｖ2+及びＶ3+）におけるＶ2+の比率で表される。充電時の電池反応は、電池セル内で正極ではＶ4+がＶ5+に酸化され、負極ではＶ3+がＶ2+に還元される。放電時の電池反応は、充電時と逆の反応になる。【０００９】
バナジウム系レドックスフロー電池においては、劣化抑制や充電効率等の観点から満充電電圧（充電満了電圧、充電終了電圧）と放電末電圧が予め設定されており、電池の通常の運転時には、充電状態が放電末（例えば、充電状態：２０％）から満充電（例えば、充電状態：８０％）の充放電可能範囲内で充放電が行われる。ここで、満充電電圧は電力系統からの充電を停止するように設定された電圧であり、放電末電圧は電力系統への放電を停止するように設定された電圧である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６２−１８６４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来のレドックスフロー電池では、電解液を電解液タンクと電池セルとの間で循環させており、すなわち、電池セルへ供給される電解液と、電池セルから排出される電解液とを同じ電解液タンクに入れていた。【００１２】
このため、充放電中にＳＯＣが変化してしまい、負荷が一定であっても、充電電圧・放電電圧が変化し、その上下限の電圧に合わせた付加的設備が必要となっていた。また、レドックスフロー電池からの出力の変化に対して、影響が敏感な負荷については、使用が困難であるという問題もあった。【００１３】
本発明では、このような現状に鑑み、一定の電圧で充放電を行うことができるレドックスフロー電池及びその運転方法並びにレドックスフロー電池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】
【００１４】
本発明は、前述するような従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、本発明は、例えば、以下の態様を含む。【００１５】
［１］  正極電解液が供給される正極セルと、負極電解液が供給される負極セルと、を含む電池セルと、
前記正極電解液が貯留される２つの正極電解液タンクと、
前記負極電解液が貯留される２つの負極電解液タンクと、
前記電池セルと、前記正極電解液タンク及び前記負極電解液タンクとを接続する配管と、
前記配管経路中に設けられ、前記正極電解液及び前記負極電解液の流通経路を切り替えるタンク切替手段と、を備えるレドックスフロー電池であって、
前記２つの正極電解液タンクが、未充電の正極電解液を貯留する未充電正極電解液タンクと、充電済みの正極電解液を貯留する充電済正極電解液タンクであり、
前記２つの負極電解液タンクが、未充電の負極電解液を貯留する未充電負極電解液タンクと、充電済みの負極電解液を貯留する充電済負極電解液タンクであり、
前記レドックスフロー電池の充電時には、前記未充電正極電解液タンクから前記正極セルを介して前記充電済正極電解液タンクへ前記正極電解液を移動させるとともに、前記未充電負極電解液タンクから前記負極セルを介して前記充電済負極電解液タンクへ前記負極電解液を移動させるように、前記タンク切替手段を切り替え、
前記レドックスフロー電池の放電時には、前記充電済正極電解液タンクから前記正極セルを介して前記未充電正極電解液タンクへ前記正極電解液を移動させるとともに、前記充電済負極電解液タンクから前記負極セルを介して前記未充電負極電解液タンクへ前記負極電解液を移動させるように、前記タンク切替手段を切り替えるように構成されるレドックスフロー電池。【００１６】
［２］  前記タンク切替手段の切り替えを制御する制御手段をさらに備える項［１］に記載のレドックスフロー電池。【００１７】
［３］  正極電解液が供給される正極セルと、負極電解液が供給される負極セルと、を含む電池セルと、
前記正極電解液が貯留される２つの正極電解液タンクと、
前記負極電解液が貯留される２つの負極電解液タンクと、を備えるレドックスフロー電池の運転方法であって、
前記２つの正極電解液タンクが、未充電の正極電解液を貯留する未充電正極電解液タンクと、充電済みの正極電解液を貯留する充電済正極電解液タンクであり、
前記２つの負極電解液タンクが、未充電の負極電解液を貯留する未充電負極電解液タンクと、充電済みの負極電解液を貯留する充電済負極電解液タンクであり、
前記レドックスフロー電池の充電時には、前記未充電正極電解液タンクから前記正極セルを介して前記充電済正極電解液タンクへ前記正極電解液を移動させるとともに、前記未充電負極電解液タンクから前記負極セルを介して前記充電済負極電解液タンクへ前記負極電解液を移動させ、
前記レドックスフロー電池の放電時には、前記充電済正極電解液タンクから前記正極セルを介して前記未充電正極電解液タンクへ前記正極電解液を移動させるとともに、前記充電済負極電解液タンクから前記負極セルを介して前記未充電負極電解液タンクへ前記負極電解液を移動させるレドックスフロー電池の運転方法。【００１８】
［４］  項［１］または［２］に記載のレドックスフロー電池を複数備え、
各レドックスフロー電池の入出力端が並列に接続され、
前記正極電解液タンクが、１つの前記未充電正極電解液タンクと、１つの前記充電済正極電解液タンクと、前記未充電正極電解液タンク及び前記充電済正極電解液タンクとして共有される中間正極電解液タンクと、を含み、
前記負極電解液タンクが、１つの前記未充電負極電解液タンクと、１つの前記充電済負極電解液タンクと、前記未充電負極電解液タンク及び前記充電済負極電解液タンクとして共有される中間負極電解液タンクと、を含み、
前記レドックスフロー電池の充電時には、前記未充電正極電解液タンクから、前記中間正極電解液タンク及び各レドックスフロー電池の前記正極セルを介して前記充電済正極電解液タンクへ前記正極電解液を移動させるとともに、前記未充電負極電解液タンクから、前記中間負極電解液タンク及び各レドックスフロー電池の前記負極セルを介して前記充電済負極電解液タンクへ前記負極電解液を移動させるように、前記タンク切替手段を切り替え、
前記レドックスフロー電池の放電時には、前記充電済正極電解液タンクから、前記中間正極電解液タンク及び各レドックスフロー電池の前記正極セルを介して前記未充電正極電解液タンクへ前記正極電解液を移動させるとともに、前記充電済負極電解液タンクから、前記中間負極電解液タンク及び各レドックスフロー電池の前記負極セルを介して前記未充電負極電解液タンクへ前記負極電解液を移動させるように、前記タンク切替手段を切り替えるように構成されるレドックスフロー電池システム。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、充放電中の電解液のＳＯＣを一定に保つことができ、一定の電圧で充放電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本実施例におけるレドックスフロー電池の構成を説明する模式図である。
【図２】図２は、充電時における電解液の経路を説明する模式図である。
【図３】図３は、充電が完了し、かつ、放電を開始するまでの間における電解液の経路を説明する模式図である。
【図４】図４は、放電時における電解液の経路を説明する模式図である。
【図５】図５は、放電が完了し、かつ、充電を開始するまでの間における電解液の経路を説明する模式図である。
【図６】図６は、本発明のレドックスフロー電池システムの実施形態における構成を説明する模式図である。
【図７】図７は、図６のレドックスフロー電池システムの充電時における電解液の流れを示す模式図である。
【図８】図８は、図６のレドックスフロー電池システムの放電時における電解液の流れを示す模式図である。
【図９】図９は、従来のレドックスフロー電池を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいて、より詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００２２】
図１は、本実施例におけるレドックスフロー電池の構成を説明する模式図である。
図１に示すように、レドックスフロー電池１０は、イオン交換膜からなる隔膜１１で正極セル１０Ａと負極セル１０Ｂとに分離された電池セル２０と、電解液を貯留する電解液タンク１４Ａ１，１４Ａ２，１４Ｂ１，１４Ｂ２と、電解液タンク１４Ａ１，１４Ａ２，１４Ｂ１，１４Ｂ２と電池セル２０との間で電解液を移動させる配管１６Ａ１，１６Ａ２，１６Ｂ１，１６Ｂ２と、配管１６Ａ１，１６Ａ２，１６Ｂ１，１６Ｂ２に接続されて電解液を循環させるポンプ１５Ａ，１５Ｂと、を備える。正極セル１０Ａには正極電極１２が、また、負極セル１０Ｂには負極電極１３がそれぞれ内蔵されている。なお、本発明における電池セル２０としては、公知の構成を採用することができる。
【００２３】
なお、電解液タンク１４Ａ１，１４Ｂ１には充電後の電解液が貯留され、一方で、電解液タンク１４Ａ２，１４Ｂ２には放電後、すなわち、充電されていない状態の電解液が貯留される。以下、電解液タンク１４Ａ１，１４Ｂ１を「充電済正極電解液タンク１４Ａ１，充電済負極電解液タンク１４Ｂ１」、電解液タンク１４Ａ２，１４Ｂ２を「未充電正極電解液タンク１４Ａ２，未充電負極電解液タンク１４Ｂ２」ともいう。また、充電済正極電解液タンク１４Ａ１，充電済負極電解液タンク１４Ｂ１をあわせて「充電済電解液タンク１４Ａ１，１４Ｂ１」、未充電正極電解液タンク１４Ａ２，未充電負極電解液タンク１４Ｂ２をあわせて「未充電電解液タンク１４Ａ２，１４Ｂ２」ともいう。
【００２４】
電池セル２０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ及び電力線を介して、発電部（例えば、発電所など）や、負荷（例えば、需要家など）と接続されており、発電部から供給された電力の貯蔵や、負荷への電力の供給が行われる。
【００２５】
また、本実施形態のレドックスフロー電池１０では、配管１６Ａ１，１６Ａ２，１６Ｂ１，１６Ｂ２にそれぞれ、電池セル２０と電解液タンク１４Ａ１，１４Ａ２，１４Ｂ１，１４Ｂ２との接続を切り替えるタンク切替手段１７Ａ１ａ，１７Ａ１ｂ，１７Ａ２ａ，１７Ａ２ｂ，１７Ｂ１ａ，１７Ｂ１ｂ，１７Ｂ２ａ，１７Ｂ２ｂを備えている。
【００２６】
タンク切替手段１７Ａ１ａ，１７Ａ１ｂ，１７Ａ２ａ，１７Ａ２ｂ，１７Ｂ１ａ，１７Ｂ１ｂ，１７Ｂ２ａ，１７Ｂ２ｂは、制御手段（不図示）に接続されており、制御手段は、後述するように、タンク切替手段１７Ａ１ａ，１７Ａ１ｂ，１７Ａ２ａ，１７Ａ２ｂ，１７Ｂ１ａ，１７Ｂ１ｂ，１７Ｂ２ａ，１７Ｂ２ｂを制御することによって、電解液タンク１４Ａ１，１４Ａ２，１４Ｂ１，１４Ｂ２から電池セル２０への経路を切り替えられるように構成される。
【００２７】
なお、本実施形態においてタンク切替手段１７Ａ１ａ，１７Ａ１ｂ，１７Ａ２ａ，１７Ａ２ｂ，１７Ｂ１ａ，１７Ｂ１ｂ，１７Ｂ２ａ，１７Ｂ２ｂとしては、制御手段からの電気信号により開閉動作が制御される電磁バルブ（２方向電磁バブル）を用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、３方向電磁バルブなどを用いて、経路を切り替えるように構成することもできる。また、タンク切替手段１７Ａ１ａ，１７Ａ１ｂ，１７Ａ２ａ，１７Ａ２ｂ，１７Ｂ１ａ，１７Ｂ１ｂ，１７Ｂ２ａ，１７Ｂ２ｂとして手動バルブを用いて、制御手段を用いずに手動によって経路を切り替えるようにすることもできる。
【００２８】
このように構成されるレドックスフロー電池１０では、制御手段によって以下のようにタンク切替手段１７Ａ１ａ，１７Ａ１ｂ，１７Ａ２ａ，１７Ａ２ｂ，１７Ｂ１ａ，１７Ｂ１ｂ，１７Ｂ２ａ，１７Ｂ２ｂの開閉制御が行われ、電解液の流通経路が切り替えられながら運転される。
【００２９】
（１）充電時
充電時には、図２に示すように、タンク切替手段１７Ａ１ａ，１７Ａ２ｂ，１７Ｂ１ａ，１７Ｂ２ｂを開き、タンク切替手段１７Ａ２ａ，１７Ａ１ｂ，１７Ｂ２ａ，１７Ｂ１ｂを閉じることによって、未充電正極電解液タンク１４Ａ２から正極セル１０Ａを介して充電済正極電解液タンク１４Ａ１へ正極電解液を移動させるとともに、未充電負極電解液タンク１４Ｂ２から負極セル１０Ｂを介して充電済負極電解液タンク１４Ｂ１へ負極電解液を移動させる。
【００３０】
（２）充電後〜放電前
（１）の充電が完了し、その後も充電済正極電解液タンク１４Ａ１のＳＯＣを向上させる場合、かつ、放電を開始するまでの間は、図３に示すように、タンク切替手段１７Ａ１ａ，１７Ａ１ｂ，１７Ｂ１ａ，１７Ｂ１ｂを開き、タンク切替手段１７Ａ２ａ，１７Ａ２ｂ，１７Ｂ２ａ，１７Ｂ２ｂを閉じることによって、充電済正極電解液タンク１４Ａ１と正極セル１０Ａとの間で正極電解液を循環させるとともに、充電済負極電解液タンク１４Ｂ１と負極セル１０Ｂとの間で負極電解液を循環させてもよい。なお、充電満了時は、タンク切替手段１７Ａ１ａ，１７Ａ１ｂ，１７Ｂ１ａ，１７Ｂ１ｂを閉じるとともに、ポンプ１５Ａ，１５Ｂを停止させて、正極電解液及び負極電解液の循環を停止させてもよい。
【００３１】
（３）放電時
放電時には、図４に示すように、タンク切替手段１７Ａ２ａ，１７Ａ１ｂ，１７Ｂ２ａ，１７Ｂ１ｂを開き、タンク切替手段１７Ａ１ａ，１７Ａ２ｂ，１７Ｂ１ａ，１７Ｂ２ｂを閉じることによって、充電済正極電解液タンク１４Ａ１から正極セル１０Ａを介して未充電正極電解液タンク１４Ａ２へ正極電解液を移動させるとともに、充電済負極電解液タンク１４Ｂ１から負極セル１０Ｂを介して未充電負極電解液タンク１４Ｂ２へ負極電解液を移動させる。
【００３２】
（４）放電時〜充電前
（３）の放電が完了し、その後も未充電正極電解液タンク１４Ａ２のＳＯＣを低下させる場合、かつ、充電を開始するまでの間は、図５に示すように、タンク切替手段１７Ａ２ａ，１７Ａ２ｂ，１７Ｂ２ａ，１７Ｂ２ｂを開き、タンク切替手段１７Ａ１ａ，１７Ａ１ｂ，１７Ｂ１ａ，１７Ｂ１ｂを閉じることによって、未充電正極電解液タンク１４Ａ２と正極セル１０Ａとの間で正極電解液を循環させるとともに、未充電負極電解液タンク１４Ｂ２と負極セル１０Ｂとの間で負極電解液を循環させてもよい。なお、放電満了時は、タンク切替手段１７Ａ２ａ，１７Ａ２ｂ，１７Ｂ２ａ，１７Ｂ２ｂを閉じるとともに、ポンプ１５Ａ，１５Ｂを停止させて、正極電解液及び負極電解液の循環を停止させてもよい。
【００３３】
このように構成することにより、充電時及び放電時において、電池セル２０に供給される電解液と、電池セル２０から排出される電解液とが、電解液タンク内で混合することなく、電池セル２０に供給される電解液のＳＯＣを一定に保つことができる。
【００３４】
また、従来のレドックスフロー電池では、電解液タンクと電池セルとの間で電解液を循環させるため、１回の充電または放電で送液する電解液量は、充電または放電で必要な電解液量の数倍以上（通常、電解液タンク内の電解液量以上）となる。これと比べ、本実施形態では、１回の充電または放電で送液する電解液量は、充電または放電で必要な電解液量（最大でも電解液タンク内の電解液量）に等しく、電解液の流量を小さくすることができるため、ポンプ１５Ａ，１５Ｂの消費電力を低減することができる。
【００３５】
なお、劣化抑制や充電効率等の観点から、その電解液での電池セル２０の開放電圧を測定したときに、充電時は満充電電圧以下、放電時は放電末電圧以上となるように、電解液のＳＯＣを維持することが好ましい。
【００３６】
なお、充電時に電池セル２０から排出される電解液のＳＯＣが十分に低く、電池セル２０の開放電圧が満充電電圧よりも十分に低ければ、充電済電解液タンク１４Ａ１，１４Ｂ１と正極セル１０Ａ及び負極セル１０Ｂとの間で電解液を循環させている間に、さらに充電を行うようにしてもよい。
【００３７】
また、放電時に電池セル２０から排出される電解液のＳＯＣが十分に高く、電池セル２０の開放電圧が放電末電圧よりも十分に高ければ、未充電電解液タンク１４Ａ２，１４Ｂ２と正極セル１０Ａ及び負極セル１０Ｂとの間で電解液を循環させている間に、さらに放電を行うようにしてもよい。
【００３８】
なお、このように電解液を循環させて充電または放電させることによって、電解液のＳＯＣの調整が容易となる。このため、同一サイクル期間中（すなわち、１回の充電から放電までの期間）のＳＯＣを一定に保つことができるだけでなく、各サイクルのＳＯＣも一定に保つことができる。
【００３９】
なお、本実施形態のように、正極セル１０Ａ及び負極セル１０Ｂに対して、それぞれ、未充電電解液タンク１４Ａ２，１４Ｂ２と、充電済電解液タンク１４Ａ１，１４Ｂ１とを設けることが好ましいが、正極セル１０Ａまたは負極セル１０Ｂのうち一方に接続される電解液タンクを１つだけとして、従来のレドックスフロー電池と同様に、電解液を循環させるように構成してもよい。
【００４０】
図６は、本発明のレドックスフロー電池システムの実施形態における構成を説明する模式図である。
この実施形態におけるレドックスフロー電池システム３０は、基本的には、図１〜５に示すレドックスフロー電池１０と同様な構成のレドックスフロー電池１０を複数含むものであり、前述の実施形態と同一の構成要素には、本実施形態でも同じ符合を付して、その詳細な説明を省略する。また、配管及び電力線の接続をわかりやすく示すため、図面を簡略化している。
【００４１】
本実施形態においては、複数のレドックスフロー電池について、電解液の流路は直列に接続されるように、電力線へは並列に接続されている。以下、レドックスフロー電池１０Ｘ、レドックスフロー電池１０Ｙ及びレドックスフロー電池１０Ｚの３つのレドックスフロー電池から構成されている場合を例に挙げて説明する。
【００４２】
レドックスフロー電池１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚは、いずれも図１に示すレドックスフロー電池１０と同様な構成を有する。ただし、レドックスフロー電池１０Ｘの未充電正極電解液タンク１４Ａ２は、レドックスフロー電池１０Ｙの充電済正極電解液タンク１４Ａ１として共有され、レドックスフロー電池１０Ｙの未充電正極電解液タンク１４Ａ２は、レドックスフロー電池１０Ｚの充電済正極電解液タンク１４Ａ１として共有される。また、レドックスフロー電池１０Ｘの未充電負極電解液タンク１４Ｂ２は、レドックスフロー電池１０Ｙの充電済負極電解液タンク１４Ｂ１として共有され、レドックスフロー電池１０Ｙの未充電負極電解液タンク１４Ｂ２は、レドックスフロー電池１０Ｚの充電済負極電解液タンク１４Ｂ１として共有される。
【００４３】
このように未充電電解液タンク及び充電済電解液タンクとして共有されるタンクを、本明細書では、中間タンク（中間正極電解液タンク１４Ａ３、中間負極電解液タンク１４Ｂ３）と呼ぶ。
【００４４】
図６に示すように、本実施形態のレドックスフロー電池１０では、レドックスフロー電池１０Ｘから排出される放電後の電解液は、レドックスフロー電池１０Ｙに供給され、レドックスフロー電池１０Ｙから排出される放電後の電解液は、レドックスフロー電池１０Ｚに供給される。一方で、レドックスフロー電池１０Ｚから排出される充電後の電解液は、レドックスフロー電池１０Ｙに供給され、レドックスフロー電池１０Ｙから排出される充電後の電解液は、レドックスフロー電池１０Ｘに供給される。
【００４５】
すなわち、各配管に設けられたタンク切替手段を切り替えることによって、レドックスフロー電池１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚの充電時には、図７に示すように、未充電正極電解液タンク１４Ａ２から、中間正極電解液タンク１４Ａ３及び各レドックスフロー電池の正極セル１０Ａを介して充電済正極電解液タンク１４Ａ１へ正極電解液を移動させるとともに、未充電負極電解液タンク１４Ｂ２から、中間負極電解液タンク１４Ｂ３及び各レドックスフロー電池の負極セル１０Ｂを介して充電済負極電解液タンク１４Ｂ１へ負極電解液を移動させる。
【００４６】
一方で、レドックスフロー電池１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚの放電時には、図８に示すように、充電済正極電解液タンク１４Ａ１から、中間正極電解液タンク１４Ａ３及び各レドックスフロー電池の正極セル１０Ａを介して未充電正極電解液タンク１４Ａ２へ正極電解液を移動させるとともに、充電済負極電解液タンク１４Ｂ１から、中間負極電解液タンク１４Ｂ３及び各レドックスフロー電池の負極セル１０Ｂを介して未充電負極電解液タンク１４Ｂ２へ負極電解液を移動させる。
【００４７】
また、レドックスフロー電池１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚの入出力端（ＡＣ／ＤＣコンバータを介して電力線と接続される端子）は、並列に接続されている。このように接続する事で、各レドックスフロー電池１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚは、発電部及び負荷とそれぞれ並列に接続されることになり、レドックスフロー電池１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚの入出力が互いに影響を与えることがない。
【００４８】
このように構成し、レドックスフロー電池１０Ｘ及び１０Ｙでは放電末まで放電せず、レドックスフロー電池１０Ｚ及び１０Ｙでは満充電まで充電しないように運転する場合、レドックスフロー電池１０Ｘの開放電圧と、レドックスフロー電池１０Ｙの開放電圧と、レドックスフロー電池１０Ｚの開放電圧とは異なってしまうが、それぞれのレドックスフロー電池セル１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚには、一定のＳＯＣの電解液が供給されるため、それぞれのレドックスフロー電池１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚにおいて一定の電圧で充放電を行うことができる。
【００４９】
レドックスフロー電池１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚの容量を揃えた方が、これら３つのレドックスフロー電池を同時に運転できる期間が長くなるため好ましい。例えば、放電末のＳＯＣをＳ０、満充電のＳＯＣをＳ３とし、Ｓ０〜Ｓ３の範囲を３等分する点のＳＯＣをＳ１及びＳ２とする（ただし、Ｓ０＜Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３）。この場合、レドックスフロー電池１０ＸではＳ２〜Ｓ３の範囲で、レドックスフロー電池１０ＹではＳ１〜Ｓ２の範囲で、レドックスフロー電池１０ＺではＳ０〜Ｓ１の範囲で、それぞれ運転すると、各レドックスフロー電池１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚの容量がほぼ同じとなる。
【００５０】
なお、本実施形態においては、３つのレドックスフロー電池１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚを用いて説明したが、レドックスフロー電池の数は、特に限定されるものではなく、必要とする容量に応じて適宜変更することができる。具体的には、レドックスフロー電池の数は、大電力の充放電を行う場合には多い方が好ましく、大電力での充放電が要求されない場合には少なくても構わない。
【００５１】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、上記実施形態では、電解液として、バナジウムイオンを含むバナジウム系電解液を用いているが、これに限定されることはなく、例えば、チタン−マンガン系電解液、鉄−クロム系電解液などを用いることもできるなど、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０        レドックスフロー電池
１０Ａ      正極セル
１０Ｂ      負極セル
１１        隔膜
１２        正極電極
１３        負極電極
１４Ａ１    充電済正極電解液タンク
１４Ａ２    未充電正極電解液タンク
１４Ｂ１    充電済負極電解液タンク
１４Ｂ２    未充電負極電解液タンク
１５Ａ      ポンプ
１５Ｂ      ポンプ
１６Ａ１    配管
１６Ａ２    配管
１６Ｂ１    配管
１６Ｂ２    配管
１７Ａ１ａ  タンク切替手段
１７Ａ１ｂ  タンク切替手段
１７Ａ２ａ  タンク切替手段
１７Ａ２ｂ  タンク切替手段
１７Ｂ１ａ  タンク切替手段
１７Ｂ１ｂ  タンク切替手段
１７Ｂ２ａ  タンク切替手段
１７Ｂ２ｂ  タンク切替手段
２０        電池セル
１００      レドックスフロー電池
１００Ａ    正極セル
１００Ｂ    負極セル
１０１      隔膜
１０２      正極電極
１０３      負極電極
１０４Ａ    正極電解液タンク
１０４Ｂ    負極電解液タンク
１０５Ａ    循環ポンプ
１０５Ｂ    循環ポンプ
１０６Ａ    正極電解液循環配管
１０６Ｂ    負極電解液循環配管
１１０      電池セル
【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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【国際調査報告】
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