(57)【要約】  本開示の一態様に係るフロー電池は、第１非水性液体と、前記第１非水性液体に少なくとも一部が接触している第１電極と、前記第１電極の対極である第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とを互いに隔離する隔離部と、を備え、前記隔離部は、芳香族環を含む架橋構造を有するイオン伝導性高分子で構成され、前記イオン伝導性高分子は、複数の酸性基を含むアルキル鎖を主鎖として有し、前記複数の酸性基の少なくとも一部が金属イオンの塩である。
2020136947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１非水性液体と、
前記第１非水性液体に少なくとも一部が接触している第１電極と、
前記第１電極の対極である第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極とを互いに隔離する隔離部と、
を備え、
前記隔離部は、芳香族環を含む架橋構造を有するイオン伝導性高分子で構成され、
前記イオン伝導性高分子は、複数の酸性基を含むアルキル鎖を主鎖として有し、
前記複数の酸性基の少なくとも一部が金属イオンの塩である、
フロー電池。
【請求項２】
前記金属イオンは、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、
請求項１に記載のフロー電池。
【請求項３】
前記金属イオンは、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、及びカルシウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、
請求項１に記載のフロー電池。
【請求項４】
前記金属イオンがリチウムイオンである、
請求項１に記載のフロー電池。
【請求項５】
前記酸性基は、スルホン基、カルボキシル基、トリフルオロメタンスルホニルイミド基、フルオロスルホニルイミド基、フルオロスルホン酸基、ホスホン酸基、フルオロホスホン酸基及びリン酸基からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、
請求項１から４のいずれか１項に記載のフロー電池。
【請求項６】
前記酸性基がスルホン基を含む、
請求項１から４のいずれか１項に記載のフロー電池。
【請求項７】
前記イオン伝導性高分子は、下記式（１）で示される構造を含む、
請求項１から６のいずれか１項に記載のフロー電池。
【化１】
2020136947.tif 000006
［式（１）において、ｍ，ｎは、それぞれ独立して、１以上の整数である。］
【請求項８】
前記第１非水性液体は、カーボネート基及び／又はエーテル結合を有する化合物を溶媒として含む、
請求項１から７のいずれか１項に記載のフロー電池。
【請求項９】
前記第１非水性液体は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネートからなる群より選ばれる少なくとも１つを溶媒として含む、
請求項１から７のいずれか１項に記載のフロー電池。
【請求項１０】
前記第１非水性液体は、ジメトキシエタン、ジブトキシエタン、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、２，５−ジメチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、及び４−メチル−１，３−ジオキソランからなる群より選ばれる少なくとも１つを溶媒として含む、
請求項１から７のいずれか１項に記載のフロー電池。
【請求項１１】
第１電極メディエータと、
第１活物質と、
前記第１電極と前記第１活物質との間で前記第１非水性液体を循環させる第１循環機構と、
をさらに備え、
前記第１非水性液体は、前記第１電極メディエータを含み、
前記第１電極メディエータは、前記第１電極によって酸化又は還元され、
前記第１電極メディエータは、前記第１活物質によって酸化又は還元される、
請求項１から１０のいずれか１項に記載のフロー電池。
【請求項１２】
第２非水性液体と、
第２電極メディエータと、
第２活物質と、
前記第２電極と前記第２活物質との間で前記第２非水性液体を循環させる第２循環機構と、
をさらに備え、
前記第２非水性液体は、前記第２電極メディエータを含み、
前記第２電極の少なくとも一部は前記第２非水性液体に接触しており、
前記第２電極メディエータは、前記第２電極によって酸化又は還元され、
前記第２電極メディエータは、前記第２活物質によって酸化又は還元される、
請求項１から１１のいずれか１項に記載のフロー電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、フロー電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、レドックスメディエータを含有するエネルギー貯蔵器を備えたレドックスフロー電池システムが開示されている。【０００３】
特許文献２には、酸化還元種を用いたフロー電池が開示されている。【０００４】
非特許文献１には、高分子固体電解質を隔壁部に用いたフロー電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１４−５２４１２４号公報
【特許文献２】国際公開第２０１６／２０８１２３号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】C. Jia et al., Sci. Adv. ,2015, 1, e1500886.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示は、非水性液体に接触したときに膨潤しにくく、かつ金属イオンを伝導できる高分子電解質を備えたフロー電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、
第１非水性液体と、
前記第１非水性液体に少なくとも一部が接触している第１電極と、
前記第１電極の対極である第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極とを互いに隔離する隔離部と、
を備え、
前記隔離部は、芳香族環を含む架橋構造を有するイオン伝導性高分子で構成され、
前記イオン伝導性高分子は、複数の酸性基を含むアルキル鎖を主鎖として有し、
前記複数の酸性基の少なくとも一部が金属イオンの塩である、
フロー電池を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、非水性液体に接触したときに膨潤しにくく、金属イオンを伝導できる高分子電解質を備えたフロー電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１実施形態におけるフロー電池の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、第２実施形態におけるフロー電池の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、第３実施形態におけるフロー電池の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（本開示の基礎となった知見）
非水系フロー電池のセパレータとしてリチウムイオン伝導性を有する無機固体電解質を使用した場合、無機固体電解質に可とう性がないため、セパレータにクラックが発生しやすく、セパレータを大面積及び薄膜化することが困難である。非水系フロー電池のセパレータとして、可とう性を有する高分子固体電解質を使用した場合、電解液によってセパレータが溶解又は膨潤することがある。セパレータが溶解又は膨潤すると、正極側の電解液と負極側の電解液とが混ざり合う。これにより、非水系フロー電池の充放電特性が著しく低下することがある。本発明者らは、鋭意検討の結果、非水性液体に接触したときに膨潤しにくく、かつ金属イオンを伝導できる高分子電解質を備えたフロー電池を想到した。
【００１２】
（本開示に係る一態様の概要）
本開示の一態様にかかるフロー電池は、
第１非水性液体と、
前記第１非水性液体に少なくとも一部が接触している第１電極と、
前記第１電極の対極である第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極とを互いに隔離する隔離部と、
を備え、
前記隔離部は、芳香族環を含む架橋構造を有するイオン伝導性高分子で構成され、
前記イオン伝導性高分子は、複数の酸性基を含むアルキル鎖を主鎖として有し、
前記複数の酸性基の少なくとも一部が金属イオンの塩である。
【００１３】
第１態様によれば、非水性液体に接触したときに膨潤しにくく、かつ金属イオンを伝導できる高分子電解質を備えたフロー電池を提供できる。
【００１４】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様にかかるフロー電池では、前記金属イオンは、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含んでもよい。
【００１５】
本開示の第３態様において、例えば、第１態様にかかるフロー電池では、前記金属イオンは、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、及びカルシウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含んでいてもよい。
【００１６】
本開示の第４態様において、例えば、第１態様にかかるフロー電池では、前記金属イオンがリチウムイオンであってもよい。
【００１７】
第１から第４態様によれば、大きい充電容量を有し、充放電特性が長期間維持されるフロー電池を実現できる。さらに、このような第１非水性液体を使用することによって、非水性液体に溶解でき、かつ高容量で可逆性に優れたメディエータを使用できる。
【００１８】
本開示の第５態様において、例えば、第１から第４態様のいずれか１つにかかるフロー電池では、前記酸性基は、スルホン基、カルボキシル基、トリフルオロメタンスルホニルイミド基、フルオロスルホニルイミド基、フルオロスルホン酸基、ホスホン酸基、フルオロホスホン酸基及びリン酸基からなる群より選ばれる少なくとも１つを含んでいてもよい。これらの酸性基を使用することによって、隔離部に高いイオン伝導性及び高い導電率を付与することができる。
【００１９】
本開示の第６態様において、例えば、第１から第４態様のいずれか１つにかかるフロー電池では、前記酸性基がスルホン基を含んでいてもよい。スルホン基は、イオン伝導性高分子のイオン交換容量を高めることができる。
【００２０】
本開示の第７態様において、例えば、第１から第６態様のいずれか１つにかかるフロー電池では、前記イオン伝導性高分子が、下記一般式（１）で示される構造を含んでいてもよい。式（１）において、ｍ，ｎは、それぞれ独立して、１以上の整数である。このようなイオン伝導性高分子は、非水性液体に接触したときに膨潤しにくく、かつ金属イオンを伝導できる。
【００２１】
【化１】
2020136947.tif 000003
【００２２】
本開示の第８態様において、例えば、第１から第７態様のいずれか１つにかかるフロー電池では、前記第１非水性液体は、カーボネート基及び／又はエーテル結合を有する化合物を溶媒として含んでいてもよい。
【００２３】
本開示の第９態様において、例えば、第１から第７態様のいずれか１つにかかるフロー電池では、前記第１非水性液体は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネートからなる群より選ばれる少なくとも１つを溶媒として含んでいてもよい。
【００２４】
本開示の第１０態様において、例えば、第１から第７態様のいずれか１つにかかるフロー電池では、前記第１非水性液体は、ジメトキシエタン、ジブトキシエタン、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、２，５−ジメチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、及び４−メチル−１，３−ジオキソランからなる群より選ばれる少なくとも１つを溶媒として含んでいてもよい。
【００２５】
第８から第１０態様によれば、フロー電池は、大きい充放電容量を有する。
【００２６】
本開示の第１１態様において、例えば、第１から第１０態様のいずれか１つにかかるフロー電池は、第１電極メディエータと、第１活物質と、前記第１電極と前記第１活物質との間で前記第１非水性液体を循環させる第１循環機構と、をさらに備えていてもよく、前記第１非水性液体は、前記第１電極メディエータを含んでいてもよく、前記第１電極メディエータは、前記第１電極によって酸化又は還元されてもよく、前記第１電極メディエータは、前記第１活物質によって酸化又は還元されてもよい。このような構成によれば、第１非水性液体及び第１電極メディエータと化学的に反応し、リチウムなどのアルカリ金属などを挿入又は脱離することが可能な高容量活物質を用いることが可能となる。この結果、大きい充電容量を有し、充放電特性が長期間維持されるフロー電池を実現できる。
【００２７】
本開示の第１２態様において、例えば、第１から第１１態様のいずれか１つにかかるフロー電池は、第２非水性液体と、第２電極メディエータと、第２活物質と、前記第２電極と前記第２活物質との間で前記第２非水性液体を循環させる第２循環機構と、をさらに備えていてもよく、前記第２非水性液体は、前記第２電極メディエータを含んでいてもよく、前記第２電極の少なくとも一部は前記第２非水性液体に接触していてもよく、前記第２電極メディエータは、前記第２電極によって酸化又は還元されてもよく、前記第２電極メディエータは、前記第２活物質によって酸化又は還元されてもよい。このような構成によれば、大きい充電容量を有し、充放電特性が長期間維持されるフロー電池を実現できる。
【００２８】
以下、本開示の実施形態が、図面を参照しながら説明される。
【００２９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態におけるフロー電池１０００の概略構成を例示的に示すブロック図である。
【００３０】
第１実施形態におけるフロー電池１０００は、第１非水性液体１１０、第１電極２１０、第２電極２２０、第１電極メディエータ１１１及び隔離部４００を備える。
【００３１】
第１非水性液体１１０には、第１電極メディエータ１１１及び金属イオンが溶解している。
【００３２】
第１電極２１０の少なくとも一部は、第１非水性液体１１０に接触している。
【００３３】
第２電極２２０は、第１電極２１０の対極である。
【００３４】
隔離部４００は、第１電極２１０と第２電極２２０とを互いに隔離する。
【００３５】
隔離部４００は電解質で構成される。電解質は固体電解質であってもよい。隔離部４００に用いる電解質はイオン伝導性高分子である。イオン伝導性高分子は、芳香族環を含む架橋構造を有し、かつ、複数の酸性基を含むアルキル鎖を主鎖として有する。イオン伝導性高分子において、複数の酸性基の少なくとも一部が金属イオンの塩である。架橋構造は、芳香族環からなっていてもよい。
【００３６】
主鎖としてのアルキル鎖は、複数の芳香環を有していてもよい。酸性基は、複数の芳香環のそれぞれに結合していてもよく、複数の芳香環から選ばれる一部の芳香環に結合していてもよい。１つの芳香環に結合した酸性基の数は特に限定されず、１つであってもよく、２以上であってもよい。
【００３７】
酸性基としては、スルホン基、カルボキシル基、トリフルオロメタンスルホニルイミド基、フルオロスルホニルイミド基、フルオロスルホン酸基、ホスホン酸基、フルオロホスホン酸基、リン酸基などが挙げられる。イオン交換部位をフルオロ化することによって、金属イオンの解離を促進させ、導電率を向上させることができる。ホスホン酸基を使用することによって、イオン交換部位の数を増加させ、導電率を向上させることができる。イオン伝導性高分子は、スルホン基を有する芳香族環を含む高分子であってもよい。スルホン基を有する芳香族環を含む高分子を使用することによって、イオン伝導性高分子のイオン交換容量を高めることができる。これによりイオン伝導が容易になるとともに、導電率を向上させることができる。
【００３８】
以上の構成によれば、大きい充電容量を有し、充放電特性が長期間維持されるフロー電池を実現できる。
【００３９】
隔離部４００を構成しているイオン伝導性高分子は、直鎖状の高分子であるポリスチレン同士を芳香族環によって架橋している３次元構造を有する。そのため、隔離部４００は、第１非水性液体１１０に接触したとしても膨潤しにくく、金属イオンを伝導することができる。隔離部４００の膨潤に伴う空孔径の拡大が抑制されるので、第１電極メディエータ１１１のクロスオーバーも抑制されうる。第１非水性液体１１０及び第１電極メディエータ１１１の選択肢も広がる。したがって、充電電位及び放電電位の制御範囲が広がり、フロー電池１０００の充電容量を増大させることができる。
【００４０】
以上の構成によれば、大きい充電容量を有し、充放電特性が長期間維持されるフロー電池を実現できる。
【００４１】
さらに、隔離部４００を構成しているイオン伝導性高分子は、直鎖状の高分子であるポリスチレン同士を芳香族環によって架橋している３次元構造を有する。そのため、隔離部４００は適切な機械的強度を有する。これによって、隔離部４００の大面積化及び薄膜化が容易になるフロー電池１０００を実現できる。
【００４２】
隔離部４００は、イオンを伝導できる電解質膜として機能する。電解質膜の膜厚は特に限定されない。電解質膜は薄膜であってもよい。
【００４３】
第１実施形態におけるフロー電池１０００においては、隔離部４００に含まれる高分子は、下記式（１）で示される構造を含む。下記式（１）において、ｍ，ｎは、それぞれ独立して、１以上の整数である。ｍ，ｎの上限値は特に限定されない。
【００４４】
【化２】
2020136947.tif 000004
【００４５】
式（１）で示される構造を有するイオン伝導性高分子は、酸性基としてアニオン性のスルホン基を含んでいる。スルホン基は金属イオンを固定できるため、電解質に金属イオンを固定できる。金属イオンを固定できる高分子電解質によるイオン伝導のメカニズムは、スルホン基が金属イオンの交換部位として機能し、溶媒和した金属イオンがスルホン基間を移動することが提唱されている。
【００４６】
一般に、高分子固体電解質の導電率は、イオン伝導性高分子のイオン交換容量を高めることによって向上させることが可能である。ただし、極性溶媒に対して、電解質が膨潤及び／又は溶解することによって、機械的強度が低下する現象が知られている。
【００４７】
イオン伝導性高分子に金属イオンを導入するための金属化合物としては、解離して金属イオンを生成するアルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物が使用されうる。アルカリ金属化合物として、リチウム化合物、ナトリウム化合物、カリウム化合物が挙げられる。アルカリ土類金属化合物として、マグネシウム化合物、カルシウム化合物が挙げられる。アルカリ金属化合物として、リチウム化合物が挙げられる。金属化合物の溶液の溶媒は、金属化合物を溶解し、かつ高分子電解質を溶解しないものであれば特に限定されない。本明細書において、アルカリ土類金属はマグネシウムを含むものとする。これらの化合物によれば、大きい充電容量を有し、充放電特性が長期間維持されるフロー電池を実現できる。
【００４８】
第１実施形態におけるフロー電池１０００において、第１非水性液体１１０は、カーボネート基及びエーテル結合からなる群より選ばれる少なくとも１つを有する化合物を溶媒として含んでいてもよい。第１非水性液体１１０は、カーボネート基及びエーテル結合からなる群より選ばれる少なくとも１つを有する化合物からなっていてもよい。
【００４９】
カーボネート基を有する化合物としては、例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）及びジエチルカーボネート（ＤＥＣ）が挙げられる。これらからなる群より選ばれる少なくとも１つを溶媒として使用できる。
【００５０】
エーテル結合を有する化合物としては、例えば、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ジブトキシエタン、ジグライム（ジエチレングリコールジメチルエーテル）、トリグライム（トリエチレングリコールジメチルエーテル）、テトラグライム（テトラエチレングリコールジメチルエーテル）、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、２，５−ジメチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン及び４−メチル−１，３−ジオキソランが挙げられる。これらからなる群より選ばれる少なくとも１つを溶媒として使用できる。
【００５１】
第１実施形態におけるフロー電池１０００において、第１非水性液体１１０は、電解質を含む電解液であってもよい。電解質は、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＴＦＳＩ（リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド）、ＬｉＦＳＩ（リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド）、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣｌＯ4、ＮａＢＦ4、ＮａＰＦ6、ＮａＴＦＳＩ、ＮａＦＳＩ、ＮａＣＦ3ＳＯ3、ＮａＣｌＯ4、Ｍｇ（ＢＦ4）2、Ｍｇ（ＰＦ6）2、Ｍｇ（ＴＦＳＩ）2、Ｍｇ（ＦＳＩ）2、Ｍｇ（ＣＦ3ＳＯ3）2、Ｍｇ（ＣｌＯ4）2、ＡｌＣｌ3、ＡｌＢｒ3及びＡｌ（ＴＦＳＩ）3からなる群より選ばれる少なくとも１つの塩であってもよい。第１非水性液体１１０が高い誘電率を有し、かつ第１非水性液体１１０と金属イオンとの反応性が低く、さらに、第１非水性液体１１０の電位窓が４Ｖ程度以下であってもよい。
【００５２】
第１実施形態におけるフロー電池１０００において、第１電極メディエータ１１１としては、第１非水性液体１１０に溶解し、電気化学的に酸化還元される物質を使用できる。第１電極メディエータ１１１としては、例えば、バナジウム、鉄、クロムなどに代表される複数の電荷を取りうる金属イオン又は金属錯体が挙げられる。第１電極メディエータ１１１は、テトラチアフルバレン誘導体、ビピリジル誘導体、チオフェン誘導体、チアントレン誘導体、カルバゾール誘導体、フェナントロリンなどの複素環化合物であってもよい。第１電極メディエータ１１１は、オキソカーボン類であってもよい。第１電極メディエータ１１１は、ベンゾフェノン、アセトフェノン、ブチロフェノン、バレロフェノンなどの芳香族ケトン類であってもよい。第１電極メディエータ１１１は、例えば、ビフェニル、フェナントレン、ｔｒａｎｓ−スチルベン、ｃｉｓ−スチルベン、トリフェニレン、ｏ−ターフェニル、ｍ−ターフェニル、ｐ−ターフェニル、アントラセン、ベンゾフェノン、アセトフェノン、ブチロフェノン、バレロフェノン、アセナフテン、アセナフチレン、フルオランテン、ベンジルなどの芳香族化合物であってもよい。第１電極メディエータ１１１は、例えば、フェロセンなどのメタロセン化合物であってもよい。第１電極メディエータ１１１は、必要に応じて、これらのうち２種以上を組み合わせて使用してもよい。第１電極メディエータ１１１の分子量は、特に限定されず、例えば、１００以上３００以下である。
【００５３】
なお、第１実施形態におけるフロー電池１０００においては、第１電極２１０は正極であり、かつ、第２電極２２０は負極であってもよい。
【００５４】
なお、第２電極２２０として、相対的に電位の高い電極を用いれば、第１電極２１０は、負極にもなりうる。すなわち、第１電極２１０は負極であり、かつ、第２電極２２０は正極であってもよい。
【００５５】
なお、第１実施形態におけるフロー電池１０００においては、例えば、第１非水性液体１１０が第１電極２１０に接触することにより、第１電極メディエータ１１１は、第１電極２１０によって酸化又は還元される。
【００５６】
第１電極２１０は、第１電極メディエータ１１１の反応場として作用する表面を有する電極であってもよい。
【００５７】
この場合、第１電極２１０としては、第１非水性液体１１０に対して安定な材料が用いられうる。第１非水性液体１１０に対して安定な材料は、例えば、第１非水性液体１１０に不溶性の材料であってもよい。さらに、第１電極２１０として、電極反応である電気化学反応に対して安定な材料が用いられうる。例えば、第１電極２１０として、金属、カーボンなどが用いられうる。金属は、例えば、ステンレス鋼、鉄、銅、ニッケルなどであってもよい。
【００５８】
第１電極２１０は、その表面積を増大させた構造を有するものであってもよい。表面積を増大させた構造を有するものは、例えば、メッシュ、不織布、表面粗化処理板、焼結多孔体などであってもよい。これによれば、第１電極２１０の比表面積が大きくなる。これにより、第１電極メディエータ１１１の酸化反応又は還元反応を、より進行し易くできる。
【００５９】
第２電極２２０としては、例えば、第１電極２１０として例示した電極を用いることができる。第１電極２１０と第２電極２２０とは、互いに異なる材料の電極が用いられてもよいし、互いに同じ材料の電極が用いられてもよい。
【００６０】
第２電極２２０は、集電体と、集電体上に設けられた活物質とを備える構成であってもよい。これにより、例えば、高容量な活物質を用いることができる。第２電極２２０の活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出する特性を有する化合物が用いられうる。
【００６１】
また、第２電極２２０は、リチウム金属であってもよい。第２電極２２０として、リチウム金属を用いた場合、金属負極としての溶解及び析出の制御が容易となり、かつ、高容量を実現できる。
【００６２】
フロー電池１０００は、第１非水性液体１１０に浸漬された第１活物質３１０をさらに備えていてもよい。第１活物質３１０としては、第１電極メディエータ１１１を化学的に酸化還元する物質を使用できる。第１活物質３１０は、例えば、第１非水性液体１１０に不溶である。
【００６３】
第１活物質３１０としては、金属イオンを可逆的に吸蔵及び放出する特性を有する化合物が用いられうる。第１電極メディエータ１１１の電位に対応して、第１活物質３１０として低電位の化合物又は高電位の化合物を選択することにより、フロー電池１０００が作動する。
【００６４】
第１活物質３１０として作用する低電位の化合物としては、金属、金属酸化物、炭素、ケイ素などが挙げられる。金属としては、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、スズなどが挙げられる。金属酸化物としては、酸化チタンなどが挙げられる。特に、第１電極メディエータ１１１が芳香族化合物であり、かつ第１非水性液体１１０中にリチウムが溶解している系においては、低電位の化合物として、炭素、ケイ素、アルミニウム及びスズからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む化合物を使用できる。
【００６５】
第１活物質３１０として作用する高電位の化合物としては、例えば、リン酸鉄リチウム、ＬＣＯ（ＬｉＣｏＯ2）、ＬＭＯ（ＬｉＭｎ2Ｏ4）、ＮＣＡ（リチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウムの複合酸化物）などの金属酸化物が挙げられる。
【００６６】
第１活物質３１０が第１電極メディエータ１１１を化学的に酸化還元する構成を採ることにより、フロー電池１０００の充放電容量は、第１電極メディエータ１１１の溶解性に依存せず、第１活物質３１０の容量に依存する。そのため、エネルギー密度の高いフロー電池１０００を実現できる。
【００６７】
＜充放電プロセスの説明＞
第１実施形態におけるフロー電池１０００の充放電プロセスが、以下に説明される。
【００６８】
なお、具体的に、下記の構成である動作例が例示されながら、充放電プロセスが説明される。
【００６９】
第１電極２１０は、正極であり、カーボンブラックである。
【００７０】
第１非水性液体１１０は、第１電極メディエータ１１１が溶解したエーテル溶液である。
【００７１】
第１電極メディエータ１１１は、テトラチアフルバレン（以下、ＴＴＦと表記される）である。
【００７２】
第１活物質３１０は、リン酸鉄リチウム（以下、ＬｉＦｅＰＯ4と表記される）である。
【００７３】
第２電極２２０は、負極であり、リチウム金属である。
【００７４】
［充電プロセスの説明］
まず、充電反応が説明される。
【００７５】
第１電極２１０と第２電極２２０との間に、電圧が印加されることにより、充電が行われる。
【００７６】
（負極側の反応）
電圧の印加により、負極である第２電極２２０にフロー電池１０００の外部から電子が供給される。これにより、負極である第２電極２２０では還元反応が起こる。すなわち、負極は充電状態となる。
【００７７】
例えば、本動作例では、下記の反応が生じる。
Ｌｉ+  ＋  ｅ-  →  Ｌｉ
【００７８】
（正極側の反応）
電圧の印加により、正極である第１電極２１０では、第１電極メディエータ１１１の酸化反応が起こる。すなわち、第１電極２１０の表面において、第１電極メディエータ１１１が酸化される。これにより、第１電極２１０からフロー電池１０００の外部に電子が放出される。
【００７９】
例えば、本動作例では下記の反応が生じる。
ＴＴＦ  →  ＴＴＦ2+  ＋  ２ｅ-
【００８０】
第１電極２１０において酸化された第１電極メディエータ１１１は、第１活物質３１０によって還元される。すなわち、第１活物質３１０は、第１電極メディエータ１１１によって酸化される。
２ＬｉＦｅＰＯ4  ＋  ＴＴＦ2+  →  ２ＦｅＰＯ4  ＋  ２Ｌｉ+  ＋  ＴＴＦ
【００８１】
以上の充電反応は、第１活物質３１０が充電状態となる、又は、第２電極２２０が充電状態となる、のどちらかに到達するまで進行しうる。
【００８２】
［放電プロセスの説明］
次に、放電反応が説明される。
【００８３】
第１活物質３１０と第２電極２２０とは充電状態となっている。
【００８４】
放電反応では、第１電極２１０と第２電極２２０との間から電力が取り出される。
【００８５】
（負極側の反応）
負極である第２電極２２０では、酸化反応が起こる。すなわち、負極は、放電状態となる。これにより、第２電極２２０からフロー電池１０００の外部に電子が放出される。
【００８６】
例えば、本動作例では、下記の反応が生じる。
Ｌｉ  →  Ｌｉ+  ＋  ｅ-
【００８７】
（正極側の反応）
電池の放電により、正極である第１電極２１０にフロー電池１０００の外部から電子が供給される。これにより、第１電極２１０上では、第１電極メディエータ１１１の還元反応が起こる。すなわち、第１電極２１０の表面において、第１電極メディエータ１１１が還元される。
【００８８】
例えば、本動作例では、下記の反応が生じる。
ＴＴＦ2+  ＋  ２ｅ-  →  ＴＴＦ
【００８９】
なお、リチウムイオン（Ｌｉ+）の一部は、隔離部４００を通じて第２電極２２０側から供給される。
【００９０】
第１電極２１０において還元された第１電極メディエータ１１１は、第１活物質３１０によって酸化される。すなわち、第１活物質３１０は、第１電極メディエータ１１１によって還元される。
２ＦｅＰＯ4  ＋  ２Ｌｉ+  ＋  ＴＴＦ  →  ２ＬｉＦｅＰＯ4  ＋  ＴＴＦ2+
【００９１】
以上の放電反応は、第１活物質３１０が放電状態となる、又は、第２電極２２０が放電状態となる、のどちらかに到達するまで進行しうる。
【００９２】
第１活物質３１０が省略されている場合、第１電極メディエータ１１１が活物質の役割を果たす。
【００９３】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態が説明される。なお、上述の第１実施形態と重複する説明は、適宜、省略される。
【００９４】
図２は、第２実施形態におけるフロー電池３０００の概略構成を例示的に示すブロック図である。
【００９５】
第２実施形態におけるフロー電池３０００は、上述の第１実施形態におけるフロー電池１０００の構成に加えて、下記の構成を備える。
【００９６】
すなわち、第２実施形態におけるフロー電池３０００は、第２非水性液体１２０、第２電極メディエータ１２１、及び第２活物質３２０をさらに備える。
【００９７】
第２非水性液体１２０には、第２電極メディエータ１２１及び金属イオンが溶解している。
【００９８】
第２電極２２０の少なくとも一部は、第２非水性液体１２０に接触している。
【００９９】
隔離部４００は、第１電極２１０と第２電極２２０とを互いに隔離する。隔離部４００は、また、第１非水性液体１１０と第２非水性液体１２０とを互いに隔離する。
【０１００】
隔離部４００には、第１実施形態で説明したイオン伝導性高分子を使用できる。そのため、隔離部４００は、第１非水性液体１１０及び第２非水性液体１２０に接触したとしても膨潤しにくく、金属イオンを伝導することができる。これにより、使用できる第１非水性液体１１０、第１電極メディエータ１１１、第２非水性液体１２０、及び、第２電極メディエータ１２１の選択肢が広がる。したがって、充電電位及び放電電位の制御範囲が広がり、フロー電池３０００の充電容量を増大させることができる。さらに、第１非水性液体１１０と第２非水性液体１２０とが異なる組成であったとしても、隔離部４００によって両者が混合することなく保持されることから、フロー電池３０００の充放電特性が長期間維持される。
【０１０１】
以上の構成によれば、大きい充電容量を有し、充放電特性が長期間維持されるフロー電池を実現できる。
【０１０２】
フロー電池３０００において、第２非水性液体１２０には、第１非水性液体１１０と同様にカーボネート基及び／又はエーテル結合のいずれかを有する非水性液体を使用できる。第２非水性液体１２０として、第１非水性液体１１０と同じ非水性液体を使用してもよいし、異なる非水性液体を使用してもよい。
【０１０３】
フロー電池３０００において、第２電極メディエータ１２１としては、第２非水性液体１２０に溶解し、電気化学的に酸化還元される物質を使用できる。具体的には、第２電極メディエータとしては、第１電極メディエータ１１１と同様の金属含有イオン及び有機化合物を使用できる。第２電極メディエータ１２１は、例えば、テトラチアフルバレン、トリフェニルアミン及びそれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。第１電極メディエータ１１１と第２電極メディエータ１２１とのいずれか一方に低電位の化合物を用いて、他方に高電位の化合物をそれぞれ選択することにより、フロー電池３０００が作動する。
【０１０４】
フロー電池３０００において、第１活物質３１０は、例えば、第１非水性液体１１０に不溶であり、第１電極メディエータ１１１を化学的に酸化還元する物質を使用できる。第２活物質３２０は、第１活物質３１０と同様に、例えば、第２非水性液体１２０に不溶であり、第２電極メディエータ１２１を化学的に酸化還元する物質を使用できる。すなわち、第１活物質３１０及び第２活物質３２０のそれぞれとしては、金属イオンを可逆的に吸蔵及び放出する特性を有する化合物が用いられうる。第１電極メディエータ１１１の電位及び第２電極メディエータ１２１の電位のそれぞれに対応して、第１活物質３１０と第２活物質３２０とのいずれか一方に低電位の化合物を用いて、他方に高電位の化合物を用いることにより、フロー電池３０００が作動する。
【０１０５】
第２活物質３２０として作用する低電位の化合物及び高電位の化合物としては、例えば、第１活物質３１０において例示した化合物が挙げられる。
【０１０６】
第１活物質３１０及び第２活物質３２０が、それぞれ、第１電極メディエータ１１１及び第２電極メディエータ１２１を化学的に酸化還元する構成を採ることにより、フロー電池３０００の充放電容量は、第１電極メディエータ１１１及び第２電極メディエータ１２１の溶解性に依存せず、第１活物質３１０及び第２活物質３２０の容量に依存する。そのため、エネルギー密度の高いフロー電池３０００を実現できる。
【０１０７】
第２活物質３２０が省略されている場合、第２電極メディエータ１２１が活物質の役割を果たす。
【０１０８】
（第３実施形態）
以下、第３実施形態が説明される。なお、上述の第１実施形態又は第２実施形態と重複する説明は、適宜、省略される。
【０１０９】
図３は、第３実施形態におけるフロー電池４０００の概略構成を例示的に示す模式図である。
【０１１０】
第３実施形態におけるフロー電池４０００は、上述の第２実施形態におけるフロー電池３０００の構成に加えて、下記の構成を備える。
【０１１１】
すなわち、第３実施形態におけるフロー電池４０００は、第１循環機構５１０を備える。
【０１１２】
第１循環機構５１０は、第１電極２１０と第１活物質３１０との間で第１非水性液体１１０を循環させる機構である。
【０１１３】
第１循環機構５１０は、第１収容部５１１を備える。第１循環機構５１０は、配管５１３と、配管５１４と、ポンプ５１５とを備えている。ポンプ５１５は、例えば、配管５１４に設けられる。なお、ポンプ５１５は、配管５１３に設けられてもよい。
【０１１４】
第１活物質３１０と第１非水性液体１１０とは、第１収容部５１１に収容される。
【０１１５】
第１収容部５１１において第１活物質３１０と第１非水性液体１１０とが接触することにより、第１活物質３１０による第１電極メディエータ１１１の酸化反応と、第１活物質３１０による第１電極メディエータ１１１の還元反応とのうちの少なくとも一方が行われる。
【０１１６】
以上の構成によれば、第１収容部５１１において、第１非水性液体１１０と第１活物質３１０とを接触させることができる。これにより、例えば、第１非水性液体１１０と第１活物質３１０との接触面積をより大きくできる。第１非水性液体１１０と第１活物質３１０との接触時間をより長くできる。このため、第１活物質３１０による第１電極メディエータ１１１の酸化反応及び還元反応をより効率的に行うことができる。
【０１１７】
なお、第３実施形態においては、第１収容部５１１は、例えば、タンクであってもよい。
【０１１８】
第１収容部５１１は、例えば、充填された第１活物質３１０の隙間に、第１電極メディエータ１１１が溶解した第１非水性液体１１０を収容していてもよい。
【０１１９】
図３に示されるように、第３実施形態におけるフロー電池４０００は、電気化学反応部６００と、正極端子２１１と、負極端子２２１とをさらに備えている。
【０１２０】
電気化学反応部６００は、隔離部４００により、正極室６１０と負極室６２０とに分離されている。
【０１２１】
正極室６１０には、正極となる電極が配置される。図３では、正極室６１０には、第１電極２１０が配置される。第１電極２１０の少なくとも一部は、第１非水性液体１１０に接触している。
【０１２２】
正極端子２１１は、正極となる電極に接続される。図３では、正極端子２１１は、第１電極２１０に接続される。
【０１２３】
負極室６２０には、負極となる電極が配置される。図３では、負極室６２０には、第２電極２２０が配置される。第２電極２２０の少なくとも一部は、第２非水性液体１２０に接触している。
【０１２４】
負極端子２２１は、負極となる電極に接続される。図３では、負極端子２２１は、第２電極２２０に接続される。
【０１２５】
正極端子２１１と負極端子２２１とは、例えば、充放電装置に接続される。充放電装置により、正極端子２１１と負極端子２２１との間に電圧が印加される、又は、正極端子２１１と負極端子２２１との間から電力が取り出される。
【０１２６】
配管５１３の一端は、第１収容部５１１の第１非水性液体１１０の流出口側に接続される。
【０１２７】
配管５１３の別の一端は、正極室６１０と負極室６２０とのうち、第１電極２１０が配置される方に接続される。図３では、配管５１３の別の一端は、正極室６１０に接続される。
【０１２８】
配管５１４の一端は、正極室６１０と負極室６２０とのうち、第１電極２１０が配置される方に接続される。図３では、配管５１４の一端は、正極室６１０に接続される。
【０１２９】
配管５１４の別の一端は、第１収容部５１１の第１非水性液体１１０の流入口側に接続される。
【０１３０】
第３実施形態におけるフロー電池４０００においては、第１循環機構５１０は、第１透過抑制部５１２を備えてもよい。
【０１３１】
第１透過抑制部５１２は、第１活物質３１０の透過を抑制する。
【０１３２】
第１透過抑制部５１２は、第１非水性液体１１０が第１収容部５１１から第１電極２１０に流出する経路に設けられる。図３では、第１透過抑制部５１２は、配管５１３に設けられている。なお、第１透過抑制部５１２は、第１収容部５１１と配管５１４との接合部に設けられてもよい。また、第１透過抑制部５１２は、電気化学反応部６００と配管５１３との接合部、又は、電気化学反応部６００と配管５１４との接合部に設けられてもよい。
【０１３３】
以上の構成によれば、第１活物質３１０が第１収容部５１１以外へ流出することを抑制できる。例えば、第１活物質３１０が第１電極２１０側へ流出することを抑制できる。すなわち、第１活物質３１０は、第１収容部５１１に留まる。これにより、第１活物質３１０そのものは循環させない構成のフロー電池を実現できる。このため、第１循環機構５１０の部材の内部の第１活物質３１０による目詰まりを防止できる。例えば、第１循環機構５１０の配管の内部の第１活物質３１０による目詰まりを防止できる。第１活物質３１０が第１電極２１０側に流出することによる抵抗損失の発生を抑制できる。
【０１３４】
第１透過抑制部５１２は、例えば、第１活物質３１０を濾過するフィルターであってもよい。このとき、フィルターは、第１活物質３１０の粒子の最小粒径よりも小さい孔を有する部材であってもよい。フィルターの材料としては、第１活物質３１０及び第１非水性液体１１０などと反応しない材料が用いられうる。フィルターは、例えば、ガラス繊維濾紙、ポリプロピレン不織布、ポリエチレン不織布、ポリエチレンセパレータ、ポリプロピレンセパレータ、ポリイミドセパレータ、ポリエチレン／ポリプロピレンの二層構造セパレータ、ポリプロピレン／ポリエチレン／ポリプロピレンの三層構造セパレータ、金属リチウムと反応しない金属メッシュなどであってもよい。
【０１３５】
以上の構成によれば、第１収容部５１１の内部において、第１非水性液体１１０の流動とともに第１活物質３１０の流動が生じても、第１活物質３１０が第１収容部５１１から流出することを防止できる。
【０１３６】
図３では、第１収容部５１１に収容されている第１非水性液体１１０は、第１透過抑制部５１２と配管５１３とを通過して、正極室６１０に供給される。
【０１３７】
これにより、第１非水性液体１１０に溶解している第１電極メディエータ１１１は、第１電極２１０により酸化又は還元される。
【０１３８】
その後、酸化又は還元された第１電極メディエータ１１１が溶解した第１非水性液体１１０は、配管５１４とポンプ５１５とを通過して、第１収容部５１１に供給される。
【０１３９】
これにより、第１非水性液体１１０に溶解している第１電極メディエータ１１１に対して、第１活物質３１０による第１電極メディエータ１１１の酸化反応と還元反応とのうちの少なくとも一方が行われる。
【０１４０】
なお、第１非水性液体１１０の循環の制御は、例えば、ポンプ５１５により行われてもよい。すなわち、ポンプ５１５により、適宜、第１非水性液体１１０の供給の開始、供給の停止、又は、供給量などの調整が行われてもよい。
【０１４１】
第１非水性液体１１０の循環の制御は、ポンプ５１５以外の他の手段により行われてもよい。他の手段は、例えば、バルブなどであってもよい。
【０１４２】
なお、図３においては、一例として、第１電極２１０は正極であり、かつ、第２電極２２０は負極である。
【０１４３】
ここで、第２電極２２０として、相対的に電位の高い電極を用いれば、第１電極２１０は、負極にもなりうる。
【０１４４】
すなわち、第１電極２１０は負極であり、かつ、第２電極２２０は正極であってもよい。
【０１４５】
なお、隔離部４００を隔てて、正極室６１０側と負極室６２０側とで、それぞれ、異なる組成の電解液及び／又は溶媒が用いられてもよい。
【０１４６】
正極室６１０側と負極室６２０側とで、同じ組成の電解液及び／又は溶媒が用いられてもよい。
【０１４７】
第３実施形態におけるフロー電池４０００は、第２循環機構５２０をさらに備える。
【０１４８】
第２循環機構５２０は、第２電極２２０と第２活物質３２０との間で第２非水性液体１２０を循環させる機構である。
【０１４９】
第２循環機構５２０は、第２収容部５２１を備える。第２循環機構５２０は、配管５２３と、配管５２４と、ポンプ５２５とを備えている。ポンプ５２５は、例えば、配管５２４に設けられる。なお、ポンプ５２５は、配管５２３に設けられてもよい。
【０１５０】
第２活物質３２０と第２非水性液体１２０とは、第２収容部５２１に収容される。
【０１５１】
第２収容部５２１において第２活物質３２０と第２非水性液体１２０とが接触することにより、第２活物質３２０による第２電極メディエータ１２１の酸化反応と、第２活物質３２０による第２電極メディエータ１２１の還元反応とのうちの少なくとも一方が行われる。
【０１５２】
以上の構成によれば、第２収容部５２１において、第２非水性液体１２０と第２活物質３２０とを接触させることができる。これにより、例えば、第２非水性液体１２０と第２活物質３２０との接触面積をより大きくできる。第２非水性液体１２０と第２活物質３２０との接触時間をより長くできる。このため、第２活物質３２０による第２電極メディエータ１２１の酸化反応と還元反応とのうちの少なくとも一方をより効率的に行うことができる。
【０１５３】
なお、第３実施形態においては、第２収容部５２１は、例えば、タンクであってもよい。
【０１５４】
第２収容部５２１は、例えば、充填された第２活物質３２０の隙間に、第２電極メディエータ１２１が溶解した第２非水性液体１２０を収容していてもよい。
【０１５５】
配管５２３の一端は、第２収容部５２１の第２非水性液体１２０の流出口側に接続される。
【０１５６】
配管５２３の別の一端は、正極室６１０と負極室６２０とのうち、第２電極２２０が配置される方に接続される。図３では、配管５２３の別の一端は、負極室６２０に接続される。
【０１５７】
配管５２４の一端は、正極室６１０と負極室６２０とのうち、第２電極２２０が配置される方に接続される。図３では、配管５２４の一端は負極室６２０に接続される。
【０１５８】
配管５２４の別の一端は、第２収容部５２１の第２非水性液体１２０の流入口側に接続される。
【０１５９】
なお、第３実施形態におけるフロー電池４０００においては、第２循環機構５２０は、第２透過抑制部５２２を備えてもよい。
【０１６０】
第２透過抑制部５２２は、第２活物質３２０の透過を抑制する。
【０１６１】
第２透過抑制部５２２は、第２非水性液体１２０が第２収容部５２１から第２電極２２０に流出する経路に設けられる。図３では、第２透過抑制部５２２は、配管５２３に設けられている。なお、第２透過抑制部５２２は、第２収容部５２１と配管５２４との接合部に設けられてもよい。また、第２透過抑制部５２２は、電気化学反応部６００と配管５２３との接合部、又は、電気化学反応部６００と配管５２４との接合部に設けられてもよい。
【０１６２】
以上の構成によれば、第２活物質３２０が第２収容部５２１以外へ流出することを抑制できる。例えば、第２活物質３２０が第２電極２２０側へ流出することを抑制できる。すなわち、第２活物質３２０は、第２収容部５２１に留まる。これにより、第２活物質３２０そのものは循環させない構成のフロー電池を実現できる。このため、第２循環機構５２０の部材の内部の第２活物質３２０による目詰まりを防止できる。例えば、第１循環機構５１０の配管の内部の第１活物質３１０による目詰まりを防止できる。第２活物質３２０が第２電極２２０側に流出することによる抵抗損失の発生を抑制できる。
【０１６３】
第２透過抑制部５２２は、例えば、第２活物質３２０を濾過するフィルターであってもよい。このとき、フィルターは、第２活物質３２０の粒子の最小粒径よりも小さい孔を有する部材であってもよい。フィルターの材料としては、第２活物質３２０及び第２非水性液体１２０などと反応しない材料が用いられうる。フィルターは、例えば、ガラス繊維濾紙、ポリプロピレン不織布、ポリエチレン不織布、金属リチウムと反応しない金属メッシュなどであってもよい。
【０１６４】
以上の構成によれば、第２収容部５２１の内部において、第２非水性液体１２０の流動とともに第２活物質３２０の流動が生じても、第２活物質３２０が第２収容部５２１から流出することを防止できる。
【０１６５】
図３に示される例では、第２収容部５２１に収容されている第２非水性液体１２０は、第２透過抑制部５２２と配管５２３とを通過して、負極室６２０に供給される。
【０１６６】
これにより、第２非水性液体１２０に溶解している第２電極メディエータ１２１は、第２電極２２０により酸化又は還元される。
【０１６７】
その後、酸化又は還元された第２電極メディエータ１２１が溶解した第２非水性液体１２０は、配管５２４とポンプ５２５とを通過して、第２収容部５２１に供給される。
【０１６８】
これにより、第２非水性液体１２０に溶解している第２電極メディエータ１２１に対して、第２活物質３２０による第２電極メディエータ１２１の酸化反応と還元反応とのうちの少なくとも一方が行われる。
【０１６９】
なお、第２非水性液体１２０の循環の制御は、例えば、ポンプ５２５により行われてもよい。すなわち、ポンプ５２５により、適宜、第２非水性液体１２０の供給の開始、供給の停止、又は、供給量などの調整が行われてもよい。
【０１７０】
第２非水性液体１２０の循環の制御は、ポンプ５２５以外の他の手段により行われてもよい。他の手段は、例えば、バルブなどであってもよい。
【０１７１】
なお、図３においては、一例として、第１電極２１０は正極であり、かつ、第２電極２２０は負極である。
【０１７２】
ここで、第１電極２１０として、相対的に電位の低い電極を用いれば、第２電極２２０は、正極にもなりうる。
【０１７３】
すなわち、第２電極２２０は正極であり、かつ、第１電極２１０は負極であってもよい。
【０１７４】
なお、上述の第１実施形態から第３実施形態のそれぞれに記載の構成は、適宜、互いに組み合わされてもよい。
【０１７５】
また、本開示に係る他の実施形態としては、芳香族環を含む架橋構造を有するイオン伝導性高分子を備え、イオン伝導性高分子は、複数の酸性基を含むアルキル鎖を主鎖として有し、複数の酸性基の少なくとも一部が金属イオンの塩である、フロー電池用隔離部材が挙げられる。この隔離部材は、上述の第１実施形態から第３実施形態のそれぞれに記載の隔離部４００に相当する。
【実施例】
【０１７６】
次に、実施例を挙げて本開示をさらに具体的に説明するが、本開示はこれらの実施例により何ら限定されるものではなく、本開示の技術的思想内で多くの変形が当分野において通常の知識を有する者により可能である。【０１７７】
＜第１液体の調製＞
第１電極メディエータとして用いられうる芳香族化合物であるビフェニルと、金属リチウムとを溶解させたリチウムビフェニル溶液を第１液体（第１非水性液体）として使用した。この第１液体は、以下の手順により調製した。【０１７８】
まず、第１非水溶媒であるトリグライムに、ビフェニルと、電解質塩であるＬｉＰＦ6とをそれぞれ溶解させた。得られた溶液におけるビフェニルの濃度は、０．１ｍｏｌ／Ｌであった。溶液におけるＬｉＰＦ6の濃度は、１ｍｏｌ／Ｌであった。この溶液に、過剰量の金属リチウムを添加した。金属リチウムを飽和量まで溶解させることにより、リチウムが飽和した濃青色のビフェニル溶液を得た。余剰の金属リチウムは、沈殿として残存していた。そのため、このビフェニル溶液の上澄みを第１液体として使用した。【０１７９】
＜第２液体の調製＞
第２非水溶媒であるトリグライムに、第２電極メディエータであるテトラチアフルバレンと、電解質塩であるＬｉＰＦ6とをそれぞれ溶解させた。得られた溶液を第２液体（第２非水性液体）として使用した。第２液体におけるテトラチアフルバレンの濃度は、５ｍｍｏｌ／Ｌであった。第２液体におけるＬｉＰＦ6の濃度は、１ｍｏｌ／Ｌであった。【０１８０】
＜評価系の構成＞
電気化学セルに、後述する実施例１、実施例２又は比較例１の隔離部を配置した。隔離部を隔てて第１液体及び第２液体のそれぞれを１ｍＬずつ電気化学セルに注入した。第１電極を第１液体に、第２電極を第２液体に浸漬させた。第１電極及び第２電極としては発泡ＳＵＳを用いた。電気化学アナライザを使用し、開路電圧を１０時間測定した。【０１８１】
［実施例１］
隔離部として、セレミオン膜（旭硝子社製：セレミオンＣＭＶ）を使用した。１ｍｏｌ／Ｌの水酸化リチウム水溶液にセレミオン膜を浸漬することによってイオン交換を行った。その後、水による洗浄を行うことによって、リチウムイオンにイオン交換された高分子膜を作製した。【０１８２】
［比較例１］
隔離部として、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）１１７高分子膜に変更したことを除き、実施例１と同じ方法で高分子膜を得た。【０１８３】
［比較例２］
隔離部として、ポリプロピレン／ポリエチレン／ポリプロピレンの三層構造のセパレータ膜を使用した。【０１８４】
表１は、実施例１、比較例１及び比較例２において、電気化学セルの開路電圧の低下量を表している。詳細には、開路電圧が最大値に到達した時点から１０時間経過した時点までの期間における開路電圧の低下量を示している。【０１８５】
【表１】
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【０１８６】
実施例１の電気化学セルにおいて、開路電圧は、最大値に到達した時点から１０時間にわたって安定していた。このことから、実施例１の電気化学セルでは、第１液体と第２液体との混合が抑制されたことがわかる。つまり、メディエータのクロスオーバーが抑制された。これは、実施例１の電気化学セルでは、隔離部４００を構成しているイオン伝導性高分子の膨潤を抑制できたためであると考えられる。一方、比較例１及び比較例２の電気化学セルでは、開路電圧の顕著な低下が発生した。このことは、比較例１及び比較例２の電気化学セルにおいて、第１液体と第２液体との混合が発生したことを示唆している。
【産業上の利用可能性】
【０１８７】
本開示のフロー電池は、例えば、蓄電デバイス又は蓄電システムとして好適に使用できる。
【符号の説明】
【０１８８】
１１０  第１非水性液体
１１１  第１電極メディエータ
１２０  第２非水性液体
１２１  第２電極メディエータ
２１０  第１電極
２１１  正極端子
２２０  第２電極
２２１  負極端子
３１０  第１活物質
３２０  第２活物質
４００  隔離部
５１０  第１循環機構
５１１  第１収容部
５１２  第１透過抑制部
５１３、５１４、５２３、５２４  配管
５１５、５２５  ポンプ
５２０  第２循環機構
５２１  第２収容部
５２２  第２透過抑制部
６００  電気化学反応部
６１０  正極室
６２０  負極室
１０００、３０００、４０００  フロー電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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