蓄电池的制作方法_2

文档序号:9291885阅读:来源:国知局
乙二胺(EDA,n= 0)、二乙三胺(DETA,n= 1)、三乙四胺(TETA,n= 2)、四乙五胺(TEPA,n= 3)、五乙六胺(PEHA,n= 4)、四甲基乙二 胺(TMEDA,n= 0)、N-甲基乙二胺(n= 0)、N,N,-二甲基乙二胺(DMEDA,n= 0)、N,N_ 二 甲基乙二胺(n= 0)、N-乙基乙二胺(n= 0)、N,N'-二乙基乙二胺(n= 0)及N,N-二乙 基乙二胺(n= 0)。
[0049] 负极电解液32可含有通式(1)所表示的胺中的仅一种,也可含有多种。
[0050] 负极电解液32优选的是含有选自二乙三胺、三乙四胺及N,N'-二甲基乙二胺中 的至少一种胺。
[0051]负极电解液32中通式(1)表示的胺相对于锌的氧化还原系物质的摩尔比优选在 1~5的范围内,更优选在1. 5~5的范围内。在所述摩尔比为1以上的情况下,容易提高 锌的氧化还原系物质的浓度。在所述摩尔比为5以下的情况下,有反应性或充放电循环特 性(可逆性)提高的倾向。
[0052] 负极电解液32的pH值优选在3~11的范围内。在负极电解液32的pH值为3 以上的情况下,容易提高锌的氧化还原系物质的浓度。在负极电解液32的pH值为11以下 的情况下,可降低构成电池的材料所需的耐化学品性。此外,pH值例如为在20°C下测定的 值。
[0053] 负极电解液32中,视需要也可含有例如无机酸的盐或有机酸的盐、除通式(1)表 示的胺以外的螯合剂。
[0054] 正极电解液22中所用的活性物质并无特别限定,例如可以举出:铁的氧化还原系 物质、铬的氧化还原系物质、锰的氧化还原系物质、铜的氧化还原系物质、钒的氧化还原系 物质及溴的氧化还原系物质。
[0055] 从提高能量密度的观点来看,正极电解液22中的金属的氧化还原系物质(金属离 子)的浓度优选〇. 1摩尔/升以上,更优选〇. 2摩尔/升以上,进而优选0. 4摩尔/升以上。
[0056] 从抑制金属的氧化还原系物质的析出的观点来看,正极电解液22中的金属的氧 化还原系物质(金属离子)的浓度优选2.5摩尔/升以下,更优选1.5摩尔/升以下。
[0057] 正极电解液22中所用的活性物质例如合适的是锰的氧化还原系物质。为了避免 氯离子的混入,含有锰的正极电解液22的制备例如优选的是通过使硫酸锰溶解在水中来 进行。可推测,正极电解液22中所含的锰在充电时由Mn(III)被氧化成Mn(IV),在放电时 由Mn(IV)被还原成Mn(III)。
[0058] 正极电解液22优选的是进一步含有螯合剂。螯合剂的例子可以举出通式(1)表 示的胺、聚乙烯亚胺及氨基羧酸系螯合剂。
[0059] 正极电解液22中的螯合剂相对于金属的氧化还原系物质的摩尔比例如优选的是 设定在〇. 5~10的范围内,更优选的是设定在1~5的范围内。
[0060] 正极电解液22中,视需要也可含有例如无机酸的盐或有机酸的盐。
[0061] 正极电解液22的pH值优选在3~11的范围内。
[0062] 负极电解液32及正极电解液22可利用周知的方法来制备。在使负极电解液32 中含有锌的氧化还原系物质时,例如从容易获取的方面来看,优选的是使硫酸锌(ZnS04)溶 解在水中。
[0063] 负极电解液32及正极电解液22中所用的水优选的是具有与蒸馏水同等或更高的 纯度。氧化还原液流型电池的充放电视需要可将负极电解液32及正极电解液22设定在惰 性气体的环境下来进行。
[0064]〈氧化还原液流型电池的作用〉
[0065] 在含有锌的氧化还原系物质与通式(1)表示的胺的负极电解液32中,可推测锌的 氧化还原系物质与所述胺形成络合物,由此使锌的氧化还原系物质的氧化还原反应稳定, 而容易获得作为氧化还原液流型电池的实用性能。
[0066] 氧化还原液流型电池的性能例如可以通过充放电循环特性(可逆性)、库仑效率、 电压效率、能量效率、电解液的利用率、电动势及电解液的电位来评价。以下,将氧化还原液 流型电池的1次充放电称为1循环。
[0067] 充放电循环特性(可逆性)是通过将第5循环的放电的库仑量(A)及第100循环 的放电的库仑量(B)代入到下述式(1)中而算出。
[0068]充放电循环特性[% ] =B/AX100*" (1)
[0069] 充放电循环特性优选80 %以上。
[0070] 库仑效率是通过将第既定循环的充电的库仑量(C)及放电的库仑量(D)代入到下 述式⑵中而算出。
[0071]库仑效率[% ] =D/CX100~(2)
[0072]例如在根据第79循环的库仑量所算出的值中,库仑效率优选80%以上。
[0073] 电压效率是通过将第既定循环的充电的平均端子电压(E)及放电的平均端子电 压(F)代入到下述式(3)中而算出。
[0074]电压效率[% ] =F/EX100~(3)
[0075] 例如,根据第79循环的端子电压所算出的电压效率值优选60%以上。
[0076] 能量效率是通过将第既定循环的充电的功率量(G)及放电的功率量(H)代入到下 述式⑷中而算出。
[0077]能量效率[% ] =H/GX100- (4)
[0078] 根据第79循环的功率量所算出的能量效率值优选60 %以上。
[0079] 电解液的利用率是通过以下方式算出:将供给于正极21a侧或负极31a侧的电解 液的活性物质的摩尔数乘以法拉第常数(96500库仑/摩尔)而求出库仑量(I),并且求出 第1循环的放电的库仑量(J),将库仑量⑴及库仑量(J)代入到下述式(5)中。此外,在 供给于正极21a侧的电解液的活性物质的摩尔数与供给于负极31a侧的电解液的活性物质 的摩尔数不同的情况下,采用其中较小的摩尔数。
[0080] 电解液的利用率[% ] =J/IX100- (5)
[0081] 根据第1循环的库仑量所算出的电解液的利用率值优选35%以上。
[0082] 电动势是设定为在第既定循环中由充电切换为放电时(电流为0mA时)的端子电 压。
[0083] 在第1循环的端子电压中,电动势优选1. 0V以上。
[0084] 以上所说明的本实施形态可发挥以下效果。
[0085] (1)本实施形态的氧化还原液流型电池的负极电解液32含有锌的氧化还原系物 质与通式(1)表示的胺。该情况下,可推测锌的氧化还原系物质的氧化还原反应变稳定。由 此,即便在电解液的pH值在中性附近的情况下,也容易在该电解液中使用锌的氧化还原系 物质。
[0086] (2)负极电解液32优选的是含有选自二乙三胺、三乙四胺及N,N'-二甲基乙二 胺中的至少一种胺。该情况下,例如容易抑制自放电,或充放电循环特性提高,因此成为实 用性更高的氧化还原液流型电池。其机制虽不明确,但可推测,由于所述胺为相对较低的分 子,且在其分子内具有1个或2个由C-NH-C所表示的二级胺型的结构,因此在与锌的氧化 还原物质之间形成更稳定的络合物。
[0087] (3)负极电解液32中通式⑴表示的胺相对于锌的氧化还原系物质的摩尔比优选 的是设定在1~5的范围内。该情况下,可推测锌的氧化还原系物质的氧化还原反应容易 变得更稳定。因此,即便在电解液的pH值在中性附近的情况下,也容易在该电解液中使用 锌的氧化还原系物质。
[0088] (4)负极电解液32中的锌的氧化还原系物质的含量在0. 2~2. 0摩尔/升以下的 范围内,由此可以提高能量密度,并且容易确保锌的氧化还原系物质的溶解性。
[0089] (5)负极电解液32的pH值在3~11以下的范围内,由此容易确保耐蚀性,并且容 易确保锌的氧化还原系物质的溶解性。
[0090] (6)锌的氧化还原系物质若反复进行充放电,则可能生成树枝状结晶 (dendrite)。若该树枝状结晶成长,则可能贯穿隔膜12而产生内部短路。这里,通式(1)表 示的胺中,例如二乙三胺及三乙四胺可获得抑制所述树枝状结晶的生成或成长的效果。可 认为由此可获得良好的充放电循环特性。
[0091] (7)优选的是通过使硫酸锌溶解在水中而使负极电解液32中含有锌的氧化还原 系物质。该情况下,由于硫酸锌容易获取,因此可容易地获得负极电解液32。另外,例如与 使用氯化锌的情况相比,可容易地抑制导致正极处产生氯气的氯离子的混入。其中,在正极 处的氯气或溴气的产生不成问题的情况下,也可使用氯化锌或溴化锌。
[0092] (变更例)
[0093] 所述实施形态也可像以下那样变更。
[0094] ?氧化还原液流型电池所具有的充放电单元11的形状、配置或数量或者正极电解 液储槽23及负极电解液储槽33的容量也可根据氧化还原液流型电池所需求的性能等而变 更。另外,关于对充放电单元11的正极电解液22及负极电解液32的供给量,例如可根据 充放电单元11的容量等而设定。
[0095] ?也可为氧化还原液流型电池以外的蓄电池。
[0096] 实例
[0097] 接着,通过实例及比较例对本发明加以更详细说明。
[0098] (Zn(II)-胺络合物的溶解度试验)
[0099] 使0. 2摩尔(29. 2g)的三乙四胺(TETA,分子量为146. 2)溶在50mL蒸馏水中。在 该水溶液中溶解〇. 1摩尔(28. 75g)的ZnS04 ? 7H20后,以总量成为90mL的方式添加蒸馏 水。然后,搅拌水溶液直到21^04完全溶解为止后,添加2. 5摩尔/升的稀硫酸,由此将pH 值调整为6. 5。在该水溶液中以总量成为100mL的方式添加蒸馏水,由此获得Zn(II)-TETA 络合物的浓度为1. 〇摩尔/升的水溶液。
[0100] 对所得的水溶液进行在室温(约25°C)、空气下的条件静置10天的溶解度试验, 结果在水溶液中未确认到析出物。
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