液流电池的制作方法

文档序号:16528991发布日期:2019-01-05 10:35阅读:407来源:国知局
液流电池的制作方法

本公开涉及液流电池。



背景技术:

专利文献1公开了一种氧化还原液流电池系统,其具有包含氧化还原介体的能量存储器。专利文献2公开了一种使用氧化还原物质的液流电池。

在先技术文献

专利文献1:日本特表2014-524124号公报

专利文献2:wo2016/208123号



技术实现要素:

发明要解决的课题

现有技术中,期望实现使用高电位固体正极活性物质的具有高的放电电位的液流电池。

解决课题的手段

本公开的一个实施方案中的液流电池,具备:

包含第1电极介体的第1液体、

第1电极、

第1活性物质、以及

使所述第1液体在所述第1电极与所述第1活性物质之间循环的第1循环机构,

所述第1电极介体包含杂蒽(heteranthrene)化合物,

所述杂蒽化合物的骨架结构的中心的环状结构不含n。

发明的效果

根据本公开,能够实现使用高电位正极活性物质的液流电池。

附图说明

图1是表示实施方式1中的液流电池1000的大致结构的框图。

图2是表示实施方式2中的液流电池2000的大致结构的示意图。

图3是表示实施方式3中的液流电池3000的大致结构的框图。

图4是表示实施方式4中的液流电池4000的大致结构的示意图。

附图标记说明

110第1液体

111第1电极介体

120第2液体

121充电介体

122放电介体

210第1电极

211正极端子

220第2电极

221负极端子

310第1活性物质

320第2活性物质

400隔离部

510第1循环机构

511第1容纳部

512第1透过抑制部

513、514、523、524配管

515、525泵

520第2循环机构

521第2容纳部

522第2透过抑制部

600电化学反应部

610正极室

620负极室

1000、2000、3000、4000液流电池

具体实施方式

以下,参照附图对本公开的实施方式进行说明。

(实施方式1)

图1是表示实施方式1中的液流电池1000的大致结构的框图。

实施方式1中的液流电池1000具备第1液体110、第1电极210、第1活性物质310和第1循环机构510。

第1液体110是溶解有第1电极介体111的液体。

第1电极210是浸渍于第1液体110中的电极。

第1活性物质310是浸渍于第1液体110中的活性物质。

第1循环机构510是使第1液体110在第1电极210与第1活性物质310之间循环的机构。

第1电极介体111包含杂蒽化合物。

根据以上的技术构成,能够实现具有高的放电电位、高的能量密度和长的循环寿命的液流电池。即,根据以上的技术构成,杂蒽化合物由于其氧化还原电位在4v附近,因此能够作为licoo2、linio2、limn2o4等的充电介体、lini0.5mn1.5o4等的放电介体使用。另外,杂蒽化合物也可以仅使用一种。因此,能够使用平衡电位高的活性物质作为第1活性物质310,能够实现具有更高的放电电位的液流电池。平衡电位高的活性物质例如可以是3.8~4.5vvs.li/li+左右的活性物质。

另外,根据以上的技术构成,能够实现利用活性物质,并且不使活性物质本身循环的结构的液流电池。因此,作为第1活性物质310,例如可以使用在充放电反应中高容量的粉末活性物质。由此,能够实现高能量密度和高容量。

另外,根据以上的技术构成,能够不使粉末活性物质本身循环,仅使溶解有第1电极介体111的第1液体110循环。因此,能够抑制由粉末活性物质导致的配管等的堵塞等情况的发生。因此,能够实现循环寿命长的液流电池。

再者,在实施方式1的液流电池1000中,杂蒽化合物可以是由下述通式(1)表示的杂蒽化合物,

(式中,x1和x2分别独立地为选自s、o、se和te之中的至少一种氧族元素,

并且,y1~y8分别独立地表示氢、氟、氯、溴、氰基、硝基、链状饱和烃基、链状不饱和烃基、环状饱和烃基、环状不饱和烃基、-cor1或-n(r2)2,r1和r2分别独立地为选自氢、链状饱和烃基、链状不饱和烃基、环状饱和烃基、环状不饱和烃基、氰基、硝基和它们的组合之中的至少一种。)

根据以上的技术构成,能够使用高电位固体正极活性物质,能够实现具有高的放电电压的液流电池。再者,y1~y8以及r1和r2的链状饱和烃基、链状不饱和烃基、环状饱和烃基和环状不饱和烃基可以分别独立地包含选自氧原子、氮原子、硫原子和硅原子之中的至少一种。

根据以上的技术构成,通过由与1、4位键合的氧族元素的非共用电子对的存在带来的供电子性的共轭效应,杂蒽化合物的阳离子自由基稳定化,能够可逆地进行充放电,能够实现具有更高的放电电位的液流电池。

另外,实施方式1的液流电池1000中,可以是由下述通式(2)表示的杂蒽化合物。

(式中,x1和x2分别独立地为选自s、o、se和te之中的至少一种氧族元素。)

根据以上的技术构成,能够实现具有更高的放电电位的液流电池。

另外,实施方式1的液流电池1000中,在由通式(1)表示的杂蒽化合物中,y1~y8分别独立地表示氢、氟、氯、溴、氰基、硝基、链状饱和烃基、链状不饱和烃基、环状饱和烃基、环状不饱和烃基、-cor1或-n(r2)2,r1和r2分别独立地是选自氢、链状饱和烃基、链状不饱和烃基、环状饱和烃基、环状不饱和烃基、氰基、硝基以及它们的组合之中的至少一种。另外,r1和r2可以包含选自硼、氮、氧、氟、硅、磷、硫、氯、溴和碘之中的至少一种元素(非金属元素)。链状饱和烃基可以是直链状,也可以是支链状。作为链状饱和烃基,可以是碳原子数为1~10的链状饱和烃基。作为碳原子数为1~10的链状的饱和烃基,可举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、正戊基、异戊基、新戊基、正己基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、2,3-二甲基己基、2,2-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、2,2-二甲基戊基、2,3-二甲基戊基、2,2-二甲基己基、正庚基、正辛基、正任基、正癸基等。作为直链状不饱和烃基,碳原子数可以为2~20。作为链状不饱和烃基,例如可举出乙烯基、烯丙基、1-丁烯基、2-丁烯基、1-庚烯基、1-辛烯基、1-壬烯基、1-癸烯基等。作为环状饱和烃基,可以是碳原子数为3~20的环状的饱和烃基。作为环状饱和烃基,可举出环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环壬基、环癸基、甲基环己基、甲基环戊基、二甲基环戊基、1-二环[4.4.0]癸基、2-二环[4.4.0]癸基等。作为环状不饱和烃基,碳原子数可以为3~20。作为环状不饱和烃基,例如可举出环戊烯基、环己烯基、环庚烯基、4-甲基环己烯基、1-甲基环己烯基等。

根据以上的技术构成,能够实现具有更高的放电电位的液流电池。

另外,实施方式1的液流电池1000中,杂蒽化合物可以是选自噻蒽、吩噻、二苯并[b,e][1,4]二英之中的至少一种。

根据以上的技术构成,能够实现具有更高的放电电位的液流电池。

下述表1表示可作为第1电极介体111使用的杂蒽化合物的电位的测定结果。

表1

准备在溶剂中溶解有1m电解质的电解液。作为电解质使用libf4或lipf6。作为溶剂,使用碳酸亚丙酯(pc)或氟代碳酸亚乙酯(fec)。将电解质与溶剂的组合示于表1。通过在该电解液中分别溶解5mm的表1所示的各杂蒽化合物,得到与表1所示的各杂蒽化合物相对应的电解液。利用各电解液、对电极、工作电极和参比电极,制作与表1所示的各杂蒽化合物相对应的电位测定用电池。对电极使用1×1cm的pt箔。工作电极使用电化学测定用玻璃碳电极(φ6mm)。参比电极使用银线(ag/ag+)。使用各电位测定用电池,通过循环伏安法(cv)测定,测定表1所示的各杂蒽化合物的充放电电位。表1表示测定出的充放电电位以锂金属基准计换算得到的电位(vvs.li/li+)。

根据表1,杂蒽化合物在3.8~4.7(vvs.li/li+)具有氧化还原电位。因此,能够作为针对具有比充电电位即第1氧化电位低的平衡电位的正极固体活性物质的充电介体使用。另外,相对于在第2氧化电位与放电电位即第1还原电位之间具有平衡电位的正极固体活性物质,可以使用一种化合物作为充放电介体。也就是说,第2阶段的氧化电位(第2氧化电位:e2ox(vvs.li/li+))成为介体的充电电位,第1阶段的还原电位(第1还原电位:e1red(vvs.li/li+))成为介体的放电电位。

作为杂蒽化合物的噻蒽、吩噻、二苯并[b,e][1,4]二英,与四硫富瓦烯或以往的正极放电介体相比,第1氧化还原电位大约高0.5v。

液流电池的放电电位取决于正极侧的放电介体的电位。因此,如果是在高电位侧具有放电电位的上述实施方式1中的杂蒽化合物,则能够实现具有更高的放电电位的液流电池。

再者,实施方式1的液流电池1000中,第1电极介体111可以仅包含上述实施方式1中的一种杂蒽化合物。

另外,实施方式1的液流电池1000中,第1电极介体111可以包含上述实施方式1中的两种以上杂蒽化合物。

如上所述,实施方式1中的杂蒽化合物具有第1氧化电位e1ox、第2氧化电位e2ox、第1还原电位e1red和第2还原电位e2red。

此时,第1活性物质310的平衡电位(vvs.li/li+)可以低于第1氧化电位e1ox或第2氧化电位e2ox,并且可以高于第1还原电位e1red或第2还原电位e2red。

根据以上的技术构成,通过使用具有比第1还原电位e1red或第2还原电位e2red高的平衡电位的活性物质作为第1活性物质310,能够使实施方式1中的杂蒽化合物作为放电介体发挥作用。换言之,通过使用显示比第1还原电位e1red或第2还原电位e2red高的电位的活性物质作为第1活性物质310,能够使实施方式1中的杂蒽化合物作为放电介体发挥作用。另外,通过使用具有比第1氧化电位e1ox或第2氧化电位e2ox低的平衡电位的活性物质作为第1活性物质310,能够使实施方式1中的杂蒽化合物作为充电介体发挥作用。换言之,通过使用显示出比第1氧化电位e1ox或第2氧化电位e2ox低的电位的活性物质作为第1活性物质310,能够使实施方式1中的杂蒽化合物作为充电介体发挥作用。

另外,实施方式1的液流电池1000中,第1活性物质310可以是由lixmyo2表示的金属氧化物。在此,m是选自ni、mn和co之中的至少一种。x和y是任意的值。该金属氧化物在3.8~4.4v具有平衡电位。

另外,实施方式1的液流电池1000中,第1活性物质310可以是选自lifepo4、limno2、limn2o4和licoo2之中的至少一种。

在此,licoo2的平衡电位为3.9vvs.li/li+。此时,如果使用在比licoo2的平衡电位高的电位具有放电电位、并且在比licoo2的平衡电位低的电位具有充电电位的化合物作为充放电介体即第1电极介体111,则能够构成以licoo2为活性物质的介体型的正极。此时,licoo2的平衡电位与第1电极介体111的充放电位的电位差越少,充放电能量效率越优异。例如,在第1电极介体111的放电电位比licoo2的平衡电位低、并且越接近licoo2的平衡电位的情况下,液流电池的放电电位越高。另一方面,在仅通过一种介体不能满足条件的情况下,为了进行充放电需要使用多种介体。

因此,使用licoo2作为第1活性物质310的情况下,作为第1电极介体111的充电介体使用至少一种杂芳环化合物,并且作为放电介体使用在3.74vvs.li/li+可逆地进行一阶段以上氧化还原反应的杂芳环化合物,由此能够进一步提高液流电池的放电电位。作为充电介体的杂芳环化合物,可以是选自噻蒽、吩噻、二苯并[b,e][1,4]二英、四硫富瓦烯之中的至少一种。作为放电介体的杂芳环化合物可以是2,2’-联噻吩等。该情况下,与作为正极固体活性物质使用在3.5v附近具有放电电位的lifepo4的情况相比,能够提高大约0.4~0.5v左右的放电电位。

杂蒽化合物可以作为充电介体使用。该情况下,具有比正极固体活性物质的平衡电位低的氧化还原电位的介体物质,可以作为放电介体使用。

即,实施方式1的液流电池1000中,第1液体110可以还溶解有第1电极侧放电介体。换言之,第1液体110可以还包含第1电极侧放电介体。

此时,第1活性物质310的平衡电位可以低于杂蒽化合物的氧化电位eox。

另外,第1活性物质310的平衡电位可以高于第1电极侧放电介体的平衡电位。

根据以上的技术构成,通过使用具有比杂蒽化合物的氧化电位eox低的平衡电位的活性物质作为第1活性物质310,能够使实施方式1中的杂蒽化合物作为充电介体发挥作用。换言之,通过使用显示比氧化电位eox低的电位的活性物质作为第1活性物质310,能够使实施方式1中的杂蒽化合物作为充电介体发挥作用。另外,通过使用具有比第1电极侧放电介体的平衡电位高的平衡电位的活性物质作为第1活性物质310,能够使第1电极侧放电介体作为放电介体发挥作用。换言之,通过使用显示比第1电极侧放电介体的平衡电位高的电位的活性物质作为第1活性物质310,能够使第1电极侧放电介体作为放电介体发挥作用。

作为第1电极侧放电介体,可以是诸如2,2’-联噻吩等的杂芳环类和/或诸如二茂铁等的环戊二烯基化合物等。

杂蒽化合物可以作为放电介体使用。该情况下,具有比正极固体活性物质的平衡电位高的氧化还原电位的介体物质,可以作为充电介体使用。

再者,作为第1活性物质310,可以使用固体的活性物质。固体的活性物质例如可以是粉末状的活性物质。在将第1活性物质310以未加工的粉末状态填充到罐体中的情况下,能够使制造简化,并且能够降低制造成本。

另外,作为第1活性物质310,可以使用颗粒状的活性物质。作为颗粒状的活性物质,例如可以是对粉末进行了颗粒成型的状态的活性物质。在将第1活性物质310以颗粒状填充到罐体中的情况下,能够使制造简化,并且能够降低制造成本。

另外,作为第1活性物质310,可以使用由公知的粘合剂粘固成颗粒状的活性物质。粘合剂例如可以是聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺等。

再者,第1活性物质310可以是不溶于第1液体110的物质。由此,能够实现第1电极介体111随着第1液体110一起循环,但不使第1活性物质310循环的结构的液流电池。

实施方式1的液流电池1000中,第1液体110可以是选自碳酸亚丙酯(pc)、碳酸亚乙酯(ec)、γ-丁内酯、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸甲乙酯(emc)、氟代碳酸亚乙酯(fec)和碳酸二乙酯(dec)之中的至少一种。另外,第1液体110可以是醚溶剂。醚溶剂例如可以是四氢呋喃(thf)、2-甲基四氢呋喃(2methf)、二甲氧基乙烷(dme)、1,3-二烷(1,3do)、4-甲基-1,3-二烷(4me1,3do)。

实施方式1的液流电池1000中,第1液体110可以是将上述第1液体110的材料作为溶剂的、包含电解质的电解液。该电解质(盐)可以是选自libf4、lipf6和lin(cf3so2)2之中的至少一种。另外,该溶剂可以设为其介电常数高,与li离子的反应性低,并且其电位窗达到4v附近。

再者,实施方式1的液流电池1000中,可以设为第1电极210是正极,并且第2电极220是负极。

再者,作为第2电极220,如果使用电位相对高的电极,则第1电极210也可以成为负极。

即,也可以设为第1电极210是负极,并且第2电极220是正极。

再者,实施方式1的液流电池1000中,例如通过第1液体110与第1电极210接触,使第1电极介体111被第1电极210氧化或还原。

第1电极210可以是具有作为第1电极介体111的反应场发挥作用的表面的电极。

该情况下,作为第1电极210,可使用对第1液体110稳定的材料。对第1液体110稳定的材料,例如可以是不溶于第1液体110的材料。另外,作为第1电极210,可使用对于作为电极反应的电化学反应稳定的材料。例如,作为第1电极210,可使用金属、碳等。金属例如可以是不锈钢、铁、铜、镍等。

第1电极210可以具有使其表面积增大的结构。具有使表面积增大的结构的物质,例如可以是网、无纺布、表面粗糙化处理板、烧结多孔体等。由此,第1电极210的比表面积增大。从而,能够更容易进行第1电极介体111的氧化反应或还原反应。

第2电极220可以是具备集电体和设置在集电体上的活性物质的结构。由此,例如能够使用高容量的活性物质。作为第2电极220的活性物质,可使用具有可逆地吸藏和释放锂离子的特性的化合物。

另外,第2电极220可以是锂金属。作为第2电极220使用锂金属的情况下,作为金属正极的溶解析出的控制变得容易,并且能够实现高容量。

再者,实施方式1中的液流电池1000可以还具备隔离部400。

隔离部400将第1电极210和第1液体110、与第2电极220之间隔离开。

隔离部400可以是公知的二次电池所使用的微多孔膜和/或多孔体。

另外,隔离部400可以是将玻璃纤维织入无纺布而得到的玻璃纸等多孔膜。

另外,隔离部400可以是具有锂离子传导性等的离子传导性的隔膜。例如,隔离部400可以是离子交换树脂膜或固体电解质膜等。离子交换树脂膜例如可以是阳离子交换膜、阴离子交换膜等。

第1循环机构510是使第1液体110在第1电极210与第1活性物质310之间循环的机构。

根据以上的技术构成,能够使第1电极介体111随着第1液体110一起在第1电极210与第1活性物质310之间循环。由此,能够更有效地进行各材料之间的氧化反应和还原反应。

第1循环机构510例如可以是具备配管、罐体、泵、阀等的机构。

作为第1循环机构510的具体的一例,可举出后述的实施方式2的结构等。

<充放电过程的说明>

以下,对实施方式1中的液流电池1000的充放电过程进行说明。

再者,具体而言,例示出下述的技术构成即操作实例,对充放电过程进行说明。

在本操作实例中,第1电极210是正极,为炭黑。

另外,在本操作实例中,第1液体110为溶解有第1电极介体111的醚溶液。

在本操作实例中,第1电极介体111为上述的实施方式1的杂蒽化合物(以下记为heteranthrene)。

在本操作实例中,第1活性物质310为钴酸锂(licoo2)。

在本操作实例中,第2电极220是负极,为锂金属。

[充电过程的说明]

首先,对充电反应进行说明。

通过对第1电极210与第2电极220之间施加电压,进行充电。

(负极侧的反应)

通过电压的施加,从液流电池的外部向作为负极的第2电极220供给电子。由此,在作为负极的第2电极220上发生还原反应。即,负极成为充电状态。

例如,在本操作实例中,发生下述反应。

li++e-→li

(正极侧的反应)

通过电压的施加,在作为正极的第1电极210上发生第1电极介体111的氧化反应。即,在第1电极210的表面,第1电极介体111被氧化。由此,从第1电极210向液流电池的外部释放出电子。

例如,在本操作实例中,发生下述反应。

heteranthrene→heteranthrene++e-

通过第1循环机构510,使被第1电极210氧化了的第1电极介体111移动到设置有第1活性物质310的场所。即,通过第1循环机构510,使被第1电极210氧化了的第1电极介体111供给到设置有第1活性物质310的场所。

此时,在第1电极210上被氧化了的第1电极介体111,被第1活性物质310还原。即,第1活性物质310被第1电极介体111氧化。由此,第1活性物质310释放出锂离子。

例如,在本操作实例中,发生下述反应。

licoo2+heteranthrene+→coo2+li++heteranthrene

通过第1循环机构510,使被第1活性物质310还原了的第1电极介体111移动到设置有第1电极210的场所。即,通过第1循环机构510,使被第1活性物质310还原了的第1电极介体111供给到设置有第1电极210的场所。

此时,在第1电极210的表面,第1电极介体111被氧化。

例如,在本操作实例中,发生下述反应。

heteranthrene→heteranthrene++e-

再者,从第1活性物质310产生的锂离子(li+)的一部分,会从隔离部400通过,向第2电极220侧移动。

如上所述,以包括循环的总反应来看,第1电极介体111没有变化。

另一方面,位于远离第1电极210的场所的第1活性物质310成为充电状态。

如上所述,在第1电极210侧,heteranthrene+作为第1电极侧充电介体发挥充电介体的作用。

在完全充电状态下,第1液体110中存在heteranthrene+,第1活性物质310成为coo2。此时,充电电位由向heteranthrene+的氧化电位决定。

以上的充电反应可以进行到第1活性物质310成为完全充电状态、或第2电极220成为完全充电状态为止。

[放电过程的说明]

接着,对从满充电开始的放电反应进行说明。

在满充电的情况下,第1活性物质310和第2电极220成为充电状态。

放电反应中,从第1电极210与第2电极220之间取出电力。

(负极侧的反应)

在作为负极的第2电极220发生氧化反应。即,负极成为放电状态。

由此,从第2电极220向液流电池的外部释放出电子。

例如,在本操作实例中,发生下述反应。

li→li++e-

(正极侧的反应)

通过电池的放电,从液流电池的外部向作为正极的第1电极210供给电子。

由此,在第1电极210上发生第1电极介体111的还原反应。

即,在第1电极210的表面,第1电极介体111被还原。

例如,在本操作实例中,发生下述反应。

heteranthrene++e-→heteranthrene

通过第1循环机构510,使被第1电极210还原了的第1电极介体111移动到设置有第1活性物质310的场所。即,通过第1循环机构510,使被第1电极210还原了的第1电极介体111供给到设置有第1活性物质310的场所。

此时,在第1电极210上被还原了的第1电极介体111,被第1活性物质310氧化。即,第1活性物质310被第1电极介体111还原。由此,第1活性物质310吸藏锂。

例如,在本操作实例中,发生下述反应。

coo2+li++heteranthrene→licoo2+heteranthrene+

通过第1循环机构510,使被第1活性物质310氧化了的第1电极介体111移动(供给)到设置有第1电极210的场所。即,通过第1循环机构510,使被第1活性物质310氧化了的第1电极介体111供给到设置有第1电极210的场所。

此时,在第1电极210的表面,第1电极介体111被还原。

例如,在本操作实例中,发生下述反应。

heteranthrene++e-→heteranthrene

再者,产生的锂离子(li+)的一部分会从隔离部400通过,从第2电极220侧供给。

如上所述,以包括循环的总反应来看,第1电极介体111没有变化。

另一方面,位于远离第1电极210的场所的第1活性物质310成为放电状态。

如上所述,在第1电极210侧,heteranthrene作为第1电极侧放电介体发挥放电介体的作用。

在完全放电状态下,第1液体110中存在heteranthrene,第1活性物质310成为licoo2。此时,放电电位由向heteranthrene的还原电位决定。

以上的放电反应可以进行到第1活性物质310成为完全放电状态、或第2电极220成为完全放电状态为止。

(实施方式2)

以下,对实施方式2进行说明。再者,适当省略与上述实施方式1重复的说明。

图2是示例性地表示实施方式2中的液流电池2000的大致结构的示意图。

实施方式2中的液流电池2000,除了上述实施方式1中的液流电池1000的结构以外,还具备下述结构。

实施方式2的液流电池2000中,第1循环机构510具备第1容纳部511。

第1活性物质310和第1液体110容纳于第1容纳部511中。

第1循环机构510使第1液体110在第1电极210与第1容纳部511之间循环。

在第1容纳部511中通过第1活性物质310与第1液体110接触,进行由第1活性物质310引起的第1电极介体111的氧化反应和还原反应之中的至少一者。

根据以上的技术构成,在第1容纳部511中,能够使第1液体110与第1活性物质310接触。由此,例如能够进一步增大第1液体110与第1活性物质310的接触面积。另外,能够进一步增长第1液体110与第1活性物质310的接触时间。因此,能够更有效地进行由第1活性物质310引起的第1电极介体111的氧化反应和还原反应。

再者,在实施方式2中,第1容纳部511例如可以是罐体。

另外,第1容纳部511例如可以将溶解有第1电极介体111的第1液体110容纳在所填充的第1活性物质310的间隙中。

另外,如图2所示,实施方式2中的液流电池2000可以还具备电化学反应部600、正极端子211和负极端子221。

电化学反应部600可以通过隔离部400而分隔为正极室610和负极室620。

在正极室610中配置成为正极的电极。图2中,在正极室610中配置第1电极210。

正极端子211与成为正极的电极连接。

在负极室620中配置成为负极的电极。图2中,在负极室620中配置第2电极220。

负极端子221与成为负极的电极连接。

正极端子211和负极端子221例如与充放电装置连接。通过充放电装置,对正极端子211与负极端子221之间施加电压,或者从正极端子211与负极端子221之间取出电力。

另外,如图2所示,实施方式2的液流电池2000中,第1循环机构510可以具备配管514、配管513和泵515。

配管514的一端与正极室610和负极室620之中配置第1电极210的一方连接。图2中,配管514的一端与正极室610连接。

配管514的另一端与第1容纳部511的第1液体110的流入口侧连接。

配管513的一端与第1容纳部511的第1液体110的流出口侧连接。

配管513的另一端与正极室610和负极室620之中配置第1电极210的一方连接。图2中,配管513的另一端与正极室610连接。

泵515例如设置于配管514。或者,泵515也可以设置于配管513。

再者,实施方式2的液流电池2000中,第1循环机构510可以具备第1透过抑制部512。

第1透过抑制部512抑制第1活性物质310的透过。

第1透过抑制部512设置于第1液体110从第1容纳部511流向第1电极210的路径。图2中,第1透过抑制部512设置于配管513。

根据以上的技术构成,能够抑制第1活性物质310向第1容纳部511以外(例如第1电极210侧)流出。即,第1活性物质310留在第1容纳部511中。由此,能够实现不使第1活性物质310本身循环的结构的液流电池。因此,能够防止第1循环机构510的构件内部由第1活性物质310导致的堵塞。第1循环机构510的构件例如可以为配管。另外,能够防止由第1活性物质310向第1电极210侧流出导致的电阻损失的发生。

第1透过抑制部512例如可以设置在第1容纳部511与配管513的接合部。

第1透过抑制部512例如可以是将第1活性物质310过滤的过滤器。此时,过滤器可以是具有比第1活性物质310的粒子的最小粒径小的孔的构件。作为过滤器的材料,可使用不与第1活性物质310和第1液体110等反应的材料。过滤器例如可以是玻璃纤维滤纸、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布、不与金属锂反应的金属网等。

根据以上的技术构成,在第1容纳部511的内部,即使伴随第1液体110的流动而发生第1活性物质310的流动,也能够防止第1活性物质310从第1容纳部511流出。

图2中,容纳于第1容纳部511中的第1液体110,从第1透过抑制部512和配管513通过,向正极室610供给。

由此,溶解于第1液体110中的第1电极介体111被第1电极210氧化或还原。

然后,溶解有被氧化或还原了的第1电极介体111的第1液体110,从配管514和泵515通过,向第1容纳部511供给。

由此,对于溶解于第1液体110中的第1电极介体111,进行由第1活性物质310引起的第1电极介体111的氧化反应和还原反应之中的至少一者。

再者,第1液体110的循环的控制例如可以通过泵515进行。即,通过泵515适当进行第1液体110的供给的开始、供给的停止、或供给量等的调整。

另外,第1液体110的循环的控制也可以通过泵515以外的其它手段进行。其它手段例如可以是阀等。

再者,图2中,作为一例,第1电极210是正极,并且第2电极220是负极。

在此,作为第2电极220,如果使用电位相对高的电极,则第1电极210也可以成为负极。

即,可以设为第1电极210是负极,并且第2电极220是正极。

再者,可以隔着隔离部400,在正极室610侧和负极室620侧分别使用组成不同的电解液和/或溶剂。

另外,也可以在正极室610侧和负极室620侧使用组成相同的电解液和/或溶剂。

(实施方式3)

以下,对实施方式3进行说明。再者,适当省略与上述实施方式1或实施方式2重复的说明。

作为实施方式3,示出在第1电极侧和第2电极侧这两侧使电解液循环的结构。

图3是例示性地表示实施方式3中的液流电池3000的大致结构的框图。

实施方式3中的液流电池3000,除了上述实施方式1中的液流电池1000的结构以外,还具备下述结构。

即,实施方式3中的液流电池3000还具备第2液体120、第2电极220、第2活性物质320和隔离部400。

第2液体120是溶解有作为第2电极侧充电介体的充电介体121和作为第2电极侧放电介体的放电介体122的液体。

第2电极220是浸渍于第2液体120中的电极。

第2活性物质320是浸渍于第2液体120中的活性物质。

隔离部400将第1电极210和第1液体110与第2电极220和第2液体120之间隔离开。

充电介体121的平衡电位比第2活性物质320的平衡电位低。

放电介体122的平衡电位比第2活性物质320的平衡电位高。

根据以上的技术构成,能够实现具有更高的电池电压、更高的能量密度和更长的循环寿命的液流电池。

即,根据以上的技术构成,通过使用平衡电位(vs.li/li+)较低的活性物质作为第2活性物质320,作为放电介体122能够使用平衡电位(vs.li/li+)较低的物质。作为第2活性物质320使用的平衡电位较低的物质例如可以是石墨。作为放电介体122使用的平衡电位较低的物质例如可以是稠合芳族化合物。由此,能够实现电位更低的液流电池的负极。因此,能够实现具有更高的电池电压(即放电电压)的液流电池。

另外,根据以上的技术构成,能够实现利用活性物质,并且不使活性物质本身循环的结构的液流电池。因此,作为第2活性物质320,例如可以使用在充放电反应中高容量的粉末活性物质。由此,能够实现高能量密度和高容量。

另外,根据以上的技术构成,能够不使粉末活性物质本身循环,仅使溶解有充电介体121和放电介体122的第2液体120循环。因此,能够抑制由粉末活性物质导致的配管等的堵塞等发生。因此,能够实现循环寿命长的液流电池。

再者,实施方式3的液流电池3000中,第2液体120中可以溶解有锂。

第2活性物质320可以是具有吸藏和释放锂的性质的物质。

在液流电池3000的充电时,从液流电池3000的外部向第2电极220供给电子。在液流电池3000的充电时,充电介体121在第2电极220上被还原。另外,在液流电池3000的充电时,在第2电极220上被还原了的充电介体121可以被第2活性物质320氧化,并且第2活性物质320吸藏锂。

在液流电池3000的放电时,从第2电极220向液流电池3000的外部释放电子。在液流电池3000的放电时,吸藏有锂的第2活性物质320将放电介体122还原,并且第2活性物质320释放锂。另外,在液流电池3000的放电时,被第2活性物质320还原了的放电介体122可以在第2电极220上被氧化。

根据以上的技术构成,作为第2活性物质320,例如可以使用具有可逆地吸藏和释放锂和/或锂离子的性质的活性物质。由此,第2活性物质320的材料设计变得更容易。另外,能够实现更高的容量。

另外,在实施方式3的液流电池3000的充电时,放电介体122可以在第2电极220上被还原。

另外,在放电时,充电介体121可以在第2电极220上被氧化。

根据以上的技术构成,能够实现更高的能量密度和更高的容量。即,在充电时通过第2电极220将放电介体122还原,由此能够增加在放电时被第2电极220氧化的放电介体122的量。另外,在放电时通过第2电极220将充电介体121氧化,由此能够增加在充电时被第2电极220还原的充电介体121的量。由此,能够增加充放电的容量。

另外,实施方式3的液流电池3000中,充电介体121和放电介体122可以是稠合芳族化合物。

溶解有稠合芳族化合物的第2液体120具有使锂的溶剂化电子放出,将锂作为阳离子溶解的性质。

根据以上的技术构成,能够实现具有电位低的性质的充电介体121和放电介体122。含有稠合芳族化合物的溶液,例如具有溶解锂的能力。含有稠合芳族化合物的溶液,例如可以是醚溶液。锂容易释放电子而成为阳离子。因此,向溶液中的稠合芳族化合物传递电子,成为阳离子而溶解于该溶液。此时,接收了电子的稠合芳族化合物与电子溶剂化。通过与电子溶剂化,稠合芳族化合物作为阴离子发挥作用。因此,含有稠合芳族化合物的溶液本身具有离子导电性。在此,含有稠合芳族化合物的溶液中,li阳离子和电子等量存在。因此,能够使含有稠合芳族化合物的溶液自身具有还原性强的性质,换言之为电位低的性质。

例如,如果在溶解有稠合芳族化合物的第2液体120中浸渍不与锂反应的电极,测定与锂金属的电位,则会观测到非常低的电位。所观测的电位取决于稠合芳族化合物与电子的溶剂化的程度,即取决于稠合芳族化合物的种类。作为产生低电位的稠合芳族化合物,可举出菲、联苯、o-三联苯、三亚苯、蒽、菲罗啉、2,2’-联吡啶、二苯甲酮、反式二苯乙烯、4,4’-联吡啶、3,3’-联吡啶、2,4’-联吡啶、2,3’-联吡啶、顺式二苯乙烯等。也可以代替稠合芳族化合物,使用苯乙酮、苯丙酮、苯丁酮、苯戊酮和乙二胺等。

另外,实施方式3的液流电池3000中,充电介体121可以是选自菲、联苯、o-三联苯、三亚苯、蒽之中的至少一种。

根据以上的技术构成,能够实现具有电位低的性质的充电介体121。更具体而言,能够实现显示出比特定的第2活性物质320的电位(vs.li/li+)低的电位(vs.li/li+)的充电介体。第2活性物质320例如可以为石墨。

另外,实施方式3的液流电池3000中,放电介体122可以是选自菲罗啉、2,2’-联吡啶、二苯甲酮、反式二苯乙烯、4,4’-联吡啶、3,3’-联吡啶、2,4’-联吡啶、2,3’-联吡啶、顺式二苯乙烯、苯乙酮、苯丙酮、苯丁酮、苯戊酮和乙二胺之中的至少一种。

根据以上的技术构成,能够实现具有电位高的性质的放电介体122。更具体而言,能够实现显示出比特定的第2活性物质320的电位(vs.li/li+)高的电位(vs.li/li+)的放电介体122。第2活性物质320例如可以为石墨。

另外,实施方式3的液流电池3000中,放电介体122可以是选自2,2’-联吡啶、反式二苯乙烯、2,4’-联吡啶、2,3’-联吡啶、顺式二苯乙烯、苯丙酮、苯丁酮、苯戊酮和乙二胺之中的至少一种。

根据以上的技术构成,能够使放电介体122的平衡电位(vs.li/li+)较低。由此,能够实现电位更低的液流电池的负极。因此,能够实现具有更高的电池电压(即放电电压)的液流电池。

另外,实施方式3的液流电池3000中,第2液体120可以是醚溶液。

根据以上的技术构成,作为第2液体120,能够实现含有充电介体121和放电介体122的电解液。即,充电介体121和放电介体122的溶剂是不具有电子导电性的醚溶液,因此该醚溶液自身能够具有作为电解液的性质。

作为醚,可使用四氢呋喃(thf)、2-甲基四氢呋喃(2methf)、二甲氧基乙烷(dme)、1,3-二烷(1,3do)、4-甲基-1,3-二烷(4me1,3do)等。

另外,实施方式3的液流电池3000中,第2活性物质320可以是石墨。

根据以上的技术构成,能够使第2活性物质320的平衡电位(vs.li/li+)较低。因此,作为放电介体122能够使用平衡电位(vs.li/li+)较低的物质。能够作为放电介体122使用的平衡电位较低的物质例如可以是稠合芳族化合物。由此,能够实现电位更低的液流电池的负极。因此,能够实现具有高的电池电压(放电电压)的液流电池。

再者,在实施方式3中,作为第2活性物质320可以是吸藏有锂的石墨,即、在充电时所生成的石墨层间化合物的组成可以是c24li、c18li、c12li、c6li之中的至少一者。

作为第2活性物质320使用石墨(c6li)的情况下,不与锂反应从而被完全还原地进行充电。即、吸藏锂而成为c6li。此时,该c6li的电位为0.2vvs.li/li+左右。因此,如果使用显示比c6li的电位低的电位的稠合芳族化合物作为充电介体,并使用显示比c6li的电位高的电位的稠合芳族化合物作为放电介体,则能够构成介体型的负极。

表2表示能够作为充电介体121使用的稠合芳族化合物的电位。

表2

表3表示能够作为放电介体122使用的稠合芳族化合物的电位。

表3

将2×2cm的铜箔用聚丙烯制微多孔隔膜包覆,在将其整体用大量的锂金属箔包覆。将接片安装于铜箔和锂金属。然后安装层压外包装。对其注入以表2和表3所示的各摩尔浓度(m)溶解有稠合芳族化合物的2methf之后,将层压外包装热熔接从而密封。通过以上方式对每种稠合芳族化合物制作电位测定用电池。表2和表3表示使用该电位测定用电池以锂金属基准测定的电位(vvs.li/li+)。再者,该测定中作为醚可使用2methf,同样也可以使用其它醚。

充电介体121不具有使c6li中的li溶解的能力。而放电介体122具有使c6li中的li溶解的能力。该能力差异可以基于这些锂金属溶液的电位与c6li的电位的差异进行说明。即、比c6li的电位(约0.2vvs.li/li+)高的物质具有使c6li中的li溶解的能力。而比c6li的电位低的物质不具有使c6li中的li溶解的能力。

因此,能够使用比c6li的电位低的物质作为充电介体121。另外,能够使用比c6li的电位高的物质作为放电介体122。

再者,作为稠合芳族化合物,与第2活性物质320的电位差越小,充放电能量效率越优异。因此,使用石墨(c6li)作为第2活性物质320的情况下,作为充电介体121,可以使用菲、三亚苯或联苯。另外,作为放电介体122,可以使用反式二苯乙烯、苯丁酮、苯戊酮或乙二胺。由此,能够进一步提高充放电能量效率。

再者,作为醚,可以使用不与li离子一起插入石墨的醚。由此,醚不插入石墨,能够进一步提高容量密度。

再者,作为第2活性物质320,可以使用固体的活性物质。固体的活性物质例如可以是粉末状的活性物质。在将第2活性物质320以未加工的粉末状态填充到罐体中的情况下,能够使制造简化,并且能够降低制造成本。

另外,作为第2活性物质320,可以使用颗粒状的活性物质。颗粒状的活性物质例如可以是将粉末进行了颗粒成型的状态的活性物质。在将第2活性物质320以颗粒状填充到罐体中的情况下,能够使制造简化,并且能够降低制造成本。

另外,作为第2活性物质320,可以使用通过公知的粘合剂粘固成颗粒状的活性物质。粘合剂例如可以是聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺等。

再者,第2活性物质320可以是不溶于第2液体120的物质。由此,能够实现使充电介体121和放电介体122随着第2液体120一起循环,但不使第2活性物质320循环的结构的液流电池。

再者,实施方式3的液流电池3000中,可以设为第2电极220是负极,并且第1电极210是正极。

再者,作为第1电极210侧,如果使用电位相对低的电极结构,则第2电极220侧也可以成为正极。

即、可以设为第2电极220是正极,并且第1电极210是负极。

再者,实施方式3的液流电池3000中,例如通过第2液体120与第2电极220接触,使充电介体121和放电介体122被第2电极220氧化或还原。即、例如通过第2液体120与第2活性物质320接触,产生由第2活性物质320引起的放电介体122的还原反应,或者产生由第2活性物质320引起的充电介体121的氧化反应。

第2电极220可以是具有作为充电介体121和放电介体122的反应场发挥作用的表面的电极。

该情况下,作为第2电极220,可使用对第2液体120稳定的材料。对第2液体120稳定的材料可以是不溶于第2液体120的材料。另外,作为第2电极220,可使用对于作为电极反应的电化学反应稳定的材料。例如,作为第2电极220,可使用金属、碳等。金属例如可以是不锈钢、铁、铜、镍等。

第2电极220可以具有使其表面积增大的结构。具有使表面积增大的结构的物质例如可以是网、无纺布、表面粗糙化处理板、烧结多孔体等。由此,第2电极220的比表面积增大。从而能够更容易进行充电介体121和放电介体122的氧化反应或还原反应。

再者,实施方式3中的液流电池3000可以还具备第2循环机构520。

第2循环机构520是使第2液体120在第2电极220与第2活性物质320之间循环的机构。

根据以上的技术构成,能够使充电介体121和放电介体122与第2液体120一起在第2电极220与第2活性物质320之间循环。由此,能够更有效率地进行各材料之间的氧化反应和还原反应。

第2循环机构520例如可以是具备配管、罐体、泵、阀等的机构。

作为第2循环机构520的具体的一例,可举出后述的实施方式4的结构等。

<充放电过程的说明>

以下,对实施方式3中的液流电池3000的充放电过程进行说明。

再者,具体而言,例示出下述的技术构成即操作实例,对充放电过程进行说明。

在本操作实例中,第1电极210是正极,为炭黑。

另外,在本操作实例中,第1液体110为溶解有第1电极介体111的醚溶液。

另外,在本操作实例中,第1电极介体111为上述的实施方式1的杂蒽化合物(以下记为heteranthrene)。

另外,在本操作实例中,第1活性物质310为钴酸锂(licoo2)。

另外,在本操作实例中,第2电极220是负极,为不锈钢。

另外,在本操作实例中,第1液体110为溶解有充电介体121和放电介体122的醚溶液。

另外,在本操作实例中,第2电极220侧的充电介体121为1种稠合芳族化合物(以下记为chmd)。

另外,在本操作实例中,第2电极220侧的放电介体122为1种稠合芳族化合物(以下记为dchmd)。

另外,在本操作实例中,第2活性物质320是石墨(c6li)。

另外,在本操作实例中,隔离部400是锂离子导电性的固体电解质膜。

[充电过程的说明]

首先,对充电反应进行说明。

通过对第1电极210与第2电极220之间施加电压,进行充电。

(负极侧的反应)

通过电压的施加,从液流电池的外部向作为负极的第2电极220供给电子。由此,在第2电极220上发生充电介体121和放电介体122的还原反应。

例如,在本操作实例中,发生下述反应。

chmd+li++e-→chmd·li

dchmd+li++e-→dchmd·li

通过第2循环机构520,使被第2电极220还原了的充电介体121移动到设置有第2活性物质320的场所。即、通过第2循环机构520,使被第2电极220还原了的充电介体121供给到设置有第2活性物质320的场所。

此时,在第2电极220上被还原了的充电介体121,被第2活性物质320氧化。即、第2活性物质320被充电介体121还原。由此,第2活性物质320吸藏锂,成为c6li。

例如,在本操作实例中,发生下述反应。

6c+chmd·li→c6li+chmd

通过第2循环机构520,使被第2活性物质320氧化了的充电介体121移动到设置有第2电极220的场所。即、通过第2循环机构520,使被第2活性物质320氧化了的充电介体121供给到设置有第2电极220的场所。

如上所述,以包括循环的总反应来看,充电介体121没有变化。

另一方面,位于远离第2电极220的场所的第2活性物质320成为充电状态。

(正极侧的反应)

通过电压的施加,在作为正极的第1电极210上发生第1电极介体111的氧化反应。即,在第1电极210的表面,第1电极介体111被氧化。由此,从第1电极210向液流电池的外部释放出电子。

例如,在本操作实例中,发生下述反应。

heteranthrene→heteranthrene++e-

通过第1循环机构510,使被第1电极210氧化了的第1电极介体111移动到设置有第1活性物质310的场所。即,通过第1循环机构510,使被第1电极210氧化了的第1电极介体111供给到设置有第1活性物质310的场所。

此时,在第1电极210上被氧化了的第1电极介体111,被第1活性物质310还原。即,第1活性物质310被第1电极介体111氧化。由此,第1活性物质310释放出锂离子。

例如,在本操作实例中,发生下述反应。

licoo2+heteranthrene+→coo2+li++heteranthrene+

通过第1循环机构510,使被第1活性物质310还原了的第1电极介体111移动到设置有第1电极210的场所。即,通过第1循环机构510,使被第1活性物质310还原了的第1电极介体111供给到设置有第1电极210的场所。

此时,在第1电极210的表面,第1电极介体111被氧化。

例如,在本操作实例中,发生下述反应。

heteranthrene→heteranthrene++e-

再者,产生的锂离子(li+)的一部分会从隔离部400通过,向第2电极220侧移动。

如上所述,以包括循环的总反应来看,第1电极介体111没有变化。

另一方面,位于远离第1电极210的场所的第1活性物质310成为充电状态。

如上所述,在第1电极210侧,heteranthrene+作为第1电极侧充电介体发挥充电介体的作用。

在完全充电状态下,第1液体110中存在heteranthrene+,第1活性物质310成为licoo2。此时,充电电位由向heteranthrene+的氧化电位决定。

以上的充电反应可以进行到第1活性物质310成为完全充电状态、或第2电极220成为完全充电状态为止。

[放电过程的说明]

接着,对从满充电开始的放电反应进行说明。

满充电中,第1活性物质310和第2电极320成为充电状态。

放电反应中,从第1电极210与第2电极220之间取出电力。

(负极侧的反应)

通过电池的放电,在作为负极的第2电极220上,发生充电介体121和放电介体122的氧化反应。由此,从第2电极220向液流电池的外部释放出电子。

例如,在本操作实例中,发生下述反应。

dchmd·li→dchmd+li++e-

chmd·li→chmd+li++e-

通过第2循环机构520,使被第2电极220氧化了的放电介体122移动到设置有第2活性物质320的场所。即、通过第2循环机构520,使被第2电极220氧化了的放电介体122供给到设置有第2活性物质320的场所。

此时,在第2电极220上被氧化了的放电介体122,被第2活性物质320还原。即、第2活性物质320被放电介体122氧化。由此,第2活性物质320释放锂。

例如,在本操作实例中,发生下述反应。

c6li+dchmd→6c+dchmd·li

通过第2循环机构520,使被第2活性物质320还原了的放电介体122移动到设置有第2电极220的场所。即、通过第2循环机构520,使被第2活性物质320还原了的放电介体122供给到设置有第2电极220的场所。

如上所述,以包括循环的总反应来看,放电介体122没有发生变化。

另一方面,位于远离第2电极220的场所的第2活性物质320成为放电状态。

(正极侧的反应)

通过电池的放电,从液流电池的外部向作为正极的第1电极210供给电子。由此,在第1电极210上,发生第1电极介体111的还原反应。即、在第1电极210的表面,第1电极介体111被还原。

例如,在本操作实例中,发生下述反应。

heteranthrene++e-→heteranthrene

通过第1循环机构510,使被第1电极210还原了的第1电极介体111移动到设置有第1活性物质310的场所。即、通过第1循环机构510,使被第1电极210还原了的第1电极介体111供给到设置有第1活性物质310的场所。

此时,在第1电极210上被还原了的第1电极介体111,被第1活性物质310氧化。即、第1活性物质310被第1电极介体111还原。由此,第1活性物质310吸藏锂。

例如,在本操作实例中,发生下述反应。

coo2+li++heteranthrene→licoo2+heteranthrene+

通过第1循环机构510,使被第1活性物质310氧化了的第1电极介体111移动到设置有第1电极210的场所。即、通过第1循环机构510,使被第1活性物质310氧化了的第1电极介体111供给到设置有第1电极210的场所。

此时,在第1电极210的表面,第1电极介体111被还原。

例如,在本操作实例中,发生下述反应。

heteranthrene++e-→heteranthrene

再者,锂离子(li+)的一部分会从隔离部400通过,从第2电极220侧供给。

如上所述,以包括循环的总反应来看,第1电极介体111没有变化。

另一方面,位于远离第1电极210的场所的第1活性物质310成为放电状态。

如上所述,在第1电极210侧,heteranthrene作为第1电极侧放电介体发挥放电介体的作用。

在完全充电状态下,第1液体110中存在heteranthrene,第1活性物质310成为licoo2。此时,放电电位由向heteranthrene的还原电位决定。

以上的放电反应可以进行到第1活性物质310成为完全放电状态、或第2电极220成为完全放电状态为止。

<能量密度的推算>

以下,对实施方式3中的液流电池3000的能量密度的推算结果进行说明。

表4表示实施方式3中的液流电池3000的能量密度的推算结果。

表4

表4表示使用上述表1所示的各杂蒽化合物作为第1电极介体111的充电介体,在正极充电介体显示一阶段氧化还原反应时作为正极放电介体使用2,2’-联噻吩等,以实施方式3中的液流电池3000的上述操作实例的条件,并且充电介体121是菲、放电介体122是反式二苯乙烯时的能量密度的推算结果。再者,表4中发电元件体积填充率表示比率。例如发电元件体积填充率为0.60是指60%。

另外,表4中,在作为第1电极介体111、即正极充电介体使用四硫富瓦烯的计算例中,正极固体活性物质是lifepo4,并且没有使用2,2’-联噻吩。这是由于四硫富瓦烯(ttf)也作为正极放电介体发挥作用。

如表4所示,在使用二苯并[b,e][1,4]二英作为充电介体,作为放电介体,使用2,2’-联噻吩这样的杂芳环化合物作为第1电极介体111的情况下,能够实现能量密度为1076wh/l左右的液流电池,在作为充放电介体,使用噻蒽、吩恶噻等作为第1电极介体111的情况下,能够实现能量密度大致为1100wh/l左右的液流电池。

与此相对,以往利用钒的液流电池的理论能量密度为38wh/l左右。由该结果可知,与以往的液流电池相比,本公开的液流电池的理论能量密度特别高。

另外,如表4所示,在使用四硫富瓦烯作为第1电极介体111的情况下,由于使用lifepo4作为正极固体活性物质,因此形成能量密度为633wh/l左右的液流电池。由该结果可知,与使用四硫富瓦烯或其衍生物等的情况相比,使用杂蒽化合物的液流电池的理论能量密度更高。

(实施方式4)

以下,对实施方式4进行说明。再者,适当省略与上述实施方式1~3的任一者重复的说明。

图4是例示性地表示实施方式4中的液流电池4000的大致结构的示意图。

实施方式4中的液流电池4000,除了上述实施方式3中的液流电池3000的结构以外,还具备下述结构。

首先,实施方式4中的液流电池4000,具备上述实施方式2中所示的第1循环机构510的结构。

另外,实施方式4中的液流电池4000具备上述实施方式2中所示的电化学反应部600、正极端子211和负极端子221。

另外,实施方式4中的液流电池4000具备第2循环机构520。

第2循环机构520具备第2容纳部521。

第2活性物质320和第2液体120容纳于第2容纳部521中。

第2循环机构520使第2液体120在第2电极220与第2容纳部521之间循环。

在第2容纳部521中通过使第2活性物质320与第2液体120接触,进行由第2活性物质320引起的充电介体121的氧化反应和由第2活性物质320引起的放电介体122的还原反应之中的至少一者。

根据以上的技术构成,在第2容纳部521中,能够使第2液体120与第2活性物质320接触。由此,例如能够进一步增大第2液体120与第2活性物质320的接触面积。另外,能够进一步增长第2液体120与第2活性物质320的接触时间。因此,能够更有效地进行由第2活性物质320引起的充电介体121的氧化反应和由第2活性物质320引起的放电介体122的还原反应。

再者,在实施方式4中,第2容纳部521例如可以是罐体。

另外,第2容纳部521例如可以将溶解有充电介体121和放电介体122的第2液体120容纳于所填充的第2活性物质320的间隙中。

另外,如图4所示,实施方式4的液流电池4000中,第2循环机构520可以具备配管523、配管524和泵525。

配管524的一端与正极室610和负极室620之中配置第2电极220的一方连接。图4中,配管524的一端与负极室620连接。

配管524的另一端与第2容纳部521的第2液体120的流入口侧连接。

配管523的一端与第2容纳部521的第2液体120的流出口侧连接。

配管523的另一端与正极室610和负极室620之中配置第2电极220的一方连接。图4中,配管523的另一端与负极室620连接。

泵525例如设置于配管524。或者,泵525也可以设置于配管523。

再者,实施方式4的液流电池4000中,第2循环机构520可以具备第2透过抑制部522。

第2透过抑制部522抑制第2活性物质320的透过。

第2透过抑制部522设置于第2液体120从第2容纳部521流向第2电极220的路径。图4中,第2透过抑制部522设置于配管523。

根据以上的技术构成,能够抑制第2活性物质320向第2容纳部521以外(例如第2电极220侧)流出。即、第2活性物质320留在第2容纳部521中。由此,能够实现不使第2活性物质320本身循环的结构的液流电池。因此,能够防止第2循环机构520的构件内部由第2活性物质320导致的堵塞。另外,能够防止由第2活性物质320向第2电极220侧流出而导致的电阻损失的发生。第2循环机构520的构件例如可以为配管。

第2透过抑制部522例如可以设置在第2容纳部521与配管523的接合部。

第2透过抑制部522例如可以是将第2活性物质320过滤的过滤器。此时,过滤器可以是具有比第2活性物质320的粒子的最小粒径小的孔的构件。作为过滤器的材料,可使用不与第2活性物质320和第2液体120等反应的材料。过滤器例如可以是玻璃纤维滤纸、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布、不与金属锂反应的金属网等。

根据以上的技术构成,在第2容纳部521的内部,即使伴随第2液体120的流动而发生第2活性物质320的流动,也能够防止第2活性物质320从第2容纳部521流出。

图4中,容纳于第2容纳部521中的第2液体120,从第2透过抑制部522和配管523中通过,向负极室620供给。

由此,溶解于第2液体120中的充电介体121和放电介体122,被第2电极220氧化或还原。

然后,溶解有被氧化或还原了的充电介体121和放电介体122的第2液体120,从配管524和泵525通过,向第2容纳部521供给。

由此,对于溶解于第2液体120中的充电介体121和放电介体122,进行由第2活性物质320实现的充电介体121的氧化反应和由第2活性物质320实现的放电介体122的还原反应之中的至少一者。

再者,第2液体120的循环的控制例如可以通过泵525进行。即、通过泵525适当进行第2液体120的供给的开始、供给的停止、或供给量等的调整。

另外,第2液体120的循环的控制,可以通过泵525以外的其它手段进行。其它手段例如可以是阀等。

再者,在图4中,作为一例,第1电极210是正极,并且第2电极220是负极。

在此,作为第1电极210侧,如果使用电位相对低的电极结构,则第2电极220侧也可以成为正极。

即、可以设为第2电极220是正极,并且第1电极210是负极。

再者,如果是本公开的杂蒽化合物,则与以往使用四硫富瓦烯衍生物等作为介体、使用lifepo4作为正极固体活性物质的液流电池相比,能够实现具有更高的放电电位和更高的能量密度的液流电池。

再者,上述实施方式1~4各自记载的结构可以适当相互组合。

产业可利用性

本公开的液流电池例如能够很好地作为蓄电设备或蓄电系统使用。

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