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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023099240
(43)【公開日】2023-07-12
(54)【発明の名称】レドックスフロー電池
(51)【国際特許分類】
H01M 8/18 20060101AFI20230705BHJP
H01M 8/1018 20160101ALI20230705BHJP
H01M 8/1025 20160101ALI20230705BHJP
H01M 8/1023 20160101ALI20230705BHJP
H01M 8/02 20160101ALI20230705BHJP
【ＦＩ】
H01M8/18
H01M8/1018
H01M8/1025
H01M8/1023
H01M8/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020093577
(22)【出願日】2020-05-28
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107641
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 耕一
(74)【代理人】
【識別番号】100174779
【弁理士】
【氏名又は名称】田村 康晃
(72)【発明者】
【氏名】迫 穂奈美
【テーマコード（参考）】
5H126
【Ｆターム（参考）】
5H126AA10
5H126BB10
5H126GG17
5H126GG18
5H126JJ06
(57)【要約】
【課題】酸化還元種のクロスオーバーが抑制されたレドックスフロー電池を提供する。
【解決手段】本開示のレドックスフロー電池は、負極２１０と、正極２２０と、第１非水性溶媒、第１酸化還元種及び金属イオンを含み、負極２１０に接している第１液体１１０と、第２非水性溶媒を含み、第２酸化還元種及び金属イオンを含み、正極２２０に接している第２液体１２０と、第１液体１１０と第２液体１２０との間に配置された金属イオン伝導膜４００とを備える。金属イオン伝導膜４００は、複数の水酸基を有する有機高分子を含み、前記有機高分子は、前記複数の水酸基の少なくとも一部がスルホン酸金属塩で置換された基を有する。
【選択図】図１
【解決手段】本開示のレドックスフロー電池は、負極２１０と、正極２２０と、第１非水性溶媒、第１酸化還元種及び金属イオンを含み、負極２１０に接している第１液体１１０と、第２非水性溶媒を含み、第２酸化還元種及び金属イオンを含み、正極２２０に接している第２液体１２０と、第１液体１１０と第２液体１２０との間に配置された金属イオン伝導膜４００とを備える。金属イオン伝導膜４００は、複数の水酸基を有する有機高分子を含み、前記有機高分子は、前記複数の水酸基の少なくとも一部がスルホン酸金属塩で置換された基を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
負極と、
正極と、
第１非水性溶媒、第１酸化還元種及び金属イオンを含み、前記負極に接している第１液体と、
第２非水性溶媒、第２酸化還元種及び金属イオンを含み、前記正極に接している第２液体と、
前記第１液体と前記第２液体との間に配置された金属イオン伝導膜と
を備え、
前記金属イオン伝導膜は、複数の水酸基を有する有機高分子を含み、
前記有機高分子は、前記複数の水酸基の少なくとも一部がスルホン酸金属塩で置換された基を有する、レドックスフロー電池。
正極と、
第１非水性溶媒、第１酸化還元種及び金属イオンを含み、前記負極に接している第１液体と、
第２非水性溶媒、第２酸化還元種及び金属イオンを含み、前記正極に接している第２液体と、
前記第１液体と前記第２液体との間に配置された金属イオン伝導膜と
を備え、
前記金属イオン伝導膜は、複数の水酸基を有する有機高分子を含み、
前記有機高分子は、前記複数の水酸基の少なくとも一部がスルホン酸金属塩で置換された基を有する、レドックスフロー電池。
【請求項2】
前記有機高分子が、セルロース類又はポリビニルアルコール類である、請求項１に記載のレドックスフロー電池。
【請求項3】
前記有機高分子が、セルロース類である、請求項１に記載のレドックスフロー電池。
【請求項4】
前記スルホン酸金属塩が、スルホン酸リチウム塩又はスルホン酸ナトリウム塩である、請求項１から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】
前記金属イオンは、リチウムイオン、ナトリウムイオン、マグネシウムイオン及びアルミニ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から４のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池。
【請求項6】
前記第１液体に少なくとも一部が接している負極活物質をさらに備え、
前記第１酸化還元種が芳香族化合物であり、
前記金属イオンがリチウムイオンであり、
前記第１液体は、リチウムを溶解し、
前記負極活物質は、前記リチウムを吸蔵及び放出する性質を有する物質を有し、
前記第１液体の電位が０．５Ｖｖｓ．Ｌｉ+／Ｌｉ以下であり、
前記第１酸化還元種は、前記負極によって酸化又は還元され、かつ、前記負極活物質によって酸化又は還元される、請求項１から５のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池。
前記第１酸化還元種が芳香族化合物であり、
前記金属イオンがリチウムイオンであり、
前記第１液体は、リチウムを溶解し、
前記負極活物質は、前記リチウムを吸蔵及び放出する性質を有する物質を有し、
前記第１液体の電位が０．５Ｖｖｓ．Ｌｉ+／Ｌｉ以下であり、
前記第１酸化還元種は、前記負極によって酸化又は還元され、かつ、前記負極活物質によって酸化又は還元される、請求項１から５のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池。
【請求項7】
前記芳香族化合物は、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、フルオランテン及びベンジルからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、請求項６に記載のレドックスフロー電池。
【請求項8】
前記第２液体に少なくとも一部が接している正極活物質をさらに備え、
前記第２酸化還元種は、前記正極によって酸化又は還元され、かつ、前記正極活物質によって酸化又は還元される、請求項１から７のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池。
前記第２酸化還元種は、前記正極によって酸化又は還元され、かつ、前記正極活物質によって酸化又は還元される、請求項１から７のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池。
【請求項9】
前記第２酸化還元種は、テトラチアフルバレン、メタロセン化合物、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、請求項１から８のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池。
【請求項10】
前記第１非水性溶媒及び前記第２非水性溶媒のそれぞれは、カーボネート基を有する化合物とエーテル結合を有する化合物との少なくとも１種を含む、請求項１から９のいずれか１項に記載のレドックスフロー電池。
【請求項11】
前記カーボネート基を有する化合物は、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つを含む、請求項１０に記載のレドックスフロー電池。
【請求項12】
前記エーテル結合を有する化合物は、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、トリグライム、テトラグライム、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－ジオキソランからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、請求項１０又は１１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】
本開示は、レドックスフロー電池に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、酸化還元種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レドックスフロー電池が開示されている。
【0004】
特許文献３には、有機高分子を用いた多孔質隔膜を用いたレドックス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
【特許文献3】特開昭６２－２２６５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本開示は、酸化還元種のクロスオーバーが抑制されたレドックスフロー電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一態様におけるレドックスフロー電池は、
負極と、
正極と、
第１非水性溶媒、第１酸化還元種及び金属イオンを含み、前記負極に接している第１液体と、
第２非水性溶媒、第２酸化還元種及び金属イオンを含み、前記正極に接している第２液体と、
前記第１液体と前記第２液体との間に配置された金属イオン伝導膜と
を備え、
前記金属イオン伝導膜は、複数の水酸基を有する有機高分子を含み、
前記有機高分子は、前記複数の水酸基の少なくとも一部がスルホン酸金属塩で置換された基を有する。
負極と、
正極と、
第１非水性溶媒、第１酸化還元種及び金属イオンを含み、前記負極に接している第１液体と、
第２非水性溶媒、第２酸化還元種及び金属イオンを含み、前記正極に接している第２液体と、
前記第１液体と前記第２液体との間に配置された金属イオン伝導膜と
を備え、
前記金属イオン伝導膜は、複数の水酸基を有する有機高分子を含み、
前記有機高分子は、前記複数の水酸基の少なくとも一部がスルホン酸金属塩で置換された基を有する。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、酸化還元種のクロスオーバーが抑制されたレドックスフロー電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
（本開示の基礎となった知見）
無機固体電解質は薄膜化が困難なため、膜が厚くなることで充放電時に分極が大きくなる。また、有機高分子固体電解質はイオン伝導性が低いことに加えて、電解液への耐性が低く溶媒に溶けて、酸化還元種が対極側へ移行してしまうという課題があった。本発明者はこれらの課題について鋭意検討した結果、本開示のレドックスフロー電池に想到した。
無機固体電解質は薄膜化が困難なため、膜が厚くなることで充放電時に分極が大きくなる。また、有機高分子固体電解質はイオン伝導性が低いことに加えて、電解液への耐性が低く溶媒に溶けて、酸化還元種が対極側へ移行してしまうという課題があった。本発明者はこれらの課題について鋭意検討した結果、本開示のレドックスフロー電池に想到した。
【0011】
（本開示に係る一態様の概要）
本開示の第１態様に係るレドックスフロー電池は、
負極と、
正極と、
第１非水性溶媒、第１酸化還元種及び金属イオンを含み、前記負極に接している第１液体と、
第２非水性溶媒、第２酸化還元種及び金属イオンを含み、前記正極に接している第２液体と、
前記第１液体と前記第２液体との間に配置された金属イオン伝導膜と
を備え、
前記金属イオン伝導膜は、複数の水酸基を有する有機高分子を含み、
前記有機高分子は、前記複数の水酸基の少なくとも一部がスルホン酸金属塩で置換された基を有する。
本開示の第１態様に係るレドックスフロー電池は、
負極と、
正極と、
第１非水性溶媒、第１酸化還元種及び金属イオンを含み、前記負極に接している第１液体と、
第２非水性溶媒、第２酸化還元種及び金属イオンを含み、前記正極に接している第２液体と、
前記第１液体と前記第２液体との間に配置された金属イオン伝導膜と
を備え、
前記金属イオン伝導膜は、複数の水酸基を有する有機高分子を含み、
前記有機高分子は、前記複数の水酸基の少なくとも一部がスルホン酸金属塩で置換された基を有する。
【0012】
第１態様によれば、金属イオン伝導膜は、非水性溶媒に対する親和性が低いため、第１酸化還元種が金属イオン伝導膜を透過することを抑制することができる。これにより、第１酸化還元種が第１液体から第２液体に移動するクロスオーバーを抑制できる。そのため、長期間にわたって高い容量を維持できるレドックスフロー電池を実現できる。
【0013】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係るレドックスフロー電池では、前記有機高分子が、セルロース類又はポリビニルアルコール類であってもよい。
【0014】
本開示の第３態様において、例えば、第１態様に係るレドックスフロー電池では、前記有機高分子が、セルロース類であってもよい。
【0015】
第２から第３態様によれば、前記有機高分子が、セルロース類又はポリビニルアルコール類である金属イオン伝導膜は、非水性溶媒に対する親和性が低いため、第１酸化還元種の透過を抑制することができる。これにより、第１酸化還元種が第１液体から第２液体に移動するクロスオーバーを抑制できるため、長期間にわたって高い容量を維持できるレドックスフロー電池を実現できる。
【0016】
本開示の第４態様において、前記スルホン酸金属塩が、スルホン酸リチウム塩又はスルホン酸ナトリウム塩であってもよい。
【0017】
本開示の第５態様において、例えば、第１から第４態様に係るレドックスフロー電池では、前記金属イオンは、リチウムイオン、ナトリウムイオン、マグネシウムイオン及びアルミニウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含んでもよい。
【0018】
本開示の第６態様において、例えば、第１から第５態様に係るレドックスフロー電池では、前記第１液体に少なくとも一部が接している負極活物質をさらに備えてもよく、前記第１酸化還元種が芳香族化合物であってもよく、前記金属イオンがリチウムイオンであってもよく、前記第１液体は、リチウムを溶解してもよく、前記負極活物質は、前記リチウムを吸蔵及び放出する性質を有する物質を有してもよく、前記第１液体の電位が０．５Ｖｖｓ．Ｌｉ+／Ｌｉ以下であってもよく、前記第１酸化還元種は、前記負極によって酸化又は還元され、かつ、前記負極活物質によって酸化又は還元されてもよい。
【0019】
本開示の第７態様において、例えば、第６態様に係るレドックスフロー電池では、前記芳香族化合物は、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、フルオランテン及びベンジル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。
【0020】
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つに係るレドックスフロー電池では、前記第２液体に少なくとも一部が接している正極活物質をさらに備えてもよく、前記第２酸化還元種は、前記正極によって酸化又は還元され、かつ、前記正極活物質によって酸化又は還元されてもよい。
【0021】
本開示の第９態様において、例えば、第１から第８態様に係るレドックスフロー電池では、前記第１電極メディエータは、テトラチアフルバレン、メタロセン化合物、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つを含んでもよい。
【0022】
本開示の第１０態様において、例えば、第１から第９態様に係るレドックスフロー電池では、前記第１非水性溶媒及び前記第２非水性溶媒のそれぞれは、カーボネート基を有する化合物とエーテル結合を有する化合物との少なくとも１種を含んでよい。
【0023】
本開示の第１１態様において、例えば、第１０態様に係るレドックスフロー電池では、前記カーボネート基を有する化合物は、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つを含んでもよい。
【0024】
本開示の第１２態様において、例えば、第１０又は第１１態様に係るレドックスフロー電池では、前記エーテル結合を有する化合物は、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、トリグライム、テトラグライム、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。
【0025】
第４から第１２態様によれば、レドックスフロー電池は、高い放電電圧を示し、それにより高い体積エネルギー密度を有する。
【0026】
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。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
【0027】
（実施形態）
図１は、本実施形態に係るレドックスフロー電池１０００の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、レドックスフロー電池１０００は、負極２１０、正極２２０、第１液体１１０、第２液体１２０及び金属イオン伝導膜４００を備えている。レドックスフロー電池１０００は、負極活物質３１０をさらに備えていてもよい。第１液体１１０は、第１非水性溶媒、第１酸化還元種及び金属イオンを含む。第１液体１１０は、例えば、負極２１０及び負極活物質３１０のそれぞれに接している。負極２１０及び負極活物質３１０のそれぞれは、第１液体１１０に浸漬されていてもよい。負極２１０の少なくとも一部が第１液体１１０に接している。第２液体１２０は、第２非水性溶媒、第２酸化還元種及び金属イオンを含む。レドックスフロー電池１０００は、正極活物質３２０をさらに備えていてもよい。第２液体１２０は、例えば、正極２２０及び正極活物質３２０に接している。正極２２０及び正極活物質３２０のそれぞれは、第２液体１２０に浸漬されていてもよい。正極２２０の少なくとも一部が第２液体１２０に接している。金属イオン伝導膜４００は、第１液体１１０及び第２液体１２０の間に配置され、第１液体１１０と第２液体１２０を隔離する。
図１は、本実施形態に係るレドックスフロー電池１０００の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、レドックスフロー電池１０００は、負極２１０、正極２２０、第１液体１１０、第２液体１２０及び金属イオン伝導膜４００を備えている。レドックスフロー電池１０００は、負極活物質３１０をさらに備えていてもよい。第１液体１１０は、第１非水性溶媒、第１酸化還元種及び金属イオンを含む。第１液体１１０は、例えば、負極２１０及び負極活物質３１０のそれぞれに接している。負極２１０及び負極活物質３１０のそれぞれは、第１液体１１０に浸漬されていてもよい。負極２１０の少なくとも一部が第１液体１１０に接している。第２液体１２０は、第２非水性溶媒、第２酸化還元種及び金属イオンを含む。レドックスフロー電池１０００は、正極活物質３２０をさらに備えていてもよい。第２液体１２０は、例えば、正極２２０及び正極活物質３２０に接している。正極２２０及び正極活物質３２０のそれぞれは、第２液体１２０に浸漬されていてもよい。正極２２０の少なくとも一部が第２液体１２０に接している。金属イオン伝導膜４００は、第１液体１１０及び第２液体１２０の間に配置され、第１液体１１０と第２液体１２０を隔離する。
【0028】
図１に示すように、本実施形態に係るレドックスフロー電池１０００が備える金属イオン伝導膜４００は、主面として第１面と第２面を有し、第１面は第１液体１１０に、第２面は第２液体１２０に接している。
【0029】
金属イオン伝導膜４００は、複数の水酸基を有する有機高分子を含み、前記有機高分子は、前記複数の水酸基の少なくとも一部がスルホン酸金属塩で置換された基を有する。水酸基の少なくとも一部がスルホン酸金属塩で置換された部位を有する金属イオン伝導膜４００を備えることによって、この金属イオン伝導膜４００を介した金属イオンの移動を可能にする。また、金属イオン伝導膜４００が複数の水酸基を有する有機高分子を含むことによって、長期間にわたってクロスオーバーを抑制できる。本明細書において、「クロスオーバー」とは、第１酸化還元種が第１液体１１０から第２液体１２０へ移動すること、又は、第２酸化還元種が第２液体１２０から第１液体１１０へ移動することを意味する。さらに、金属イオン伝導膜４００は、第１液体１１０と第２液体１２０とを互いに隔離する。
【0030】
金属イオン伝導膜４００の形状は、例えば、板状である。例えば、金属イオン伝導膜４００は、第１液体１１０と接している金属イオン伝導膜４００の第１表面と、第２液体１２０と接している金属イオン伝導膜４００の第２表面とに開口が設けられていてもよい。
【0031】
非水系レドックスフロー電池の金属イオン伝導膜として、金属イオン伝導性を有するガラス電解質を使用し、低電位の負極電解質と併用した場合、ガラス電解質の一部を構成するチタンなどの元素が還元されて変質することがある。そのため、この非水系レドックスフロー電池では、長寿命化が難しいことがある。これに対して、金属イオン伝導膜４００が複数の水酸基を有する有機高分子を含むとき、低電位の負極電解質による金属イオン伝導膜４００の変質が抑制される。そのため、この金属イオン伝導膜４００によれば、長寿命であるレドックスフロー電池１０００を実現できる可能性がある。
【0032】
非水系レドックスフロー電池の金属イオン伝導膜として、金属イオン伝導性を有するセラミック電解質を使用した場合、結晶粒界近傍に局所的に大電流が発生し、結晶粒界に沿ってデンドライトが発生することがある。さらに、セラミック電解質自体のイオン伝導性が低い。そのため、この非水系レドックスフロー電池では、高電流密度での充放電が難しいことがある。これに対して、金属イオン伝導膜４００が有機高分子を主成分として含むとき、前記有機高分子は、アモルファスであり、粒界を有さない。このため、局所的な大電流が発生することがなく、金属イオン伝導膜４００におけるデンドライトの発生が抑制される。そのため、この金属イオン伝導膜４００によれば、高電流密度での充放電が可能であるレドックスフロー電池１０００を実現できる可能性がある。「主成分」とは、有機高分子として質量比で最も多く含まれた成分を意味し、例えば５０質量％以上である。
【0033】
後述するように、第１酸化還元種として芳香族化合物を使用し、かつ第１液体１１０にリチウムを溶解させた場合、第１液体１１０は、０．５Ｖｖｓ．Ｌｉ+／Ｌｉ以下の非常に低い電位を示すことがある。この場合、金属イオン伝導膜４００に含まれる有機高分子は、強い還元性を有する第１液体１１０と反応しないものであってもよい。このような有機高分子としては、例えば、セルロース類、ポリビニルアルコール類などを主成分とする有機高分子が挙げられる。
【0034】
金属イオン伝導膜４００は、複数の水酸基の少なくとも一部がスルホン酸金属塩で置換された基を有する有機高分子を備える。いいかえると、複数の水酸基を有する有機高分子は、少なくとも１個のスルホン酸金属塩の基を有する。このとき、金属イオン伝導膜４００が第１液体１１０及び第２液体１２０に接触した場合、第１液体１１０及び第２液体１２０が含有する金属イオンがスルホン酸金属塩部分の金属イオンと置換されながら移動する。さらに、セルロース類などの主骨格は、非水性溶媒を各々含む第１液体１１０及び第２液体１２０に対して副反応が生じにくい。そのため、本実施形態に係るレドックスフロー電池１０００は、金属イオン伝導膜４００において金属イオンを透過させつつ、第１酸化還元種のクロスオーバーを抑制することができる。これにより、使用できる第１液体１１０及び第１液体１１０に溶解している第１酸化還元種の選択肢が広がる。したがって、レドックスフロー電池１０００の充電電位及び放電電位の制御範囲が広がり、充電容量を増大させることができる。
【0035】
金属イオン伝導膜４００は複数の水酸基を有する有機高分子を含む。水酸基の数は、２以上であれば、特に限定されない。複数の水酸基を有する有機高分子は、水酸基を有するため、第１非水性溶媒を含む第１液体１１０と、第２非水性溶媒を含む第２液体１２０との分離性能に優れる。複数の水酸基を有する有機高分子は、複数の水酸基を有する親水性有機高分子であってもよい。複数の水酸基を有する有機高分子は、例えば、セルロース類又はポリビニルアルコール類であってもよい。セルロース類は、天然セルロースであってもよく、合成セルロースであってもよい。天然セルロースは、β-グルコース分子がグリコシド結合により直鎖状に重合した天然高分子であればよく、天然高分子の再生セルロースであってもよい。セルロース類としては、例えば、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等であってもよい。これによって、金属イオン伝導膜４００は、電解液の強い還元性に対しても高い耐久性を示す。
【0036】
また、複数の水酸基を有する水溶性有機高分子は、主鎖が脂肪族炭化水素であり、側鎖に水酸基を有する水溶性有機高分子であってもよい。これによって、金属イオン伝導膜４００は、電解液の強い還元性に対しても高い耐久性を示す。そのため、レドックスフロー電池１０００の充放電容量を長期間にわたって維持することができる。本開示において、電解液に対する耐久性を「耐電解液性」ともいう。また、複数の水酸基を有する有機高分子は、耐電解液性を示す場合、ポリオレフィン等の高分子を水酸基で修飾したものであってもよい。ポリオレフィンは、ポリエチレン、ポリプロピレン等であってもよい。複数の水酸基を有する有機高分子は、例えば、エチレン－ビニルアルコール重合体であってもよい。水酸基をスルホン酸金属塩で置換する反応は激しく、水酸基が置換されすぎると膜自体が破れ、自立膜が得られないことも有り得る。そのため、複数の水酸基の一部のみがスルホン酸金属塩で置換されていてもよい。再生セルロースの分画分子量は、例えば、１００Ｄａ以上であってもよく、１０００Ｄａ以上であってもよい。また、再生セルロースの分画分子量は、例えば、１００，０００Ｄａ以下であってもよく、５０，０００Ｄａ以下であってもよい。
【0037】
スルホン酸金属塩で置換された基は－ＯＳＯ3Ｍ（式中、Ｍは金属原子を表す）で表される構造を有する。Ｍの金属原子は、ナトリウム、又はリチウムであってもよい。スルホン酸金属塩は、高い金属イオン伝導性を示す点から、スルホン酸リチウム塩又はスルホン酸ナトリウム塩であってもよい。
【0038】
金属イオン伝導膜４００がレドックスフロー電池１０００の動作に対して十分な金属イオンの透過性を有し、かつ金属イオン伝導膜４００の機械強度を確保できる限り、金属イオン伝導膜４００の厚さは、特に限定されない。金属イオン伝導膜４００の厚さは、１０μｍ以上１ｍｍ以下であってもよく、１０μｍ以上５００μｍ以下であってもよく、５０μｍ以上２００μｍ以下であってもよい。
【0039】
金属イオン伝導膜４００において、有機高分子の有する水酸基がスルホン酸金属塩に置換され、また第１液体及び第２液体に接触した際に溶解あるいは分解等の反応を生じない限り、金属イオン伝導膜４００の製造方法は、特に限定されない。製造方法としては、例えば、複数の水酸基を有する有機高分子を三酸化硫黄とピリジンとを含む有機溶媒溶液に接触させる方法が挙げられる。
【0040】
以上の構成によれば、大きい充電容量を有し、かつ充放電容量が長期間にわたって維持されるレドックスフロー電池１０００を実現できる。
【0041】
本実施形態におけるレドックスフロー電池１０００において、金属イオンは、例えば、リチウムイオン、ナトリウムイオン、マグネシウムイオン及びアルミニ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。
【0042】
第１酸化還元種は、例えば、リチウムをカチオンとして溶解する有機化合物を含む。この有機化合物は、芳香族化合物であってもよく、縮合芳香族化合物であってもよい。第１酸化還元種は、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、フルオランテン及びベンジル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。第１酸化還元種は、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酸化還元種の分子量は、特に限定されず、１００以上５００以下であってもよく、１００以上３００以下であってもよい。
【0043】
第１液体１１０の電位は、０．５Ｖｖｓ．Ｌｉ+／Ｌｉ以下であってもよい。この場合、金属イオン伝導膜４００は０．５Ｖｖｓ．Ｌｉ+／Ｌｉ以下でも反応しないものであってもよい。
【0044】
本実施形態におけるレドックスフロー電池１０００において、第１非水性溶媒及び第２非水性溶媒のそれぞれは、カーボネート基を有する化合物を含んでいてもよく、エーテル結合を有する化合物を含んでいてもよい。
【0045】
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）からなる群より選ばれる少なくとも１つが使用できる。
【0046】
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－ジオキソランからなる群より選ばれる少なくとも１つが使用できる。
【0047】
本実施形態におけるレドックスフロー電池１０００において、第１液体１１０は、上述の第１非水性溶媒と電解質と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種の塩であってもよい。第１非水性溶媒が高い誘電率を有し、かつ第１非水性溶媒と金属イオンとの反応性が低く、さらに、第１非水性溶媒の電位窓が４Ｖ程度以下であってもよい。
【0048】
本実施形態におけるレドックスフロー電池１０００において、負極２１０は、接触している第１液体１１０に対して不溶であってもよい。また、負極２１０の材料は、電気化学反応に対しても安定である材料であってもよい。例えば、負極２１０として用いられる材料は、ステンレス鋼、鉄、銅、ニッケル、カーボンなどが挙げられる。
【0049】
負極２１０は、その表面積を増大させた構造を有していてもよい。表面積を増大させた構造としては、メッシュ、不織布、表面粗化処理板、焼結多孔体などが挙げられる。負極２１０がこれらの構造を有する場合、負極２１０は、大きい比表面積を有する。そのため、負極２１０における第１酸化還元種の酸化反応又は還元反応が容易に進行する。
【0050】
本実施形態におけるレドックスフロー電池１０００において、負極活物質３１０の少なくとも一部は、第１液体１１０に接している。負極活物質３１０は、例えば、第１液体１１０に不溶である。負極活物質３１０は、金属イオンを可逆的に吸蔵又は放出することができる。負極活物質３１０の材料としては、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。第１酸化還元種が芳香族化合物であり、かつ第１液体１１０中にリチウムが溶解している場合、負極活物質３１０は、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つを含んでいてもよい。
【0051】
負極活物質３１０の形状は、特に限定されず、粒子状であってもよく、粉末状であってもよく、ペレット状であってもよい。負極活物質３１０は、バインダによって固められていてもよい。バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミドなどの樹脂が挙げられる。
【0052】
レドックスフロー電池１０００が負極活物質３１０を備える場合、レドックスフロー電池１０００の充放電容量は、第１酸化還元種の溶解性に依存せず、負極活物質３１０の容量に依存する。そのため、エネルギー密度の高いレドックスフロー電池１０００を容易に実現できる。
【0053】
本実施形態におけるレドックスフロー電池１０００において、正極２２０は、接触している第２液体１２０に対して不溶であってもよい。また、正極２２０の材料は、電気化学反応に対しても安定である材料であってもよい。例えば、正極２２０として用いられる材料は、負極２１０について例示した材料などが挙げられる。また、負極２１０と正極２２０は、同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。
【0054】
レドックスフロー電池１０００が正極活物質３２０を備える場合、第２酸化還元種は、正極メディエータとして機能する。第２酸化還元種は、例えば、第２液体１２０に溶解している。第２酸化還元種は、正極２２０によって酸化又は還元され、かつ正極活物質３２０によって酸化又は還元される。レドックスフロー電池１０００が正極活物質３２０を備えていない場合、第２酸化還元種は、正極２２０のみによって酸化又は還元される活物質として機能する。
【0055】
本実施形態に係るレドックスフロー電池１０００において、第２酸化還元種は、テトラチアフルバレン及びその誘導体、カルバゾール及びその誘導体、トリフェニルアミン及びその誘導体、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、フェナントロリンなどの複素環化合物であってもよく、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つであってもよい。第２酸化還元種は、例えば、フェロセン、チタノセンなどのメタロセン化合物であってもよい。第２酸化還元種は、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。
【0056】
第２非水性溶媒によって溶媒和された第２酸化還元種のサイズは、例えば、第１酸化還元種と同様に、密度汎関数法Ｂ３ＬＹＰ／６－３１Ｇを用いた第一原理計算によって算出することができる。本明細書において、第２非水性溶媒によって溶媒和された第２酸化還元種のサイズは、例えば、第２非水性溶媒によって溶媒和された第２酸化還元種を囲むことができる最小の球の直径を意味する。第２酸化還元種に対する第２非水性溶媒の配位状態及び配位数は、例えば、第２液体１２０のＮＭＲの測定結果から推定することができる。
【0057】
本実施形態のレドックスフロー電池１０００では、第１液体１１０、第１酸化還元種、第２液体１２０及び第２酸化還元種の選択肢が広い。そのため、レドックスフロー電池１０００の充電電位及び放電電位の制御範囲が広く、レドックスフロー電池１０００の充電容量を容易に増加させることができる。さらに、金属イオン伝導膜４００によって、第１液体１１０と第２液体１２０とがほとんど混合されないため、レドックスフロー電池１０００の充放電特性を長期間にわたって維持することができる。
【0058】
正極２２０は、その表面積を増大させた構造を有していてもよい。表面積を増大させた構造としては、メッシュ、不織布、表面粗化処理板、焼結多孔体などが挙げられる。正極２２０がこれらの構造を有する場合、正極２２０は、大きい比表面積を有する。そのため、正極２２０における第２酸化還元種の酸化反応又は還元反応が容易に進行する。
【0059】
上述のとおり、レドックスフロー電池１０００は、正極活物質３２０をさらに備えていてもよい。正極活物質３２０の少なくとも一部は、第２液体１２０に接している。正極活物質３２０は、例えば、第２液体１２０に対して不溶である。正極活物質３２０は、金属イオンを可逆的に吸蔵又は放出することができる。正極活物質３２０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・アルミニウム複合酸化物）などの金属酸化物が挙げられる。
【0060】
正極活物質３２０の形状は、特に限定されず、粒子状であってもよく、粉末状であってもよく、ペレット状であってもよい。正極活物質３２０は、バインダによって固められていてもよい。バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミドなどの樹脂が挙げられる。
【0061】
レドックスフロー電池１０００が負極活物質３１０及び正極活物質３２０を備える場合、レドックスフロー電池１０００の充放電容量は、第１酸化還元種及び第２酸化還元種の溶解性に依存せず、負極活物質３１０及び正極活物質３２０の容量に依存する。そのため、エネルギー密度の高いレドックスフロー電池１０００を容易に実現できる。
【0062】
レドックスフロー電池１０００は、電気化学反応部６００、負極端子２１１及び正極端子２２１をさらに備えていてもよい。電気化学反応部６００は、負極室６１０及び正極室６２０を有する。電気化学反応部６００の内部には、金属イオン伝導膜４００が配置されている。電気化学反応部６００の内部において、金属イオン伝導膜４００は、負極室６１０と正極室６２０とを隔てている。
【0063】
負極室６１０は、負極２１０及び第１液体１１０を収容している。負極室６１０の内部において、負極２１０が第１液体１１０に接している。正極室６２０は、正極２２０及び第２液体１２０を収容している。正極室６２０の内部において、正極２２０が第２液体１２０に接している。
【0064】
負極端子２１１は、負極２１０と電気的に接続されている。正極端子２２１は、正極２２０と電気的に接続されている。負極端子２１１及び正極端子２２１は、例えば、充放電装置に電気的に接続されている。充放電装置は、負極端子２１１及び正極端子２２１を通じてレドックスフロー電池１０００に電圧を印加することができる。充放電装置は、負極端子２１１及び正極端子２２１を通じてレドックスフロー電池１０００から電力を取り出すこともできる。
【0065】
レドックスフロー電池１０００は、第１循環機構５１０及び第２循環機構５２０をさらに備えていてもよい。第１循環機構５１０は、第１収容部５１１、第１フィルタ５１２、配管５１３、配管５１４及びポンプ５１５を有する。第１収容部５１１は、負極活物質３１０及び第１液体１１０を収容している。第１収容部５１１の内部において、負極活物質３１０が第１液体１１０に接している。例えば、負極活物質３１０の隙間に第１液体１１０が存在する。第１収容部５１１は、例えば、タンクである。
【0066】
第１フィルタ５１２は、第１収容部５１１の出口に配置されている。第１フィルタ５１２は、第１収容部５１１の入口に配置されていてもよく、負極室６１０の入口又は出口に配置されていてもよい。第１フィルタ５１２は、後述する配管５１３に配置されていてもよい。第１フィルタ５１２は、第１液体１１０を透過させ、負極活物質３１０の透過を抑制する。負極活物質３１０が粒子状であるとき、第１フィルタ５１２は、例えば、負極活物質３１０の粒径よりも小さい孔を有する。第１フィルタ５１２の材料は、負極活物質３１０及び第１液体１１０とほとんど反応しない限り、特に限定されない。第１フィルタ５１２としては、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が挙げられる。第１フィルタ５１２によれば、第１収容部５１１からの負極活物質３１０の流出を抑制できる。これにより、負極活物質３１０は、第１収容部５１１の内部に留まる。レドックスフロー電池１０００において、負極活物質３１０自体は、循環しない。そのため、配管５１３の内部などが負極活物質３１０によって目詰まりしにくい。第１フィルタ５１２によれば、負極活物質３１０が負極室６１０に流出することによる抵抗損失の発生も抑制できる。
【0067】
配管５１３は、例えば、第１フィルタ５１２を介して第１収容部５１１の出口に接続されている。配管５１３は、第１収容部５１１の出口に接続された一端と負極室６１０の入口に接続された他端とを有する。第１液体１１０は、配管５１３を通じて第１収容部５１１から負極室６１０に送られる。
【0068】
配管５１４は、負極室６１０の出口に接続された一端と第１収容部５１１の入口に接続された他端とを有する。第１液体１１０は、配管５１４を通じて負極室６１０から第１収容部５１１に送られる。
【0069】
ポンプ５１５は、配管５１４に配置されている。ポンプ５１５は、配管５１３に配置されていてもよい。ポンプ５１５は、例えば、第１液体１１０を昇圧する。ポンプ５１５を制御することによって第１液体１１０の流量を調節することができる。ポンプ５１５によって、第１液体１１０の循環を開始すること、又は、第１液体１１０の循環を停止することもできる。ただし、第１液体１１０の流量は、ポンプ以外の他の部材によって調節することもできる。他の部材としては、例えば、バルブが挙げられる。
【0070】
以上のとおり、第１循環機構５１０は、負極室６１０と第１収容部５１１との間で第１液体１１０を循環させることができる。第１循環機構５１０によれば、負極活物質３１０に接触する第１液体１１０の量を容易に増加できる。第１液体１１０と負極活物質３１０との接触時間も増加できる。そのため、負極活物質３１０による第１酸化還元種の酸化反応及び還元反応を効率的に行うことができる。
【0071】
第２循環機構５２０は、第２収容部５２１、第２フィルタ５２２、配管５２３、配管５２４及びポンプ５２５を有する。第２収容部５２１は、正極活物質３２０及び第２液体１２０を収容している。第２収容部５２１の内部において、正極活物質３２０が第２液体１２０に接している。例えば、正極活物質３２０の隙間に第２液体１２０が存在する。第２収容部５２１は、例えば、タンクである。
【0072】
第２フィルタ５２２は、第２収容部５２１の出口に配置されている。第２フィルタ５２２は、第２収容部５２１の入口に配置されていてもよく、正極室６２０の入口又は出口に配置されていてもよい。第２フィルタ５２２は、後述する配管５２３に配置されていてもよい。第２フィルタ５２２は、第２液体１２０を透過させ、正極活物質３２０の透過を抑制する。正極活物質３２０が粒子状であるとき、第２フィルタ５２２は、例えば、正極活物質３２０の粒径よりも小さい孔を有する。第２フィルタ５２２の材料は、正極活物質３２０及び第２液体１２０とほとんど反応しない限り、特に限定されない。第２フィルタ５２２としては、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が挙げられる。第２フィルタ５２２によれば、第２収容部５２１からの正極活物質３２０の流出を抑制できる。これにより、正極活物質３２０は、第２収容部５２１の内部に留まる。レドックスフロー電池１０００において、正極活物質３２０自体は、循環しない。そのため、配管５２３の内部などが正極活物質３２０によって目詰まりしにくい。第２フィルタ５２２によれば、正極活物質３２０が正極室６２０に流出することによる抵抗損失の発生も抑制できる。
【0073】
配管５２３は、例えば、第２フィルタ５２２を介して第２収容部５２１の出口に接続されている。配管５２３は、第２収容部５２１の出口に接続された一端と正極室６２０の入口に接続された他端とを有する。第２液体１２０は、配管５２３を通じて第２収容部５２１から正極室６２０に送られる。
【0074】
配管５２４は、正極室６２０の出口に接続された一端と第２収容部５２１の入口に接続された他端とを有する。第２液体１２０は、配管５２４を通じて正極室６２０から第２収容部５２１に送られる。
【0075】
ポンプ５２５は、配管５２４に配置されている。ポンプ５２５は、配管５２３に配置されていてもよい。ポンプ５２５は、例えば、第２液体１２０を昇圧する。ポンプ５２５を制御することによって第２液体１２０の流量を調節することができる。ポンプ５２５によって、第２液体１２０の循環を開始すること、又は、第２液体１２０の循環を停止することもできる。ただし、第２液体１２０の流量は、ポンプ以外の他の部材によって調節することもできる。他の部材としては、例えば、バルブが挙げられる。
【0076】
以上のとおり、第２循環機構５２０は、正極室６２０と第２収容部５２１との間で第２液体１２０を循環させることができる。第２循環機構５２０によれば、正極活物質３２０に接触する第２液体１２０の量を容易に増加できる。第２液体１２０と正極活物質３２０との接触時間も増加できる。そのため、正極活物質３２０による第２酸化還元種の酸化反応及び還元反応を効率的に行うことができる。
【0077】
次に、レドックスフロー電池１０００の動作の一例を説明する。以下の説明では、第１酸化還元種を「Ｍｄ」と呼ぶことがある。負極活物質３１０を「ＮＡ」と呼ぶことがある。以下の説明では、第２酸化還元種として、テトラチアフルバレン（以下、「ＴＴＦ」と呼ぶことがある）を用いる。正極活物質３２０として、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ4）を用いる。以下の説明では、金属イオンは、リチウムイオンである。
【0078】
［レドックスフロー電池の充電プロセス］
まず、レドックスフロー電池１０００の負極２１０及び正極２２０に電圧を印加することによって、レドックスフロー電池１０００を充電する。以下では、充電プロセスにおける負極２１０側の反応及び正極２２０側の反応を説明する。
まず、レドックスフロー電池１０００の負極２１０及び正極２２０に電圧を印加することによって、レドックスフロー電池１０００を充電する。以下では、充電プロセスにおける負極２１０側の反応及び正極２２０側の反応を説明する。
【0079】
（負極側の反応）
電圧の印加によって、レドックスフロー電池１０００の外部から負極２１０に電子が供給される。これにより、負極２１０の表面において、第１液体１１０に含まれている第１酸化還元種が還元される。第１酸化還元種の還元反応は、例えば、以下の反応式で表される。なお、リチウムイオン（Ｌｉ+）は、例えば、金属イオン伝導膜４００を通じて第２液体１２０から供給される。
Ｍｄ ＋ Ｌｉ+ ＋ ｅ- → Ｍｄ・Ｌｉ
電圧の印加によって、レドックスフロー電池１０００の外部から負極２１０に電子が供給される。これにより、負極２１０の表面において、第１液体１１０に含まれている第１酸化還元種が還元される。第１酸化還元種の還元反応は、例えば、以下の反応式で表される。なお、リチウムイオン（Ｌｉ+）は、例えば、金属イオン伝導膜４００を通じて第２液体１２０から供給される。
Ｍｄ ＋ Ｌｉ+ ＋ ｅ- → Ｍｄ・Ｌｉ
【0080】
上記の反応式において、Ｍｄ・Ｌｉは、リチウムカチオンと還元された第１酸化還元種との複合体である。還元された第１酸化還元種は、第１液体１１０の溶媒によって溶媒和された電子を有する。第１酸化還元種の還元反応が進行するにつれて、第１液体１１０におけるＭｄ・Ｌｉの濃度が増加する。第１液体１１０におけるＭｄ・Ｌｉの濃度が増加することによって、第１液体１１０の電位が低下する。第１液体１１０の電位は、負極活物質３１０がリチウムイオンを吸蔵できる上限電位よりも低い値まで低下する。
【0081】
次に、第１循環機構５１０によって、Ｍｄ・Ｌｉが負極活物質３１０まで送られる。第１液体１１０の電位は、負極活物質３１０がリチウムイオンを吸蔵できる上限電位よりも低い。そのため、負極活物質３１０は、Ｍｄ・Ｌｉからリチウムイオン及び電子を受け取る。これにより、第１酸化還元種が酸化され、負極活物質３１０が還元される。この反応は、例えば、以下の反応式で表される。ただし、以下の反応式において、ｓ及びｔは、１以上の整数である。
ｓＮＡ ＋ ｔＭｄ・Ｌｉ → ＮＡsＬｉt ＋ ｔＭｄ
ｓＮＡ ＋ ｔＭｄ・Ｌｉ → ＮＡsＬｉt ＋ ｔＭｄ
【0082】
上記の反応式において、ＮＡsＬｉtは、負極活物質３１０がリチウムイオンを吸蔵することによって形成されたリチウム化合物である。負極活物質３１０が黒鉛を含むとき、上記の反応式において、例えば、ｓが６であり、ｔが１である。このとき、ＮＡsＬｉtは、Ｃ6Ｌｉである。負極活物質３１０がアルミニウム、スズ又はシリコンを含むとき、上記の反応式において、例えば、ｓが１であり、ｔが１である。このとき、ＮＡsＬｉtは、ＬｉＡｌ、ＬｉＳｎ又はＬｉＳｉである。
【0083】
次に、負極活物質３１０によって酸化された第１酸化還元種は、第１循環機構５１０によって負極２１０まで送られる。負極２１０に送られた第１酸化還元種は、負極２１０の表面において再び還元される。これにより、Ｍｄ・Ｌｉが生成する。このように、第１酸化還元種が循環することによって、負極活物質３１０が充電される。すなわち、第１酸化還元種が充電メディエータとして機能する。
【0084】
（正極側の反応）
電圧の印加によって、正極２２０の表面において、第２酸化還元種が酸化される。これにより、正極２２０からレドックスフロー電池１０００の外部に電子が取り出される。第２酸化還元種の酸化反応は、例えば、以下の反応式で表される。
ＴＴＦ → ＴＴＦ+ ＋ ｅ-
ＴＴＦ+ → ＴＴＦ2+ ＋ ｅ-
電圧の印加によって、正極２２０の表面において、第２酸化還元種が酸化される。これにより、正極２２０からレドックスフロー電池１０００の外部に電子が取り出される。第２酸化還元種の酸化反応は、例えば、以下の反応式で表される。
ＴＴＦ → ＴＴＦ+ ＋ ｅ-
ＴＴＦ+ → ＴＴＦ2+ ＋ ｅ-
【0085】
次に、正極２２０にて酸化された第２酸化還元種は、第２循環機構５２０によって正極活物質３２０まで送られる。正極活物質３２０に送られた第２酸化還元種は、正極活物質３２０によって還元される。一方、正極活物質３２０は、第２酸化還元種によって酸化される。第２酸化還元種によって酸化された正極活物質３２０は、リチウムを放出する。この反応は、例えば、以下の反応式で表される。
ＬｉＦｅＰＯ4 ＋ ＴＴＦ2+ → ＦｅＰＯ4 ＋ Ｌｉ+ ＋ ＴＴＦ+
ＬｉＦｅＰＯ4 ＋ ＴＴＦ2+ → ＦｅＰＯ4 ＋ Ｌｉ+ ＋ ＴＴＦ+
【0086】
次に、正極活物質３２０によって還元された第２酸化還元種は、第２循環機構５２０によって正極２２０まで送られる。正極２２０に送られた第２酸化還元種は、正極２２０の表面において再び酸化される。この反応は、例えば、以下の反応式で表される。
ＴＴＦ+ → ＴＴＦ2+ ＋ ｅ-
ＴＴＦ+ → ＴＴＦ2+ ＋ ｅ-
【0087】
このように、第２酸化還元種が循環することによって、正極活物質３２０が充電される。すなわち、第２酸化還元種が充電メディエータとして機能する。レドックスフロー電池１０００の充電によって生じたリチウムイオン（Ｌｉ+）は、例えば、金属イオン伝導膜４００を通じて第１液体１１０に移動する。
【0088】
［レドックスフロー電池の放電プロセス］
充電されたレドックスフロー電池１０００では、負極２１０及び正極２２０から電力を取り出すことができる。以下では、放電プロセスにおける負極２１０側の反応及び正極２２０側の反応を説明する。
充電されたレドックスフロー電池１０００では、負極２１０及び正極２２０から電力を取り出すことができる。以下では、放電プロセスにおける負極２１０側の反応及び正極２２０側の反応を説明する。
【0089】
（負極側の反応）
レドックスフロー電池１０００の放電によって、負極２１０の表面において、第１酸化還元種が酸化される。これにより、負極２１０からレドックスフロー電池１０００の外部に電子が取り出される。第１酸化還元種の酸化反応は、例えば、以下の反応式で表される。
Ｍｄ・Ｌｉ → Ｍｄ ＋ Ｌｉ+ ＋ ｅ-
レドックスフロー電池１０００の放電によって、負極２１０の表面において、第１酸化還元種が酸化される。これにより、負極２１０からレドックスフロー電池１０００の外部に電子が取り出される。第１酸化還元種の酸化反応は、例えば、以下の反応式で表される。
Ｍｄ・Ｌｉ → Ｍｄ ＋ Ｌｉ+ ＋ ｅ-
【0090】
第１酸化還元種の酸化反応が進行するにつれて、第１液体１１０におけるＭｄ・Ｌｉの濃度が減少する。第１液体１１０におけるＭｄ・Ｌｉの濃度が減少することによって、第１液体１１０の電位が上昇する。これにより、第１液体１１０の電位は、ＮＡsＬｉtの平衡電位を上回る。
【0091】
次に、負極２１０にて酸化された第１酸化還元種は、第１循環機構５１０によって負極活物質３１０まで送られる。第１液体１１０の電位がＮＡsＬｉtの平衡電位を上回っている場合、第１酸化還元種は、ＮＡsＬｉtからリチウムイオン及び電子を受け取る。これにより、第１酸化還元種が還元され、負極活物質３１０が酸化される。この反応は、例えば、以下の反応式で表される。ただし、以下の反応式において、ｓ及びｔは、１以上の整数である。
ＮＡsＬｉt ＋ ｔＭｄ → ｓＮＡ ＋ ｔＭｄ・Ｌｉ
ＮＡsＬｉt ＋ ｔＭｄ → ｓＮＡ ＋ ｔＭｄ・Ｌｉ
【0092】
次に、第１循環機構５１０によって、Ｍｄ・Ｌｉが負極２１０まで送られる。負極２１０に送られたＭｄ・Ｌｉは、負極２１０の表面において再び酸化される。このように、第１酸化還元種が循環することによって、負極活物質３１０が放電する。すなわち、第１酸化還元種が放電メディエータとして機能する。レドックスフロー電池１０００の放電によって生じたリチウムイオン（Ｌｉ+）は、例えば、金属イオン伝導膜４００を通じて第２液体１２０に移動する。
【0093】
（正極側の反応）
レドックスフロー電池１０００の放電によって、レドックスフロー電池１０００の外部から正極２２０に電子が供給される。これにより、正極２２０の表面において、第２酸化還元種が還元される。第２酸化還元種の還元反応は、例えば、以下の反応式で表される。
ＴＴＦ2+ ＋ ｅ- → ＴＴＦ+
ＴＴＦ+ ＋ ｅ- → ＴＴＦ
レドックスフロー電池１０００の放電によって、レドックスフロー電池１０００の外部から正極２２０に電子が供給される。これにより、正極２２０の表面において、第２酸化還元種が還元される。第２酸化還元種の還元反応は、例えば、以下の反応式で表される。
ＴＴＦ2+ ＋ ｅ- → ＴＴＦ+
ＴＴＦ+ ＋ ｅ- → ＴＴＦ
【0094】
次に、正極２２０にて還元された第２酸化還元種は、第２循環機構５２０によって正極活物質３２０まで送られる。正極活物質３２０に送られた第２酸化還元種は、正極活物質３２０によって酸化される。一方、正極活物質３２０は、第２酸化還元種によって還元される。第２酸化還元種によって還元された正極活物質３２０は、リチウムを吸蔵する。この反応は、例えば、以下の反応式で表される。なお、リチウムイオン（Ｌｉ+）は、例えば、金属イオン伝導膜４００を通じて第１液体１１０から供給される。
ＦｅＰＯ4 ＋ Ｌｉ+ ＋ ＴＴＦ → ＬｉＦｅＰＯ4 ＋ ＴＴＦ+
ＦｅＰＯ4 ＋ Ｌｉ+ ＋ ＴＴＦ → ＬｉＦｅＰＯ4 ＋ ＴＴＦ+
【0095】
次に、正極活物質３２０によって酸化された第２酸化還元種は、第２循環機構５２０によって正極２２０まで送られる。正極２２０に送られた第２酸化還元種は、正極２２０の表面において再び還元される。この反応は、例えば、以下の反応式で表される。
ＴＴＦ+ ＋ ｅ- → ＴＴＦ
ＴＴＦ+ ＋ ｅ- → ＴＴＦ
【0096】
このように、第２酸化還元種が循環することによって、正極活物質３２０が放電する。すなわち、第２酸化還元種が放電メディエータとして機能する。
【実施例0097】
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。
【0098】
＜第１液体の調製＞
第１酸化還元種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。
第１酸化還元種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。
【0099】
まず、第１非水性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。溶液におけるビフェニルの濃度は、０．１ｍｏｌ／Ｌであった。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。
【0100】
＜第２液体の調製＞
第２非水性溶媒であるトリグライムに、第２酸化還元種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。
第２非水性溶媒であるトリグライムに、第２酸化還元種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。
【0101】
＜評価系の構成＞
図１のように電気化学セルを構成した。この電気化学セルの金属イオン伝導膜として、後述する実施例１、実施例２、又は比較例１に係る金属イオン伝導膜を用いた。金属イオン伝導膜を隔てて第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。負極２１０を第１液体１１０に浸漬させ、正極２２０を第２液体１２０に浸漬させた。負極２１０及び正極２２０としては発泡ＳＵＳを用いた。電気化学アナライザを使用し、開回路電圧を４０時間測定した。
図１のように電気化学セルを構成した。この電気化学セルの金属イオン伝導膜として、後述する実施例１、実施例２、又は比較例１に係る金属イオン伝導膜を用いた。金属イオン伝導膜を隔てて第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。負極２１０を第１液体１１０に浸漬させ、正極２２０を第２液体１２０に浸漬させた。負極２１０及び正極２２０としては発泡ＳＵＳを用いた。電気化学アナライザを使用し、開回路電圧を４０時間測定した。
【0102】
［実施例１］
０．１９ｍｏｌ／Ｌの三酸化硫黄（東京化成工業株式会社）とピリジンのＤＭＳＯ溶液（富士フイルム和光純薬株式会社）に再生セルロース膜スペクトラ／ポア４（ＲＥＰＬＩＧＥＮ社（旧Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ ｌｎｃ．）製、天然セルロースと同じ化学構造、分画分子量：１２，０００Ｄａから１４，０００Ｄａ）０．３ｇを浸漬させた。浸漬させた再生セルロース膜を、ホットプレートにて４５℃で５時間加熱した。加熱した再生セルロース膜をエタノールで洗浄した。洗浄した再生セルロース膜を、１．０ｍｏｌ／Ｌ水酸化リチウム（東京化成工業株式会社）水溶液とエタノールを５０ｗｔ％で混合した液に一晩浸漬させた。さらにこの浸漬させた再生セルロース膜をエタノールで洗浄したものを５０℃で一晩真空乾燥させ、実施例１の金属イオン伝導膜を得た。金属イオン伝導膜のスルホン化についてはＦＴ－ＩＲ測定にてＳ－Ｏ、Ｓ＝Ｏ伸縮運動由来のスペクトル強度の増幅を確認した。また、ＦＴ－ＩＲ測定にて、３１００ｃｍ-1以上３６００ｃｍ-1以下の範囲において、－ＯＨ基由来のスペクトル強度の増幅を確認した。
０．１９ｍｏｌ／Ｌの三酸化硫黄（東京化成工業株式会社）とピリジンのＤＭＳＯ溶液（富士フイルム和光純薬株式会社）に再生セルロース膜スペクトラ／ポア４（ＲＥＰＬＩＧＥＮ社（旧Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ ｌｎｃ．）製、天然セルロースと同じ化学構造、分画分子量：１２，０００Ｄａから１４，０００Ｄａ）０．３ｇを浸漬させた。浸漬させた再生セルロース膜を、ホットプレートにて４５℃で５時間加熱した。加熱した再生セルロース膜をエタノールで洗浄した。洗浄した再生セルロース膜を、１．０ｍｏｌ／Ｌ水酸化リチウム（東京化成工業株式会社）水溶液とエタノールを５０ｗｔ％で混合した液に一晩浸漬させた。さらにこの浸漬させた再生セルロース膜をエタノールで洗浄したものを５０℃で一晩真空乾燥させ、実施例１の金属イオン伝導膜を得た。金属イオン伝導膜のスルホン化についてはＦＴ－ＩＲ測定にてＳ－Ｏ、Ｓ＝Ｏ伸縮運動由来のスペクトル強度の増幅を確認した。また、ＦＴ－ＩＲ測定にて、３１００ｃｍ-1以上３６００ｃｍ-1以下の範囲において、－ＯＨ基由来のスペクトル強度の増幅を確認した。
【0103】
［実施例２］
０．１６ｍｏｌ／Ｌの三酸化硫黄（東京化成工業株式会社）を用いたこと以外は、実施例１と同じ条件にして、実施例２の金属イオン伝導膜を得た。金属イオン伝導膜のスルホン化についてはＦＴ－ＩＲ測定にてＳ－Ｏ、Ｓ＝Ｏ伸縮運動由来のピークを確認した。スペクトル強度の増幅を確認した。また、ＦＴ－ＩＲ測定にて、３１００ｃｍ-1以上３６００ｃｍ-1以下の範囲において、－ＯＨ基由来のスペクトル強度の増幅を確認した。
０．１６ｍｏｌ／Ｌの三酸化硫黄（東京化成工業株式会社）を用いたこと以外は、実施例１と同じ条件にして、実施例２の金属イオン伝導膜を得た。金属イオン伝導膜のスルホン化についてはＦＴ－ＩＲ測定にてＳ－Ｏ、Ｓ＝Ｏ伸縮運動由来のピークを確認した。スペクトル強度の増幅を確認した。また、ＦＴ－ＩＲ測定にて、３１００ｃｍ-1以上３６００ｃｍ-1以下の範囲において、－ＯＨ基由来のスペクトル強度の増幅を確認した。
【0104】
［比較例１］
再生セルロース膜スペクトラ／ポア３（ＲＥＰＬＩＧＥＮ社（旧Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ ｌｎｃ．）製、天然セルロースと同構造、分画分子量：３，５００Ｄａ）を純水で洗浄した。洗浄した再生セルロース膜を、５０℃で一晩真空乾燥させ、比較例１の金属イオン伝導膜を得た。
再生セルロース膜スペクトラ／ポア３（ＲＥＰＬＩＧＥＮ社（旧Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ ｌｎｃ．）製、天然セルロースと同構造、分画分子量：３，５００Ｄａ）を純水で洗浄した。洗浄した再生セルロース膜を、５０℃で一晩真空乾燥させ、比較例１の金属イオン伝導膜を得た。
【0105】
図２は、実施例１、実施例２及び比較例１に係る電気化学セルの開回路電圧を示すグラフである。図２において、横軸は開回路電圧の測定開始からの経過時間（開回路電圧の測定時間）、縦軸は開回路電圧である。実施例１及び実施例２に関しては充放電１０サイクル経過後の開回路電圧の時間経過を示している。比較例１は、充放電１０サイクルを経過していない開回路電圧の時間経過を示している。比較例１に係る電気化学セルは、イオン伝導性に非常に乏しく、充放電をすることが困難であった。
【0106】
表１は、図２で示す実施例１、実施例２、及び比較例１に係る電気化学セルにおける開回路電圧の低下量ΔＶを示している。開回路電圧の低下量ΔＶは、以下の式で表される。
ΔＶ＝Ｖ１－Ｖ２
式中、Ｖ１は４０時間の全計測データにおける電圧の最大値を表す。Ｖ２は開回路電圧の測定開始から４０時間経過時点の電圧を表す。
ΔＶ＝Ｖ１－Ｖ２
式中、Ｖ１は４０時間の全計測データにおける電圧の最大値を表す。Ｖ２は開回路電圧の測定開始から４０時間経過時点の電圧を表す。
【0107】
【表1】
【0108】
実施例１及び実施例２に係る電気化学セルは、充放電１０サイクル経過後も開回路電圧は４０時間にわたって安定していた。このことから、実施例１及び実施例２に係る電気化学セルは、酸化還元種のクロスオーバーが抑制されていることがわかる。一方、比較例１に係る電気化学セルは、セル組み立て直後に開回路電圧が変動し、その後も電圧が小刻みに変動していることがわかる。このことは、比較例１に係る電気化学セルにおいて、クロスオーバーの抑制能が低く、Ｌｉイオンの伝導性が良好でないことを示している。
【0109】
図３は、実施例１に係る金属イオン伝導膜を用いた電気化学セルの１０サイクル目の充放電特性を示すグラフである。図３において、横軸は電気化学セルの容量、縦軸は電気化学セルの電圧である。充放電電流値は５０μＡで、カット電圧は２．０Ｖから４．２Ｖに設定した。
【0110】
図３のグラフより、実施例１に係るサンプルを用いて電池動作が可能である。また、実施例１に係る金属イオン伝導膜を用いたセルは、１０サイクル後の充放電効率が９６．１％を示した。この結果から、実施例１に係る金属イオン伝導膜を用いたセルは、クロスオーバーの抑制能が高いことを示唆している。
【0111】
［比較例２］
電気化学セルとしてＨ型セル（ビー・エー・エス（株））を用いて金属イオン伝導膜のクロスオーバー抑制能を調べた。セル構成の詳細を以下に示す。
電気化学セルとしてＨ型セル（ビー・エー・エス（株））を用いて金属イオン伝導膜のクロスオーバー抑制能を調べた。セル構成の詳細を以下に示す。
【0112】
＜第１液体の調製＞
第１酸化還元種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。
第１酸化還元種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。
【0113】
まず、第１非水性溶媒である２－メチルテトラヒドロフランに、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。溶液におけるビフェニルの濃度は、０．１ｍｏｌ／Ｌであった。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。
【0114】
＜第２液体の調製＞
第２非水性溶媒である２ーメチルテトラヒドロフランに、電解質塩であるＬｉＰＦ6を溶解させた溶液を第２液体として使用した。第２液体におけるＬｉＰＦ6の濃度は、１ｍｏｌ／Ｌであった。
第２非水性溶媒である２ーメチルテトラヒドロフランに、電解質塩であるＬｉＰＦ6を溶解させた溶液を第２液体として使用した。第２液体におけるＬｉＰＦ6の濃度は、１ｍｏｌ／Ｌであった。
【0115】
＜金属イオン伝導膜の作製＞
金属イオン伝導膜として、Ｎａｆｉｏｎ２１２（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｓｔｏｒｅ）の水素イオンをリチウムイオンに置換したものを使用した。すなわち、下記式で示される構造を有する化合物を使用した。作製手順は次の通りである。Ｎａｆｉｏｎ２１２を１．０Ｍ水酸化リチウム（東京化成工業株式会社）の濃度に調製した水溶液に一晩浸漬させ、８０℃で１０時間加熱した。その後、純水で３回洗浄し、さらに８０℃の純水で１時間加熱した。次に、８０℃で一晩乾燥させ、比較例２の金属イオン伝導膜を得た。
金属イオン伝導膜として、Ｎａｆｉｏｎ２１２（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｓｔｏｒｅ）の水素イオンをリチウムイオンに置換したものを使用した。すなわち、下記式で示される構造を有する化合物を使用した。作製手順は次の通りである。Ｎａｆｉｏｎ２１２を１．０Ｍ水酸化リチウム（東京化成工業株式会社）の濃度に調製した水溶液に一晩浸漬させ、８０℃で１０時間加熱した。その後、純水で３回洗浄し、さらに８０℃の純水で１時間加熱した。次に、８０℃で一晩乾燥させ、比較例２の金属イオン伝導膜を得た。
【化1】
【0116】
＜評価系の構成＞
図１に示す電気化学セルにおいて、金属イオン伝導膜として前述の比較例２の金属イオン伝導膜を用いた。金属イオン伝導膜を隔てて第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。負極を第１液体に浸漬させ、正極を第２液体に浸漬させた。負極としては金属リチウム箔、第２電極としては粗面化銅箔を用いた。電気化学アナライザを使用し、開回路電圧を４０時間測定した。図４は、比較例２に係る電気化学セルの開回路電圧を示すグラフである。図４において、横軸は開回路電圧の測定開始からの経過時間（開回路電圧の測定時間）、縦軸は開回路電圧である。
図１に示す電気化学セルにおいて、金属イオン伝導膜として前述の比較例２の金属イオン伝導膜を用いた。金属イオン伝導膜を隔てて第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。負極を第１液体に浸漬させ、正極を第２液体に浸漬させた。負極としては金属リチウム箔、第２電極としては粗面化銅箔を用いた。電気化学アナライザを使用し、開回路電圧を４０時間測定した。図４は、比較例２に係る電気化学セルの開回路電圧を示すグラフである。図４において、横軸は開回路電圧の測定開始からの経過時間（開回路電圧の測定時間）、縦軸は開回路電圧である。
【0117】
図４のグラフより、比較例２に係る電気化学セルにおいて、測定中に開回路電圧が１．５Ｖ近く変動している。これは、負極付近におけるビフェニルとリチウムの錯体濃度が一時的に低下し、その後、回復していることを示している。つまり第１液体及び第２液体中のビフェニルの濃度差から、セル組み立て直後に負極側から正極側にビフェニルが移行して電圧が低下し、その後負極付近のビフェニルがリチウム金属を溶解し再び錯体を形成することで電圧が回復したと考えられる。すなわち比較例２に係る電気化学セルでは、酸化還元種のクロスオーバーが抑制されていないことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【0118】
本開示に係るレドックスフロー電池は、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】
【0119】
１１０ 第１液体
１２０ 第２液体
２１０ 負極
２１１ 負極端子
２２０ 正極
２２１ 正極端子
３１０ 負極活物質
３２０ 正極活物質
４００ 金属イオン伝導膜
５１０ 第１循環機構
５１１ 第１収容部
５１２ 第１フィルタ
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フィルタ
６００ 電気化学反応部
６１０ 負極室
６２０ 正極室
１０００ レドックスフロー電池
１２０ 第２液体
２１０ 負極
２１１ 負極端子
２２０ 正極
２２１ 正極端子
３１０ 負極活物質
３２０ 正極活物質
４００ 金属イオン伝導膜
５１０ 第１循環機構
５１１ 第１収容部
５１２ 第１フィルタ
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フィルタ
６００ 電気化学反応部
６１０ 負極室
６２０ 正極室
１０００ レドックスフロー電池
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
