動的な流量操作を用いた電力系統用レドックスフロー電池の運用に関する研究

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本年度は、レドックスフロー電池(RFB)の電解液流量制御のため、物質輸送に由来する電流律速の予測手法について検討した。RFBのセル内で生じる放電反応に対してタンクからセルへの反応物輸送速度が過度に遅ければ、放電電流が反応物輸送の速度によって律速される。この律速が発生すれば、RFBは外部回路から要求された電力量を供給できなくなる。一方、律速の発生が事前に予測されれば、その予測に基づき電解液流量を制御することで、律速を回避できるものと考えられる。報告者は、昨年度に導出したモデルを用いて電流挙動をシミュレーションすることで電流律速の発生を予測することを提案した。本モデルは反応速度論と移動現象論に基づいており、RFB内部の反応物濃度の時間変化を表す微分方程式と、電圧を与える関数から構成される。反応物濃度の微分方程式と回路方程式を連立させて解けば、RFBから流れ出る放電電流の時間変化を計算できる。また、電解液流量と反応物濃度の積を取ることで、物質輸送による律速発生時の限界電流が得られる。限界電流は律速発生の指標であり、シミュレーション上で放電電流を限界電流と比較することで律速の発生を予測することができる。本予測手法を検証するため、RFBの実機を用いた急速放電を行い、その実験結果とシミュレーション結果が良好な一致を示したことから本予測手法の妥当性が確認された。本予測手法は、電流律速を回避するための電解液流量制御に適用でき、電解液流量制御による律速回避は、RFBを用いた電力系統上の不足電力補償に貢献するものである。