クラーク数上位元素による高エネルギー密度レドックスフロー電池の研究

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増大する一方の風力発電を電力系統に接続するために、バナジウム・レドックスフロー電池は、その高速な追従性の点から開発が進んできたが、蓄電されるエネルギー密度が低い欠点がある。他方、現在優勢に開発が進むリチウム電池のリチウム資源は政情不安定な地域に多く埋蔵されていること、またリチウム電池が250Wh/kg以上のエネルギー密度を有するためには、根本的なブレイクスルーを要することが指摘されている。このようなことを背景として、広く遍く存在するクラーク数上位元素を用いた、エネルギー密度が高くリチウム電池等と比較しても競争力のあるレドックス電池を開発することを目的とした。バトラーボルマー式に基づく電池解析では、高速な電極反応により高エネルギー効率のレドックスフロー電池の構築が可能であるが、バナジウム電池の作動電圧はたかだか1.2Vである。リチウムイオン電池のように作動電圧が高くなれば、バナジウム電池の3倍の過電圧が電極で生じてもよいことに着眼した。そこで、申請者らはレドックスフロー電池の競争力を高めるために、作動電圧を現行のバナジウム電池(1.2～1.4V)の2倍、活物質濃度を現行(2mol/L)の2倍に高めることを検討し、ルテニウム錯体(2つの酸化還元電位の差は1.7V)、クロム錯体(同1.8V)等のレドックス対の検討を行った。最終的に、クラーク数上位元素として遷移元素中5番目バナジウムの多彩な酸化還元機能に焦点を絞り、濃度を7-8倍に高めた固体活物質を用いたバナジウム電池の開発に到り、特許出願を行った。この電池では重量エネルギー密度で70Wh/kg程度であり、サイクル性能は良好である。