レドックスフローバッテリーのノンフロー化による長寿命小型バッテリーの開発

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2022度の研究目的は，ノンフロー化の準備段階としての，現行レドックスフロー電池の問題点の改善と太陽光パネルを用いた実証実験の準備であった。改善点としては，①集電板の溶解防止，②電解液の還元の2つに絞って研究を行った。①は，双極板に浸透した電解液による集電板（銅板）の腐食を防止するため，集電板に金箔を貼り付ける方法と，集電板の中央部を除去した枠型集電板を用いる方法を試した。枠型集電板を用いた場合，電池の内部抵抗が若干増加したが，どちらの方法においても，集電板の腐食を防止できることが分かった。②は，4価からスタートした際に余分に生成する5価の電解液を還元する装置の開発・作製・動作確認であった。電解液還元装置は，単層のレドックスフロー電池とほぼ同じ構造とし，正極には希硫酸を用い，負極にバナジウム電解液を用いた。この装置を用いてバナジウム電解液を5価→4価→3価と還元することに成功した。しかし，正極で発生する酸素により炭素系の電極は著しく消耗することが分かった。また，4価→3価の注入電荷量に対する電解液の電位を測定し，理論計算を行った結果と比較したところ，実験値と理論値がよく一致することが分かった。実証実験の準備としては，4層6 Vのレドックスフロー電池を作製し，太陽光パネルを用いた充電実験を行った。使用したパネルの充電電流は4Aであり，正極負極それぞれの電解液を3Lとした場合，約3時間の充電が可能であることが分かった。この実験により，現行の装置では，充放電を繰り返すことにより電解液の酸化が進み，蓄電できる電気量が徐々に減少することが分かった。また，若干ではあるものの，イオン交換膜を通して，正極から負極に電解液が移動することも判明した。酸化した電解液は，電解液還元装置で還元し，再利用することで，蓄電できる電気量を元に戻すことが可能であることも分かった。