氧化還原液流電池用電解液及氧化還原液流電池的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及氧化還原液流電池用電解液以及包含所述氧化還原液流電池用電解 液的氧化還原液流電池。
【背景技術】
[0002] 近來，為了解決全球變暖問題，已經在全世界積極地進行使用自然能（所謂的可 再生能源）的發電如太陽能光伏發電和風力發電。這種發電的輸出功率顯著地受到自然條 件如天氣的影響。因此，據預測產自自然能的電能在發電總輸出功率中所占比率的增加將 在電力系統的運行期間造成如難以維持頻率和電壓的問題。為了解決這種問題，可以安裝 大容量蓄電池以實現例如輸出功率變化的平滑和負載均衡。
[0003] 在大容量蓄電池中，存在氧化還原液流電池。氧化還原液流電池是二次電池，其包 含具有正極、負極和置于其間的隔膜的電池單元，并構造為在將正極電解液和負極電解液 供給到電池單元的同時進行充電和放電。一般來講，用于這種氧化還原液流電池的氧化還 原液流電池用電解液使用通過氧化還原發生而原子價變化的金屬元素作為活性物質。例如 可以列舉：使用鐵（Fe)離子作為正極活性物質并且使用鉻（Cr)離子作為負極活性物質的 鐵（Fe27Fe3+)-鉻（Cr37Cr2+)基氧化還原液流電池、使用釩（V)離子作為兩個電極用活性 物質的釩（ν27ν3+-ν47ν5+)基氧化還原液流電池。
[0004] 現有技術文獻專利文獻
[0005] 專利文獻1 :日本專利第3897544號公報
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的技術問題
[0007] 在氧化還原液流電池中，隨著電池反應（充放電運行）的反復，逐漸生成來自活性 物質的沉淀（下文中簡稱為沉淀）。例如，在釩基氧化還原液流電池中，生成如釩氧化物的 沉淀。當這種沉淀附著在單元電池中的電極的表面從而覆蓋電極上的反應活性位點時，電 極的表面積實質性的減少，使得電池的性能下降，比如電池的輸出功率降低、電池的容量降 低。專利文獻1中列舉了銨（ΝΗ4)和硅（Si)作為在電解液中參與沉淀生成的雜質。專利 文獻1公開了通過規定NH4的濃度并通過確定與電解液量和電極面積有關的Si濃度，可以 抑制沉淀的生成。
[0008] 然而，即使在使用專利文獻1的氧化還原液流電池用電解液的情況下，有時仍生 成沉淀且電池的性能下降。總之，存在沒有完全確定引起沉淀生成的因素的可能性。
[0009] 因此，本發明的一個目的是提供氧化還原液流電池用電解液，所述電解液能夠抑 制沉淀的生成。本發明的另一目的是提供包含該氧化還原液流電池用電解液的氧化還原液 流電池。
[0010] 解決技術問題的技術方案
[0011] 本申請提供氧化還原液流電池用電解液，其中在電池反應期間參與沉淀生成的雜 質元素離子的總濃度為220質量ppm以下。
[0012] 技術效果
[0013] 該氧化還原液流電池用電解液能夠抑制在氧化還原液流電池中沉淀的生成。
【附圖說明】
[0014] [圖1]圖1示出氧化還原液流電池的工作原理。
【具體實施方式】
[0015] [本申請發明的實施方式的說明]
[0016] 首先將對本申請發明的實施方式的特征依次進行說明。
[0017] ㈧實施方式提供氧化還原液流電池用電解液（下文中稱作RF電解液），其中在 電池反應期間參與沉淀生成的雜質元素離子的總濃度為220質量ppm以下。
[0018] 本發明的發明人已經發現在氧化還原液流電池（下文中稱作RF電池）的電池反 應期間，沉淀的生成和氫氣的生成受到RF電解液中雜質元素離子的類型和濃度的相當大 的影響。而且，本發明的發明人已經發現通過在RF電池中規定在反應期間參與沉淀生成的 雜質元素離子的總濃度（總量），可以抑制沉淀的生成。總之，根據本實施方式的RF電解液， 能夠抑制沉淀的生成，進而能夠抑制電池性能如電池輸出功率或電池容量隨時間的下降。
[0019] 本說明書中，術語〃元素離子〃為由同一元素產生的全部原子價的離子的總稱。類 似地，術語〃濃度〃表示由同一元素產生的全部原子價的離子的總濃度。術語〃雜質元素 離子"表示包含在RF電解液中且不參與任何電池反應的元素離子。因此，元素離子包含活 性物質；然而，參與電池反應的活性物質不包含在雜質元素離子中。
[0020] (B)優選參與所述沉淀生成的雜質元素離子包括金屬元素離子，且該金屬元素離 子的總濃度為195質量ppm以下。
[0021] 參與沉淀生成的雜質元素離子包括金屬元素離子。因此，如果對RF電解液中的金 屬元素離子的總濃度進行調整，則能夠抑制沉淀生成和由此導致的RF電池的電池性能隨 時間的下降。
[0022] (C)優選參與所述沉淀生成的雜質元素離子包括非金屬元素離子，且該非金屬元 素離子的總濃度為21質量ppm以下。
[0023] 參與沉淀生成的雜質元素離子包括非金屬元素離子。因此，如果對RF電解液中的 非金屬元素離子的總濃度進行調整，則能夠抑制沉淀生成和由此導致的RF電池的電池性 能隨時間的下降。術語"非金屬元素"是指金屬元素以外的元素的總稱。
[0024] (D)優選所述金屬元素離子包括重金屬元素離子，且該重金屬元素離子的總濃度 為85質量ppm以下。
[0025] 參與所述沉淀生成的金屬元素離子包括重金屬元素離子。因此，如果對RF電解液 中的重金屬元素離子的總濃度進行調整，則能夠抑制沉淀生成和由此導致的RF電池的電 池性能隨時間的下降。術語〃重金屬元素〃表示比重為4以上的金屬元素。
[0026] (E)優選所述金屬元素離子包括輕金屬元素離子，且該輕金屬元素離子的總濃度 為120質量ppm以下。
[0027] 參與所述沉淀生成的金屬元素離子包括輕金屬元素離子。因此，如果對RF電解液 中的輕金屬元素離子的總濃度進行調整，則能夠抑制沉淀生成和由此導致的RF電池的電 池性能隨時間的下降。術語〃輕金屬元素〃表示比重小于4的金屬元素。
[0028] (F)優選所述金屬元素離子包括重金屬元素離子和輕金屬元素離子，所述重金屬 元素離子的總濃度為85質量ppm以下，且所述輕金屬元素離子的總濃度為120質量ppm以 下。
[0029] 當將重金屬元素離子和輕金屬元素離子的總濃度調整至上述范圍內時，與其中僅 對這些總濃度中的一種總濃度進行調整的RF電解液相比，能夠抑制沉淀的生成和由此導 致的RF電池的電池性能隨時間的下降。
[0030] (G)優選所述重金屬元素離子在濃度方面滿足下面（1)至（9)中的至少一項：
[0031] (1)鉻（Cr)離子的濃度為10質量ppm以下，
[0032] (2)錳（Μη)離子的濃度為1質量ppm以下，
[0033] (3)鐵（Fe)離子的濃度為40質量ppm以下，
[0034] (4)鈷（Co)離子的濃度為2質量ppm以下，
[0035] (5)鎳（Ni)離子的濃度為5質量ppm以下，
[0036] (6)銅（Cu)離子的濃度為1質量ppm以下，
[0037] (7)鋅（Zn)離子的濃度為1質量ppm以下，
[0038] (8)鉬（Mo)離子的濃度為20質量ppm以下，
[0039] (9)銻（Sb)離子的濃度為1質量ppm以下。
[0040] 在重金屬元素離子中，特別是上述重金屬元素離子傾向于參與沉淀生成。因此，如 果對RF電解液中的這些重金屬元素離子的濃度進行調整，則能夠抑制沉淀生成和由此導 致的RF電池的電池性能隨時間的下降。特別地，在釩基RF電池中，某些上述重金屬元素離 子抑制氫氣的生成但可能參與沉淀的生成。因此，通過調整這些重金屬元素離子的濃度，可 以抑制電池性能的下降并可以提高能量密度。這種重金屬元素離子包括Cr離子和Zn離子， 其可以具有比釩基RF電池的負極活性物質的標準電位（V2+/V3+:約-0. 26V)低的電位。
[0041] (H)優選所述輕金屬元素離子在濃度方面滿足下面（10)至（14)中的至少一項：
[0042] (10)鈉（Na)離子的濃度為30質量ppm以下，
[0043] (11)鎂（Mg)離子的濃度為20質量ppm以下，
[0044] (12)鋁（A1)離子的濃度為15質量ppm以下，
[0045] (13)鉀（K)離子的濃度為20質量ppm以下，
[0046] (14)鈣（Ca)離子的濃度為30質量ppm以下。
[0047] 在輕金屬元素離子中，特別是上述輕金屬元素離子傾向于參與沉淀生成。因此，如 果對RF電解液中的這些輕金屬元素離子的濃度進行限制，則能夠抑制沉淀生成和由此導 致的RF電池的電池性能隨時間的下降。
[0048] (I)優選所述非金屬元素離子在濃度方面滿足下面（15)和（16)中的至少一項：
[0049] (15)氯（C1)離子的濃度為20質量ppm以下，
[0050] (16)砷（As)離子的濃度為1質量ppm以下。
[0051] 在非金屬元素離子中，特別是上述非金屬元素離子傾向于參與沉淀生成。因此，如 果對RF電解液中的