氧化还原液流电池用电解液及氧化还原液流电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及氧化还原液流电池用电解液以及包含所述氧化还原液流电池用电解 液的氧化还原液流电池。
【背景技术】
[0002] 近来，为了解决全球变暖问题，已经在全世界积极地进行使用自然能（所谓的可 再生能源）的发电如太阳能光伏发电和风力发电。这种发电的输出功率显著地受到自然条 件如天气的影响。因此，据预测产自自然能的电能在发电总输出功率中所占比率的增加将 在电力系统的运行期间造成如难以维持频率和电压的问题。为了解决这种问题，可以安装 大容量蓄电池以实现例如输出功率变化的平滑和负载均衡。
[0003] 在大容量蓄电池中，存在氧化还原液流电池。氧化还原液流电池是二次电池，其包 含具有正极、负极和置于其间的隔膜的电池单元，并构造为在将正极电解液和负极电解液 供给到电池单元的同时进行充电和放电。一般来讲，用于这种氧化还原液流电池的氧化还 原液流电池用电解液使用通过氧化还原发生而原子价变化的金属元素作为活性物质。例如 可以列举：使用铁（Fe)离子作为正极活性物质并且使用铬（Cr)离子作为负极活性物质的 铁（Fe27Fe3+)-铬（Cr37Cr2+)基氧化还原液流电池、使用钒（V)离子作为两个电极用活性 物质的钒（ν27ν3+-ν47ν5+)基氧化还原液流电池。
[0004] 现有技术文献专利文献
[0005] 专利文献1 :日本专利第3897544号公报
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题
[0007] 在氧化还原液流电池中，随着电池反应（充放电运行）的反复，逐渐生成来自活性 物质的沉淀（下文中简称为沉淀）。例如，在钒基氧化还原液流电池中，生成如钒氧化物的 沉淀。当这种沉淀附着在单元电池中的电极的表面从而覆盖电极上的反应活性位点时，电 极的表面积实质性的减少，使得电池的性能下降，比如电池的输出功率降低、电池的容量降 低。专利文献1中列举了铵（ΝΗ4)和硅（Si)作为在电解液中参与沉淀生成的杂质。专利 文献1公开了通过规定NH4的浓度并通过确定与电解液量和电极面积有关的Si浓度，可以 抑制沉淀的生成。
[0008] 然而，即使在使用专利文献1的氧化还原液流电池用电解液的情况下，有时仍生 成沉淀且电池的性能下降。总之，存在没有完全确定引起沉淀生成的因素的可能性。
[0009] 因此，本发明的一个目的是提供氧化还原液流电池用电解液，所述电解液能够抑 制沉淀的生成。本发明的另一目的是提供包含该氧化还原液流电池用电解液的氧化还原液 流电池。
[0010] 解决技术问题的技术方案
[0011] 本申请提供氧化还原液流电池用电解液，其中在电池反应期间参与沉淀生成的杂 质元素离子的总浓度为220质量ppm以下。
[0012] 技术效果
[0013] 该氧化还原液流电池用电解液能够抑制在氧化还原液流电池中沉淀的生成。
【附图说明】
[0014] [图1]图1示出氧化还原液流电池的工作原理。
【具体实施方式】
[0015] [本申请发明的实施方式的说明]
[0016] 首先将对本申请发明的实施方式的特征依次进行说明。
[0017] ㈧实施方式提供氧化还原液流电池用电解液（下文中称作RF电解液），其中在 电池反应期间参与沉淀生成的杂质元素离子的总浓度为220质量ppm以下。
[0018] 本发明的发明人已经发现在氧化还原液流电池（下文中称作RF电池）的电池反 应期间，沉淀的生成和氢气的生成受到RF电解液中杂质元素离子的类型和浓度的相当大 的影响。而且，本发明的发明人已经发现通过在RF电池中规定在反应期间参与沉淀生成的 杂质元素离子的总浓度（总量），可以抑制沉淀的生成。总之，根据本实施方式的RF电解液， 能够抑制沉淀的生成，进而能够抑制电池性能如电池输出功率或电池容量随时间的下降。
[0019] 本说明书中，术语〃元素离子〃为由同一元素产生的全部原子价的离子的总称。类 似地，术语〃浓度〃表示由同一元素产生的全部原子价的离子的总浓度。术语〃杂质元素 离子"表示包含在RF电解液中且不参与任何电池反应的元素离子。因此，元素离子包含活 性物质；然而，参与电池反应的活性物质不包含在杂质元素离子中。
[0020] (B)优选参与所述沉淀生成的杂质元素离子包括金属元素离子，且该金属元素离 子的总浓度为195质量ppm以下。
[0021] 参与沉淀生成的杂质元素离子包括金属元素离子。因此，如果对RF电解液中的金 属元素离子的总浓度进行调整，则能够抑制沉淀生成和由此导致的RF电池的电池性能随 时间的下降。
[0022] (C)优选参与所述沉淀生成的杂质元素离子包括非金属元素离子，且该非金属元 素离子的总浓度为21质量ppm以下。
[0023] 参与沉淀生成的杂质元素离子包括非金属元素离子。因此，如果对RF电解液中的 非金属元素离子的总浓度进行调整，则能够抑制沉淀生成和由此导致的RF电池的电池性 能随时间的下降。术语"非金属元素"是指金属元素以外的元素的总称。
[0024] (D)优选所述金属元素离子包括重金属元素离子，且该重金属元素离子的总浓度 为85质量ppm以下。
[0025] 参与所述沉淀生成的金属元素离子包括重金属元素离子。因此，如果对RF电解液 中的重金属元素离子的总浓度进行调整，则能够抑制沉淀生成和由此导致的RF电池的电 池性能随时间的下降。术语〃重金属元素〃表示比重为4以上的金属元素。
[0026] (E)优选所述金属元素离子包括轻金属元素离子，且该轻金属元素离子的总浓度 为120质量ppm以下。
[0027] 参与所述沉淀生成的金属元素离子包括轻金属元素离子。因此，如果对RF电解液 中的轻金属元素离子的总浓度进行调整，则能够抑制沉淀生成和由此导致的RF电池的电 池性能随时间的下降。术语〃轻金属元素〃表示比重小于4的金属元素。
[0028] (F)优选所述金属元素离子包括重金属元素离子和轻金属元素离子，所述重金属 元素离子的总浓度为85质量ppm以下，且所述轻金属元素离子的总浓度为120质量ppm以 下。
[0029] 当将重金属元素离子和轻金属元素离子的总浓度调整至上述范围内时，与其中仅 对这些总浓度中的一种总浓度进行调整的RF电解液相比，能够抑制沉淀的生成和由此导 致的RF电池的电池性能随时间的下降。
[0030] (G)优选所述重金属元素离子在浓度方面满足下面（1)至（9)中的至少一项：
[0031] (1)铬（Cr)离子的浓度为10质量ppm以下，
[0032] (2)锰（Μη)离子的浓度为1质量ppm以下，
[0033] (3)铁（Fe)离子的浓度为40质量ppm以下，
[0034] (4)钴（Co)离子的浓度为2质量ppm以下，
[0035] (5)镍（Ni)离子的浓度为5质量ppm以下，
[0036] (6)铜（Cu)离子的浓度为1质量ppm以下，
[0037] (7)锌（Zn)离子的浓度为1质量ppm以下，
[0038] (8)钼（Mo)离子的浓度为20质量ppm以下，
[0039] (9)锑（Sb)离子的浓度为1质量ppm以下。
[0040] 在重金属元素离子中，特别是上述重金属元素离子倾向于参与沉淀生成。因此，如 果对RF电解液中的这些重金属元素离子的浓度进行调整，则能够抑制沉淀生成和由此导 致的RF电池的电池性能随时间的下降。特别地，在钒基RF电池中，某些上述重金属元素离 子抑制氢气的生成但可能参与沉淀的生成。因此，通过调整这些重金属元素离子的浓度，可 以抑制电池性能的下降并可以提高能量密度。这种重金属元素离子包括Cr离子和Zn离子， 其可以具有比钒基RF电池的负极活性物质的标准电位（V2+/V3+:约-0. 26V)低的电位。
[0041] (H)优选所述轻金属元素离子在浓度方面满足下面（10)至（14)中的至少一项：
[0042] (10)钠（Na)离子的浓度为30质量ppm以下，
[0043] (11)镁（Mg)离子的浓度为20质量ppm以下，
[0044] (12)铝（A1)离子的浓度为15质量ppm以下，
[0045] (13)钾（K)离子的浓度为20质量ppm以下，
[0046] (14)钙（Ca)离子的浓度为30质量ppm以下。
[0047] 在轻金属元素离子中，特别是上述轻金属元素离子倾向于参与沉淀生成。因此，如 果对RF电解液中的这些轻金属元素离子的浓度进行限制，则能够抑制沉淀生成和由此导 致的RF电池的电池性能随时间的下降。
[0048] (I)优选所述非金属元素离子在浓度方面满足下面（15)和（16)中的至少一项：
[0049] (15)氯（C1)离子的浓度为20质量ppm以下，
[0050] (16)砷（As)离子的浓度为1质量ppm以下。
[0051] 在非金属元素离子中，特别是上述非金属元素离子倾向于参与沉淀生成。因此，如 果对RF电解液中的