亜鉛–臭素電池

亜鉛・臭素電池（あえん・しゅうそでんち、）は二次電池の一種。

概要 負極に亜鉛を、正極に臭素を、電解質に臭化亜鉛の水溶液を利用した二次電池である。特に大規模の電力貯蔵用に作られ、昼夜の負荷平準化や、発電量の安定しない風力発電、太陽光発電等と組み合わせ電力供給の安定化などが想定される。これまで研究は関連する技術が進展するにつれ一進一退を繰り返してきたが、競合する充電池の台頭により、実用化に向けた開発は低迷している。 基礎研究の開始以来、すでに半世紀以上経過しているが、後述の理由により実用化には至っていない。

電池反応 亜鉛・臭素電池は、亜鉛や臭素を活物質として常温で運転される。放電時に正極の臭素は、正極表面でBr-に還元され電解質を通って負極に移動する。負極では亜鉛がBr-によって酸化されて臭化亜鉛となりこの時に電子を放出する。

構造 フロー型と非フロー型がありそれぞれ一長一短がある フロー型 充電池は一種の電解槽で臭化亜鉛水溶液は充電前と充電後でそれぞれ別のタンクに貯蔵され、充電時には臭化亜鉛水溶液に低電圧の直流電流を通電して電気分解することにより負極側に亜鉛が析出、電解液中の臭化亜鉛の濃度が低下して臭素水になり、タンクへ送られる。放電時には逆に臭素水を電解槽に送り、亜鉛と反応させて臭化亜鉛にする。この時に発電する。

非フロー型 活物質の貯蔵タンクを持たない構造で鉛蓄電池等と構造に類似点があり、構造が単純だが容量が限られる。 一時期、電気自動車用としても有望視された時期もあったものの、充電に先立って完全放電処理が必要という難点の克服が容易でなく、後述の欠点により実用化には至らなかった高橋祥夫. "電気自動車 2. 電気自動車用電池の開発動向." 電気化学および工業物理化学 61.11 (1993): 1254-1258.。

特徴 長所 常温常圧での運転が可能 技術的難易度や設置基準が比較的易しい 従来は揚水発電に頼っていた機能を都市部などの需要地の近辺に設置できる。 出力変動の大きな風力発電・太陽光発電と組み合わせ出力を安定化させたり、需要家に設置して、割安な夜間電力の利用とともに、停電時の非常時電源を兼用できる。 構成材料の資源的な制約がなく、量産による低廉化も期待できる 100%の深度の充放電が可能 5000回以上の充放電サイクルが可能 電解質が非可燃性で火災リスクが低い

短所・課題等 フロー型はエネルギー密度が60〜85 W·h/kg程度で低いので電気自動車や潜水艦などの移動体には適さない フロー型はシステム全体が大掛かりで設置面積を要する 充放電効率が徐々に低下する 数日ごとに完全に放電することによって、亜鉛のデンドライトがセパレータを突き刺すのを防ぐ必要がある 充放電速度が遅い 他のフロー電池はタンク容量を増やすだけで容量を増やせるが、亜鉛–臭素電池は亜鉛電極の面積を増やさなければならないので制約があり、スケールメリットが乏しい。

脚注

参考文献 金指元憲. "IV. 亜鉛-臭素電池." 電氣學會雜誌 107.8 (1987): 794-796. 金指元憲. "第 3 章 亜鉛-臭素電池." 電氣學會雜誌 103.8 (1983): 780-782. 蓮覚寺聖一, et al. "水平電極型無隔膜亜鉛-臭素二次電池. 充-放電エネルギー効率の向上について." 電気化学および工業物理化学 59.5 (1991): 412-420. 斉藤晴通, 伊藤登. "II. 新形電池によるエネルギー貯蔵." 電氣學會雜誌 101.6 (1981): 510-515. 根岸明, 野崎健, 金子浩子. "電解液循環型二次電池炭素電極材料のキャラクタリゼーション." 炭素 1991.150 (1991): 310-318.

関連項目 再生型燃料電池