コラム

レドックスフロー電池とは?メリット・デメリットや開発企業について解説

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脱炭素社会に向けて、近年ではさまざまな企業が再生可能エネルギーや蓄電池の研究開発を行っています。中でもレドックスフロー電池は、不安定な電力供給の再生可能エネルギーを支える新しい蓄電池として注目を集めています。

そこで今回は、レドックスフロー電池の特徴や仕組み、メリット・デメリットについて詳しくご紹介します。蓄電池の将来性について知りたい方や蓄電池の実用性を理解した上で導入を検討したい方などは、参考にしてみてください。

レドックスフロー電池の原理

世界的な環境問題対策のために再生可能エネルギーの活用が期待されていますが、発電量が自然環境に左右され、コントロールが難しいことが課題となっています。

再生可能エネルギーをより良く活用するためには、電気を貯めることができ、必要時に使用することができる蓄電池が重要な鍵となっています。

蓄電池の一つとして注目を集めている「レドックスフロー電池」とは、どのような仕組みで電気を蓄電するのかを詳しく説明します。

電解液を循環させてイオンの酸化還元反応を行う

レドックスフロー電池は、タンクに貯めた電解液をポンプで循環させ、イオンの酸化還元反応を進めることで充電や放電を行います。

電解液を循環させる二次電池であり、電気を流すことで正極・負極にてバナジウムイオンの価数変化が起こる電気化学システムです。

充放電にはポンプや電解液タンクが必要

レドックスフロー電池は、イオン交換膜を隔てて正極・負極にてイオンの酸化還元反応を進行させる電解セル、電解液を貯めておくためのタンク、電解液を循環させるポンプなどで構成されています。

正極と負極に電位差がある電解液を循環させるため、それぞれに電解液タンクと循環のためのポンプが必要です。

レドックスフロー電池のメリット

さまざまな蓄電池が開発されている中で、電解液を循環させる二次電池であるレドックスフロー電池の活用は、他の蓄電池と比べてどのようなメリットがあるのかを詳しく解説します。

長寿命

レドックスフロー電池のメリットの1つは、寿命が長いことです。

多くの蓄電池では、サイクル寿命という充放電を繰り返すことができる回数がおおよそ決まっており、サイクル数が増えれば増えるほど劣化が進み、寿命が短くなります。

しかしレドックスフロー電池の場合では、充電や放電時に起こるのは電解液中のバナジウムイオンの価数変化のみで、電極の溶解や析出は起こりません。そのため、他の蓄電池と比べると長寿命であり、結果的にメンテナンスの時間や手間を減らすことが可能になります。

また、電解液は劣化しないことから、半永久的に使用することが可能とされており、コストを抑えることもできます。

充電残量を正確に把握できる

充電残量が正確に把握できることもレドックスフロー電池の特徴であり、メリットでもあります。

通常の電池の場合は充電量が均一化されず、管理制御を行うのは容易ではありません。

しかしレドックスフロー電池は、正極・負極ともに1つの電解液タンクからそれぞれのセルスタックに電解液を循環させているため、各セルスタックの充電度合が等しくなります。

また、起電力を直接測定できることから、充電残量を正確に把握・管理することが可能です。

不燃材料で構築

レドックスフロー電池は不燃材料で構築されており、火災事故などの危険性が低く、安全性が高いといえます。

蓄電池としてよく知られているナトリウム硫黄電池は、導入が広がる中で火災事故の報告ももあり、蓄電池としての安全性が問題視されています。

レドックスフロー電池で電解液として使用されているバナジウムイオン水溶液は不燃性なので、正極・負極の電解液が混ざり合ったとしても火災が発生することはありません。

また、設備を構成している部分に使われている材料も難燃性のため、火災の危険が非常に低く、安全な設備といえます。

大容量に対応

レドックスフロー電池は大型化がしやすく、大容量にも対応できる設計面の自由度の高さも、蓄電池としてメリットといえるポイントです。

リチウムイオン電池と比べると、重要エネルギー密度が5分の1程度と低いことから小型化は難しいと言えますが、大容量への対応は可能なため大規模な電気の貯蔵には適しています。

レドックスフロー電池の場合、電気の出力はセルスタックの台数に、また時間容量については電解液量にそれぞれ依存しています。

そのため、セルスタックの台数を増やせば出力がアップし、電解液量を増やせば時間容量を容易に増やせます。

レドックスフロー電池のデメリット

安全性も高く、長寿命で大容量にも対応ができるレドックスフロー電池ですが、導入するにあたってデメリットもあります。

それでは、レドックスフロー電池のデメリットには具体的にどのようなことがあるのか説明します。

高い製造コスト

レドックスフロー電池の導入や普及にあたり、最も大きい課題は製造コストが高いことです。

電解液にはレアメタルであるバナジウムが使われており、産出国が偏在していることから価格変動が大きいことも問題となっています。

すでに流通している蓄電池と比較するとコストが高くなることから、バナジウム以外のチタンやマンガンを電解液に使用し、価格が抑えられるような研究も進められています。

小型化が難しい

レドックスフロー電池は大型化がしやすく、大規模な電力貯蔵には容易に対応できます。しかし、リチウムイオン電池と比べると重要エネルギー密度が5分の1程度と低いことから、小型化することは難しいというデメリットがあります。

今後、一般の家庭でも太陽光発電などの再生可能エネルギーの導入が増加していく中で、蓄電池のニーズもあわせて増えていくことが予測されます。

一般の家庭でもレドックスフロー電池を導入できるようにするためには、小型化できるかどうかが重要なポイントであると言われています。

実用化にいたっていない

太陽光発電などの再生可能エネルギーは、気候や天気などの自然環境により発電量が変動するため、コントロールすることが困難です。

一般の家庭で太陽光発電などの再生可能エネルギーをより良く活用していくためには、蓄電池をあわせて導入することが必要です。

しかし現在のところ、小型化されたレドックスフロー電池は実用化にはいたっていません。

もし小型化の実用化が進めば、一般家庭への普及や、病院をはじめとした公共施設などにおいて安全性の高い災害時の非常用電源としても運用が期待できます。

そのため、小型化の実用化に向けて企業や大学などでも開発・研究が進められています。

レドックスフロー電池の開発企業

レドックスフロー電池は、1949年にドイツで最初の特許が出願されており、その後1974年にはNASAが原理について発表を行うなど、50年ほどの歴史があります。

日本国内では、1985年に住友電気工業株式会社が電力を貯蔵することを目的として開発をスタートさせ、2000年には製品の販売も開始されています。

埼玉工業大学では太陽光発電とレドックスフロー電池を開発し、実証実験が1年間にわたって実施されました。

レドックスフロー電池は今後市場に並ぶ可能性が高い!

現在、地球温暖化対策のために再生可能エネルギーの活用が期待されている中で、発電した電気を貯めておくことができ、必要な時に使用することができる蓄電池が注目されています。

レドックスフロー電池は蓄電池の中でも安全性が高く長寿命で、充電残量などの管理も行いやすいという特徴を持ったメリットの多い蓄電池です。

現段階では、初期の製造コストが高いことや小型化の実用化ができていないなどの課題もありますが、企業などによる開発・研究が進むことで、今後市場に並ぶ可能性が高い蓄電池であると言えます。

現在環境経営や災害時の非常用電源などに、再生可能エネルギーである太陽光発電とあわせて蓄電池の導入を検討している場合には、すでに実用化している蓄電池の導入を検討してみてはいかがでしょうか。

しかし、蓄電池は多くのメーカーが開発・販売を手掛けているため、何を基準に製品を選べば良いのかわからないと悩んでいる方も多いと思います。

とくとくショップでは、さまざまなメーカーの製品を取り扱っていますので、お客様の目的や予算に合わせた最適なご提案を行うことができます。

太陽光発電や蓄電池の導入を検討されている方や商品の選び方に迷われている方は、ぜひお気軽にお問い合わせください。

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