長寿命で安全、使いやすさを追求した蓄电池～住友電工の英知を結集したレドックスフロー電池～
イオンの酸化還元反応による 画期的な大型蓄电池
最初に、「レドックスフロー電池」について、その構造や原理を見ていきたい。「レドックスフロー」の「レドックス（Redox）」とは、活物質（化学変化により電気を起こす物質）の還元（reduction）、酸化（oxidation）から作られた言葉であり、「フロー（Flow）」は外部タンクに貯蔵した活物質の溶液（電解液）をポンプで循環（flow）することを指している。この名称が示すように、レドックスフロー電池は電解液をポンプで循環させ、イオンの酸化還元反応によって充放電を行う大型蓄电池である。基本的な構成機器としては、セルスタック（液体還流型のセルを積層したもの）、電解液、電解液を貯蔵するタンク、電解液を循環させるポンプや配管、と極めてシンプルだ。電解液には硫酸バナジウム水溶液が用いられている。レドックスフロー電池は、電流を流した際に正極と負極それぞれでバナジウムイオンが価数（イオンの電荷の数）変化する反応を利用している。正極と負極における電子の数を調整するため、両極を隔てている隔膜を通してプロトンが移動し、これによって電流が流れるという原理だ。
电解液は半永久的に利用が可能
大容量の蓄电池として一般によく知られているものとしては、リチウムイオン電池、ナトリウム硫黄（NAS）電池などがある。特にリチウムイオン電池は、スマートフォンやパソコン、電気自动车などの民生用として広く使われている。それに対してレドックスフロー電池は、タンクやポンプが必要となることからシステム全体が大きくなるため、主に定置型の電力貯蔵用として提供されてきた。
レドックスフロー電池の特長は、他の電池などに比較して「長寿命」であることだ。電極ではなく、電解液でのイオンの酸化還元反応を利用して充放電を行うため、電極や電解液の劣化が極めて少ない。电解液は半永久的に利用が可能だ。設計寿命は20年以上。寿命は充放電回数に依存しないため、充放電回数に制限はない。二つ目の特長は「高い安全性」だ。電解液には不燃性の水溶液を使用しており、各種設備も難燃性の材料で構成されているため、発火リスクは極めて低い。三つ目が「設計自由度の高さ」。電解液の量で放電時間容量が決まり、セルスタックの台数で出力が決まるため、出力と時間容量の独立した設計を可能としている。また、同一タンクから各セルに共通の電解液を供給することから、各セルの充電状態は常に等しいため、運用が容易だ。さらにレドックスフロー電池は充放電中でも起電力の測定が可能であり、不規則に発電する再生可能エネルギー対応や系統安定化などの複雑な充放電に適した性能を持つ。このように、レドックスフロー電池は蓄电池に要求される多様なニーズへの最適な設計を可能としている。
2022年、本格的な市场开拓が始まった
レドックスフロー電池の構造はシンプルであるものの、20年間の長期信頼性を保証することは容易ではない。20年間液漏れしないセルの開発、薄肉大面積の平板状部材を約100セル積層する構造設計、さらにセルスタックを構成する電極や隔膜、双極板といった機能材料など、住友電工に蓄積された知見が投入された。開発に着手したのは1985年、そして2001年にレドックスフロー電池は事業化され、需要家に順次設置された。需要家は安価な夜間電力を貯蔵し昼間のピーク時に放電させることで電気料金を安くでき、電力会社は負荷を平準化するメリットを得た。現在のように、大容量蓄电池の重要性が指摘されるようになったのは、地球温暖化対策として世界的に再生可能エネルギーが導入されるようになった2010年前後からである。
再生可能エネルギーにおける蓄电池の有効性の一つは、出力変動への対応だ。蓄电池を採用することで、変動分を吸収し出力を平滑化できる。さらに、周波数制御にも有効だ。需給変動に応じて、蓄电池を適用することで瞬時に需給均衡を図り、周波数を保持するよう制御することができる。
レドックスフロー电池の开発は欧米、中国で急速に活発化した。だが、住友电工にはすでに実フィールドでの知见があった。住友电工のレドックスフロー电池事业が节目を迎えたのが2015年。北海道と米国カリフォルニア州で开始された大规模実証事业だ。现在、これらの実証事业は终了し、実运用のフェーズに入っている。言い换えれば、満を持して本格的なレドックスフロー电池の市场开拓活动がスタートした。
国内外で推进されるレドックスフロー电池の拡贩
住友电工で、レドックスフロー电池事业を担うのがエネルギーシステム事业开発部である。「再生可能エネルギーの导入に伴って拡大する、新しいエネルギー市场に対応する製品?ソリューション群の开発および事业化」を目指している（同部长?矢野孝）。中でも、最大のミッションがレドックスフロー电池の事业化である。そのためには何が求められるのか。
「蓄电池自体は電気エネルギーを生み出さず、従来のkWh 価値という尺度で評価する場合、蓄电池は単にコストでしかありません。しかし、再生可能エネルギーの導入が進むに従い、電力ネットワークの電力需給バランスを維持することは次第に困難となり、蓄电池の導入が不可欠となる中で、メーカーの取り組むべき最重要課題はまず、蓄电池コストの低減です。加えて、ステークホルダーとともに、電力需給バランスの維持という蓄电池の新しい使い方の価値を発掘し、これを電力市場および制度の下に積極的に定義付けること。最終的には、その導入目的とコストについて、利用者の理解と合意を得ることです。また、系統用の蓄电池は長期間使うインフラ設備ですので太陽光発電設備のPPA 契約のように、設備売り切りではない、サービス事業としての展開も可能です。実際、海外では蓄電サービスとしての提供も始まりつつあります。電池という箱から、新たな使い方と価値を生み出していきたいと考えています」（矢野）
具体的な市场戦略はどのような展望を描いているのか。
「国内では再生可能エネルギーを多く导入している电力事业者や再生可能エネルギー导入に积极的な需要家に重点的にアプローチしています。海外はまず、世界最大市场である北米です。カリフォルニア州では実証実験を终え、商用运転を开始しました。多数の电力会社が长时间用途の电池に関心があり、长寿命で安全なレドックスフロー电池に対する大きな期待を感じます。特に电解液は半永久的に使用可能で、长期间使う程、コストだけでなく环境负荷も低减できます。また、バナジウムの主要产地の一つである豪州では、いわゆる地产地消のモデルとして、现地でパートナーシップを构筑しながらレドックスフロー电池を提供する活动を行っています。豪州は环境意识が高く、脱炭素の取り组みが进む地域ですが、雇用も当然重要です。长期的に石炭产业缩退の穴を埋める候补の一つとして、バナジウム関连产业へ大きな期待があります。また欧州でも、ベルギーの工场向けに纳入実绩があり、欧州各国への拡贩を目指しています。今后、コストダウンをさらに进め、レドックスフロー电池を世界中の电力ネットワークでお使いいただき、脱炭素社会构筑に贡献したいと思います」（矢野）