JP7569285B2 - Electricity storage units and structures - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電体とこの蓄電体を利用した蓄電構造物に関する。 The present invention relates to an electricity storage unit and an electricity storage structure that uses this electricity storage unit.
温室効果ガスの排出量削減を目的として、再生可能エネルギーの需要が高まっている。再生可能エネルギーには、例えば、太陽光発電、風力発電、水力発電、地熱発電、バイオマス等がある。
再生可能エネルギー等により発電された電力は、蓄電設備に蓄電することで、安定的な供給を図る。電力を安定的に供給するためには、必要な電力を蓄電することが可能な蓄電設備が必要となるが、大掛かりな蓄電設備を構築するためには、広い用地が必要となる。
ところで、コンクリートは、様々な構造物に使用されており、面積・容積の大きい構造物にも使用されている。そのため、本出願人は、構造物を構成するコンクリートに蓄電機能を持たせることで、構造物自体を蓄電池として利用する発想に至った。
ここで、特許文献1には、フレッシュコンクリート中の水分を電解質として使用する電池が開示されている。ところが、特許文献1に記載の発明は、硬化前のフレッシュコンクリートに関するもので、構造物の一部として所定の強度を有する硬化体に関するものではない。
Demand for renewable energy is increasing with the aim of reducing greenhouse gas emissions. Renewable energy sources include, for example, solar power generation, wind power generation, hydroelectric power generation, geothermal power generation, and biomass power generation.
Electricity generated by renewable energy sources etc. can be stored in energy storage facilities to ensure a stable supply. To ensure a stable supply of electricity, energy storage facilities capable of storing the necessary amount of electricity are required, but building large-scale energy storage facilities requires a large amount of land.
Concrete is used in a variety of structures, including those with large areas and volumes. For this reason, the applicant came up with the idea of giving the concrete that constitutes the structure a storage function, thereby using the structure itself as a storage battery.
Here, Patent Document 1 discloses a battery that uses water in fresh concrete as an electrolyte. However, the invention described in Patent Document 1 relates to fresh concrete before hardening, and does not relate to a hardened body having a predetermined strength as a part of a structure.
本発明は、蓄電性能を備えた構造物を構築することを可能とする蓄電体と、この蓄電体を利用した蓄電構造物を提案することを課題とする。 The objective of the present invention is to propose a power storage unit that enables the construction of a structure with power storage capabilities, and a power storage structure that uses this power storage unit.
前記課題を解決するために、本発明の蓄電体は、ジオポリマー組成物の硬化体と、前記硬化体に植設された正負一対の電極とを備えるものである。前記ジオポリマー組成物は、ケイ酸アルカリ水溶液を含有している。ケイ酸アルカリ水溶液は、例えば、ケイ酸カリウム水溶液、ケイ酸ナトリウム水溶液、ケイ酸リチウム水溶液であり、2種類以上のケイ酸アルカリ水溶液を含有していてもよいし、ケイ酸アルカリを主成分とする水ガラス(ケイ酸アルカリの濃厚水溶液)でもよい。
また、本発明の蓄電構造物は、複数の前記蓄電体を連設することにより構築されたものである。
なお、前記ジオポリマー組成物は、フライアッシュおよび高炉スラグからなる活性粉体を含有しているのが望ましい。この活性粉体の含有量と前記ケイ酸アルカリ水溶液の含有量との質量比は、1:0.3~0.8とするのが望ましい。また、前記フライアッシュの含有量と前記高炉スラグの含有量との質量比は、1:0.04~0.06とするのが望ましい。
かかる蓄電体によれば、ジオポリマー材料を主体として構成されているため、耐久性が高い。また、各材料の配合を調整することにより、構造体として必要な強度を発現する。そのため、蓄電体を建材として利用することができ、これを連設することにより、大面積の蓄電構造物を構築することができる。
なお、前記硬化体の前記電極が植設された面と対向する面に、前記電極に接続する他の電極を挿入可能な凹部が形成されていれば、複数の蓄電体を連結して、大規模な蓄電施設を構築することが可能となる。
In order to solve the above problems, the electric storage body of the present invention comprises a hardened body of a geopolymer composition and a pair of positive and negative electrodes implanted in the hardened body. The geopolymer composition contains an aqueous solution of an alkali silicate. The aqueous solution of an alkali silicate is, for example, an aqueous solution of potassium silicate, an aqueous solution of sodium silicate, or an aqueous solution of lithium silicate, and may contain two or more types of aqueous solutions of an alkali silicate, or may be water glass (a concentrated aqueous solution of an alkali silicate) whose main component is an alkali silicate.
The electricity storage structure of the present invention is constructed by connecting a plurality of the electricity storage units in series.
The geopolymer composition preferably contains an activated powder consisting of fly ash and blast furnace slag. The mass ratio of the content of the activated powder to the content of the alkali silicate aqueous solution is preferably 1:0.3 to 0.8. The mass ratio of the content of the fly ash to the content of the blast furnace slag is preferably 1:0.04 to 0.06.
This type of electricity storage unit is highly durable because it is mainly made of geopolymer materials. In addition, by adjusting the composition of each material, the strength required for the structure can be achieved. Therefore, electricity storage units can be used as building materials, and by connecting them together, a large-area electricity storage structure can be constructed.
Furthermore, if a recess is formed on the surface of the hardened body opposite the surface on which the electrode is implanted, into which another electrode to be connected to the electrode can be inserted, it will be possible to connect multiple storage batteries to construct a large-scale storage facility.
本発明の蓄電体およびこの蓄電体を利用した蓄電構造物によれば、大面積・大容積の蓄電領域を確保した構造物を構築することが可能となる。 The electricity storage unit of the present invention and the electricity storage structure using this electricity storage unit make it possible to build a structure that ensures a large-area, large-volume electricity storage area.
本実施形態では、道路構造物(蓄電構造物)1の少なくとも一部を構成する構造体に蓄電体2を使用することで、大面積・大容積の蓄電領域3を確保する場合を例示する。本実施形態では、道路の付帯設備に必要な電力を蓄電領域3から供給する場合について説明する。図1に本実施形態の道路構造物1を示す。道路構造物1の内部には、図1に示すように、蓄電領域3が確保されている。道路構造物1には、発電設備(太陽光パネル)4が設けられていて、発電設備4により発電された電力を蓄電領域3において蓄電する。蓄電領域3に蓄電された電力は、例えば、道路に設けられた照明11やIoTセンサ12に供給される。蓄電領域3は、複数の蓄電体2,2,…を連設する(組み合わせる)ことにより構成されている。図2に蓄電体2を示す。
In this embodiment, a case where a large-area and large-
蓄電体2は、ジオポリマー組成物の硬化体5を主体としており、図2(a)に示すように、ブロック状を呈している。硬化体5には、正負一対の電極6,6が植設されている。本実施形態の蓄電体2は、直方体であり、角(稜線)を介して連続する二つの側面に、それぞれ一対の電極6,6が設けられている。電極6の先端部は、硬化体5から突出しており、電極6のそのほかの部分は、硬化体5に埋設されている。また、図2(b)および(c)に示すように、硬化体5の6面のうち、電極6,6が植設された側面と対向する面(電極6が突出する面の反対側の面)には、凹部7が形成されている。凹部7は、電極6に接続される他の電極6(他の蓄電体2の電極6)を挿入可能である。本実施形態の凹部7は、電極6の形状に応じたスリット状の溝である。凹部7の底面には、凹部7に挿入された電極6と当接可能となるように、当該蓄電体2に植設された電極6の他端側の面が露出している。
本実施形態のジオポリマー組成物は、活性粉体と、ケイ酸アルカリ水溶液とを含有している。活性粉体の含有量とケイ酸アルカリ水溶液の含有量との質量比は1:0.3~0.8としている。
ケイ酸アルカリ水溶液は、例えば、ケイ酸カリウム水溶液、ケイ酸ナトリウム水溶液、ケイ酸リチウム水溶液であり、2種類以上のケイ酸アルカリ水溶液を含有していてもよいし、ケイ酸アルカリを主成分とする水ガラス(ケイ酸アルカリの濃厚水溶液)でもよい。
活性粉体は、フライアッシュおよび高炉スラグからなる。ここで、活性粉体中のフライアッシュの含有量と記高炉スラグの含有量との質量比は1:0.04~0.06である。
蓄電領域3は、図3に示すように、蓄電体2を前後左右に連設することにより形成されている。
The
The geopolymer composition of this embodiment contains an active powder and an aqueous alkali silicate solution. The mass ratio of the content of the active powder to the content of the aqueous alkali silicate solution is 1:0.3 to 0.8.
The aqueous alkali silicate solution is, for example, an aqueous potassium silicate solution, an aqueous sodium silicate solution, or an aqueous lithium silicate solution. The aqueous alkali silicate solution may contain two or more types of aqueous alkali silicate solutions, or may be water glass containing an alkali silicate as the main component (a concentrated aqueous solution of an alkali silicate).
The activated powder is composed of fly ash and blast furnace slag, and the mass ratio of the fly ash content to the blast furnace slag content in the activated powder is 1:0.04 to 0.06.
As shown in FIG. 3, the
本実施形態の蓄電体2によれば、ジオポリマー材料を主体として構成されているため、耐久性が高い。そのため、長期に亘ってメンテナンスフリーの状態を維持可能である。また、蓄電体2を保護材により被覆(梱包)する必要がなく、屋外での使用が可能である。
また、各材料の配合を調整することにより、構造体として必要な強度を発現する。そのため、蓄電体2を建材として利用することができ、これを連設することにより、通常の電子デバイスでは成し得ない大面積・大容積の蓄電領域3を構築できる。
According to the
In addition, by adjusting the composition of each material, the necessary strength as a structure is achieved. Therefore, the
次に、本実施形態の蓄電体2の性能を確認した実験結果について説明する。本実験では、配合が異なる蓄電体2を製造する際の材料の固まりやすさや、電力を消費した際の放電特性を確認した。表1に各試料(ケースA~E)の配合(質量比)を示す。また、表2にケースA~Eの材齢28日の圧縮強度を示す。さらに、図4にケースA~Eの放電特性を示す。
Next, the results of an experiment to confirm the performance of the
表2に示すように、ケースDとケースEは、ケースAおよびケースCに比べて大きな圧縮強度を発現することが確認できた。また、ケースBも早期に強度を発現することが確認できた。
また、図4に示すように、ケースA、CおよびEは、ケースBおよびDに比べて、電力を消費した際に、急激に低下することなく、電圧が時間とともになめらかに放電される結果となった。そのため、ケースA、CおよびEがケースB,Dに比べて蓄電性が優れていることが確認できた。
以上の結果から、ケースA,Cは、蓄電性に優れているものの、構造体としての強度が低かった。また、ケースB,Dは、大きな圧縮強度を発現するものの、蓄電性が低かった。一方、ケースE(フライアッシュの含有量と高炉スラグの含有量との質量比が1:0.04~0.06の範囲内)の配合によれば、他の配合に比べて、蓄電性および強度発現性に優れていることが確認できた。
As shown in Table 2, it was confirmed that Cases D and E exhibited greater compressive strength than Cases A and C. It was also confirmed that Case B exhibited early strength development.
4, in cases A, C, and E, the voltage did not drop suddenly when power was consumed, and was discharged smoothly over time, compared to cases B and D. Therefore, it was confirmed that cases A, C, and E have better charge storage capacity than cases B and D.
From the above results, cases A and C were excellent in electricity storage, but had low strength as a structure. Cases B and D exhibited high compressive strength, but had low electricity storage. On the other hand, it was confirmed that the blend of case E (where the mass ratio of the fly ash content to the blast furnace slag content was in the range of 1:0.04 to 0.06) was superior in electricity storage and strength development compared to the other blends.
以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
本実施形態では、ジオポリマー組成物だけで硬化体5を形成したが、ジオポリマー組成物に細骨材、粗骨材、合成樹脂繊維、発泡ビーズなどを混練して硬化体5を形成してもよい。
前記実施形態では、蓄電体2から電極6が2方向に突出していて、蓄電体2同士を縦横に接続する場合について説明したが、蓄電体2から突出する電極6は1方向のみであってもよい。このとき、蓄電体2同士は、一方向に連設する。なお、蓄電領域3は、必ずしも複数の蓄電体2を連設することにより形成する必要はなく、一つの蓄電体2
のみで構成されていてもよい。
前記実施形態では、ブロック状(直方体状)の硬化体5としたが、硬化体5の形状は限定されるものではなく、例えば、円柱状にするなど、使用する蓄電構造物などの形状に応じて適宜決定すればよい。
前記実施形態では、凹部7内において、電極6の端面同士を突き合わせるものとしたが、電極6同士は、凹部7内において、端部同士を重ね合わせて面接触させてもよい。
また、前記実施形態では、面毎に一組の正負一対の電極6,6を配設するものとしたが、二組以上の電極6,6が一つも面に配設されていてもよい。
電極6は、ジオポリマー組成物との接触面積を増加させるための加工が施されていてもよい。このような加工としては、例えば、表面に凹凸を形成したり、複数の穴をあけるなどしてもよい。
Although an embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and each of the above-described components can be appropriately modified without departing from the spirit of the present invention.
In this embodiment, the
In the above embodiment, the
It may be composed of only
In the above embodiment, the
In the above embodiment, the end faces of the
In the above embodiment, one pair of positive and
The
1 道路構造物(蓄電構造物)
2 蓄電体
3 蓄電領域
4 発電設備
5 硬化体
6 電極
7 凹部
1 Road structures (electricity storage structures)
2
Claims (6)
前記ジオポリマー組成物は、ケイ酸アルカリ水溶液を含有していることを特徴とする、蓄電体。 A storage battery comprising a hardened body of a geopolymer composition and a pair of positive and negative electrodes implanted in the hardened body,
The geopolymer composition is characterized in that it contains an aqueous alkali silicate solution.
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