一种具有自定位功能的液流电池线密封结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有自定位功能的液流电池线密封结构，液流电池电极框上设置有环状的线密封槽，其中线密封槽与电极框表面的交线为两条环状线，电极框平面上两条环状线的中线为轴线，垂直于该轴线的密封槽的横截面上，靠近电极框表面一侧侧边的一处的密封槽的宽度小于此处到远离电极框表面一侧侧边间的一处的密封槽的宽度。该种具有自定位功能的液流电池线密封结构不仅密封可靠，方便安装线密封胶条，防止胶条的扭结和错位，减少电堆装配部件，提高装堆效率，同时在电堆拆卸及再装配的过程中，密封条可以稳固的定位在密封槽内，提高多次装配的效率。
【专利说明】 一种具有自定位功能的液流电池线密封结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及液流电池的电堆结构，特别涉及电堆的密封结构。
【背景技术】
[0002]能源始终是推动现代社会发展的重要支柱，随着文明程度的提高，对能源的需求也日益增大。化石能源作为一种不可再生能源面临着枯竭的危险，近年来可再生能源，包括太阳能、风能、潮汐能等得到了迅猛的发展，逐渐有着取代传统能源的趋势。但可再生能源不稳定、不连续的特点决定了其在电力并网中需要中间过程的调节方能正常、有效、安全的工作，储能正是解决这一问题的关键技术并逐渐得到各国的重视。氧化还原液流电池是一种利用具有不同价态元素的氧化-还原反应进行能量的储存和转化的电化学储能装置，能将不连续、不稳定的输入转化为连续、稳定、安全的输出，减少对智能电网的冲击，克服可再生能源的应用缺陷。
[0003]液流电池通常采用压滤机的形式进行组装，即:由集流板、电极、电极框、隔膜、电极框、电极、集流板以及集流板与电极框、电极框与隔膜之间的密封结构组成单电池，并将多节单电池用集流板串联组成电堆，电堆的两侧配有端板，其上加工有相应的螺纹孔，通过压缩螺杆上的弹簧将电堆压紧，以满足电极的压缩以及密封力的要求。对于液流电池电堆，密封是影响电堆性能，决定电堆寿命的重要因素。低成本、高可靠性的密封手段这些年来均在液流电池电堆上进行过尝试，从橡胶材料的面密封和线密封到激光焊接，目的都是在提高密封可靠性，降低电堆装配的难度，延长电堆寿命。线密封相比面密封在密封效果相当的条件下受压面积更小，可以有效减小弹簧数量或降低弹簧刚度，同时相比激光焊接成本更低，可多次拆卸使用，灵活性更好。但受制于密封条在密封槽中的定位问题，装配过程中容易造成胶条的扭结和错位，导致密封失效。采用粘结剂将密封条粘接在密封槽内可以一定程度上有助于定位，可增加的工序又会提高机械或人工成本。因此，设计具有自定位功能的线密封结构是解决线密封应用的最有效且最简捷的方法。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种具有自定位功能的液流电池电堆线密封结构。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0006]一种具有自定位功能的液流电池线密封结构，其中:液流电池电极框上设置有环状的线密封槽，其中线密封槽与电极框表面的交线为两条环状线，电极框平面上两条环状线的中线为轴线，垂直于该轴线的密封槽的横截面上，靠近电极框表面一侧侧边的一处的密封槽的宽度小于此处到远离电极框表面一侧侧边间的一处的密封槽的宽度；
[0007]上述具有自定位功能的液流电池线密封结构，其中:相对应的环状的线密封胶条的径向截面上，靠近电极框表面一侧的一处的密封槽的宽度小于此处到远离电极框表面一侧侧边间的一处的线密封胶条的宽度；[0008]上述具有自定位功能的液流电池线密封结构，其中:装配时将胶条按压入密封槽内实现密封；
[0009]上述具有自定位功能的液流电池线密封结构，其中:所述密封槽的横截面形状为燕尾形、圆心角大于180度的扇形和梯形；相对应的线密封胶条沿径向的截面形状是圆形、椭圆形和梯形；
[0010]上述具有自定位功能的液流电池线密封结构中的密封槽和密封胶条，其中:所述密封槽的横截面为燕尾形、圆心角大于180度的扇形、梯形中的二种以上组合，或是矩形与它们中的一种组合；相对应的线密封胶条沿径向的截面形状是圆形、椭圆形和梯形中的二种以上组合，或是矩形与它们中的一种组合；
[0011 ] 远离电极框表面一侧的密封槽结构作为定位槽，靠近电极框表面一侧的密封槽结构作为密封凹槽，定位槽与密封凹槽同轴线，定位槽横截面形状是燕尾形、圆心角大于180度的扇形、梯形中的一种，在线密封条沿径向的横截面上相应的设有上下两层结构，上层为装配在密封槽中的密封用胶条；下层为装配在定位槽中的定位用胶条，定位用胶条沿径向的横截面形状是圆形、椭圆形和梯形中的一种，装配时将线密封条的下层定位胶条按压入定位槽内，密封用胶条和定位用胶条为一体式结构；
[0012]上述两种具有自定位功能的液流电池线密封结构，其中:电极框带有流道的一侧为正面，与之相反的一侧为反面；电极框正面与反面均设置有上述具有自定位结构的线密封槽。将平行于电极框正面和反面，并且其上任意一点到正面与反面距离相等的平面成为投影面，如权利要求1中所述的电极框正面与反面的密封槽的轴线在投影面上的投影线完全重合，或者相互错位，错位值为0mm-20mm ；
[0013]上述两种具有自定位功能的液流电池线密封结构，其中:电极框上的进出液口相应的设置有防内漏的封闭胶条结构，该结构可以是圆环形，也可以是带孔的矩形，甚至是带孔的任意封闭形状。
[0014]上述两种具有自定位功能的液流电池线密封结构,其中:带有自定位结构的电极框采用雕刻或者注塑方式加工；
[0015]上述两种具有自定位功能的液流电池线密封结构，其中:电极框框体材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS或者玻纤增强型聚丙烯。
[0016]上述两种具有自定位功能的液流电池线密封结构，其中:密封胶条的压缩率为5%-60% ；
[0017]上述两种具有自定位功能的液流电池线密封结构,其中:与自定位结构相配合的密封胶条的材料为氟橡胶或者三元乙丙橡胶等耐酸腐蚀橡胶；
[0018]本发明具有如下优点:
[0019]1.本发明通过在电极框上设置具有自定位功能的密封槽，将具有相应结构的密封胶条压入密封槽和定位槽中完成定位，方便、简单的解决了线密封的定位问题，同时也防止了电极框在移动或翻转的过程中密封条的脱落，解决了胶条的固定问题。
[0020]2.本发明设计的具有自定位功能的线密封结构，能够防止密封胶条在定位槽中的扭结和错位，避免面密封中密封胶片移位或者胶粘密封条不牢固、错位的问题发生，并且设计有自定位功能密封槽的电极框也可进行多次装配而保证密封条不脱落，可靠性高，减少了多次装配中花费在密封上的时间。[0021]3.本发明设计的具有自定位功能的线密封结构减少了密封压力，降低了弹簧高度和弹簧数量，简化了装配程序，提高了装配效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1第一种具有自定位功能的线密封结构示意图:(1)密封槽截面为燕尾形，相应的密封胶条截面为圆形；(2)密封槽截面为带有倒角的梯形，相应的密封胶条截面为矩形；
[0023]图2第二种具有自定位功能的线密封结构示意图:(1)定位槽截面为燕尾形，密封槽截面为矩形，相应的密封用胶条截面为矩形，定位用胶条截面为圆形；(2)定位槽截面为带有倒角的梯形，密封槽截面为矩形，相应的密封用胶条截面为矩形，定位用胶条截面为梯形；
[0024]图3电极框两侧的密封槽与定位槽轴线错位的线密封结构设置示意图:(I)电极框的线密封槽布局图；(2) A-A切面图；
[0025]图4电极框两侧的密封槽与定位槽轴线相同的线密封结构设置示意图:(I)电极框的线密封槽布局图；(2) A-A切面图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合图1-图4以及实施例对本发明进行进一步的说明:
[0027]参照图1和图2，其中图1显示的一种具有自定位功能的线密封结构。在液流电池电极框上设置有环状的线密封槽，其中线密封槽与电极框表面的交线为两条环状线，电极框平面上两条环状线的中线为轴线，垂直于该轴线的密封槽的横截面上，靠近电极框表面一侧侧边的一处的密封槽的宽度小于此处到远离电极框表面一侧侧边间的一处的密封槽的宽度。其中图1为该密封槽的具体表现形式中的两种:截面形状为(I)燕尾形；(2)带有倒角的梯形。而与之相配合的密封胶条的径向截面上，靠近电极框表面一侧的一处的密封槽的宽度小于此处到远离电极框表面一侧侧边间的一处的线密封胶条的宽度。密封胶条的具体表现形式也如图1中所示:横截面形状为圆形或者梯形。在装配电堆前，将密封胶条按压入相应的密封槽内，依靠之间的结构尺寸差形成的过盈配合嵌入密封槽，同时完成密封条的密封和定位。
[0028]图2显示的具有自定位功能的线密封结构，其中密封槽的横截面为燕尾形、圆心角大于180度的扇形、梯形中的二种以上组合，或是矩形与它们中的一种组合。远离电极框表面一侧的密封槽结构作为定位槽，靠近电极框表面一侧的密封槽结构作为密封凹槽，定位槽与密封凹槽同轴线，定位槽横截面形状是燕尾形、圆心角大于180度的扇形、梯形中的一种。如图2中所示，定位槽的横截面形状为(I)燕尾形和(2)带有倒角的梯形；密封槽的横截面形状均为矩形。
[0029]相对应的线密封胶条沿径向的截面形状是圆形、椭圆形和梯形中的二种以上组合，或是矩形与它们中的一种组合。在线密封条沿径向的横截面上相应的设有上下两层结构，上层为装配在密封槽中的密封用胶条；下层为装配在定位槽中的定位用胶条，定位用胶条沿径向的横截面形状是圆形、椭圆形、矩形和梯形中的一种。同样如图2所示，定位用胶条横截面形状为圆形和梯形，而密封用胶条的横截面形状均为矩形。密封用胶条和定位用胶条为一体式结构。装配时将线密封条的下层定位胶条按压入定位槽内，密封用胶条自动落入密封槽内，分别实现定位与密封。
[0030]图1和图2的两种结构均可防止密封条的扭结和错位。密封结构与电极框装配成一体，因此在电堆装配的过程中简化了安装密封条或者密封垫片的程序，提高了装堆效率。
[0031]图3和图4为电极框上线密封槽和定位槽的布局图，其中带有流道的一侧称为电极框的正面，另一侧称为反面。正面与反面的线密封槽均为闭环结构，其中为防止内漏，在不流入该电极框内电极的进出液口处设置闭环密封，该闭环形状可以是矩形或者圆形但不限于这两个形状。将平行于电极框正面和反面，并且其上任意一点到正面与反面距离相等的平面成为投影面，图3中电极框正面与反面的密封槽的轴线在投影面上的投影线相互错位，错位值为6.5_，这样的错位设计适用于电极框较薄或者定位槽与密封槽深度较大的情况；图4中电极框正面与反面的密封槽和定位槽的轴线在投影面上的投影线完全重合，受挤压力相同，适用于电极框强度高和定位槽与密封槽深度较小的情况。
[0032]采用图2 (2)中显示的密封条的装配形式，图3的线密封设置形式装配电堆(5节电池)，电堆由集流板、电极、装配有线密封条的电极框、隔膜、装配有线密封条的电极框、电极、集流板顺序依次装配而成。其中电极为碳毡、离子交换膜为Nafion膜，电极框材料为PVC，密封胶条为氟橡胶或三元乙丙橡胶，电极面积875cm2。电堆实验数据如表1所示:
[0033]表1不同电密下组装的电堆电池性能
[0034]
【权利要求】
1.一种具有自定位功能的液流电池线密封结构，其特征在于:液流电池电极框上设置有环状的线密封槽，其中线密封槽与电极框表面的交线为两条环状线，电极框平面上两条环状线的中线为轴线，垂直于该轴线的密封槽的横截面上，靠近电极框表面一侧侧边的一处的密封槽的宽度小于此处到远离电极框表面一侧侧边间的一处的密封槽的宽度。
2.按照权利要求1所述的液流电池线密封结构，其特征在于:相对应的环状的线密封胶条的径向截面上，靠近电极框表面一侧的一处的密封槽的宽度小于此处到远离电极框表面一侧侧边间的一处的线密封胶条的宽度。
3.按照权利要求1或2所述的液流电池线密封结构，其特征在于:装配时将密封胶条按压入线密封槽内实现密封。
4.按照权利要求1或2所述的液流电池线密封结构，其特征在于:所述密封槽的横截面形状为燕尾形、圆心角大于180度的扇形、梯形；相对应的线密封胶条沿径向的截面形状是圆形、椭圆形和梯形。
5.按照权利要求1或2所述的液流电池线密封结构，其特征在于: 所述密封槽的横截面为燕尾形、圆心角大于180度的扇形、梯形中的二种以上组合，或是矩形与它们中的一种组合； 相对应的线密封胶条沿径向的截面形状是圆形、椭圆形和梯形中的二种以上组合，或是矩形与它们中的一种组合； 远离电极框表面一侧的密封槽结构作为定位槽，靠近电极框表面一侧的密封槽结构作为密封凹槽，定位槽与密封凹槽同轴线，定位槽横截面形状是燕尾形、圆心角大于180度的扇形、梯形中的一种，在线密封条沿径向的横截面上相应的设有上下两层结构，上层为装配在密封槽中的密封用胶条；下层为装配在定位槽中的定位用胶条，定位用胶条沿径向的横截面形状是圆形、椭圆形和梯形中的一种，装配时将线密封条的下层定位胶条按压入定位槽内，密封用胶条和定位用胶条为一体式结构。
6.根据权利要求1或2所述的液流电池线密封结构，其特征在于:电极框带有流道的一侧为正面，与之相反的一侧为反面；电极框正面与反面均设置有上述具有自定位结构的线密封槽。将平行于电极框正面和反面，并且其上任意一点到正面与反面距离相等的平面成为投影面，如权利要求1中所述的电极框正面与反面的密封槽的轴线在投影面上的投影线完全重合，或者相互错位，错位值为0mm-20mm。
7.根据权利要求1或2所述的液流电池线密封结构，其特征在于: 电极框上的进出液口相应的设置有防内漏的封闭胶条结构，该结构是圆环形，或者是带孔的矩形，甚至是带孔的任意封闭形状； 带有自定位结构的电极框采用雕刻或者注塑方式加工；所述电极框框体材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS或者玻纤增强型聚丙烯。
8.根据权利要求1或2所述的液流电池线密封结构，其特征在于:密封胶条的压缩率为5%-60% ;与自定位结构相配合的密封胶条的材料为氟橡胶或者三元乙丙橡胶等耐酸腐蚀橡胶。
【文档编号】H01M2/08GK103840180SQ201210484865
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月23日 优先权日:2012年11月23日
【发明者】张华民, 邢枫, 李先锋 申请人:中国科学院大连化学物理研究所