CN102288918A - 实验室科研测试用液流电池堆测试机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于新能源电池测试装置范围的一种实验室科研测试用液流电池堆测试机构。液流电池堆单元基本构造是中间为离子交换膜，离子交换膜两边对称依次叠放第一密封垫、炭毡、双极板和取电板，其中，导流压框套在炭毡四周放置在双极板之间，第二密封垫套在双极板外面位于取电板两端，形成一个电池堆芯，然后，两块端夹板1夹住电池堆芯，两端由螺栓压紧，组装成液流电池堆单元。本发明可简单、快捷、频繁的拆装，更换电池堆中各种研发材料，减少装配环节，进而快速进入测试电池程序，挺高装配效率，有效的获得实验数据。

Description

实验室科研测试用液流电池堆测试机构

技术领域

本发明属于新能源电池测试装置范围，特别涉及一种实验室科研测试用液流电池堆测试机构

背景技术

随着国家经济的发展，改善传统能源消费观，对新型环保能源的需求日益突出，风能，太阳能的推广与日俱增，但我们却面对的是风能和太阳能的不可控性和间歇性。全钒氧化还原液流电池系统的应用给我们带来了新的契机和希望，因此选择合理的大规模电网储能解决方案，对可再生能源和智能电网的发展起着至关重要的作用。该系统是依靠不同价态钒的氧化还原反应实现电能的可充可放。用两个全溶的氧化-还原电对溶液，即阳极和阴极的活性物质溶液，以高选择性离子交换膜隔开，反应物装在大储液罐中，泵经液流电池，在多孔炭毡电极上发生还原和氧化反应，进行充放电，从而实现电能的储存与释放。为实现电池的大功率大规模，要将多片电池单元叠放串联组合一起，形成液流电池堆。实验室科研测试，通常采用单体堆作为测试夹具而目前大多数液流电池堆的结构设计比较复杂，仅一个单片电池内部，部件就较多，装配时定位、密封要求高，组装过程繁琐，不太适合实验室层面的科研人员针对电池关键材料方面的研究。实验中，由于经常要拆开电堆，更换研发的各种材料，重新组装成电堆来进行测试，因而需要一种标准的、简易的、稳定的电池堆测试机构。本发明通过对基于传统电池堆原理结构优化，设计出了更适合实验室科研用测试电堆，解决了上述问题，不需要专业的装配技术人员和设备，普通科研人员就可自行按流程拆卸装配电池堆，同时保证电池堆性能不因装配技术不同而产生差异。

发明内容

本发明的目的是提出一种实验室科研测试用液流电池堆测试机构，其特征在于，全钒氧化还原液流电池堆单元基本构造是中间为离子交换膜8，离子交换膜8两边对称依次叠放第一密封垫7、炭毡5、双极板4和取电板3，其中，导流压框6套在炭毡5四周放置在双极板4之间，第二密封垫2套在双极板4外面位于取电板3两端，形成一个电池堆芯，然后，两块端夹板1夹住电池堆芯，两端由螺栓压紧，组装成液流电池堆单元。

所述端夹板1上的主流道11和导流压框6上的分流道10对准。

所述取电柱9与取电板3连接后，从端夹板1中部的孔引出。

所述离子交换膜将液流电池堆单元分隔成正负极电解液腔室。

本发明的有益效果是本发明的各部件全部收纳于端夹板方槽内的设计结构，减少了电解液泄漏的密封环节，避免了长时间使用产生漏液现象，挺高了电堆的密封性和耐用性。本电池堆的安装，省去定位销之类定位部件，简便按顺序依次放入指定部件于端夹板方槽之内，自然起到定位作用；同时，各部件封闭在端夹板的方槽之内，电堆的密封性大大提高，长期测试使用不易出现漏液现象。本发明可简单、快捷、频繁的拆装，更换电池堆中各种研发材料，减少装配环节，进而快速进入测试电池程序，挺高装配效率，有效的获得实验数据。

附图说明

图1为实验室科研测试用液流电池堆结构示意图。

图2为端夹板结构示意图。

图3为导流压框示意图。

具体实施方式

本发明提出一种实验室科研测试用液流电池堆测试机构。结合附图予以说明。

图1所示为实验室科研测试用液流电池堆结构示意图。图中，全钒氧化还原液流电池堆单元基本构造是中间为离子交换膜8，离子交换膜8两边对称依次叠放第一密封垫7、炭毡5、双极板4和取电板3，其中，导流压框6套在炭毡5四周放置在双极板4之间，第二密封垫2套在双极板4外面位于取电板3两端，形成一个电池堆芯，然后，两块端夹板1夹住电池堆芯，两端由螺栓13压紧，组装成液流电池堆单元。

本液流电池堆工作原理是两端夹板1之间通过离子交换膜8将电池单元分隔成正负极电解液腔室，正负极电解液通过液泵带动，通过端夹板1上的进出接口15(如图2所示)，分别进入2个正负极电解液腔室，流经碳毡内部和离子交换膜8表面，正、负极电解液在多孔炭毡电极上发生还原和氧化反应，进行充放电。经过重新优化设计，把端夹板1设计成一个带有内槽17，依次放入各部件于槽内，由一个紧配合的导流压框6(如图2所示)压紧，这样装配成为两个独立的正负极端夹板集合单体，部件在槽内相互配合限位，达到定位效果，两个正负端夹板集合单体对接夹住各密封垫和离子交换膜8，螺栓13紧固而成单片电堆。同时，这种各部件全部收纳于槽内的设计结构，减少了电解液泄漏的密封环节，避免了长时间使用产生漏液现象，挺高了电堆的密封性和耐用性。

实施例：首先制作双极板4外形尺寸，选定长宽高100×100×3(mm)，其余各部件制作加工就参考双极板数据。

1.制作炭毡5外形尺寸，长宽高95×95×5(mm)；

2.制作第二密封圈2，厚度1.5mm，外框外形尺寸长宽100×100(mm)，内框尺寸长宽95×95；材料：耐蚀橡胶；

3.制作取电板3，长宽高95×95×1(mm)，板面中心焊接出或螺丝固定出40mm长，直径6mm的取电柱9，材料：铜板；

4.制作第一密封圈7，厚度1mm，外框长宽与端夹板边界尺寸一致，内框尺寸95×95；四边区域与端夹板1的螺栓孔14配做打孔；

5.离子交换膜8的尺寸，长宽＞100×100(mm)；

6.制作端夹板1，如图1所示，厚度随端板材料的硬度强度而定，这里选定为20mm后的PVC材料，中心开方内槽17，槽长宽100×100(mm)，深度8mm。槽底部中心打直径7mm取电孔16。上下对称两边框加工出内嵌主流道管11和垂直分流道10，流道位置距槽沿平面2mm；四边均布紧固电池堆用的螺栓孔14。

7.制作导流压框6，如图3所示，厚度5mm的PVC材料，外框尺寸100×100(mm)，内框尺寸95×95(mm)，上下两条边框打分流道10的通孔，孔位置距底面2mm，孔数量与间距和端夹板1的流道孔一一对应。同时加工后的导流压框5放入端夹板1内槽17是紧配合的关系。

8.实施装配步骤：第一步：把第二密封圈2平铺于端板1内槽17底部；第二步：置入取电板3，取电柱9穿过端夹板1的中心孔，同时卡于第二密封圈2的内框里；第三步：置入双极板4，压盖于取电板3和第二密封圈2上；第四步：置入导流压框6，压盖于双极板4上，分流道10对应端夹板1分流道10位置安放，由于导流压框6和端夹板1内槽17属于紧配合，这样就可封住以置入槽内的第二密封圈2、取电板3和双极板4；第五步：置入炭毡5于导流压框6之内，由于炭毡5材料极具伸缩弹性，膨胀入导流压框6内，基本不再脱离端夹板1，从而使端夹板1组装集合各零部件材料成为一个单体部件；第六步：同样步奏组成另一组单体部件，置第一密封垫7于导流压框6上，垫片周边孔与端夹板1通孔对齐；第七步：选择任意一组端板1集合体，置离子交换膜8于炭毡5表面中心区域，离子交换膜8四边均匀超过第一密封垫7内框部分，再把另一片第一密封垫7置于离子交换膜8上，同样四边孔与端夹板1四边孔对齐，再把另一组端夹板1集合体压于第一密封垫7上，周边4孔对齐；第八步，两组单体端夹板对接方式夹住膜和密封垫后，手用力按住组合体，穿上紧固螺栓13，均匀调紧螺母，组堆完成。在紧固螺栓时，堆内第二密封圈2和第一密封垫7产生形变，首先端夹板1内槽中，内嵌入的第二密封圈2厚度尺寸由于大于取电板厚度0.5mm，在螺栓紧固压力的作用下，第二密封圈2产生形变至1mm，取电板与双极板有效紧密接触，同时也封住了内槽底部，阻止电解液从槽底取电柱孔漏液，导流压框6也受压下沉0.5mm，与端夹板1的密封面平齐。其次，两组端夹板1密封面和导流压框6形成的对压，使第一密封垫7产生形变，封住端夹板1外槽边界，形成单边堆完全密封的结构，同时选择炭毡5厚度高于导流压框6，受压后上下分别与双极板4和离子交换膜8紧密链接，保证电解液在化学实验反应过程中电子的传递。本电池堆的安装，省去定位销之类定位部件，简便按顺序依次放入指定部件于端夹板1方槽之内，自然起到定位作用；同时，各部件封闭在端夹板1的方槽之内，电堆的密封性大大提高，长期测试使用不易出现漏液现象。

Claims (4)

1.一种实验室科研测试用液流电池堆测试机构，其特征在于，所述液流电池堆单元基本构造是中间为离子交换膜(8)，离子交换膜(8)两边对称依次叠放第一密封垫(7)、炭毡(5)、双极板(4)和取电板(3)，其中，导流压框(6)套在炭毡(5)四周放置在双极板(4)之间，第二密封垫(2)套在双极板(4)外面位于取电板(3)两端，形成一个电池堆芯，然后，两块端夹板(1)夹住电池堆芯，两端由螺栓压紧，组装成液流电池堆单元。

2.根据权利要求1所述实验室科研测试用液流电池堆测试机构，其特征在于，所述端夹板(1)上的主流道(11)和导流压框(6)上的分流道(10)对准。

3.根据权利要求1所述实验室科研测试用液流电池堆测试机构，其特征在于，所述取电柱(9)与取电板(3)连接后，从端夹板(1)中部的孔引出。

4.根据权利要求1所述实验室科研测试用液流电池堆测试机构，其特征在于，所述离子交换膜将液流电池堆单元分隔成正负极电解液腔室。

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