CN103594721B - 一种液流电池液流框及其形成的电堆 - Google Patents

一种液流电池液流框及其形成的电堆 Download PDF

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Abstract

一种液流电池液流框及其形成的电堆，其中该液流框包括嵌入联接的外框（1）和内框（4），该外框上设有多个进出液口及流道（7），每一进出液口及流道的四周设置进出液口第一密封部（10），该外框的内侧设置反应区第一密封部（9）；与该进出液口第一密封部（10）和反应区第一密封部相对应的外框另一面设有反应区第二密封部（12）和进出液口第二密封部（13）；相邻液流框的进出液口第一、二密封部及反应区第一、二密封部为能相互扣合的多层凹凸结构，且该进出液口第一密封部与相邻液流框的进出液口第二密封部相互扣合后形成对进出液口和流道的密封，该反应区第一密封部与相邻液流框的反应区第二密封部相互扣合后形成对反应区的密封。

Description

一种液流电池液流框及其形成的电堆
技术领域
发明涉及一种液流电池液流框结构及其形成的电堆，特别是一种质子交换膜液流电池的液流框结构及其形成的电堆。
背景技术
目前，液流电池的密封问题一直是困扰液流电池使用寿命的一个技术问题。现有技术中的液流电池堆至少由两个电池单元组成，且各电池单元相互叠加。液流电池的电池堆必须严格避免出现电解液的渗漏，然而现有的液流电池电解液多具有腐蚀性，容易发生泄漏，电解液的渗漏不仅影响电池堆的使用，增加电池堆的维护成本，还会造成电池堆性能的恶化和寿命的降低。因此在各电池之间及单电池内的各结构件之间必须密封。
现有的液流电池的单电池都是由两个相同的液流框中间采用密封圈或密封垫通过端板用螺栓压紧隔膜、集流板组成。电池堆的电解液渗漏现象在集流板、液流框、隔膜等不同单电池部件的接触部位都有发生。为了避免这些接触部位出现渗漏，现有技术中通常在相应的接触部位引入密封圈或密封垫。然而，仅仅使用密封圈或密封垫的方式并不能有效地解决电池堆的密封问题，电解液渗漏现象仍然普遍存在。而且密封圈或密封垫的引入相应地增加了装配工艺的复杂性，提高了电池的制造成本。密封圈或密封垫因长期与电解液接触不可避免地释出部分物质污染电解液从而影响电池性能；释出物还会促进正极电解液结晶产生沉淀，从而堵塞流道使整个系统瘫痪。
因此，设计一种液流电池所使用的全新的不使用密封圈或密封垫而又能保证电池堆的集流板、液流框、隔膜等不同单电池部件的接触部位不发生电解液渗漏的液流框，将变得十分重要而且有意义。
发明内容
鉴于以上问题，本发明提供一种液流电池液流框及其形成的电堆，其能简单实现液流电池的进出液口、流道及反应区的密封，且性能可靠、容易加工。
为解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案是：一种液流电池液流框，包括嵌入联接的外框和内框，该外框上设有多个进出液口和多个流道，且每一进出液口连通一流道，每一流道的末端设置潜流口，潜流口与设于液流框中部的反应区连通；每一进出液口及流道的四周设置进出液口第一密封部，该外框的内侧设置有反应区第一密封部；与该进出液口第一密封部和反应区第一密封部相对应的外框另一面设有反应区第二密封部和进出液口第二密封部；该进出液口第一密封部与相邻液流框的进出液口第二密封部为能相互扣合的多层凹凸结构，该反应区第一密封部与相邻液流框的反应区第二密封部也为相互扣合的多层凹凸结构，且该进出液口第一密封部与相邻液流框的进出液口第二密封部相互扣合后形成封闭的迷宫状，从而实现对进出液口和流道的密封，该反应区第一密封部（9）与相邻液流框的反应区第二密封部（12）相互扣合后形成封闭的迷宫状，从而实现对反应区的密封。
本发明一优选实施方式为：该进出液口第一密封部和反应区第一密封部是横截面呈“W”形的多层槽体结构；该反应区第二密封部和进出液口第二密封部是横截面呈“W”形的多层肋体结构。
本发明一优选实施方式为：该进出液口第一密封部和反应区第一密封部是横截面呈“W”形的多层肋体结构；该反应区第二密封部和进出液口第二密封部是横截面呈“W”形的多层槽体结构。
本发明一优选实施方式为：该多个进出液口和多个流道设于外框的正面，且进出液口第一密封部和反应区第一密封部设于外框的正面，该反应区第二密封部和进出液口第二密封部设于外框的反面。
本发明一优选实施方式为：该多个进出液口和多个流道设于外框的反面，且进出液口第一密封部和反应区第一密封部设于外框的反面，该反应区第二密封部和进出液口第二密封部设于外框的正面。
本发明一优选实施方式为：该进出液口第一密封部、反应区第一密封部、反应区第二密封部及进出液口第二密封部分别为整体呈环形的结构。
本发明还提供了一种液流电池电堆结构，其由上述液流电池液流框形成的液流单电池叠加而成。
本发明内框嵌入外框内。外框上设有密封结构、流道等，内框只作为一种结构件，起密封集流体与隔膜的作用。外框和内框共同组合形成一个完整的具有液流通道密封作用的液流框组件。外框正面与背面四周都刻有横截面呈“W”形的多层凸或凹结构。组装单电池时，正面与背面上的“W”形的凹凸结构相互扣合在一起形成迷宫，产生迷宫效应，从而实现密封。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明液流框的一面上设置进出液口第一密封部和反应区第一密封部，另一面上设置反应区第二密封部及进出液口第二密封部，且该进出液口第一密封部与相邻液流框的进出液口第二密封部为能相互扣合的多层凹凸结构，该反应区第一密封部与相邻液流框的反应区第二密封部也为相互扣合的多层凹凸结构，这样，在该进出液口第一密封部与相邻液流框的进出液口第二密封部相互扣合，该反应区第一密封部与相邻液流框的反应区第二密封部相互扣合后形成迷宫状，产生迷宫效应，从而实现对进出液口、流道及反应区的密封。本发明在进出液口第一密封部与进出液口第二密封部相互扣合，反应区第一密封部与反应区第二密封部相互扣合时不需要再设置密封垫或密封圈之类的密封结构，简化了装配结构，减少了装配件的数量，从而提高了装配效率，节约了成本。同时，还能防止密封圈的释出物污染反电池电解液，影响电池性能。
总而言之，本发明结构简单，加工技术容易实现，不用增加复杂的多余密封零件,可以实现长时间密封，节约了装配时间与材料，降低了成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
图1是本发明液流框组成的半单电池爆炸图。装配时，外框1与内框4之间嵌装了集流体3，内框4上面装设了隔膜5，电极2放在集流体3的两侧。
图2是本发明液流框形成的多个单电池所组成的电堆的截面图。
图3是本发明液流框密封部位示意图，如图所示液流框密封部位分反应区第一密封部9、进出液口第一密封部10两部分。反应区第一密封部9的作用是与反应区第二密封部12配合，实现对反应区8内的液体密封，防止反应区8的液体渗漏。进出液口第一密封部10的作用是与进出液口第二密封部13配合对进出液口6和流道7内的液体密封。
图4 是本发明液流框进出液口密封部位放大图。进出液口第一密封部10内有迂回的液体流道7，流道7的末端与潜流口11相连。
图5是本发明液流框形成的多个单电池叠加组成的电堆的截面放大图，图中与流道7相连的潜流口11的作用是把进、出液口6所流进、流出的液体引入、引出反应区，从而使液流电池的液流能顺利的流动。
图6是本发明液流框外框正面密封示意图。
图7是本发明液流框外框正面密封局部放大图。
图8是本发明液流框外框背面密封局部放大图。
图中：1. 外框，2.电极，3.集流体，4.内框，5.隔膜，6.进出液口, 7.流道，8.反应区，9.反应区第一密封部，10. 进出液口第一密封部，11.潜流口，12.反应区第二密封部，13. 进出液口第二密封部。
具体实施方式
如图1-图8所示，本发明液流电池的液流框包括一个外框1和一个内框4，内框4嵌入外框1内，外框1与内框4共同组成一个完整的具有液流通道密封作用的液流框组件。该外框1上设有多个进出液口6，每一进出液口6连通一迂回的流道7，流道7的末端设置潜流口11，潜流口11与设于液流框中部的反应区8连通。每一进出液口6及流道7的四周设置用于密封进出液口和流道液体的进出液口第一密封部10。该外框1的内侧还设置有用于密封反应区液体的反应区第一密封部9。与该进出液口第一密封部10和反应区第一密封部9相对应的外框1的另一面设有反应区第二密封部12和进出液口第二密封部13。
在图示所示的实施例中，该进出液口第一密封部10和反应区第一密封部9分别为整体呈环形，且横截面呈“W”形的多层槽体结构，这样即使有部分液体泄漏，也需经过多层密封槽才能溢出，进一步确保了密封效果。该反应区第二密封部12和进出液口第二密封部13是整体呈环形，且横截面呈“W”形的多层肋体结构，且该反应区第二密封部12和进出液口第二密封部13分别与该反应区第一密封部9和进出液口第一密封部10相互扣合，形成迷宫状密封。
尽管图示实施例中，该进出液口第一密封部10和反应区第一密封部9分别为横截面呈“W”形的多层槽体结构，该反应区第二密封部12和进出液口第二密封部13是横截面呈“W”形的多层肋体结构，但本发明并不局限于此，比如，该进出液口第一密封部10和反应区第一密封部9也可分别为横截面呈“W”形的多层肋体结构，该反应区第二密封部12和进出液口第二密封部13也可为横截面呈“W”形的多层槽体结构
一般而言，该进出液口6和流道7设于外框1的正面，因而该反应区第一密封部9和进出液口第一密封部10一般设置在外框1的正面。该反应区第二密封部12和进出液口第二密封部13则设置于外框1的反面。但也不局限于此，比如，该进出液口6和流道7也可设于外框1的反面，因而该反应区第一密封部9和进出液口第一密封部10一般设置在外框1的反面。该反应区第二密封部12和进出液口第二密封部13则设置于外框1的正面。
在本发明液流框的内框4内安装电极2和集流板3，并形成反应区8，装入电解液，即可形成液流单电池。如图5所示，将多个由本发明液流框形成的液流单电池叠加即形成电堆。叠加时，将液流框的进出液口第一密封部10和反应区第一密封部9与相邻液流框的进出液口第二密封部13和反应区第二密封部12相互扣合，并于相邻电极2之间垫设隔膜5，即形成电堆。

Claims (7)

1.一种液流电池液流框，包括嵌入联接的外框（1）和内框（4），其特征在于，该外框上设有多个进出液口（6）和多个流道（7），且每一进出液口（6）连通一流道（7），每一流道（7）的末端设置潜流口（11），潜流口（11）与设于液流框中部的反应区（8）连通；每一进出液口（6）及流道（7）的四周设置进出液口第一密封部（10），该外框（1）的内侧设置有反应区第一密封部（9）；与该进出液口第一密封部（10）和反应区第一密封部（9）相对应的外框另一面设有反应区第二密封部（12）和进出液口第二密封部（13）；该进出液口第一密封部（10）与相邻液流框的进出液口第二密封部（13）为能相互扣合的多层凹凸结构，该反应区第一密封部（9）与相邻液流框的反应区第二密封部（12）也为相互扣合的多层凹凸结构，且该进出液口第一密封部（10）与相邻液流框的进出液口第二密封部（13）相互扣合后形成封闭的迷宫状，从而实现对进出液口和流道的密封，该反应区第一密封部（9）与相邻液流框的反应区第二密封部（12）相互扣合后形成封闭的迷宫状，从而实现对反应区的密封。
2.根据权利要求1所述的液流电池液流框，其特征在于，该进出液口第一密封部（10）和反应区第一密封部（9）是横截面呈“W”形的多层槽体结构；该反应区第二密封部（12）和进出液口第二密封部（13）是横截面呈“W”形的多层肋体结构。
3.根据权利要求1所述的液流电池液流框，其特征在于，该进出液口第一密封部（10）和反应区第一密封部（9）是横截面呈“W”形的多层肋体结构；该反应区第二密封部（12）和进出液口第二密封部（13）是横截面呈“W”形的多层槽体结构。
4.根据权利要求2或3所述的液流电池液流框，其特征在于，该多个进出液口（6）和多个流道（7）设于外框（1）的正面，且进出液口第一密封部（10）和反应区第一密封部（9）设于外框（1）的正面，该反应区第二密封部（12）和进出液口第二密封部（13）设于外框（1）的反面。
5.根据权利要求2或3所述的液流电池液流框，其特征在于，该多个进出液口（6）和多个流道（7）设于外框（1）的反面，且进出液口第一密封部（10）和反应区第一密封部（9）设于外框（1）的反面，该反应区第二密封部（12）和进出液口第二密封部（13）设于外框（1）的正面。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的液流电池液流框，其特征在于，该进出液口第一密封部（10）、反应区第一密封部（9）、反应区第二密封部（12）及进出液口第二密封部（13）分别为整体呈环形的结构。
7.一种液流电池电堆，其特征在于由权利要求1-6中任一项所述的液流电池液流框形成的液流单电池叠加而成。
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