CN106374129B - 一种液流电池电堆密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液流电池电堆密封结构，属于液流电池密封领域。所述液流电池电堆密封结构包括密封橡胶，所述密封橡胶由密封线将若干个密封垫圈连接而成，所述密封垫圈设有电解液公共流道孔，所述密封垫圈的一面设有压缩变形结构，所述密封垫圈的另一面设有环形凸起结构。本发明分别对隔膜的电解液公共流道孔处和周边进行密封，隔膜侧密封为内外嵌透的线密封方式实现双层保护，在电解液公共流道的位置采用面密封的方式实现内外漏的保护，且所有密封部件的体积小于相应密封槽的体积。
Description
技术领域
本发明涉及一种液流电池电堆密封结构，属于液流电池密封领域。
背景技术
现代经济社会发展对传统能源日益增长的需求，使得其供给不足的问题日益突出。人们不得不寻找风能、太阳能等可再生能源，近些年，以风能和太阳能为代表的新能源已经占据了能源供给的一席之地，随着需求增加，比例仍然在不断增大，但其受天气影响而造成发电间歇性的供需矛盾比较突出，规模储能的发展已经势在必行。
作为大规模能量储存的途径-液流电池的产生和发展为上述新能源的缺陷提供了很好的补充。液流电池具有安全性好、寿命长，蓄电容量大、功率与容量分离可调、选址自由和清洁环保等特点，可以保证风能、太阳能等新能源经过存储调整后的平稳输出，实现规模化电能管理、电网辅助、电压控制、大型不间断电源的重要作用。
液流电池的单电池标准开路电压较小，为满足实际应用，需要将一定数量的单电池串联组装成电堆，以便得到所需的电压。电堆的堆栈结构对其密封性提出了较高的要求，目前电堆常用的密封方式包括绞线密封、片状面密封、片状面密封、胶粘、焊接或者沟槽配合等。但是，以上几种密封方式存在方法单一，无法彻底解决电堆的电解液内漏及外漏问题。
a、绞线密封虽然成本较低，但是对电解液公共流道孔处的密封效果不佳，以及容易导致电解液外漏至电堆外部；
b、片状面密封虽然密封效果略好，但是具有成本昂贵、无法二次使用的问题；
c、胶粘、焊接及沟槽配合模式存在电堆单电池损坏后无法拆装及二次利用，以及正极电极框与负极电极框之间无法精确匹配等一系列问题，实用性较差。
另外，研究人员发现，如果对隔膜电解液公共流道孔处没有进行单独绝缘处理，电堆长期使用后，隔膜电解液公共流道孔处将发生电解液内漏的情况，导致隔膜作为导电介质引发电堆内部的漏电，进而在隔膜的电解液公共流道孔发生化学和电化学腐蚀，产生活性物质沉淀物或者结晶物，导致正负极电解液在隔膜两侧发生互串，破坏隔膜及其密封结构。上述现象的发生会导致电堆性能的衰减，进而影响液流电池的整体性能和寿命。
发明内容
本发明通过新的液流电池电堆密封结构，解决了上述问题。
本发明提供了一种液流电池电堆密封结构，所述液流电池电堆密封结构包括密封橡胶，所述密封橡胶由密封线将若干个密封垫圈连接而成，所述密封垫圈设有电解液公共流道孔，所述密封垫圈的一面设有压缩变形结构，所述密封垫圈的另一面设有环形凸起结构。
本发明所述密封橡胶的材质优选为氟橡胶或三元乙丙橡胶。
本发明所述密封线的直径优选为1-3mm。
本发明所述密封垫圈的厚度优选为1-3mm。
本发明所述密封垫圈外缘到电解液公共流道中心的最短距离优选为电解液公共流道半径的1.5-3倍。
本发明所述密封垫圈优选为至少设有两层环形凸起结构，其最内层环形凸起结构的内缘直径大于等于电解液公共流道孔的外缘直径。
本发明所述各层环形凸起结构之间的间距为0.5-3mm，进一步优选为1-2mm。
本发明所述各层环形凸起结构的截面形状优选为矩形、半圆形或倒梯形，进一步优选为矩形。
本发明所述压缩变形结构优选为若干个凹槽。
本发明所述凹槽形状优选为弧形、矩形或三角形。
本发明所述密封垫圈优选为设有至少一个密封垫圈定位结构，进一步优选为设有至少两个密封垫圈定位结构。本发明所述密封垫圈定位结构的厚度优选为密封垫圈厚度的0.3-0.8倍，进一步优选为密封垫圈厚度的0.4-0.6倍。
本发明所述密封橡胶的邵氏硬度优选为40-100，进一步优选为60-80。
本发明所述密封垫圈的压缩比优选为10-30％。
本发明所述液流电池电堆密封结构优选为还包括电极框，所述电极框设有线密封槽和垫圈密封槽，所述密封线与密封垫圈分别置于线密封槽与垫圈密封槽内，所述密封垫圈与垫圈密封槽的填充比为90-95％，所述密封线与线密封槽的填充比为90-95％。
本发明所述垫圈密封槽与线密封槽连接区域优选为紧密接触密封垫圈，所述垫圈密封槽的其他区域尺寸大于密封垫圈尺寸。
本发明所述密封垫圈的压缩变形结构置于垫圈密封槽内。
本发明所述线密封槽的宽度优选为1-5mm，所述线密封槽的深度优选为1-5mm，所述垫圈密封槽外缘距离电极框外缘的距离优选为5-20mm。
本发明所述液流电池电堆密封结构优选为还包括两个电极框、两个密封橡胶、隔膜；所述两个电极框的线密封槽距离各自电极框外边缘的距离不同，所述密封橡胶置于电极框的密封槽内，所述密封橡胶的密封垫圈设有压缩变形结构的一面与电极框接触、另一面与隔膜接触，所述隔膜在电解液公共流道孔处的密封为将隔膜的电解液公共流道孔套在其中一个密封垫圈的最外层环形凸起结构上，所述隔膜的一面与其中一个密封橡胶的密封垫圈接触、另一面与另一个密封橡胶的密封线接触，所述隔膜在非电解液公共流道孔处的密封为隔膜通过两个错位密封橡胶的密封线密封，即隔膜公用流道孔处的密封结构是隔膜上下均采用密封线密封，但是其中一侧的密封线为密封圈接触，而另一侧为线密封结构。。
本发明所述电极框、密封垫圈和隔膜的电解液公共流道孔的圆心相同，所述隔膜、密封垫圈和电极框的电解液公共流道孔直径依次增大1-5mm。
本发明所述其中一个密封橡胶的密封线与另一个密封橡胶的密封线对隔膜错位侧密封，所述两个密封线的间距优选为大于0.5mm，进一步优选为大于2mm。
本发明所述环形凸起的作用为：a、保证隔膜安装定位的准确；b、防止隔膜的电解液公共流道孔偏移；c、对隔膜的电解液公共流道孔内壁截面的密封，防止液流电池电堆电解液通过隔膜的公共流道孔内壁截面向电堆外渗液而造成电堆外漏和单电池导通短路状况的发生。
本发明有益效果为：
①本发明分别对隔膜的电解液公共流道孔处和周边进行密封，隔膜侧密封为内外嵌透的线密封方式实现双层保护，在电解液公共流道的位置采用面密封的方式实现内外漏的保护，且所有密封部件的体积小于相应密封槽的体积。
②本发明密封性好，延长了液流电池的寿命，防止液流电池的电解液频繁泄漏而带来的经济损失，与传统的单一线密封、单一面密封相比二次利用性高、承压能力强。
③本发明在隔膜侧采用的内外嵌透的对称的线密封不仅节省材料，还可以使电池电阻变小，电池系统运行速度快、充放电成本低。
④本发明在电解液公共流道的位置采用面密封的方式使得密封性能更好，其中环形凸起加大了压缩比，使得电解液更不容易泄漏。
附图说明
本发明附图5幅，
图1为本发明所述密封橡胶的结构示意图；
图2为本发明所述密封橡胶的背视图；
图3为本发明所述密封橡胶与电极框的装配图；
图4为本发明所述隔膜、密封橡胶与电极框的结构示意图；
图5为本发明所述隔膜侧密封的结构示意图；
其中，1、电极框，11、线密封槽，12、垫圈密封槽，121、垫圈密封槽与线密封槽非连接区域，2、密封橡胶，21、密封线，22、密封垫圈，221、垫圈密封槽与线密封槽连接区域，222、压缩变形结构，223、环形凸起结构，224、密封垫圈定位结构，3、隔膜。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
如图4、5所示，一种液流电池电堆密封结构，所述液流电池电堆密封结构包括两个电极框1、两个邵氏A型硬度为60的氟密封橡胶2、设有电解液公共流道孔的隔膜3；所述密封橡胶2(如图1-3所示)由密封线21将两个设有电解液公共流道孔的密封垫圈22连接而成，所述密封线21的直径为1mm，所述密封垫圈22的厚度为1mm，，所述密封垫圈22的压缩比为10％，所述密封垫圈22外缘到电解液公共流道中心的最短距离为电解液公共流道半径的1.5倍，所述密封垫圈22的一面设有压缩变形结构222，所述压缩变形结构222为若干个弧形凹槽，所述密封垫圈22的另一面设有两层环形凸起结构223，所述环形凸起结构223的凸起截面为矩形，所述两层环形凸起结构223之间的间距为0.5mm，所述密封垫圈22设有两个密封垫圈定位结构224，所述密封垫圈定位结构224的厚度为密封垫圈22厚度的0.3倍；所述电极框1设有线密封槽11和垫圈密封槽12，所述线密封槽11的宽度为1mm，所述线密封槽11的深度为1mm，所述两个电极框1的线密封槽11距离各自电极框1外边缘的距离分别为5mm和10mm，所述密封线21与密封垫圈22分别置于线密封槽11与垫圈密封槽12内，所述密封垫圈22设有压缩变形结构222的一面与电极框1接触，所述密封垫圈22与垫圈密封槽12的填充比为90％，所述密封线21与线密封槽12的填充比为90％，所述隔膜3在其电解液公共流道孔处的密封为将隔膜3的电解液公共流道孔套在其中一个密封垫圈22的最外层环形凸起结构223上，所述隔膜3的一面与其中一个密封橡胶2的密封垫圈22接触、另一面与另一个密封橡胶2的密封线21接触，所述垫圈密封槽12与线密封槽11连接区域紧密接触密封垫圈22，所述垫圈密封槽12的其他区域尺寸大于密封垫圈22尺寸；所述隔膜3在非电解液公共流道孔处的密封为隔膜3通过两个错位密封橡胶2的密封线21密封，所述两个密封线21的间距为0.5mm，所述电极框1、密封垫圈2和隔膜3的电解液公共流道孔的圆心相同，所述隔膜3、密封垫圈2和电极框1的电解液公共流道孔直径依次增大1mm。
实施例2
如图1-5所示，一种液流电池电堆密封结构，所述液流电池电堆密封结构包括两个电极框1、两个邵氏A型硬度为80的三元乙丙密封橡胶2、设有电解液公共流道孔的隔膜3；所述密封橡胶2由密封线21将两个设有电解液公共流道孔的密封垫圈22连接而成，所述密封线21的直径为3mm，所述密封垫圈22的厚度为3mm，所述密封垫圈22的压缩比为30％，所述密封垫圈22外缘到电解液公共流道中心的最短距离为电解液公共流道半径的3倍，所述密封垫圈22的一面设有压缩变形结构222，所述压缩变形结构222为若干个弧形凹槽，所述密封垫圈22的另一面设有两层环形凸起结构223，所述环形凸起结构223的凸起截面为倒梯形，所述两层环形凸起结构223之间的间距为3mm，所述密封垫圈22设有两个密封垫圈定位结构224，所述密封垫圈定位结构224的厚度为密封垫圈22厚度的0.8倍；所述电极框1设有线密封槽11和垫圈密封槽12，所述线密封槽11的宽度为5mm，所述线密封槽11的深度为5mm，所述两个电极框1的线密封槽11距离各自电极框1外边缘的距离分别为10mm和20mm，所述密封线21与密封垫圈22分别置于线密封槽11与垫圈密封槽12内，所述密封垫圈22设有压缩变形结构222的一面与电极框1接触，所述密封垫圈22与垫圈密封槽12的填充比为95％，所述密封线21与线密封槽12的填充比为95％，所述隔膜3在其电解液公共流道孔处的密封为将隔膜3的电解液公共流道孔套在其中一个密封垫圈22的最外层环形凸起结构223上，所述隔膜3的一面与其中一个密封橡胶2的密封垫圈22接触、另一面与另一个密封橡胶2的密封线21接触，所述垫圈密封槽12与线密封槽11连接区域紧密接触密封垫圈22，所述垫圈密封槽12的其他区域尺寸大于密封垫圈22尺寸；所述隔膜3在非电解液公共流道孔处的密封为隔膜3通过两个错位密封橡胶2的密封线21密封，所述两个密封线21的间距为2mm，所述电极框1、密封垫圈2和隔膜3的电解液公共流道孔的圆心相同，所述隔膜3、密封垫圈2和电极框1的电解液公共流道孔直径依次增大1mm。
Claims (7)
1.一种液流电池电堆密封结构，其特征在于：所述液流电池电堆密封结构包括密封橡胶，所述密封橡胶由密封线将若干个密封垫圈连接而成，所述密封垫圈设有电解液公共流道孔，所述密封垫圈的一面设有压缩变形结构，所述密封垫圈的另一面设有环形凸起结构；
所述密封垫圈至少设有两层环形凸起结构，其最内层环形凸起结构的内缘直径大于等于电解液公共流道孔的外缘直径；
所述液流电池电堆密封结构还包括电极框，所述电极框设有线密封槽和垫圈密封槽，所述密封线与密封垫圈分别置于线密封槽与垫圈密封槽内，所述密封垫圈与垫圈密封槽的填充比为90-95％，所述密封线与线密封槽的填充比为90-95％；
所述液流电池电堆密封结构包括两个电极框、两个密封橡胶和一个隔膜；两个所述电极框的线密封槽距离各自电极框外边缘的距离不同，所述密封橡胶置于电极框的密封槽内，所述密封橡胶的密封垫圈设有压缩变形结构的一面与电极框接触、另一面与隔膜接触，所述隔膜在电解液公共流道孔处的密封是将隔膜的电解液公共流道孔套在其中一个密封垫圈的最外层环形凸起结构上，所述隔膜的一面与其中一个密封橡胶的密封垫圈接触、另一面与另一个密封橡胶的密封线接触，所述隔膜在非电解液公共流道孔处的密封为隔膜通过两个错位密封橡胶的密封线密封。
2.根据权利要求1所述的液流电池电堆密封结构，其特征在于：各层所述环形凸起结构的截面形状为矩形、半圆形或倒梯形。
3.根据权利要求1所述的液流电池电堆密封结构，其特征在于：所述压缩变形结构为若干个凹槽。
4.根据权利要求1所述的液流电池电堆密封结构，其特征在于：所述密封垫圈设有至少一个密封垫圈定位结构，所述密封垫圈定位结构的厚度为密封垫圈厚度的0.3-0.8倍。
5.根据权利要求1所述的液流电池电堆密封结构，其特征在于：所述密封橡胶的邵氏硬度优选为40-100。
6.根据权利要求1所述的液流电池电堆密封结构，其特征在于：所述密封垫圈的压缩比为10-30％。
7.根据权利要求1所述的液流电池电堆密封结构，其特征在于：所述垫圈密封槽与线密封槽连接区域紧密接触密封垫圈，所述垫圈密封槽的其他区域尺寸大于密封垫圈尺寸。
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