CN109361004B - 一种用于液流单电池系统的壳体结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开的用于液流单电池系统的壳体结构包括正极电极框、负极电极框、隔膜框、正电极板、负电极板和两个O型密封圈，正极电极框、负极电极框、隔膜框、正电极板、负电极板和O型密封圈的轴心均在同一水平直线上，正极电极框、负极电极框、隔膜框、正电极板、负电极板按照指定方向依次叠层设置，且正电极板固定于正极电极框内部，负电极板固定于负极电极框内部；O型密封圈一个设置在正电极板与隔膜框之间，另一O型密封圈装设在负电极板和隔膜框之间；正极电极框和负极电极框通过两个O型密封圈与隔膜框挤压密封固定设置；本发明具有良好的密封性，有效提升了单电池系统的能量密度，且整体结构简单易拆卸，适合进行液流电池性能研究。

Description

一种用于液流单电池系统的壳体结构

技术领域

本发明属于液流电池技术领域，尤其涉及一种用于液流单电池系统的壳体结构。

背景技术

液流电池是一种新型的电化学储能装置，它是一种利用正负极电解液分开、各自循环，最终通过交换膜实现离子交换最终产生电能的高性能蓄电池。其主要应用在电池调峰、大规模新能源发电系统、应急电源系统以及边远地区的储能，甚至可以用作新能源汽车和军事设施的动力系统。与传统储能方式相比，具有能量转换效率高、循环寿命长、容量大等特点。

液流单电池系统主要由单电池壳体、循环泵、储液罐等部分组成，电解液在储液罐和单电池壳体构成的闭合回路中循环流动的原动力为磁力泵。化学反应的动力是单电池内部氧化还原反应电极对之间的电势差，所以单电池的壳体结构是液流单电池系统中重要的组成部分，其性能的优劣将直接影响到液流单池系统的可靠性和运行效率。

目前常用的单电池为了使整个结构体易于组装和加工，电极框和电极一般采用粘合、热压的方法进行固定，并用夹紧的方式密封固定交换膜。但是采用上述结构的单电池存在空间利用率过小的问题，且交换膜的锁紧方式不易于密封、电极材料无法更换，会导致单电池使用寿命短和壳体利用率较低等技术问题。

因此，现阶段液流单电池的壳体结构仍有很大改进空间。

发明内容

针对上述现有技术中液流单电池中壳体结构密封操作难、电极材料不易于更换，以及电池寿命短和空间利用率低等问题，本发明于提出了一种用于液流单电池系统的壳体结构，该壳体结构简单，且能够保障液流电池具有较高的能量密度和良好的密封性，具体技术方案如下：

一种用于液流单电池系统的壳体结构，所述壳体结构包括正极电极框、负极电极框、隔膜框、正电极板、负电极板和两个O型密封圈，所述正极电极框、负极电极框、隔膜框、正电极板、负电极板和O型密封圈的轴心均在同一水平直线上，所述正极电极框、负极电极框、隔膜框、正电极板、负电极板按照指定方向依次叠层设置，且所述正电极板固定于所述正极电极框内部，所述负电极板固定于所述负极电极框内部；所述O型密封圈一个设置在所述正电极板与所述隔膜框之间，另一所述O型密封圈装设在所述负电极板和所述隔膜框之间；所述正极电极框和所述负极电极框通过两个所述O型密封圈与所述隔膜框挤压密封固定设置。

进一步的，所述正极电极框上开设有电极腔、密封槽和固定孔，所述电极腔与所述正极电极框轴心相同且按照预设直径大小开设在所述框体正对正电极板的一面上，所述密封槽环绕所述电极腔设置，且环绕所述密封槽开设有指定数目的所述固定通孔；其中，所述电极腔的轴心位置处开设有一集流模块通孔，所述电极腔上关于所述集流模块通孔对称设置有一出液口和一进液口，且所述进液口位于所述出液口上方。

进一步的，所述负极电极框与所述正极电极框具有相同的结构和功能。

进一步的，所述隔膜框包括一交换膜和一膜框，所述膜框开设于所述隔膜框的两表面，所述交换膜装设在所述膜框内，与所述膜框适配设置；且所述交换膜和膜框之间利用激光密封焊接。

进一步的，所述正电极板的轴心位置处设置有一圆柱体，所述圆柱体与所述集流模块通孔大小适配设置，且在所述正电极板与所述出液口和所述进液口对应位置出均开设有一槽孔，所述槽孔大小与所述出液口或所述进液口适配设置。

进一步的，所述正电极板与所述负电极板采用相同材料或不同材料制备。

与现有技术相比，本发明的用于液流单电池系统的壳体结构，其有益效果体现为：结构简单易拆装：采用对称的壳体结构，方便拆装替换电极板材料，非常适合于进行液流电池性能研究；全新的隔膜框设计，并采用激光焊接技术将交换膜与膜框进行密封焊接，机械结构刚性强，密封效果好；导电效果好：采用特殊结构设计的电极板，接触电阻小，具有良好的导电效果。

附图说明

图1为本发明实施例所述的用于液流单电池系统的壳体结构的示意图；

图2为本发明实施例中所述正极/负极电极框的结构图示意；

图3为本发明实施例中所述隔膜框的结构图示意；

图4为本发明实施例中所述正/负电极板的机构图示意。

标识说明：1-正极电极框、2-负极电极框、3-隔膜框、4-正电极板、5-负电极板、6-O型密封圈；

2a-出液口、2b-进液口、2c-集流模板通孔、2d-螺纹孔、2e-固定通孔、2f-密封槽、2g-电极腔、3a-交换膜、3b-膜框、4a-槽口、4b-圆柱体。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参阅图1，在本发明实施例中，提供了一种用于液流单电池系统的壳体结构，所述壳体结构包括正极电极框1、负极电极框2、隔膜框3、正电极板4、负电极板5和两个O型密封圈6，正极电极框1、负极电极框2、隔膜框3、正电极板4、负电极板5和O型密封圈6的轴心均在同一水平直线上，本实施例中正极电极框1、负极电极框2、隔膜框3、正电极板4、负电极板4按照从左至右的顺序依次叠层设置，且正电极板4固定于正极电极框1内部，负电极板5固定于负极电极框2内部；O型密封圈6一个设置在正电极板4与隔膜框3之间，另一O型密封圈6装设在负电极板5和隔膜框3之间；正极电极框1和负极电极框2通过两个O型密封圈6与隔膜框3挤压密封固定设置；在实施例中，正极电极框1用于固定正电极板4，负极电极框2用于固定负电极板5，隔膜框3用于固定交换膜，O型密封圈6用于密封固定上述电极框与隔膜框材料。

参阅图2，在本发明实施例中，正极电极框1上开设有电极腔2g、密封槽2f和固定孔2e，电极腔2g与正极电极框1轴心相同且按照预设直径大小开设在框体正对正电极板4的一面上，密封槽2f环绕电极腔设置，且环绕密封槽2f开设有指定数目的固定通孔2e，其中一个所述O型密封圈与密封槽2f大小适配，用于提升本发明的单电池壳体结构的密封性；其中，电极腔2g的轴心位置处开设有一集流模块通孔2c，电极腔2g上关于集流模块通孔2c对称设置有一出液口2a和一进液口2b；电极腔2g的边缘位置处还均匀设置有四个用于固定的螺纹孔2d；此外，本发明中，电极腔2g与正电极板4形状和大小均适配设置，优选的，本发明实施例中，负极电极框2与正极电极框1具有相同的结构和功能，同样的，负极电极框2中开设的电极腔与负电极板5的形状和大小也适配设置，负极电极框2上开设的密封槽与另一O型密封圈大小适配；综上可知，本发明的单电池壳体结构通过两个O型密封圈6可有效提升整个单电池系统的密封性。

参阅图3，在本发明实施例中，隔膜框3包括一交换膜3a和一膜框3b，交换膜3a与膜框3b通过激光密封焊接设置；交换膜3a装设在膜框3b内，并与膜框3b大小和形状适配设置；且环绕膜框的外侧开设有与固定孔2b适配的通孔，可以通过固定孔2b和通孔通过例如螺丝固定的方式固定在一起，保证本发明整个系统的稳定性和密封性。

参阅图4，在本发明实施例中，正电极板4的轴心位置处设置有一圆柱体4b，圆柱体4b与集流模块通孔2c大小适配设置，且在正电极板4与出液口2a和进液口2b对应位置出均开设有一槽孔4a，槽孔4a大小与出液口2a或进液口2b适配设置；且正电极板4的大小和形状与电极腔2g相适配设置；本实用性实施例中，负电极板5与正电极板4具有相同的结构和功能，同样的，负电极板5的形状和大小与负极电极框2上开设的电极腔的大小和形状适配。

优选的，在本发明实施例中，正电极板4与负电极板5采用相同材料或不同材料制备，且任何适合作为电机的材料均可用于制备本实用性的单电池系统中的正电极板与负电极板。

本发明提供的一种用于液流单电池系统的壳体结构，通过在同一水平轴心线上依次叠层正极电极框、正电极板、隔膜板、负电极板和负极电极框以及装设在正电极板与隔膜框、负电极板与隔膜框之间的两个O型密封圈，且在正极电极框上开设与正极电极板形状和大小适配的电极腔，在负极电极框上开设与负负电极板形状和大小视频的电极腔，同时在负极电极框、正极电极框和隔膜框对应的位置上开设用于固紧的通孔，保证了整个单电池系统的密封性，且整个单电池系统结构简单，易拆卸，可以随时更换维修正负电极板，非常适合于单电池性能研究。

在采用本发明的壳体结构的单电池工作时，电解液在储液罐和壳体结构之中构成闭合回路循环流动，在壳体结构内，正电极板4和负电极板5由交换膜3a分开；当电池运行时，电解液在正极电极框1和负极电极框2中循环，具体通过设置在正极电极框1和负负极电极框2上的进液口和出液口，以及与进液口和出液口对应设置在真电极板4和负电极板5上的槽口实现循环，并在循环过程中通过穿过交换膜3a的离子交换产生电能；与现有技术相比，本发明的用于液流单电池系统的壳体结构的有益效果体现为：结构简单易拆装：采用对称的壳体结构，方便拆装替换电极板材料，非常适合于进行液流电池性能研究；全新的隔膜框设计，并采用激光焊接技术将交换膜与膜框进行密封焊接，机械结构刚性强，密封效果好；导电效果好：采用特殊结构设计的电极板，接触电阻小，具有良好的导电效果。

以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于液流单电池系统的壳体结构，其特征在于，所述壳体结构包括正极电极框、负极电极框、隔膜框、正电极板、负电极板和两个O型密封圈，所述正极电极框、负极电极框、隔膜框、正电极板、负电极板和O型密封圈的轴心均在同一水平直线上，所述正极电极框、负极电极框、隔膜框、正电极板、负电极板按照指定方向依次叠层设置，且所述正电极板固定于所述正极电极框内部，所述负电极板固定于所述负极电极框内部；所述O型密封圈一个设置在所述正电极板与所述隔膜框之间，另一所述O型密封圈装设在所述负电极板和所述隔膜框之间；所述正极电极框和所述负极电极框通过两个所述O型密封圈与所述隔膜框挤压密封固定设置；

所述正极电极框上开设有电极腔、密封槽和固定孔，所述电极腔与所述正极电极框轴心相同且按照预设直径大小开设在所述正极电极框正对正电极板的一面上，所述密封槽环绕所述电极腔设置，且环绕所述密封槽开设有指定数目的固定通孔；其中，所述电极腔的轴心位置处开设有一集流模块通孔，所述电极腔上关于所述集流模块通孔对称设置有一出液口和一进液口，且所述进液口位于所述出液口上方；

所述负极电极框与所述正极电极框具有相同的结构和功能；

所述隔膜框包括一交换膜和一膜框，所述膜框开设于所述隔膜框的两表面，所述交换膜装设在所述膜框内，与所述膜框适配设置；且所述交换膜和膜框之间利用激光密封焊接。

2.根据权利要求1所述的用于液流单电池系统的壳体结构，其特征在于，所述正电极板的轴心位置处设置有一圆柱体，所述圆柱体与所述集流模块通孔大小适配设置，且在所述正电极板与所述出液口和所述进液口对应位置出均开设有一槽孔，所述槽孔大小与所述出液口或所述进液口适配设置。

3.根据权利要求2所述的用于液流单电池系统的壳体结构，其特征在于，所述正电极板与所述负电极板采用相同材料或不同材料制备。