CN116929668B - 一种用于检测液流电池隔膜的检测装置及检测处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液流电池隔膜检测技术领域，提供了一种用于检测液流电池隔膜的检测装置及检测处理方法。检测装置包括用于承载隔膜的载膜台和用于将所述隔膜的边缘压于所述载膜台的压头，所述载膜台具有内部压力可作用于隔膜一侧的压力调节腔，所述压头设置有用于容纳检测液以使检测液与隔膜另一侧接触的容腔；所述检测装置还包括用于读取或监测所述压力调节腔压力大小的压力检测部件。本发明所提供的一种用于检测液流电池隔膜的检测装置及检测处理方法，对于隔膜的微穿孔，其检测效果佳，应用成本低。

Description

一种用于检测液流电池隔膜的检测装置及检测处理方法

技术领域

本发明属于液流电池隔膜检测技术领域，尤其涉及一种用于检测液流电池隔膜的检测装置及检测处理方法。

背景技术

液流电池由多个单电池以叠加形式紧固的，每个单电池中均包含一片隔膜，在液流电池堆中，一般会有20个以上的单电池，对于液流电池的电化学性能要求，通常需要电池处于比较紧密的堆叠状态，以便降低电池的接触内阻并且达到一定的多孔电极压缩率。但是，当电池中组件之间的堆叠挤压过大时，组件可能会由于不能承受过大的压力而发生严重的变形或损坏，从而导致关键组件的物理化学性能衰退或者完全机械故障。

其中，液流电池在电堆预紧力过大、空气中的颗粒物附着在隔膜上或电极表面形貌不均匀的情况下，隔膜可能会发生微穿孔的现象，造成电压失稳、自放电、微短路等影响，从而造成电池性能下降。

隔膜的微穿孔区别于传统的大孔穿孔，当该微穿孔现象发生时，液流电池仍能够充放电，不过库伦效率会明显降低。除此之外，液流电池的容量衰减也会急剧加速，正负极的电解液的体积不平衡现象也会快速发生。

微穿孔现象广泛存在于液流电池当中，然而针对其如何检测及修补的方法非常少。如果不能及时发现微穿孔现象，会使得电池在运行过程中的循环寿命以及能量效率发生不可逆的衰减。同时，即便检测到之后，目前也没有成熟的方案对微穿孔的膜进行修复。一般需要将发生穿孔的膜废弃处理，然后收集后完全重新溶解成溶液，并且重铸。该过程不但耗时耗能，而且对环境污染较大。而且重铸后的膜相对新膜来讲，机械强度、离子选择性、以及离子电导率都会发生明显的下降。该问题已经成为制约液流电池像长寿命及低成本发展的一个重要瓶颈，亟待解决。

现有技术中，隔膜缺陷检测技术大多使用数字图像识别法，数字图像识别法需要依赖于昂贵、复杂的设备，应用成本高，而气体压降法不能检测出缺陷在隔膜上的位置。

发明内容

本发明的目的在于至少克服上述现有技术的不足之一，提供了一种用于检测液流电池隔膜的检测装置及检测处理方法，对于隔膜的微穿孔，其检测效果佳，应用成本低。

本发明的技术方案是：一种用于检测液流电池隔膜的检测装置，包括用于承载隔膜的载膜台和用于将所述隔膜的边缘压于所述载膜台的压头，所述载膜台具有内部压力可作用于隔膜一侧的压力调节腔，所述压头设置有用于容纳检测液以使检测液与隔膜另一侧接触的容腔；所述检测装置还包括用于读取或监测所述压力调节腔压力大小的压力检测部件。

具体地，所述载膜台朝向于压头的端面设置有定位格栅。

具体地，所述压力调节腔为进气通道，所述进气通道的一端设置于所述载膜台的侧面，所述进气通道的另一端延伸至载膜台朝向于所述压头的端面。

具体地，所述载膜台连接有用于与压缩气供应管路的压缩气管，所述压缩气管与所述压力调节腔相通。

具体地，所述压力检测部件为连接于所述压缩气管的压力表或压力传感器。

具体地，所述压缩气管设置有进气控制阀和出气控制阀，且所述进气控制阀和所述出气控制阀分设于所述压力检测部件的两侧。

具体地，所述载膜台或/和所述压头设置有用于与隔膜相抵接的密封圈。

具体地，所述检测装置包括用于向所述容腔注入检测液的供液管；且/或，所述检测装置包括用于将所述容腔内检测液排出的排液管。

本发明还提供了一种用于检测液流电池隔膜的检测处理方法，采用上述的一种用于检测液流电池隔膜的检测装置，包括以下步骤：

将隔膜设置于所述检测装置的载膜台上，通过压头将所述隔膜的边缘压于所述载膜台；

将压力调节腔的压力调节至设定范围使隔膜的一侧受到压力作用，将检测液注入所述压头的容腔使检测液淹没隔膜的另一侧；

进行保压测试，通过确认压力调节腔的压力是否降低至另一设定范围或/和观察检测液是否有气泡判断隔膜是否微穿孔。

具体地，判断隔膜具有微穿孔后，通过采用隔膜乳液对微穿孔进行旋涂修补或通过热压方式对微穿孔进行修补。

本发明所提供的一种用于检测液流电池隔膜的检测装置及检测处理方法，可以通过控制压力调节腔的压力，使隔膜的一侧受到压力的作用，进行保压测试。若隔膜具有微穿孔，隔膜的穿孔、微穿孔处会使压缩气泄漏，从而导致压力调节腔的压力降低，且微穿孔相对较大时，由于压缩气泄漏较为明显，隔膜另一侧的检测液在微穿孔处会产生气泡，可以快速、准确、高效地确定隔膜是否具有微穿孔以及确定微穿孔的位置，以便于进行后续对隔膜的微穿孔进行对应的修补处理。若隔膜具有微穿孔，且微穿孔的孔径相对较小，检测时，压缩气泄漏，但检测液无明显气泡，此种情况也可以采用对应的处理方式，例如可以选择通过整体热压的方式对隔膜进行修补，检测装置可以针对隔膜的穿孔、微穿孔检测，适用性佳，且检测成本低、检测快速、高效，检测结果可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种用于检测液流电池隔膜的检测装置的立体分解示意图；

图2是本发明实施例提供的一种用于检测液流电池隔膜的检测装置中载膜台的平面示意图；

图3是图2中载膜台的A-A的剖面示意图；

图4是本发明实施例提供的一种用于检测液流电池隔膜的检测处理方法中液流电池的库伦效率实验数据图；

图5是本发明实施例提供的一种用于检测液流电池隔膜的检测处理方法中液流电池的充电容量实验数据图；

图6是本发明实施例提供的一种用于检测液流电池隔膜的检测处理方法中液流电池的充电容量实验数据图；

图7是本发明实施例提供的一种用于检测液流电池隔膜的检测处理方法中液流电池的液流电池堆测试性能图；

图8是本发明实施例提供的一种液流电池堆的立体示意图；

图9是本发明实施例提供的一种电池隔膜热压修补装置的立体装配示意图；

图10是本发明实施例提供的一种电池隔膜热压修补装置的立体分解示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接设置、连接，也可以通过居中元部件、居中结构间接设置、连接。

另外，本发明实施例中若有“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系的用语，其为基于附图所示的方位或位置关系或常规放置状态或使用状态，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构、特征、装置或元件必须具有特定的方位或位置关系、也不是必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和各实施例，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征/实施例的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本发明中各个具体技术特征/实施例的各种可能的组合方式不再另行说明。

如图1至图3所示，本发明实施例提供的一种用于检测液流电池隔膜的检测装置，包括载膜台10和压头20。载膜台10用于承载隔膜，压头20用于将所述隔膜的边缘压于所述载膜台10。所述载膜台10具有压力调节腔101，压力调节腔101的内部压力可作用于隔膜一侧。所述压头20设置有用于容纳检测液的容腔201，可以使检测液接触隔膜另一侧。所述检测装置还包括用于读取或监测所述压力调节腔101压力大小的压力检测部件30，以准确地判断压力调节腔101压力是否降低。这样，可以通过控制压力调节腔101的压力，使隔膜的一侧受到压力的作用，具体应用中，可以通过向压力调节腔101通入压缩气，使压力调节腔101的气压升至设定范围，压力调节腔101的压力作用于隔膜的一侧，进行保压测试。若隔膜具有穿孔、微穿孔，隔膜的穿孔、微穿孔处会使压缩气泄漏，从而导致压力调节腔101的压力降低，且微穿孔相对较大时，由于压缩气泄漏较为明显，隔膜另一侧的检测液在微穿孔处会产生气泡，可以快速、准确、高效地确定隔膜是否具有微穿孔以及确定微穿孔的位置，以便于进行后续对隔膜微穿孔处对应进行修补处理。若隔膜具有直径较小的微穿孔，由于微穿孔的孔径相对较小，检测时，压缩气泄漏，但检测液无明显气泡，此种情况也可以采用对应的处理方式，例如可以选择通过整体热压的方式对隔膜进行修补，检测装置可以针对穿孔、微穿孔的隔膜进行检测，适用性佳，且检测成本低、检测快速、高效，检测结果可靠。

具体地，隔膜可为液流电池中常用的致密层的离子交换膜，包含Nafion膜（全氟磺酸隔膜）、PBI膜（聚苯并咪唑膜）以及其它各类型的阴离子交换膜、阳离子交换膜。

具体地，所述载膜台10朝向于压头20的端面设置有定位格栅40，定位格栅40朝向于隔膜一侧，隔膜可以覆盖于定位格栅40，定位格栅40便于将隔膜的破损点进行定位，以便于后续修补。定位格栅40可为凸起的纵向凸条和横向凸条，纵向凸条和横向凸条可一体成型或固定于载膜台10朝向于压头20的一面，纵向凸条和横向凸条纵横交错形成多个栅格，检测时，隔膜可覆盖于定位格栅40上，即隔膜对应于定位格栅40的多个栅格，具有微穿孔的隔膜在检测时在检测液产生气泡时，可以通过栅格的位置快速标定微穿孔在隔膜的具体位置，以便于后续在具体位置进行修补。

具体应用中，定位格栅40也可为设置于载膜台10朝向于压头20的一面纵向凹槽和横向凹槽，纵向凹槽和横向凹槽纵横交错形成多个栅格区域。或者，定位格栅40也可为颜色标识线等。相邻栅格可以采用不同颜色的区域划分，栅格内也可以设置有标识数字、符号等，以便于快速标记隔膜微穿孔区域。

具体应用中，所述压力调节腔101可为进气通道，所述进气通道的一端设置于所述载膜台10的侧面，所述进气通道的另一端延伸至载膜台10朝向于所述压头20的端面（定位格栅40的中心），隔膜覆盖于定位格栅40处，隔膜凸出于定位格栅40四周的边缘可由压头20压于载膜台10。

具体地，所述载膜台10连接有用于与压缩气供应管路的压缩气管50，所述压缩气管50与所述压力调节腔101相通。压力调节腔101可以作为供气通道，将气压作用于隔膜。压缩气管50可通过分路控制阀（压力调节阀）连接于气源（空气压缩装置或压缩气罐），气源可以利用检测室、厂房本身配套的压缩气源，也可以使用专用配套的空气压缩装置或压缩气罐等。具体应用中，压缩空气可为普通压缩空气（无色），也可为混有色剂具有颜色的压缩空气，以更便于识别气体泄漏的情况。

具体地，压头20可以呈矩形框架状，所述压头20的容腔201可贯通于压头20的上下两端，容腔201可以呈矩形，容腔201长宽尺寸可以（略）小于隔膜的长宽尺寸，隔膜的边缘可以被可靠地压于压头20与载膜台10之间。隔膜的下侧为定位格栅40，隔膜的上侧为压头20的容腔201，检测液位于隔膜的上侧。

具体应用中，所述压力检测部件30可以为连接于所述压缩气管50的压力表（机械指针式或数字式压力表）或/和压力传感器（电子式传感器），以满足不同的使用需求。当然，压力检测部件30可以设置于载膜台10，其检测部分与压力调节腔101相通即可。本实施例中，采用数字式压力表，其易于读数。电子式的压力传感器，其可以配合显示屏显示气压值，易于读数，且利于实现自动化检测、控制。例如，电子式的压力传感器，其在压力下降至设定范围时，可以通过警报部件（喇叭或指示灯等）发出警报，提示隔膜具有微穿孔。

具体地，所述压缩气管50可以设置有进气控制阀60和出气控制阀70，且所述进气控制阀60和所述出气控制阀70分设于所述压力检测部件30的两侧，进气控制阀60相对靠近于压缩气源，即进气控制阀60、压力检测部件30和所述出气控制阀70沿压缩气管50的进气方向间隔设置。进行检测前，进气控制阀60和出气控制阀70均关闭。进气控制阀60和出气控制阀70可为手动阀或电磁阀。在进行检测时，安装好隔膜和压头20后，先开启进气控制阀60，使压力检测部件30读数至设定范围，再关闭进气控制阀60并开启出气控制阀70，使压缩气进入压力调节腔101。避免气压过大的压缩气直接进入压力调节腔101导致隔膜损坏。

具体地，所述载膜台10或/和所述压头20设置有用于与隔膜相抵接的密封圈80，密封圈80可以抵于隔膜的边缘处，密封圈80可为胶圈，其压夹于载膜台10和压头20之间，防止压缩气从载膜台10和压头20之间泄漏，检测可靠性佳。

具体应用中，载膜台10和压头20之间可以设置有锁定结构，在检测时，以使压头20可靠地将隔膜和密封圈80压紧。锁定结构可为螺栓21、卡扣、C形夹等。当然，也可以在压头20连接有液压伸缩机构、曲肘机构等驱动机构，用于驱动压头20靠近载膜台10（检测隔膜时）和远离载膜台10（拆装隔膜时），相对于人工手动操作压头20，采用驱动机构可以进一步提高自动化程度及检测效率。

具体应用中，载膜台10和压头20之间可以设置有导向机构，导向机构可为设置于载膜台10的导柱和设置于压头20且套于导柱的导向孔，以提高对位精度。

具体地，所述检测装置可以包括用于向所述容腔201注入检测液的供液管，供液管可以连接有水泵，其可以向容腔201注入适量的检测液。具体应用中，检测液可以选用水、乙醇、甲醇、丙酮等不和隔膜发生反应的中性液体溶剂。其中，选用乙醇、甲醇或丙酮等作为检测液时，隔膜（离子交换膜）可以发生溶胀现象。通过溶胀之后可以使微穿孔更大，微穿孔更易被检出，从而强化检测效果。所述检测液在使用完成后可以100%进行回收，下次检测可再进行循环使用。

具体地，所述检测装置可以包括用于将所述容腔201内检测液排出的排液管，排液管可以连接有排液泵，可以将检测液排出至容器内，以便下一次循环使用，自动化程度较高。

本发明实施例还提供了一种用于检测液流电池隔膜的检测处理方法（检测方法），采用上述的一种用于检测液流电池隔膜的检测装置，包括以下步骤：将隔膜设置于所述检测装置的载膜台10上，通过压头20将所述隔膜的边缘压于所述载膜台10；将压力调节腔101的压力调节至设定范围使隔膜的一侧受到压力作用，将检测液注入所述压头20的容腔201使检测液淹没隔膜的另一侧；通过确认压力调节腔101的压力是否降低至另一设定范围或/和观察检测液是否有气泡判断隔膜是否微穿孔。具体应用中，可以通过向压力调节腔101输入压缩气，使压力调节腔101的气压升至设定范围，压力作用于隔膜的一侧，进行保压测试，若隔膜具有微穿孔，微穿孔处位会使压缩气泄漏，使压力调节腔101的压力降低，且微穿孔相对较大时，由于压缩气泄漏，隔膜另一侧的检测液会产气泡，可以快速、准确、高效地确定隔膜是否具有微穿孔以及确定微穿孔的位置，以便于进行后续对隔膜微穿孔处对应进行修补处理。若隔膜具有微穿孔，即微穿孔的孔径相对较小，检测时，压缩气泄漏，但检测液无明显气泡，此种情况也可以采用对应的处理方式，例如可以选择通过整体热压的方式对隔膜进行修补，检测快速、高效，检测结果可靠。

具体地，判断隔膜具有微穿孔后，可通过采用隔膜乳液对微穿孔位进行旋涂修补或通过热压方式对隔膜进行修补。

具体应用中，如果隔膜有微穿孔时，当微穿孔的孔径较大（大于50微米），压力检测部件30（气压表）的数值会快速下降为0或接近于0，并且检测液中可以观察到气泡产生，通过定位格栅40可以快速检测出产生气泡处对应隔膜的位置，以便对隔膜进行修补。

具体应用中，隔膜的修补措施可以参考如下：选择与隔膜相类似的溶液进行旋涂修补。例如，当该隔膜为Nafion阳离子膜时，当检测出隔膜具有破损时，根据定位格栅40所标定的位置，可以使用Nafion乳液在相应的微穿孔位置进行旋涂修补并进行烘干。

对修补后的隔膜置于上述检测装置重新进行压力测试，如果仍然观测到气泡，继续进行旋涂修补。该旋涂修补和重新压力测试步骤反复进行，直至不能观测到有气泡产生，并且保压设定时长（例如24小时），如果压力值不少于2kPa/cm²，则修补成功，隔膜可以重新使用。

如果隔膜有微穿孔时，当微穿孔的孔径较小（小于50微米，即微穿孔），不能观测到隔膜发生破损的位置（即检测液无明显气泡），但是在保压测试中，气压表的数值在24小时内会逐渐下降为0或接近于0。当发生这种情况时，可以将隔膜进行清洗后进行热压修复（热压修补程序）。

热压修复可以采用电池隔膜热压修补装置，如图9和图10所示，电池隔膜热压修补装置包括装置主体，装置主体可用于对待修复的电池隔膜进行热压。所述装置主体包括相向设置的上模部件100和下模部件200，上模部件100和下模部件200可分别作用于电池隔膜相向两面（正面和背面），所述上模部件100或/和所述下模部件200连接有加热部件，使电池隔膜在热压作用下，破损（微小的穿孔、裂纹）的位置会自行融合修复，可以以较低的成本有效地修复破损的电池隔膜，减少电池隔膜的置换成本，降低了液流电池的维护成本，从而利于液流电池的推广应用。

具体地，所述上模部件100包括上模板110和上护板120，所述上护板120固定于或一体成型于所述上模板110朝向所述下模部件200的一面，所述加热部件包括连接于所述上模板110或所述上护板120的上加热件130，以使上模部件100可以达到设定的温度范围。本实施例中，所述上加热件130为插接于所述上模板110的上加热棒（电热棒），其结构简单、安装维护方便，上加热棒可以设置有一根、两根或多根。当然，上加热件130也可以为发热盘等。

具体地，所述下模部件200包括下模板210和下护板220，所述下护板220固定于或一体成型于所述下模板210朝向所述上模部件100的一面，所述加热部件还包括连接于所述下模板210或所述下护板220的下加热件230，以使下模部件200可以达到设定的温度范围，所述下加热件230为插接于所述下模板210的下加热棒（电热棒），其结构简单、安装维护方便，下加热棒可以设置有一根、两根或多根。当然，下加热件230也可以为发热盘等。

具体地，所述上模板110或/和所述上护板120设置有第一温度传感器140，所述下模板210或所述下护板220设置有第二温度传感器240。当上模板110或/和所述上护板120的温度以及上模板110或所述下护板220的温度达到设定温度范围后，上加热棒、下加热棒可以降低功率或断电，以使电池隔膜可以在设定的温度范围内进行热压修补，避免温度过低修补效果欠佳，以及避免温度过高损毁电池隔膜。

具体地，所述电池隔膜热压修补装置还包括设置于所述上模部件100和所述下模部件200之间的限膜框300，限膜框300可呈矩形框架状，限膜框300的内框形状、尺寸可以与电池隔膜形状、尺寸匹配，限膜框300可以用于定位电池隔膜。

具体地，所述限膜框300可拆卸式连接于所述下模部件200的下护板220，限膜框300可以更换不同的规格，以适应于修复不同外形尺寸、厚度的电池隔膜。具体地，所述限膜框300的厚度不大于电池隔膜的厚度，限膜框300的厚度可以在电池隔膜厚度的80%-100%之间，电池隔膜受到的压力可在合适的范围内。

具体地，所述上模部件100与所述下模部件200之间设置有对合导向部件，所述对合导向部件包括设置于所述上模部件100的导向柱400和设置于所述下模部件200且可供所述导向柱400伸入的导向孔，或者，所述对合导向部件包括设置于所述下模部件200的导向柱400和设置于所述上模部件100且可供所述导向柱400伸入的导向孔，上模部件100与下模部件200对合精度高。具体地，所述限膜框300可具有套于所述导向柱400的通孔，以便于更换。

具体地，所述电池隔膜热压修补装置还包括用于驱动所述上模部件100和所述下模部件200相向靠近、相对远离的开合模驱动装置，所述开合模驱动装置连接于所述上模部件100，开合模驱动装置可为热压机、液压部件等。

具体地，所述上模部件100用于与电池隔膜接触的一面和所述下模部件200与所述用于与电池隔膜接触的一面可以设置有防粘涂层，以避免电池隔膜与上模部件100、下模部件200粘连，使用效果佳。

具体应用中，电池隔膜以离子交换膜为例，首先，选用厚度小于或者等于电池隔膜厚度的限膜框300，将限膜框300放置到下护板220上方，然后将四根导向柱400插入到限膜框300的通孔和下护板220的导向孔中。将待修补的电池隔膜（具有穿孔）放置到限膜框300中。当电池隔膜的穿孔较大的情况时，将电池隔膜放入限膜框300之前，需要在电池隔膜的穿孔处正反面涂有一定的旋涂液。比如电池隔膜为全氟磺酸膜的时候，需要在膜的正反面旋涂一定量的全氟磺酸树脂溶液。当电池隔膜为微穿孔的时候，不需要旋涂溶液。将上模部件100插入到定位杆中后，上模部件100、下模部件200、限膜框300共同形成了一个修补单元模块。

修补装置可启动加热程序，待上加热件130、下加热件230的温度达到电池隔膜的玻璃化转变温度后，静止一段时间，静止时间一般不低于5分钟，直至整个上护板120、下护板220的温度都到达电池隔膜的玻璃化转变温度。然后将装配好的修补单元模块放置到压力机中，修补装置可开始热压程序。热压机的压力板动作，使上模部件100、下模部件200合模，电池隔膜被压夹于上模部件100、下模部件200之间，以限膜框300的面积为基准（限膜框300的面积为A），限膜框300受到的压力为F，则压强 P=F/A，设定压强P的数值在2-5MPa之间。F=P*A，限膜框300受到的压力达到所设定的压力值F之后，关闭热压程序，然后保温保压不低于5分钟。

然后关闭上加热件130、下加热件230，直至热压修补装置冷却到室温，进行缓慢卸压操作，当压力降为0之后，将热压机的压力板恢复到之前的位置。然后取出修补单元模块，上模部件100、下模部件200打开，取出修补好的离子交换膜。此时，整个修补过程结束。

其中，电池隔膜在进行热压前，可放置在溶液中清洗。当电池隔膜为Nafion以及其他耐氧化的树脂形成的材料时，该清洗溶液一般为5%的双氧水与盐酸的混合溶液。经过清洗后的膜可以去除表面的有机及无机的杂质。进一步地，可将膜放置到清水中清洗30分钟，在60摄氏度的烘箱中晾干，准备进行后续的热压过程。

其中，限膜框300的材料为与膜相斥性较好，并且抗压性好的材料，可选用聚四氟乙烯。限膜框300的厚度在电池隔膜厚度的80%-100%之间，不高于电池隔膜的厚度。

热压过程中，保持上护板120、下护板220本身的平整、平行，避免引起膜的厚度不均匀的情况。避免上护板120、下护板220的表面上有毛刺，因为毛刺会刺穿电池隔膜导致二次穿孔的现象。比如，当电池隔膜为全氟磺酸膜时，上护板120、下护板220以及限膜框300的材料可以为聚四氟乙烯板，或者表面光洁的铝板、不锈钢板等。

具体应用中，上模板110、下模板210的材料可为导热性好且强度高的金属材料，例如铝板、铜板或者不锈钢板等。上模板110、下模板210的长宽尺寸可与限膜框300、上护板120、下护板220的长宽尺寸保持一致，避免在热压的过程中出现挤压形变的情况而导致修补单元模块发生变形。

作为另一种具体应用方案，电池隔膜以Nafion膜为例，热压修复的具体步骤可以参考如下：装配好修补单元模块，启动加热程序，待上加热件130、下加热件230的温度达到Nafion膜的玻璃化转变温度135^oC，静止五分钟之后，通过压力机的压力板以及修补装置向电池隔膜施加一定的压力（3Mpa）。在玻璃化转变温度以及较高的压力下，电池隔膜本身会形成一种介于流体状态和固态之间的熔融状态。在这种状态下，电池隔膜内产生的破损会会自行融合，通过热压机的压力，电池隔膜会重新规整到厚度均一的状态，经过冷却后，电池隔膜可以达到完全自愈合的状态。

将修复完的电池隔膜装配于液流电池，可以正常使用。当然，电池隔膜装配于液流电池之前，可以先对电池隔膜置于上述检测装置重新进行压力测试，确认无微穿孔后再装配。

具体应用中，上述检测处置方法还可以用于对装堆前的离子交换膜进行检测，防止发生在出厂的时候出现隔膜破损的情况。

具体应用中，可以先采用完好、未破损（无微穿孔）的隔膜进行标定检测，即将该隔膜置于上述检测装置并通过上述检测方法，经设定时长的保压后，测定标准压降或最终标准压力，若后续实际检测中，实测压降（明显）大于标准压降时，或者，实测最终压力小于最终标准压力，则可以判断隔膜具有微穿孔。

具体应用中，采用上述载膜台10和压头20，将隔膜展平固定，将进气控制阀60打开，出气控制阀70关闭，将压头20朝上水平放置，供气装置从压缩气管50充入气体，待气压表示数达到24kPa/cm²后，关闭进气控制阀60，断开供气装置，从压头20的窗口向容腔201注入检测液，检测液的量不超过压头20的上边缘，打开出气控制阀70，气体的压力隔膜，气压表的示数略有下降，稍作等待。进行保压测试。保压超过24小时，如果膜处于稳定状态，压力值不少于8kPa/cm²，则可认为隔膜没有发生（微）微穿孔现象。

本发明实施例中，检测装置的检测过程可以参考如下：

采用上述检索装置的载膜台10和压头20，将隔膜展平固定于载膜台10和压头20之间，用螺栓锁紧压头20，使压头20压紧隔膜四周边缘，压头20朝上水平放置。将进气控制阀60打开，出气控制阀70关闭，供气装置将压缩气充至压缩气管50，待压力检测部件30（气压表）示数达到预设值后，关闭进气控制阀60，断开供气装置，向压头20的中心窗口（容腔201）倒入检测液，打开出气控制阀70，压缩气体流经压力调节腔101（供气通道）作用隔膜，压力检测部件30（气压表）示数略有下降，稍作等待，如果隔膜有微穿孔，压力检测部件30（气压表）的示数会快速下降并且检测液中可以观察到气泡产生，通过气泡的位置，结合观察定位格栅40即可以确定微穿孔出现的位置。该检测装置简单，结果准确。如果没有检测液中气泡，作用于隔膜的气压保压设定时长后，压力降不超过标准范围，可以说明隔膜完好。

以下结合具体实施例对本发明的检测装置和检测处理方法进行进一步说明：

实施例1：

通过上述检测装置，检测确认隔膜具有微穿孔，使用发生微穿孔的隔膜装配于液流电池并进行充放电测试，并与使用完好隔膜的电池进行对比，在100mA·cm⁻²电流密度下电池的库伦效率、充电容量、放电容量分别如图4、图5、图6所示。由图4、图5、图6可以看出，相比于完好的隔膜，使用存在微穿孔隔膜的液流电池的库伦效率、充电容量、放电容量均会降低，其中存在微穿孔隔膜的液流电池，库伦效率最终稳定在91%，而正常的液流电池库伦效率在97%左右；存在微穿孔隔膜的液流电池，其充电容量极限为463mAh，而正常的电池可达584mAh；存在微穿孔隔膜的液流电池，其 最大放电容量为422mAh，正常的电池最大放电容量为562mAh。通过上述对比可以发现，使用发生微穿孔隔膜的液流电池的性能明显低于正常的电池。

实施例2：

使用无缺陷的隔膜通过上述检测装置、检测方法进行测试，当压力检测部件30（气压表）示数达到24kPa时，关闭进气控制阀60，打开出气控制阀70，压力检测部件30（气压表）示数下降为17kPa（设定范围），40分钟（设定时长）后，压力检测部件30（气压表）示数在8kPa并保持稳定，最终标准压力为8kPa，标准压降为9kPa（17kPa减8kPa），期间检测液中没有观察到气泡产生。

本实施例可以作为检测的参照组，同等初始压力下，若对其他隔膜进行检测最终气压低于本实施例的8kPa则可以判定该隔膜发生微穿孔。

实施例3：

使用多张被针刺过的隔膜，分别通过上述检测装置、检测方法进行测试，当压力检测部件30（气压表）示数达到24kPa时关闭进气控制阀60，打开出气控制阀70，压力检测部件30（气压表）示数3秒钟下降为0，期间可以在定位格栅40第二行第三列凸起处观察到气泡产生，表明隔膜的微穿孔径较大。表明该隔膜发生了微穿孔，并且通过第二行第三列凸台处观察到了气泡产生的位置，说明上述检测装置、检测方法对具有微穿孔的隔膜的检测准确。

实施例4：

使用存在微穿孔的隔膜（Nafion膜）通过上述检测装置、检测方法进行测试，当压力检测部件30（气压表）示数达到24kPa时关闭进气控制阀60，打开出气控制阀70，压力检测部件30（气压表）示数下降为17kPa，90分钟后气压表示数降为0，期间检测液中可以观察到微小气泡产生，表明隔膜上出现较大微穿孔，气泡产生位置在定位格栅40第三行第五列凸起处，由此可以确定微穿孔的位置。检测后可以采用上述电池隔膜热压修补装置对隔膜进行修复。

对修补后的隔膜进行重新压力测试，仍然观测到气泡，继续进行热压修补程序，直至气泡完全消失。该步骤反复进行，直至不能观测到气泡位置，并且保压24小时，压力值不少于8kPa/cm²，说明对隔膜的修补成功，可以装配于液流电池使用。

实施例5：

将实施例4中修补后的隔膜进行电池测试，并与正常的电池进行对比测试，实验数据图如4、5、6所示。通过测试可以发现，电池的充电容量为569mAh，放电容量为547mAh，库伦效率96.5%，相比破损之前提升了5.5%。本实施例表明修补后的隔膜能显著提高电池性能，使之达到接近于未破损的状态。

实施例6：

使用另一张隔膜（Nafion膜）通过上述检测装置、检测方法进行测试，当压力检测部件30（气压表）示数达到24kPa时关闭进气控制阀60，打开出气控制阀70，压力检测部件30（气压表）示数下降为17kPa，110分钟后气压表示数降为0，期间虽不能观测到有气泡产生，但是气压表示数出现了明显降低。在这种情况下，说明隔膜发生孔径较小的微穿孔。

通过对比发现，本实施例中，检测液中不能观察到气泡产生，但隔膜无法保压，说明此隔膜上也出现了微穿孔，但由于微穿孔的孔径较小，因此无法检测出发生微穿孔的位置。

实施例7：

将实施例6中发生微穿孔（孔径较小）的隔膜装配于液流电池进行电池充放电测试，测试得充电容量为513mAh，放电容量为489mAh，库伦效率93%。通过对比可以发现，发生小孔微穿孔的隔膜的电池的性能也明显低于正常隔膜的电池，与实施例6相近，可以判定本实施例中的隔膜已经发生微穿孔。

实施例8：

将实施例7中发生微穿孔小孔的隔膜进行热压处理，即采用上述电池隔膜热压修补装置，将上、下加热棒加热至Nafion膜的玻璃化转变温度135^oC，静止五分钟之后并通过压力机（压板）向隔膜施加3Mpa的压力。在玻璃化转变温度以及较高的压力下，隔膜本身会形成一种介于流体状态和固态之间的熔融状态。膜会重新规整到厚度均一的状态，经过冷却后，膜可以达到完全自愈合的状态。再采用上述检测装置、检测方法进行压力测试，当压力检测部件30（气压表）示数达到24kPa时关闭进气控制阀60，打开出气控制阀70，压力检测部件30（气压表）示数下降为17kPa，40分钟后气压表示数维持在8kPa不动，期间检测液中没有观察到气泡产生，表明对隔膜已修复成功。

实施例9：

将实施例8中修复后的隔膜进行电池测试，测得充电容量为579mAh，放电容量为557mAh，库伦效率96.8%。通过对比可以发现，液流电池（使用修复后的隔膜）的库伦效率明显恢复。

实施例10：

对液流电池堆进行测试时，如图8所示。通过测试发现液流电池堆的库伦效率仅为91%，并且在运行过程中发生了明显正负极电解液不平衡，即串液的情况。针对此现象，对电堆进行了拆解，并且对15个电池的隔膜进行了检漏测试。通过测试发现，第3个及第7个电池的隔膜发生了微穿孔现象。

使用了Nafion乳液对第3个以及第7个电池的隔膜通过热压装置修补，对修补后的隔膜进行重新压力测试，仍然观测到气泡，继续进行旋涂修补，直至气泡完全消失。该步骤反复进行，直至不能观测到气泡位置，并且保压24小时，压力值不少于8kPa/cm²，说明对隔膜的修补成功。

通过修补后的隔膜进行电堆装配，装配后再次在300mA cm^-2的电流密度下进行测试，发现电池可以稳定运行100圈（循环）以上，能量效率无衰减。且库伦效率高于97%以上，如图7所示，经过修补后，电池的库伦效率（即放电容量除以充电容量）从1-100圈稳定在97.5%左右，已经达到实施例案1中的未微穿孔之前的水平。同时电压效率（即平均放电电压除以平均充电电压）稳定在74%左右，平均能量效率在72%（即放电能量除以充电能量）左右。所有的测试结果表明，经过修复后，电池已经达到了非常稳定的状态，微穿孔现象对电池性能的不利影响已经彻底消除，可有效证明本实施例提供的用于检测液流电池隔膜的检测装置及检测处理方法具有较佳的实用性，可以在液流电池堆中单电池的众多隔膜中检测出哪张膜发生了微穿孔，通过量化的指标进行准确检测，从而指导液流电池技术人员挑选出发生破损的隔膜。可以对检测出破损的隔膜进行修复，经过修复的隔膜可以再次使用，电池使用修复后的膜与使用新膜的性能基本一致，大幅度降低了液流电池的隔膜维护及使用成本。

通过本实施例可以发现，本技术发明方案可以有效解决长期困扰液流电池电堆运行的隔膜微穿孔的问题，检测成本低，所产生的经济效果显著。

本发明实施例提供的一种用于检测液流电池隔膜的检测装置及检测处理方法，利用（微）微穿孔漏气的原理，向隔膜一侧通气后断开供气装置并封住管路进行保压，观察气压表示数是否快速下降，以及通过观察隔膜另一侧的检测液中是否有气泡产生，可以对隔膜的完好性进行检测，检测装置简单，结果准确，并且能通过定位格栅40确定微穿孔的位置。并进一步根据微穿孔的大小（可通过观察检测液是否有气泡判断），结合相应的修补方法，能可靠地检测并修补隔膜微穿孔，极大地提升了隔膜使用的可靠性和稳定性。检测装置简便易行，检测介质为空气以及液态的检测液，所用检测液也可以进行回收重复循环使用，检测成本低，所产生的经济效果显著。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于检测液流电池隔膜的检测装置，其特征在于，包括用于承载隔膜的载膜台和用于将所述隔膜的边缘压于所述载膜台的压头，所述载膜台具有内部压力可作用于隔膜一侧的压力调节腔，所述压头设置有用于容纳检测液以使检测液与隔膜另一侧接触的容腔；所述检测装置还包括用于读取或监测所述压力调节腔压力大小的压力检测部件，所述检测液为能使隔膜发生溶胀现象且不和隔膜发生反应的中性液体溶剂，所述检测液为乙醇、甲醇或丙酮；所述压力调节腔为进气通道，所述进气通道的一端设置于所述载膜台的侧面，所述进气通道的另一端延伸至载膜台朝向于所述压头的端面；所述载膜台连接有用于与压缩气供应管路的压缩气管，所述压缩气管与所述压力调节腔相通。

2.如权利要求1所述的一种用于检测液流电池隔膜的检测装置，其特征在于，所述载膜台朝向于压头的端面设置有定位格栅。

3.如权利要求1所述的一种用于检测液流电池隔膜的检测装置，其特征在于，所述压力检测部件为连接于所述压缩气管的压力表或压力传感器。

4.如权利要求1或3所述的一种用于检测液流电池隔膜的检测装置，其特征在于，所述压缩气管设置有进气控制阀和出气控制阀，且所述进气控制阀和所述出气控制阀分设于所述压力检测部件的两侧。

5.如权利要求1至3中任一项所述的一种用于检测液流电池隔膜的检测装置，其特征在于，所述载膜台或/和所述压头设置有用于与隔膜相抵接的密封圈。

6.如权利要求1至3中任一项所述的一种用于检测液流电池隔膜的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括用于向所述容腔注入检测液的供液管；且/或，所述检测装置包括用于将所述容腔内检测液排出的排液管。

7.一种用于检测液流电池隔膜的检测处理方法，其特征在于，采用如权利要求1至6中任一项所述的一种用于检测液流电池隔膜的检测装置，包括以下步骤：

将隔膜设置于所述检测装置的载膜台上，通过压头将所述隔膜的边缘压于所述载膜台；

将压力调节腔的压力调节至设定范围使隔膜的一侧受到压力作用，将检测液注入所述压头的容腔使检测液淹没隔膜的另一侧；

进行保压测试，通过确认压力调节腔的压力是否降低至另一设定范围或/和观察检测液是否有气泡判断隔膜是否穿孔。

8.如权利要求7所述的一种用于检测液流电池隔膜的检测处理方法，其特征在于，判断隔膜具有穿孔后，通过采用隔膜乳液对穿孔进行旋涂修补或通过热压方式对穿孔进行修补。