一种液流电池用密封结构的制作方法

本发明属于液流电池技术领域，具体涉及一种液流电池用密封结构。

背景技术：

目前，密封问题是制约液流电池使用寿命的瓶颈。液流电池的电堆由若干个电池单元组成。现有技术CN 102867974 B中，正、负极板框与双极板之间的密封方式如图6，一个电池单元包含正极板框16、双极板15、电极、离子隔离膜、负极板框18和密封圈17等。密封圈嵌于板框间的凹槽之中，该密封圈采用硬度为60度丁腈橡胶制成，截面采用倒U形槽结构。倒U形槽的上下两面分别设有互相错开的突条13及14。双极板的边缘装入上下两层突条之间。由于密封圈的厚度略大于凹槽的总深度，倒U形槽内上下突条的距离略小于双极板的厚度，因此在若干个电池单元组装后，两侧端板螺栓施加的垂直压力将密封圈与板框、双极板紧密贴合，实现密封。

密封圈U型槽内的上下突条互相错开，且U型槽外平面密封，需要的预紧力较大。而双极板通常是由脆性的碳材料制成的，上述紧固压力容易使双极板的边缘产生较大的弯曲和剪切应力。压力过大时将使双极板出现扭曲甚至破损，进而影响密封性能，甚至直接导致整个电池堆报废。

而且由于没有定位结构，密封圈在板框凹槽中放置后容易偏离位置，密封圈出现错位后，将带来电解液的泄漏风险：一是电极材料可能夹在在密封圈与板框之间，导致电解液外漏；二是密封圈与电极之间存在缝隙，部分电解液不经过电极，会产生电解液内漏，影响电池堆性能。此外，所采用的丁腈橡胶不适用于在长期的酸性环境中工作，特别是在高温、中强酸环境中。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术中的上述问题，提出一种液流电池用密封结构，以避免在密封圈工作时对双极板产生弯曲和剪切应力，减小双极板破损的可能性，提高密封结构的可靠性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种液流电池用密封结构，包括相邻设置的正极板框和负极板框，所述正极板框和负极板框相连接处开设有凹槽，所述凹槽内嵌设有“□”字型结构的密封圈，所述密封圈的自由厚度略大于所述凹槽的深度；所述密封圈的横截面为“匚”字型开口结构，内侧用于包络双板极，“匚”字型开口的两内侧面和两外侧面上均对应设置有至少2条突起的长水线，各所述长水线之间相互平行且上下平齐；两条分别对应设置于上、下两内侧面上的长水线之间的距离略小于双极板的厚度；所述正极板框和负极板框采用端板螺栓拧紧，使所述正极板框、密封圈、双极板和负极板框之间紧密贴合。

进一步地，在该液流电池用密封结构中，所述密封圈的长宽尺寸比所述双极板的长宽尺寸略小。

进一步地，在该液流电池用密封结构中，在所述密封圈“匚”字型开口的两内侧面和/或两外侧面上相邻的两长水线之间，布置有若干条垂直方向的辅助水线。

优选地，作为一个优选的技术方案，在该液流电池用密封结构中，所述密封圈外表面的四角位置和四边上布置有若干个圆弧形定位结构。

优选地，作为一个优选的技术方案，在该液流电池用密封结构中，所述密封圈的内侧边上设有若干个凸起。

进一步地，在该液流电池用密封结构中，所述密封圈外表面上设有一个与所述凹槽连通的“凸”字形插头，所述“凸”字形插头的上端设有开口。

进一步地，在该液流电池用密封结构中，所述密封圈为整体注塑而成的一体式结构。

优选地，作为一个优选的技术方案，在该液流电池用密封结构中，所述密封圈采用三元乙丙橡胶或者氟橡胶材质制成，硬度为邵氏60～75度。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明的液流电池用密封结构，通过对密封圈的结构进行改进创新，进一步提高了板框与双极板之间的密封性能，有效防止了液流电池中的电解液泄漏与混液；密封圈采用截面为“匚”字型结构上下两侧的突起水线平齐布置，双极板在工作中主要受垂直压力，能防止密封圈工作时对双极板产生弯曲作用，增强双极板的使用安全性(材料的抗压强度通常要大于抗弯强度)；尤其是需要二次拆装时，双极板可以重复使用，减少报废率；该密封圈为整体结构，在设计完成后可以利用模具一次注塑成型，成本低；安装于板框间的凹槽时，只需要将四周与四角的圆弧形定位结构轻轻压入凹槽时即可，安装不需要特殊的工具与粘结剂，简单实用；密封圈采用三元乙丙橡胶或氟橡胶材质，可以适应各种酸碱环境，在10～100℃温度范围内工作性能稳定，耐老化性能优异，电绝缘性良好，而且该材料的性价比高，可以在不提高成本的前提下大幅度提高密封性能。

综上所述，本发明密封结构的密封可靠性高，而且其结构简单、材料优质、工艺可行、安装方便、性能稳定，可以有效地提高液流电池的安全性，保证其功能的稳定与可靠，有利于液流电池堆的大规模生产。因此，具有广阔的应用前景和良好的市场潜力。

附图说明

图1为本发明一种液流电池用密封结构的安装结构示意图；

图2为本发明一种液流电池用密封结构中密封圈的整体结构示意图；

图3为本发明一种液流电池用密封结构中密封圈的局部结构图和对应的截面结构示意图；

图4为本发明一种液流电池用密封结构中凸字形插头的结构示意图；

图5为本发明一种液流电池用密封结构中插头的具体结构示意图；

图6为现有技术中液流电池用密封结构的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供了一种液流电池用密封结构，包括相邻设置的正极板框2、负极板框3、电极4、电极板5，正极板框2和负极板框3相连接处开设有凹槽6，凹槽6内嵌设有“□”字型结构的密封圈1，密封圈1的自由厚度略大于凹槽6的深度；从图3所示密封圈的局部结构图和对应的截面结构示意图中可以看出，密封圈1的横截面为“匚”字型开口结构，内侧用于包络双板极5，“匚”字型开口的两内侧面和两外侧面上均对应设置有至少2条突起的长水线9，各长水线9之间相互平行且上下平齐；两条分别对应设置于上、下两内侧面上的长水线9之间的距离略小于双极板5的厚度；在电池堆两端端板上的螺栓拧紧后，正极板框2、密封圈1、双极板5和负极板框3之间实现紧密贴合。

于上述技术方案的基础上，在该液流电池用密封结构中，密封圈1的长宽尺寸比双极板5的长宽尺寸略小，这样密封圈1在套合双极板5后能与双极板5紧密贴合。

作为一个优选的技术方案，如图3所示，在密封圈1“匚”字型开口的两内侧面和/或两外侧面上相邻的两长水线9之间，布置有若干条垂直于两长水线9方向的辅助水线7，该辅助水线7与极板框2和负极板框3接触时可以防止密封圈内部的液体泄漏。

作为一个优选的技术方案，如图2-3所示为密封圈1的整体和局部结构示意图，在该液流电池用密封结构中，密封圈1外表面的四角位置和四边上布置有若干个圆弧形定位结构8，该定位结构8在安装密封圈1时被压入凹槽6内，产生微小的变形，同时使得密封圈1与凹槽6有一个压力，压力的存在使得密封圈1在垂直方向上的可能运动遇到很大的摩擦阻力。该定位结构8保证了密封圈1与凹槽6四周的距离处于一个合适的范围，既能固定密封圈1的水平位置，同时又能让密封圈1紧密嵌在凹槽6内，且不会在垂直方向上轻易脱离。

作为一个更优选的技术方案，在该液流电池用密封结构中，密封圈1的内侧边上设有若干个凸起10，可以使得密封圈1内侧与可压缩电极4良好接触，进一步防止内部漏液。

作为本发明的一个更优选的技术方案，为了测量液流电池组中每对单电池的电压，双极板5需要有一个向外伸出的抽头。与此相对应的，密封圈1需要增加一个开口的抽头密封结构。如图4-5所示，在密封圈1外表面上设有一个与凹槽6连通的“凸”字形插头11，“凸”字形插头11的上端设有开口12。双层结构的“凸”字形插头11是为双板极5抽头的密封而专门设计的；在“凸”字形结构插头11的上方设有开口12，用以让双板极5的抽头穿过插头11从开口12中伸出，开口12的宽度与高度略大于双板极5上抽头处的宽度与厚度。

作为一个优选的技术方案，如图2所示，密封圈1是采用模具整体注塑而成的一体式结构，可有效降低了生产成本。此外，为了适应于长期的高温和酸性工作环境，密封圈采用三元乙丙橡胶或氟橡胶材质，硬度为邵氏60～75度，可在10～100℃温度范围内工作性能稳定，耐老化性能优异，电绝缘性良好，而且该材料的性价比高，可以在不提高成本的前提下大幅度提高密封性能。

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

实施例一如图1-3所示，本实施例一密封圈1的材料选择为三元乙丙橡胶，硬度为邵氏60～75度；密封圈1为“□”字型整体结构，由注塑工艺成型，其自由厚度略大于板框上凹槽6的深度，密封圈1内部的长宽尺寸比双极板5的尺寸略小。如图1或3所示，该密封圈1的截面为“匚”字型开口结构，开口内侧用于包络双板极5，开口的上、下两内侧面和两外侧共4个面上共设有8条(4排2列)突起的长水线9，两列长水线9的位置上下平齐。在密封圈1上、下外侧面的两条长水线9之间，设置若干条垂直方向的辅助水线7，可以防止密封圈1内部的液体泄漏。密封圈1“匚”字型开口的两内侧面和两外侧面每个面上的长水线9之间上下平齐布置，使得密封圈1工作时对双极板5产生垂直方向的挤压而不是弯曲或剪切作用。由于双极板5材料的抗压强度大于其抗弯强度及抗剪强度，采用布置长水线9的方式对双极板5产生的损坏可能更小，提高了密封的可靠性。

此外，在密封圈1的四角与四边设有若干个圆弧形定位结构8。这样，密封圈1的长宽方向上的总体尺寸略大于板框上凹槽6的尺寸。

此外，如图3所示，密封圈1的内侧边上设有若干个凸起10，可以使得密封圈1内侧与可压缩电极4良好接触，进一步防止内部漏液。

安装时，先将密封圈1在水平方向上往外轻拉，套合上双极板5，利用橡胶的回弹力使密封圈1开口的内侧与双极板5紧密贴合。然后，将密封圈1一边先放入板框凹槽6，略用力挤压这一侧的圆弧定位结构8，接着放平密封圈1，将另一侧按入板框凹槽6。最后将各个圆弧定位结构8都按入凹槽6内，整平密封圈1，使其与板框凹槽6四周的距离合适。由于密封圈1与凹槽6在水平方向上有相互压力，密封圈1能紧密嵌在凹槽6内，且不会在垂直方向上轻易脱离。

在电堆所有板框组件安装完成并用螺栓拧紧端板后，垂直方向传递来的压力将密封圈1压缩，密封圈1与双极板5、板框2和3之间将紧密贴合，实现对电解液的良好密封。

经测试采用本实施例一密封结构的2kW-50对液流电池堆，在组装后经过120kPa气压测试，无泄漏现象；且在储能系统中进行充放电循环测试180天以上，没有出现电解液现象。以上实例证明，该实施例一的密封结构能有效保证液流电池的安全性和可靠性。

实施例二如图4-5所示，本实施例二密封圈1的材料选择为氟橡胶，硬度为邵氏60～75度。密封圈1为“□”字型结构，密封圈1的一短边中部设有双极板抽头的密封结构抽头11，该密封圈1整体由注塑工艺成型，其自由厚度略大于板框上凹槽6的深度；该密封圈1内部的长宽尺寸比双极板5的尺寸略小；密封圈1的截面为“匚”字型结构，开口内侧用于包络双板极5，开口的上、下两内侧面和两外侧共4个面上共设有8条(4排2列)突起的长水线9，两列长水线9的位置上下平齐。在密封圈1上、下两外侧面上的两条长水线9之间，设置若干条垂直方向的辅助水线7，辅助水线7的布置可以防止密封圈1内部的液体泄漏。各个面上的长水线9上下对应平齐布置，使得密封圈工作时对双极板5产生垂直方向的挤压而不是弯曲或剪切作用。由于双极板5材料的抗压强度大于抗弯和抗剪强度，长水线9的这种布置方式对双极板5产生的损坏可能更小，提高了密封的可靠性。密封圈1的四角与四边设有若干个圆弧形定位结构8，这样，需使得密封圈1长宽方向上的总体尺寸略大于板框上凹槽6的尺寸。

安装时，先将双极板5的抽头小心穿出密封圈“凸”字形结构插头11的开口12，将这一短边的密封圈套合住双极板5；然后将密封圈1两长边和另一短边往外轻拉，套合上整个双极板5，利用橡胶的回弹力使密封圈1开口的内侧与双极板5紧密贴合。然后，将密封圈1一边先放入板框凹槽6内，略用力挤压这一侧的圆弧定位结构8，接着放平密封圈1，将另一侧按入板框凹槽6内。最后将各个圆弧定位结构8都按入凹槽6内，整平密封圈1，使密封圈1的四边与板框凹槽6四周的距离合适。由于密封圈1与板框凹槽6在水平方向上有相互压力，密封圈1能紧密嵌在凹槽6内不会在垂直方向上轻易脱离。

在电堆所有板框组件安装完成并用螺栓拧紧端板后，垂直方向传递来的压力将密封圈1压缩，密封圈1与双极板5、板框2和3之间将紧密贴合，实现对电解液的良好密封。

经测试采用本实施例二密封结构的2kW-40对液流电池堆，在组装后经过120kPa气压测试，无泄漏现象；在储能系统中进行充放电循环测试150天以上，没有出现电解液现象。以上实例证明，本实施例二的密封结构能有效保证液流电池的安全性和可靠性。

综上所述，本发明提供的液流电池用密封结构，可有效解决了现有技术中密封圈结构上的缺陷，避免在密封圈工作时对双极板产生弯曲和剪切应力，减小双极板破损的可能性，提高密封结构的可靠性；解决密封圈在板框凹槽内的定位与固定问题，防止内外漏，增加简易的自定位结构；所采用的密封圈材料更适合于高温和强酸环境。而且其结构简单、材料优质、工艺可行、安装方便、性能稳定，有利于液流电池堆的大规模生产，具有广阔的应用前景和良好的市场潜力。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。