一种用于液流电池堆的膜框一体密封装置的制作方法

1.本实用新型涉及液流电池技术领域，特别是涉及一种用于液流电池堆的膜框一体密封装置。


背景技术：

2.目前全国在“双碳行动”大力推行的进程中，风能、太阳能等可再生能源发电占比越来越高，而这些可再生能源发电虽然清洁、无污染，但因也具有易受气候影响波、动性较大等特点，电网系统的寿命随之也会受到影响，如此以来给其并入电网带来了新的挑战。为了解决该问题，需要在电网中配置储能设施。液流电池具有功率大、容量可调节、安全性高、寿命长、环境友好性强等特点，成为了储能方向中发展较为突出的一种技术。
3.为了追求储能系统的效率提升，不断通过降低电堆的流量来降低系统的损耗，而降低流量的措施主要是降低电极的厚度，电极厚度直接决定了板框的厚度也要进行相应的减少，传统的双面流道(流体经过的流道位于板框的两侧平面)结构板框无法满足电极的厚度降低需求，因此，开始不断尝试单面流道(流体经过的流道仅存在于板框的单侧平面)结构板框的研发设计。
4.现有液流电池堆板框一般分为正、负极两种，一节单电池包括一件正极板框和一件负极板框，两种板框中间区域为镂空的电极腔，两板框之间夹一层隔膜，隔膜与两板框之间采用密封垫压紧的方式实现密封。此密结构形式下，隔膜无法应用于单面流道板框的流道侧，对于电池堆的结构设计产生了限制，该限制也决定了双极板必须要用在单面流道板框的流道侧，如此以来双极板的覆盖范围要将电极区域和流道区域全覆盖，漏电电流增加，电池堆的库伦效率下降，但材料使用面积增大，成本增加明显，因此，要打破该限制就要改变现有隔膜密封结构，将隔膜应用于单面流道板框的流道侧。专利cn209087992u和cn109361004的膜框结构，包括一个框和一片隔膜，两者通过激光焊接的方式连接起来。我的这个专利中，膜框结构是由两个框和一片膜组成，膜和框是通过胶粘的方式连接起来。相同点:两个专利在电池中的应用方式是相同的，都是通过密封垫压紧的方式与电池正负极电极框实现密封。专利cn 212380446 u公开了一种用于液流电池的密封结构，包括板框和密封圈，板框包括上板框和下板框，在上下板框之间放置有电极和隔膜；所述密封圈为芯层和外层组成的密封圈，所述芯层为硅橡胶，外层为氟橡胶；所述密封圈的截面形状为半圆下接矩形的形状，密封圈平面的一面与所述隔膜相对。该专利的缺点在于：该密封圈无法解决隔膜不能用于单面流道板框的流道侧的问题。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于液流电池堆的膜框一体密封装置，用于解决现有技术中隔膜不能用于单面流道板框的流道侧的问题。为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种用于液流电池堆的膜框一体密封装置，所述装置包括隔膜和盖板框，其中，所
述盖板框包括上盖板框和下盖板框，所述上盖板框和下盖板框为两块完全相同的盖板框；所述盖板框的上下表面均为光滑平面，中心为镂空部分，四个角部位各有1个流道孔；所述隔膜形状与所述盖板框中镂空部分一致，尺寸大于所述盖板框中间镂空的部分且小于盖板框；所述隔膜位于所述上盖板框和所述下盖板框的中间。
7.具体的，所述盖板框的厚度为0.2-0.4mm，上下表面均为光滑平面。
8.具体的，所述盖板框的中心镂空部分为方形、圆形、椭圆形，多边形中的任意一种。
9.具体的，所述流道孔为通孔，均匀分布在所述盖板框的四个角且在隔膜以外的区域，用于使流道孔与隔膜产生物理隔绝。
10.具体的，所述隔膜为离子交换膜，厚度为0.05-0.1mm。
11.具体的，所述隔膜置于上盖板框和下盖板框之间，具体为，
12.隔膜置于上盖板框和下盖板框之间的居中位置，全部覆盖上盖板框和下盖板框的中间镂空区域，且隔膜的边缘与上下盖板框均有20-30mm的重叠覆盖区域。
13.具体的，所述上盖板框的下表面、所述下盖板框的上表面都均匀涂覆一层密封胶，4个流通孔和中间镂空区域全部对齐。
14.具体的，所述密封胶的厚度为10-15μm。
15.具体的，通过热压方式将所述上盖板框、所述隔膜和所述下盖板框粘合在一起。
16.具体的，所述装置用于液流电池堆内单面流道板框。
17.本实用新型的技术效果和优点：
18.1、本实用新型膜框一体装置件由上盖板框、下盖板框、隔膜三层组成，各层之间的粘接可采用多种性质的密封胶涂覆均匀后热压后固化成型，固化方式可采用热固化、uv固化等不同的固化方式实现，盖板框可采用pp材质的表面光滑薄板制作，也可采用其他适用于所开发电池应用环境的材料。
19.2、膜框一体装置与电池堆板框之间可采用密封垫压紧的方式实现，密封垫可以通过胶粘、焊接、热压、注塑等形式安装在电池板框上，亦可由板框材料通过设计出密封结构而实现自密封功能。
20.3、本实用新型提出一种新型膜框一体密封装置，使得隔膜可应用于单面流道板框的流道侧，双极板可用于非流道侧，如此以来双极板的表面积仅需要覆盖电极区域即可，可降低漏电电流，提高电池的库伦效率，同时隔膜的表面积也不需要过多增加，整体材料成本经济性较好。
21.本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
22.图1显示为本实用新型膜框一体装置示意图；
23.图2显示为本实用新型膜框一体装置应用示意图；
24.图3显示为本实用新型膜框一体装置密封结构实施效果图。
25.图中，1-盖板框，2-隔膜，3-盖板框，4-负极板框，5-膜框一体组合件。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
28.请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
29.为解决现有技术的不足，本实用新型公开了一种用于液流电池堆的膜框一体密封装置，本实用新型装置，不仅能够使得隔膜用于液流电池堆单面流道板框的流道侧，同时能降低成本。如图1所示的膜框一体装置示图，所述装置包括隔膜和盖板框，其中，所述盖板框包括上盖板框和下盖板框，所述上盖板框和下盖板框为两块完全相同的盖板框；盖板框能够覆盖隔膜的上表面和下表面，以形成密封结构。所述盖板框的厚度为0.2-0.4mm，上下表面均为光滑平面，中心为镂空部分，该镂空部分为方形、圆形、椭圆形，多边形等形状中的任意一种，本实施例采用中心为镂空部分方形，所述隔膜形状与所述盖板框中镂空部分一致，尺寸大于所述盖板框中间镂空的部分且小于盖板框；所述隔膜2位于所述上盖板框和所述下盖板框的中间，在盖板框贴附至隔膜上以后，中心镂空部位于隔膜的上表面和下表面的中部区域；所述隔膜2所述隔膜为离子交换膜，厚度为0.05-0.1mm，形状为方形，尺寸大小比盖板框1和盖板框3中间镂空的方孔尺寸稍大(四个边分别大出20-30mm)。
30.盖板框在隔膜平面的长度和宽度方向上具有延伸出隔膜的外延部分，且外延部分靠近四个角部位各有1流道孔，所述流道孔为通孔，均匀分布在所述盖板框的四个角且在隔膜以外的区域，用于可实现流道孔与隔膜产生物理隔绝；盖板框1的下表面、零盖板框3的上表面均匀涂覆一层很薄(10-15μm)密封胶，4个通孔和中间镂空区域全部对齐。隔膜置于盖板框1和盖板框3之间，位置居中，将盖板框1和盖板框3中间镂空区域全部覆盖，且四边对盖板框均有20-30mm的重叠覆盖区域，采用热压方式将三层结构压并粘合在一起，成为膜框一体组合体结构，本实用新型膜框一体装置由盖板框1、盖板框2、隔膜三层组成，各层之间的粘接可采用多种性质的密封胶涂覆均匀后热压后固化成型，固化方式可采用热固化、uv固化等不同的固化方式实现，盖板框可采用pp材质的表面光滑薄板制作，也可采用其他适用于所开发电池应用环境的材料。该结构可直接用于液流电池堆内单面流道板框的流道侧，具体的实现方式见附图2和附图3。
31.本实用新型提出的一种新型膜框一体密封装置，使得隔膜可应用于单面流道板框的流道侧，双极板可用于非流道侧，如此以来双极板的表面积仅需要覆盖电极区域即可，可
降低漏电电流，提高电池的库伦效率，同时隔膜的表面积也不需要过多增加，整体材料成本经济性较好。如图2所示为膜框一体组合件在单电池中的应用，其中膜框一体组合件5为盖板框1、隔膜2和盖板框3粘接组合件，称之为膜框一体组合件5。负极板框4和正极板框6均为单面流道结构(即仅有单侧有流道)，二者大小相同，中心部分均为镂空区域，用于电极装配嵌入，因此又称之为电极区域。所述电极区域包括电极和流道区域环形密封垫。在流道区域环形密封垫的长度和宽度方向上具有延伸出电极的外延部分，且极板框4和正极板框6外延部分靠近四个角部位各有一个通孔，此为电解液流通的主通道，又由于该通道可实现多层板框之间溶液连通共享，此处称之为共享通道。所述共享通道包括共享通道孔环形密封圈。膜框一体组合件5置于负极板框4和正极板框6之间，膜框一体组合件5的中心部分镂空区域中的隔膜与负极板框4和正极板框6的电极区域(中心镂空部分)重合，膜框一体组合件5的四个流道孔与负极板框4和正极板框6的四个通孔重叠，电极区域两端通过流道连通至共享通道。电极区域、流道区域、共享通道均位于盖板槽内，盖板槽深度为膜框一体组合件厚度的二分之一。
32.图3示出了膜框一体密封结构的实施效果，当电池堆装配时，将膜框一体组合件5置于负极板框4和正极板框6之间，且对应两板框的流道侧，板框上流道及电极区域、四个共享通道孔均具有独立的密封圈，膜框一体组合件5与电池堆板框之间可采用密封垫压紧的方式实现，密封垫可以通过胶粘、焊接、热压、注塑等形式安装在电池板框上，亦可由板框材料通过设计出密封结构而实现自密封功能。待电堆装配完成后，两板框与膜框一体组合件5处于被完全压紧贴合的状态，此时密封垫被完全压缩至槽内，膜框一体组合件5完全进入到两板框的盖板槽内，膜框一体组合件与两板框之间的共享通道、流道及电极区域均实现密封。正极板框的流道和负极板框的流道分别位于隔膜2的两侧，且正极板框的流道和负极板框的流道不重叠，正极板框上的流道及电极区域密封垫、正极板框共享通道密封垫在同一侧，负极板框上的流道及电极区域密封垫、负极板框共享通道密封垫在同在另一侧，共享通道连通正极板框流道和共享通道连通负极板框流道，分别位于膜框一体密封结构的长度方向的两侧。正、负极电解液可以从进路的两个不同的共享通道连通正极板框流道和共享通道连通负极板框流)流入到对应的正、负极板框流道内，通过电极区域后经流道进入回路的两个共享通道内，同时共享通道还可以将同一极的电解液导入下一节电池的对应板框内，实现多节单电池溶液的连通。正负极电解液在流经电极区域时中间只隔一层隔膜2，可发生相应的化学反应，完成电池的充放电动作。
33.最后应说明的是：上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效进行了详细的说明，而非用于限制本实用新型。对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例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同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。