本發(fā)明屬于液流電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液流電池用密封結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

目前，密封問題是制約液流電池使用壽命的瓶頸。液流電池的電堆由若干個電池單元組成?，F(xiàn)有技術(shù)CN 102867974 B中，正、負極板框與雙極板之間的密封方式如圖6，一個電池單元包含正極板框16、雙極板15、電極、離子隔離膜、負極板框18和密封圈17等。密封圈嵌于板框間的凹槽之中，該密封圈采用硬度為60度丁腈橡膠制成，截面采用倒U形槽結(jié)構(gòu)。倒U形槽的上下兩面分別設(shè)有互相錯開的突條13及14。雙極板的邊緣裝入上下兩層突條之間。由于密封圈的厚度略大于凹槽的總深度，倒U形槽內(nèi)上下突條的距離略小于雙極板的厚度，因此在若干個電池單元組裝后，兩側(cè)端板螺栓施加的垂直壓力將密封圈與板框、雙極板緊密貼合，實現(xiàn)密封。

密封圈U型槽內(nèi)的上下突條互相錯開，且U型槽外平面密封，需要的預緊力較大。而雙極板通常是由脆性的碳材料制成的，上述緊固壓力容易使雙極板的邊緣產(chǎn)生較大的彎曲和剪切應(yīng)力。壓力過大時將使雙極板出現(xiàn)扭曲甚至破損，進而影響密封性能，甚至直接導致整個電池堆報廢。

而且由于沒有定位結(jié)構(gòu)，密封圈在板框凹槽中放置后容易偏離位置，密封圈出現(xiàn)錯位后，將帶來電解液的泄漏風險：一是電極材料可能夾在在密封圈與板框之間，導致電解液外漏；二是密封圈與電極之間存在縫隙，部分電解液不經(jīng)過電極，會產(chǎn)生電解液內(nèi)漏，影響電池堆性能。此外，所采用的丁腈橡膠不適用于在長期的酸性環(huán)境中工作，特別是在高溫、中強酸環(huán)境中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，提出一種液流電池用密封結(jié)構(gòu)，以避免在密封圈工作時對雙極板產(chǎn)生彎曲和剪切應(yīng)力，減小雙極板破損的可能性，提高密封結(jié)構(gòu)的可靠性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種液流電池用密封結(jié)構(gòu)，包括相鄰設(shè)置的正極板框和負極板框，所述正極板框和負極板框相連接處開設(shè)有凹槽，所述凹槽內(nèi)嵌設(shè)有“□”字型結(jié)構(gòu)的密封圈，所述密封圈的自由厚度略大于所述凹槽的深度；所述密封圈的橫截面為“匚”字型開口結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)用于包絡(luò)雙板極，“匚”字型開口的兩內(nèi)側(cè)面和兩外側(cè)面上均對應(yīng)設(shè)置有至少2條突起的長水線，各所述長水線之間相互平行且上下平齊；兩條分別對應(yīng)設(shè)置于上、下兩內(nèi)側(cè)面上的長水線之間的距離略小于雙極板的厚度；所述正極板框和負極板框采用端板螺栓擰緊，使所述正極板框、密封圈、雙極板和負極板框之間緊密貼合。

進一步地，在該液流電池用密封結(jié)構(gòu)中，所述密封圈的長寬尺寸比所述雙極板的長寬尺寸略小。

進一步地，在該液流電池用密封結(jié)構(gòu)中，在所述密封圈“匚”字型開口的兩內(nèi)側(cè)面和/或兩外側(cè)面上相鄰的兩長水線之間，布置有若干條垂直方向的輔助水線。

優(yōu)選地，作為一個優(yōu)選的技術(shù)方案，在該液流電池用密封結(jié)構(gòu)中，所述密封圈外表面的四角位置和四邊上布置有若干個圓弧形定位結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，作為一個優(yōu)選的技術(shù)方案，在該液流電池用密封結(jié)構(gòu)中，所述密封圈的內(nèi)側(cè)邊上設(shè)有若干個凸起。

進一步地，在該液流電池用密封結(jié)構(gòu)中，所述密封圈外表面上設(shè)有一個與所述凹槽連通的“凸”字形插頭，所述“凸”字形插頭的上端設(shè)有開口。

進一步地，在該液流電池用密封結(jié)構(gòu)中，所述密封圈為整體注塑而成的一體式結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，作為一個優(yōu)選的技術(shù)方案，在該液流電池用密封結(jié)構(gòu)中，所述密封圈采用三元乙丙橡膠或者氟橡膠材質(zhì)制成，硬度為邵氏60～75度。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)效果：

本發(fā)明的液流電池用密封結(jié)構(gòu)，通過對密封圈的結(jié)構(gòu)進行改進創(chuàng)新，進一步提高了板框與雙極板之間的密封性能，有效防止了液流電池中的電解液泄漏與混液；密封圈采用截面為“匚”字型結(jié)構(gòu)上下兩側(cè)的突起水線平齊布置，雙極板在工作中主要受垂直壓力，能防止密封圈工作時對雙極板產(chǎn)生彎曲作用，增強雙極板的使用安全性(材料的抗壓強度通常要大于抗彎強度)；尤其是需要二次拆裝時，雙極板可以重復使用，減少報廢率；該密封圈為整體結(jié)構(gòu)，在設(shè)計完成后可以利用模具一次注塑成型，成本低；安裝于板框間的凹槽時，只需要將四周與四角的圓弧形定位結(jié)構(gòu)輕輕壓入凹槽時即可，安裝不需要特殊的工具與粘結(jié)劑，簡單實用；密封圈采用三元乙丙橡膠或氟橡膠材質(zhì)，可以適應(yīng)各種酸堿環(huán)境，在10～100℃溫度范圍內(nèi)工作性能穩(wěn)定，耐老化性能優(yōu)異，電絕緣性良好，而且該材料的性價比高，可以在不提高成本的前提下大幅度提高密封性能。

綜上所述，本發(fā)明密封結(jié)構(gòu)的密封可靠性高，而且其結(jié)構(gòu)簡單、材料優(yōu)質(zhì)、工藝可行、安裝方便、性能穩(wěn)定，可以有效地提高液流電池的安全性，保證其功能的穩(wěn)定與可靠，有利于液流電池堆的大規(guī)模生產(chǎn)。因此，具有廣闊的應(yīng)用前景和良好的市場潛力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種液流電池用密封結(jié)構(gòu)的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種液流電池用密封結(jié)構(gòu)中密封圈的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一種液流電池用密封結(jié)構(gòu)中密封圈的局部結(jié)構(gòu)圖和對應(yīng)的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明一種液流電池用密封結(jié)構(gòu)中凸字形插頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一種液流電池用密封結(jié)構(gòu)中插頭的具體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為現(xiàn)有技術(shù)中液流電池用密封結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種液流電池用密封結(jié)構(gòu)，包括相鄰設(shè)置的正極板框2、負極板框3、電極4、電極板5，正極板框2和負極板框3相連接處開設(shè)有凹槽6，凹槽6內(nèi)嵌設(shè)有“□”字型結(jié)構(gòu)的密封圈1，密封圈1的自由厚度略大于凹槽6的深度；從圖3所示密封圈的局部結(jié)構(gòu)圖和對應(yīng)的截面結(jié)構(gòu)示意圖中可以看出，密封圈1的橫截面為“匚”字型開口結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)用于包絡(luò)雙板極5，“匚”字型開口的兩內(nèi)側(cè)面和兩外側(cè)面上均對應(yīng)設(shè)置有至少2條突起的長水線9，各長水線9之間相互平行且上下平齊；兩條分別對應(yīng)設(shè)置于上、下兩內(nèi)側(cè)面上的長水線9之間的距離略小于雙極板5的厚度；在電池堆兩端端板上的螺栓擰緊后，正極板框2、密封圈1、雙極板5和負極板框3之間實現(xiàn)緊密貼合。

于上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在該液流電池用密封結(jié)構(gòu)中，密封圈1的長寬尺寸比雙極板5的長寬尺寸略小，這樣密封圈1在套合雙極板5后能與雙極板5緊密貼合。

作為一個優(yōu)選的技術(shù)方案，如圖3所示，在密封圈1“匚”字型開口的兩內(nèi)側(cè)面和/或兩外側(cè)面上相鄰的兩長水線9之間，布置有若干條垂直于兩長水線9方向的輔助水線7，該輔助水線7與極板框2和負極板框3接觸時可以防止密封圈內(nèi)部的液體泄漏。

作為一個優(yōu)選的技術(shù)方案，如圖2-3所示為密封圈1的整體和局部結(jié)構(gòu)示意圖，在該液流電池用密封結(jié)構(gòu)中，密封圈1外表面的四角位置和四邊上布置有若干個圓弧形定位結(jié)構(gòu)8，該定位結(jié)構(gòu)8在安裝密封圈1時被壓入凹槽6內(nèi)，產(chǎn)生微小的變形，同時使得密封圈1與凹槽6有一個壓力，壓力的存在使得密封圈1在垂直方向上的可能運動遇到很大的摩擦阻力。該定位結(jié)構(gòu)8保證了密封圈1與凹槽6四周的距離處于一個合適的范圍，既能固定密封圈1的水平位置，同時又能讓密封圈1緊密嵌在凹槽6內(nèi)，且不會在垂直方向上輕易脫離。

作為一個更優(yōu)選的技術(shù)方案，在該液流電池用密封結(jié)構(gòu)中，密封圈1的內(nèi)側(cè)邊上設(shè)有若干個凸起10，可以使得密封圈1內(nèi)側(cè)與可壓縮電極4良好接觸，進一步防止內(nèi)部漏液。

作為本發(fā)明的一個更優(yōu)選的技術(shù)方案，為了測量液流電池組中每對單電池的電壓，雙極板5需要有一個向外伸出的抽頭。與此相對應(yīng)的，密封圈1需要增加一個開口的抽頭密封結(jié)構(gòu)。如圖4-5所示，在密封圈1外表面上設(shè)有一個與凹槽6連通的“凸”字形插頭11，“凸”字形插頭11的上端設(shè)有開口12。雙層結(jié)構(gòu)的“凸”字形插頭11是為雙板極5抽頭的密封而專門設(shè)計的；在“凸”字形結(jié)構(gòu)插頭11的上方設(shè)有開口12，用以讓雙板極5的抽頭穿過插頭11從開口12中伸出，開口12的寬度與高度略大于雙板極5上抽頭處的寬度與厚度。

作為一個優(yōu)選的技術(shù)方案，如圖2所示，密封圈1是采用模具整體注塑而成的一體式結(jié)構(gòu)，可有效降低了生產(chǎn)成本。此外，為了適應(yīng)于長期的高溫和酸性工作環(huán)境，密封圈采用三元乙丙橡膠或氟橡膠材質(zhì)，硬度為邵氏60～75度，可在10～100℃溫度范圍內(nèi)工作性能穩(wěn)定，耐老化性能優(yōu)異，電絕緣性良好，而且該材料的性價比高，可以在不提高成本的前提下大幅度提高密封性能。

下面通過具體實施例對本發(fā)明進行詳細和具體的介紹，以使更好的理解本發(fā)明，但是下述實施例并不限制本發(fā)明范圍。

實施例一如圖1-3所示，本實施例一密封圈1的材料選擇為三元乙丙橡膠，硬度為邵氏60～75度；密封圈1為“□”字型整體結(jié)構(gòu)，由注塑工藝成型，其自由厚度略大于板框上凹槽6的深度，密封圈1內(nèi)部的長寬尺寸比雙極板5的尺寸略小。如圖1或3所示，該密封圈1的截面為“匚”字型開口結(jié)構(gòu)，開口內(nèi)側(cè)用于包絡(luò)雙板極5，開口的上、下兩內(nèi)側(cè)面和兩外側(cè)共4個面上共設(shè)有8條(4排2列)突起的長水線9，兩列長水線9的位置上下平齊。在密封圈1上、下外側(cè)面的兩條長水線9之間，設(shè)置若干條垂直方向的輔助水線7，可以防止密封圈1內(nèi)部的液體泄漏。密封圈1“匚”字型開口的兩內(nèi)側(cè)面和兩外側(cè)面每個面上的長水線9之間上下平齊布置，使得密封圈1工作時對雙極板5產(chǎn)生垂直方向的擠壓而不是彎曲或剪切作用。由于雙極板5材料的抗壓強度大于其抗彎強度及抗剪強度，采用布置長水線9的方式對雙極板5產(chǎn)生的損壞可能更小，提高了密封的可靠性。

此外，在密封圈1的四角與四邊設(shè)有若干個圓弧形定位結(jié)構(gòu)8。這樣，密封圈1的長寬方向上的總體尺寸略大于板框上凹槽6的尺寸。

此外，如圖3所示，密封圈1的內(nèi)側(cè)邊上設(shè)有若干個凸起10，可以使得密封圈1內(nèi)側(cè)與可壓縮電極4良好接觸，進一步防止內(nèi)部漏液。

安裝時，先將密封圈1在水平方向上往外輕拉，套合上雙極板5，利用橡膠的回彈力使密封圈1開口的內(nèi)側(cè)與雙極板5緊密貼合。然后，將密封圈1一邊先放入板框凹槽6，略用力擠壓這一側(cè)的圓弧定位結(jié)構(gòu)8，接著放平密封圈1，將另一側(cè)按入板框凹槽6。最后將各個圓弧定位結(jié)構(gòu)8都按入凹槽6內(nèi)，整平密封圈1，使其與板框凹槽6四周的距離合適。由于密封圈1與凹槽6在水平方向上有相互壓力，密封圈1能緊密嵌在凹槽6內(nèi)，且不會在垂直方向上輕易脫離。

在電堆所有板框組件安裝完成并用螺栓擰緊端板后，垂直方向傳遞來的壓力將密封圈1壓縮，密封圈1與雙極板5、板框2和3之間將緊密貼合，實現(xiàn)對電解液的良好密封。

經(jīng)測試采用本實施例一密封結(jié)構(gòu)的2kW-50對液流電池堆，在組裝后經(jīng)過120kPa氣壓測試，無泄漏現(xiàn)象；且在儲能系統(tǒng)中進行充放電循環(huán)測試180天以上，沒有出現(xiàn)電解液現(xiàn)象。以上實例證明，該實施例一的密封結(jié)構(gòu)能有效保證液流電池的安全性和可靠性。

實施例二如圖4-5所示，本實施例二密封圈1的材料選擇為氟橡膠，硬度為邵氏60～75度。密封圈1為“□”字型結(jié)構(gòu)，密封圈1的一短邊中部設(shè)有雙極板抽頭的密封結(jié)構(gòu)抽頭11，該密封圈1整體由注塑工藝成型，其自由厚度略大于板框上凹槽6的深度；該密封圈1內(nèi)部的長寬尺寸比雙極板5的尺寸略小；密封圈1的截面為“匚”字型結(jié)構(gòu)，開口內(nèi)側(cè)用于包絡(luò)雙板極5，開口的上、下兩內(nèi)側(cè)面和兩外側(cè)共4個面上共設(shè)有8條(4排2列)突起的長水線9，兩列長水線9的位置上下平齊。在密封圈1上、下兩外側(cè)面上的兩條長水線9之間，設(shè)置若干條垂直方向的輔助水線7，輔助水線7的布置可以防止密封圈1內(nèi)部的液體泄漏。各個面上的長水線9上下對應(yīng)平齊布置，使得密封圈工作時對雙極板5產(chǎn)生垂直方向的擠壓而不是彎曲或剪切作用。由于雙極板5材料的抗壓強度大于抗彎和抗剪強度，長水線9的這種布置方式對雙極板5產(chǎn)生的損壞可能更小，提高了密封的可靠性。密封圈1的四角與四邊設(shè)有若干個圓弧形定位結(jié)構(gòu)8，這樣，需使得密封圈1長寬方向上的總體尺寸略大于板框上凹槽6的尺寸。

安裝時，先將雙極板5的抽頭小心穿出密封圈“凸”字形結(jié)構(gòu)插頭11的開口12，將這一短邊的密封圈套合住雙極板5；然后將密封圈1兩長邊和另一短邊往外輕拉，套合上整個雙極板5，利用橡膠的回彈力使密封圈1開口的內(nèi)側(cè)與雙極板5緊密貼合。然后，將密封圈1一邊先放入板框凹槽6內(nèi)，略用力擠壓這一側(cè)的圓弧定位結(jié)構(gòu)8，接著放平密封圈1，將另一側(cè)按入板框凹槽6內(nèi)。最后將各個圓弧定位結(jié)構(gòu)8都按入凹槽6內(nèi)，整平密封圈1，使密封圈1的四邊與板框凹槽6四周的距離合適。由于密封圈1與板框凹槽6在水平方向上有相互壓力，密封圈1能緊密嵌在凹槽6內(nèi)不會在垂直方向上輕易脫離。

在電堆所有板框組件安裝完成并用螺栓擰緊端板后，垂直方向傳遞來的壓力將密封圈1壓縮，密封圈1與雙極板5、板框2和3之間將緊密貼合，實現(xiàn)對電解液的良好密封。

經(jīng)測試采用本實施例二密封結(jié)構(gòu)的2kW-40對液流電池堆，在組裝后經(jīng)過120kPa氣壓測試，無泄漏現(xiàn)象；在儲能系統(tǒng)中進行充放電循環(huán)測試150天以上，沒有出現(xiàn)電解液現(xiàn)象。以上實例證明，本實施例二的密封結(jié)構(gòu)能有效保證液流電池的安全性和可靠性。

綜上所述，本發(fā)明提供的液流電池用密封結(jié)構(gòu)，可有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中密封圈結(jié)構(gòu)上的缺陷，避免在密封圈工作時對雙極板產(chǎn)生彎曲和剪切應(yīng)力，減小雙極板破損的可能性，提高密封結(jié)構(gòu)的可靠性；解決密封圈在板框凹槽內(nèi)的定位與固定問題，防止內(nèi)外漏，增加簡易的自定位結(jié)構(gòu)；所采用的密封圈材料更適合于高溫和強酸環(huán)境。而且其結(jié)構(gòu)簡單、材料優(yōu)質(zhì)、工藝可行、安裝方便、性能穩(wěn)定，有利于液流電池堆的大規(guī)模生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景和良好的市場潛力。

以上對本發(fā)明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實施例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對本發(fā)明進行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。