隔膜固定裝置和液流電池電堆的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及液流電池領(lǐng)域，具體而言，涉及隔膜固定裝置和液流電池電堆。
【背景技術(shù)】
[0002]液流電池是一種新的蓄電池，液流電池是利用正負(fù)極電解液分開，各自循環(huán)的一種高性能蓄電池，具有容量高、使用領(lǐng)域廣、循環(huán)使用壽命長的特點(diǎn)，是目前的一種新能源產(chǎn)品。其中，隔膜，即離子交換膜是液流電池的重要組成部分，要求具備高離子選擇性、高離子傳導(dǎo)率及良好的化學(xué)穩(wěn)定性。
[0003]由于在組裝液流電池電堆時需要將隔膜的位置固定，因此在隔膜上設(shè)置有用于使電解液通過的通孔，在液流電池電堆反復(fù)拆卸過程中及電解液流動過程中，會對隔膜的通孔造成一定程度的損壞，從而破壞隔膜的性能，此時必須更換隔膜，而隔膜的成本很高，隔膜更換會提高液流電池電堆的成本，同時會造成資源的浪費(fèi)。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型提供了一種隔膜固定裝置和液流電池電堆，使上述問題得到改善。
[0005]本實用新型是這樣實現(xiàn)的:
[0006]一種隔膜固定裝置，包括:
[0007]固定邊框，所述固定邊框為框架結(jié)構(gòu)，所述固定邊框的四周設(shè)置有至少兩個第一通孔；
[0008]隔膜，所述隔膜為離子交換膜，所述隔膜設(shè)置在所述固定邊框的內(nèi)部，所述隔膜的邊緣與所述固定邊框固定，所述第一通孔的圓心到所述隔膜的邊緣的距離小于或等于所述第一通孔的半徑。
[0009]固定邊框用于使隔膜固定，框架結(jié)構(gòu)的固定邊框僅僅與隔膜的邊緣固定，既可以確保液流電池電堆組裝完畢后結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，又不影響隔膜的正常作用面積，使離子可以順利透過隔膜，第一通孔用于使電解液通過，使用螺栓將固定邊框與其他結(jié)構(gòu)連接固定；第一通孔的圓心到隔膜的邊緣的距離小于或等于第一通孔的半徑是指隔膜邊緣上的各點(diǎn)與第一通孔的圓心之間的距離，此時隔膜位于第一通孔的外部，即電解液通過第一通孔時不會與隔膜接觸，從而不會對隔膜造成破壞，液流電池電堆拆卸過程中隔膜也不容易被破壞。固定邊框的質(zhì)地較硬，第一通孔不容易損壞，有效延長部件的使用壽命；并且，即使第一通孔損壞導(dǎo)致固定邊框失效，只需要將隔膜從固定邊框上取下并安裝到一個新的固定邊框上即可繼續(xù)使用，隔膜的壽命大幅度延長，而固定邊框的造價較低，降低液流電池電堆的成本，節(jié)約資源。此外，由于隔膜的外部增設(shè)了固定邊框，致使隔膜的面積可以縮小，降低液流電池電堆的制作成本。
[0010]進(jìn)一步地，所述固定邊框為板狀，所述第一通孔貫穿所述固定邊框，所述固定邊框的內(nèi)部設(shè)置有環(huán)狀的臺階，所述隔膜的一側(cè)四周與所述臺階貼合。
[0011]板狀的固定邊框與其他結(jié)構(gòu)接觸時可以更加緊密地貼合，臺階呈環(huán)狀，可以看作在固定邊框的中間部分設(shè)置有階梯孔，階梯孔可以為任意形狀，如圓形、矩形，優(yōu)選為矩形；隔膜的一側(cè)四周與臺階貼合并固定，可以增大二者的接觸固定面積，不容易分離，確保正常使用時結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且可以將隔膜嵌入到固定邊框內(nèi)，固定邊框和其他結(jié)構(gòu)之間可以緊密貼合，不容易出現(xiàn)縫隙。
[0012]進(jìn)一步地，所述隔膜的厚度小于所述臺階的高度，所述臺階處設(shè)置有固定圈，所述固定圈為框架狀，所述固定圈與所述隔膜的遠(yuǎn)離所述臺階的一側(cè)貼合，所述固定圈與所述臺階卡合，所述固定圈的遠(yuǎn)離所述隔膜的一側(cè)與所述固定邊框的側(cè)面位于同一平面內(nèi)。
[0013]隔膜與固定邊框的固定方式多種多樣，既可以通過粘接，也可以采用其他方式。隔膜貼合在臺階上后，使用固定圈固定，固定圈和臺階共同作用將隔膜的邊緣壓緊固定，固定方式非常簡單，并且需要更換固定邊框時，直接將固定圈和固定邊框分離并取下隔膜即可，減少因粘接等對隔膜的損傷或隔膜難以取下，延長隔膜的使用壽命、提高隔膜的更換及安裝效率。
[0014]進(jìn)一步地，所述固定邊框為矩形，所述第一通孔為四個且分別設(shè)置在所述固定邊框的四個角。
[0015]四個第一通孔內(nèi)均可以使電解液通過，固定邊框的四個角均被固定，液流電池電堆的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，可以選擇適當(dāng)?shù)牡谝煌资闺娊庖和ㄟ^，電解液的流通更加順暢，相鄰的結(jié)構(gòu)之間不容易出現(xiàn)縫隙。
[0016]進(jìn)一步地，所述固定邊框為塑料邊框。
[0017]塑料邊框的硬度較高，不容易被破壞，可以延長使用壽命，并且使得固定邊框的質(zhì)量較輕；塑料邊框的制作方便、成本較低，即使出現(xiàn)損壞，更換也非常簡單方便、節(jié)約成本。
[0018]一種液流電池電堆，包括:
[0019]液流電池用雙極板，所述雙極板設(shè)置有導(dǎo)流邊框和導(dǎo)電板，所述導(dǎo)流邊框為框架結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電板設(shè)置在所述導(dǎo)流邊框內(nèi)，所述導(dǎo)電板的厚度小于所述導(dǎo)流邊框的厚度，所述導(dǎo)流邊框的相對的兩端均設(shè)置有導(dǎo)流通道，所述導(dǎo)流邊框的四周設(shè)置有第二通孔，所述第一通孔與所述第二通孔對應(yīng)，所述導(dǎo)流通道均通過流道口與所述導(dǎo)電板連通；
[0020]上述的隔膜固定裝置，所述雙極板與所述隔膜固定裝置交替設(shè)置形成電堆組件；
[0021]兩個端板，兩個所述端板分別設(shè)置在所述電堆組件的兩端，兩個所述端板之間通過螺栓固定連接。
[0022]雙極板是液流電池的一個核心部件，由極場和流場組成，因為在液流電池電堆中，互相鄰接的電池單體需要共享電極板分別作為兩個相鄰電池單體的陽極和陰極，故此電極板通常稱為雙極板。導(dǎo)流邊框用于固定雙極板并提供導(dǎo)流通道，使電解液可以通過導(dǎo)流通道由導(dǎo)流邊框頂端的流道口進(jìn)入導(dǎo)電板與導(dǎo)流邊框形成的腔體，并從導(dǎo)流邊框的底端的流道口及導(dǎo)流通道流出；導(dǎo)電板的厚度小于導(dǎo)流邊框的厚度是為了確保導(dǎo)流邊框的兩側(cè)被導(dǎo)電板和隔膜封閉后會形成腔體，便于電解液流過。第二通孔用于使電解液流過并到達(dá)導(dǎo)流通道內(nèi)，螺栓將端板、雙極板和隔膜固定裝置固定，使液流電池電堆可以正常工作。
[0023]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電板和所述導(dǎo)流框架形成腔體，所述導(dǎo)流通道橫向設(shè)置在所述腔體的頂端和底端，所述腔體的頂端和底端均設(shè)置有多個所述流道口，所述導(dǎo)流通道通過所述流道口與所述腔體連通。
[0024]腔體的一側(cè)被隔膜封閉后形成相對密封的結(jié)構(gòu)，供電解液通過，導(dǎo)流通道橫向設(shè)置并通過多個流道口使電解液進(jìn)入腔體內(nèi)，導(dǎo)流口為多個并分布在導(dǎo)電板的頂部及底部，可以使電解液充滿腔體，進(jìn)出更加流暢。
[0025]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)流通道設(shè)置有主通道和輔助通道，所述主通道與所述輔助通道并排設(shè)置，所述主通道通過所述流道口與所述腔體連通，所述輔助通道的一端與所述主通道的一端連通。
[0026]輔助通道可以延長導(dǎo)流通道的長度，使電解液在雙極板中停留的時間更長，反應(yīng)更加充分，提高液流電池電堆的能量利用效率。
[0027]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電板由有機(jī)高分子復(fù)合導(dǎo)電材料制成。
[0028]有機(jī)高分子復(fù)合導(dǎo)電材料如碳/碳復(fù)合材料制成的導(dǎo)電板具有高導(dǎo)電率、高熱導(dǎo)率、質(zhì)量輕、耐高溫、強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使得雙極板的性能更好。
[0029]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)流邊框和所述導(dǎo)電板之間采用粘接或高溫注塑或常溫澆注固定連接。
[0030]目前，國內(nèi)外液流電池用的雙極板主要是通過密封圈壓緊的方式將導(dǎo)流邊框和導(dǎo)電板兩種組件組裝而成，這種方法的密封可靠性較差，導(dǎo)流邊框和導(dǎo)電板的結(jié)合處容易出現(xiàn)串液、漏液等情況，嚴(yán)重制約液流電池電堆的使用壽命。而粘接、高溫注塑和常溫澆注均可以使導(dǎo)流邊框和導(dǎo)電板之間形成一體結(jié)構(gòu)，二者之間的連接更加牢固，可以有效減少上述問題的發(fā)生，雙極板的可靠性更高、使用壽命更長，并且雙極板的安裝、維護(hù)方便，應(yīng)用前