專利名稱：一種用于釩電池材料和結(jié)構(gòu)測(cè)試評(píng)價(jià)的釩電池堆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種釩電池堆，特別是一種用于釩電池材料和結(jié)構(gòu)測(cè)試評(píng)價(jià)的釩電池堆。
背景技術(shù)：
全釩液流電池(以下簡(jiǎn)稱釩電池)是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動(dòng)態(tài)的氧化還原液流電池，最早是由澳大利亞新南威爾士大學(xué)的Maria Skyllas-Kazacos教授于1985年提出。全釩液流電池以五價(jià)釩和四價(jià)釩離子的硫酸溶液為正極電解液，以三價(jià)釩和二價(jià)釩離子的硫酸溶液為負(fù)極電解液，由離子交換膜隔開(kāi)。在對(duì)全釩液流電池進(jìn)行充放電過(guò)程中，正負(fù)極電解液在各自電極區(qū)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)釩離子價(jià)態(tài)的變化實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和釋放。釩電池由釩電池堆和含釩的電解液組成，釩電池堆決定了電池功率大小。釩電池堆由端板、集流體、雙極板、隔膜、密封圈以及電極等材料組成。在實(shí)際工作中，針對(duì)電堆材料和結(jié)構(gòu)的測(cè)試往往需要在釩電池堆中進(jìn)行實(shí)際充放電測(cè)試，以評(píng)價(jià)分析材料和結(jié)構(gòu)性能。據(jù)申請(qǐng)人所知，用于材料和結(jié)構(gòu)測(cè)試評(píng)價(jià)的釩電池堆原則上需要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于拆卸裝配，易于更換部件。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 101847724A (申請(qǐng)?zhí)?201010138682.4)公開(kāi)的《一種液流電池的雙極板框和電堆》，其采用內(nèi)外排布的兩層O形密封圈壓在離子交換膜和板框之間，形成迷宮式密封，在內(nèi)外排布的兩層O形密封圈以外區(qū)域，布置電解液通道并放置O形密封圈，在相對(duì)于離子交換膜的電極框的另一側(cè)布置電解液溝槽，該溝槽與雙極板彼此緊密接觸形成電解液流入或流出通道。該發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、完全避免陽(yáng)極電解液和陰極電解液之間因密封不嚴(yán)造成的交叉泄露問(wèn)題。申請(qǐng)人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，采用O形密封圈進(jìn)行密封，有一定的效果，但是針對(duì)需要經(jīng)常進(jìn)行拆卸用于測(cè)試的釩電池堆來(lái)說(shuō)，由于該結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，重新裝配時(shí)難免出現(xiàn)裝配一致性不易控制的問(wèn)題，因而需要采用新的密封結(jié)構(gòu)。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 101587959A (申請(qǐng)?zhí)?200810011542.3)公開(kāi)的《一種電極框及全釩液流儲(chǔ)能電池堆》，采用在液流框上刻流道的方式分配電解液，其不適用于進(jìn)行測(cè)試，如果需要調(diào)整電解液流道進(jìn)行測(cè)試，該結(jié)構(gòu)往往需要重新加工液流框，這樣會(huì)使得裝置的生產(chǎn)成本增加。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足進(jìn)行改進(jìn)，提出并研究一種用于釩電池材料和結(jié)構(gòu)測(cè)試評(píng)價(jià)的釩電池堆。其是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于拆卸和裝配，易于更換部件以及密封性能良好的釩電池堆。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是，其包含一個(gè)正半電池、一個(gè)負(fù)半電池、離子交換膜和緊固件，離子交換膜安裝在正半電池和負(fù)半電池之間，通過(guò)緊固件正半電池、離子交換膜、負(fù)半電池組合在一起，正半電池和負(fù)半電池均包括端板，端板配有進(jìn)液管和出液管，其特征在于，正半電池和負(fù)半電池均采用了導(dǎo)電塑料板、液流框、蓋片和電極，液流框設(shè)有環(huán)形密封條，蓋片上設(shè)有流道，電極和設(shè)有流道的蓋片裝在設(shè)有環(huán)形密封條的液流框上。[0007]其特征在于，液流框和環(huán)形密封條為整體部件。其特征在于，液流框上的環(huán)形密封條至少有兩個(gè)，環(huán)形密封條橫截面形狀為弧形或半圓形，高度最大為I毫米。其特征在于，液流框上的環(huán)形密封條之間的間距最小要大于5毫米。其特征在于，液流框設(shè)有安裝蓋片的蓋片凹槽及安裝電極的電極凹槽。其特征在于,蓋片與液流框安裝蓋片的蓋片凹槽完全吻合,蓋片蓋上后，蓋片與液流框表面相平，電解液通過(guò)蓋片上的流道流入液流框的內(nèi)框中。本實(shí)用新型依次按照端板、導(dǎo)電塑料板、內(nèi)置有電極的帶環(huán)形密封條和蓋片的液流框、密封圈、離子交換膜、密封圈、內(nèi)置有電極的帶環(huán)形密封條和蓋片的液流框、導(dǎo)電塑料板、端板的順序相互緊密疊加進(jìn)行組裝，在螺母、平墊及螺栓的壓緊力下組裝。本實(shí)用新型的創(chuàng)新點(diǎn)在于，1、采用液流框和密封條組合為整體部件，蓋片上刻流道，簡(jiǎn)化了釩電池堆結(jié)構(gòu)，便于拆卸和裝配，加工簡(jiǎn)單且更換成本低。2、采用至少兩個(gè)的環(huán)形密封條，保證了釩電池堆的密封效果；易于對(duì)電堆材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。3、采用液流框和密封條作為一個(gè)整體部件的方式，釩電池堆結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于裝配。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，部件易于更換，便于快速拆卸和裝配，易于材料和結(jié)構(gòu)的測(cè)試評(píng)價(jià)；零部件數(shù)量少，易于加工，密封性能良好。采用類似于O形密封圈的線密封特性的環(huán)形密封條進(jìn)行導(dǎo)電塑料板和液流框的密封，同時(shí)液流框和環(huán)形密封條為整體部件，簡(jiǎn)化了部件結(jié)構(gòu)，使其易于拆卸和裝配。一個(gè)液流框采用至少兩個(gè)的環(huán)形密封條，保證了本實(shí)用新型的密封效果；采用蓋片上刻流道代替液流框上刻流道的方式，一方面實(shí)現(xiàn)了部件更換成本降低，另一方面又使得部件加工簡(jiǎn)單，從而很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)釩電池堆電解液流道的評(píng)價(jià)。

圖1、本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)示意圖。圖2、本實(shí)用新型采用的部分組件安裝位置示意圖。圖3、本實(shí)用新型采用的液流框組件結(jié)構(gòu)(含液流框、電極、環(huán)形密封條及蓋片)示意圖。圖4、本實(shí)用新型采用的液流框與蓋片的位置示意圖。圖5、本實(shí)用新型采用的帶流道的蓋片示意結(jié)構(gòu)圖。圖中，1 一第二導(dǎo)電塑料板；2—第一導(dǎo)電塑料板；3—第一端板；4 一第二端板；5 —出液管；6—進(jìn)液管；7—第一液流框；8—第一密封圈；9一離子交換膜；10—第二密封圈；11 一第二液流框；12—平墊；13—螺栓；14一螺母；15—電極；16—第一環(huán)形密封條；17 —第二環(huán)形密封條；18 —固定孔；19一蓋片；20 —過(guò)液孔；21—流道；22 —蓋片凹槽；23—電極凹槽。
具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1、圖2、圖3、圖4及圖5所示，本實(shí)用新型包含一個(gè)正半電池、一個(gè)負(fù)半電池、離子交換膜9、緊固件，離子交換膜9安裝在正半電池和負(fù)半電池之間，通過(guò)緊固件正半電池、離子交換膜、負(fù)半電池縱緊密相疊組合在一起，成為一個(gè)整體。正半電池和負(fù)半電池均包括端板，端板配有進(jìn)液管6和出液管5，正半電池和負(fù)半電池均采用了導(dǎo)電塑料板、液流框、蓋片和電極及密封圈。液流框設(shè)有環(huán)形密封條，蓋片19上設(shè)有流道21，電極15和設(shè)有流道21的蓋片19裝在設(shè)有環(huán)形密封條的液流框上。環(huán)形密封條橫截面形狀為弧形或半圓形，高度最大為I毫米。液流框上的環(huán)形密封條之間的間距最小要大于5毫米。緊固件包括平墊12、螺栓13和螺母14。環(huán)形密封條采用了二個(gè)，包括第一環(huán)形密封條16、第二環(huán)形密封條17。正半電池采用的端板稱之為第一端板3，負(fù)半電池采用的端板稱之為第二端板4。正半電池采用的導(dǎo)電塑料板稱之為第一導(dǎo)電塑料板2，負(fù)半電池采用的導(dǎo)電塑料板稱之為第二導(dǎo)電塑料板I。正半電池采用的密封圈稱之為第一密封圈8，負(fù)半電池采用的密封圈稱之為第二密封圈10。正半電池采用的液流框稱之為第一液流框7，負(fù)半電池采用的液流框稱之為第二液流框11。第一液流框7和第二液流框11均設(shè)有第一環(huán)形密封條16、第二環(huán)形密封條17，同時(shí)也均安了電極15、設(shè)有流道21的蓋片19。蓋片19上有過(guò)液孔20，流道21與過(guò)液孔20相通。本實(shí)用新型具體包含:設(shè)有進(jìn)液管6和出液管5的第一端板3，設(shè)有進(jìn)液管6和出液管5的第二端板4，第一導(dǎo)電塑料板2、第二導(dǎo)電塑料板1，分別設(shè)置有第一環(huán)形密封條16、第二環(huán)形密封條17、電極15及蓋片19的第一液流框7和第二液流框11，離子交換膜9，及第一密封圈8，第二密封圈10。本實(shí)用新型由以上部件依次對(duì)齊，通過(guò)四套螺母14、平墊12及螺栓13的壓緊力相互疊加而成。裝配順序如下:設(shè)有進(jìn)液管6、出液管5的第一端板3，第一導(dǎo)電塑料板2，設(shè)有第一環(huán)形密封條16、第二環(huán)形密封條17并安裝有電極15及蓋片19的第一液流框7，第一密封圈8，離子交換膜9，第二密封圈10，設(shè)有第一環(huán)形密封條16、第二環(huán)形密封條17并安裝有電極15及蓋片19的第二液流框11，第二導(dǎo)電塑料板1，設(shè)有電解液進(jìn)液管6、出液管5的第二端板4。第二液流框11上的第一環(huán)形密封條16、第二環(huán)形密封條17、蓋片19及電極15的設(shè)置等同于第一液流框7上的第一環(huán)形密封條16、第二環(huán)形密封條17和蓋片19及電極15的設(shè)置。第一液流框7設(shè)有安裝蓋片19的蓋片凹槽22及安裝電極15的電極凹槽23。電極15及蓋片19安裝在第一液流框7中，蓋片19與第一液流框7中安裝蓋片19的蓋片凹槽22完全吻合，蓋片19蓋上后，蓋片19與第一液流框7表面相平，電解液通過(guò)蓋片19上的流道21流入第一液流框7的內(nèi)框中。蓋片19的流道21朝下，蓋住第一液流框7上對(duì)應(yīng)的蓋片凹槽22，并與之完全吻合，形成電解液在第一液流框7上流過(guò)的進(jìn)液口流道，同理形成第一液流框7上的出液口流道。第一導(dǎo)電塑料板2與第一液流框7之間的密封通過(guò)第一環(huán)形密封條16和第二環(huán)形密封條17實(shí)現(xiàn)。如圖2所示，實(shí)線箭頭走向?yàn)檎龢O電解液流動(dòng)方式，虛線箭頭走向?yàn)樨?fù)極電解液流動(dòng)方式。本實(shí)用新型中，正極電解液在正半電池中循環(huán)流動(dòng)，正極電解液經(jīng)過(guò)第一端板3上的進(jìn)液管6，依次穿過(guò)第一端板3、第一導(dǎo)電塑料板2，進(jìn)入第一液流框7的凹槽部分并在第一蓋片19形成的進(jìn)液口流道的導(dǎo)流下進(jìn)入第一液流框7的內(nèi)框，再依次通過(guò)由另一塊蓋片19形成的出液口流道、第一導(dǎo)電塑料板2及第一端板3，流出出液管5。圍繞進(jìn)出液口的5條圓弧槽組成流道21。[0030]負(fù)極電解液在負(fù)半電池中的流動(dòng)方式同正極電解液。實(shí)施例1:本實(shí)用新型由第一端板3、進(jìn)液管6、出液管5、第一導(dǎo)電塑料板2、第一液流框7、蓋片19、電極15、第一密封圈、離子交換膜9、第二密封圈10、第二液流框11、第二導(dǎo)電塑料板、第二端板4組成，第一端板3和第二端板4均配裝有進(jìn)液管6、出液管5，第一液流框7和第二液流框11均分別安裝電極15、蓋片19。蓋片19上設(shè)置了流道21。蓋片19上有過(guò)液孔20，流道21與過(guò)液孔20相通。第一液流框7和第二液流框11均設(shè)有環(huán)形密封條，環(huán)形密封條橫截面形狀為弧形或半圓形，高度最大為I毫米。液流框上的環(huán)形密封條之間的間距最小要大于5毫米。環(huán)形密封條采用了二個(gè)，一個(gè)環(huán)形密封條稱之為第一環(huán)形密封條16，另一個(gè)環(huán)形密封條稱為第二環(huán)形密封條17。第一端板3和第二端板4:材質(zhì)為有機(jī)玻璃，長(zhǎng)100毫米、寬100毫米、厚20毫米。第一導(dǎo)電塑料板2和第二導(dǎo)電塑料板1:材質(zhì)為摻碳氟橡膠，長(zhǎng)100毫米、寬100毫
米、厚4毫米。第一液流框7和第二液流框11:材質(zhì)為有機(jī)玻璃，外框長(zhǎng)100暈米、外框?qū)?00暈米，內(nèi)框長(zhǎng)50毫米、內(nèi)框?qū)?0毫米，厚4毫米，環(huán)形密封條高0.5毫米、間距5毫米，凹槽長(zhǎng)50毫米、寬15毫米、深3毫米。液流框和環(huán)形密封條為整體部件。第一液流框7采用二個(gè)蓋片19，稱之為第一蓋片和第二蓋片，第二液流框11采用二個(gè)蓋片19,稱之為第二蓋片和第四蓋片,第一蓋片、第二蓋片、第二蓋片、第四蓋片都米用相同的材質(zhì)加工制作，申請(qǐng)人推薦采用的材質(zhì)為有機(jī)玻璃，長(zhǎng)50毫米、寬15毫米、厚3毫米，流道深1.5毫米，蓋片19上的流道21由圍繞進(jìn)出液口的5條圓弧組成。電極15:采用市售石墨氈，長(zhǎng)50毫米、寬50毫米、厚5毫米。離子交換膜9:采用磺化聚合物復(fù)合膜，長(zhǎng)100毫米、寬100毫米、厚0.18毫米。第一密封圈8和第二密封圈10:采用硅橡膠，外框長(zhǎng)100毫米、外框?qū)?00毫米，內(nèi)框長(zhǎng)50暈米、內(nèi)框?qū)?0暈米，厚0.5暈米。由以上部件依次對(duì)齊，通過(guò)四套螺母14、平墊12及直徑6毫米的螺栓13的壓緊力相互疊加組裝成本實(shí)用新型。實(shí)施例2:本實(shí)用新型包括有第一端板3、進(jìn)液管6、出液管5、第一導(dǎo)電塑料板2、第一液流框7、蓋片19、電極15、第一密封圈、離子交換膜9、第二密封圈10、第二液流框11、第二導(dǎo)電塑料板、第二端板4在內(nèi)的多個(gè)零部件組成，第一端板3和第二端板4均配裝有進(jìn)液管6、出液管5，第一液流框7和第二液流框11均分別安裝電極15、蓋片19。蓋片19上設(shè)置了流道21。蓋片19上有過(guò)液孔20，流道21與過(guò)液孔20相通。第一液流框7和第二液流框11均設(shè)有環(huán)形密封條，環(huán)形密封條橫截面形狀為弧形或半圓形，高度最大為I毫米。液流框上的環(huán)形密封條之間的間距最小要大于5毫米。環(huán)形密封條采用了二個(gè)，一個(gè)環(huán)形密封條稱之為第一環(huán)形密封條16，另一個(gè)環(huán)形密封條稱為第二環(huán)形密封條17。第一端板3和第二端板4:材質(zhì)為有機(jī)玻璃，長(zhǎng)100毫米、寬100毫米、厚20毫米。第一導(dǎo)電塑料板2和第二導(dǎo)電塑料板1:材質(zhì)為摻碳氟橡膠，長(zhǎng)100毫米、寬100毫
米、厚4毫米。第一液流框7和第二液流框11:材質(zhì)為有機(jī)玻璃，外框長(zhǎng)100暈米、外框?qū)?00暈米，內(nèi)框長(zhǎng)50毫米、內(nèi)框?qū)?0毫米，厚5毫米，環(huán)形密封條高I毫米、間距5毫米，凹槽長(zhǎng)50毫米、寬15毫米、深4毫米。液流框和環(huán)形密封條為整體部件。第一蓋片和第二、第三、第四蓋片:材質(zhì)為有機(jī)玻璃，長(zhǎng)50毫米、寬15毫米、厚4毫米，流道深2毫米，流道21由圍繞進(jìn)出液口的7條圓弧槽組成。電極15:采用市售碳?xì)?，長(zhǎng)50毫米、寬50毫米、厚10毫米。離子交換膜9:采用杜邦Nafion-117，長(zhǎng)100毫米、寬100毫米、厚0.18毫米。第一密封圈8和第二密封圈10:采用硅橡膠，外框長(zhǎng)100毫米、外框?qū)?00毫米，內(nèi)框長(zhǎng)50暈米、內(nèi)框?qū)?0暈米，厚2暈米。依據(jù)圖1、圖2及圖3，由以上部件依次對(duì)齊，通過(guò)螺母14、平墊12及直徑6毫米的螺栓13的壓緊力相互疊加組裝成本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.一種用于釩電池材料和結(jié)構(gòu)測(cè)試評(píng)價(jià)的釩電池堆，其包含一個(gè)正半電池、一個(gè)負(fù)半電池、離子交換膜和緊固件，離子交換膜安裝在正半電池和負(fù)半電池之間，通過(guò)緊固件正半電池、離子交換膜、負(fù)半電池組合在一起，正半電池和負(fù)半電池均包括端板，端板配有進(jìn)液管和出液管，其特征在于，正半電池和負(fù)半電池均采用了導(dǎo)電塑料板、液流框、蓋片(19)和電極(15)，液流框設(shè)有環(huán)形密封條，蓋片(19)上設(shè)有流道(21)，電極(15)和設(shè)有流道(21)的蓋片(19)裝在設(shè)有環(huán)形密封條的液流框上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于釩電池材料和結(jié)構(gòu)測(cè)試評(píng)價(jià)的釩電池堆，其特征在于，液流框和環(huán)形密封條為整體部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于釩電池材料和結(jié)構(gòu)測(cè)試評(píng)價(jià)的釩電池堆，其特征在于，液流框上的環(huán)形密封條至少有兩個(gè)，環(huán)形密封條橫截面形狀為弧形或半圓形，高度最大為I毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于釩電池材料和結(jié)構(gòu)測(cè)試評(píng)價(jià)的釩電池堆，其特征在于，液流框上的環(huán)形密封條之間的間距最小要大于5毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于釩電池材料和結(jié)構(gòu)測(cè)試評(píng)價(jià)的釩電池堆，其特征在于，液流框設(shè)有安裝蓋片(19)的蓋片凹槽(22)及安裝電極(15)的電極凹槽(23)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于釩電池材料和結(jié)構(gòu)測(cè)試評(píng)價(jià)的釩電池堆，其特征在于，液流框設(shè)有安裝蓋片(19)的蓋片凹槽(22)及安裝電極(15)的電極凹槽(23)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于釩電池材料和結(jié)構(gòu)測(cè)試評(píng)價(jià)的釩電池堆，其特征在于，蓋片(19)與液流框安裝蓋片(19)的蓋片凹槽(22)完全吻合，蓋片(19)蓋上后，蓋片(19)與液流框表面相平，電解液通過(guò)蓋片(19)上的流道(21)流入液流框的內(nèi)框中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于釩電池材料和結(jié)構(gòu)測(cè)試評(píng)價(jià)的釩電池堆，其特征在于，蓋片19與液流框安裝蓋片19的蓋片凹槽(22)完全吻合，蓋片(19)蓋上后，蓋片(19)與液流框表面相平，電解液通過(guò)蓋片(19)上的流道(21)流入液流框的內(nèi)框中。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于釩電池材料和結(jié)構(gòu)測(cè)試評(píng)價(jià)的釩電池堆，其包含一個(gè)正半電池、一個(gè)負(fù)半電池、離子交換膜和緊固件，離子交換膜安裝在正半電池和負(fù)半電池之間，通過(guò)緊固件正半電池、離子交換膜、負(fù)半電池縱組合在一起，正半電池和負(fù)半電池均包括端板，端板配有進(jìn)液管和出液管，正半電池和負(fù)半電池均采用了導(dǎo)電塑料板、液流框、蓋片和電極，液流框設(shè)有環(huán)形密封條，蓋片上設(shè)有流道，電極和設(shè)有流道的蓋片裝在設(shè)有環(huán)形密封條的液流框上。優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于密封的密封件減少，便于拆卸和裝配；蓋片上的流道易于調(diào)整，易于實(shí)現(xiàn)不同流道對(duì)電解液分配均勻性的測(cè)試，同時(shí)其他材料也易于更換，適合對(duì)釩電池材料及結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。
文檔編號(hào)H01M8/02GK202917584SQ201220609739
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者李愛(ài)魁, 馬軍, 楊祥軍, 劉飛 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院