CN118156538A - 一种液流电池框的密封方法及密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液流电池框的密封方法及密封结构，涉及液流电池技术领域，一方面，该密封方法包括以下步骤：在两个液流电池框的密封面上涂覆第一设定厚度的UV胶，并预固化第一设定时间形成面密封胶层；在任一面密封胶层上涂覆内外两圈第二设定厚度的UV胶，并预固化第二设定时间形成外密封胶圈和内密封胶圈；将离子传导膜贴合在另一面密封胶层上，并将两个液流电池框的密封面相对且对应贴合，使离子传导膜位于外密封胶圈内并在内密封胶圈上。另一方面，该密封结构利用上述密封方法制得。通过该密封方法，解决了现有技术中，橡胶密封垫片弹性形变系数大、热熔胶热压过程中影响电池组件且容易溢胶，且电堆密封可靠性差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及液流电池技术领域，具体涉及一种液流电池框的密封方法及密封结构。
背景技术
液流电池系统作为一种大规模储能技术，由于其可靠性、安全性、选址自由、容量功率独立设计等优点，已受到广泛的关注。电堆作为液流电池系统的主要核心部件，其功率性能的好坏直接影响整个液流电池系统的可靠性、安全性和成本。
液流电池，尤其是需要离子传导膜隔离开的双液流电池。通常是由正极电极框、正极电极、离子传导膜、负极电极、负极电极框组成单电池的结构，每节单电池之间通过双极板连接在一起，在电路上串联在一起。上述的所有材料之间，往往设置橡胶密封垫片、密封胶或者热熔胶来实现密封。
热熔胶只能通过热压才能实现粘合，而液流电池组件受热容易变形，导致电池外观凹凸不平，且热熔胶在热压时会有溢胶产生，工人处理溢胶耗时较长，如溢胶清理不到位，容易堵塞流道。而橡胶密封垫片弹性形变系数大，密封时需要较大的压力才能确保密封的可靠性，而较大的压力容易造成电极框和离子传导膜的变形甚至破损，影响液流电池的平整度和结构强度，进而影响电堆的密封可靠性。
且通过橡胶密封垫片、密封胶或者热熔胶来实现密封，不仅成本高昂，而且生产效率较低，难以实现连续化、机械化生产。同时，上述的橡胶密封垫片也会随着运行时间的增长而出现老化、失去密封功能的现象，电堆的维修更是会加大成本的投入。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种液流电池框的密封方法及密封结构，以解决现有技术中，橡胶密封垫片弹性形变系数大、热熔胶热压过程中影响电池组件且容易溢胶，且电堆密封可靠性差的问题。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一方面，本申请提供一种液流电池框的密封方法，包括以下步骤：
在两个液流电池框的密封面上涂覆第一设定厚度的UV胶，并预固化第一设定时间形成面密封胶层；
在任一上述面密封胶层上涂覆内外两圈第二设定厚度的UV胶，并预固化第二设定时间形成外密封胶圈和内密封胶圈；
将离子传导膜贴合在另一上述面密封胶层上，并将两个上述液流电池框的密封面相对且对应贴合，使上述离子传导膜位于上述外密封胶圈内并在上述内密封胶圈上。
在一些可选的实施例中，上述外密封胶圈靠近上述液流电池框的外轮廓且形状相同，上述内密封胶圈靠近上述液流电池框用于暴露上述离子传导膜的镂空孔处，且与上述镂空孔形状相同。
在一些可选的实施例中，预固化形成上述面密封胶层时，紫外线灯的照射高度为35-45cm，预固化形成上述内密封胶圈和外密封胶圈时，紫外线灯的照射高度为45-50cm。
在一些可选的实施例中，上述第一设定厚度为0.15-0.3mm，上述第二设定厚度为0.1-0.25mm。
在一些可选的实施例中，上述第一设定时间为15-20S，上述第二设定时间为20-25S。
在一些可选的实施例中，上述预固化的照射剂量为13000-14500mj/cm2。
在一些可选的实施例中，在任一上述面密封胶层上，沿流道孔的周侧涂覆上述第二设定厚度的UV胶并预固化第二设定时间形成流道孔密封胶圈。
第二方面，本申请还提供一种液流电池框的密封结构，利用任一上述的密封方法制得，包括：
两个液流电池框和夹设在两个上述液流电池框之间的离子传导膜，在每一上述液流电池框的密封面上均设有第一设定厚度的面密封胶层，在任一上述面密封胶层上设有外密封胶圈和内密封胶圈；
其中，上述离子传导膜位于上述外密封胶圈内并在上述内密封胶圈上。
在一些可选的实施例中，上述外密封胶圈靠近上述液流电池框的外轮廓且形状相同，上述内密封胶圈靠近上述液流电池框用于暴露上述离子传导膜的镂空孔处，且与上述镂空孔形状相同。
在一些可选的实施例中，在任一上述面密封胶层上，沿流道孔的周侧设有第二设定厚度的流道孔密封胶圈。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
利用UV胶进行液流电池框的密封，从而可以通过控制UV胶的固化程度来控制胶体的流动性、弹性和粘性，从而减少使用热熔胶时的热压步骤，避免热压过程中对产品造成损伤，及橡胶密封垫片弹性形变系数大而造成密封所需压合力大的问题，且UV胶固化后收缩变形率小，不会造成离子传导膜的褶皱变形；通过面密封胶层，使得离子传导膜与液流电池框之间、两个液流电池框之间均可以良好密封，通过内密封胶圈和外密封胶圈可以补偿面密封胶层厚度偏薄的位置，提高密封的可靠性；通过两次预固化，且控制预固化的时间不同、照射高度不同，控制胶体的预固化程度，提高离子传导膜与液流电池框之间、两个液流电池框之间的密封效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种液流电池框的密封结构中液流电池框与离子传导膜的密封结构示意图；
图2为本发明一种液流电池框的密封结构中面密封胶层、外密封胶圈和内密封胶圈的结构示意图。
图中：1、液流电池框；10、流道孔；11、面密封胶层；12、外密封胶圈；13、内密封胶圈；14、流道孔密封胶圈；15、镂空孔；2、离子传导膜。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
如图1所示，为液流电池的液流电池框1。在液流电池框1的中部开设有用于暴露离子传导膜2的镂空孔15。离子传导膜2放置在镂空孔15处，并将整个镂空孔15完全覆盖，然后将离子传导膜2和液流电池框1、两个液流电池框1进行密封连接。
为了使离子传导膜2和液流电池框1在密封连接时，离子传导膜2保持平整，且密封可靠，因此，一方面，本申请提供一种液流电池框的密封方法，包括以下步骤：
S1：在两个液流电池框1的密封面上涂覆第一设定厚度的UV胶，并预固化第一设定时间形成面密封胶层11。
可以理解，面密封胶层11是涂覆在液流电池框1的密封面上。在本例中，可采用丝网印刷涂布的方式，将印刷网板架好后，设定印刷参数，从而将第一设定厚度的UV胶涂覆在液流电池框1的密封面上。
需要说明的是，涂覆面密封胶层11之前，应确保液流电池框1的密封面上没有杂质。在面密封胶层11涂覆完成后，进行预固化，预固化后的面密封胶层11还具有一定的弹性和粘性，但基本无流动性。
在本例中，液流电池框1可采用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、PP、PE、PVC塑料、石墨、金属等一种材料或者多种材料构成的复合材料。其中PEN具有优良的力学性能、化学稳定性及气体阻隔性能，PI具有良好的机械性能和介电性能等，这两种材料易于用UV胶粘合，达到良好的密封效果。
在一些可选的实施例中，上述面密封胶层11的第一设定厚度为0.15-0.3mm。
S2：在任意一个上述面密封胶层11上涂覆内外两圈第二设定厚度的UV胶，并预固化第二设定时间形成外密封胶圈12和内密封胶圈13。
也就是说，如图2所示，在其中一个液流电池框1的面密封胶层11上，涂覆外密封胶圈12和内密封胶圈13。另一个液流电池框1的面密封胶层11不涂覆。在涂覆内外两圈第二设定厚度的UV胶后，进行第二次预固化，此次预固化使得面密封胶层11、外密封胶圈12和内密封胶圈13还具有一定的弹性和粘性，为后续密封连接做准备。
在本例中，将印刷网板架好并设定印刷参数，从而将第二设定厚度的UV胶涂覆在面密封胶层11上。
在一些可选的实施例中，上述外密封胶圈12靠近上述液流电池框1的外轮廓且形状相同，上述内密封胶圈13靠近上述液流电池框1用于暴露上述离子传导膜2的镂空孔15处，且与上述镂空孔15形状相同。
在本例中，由于液流电池框1为矩形框，其中部用于暴露离子传导膜2的镂空孔15也为矩形。因此，外密封胶圈12和内密封胶圈13均为矩形，且呈“回”字形布置在面密封胶层11上。
优选的，上述第二设定厚度为0.1-0.25mm。
S3：将离子传导膜2贴合在另一上述面密封胶层11上，并将两个上述液流电池框1的密封面相对且对应贴合，使上述离子传导膜2位于上述外密封胶圈12内并在上述内密封胶圈13上。
可以理解，由于液流电池框1的本身结构特性，在涂覆UV胶时，越靠近液流电池框1的外轮廓及靠近镂空孔15的内轮廓处，面密封胶层11的厚度相较于其他位置较薄，因此在密封时无法保证密封效果。为了使离子传导膜2与液流电池框1密封连接时能够达到密封要求，通过内密封胶圈13进行厚度的补偿及密封性能的提升。由此可见，内密封胶圈13的涂覆位置位于面密封胶层11靠近镂空孔15的厚度偏薄的位置，且内密封胶圈13的尺寸大小小于等于离子传导膜2的尺寸大小。同理，外密封胶圈12位于面密封胶层11靠近液流电池框1的外轮廓处厚度偏薄的位置，且外密封胶圈12的尺寸大小大于离子传导膜2的尺寸大小。
由于UV胶在预固化后，基本无流动性，且固化的程度可以通过紫外灯光的照射时间、照射强度及照射高度来进行控制，因此无需担心溢胶问题，且紫外灯对液流电池的结构不会造成影响。另一方面，UV胶随着固化程度越高，其弹性形变系数会逐渐增大，且UV胶固化后收缩变形率小，因此，也可以通过控制UV胶的固化程度使离子传导膜2在与内密封胶圈13密封连接时，不会因为内密封胶圈13的不均匀形变而造成离子传导膜2褶皱变形。
因此，在一些可选的实施例中，预固化形成上述面密封胶层11时，紫外线灯的照射高度为35-45cm，预固化形成上述内密封胶圈13和外密封胶圈12时，紫外线灯的照射高度为45-50cm。
可以理解，随着紫外线灯的照射高度逐渐增大，其强度也逐渐减弱且照射范围逐渐增大。由于对内密封胶圈13和外密封胶圈12进行预固化时，面密封胶层11已经预固化一次了，在同线密封胶圈进行第二次预固化时，提升紫外线的照射高度，使得面密封胶层11的第二次预固化强度较弱，以避免面密封胶层11被完全固化。
在一些可选的实施例中，上述第一设定时间为15-20S，上述第二设定时间为20-25S。
同理，通过控制紫外线灯的照射时间，控制预固化的程度。
在一些可选的实施例中，上述预固化的照射剂量为13000-14500mj/cm2。
可以理解，在每一次的预固化过程中，应保持预固化的照射剂量一致，通过调整预固化时间和照射高度控制预固化强度。
在一些可选的实施例中，在任一上述面密封胶层11上，沿流道孔10的周侧涂覆上述第二设定厚度的UV胶并预固化第二设定时间形成流道孔密封胶圈14。
也就是说，在每一个流道孔10的周侧通过流道孔密封胶圈14补偿面密封胶层11厚度偏薄的位置，从而确保流道孔10的密封性。
在一些可选的实施例中，将两个上述液流电池框1的密封面相对且对应贴合后，再对面密封胶层11、内密封胶圈13和外密封胶圈12进行完全固化。
另一方面，本申请还提供一种液流电池框的密封结构，利用任一上述的密封方法制得，包括两个液流电池框1和夹设在两个上述液流电池框1之间的离子传导膜2，在每一上述液流电池框1的密封面上均设有第一设定厚度的面密封胶层11，在任一上述面密封胶层11上设有外密封胶圈12和内密封胶圈13；其中，上述离子传导膜2位于上述外密封胶圈12内并在上述内密封胶圈13上。
可以理解，由于液流电池框1的本身结构特性，在涂覆UV胶时，越靠近液流电池框1的外轮廓及靠近镂空孔15的内轮廓处，面密封胶层11的厚度相较于其他位置较薄，因此在密封时无法保证密封效果。为了使离子传导膜2与液流电池框1密封连接时能够达到密封要求，通过外密封胶圈12和内密封胶圈13进行厚度的补偿及密封性能的提升。
同时，UV胶在预固化后，基本无流动性，且固化的程度可以通过紫外灯光的照射时间、照射强度及照射高度来进行控制，因此无需担心溢胶问题，且紫外灯对液流电池的结构不会造成影响。预固化后的UV胶还具有一定的弹性和粘性，因此可以在涂覆UV胶并预固化后直接进行电池的压合组装，无需进行热压，可以保持电池组装的高效性，且压合时UV胶形变系数高，因此不会出现溢胶的情况，也不会由于胶体的流动或固化后收缩形变使胶层凹凸不平，造成离子传导膜2的褶皱。
在一些可选的实施例中，上述第一设定厚度为0.15-0.3mm，上述第二设定厚度为0.1-0.25mm。
在一些可选的实施例中，上述外密封胶圈12靠近上述液流电池框1的外轮廓且形状相同，上述内密封胶圈13靠近上述液流电池框1用于暴露上述离子传导膜2的镂空孔15处，且与上述镂空孔15形状相同。
在本例中，由于液流电池框1为矩形框，其中部用于暴露离子传导膜2的镂空孔15也为矩形。因此，外密封胶圈12和内密封胶圈13均为矩形，且呈“回”字形布置在面密封胶层11上。内密封胶圈13的位于面密封胶层11靠近镂空孔15的厚度偏薄的位置，且内密封胶圈13的尺寸大小小于等于离子传导膜2的尺寸大小。外密封胶圈12位于面密封胶层11靠近液流电池框1的外轮廓处厚度偏薄的位置，且外密封胶圈12的尺寸大小大于离子传导膜2的尺寸大小。
在一些可选的实施例中，在任一上述面密封胶层11上，沿流道孔10的周侧设有上述第二设定厚度的流道孔密封胶圈14。
也就是说，在每一个流道孔10的周侧通过流道孔密封胶圈14补偿面密封胶层11厚度偏薄的位置，从而确保流道孔10的密封性。
本发明的一种液流电池框的密封方法及密封结构，利用UV胶进行液流电池框的密封，从而可以通过控制UV胶的固化程度来控制胶体的流动性、弹性和粘性，从而减少使用热熔胶时的热压步骤，避免热压过程中对产品造成损伤，及橡胶密封垫片弹性形变系数大而造成密封所需压合力大的问题，且UV胶固化后收缩变形率小，不会造成离子传导膜2的褶皱变形；通过面密封胶层11，使得离子传导膜2与液流电池框1之间、两个液流电池框1之间均可以良好密封，通过内密封胶圈13和外密封胶圈12可以补偿面密封胶层11厚度偏薄的位置，提高密封的可靠性；通过两次预固化，且控制预固化的时间不同、照射高度不同，控制胶体的预固化程度，提高离子传导膜2与液流电池框1之间、两个液流电池框1之间的密封效果。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种液流电池框的密封方法，其特征在于，包括以下步骤：
在两个液流电池框(1)的密封面上涂覆第一设定厚度的UV胶，并预固化第一设定时间形成面密封胶层(11)；
在任一所述面密封胶层(11)上涂覆内外两圈第二设定厚度的UV胶，并预固化第二设定时间形成外密封胶圈(12)和内密封胶圈(13)；
将离子传导膜(2)贴合在另一所述面密封胶层(11)上，并将两个所述液流电池框(1)的密封面相对且对应贴合，使所述离子传导膜(2)位于所述外密封胶圈(12)内并在所述内密封胶圈(13)上。
2.如权利要求1所述的密封方法，其特征在于，所述外密封胶圈(12)靠近所述液流电池框(1)的外轮廓且形状相同，所述内密封胶圈(13)靠近所述液流电池框(1)用于暴露所述离子传导膜(2)的镂空孔(15)处，且与所述镂空孔(15)形状相同。
3.如权利要求1所述的密封方法，其特征在于，预固化形成所述面密封胶层(11)时，紫外线灯的照射高度为35-45cm，预固化形成所述内密封胶圈(13)和外密封胶圈(12)时，紫外线灯的照射高度为45-50cm。
4.如权利要求1所述的密封方法，其特征在于，所述第一设定厚度为0.15-0.3mm，所述第二设定厚度为0.1-0.25mm。
5.如权利要求1所述的密封方法，其特征在于，所述第一设定时间为15-20S，所述第二设定时间为20-25S。
6.如权利要求1所述的密封方法，其特征在于，所述预固化的照射剂量为13000-14500mj/cm2。
7.如权利要求1所述的密封方法，其特征在于，在任一所述面密封胶层(11)上，沿流道孔(10)的周侧涂覆所述第二设定厚度的UV胶并预固化第二设定时间形成流道孔密封胶圈(14)。
8.一种液流电池框的密封结构，其特征在于，利用如权利要求1-7任一所述的密封方法制得，包括：
两个液流电池框(1)和夹设在两个所述液流电池框(1)之间的离子传导膜(2)，在每一所述液流电池框(1)的密封面上均设有第一设定厚度的面密封胶层(11)，在任一所述面密封胶层(11)上设有外密封胶圈(12)和内密封胶圈(13)；
其中，所述离子传导膜(2)位于所述外密封胶圈(12)内并在所述内密封胶圈(13)上。
9.如权利要求8所述的密封结构，其特征在于，所述外密封胶圈(12)靠近所述液流电池框(1)的外轮廓且形状相同，所述内密封胶圈(13)靠近所述液流电池框(1)用于暴露所述离子传导膜(2)的镂空孔(15)处，且与所述镂空孔(15)形状相同。
10.如权利要求8所述的密封结构，其特征在于，在任一所述面密封胶层(11)上，沿流道孔(10)的周侧设有第二设定厚度的流道孔密封胶圈(14)。
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