Integreret design af flowkanalramme og pakning med flowbatteri under to-farvet injektionsstøbningsproces

Redox Flow Batteryer en langvarig energilagringsteknologi, der er egnet til storstilet anvendelse, sikker, stabil, grøn og miljøvenlig. Flow Channel -rammen er en nøglekomponent i strømningsbatteriet. Det har den vigtige rolle at tilvejebringe elektrolytstrømningskanal, understøtte andre komponenter og forsegling og er normalt støbt ved injektionsstøbning. Baseret på den to-farvede injektionsstøbningsproces designer Vet Energy en integreret struktur af flowkanalramme og pakning. Strukturen kan bruge modificeret polypropylen som flowkanalramme kropsmateriale og dynamisk vulkaniseret termoplastisk elastomer som pakningsmaterialet og er støbt ved hjælp af to-farve injektionsstøbningsproces.

Veterinærenergi bestemmer også muligheden for materialevalg og injektionsstøbningsproces gennem simuleringsanalyse og udfører injektionsstøbningstest for at opnå et ideelt flowkanalramme-gasket integreret produkt med en varpage på mindre end 1 mm. Endelig samles produktet i et enkelt batteri. Efter 40 cyklusser med ladning og udladningspræstationstest viser resultaterne, at den elektrokemiske ydeevne ikke er dæmpet, og der er ingen lækage eller deformation.

Flow Channel -rammen spiller en ekstremt vigtig rolle i batteri stakken. Det er en bærer til cirkulation af elektrolyt i batteriet. Det giver ikke kun support- og samlepositioner til forskellige komponenter i batteri -stakken, men giver også en ensartet elektrolytstrømningskanal, samtidig med at de opfylder tætningskravene. Med udvidelsen af ​​omfanget afFlowbatteriEnergilagringsapplikationer, kvalitetsstabiliteten og produktionseffektiviteten af ​​flowkanalrammen er især vigtige.

Konventionelle flowkanalrammer produceres ved injektionsstøbning. De fleste af materialerne er almindelige plast, såsom polypropylen og polyethylen. Efter injektionsstøbning installeres gummipakninger eller pakninger manuelt eller automatisk. Denne produktions- og monteringsmetode er ikke egnet til storstilet flowkanalrammeproduktion.

Vet Energy foreslår et nyt integreret design af flowkanalramme og forseglingspakning til væskeFlowbatteriBaseret på to-farve injektionsstøbningsproces. Dette design bruger modificeret polypropylenmateriale som hovedlegemet i one-shot flow-kanalrammen og EPDM/PP dynamisk vulkaniseret termoplastisk elastomermateriale som den anden shot tætningspakning. Vet Energy designer først den integrerede struktur af flowkanalrammen og forseglingspakningen baseret på kravene i den to-farvede injektionsstøbningsproces og bestemmer derefter materialet, formportpositionen og -mængden gennem simuleringsanalyse. Efterfølgende gennem eksperimentel verifikationvæskestrømbatterider opfylder brugskravene opnås. Endelig er batteri-flowkanalrammen installeret i et batteri, og efter en langvarig ladnings- og udladningstest viser resultaterne, at batteriets ydelse er god, og der er ingen lækage og deformation.

01 To-farve injektionsstøbningsproces

To-farves injektionsstøbning er en plastikinjektionsstøbningsproces, der både er almindelig og har et højt teknisk indhold. Det indsprøjter to plastmaterialer af forskellige plastmaterialer eller det samme plastmateriale, men forskellige farver sammen for at danne et injektionsstøbt produkt. Fordelene ved støbning af to farver injektion inkluderer høj produktpræcision, stabil kvalitet, god strukturel styrke og god holdbarhed.

To-farve injektionsstøbning kan opnås ved to injektioner ved hjælp af en almindelig injektionsstøbemaskine eller ved hjælp af en to-farve injektionsstøbemaskine til at fuldføre injektionsstøbningen af ​​to forskellige plastik på den samme maskine. Førstnævnte kræver ikke højt udstyr, men har lav produktionseffektivitet og dårlig præcision. Sidstnævnte har en bred vifte af applikationer og god produktkvalitet, høj produktionseffektivitet, som er den aktuelle tendens og metoden, der skal vedtages i denne artikel: De specifikke arbejdstrin er vist i figur 1. Materialerøret 1 i injektionsstøbemaskinen indsprøjter råmateriale A i det nederste formhulrum for at danne det første skudprodukt. Når formen er åbnet, roterer maskinen 180 ° i planet og roterer den nederste form til toppen. Derefter indsprøjtes råmateriale B i det øverste formhulrum gennem materialerør 2 for at danne det andet skudprodukt. På samme tid fortsætter materialør 1 med at injicere råmateriale A i det nedre formhulrum.

02 Valg af injektionsstøbematerialer

Valget af injektionsstøbematerialer til flowbatteri Flow Channel Frame skal opfylde følgende krav:

(1) Materialet kan tilpasse sig driftstemperaturområdet for strømningsbatteriet (50 ~ 70 ℃)

(2) materialet skal have stærk modstand mod aldring, stærk syre og andre kemiske medier;

(3) Både flowkanalens rammekropsmateriale og tætningsringmaterialet skal opfylde kravene i injektionsstøbningsprocessen, har god fluiditet, og de to materialer skal være kemisk kompatible for at reducere den fordrejede deformation af det injektionsformede produkt;

(4) tætningsringmaterialet har god varmemodstand, mekaniske egenskaber og tætningsegenskaber;

(5) Flow Channel Frame Body Material skal have fremragende mekaniske egenskaber og høj temperaturresistens;

(6) Materialets omkostninger skal være lave, og udbuddet skal være tilstrækkeligt

2.1 kropsmateriale

Polypropylen (PP) er en generel termoplastisk harpiks med fordelene ved regelmæssig kropsstruktur, høj krystallinitet, let forarbejdning og støbning, høj bøjningsstyrke, god elektrisk isolering og gode mekaniske egenskaber ved høje temperaturer. Imidlertid har generelle polypropylenprodukter problemer såsom dimensionel ustabilitet og stor krympning. Derfor bruger industrien ofte metoden til at tilsætte fyldstoffer (såsom uorganiske fyldstoffer og forstærkende fibre) til at modificere polypropylen.

Påfyldning og modificering af polypropylen med uorganiske fyldstoffer, såsom talkumpulver, wollastonit og calciumcarbonat, kan øge produktets stivhed og reducere krympning og deformation. Anvendelsen af ​​glasfiberforstærket polypropylen kan forbedre produktets samlede mekaniske egenskaber og varmemodstand, reducere krympning og deformation og har god syremodstand, hvilket er en bedre modifikationsmetode.

2.2 Forseglingsmaterialer

TPV er en speciel type termoplastisk elastomer. Det blev foreslået af American Gessler i 1960'erne. Det er en termoplastisk elastomer fremstillet ved dynamisk at vulkanisere en blanding af termoplastisk harpiks og elastomer. I 1981 opnåede American Onsanto Company med succes industriel masseproduktion af EPDM/PPTPV og registrerede sit produkt som Santoprene [U-2]. Sammenlignet med almindelige termoplastiske elastomerer er gummikomponenten i TPV fuldstændig vulkaniseret og jævnt spredt i den termoplastiske matrix, så dens fysiske og mekaniske egenskaber og forarbejdningsstabilitet forbedres markant, og den har brede anvendelsesudsigter inden for områderne biler, elektronik osv. L3] markant, og det har brede anvendelsesudsigter inden for områderne biler, elektronik osv. L3]

TPV -materialer koncentrerer egenskaberne ved både gummi og plastmaterialer. De specifikke egenskaber er som følger:

(1) Det har plasticiteten af ​​plast og kan behandles på forskellige måder som plast, såsom ekstrudering, injektionsstøbning, blæsestøbning osv., Og kan bindes med PPEPDM osv.;

(2) det har elasticiteten af ​​gummi og kan bruges til nogle elastiske produkter, såsom stødabsorption, forsegling osv.;

(3) det har god aldringsmodstand;

(4) det har god syre- og alkalimodstand og oliebestandighed;

(5) det er forureningsfrit, miljøvenligt og pålideligt;

(6) Det er genanvendeligt og mister ikke mekaniske egenskaber efter gentagen behandling. TPV har ovenstående fremragende egenskaber, så det kan erstatte gummi som en tætningspakning og har opnået gode resultater i bilindustrien. På grund af den lille skala i mit lands flydende flowbatterifelt og den ufuldstændige konstruktion af opstrøms og nedstrøms industrielle kædesystem, er produktionen af ​​batteri -stakvæskestrømningsrammer og installation af tætningsringe stadig relativt omfattende, for det meste afhængige af manuel montering, og det er vanskeligt at opnå produkter med stabil kvalitet og høj produktionseffektivitet.

Vet Energy introducerer TPV-materialer i produktionen af ​​flowrammer for væskestrømningsbatteri for at erstatte traditionelle gummiposingsringe, som vil være mere befordrende for udviklingen og storstilet produktion af nøglekomponenter inden for væskestrømbatterier.

03 Flow Frame Model Design

Prototypedesignet af strømningsrammen er vist i figur 2. Længden og bredden af ​​strømningsrammen er 354 mmx97mm, og størrelsen på den midterste elektrodestramme er 250 mmx40mm. Flowkanalen består af to dele. En del er en serpentinstrømningskanal forbundet til det flydende indløbshul med en flowkanalrille på 1,7 mm dyb og 4 mm bred, som elektrolytten skal strømme igennem. Den anden del er en ensartet strømningskanal med en flowkanaldybde på 0,85 mm og en ensartet fordelt modstandschef, der gør det muligt for elektrolytten at komme ind i elektroden jævnt.

Vægtykkelsen af ​​den tyndeste del af flowkanalrammen er 0,8 mm, mens vægtykkelsen af ​​den tykeste del er 3,2 mm, og tykkelsen varierer meget med strukturen, der er designet til ujævn vægtykkelse. Ujævn vægtykkelse vil forårsage ujævn afkøling og krympning af produktet under injektionsstøbningsprocessen. Denne ujævnhed vil forårsage ujævn stressfordeling og forårsage produktdrevning og deformation. Derfor blev optimering af vægtykkelsen udført i designet af injektionsstøbemodellen. Spænde -designet blev udført ved den tykeste vægtykkelse omkring flowkanalrammen, så den samlede vægtykkelse af flowkanalrammen er mere ensartet.

Figur 3 og 4 er fronten og bagsiden af ​​injektionsstøbningsstrømningskanalrammemodellen efter henholdsvis optimering. Der er fire tætningsstrukturer på flowkanalrammen, nemlig tætningsstrukturen for flydende indløb 1, tætningsstrukturen af ​​flydende indløb 2, forseglingsstrukturen af ​​membranen og forseglingsstrukturen af ​​den bipolære plade. Disse fire tætningsstrukturer distribueres på forsiden og bagsiden af ​​flowkanalrammen.

For at imødekomme procekravene til to-farve injektionsstøbning vil indløbet af to-shot-materialet blive arrangeret på samme side, hvilket kræver, at de fire tætningsringe på forsiden og bagsiden er tilsluttet. Som vist i figur 5 er det originale flowkanalrammedesign blevet ændret for at forbinde tætningsringe. Ved at åbne en gennemgående rille og en forbindelsesrille på flowkanalrammeforseglingsgrillekroppen, er alle tætningsringe forbundet sammen for at danne den endelige strømning af flow-kanalramme-sega-ring.

04 Analyse og eksperimentel verifikation af bi-farve injektionsstøbning og eksperimentel verifikation

4.1 Første portsimuleringsanalyse

Der er to designskemaer til formerstøbningssystemet i flowkanalrammekroppen med den første port. Skema A er at arrangere indløbet på overfladen af ​​flowkanalrammen. Fordelene er enkle skimmelsesdesign og lavt injektionstryk. Ulempen er, at krympningsmærker dannes på overfladen af ​​produktet, hvilket påvirker udseendet. Skema B er at arrangere limindløbet på siden af ​​løberrammen. Fordelen er, at den undgår overfladen af ​​produktet og påvirker ikke udseendet, men ulempen er, at formdesignet er lidt kompliceret og skal behandles manuelt senere. De to designordninger er vist i figur 6.

Begge skemaer bruger et 4-punkts nåleventil Hot Runner-limindløbssystem, den varme løberdiameter er 10 mm, og den varme dyseportdiameter er indstillet til støbningsbetingelserne: materialetemperatur 250 ℃, formtemperatur 2,5 mm. 45 ℃, maksimal forskydningsspænding 0,25MPa, maksimalt holdtryk 60MPa. Resultaterne opnået ved simuleringsanalyse af de to designskemaer er vist i tabel 3.

Limfyldningen af ​​begge skemaer er relativt glat, jævnt fordelt, støbningstrykket er lille, der er ikke noget krympemærke, og produktdeformationsanalyseresultaterne er vist i figur 7. Den maksimale fordrejning af deformation i Z-retning af skema A er lille, og udbyttet for denne skema er høj, hvilket undgår den manuelle efterbehandling af skema b. Derfor vedtager den første gatinglimindløb skema et design.

4.2 Analyse af anden gatesimulering

Da tykkelsen af ​​den anden gatingstætningsring kun er 1 mm, og bredden kun er 2,5 mm, har injektionsstøbningsprocessen høje krav til fluiditeten af ​​TPV -materialet: at undgå problemet med "limbrud". I beregningen antages det, at formoverfladetemperaturen er 40 ℃, materialetykkelsen er 205 ℃, den maksimale forskydningsspænding er 0,3 MPa, og det maksimale holdetryk er 53MPa. Limfodringssystemet er vist i figur 8.

Efter simuleringsanalyse er resultaterne opsummeret i tabel 4. den anden gatinglim kan fylde formen jævnt uden problemer, såsom fanget luft og overløb, støbetrykket er lille, der er små krympemærker, og volumenkrympningen er relativt ensartet.

4.3 Eksperimentel verifikation

I henhold til ovennævnte simuleringsanalyse blev formdesignet afsluttet, og produktionsverifikationen af ​​injektionsstøbning blev udført. Den faktiske løberramme er vist i figur 9. Den fordrejede deformation i Z -retningen overstiger ikke 1 mm, hvilket er i overensstemmelse med simuleringsanalyseresultaterne.

Det blev samlet i en jern-krom væskestrømning enkelt batteri og ladet og udskrevet. Den enkelte celle er sammensat af en øvre endeplade, en øvre isolerende plade, en positiv strømopsamler, en pladestramme, en positiv elektrode, en membran, en negativ elektrode, en pladestramme, en negativ strømende opsamler, en lavere isolerende plade og en nedre endeplade, som vist i figur 10.

Testbetingelserne er: konstant strømopladning og afladning ved en strømtæthed på 130 mA/cm ', en strømningshastighed på 1 ml/min for et tværsnitsareal på 1 cm' og en driftstemperatur på 50 ℃; Elektrodeområdet er 100 cm ', tykkelsen er 3,6 mm, og membrantykkelsen er 60 m. Efter 40 cykler nåede den gennemsnitlige energieffektivitet ca. 76%, og der var dybest set ingen dæmpning. Testdataene er vist i figur 11.

Under testen havde flowkanalrammen ikke problemer såsom lækage eller deformation, som yderligere bekræftede muligheden for flowkanalrammen med hensyn til materialer, mekanisk design, injektionsstøbning osv.

Konklusion To-farve injektionsstøbning er en moden plastikproduktstøbningsproces, der er vidt brugt i biler, husholdningsapparater, medicinsk udstyr og andre felter. Som en af ​​nøglekomponenterne i væskestrømbatteriet har manifoldrammen et hårdt arbejdsmiljø, normalt i en sur, høj-temperatur og ladet miljø, der stiller høje krav til materialet, mekanisk design og støbningsproces i manifold rammen. For at forbedre produktionseffektiviteten og produktkonsistensen af ​​manifoldrammen afsluttede denne undersøgelse designet af manifoldrammestrukturen baseret på kravene i to-farvningsinjektionsstøbningsprocessen og de faktiske anvendelsesbehov for produktet og bestemte formen indløbslayout og det første og andet portmateriale gennem simuleringsanalyse. Endelig gennem eksperimentel verifikation blev den to-farvede injektionsstøbte manifold ramme med succes forberedt, og ydelsestesten var god efter at have været samlet i et batteri.