Integrirana zasnova okvirja pretoka in tesnila pretočne baterije pod postopkom brizganja z dvema barvama

Redox pretočna baterijaje dolgoročna tehnologija za shranjevanje energije, primerna za obsežne uporabe, varne, stabilne, zelene in okolju prijazne. Okvir pretočnega kanala je ključna komponenta v bateriji pretoka. Ima pomembno vlogo pri zagotavljanju elektrolitnega pretoka, ki podpira druge komponente in tesnjenje, običajno pa ga oblikujemo z vbrizgavanjem. Na podlagi dvobarvnega postopka brizganja VET Energy oblikuje integrirano strukturo okvirja in tesnila pretočnega kanala. Struktura lahko uporablja spremenjeni polipropilen kot material telesa okvirja pretočnega kanala in dinamično vulkaniziran termoplastični elastomer kot material za tesnilo in je oblikovan z dvobarvnim postopkom brizganja.

Vet Energy tudi določa izvedljivost postopka izbire materiala in vbrizgavanja s simulacijsko analizo in izvede test brizganja, da dobi idealen integriran izdelek, ki ga je pretočno kanal, z Warpage manjšim od 1 mm. Končno je izdelek sestavljen v eno samo baterijo. Po 40 ciklih preizkusa delovanja naboja in praznjenja rezultati kažejo, da elektrokemična zmogljivost ni oslabljena in ni puščanja ali deformacije.

Okvir pretočnega kanala ima izjemno pomembno vlogo v baterijskem paketu. Je nosilec za obtok elektrolita v bateriji. Ne zagotavlja samo podpore in montažnih položajev za različne komponente v baterijskem nizu, ampak tudi enoten kanal pretoka elektrolita, hkrati pa izpolnjuje tudi zahteve glede tesnjenja. S širitvijo obsegapretočna baterijaŠe posebej pomembni so aplikacije za shranjevanje energije, stabilnost kakovosti in učinkovitost proizvodnje okvirja pretočnega kanala.

Okvirji običajnih kanalov pretoka nastajajo z vbrizgavanjem. Večina materialov je običajna plastika, kot sta polipropilen in polietilen. Po oblikovanju vbrizgavanja se gumijasta tesnila ali tesnila namestijo ročno ali samodejno. Ta metoda proizvodnje in montaže ni primerna za obsežno proizvodnjo okvirja pretočnega kanala.

Vet Energy predlaga novo integrirano zasnovo okvirja pretočnega kanala in tesnjenega tesnila za tekočinopretočna baterijana podlagi postopka oblikovanja vbrizgavanja z dvema barma. Ta zasnova uporablja modificirani polipropilenski material kot glavno telo okvirja kanala z enim strelom in EPDM/PP dinamično vulkaniziranega termoplastičnega elastomernega materiala kot tesnilnega tesnila drugega posnetka. Vet Energy najprej oblikuje integrirano strukturo okvirja pretočnega kanala in tesnjenega tesnila na podlagi zahtev dvobarvnega postopka oblikovanja vbrizgavanja in nato z analizo simulacije določi material, položaj vrat in količino. Kasneje z eksperimentalnim preverjanjem, vbrizgavalni produkt okvirja kanala pretočnega kanalaBaterija tekočega pretokaki izpolnjuje zahteve glede uporabe. Končno je okvir kanala za pretok baterije nameščen v baterijo, po dolgoročnem testu polnjenja in praznjenja pa rezultati kažejo, da je zmogljivost baterije dobra, in ni puščanja in deformacije.

01 postopek dvobarvnega vbrizgavanja

Dvobarvno oblikovanje vbrizgavanja je postopek plastičnega vbrizgavanja, ki je pogost in ima visoko tehnično vsebino. Vbrizga dva plastična materiala različnih plastičnih materialov ali istega plastičnega materiala, vendar različne barve skupaj, da tvori vbrizgani izdelek. Prednosti dvobarvnega vbrizgavanja vključujejo visoko natančnost izdelka, stabilno kakovost, dobro strukturno trdnost in dobro trajnost.

Dvobarvno oblikovanje vbrizgavanja lahko dosežemo z dvema injekcijama z navadnim strojem za brizganje ali z dvobarvnim strojem za vbrizgavanje za dokončanje injekcijskega oblikovanja dveh različnih plastike na istem stroju. Prva ne potrebuje visoke opreme, vendar ima nizko učinkovitost proizvodnje in slabo natančnost. Slednji ima široko paleto aplikacij in dobro kakovost izdelka, visoko učinkovitost proizvodnje, ki je trenutni trend in metoda, ki jo je treba sprejeti v tem članku: Specifični delovni koraki so prikazani na sliki 1. Materialna cev 1 vbrizgavanja vbrizgava surovino A v vdolbino v spodnjem kalupu. Po odprtju kalupa se stroj zasuka za 180 ° v ravnini in se zasuka spodnji kalup na vrh. Nato surovino B vbrizgamo v votlino zgornje plesni skozi materialno cev 2, da tvori drugi strelski izdelek. Hkrati materialna cev 1 še naprej vliva surovino A v spodnjo votlino plesni.

02 Izbor materialov za oblikovanje vbrizgavanja

Izbira materialov za oblikovanje vbrizgavanja za okvir kanala pretoka toka mora izpolnjevati naslednje zahteve:

(1) Material se lahko prilagodi delovnemu temperaturnemu območju pretočne baterije (50 ~ 70 ℃)

(2) Material mora imeti močno odpornost na staranje, močno kislino in druge kemične medije;

(3) tako material okvirja pretoka in material za tesnilni obroč morata izpolnjevati zahteve postopka oblikovanja injiciranja, imata dobro pretočnost, oba materiala pa morata biti kemično združljiva, da se zmanjša deformacija izklopa vbrizganega proizvoda;

(4) Tesnilni obroč ima dobro toplotno upornost, mehanske lastnosti in tesnilne lastnosti;

(5) Telesni material kanala kanala mora imeti odlične mehanske lastnosti in visoko temperaturno odpornost;

(6) Stroški materiala bi morali biti nizki in zadostna dobava

2.1 Material za telo

Polipropilen (PP) je splošna termoplastična smola s prednosti običajne telesne strukture, visoko kristalnostjo, enostavno predelavo in oblikovanje, visoko upogibanje, dobro električno izolacijo in dobre mehanske lastnosti pri visokih temperaturah. Vendar imajo splošni proizvodi polipropilena težave, kot so dimenzijska nestabilnost in velika krčenje. Zato industrija pogosto uporablja način dodajanja polnil (kot so anorganska polnila in ojačitvena vlakna) za spreminjanje polipropilena.

Polnjenje in spreminjanje polipropilena z anorganskimi polnili, kot so talkum prah, wollastonit in kalcijev karbonat, lahko poveča togost izdelka in zmanjša krčenje in deformacijo. Uporaba polipropilena, ojačanega s steklenimi vlakni, lahko znatno izboljša celotne mehanske lastnosti in toplotno odpornost izdelka, zmanjša krčenje in deformacijo ter ima dobro kislinsko odpornost, kar je boljša metoda spreminjanja.

2.2 Tesnilni materiali

TPV je posebna vrsta termoplastičnega elastomera. Ameriški Gessler ga je predlagal v šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Gre za termoplastični elastomer, ki ga izdeluje dinamično vulkanizacijo mešanice termoplastične smole in elastomera. Leta 1981 je ameriško podjetje Onsanto uspešno doseglo industrijsko množično proizvodnjo EPDM/PPTPV in svoj izdelek registriralo kot Santopren [U-2]. V primerjavi z navadnimi termoplastičnimi elastomeri je gumijasta komponenta TPV popolnoma vulkanizirana in enakomerno razpršena v termoplastični matriki, zato se njegove fizične in mehanske lastnosti ter stabilnost obdelave bistveno izboljšajo, na področjih avtomobilov, elektronike, itd. L3] pa ima široke možnosti uporabe, ima široke možnosti uporabe.

TPV materiali koncentrirajo značilnosti tako gumijaste kot plastične materiale. Specifične značilnosti so naslednje:

(1) Ima plastičnost plastike in jo je mogoče obdelati na različne načine, kot so plastika, kot so ekstruzija, oblikovanje vbrizgavanja, pihanje itd., In se lahko veže s PPEPDM itd.;

(2) ima elastičnost gume in se lahko uporablja za nekatere elastične izdelke, kot so absorpcija udarcev, tesnjenje itd.;

(3) ima dober odpor do staranja;

(4) ima dobro kislinsko in alkalijsko odpornost in odpornost na olje;

(5) Gre za onesnaževanje, okolju prijazno in zanesljivo;

(6) Reciklira je in po večkratni obdelavi ne izgubi mehanskih lastnosti. TPV ima zgornje odlične lastnosti, tako da lahko nadomesti gumo kot tesnilo in je dosegel dobre rezultate v avtomobilski industriji. Vendar pa so zaradi majhnega obsega baterijskega polja tekočega pretoka in nepopolne konstrukcije sistema industrijske verige na zgornjem toku in navzdol v toku, proizvodnja tekočih okvirjev za pretok baterije in namestitev tesnilnih obročev še vedno razmeroma obsežna, večinoma se zanašajo na ročni montažo in je težko pridobiti izdelke s stabilno kakovostjo in visoko proizvodno učinkovitostjo.

Vet Energy vnese materiale TPV v proizvodnjo okvirjev pretoka tekočine, ki nadomeščajo tradicionalne gumijaste tesnjene obroče, ki bodo bolj ugodni za razvoj in obsežno proizvodnjo ključnih komponent na področju baterij tekočih pretokov.

03 Dizajn modela okvirja pretoka

Prototipna zasnova okvirja pretoka je prikazana na sliki 2. Dolžina in širina pretočnega okvira sta 354 mmx97 mm, velikost okvirja srednje elektrode pa 250mmx40 mm. Kanal pretoka je sestavljen iz dveh delov. En del je serpentinski pretočni kanal, priključen na luknjo tekočine, z utorom pretočnega kanala globok 1,7 mm in širokim 4 mm, da se elektrolit pretaka skozi. Drugi del je enakomerni pretočni kanal z globino pretoka 0,85 mm in enakomerno porazdeljenim šefom upora, kar omogoča, da elektrolit enakomerno vstopi v elektrodo.

Debelina stene najtanjšega dela okvirja pretočnega kanala je 0,8 mm, debelina stene pa debelejšega dela 3,2 mm, debelina pa se močno razlikuje glede na strukturo, ki je zasnovana za neenakomerno debelino stene. Neenakomerna debelina stene bo povzročila neenakomerno hlajenje in krčenje izdelka med postopkom oblikovanja vbrizgavanja. Ta neenakomernost bo povzročila neenakomerno porazdelitev stresa in povzročila upogibanje in deformacijo izdelkov. Zato je bila izvedena optimizacija debeline stene pri zasnovi modela brizganja. Zasnova zaponke je bila izvedena na debelejši debelini stene okoli okvirja pretočnega kanala, tako da je celotna porazdelitev debeline stene okvirja pretočnega kanala bolj enakomerna.

Sliki 3 in 4 sta sprednji in zadnji del modela okvirja kanala vbrizgavanja vbrizgavanja po optimizaciji. Na okvirju pretočnega kanala so štiri tesnilne konstrukcije, in sicer tesnilna struktura tekočega dovoda 1, tesnilna struktura tekočega dovoda 2, tesnilno strukturo membrane in tesnilno strukturo bipolarne plošče. Te štiri tesnilne strukture so razporejene na sprednji in zadnji strani okvirja pretočnega kanala.

Da bi izpolnili zahteve po postopku dvobarvnega vbrizgavanja, bo vhod z dvema strehoma razporejeno na isti strani, za kar je treba povezati štiri tesnilne obroče na sprednji in zadnji strani. Kot je prikazano na sliki 5, je bila originalna zasnova okvirja pretočnega kanala spremenjena za povezavo tesnilnih obročev. Z odpiranjem A skozi utor in povezovalnega žleba na ohišju za tesnjenje utora pretočnega kanala so vsi tesnilni obročki povezani skupaj, da tvorijo končni model obročega obroča, ki je v okvirju kanala.

04 Analiza oblikovanja vbrizgavanja dvobarvnih in eksperimentalno preverjanje

4.1 Analiza simulacije prve zapornice

Obstajata dve zasnovi za sistem za vlivanje kalupa telesa okvirja pretočnega kanala s prvim gantiranjem. Shema A je razporeditev dovoda na površini okvirja pretočnega kanala. Prednosti so preprosta zasnova plesni in nizki vbrizgavalni tlak. Pomanjkljivost je, da bodo na površini izdelka nastale oznake krčenja, kar vpliva na videz. Shema B je razporeditev dovoda lepila na strani okvirja tekača. Prednost je, da se izogne ​​površini izdelka in ne vpliva na videz, vendar je pomanjkljivost, da je zasnova plesni nekoliko zapletena in jo je treba pozneje ročno obdelati. Obe shemi oblikovanja sta prikazani na sliki 6.

Obe shemi uporabljata 4-točkovni igle ventil vročega tekača lepila za vhod, premer vročega tekača je 10 mm, premer vroče šobe pa je nastavljen na pogoje oblikovanja: temperatura materiala 250 ℃, temperatura plesni 2,5 mm. 45 ℃, največja strižna napetost 0,25MPa, največji tlak zadrževanja 60MPa. Rezultati, dobljeni s simulacijsko analizo obeh shem oblikovanja, so prikazani v tabeli 3.

Napolnjevanje lepila obeh shem je razmeroma gladko, enakomerno porazdeljeno, tlak oblikovanja je majhen, ni oznake krčenja, rezultati analize deformacije izdelkov pa so prikazani na sliki 7. Največja deformacija upogiba v smeri s sheme A je majhna, hitrost donosa te sheme pa je visoka, se izognete ročnemu predelavi sheme B. Zato prvi vhod za ganting lepilo sprejme shemo a zasnovo.

4.2 Druga analiza simulacije

Ker je debelina drugega tesnilnega obroča, ki je le 1 mm, širina pa le 2,5 mm, ima postopek vbrizgavanja velike zahteve za pretočnost materiala TPV: da se izognete problemu "lomljenja lepila". Pri izračunu se domneva, da je temperatura površine plesni 40 ℃, debelina materiala 205 ℃, največja strižna napetost je 0,3 MPa, največji tlak zadrževanja pa 53MPa. Sistem za hranjenje lepila je prikazan na sliki 8.

Po simulacijski analizi so rezultati povzeti v tabeli 4. Drugo lepilo za zapornico lahko enakomerno napolni kalup, brez težav, kot sta ujeti zrak in preliv, tlak oblikovanja je majhen, majhne oznake krčenja, volumen krčenje pa je razmeroma enakomerno.

4.3 Eksperimentalno preverjanje

Glede na zgornjo simulacijsko analizo je bila zasnova plesni zaključena in izvedena preverjanje proizvodnje vbrizgavanja. Dejanski okvir tekačev je prikazan na sliki 9. Deformacija Warping v smeri Z ne presega 1 mm, kar je skladno z rezultati analize simulacije.

Sestavljena je bila v enojno baterijo tekočine iz železovega kromija ter napolnjena in odpuščena. Eno celico je sestavljeno iz zgornje končne plošče, zgornje izolacijske plošče, kolektorja pozitivnega toka, okvirja plošče, pozitivne elektrode, membrane, negativne elektrode, okvirja plošče, kolektorja negativnega toka, spodnje izolacijske plošče in spodnje končne plošče, kot je prikazano na sliki 10.

Pogoji preskusa so: polnjenje s konstantnim tokom in odvajanje s tokovno gostoto 130mA/cm ', hitrost pretoka 1 ml/min za površino prečnega prereza 1 cm' in delovna temperatura 50 ℃; Površina elektrode je 100 cm ', debelina je 3,6 mm, debelina membrane pa 60m. Po 40 ciklih je povprečna energetska učinkovitost dosegla približno 76%in v bistvu ni bilo slabljenja. Preskusni podatki so prikazani na sliki 11.

Med testom okvir pretočnega kanala ni imel težav, kot sta uhajanje ali deformacija, kar je še preverilo izvedljivost okvirja pretočnega kanala v smislu materialov, mehanske zasnove, oblikovanja vbrizgavanja itd.

Zaključek Dvobarvno oblikovanje vbrizgavanja je zrel postopek oblikovanja plastičnih izdelkov, ki se pogosto uporablja v avtomobilih, domačih aparatih, medicinskih pripomočkih in drugih poljih. Kot ena ključnih komponent v bateriji tekočega pretoka ima razdelilni okvir ostro delovno okolje, običajno v kislem, visokotemperaturnem in napolnjenem okolju, ki postavlja velike zahteve za material, mehansko oblikovanje in proces oblikovanja okvirja razdelilnika. Da bi izboljšali učinkovitost proizvodnje in doslednost izdelka v razdelilnem okviru, je ta študija zaključila zasnovo strukture razdelilnika okvirja, ki temelji na zahtevah dvobarvnega procesa oblikovanja in vbrizgavanja in dejanskih potreb uporabe izdelka ter določimo postavitev vhodnega dovoda za plesen ter prvi in ​​drugi materiali za ganting z analizo simulacije. Nazadnje je bil z eksperimentalnim preverjanjem uspešno pripravljen dvobarvni okvir z vbrizganim razdelilnikom, test zmogljivosti pa je bil dober, potem ko so ga sestavili v baterijo.