Thiết kế tích hợp khung kênh dòng chảy và miếng đệm của pin dòng chảy theo quy trình ép hai màu

Pin oxi hóa khửlà một công nghệ lưu trữ năng lượng dài hạn phù hợp cho ứng dụng quy mô lớn, an toàn, ổn định, xanh lá cây và thân thiện với môi trường. Khung kênh dòng chảy là một thành phần chính trong pin dòng. Nó có vai trò quan trọng là cung cấp kênh dòng điện phân, hỗ trợ các thành phần khác và niêm phong, và thường được đúc bằng cách ép phun. Dựa trên quy trình ép phun hai màu, VET Energy thiết kế một cấu trúc tích hợp của khung và miếng đệm kênh dòng chảy. Cấu trúc có thể sử dụng polypropylen được sửa đổi làm vật liệu cơ thể khung kênh dòng chảy và chất đàn hồi nhựa nhiệt dẻo lưu hóa động làm vật liệu đệm, và được đúc bằng quá trình ép phun hai màu.

Năng lượng VET cũng xác định tính khả thi của việc lựa chọn vật liệu và quá trình ép phun thông qua phân tích mô phỏng và tiến hành thử nghiệm ép phun để có được sản phẩm tích hợp của Game-Kênh dòng chảy lý tưởng với mức độ cong vênh dưới 1 mm. Cuối cùng, sản phẩm được lắp ráp thành một pin duy nhất. Sau 40 chu kỳ kiểm tra hiệu suất điện tích và phóng điện, kết quả cho thấy hiệu suất điện hóa không bị suy giảm và không có rò rỉ hoặc biến dạng.

Khung kênh Flow đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong ngăn xếp pin. Nó là một chất mang cho sự lưu thông của chất điện phân trong pin. Nó không chỉ cung cấp các vị trí hỗ trợ và lắp ráp cho các thành phần khác nhau trong ngăn xếp pin, mà còn cung cấp kênh dòng điện phân đồng đều, đồng thời đáp ứng các yêu cầu niêm phong. Với sự mở rộng quy mô củaDòng pinCác ứng dụng lưu trữ năng lượng, độ ổn định chất lượng và hiệu quả sản xuất của khung kênh dòng chảy đặc biệt quan trọng.

Khung kênh dòng chảy thông thường được sản xuất bằng cách ép phun. Hầu hết các vật liệu là nhựa phổ biến như polypropylen và polyetylen. Sau khi ép đúc, niêm phong cao su hoặc miếng đệm được lắp đặt thủ công hoặc tự động. Phương pháp sản xuất và lắp ráp này không phù hợp cho sản xuất khung kênh dòng chảy quy mô lớn.

Năng lượng VET đề xuất một thiết kế tích hợp mới của khung kênh dòng chảy và miếng đệm niêm phong cho chất lỏngDòng pinDựa trên quá trình ép phun hai màu. Thiết kế này sử dụng vật liệu polypropylen được sửa đổi làm thân chính của khung kênh dòng chảy một shot và EPDM/PP tự động vật liệu đàn hồi nhiệt dẻo lưu hóa tự động làm miếng đệm niêm phong bắn thứ hai. Năng lượng VET trước tiên thiết kế cấu trúc tích hợp của khung kênh dòng chảy và miếng đệm niêm phong dựa trên các yêu cầu của quá trình ép phun hai màu, sau đó xác định vật liệu, vị trí cổng khuôn và số lượng thông qua phân tích mô phỏng. Sau đó, thông qua xác minh thử nghiệm, sản phẩm đúc phun của khung kênh dòng chảy củaPin dòng chất lỏngđáp ứng các yêu cầu sử dụng có được. Cuối cùng, khung kênh dòng pin được lắp đặt vào pin và sau khi sạc và kiểm tra phóng điện dài hạn, kết quả cho thấy hiệu suất của pin là tốt, và không có rò rỉ và biến dạng.

01 Quá trình ép phun hai màu

Đúc hai màu là một quy trình ép phun nhựa vừa phổ biến vừa có hàm lượng kỹ thuật cao. Nó tiêm hai vật liệu nhựa của các vật liệu nhựa khác nhau hoặc cùng một vật liệu nhựa nhưng các màu khác nhau với nhau để tạo thành một sản phẩm đúc phun. Những ưu điểm của việc ép phun hai màu bao gồm độ chính xác sản phẩm cao, chất lượng ổn định, độ bền cấu trúc tốt và độ bền tốt.

Nắm phun hai màu có thể đạt được bằng hai lần tiêm bằng máy ép phun thông thường hoặc bằng cách sử dụng máy ép phun hai màu để hoàn thành việc ép phun của hai loại nhựa khác nhau trên cùng một máy. Cái trước không yêu cầu thiết bị cao, nhưng có hiệu quả sản xuất thấp và độ chính xác kém. Loại thứ hai có một loạt các ứng dụng và chất lượng sản phẩm tốt, hiệu quả sản xuất cao, là xu hướng hiện tại và phương pháp được áp dụng trong bài viết này: Các bước làm việc cụ thể được hiển thị trong Hình 1 Sau khi khuôn được mở, máy quay 180 ° trong mặt phẳng và xoay khuôn dưới lên trên cùng. Sau đó, nguyên liệu B được tiêm vào khoang khuôn phía trên thông qua ống vật liệu 2 để tạo thành sản phẩm bắn thứ hai. Đồng thời, ống vật liệu 1 tiếp tục đưa nguyên liệu thô A vào khoang khuôn dưới.

02 Lựa chọn vật liệu ép phun

Việc lựa chọn các vật liệu đúc phun cho khung kênh dòng chảy của dòng chảy cần đáp ứng các yêu cầu sau:

(1) Vật liệu có thể thích ứng với phạm vi nhiệt độ hoạt động của pin dòng chảy (50 ~ 70)

(2) vật liệu cần có khả năng chống lão hóa mạnh mẽ, axit mạnh và môi trường hóa học khác;

.

(4) vật liệu vòng niêm phong có điện trở nhiệt tốt, tính chất cơ học và tính chất niêm phong;

(5) Vật liệu cơ thể khung kênh dòng chảy cần có tính chất cơ học tuyệt vời và điện trở nhiệt độ cao;

(6) Chi phí của vật liệu phải thấp và nguồn cung là đủ

2.1 Vật liệu cơ thể

Polypropylen (PP) là một loại nhựa nhựa nhiệt dẻo tổng quát với những ưu điểm của cấu trúc cơ thể thông thường, tinh thể cao, xử lý và đúc dễ dàng, cường độ uốn cao, cách điện tốt và tính chất cơ học tốt ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, các sản phẩm polypropylen nói chung có vấn đề như mất ổn định kích thước và co rút lớn. Do đó, ngành công nghiệp thường sử dụng phương pháp thêm chất độn (chẳng hạn như chất độn vô cơ và gia cố sợi) để sửa đổi polypropylen.

Làm đầy và sửa đổi polypropylen bằng chất độn vô cơ như bột Talcum, wollastonite và canxi cacbonat có thể làm tăng độ cứng của sản phẩm và giảm co ngót và biến dạng. Việc sử dụng polypropylen gia cố bằng sợi thủy tinh có thể cải thiện đáng kể tính chất cơ học và khả năng chịu nhiệt của sản phẩm, giảm co ngót và biến dạng, và có khả năng chống axit tốt, là phương pháp sửa đổi tốt hơn.

2.2 Vật liệu niêm phong

TPV là một loại chất đàn hồi nhiệt dẻo đặc biệt. Nó đã được đề xuất bởi Gessler Mỹ vào những năm 1960. Nó là một chất đàn hồi nhiệt dẻo được làm bằng cách tạo ra một hỗn hợp nhựa nhiệt dẻo và chất đàn hồi. Năm 1981, Công ty Onsanto của Mỹ đã đạt được thành công sản xuất hàng loạt công nghiệp EPDM/PPTPV và đăng ký sản phẩm của mình là Santoprene [U-2]. So với các chất đàn hồi nhiệt dẻo thông thường, thành phần cao su của TPV được lưu hóa hoàn toàn và phân tán đều trong ma trận nhựa nhiệt dẻo, do đó các tính chất vật lý và cơ học của nó và sự ổn định xử lý được cải thiện đáng kể, và nó có triển vọng ứng dụng rộng trong các lĩnh vực của ô tô, điện tử, v.v. L3]

Vật liệu TPV tập trung các đặc điểm của cả vật liệu cao su và nhựa. Các đặc điểm cụ thể như sau:

(1) Nó có độ dẻo của nhựa và có thể được xử lý theo nhiều cách khác nhau như nhựa, như đùn, đúc phun, đúc thổi, v.v., và có thể được liên kết với PPEPDM, v.v.

(2) Nó có độ co giãn của cao su và có thể được sử dụng cho một số sản phẩm đàn hồi, chẳng hạn như hấp thụ sốc, niêm phong, v.v .;

(3) nó có sức đề kháng lão hóa tốt;

(4) nó có khả năng kháng axit và kiềm tốt và kháng dầu;

(5) Nó không có ô nhiễm, thân thiện với môi trường và đáng tin cậy;

(6) Nó có thể tái chế và không mất các đặc tính cơ học sau khi xử lý lặp đi lặp lại. TPV có các đặc tính tuyệt vời ở trên, vì vậy nó có thể thay thế cao su như một miếng đệm niêm phong, và đã đạt được kết quả tốt trong ngành công nghiệp ô tô. Tuy nhiên, do quy mô nhỏ của trường pin dòng chất lỏng của đất nước tôi và việc xây dựng không hoàn chỉnh hệ thống chuỗi công nghiệp ngược dòng và hạ nguồn, việc sản xuất các khung dòng chất lỏng ngăn xếp pin và việc lắp đặt các vòng niêm phong vẫn còn tương đối rộng, chủ yếu dựa vào lắp ráp thủ công, và rất khó để có được sản phẩm với chất lượng ổn định và hiệu quả cao.

Năng lượng VET đưa các vật liệu TPV vào việc sản xuất các khung dòng chảy của dòng chảy chất lỏng để thay thế các vòng niêm phong cao su truyền thống, sẽ có lợi hơn cho sự phát triển và sản xuất quy mô lớn của các thành phần chính trong lĩnh vực pin dòng lỏng.

03 Thiết kế mô hình khung dòng chảy

Thiết kế nguyên mẫu của khung dòng được thể hiện trong Hình 2. Chiều dài và chiều rộng của khung dòng là 354 mmx97mm và kích thước của khung điện cực giữa là 250mmx40mm. Kênh dòng chảy bao gồm hai phần. Một phần là kênh dòng chảy serpentine được kết nối với lỗ đầu vào chất lỏng, với rãnh kênh dòng chảy sâu 1,7mm và rộng 4mm, để chất điện phân chảy qua. Phần khác là một kênh dòng chảy đồng đều với độ sâu kênh dòng chảy 0,85mm và ông chủ điện trở phân phối đồng đều, cho phép chất điện phân đi vào điện cực đều.

Độ dày thành của phần mỏng nhất của khung kênh dòng chảy là 0,8mm, trong khi độ dày thành của phần dày nhất là 3,2mm và độ dày thay đổi rất nhiều theo cấu trúc, được thiết kế cho độ dày thành không đều. Độ dày thành không đều sẽ gây ra làm mát không đều và co ngót sản phẩm trong quá trình ép phun. Sự không đồng đều này sẽ gây ra phân phối căng thẳng không đồng đều và gây ra sự cong vênh và biến dạng sản phẩm. Do đó, tối ưu hóa độ dày tường được thực hiện trong thiết kế của mô hình đúc phun. Thiết kế khóa được thực hiện ở độ dày tường dày nhất xung quanh khung kênh dòng chảy, do đó phân bố độ dày thành tổng thể của khung kênh dòng chảy đồng đều hơn.

Hình 3 và 4 là mặt trước và mặt sau của mô hình khung kênh đúc phun sau khi tối ưu hóa, tương ứng. Có bốn cấu trúc niêm phong trên khung kênh dòng chảy, cụ thể là cấu trúc niêm phong của đầu vào chất lỏng 1, cấu trúc niêm phong của đầu vào chất lỏng 2, cấu trúc niêm phong của màng và cấu trúc niêm phong của tấm lưỡng cực. Bốn cấu trúc niêm phong này được phân phối ở mặt trước và mặt sau của khung kênh dòng chảy.

Để đáp ứng các yêu cầu quá trình của việc ép phun hai màu, đầu vào của vật liệu hai shot sẽ được sắp xếp ở cùng một phía, đòi hỏi bốn vòng niêm phong ở phía trước và mặt sau được kết nối. Như được hiển thị trong Hình 5, thiết kế khung kênh dòng chảy ban đầu đã được sửa đổi để kết nối các vòng niêm phong. Bằng cách mở một rãnh thông qua và một rãnh kết nối trên cơ thể rãnh khung kênh dòng chảy, tất cả các vòng niêm phong được kết nối với nhau để tạo thành mô hình tích hợp vòng lưu lượng lưu lượng lưu lượng cuối cùng.

04 Phân tích ép phun hai màu và xác minh thử nghiệm

4.1 Phân tích mô phỏng gating đầu tiên

Có hai sơ đồ thiết kế cho hệ thống đúc khuôn của cơ thể khung kênh dòng chảy với đầu tiên. Sơ đồ A là sắp xếp đầu vào trên bề mặt của khung kênh dòng chảy. Ưu điểm là thiết kế khuôn đơn giản và áp lực phun thấp. Nhược điểm là các dấu thu nhỏ sẽ được hình thành trên bề mặt của sản phẩm, ảnh hưởng đến sự xuất hiện. Sơ đồ B là sắp xếp đầu vào keo ở bên cạnh khung chạy. Ưu điểm là nó tránh được bề mặt của sản phẩm và không ảnh hưởng đến sự xuất hiện, nhưng nhược điểm là thiết kế khuôn hơi phức tạp và cần được xử lý thủ công sau này. Hai sơ đồ thiết kế được thể hiện trong Hình 6.

Cả hai sơ đồ đều sử dụng hệ thống đầu vào Van nóng van 4 điểm, đường kính người chạy nóng là 10 mm và đường kính cổng vòi nước nóng được đặt thành điều kiện đúc: Nhiệt độ vật liệu 250, Nhiệt độ khuôn 2,5mm. 45, ứng suất cắt tối đa 0,25MPa, áp suất giữ tối đa 60MPa. Các kết quả thu được bằng phân tích mô phỏng của hai sơ đồ thiết kế được thể hiện trong Bảng 3.

Chất làm đầy keo của cả hai sơ đồ tương đối trơn tru, phân bố đều, áp suất đúc là nhỏ, không có dấu thu nhỏ và kết quả phân tích biến dạng sản phẩm được thể hiện trong Hình 7. Biến dạng cong vênh theo hướng Z của sơ đồ A là nhỏ và tốc độ năng suất của sơ đồ này cao. Do đó, đầu vào keo đầu tiên áp dụng sơ đồ một thiết kế.

4.2 Phân tích mô phỏng gating thứ hai

Do độ dày của vòng niêm phong thứ hai chỉ là 1mm và chiều rộng chỉ là 2,5mm, quá trình đúc phun có yêu cầu cao về tính trôi chảy của vật liệu TPV: để tránh vấn đề "phá vỡ keo". Trong tính toán, người ta cho rằng nhiệt độ bề mặt khuôn là 40, độ dày vật liệu là 205, ứng suất cắt tối đa là 0,3 MPa và áp suất giữ tối đa là 53MPa. Hệ thống cho ăn keo được hiển thị trong Hình 8.

Sau khi phân tích mô phỏng, các kết quả được tóm tắt trong Bảng 4. Keo thứ hai có thể lấp đầy khuôn đều, mà không có vấn đề như không khí bị mắc kẹt và tràn, áp suất đúc là nhỏ, có các dấu thu nhỏ và độ co rút thể tích tương đối đồng đều.

4.3 Xác minh thử nghiệm

Theo phân tích mô phỏng ở trên, thiết kế khuôn đã được hoàn thành và xác minh sản xuất đúc phun đã được thực hiện. Khung chạy thực tế được hiển thị trong Hình 9. Biến dạng cong vênh theo hướng Z không vượt quá 1mm, phù hợp với kết quả phân tích mô phỏng.

Nó được lắp ráp thành một pin đơn lỏng chất lỏng sắt và được sạc và thải ra. Tế bào đơn bao gồm một tấm phía trên, một tấm cách điện trên, bộ thu dòng dương, khung tấm, điện cực dương, màng, điện cực âm, khung tấm, bộ thu dòng âm, tấm cách điện thấp hơn và tấm đầu dưới, như trong Hình 10.

Các điều kiện thử nghiệm là: sạc và xả dòng không đổi ở mật độ hiện tại là 130mA/cm ', tốc độ dòng 1ml/phút đối với diện tích mặt cắt ngang là 1cm' và nhiệt độ hoạt động là 50. Diện tích điện cực là 100 cm ', độ dày là 3,6mm và độ dày màng là 60m. Sau 40 chu kỳ, hiệu quả năng lượng trung bình đạt khoảng 76%, và về cơ bản không có sự suy giảm. Dữ liệu thử nghiệm được hiển thị trong Hình 11.

Trong quá trình thử nghiệm, khung kênh dòng chảy không có vấn đề như rò rỉ hoặc biến dạng, trong đó xác minh thêm tính khả thi của khung kênh dòng chảy về vật liệu, thiết kế cơ học, đúc phun, v.v.

Kết luận Năng hai màu là một quy trình đúc sản phẩm nhựa trưởng thành, được sử dụng rộng rãi trong ô tô, thiết bị gia dụng, thiết bị y tế và các lĩnh vực khác. Là một trong những thành phần chính trong pin dòng chất lỏng, khung đa tạp có môi trường làm việc khắc nghiệt, thường là trong môi trường có tính axit, nhiệt độ cao và tích điện, đặt ra nhu cầu cao về vật liệu, thiết kế cơ học và quá trình đúc của khung đa tạp. Để cải thiện hiệu quả sản xuất và tính nhất quán sản phẩm của khung đa tạp, nghiên cứu này đã hoàn thành việc thiết kế cấu trúc khung đa dạng dựa trên các yêu cầu của quy trình ép phun hai màu và nhu cầu ứng dụng thực tế của sản phẩm, và xác định bố cục đầu vào khuôn và vật liệu gating thứ nhất và thứ hai thông qua phân tích mô phỏng. Cuối cùng, thông qua xác minh thử nghiệm, khung đa tạp được phun hai màu đã được chuẩn bị thành công và thử nghiệm hiệu suất là tốt sau khi được lắp vào pin.