解决液流电池电堆漏液问题：传统密封VS激光焊接

解决液流电池电堆漏液问题：传统密封VS激光焊接

液流电池作为一种重要的储能技术，其电堆的密封问题一直是行业关注的焦点。传统密封技术虽然应用广泛，但存在诸多局限性。近年来，激光焊接技术因其独特的优势，在液流电池密封领域展现出巨大的潜力。本文将对比分析传统密封技术和激光焊接技术在液流电池电堆密封中的应用，探讨其优劣和适用场景。

“谈技术可靠性，大家听得最多的就是液流电池的跑冒滴漏问题，这是做企业必须要解决的最基本问题，你要拿出一个产品跑冒滴漏，这是不可能合格的。”
大连海事大学教授马相坤曾这样评价液流电池密封的重要性。就密封方式而言，传统密封工艺VS激光焊接封装工艺，二者该如何选择？

液流电池生产的关键密封工艺

液流电池电堆是由多个单元电池通过双极板串联组成的。电堆主要由端板、集流板、电极（如石墨毡、碳毡等）、电极框/液流框、隔膜、双极板、密封件、紧固件等组成。

液流电池电堆结构拆分

在这些部件的堆叠过程中，需要叠加密封垫，这不仅降低了封装效率，而且复杂的密封件也增加了电堆的漏液风险。

液流电池中所使用的活性物质通常是具有腐蚀性、挥发性或易燃性的化学物质。密封不良可能导致这些物质泄露或外界物质渗入，引发安全隐患甚至损坏设备，从而降低液流电池系统的效率和寿命。

南京帝耐激光科技有限公司董事长龚传波称：“密封是液流储能全系生产线中最难的步骤，既要解决它的内漏，又要解决它的外漏。”

液流电池电堆密封也分内密封和外密封。电堆中内密封主要是隔膜和液流框的密封、液流框流道密封，其中隔膜和液流框的密封可以减少隔膜用量，同时防止正负极电解液通过隔膜间隙流过隔膜；液流框流道的密封主要包括主流道和副流道。电堆外密封主要是液流框与液流框之间的密封。

目前，液流电池密封方面存在一些问题需要解决。首先，由于液体循环过程中生成气体，如氢气或氧气，压力不均衡可能导致泄漏。其次，由于液体的化学特性，容器壁面和密封材料可能发生腐蚀或溶解，从而引起泄漏。另外，在长期循环使用过程中，渗透性问题也会导致电解质损失。

传统密封技术无法彻底解决漏液问题

选择合适的密封材料、密封方式是解决液流电池电堆漏液问题的关键。

据上海毫邦高分子材料有限公司总经理吴春莲介绍，全钒/铁基/铁铬等液流电池的密封材料主要有以下需求：

1）在强酸/碱电解液中，密封材料长期耐酸/碱性好；

2）在极板耐温70度以内，密封材料不能高温固化；

3）密封面积相对较大，使用寿命长。

目前密封材料主要包括硅橡胶、氟橡胶、TPV片材以及PVC软玻璃等弹性材料。

另外，吴春莲还指出，目前液流电池普遍应用的密封方式有四种：

1、结构粘接一体化密封，例如聚烯烃胶膜。通过热压固化，跟被粘接的材料，例如PP板、质子膜等粘接，从而行成密封性。

2、原位固化，例如液体点胶。在极板面涂胶，使其固化后跟另一面进行配合紧固。一面通过粘接力进行密封，另一面通过排斥力进行密封。

3、垫圈。密封件手工贴合/一体化注成，模具控制精度。

4、弹性粘接一体化密封，例如UV聚烯烃。液态涂胶固化后，与另一面贴合。

目前行业普遍采用单片电池叠片的方式进行生产，单片电池与电池之间采用密封圈密封、热熔胶膜密封、自密封等密封形式，通过对叠片后的电堆施加一定的压力，来实现电堆的整体密封。

龚传波指出：“传统密封技术，无论是密封圈还是热熔胶，都无法彻底解决漏液问题。传统焊接技术需要人工生产、安装、装配，生产工艺及稳定性无法保证。”

传统密封技术不仅成本高，而且可靠性差，橡胶老化后容易发生泄漏，而且液流电池使用寿命长至15—25年，密封圈长期使用压合状态会发生老化碎裂。因此需要找到一种新的方式把高分子材料电极框牢牢固定在一起，提高产品密封质量及生产效率。

激光焊接：接近满分的答案？

2020年，液流电池储能知名专家李利宇博士在中国布局液流储能，寻找激光塑料焊接技术，以此为契机，帝耐激光作为国内最早研发激光焊接塑料技术的公司之一，开始了在液流储能领域的探索。

随后，越来越多的企业开始关注这一方向。

当前，液流电池智能装备供应商江苏先特智能装备有限公司也拥有电堆组件上下料激光焊接机、电极框超声波焊接机等核心设备，以及液流电池电堆全自动装配生产线。

2024年初，江苏美淼储能科技有限公司宣称，其结合美淼科技15年来在流体装备上累积的装备和工艺技术经验，通过结构配合及工序、工艺的设计解决了全氟磺酸质子膜焊接问题，实现了全钒液流电池行业液流框、全氟磺酸质子膜、电极、双极板一体化激光焊接封装。

据悉，塑料焊接技术迭代至今已经历了5次变革。第一代技术螺栓与第二代以胶水为代表的化学密封技术同属于耗材，成本高；第三代热气热板技术对电解液流动速度有所影响，易降低其化学性能；第四代超声振动摩擦焊接技术在液流储能层面应用较少；第五代激光焊接技术，可以有效解决电解液泄露问题。

与传统的密封方式相比，激光焊接具有以下不同之处：

密封性：激光焊接可以实现较高的密封强度，焊缝狭窄且均匀，能够有效防止液体泄漏。

精度和适应性：激光焊接能够实现高精度的焊接，对复杂形状和小尺寸部件的密封具有较好的适应性。

热影响区小：相比传统焊接方法，激光焊接的热影响区较小，对周围材料的热损伤较少。

自动化潜力：激光焊接易于实现自动化控制和大规模生产，提高生产效率和质量稳定性。

材料选择：对于某些特殊材料或对密封材料有特殊要求的应用，激光焊接可能更具优势。

此外，激光焊接相较于传统的密封圈方法，也带来了显著的经济效益。以液流电池功率32KW的单堆为例，激光焊接能大约节约近一万元密封条，一万元隔膜，以及一万元双极板，在物料上带来了巨大的节省。

但是激光焊接技术也存在一些限制和挑战，例如设备成本较高、对焊接材料的要求较为严格等。在选择密封方式时，需要综合考虑具体应用的要求、成本、设备可行性等因素。此外，对于液流电池电堆的密封，还需要进行充分的测试和验证，以确保密封性能满足系统的要求。不同的液流电池技术和设计可能对密封方式有不同的需求，因此在实际应用中，需要根据具体情况进行选择和优化。