液流电池系统各部件润滑与密封技术概述

1.1 减少磨损与摩擦，保障运动部件可靠性

1.1.1 泵轴承与机械密封

• 电解液循环泵是系统的核心动力部件。其轴承需要润滑脂或润滑油以减少高速旋转带来的摩擦磨损，延长轴承寿命。

• 机械密封（动密封）的密封面之间也需要特定的润滑（如密封液或兼容的润滑脂）形成液膜，减少摩擦热和磨损，防止干磨损坏导致泄漏。

1.1.2 阀门活动部件

如球阀、蝶阀的阀杆、球体/阀板转动部位，气动隔膜阀的膜片支撑/驱动部件等。润滑（通常使用润滑脂）能确保阀门启闭灵活、顺畅，防止因腐蚀或干涩导致的卡死、操作力矩过大甚至损坏。

1.1.3 电堆装配滑动部件/调整机构

在电堆装配或维护过程中，可能存在的滑动部件或用于调整对齐的机构（如导轨、滑块、丝杆等）。润滑能减少摩擦，方便操作。

关键要求： 必须使用与离子交换膜和电极材料完全兼容的润滑剂（通常是特定配方的惰性润滑脂或干膜润滑剂），确保绝对不污染这些活性表面，否则会严重损害电池性能。

1.2 防止电解液泄漏，保障系统密封性

1.2.1 管道连接处

法兰、卡套、快插接头等连接点是最常见的潜在泄漏点，使用密封圈（O型圈、垫片等）或者密封胶胶水涂抹是常见的密封方式，以填充连接面微观不平处，形成物理屏障，阻止电解液在系统压力（泵送）和振动下外泄。

材质要求： 必须耐受强酸性钒电解液腐蚀。氟橡胶和聚四氟乙烯（PTFE） 是最常用且性能优异的材料，具有出色的耐化学性、耐温性和一定的弹性。

• 橡胶材料弹性好，能适应热胀冷缩与振动，且安装简易 无需复杂工具，便于检修维护时操作；

• 使用胶水涂抹操作简单，可牢固粘结管道与连接件，但固化需特定条件时间，未固化前受力会影响效果，且固化后难拆卸 维修需特殊处理，易损部件，易增加成本。

1.2.2 阀门阀座密封

阀门关闭时，阀芯（球、蝶板、隔膜）与阀座之间的密封面，同样依赖材质本身或嵌入的密封圈实现密封。

1.2.3 泵机械密封

如前所述，这是泵轴动态旋转部位的关键密封，防止电解液沿轴渗出。

1.2.4 旋转接头

如果系统中存在需要相对旋转的管路连接（例如某些特殊的电堆设计或采样口），旋转接头内部的密封圈是防止泄漏的核心。

1.2.5 辅助密封（胶水/密封剂）

在某些非活动连接或需要额外保障的部位，会使用耐酸密封胶（如硅酮类、氟橡胶基或环氧类密封胶）。

作用： 提供粘结力和辅助密封，填充更大缝隙或增强密封圈效果。

优缺点： 操作相对简单，粘结牢固。但固化需要时间和条件（湿度、温度），未固化前不能受力，固化后拆卸困难（维修时需破坏或特殊溶剂处理），增加维护难度和成本。适用于非频繁拆卸或作为密封圈的补充。

1.3 适应环境变化，维持密封性能

1.3.1 热胀冷缩

液流电池的最佳工作温度通常在25-35°C（其中全钒液流电池的工作温度范围可在0℃~45℃之间），但局部（如泵附近）或环境温度变化可能导致部件尺寸变化。弹性良好的密封圈（如氟橡胶）能够补偿这种尺寸变化，保持密封力。

1.3.2 振动

泵运行、流体脉动等会产生振动。可靠的密封（如设计合理的O型圈沟槽配合紧固件）和适当的润滑（减少因振动导致的微动磨损）能防止振动引起的密封失效和连接松动。

2 应用案例要点

2.1 泵

润滑应用： 使用专为化工泵设计的全氟聚醚（PFPE）基润滑脂（如Krytox®、Fomblin®系列）润滑轴承。这种润滑脂具有极佳的化学惰性，完全耐受强酸强氧化环境，高温稳定性好，寿命长。

机械密封通常采用布置式密封（Plan），其密封液循环系统或缓冲罐中的密封液也需选用兼容的液体（有时是稀释的电解液或专用缓冲液），其润滑作用对密封面至关重要。

密封应用： 机械密封本身是泵的核心密封件，其动/静环材质常选用碳化硅（SiC） 或硬质合金，辅助密封圈（如O圈）用氟橡胶（FKM）。泵壳连接面使用PTFE或FKM垫片。

2.2 阀门

润滑应用： 阀杆、阀轴等活动部位涂抹PFPE基润滑脂，确保动作顺畅。对于气动执行机构内部的运动部件，也需使用兼容润滑脂。

密封应用：

• 球阀/蝶阀： 阀座密封通常采用PTFE或增强PTFE（如填充玻璃纤维、碳），提供优异的化学惰性和低摩擦。阀杆密封采用FKM O型圈。

• 隔膜阀： 核心密封是弹性隔膜（材质常用PTFE衬里FKM或EPDM），其本身既是密封元件也是隔离元件，几乎无需活动部位润滑（润滑主要在气动执行器部分）。

2.3 管道连接

主要密封应用： FKM O型圈是最普遍的选择，用于法兰、卡套接头、快插接头等。PTFE垫片也常用于法兰连接。其优异的弹性和耐化学性保证了可靠的静密封。

辅助密封应用： 在需要额外密封或固定时，在法兰面或螺纹处涂抹耐酸硅酮密封胶（如RTV硅橡胶）或氟橡胶基密封胶。例如，在非承压的排液口或观察窗边缘。

2.4 电堆相关

润滑应用： 对于装配调整用的滑动部件（非常关键！），严格使用特氟龙（PTFE）基干膜润滑剂或指定型号的PFPE润滑脂，确保其完全惰性且不迁移，避免任何污染离子交换膜或电极活性表面的风险。用量需严格控制。

密封应用： 电堆内部单电池之间的密封通常由弹性边框垫片（材质多为硅橡胶或氟橡胶）或热压成型的密封结构完成，防止电池间窜液。电堆端板与集流板、管道接口等外部连接也使用FKM O型圈或垫片。

2.5 旋转接头

密封应用： 内部采用多道FKM或PTFE复合材料密封圈组合，配合弹簧预紧力，实现旋转状态下的动态密封。

润滑应用： 内部的轴承（若有）和密封面可能需要PFPE润滑脂润滑。

三 总结

在VRFB系统中，润滑与密封是密不可分的关键技术。润滑主要针对运动部件（轴承、阀杆、装配机构），其核心作用是减少磨损、降低摩擦、确保动作顺畅可靠，并需严格选用耐强酸强氧化且与敏感部件（膜/电极）兼容的润滑剂（PFPE基润滑脂是主流）。

密封则遍布整个系统（管道、阀门、泵、电堆、接头），其核心作用是构建物理屏障，阻止昂贵的强腐蚀性电解液泄漏和空气进入，主要依赖高性能弹性体密封件（FKM O型圈主导）和高分子材料（PTFE阀座/垫片），辅以耐酸密封胶。氟橡胶（FKM）和聚四氟乙烯（PTFE）因其卓越的耐化学性、耐温性和物理性能，成为VRFB系统密封材料的绝对主力。成功的润滑和密封方案设计，直接关系到系统的运行效率、维护成本、使用寿命和安全性。

四 相关企业

以下排名不分先后：

惠州市杜科新材料有限公司（密封胶水）

江苏明科精密橡塑科技有限公司（密封垫片/胶水）

三键化工有限公司

深圳市埃科润滑材料有限公司（润滑+密封）

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参考资料：艾邦液流电池网、国哥说密封、唯能密封、埃科

液流电池电堆密封解决方案

液流电池密封件设计与材料选择

EccoGrease TK3482润滑脂在全钒液流电池系统润滑与密封的应用

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液流电池（Flow Battery）是一种可充电电池，它通过液体电解质的流动来存储电能。与传统的固态电池（如锂离子电池）不同，液流电池的能量存储组件（电解质）是分离的，通常储存在外部容器中，在充放电过程中通过电池单元循环。

液流电池是一种活性物质存在于液态电解质中的电池技术，电解液在电堆外部，在循环泵的推动下流经电堆，实现化学能与电能的转换。国际上液流电池主要有全钒液流电池、锌溴电池、铁铬电池、多硫化钠溴电池4种技术路线。

其中全钒液流电池目前产业链建设和技术成熟度相对较高。全钒液流电池系统由功率单元（电堆），能量单元（电解液和电解液储罐），电解液输送单元（管路、阀、泵、传感器等辅助部件）以及电池管理系统等组成。其中，电堆由离子交换膜、电极、双极板、电极框、密封等材料构成。液流电池生产线包括（双极板，膜裁切，碳毡裁切，电堆堆叠组装）等。欢迎申请加入微信群。

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