本發(fā)明涉及堿性水電解，尤其涉及一種集流器及其制備方法和一種電解槽。

背景技術(shù)：

1、在水電解器內(nèi)部，通過電流的作用，水分子被轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的氫(h2)與氣態(tài)的氧(o2)，這一過程發(fā)生在由多個組件層層疊加而成的電解槽中。電解槽的陰極與陽極之間設(shè)置了一層隔膜，有效分隔了電解過程中產(chǎn)生的氫氣和氧氣。在這些電極的兩側(cè)配置了集流器，集流器位于電極與雙極板之間。

2、整個電解槽系統(tǒng)被堆疊在兩塊分布板之間，這分布板配板不僅為電解槽提供了必要的電力輸入與分配，還確保了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。而位于電解槽兩端的端板，將各個電解槽組分隔開，同時端板與電解槽組件之間還設(shè)有密封件，以保證系統(tǒng)的夾緊與密封，防止泄露。

3、集流器在電解槽中的作用：首先，它們極大地增加了雙極板與電極之間的接觸面積，從而提高了電流傳輸?shù)男?；其次，集流器作為電流的橋梁，確保電流能夠順暢無阻地傳遞給電極，為水的電解提供源源不斷的動力；最后，它們還引導(dǎo)堿液在電解槽內(nèi)部以最為均勻的方式流動，從堿液入口到堿液出口，確保了整個電解過程的高效與穩(wěn)定。因此，集流器與電極之間的接觸面積越大，意味著通過系統(tǒng)的電流越多，進而促進了更多水分的解離，能夠提升電解槽的整體性能。此外，為了應(yīng)對電解過程中可能遇到的腐蝕問題，集流器通常采用耐腐蝕材料制成，或是經(jīng)過特殊處理、涂有耐腐蝕涂層的不銹鋼材料，以確保電解槽的長期穩(wěn)定運行。

4、電解市場上的集流器的類型有：(1)在雙極板上焊接有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的流場材料；(2)具有獨特紋理的壓花雙極板。盡管設(shè)計各異，但核心功能相同，即通過增加直接接觸區(qū)和多個接觸點，優(yōu)化電流傳輸與堿液流動。相較于壓花雙極板(2000個點/m2)，流場材料憑借其更高的接觸點密度(約3000個點/m2)，在提升電流密度與降低電池堆整體電阻方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。

5、需要強調(diào)的是，流場材料為膨脹金屬板，膨脹金屬板上設(shè)計了金剛石狀結(jié)構(gòu)，能夠進一步優(yōu)化電流收集與堿液流動流徑。經(jīng)過切割與拉伸，膨脹金屬板形成了規(guī)則的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中的銳角的大小直接影響堿液流動的阻力與分布流徑。隨著銳角的增大，膨脹金屬板的表觀密度降低，流動阻力減小，而堿液則在這些孔洞中，沿著特定的分布流徑流動，確保了電解過程的高效與均勻。

6、參考圖7，在雙極板2上焊接膨脹金屬板作為集流器的應(yīng)用場景中，現(xiàn)有技術(shù)是：針對圓形電解槽的特殊需求，將兩塊原材料90(尺寸比較大的矩形膨脹金屬板)切割為兩個半圓結(jié)構(gòu)92，兩個半圓結(jié)構(gòu)能夠與圓形雙極板的圓盤貼合。隨后，在雙極板的圓環(huán)周邊，采用電阻焊或氣鎢弧焊(tag)等焊接技術(shù)，將這兩個半圓結(jié)構(gòu)焊接在雙極板上。實際應(yīng)用時，為了得到半圓結(jié)構(gòu)，需要較大尺寸的原材料，且被切割移除的邊角材料較多，不僅造成了材料的浪費，還增加了成本。此外，如圖7所示，這種集流器表面上的堿液從堿液入口211沿著v軸方向流向堿液出口212。這種流動方式看似高效，但實際上卻導(dǎo)致了堿液在雙極板表面分布不均勻。電解槽表面流體流動的不均勻性會降低整個系統(tǒng)的性能，因為并非所有電解槽表面都能處于最佳工作狀態(tài)。堿液的流動不均勻性帶來的具體影響包括：(1)電解槽表面溫度分布不均：堿液在進入電解槽前需維持在最佳溫度，以促進水電解的化學反應(yīng)。然而，在停滯區(qū)和供應(yīng)不足區(qū)，由于缺乏流體的更新，這些區(qū)域的溫度會下降，導(dǎo)致電解槽表面產(chǎn)生溫差。溫度的不均勻會降低反應(yīng)動力學，從而減少氣態(tài)二氫的產(chǎn)生量。(2)反應(yīng)物分布不均：水電解反應(yīng)所需的反應(yīng)物(oh-)存在于堿液中，并在電極表面逐漸消耗。在停滯區(qū)，堿液無法更新，導(dǎo)致反應(yīng)物供應(yīng)不足，反應(yīng)動力學降低，二氫產(chǎn)生量減少。(3)產(chǎn)物排空不暢：化學反應(yīng)產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物需要被有效收集。在停滯區(qū)域，由于堿液不更新，產(chǎn)生的氣泡無法被及時帶向出口通道，導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物在雙極板表面的分離受到限制，反應(yīng)動力學下降。

7、為了解決上述至少一個技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種集流器及其制備方法和一種電解槽。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種集流器及其制備方法和一種電解槽，能夠提高堿液分布在雙極板上的均勻性。

2、本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種集流器，包括：

4、雙極板，所述雙極板包括圓盤和圓環(huán)，所述圓環(huán)環(huán)繞所述圓盤周部，所述圓環(huán)的第一端開設(shè)有一個或多個堿液入口，所述圓環(huán)的第二端開設(shè)有一個或多個堿液出口；

5、流場材料，所述流場材料設(shè)置在所述圓盤上，所述流場材料包括多個依次間隔排列的膨脹金屬網(wǎng)格板。

6、進一步的，所述膨脹金屬網(wǎng)格板的數(shù)量為3～6；

7、相鄰的所述膨脹金屬網(wǎng)格板之間的間距小于等于所述雙極板的直徑的一半。

8、進一步的，所述堿液入口與所述堿液出口之間具有優(yōu)先堿液流徑。

9、所述膨脹金屬網(wǎng)格板的寬邊呈弧形，并與所述圓盤的邊緣輪廓相匹配；

10、所述膨脹金屬網(wǎng)格板的寬度小于等于所述圓盤的直徑。

11、進一步的，所述優(yōu)先堿液流徑沿v軸方向延伸，或與v軸形成±45°的夾角，所述v軸與所述雙極板平行；

12、所述膨脹金屬網(wǎng)格板繞著著t軸旋轉(zhuǎn)(-180°,180°]，所述t軸與所述雙極板垂直。

13、進一步的，所述膨脹金屬網(wǎng)格板包括多個孔洞結(jié)構(gòu)；

14、所述孔洞結(jié)構(gòu)的短軸長度為10～20mm，所述孔洞結(jié)構(gòu)的長軸為20～30mm。

15、第二方面，本發(fā)明提供一種集流器的制作方法，所述制作方法獲得上述的集流器；

16、所述制作方法包括以下步驟：

17、獲取多塊膨脹金屬網(wǎng)格板，并旋轉(zhuǎn)膨脹金屬網(wǎng)格板；

18、將膨脹金屬網(wǎng)格板焊接在所述雙極板的圓盤上，形成流場材料。

19、進一步的，所述獲取多塊膨脹金屬網(wǎng)格板，并旋轉(zhuǎn)膨脹金屬網(wǎng)格板包括：

20、獲取多塊原材料，并將多塊原材料鋪設(shè)在圓盤上，旋轉(zhuǎn)原材料后，根據(jù)圓盤的邊緣輪廓切割原材料，獲得旋轉(zhuǎn)后的膨脹金屬網(wǎng)格板；

21、進一步的，獲取多塊膨脹金屬網(wǎng)格板，并將多塊膨脹金屬網(wǎng)格板，鋪設(shè)在圓盤上，旋轉(zhuǎn)膨脹金屬網(wǎng)格板。

22、進一步的，所述流場材料的中軸線與優(yōu)選堿液流徑平行；

23、進一步的，所述流場材料的中軸線與優(yōu)選堿液流徑不平行。

24、第三方面，本發(fā)明提供一種集流器的制作方法，所述制作方法獲得上述的集流器；

25、所述制作方法包括以下步驟：

26、獲取圓盤的直徑，根據(jù)圓盤的直徑、膨脹金屬網(wǎng)格板的預(yù)設(shè)數(shù)量以及相鄰膨脹金屬網(wǎng)格板之間的預(yù)設(shè)間距，確定每塊膨脹金屬網(wǎng)格板的長度和寬度；

27、根據(jù)每塊膨脹金屬網(wǎng)格板的長度和寬度以及對應(yīng)圓盤的邊緣輪廓，切割原材料，以獲得預(yù)設(shè)數(shù)量的膨脹金屬網(wǎng)格板；

28、根據(jù)每塊膨脹金屬網(wǎng)格板在圓盤上的預(yù)設(shè)位置，將膨脹金屬網(wǎng)格板焊接在所述圓盤上。

29、第四方面，本發(fā)明提供一種電解槽，所述電解槽包括上述的集流器或通過上述的制作方法獲得的集流器。

30、進一步的，所述電解槽的陽極設(shè)有所述集流器；

31、進一步的，所述電解槽的陰極設(shè)有所述集流器。

32、進一步的，所述陰極的膨脹金屬網(wǎng)格板繞t軸的旋轉(zhuǎn)方向與所述陽極的膨脹金屬網(wǎng)格板繞t軸的旋轉(zhuǎn)方向相反。

33、進一步的，所述陰極的膨脹金屬網(wǎng)格板繞t軸的旋轉(zhuǎn)方向與所述陽極的膨脹金屬網(wǎng)格板繞t軸的旋轉(zhuǎn)方向相同；

34、進一步的，所述陰極的膨脹金屬網(wǎng)格板繞v軸的旋轉(zhuǎn)方向與所述陽極的膨脹金屬網(wǎng)格板繞v軸的旋轉(zhuǎn)方向相反；

35、進一步的，所述陰極的膨脹金屬網(wǎng)格板繞v軸的旋轉(zhuǎn)方向與所述陽極的膨脹金屬網(wǎng)格板繞v軸的旋轉(zhuǎn)方向相同。

36、進一步的，所述陰極的膨脹金屬網(wǎng)格板繞t軸的旋轉(zhuǎn)角度與所述陽極的膨脹金屬網(wǎng)格板繞t軸的旋轉(zhuǎn)角度相同；

37、進一步的，所述陰極的膨脹金屬網(wǎng)格板繞t軸的旋轉(zhuǎn)角度與所述陽極的膨脹金屬網(wǎng)格板(繞t軸的旋轉(zhuǎn)角度不同；

38、進一步的，所述陰極的膨脹金屬網(wǎng)格板繞v軸的旋轉(zhuǎn)角度與所述陽極的膨脹金屬網(wǎng)格板繞v軸的旋轉(zhuǎn)角度相同；

39、進一步的，所述陰極的膨脹金屬網(wǎng)格板繞v軸的旋轉(zhuǎn)角度與所述陽極的膨脹金屬網(wǎng)格板繞v軸的旋轉(zhuǎn)角度不同。

40、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少包括：

41、本發(fā)明的集流器通過設(shè)置依次間隔排列的多個膨脹金屬網(wǎng)格板，能夠降低對原材料的尺寸要求。

42、本發(fā)明的制作方法使用的原材料的尺寸遠小于現(xiàn)有技術(shù)對原材料的尺寸要求，顯著降低了原材料獲得的難度；且本發(fā)明的制作方法產(chǎn)生的邊角料遠少于現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生的邊角料，顯著節(jié)約了生產(chǎn)成本。

43、本發(fā)明的電解槽通過在陰極和陽極使用旋轉(zhuǎn)角度不同的膨脹金屬網(wǎng)格板，能夠使得雙極板上的堿液分布更均勻性，，進而提高電解槽的效率與性能。