本發明涉及堿性水電解，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：

1、在水電解器內部，通過電流的作用，水分子被轉化為氣態的氫(h2)與氣態的氧(o2)，這一過程發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置了一層隔膜，有效分隔了電解過程中產生的氫氣和氧氣。在這些電極的兩側配置了集流器，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，還確保了整個系統的穩定運行。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有密封件，以保證系統的夾緊與密封，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的效率；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，它們還引導堿液在電解槽內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構復雜的流場材料；(2)具有獨特紋理的壓花雙極板。盡管設計各異，但核心功能相同，即通過增加直接接觸區和多個接觸點，優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出顯著優勢。

5、需要強調的是，流場材料為膨脹金屬板，膨脹金屬板上設計了金剛石狀結構，能夠進一步優化電流收集與堿液流動流徑。經過切割與拉伸，膨脹金屬板形成了規則的網狀結構，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用場景中，現有技術是：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)切割為兩個半圓結構92，兩個半圓結構能夠與圓形雙極板的圓盤貼合。隨后，在雙極板的圓環周邊，采用電阻焊或氣鎢弧焊(tag)等焊接技術，將這兩個半圓結構焊接在雙極板上。實際應用時，為了得到半圓結構，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的性能，因為并非所有電解槽表面都能處于最佳工作狀態。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。然而，在停滯區和供應不足區，由于缺乏流體的更新，這些區域的溫度會下降，導致電解槽表面產生溫差。溫度的不均勻會降低反應動力學，從而減少氣態二氫的產生量。(2)反應物分布不均：水電解反應所需的反應物(oh-)存在于堿液中，并在電極表面逐漸消耗。在停滯區，堿液無法更新，導致反應物供應不足，反應動力學降低，二氫產生量減少。(3)產物排空不暢：化學反應產生的氣態產物需要被有效收集。在停滯區域，由于堿液不更新，產生的氣泡無法被及時帶向出口通道，導致反應產物在雙極板表面的分離受到限制，反應動力學下降。

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

技術實現思路

1、本發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、本發明的目的采用以下技術方案實現：

3、第一方面，本發明提供一種集流器，包括：

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

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

6、進一步的，所述膨脹金屬網格板的數量為3～6；

7、相鄰的所述膨脹金屬網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先堿液流徑。

9、所述膨脹金屬網格板的寬邊呈弧形，并與所述圓盤的邊緣輪廓相匹配；

10、所述膨脹金屬網格板的寬度小于等于所述圓盤的直徑。

11、進一步的，所述優先堿液流徑沿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、所述膨脹金屬網格板繞著著t軸旋轉(-180°,180°]，所述t軸與所述雙極板垂直。

13、進一步的，所述膨脹金屬網格板包括多個孔洞結構；

14、所述孔洞結構的短軸長度為10～20mm，所述孔洞結構的長軸為20～30mm。

15、第二方面，本發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格板，并旋轉膨脹金屬網格板；

18、將膨脹金屬網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格板，并旋轉膨脹金屬網格板包括：

20、獲取多塊原材料，并將多塊原材料鋪設在圓盤上，旋轉原材料后，根據圓盤的邊緣輪廓切割原材料，獲得旋轉后的膨脹金屬網格板；

21、進一步的，獲取多塊膨脹金屬網格板，并將多塊膨脹金屬網格板，鋪設在圓盤上，旋轉膨脹金屬網格板。

22、進一步的，所述流場材料的中軸線與優選堿液流徑平行；

23、進一步的，所述流場材料的中軸線與優選堿液流徑不平行。

24、第三方面，本發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，根據圓盤的直徑、膨脹金屬網格板的預設數量以及相鄰膨脹金屬網格板之間的預設間距，確定每塊膨脹金屬網格板的長度和寬度；

27、根據每塊膨脹金屬網格板的長度和寬度以及對應圓盤的邊緣輪廓，切割原材料，以獲得預設數量的膨脹金屬網格板；

28、根據每塊膨脹金屬網格板在圓盤上的預設位置，將膨脹金屬網格板焊接在所述圓盤上。

29、第四方面，本發明提供一種電解槽，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有所述集流器；

31、進一步的，所述電解槽的陰極設有所述集流器。

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

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

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

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

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

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

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

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

40、與現有技術相比，本發明的有益效果至少包括：

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

42、本發明的制作方法使用的原材料的尺寸遠小于現有技術對原材料的尺寸要求，顯著降低了原材料獲得的難度；且本發明的制作方法產生的邊角料遠少于現有技術產生的邊角料，顯著節約了生產成本。

43、本發明的電解槽通過在陰極和陽極使用旋轉角度不同的膨脹金屬網格板，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。