[发明专利]基于3D打印的枝晶镍基催化电极制备装置及方法

权利要求书

1.一种基于3D打印的枝晶镍基催化电极制备装置，其特征在于，包括工控机(1)、化工泵(2)、阳极工具电极(4)、镀液喷头(5)、连接头(7)、镀槽(8)、三维移动平台(10)；工控机(1)用作三维运动控制系统，用于接收用户的镍基催化电极的建模图形数据，自动转换成三维移动平台的运动控制数据，用来控制三维移动平台在X,Y,Z轴方向运动；

镀液喷头(5)包括导向管(11)、多孔挡板(15)、喷头外壳体(16)；其中喷头外壳体(16)为内径一致的圆筒形，镀液垂直向下喷出，能够在电极表面形成枝晶结构；喷头外壳体(16)上端固定有导向管(11)，导向管(11)用于密封和装夹阳极工具电极(4)，多孔挡板(15)通过过盈连接安装在阳极工具电极(4)上，多孔挡板上负载有合金金属颗粒(14)，通过合金金属粒(14)对镀液中消耗的离子进行补充；在喷头外壳体(16)上部的外表面开有通孔，该孔与乳胶管(3)一端相连，再将乳胶管(3)另一端与化工泵(2)入口相连接，化工泵(2)出口通入镀槽(8)，实现镀槽中镀液的循环流动；开启化工泵(2)后，镀液从镀液喷头中垂直向下流出；

基体工件(9)平放在镀槽(8)内，阳极工具电极(4)连同镀液喷头(5)通过连接头(7)装夹在三维移动平台(10)上，三维移动平台(10)带动阳极工具电极(4)和镀液喷头(5)在三维空间内运动；阳极工具电极(4)和基体工件(9)分别接工控机(1)中高频脉冲电源的正极和负极，通过三维移动平台(10)在工控机的控制下，带动阳极工具电极(4)和镀液喷头(5)根据三维移动平台的运动控制数据沿设定的轨迹运动；阳极工具电极(4)具有曲率，其曲率与预制备枝晶镍基催化电极骨架曲率相同，通过阳极工具电极引导下的局部电沉积作用，沉积出与阳极工具电极形状相同的镍基催化电极；

工控机(1)根据对高频脉冲电源的电流值实时监测，不断调整阳极工具电极(4)高度，使阳极工具电极和制备的电极间距位置保持恒定，具体的：工控机(1)实时检测阳极工具电极(4)和制备的电极之间的电流变化，当生成的电极与阳极工具电极(4)间距过小时，电流增加，当超过所设定的阈值电流时，控制三维移动平台沿z轴抬起，使得电流一直维持在设定值，从而保证阳极工具电极(4)和构件之间维持在合适的极间距。

2.根据权利要求1所述装置制备枝晶镍基催化电极的方法，其特征在于，

步骤(1)：将基体工件(9)平放入镀槽(8)内，根据需要选用适合曲率的阳极工具电极(4)，并与镀液喷头(5)相连接，阳极工具电极(4)外露出喷头口0.5cm，在将其固定到到三维移动平台(10)的连接头(7)上；

步骤(2)：将工控机(1)中高频脉冲电源正极和负极分别与阳极工具电极(4)和基体工件(9)相连，调整三维移动平台z轴坐标，使得阳极工具电极(4)与基体工件(9)表面为1mm间隔；再将化工泵(2)的入口处与镀槽(8)相连，出口与镀液喷头(5)的外部两进液口相连，开启化工泵(2)，使得镀液达到0.1Mpa压力后，从喷头(5)流向基体工件(9)表面；

步骤(3)：在工控机(1)内导入用户的镍基催化电极的建模图形数据，开启高频脉冲电源，工控机(1)实时检测阳极工具电极(4)和制备的电极之间的电流变化，当生成的电极与阳极工具电极(4)间距过小时，电流增加，当超过所设定的阈值电流时，控制三维移动平台沿z轴抬起，使得电流一直维持在设定值，从而保证阳极工具电极(4)和构件之间维持在合适的极间距；

步骤(4)：当电极生长达到指定尺寸后，停止高频脉冲电源供电，停止化工泵(2)工作，将基体工件(9)取出，剪下生成的电极后展平使用。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，高频脉冲电源输出电压为恒压6V。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，阳极工具电极(4)和构件之间合适的极间距为0.1-1mm之间。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，镀液采用：300g/l的硫酸镍，40g/l的氯化镍和40g/l的硼酸；先在烧杯中依次倒入硼酸和990mL蒸馏水，70-90℃水浴加热并用玻璃棒搅拌使硼酸溶解；然后倒入硫酸镍和氯化镍，继续水浴加热并用玻璃棒搅拌至全部溶解；倒入活性炭颗粒和双氧水试剂活化30min，并用滤纸过滤待用；在另一烧杯中倒入剩余的10mL的蒸馏水，用均质机以600-700r/min转速搅拌10min，静置至室温待用。