[发明专利]有机无机复合隔膜及制备其的浆料、碱性水电解装置

说明书

本发明提供一种有机无机复合隔膜及制备其的浆料、碱性水电解装置，所述浆料包括液相组分和固相组分，所述固相组分包括无机氧化物纳米颗粒、粘结剂和造孔剂，所述无机氧化物纳米颗粒在所述固相组分中的质量占比为70‑90％，所述液相组分的质量为所述无机氧化物纳米颗粒质量的1‑1.5倍。用该浆料制备的有机无机复合隔膜具有面电阻小、阻气性高、绝缘性好等优点，用于碱性电解水过程能较好地降低能耗以及提高产氢纯度。

技术领域

本发明涉及碱性电解水技术领域，尤其涉及一种有机无机复合隔膜及制备其的浆料、碱性水电解装置。

背景技术

清洁型能源氢能作为未来重要的能源载体之一，具有广泛的应用前景。碱性水电解作为一种成熟的绿氢制备技术，能耗有进一步降低的空间。通常，碱性水电解装置包括电解槽、电极和隔膜，通电时在阴极侧产生氢气，阳极侧产生氧气。

对于碱性水电解用隔膜，要求具备离子透过性、机械强度、气密性、电气绝缘性等方面的性能。具体地，要求隔膜具备较高的离子透过性，则可以降低隔膜的面电阻，从而提升碱性水电解槽的电解效率。要求隔膜具备较好的机械强度，则可以经受电解槽的电极与隔膜之间的摩擦。要求隔膜具备阻隔气体的性能，电解生成的气体无法透过隔膜，也就是说隔膜只允许离子透过。要求隔膜不能导电，处于绝缘状态。

现有技术中以PPS为代表的碱性水电解用隔膜很难同时兼顾上述四个方面的性能，因此，需要开发一种新的碱性水电解用隔膜。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种有机无机复合隔膜及制备其的浆料、碱性水电解装置。

第一方面，本发明提供一种有机无机复合隔膜用浆料，所述浆料包括液相组分和固相组分，所述固相组分包括无机氧化物纳米颗粒、粘结剂和造孔剂，所述无机氧化物纳米颗粒在所述固相组分中的质量占比为70-90％，所述液相组分的质量为所述无机氧化物纳米颗粒质量的1-1.5倍。

根据本发明提供的有机无机复合隔膜用浆料，所述无机氧化物纳米颗粒包括二氧化锆纳米颗粒和/或二氧化钛纳米颗粒。

根据本发明提供的有机无机复合隔膜用浆料，所述无机氧化物纳米颗粒的直径为10-200nm。

根据本发明提供的有机无机复合隔膜用浆料，所述无机氧化物纳米颗粒由质量比为1:150-200的二氧化锆和二氧化钛组成，所述二氧化锆的直径为d1，所述二氧化钛的直径为d2，满足：

根据本发明提供的有机无机复合隔膜用浆料，所述无机氧化物纳米颗粒由质量比为350-400:1的二氧化锆和二氧化钛组成，所述二氧化锆的直径为d1，所述二氧化钛的直径为d2，满足：

根据本发明提供的有机无机复合隔膜用浆料，所述粘结剂为聚砜、聚醚砜、聚芳砜、壳聚糖中的至少一种，所述粘结剂在所述固相组分中的质量占比为9-29％。

根据本发明提供的有机无机复合隔膜用浆料，所述造孔剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇中的至少一种，所述造孔剂在所述固相组分中的质量占比为1％。

根据本发明提供的有机无机复合隔膜用浆料，所述液相组分为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、水中的至少一种。

第二方面，本发明还提供上述有机无机复合隔膜用浆料的制备方法，包括：将粘结剂和造孔剂与液相组分混合后，再将所得物料与无机氧化物纳米颗粒混合。

第三方面，本发明提供一种有机无机复合隔膜，由上述任一有机无机复合隔膜用浆料制备得到。

第四方面，本发明提供一种碱性水电解装置，包括上述有机无机复合隔膜。