[发明专利]一种电解水制氢的复合隔膜及制备方法

说明书

本发明涉及一种电解水制氢的复合隔膜及制备方法，该复合隔膜包括网状编织物衬底和附接于网状编织物衬底的复合膜层，复合膜层含有无机陶瓷纤维和制膜液主体材料；其中，无机陶瓷纤维选自Ti、Zr、Si和Al中一种或多种氧化物的纤维。该制备方法包括(1)将陶瓷前驱体和助剂混合得纺丝液，然后将纺丝液进行纺丝，并将纺丝所得纤维进行煅烧，得无机陶瓷纤维；(2)将无机陶瓷纤维分散于制膜液中，然后进行刮膜和烘干。本发明电解水制氢的复合隔膜中在网状编织物衬底的表面增加了含有无机陶瓷纤维和制膜液主体材料的复合膜层，该复合膜层为无机‑有机复合层，使复合隔膜的稳定性和亲水性都显著提高，并提高膜电流和降低膜电阻。

技术领域

本发明涉及隔膜技术领域，具体涉及一种电解水制氢的复合隔膜及制备方法。

背景技术

氢能是高效清洁环保型能源，是实现碳中和的重要支撑。目前，商业化制氢技术中电解水制氢技术成熟，应用广泛。碱性水电解是实现大规模制氢的关键技术，也是目前最成熟的制氢技术之一。隔膜是碱性水电解的核心部件，一方面阻隔氢气和氧气相互混合以保证氢气纯度，另一方面允许溶液中离子通过，保证电解过程持续进行，并尽可能降低隔膜电阻减少能耗。

石棉是最早用于电解水隔膜的材料，但是石棉具有溶胀性，在碱性水电解液中隔膜的溶胀一方面降低了隔膜整体的抗张强度，使得隔膜容易受到电解液和气体的冲击遭到破坏，因此而逐渐被淘汰。目前现有技术中主要使用改性后的聚苯硫醚隔膜等作为电解水制氢的隔膜，但是这种隔膜孔隙较大，气体容易穿透(透气性高)，造成所制得氢气的纯度降低。现有电解水制氢隔膜还存在亲水性差、能耗高等问题，针对上述问题，迫切需要开发新型碱性电解水制氢隔膜。

发明内容

本发明提供一种电解水制氢的复合隔膜及制备方法，以降低隔膜的透气渗透性，提高隔膜的亲水性，从而降低膜电阻，降低能耗，并提高膜电流。

第一方面，本发明涉及一种电解水制氢的复合隔膜，该复合隔膜包括网状编织物衬底和附接于所述网状编织物衬底的复合膜层，所述复合膜层含有无机陶瓷纤维和制膜液主体材料；其中，所述无机陶瓷纤维选自Ti、Zr、Si和Al中一种或多种氧化物的纤维。

可选地，所述网状编织物衬底选自聚苯硫醚编织物、聚砜编织物和聚醚醚酮编织物中的一种或多种的组合；所述网状编织物衬底的网孔大小为1～5000μm，厚度为50～1000μm；所述制膜液主体材料选自聚苯硫醚、聚砜和聚醚醚酮中的一种或多种的组合。

可选地，所述复合隔膜的厚度为50～1500μm，所述无机陶瓷纤维的直径为5～500nm、长度为0.1～1μm。

第二方面，本发明涉及所述复合隔膜的制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)将陶瓷前驱体和助剂混合得纺丝液，然后将所述纺丝液进行纺丝，并将纺丝所得纤维进行煅烧，得无机陶瓷纤维；(2)将得自步骤(1)的所述无机陶瓷纤维研磨后分散于制膜液中，使分散有无机陶瓷纤维的制膜液涂覆于网状编织物衬底的表面然后进行刮膜、晾干和相转化得到复合隔膜。

可选地，步骤(1)中，所述陶瓷前驱体选自Ti、Zr、Si和Al中一种或多种的酯类、无机盐类或醇盐类纺丝前驱体；所述助剂包括溶剂、络合剂、模板剂和纤维成型剂；所述煅烧的温度为300～800℃、时间为2～10h。

可选地，所述陶瓷前驱体选自钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、四氯化钛、氧氯化锆、正丙醇锆、异丙醇铝和正硅酸乙酯中的一种或多种的组合。

可选地，所述溶剂选自水、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种的组合；所述络合剂选自乙酰丙酮、柠檬酸、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种的组合；所述纤维成型剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和羟甲基纤维素中的一种或多种的组合；所述模板剂选自三嵌段共聚物、十二烷基磺酸钠和聚乙二醇中的一种或多种的组合；所述三嵌段共聚物选自F127、P123和L64中的一种或多种的组合。