超薄碱性水电解用复合隔膜及其制备方法和碱性水电解装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115896863A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211314085.1(22)申请日2022.10.25(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区双清路30号清华大学清华园北京100084-82信箱(72)发明人王海辉丁力廖益文(74)专利代理机构北京路浩知识产权代理有限公司11002专利代理师钱云(51)Int.Cl.C25B13/04(2021.01)C25B13/07(2021.01)C25B9/19(2021.01)C25B1/04(2021.01)权利要求书1页说明书7页附图1页(54)发明名称超薄碱性水电解用复合隔膜及其制备方法和碱性水电解装置(57)摘要本发明提供一种超薄碱性水电解用复合隔膜及其制备方法和碱性水电解装置，所述复合隔膜由多孔支撑层和形成在所述多孔支撑层外表面的致密皮层构成，所述多孔支撑层和所述致密皮层由同一组成的浆料制备得到，所述浆料包括纳米纤维、无机纳米颗粒、有机高分子聚合物和粘结剂，所述纳米纤维在所述浆料中的质量百分含量S％与所述纳米纤维的长度L、直径D满足：S＝K*√L/D。本发明通过将一定浓度的纳米纤维均匀分散到制膜浆料中，在保持膜较好的机械强度的同时，大幅度降低复合隔膜的厚度，从而有效降低隔膜的面电阻，提高膜的离子透过性。CN115896863ACN115896863A权利要求书1/1页1.一种超薄碱性水电解用复合隔膜，其特征在于，所述复合隔膜由多孔支撑层和形成在所述多孔支撑层外表面的致密皮层构成，所述多孔支撑层和所述致密皮层由同一组成的浆料制备得到，所述浆料包括纳米纤维、无机纳米颗粒、有机高分子聚合物和粘结剂，所述纳米纤维在所述浆料中的质量百分含量S％与所述纳米纤维的长度L、直径D满足：S＝K*√L/D，其中，K为校正系数，范围为3～5，L和D的单位均为纳米。2.根据权利要求1所述的超薄碱性水电解用复合隔膜，其特征在于，所述复合隔膜的厚度H＝M*S，其中M为厚度的校正系数，范围为20～60，H的单位为微米。3.根据权利要求1所述的超薄碱性水电解用复合隔膜，其特征在于，所述纳米纤维为棉花纤维、聚丙烯纤维、聚苯硫醚纤维中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的超薄碱性水电解用复合隔膜，其特征在于，所述纳米纤维的长度L为1000～8000nm，直径D为10～50nm。5.根据权利要求1‑4任一项所述的超薄碱性水电解用复合隔膜，其特征在于，所述无机纳米颗粒为氧化锆、氧化钛、氧化钇中的一种或多种，粒径为10‑200nm。6.根据权利要求5所述的超薄碱性水电解用复合隔膜，其特征在于，所述有机高分子聚合物为聚醚砜、聚芳醚酮、壳聚糖中的一种或多种；所述粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇中的一种或多种。7.根据权利要求6所述的超薄碱性水电解用复合隔膜，其特征在于，以质量分数计，所述致密皮层包含30％‑50％的无机纳米颗粒、5％‑20％的纳米纤维、30％‑50％的有机高分子聚合物和1％‑5％的粘结剂；所述多孔支撑层包含60％‑80％的无机纳米颗粒、5％‑20％的纳米纤维、5％‑15％的有机高分子聚合物和1％‑5％的粘结剂。8.根据权利要求7所述的超薄碱性水电解用复合隔膜，其特征在于，所述复合隔膜的面电阻为0.15～0.3Ω.cm2，弹性模量为150～300N/mm2，断裂强度为20～40N/mm2，泡点为5‑10bar。9.一种超薄碱性水电解用复合隔膜的制备方法，其特征在于，包括：将纳米纤维、无机纳米颗粒、有机高分子聚合物、粘结剂和溶剂混合，制得浆料；将所述浆料制成薄膜状后，进行相转化，获得所述复合隔膜。10.一种碱性水电解装置，其特征在于，包括权利要求1‑8任一项所述的超薄碱性水电解用复合隔膜或权利要求9所述的制备方法制备得到的超薄碱性水电解用复合隔膜。2CN115896863A说明书1/7页超薄碱性水电解用复合隔膜及其制备方法和碱性水电解装置技术领域[0001]本发明涉及碱性水电解技术领域，尤其涉及一种超薄碱性水电解用复合隔膜及其制备方法和碱性水电解装置。背景技术[0002]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。[0003]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。其中，离子透过性，直接影响所用隔膜的碱性水电解槽的电解效率。提高隔膜的离子透过性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。机械强度，要求隔膜具备较好的机械强度以便能够经受电解槽的电极与隔膜之间的摩擦。气密性，要求隔膜具备阻隔气