CN115074763A - 一种碱性电解水制氢隔膜的制备方法及隔膜 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种碱性电解水制氢隔膜的制备方法及隔膜，包括如下步骤：S1、将聚合物加工成薄膜；S2、采用激光刻蚀的方式对所述薄膜进行刻蚀通孔，所述通孔的最大直径为10纳米至500微米之间；S3、对步骤S2处理得到所述薄膜外表面涂覆亲水性涂层，得到用于电解水制氢的多孔状隔膜，通过合理设计激光刻蚀的图案和尺寸，可有效避免阴极室与阳极室中氢氧气体穿过隔膜发生互窜，同时保证电解液通过孔结构顺利穿过隔膜，在隔膜的表面涂覆了亲水性涂层，改善了离子传输性能。此外，通过合理设计刻蚀的通孔形状，还可有效防止隔膜上应力集中区域的出现，从而大幅提高了隔膜的力学性能，最终获得综合性能优良的隔膜。
Description
技术领域
本申请涉及电解槽技术领域，尤其涉及一种碱性电解水制氢隔膜的制备方法及隔膜。
背景技术
在电解槽电解过程中，离子需发生定向移动，因此电解槽内的隔膜需具有良好的离子透过性。同时，隔膜还需阻止阴极和阳极产生的气体穿透隔膜发生氢氧混合，避免爆炸的发生。此外，隔膜还需抵抗高温碱性电解液的化学腐蚀，以及电解槽阴极、阳极之间的压差。目前常用的隔膜为石棉等材质的纤维编织布或者相转化法制备的聚合物基薄膜，存在阻气性和抗压差性能较差和机械性能有所欠缺的问题。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的目的在于提出一种碱性电解水制氢隔膜的制备方法，本申请通过合理设计激光刻蚀的图案和尺寸，可有效避免阴极室与阳极室中氢氧气体穿过隔膜发生互窜，同时保证电解液通过孔结构顺利穿过隔膜，在隔膜的表面涂覆了亲水性涂层，改善了离子传输性能。此外，通过合理设计刻蚀的通孔形状，还可有效防止隔膜上应力集中区域的出现，从而大幅提高了隔膜的力学性能，最终获得综合性能优良的隔膜。本申请提出的制备方法重现性好、制备工艺简单、制备过程无污染、便于规模放大和商业化，具有广泛的市场价值和应用前景，对开发先进的电解水制氢系统具有重要意义。
为达到上述目的，本申请提出的碱性电解水制氢隔膜的制备方法，包括如下步骤：
S1、将聚合物加工成薄膜；
S2、采用激光刻蚀的方式对所述薄膜进行刻蚀通孔，所述通孔的最大直径为10纳米至500微米之间；
S3、对步骤S2处理得到所述薄膜外表面涂覆亲水性涂层，得到用于电解水制氢的多孔状隔膜。
进一步地，所述聚合物为聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚苯砜、聚丙烯、聚乙烯中的至少一种。
进一步地，所述通孔的形状为规则曲线孔。
进一步地，所述通孔为圆孔或者椭圆孔的至少一种。
进一步地，所述亲水性涂层的组分为二氧化锆、二氧化铈、二氧化钛、硫酸钡、氧化铝中的一种或几种。
进一步地，所述的隔膜的孔隙率为30％至90％。
一种隔膜，该隔膜是由所述的碱性电解水制氢隔膜的制备方法方法形成的。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请一实施例提出的一种碱性电解水制氢隔膜的制备方法的流程示意图；
图2是本申请另一实施例提出的碱性电解水制氢隔膜的制备方法的隔膜结构示意图；
图3是本申请另一实施例提出的碱性电解水制氢隔膜的制备方法的隔膜的液体穿透效果展示图；
图4是本申请另一实施例提出的碱性电解水制氢隔膜的制备方法的隔膜的阻隔气体工作原理示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1是本申请一实施例提出的一种碱性电解水制氢隔膜的制备方法的流程示意图。
参见图1和图2，一种碱性电解水制氢隔膜的制备方法，包括如下步骤：
S1、将聚合物加工成薄膜；
S2、采用激光刻蚀的方式对所述薄膜进行刻蚀通孔，所述通孔的最大直径为10纳米至500微米之间；
S3、对步骤S2处理得到所述薄膜外表面涂覆亲水性涂层，得到用于电解水制氢的多孔状隔膜。
如图4所示，本实施例中，对聚合物采用的加工方式可以为挤出法、吹塑法、压延法、流延法或拉伸法中的一种或几种，将聚合物材料加工成实心状薄膜。具体地，所述聚合物为聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚苯砜、聚丙烯、聚乙烯中的至少一种。所采用的激光可以为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器中的一种或几种，对薄膜进行刻蚀图案，优选地，本实施例中，图案为圆孔结构，能有效避免应力集中点的曲线。从而具有优良的机械性能。并且通孔的最大直径为10纳米至500微米之间，远小于气泡的直径，通常气泡很小时，基本不会再分裂，当气泡很小时水的惯性力远小于气泡的表面张力。因此可以阻隔气泡通过，展示出良好的气体阻隔性能。进一步地，刻蚀处理后的薄膜外表面涂覆亲水性涂层，具体地，所述亲水性涂层的组分为二氧化锆、二氧化铈、二氧化钛、硫酸钡、氧化铝中的一种或几种。亲水性涂层的制备方法为喷涂法、浸涂法、涂刷法或电泳涂装法中的一种或几种，在薄膜的外表面形成亲水层，提高了离子传输性能，从而使得电解槽具有较高的电解效率。
所述通孔的形状为规则曲线孔。规则的曲线孔形状能够避免薄膜局部的形状急剧变化导致应力局部增高的情况，有效避免应力集中，进而改善了隔膜整体的力学强度。
优选地，所述通孔为圆孔或者椭圆孔的至少一种。圆孔或者椭圆孔的形状变化平缓，且方便加工成型。
所述的隔膜的孔隙率为30％至90％。优选地，隔膜的孔隙率70％，保证低的电阻和高的离子电导率，对离子有很好的透过性。
图3为该实施例提出的隔膜的液体穿透效果展示图。图中左侧为染成红色的液体，右侧为未染色液体。经过10分钟之后，从图中可发现，右侧液体也出现红色，这说明左侧液体可通过隔膜上的孔结构流入右侧。该测试表面这种隔膜具有良好的离子穿透能力。
一种隔膜，该隔膜是由所述的碱性电解水制氢隔膜的制备方法方法形成的。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种碱性电解水制氢隔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将聚合物加工成薄膜；
S2、采用激光刻蚀的方式对所述薄膜进行刻蚀通孔，所述通孔的最大直径为10纳米至500微米之间；
S3、对步骤S2处理得到所述薄膜外表面涂覆亲水性涂层，得到用于电解水制氢的多孔状隔膜。
2.如权利要求1所述的碱性电解水制氢隔膜的制备方法，其特征在于，所述聚合物为聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚苯砜、聚丙烯、聚乙烯中的至少一种。
3.如权利要求1所述的碱性电解水制氢隔膜的制备方法，其特征在于，所述通孔的形状为规则曲线孔。
4.如权利要求1所述的碱性电解水制氢隔膜的制备方法，其特征在于，所述通孔为圆孔或者椭圆孔的至少一种。
5.如权利要求1所述的碱性电解水制氢隔膜的制备方法，其特征在于，所述亲水性涂层的组分为二氧化锆、二氧化铈、二氧化钛、硫酸钡、氧化铝中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的碱性电解水制氢隔膜的制备方法，其特征在于，所述的隔膜的孔隙率为30％至90％。
7.一种隔膜，其特征在于，该隔膜是由权利要求1～6中任意一项所述的碱性电解水制氢隔膜的制备方法方法形成的。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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