JP5981751B2 - アルカリ水電解用隔膜及びその製造方法 - Google Patents
アルカリ水電解用隔膜及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5981751B2 JP5981751B2 JP2012077962A JP2012077962A JP5981751B2 JP 5981751 B2 JP5981751 B2 JP 5981751B2 JP 2012077962 A JP2012077962 A JP 2012077962A JP 2012077962 A JP2012077962 A JP 2012077962A JP 5981751 B2 JP5981751 B2 JP 5981751B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alkaline water
- diaphragm
- microporous membrane
- pore diameter
- water electrolysis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
[1]シート状の多孔性支持体と、有機高分子樹脂を含む微多孔膜と、を備え、多孔性支持体の片面又は両面に微多孔膜が積層され、多孔性支持体と接する微多孔膜の膜表面を表面Bとし、表面Bと反対側の微多孔膜の膜表面を表面Aとし、表面Aにおける平均孔径をPa、表面Bにおける平均孔径をPbとしたときに、Pa及びPbが以下の式(i)を満たす、アルカリ水電解用隔膜。
Pa>Pb・・・(i)
[2]多孔性支持体の両面に微多孔膜が配置された[1]のアルカリ水電解用隔膜。
[3]平均孔径Pbは、平均孔径Paの0.05〜0.9倍である[1]又は[2]のアルカリ水電解用隔膜。
[4]平均孔径Paが0.1μm〜5μmであり、平均孔径Pbが0.05μm〜2μmである[1]〜[3]のいずれかのアルカリ水電解用隔膜。
[5]有機高分子樹脂は、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン及びポリフェニルスルホンからなる群から選択される少なくとも1種である[1]〜[4]のいずれかのアルカリ水電解用隔膜。
[6]多孔性支持体が、不織布、織布、又は、不織布及び該不織布内に内在する織布を有する複合布である[1]〜[5]のいずれかのアルカリ水電解用隔膜。
[7]多孔性支持体が、ポリフェニレンサルファイド繊維を含む[6]のアルカリ水電解用隔膜。
[8]表面又は微多孔膜内に配置された酸化ジルコニウムを有する[1]〜[7]のいずれかのアルカリ水電解用隔膜。
[9]有機高分子樹脂を含む微多孔膜を有し、微多孔膜の一方の表面Aにおける平均孔径をPa、微多孔膜のもう一方の表面Bにおける平均孔径をPbとしたときに、以下の式(i)を満たすアルカリ水電解用隔膜と、陽極と、陰極と、を備え、アルカリ水電解用隔膜が、微多孔膜の表面Bが陰極側、微多孔膜の表面Aが陽極側となる向きで前記陽極と前記陰極との間に配置されたアルカリ水電解装置。
Pa>Pb・・・(i)
[10]有機高分子樹脂と、有機高分子樹脂の溶媒と、を含有する溶液を調製する工程と、溶液を基材に塗工する工程と、溶液が塗工された基材を蒸気に晒す工程と、溶液が塗工された基材を有機高分子樹脂の非溶媒を含む凝固浴に浸漬させる工程と、有機高分子樹脂を凝固させて微多孔膜を形成させる工程と、微多孔膜を多孔性支持体の片面又は両面に積層する工程と、をこの順で含むアルカリ水電解用隔膜の製造方法。
Pa>Pb・・・(i)
本実施形態において、微多孔膜は有機高分子樹脂を含む。有機高分子樹脂としては、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリビニリデンフロライド、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド等を挙げることができる。これらは単独で使用しても、2種類以上を同時に使用してもよい。
本実施形態の隔膜において、微多孔膜の構造は、多孔性支持体と接する膜表面である表面Bの平均孔径Pbが、表面Bと反対側の微多孔膜の膜表面である表面Aの平均孔径Paよりも小さいことが特徴である。
Pa:0.1μm〜5μm
Pb:0.05μm〜2μm(Pa>Pb)
Pa>Pb>Pc・・・(ii)
Pa>Pc>Pb・・・(iii)
Pc>Pa>Pb・・・(iv)
本実施形態に係るアルカリ水電解用隔膜において、多孔性支持体の片面又は両面に微多孔膜が積層される。微多孔膜は、多孔性支持体の表面に、微多孔膜の表面Bが接するように配置される。これにより、ガス遮断性を担保する平均孔径Pbが存在する表面Bを保護することができる。
両方の微多孔膜2の表面Bが多孔性支持体3の面と接するように配置されている場合、よりガス遮断性を維持することができることから好ましい。
本実施形態において、隔膜は親水化されることが好ましい。アルカリ水電解用隔膜に、陽極で発生した酸素や、陰極で発生した水素が、気泡として表面に付着すると、付着した部分はイオンが透過できないため、イオン透過性が悪くなってしまう。このため、ガスが付着しないように、アルカリ水電解用隔膜の表面を親水化することが好ましい。
アルカリ水電解用隔膜のイオン透過性の評価は、アルカリ水電解用隔膜の電圧損失を評価指標として行う。イオン透過性の良いアルカリ水電解用隔膜ほど抵抗が小さくなり、これに伴ってアルカリ水電解用隔膜における電圧損失も小さいものとなる。本評価方法における電圧損失は、ニッケル電極の間に隔膜を設置し、両電極間に直流電流を印加し、隔膜の両面に隣接して備えられているルギン管で隔膜両面における電位を拾い、参照極でこれを測定し、両参照極の電位差を隔膜における電圧損失とする。この時、ルギン管先端からアルカリ水電解用隔膜表面までの溶液による電圧損失は予め測定しておき、その値を両参照極の電位差から引くものとする。
アルカリ水電解用隔膜のガス遮断性の評価は、アルカリ水電解用隔膜のバブルポイントを評価指標として行う。本評価方法におけるバブルポイントは、アルカリ水電解用隔膜を水で十分に濡らし、孔内を水で満たした後、アルカリ水電解用隔膜の片側面を窒素で加圧し、アルカリ水電解用隔膜の反対側面から連続して気泡が発生してくる時の圧力とする。アルカリ水電解用隔膜の孔径が大きいほど、ガスが通過しやすい為、バブルポイントの値は小さくなり、アルカリ水電解用隔膜の孔径が小さいほど、ガスが通過し難い為、バブルポイントの値は大きくなる。
本実施形態におけるアルカリ水電解用隔膜の製造方法は、下記の(1)〜(6)の工程をこの順で備える。
(1)有機高分子樹脂と、有機高分子樹脂の溶媒と、を含有する溶液を調製する工程
(2)溶液を基材に塗工する工程
(3)溶液が塗工された基材を蒸気に晒す工程
(4)溶液が塗工された基材を有機高分子樹脂の非溶媒を含む凝固浴に浸漬させる工程
(5)有機高分子樹脂を凝固させて微多孔膜を形成させる工程
(6)微多孔膜をシート状の多孔性支持体の片面又は両面に積層する工程
アルカリ水電解装置とは、アルカリ水電解隔膜、陽極及び陰極を備えたものである。アルカリ水電解装置の内部は、アルカリ水電解用隔膜を介して、陽極が備えられている陽極室と、陰極が備えられている陰極室に仕切られ、それぞれの電極で発生した酸素ガスと水素ガスがアルカリ水電解用隔膜に遮断されて混合しないよう構成されている。
Pa>Pb・・・(i)
アルカリ水電解装置を使用して行うアルカリ水電解の方法は、アルカリ水電解装置の内部をアルカリ溶液で満たし、陽極と陰極の間に直流電流を印加して行うものとする。アルカリ溶液としては、例えば水酸化ナトリウムや水酸化カリウムの水溶液が用いられる。アルカリ溶液の濃度は、特に限定されるものではないが、15wt%〜40wt%が好ましく、20wt%〜35wt%がより好ましい。15wt%〜40wt%の範囲であれば、溶液のイオン伝導性が十分発現され、溶液による電圧の損失を軽減することができる。
アルカリ水電解用隔膜の孔径の評価は、走査型電子顕微鏡(SEM、株式会社日立ハイテクノロジーズ Miniscope TM3000)を使用して行った。まず、サンプルを所定の大きさに切り出し、マグネトロンスパッタ装置((株)真空デバイス MSP−1S型)で1分間メタルコーティングを行った。次に、このサンプルをSEMの観察用試料台にセットして測定を開始した。この時、SEMによる観察が膜の垂直方向から行えるようにサンプルをセットした。測定が開始すると、測定画面内に、観察対象の微多孔膜面に存在する孔が100個以上150個以下写るようにSEMの倍率を調節し、写った孔のそれぞれに対し、孔の最大長と最小長の平均長を数平均で算出した。それぞれの平均長からさらに重量平均を算出し、これを対象膜の孔径とした。この評価における孔とは周囲を途切れなく樹脂で囲まれたものとし、また測定画面内で孔の一部が見切れているものは孔と見なさないものとした。
アルカリ水電解用隔膜のバブルポイントの評価は、バブルポイント試験機(ザルトリウス・ステディム・ジャパン株式会社 Sartocheck Junior BP−Plus)を使用して行った。まず、サンプルを所定の大きさに切り出し、これを純水で濡らし、微多孔膜の孔内に純水を含浸させた。次にこれを評価したい面が上向きになるよう、測定用のホルダーにセットして測定を開始した。測定が始まると、サンプルの上面側が窒素で加圧されていき、サンプルの下面側から気泡が連続して発生してくる時の窒素圧力をバブルポイントとした。
アルカリ水電解用隔膜の電圧損失の評価は、自作の装置を用い、以下の方法で行った。ニッケル電極の間に隔膜を設置し、両電極間に直流電流を印加し、隔膜の両面に隣接して備えられているルギン管で隔膜両面における電位を拾い参照極でこれを測定した。この両参照極の電位差を隔膜における電圧損失とした。なお、ルギン管先端からアルカリ水電解用隔膜表面までの溶液による電圧損失は予め測定しておき、その値を両参照極の電位差から差し引いた。
ポリフェニルスルホン(ソルベイアドバンストポリマーズ株式会社 レーデル R(登録商標))、ポリエチレンオキサイド Mw(重量平均分子量)100000(SIGMA−ALDRICH)、N−メチル−2−ピロリドン(和光純薬工業株式会社)をそれぞれ用い、70℃の温度下で十分攪拌して、以下のような塗工液を得た。
ポリフェニルスルホン :20wt%
ポリエチレンオキサイド :10wt%
N−メチル−2−ピロリドン:70wt%
蒸気に晒す時間を20秒間に変化させたこと以外は、実施例1と同様の方法で微多孔膜を得た。得られた微多孔膜は、平均孔径Pbは平均孔径Paの0.095倍であった。また、バブルポイント測定も行った。
実施例1で得られた微多孔膜について、実施例1の場合と微多孔膜の表裏を逆(表面Aと表面Bを逆)に使用することで、平均孔径Pbは平均孔径Paの1.53倍の微多孔膜とした。
Claims (9)
- シート状の多孔性支持体と、有機高分子樹脂を含む微多孔膜と、を備え、
前記多孔性支持体の片面又は両面に前記微多孔膜が積層され、
前記多孔性支持体と接する前記微多孔膜の膜表面を表面Bとし、前記表面Bと反対側の前記微多孔膜の膜表面を表面Aとし、
表面Aにおける平均孔径をPa、表面Bにおける平均孔径をPbとしたときに、Pa及びPbが以下の式(i)を満たす、アルカリ水電解用隔膜であって、
前記平均孔径Paが0.89〜5μmであり、前記平均孔径Pbが0.05〜2μmであり、
前記微多孔膜の厚みが50μm〜200μmである、アルカリ水電解用隔膜。
Pa>Pb・・・(i) - 前記多孔性支持体の両面に前記微多孔膜が積層された請求項1に記載のアルカリ水電解用隔膜。
- 前記平均孔径Pbは、前記平均孔径Paの0.05〜0.9倍である請求項1又は2に記載のアルカリ水電解用隔膜。
- 前記有機高分子樹脂は、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン及びポリフェニルスルホンからなる群から選択される少なくとも1種である請求項1〜3のいずれか一項に記載のアルカリ水電解用隔膜。
- 前記多孔性支持体が、不織布、織布、又は、不織布及び該不織布内に内在する織布を有する複合布である請求項1〜4のいずれか一項に記載のアルカリ水電解用隔膜。
- 前記多孔性支持体が、ポリフェニレンサルファイド繊維を含む請求項5に記載のアルカリ水電解用隔膜。
- 表面又は前記微多孔膜内に配置された酸化ジルコニウムを有する請求項1〜6のいずれか一項に記載のアルカリ水電解用隔膜。
- 有機高分子樹脂を含む微多孔膜を有し、前記微多孔膜の一方の表面Aにおける平均孔径をPa、微多孔膜のもう一方の表面Bにおける平均孔径をPbとしたときに、Pa及びPbが以下の式(i)を満たすアルカリ水電解用隔膜と、
陽極と、
陰極と、を備え、
前記アルカリ水電解用隔膜が、前記微多孔膜の表面Bが陰極側、微多孔膜の表面Aが陽極側となる向きで前記陽極と前記陰極との間に配置され、
前記平均孔径Paが0.89〜5μmであり、前記平均孔径Pbが0.05〜2μmであり、
前記微多孔膜の厚みが50μm〜200μmである、
アルカリ水電解装置。
Pa>Pb・・・(i) - 有機高分子樹脂と、前記有機高分子樹脂の溶媒と、を含有する溶液を調製する工程と、 前記溶液を基材に塗工する工程と、
前記溶液が塗工された前記基材を蒸気に晒す工程と、
前記溶液が塗工された前記基材を前記有機高分子樹脂の非溶媒を含む凝固浴に浸漬させる工程と、
前記有機高分子樹脂を凝固させて微多孔膜を形成させる工程と、
前記微多孔膜をシート状の多孔性支持体の片面又は両面に積層する工程と、をこの順で含み、
前記多孔性支持体と接する前記微多孔膜の膜表面を表面Bとし、前記表面Bと反対側の前記微多孔膜の膜表面を表面Aとし、
表面Aにおける平均孔径をPa、表面Bにおける平均孔径をPbとしたときに、Pa及びPbが以下の式(i)を満たす向きで、前記微多孔膜が前記多孔性支持体の片面又は両面に積層される、
アルカリ水電解用隔膜の製造方法。
Pa>Pb・・・(i)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012077962A JP5981751B2 (ja) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | アルカリ水電解用隔膜及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012077962A JP5981751B2 (ja) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | アルカリ水電解用隔膜及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013204146A JP2013204146A (ja) | 2013-10-07 |
JP5981751B2 true JP5981751B2 (ja) | 2016-08-31 |
Family
ID=49523560
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012077962A Active JP5981751B2 (ja) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | アルカリ水電解用隔膜及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5981751B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6253390B2 (ja) | 2013-12-18 | 2017-12-27 | 川崎重工業株式会社 | アルカリ水電解用隔膜及びその製造方法並びにアルカリ水電解装置 |
JP6324056B2 (ja) * | 2013-12-19 | 2018-05-16 | 旭化成株式会社 | アルカリ水電解用隔膜及びこれを用いたアルカリ水電解槽 |
JP6411631B2 (ja) * | 2015-03-18 | 2018-10-24 | 旭化成株式会社 | アルカリ水電解用隔膜、アルカリ水電解装置、水素の製造方法及びアルカリ水電解用隔膜の製造方法 |
JP6905308B2 (ja) * | 2015-06-16 | 2021-07-21 | 川崎重工業株式会社 | アルカリ水電解用隔膜及びその製造方法 |
WO2019021774A1 (ja) | 2017-07-26 | 2019-01-31 | 株式会社日本触媒 | アルカリ水電解用隔膜、その製造方法、及び無機有機複合膜の製造方法 |
WO2020066911A1 (ja) | 2018-09-26 | 2020-04-02 | 株式会社日本触媒 | アルカリ水電解用隔膜 |
KR102328727B1 (ko) * | 2020-01-21 | 2021-11-18 | 한국에너지기술연구원 | 가스 혼합을 억제하는 신규한 알칼리 수전해 격막 |
JP7413304B2 (ja) * | 2021-03-18 | 2024-01-15 | 株式会社東芝 | 二酸化炭素電解装置 |
WO2023048006A1 (ja) * | 2021-09-24 | 2023-03-30 | 株式会社日本触媒 | アルカリ水電解用隔膜の製造方法、及びアルカリ水電解用隔膜 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62280231A (ja) * | 1986-05-30 | 1987-12-05 | Asahi Glass Co Ltd | 新規な複層隔膜 |
JPH01139116A (ja) * | 1987-11-25 | 1989-05-31 | Fuji Photo Film Co Ltd | 非対称性微孔性膜 |
EP0846024B1 (en) * | 1995-06-07 | 2001-08-22 | USF Filtration and Separations Group Inc. | Microfiltration membranes having high pore density and mixed isotropic and anisotropic structure |
DE102005026804B3 (de) * | 2005-06-09 | 2007-02-22 | Membrana Gmbh | Mikrofiltrationsmembran mit verbessertem Filtrationsverhalten |
JP2011031219A (ja) * | 2009-08-05 | 2011-02-17 | Asahi Kasei Corp | ナノホール分離膜とその製造方法 |
-
2012
- 2012-03-29 JP JP2012077962A patent/JP5981751B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013204146A (ja) | 2013-10-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5981751B2 (ja) | アルカリ水電解用隔膜及びその製造方法 | |
JP6030952B2 (ja) | アルカリ水電解用隔膜及びその製造方法 | |
JP6324056B2 (ja) | アルカリ水電解用隔膜及びこれを用いたアルカリ水電解槽 | |
JP6637556B2 (ja) | アルカリ水電解用隔膜、アルカリ水電解装置、水素の製造方法及びアルカリ水電解用隔膜の製造方法 | |
CN112159989B (zh) | 碱性水电解用隔膜 | |
KR101797274B1 (ko) | 레독스 플로우 이차 전지 및 레독스 플로우 이차 전지용 전해질막 | |
JP4361608B2 (ja) | 一体多層式のイオン交換複合膜 | |
JP6253390B2 (ja) | アルカリ水電解用隔膜及びその製造方法並びにアルカリ水電解装置 | |
KR102112648B1 (ko) | 고분자 전해질막 | |
EP2831312B1 (en) | Assembly of a porous metal diffusion substrate and a polymeric separator membrane | |
US20120231355A1 (en) | Polymer electrolyte membrane for a fuel cell, and method for preparing same | |
KR20110120185A (ko) | 연료전지용 고분자 전해질막 및 그 제조방법 | |
JP2017066184A (ja) | ポリフェニレン共重合体を含む微多孔膜、及びその製造方法 | |
JP6481330B2 (ja) | アルカリ水電気分解隔膜用基材 | |
US20230356440A1 (en) | A Manufacturing Method for a Reinforced Separator | |
US20230332310A1 (en) | A Separator for Water Electrolysis | |
JP7110316B2 (ja) | アルカリ水電解隔膜用基材及びアルカリ水電解隔膜 | |
JP2019525387A (ja) | イオン交換膜及びその製造方法、膜電極接合体、並びにレドックスフロー電池 | |
JP2010255096A (ja) | イオン透過性隔膜の製造装置及び製造方法 | |
CA3154666A1 (en) | Composite electrolyte membrane, electrolyte membrane having catalyst layer attached thereto, membrane-electrode composite, solid polymer-type fuel cell, and method for producing composite electrolyte membrane | |
JP2009185333A (ja) | イオン透過性隔膜の製造方法 | |
KR102543046B1 (ko) | 수산화이온 전도성 pbi 멤브레인의 제조방법 | |
JP2005036055A (ja) | ポリベンザゾール複合体およびその製造方法 | |
CN117385413A (zh) | 一种复合聚合物多孔膜及其制备方法和应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150317 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160120 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160301 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160426 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160705 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160729 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5981751 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |