技術與研發

TECHNOLOGY RESEARCH AND DEVELOPMENT

堿性電解水復合隔膜

Composite Membrane for Alkaline Water Electrolysis

      根據GGII《中國電解水制氫項目數據庫》，截至2023年5月，國內在建及規劃的電解水制氫項目，制氫規模合計超過19GW，其中在建綠氫項目制氫規模合計超過2.8GW。目前，堿性制氫設備市場份額占國內電解水制氫項目的95%以上。

      堿性電解水技術已經實現工業規模化產氫，技術較為成熟，但仍有進步空間。通過對隔膜的改進，仍存在較大節能降耗提升。

      堿性電解槽內產生的氫氣和氧氣需要用隔膜進行分隔開來，隔膜的性能不僅影響著制備氣體的純度而且對于電解槽的能耗也有著很大的影響。國際上根據隔膜材料將隔膜劃分為三代，依次為傳統石棉隔膜、PPS隔膜、復合隔膜。目前我國已全面淘汰第一代石棉隔膜，普遍使用第二代PPS隔膜。然而第三代復合隔膜因其能夠避免PPS隔膜使用過程中的一些痛點問題，得到廣泛關注。

堿性電解槽結構

      早期堿性電解水制氫隔膜使用的主要為石棉隔膜，但是石棉在堿性電解液中的溶脹性與石棉對人體的傷害使得其逐漸被淘汰。我國在2016年左右開始大量使用PPS織物替代石棉隔膜，因PPS織物能夠提供一定的物理支撐作用，同時PPS織物具有耐熱性能優異、機械強度高、電性能優良的特點，牢牢占據了國內堿性隔膜95%以上的市場份額。

      由于一般電解槽廠商并不掌握隔膜的工藝，在我國的PPS隔膜市場上，日本東麗長期占據著主要市場份額。近年來，隨著國內科技的進步，天津工業大學、浙江正本新材料和蘇州納磐等企業生產的國產PPS隔膜正逐漸興起，市場份額也在逐年增加。

      但是在實際運行中發現，PPS隔膜的親水性較弱，如果只用PPS織物作為隔膜，會造成電解槽內阻過大，拉高了單位制氫成本。堿性電解水制氫在大規模應用情況下，經濟性是最重要的考量因素，因此行業亟需對PPS織物進行改性，增強其親水性。

      目前對于PPS織物改性的方法主要有兩種，一種是對PPS進行化學處理，在聚苯硫醚的分子鏈加上枝節親水性的官能團，但是在后續的應用過程中發現枝節的官能團并不穩定，隔膜的耐久性不夠好，這種方法逐漸被市場淘汰。

      還有一種方法是對PPS織物表面涂覆功能涂層來改善其親水性，構成一種類似三明治結構的復合隔膜。以Agfa的ZIRFON產品為例，以PPS織物為基地，表面涂覆漿料中含有二氧化鋯和聚合物，改善了隔膜的親水性，提高隔膜與電解液的相容性，降低的電解槽的內阻。同時，由于表面漿料與PPS的相互作用，復合隔膜也通常會表現出比PPS基底更高的物理穩定性。

無機隔膜工作原理

復合隔膜特性

無機隔膜與傳統PPS布隔膜物性對比