本申請涉及材料和電化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及用于電解水制氫的隔膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隔膜是電解水制氫中電解池的關(guān)鍵組件，在電解水制氫中發(fā)揮著核心作用，可有效分隔氫氣和氧氣，防止氣體混合，同時允許離子通過以維持電解質(zhì)電中性，防止短路，提高氫氣純度，并需具備耐化學(xué)性和足夠的機(jī)械強(qiáng)度以確保系統(tǒng)的高效和安全運(yùn)行。

2、在電解水制氫過程中，堿性電解液因其高導(dǎo)電性、較低的電極腐蝕速率、寬廣的操作范圍以及更高的安全性和穩(wěn)定性而被廣泛應(yīng)用。堿性電解液對隔膜材料的要求較高，需要隔膜具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、離子導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度。目前，由聚苯硫醚織網(wǎng)和有機(jī)-無機(jī)材料涂層制備的第三代復(fù)合隔膜，具有較高的親水性和較小的孔隙結(jié)構(gòu)。然而，這種復(fù)合隔膜的覆蓋層是通過物理結(jié)合的方式附著于聚苯硫醚織網(wǎng)的表面，無法承受高濃度堿溶液的持續(xù)循環(huán)沖擊，容易導(dǎo)致覆蓋層的脫落，影響隔膜的性能，增加了電解槽中的氫氣與氧氣結(jié)合的風(fēng)險，容易造成電解槽的爆炸。

3、因此，如何提供一種能提高覆蓋層與基礎(chǔ)層之間結(jié)合力的隔膜材料，是電化學(xué)材料領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請?zhí)岢隽艘环N隔膜及其制備方法。

2、根據(jù)本申請的第一個方面，提出了一種隔膜，該隔膜用于電解水制氫并包括：基礎(chǔ)層，該基礎(chǔ)層具有孔隙結(jié)構(gòu)；和覆蓋層，該覆蓋層為多孔的并覆蓋于所述基礎(chǔ)層的至少一個側(cè)面，其中：所述基礎(chǔ)層與覆蓋層之間的結(jié)合包括物理結(jié)合和化學(xué)鍵結(jié)合。

3、具體地，所述基礎(chǔ)層為羥基化的聚苯硫醚無紡布、聚苯硫醚織網(wǎng)、聚醚醚酮織物、聚丙烯膜、聚酰胺、尼龍、聚四氟乙烯織網(wǎng)、聚偏氟乙烯織網(wǎng)和聚酰亞胺纖維中的一種。

4、具體地，所述覆蓋層由親水性材料制成，該親水性材料包括芳香烴聚合物和親水性無機(jī)顆粒，所述芳香烴聚合物包括羥基化的聚砜、聚芳砜、聚醚砜、聚苯并咪唑、聚苯醚中的一種或多種，所述親水性無機(jī)顆粒包括氧化鋯、氧化鈦、氧化硅、氧化鋅中的一種或多種。

5、具體地，所述化學(xué)鍵為非對稱性化學(xué)鍵；優(yōu)選地，所述化學(xué)鍵具有耐堿性；優(yōu)選地，所述化學(xué)鍵為共價鍵；優(yōu)選地，所述化學(xué)鍵為醚鍵。

6、根據(jù)本申請的第二個方面，提出了一種隔膜的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

7、(1)制備基礎(chǔ)層和覆蓋層；

8、(2)將覆蓋層涂布于基礎(chǔ)層形成第一隔膜；

9、(3)將第一隔膜進(jìn)行交聯(lián)固化。

10、具體地，在步驟(1)中，所述基礎(chǔ)層為羥基化的聚苯硫醚無紡布、聚苯硫醚織網(wǎng)、聚醚醚酮織物、聚丙烯膜、聚酰胺、尼龍、聚四氟乙烯織網(wǎng)、聚偏氟乙烯織網(wǎng)和聚酰亞胺纖維中的一種；所述覆蓋層包括芳香烴聚合物和親水性無機(jī)顆粒，所述芳香烴聚合物包括羥基化的聚砜、聚芳砜、聚醚砜、聚苯并咪唑、聚苯醚中的一種或多種，所述親水性無機(jī)顆粒包括氧化鋯、氧化鈦、氧化硅、氧化鋅中的一種或多種。

11、具體地，所述羥基化的方式為：直接將未羥基化的基礎(chǔ)層和未羥基化的芳香烴聚合物通過羥基化反應(yīng)制備；或?qū)⑽戳u基化的基礎(chǔ)層和未羥基化的芳香烴聚合物通過鹵素甲基化反應(yīng)制備鹵素甲基化基礎(chǔ)層和鹵素甲基化芳香烴聚合物，再將鹵素甲基化基礎(chǔ)層和鹵素甲基化芳香烴聚合物與羥基化試劑反應(yīng)制備成基礎(chǔ)層和芳香烴聚合物。

12、具體地，所述鹵素甲基化反應(yīng)為氯甲基化、溴甲基化、碘甲基化或氟甲基化中的一種，優(yōu)選為溴甲基化。

13、具體地，所述溴甲基化為通過溴甲基化溶液處理未羥基化的基礎(chǔ)層和未羥基化的芳香烴聚合物。

14、具體地，所述處理未羥基化的基礎(chǔ)層和未羥基化的芳香烴聚合物的溴甲基化溶液包括溴代烷烴、金屬溴化物和溴化烴中的至少一種。

15、具體地，所述溴代烷烴包括1-溴甲氧基-4-氯丁烷、二(溴甲基)甲基醚、一溴甲基甲基醚、1,4-二(溴甲基)丁烷和1-溴甲基氧基-4-溴丁烷中的一種，優(yōu)選為，1-溴甲氧基-4-氯丁烷；所述金屬鹵化物包括二溴化鋅、二溴化錫、溴化鋁中的一種，優(yōu)選為二溴化鋅；所述溴化烴包括一溴甲烷、二溴甲烷、三溴甲烷中的一種，優(yōu)選為二溴甲烷。

16、具體地，所述處理未羥基化的基礎(chǔ)層的溴甲基化溶液中，所述溴代烷烴的質(zhì)量百分比為23.3％-28.76％、金屬溴化物的質(zhì)量百分比為0.04％-0.05％，溴化烴的質(zhì)量百分比為71.19％-76.66％。

17、具體地，所述處理未羥基化的芳香烴聚合物的溴甲基化溶液中，所述溴代烷烴的質(zhì)量百分比為12.99％-51.79％、金屬溴化物的質(zhì)量百分比為0.08％-0.09％，溴化烴的質(zhì)量百分比為48.12％-86.92％

18、具體地，所述覆蓋層中還包括造孔劑，所述覆蓋層中造孔劑的質(zhì)量百分比為0.98％。

19、具體地，所述覆蓋層中羥基化芳香烴聚合物的質(zhì)量百分比為9.8％，所述親水性無機(jī)顆粒的質(zhì)量百分比為39.22％。

20、具體地，所述覆蓋層中還包括有機(jī)溶劑，所述有機(jī)溶劑為n-甲基吡咯烷酮，所述有機(jī)溶劑的質(zhì)量百分比為50％。

21、具體地，所述交聯(lián)固化為通過交聯(lián)劑將覆蓋層和基礎(chǔ)層進(jìn)行交聯(lián)固化。

22、具體地，所述交聯(lián)劑為甲醛、1,4-哌嗪二甲醛、戊二醛、檸檬酸、4-吡啶基苯甲醛中的一種。

23、本申請?zhí)岢龅母裟?，采用物理結(jié)合和化學(xué)鍵結(jié)合的方式將具有孔隙結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)層和覆蓋層緊密結(jié)合，提高了覆蓋層與基礎(chǔ)層之間的結(jié)合強(qiáng)度，提高了隔膜的穩(wěn)定性和耐久性，增強(qiáng)了機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，優(yōu)化了離子傳輸性能，并具有環(huán)境適應(yīng)性和長期穩(wěn)定性，從而延長了隔膜的使用壽命，增強(qiáng)了使用過程中的安全性。

24、本申請的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細(xì)說明。

技術(shù)特征：

1.隔膜，該隔膜用于電解水制氫并包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔膜，其中，所述基礎(chǔ)層為羥基化的聚苯硫醚無紡布、聚苯硫醚織網(wǎng)、聚醚醚酮織物、聚丙烯膜、聚酰胺、尼龍、聚四氟乙烯織網(wǎng)、聚偏氟乙烯織網(wǎng)和聚酰亞胺纖維中的一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔膜，其中，所述覆蓋層由親水性材料制成，該親水性材料包括芳香烴聚合物和親水性無機(jī)顆粒，所述芳香烴聚合物包括羥基化的聚砜、聚芳砜、聚醚砜、聚苯并咪唑、聚苯醚中的一種或多種，所述親水性無機(jī)顆粒包括氧化鋯、氧化鈦、氧化硅、氧化鋅中的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述化學(xué)鍵為非對稱性化學(xué)鍵；

5.隔膜的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，在步驟(1)中，所述基礎(chǔ)層為羥基化的聚苯硫醚無紡布、聚苯硫醚織網(wǎng)、聚醚醚酮織物、聚丙烯膜、聚酰胺、尼龍、聚四氟乙烯織網(wǎng)、聚偏氟乙烯織網(wǎng)和聚酰亞胺纖維中的一種；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述羥基化的方式為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述鹵素甲基化反應(yīng)為氯甲基化、溴甲基化、碘甲基化或氟甲基化中的一種，優(yōu)選為溴甲基化。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述溴甲基化為通過溴甲基化溶液處理未羥基化的基礎(chǔ)層和未羥基化的芳香烴聚合物。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述處理未羥基化的基礎(chǔ)層和未羥基化的芳香烴聚合物的溴甲基化溶液包括溴代烷烴、金屬溴化物和溴化烴中的至少一種。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于，

12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于，所述處理未羥基化基礎(chǔ)層的溴甲基化溶液中，所述溴代烷烴的質(zhì)量百分比為23.3％-28.76％、金屬溴化物的質(zhì)量百分比為0.04％-0.05％，溴化烴的質(zhì)量百分比為71.19％-76.66％。

13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于，所述處理未羥基化芳香烴聚合物的溴甲基化溶液中，所述溴代烷烴的質(zhì)量百分比為12.99％-51.79％、金屬溴化物的質(zhì)量百分比為0.08％-0.09％，溴化烴的質(zhì)量百分比為48.12％-86.92％。

14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述覆蓋層中還包括造孔劑，所述覆蓋層中造孔劑的質(zhì)量百分比為0.98％。

15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述覆蓋層中羥基化芳香烴聚合物的質(zhì)量百分比為9.8％，所述親水性無機(jī)顆粒的質(zhì)量百分比為39.22％。

16.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述覆蓋層中還包括有機(jī)溶劑，所述有機(jī)溶劑為n-甲基吡咯烷酮，所述有機(jī)溶劑的質(zhì)量百分比為50％。

17.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述交聯(lián)固化為通過交聯(lián)劑將覆蓋層和基礎(chǔ)層進(jìn)行交聯(lián)固化。

18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的制備方法，其特征在于，所述交聯(lián)劑為甲醛、1,4-哌嗪二甲醛、戊二醛、檸檬酸、4-吡啶基苯甲醛中的一種。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了隔膜及其制備方法，該隔膜用于電解水制氫并包括：基礎(chǔ)層，該基礎(chǔ)層具有孔隙結(jié)構(gòu)；和覆蓋層，該覆蓋層為多孔的并覆蓋于所述基礎(chǔ)層的至少一個側(cè)面，其中：所述基礎(chǔ)層與覆蓋層之間的結(jié)合包括物理結(jié)合和化學(xué)鍵結(jié)合。本申請?zhí)岢龅母裟?，采用物理結(jié)合和化學(xué)鍵結(jié)合的方式將具有孔隙結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)層和覆蓋層緊密結(jié)合，提高了覆蓋層與基礎(chǔ)層之間的結(jié)合強(qiáng)度，提高了隔膜的穩(wěn)定性和耐久性，增強(qiáng)了機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，優(yōu)化了離子傳輸性能，并具有環(huán)境適應(yīng)性和長期穩(wěn)定性，從而延長了隔膜的使用壽命，增強(qiáng)了使用過程中的安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：鈕政,柯茜,敖蓓,劉洋,諸曉燕,陳永樂,程躍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海恩捷新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/12