电解槽的隔膜及其制备方法、电解槽与流程

本申请涉及水电解制氢，特别涉及一种电解槽的隔膜及其制备方法、电解槽。

背景技术：

1、水电解制氢技术是工业上应用最为广泛的制氢技术。水电解制氢技术以碱性溶液（例如koh溶液、naoh溶液）或者纯水为电解质。通电后，在电解槽的阴极室内水分子被分解为氢离子和氢氧根离子，在电解槽的阴极室内氢离子得到电子生成氢气，而氢氧根离子则在电场力作用下穿过隔膜（隔膜将电解槽的阴极室和阳极室隔开）到达电解槽的阳极室，在电解槽的阳极室内氢氧根离子失去电子生成氧气。生成的氢气和氧气从电解槽内排出后进行气液分离、干燥等后处理工艺。

2、目前水电解制氢过程中，为满足安全要求对电解槽的运行负荷下限要求较高（通常要求电解槽在额定负荷的40%以上运行），然而可再生能源（例如风电、光伏等）所能提供的电流密度通常较低，无法满足电解槽的高负荷运行需求，因此，这限制了水电解制氢技术的绿色环保化发展。

3、有鉴于此，如何向下拓展电解槽的运行负荷下限，以使得可再生能源提供的低电流密度能够满足电解槽的运行需求，是需要本领域技术人员解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本申请提供一种电解槽的隔膜，所述隔膜包括骨架层、膜层和催化层，所述催化层位于所述膜层和所述骨架层之间，所述催化层包括催化剂，所述催化剂能够将经所述隔膜扩散的氢气和氧气催化转化为水。

2、电解槽的隔膜的一种实施方式，所述骨架层的两侧分别设有一层所述膜层，两侧的所述膜层和所述骨架层之间分别设有一层所述催化层。

3、电解槽的隔膜的一种实施方式，所述催化剂包括铂、钯、钌、铱、铑、镍、钼、钴、钨中的一种或几种组合。

4、电解槽的隔膜的一种实施方式，所述催化层还包括载体和粘结剂，所述膜层也包括粘结剂，所述膜层的所述粘结剂和所述催化层的所述粘结剂为同种粘结剂。

5、电解槽的隔膜的一种实施方式，所述膜层还包括亲水材料、良溶剂、不良溶剂和造孔剂，所述亲水材料包括氧化锆、氧化钇、氧化铈、氧化镁、氧化钛中的一种或几种组合。

6、电解槽的隔膜的一种实施方式，所述骨架层为网状编织结构，编织材料包括聚苯硫醚、聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、高聚物聚丙烯、聚醚砜、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯、聚乙烯/聚丙烯皮芯型、碳纤维中的一种或几种组合。

7、电解槽的隔膜的一种实施方式，所述催化层的厚度范围为10um-100um，所述隔膜的厚度范围为0.2mm-4mm。

8、电解槽的隔膜的一种实施方式，所述隔膜的泡点≥2bar，所述隔膜的孔隙率范围为30%-80%。所述隔膜表面平均孔径范围为0.02um-0.2um。

9、本申请还提供一种电解槽的隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10、制备骨架层；

11、以骨架层为基础在骨架层上形成催化层；

12、制备铸膜液；

13、在带有催化层的骨架层上刮涂铸膜液；

14、刮涂完预定时间后将隔膜置入水中；

15、在水中浸泡预定时间后将隔膜取出进行后处理，所述后处理包括清洗和预压成型。

16、本申请还提供一种电解槽，所述电解槽的电源由可再生能源供电，所述电解槽内设有隔膜，所述隔膜为上述任一项所述的隔膜，所述隔膜由上述制备方法制成。

17、本申请提供的电解槽的隔膜的催化层包括催化剂，催化剂能够将经过隔膜发生扩散的氢气和氧气催化转化为水。电解过程中，部分氢气和部分氧气经隔膜发生扩散时会被隔膜的催化层催化转化为水，使得电解槽在较低负荷运行时氧气中混合的氢气量达到设定的安全值的时间被延长，电解槽低负荷运行时的安全性提升，对电解槽的运行负荷下限要求降低，在满足安全要求的情况下运行负荷下限可以向下拓展至30%左右甚至20%左右更甚至15%左右，从而提升了电解槽对可再生能源的适应性，另外还能够提升产品纯度，电解槽低负荷运行时的产品纯度提升效果尤为明显。

技术特征：

1.一种电解槽的隔膜，其特征在于，所述隔膜（1）包括骨架层（11）、膜层（12）和催化层（13），所述催化层（13）位于所述膜层（12）和所述骨架层（11）之间，所述催化层（13）包括催化剂，所述催化剂能够将经所述隔膜扩散的氢气和氧气催化转化为水。

2.根据权利要求1所述的电解槽的隔膜，其特征在于，所述骨架层（11）的两侧分别设有一层所述膜层（12），两侧的所述膜层（12）和所述骨架层（11）之间分别设有一层所述催化层（13）。

3.根据权利要求1所述的电解槽的隔膜，其特征在于，所述催化剂包括铂、钯、钌、铱、铑、镍、钼、钴、钨中的一种或几种组合。

4.根据权利要求1所述的电解槽的隔膜，其特征在于，所述催化层（13）还包括载体和粘结剂，所述膜层（12）也包括粘结剂，所述膜层（12）的所述粘结剂和所述催化层（13）的所述粘结剂为同种粘结剂。

5.根据权利要求4所述的电解槽的隔膜，其特征在于，所述膜层（12）还包括亲水材料、良溶剂、不良溶剂和造孔剂，所述亲水材料包括氧化锆、氧化钇、氧化铈、氧化镁、氧化钛中的一种或几种组合。

6.根据权利要求1-5任一项所述的电解槽的隔膜，其特征在于，所述骨架层（11）为网状编织结构，编织材料包括聚苯硫醚、聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、高聚物聚丙烯、聚醚砜、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯、聚乙烯/聚丙烯皮芯型、碳纤维中的一种或几种组合。

7.根据权利要求1-5任一项所述的电解槽的隔膜，其特征在于，所述催化层（13）的厚度范围为10um-100um，所述隔膜（1）的厚度范围为0.2mm-4mm。

8.根据权利要求1-5任一项所述的电解槽的隔膜，其特征在于：所述隔膜的泡点≥2bar，所述隔膜的孔隙率范围为30%-80%。所述隔膜表面平均孔径范围为0.02um-0.2um。

9.电解槽的隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.电解槽，其特征在于，所述电解槽（2）的电源（3）由可再生能源供电，所述电解槽（2）内设有隔膜，所述隔膜为权利要求1-8任一项所述的隔膜（1），所述隔膜由权利要求9所述的制备方法制成。

技术总结本申请提供一种电解槽的隔膜及其制备方法、电解槽，涉及水电解制氢技术领域，所述隔膜包括骨架层、膜层和催化层，所述催化层位于所述膜层和所述骨架层之间，所述催化层包括催化剂，所述催化剂能够将经所述隔膜扩散的氢气和氧气催化转化为水，使得电解槽在较低负荷运行时氧气中混合的氢气量达到设定的安全值的时间被延长，电解槽低负荷运行时的安全性提升，对电解槽的运行负荷下限要求降低，在满足安全要求的情况下运行负荷下限可以向下拓展至30%左右甚至20%左右更甚至15%左右，从而提升了电解槽对可再生能源的适应性，另外还能够提升产品纯度，电解槽低负荷运行时的产品纯度提升效果尤为明显。技术研发人员：侯朋飞,白建明,单小勇,张国新,王俊华,胡小夫,于子龙,安天韵受保护的技术使用者：华电重工股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15