双极膜及其制造方法与流程

本发明涉及一种用于电解产氢技术的高效能双极膜及其制造方法。

背景技术：

1、因应2050年能如期达成净零碳排的目标，传统高耗能工业(如石化、钢铁、半导体、水泥业等产业)亟需有相对应的策略因应并朝向低碳或零碳制程进行转型，相关电网调节与替代能源或再生能源应用则亦须针对其绿电储存与电网安全性、或采以低碳排除能化学品等方向来着手，在此之中，氢气不仅可促进产业低碳化，另也能再提高产品面对国际碳费的竞争力。

2、然而现阶段在氢能突破的关键技术上还有许多挑战，例如有效提高转换效率与降低成本。目前虽有商售双极膜，但在整体电化学特性以及界面稳定性还有改善空间。

技术实现思路

1、本发明是针对一种双极膜及其制作方法，能改善膜材电化学特性并提升复合膜强度与高分子界面稳定性。

2、根据本发明的实施例，一种双极膜包括多孔支撑材、阳离子交换膜以及阴离子交换膜。多孔支撑材具有相对的第一侧与第二侧。阳离子交换膜设置于所述多孔支撑材的所述第一侧，且阳离子交换膜的材料渗入所述第一侧的孔洞中与多孔支撑材结合。阴离子交换设置于所述多孔支撑材的所述第二侧，且阴离子交换膜的材料渗入所述第二侧的孔洞中与多孔支撑材结合。所述阳离子交换膜没有接触到所述阴离子交换膜。

3、根据本发明的另一实施例，一种双极膜的制作方法，包括在一基材上形成一阴离子交换膜，再于所述阴离子交换膜上披覆一多孔支撑材，并使所述阴离子交换膜的材料渗入所述多孔支撑材的第二侧的孔洞中。然后，于所述多孔支撑材的第一侧上形成一阳离子交换膜，并使所述阳离子交换膜的材料渗入所述第一侧的孔洞中，其中阳离子交换膜的材料没有接触到阴离子交换膜的材料。之后，移除所述基材。

4、基于上述，本发明的双极膜中包含多孔支撑材，且渗入多孔支撑材的孔洞中的阳离子交换膜以及阴离子交换膜彼此不接触。因此，不但可改善膜材电化学特性，还可提升界面稳定性。多孔支撑材本身也具有提升双极膜强度的效果。

技术特征：

1.一种双极膜，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的双极膜，其特征在于，所述多孔支撑材包括玻璃纤维布、电纺聚偏二氟乙烯纳米纤维膜、石墨无纺布或聚合物织物。

3.根据权利要求1所述的双极膜，其特征在于，所述阴离子交换膜的厚度与所述阳离子交换膜的厚度的比值为0.3～1。

4.根据权利要求1所述的双极膜，其特征在于，所述阳离子交换膜与所述阴离子交换膜之间的距离在30μm以下。

5.根据权利要求1所述的双极膜，其特征在于，还包括第一界面添加物，设置于所述阳离子交换膜中且位在所述多孔支撑材的所述第一侧。

6.根据权利要求5所述的双极膜，其特征在于，所述第一界面添加物包括酸化导电碳材或金属氧化物粉体。

7.根据权利要求1所述的双极膜，其特征在于，还包括第二界面添加物，均匀分散于所述阴离子交换膜中。

8.根据权利要求7所述的双极膜，其特征在于，所述第二界面添加物包括酸化导电碳材或金属氧化物粉体。

9.根据权利要求6或8所述的双极膜，其特征在于，所述酸化导电碳材的比表面积在390m2/g以上。

10.根据权利要求6或8所述的双极膜，其特征在于，所述酸化导电碳材的表面具有羰基、羧基或硝酸根。

11.根据权利要求1所述的双极膜，其特征在于，所述阳离子交换膜的材料包括如式1表示的聚合物，

12.根据权利要求1所述的双极膜，其特征在于，所述阳离子交换膜的材料包括具有式2、式3以及式4表示的重复单元的聚合物，

13.根据权利要求1所述的双极膜，其特征在于，所述阳离子交换膜的材料包括如式5表示的聚合物，

14.根据权利要求1所述的双极膜，其特征在于，所述阴离子交换膜的材料包括具有式6以及式7表示的重复单元的聚合物，

15.根据权利要求1所述的双极膜，其特征在于，所述阴离子交换膜的材料包括如式8或式9所示的聚合物，

16.根据权利要求1所述的双极膜，其特征在于，所述阴离子交换膜包括由苯乙烯类单体、具有含铵杂环的单体以及具有共轭双键或丙烯酸体系的单体所聚合而成的聚合物。

17.一种双极膜的制造方法，其特征在于，包括：

18.根据权利要求17所述的双极膜的制造方法，其特征在于，在形成所述阳离子交换膜之前，还包括：于所述多孔支撑材的所述第一侧上添加第一界面添加物。

19.根据权利要求17所述的双极膜的制造方法，其特征在于，形成所述阴离子交换膜的方法包括：在所述基材上形成所述阴离子交换膜的过程中加入第二界面添加物。

技术总结本发明提供一种双极膜及其制作方法。所述双极膜包括多孔支撑材、阳离子交换膜以及阴离子交换膜。多孔支撑材具有相对的第一侧与第二侧。阳离子交换膜设置于所述多孔支撑材的所述第一侧，且阳离子交换膜的材料渗入所述第一侧的孔洞中与多孔支撑材结合。阴离子交换，设置于所述多孔支撑材的所述第二侧，且阴离子交换膜的材料渗入所述第二侧的孔洞中与多孔支撑材结合。所述阳离子交换膜没有接触到所述阴离子交换膜。技术研发人员：蔡政修,王邱董,蔡丽端受保护的技术使用者：财团法人工业技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/30