技术与研发

TECHNOLOGY RESEARCH AND DEVELOPMENT

碱性电解水复合隔膜

Composite Membrane for Alkaline Water Electrolysis

根据GGII《中国电解水制氢项目数据库》，截至2023年5月，国内在建及规划的电解水制氢项目，制氢规模合计超过19GW，其中在建绿氢项目制氢规模合计超过2.8GW。目前，碱性制氢设备市场份额占国内电解水制氢项目的95%以上。

碱性电解水技术已经实现工业规模化产氢，技术较为成熟，但仍有进步空间。通过对隔膜的改进，仍存在较大节能降耗提升。

碱性电解槽内产生的氢气和氧气需要用隔膜进行分隔开来，隔膜的性能不仅影响着制备气体的纯度而且对于电解槽的能耗也有着很大的影响。国际上根据隔膜材料将隔膜划分为三代，依次为传统石棉隔膜、PPS隔膜、复合隔膜。目前我国已全面淘汰第一代石棉隔膜，普遍使用第二代PPS隔膜。然而第三代复合隔膜因其能够避免PPS隔膜使用过程中的一些痛点问题，得到广泛关注。

碱性电解槽结构

早期碱性电解水制氢隔膜使用的主要为石棉隔膜，但是石棉在碱性电解液中的溶胀性与石棉对人体的伤害使得其逐渐被淘汰。我国在2016年左右开始大量使用PPS织物替代石棉隔膜，因PPS织物能够提供一定的物理支撑作用，同时PPS织物具有耐热性能优异、机械强度高、电性能优良的特点，牢牢占据了国内碱性隔膜95%以上的市场份额。

由于一般电解槽厂商并不掌握隔膜的工艺，在我国的PPS隔膜市场上，日本东丽长期占据着主要市场份额。近年来，随着国内科技的进步，天津工业大学、浙江正本新材料和苏州纳磐等企业生产的国产PPS隔膜正逐渐兴起，市场份额也在逐年增加。

但是在实际运行中发现，PPS隔膜的亲水性较弱，如果只用PPS织物作为隔膜，会造成电解槽内阻过大，拉高了单位制氢成本。碱性电解水制氢在大规模应用情况下，经济性是最重要的考量因素，因此行业亟需对PPS织物进行改性，增强其亲水性。

目前对于PPS织物改性的方法主要有两种，一种是对PPS进行化学处理，在聚苯硫醚的分子链加上枝节亲水性的官能团，但是在后续的应用过程中发现枝节的官能团并不稳定，隔膜的耐久性不够好，这种方法逐渐被市场淘汰。

还有一种方法是对PPS织物表面涂覆功能涂层来改善其亲水性，构成一种类似三明治结构的复合隔膜。以Agfa的ZIRFON产品为例，以PPS织物为基地，表面涂覆浆料中含有二氧化锆和聚合物，改善了隔膜的亲水性，提高隔膜与电解液的相容性，降低的电解槽的内阻。同时，由于表面浆料与PPS的相互作用，复合隔膜也通常会表现出比PPS基底更高的物理稳定性。