一种水电解膜及其制备方法和应用与流程

本发明属于质子交换膜水电解制氢，具体涉及一种水电解膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、氢能被誉为21世纪最具发展潜力的绿色能源，其燃烧产物不会造成环境污染，应用前景良好。质子交换膜水电解制氢技术以效率高、响应快、氢气纯度高等优势引起了广泛关注，被认为是目前最有效的制氢方法之一。水电解膜作为质子交换膜水电解制氢电解槽的关键组件，具有传导质子和隔绝氢气、氧气的作用，直接影响着水电解制氢电堆的使用效率和使用寿命。

2、电解槽作为制氢场所与高压氢气的储存场所，工作时的温度一般是80℃，在外加电场作用下，位于水电解膜两侧的阴极、阳极会分别产生氢气和氧气，两侧产生气体的量不一样会出现压差，这对水电解膜的机械强度提出了较高的要求。当前，在无外加加压设备的情况下，质子交换膜水电解制氢过程中形成的压力大约为3kpa，一旦两侧气体渗透，会带来严重的安全问题，因此需要进一步提升水电解膜的机械强度以防止水电解膜承受不住高压差产生破裂而引发事故。

3、目前，水电解膜的制备方法一般是先制备得到磺酰氟膜材，再依次进行碱洗处理、酸洗处理使其转型变成全氟磺酸树脂膜材，然后对全氟磺酸树脂膜材进行干燥处理。

技术实现思路

1、本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：发明人发现提高水电解膜干燥处理的温度是提高水电解膜的机械强度、抑制溶胀的方法之一。然而，提高干燥处理的温度会引起膜表面颜色加深和黄度指数增加，影响其表观品相，以当前占据主要市场的nafion117膜为例，其表观是无色透明的，但当将其放置在空气氛围中，在120℃以上的温度条件下加热时，膜也会变黄，黄度指数上升，影响膜的外观。因此，亟需开发出一种水电解膜及其制备方法和应用，能在提高水电解膜机械强度的同时，降低其黄度，从而保证水电解膜具有较好的表观品相。

2、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种水电解膜及其制备方法和应用。

3、本发明实施例的水电解膜的制备方法，包括以下步骤：

4、s1.对磺酰氟树脂膜进行水解酸化处理，得到全氟磺酸树脂膜；

5、s2.将所述全氟磺酸树脂膜先在第一氛围中、温度为60-80℃、湿度为50-70％rh条件下进行第一次干燥处理；然后第二氛围中、温度为120-135℃、湿度为70-95％rh条件下进行第二次干燥处理；再在第三氛围中、温度为140-180℃、湿度为0％rh条件下进行第三次干燥处理，得到所述水电解膜，其中，所述第一氛围和所述第二氛围为惰性气体氛围或真空条件，所述第三氛围为空气氛围、惰性气体氛围、空气和惰性气体的混合氛围或真空条件。

6、本发明实施例的制备方法带来的优点和技术效果为：

7、本发明实施例的制备方法通过提高水电解膜的干燥处理的温度，提高了机械强度，有效抑制了水电解膜的热溶胀；同时通过不同阶段的干燥处理的的氛围、温度、湿度的配合，极大降低了水电解膜的黄度，改善了成品的外观颜色。本发明实施例的制备方法可以解决水电解膜在制备过程中变黄甚至变黑的问题，保持无色透明状态，同时得到的水电解膜具有更高的机械强度。

8、在一些实施例中，所述惰性气体包括ar气、he气和n2气中的至少一种。

9、在一些实施例中，所述第一次干燥处理的温度为60-70℃，所述第一次干燥处理的湿度为60-70％rh。

10、在一些实施例中，所述第一次干燥处理的氛围为ar气氛围，所述第一次干燥处理的时间为0.5-3h。

11、在一些实施例中，所述第二次干燥处理的温度为120-130℃，所述第二次干燥处理的湿度为80-95％rh。

12、在一些实施例中，所述第二次干燥处理的氛围为ar气氛围，所述第二次干燥处理的时间为0.5-3h。

13、在一些实施例中，所述第三次干燥处理的温度为160-180℃。

14、在一些实施例中，所述第三次干燥处理的氛围为惰性气体氛围或真空条件，所述第三次干燥处理的时间为0.5-3h。

15、另外，本发明实施例还提供了一种水电解膜，由所述制备方法制得。

16、本发明实施例的水电解膜带来的优点和技术效果为：本发明实施例的水电解膜不仅具有较高的机械强度，还具有较低的黄度。

17、此外，本发明实施例还提供了所述水电解膜在水电解制氢电堆中的应用。

18、本发明实施例的水电解制氢电堆带来的优点和技术效果为：本发明实施例的水电解制氢电堆由于使用了所述水电解膜，因此能够长时间稳定运行。

技术特征：

1.一种水电解膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气体包括ar气、he气和n2气中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一次干燥处理的温度为60-70℃，所述第一次干燥处理的湿度为60-70％rh。

4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述第一次干燥处理的氛围为ar气氛围，所述第一次干燥处理的时间为0.5-3h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二次干燥处理的温度为120-130℃，所述第二次干燥处理的湿度为80-95％rh。

6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述第二次干燥处理的氛围为ar气氛围，所述第二次干燥处理的时间为0.5-3h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第三次干燥处理的温度为160-180℃。

8.根据权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述第三次干燥处理的氛围为惰性气体氛围或真空条件，所述第三次干燥处理的时间为0.5-3h。

9.一种水电解膜，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制得。

10.根据权利要求9所述的水电解膜在水电解制氢电堆中的应用。

技术总结
本发明提供了一种水电解膜及其制备方法和应用，属于水电解制氢技术领域。所述制备方法包括以下步骤：S1.对磺酰氟树脂膜进行水解酸化处理，得到全氟磺酸树脂膜；S2.将所述全氟磺酸树脂膜先在第一氛围中、温度为60‑80℃、湿度为50‑70％RH条件下进行第一次干燥处理；然后第二氛围中、温度为120‑135℃、湿度为70‑95％RH条件下进行第二次干燥处理；再在第三氛围中、温度为140‑180℃、湿度为0％RH条件下进行第三次干燥处理，得到所述水电解膜，其中，所述第一氛围和所述第二氛围为惰性气体氛围或真空条件，所述第三氛围为空气氛围、惰性气体氛围、空气和惰性气体的混合氛围或真空条件。所述制备方法得到的水电解膜不仅具有较高的机械强度同时还具有较低的黄度。

技术研发人员：谢涛,程庚,夏丰杰,刘昊,周明正,唐浩林,李道喜,杨望,崔瑛锴,许燃,万婷婷
受保护的技术使用者：国家电投集团氢能科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1