津綸新材料隔膜基材在電解槽運行中具有更好的安全性和低耗性

隔膜是電解水制氫裝置的核心組件之一，在生產(chǎn)過程中有著重要的安全防護作用，通過具有優(yōu)異氣體阻隔性的隔膜在物理上解決氫氣滲漏，從而影響水電解裝置的能耗、氣體純度、電解穩(wěn)定性及安全性等。

隨著可再生能源電解水制氫技術(shù)的快速發(fā)展，電解槽安全穩(wěn)定運行性能成為行業(yè)持續(xù)關(guān)注的重點。特別是工業(yè)制氫中，要確保隔膜在運行過程中的穩(wěn)定性、低膜電阻、耐高溫性、耐堿性腐蝕和服役長壽命等。目前電解制氫最大的問題就是安全性和低能耗等。

對于安全性來說，最近隔膜出現(xiàn)了三大癥狀：

· 隔膜惡性低價中標(biāo)

· 隔膜允許存在 2 mm 以下的疵點

· 隔膜尺寸不穩(wěn)定，嚴(yán)重收縮

低價招標(biāo)，導(dǎo)致部分隔膜企業(yè)鋌而走險，將大量不合格的隔膜經(jīng)過特殊處理收進入市場，為電解槽服役帶來巨大的安全隱患（部分隔膜用于僵尸電解槽）。

目前不合格的隔膜有兩點：一是疵點多，二是親水改性改變了聚苯硫醚結(jié)構(gòu)，使隔膜熱致收縮，且隔膜親水層耐堿性差，容易堿蝕脫落，隔膜漏氣和膜阻增加，最終導(dǎo)致服役壽命短和服役穩(wěn)定性差。

隔膜疵點形式很多，但伴隨著近期膜用纖維質(zhì)量的提升，以及紗線和隔膜織造技術(shù)提升，較明顯的隔膜疵點已明顯減少，但是毫米級疵點仍然是當(dāng)前隔膜質(zhì)量的最大隱患（見圖1）。

部分毫米級疵點漏氣或滲透氣體明顯，雖然有疵點的隔膜經(jīng)過熱壓后，大多疵點會適當(dāng)變小，且疵點收縮后隔膜漏氣明顯降低，但電解服役過程中熱壓收縮的疵點會重新膨脹，特別是隔膜吸液膨脹后，隔膜氣體滲透會更嚴(yán)重。這也是電解槽裝載后，隨著服役時間延長，電解槽氣密性逐步下降的主要原因。

圖片圖1：目前市場上銷售隔膜中的疵點形貌

低能耗是電解槽另一重要指標(biāo)，隔膜企業(yè)為了降低隔膜膜電阻，對隔膜進行了親水改性。常規(guī)親水改性有以下幾種形式：

物理改性，即通過表面活性劑提高隔膜親水型，這種改性稱假親水改性。假親水改性隔膜裝入電解槽后，隨著服役時間增加，膜電阻逐漸增加，能耗快速增加。

化學(xué)改性，化學(xué)改性又分為磺化、氨化（陰離子膜）、等離子體改性或其他類型反應(yīng)等。

共混改性，即在隔膜內(nèi)摻入了其他不耐堿的親水纖維，或者將隔膜界面的聚苯硫醚材質(zhì)變成了其他非聚苯硫醚親水物種，導(dǎo)致隔膜在堿液服役環(huán)境中，很容易降解脫落，隔膜堿失量大，使隔膜的氣密性下降，膜電阻增高，容易引發(fā)安全事故。

聚苯硫醚具有極優(yōu)的耐酸、耐堿、耐高溶劑等性能，是堿水電解槽隔膜的不二選擇。目前，市場上隔膜結(jié)構(gòu)表征見圖2。XPS電子能譜中164ev是硫原子的特征峰，168ev聚苯硫醚中磺酸根的特征峰，170ev 是聚砜中的磺酸根。

由圖可見，天津津綸新材料和滄州工苑膜材料等的產(chǎn)品含有-S-和-SO3H（164ev和168ev），主要是聚苯硫醚纖維的磺化隔膜，該類型隔膜具有優(yōu)良的耐堿性和永久的親水性，隔膜尺寸穩(wěn)定，收縮率僅有0.02%。

某國外品牌的親水隔膜結(jié)構(gòu)中只有170ev位置有圖譜，證明是聚砜膜或者磺化聚砜膜（或纖維膜界面上是聚砜膜或磺化聚砜膜，稱中短期親水隔膜）。聚砜膜或磺化聚砜膜在堿水中容易分解，導(dǎo)致親水層脫落，服役穩(wěn)定性差，耐堿性差導(dǎo)致服役過程中氣密性逐步下降，但該類型的親水隔膜也具有良好的尺寸穩(wěn)定性。

圖2 典型隔膜的XPS結(jié)構(gòu)分析

此外，電解過程中產(chǎn)生的氣泡是導(dǎo)致能耗上升的另一主要原因。非親水的聚苯硫醚纖維隔膜對氣泡有富集作用，導(dǎo)致電解槽服役中膜電阻逐步升高。永久親水型隔膜，特別是聚苯硫醚基磺化或氨化隔膜具有極優(yōu)秀的消泡作用，該類型隔膜在電解槽運行中具有更好的安全性和低耗性。 

滄州工苑（含天津津綸科技）是滄州市天津工業(yè)大學(xué)研究院下的中試研發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)，也是天津工業(yè)大學(xué)先進分離膜國家重點實驗室的中試生產(chǎn)和開品開發(fā)試驗基地。

企業(yè)主要從事聚苯硫醚隔膜材料研發(fā)與生產(chǎn)、聚苯硫醚樹脂研發(fā)和改性、抗氧化和無融縮聚苯硫醚纖維材料的研發(fā)和生產(chǎn)等，企業(yè)建有年產(chǎn)20萬平的永久親水型纖維隔膜生產(chǎn)線，年產(chǎn)1000噸聚苯硫醚改性纖維生產(chǎn)線等。

公司生產(chǎn)的堿水電解制氫隔膜具有無瑕疵、耐高溫、高氣密、低膜阻、無收縮等特點，該類型的隔膜基材為純耐酸堿的聚苯硫醚纖維或聚苯硫醚改性纖維。