电解水制氢关键材料：碱性电解槽隔膜

氢能俱乐部 2024-07-08

碱性电解槽内产生的H2和O2需要用隔膜进行分隔开来，如果不把它们分隔开来，就会发生H2、O2混合，这样不但达不到生产h²的目的，还会带来安全隐患。

本期带大家简单了解下碱性电解槽中的隔膜。

碱性电解槽内产生的H₂和O₂需要用隔膜进行分隔开来，如果不把它们分隔开来，就会发生H₂、O₂混合，这样不但达不到生产h²的目的，还会带来安全隐患。

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。

一、隔膜的作用与原理

从以上分析，我们可以得到隔膜在碱性电解水制氢电解槽中的3个主要作用

①分隔阴极和阳极形成阴极和阳极小室，防止短路；

②避免两极气体产物混合；

③具有高离子导率，便于氢氧根离子由阴极传递至阳极。

因此，理想的隔膜材料应具备以下特点：

①良好的离子导率、高孔隙率、低电阻率；

②高隔气性、高亲水性、高抗腐蚀性；

③厚度薄、孔径小、机械强度高、尺寸稳定性好；

④成本低、使用长。

二、隔膜的发展现状

碱性电解槽隔膜种类极为丰富，按照材质不同，可分为聚醚醚酮隔膜（PEEK）、聚苯硫醚隔膜（PPS）、聚四氟乙烯树脂改性石棉隔膜、石棉隔膜以及聚砜类隔膜（PSF）等。石棉隔膜为传统碱性电解槽隔膜，其具有抗张强度高、亲水性强、耐化学腐蚀以及耐高温等优势，但存在毒性，目前已被限制使用；聚苯硫醚隔膜具有尺寸稳定性好、耐蠕变、耐热等优势，为碱性电解槽隔膜市场主流产品。

但是PPS织物的亲水性太弱，如果只用PPS织物作为隔膜，会造成电解槽内阻过大，因此需要对PPS织物进行改性，增强其亲水性。

目前主要通过对PPS织物表面涂敷功能涂层，构成一种类似三明治结构的复合隔膜，以改善亲水性并减小厚度。

常用的PPS布厚度在700微米以上，采用复合隔膜可将隔膜厚度减少至500微米，实现更高的电流密度和更低的能耗。同时，复合隔膜表面涂敷浆料中含有二氧化锆和聚合物，有效提高隔膜的亲水性和与电解液的相容性，降低内阻和电耗。

但目前国内隔膜大部分市场份额被国外的日本东丽、比利时AGFA爱克发等厂商瓜分，因此，降本增效是行业对隔膜产品的关键诉求。

三、突破瓶颈国内企业实现复合隔膜量产化

相关数据显示，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。

在绿氢爆发的背景下，复合隔膜企业也备受资本市场青睐，同时技术和产品也不断更新迭代，突破技术瓶颈，实现复合隔膜量产化。

刻沃刻科技

刻沃刻已完成千万级天使轮融资，由险峰长青独家投资。公司已在2021年成功制备出国产碱性电解槽第三代复合隔膜产品——K系列复合隔膜，并已申请国家专利。

据了解，K系列复合隔膜是由高强度、强耐化性的网状纤维织物与无机陶瓷粉体聚合组成，具有低能耗、耐强碱、耐压强、结构稳定、设计使用寿命≥5年等优势，且电效率赶超国外产品，膜面电阻为国际领先水平。

碳能科技

2023上半年，碳能科技第三代碱水制氢复合隔膜首条量产级、标准化产线正式建成并顺利投产，至今已连续2个月稳步生产，复合隔膜质量批次稳定。

据介绍，此次投产的复合隔膜为TN-ICM500复合隔膜，由无机陶瓷粉体、高分子聚合物及支撑骨架组成，具有隔气、亲水、内阻低等特征，能够有效隔绝气体交叉扩散，提高气体纯度，运行电流密度可突破万安级，直流能耗降低10%以上，可助力制氢企业提高电解效率和降低运营成本。

中科氢易

中科氢易已完成数千万元天使轮投资，由麟阁创投、国家电投领投华金资本、银鞍资本、凡创资本、宁波镇海产投联合跟投，所获资金主要用于复合隔膜产线建设，工艺的持续优化及补充公司现金流。

资料显示，中科氢易在碱性电解槽隔膜方面积极布局，目前已形成围绕多孔复合膜-离子溶剂膜-阴离子交换膜产品体系，其中，多孔复合膜有较好的阻气性能，孔径在纳米级别，它的使用可以有效改善电解槽的响应性、降低电解槽能耗。

此外，国内还有通微新能源科技、睿得新材料、氢年时代等企业也在积极研究突破复合隔膜。

四、复合隔膜迎来新机遇

绿氢爆发带动碱性电解槽起势，同时使上游隔膜企业带来景气，迎来发展机遇。目前复合隔膜正逐步实现大批量生产，卡脖子技术正逐步被攻破。

不过复合隔膜的普及与应用还有很长一段走路，目前复合隔膜的价格还是普遍偏高。日本东丽的PPS隔膜，目前的价格在每平米400元左右。而Agfa复合隔膜每平米则要在300美元以上，采用和Agfa相同路线的国产复合隔膜，其价格每平米也在600-900元之间。

如果按照一台1000标方的电解槽要用大约1200平米的隔膜计算，使用复合隔膜的成本至少要增加240000元。一些碱性电解水设备企业为了追求设备的低成本，也不愿意采用复合隔膜。

不过笔者相信，随着全社会电气化程度的不断提高，隔膜技术会进一步提高，成本降低只是时间问题。

文章内容来源氢能俱乐部等公开信息，流程工业整理编辑，责任编辑：胡静，审核人：李峥

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