[发明专利]碱性水电解用隔膜、碱性水电解装置、氢的制造方法和碱性水电解用隔膜的制造方法

说明书

本发明的碱性水电解用隔膜具有包含高分子树脂和亲水性无机颗粒的高分子多孔膜，上述高分子多孔膜的气孔率为30％以上60％以下，上述高分子多孔膜的两表面的平均孔径为0.5μm以上2.0μm以下，上述亲水性无机颗粒的众数粒径相对于上述高分子多孔膜的平均孔径之比(众数粒径/平均孔径)为2.0以上。

技术领域

本发明涉及碱性水电解用隔膜、碱性水电解装置、氢的制造方法和碱性水电解用隔膜的制造方法。

背景技术

氢在工业上被广泛用于石油精制、化学合成材料、金属精制、固定用燃料电池等中。近年来，在用于燃料电池汽车(FCV)的加氢站、智能社区、氢发电站等中的可利用性也在扩大。此外，随着可再生能源引入的发展，需要维持电力网的供需平衡，因此对可长时间储存大容量电力的储氢设备的需求也在提高。从上述方面考虑，高纯度氢的制造技术备受瞩目。

作为氢的工业制造方法之一，包括水的电解。该方法与对化石燃料进行重整的氢的制造方法相比，具有获得高纯度氢的优点。在水的电解中，为了提高导电性，通常使用添加有氢氧化钠或氢氧化钾等电解质的水溶液作为电解液。通过利用阴极和阳极对该电解液施加直流电流，从而将水电解。

用于进行电解(下文中有时简称为“电解”)的电解槽被隔膜分隔成阳极室和阴极室。在阳极室生成氧气，在阴极室生成氢气。隔膜要求具有气体阻隔性，从而使该氧气和氢气不发生混合。

在水的电解中，搬运电(电子)的介质为离子。因此，为了高效地进行电解，要求隔膜具有高离子透过性。从这方面考虑，作为可表现出高离子透过性的隔膜，考虑了具有多孔膜结构的隔膜。

除此以外，为了高效地进行电解，希望减轻阳极、阴极和隔膜间的溶液电阻。从这方面考虑，认为优选按照用两电极夹入隔膜的方式进行配置。

作为与该隔膜有关的技术，在专利文献1和4中公开了一种碱性水电解用隔膜，其是在作为芳香族高分子树脂的聚砜中混入氧化锆或氧化镁并利用非溶剂诱导相分离法所形成的多孔膜。另外，在专利文献2和3中公开了一种碱性水电解用隔膜，其按照孔径在膜的厚度方向上变化的方式进行了控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第93/15529号

专利文献2：日本特开2013-204146号公报

专利文献3：日本特开2014-129563号公报

专利文献4：法国专利申请公开第2546535号说明书

发明内容

发明所要解决的课题

但是，上述技术还存在尚需改善之处。例如，在用电极(阳极、阴极)夹入作为多孔膜结构的隔膜时，由电极产生的氢、氧以气泡的形式附着于多孔膜表面，堵塞多孔膜表面的孔。由于离子无法透过被气泡堵塞的孔，因而具有电解时的隔膜的电压损失增加的问题。若多孔膜表面为疏水性，则气泡容易附着，该问题会更加明显。

另外，在利用通过风力或太阳光等可再生能源所产生的电力进行电解时(下文中也称为“可变电源环境下”)，电力会因季节或时间带而发生变动，因此产生气体量每时每刻都在变化。此时，阳极室和阴极室的内压也随之变动，而且对隔膜的阳极侧和阴极侧所施加的压力之差(差压)也发生变动。因此，对于隔膜，要求对利用这种可变电源的电解中的压力变动也可维持形态，维持稳定的电解性能。

另外，本发明人发现：若利用细孔内保持有亲水性无机颗粒的多孔膜进行电解，则孔内的亲水性无机颗粒会随着持续电解而脱落，多孔膜表面的亲水性无机颗粒减少。由此，多孔膜表面的亲水性丧失，气泡附着于多孔膜表面的孔，存在离子透过受阻的问题。