津纶新材料隔膜基材在电解槽运行中具有更好的安全性和低耗性

隔膜是电解水制氢装置的核心组件之一，在生产过程中有着重要的安全防护作用，通过具有优异气体阻隔性的隔膜在物理上解决氢气渗漏，从而影响水电解装置的能耗、气体纯度、电解稳定性及安全性等。

随着可再生能源电解水制氢技术的快速发展，电解槽安全稳定运行性能成为行业持续关注的重点。特别是工业制氢中，要确保隔膜在运行过程中的稳定性、低膜电阻、耐高温性、耐碱性腐蚀和服役长寿命等。目前电解制氢最大的问题就是安全性和低能耗等。

对于安全性来说，最近隔膜出现了三大症状：

· 隔膜恶性低价中标

· 隔膜允许存在 2 mm 以下的疵点

· 隔膜尺寸不稳定，严重收缩

低价招标，导致部分隔膜企业铤而走险，将大量不合格的隔膜经过特殊处理收进入市场，为电解槽服役带来巨大的安全隐患（部分隔膜用于僵尸电解槽）。

目前不合格的隔膜有两点：一是疵点多，二是亲水改性改变了聚苯硫醚结构，使隔膜热致收缩，且隔膜亲水层耐碱性差，容易碱蚀脱落，隔膜漏气和膜阻增加，最终导致服役寿命短和服役稳定性差。

隔膜疵点形式很多，但伴随着近期膜用纤维质量的提升，以及纱线和隔膜织造技术提升，较明显的隔膜疵点已明显减少，但是毫米级疵点仍然是当前隔膜质量的最大隐患（见图1）。

部分毫米级疵点漏气或渗透气体明显，虽然有疵点的隔膜经过热压后，大多疵点会适当变小，且疵点收缩后隔膜漏气明显降低，但电解服役过程中热压收缩的疵点会重新膨胀，特别是隔膜吸液膨胀后，隔膜气体渗透会更严重。这也是电解槽装载后，随着服役时间延长，电解槽气密性逐步下降的主要原因。

图片图1：目前市场上销售隔膜中的疵点形貌

低能耗是电解槽另一重要指标，隔膜企业为了降低隔膜膜电阻，对隔膜进行了亲水改性。常规亲水改性有以下几种形式：

物理改性，即通过表面活性剂提高隔膜亲水型，这种改性称假亲水改性。假亲水改性隔膜装入电解槽后，随着服役时间增加，膜电阻逐渐增加，能耗快速增加。

化学改性，化学改性又分为磺化、氨化（阴离子膜）、等离子体改性或其他类型反应等。

共混改性，即在隔膜内掺入了其他不耐碱的亲水纤维，或者将隔膜界面的聚苯硫醚材质变成了其他非聚苯硫醚亲水物种，导致隔膜在碱液服役环境中，很容易降解脱落，隔膜碱失量大，使隔膜的气密性下降，膜电阻增高，容易引发安全事故。

聚苯硫醚具有极优的耐酸、耐碱、耐高溶剂等性能，是碱水电解槽隔膜的不二选择。目前，市场上隔膜结构表征见图2。XPS电子能谱中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。

由图可见，天津津纶新材料和沧州工苑膜材料等的产品含有-S-和-SO3H（164ev和168ev），主要是聚苯硫醚纤维的磺化隔膜，该类型隔膜具有优良的耐碱性和永久的亲水性，隔膜尺寸稳定，收缩率仅有0.02%。

某国外品牌的亲水隔膜结构中只有170ev位置有图谱，证明是聚砜膜或者磺化聚砜膜（或纤维膜界面上是聚砜膜或磺化聚砜膜，称中短期亲水隔膜）。聚砜膜或磺化聚砜膜在碱水中容易分解，导致亲水层脱落，服役稳定性差，耐碱性差导致服役过程中气密性逐步下降，但该类型的亲水隔膜也具有良好的尺寸稳定性。

图2 典型隔膜的XPS结构分析

此外，电解过程中产生的气泡是导致能耗上升的另一主要原因。非亲水的聚苯硫醚纤维隔膜对气泡有富集作用，导致电解槽服役中膜电阻逐步升高。永久亲水型隔膜，特别是聚苯硫醚基磺化或氨化隔膜具有极优秀的消泡作用，该类型隔膜在电解槽运行中具有更好的安全性和低耗性。 

沧州工苑（含天津津纶科技）是沧州市天津工业大学研究院下的中试研发和产品生产企业，也是天津工业大学先进分离膜国家重点实验室的中试生产和开品开发试验基地。

企业主要从事聚苯硫醚隔膜材料研发与生产、聚苯硫醚树脂研发和改性、抗氧化和无融缩聚苯硫醚纤维材料的研发和生产等，企业建有年产20万平的永久亲水型纤维隔膜生产线，年产1000吨聚苯硫醚改性纤维生产线等。

公司生产的碱水电解制氢隔膜具有无瑕疵、耐高温、高气密、低膜阻、无收缩等特点，该类型的隔膜基材为纯耐酸碱的聚苯硫醚纤维或聚苯硫醚改性纤维。