本發明涉及復合膜制備，尤其涉及一種復合隔膜的制備方法和在在堿性水電解系統中的應用。

背景技術：

1、氫能以其能量密度高，綠色環保的特點，被認為是未來能源行業發展中最不可缺少的角色。目前主流制氫的方式，如煤制氫、天然氣制氫等，仍然有排放，因此制綠氫將是未來的主要制氫技術。其中大規模的水電解制氫技術是獲得綠氫最高效的手段。

2、隔膜是堿性水電解系統中的核心材料之一。隔膜在系統中主要起到將陰陽兩極隔開，防止氫氣和氧氣混合，同時為離子提供傳輸通道的作用。最早采用的是石棉隔膜，盡管其成本較低，但是其具有易脫落，易致癌的風險。近些年來，市場上主流的堿性水電解制氫隔膜是聚苯硫醚紡織布隔膜，其依然面臨著氣密性低，電阻高和能耗大的問題。目前，已經提出了使用多孔復合隔膜代替聚苯硫醚紡織部隔膜，其面電阻小、能耗低，但是其性能有待于進一步提高。具體而言，通過改善隔膜的親水性，從而可以有效抑制氣泡在隔膜表面的析出，進而減小三相界面的接觸電阻，提高能量效率。

3、pva(聚乙烯醇)是一種側基多羥基的高分子聚合物，具有非常好的親水性。由于其良好的成膜性能，已經被廣泛的應用于水系電化學能源器件當中。然而，pva的溶脹現象十分嚴重，這是因為多羥基的存在使得其在微觀上能快速與電解質中的水分子結合，形成水合離子簇。這導致了pva基膜的快速分解和形變等問題。為此，需要對pva進行化學交聯，以形成結構穩定的三維結構。

技術實現思路

1、有鑒于此，為解決現有隔膜存在的親水性低、接觸電阻高和能耗大的技術問題。第一方面，本發明提供了一種復合隔膜的制備方法，通過采用靜電紡絲技術，在復合隔膜基底上進行極性pva納米纖維修飾，之后采用交聯劑進行化學交聯，通過改善隔膜的親水性，從而可以有效抑制氣泡在隔膜表面的析出，進而減小三相界面的接觸電阻，提高能量效率。

2、為實現上述目的，本發明提供了如下的技術方案：

3、一種復合隔膜的制備方法，具體包括如下步驟：

4、步驟1)將pva溶解在有機溶劑中，攪拌均勻后，得到靜電紡前驅體溶液；

5、步驟2)將復合隔膜基底固定在輥筒上，同時將步驟1)中的前驅體溶液進行靜電紡絲，之后對復合隔膜基底的另一面也進行同樣的操作，得到雙面噴涂pva納米纖維的復合隔膜；

6、步驟3)將步驟2)得到的復合隔膜浸漬在交聯劑溶液中進行交聯，然后洗滌(優選采用丙酮進行洗滌)、干燥，得到pva納米纖維表面修飾的復合隔膜。

7、其中，復合隔膜基底優選采用背景技術中描述的聚苯硫醚紡織布隔膜或石棉隔膜。

8、優選地，步驟1)中，pva與有機溶劑的質量比為1:1。

9、優選地，步驟1)中，pva分子量為17萬。

10、優選地，步驟1)中，有機溶劑為n-n二甲基甲酰胺(dmf)或二甲基乙酰胺(dmac)。

11、優選地，步驟3)中，交聯劑選自乙二醛、戊二醛、二羥甲基尿素、三羥甲基三聚氰胺的任意一種。

12、優選地，步驟3)中，所述交聯劑的質量濃度為0.01wt％-5wt％。

13、優選地，步驟3)中，交聯時間為1-3小時。

14、優選地，所述靜電紡絲工藝中，紡絲電壓為15～20kv，進料速度為0.1～5ml/h，紡絲針頭至接收板距離為1～100cm。

15、第二方方面，本發明提供了上述復合隔膜的制備方法制備得到的復合隔膜，隔膜表面形成了眾多pva納米纖維交織而成的3d縱向分層結構，縱向分層結構構成了豐富的孔隙分布，并表現出大孔-小孔-大孔的結構。

16、第三方面，本發明提供了上述復合隔膜的制備方法制備得到的復合隔膜在堿性水電解系統中的應用。

17、通過靜電紡絲技術，可以制備出1d納米纖維交錯的材料，纖維相互重疊最終形成了密集但多孔的3d分層薄膜。本發明通過采用靜電紡絲技術，在復合隔膜基底上進行極性pva納米纖維修飾，之后采用交聯劑進行化學交聯，通過改善隔膜的親水性，從而可以有效抑制氣泡在隔膜表面的析出，進而減小三相界面的接觸電阻，提高能量效率。相比于現有技術，具有如下的有益效果：

18、(1)多羥基pva具有良好的親水性，改善了原本復合隔膜性能親水性差的問題；親水性改善減小了隔膜面電阻，抑制了三相界面的氣泡析出，從而整體提高了水電解系統的能量效率。

19、(2)采用化學交聯手段保證了pva的3d多孔框架的穩定性：形成的共價鍵交聯的結構使得pva纖維之間連接更加緊密，有效地抑制了pva的溶脹現象，使得隔膜具有更好的穩定性。

20、(3)pva納米纖維重疊形成的多孔框架與基底復合隔膜孔隙相互配合，形成漏斗效應，與傳統的復合隔膜相比，該方法可以有效解決表面無機聚砜框架引起的親水性差的問題，表層3d多孔框架與復合隔膜基底之間形成漏斗效應，加速了電解液的傳輸，減小濃差極化，同時降低了系統能耗。

技術特征：

1.一種復合隔膜的制備方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種復合隔膜的制備方法，其特征在于，步驟1)中，pva與有機溶劑的質量比為1:1。

3.根據權利要求1所述的一種復合隔膜的制備方法，其特征在于，步驟1)中，pva分子量為17萬。

4.根據權利要求1所述的一種復合隔膜的制備方法，其特征在于，步驟1)中，有機溶劑為n-n二甲基甲酰胺(dmf)或二甲基乙酰胺(dmac)。

5.根據權利要求1所述的一種復合隔膜的制備方法，其特征在于，步驟3)中，交聯劑選自乙二醛、戊二醛、二羥甲基尿素、三羥甲基三聚氰胺的任意一種。

6.根據權利要求1所述的一種復合隔膜的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述交聯劑的質量濃度為0.01wt％-5wt％。

7.根據權利要求1所述的一種復合隔膜的制備方法，其特征在于，步驟3)中，交聯時間為1-3小時。

8.根據權利要求1-7中任一項所述的一種復合隔膜的制備方法，其特征在于，所述靜電紡絲工藝中，紡絲電壓為15～20kv，進料速度為0.1～5ml/h，紡絲針頭至接收板距離為1～100cm。

9.一種由權利要求1-8中任一項所述的一種復合隔膜的制備方法制備得到的復合隔膜，其特征在于，隔膜表面形成了眾多pva納米纖維交織而成的3d縱向分層結構，縱向分層結構構成了豐富的孔隙分布，并表現出大孔-小孔-大孔的結構。

10.權利要求1-8中任一項所述的一種復合隔膜的制備方法制備得到的復合隔膜在堿性水電解系統中的應用。

技術總結
本發明提供了一種復合隔膜的制備方法、復合隔膜極其應用，屬于復合膜制備技術領域。本發明通過采用靜電紡絲技術，在復合隔膜基底上進行極性PVA納米纖維修飾，之后采用交聯劑進行化學交聯，通過改善隔膜的親水性，從而可以有效抑制氣泡在隔膜表面的析出，進而減小三相界面的接觸電阻，提高能量效率。制備的復合隔膜形成3D分層結構，與復合隔膜基底之間形成漏斗效應，加速了電解液的傳輸，減小濃差極化，同時降低了系統能耗。

技術研發人員：張前成
受保護的技術使用者：江蘇微道能源科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/6