制氢用隔膜、使用其的碱性水电解部件、碱性水电解池、碱性水电解装置及氢的制造方法、以及制氢用隔膜的制造方法与流程

本发明涉及一种制氢用隔膜、使用了制氢用隔膜的碱性水电解部件、碱性水电解池、碱性水电解装置及氢的制造方法以及制氢用隔膜的制造方法。

背景技术：

1、氢为不排放二氧化碳的清洁能源，例如用作燃料电池汽车或家庭用燃料电池的燃料。作为氢的制造方法，已知有将高浓度的碱性水溶液用作电解质的碱性水电解。若将利用可再生能源的发电系统作为电力源进行碱性水电解，则能够不排放二氧化碳而制造氢，因此氢作为可持续社会的基础能源而越来越受到关注。

2、在碱性水电解中，为了防止在阴极（cathode）生成的气泡状的氢（2h2o+2e-→h2+2oh-）向阳极侧移动，并且防止在阳极（anode）生成的气泡状的氧（4oh-→o2+2h2o+4e-）向阴极侧移动，在阴极与阳极之间配置有阻气性的隔膜（separator）。对该隔膜，除了阻气性以外，还要求使oh-（氢氧根离子）从阴极侧向阳极侧透过的离子传导性。因此，在碱性水电解的隔膜中使用由有机聚合物材料形成的多孔膜（微多孔膜）。

3、用于碱性水电解的多孔隔膜能够通过湿式相分离法来形成。在湿式相分离中，首先，将作为多孔膜的构成材料的有机聚合物溶解于可溶解该有机聚合物的溶剂（良溶剂）中来制备铸膜液，并形成该铸膜液的涂膜。接着，将上述涂膜浸渍于不溶解上述有机聚合物且与上述良溶剂具有相溶性（混溶性）的溶剂（不良溶剂、凝固浴）中。若通过该浸渍而涂膜中的良溶剂的比例减少，则有机聚合物与溶剂产生相分离而有机聚合物会凝胶化（凝固），从而能够获得多孔膜。

4、为了提高多孔隔膜的机械强度，能够在铸膜液中配置无机织布、机织布等多孔支撑体，在多孔支撑体的存在下进行上述相分离，使所含浸的铸膜液中的有机聚合物成为多孔结构，形成多孔支撑体与有机聚合物的多孔结构成为一体的多孔隔膜。并且，通过使隔膜含有亲水性无机粒子，能够提高阻气性的同时，还能够使碱性水溶液有效地渗入到隔膜内部而进一步提高离子传导性。

5、作为这种多孔隔膜，例如在专利文献1中记载有包括多孔支撑体及分别设置于多孔支撑体的一侧及另一侧的第1多孔层及第2多孔层的隔膜。该隔膜中，多孔支撑体具有150μm以下的厚度，隔膜的厚度小于250μm，上述多孔层能够含有亲水性无机粒子。根据专利文献1中所记载的技术，能够提供一种具有充分的机械品质及经改善的离子传导性的隔膜。

6、以往技术文献

7、专利文献

8、专利文献1：日本特表2023-531792号公报

技术实现思路

1、发明要解决的技术课题

2、近年来，从提高制氢效率并对碱性水电解系统赋予可再生能源适应性的观点考虑，正在推进能够应对高压运行方式的高压碱性水电解系统（由于相对于常压（约1bar）在压力5bar以上的加压条件下运行，因此还称为“加压碱性水电解系统”。）的研究、开发。

3、如专利文献1中所记载，常压运行型的以往的碱性水电解系统中所使用的多孔隔膜通过冲切成正方形或长方形的形状来应用于碱性水电解系统中，从而表现出充分的机械品质及经改善的离子传导性。然而，在能够应对加压运行型的碱性水电解系统中，为了防止部件的破损，将隔膜及电极冲切成耐压性更优异的圆形形状来使用。根据本发明人等的研究表明，在组装到电解池的情况下，在专利文献1中所记载的隔膜等以往的多孔隔膜中，会产生电解液的泄漏、电流泄漏等，从而对加压碱性水电解系统的运行造成障碍。

4、本发明人等对将冲切成圆形的多孔隔膜组装到加压碱性水电解系统的电解池时产生的上述问题进行了反复研究，结果发现，圆形的多孔隔膜在组装到电解池的工序中容易发生变形，该变形会对加压碱性水电解系统的运行造成障碍。

5、本发明的课题在于提供一种组装碱性水电解池时的尺寸稳定性优异且离子传导性也优异的制氢用隔膜及其制造方法。

6、并且，本发明的课题在于提供一种使用本发明的制氢用隔膜的碱性水电解部件、碱性水电解池、碱性水电解装置及氢的制造方法。

7、用于解决技术课题的手段

8、本发明的上述课题通过下述手段得以解决。

9、〔1〕

10、一种制氢用隔膜，其包括机织布支撑体及含有有机聚合物的多孔材料，其中，

11、上述机织布支撑体的通过下述式计算出的压延比率为73%以下。

12、压延比率=｛d2/（2×d1）｝×100%

13、在上述式中，d1表示上述机织布支撑体的纤维直径，d2表示上述机织布支撑体的厚度。

14、〔2〕

15、根据〔1〕所述的制氢用隔膜，其中，

16、上述机织布支撑体的纤维直径d1为180μm以下。

17、〔3〕

18、根据〔1〕或〔2〕所述的制氢用隔膜，其中，

19、上述机织布支撑体的厚度d2为250μm以下。

20、〔4〕

21、根据〔1〕至〔3〕中任一项所述的制氢用隔膜，其中，

22、上述机织布支撑体的材料包含聚苯硫醚及聚醚醚酮中的至少一种。

23、〔5〕

24、根据〔1〕至〔4〕中任一项所述的制氢用隔膜，其中，

25、上述有机聚合物包含聚砜、聚醚砜及聚苯砜中的至少一种。

26、〔6〕

27、一种碱性水电解部件，其包括〔1〕至〔5〕中任一项所述的制氢用隔膜。

28、〔7〕

29、一种碱性水电解池，其包括〔1〕至〔5〕中任一项所述的制氢用隔膜或〔6〕所述的碱性水电解部件。

30、〔8〕

31、一种碱性水电解装置，其包括〔7〕所述的碱性水电解池。

32、〔9〕

33、一种氢的制造方法，其包括：

34、使〔8〕所述的碱性水电解装置在压力5bar以上的条件下运行。

35、〔10〕

36、一种氢的制造方法，其包括：

37、使〔8〕所述的碱性水电解装置在从氢产生侧向氧产生侧施加50mbar以上的压力的条件下运行。

38、〔11〕

39、一种制氢用隔膜的制造方法，该制氢用隔膜为〔1〕至〔5〕中任一项所述的制氢用隔膜，该制氢用隔膜的制造方法包括：

40、在由溶解有机聚合物而得的铸膜液形成的涂膜中配置进行压延处理而得且通过下述式计算出的压延比率为73%以下的机织布支撑体的状态下，通过湿式相分离形成含有上述有机聚合物的多孔材料。

41、压延比率=｛d2/（2×d1）｝×100%

42、在上述式中，d1表示上述机织布支撑体的纤维直径，d2表示上述机织布支撑体的厚度。

43、并且，在本发明中，使用“～”表示的数值范围是指将记载于“～”前后的数值作为下限值及上限值而包含的范围。

44、发明效果

45、本发明的制氢用隔膜在组装碱性水电解池时的尺寸稳定性优异，并且离子传导性也优异。并且，根据本发明的制氢用隔膜的制造方法，能够适当地制造本发明的制氢用隔膜。

46、并且，本发明的碱性水电解部件在组装碱性水电解池时的尺寸稳定性优异，并且离子传导性也优异。

47、并且，本发明的碱性水电解池及碱性水电解装置在组装加压碱性水电解池时，本发明的制氢用隔膜不会从电解池中伸出，从而不会发生电解液的泄漏及由缺陷引起的气体泄漏等不良情况，并且由于具有优异的离子传导性，因此能够制造氢。

48、并且，本发明的氢的制造方法中，能够使用本发明的碱性水电解装置来有效地制造氢。