碱性水电解用隔膜、碱性水电解槽和多孔膜的使用方法与流程

本公开涉及碱性水电解用隔膜、碱性水电解槽和多孔膜的使用方法。

背景技术：

1、近年来，作为用于解决由co2引起的地球变暖、化石燃料的储量减少等问题的清洁能源，利用可再生能源而制造的氢受到了关注。在利用了可再生能源的氢制造中，要求与现有的基于化石燃料的重整的氢制造相匹敌的低成本。因此，在利用了可再生能源的氢的制造中，要求现有技术无法实现的高水平的能量效率和低成本的设备。

2、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，具有能够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。

3、其中，碱性水电解法能够大规模地实施，与其他的水电解装置相比廉价，因此已经作为商业设备具有实绩。由此，期待开发出使用碱性水电解法的大规模的氢制造装置。例如，提出了如下多项构想：通过利用了基于风力或太阳光等自然能源的发电的碱性水的电解，大量地制造氢，并将氢向消耗地搬运并供给。

4、用于进行电解(下文中有时称为“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。另外，在水的电解中，搬运电(电子)的介质为离子，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，作为具备气体阻隔性和离子透过性的隔膜，提出了具有多孔结构的隔膜(下文中有时称为“多孔膜”)。

5、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，认为优选设为用两电极夹持隔膜进行配置的结构(下文中有时称为“零间隙结构”)。

6、作为与该隔膜有关的技术，在专利文献1和2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。

7、现有技术文献

8、专利文献

9、专利文献1：国际公开第93/15529号

10、专利文献2：法国专利申请公开第2546535号说明书

11、专利文献3：国际公开2018-182006号

12、专利文献4：国际公开2014-119207号

13、专利文献5：国际公开2014-119208号

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、但是，上述技术还存在尚需改善之处。例如，作为隔膜而通用地使用的聚醚砜、聚砜在重复单元中具有醚基，因此在酸性或碱性环境下逐渐被水解。水解进行时，膜结构发生变化，有可能引起作为隔膜的功能降低、机械强度降低。特别是在高温、高浓度的酸性、碱性环境下，水解速度增加，该问题变得更加显著。

3、另一方面，离子的透过效率由电导率表示，与电解液的浓度和温度密切相关。例如，在80℃以上的高温区域，氢氧化钾水溶液的电导率在浓度约30质量%时达到最大。因此，为了提高离子透过性，在电导率高的条件下使用隔膜有可能使上述水解速度的问题变得明显。

4、此外，在优化隔膜的离子透过性方面，控制隔膜的多孔质结构是非常重要的。特别是作为水的电解的隔膜使用时，必须兼顾高的离子透过性和高的气体阻隔性。因此，要求为耐水解性高的材料且可得到高电解效率的最佳隔膜。

5、进而，为了连续且高效地进行电解，认为隔膜需要对电解液赋予充分的润湿性，如专利文献3、4、5所公开的那样，进行向多孔内导入无机氧化物等亲水性物质、向多孔表面导入亲水性树脂、亲水基团等亲水化处理。但是，向多孔内导入这样的物质会很大程度导致多孔结构堵塞，因此产生引起离子透过性降低的问题。

6、另外，已知作为聚烯烃系树脂的聚乙烯(下文中有时记为“pe”)作为耐化学药品性高的材料被通用地利用，即使在碱性环境下也具有非常高的耐性。另外，使用pe制作的pe多孔膜由于维持pe的性质，因此被用于需要机械强度、耐化学药品性的环境下的过滤器等用途。

7、已知pe多孔膜例如可以通过日本专利6596329号中记载的方法、即pe粉末与孔形成材料的挤出、压延、拉伸等来制作，已知能够制作控制了各种孔结构、物性的多孔膜，具有能够实现可兼顾高的离子透过性和高的气体阻隔性的孔结构的可能性。

8、本发明人将包含聚烯烃的多孔膜作为碱性水电解用隔膜进行了研究，结果发现了在运转初期隔膜发生变形、破坏，有时无法长时间维持高的离子透过性和高的气体阻隔性的新课题。

9、本发明的目的在于实现一种隔膜，该隔膜即便长时间作为碱性水电解用隔膜使用，也维持高的离子透过性和高的气体阻隔性，能够稳定地进行水电解。

10、用于解决课题的手段

11、本发明人为了解决上述课题进行了反复深入的研究，结果发现，通过使用具备包含聚烯烃且膜厚方向的剥离强度为2.0n以上的多孔膜的碱性水电解用隔膜等，能够维持高的离子透过性和高的气体阻隔性，稳定地长时间进行水电解，能够解决上述课题，从而完成了本发明。

12、即，本公开如下所述。

13、[1]

14、一种碱性水电解用隔膜，其特征在于，其具备包含聚烯烃的多孔膜，上述多孔膜的膜厚方向的剥离强度为2.0n以上。

15、[2]

16、根据[1]所述的碱性水电解用隔膜，其中，上述多孔膜包含上述聚烯烃作为主成分。

17、[3]

18、根据[1]所述的碱性水电解用隔膜，其中，上述多孔膜包含90质量%以上的上述聚烯烃。

19、[4]

20、根据[1]～[3]中任一项所述的碱性水电解用隔膜，其中，上述聚烯烃为粘均分子量90万以上的聚乙烯。

21、[5]

22、根据[1]～[4]中任一项所述的碱性水电解用隔膜，其中，上述多孔膜的膜厚方向的剥离强度为3.0n以上。

23、[6]

24、根据[1]～[5]中任一项所述的碱性水电解用隔膜，其中，上述多孔膜的膜厚为25μm以上500μm以下。

25、[7]

26、根据[1]～[6]中任一项所述的碱性水电解用隔膜，其中，上述多孔膜的气孔率为30%以上80%以下。

27、[8]

28、根据[1]～[7]中任一项所述的碱性水电解用隔膜，其中，上述多孔膜的透气度以100μm换算计为10秒以上2000秒以下。

29、[9]

30、根据[1]～[8]中任一项所述的碱性水电解用隔膜，其中，上述多孔膜的穿刺强度为200gf以上10000gf以下。

31、[10]

32、一种碱性水电解槽，其具备：

33、[1]～[9]中任一项所述的碱性水电解用隔膜；

34、阳极；和

35、阴极，

36、上述碱性水电解用隔膜配置于上述阳极与上述阴极之间。

37、[11]

38、一种使用方法，其使用包含聚烯烃且膜厚方向的剥离强度为2.0n以上的多孔膜作为碱性水电解用的隔膜。

39、[12]

40、根据[11]所述的使用方法，其中，上述多孔膜包含上述聚烯烃作为主成分。

41、[13]

42、根据[11]所述的使用方法，其中，上述多孔膜包含90质量%以上的上述聚烯烃。

43、[14]

44、根据[11]～[13]中任一项所述的使用方法，其中，上述聚烯烃为粘均分子量90万以上的聚乙烯。

45、[15]

46、根据[11]～[14]中任一项所述的使用方法，其中，上述多孔膜的膜厚方向的剥离强度为3.0n以上。

47、[16]

48、根据[11]～[15]中任一项所述的使用方法，其中，上述多孔膜的膜厚为25μm以上500μm以下。

49、[17]

50、根据[11]～[16]中任一项所述的使用方法，其中，上述多孔膜的气孔率为30%以上80%以下。

51、[18]

52、根据[11]～[17]中任一项所述的使用方法，其中，上述多孔膜的透气度以100μm换算计为10秒以上2000秒以下。

53、[19]

54、根据[11]～[18]中任一项所述的使用方法，其中，上述多孔膜的穿刺强度为200gf以上10000gf以下。

55、发明效果

56、根据本公开，可以提供维持高的离子透过性和高的气体阻隔性、能够稳定地长时间进行水电解的碱性水电解用隔膜。