多孔膜的使用方法、碱性水电解用隔膜和碱性水电解用电解槽与流程

本发明涉及多孔膜的使用方法、碱性水电解用隔膜和碱性水电解用电解槽。

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、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。

8、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。

9、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。

10、另一方面，已知pe的疏水性高，对电解液的润湿性极差，因此若直接作为隔膜使用，则电解效率极差，在专利文献3、4和5中公开了进行无机氧化物等亲水性物质向多孔内的导入、亲水性树脂、亲水基团向多孔表面的导入等亲水化处理。

11、现有技术文献

12、专利文献

13、专利文献1：国际公开第93/15529号

14、专利文献2：法国专利申请公开第2546535号说明书

15、专利文献3：国际公开第2018-182006号

16、专利文献4：国际公开第2014-119207号

17、专利文献5：国际公开第2014-119208号

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、但是，在上述专利文献3、4和5公开的现有技术中，通过向pe多孔表面的亲水化处理，大量产生多孔结构的堵塞，因此存在降低离子透过性的课题，期望进一步提高电解性能。

3、另外，在专利文献1、2公开的现有技术中，在将隔膜夹在阳极、阴极间进行配置时，若隔膜端部露出，则无法确保气密性，因此需要用垫片覆盖隔膜外周部的整个区域。因此，需要使用收纳隔膜外周部的特殊结构的垫片，希望通过层积操作性更好的片状垫片来确保气密性。

4、本发明是鉴于上述情况而进行的，其目的在于实现一种隔膜，该隔膜即便使用片状垫片，气密性也良好，能够以低槽电压进行水电解。

5、用于解决课题的手段

6、因此，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，通过使用聚乙烯的含量和迂曲度为特定范围的多孔膜，用垫片紧固的部位的多孔结构会堵塞而确保气密性，另一方面，被阳极、阴极夹持的部位维持上述特定范围的迂曲度的空隙结构，维持高的离子透过性，由此能够以低槽电压进行水电解，从而完成了本发明。

7、即，本发明如下所述。

8、[1]

9、一种使用方法，其特征在于，将包含聚乙烯、树脂成分中的聚乙烯的含量为50质量%以上、迂曲度为3.00以下的多孔膜用于碱性水电解用隔膜。

10、[2]

11、根据[1]所述的使用方法，其中，上述多孔膜的膜厚为40μm以上1000μm以下。

12、[3]

13、根据[1]或[2]所述的使用方法，其中，上述多孔膜的迂曲度为0.30以上2.50以下。

14、[4]

15、根据[1]或[2]所述的使用方法，其中，上述多孔膜的迂曲度为1.00以上2.50以下。

16、[5]

17、根据[1]～[4]中任一项所述的使用方法，其中，上述多孔膜的气孔率为20%以上95%以下。

18、[6]

19、根据[1]～[5]中任一项所述的使用方法，其中，上述多孔膜的透水量为0.1g/2分钟以上500g/2分钟以下。

20、[7]

21、根据[1]～[6]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4000秒以下。

22、[8]

23、根据[1]～[7]中任一项所述的使用方法，其中，上述聚乙烯的粘均分子量为30万以上750万以下。

24、[9]

25、一种碱性水电解用隔膜，其特征在于，其具备包含聚乙烯的多孔膜，上述多孔膜的树脂成分中的聚乙烯的含量为50质量%以上，上述多孔膜的迂曲度为3.00以下。

26、[10]

27、根据[9]所述的碱性水电解用隔膜，其中，膜厚为40μm以上1000μm以下。

28、[11]

29、根据[9]或[10]所述的碱性水电解用隔膜，其中，上述多孔膜的迂曲度为0.30以上2.50以下。

30、[12]

31、根据[9]或[10]所述的碱性水电解用隔膜，其中，上述多孔膜的迂曲度为1.00以上2.50以下。

32、[13]

33、根据[9]～[12]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20%以上95%以下。

34、[14]

35、根据[9]～[13]中任一项所述的碱性水电解用隔膜，其中，上述多孔膜的透水量为0.1g/2分钟以上500g/2分钟以下。

36、[15]

37、根据[9]～[14]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4000秒以下。

38、[16]

39、根据[9]～[15]中任一项所述的碱性水电解用隔膜，其中，上述聚乙烯的粘均分子量为30万以上750万以下。

40、[17]

41、一种碱性水电解用电解槽，其具备：

42、[9]～[16]中任一项所述的碱性水电解用隔膜；

43、阳极；和

44、阴极，

45、上述碱性水电解用隔膜配置于上述阳极与上述阴极之间。

46、[18]

47、一种碱性水电解用电解槽，其具备：

48、[9]～[16]中任一项所述的碱性水电解用隔膜；

49、片状垫片；

50、阳极；和

51、阴极，

52、上述碱性水电解用隔膜配置于上述阳极与上述阴极之间。

53、[19]

54、一种碱性水电解用电解槽，其具备：

55、[9]～[16]中任一项所述的碱性水电解用隔膜；

56、两片片状垫片；

57、阳极；和

58、阴极，

59、上述碱性水电解用隔膜配置于上述阳极与上述阴极之间，上述两片片状垫片以夹持上述碱性水电解用隔膜的方式进行设置。

60、发明的效果

61、根据本发明，能够提供一种碱性水电解用隔膜，该碱性水电解用隔膜即便使用片状的垫片，也能确保电解槽的气密性，同时能够以低槽电压进行碱性水电解。