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ALK制氢隔膜两条技术路线,玩家有哪些?

势银能链  · 公众号  ·  · 2024-06-18 13:14

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在碱性电解槽中,阴极与阳极所产生的氢气与氧气易发生混合从而带来安全隐患,这就需要用隔膜将其严格的隔离开来。从工作原理上来看,隔膜在隔绝氢氧互串的同时还需允许电解槽内电路中离子的自由移动,因此隔膜性能的好坏将直接关系到所制取的氢气纯度及电解槽电耗问题。

行业早期发展阶段,用于碱性电解槽的隔膜大多使用石棉隔膜,但在发展过程中发现,由于石棉在碱性电解液中的溶胀性和石棉对人体的伤害过大,该路线逐渐被行业淘汰。因此研发新型碱性制氢隔膜与优化,成为研究的一大热点。

2016年左右,PPS织物的大量使用替代了传统石棉隔膜,并根据实际运行所得反馈进行优化, 分化出聚苯硫醚 PPS隔膜与PPS涂覆无机层复合隔膜两类主流隔膜路线。

除此之外,国内目前所研发的重点隔膜还有聚四氟乙烯树脂改性石棉隔膜、聚醚醚酮纤维隔膜、聚砜纤维隔膜等,但由于实际应用验证等环节未走通,大多仍停留在实验室阶段。

聚苯硫醚 (PPS)隔膜


PPS隔膜具有耐热性能优异、机械性能好、耐腐蚀性强、尺寸稳定性好等优点,是目前应用最广泛的隔膜类型。但由于PPS亲水性差,电解液不能充分进入到隔膜孔隙中,在电解过程中隔膜表面出现微小气泡聚集的现象,这些现象会增加隔膜电阻,导致能耗增加。

因此,为增强其亲水性,需要对PPS织物进行改性。目前业内应用较为广泛的是对PPS进行化学处理,即在聚苯硫醚的分子链上枝节亲水性的官能团(-SO3H、-C=O等),但其存在枝节的官能团不稳定,隔膜的耐久性不佳等问题。

目前,势银氢链了解到,国内已有多家企业具备PPS隔膜供应能力(排名不分先后,若有遗漏欢迎留言指正补充)——

苏州月莫新材料有限公司 :专注于绿氢产业的基础设施发展,聚焦于新能源领域先进材料的研发及制造,致力成为全球最大隔膜产品供应商。目前,月莫新材料主要产品碱性水电解制氢用PPS隔膜研发已迭代至三代产品(普适型-低电阻型-高气密型),均具备在保证优异气密效果的同时,保持良好的离子电导率的特性;在产品生产领域,月莫新材料PPS隔膜产品生产线齐全完备,年产能达40万㎡,日均生产1400㎡;在产品性能检测领域,月莫新材料已拥有功能完备的隔膜性能检测中心,检测能力范围涵盖隔膜产品三大项6小项。

天津凯瑞科技有限公司 :凯瑞科技成立于2017年,主营产品为聚苯硫醚隔膜(布),生产的隔膜应用于碱性电解槽。为了满足国内碱性水电解制氢行业对非石棉隔膜的需求,凯瑞科技自成立以来一直与天津工业大学科研团队深度合作,以纺织技术为基础,致力于隔膜产品的技术创新。凯瑞科技拥有自主核心技术,且通过了ISO9001质量管理体系认证。

天津津纶新材料科技有限公司 :津纶新材料是一家集新材料研发、材料制备、材料成形和产品评价等为主的高科技技术企业。津纶新材料研发的碱性电解槽专用亲水型PPS电解隔膜与传统疏水性PPS纤维膜相比亲水性更为良好;其水接触角为60-90°,相较于一般的PPS隔膜水接触角更小。另外,改性PPS亲水膜表面富含硫酸根,具有更优的耐碱腐蚀性,玻璃化温度大于150℃。近期,津纶科技在碱性水溶液电解H2O制氢隔膜技术方面取得了一定进展。

德阳科吉高新材料有限责任公司 :德阳科吉主要从事特种工程塑料聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚硐(PEEK)等材料改性及产品的研究与生产。德阳科吉开发的改性PPS性能指标已超过众多企业。另外,德阳科吉还可以满足用户的个性化性能需求。

高性能复合隔膜


从宏观角度来看,高性能复合隔膜是对PPS织物表面涂覆功能涂层来改善其亲水性,构成一种类似三明治结构的复合隔膜。以Agfa的ZIRFON产品为例,表面涂覆浆料中含有二氧化锆和聚合物,其中二氧化锆等无机氧化物纳米颗粒是改善其亲水性的主要物质,其改善亲水性的机理可能是氧化锆中的氧离子与电解液中的水形成氢键。

因此,表面涂覆的主要目的是改善隔膜的亲水性,提高隔膜与电解液的相容性,降低的电解槽的内阻。同时,由于表面浆料与PPS直接的相互作用,复合隔膜也通常会表现出比PPS基底更高的物理稳定性。

但从实际来看,虽国产复合隔膜虽具备明显价格优势,且国内头部复合隔膜厂商已有相关配套案例,但与PPS隔膜相比仍有较大差距,但产品验证相对不足,且涂层脱落及寿命短等问题仍需攻克。

据势银氢链不完全统计,国内已有多家企业在ALK制氢复合隔膜领域深耕(排名不分先后,若有遗漏欢迎留言指正补充)——

碳能科技(北京)有限公司 :2月21日,碳能科技控股子公司西安氢基碳能科技有限公司电解水制氢2500mm大宽幅复合隔膜材料顺利下线,并完成交付。且为更好的适应国内电解槽发展现状,碳能科技基于第一性原理,创新开发了更适配国内槽体结构的三维复合隔膜。

该新型三维复合隔膜延续了常规复合隔膜的纳米多孔、永久亲水特性,与PPS隔膜相比,具有较低的电解小室电压和较好的泡点压力(2±1bar),在保证安全性的同时可大幅降低电解能耗;并在热稳定性和耐摩擦性上具有显著优势,与雷尼镍电极的匹配程度更高;同时其三维交织一体化结构提供了更优秀的抗挤压、耐折裂性能和粉体结合强度。

宁波中科氢易膜科技有限公司 :中科氢易立足于碱性电解水制氢低能耗、高气体纯度的需求,推出低内阻、高隔气性隔膜——EHYDRO®AEM离子膜系列产品,以期针对客户不同运行环境需求提供相应材料层面上的解决方案。

其中针对碱性电解水制氢场景,中科氢易主推离子溶剂膜,可以替代传统的PPS网布和多孔复合膜。该离子溶剂膜在具备传统隔膜优点的基础上,相比另一技术路线的PEM膜具有更好的阻气性能及更低的成本,能够适应风、光等可再生能源带来的电解槽输入端波动。

山东蓝拓氢能科技有限公司 :蓝拓氢能自主研发的第三代复合隔膜,具有强离子传导性、高稳定性、高泡点及高气密性。面电阻<0.1Ωcm²,可降低5%-10%的制氢能耗;泡点>1.5bar;具有离子选择功能致密层和强亲水孔道复合结构膜的设计实现低氢渗透。

北京元泰能材科技有限公司 :1月26日,元泰能材第一批2.5米大宽幅复合隔膜产品YT-500于常州生产基地正式下线,该产线年产能可达20万平米,可满足1GW电解槽装备需求。YT-500是元泰能材具有完全自主知识产权的碱性电解槽用复合隔膜产品。相比于现有隔膜,其纳米级的孔道能有效阻隔电解槽内的氢氧交叉,同时亲水性无机粉体又可提供高效的离子传输能力,总体可实现电导率提高10%,阻气性提高两个数量级,电解槽6.7%的能耗降低,同时具有长寿命、强耐碱、高可靠性能。

中山市刻沃刻科技有限公司 :刻沃刻科技自主研发的K500+复合隔膜由高强度、强耐化性的网状纤维织物与无机陶瓷粉体聚合组成,拥有低能耗、耐强碱、耐压强、结构稳定、设计使用寿命≥5年等优势。

深圳通微新能源科技有限公司 :目前已完成碱性电解槽用2m*2m隔膜的制备,应用“微通道 隔膜”技术,解决了目前的ALK隔膜价格以及性能的关键问题。同时,通微新能源采用独有的制备工艺技术,搭配自研的产线设备,使得隔膜性能完全对标国际产品,且可实现同类产品降本50%。

文章来源:势银氢链



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