[发明专利]用于电化学转化过程的无机纤维增强的气体隔板

说明书

在本技术中提出了一种气体隔板和制造用于电化学转化过程的气体隔板的方法。在该方法中，通过将无机纤维例如钛酸钾纤维混合到溶液中来制备流延悬浮液。该溶液具有作为溶质的有机粘合材料和用于溶质的溶剂。此后，通过将流延悬浮液铺展在惰性表面上形成片材。最后，从片材中提取溶剂，其中除去溶剂以形成气体隔板。

本发明涉及用于电化学转化过程的气体隔板(分隔物separator)，并且特别地涉及用于电化学转化过程的无机纤维增强气体隔板。

在现代，电化学转化过程(例如电解)用于各种目的，例如在氢气和/或氧气生成中，其通过电解槽(电解池)中的利用电解质(即一般为水)的电解的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)来实现。通常，使用碱性或酸性水作为电解质。进行这类电化学转化过程的电化学转化装置(例如电解槽)包括将电能传导到电解质并由此使电解质和/或其他添加的反应物分解以产生期望产物(例如氧气、氢气等)的电极。在这类电化学转化过程中使用的重要组件是气密膜或隔膜，其将电化学转化装置分成腔室或隔室并且允许离子从一个这样的腔室流动到另一个腔室，但是不允许气体(例如氧气或氢气)从一个腔室流动到另一个腔室，并且由此保持电化学转化的产物分离并因此可回收。气密膜或隔膜也称为气体隔板。

在电解槽中使用各种类型的气体隔板，并且使用各种技术来制造这类气体隔板。在常用技术中，溶液由在溶剂中的有机粘合剂制成。此外，任选地将一定量的金属氧化物和/或金属氢氧化物添加到悬浮液中。然后使悬浮液凝固成片材的形式，并且最后通过浸渍在非溶剂中进行提取(萃取)来除去溶剂。这类气体隔板具有低的机械强度，并且当经历加压室时易于发生故障，所述加压室在其中安装这类气体隔板以供使用的电解槽中是常见的。此外，由于这类气体隔板是易碎的，因此将这类气体隔板安装到电解槽中需要高技巧并且通常很复杂并且易于使气体隔板撕裂或破裂。

为了解决机械强度和耐久性低的问题，通常使用形成气体隔板的芯或基底的网状结构体或织物。将网状结构体或织物浸渍在悬浮液中或用悬浮液涂覆，然后使网状结构体或织物与悬浮液涂料一起凝固以形成气体隔板。随后，通过将气体隔板浸渍在非溶剂中进行提取来除去溶剂。具有网状结构体或织物芯或基底的这类气体隔板在机械上更强，但是具有其他缺点。一个这样的缺点是这类气体隔板的尺寸受到使用的网状结构体或织物的尺寸的限制。此外，在悬浮液中的网状结构体或织物的凝固是复杂的，并且需要以最大的进动(旋进precession)进行以获得均匀形成的气体隔板。通常，在网状结构体或织物的相反侧上的溶液的涂布量是不同的，因此导致不均匀的气体隔板，其对于电化学转化过程中的使用不是最有效的。而且，网状结构体或织物增加了这类气体隔板的成本。

因此，需要一种用于电化学转化过程的气体隔板，其是机械强度高的并且不受网状结构体或织物所带来的限制。

因此，本公开内容的目的是提供用于电化学转化过程的气体隔板和制造该气体隔板的方法。

以上目的通过根据本发明的制造用于电化学转化过程的气体隔板的方法和根据本发明的用于电化学转化过程的气体隔板来实现。

在本技术的一个方面，提出了制造用于电化学转化过程的气体隔板的方法。在该方法中，通过将无机纤维混合到溶液中来制备流延悬浮液。该溶液具有作为溶质的有机粘合材料和溶剂。此后，通过将流延悬浮液铺展在惰性表面(例如玻璃表面)上形成片材。最后，从所述片材中提取溶剂，其中除去溶剂以形成气体隔板。由于无机纤维的存在，避免了对具有网状结构体以形成隔板的芯的需求，因此本技术的气体隔板的尺寸不受网状结构体或织物的限制。此外，无机纤维向本技术的气体隔板提供了机械强度。

在该方法的一种实施方式中，无机纤维是亲水性的。一个这样的实例是钛酸钾。还可以使用其他无机纤维，例如氧化锆纤维、硫酸钡纤维、硅灰石纤维以及其组合。因此，无机纤维还作为气体隔板的亲水部分而起作用，从而确保气体隔板的离子导电性。

在该方法的另一实施方式中，有机粘合材料是有机聚合物，例如聚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯或其共聚物。该聚合物具有高耐热性、抗氧化/还原性以及耐久性和片材形成性质。