用于电化学转化过程的无机纤维增强的气体隔板制造技术

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。

Gas separators reinforced with inorganic fibers for electrochemical conversion

In this technology, a gas separator and a method for manufacturing gas separators for electrochemical conversion process are proposed. In this method, tape casting suspension is prepared by mixing inorganic fibers such as potassium titanate fibers into solution. The solution has organic adhesives as solutes and solvents for solutes. Thereafter, sheets are formed by spreading the tape casting suspension on the inert surface. Finally, the solvent is extracted from the sheet, and the solvent is removed to form a gas separator.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电化学转化过程的无机纤维增强的气体隔板本专利技术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。以上目的通过根据权利要求1的制造用于电化学转化过程的气体隔板的方法和根据本技术的权利要求15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。在该方法的另一实施方式中，溶剂是以下中的一种：N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N-乙基-2-吡咯烷酮(NEP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、甲酰胺、二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、乙腈以及其混合物。这些通过为溶质(即有机粘合材料)提供溶剂提供了实现本技术的方法的实例。在该方法的另一实施方式中，在形成片材时，将具有恒定厚度的流延悬浮液层铺展在惰性表面上。因此，如此形成的气体隔板具有恒定的厚度，从而确保气体隔板的不同部分的均匀性质。在该方法的另一实施方式中，通过从片材中蒸发溶剂来进行溶剂提取。在该方法的又一实施方式中，溶剂提取通过使溶剂从片材中浸出来进行，其中通过将片材浸入非溶剂(例如水、醇以及其组合)中和/或使用非溶剂(例如水、醇以及其组合)洗涤片材使溶剂从片材中浸出。在该方法中，可以仅进行通过蒸发的溶剂提取和通过沥滤的溶剂提取中的一种，或者可以以任意顺序一个接一个地进行通过蒸发的溶剂提取和通过浸出的溶剂提取。这为溶剂提取提供了简单且有效的技术。在该方法的另一实施方式中，在制备流延悬浮液时，将金属氧化物和/或金属氢氧化物添加到溶液中。金属氧化物的实例可以是，但不限于，二氧化锆、氧化钛等。因此，确保了气体隔板的亲水性组分的增加并由此提高气体隔板的离子导电性。在该方法的另一实施方式中，在制备流延悬浮液时，将成孔材料添加到溶液中。此外，该方法包括在从片材中提取溶剂的同时和/或之后从片材中除去成孔材料。成孔材料可以是，但不限于，氧化锌、聚合物例如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。因此，气体隔板的总孔隙率根据气体隔板的使用需要而改变。在本技术的另一方面，提出了一种用于电化学转化过程的气体隔板。本技术的气体隔板通过根据本技术的上述方面的方法形成。本技术的气体隔板不需要网状结构体或织物作为气体隔板的芯或基底。因此，本技术的气体隔板不受网状结构体或织物的尺寸的限制，并且是机械强度高的、耐久的、经济的和功能性的以用于各种电化学转化过程，例如碱性水电解。在下文中参考附图中所示的所示实施方式进一步描述本技术，其中：图1描绘了示出本技术的方法的示例性实施方式的流程图；以及图2描绘了示出本技术的方法的另一个示例性实施方式的流程图。在下文中，详细描述了本技术的上述和其他特征。参考附图描述了各种实施方式，其中相同的附图标记始终用于指相同的元件。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对一种或多种实施方式的透彻理解。可以注意到，所示实施方式旨在解释而不是限制本专利技术。可以显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实践这些实施方式。本技术的基本构思是在形成气体隔板时提供无机纤维，其中无机纤维向气体隔板提供机械强度，因此避免了对网状结构体或织物芯的需求。此外，无机纤维贯穿(遍及)气体隔板并且向气体隔板提供提高的离子导电性。换句话说，本技术的构思是使用无机纤维来机械增强气体隔板并且提供离子导电性。图1描绘了表示根据本技术的方法100的示例性实施方式的流程图。方法100用于制造用于电化学转化过程的气体隔板，例如用于电解槽中以进行碱性水电解。气体隔板特别适合用于碱性电池，特别是作为气密隔板或隔膜，其用电解质填充，并且位于碱性电池(单元电池)的电极之间。在方法100中，在步骤10a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，并且该溶液还具有用于溶质的溶剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制造用于电化学转化过程的气体隔板的方法(100)，该方法(100)包括：‑通过将无机纤维混合到溶液中来制备(10)流延悬浮液，其中该溶液包括作为溶质的有机粘合材料和用于所述溶质的溶剂；‑通过将流延悬浮液铺展在惰性表面上形成(20)片材；和‑从所述片材中提取(30)所述溶剂，其中除去所述溶剂以形成气体隔板。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.制造用于电化学转化过程的气体隔板的方法(100)，该方法(100)包括：-通过将无机纤维混合到溶液中来制备(10)流延悬浮液，其中该溶液包括作为溶质的有机粘合材料和用于所述溶质的溶剂；-通过将流延悬浮液铺展在惰性表面上形成(20)片材；和-从所述片材中提取(30)所述溶剂，其中除去所述溶剂以形成气体隔板。2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中所述无机纤维是亲水的。3.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其中所述无机纤维是钛酸钾。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(100)，其中所述无机纤维为以下之一：氧化锆纤维、硫酸钡纤维、硅灰石纤维、及其组合。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法(100)，其中所述有机粘合材料是有机聚合物。6.根据权利要求5所述的方法(100)，其中所述有机聚合物为以下之一：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。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法(100)，其中所述溶剂为以下之一：N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N-乙基-2-吡咯烷酮(NEP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、甲酰胺、二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、乙腈及其混合物。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：MK汉森，KT思尔基尔德森，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE