一种电化学反应池隔膜及其应用制造技术

本发明专利技术提供一种电化学反应池隔膜及其应用，隔膜设置于电化学反应池中，并将电化学反应池分隔为阴极腔室和阳极腔室，阴极腔室内注入有阴极电解液，阳极腔室内注入有阳极电解液；隔膜包括多孔渗透段和隔气段，多孔渗透段完全浸入电解液中，用于实现阴极腔室和阳极腔室之间的离子高效传质；隔气段部分浸入电解液中，用于实现阴极腔室和阳极腔室间的气体阻隔。本发明专利技术通过改变隔膜主体的孔径大小，改变隔气膜的涂层厚度，使隔膜用于不同场景的电化学反应池体系中，能够低成本、高效率的满足电化学反应池长周期、大规模运行，确保阴极腔室和阳极腔室间的气体阻隔，以获得高纯度的化学品或燃料，大幅度提高生产效率。大幅度提高生产效率。大幅度提高生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种电化学反应池隔膜及其应用


[0001]本专利技术属于化学工程与工艺领域，特别是涉及一种电化学反应池隔膜及其应用。

技术介绍

[0002]在碳达峰和碳中和国家战略目标的背景下，加快了我国能源结构转型和新型能源产业发展的进程。可再生能源的开发利用为能源绿色低碳转型提供了强而有力的支撑。发展可再生电能驱动的电化学转化合成高附加值化学品或燃料，对于改善能源结构、带动经济社会可持续发展和产业升级具有重要意义。
[0003]影响电化学系统(如氯碱工业、电解水)技术推广的因素之一是电化学反应池隔膜。目前氯碱工业、电解水等电化学系统中商业化隔膜主要为石棉、聚苯硫醚编织物和复合隔膜，但石棉致癌性高、内阻大和稳定性较差，聚苯硫醚编织物和复合隔膜的亲水溶胀现象明显、气体渗透性高，这些特性无法满足电化学电解体系大规模生产应用的需求。随着技术的发展，近年来开发的聚醚酮、聚苯并咪唑、聚醚砜等隔膜的研究仍处于实验室阶段。目前研发的全氟磺酸膜性能优异，但生产成本较高，限制了其在电解水、电还原CO2等方面的大规模生产；国内的质子交换膜大多依赖进口，大大限制了其在国内的商业化推广。因此亟需开发和设计一种低成本、长寿命、高效率的隔膜来满足电化学电解体系大规模生产的需求。
[0004]因此，需要提供一种针对上述现有技术中不足的改进技术方案。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种电化学反应池隔膜及其应用，用于解决现有技术中电化学反应池隔膜生产成本高、寿命短的问题以及无法满足电化学电解体系长周期、大规模运转，导致生产效率低的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种电化学反应池隔膜，所述隔膜设置于所述电化学反应池中，并将所述电化学反应池分隔为阴极腔室和阳极腔室，所述阴极腔室内注入有阴极电解液，所述阳极腔室内注入有阳极电解液；
[0007]所述隔膜包括多孔渗透段和隔气段，所述多孔渗透段完全浸入电解液中，用于实现所述阴极腔室和阳极腔室之间的离子高效传质；
[0008]所述隔气段部分浸入电解液中，用于实现阴极腔室和阳极腔室间的气体阻隔。
[0009]优选地，所述多孔渗透段包括第一基膜；
[0010]所述隔气段包括第二基膜和隔气膜，所述隔气膜涂覆于所述第二基膜上，且所述第一基膜和第二基膜为一体成型的隔膜主体。
[0011]优选地，所述隔气段浸入电解液中的高度H为1cm～20cm。
[0012]优选地，所述隔膜在所述电化学反应池中的使用温度为10℃～80℃。
[0013]优选地，所述隔膜主体为尼龙膜；所述尼龙膜的孔径为0.1μm～75μm。
[0014]优选地，所述隔气膜的制备方法包括：
[0015]提供隔气膜液；
[0016]采用单面四面制备器涂布器将所述隔气膜液涂覆于所述第二基膜上，自然风干后，得到隔气膜。
[0017]优选地，所述隔气膜液包括环氧树脂AB胶，其中，所述环氧树脂AB胶包括A胶和B胶，所述A胶与B胶的质量比为3:1。
[0018]优选地，所述隔气膜的厚度5μm～20μm。
[0019]本专利技术还提供一种电化学反应池隔膜的应用，所述隔膜应用于电化学反应池中，将所述电化学反应池分隔成阴极腔室和阳极腔室，其中，所述隔膜为上述的电化学反应池隔膜。
[0020]优选地，所述阴极腔室中插入浸没在阴极电解液中的阴极，所述阳极腔室中插入浸没在阳极电解液中的阳极，电解的电流密度为50mA/cm2～2A/cm2。
[0021]如上所述，本专利技术的电化学反应池隔膜及其应用，具有以下有益效果：
[0022]本专利技术中的隔膜将电化学反应池分隔为阴极腔室和阳极腔室，隔膜包括多孔渗透段和隔气段，多孔渗透段完全浸入电解液中，用于实现阴极腔室和阳极腔室的离子高效传质，隔气段部分浸入电解液中，用于实现阴极腔室和阳极腔室间的气体阻隔；多孔渗透段包括第一基膜，隔气段包括第二基膜和隔气膜，第一基膜和第二基膜为一体成型的隔膜主体，隔膜主体为尼龙膜，尼龙膜亲水性适度、稳定性好，孔径可调且成本低廉，隔气膜为环氧树脂AB胶刮涂而成，隔气膜致密、常温易成膜且制作工艺简单、厚度可控，同时，该隔气膜与隔膜主体间的粘附力较强。
[0023]本专利技术通过改变隔膜主体的孔径大小，改变隔气膜的涂层厚度，使隔膜用于不同场景的电化学反应池体系中，能够低成本、高效率的满足电化学反应池长周期、大规模运行，确保阴极腔室和阳极腔室间的气体阻隔，以获得高纯度的化学品或燃料，大幅度提高生产效率；对电化学反应池隔膜在大规模使用上有重大推动意义，具有极高的工业应用前景。
附图说明
[0024]图1显示为本专利技术具体实施例中隔膜的结构示意图。
[0025]图2显示为本专利技术具体实施例中电化学反应池的结构示意图。
[0026]图中标号说明
[0027]100
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隔膜
[0028]101
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隔膜主体
[0029]102
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隔气膜
[0030]200
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阴极腔室
[0031]201
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阴极电解液
[0032]202
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阴极
[0033]203
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阴极气体出口
[0034]300
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阳极腔室
[0035]301
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阳极电解液
[0036]302
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阳极
[0037]303
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阳极气体出口
[0038]400
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气体进口
具体实施方式
[0039]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0040]请参阅图1～图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0041]本专利技术中的隔膜将电化学反应池分隔为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电化学反应池隔膜，其特征在于，所述隔膜设置于所述电化学反应池中，并将所述电化学反应池分隔为阴极腔室和阳极腔室，所述阴极腔室内注入有阴极电解液，所述阳极腔室内注入有阳极电解液；所述隔膜包括多孔渗透段和隔气段，所述多孔渗透段完全浸入电解液中，用于实现所述阴极腔室和阳极腔室之间的离子高效传质；所述隔气段部分浸入电解液中，用于实现阴极腔室和阳极腔室间的气体阻隔。2.根据权利要求1所述的电化学反应池隔膜，其特征在于：所述多孔渗透段包括第一基膜；所述隔气段包括第二基膜和隔气膜，所述隔气膜涂覆于所述第二基膜上，且所述第一基膜和第二基膜为一体成型的隔膜主体。3.根据权利要求1所述的电化学反应池隔膜，其特征在于：所述隔气段浸入电解液中的高度H为1cm～20cm。4.根据权利要求1所述的电化学反应池隔膜，其特征在于：所述隔膜在所述电化学反应池中的使用温度为10℃～80℃。5.根据权利要求2所述的电化学反应池隔膜，其特征在于：所述隔膜主体为尼龙膜；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李桂花，陈为，宋艳芳，董笑，吴钢锋，陈奥辉，魏伟，孙予罕，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：