JP7260298B2 - Diaphragm for alkaline water electrolysis - Google Patents
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Description
本発明は、アルカリ水電解用隔膜に関する。 The present invention relates to a diaphragm for alkaline water electrolysis.
従来、低炭素社会の実現に向けて、太陽光、風力、地熱等の自然エネルギーを利用した再生可能エネルギーの導入が進められている。再生可能エネルギーのうち風力発電や太陽光発電等は気象条件によって発電量が変動するため、電力の需給バランスが取れず、余剰電力が生まれてしまう。そのような余剰電力をエネルギーの形で貯蔵・利用するためのPower to Gasという技術が近年注目されている。上記技術は、具体的には、余剰電力を水の電気分解を利用して水素やメタン等の気体燃料に変換し、貯蔵・利用する技術である。 Conventionally, the introduction of renewable energy using natural energy such as sunlight, wind power, and geothermal heat has been promoted toward the realization of a low-carbon society. Among renewable energies, the amount of power generated by wind power generation, solar power generation, and the like fluctuates depending on weather conditions, so the power supply and demand balance cannot be maintained, resulting in surplus power. A technique called Power to Gas for storing and utilizing such surplus electric power in the form of energy has been attracting attention in recent years. Specifically, the above technology is a technology for converting surplus electric power into gaseous fuel such as hydrogen or methane by electrolysis of water, and storing and using the surplus electric power.
水の電気分解は、水素の工業的な製造方法の一つとして知られており、一般的に、導電性を高めるために水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等を電解質として添加した水に、直流電流を印加することにより行われている。そのような水の電気分解には、陽極室と陰極室を有し、これらが隔膜により仕切られた電解槽が使用される。 Electrolysis of water is known as one of the industrial production methods of hydrogen. is performed by applying For such electrolysis of water, an electrolytic cell having an anode compartment and a cathode compartment separated by a diaphragm is used.
水の電気分解は、電子(又はイオン)の移動により行われる。そのため、電気分解を効率よく行うためには、隔膜には高いイオン透過性が必要とされる。また、陽極室で発生した酸素と、陰極室で発生した水素とを遮断し得るガスバリア性が必要とされる。水の電気分解では、30%程度の高濃度のアルカリ性水溶液が使用され、80~90℃程度で行われるので、隔膜には耐高温や耐アルカリ性も必要とされる。 Electrolysis of water is performed by the transfer of electrons (or ions). Therefore, in order to perform electrolysis efficiently, the diaphragm is required to have high ion permeability. In addition, it is required to have gas barrier properties capable of blocking oxygen generated in the anode chamber and hydrogen generated in the cathode chamber. In the electrolysis of water, a high-concentration alkaline aqueous solution of about 30% is used, and the electrolysis is carried out at about 80 to 90° C., so the diaphragm is required to be resistant to high temperatures and alkalis.
水の電気分解に使用されるアルカリ水電解用隔膜としては、これまでに種々提案されている。
例えば、特許文献1では、親水性無機材料と有機結合材料とから構成される多孔質のイオン透過性隔膜であって、第1および第2の多孔性補強材層をさらに備え、前記第1および第2の多孔性補強材層は、前記隔膜の膜厚方向に互いに離間するとともに、それぞれ前記隔膜の一方の主面および他方の主面から前記隔膜に埋没した状態にあるイオン透過性隔膜が記載されている。
また、特許文献2では、アルカリ水電解に用いられるイオン透過性隔膜であって、親水性無機材料と有機結合材料との混合物に有機性不織布を内在させたものであることを特徴とするイオン透過性隔膜が記載されている。
Various diaphragms for alkaline water electrolysis have been proposed so far.
For example, Patent Document 1 discloses a porous ion-permeable diaphragm composed of a hydrophilic inorganic material and an organic binding material, further comprising first and second porous reinforcing material layers. The second porous reinforcing material layer is an ion-permeable diaphragm that is separated from each other in the thickness direction of the diaphragm and is buried in the diaphragm from one main surface and the other main surface of the diaphragm, respectively. It is
Further, in
さらに、特許文献3では、平均孔径が0.1μm以上1μm以下、かつ最大孔径が0.2μm以上2μm以下であり、空隙率が30%以上80%以下である微多孔膜が記載されている。特許文献3には、微多孔膜として汎用的に使用されているポリエーテルスルホンやポリスルホンは繰り返し単位中にエーテル結合を有する為、酸性あるいはアルカリ性環境下で徐々に加水分解され、加水分解が進行すると、孔径や空隙率が変化し多孔膜としての機能の低下や機械強度の低下を引き起こす恐れがあること、また、膜内部に大きなボイドが形成されると、膜のガス遮断性が失われたり、膜が脆くなったりする問題が生じる場合があることが記載されている。
Furthermore,
粗大なマクロボイドが多数存在する隔膜では、マクロボイド部分の膜は薄くなり、気体の透過抑制効果が低下すると共に、欠陥が生じやすい状態となっている。その結果、イオン伝導度は高い値を示しても、高温アルカリ中での耐久性が低い隔膜となってしまうという問題があった。
アルカリ水電解用隔膜としては、より高いガスバリア性とより高い耐久性を両立した隔膜が求められていた。
In a diaphragm in which a large number of coarse macrovoids exist, the membrane in the macrovoid portions becomes thin, and the effect of suppressing gas permeation is lowered, and defects are likely to occur. As a result, there is a problem that the membrane has low durability in a high-temperature alkaline environment even though it exhibits a high value of ionic conductivity.
As a diaphragm for alkaline water electrolysis, a diaphragm that achieves both higher gas barrier properties and higher durability has been desired.
本発明の課題は、高いイオン伝導性を示すと共に、より高いガスバリア性とより高い耐久性を両立したアルカリ水電解用隔膜を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a diaphragm for alkaline water electrolysis that exhibits high ionic conductivity and simultaneously achieves higher gas barrier properties and higher durability.
本発明者らは、アルカリ水電解用隔膜製造時に発生するマクロボイドの大きさを制御した結果、高いイオン伝導性を示すと共に、より高いガスバリア性とより高い耐久性を両立したアルカリ水電解用隔膜を提供できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors have found that as a result of controlling the size of macrovoids generated during the production of a diaphragm for alkaline water electrolysis, a diaphragm for alkaline water electrolysis that exhibits high ionic conductivity and achieves both higher gas barrier properties and higher durability. The present inventors have found that they can provide the above, and completed the present invention.
すなわち、本発明のアルカリ水電解用隔膜は、有機ポリマーと無機粒子とを含むアルカリ水電解用隔膜であって、該膜に透過光を当てることにより観察される、面積12μm2以上の明部の面積の総和の、隔膜の面積全体に対する面積比率が1%以上であり、且つ、面積が12μm2以上の明部の総数に対する、面積10,000μm2以上の明部の数の比が10%以下である。 That is, the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is a diaphragm for alkaline water electrolysis containing an organic polymer and inorganic particles, and is observed by irradiating the membrane with transmitted light. The area ratio of the total area to the total area of the diaphragm is 1% or more, and the ratio of the number of bright areas with an area of 10,000 μm 2 or more to the total number of bright areas with an area of 12 μm 2 or more is 10% or less. is.
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、高いイオン伝導性を示すと共に、より高いガスバリア性とより高い耐久性を両立し、アルカリ水の電気分解に好適に用いることができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention exhibits high ionic conductivity, achieves both higher gas barrier properties and higher durability, and can be suitably used for electrolysis of alkaline water.
以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
The present invention will be described in detail below.
A combination of two or more of the individual preferred embodiments of the invention described below is also a preferred embodiment of the invention.
1.アルカリ水電解用隔膜
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、有機ポリマーと無機粒子とを含むアルカリ水電解用隔膜であって、該膜に透過光を当てることにより観察される、面積12μm2以上の明部の面積の総和の、隔膜の面積全体に対する面積比率(以下、単に明部の面積比率という場合がある。)が1%以上であり、且つ、面積が12μm2以上の明部の総数(以下、単に明部の総数という場合がある。)に対する、面積10,000μm2以上の明部(以下、単に大明部という場合がある。)の数の比が10%以下である。
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、高いイオン伝導性を示すと共に、より高いガスバリア性とより高い耐久性を両立した隔膜である。なお、本明細書において、「A~B」の記載は、「A以上、B以下」を意味する。
1. Diaphragm for alkaline water electrolysis The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is a diaphragm for alkaline water electrolysis containing an organic polymer and inorganic particles, and has an area of 12 μm 2 or more observed by exposing the membrane to transmitted light. The area ratio of the total area of the bright portions to the total area of the diaphragm (hereinafter sometimes simply referred to as the area ratio of the bright portions) is 1% or more, and the total number of bright portions with an area of 12 μm 2 or more ( The ratio of the number of bright portions having an area of 10,000 μm 2 or more (hereinafter sometimes simply referred to as large bright portions) to the total number of bright portions is 10% or less.
The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is a diaphragm that exhibits high ionic conductivity and achieves both higher gas barrier properties and higher durability. In this specification, the description of "A to B" means "A or more and B or less".
1-1 有機ポリマー
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、有機ポリマーを含む。有機ポリマーは無機粒子を保持する。有機ポリマーは無機粒子を保持する隔壁として機能し、後述する無機粒子の親水性表面の減少を最小限なものとしながら、アルカリ溶液中で隔膜から無機粒子が脱落するのを抑制することができる。
1-1 Organic Polymer The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention contains an organic polymer. The organic polymer holds the inorganic particles. The organic polymer functions as a partition that holds the inorganic particles, and can suppress the inorganic particles from falling off from the partition in an alkaline solution while minimizing the decrease in the hydrophilic surface of the inorganic particles, which will be described later.
上記有機ポリマーとしては、無機粒子の粒子表面を保持し、好ましくはアルカリ溶液中で膨潤することなく、本発明の効果を発揮できる樹脂(R)であれば特に限定されない。上記樹脂(R)としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂;ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂;又は、ポリスルホン、ポリスチレン等の芳香族炭化水素系樹脂等が挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。なかでも、更に耐熱性、耐アルカリ性に優れたアルカリ水電解用隔膜とすることができる点で、芳香族炭化水素系樹脂が好ましい。 The organic polymer is not particularly limited as long as it is a resin (R) that retains the particle surfaces of the inorganic particles, preferably does not swell in an alkaline solution, and exhibits the effects of the present invention. Examples of the resin (R) include fluorine-based resins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene; olefin-based resins such as polypropylene; and aromatic hydrocarbon-based resins such as polysulfone and polystyrene. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. Among them, aromatic hydrocarbon-based resins are preferable in that they can be used as a diaphragm for alkaline water electrolysis with further excellent heat resistance and alkali resistance.
上記芳香族炭化水素系樹脂としては、より具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド等のポリアリーレンサルファイド樹脂、ポリフェニルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアミドイミド等が挙げられる。なかでも、より一層優れた耐アルカリ性を付与することができる点で、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、及びポリフェニルスルホンからなる群より選択された少なくとも1種が好ましく、製造上の観点で、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンがより好ましい。
ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、及びポリフェニルスルホンからなる群より選択された少なくとも1種を用いることで、例えば、非溶媒誘起相分離法や蒸気誘起相分離法を用いて隔膜を製造する際には、スルホニル基が後述の無機粒子との適度な親和性を有することにより、相分離条件の調整が容易となり、明部の面積比率や、明部の総数に対する大明部の数の比をより適切に制御しやすくなる。このため、得られるアルカリ水電解用隔膜の抵抗値が更に低くなり、また、耐アルカリ性が更に高くなることで、アルカリ溶液中で長時間使用した場合の寸法や質量、抵抗値の安定性や新たな空孔の発生抑制効果により優れたものとなる。
More specifically, the aromatic hydrocarbon resins include, for example, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polybutylene naphthalate, polystyrene, polysulfone, polyethersulfone, polyarylene sulfide resins such as polyphenylene sulfide, and polyphenylsulfone. , polyarylate, polyetherimide, polyimide, polyamideimide, and the like. Among them, at least one selected from the group consisting of polysulfone, polyethersulfone, and polyphenylsulfone is preferable in terms of being able to impart even better alkali resistance. Ethersulfone is more preferred.
By using at least one selected from the group consisting of polysulfone, polyethersulfone, and polyphenylsulfone, for example, when producing a diaphragm using a non-solvent-induced phase separation method or a vapor-induced phase separation method, Since the sulfonyl group has an appropriate affinity with the inorganic particles described later, it becomes easier to adjust the phase separation conditions, and the area ratio of the bright areas and the ratio of the number of large bright areas to the total number of bright areas can be controlled more appropriately. easier to do. For this reason, the resistance value of the obtained diaphragm for alkaline water electrolysis is further lowered, and the alkali resistance is further increased, so that the size, mass, and resistance value stability and newness when used in an alkaline solution for a long time. It becomes excellent due to the effect of suppressing the generation of voids.
上記樹脂(R)の含有量は、好ましくはアルカリ水電解用隔膜100質量%中3~40質量%である。上記樹脂(R)の含有量が上述の範囲であると、アルカリ水電解用隔膜のイオン透過性や靱性が良好でありながら、アルカリ溶液中でのアルカリ水電解用隔膜からの無機成分の溶出が更に一層抑制される。また、高いイオン伝導性を示すと共に、イオン透過性、ガスバリア性、耐熱性及び耐アルカリ性にも優れたアルカリ水電解用隔膜となり得る。上記樹脂(R)の含有量は、アルカリ水電解用隔膜100質量%中、より好ましくは5~35質量%であり、更に好ましくは7~30質量%である。
上記樹脂(R)の含有量は、本発明のアルカリ水電解用隔膜が後述する多孔性支持体を含まない場合は、アルカリ水電解用隔膜100質量%中5~40質量%であることが好ましく、より好ましくは10~35質量%、更に好ましくは15~30質量%である。本発明のアルカリ水電解用隔膜が有機ポリマーとして後述する多孔性支持体を含む場合は、上記樹脂(R)の含有量は、好ましくはアルカリ水電解用隔膜100質量%中3~20質量%、より好ましくは5~18質量%、更に好ましくは7~15質量%である。
The content of the resin (R) is preferably 3 to 40% by mass based on 100% by mass of the diaphragm for alkaline water electrolysis. When the content of the resin (R) is within the above range, the ion permeability and toughness of the diaphragm for alkaline water electrolysis are good, but inorganic components are not eluted from the diaphragm for alkaline water electrolysis in an alkaline solution. It is even more suppressed. In addition, the diaphragm for alkaline water electrolysis exhibits high ion conductivity and is also excellent in ion permeability, gas barrier properties, heat resistance, and alkali resistance. The content of the resin (R) is more preferably 5 to 35% by mass, still more preferably 7 to 30% by mass, based on 100% by mass of the diaphragm for alkaline water electrolysis.
The content of the resin (R) is preferably 5 to 40% by mass based on 100% by mass of the diaphragm for alkaline water electrolysis when the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention does not contain a porous support, which will be described later. , more preferably 10 to 35% by mass, more preferably 15 to 30% by mass. When the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention contains a porous support described later as an organic polymer, the content of the resin (R) is preferably 3 to 20% by mass in 100% by mass of the diaphragm for alkaline water electrolysis, More preferably 5 to 18% by mass, still more preferably 7 to 15% by mass.
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、後述する無機粒子100質量部に対して上記樹脂(R)を10~40質量部含むことが好ましく、12~35質量部含むことがより好ましく、15~33質量部含むことが更に好ましい。無機粒子と上記樹脂(R)の含有割合が上述した範囲であると、アルカリ溶液中でのアルカリ水電解用隔膜からの無機成分の溶出が更に一層抑制される。また、高いイオン伝導性を示すと共に、イオン透過性、ガスバリア性、柔軟性、耐熱性及び耐アルカリ性にも優れたアルカリ水電解用隔膜となり得る。 The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention preferably contains 10 to 40 parts by mass, more preferably 12 to 35 parts by mass, more preferably 15 to 33 parts by mass of the resin (R) with respect to 100 parts by mass of the inorganic particles described later. It is more preferable to include parts by mass. When the content ratio of the inorganic particles and the resin (R) is within the range described above, the elution of inorganic components from the diaphragm for alkaline water electrolysis in an alkaline solution is further suppressed. In addition, the diaphragm for alkaline water electrolysis exhibits high ion conductivity and is also excellent in ion permeability, gas barrier properties, flexibility, heat resistance, and alkali resistance.
1-1-1 多孔性支持体
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、上述した有機ポリマーと後述する無機粒子を含む膜からなるものであるが、上記有機ポリマーとして多孔性支持体を含んでいてもよい。上記多孔性支持体は、多孔質の有機ポリマーであり、イオン透過性を阻害せず、アルカリ水電解用隔膜の支持体となり得る部材である。上記多孔性支持体は、シート状の部材であることが好ましい。
1-1-1 Porous Support The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention comprises a membrane containing the above-described organic polymer and inorganic particles described below, and contains a porous support as the organic polymer. good too. The porous support is a porous organic polymer, and is a member that does not inhibit ion permeability and can serve as a support for a diaphragm for alkaline water electrolysis. The porous support is preferably a sheet-like member.
上記多孔性支持体の材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリフェニレンサルファイド等のポリアリーレンサルファイド樹脂、ポリケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素系樹脂等の樹脂材料が挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、優れた耐熱性及び耐アルカリ性を発揮できる点で、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びポリフェニレンサルファイドからなる群より選択された少なくとも1種の樹脂材料を含むことが好ましく、ポリプロピレン、及びポリフェニレンサルファイドからなる群より選択された少なくとも1種の樹脂材料を含むことがより好ましい。 Examples of materials for the porous support include polyarylene sulfide resins such as polyethylene, polypropylene, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylsulfone, and polyphenylene sulfide, and resin materials such as polyketone, polyimide, polyetherimide, and fluororesin. are mentioned. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. Among them, it preferably contains at least one resin material selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and polyphenylene sulfide in that it can exhibit excellent heat resistance and alkali resistance, and the group consisting of polypropylene and polyphenylene sulfide. More preferably, it contains at least one more selected resin material.
上記多孔性支持体の形態としては、例えば、不織布、織布(織物)、編物、メッシュ、多孔質膜、フェルト又は不織布と織布の混合布等が挙げられるが、好ましくは、不繊布、織布、メッシュ、又はフェルトが挙げられ、より好ましくは、不織布、織布、メッシュが挙げられる。 Examples of the form of the porous support include nonwoven fabric, woven fabric (fabric), knitted fabric, mesh, porous membrane, felt, and mixed fabric of nonwoven fabric and woven fabric. Nonwoven fabric and woven fabric are preferred. Examples include cloth, mesh, or felt, and more preferably non-woven fabric, woven fabric, and mesh.
上記多孔性支持体としては、なかでも、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びポリフェニレンサルファイドからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂を含む、不繊布、織布、メッシュ、又はフェルトが好ましい。更に、多孔性支持体としては、ポリフェニレンサルファイドを含む、不織布、メッシュ、又はフェルトが好ましい。上記多孔性支持体中のポリプロピレン、ポリエチレン、及びポリフェニレンサルファイドの含有量は、合計で50質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、90質量%以上がさらに好ましい。 As the porous support, nonwoven fabric, woven fabric, mesh, or felt containing at least one resin selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and polyphenylene sulfide is preferred. Furthermore, non-woven fabrics, meshes, or felts containing polyphenylene sulfide are preferred as porous supports. The total content of polypropylene, polyethylene, and polyphenylene sulfide in the porous support is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and even more preferably 90% by mass or more.
上記多孔性支持体がシート状である場合、上記多孔性支持体の厚みは、本発明のアルカリ水電解用隔膜が本発明の効果を発揮できる限り特に限定されないが、例えば、好ましくは30~2000μm、より好ましくは50~1000μm、更に好ましくは80~500μm、最も好ましくは80~250μmである。 When the porous support is in the form of a sheet, the thickness of the porous support is not particularly limited as long as the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention can exhibit the effects of the present invention. , more preferably 50 to 1000 μm, still more preferably 80 to 500 μm, and most preferably 80 to 250 μm.
1-2 無機粒子
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、無機粒子を含む。本発明のアルカリ水電解用隔膜は、無機粒子と有機ポリマーとの空隙部分に電解液が満たされてイオン透過性を発揮することができる。また、無機粒子を含むことにより、アルカリ水電解用隔膜が親水化し、水の電気分解において発生する酸素ガスや水素ガスが隔膜に付着して電気分解の妨げになることを抑制することができる。
1-2 Inorganic Particles The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention contains inorganic particles. The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention can exhibit ion permeability by filling the gaps between the inorganic particles and the organic polymer with the electrolytic solution. In addition, by including inorganic particles, the diaphragm for alkaline water electrolysis becomes hydrophilic, and oxygen gas and hydrogen gas generated in the electrolysis of water can be prevented from adhering to the diaphragm and interfering with the electrolysis.
本発明において使用する無機粒子としては、例えば、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、亜鉛、アルミニウム、タンタル等の水酸化物又は酸化物、カルシウム、バリウム、鉛、ストロンチウム等の硫酸塩等が挙げられる。なかでも、無機粒子の分散性やアルカリ溶液中での安定性がより一層優れる点で、水酸化マグネシウム、水酸化ジルコニウム、水酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化チタン、硫酸カルシウム、硫酸バリウムが好ましく、水酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、硫酸バリウムがより好ましい。上記無機粒子は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Examples of inorganic particles used in the present invention include hydroxides or oxides of magnesium, zirconium, titanium, zinc, aluminum and tantalum, sulfates of calcium, barium, lead, strontium and the like. Among them, magnesium hydroxide, zirconium hydroxide, titanium hydroxide, zirconium oxide, titanium oxide, calcium sulfate, and barium sulfate are preferable in terms of dispersibility of inorganic particles and stability in alkaline solutions. Magnesium oxide, zirconium oxide, titanium oxide and barium sulfate are more preferred. The inorganic particles may be used singly or in combination of two or more.
無機粒子としては、天然物であっても合成物であってもよい。また、表面が未処理のものであってもよく、シランカップリング剤、ステアリン酸、オレイン酸、リン酸エステル等により表面処理したものであってもよい。上記無機粒子の形状は、粒子状であれば特に限定されず、不定形;真球状、長楕円球状等の球状;薄片状、六角板状等の板状;繊維状のいずれの形状であってもよいが、溶媒に分散しやすく、樹脂組成物を調製しやすい点で、球状、板状、繊維状であることが好ましく、アルカリ水電解隔膜のイオン透過性や粒子の保持性の点で、板状であることがより好ましい。 The inorganic particles may be natural or synthetic. Moreover, the surface may be untreated, or the surface may be treated with a silane coupling agent, stearic acid, oleic acid, phosphate ester, or the like. The shape of the inorganic particles is not particularly limited as long as it is particulate, and may be amorphous; spherical such as a perfect sphere or oblong sphere; plate-like such as flaky or hexagonal plate-like; or fibrous. However, it is preferably spherical, plate-shaped, or fibrous in terms of ease of dispersion in a solvent and ease of preparation of a resin composition. A plate-like shape is more preferable.
上記無機粒子は、アスペクト比が1.0~8.0であることが好ましい。アスペクト比が上述の範囲であると、イオン透過性がより一層優れ、均一性に優れた隔膜とすることができる。上記アスペクト比は、1.5~7.0であることがより好ましく、2.0~6.0であることが更に好ましい。
本明細書中、アスペクト比とは、最長径aと最短径bとの比(a/b)を意味し、粉体状の無機粒子をSEMで観察し、得られた画像の任意の10粒子において、解析ソフト等を使用して、各粒子の最長径aと最短径bとの比(a/b)を測定し、それらの比の単純平均値をその粒子のアスペクト比として求めることができる。
The inorganic particles preferably have an aspect ratio of 1.0 to 8.0. When the aspect ratio is within the above range, the membrane can have even better ion permeability and excellent uniformity. The aspect ratio is more preferably 1.5 to 7.0, even more preferably 2.0 to 6.0.
In the present specification, the aspect ratio means the ratio (a/b) between the longest diameter a and the shortest diameter b, and powdery inorganic particles are observed with SEM, and any 10 particles of the obtained image are In the above, using analysis software or the like, the ratio (a/b) between the longest diameter a and the shortest diameter b of each particle is measured, and the simple average value of these ratios can be obtained as the aspect ratio of the particle. .
上記最長径aとしては、例えば、粒子の形状が板状の場合、粒子の板面の長径を採用し、繊維状である場合は、繊維の長さを採用する。また、最長径aの中点を通って最長径と直行する径のうちの最も短い径を最短径bとする。上記最短径bとしては、例えば、粒子の形状が板状の場合は、粒子の厚みを採用し、繊維状である場合は、繊維の太さを採用する。粒子の厚み及び繊維の太さとしては、最長径aの中点における厚み、太さをそれぞれ採用する。 As the maximum diameter a, for example, when the shape of the particle is plate-like, the length of the plate surface of the particle is used, and when the particle is fibrous, the length of the fiber is used. The shortest diameter among the diameters passing through the midpoint of the longest diameter a and perpendicular to the longest diameter is defined as the shortest diameter b. As the shortest diameter b, for example, when the shape of the particles is plate-like, the thickness of the particles is used, and when the shape is fibrous, the thickness of the fibers is used. As the thickness of the particles and the thickness of the fibers, the thickness and thickness at the midpoint of the longest diameter a are employed, respectively.
上記無機粒子の平均粒子径は、上記無機粒子の分散性がより一層優れる点で、0.01~2.0μmであることが好ましく、0.05~1.0μmであることがより好ましく、0.08~0.7μmであることが更に好ましい。なお、上記平均粒子径は、無機粒子と0.2質量%のヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用いて分散処理を行った無機粒子分散液を用いて、レーザー回折・散乱法による粒度分布測定から求められる体積平均粒子径(d50)である。上記無機粒子の平均粒子径が上述の範囲であると、高いイオン伝導性を示すと共に、イオン透過性、ガスバリア性により優れた隔膜とすることができる。 The average particle diameter of the inorganic particles is preferably 0.01 to 2.0 μm, more preferably 0.05 to 1.0 μm, from the viewpoint of further improving the dispersibility of the inorganic particles. It is more preferably 0.08 to 0.7 μm. The average particle size is obtained from particle size distribution measurement by a laser diffraction/scattering method using an inorganic particle dispersion liquid that has been subjected to dispersion treatment using inorganic particles and a 0.2% by mass sodium hexametaphosphate aqueous solution. Average particle size (d50). When the average particle size of the inorganic particles is within the above range, the membrane can exhibit high ion conductivity, ion permeability, and gas barrier properties.
上記無機粒子の比表面積は、隔膜のイオン透過性がより一層優れる点で、5~35m2/gが好ましく、5.5~25m2/gであることがより好ましく、6~20m2/gであることが更に好ましい。なお、上記比表面積は、粉体状の無機粒子について液体窒素を用いたBET法により測定される比表面積である。アルカリ水電解用隔膜におけるイオンパスは無機粒子の親水性の高い表面により形成されるため、上記無機粒子の比表面積が上述の範囲であると、イオン透過性により一層優れた隔膜とすることができる。 The specific surface area of the inorganic particles is preferably from 5 to 35 m 2 /g, more preferably from 5.5 to 25 m 2 /g, and more preferably from 6 to 20 m 2 /g, in that the ion permeability of the diaphragm is further improved. is more preferable. The above specific surface area is a specific surface area measured by the BET method using liquid nitrogen for powdery inorganic particles. Since the ion path in the diaphragm for alkaline water electrolysis is formed by the highly hydrophilic surface of the inorganic particles, the specific surface area of the inorganic particles within the above range can provide a diaphragm with even better ion permeability.
上記無機粒子の含有量は、好ましくは、アルカリ水電解用隔膜100質量%中30~95質量%である。上記無機粒子の含有量が上述の範囲であると、アルカリ溶液中での無機成分の溶出がより一層抑制され、高いイオン伝導性を示すと共に、イオン透過性、ガスバリア性、耐熱性及び耐アルカリ性に優れた隔膜とすることができる。上記無機粒子の含有量は、アルカリ水電解用隔膜100質量%中、より好ましくは32~92質量%、更に好ましくは35~90質量%である。
上記無機粒子の含有量は、本発明のアルカリ水電解用隔膜が上記多孔性支持体を含まない場合は、アルカリ水電解用隔膜100質量%中60~95質量%であることが好ましく、より好ましくは65~92質量%、更に好ましくは75~90質量%である。
本発明のアルカリ水電解用隔膜が上記多孔性支持体を含む場合は、上記無機粒子の含有量は、好ましくはアルカリ水電解用隔膜100質量%中30~50質量%、より好ましくは32~48質量%、更に好ましくは35~45質量%である。
The content of the inorganic particles is preferably 30 to 95% by mass in 100% by mass of the diaphragm for alkaline water electrolysis. When the content of the inorganic particles is within the above range, the elution of the inorganic component in the alkaline solution is further suppressed, exhibiting high ion conductivity, ion permeability, gas barrier properties, heat resistance and alkali resistance. An excellent diaphragm can be obtained. The content of the inorganic particles is more preferably 32 to 92% by mass, still more preferably 35 to 90% by mass, based on 100% by mass of the diaphragm for alkaline water electrolysis.
When the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention does not contain the porous support, the content of the inorganic particles is preferably 60 to 95% by mass in 100% by mass of the diaphragm for alkaline water electrolysis, more preferably. is 65 to 92% by mass, more preferably 75 to 90% by mass.
When the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention contains the porous support, the content of the inorganic particles is preferably 30 to 50% by mass, more preferably 32 to 48%, based on 100% by mass of the diaphragm for alkaline water electrolysis. % by mass, more preferably 35 to 45% by mass.
図1に、本発明のアルカリ水電解用隔膜の一形態を模式的に示す。アルカリ水電解用隔膜1は、単膜層2と支持体層3を含んでいる。単膜層2は、上記樹脂(R)と無機粒子とを含む層であり、支持体層3は、上記樹脂(R)と無機粒子と多孔性支持体とを含む層である。4はボイドであり、5、51、52は単膜層2における固体部分の厚さである。ボイド4が厚さ方向に複数存在する場合、単膜層2における固体部分の厚さ方向における総厚みは51と52の合計となる。
FIG. 1 schematically shows one embodiment of the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention. A diaphragm 1 for alkaline water electrolysis includes a
本発明のアルカリ水電解用隔膜において、上述した単膜層2は、上記支持体層3の一方の面に形成されていてもよいし、両面に形成されていてもよい。
また、本発明のアルカリ水電解用隔膜は、上述した単膜層2は無くても良く、無機粒子と上記樹脂(R)と上記多孔性支持体とが一体化した支持体層3としての複合体であってもよい。上記複合体とすることにより、アルカリ水電解用隔膜の強度と靭性を向上させることができる。
In the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention, the
Further, the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention may not have the above-described
1-3 明部
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、該膜に透過光を当てることにより観察される、明部の面積比率が1%以上であり、且つ、明部の総数に対する大明部の数の比が10%以下である。明部とは、例えば、アルカリ水電解用隔膜の表面について、デジタル顕微鏡(型式:VH-5500、キーエンス社製)およびレンズ(型式:VH-Z100、キーエンス社製)を用いて、透過照明により、倍率100における拡大写真を撮影し、得られる透過光画像に対して、解析ソフト(Image-Pro Premier)を用いて、画素単位から実寸値への変換処理および暗部輝度の不均一の解消処理を行った後、輝度を256階調で表した際に階調値66以上の輝度を示す部分が明部となるように、明部と暗部の2値化を行い、明暗の差に基づいて形成される輪郭線により閉じた領域を示す。明部の面積は、輪郭線の画素を含む輪郭線内部の面積を算出する。
1-3 Light Area The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention has a bright area area ratio of 1% or more, and the number of large bright areas to the total number of bright areas observed by irradiating the membrane with transmitted light. The number ratio is 10% or less. The bright part is, for example, the surface of the diaphragm for alkaline water electrolysis, using a digital microscope (model: VH-5500, manufactured by Keyence) and a lens (model: VH-Z100, manufactured by Keyence), by transmitted illumination, A magnified photograph was taken at a magnification of 100, and analysis software (Image-Pro Premier) was used on the resulting transmitted light image to perform conversion processing from pixel units to actual size values and processing to eliminate non-uniformity in dark area luminance. After that, the bright and dark portions are binarized so that when the brightness is represented by 256 gradations, the portions showing brightness with a gradation value of 66 or more become bright portions, and formed based on the difference between light and dark. A closed area is indicated by a contour line. The area of the bright part is calculated by calculating the area inside the contour including the pixels of the contour.
図2に、本発明のアルカリ水電解用隔膜の一形態における明部を模式的に示す。1はアルカリ水電解用隔膜、21はアルカリ水電解用隔膜の表面、41と42は明部である。41は、面積12μm2以上の明部であり、42は、面積が10,000μm2以上の明部(大明部)である。
図1は図2におけるX-X線での断面を模式的に表している。図1に示すように、アルカリ水電解用隔膜の内部にボイド4が存在する場合、単膜層2における固体部分の厚さ5、ならびに、固体部分の厚さ51と52の合計である総厚みが小さくなり、明部41、42が観測される。明部41、42は、アルカリ水電解用隔膜1の有機ポリマーと無機粒子とを含む固体部分の厚さ方向における総厚みが少ない部分と評価できる。
上記総厚みが少ない部分(即ち、明部)の面積比率が1%未満では、隔膜の可撓性が低下し、ハンドリング時に欠陥が生じてしまい、耐久性の低い隔膜となる。
また、明部41、42の総数に対する、大明部42の個数比が10%超では、隔膜の総厚みが少ない部分が多くなり、ガスバリア性が低下するとともに欠陥が生じやすくなる。
本発明では、明部を制御することにより、隔膜の固体部分の厚さ方向における総厚みをより適切に制御でき、高いイオン伝導性を示すと共に、より高いガスバリア性とより高い耐久性を両立した膜を提供できる。明部は、後述の塗膜と非溶媒とを接触させる方法における、樹脂と非溶媒の組み合わせや、非溶媒との接触条件等により制御できる。
FIG. 2 schematically shows a bright portion in one embodiment of the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention. 1 is a diaphragm for alkaline water electrolysis, 21 is the surface of the diaphragm for alkaline water electrolysis, and 41 and 42 are bright portions. 41 is a bright portion with an area of 12 μm 2 or more, and 42 is a bright portion (large bright portion) with an area of 10,000 μm 2 or more.
FIG. 1 schematically shows a cross section taken along line XX in FIG. As shown in FIG. 1, when voids 4 are present inside the diaphragm for alkaline water electrolysis, the total thickness, which is the sum of the
When the area ratio of the portion having a small total thickness (that is, the bright portion) is less than 1%, the flexibility of the diaphragm is lowered, and defects occur during handling, resulting in a diaphragm with low durability.
Moreover, if the ratio of the number of the
In the present invention, by controlling the light portion, the total thickness in the thickness direction of the solid portion of the diaphragm can be controlled more appropriately, exhibiting high ion conductivity, and achieving both higher gas barrier properties and higher durability. membrane can be provided. The light area can be controlled by the combination of the resin and the non-solvent, contact conditions with the non-solvent, etc. in the method of bringing the coating film into contact with the non-solvent, which will be described later.
上記明部の総数に対する大明部の数の比は、下記式により求められる。
(明部の総数に対する大明部の数の比)(%)
=[(大明部の数)÷(明部の総数)]×100
上記明部の総数に対する大明部の数の比は、10%以下であり、8.0%以下が好ましく、6.0%以下がより好ましく、2.0%以下がさらに好ましい。上記明部の総数に対する大明部の数の比が上述の範囲であると、高いイオン伝導性を示すと共に、より高いガスバリア性とより高い耐久性を両立した膜とすることができる。
The ratio of the number of bright areas to the total number of bright areas is obtained by the following formula.
(Ratio of the number of bright areas to the total number of bright areas) (%)
= [(number of bright parts) / (total number of bright parts)] x 100
The ratio of the number of large bright areas to the total number of bright areas is 10% or less, preferably 8.0% or less, more preferably 6.0% or less, and even more preferably 2.0% or less. When the ratio of the number of large light areas to the total number of light areas is within the above range, the film can exhibit high ion conductivity and achieve both higher gas barrier properties and higher durability.
また、面積12μm2以上の明部の面積の総和の隔膜の面積全体に対する面積比率とは、隔膜の面積(画像解析を行った面積)全体に対する、面積12μm2以上の明部の面積の総和の面積比率である。明部の面積比は1%以上であり、5%以上であることが好ましく、10%以上であることがより好ましく、13%以上であることがさらに好ましく、15%以上であることが特に好ましい。上記明部の面積比が1%未満の場合、膜の可撓性が低下し、ハンドリング時に欠陥が生じてしまい、耐久性が低い隔膜となる。 In addition, the area ratio of the total area of the bright part with an area of 12 μm 2 or more to the total area of the diaphragm is the ratio of the total area of the bright part with an area of 12 μm 2 or more to the total area of the diaphragm (area where image analysis was performed). area ratio. The area ratio of the bright portion is 1% or more, preferably 5% or more, more preferably 10% or more, further preferably 13% or more, and particularly preferably 15% or more. . If the area ratio of the bright portion is less than 1%, the flexibility of the membrane is reduced, and defects occur during handling, resulting in a diaphragm with low durability.
中でも明部の面積比が15~25%であり、明部の総数に対する大明部の数の比が2.5%以下である隔膜は、膜の可撓性がより高く、ハンドリング性もより良く、耐久性もより高く、高いイオン伝導性を示すと共に、より高いガスバリア性とより高い耐久性を両立した膜となり、特に好ましい。 Among them, a diaphragm having a light area ratio of 15 to 25% and a ratio of the number of large light areas to the total number of light areas of 2.5% or less has higher membrane flexibility and better handleability. It is particularly preferable because it is highly durable, exhibits high ionic conductivity, and achieves both high gas barrier properties and high durability.
1-4 空隙率
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、空隙率が25~80%であることが好ましい。空隙率は、下記に示す方法により測定された隔膜の実測密度値、および隔膜を構成する各成分の密度値(真密度)および組成比を用いて算出される隔膜の計算密度値より、下記式から算出できる。
空隙率(%)=[1-(実測密度値)/(計算密度値)]×100
実測密度値は、得られた隔膜の任意の場所から切り出した試験片について、質量と体積を測定し、質量を体積で除すことにより算出できる。体積は、試験片の縦方向の長さ、横方向の長さを、ノギスを用いて測定、膜厚を上記膜厚測定方法に基づき測定することにより算出できる。また、試験片の質量は、体積を測定した試験片について小数点4桁の精密天秤を用いて測定できる。
本発明のアルカリ水電解用隔膜の空隙率は、30~75%がより好ましく、35~70%がさらに好ましい。空隙率が上述の範囲であると、隔膜中の空隙に電解液が連続的に満たされるため、高いイオン伝導性を示すと共に、イオン透過性に優れ、かつガスバリア性に優れた膜とすることができる。
1-4 Porosity The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention preferably has a porosity of 25 to 80%. The porosity is obtained by the following formula from the measured density value of the diaphragm measured by the method shown below, and the calculated density value of the diaphragm calculated using the density value (true density) and composition ratio of each component constituting the diaphragm. can be calculated from
Porosity (%) = [1 - (measured density value) / (calculated density value)] × 100
The measured density value can be calculated by measuring the mass and volume of a test piece cut from an arbitrary location of the obtained diaphragm and dividing the mass by the volume. The volume can be calculated by measuring the vertical and horizontal lengths of the test piece using calipers, and measuring the film thickness based on the film thickness measurement method described above. Also, the mass of the test piece can be measured using a precision balance with four decimal places for the test piece whose volume has been measured.
The porosity of the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is more preferably 30 to 75%, more preferably 35 to 70%. When the porosity is in the above range, the electrolyte solution is continuously filled in the voids in the diaphragm, so that the membrane can exhibit high ion conductivity, excellent ion permeability, and excellent gas barrier properties. can.
1-5 イオン伝導度
本発明のアルカリ水電解用隔膜のイオン伝導度は、実施例に記載の方法で算出できる。本発明のアルカリ水電解用隔膜のイオン伝導度は、100mS/cm超であることが好ましい。このようにした場合に、アルカリ水電解における電解効率を高くできる。
1-5 Ionic Conductivity The ionic conductivity of the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention can be calculated by the method described in Examples. The ion conductivity of the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is preferably more than 100 mS/cm. In this case, the efficiency of electrolysis in alkaline water electrolysis can be increased.
1-6 耐久性
本発明のアルカリ水電解用隔膜の耐久性は、例えば、隔膜を30質量%水酸化カリウム水溶液に60日間浸漬した前後での隔膜の透気抵抗度の差により評価できる。隔膜の透気抵抗度は、具体的には、デジタル型王研式透気度試験機(型式:EGBO-S-1MR、旭精工社製)を用いて、実施例に記載の方法で得ることができる。上記隔膜の透気抵抗度の差は、水酸化カリウム水溶液に浸漬前の値の50%未満であることが好ましく、30%未満であることがより好ましく、15%未満であることがさらに好ましい。
1-6 Durability The durability of the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention can be evaluated, for example, by the difference in air permeability resistance of the diaphragm before and after immersion in a 30 mass % potassium hydroxide aqueous solution for 60 days. Specifically, the air permeability resistance of the diaphragm is obtained by the method described in the Examples using a digital type Oken type air permeability tester (model: EGBO-S-1MR, manufactured by Asahi Seiko Co., Ltd.). can be done. The difference in air resistance of the diaphragm is preferably less than 50%, more preferably less than 30%, and even more preferably less than 15% of the value before immersion in the aqueous potassium hydroxide solution.
1-7 厚み
本発明のアルカリ水電解用隔膜の厚みは、特に限定されず、使用する設備の大きさや取り扱い性等に応じて適宜選択すればよいが、膜の高いイオン伝導性と共に、ガスバリア性やイオン透過性、強度の観点から、50~2000μmが好ましく、100~1000μmがより好ましく、100~500μmが更に好ましく、150~350μmが最も好ましい。
また、上述した多孔性支持体を含む場合、本発明のアルカリ水電解用隔膜の厚みは、好ましくは50~2000μm、より好ましくは100~1000μm、更に好ましくは100~500μm、最も好ましくは150~300μmである。
1-7 Thickness The thickness of the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is not particularly limited, and may be appropriately selected according to the size of the equipment to be used, the handleability, etc. 50 to 2000 μm is preferable, 100 to 1000 μm is more preferable, 100 to 500 μm is still more preferable, and 150 to 350 μm is most preferable from the viewpoint of ion permeability and strength.
Further, when the porous support described above is included, the thickness of the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is preferably 50 to 2000 μm, more preferably 100 to 1000 μm, still more preferably 100 to 500 μm, most preferably 150 to 300 μm. is.
2.アルカリ水電解用隔膜の製造方法
上記アルカリ水電解用隔膜を製造する方法について説明する。
上記アルカリ水電解用隔膜を製造する方法としては、特に限定されず、公知の方法を適用することができるが、アルカリ溶液中での無機成分の溶出が抑制され、高いイオン伝導性を示すと共に、更にイオン透過性、ガスバリア性に優れたアルカリ水電解用隔膜を効率良く製造できる点で、非溶媒誘起相分離法、蒸気誘起相分離法が好ましい。
2. Method for Producing Diaphragm for Alkaline Water Electrolysis A method for producing the diaphragm for alkaline water electrolysis will be described.
The method for producing the diaphragm for alkaline water electrolysis is not particularly limited, and known methods can be applied. Further, the non-solvent induced phase separation method and the vapor induced phase separation method are preferable in terms of efficiently producing a diaphragm for alkaline water electrolysis having excellent ion permeability and gas barrier properties.
上記アルカリ水電解隔膜を製造する方法としては、具体的には下記の工程(1)~(3)を含むことが好ましい。
(1)無機粒子及び溶媒を含む分散液を調製する工程、
(2)上記分散液と上記有機ポリマーとしての上記樹脂(R)を混合して樹脂混合液を調製する工程、及び、
(3)上記樹脂混合液を用いて膜を形成する工程
以下に、各工程について説明する。
Specifically, the method for producing the alkaline water electrolysis membrane preferably includes the following steps (1) to (3).
(1) preparing a dispersion containing inorganic particles and a solvent;
(2) a step of mixing the dispersion and the resin (R) as the organic polymer to prepare a resin mixture;
(3) Step of Forming a Film Using the Resin Mixture Below, each step will be described.
(1)無機粒子及び溶媒を含む分散液を調製する工程
上記製造方法では、無機粒子を上記樹脂(R)と混合する場合、無機粒子を固形のまま混合してもよく、溶媒に分散させた分散液(スラリー)を調製してから、混合してもよいが、溶媒に分散させた分散液を調製してから、混合することが好ましい。無機粒子の分散液を調製してから上記樹脂(R)と混合することで、無機粒子と上記樹脂(R)とをより均一に混合することができ、これにより、無機粒子が上記樹脂(R)によって形成された隔壁内に均一に分布、固定化され、無機成分の溶出がより充分に抑制されたアルカリ水電解用隔膜を得ることができる。上記分散液には、分散剤を添加しても良い。
(1) Step of preparing a dispersion containing inorganic particles and a solvent In the above production method, when the inorganic particles are mixed with the resin (R), the inorganic particles may be mixed in solid form or dispersed in the solvent. Although a dispersion (slurry) may be prepared and then mixed, it is preferable to prepare a dispersion in a solvent and then mix. By preparing a dispersion of inorganic particles and then mixing it with the resin (R), the inorganic particles and the resin (R) can be mixed more uniformly. ) uniformly distributed and immobilized within the partition walls formed by the method ), thereby obtaining a diaphragm for alkaline water electrolysis in which the elution of inorganic components is more sufficiently suppressed. A dispersant may be added to the dispersion liquid.
上記分散液中の無機粒子の含有量は、20~70質量%であることが好ましく、より好ましくは30~65質量%、更に好ましくは50~65質量%である。このようにすることにより、最終的に得られる膜の上記で定義された平均孔径を0.05μm~0.6μmの範囲内により容易に制御でき、イオン伝導性とガスバリア性が両立されたアルカリ水電解用隔膜とすることができる。 The content of inorganic particles in the dispersion liquid is preferably 20 to 70% by mass, more preferably 30 to 65% by mass, and still more preferably 50 to 65% by mass. By doing so, the average pore size defined above of the finally obtained membrane can be more easily controlled within the range of 0.05 μm to 0.6 μm, and alkaline water with both ion conductivity and gas barrier properties It can be used as a diaphragm for electrolysis.
無機粒子を分散させるための溶媒としては、後に混合する上記樹脂(R)を溶解し得る性質を有するものであれば特に限定されず、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、メチルエチルケトン、トルエン等が挙げられる。これらの溶媒は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。なかでも、無機粒子の分散性が良好となる点で、N-メチル-2-ピロリドンが好ましい。分散液中の無機粒子に対する溶媒の使用量は、無機粒子100質量部に対して、50質量部以上100質量部未満が好ましく、50質量部以上90質量部以下がより好ましく、50質量部以上80質量部未満がさらに好ましい。このようにすることにより、最終的に得られる膜の上記で定義された平均孔径を0.05μm~0.6μmの範囲内により容易に制御でき、イオン伝導性とガスバリア性が両立されたアルカリ水電解用隔膜とすることができる。 The solvent for dispersing the inorganic particles is not particularly limited as long as it has the property of dissolving the resin (R) to be mixed later. Examples include N-methyl-2-pyrrolidone and N,N-dimethyl. Acetamide, N,N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, methyl ethyl ketone, toluene and the like. These solvents may be used singly or in combination of two or more. Among them, N-methyl-2-pyrrolidone is preferable in terms of good dispersibility of the inorganic particles. The amount of the solvent used for the inorganic particles in the dispersion is preferably 50 parts by mass or more and less than 100 parts by mass, more preferably 50 parts by mass or more and 90 parts by mass or less, and 50 parts by mass or more and 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the inorganic particles. More preferably less than parts by mass. By doing so, the average pore size defined above of the finally obtained membrane can be more easily controlled within the range of 0.05 μm to 0.6 μm, and alkaline water with both ion conductivity and gas barrier properties It can be used as a diaphragm for electrolysis.
分散剤としては、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、エチレングリコール、ポリエチレンイミン、ポリアクリル酸、デキストランなどの水溶性ポリマー;カチオン系界面活性剤;アニオン系面活性剤;カルボキシ基、リン酸基、スルホン酸基等の官能基を有する従来公知の顔料分散剤等が挙げられる。分散液中の無機粒子に対する分散剤の使用量は、無機粒子100質量部に対して、0.5質量部超8.0質量部以下が好ましく、0.8質量部以上6.0質量部以下がより好ましく、1.0質量部以上5.0質量部以下がさらに好ましい。このようにすることにより、無機粒子の分散液中での粒子径や隔膜形成工程での無機粒子の分散安定性を制御し、向上できるようになり、最終的に得られる膜の上記で定義された、明部の面積比率ならびに明部の総数に対する大明部の数の比を上記範囲内により容易に制御でき、イオン伝導性とガスバリア性が両立されたアルカリ水電解用隔膜とすることができる。 Dispersants include water-soluble polymers such as polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, ethylene glycol, polyethyleneimine, polyacrylic acid and dextran; cationic surfactants; anionic surfactants; carboxy groups, phosphoric acid groups, sulfonic acid groups conventionally known pigment dispersants having functional groups such as The amount of the dispersant used for the inorganic particles in the dispersion liquid is preferably more than 0.5 parts by mass and 8.0 parts by mass or less, and 0.8 parts by mass or more and 6.0 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the inorganic particles. is more preferable, and 1.0 parts by mass or more and 5.0 parts by mass or less is even more preferable. By doing so, it becomes possible to control and improve the particle size of the inorganic particles in the dispersion liquid and the dispersion stability of the inorganic particles in the diaphragm forming step, and the finally obtained membrane can be improved. In addition, the area ratio of the bright portions and the ratio of the number of large bright portions to the total number of bright portions can be easily controlled within the above ranges, and a diaphragm for alkaline water electrolysis having both ion conductivity and gas barrier properties can be obtained.
無機粒子を溶媒に分散させる方法としては、特に限定されず、ミキサー、ボールミル、ジェットミル、ディスパー、サンドミル、ロールミル、ポットミル、ビーズミル、ペイントシェーカー等を用いる方法等、公知の混合分散の手段を適用することができる。 The method for dispersing the inorganic particles in the solvent is not particularly limited, and known mixing and dispersing means such as a method using a mixer, ball mill, jet mill, disper, sand mill, roll mill, pot mill, bead mill, paint shaker, etc. are applied. be able to.
上記分散液中における無機粒子の平均粒子径は、好ましくは0.1~1.0μm、より好ましくは0.15~0.8μm、さらに好ましくは0.15~0.5μmである。なお、上記分散液中における無機粒子の平均粒子径は、動的光散乱法による粒度分布測定から求められ、具体的には実施例に記載の方法で測定できる。 The average particle size of the inorganic particles in the dispersion liquid is preferably 0.1 to 1.0 μm, more preferably 0.15 to 0.8 μm, still more preferably 0.15 to 0.5 μm. The average particle size of the inorganic particles in the dispersion can be determined by particle size distribution measurement using a dynamic light scattering method, and can be specifically measured by the method described in Examples.
(2)上記分散液と上記有機ポリマーとしての上記樹脂(R)とを混合して樹脂混合液を調製する工程
工程(1)で調製された分散液に上記有機ポリマーとしての上記樹脂(R)を混合する方法としては、上記分散液と上記樹脂(R)を充分に混合することができる方法であれば特に限定されず、上記分散液に上記樹脂(R)をそのまま混合してもよいし、予め上記樹脂(R)を溶媒に溶解させた樹脂溶液を調製して、上記樹脂溶液と上記分散液とを混合してもよい。なかでも、上記無機粒子と上記樹脂(R)をより均一に分散・混合できる点で、上記樹脂溶液を調製して、上記樹脂溶液と上記分散液とを混合する方法が好ましい。
(2) A step of mixing the dispersion liquid and the resin (R) as the organic polymer to prepare a resin mixed liquid. The method for mixing is not particularly limited as long as it is a method capable of sufficiently mixing the dispersion liquid and the resin (R), and the resin (R) may be mixed as it is in the dispersion liquid. Alternatively, a resin solution may be prepared in advance by dissolving the resin (R) in a solvent, and the resin solution and the dispersion may be mixed. Among them, the method of preparing the resin solution and mixing the resin solution and the dispersion liquid is preferable in that the inorganic particles and the resin (R) can be dispersed and mixed more uniformly.
上記樹脂溶液を調製する場合に使用する溶媒としては、上記樹脂(R)を溶解する性質を有するものであれば特に限定されず、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、メチルエチルケトン、トルエン等が挙げられる。なかでも、上記無機粒子と上記樹脂(R)がより均一に分散・混合できる点で、上記分散液の調製に使用した溶媒と同じ溶媒が好ましい。 The solvent used for preparing the resin solution is not particularly limited as long as it has the property of dissolving the resin (R). Examples include N-methyl-2-pyrrolidone and N,N-dimethylacetamide. , N,N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, methyl ethyl ketone, toluene and the like. Among them, the same solvent as the solvent used for preparing the dispersion liquid is preferable in that the inorganic particles and the resin (R) can be dispersed and mixed more uniformly.
上記樹脂溶液中の上記樹脂(R)の含有量は、5~50質量%であることが好ましく、10~45質量%であることがより好ましく、15~40質量%であることが更に好ましい。
上記混合する方法としては、工程(1)で記載した混合分散の手段と同様の手段が挙げられる。
The content of the resin (R) in the resin solution is preferably 5 to 50% by mass, more preferably 10 to 45% by mass, even more preferably 15 to 40% by mass.
Examples of the mixing method include the same means as the mixing and dispersing means described in step (1).
上記分散液と上記樹脂(R)は、好ましくは、無機粒子100質量部に対して、上記樹脂(R)が10~40質量部、より好ましくは12~35質量部、さらに好ましくは15~33質量部になるように混合することが好ましい。無機粒子と上記樹脂(R)の含有割合が上述した範囲であると、得られたアルカリ水電解用隔膜のアルカリ溶液中での無機成分の溶出が更に一層抑制される。また、高いイオン伝導性を示すと共に、イオン透過性、ガスバリア性、耐熱性及び耐アルカリ性にもより優れたアルカリ水電解用隔膜を製造できる。 The dispersion liquid and the resin (R) are preferably 10 to 40 parts by mass, more preferably 12 to 35 parts by mass, still more preferably 15 to 33 parts by mass, based on 100 parts by mass of the inorganic particles. It is preferable to mix so that it becomes a mass part. When the content ratio of the inorganic particles and the resin (R) is within the range described above, the elution of the inorganic component in the obtained diaphragm for alkaline water electrolysis in the alkaline solution is further suppressed. In addition, it is possible to produce a diaphragm for alkaline water electrolysis that exhibits high ion conductivity and is also more excellent in ion permeability, gas barrier properties, heat resistance and alkali resistance.
上記無機粒子の分散液と上記樹脂(R)の溶液とを混合する場合、無機粒子の分散液中の溶媒と上記樹脂(R)の溶液中の溶媒との合計含有量は、無機粒子の分散液と上記樹脂(R)の溶液との合計質量100質量%に対して、30~75質量%であることが好ましい。より好ましくは、35~70質量%であり、更に好ましくは、40~65質量%である。アルカリ水電解用隔膜の空隙率を好ましい範囲に調整するためにはこのような割合で溶媒を用いることが好ましい。 When the dispersion of the inorganic particles and the solution of the resin (R) are mixed, the total content of the solvent in the dispersion of the inorganic particles and the solvent in the solution of the resin (R) is the dispersion of the inorganic particles. It is preferably 30 to 75% by mass with respect to 100% by mass of the total mass of the liquid and the solution of the resin (R). More preferably 35 to 70% by mass, still more preferably 40 to 65% by mass. In order to adjust the porosity of the diaphragm for alkaline water electrolysis to a preferable range, it is preferable to use the solvent in such a ratio.
上記樹脂混合液には、更に、隔膜の平均孔径を調整することを目的に、上記樹脂混合液の溶媒と上記樹脂(R)の非溶媒の両方に溶解する化合物を添加剤として添加してもよい。上記添加剤としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリアクリル酸、デキストラン等の水溶性ポリマー;界面活性剤;グリセリン;糖類等の有機化合物、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化リチウム等の無機化合物等が挙げられる。 A compound that dissolves in both the solvent of the resin mixture and the non-solvent of the resin (R) may be added as an additive to the resin mixture for the purpose of adjusting the average pore size of the diaphragm. good. Examples of the above additives include water-soluble polymers such as polyethylene glycol, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyethyleneimine, polyacrylic acid, and dextran; surfactants; glycerin; organic compounds such as sugars; calcium chloride, magnesium chloride, and chloride; Examples include inorganic compounds such as lithium.
(3)上記樹脂混合液を用いて膜を形成する工程
工程(2)で得られた樹脂混合液を用いて膜を形成する。
上記膜を形成する方法としては、アルカリ溶液中での無機成分の溶出がより一層抑制されたアルカリ水電解用隔膜を容易に製造することができる点で、下記の工程(3-a)、(3-b)を含むことが好ましい。
(3-a)上記樹脂混合液の塗膜を形成する工程、及び、
(3-b)上記塗膜を非溶媒と接触させることにより上記塗膜を凝固させ、多孔質膜を得る工程
(3) Step of Forming a Film Using the Resin Mixture A film is formed using the resin mixture obtained in step (2).
As the method for forming the membrane, the following steps (3-a), ( 3-b) is preferably included.
(3-a) forming a coating film of the resin mixture, and
(3-b) contacting the coating film with a non-solvent to solidify the coating film to obtain a porous film;
(3-a)樹脂混合液の塗膜を形成する工程
上記樹脂混合液の塗膜を形成する方法としては、例えば、上記で得られた樹脂混合液を基材上に塗布する方法や、上記樹脂混合液中に基材を浸漬させ、上記樹脂混合液が含浸した基材を得る方法等が挙げられる。なかでも、簡便に塗膜を形成できる点で、上記樹脂混合液を基材上に塗布する方法が好ましい。
(3-a) Step of forming a coating film of the resin mixed solution Examples of the method of forming a coating film of the resin mixed solution include a method of applying the resin mixed solution obtained above on a substrate, and a method of applying the resin mixed solution obtained above on a substrate. A method of obtaining a substrate impregnated with the resin mixture by immersing the substrate in the resin mixture can be used. Among them, the method of applying the above-mentioned resin mixed solution onto a base material is preferable in that a coating film can be easily formed.
上記樹脂混合液を基材上に塗布する方法としては、特に限定されず、ダイコーティング、スピンコーティング、グラビアコーティング、カーテンコーティング、スプレー、アプリケーター、バーコーター等を用いる方法等の公知の塗布手段を適用することができる。 The method of applying the resin mixture onto the substrate is not particularly limited, and known coating means such as methods using die coating, spin coating, gravure coating, curtain coating, spray, applicator, bar coater, etc. are applied. can do.
上記基材としては、上記樹脂混合液を塗布して塗膜を形成することができるものであれば、特に限定されず、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセタール、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート等の樹脂からなるフィルム又はシート、ガラス板等が挙げられる。なかでも、ハンドリングが良好である点および原料コストが低減できる点で、ポリエチレンテレフタレートが好ましい。
また、上述した多孔性支持体を含むアルカリ水電解用隔膜を製造する場合は、上記基材として上記多孔性支持体を使用してもよい。
The substrate is not particularly limited as long as it can be coated with the resin mixture to form a coating film. Examples include polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polypropylene, polyethylene, polyvinyl chloride, and polyvinyl. A film or sheet made of a resin such as acetal, polymethyl methacrylate, polycarbonate, or the like, a glass plate, or the like can be used. Among them, polyethylene terephthalate is preferable because it is easy to handle and the material cost can be reduced.
Moreover, when manufacturing the diaphragm for alkaline water electrolysis containing the porous support mentioned above, you may use the said porous support as said base material.
また、無機粒子と上記樹脂(R)を含む膜と多孔性支持体とが一体化した複合体であるアルカリ水電解用隔膜を製造する場合は、上記基材上に、上記樹脂混合液を塗布し、その塗液上に上記多孔性支持体を置いて塗液を上記多孔性支持体に含浸させてもよい。 In the case of producing a diaphragm for alkaline water electrolysis, which is a composite in which a membrane containing inorganic particles, the resin (R), and a porous support are integrated, the resin mixed solution is applied onto the base material. Then, the porous support may be placed on the coating liquid to impregnate the porous support with the coating liquid.
上記樹脂混合液の塗布量としては、特に限定されず、上記隔膜が、上述した効果が発揮できる厚みを有するよう適宜設定すればよい。 The amount of the resin mixed solution to be applied is not particularly limited, and may be appropriately set so that the diaphragm has a thickness capable of exhibiting the above-described effects.
(3-b)上記塗膜を非溶媒と接触させることにより上記塗膜を凝固させる工程
上記塗膜を非溶媒と接触させることにより、上記塗膜中に非溶媒が拡散し、非溶媒に溶解しない上記樹脂(R)が凝固する。一方、非溶媒に溶解しうる塗膜中の溶媒は、塗膜から溶出する。このように相分離が生じることにより、上記樹脂(R)(及び無機粒子)が凝固し、多孔質膜が形成される。
(3-b) A step of solidifying the coating film by contacting the coating film with a non-solvent, whereby the non-solvent diffuses in the coating film and dissolves in the non-solvent. The resin (R) that does not solidify. On the other hand, the solvent in the coating film that is soluble in the non-solvent is eluted from the coating film. Due to the occurrence of phase separation in this manner, the resin (R) (and the inorganic particles) is solidified to form a porous film.
上記塗膜と非溶媒とを接触させる方法としては、上記塗膜を上記非溶媒中に浸漬させる方法(凝固浴)、上記塗膜を上記非溶媒蒸気雰囲気中に晒す方法等が挙げられる。また、塗膜を上記非溶媒蒸気雰囲気中に晒した後、引き続き、非溶媒中に浸漬させてもよい。この場合に、非溶媒蒸気雰囲気中に晒す時間は3~60秒程度、非溶媒中に浸漬する時間は、1~15分程度とすることができる。 Examples of the method of bringing the coating film into contact with the non-solvent include a method of immersing the coating film in the non-solvent (coagulation bath), and a method of exposing the coating film to the non-solvent vapor atmosphere. Alternatively, after the coating film is exposed to the non-solvent vapor atmosphere, it may be subsequently immersed in the non-solvent. In this case, the exposure time to the non-solvent vapor atmosphere can be about 3 to 60 seconds, and the time to be immersed in the non-solvent can be about 1 to 15 minutes.
塗膜を浸漬する非溶媒の温度としては、10℃以上が好ましく、15℃以上がより好ましく、20℃以上がさらに好ましい。また、55℃以下が好ましく、50℃以下がより好ましく、45℃以下がより好ましい。このような温度とすることにより、製造した隔膜における、膜に透過光を当てることにより観察される、面積が12μm2以上の明部の総数に対する大明部の数の比をより確実に10%以下とすることができ、高いイオン伝導性を示すと共に、より高いガスバリア性とより高い耐久性を両立したアルカリ水電解用隔膜をより容易に製造できる。 The temperature of the non-solvent in which the coating film is immersed is preferably 10°C or higher, more preferably 15°C or higher, and even more preferably 20°C or higher. Moreover, 55 degrees C or less is preferable, 50 degrees C or less is more preferable, and 45 degrees C or less is more preferable. By setting the temperature to such a temperature, the ratio of the number of large bright portions to the total number of bright portions having an area of 12 μm 2 or more observed by irradiating the membrane with transmitted light is more reliably 10% or less. Thus, it is possible to more easily produce a diaphragm for alkaline water electrolysis that exhibits high ionic conductivity and has both higher gas barrier properties and higher durability.
上記非溶媒としては、上記樹脂(R)を実質的に溶解しない性質を有するものであれば、特に限定されないが、例えば、イオン交換水;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール;又はこれらの混合溶媒等が好ましく使用できる。経済性と廃液処理の観点からはイオン交換水が好ましい。また上記非溶媒は、上述した成分以外に、塗膜中に含まれる溶媒と同様の溶媒を少量含んでいてもよい。 The non-solvent is not particularly limited as long as it has the property of not substantially dissolving the resin (R). A mixed solvent or the like can be preferably used. Ion-exchanged water is preferable from the viewpoint of economy and waste liquid treatment. In addition to the components described above, the non-solvent may contain a small amount of the same solvent as the solvent contained in the coating film.
上記非溶媒の使用量は、塗膜100質量部、すなわち、塗膜の形成に用いられる樹脂混合液の固形分100質量部に対して、50~10000質量部であることが好ましい。より好ましくは、100~5000質量部であり、更に好ましくは、200~1000質量部である。得られる隔膜の空隙率を好ましい範囲に調整する点、塗膜中の溶媒を完全に非溶媒中に抽出する点において、非溶媒をこのような割合で使用することが好ましい。 The amount of the non-solvent used is preferably 50 to 10,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the coating film, ie, 100 parts by mass of the solid content of the resin mixture used for forming the coating film. It is more preferably 100 to 5000 parts by mass, still more preferably 200 to 1000 parts by mass. It is preferable to use the non-solvent in such a ratio in order to adjust the porosity of the membrane to be obtained within a preferable range and to completely extract the solvent in the coating film into the non-solvent.
更に、非溶媒を除去するために、上記工程で凝固した塗膜を乾燥させて、隔膜を得てもよい。
上記塗膜の乾燥温度としては、60~120℃が好ましい。
乾燥時間としては、0.5~120分が好ましく、1~60分がより好ましく、1~30分が更に好ましい。
Furthermore, in order to remove the non-solvent, the coating film solidified in the above step may be dried to obtain the diaphragm.
The drying temperature for the coating film is preferably 60 to 120°C.
The drying time is preferably 0.5 to 120 minutes, more preferably 1 to 60 minutes, even more preferably 1 to 30 minutes.
このように、上述した工程(1)~(3)により、本発明のアルカリ水電解用隔膜を簡便に製造することができる。 As described above, the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention can be easily produced by the steps (1) to (3) described above.
3.用途
本発明のアルカリ水電解用隔膜では、高いイオン伝導性を示すと共に、より高いガスバリア性とより高い耐久性を両立する。そのため、本発明のアルカリ水電解用隔膜は、アルカリ性水溶液を電解液とした水の電気分解用の隔膜として好適に使用することができる。また、上述したアルカリ水電解用隔膜の他、アルカリ形燃料電池用セパレータ、1次電池用セパレータ、2次電池用セパレータ等の電池用セパレータ、食塩電解用セパレータ等の用途に用いることができる。
3. Applications The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention exhibits high ion conductivity, and simultaneously achieves higher gas barrier properties and higher durability. Therefore, the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention can be suitably used as a diaphragm for water electrolysis using an alkaline aqueous solution as an electrolyte. In addition to the diaphragm for alkaline water electrolysis described above, it can also be used for battery separators such as alkaline fuel cell separators, primary battery separators, secondary battery separators, and salt electrolysis separators.
4.アルカリ水電解装置
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、アルカリ水電解装置の部材として用いられる。上記アルカリ水電解装置としては、例えば、陽極、陰極、及び、陽極と陰極の間に配置された上記アルカリ水電解用隔膜を含むものが挙げられる。より具体的には、上記アルカリ水電解装置は、上記アルカリ水電解用隔膜によって隔てられた、陽極が存在する陽極室と、陰極が存在する陰極室とを有する。
陽極、及び陰極としては、ニッケル又はニッケル合金等を含む導電性基体等、公知の電極が挙げられる。
4. Alkaline Water Electrolysis Apparatus The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is used as a member of an alkaline water electrolysis apparatus. Examples of the alkaline water electrolysis apparatus include those including an anode, a cathode, and the diaphragm for alkaline water electrolysis arranged between the anode and the cathode. More specifically, the alkaline water electrolysis apparatus has an anode chamber in which an anode exists and a cathode chamber in which a cathode exists, which are separated by the diaphragm for alkaline water electrolysis.
The anode and cathode include known electrodes such as conductive substrates containing nickel, nickel alloys, and the like.
5.電解方法
本発明のアルカリ水電解用隔膜を備えたアルカリ水電解装置を用いて行う水の電気分解の方法は、特に限定されず、公知の方法で行うことができる。例えば、上述した本発明のアルカリ水電解用隔膜を備えたアルカリ水電解装置に、電解液を充填し、電解液中で電流を印加することにより行うことができる。
上記電解液としては、水酸化カリウム又は水酸化ナトリウム等の電解質を溶解したアルカリ性水溶液が用いられる。上記電解液における電解質の濃度は、特に限定されないが、電解効率がより一層向上し得る点で、20~40質量%であることが好ましい。
また、電気分解を行う場合の温度としては、電解液のイオン伝導性がより向上し、電解効率がより一層向上し得る点で、50~120℃が好ましく、80~90℃がより好ましい。電流の印加条件は、公知の条件・方法で行うことができる。
5. Electrolyzing Method The method of electrolyzing water using the alkaline water electrolysis apparatus provided with the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is not particularly limited, and a known method can be used. For example, it can be carried out by filling an electrolytic solution into an alkaline water electrolysis apparatus provided with the above-described diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention and applying an electric current in the electrolytic solution.
As the electrolytic solution, an alkaline aqueous solution in which an electrolyte such as potassium hydroxide or sodium hydroxide is dissolved is used. Although the concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is not particularly limited, it is preferably 20 to 40% by mass from the viewpoint of further improving the electrolysis efficiency.
The temperature for electrolysis is preferably 50 to 120° C., more preferably 80 to 90° C., since the ion conductivity of the electrolytic solution can be further improved and the electrolysis efficiency can be further improved. Current application conditions can be performed by known conditions and methods.
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「質量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited only to these examples. Unless otherwise specified, "part" means "mass part" and "%" means "mass %".
本実施例において、各種物性等の測定条件は下記のとおりである。 In the present examples, the measurement conditions for various physical properties are as follows.
<無機粒子(粉体)の平均粒子径>
無機粒子(粉体)と0.2質量%のヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を混合し、超音波洗浄機を用いて分散処理を行った無機粒子分散液について、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(商品名:LA-920、堀場製作所社製)を用いて粒度分布を測定し、得られた体積基準の粒度分布におけるメジアン径(d50)を無機粒子の平均粒子径(μm)とした。
<Average particle size of inorganic particles (powder)>
A laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer (product Name: LA-920, manufactured by Horiba Ltd.) was used to measure the particle size distribution, and the median diameter (d50) in the obtained volume-based particle size distribution was defined as the average particle size (μm) of the inorganic particles.
<無機粒子分散液中の無機粒子の平均粒子径>
得られた無機粒子分散液0.1質量部を分散媒2質量部により希釈した無機粒子分散液の希釈液について、動的光散乱法による粒度分布測定器(商品名:FPAR-1000、大塚電子社製)を用いて、無機粒子分散液中に分散した無機粒子の粒子径測定を行い、キュムラント法解析により得られた平均粒子径を無機粒子分散液中に分散した無機粒子の平均粒子径とした。
<Average particle size of inorganic particles in inorganic particle dispersion>
0.1 part by mass of the obtained inorganic particle dispersion was diluted with 2 parts by mass of a dispersion medium, and the diluted solution of the inorganic particle dispersion was measured with a particle size distribution analyzer (trade name: FPAR-1000, Otsuka Electronics) using a dynamic light scattering method. Co., Ltd.), the particle size of the inorganic particles dispersed in the inorganic particle dispersion is measured, and the average particle size obtained by the cumulant method analysis is the average particle size of the inorganic particles dispersed in the inorganic particle dispersion. bottom.
<膜厚>
得られたアルカリ水電解用隔膜の厚さは、デジマチックマイクロメーター(ミツトヨ社製)を用いて測定した。任意の10点を測定し、その平均値を膜厚とした。
<Film thickness>
The thickness of the obtained diaphragm for alkaline water electrolysis was measured using a digimatic micrometer (manufactured by Mitutoyo Corporation). Ten arbitrary points were measured, and the average value was taken as the film thickness.
<空隙率>
得られたアルカリ水電解用隔膜の空隙率は、下記に示す方法により測定された隔膜の実測密度値、および各々の組成成分の密度値を用いて組成比より算出される計算密度値より、下記式から算出した。
(空隙率)(%)=[1-(実測密度値)/(計算密度値)]×100
実測密度値は、得られた隔膜の任意の場所から切り出した試験片について、質量と体積を測定し、質量を体積で除すことにより算出した。体積は、試験片の縦方向の長さ、横方向の長さを、ノギスを用いて測定、膜厚を上記膜厚測定方法に基づき測定することにより算出した。また、試験片の質量は、体積を測定した試験片について小数点4桁の精密天秤を用いて測定した。
<Porosity>
The porosity of the obtained diaphragm for alkaline water electrolysis was calculated from the calculated density value calculated from the composition ratio using the measured density value of the diaphragm measured by the method shown below and the density value of each composition component, as shown below. Calculated from the formula.
(Porosity) (%) = [1 - (measured density value) / (calculated density value)] × 100
The measured density value was calculated by measuring the mass and volume of a test piece cut out from an arbitrary location of the obtained diaphragm and dividing the mass by the volume. The volume was calculated by measuring the vertical and horizontal lengths of the test piece using vernier calipers, and measuring the film thickness based on the film thickness measurement method described above. In addition, the mass of the test piece was measured using a precision balance with 4 decimal places for the test piece whose volume was measured.
<明部の総数に対する大明部の数の比、および明部の面積比>
得られたアルカリ水電解用隔膜の表面について、デジタル顕微鏡(型式:VH-5500、キーエンス社製)およびレンズ(型式:VH-Z100、キーエンス社製)を用いて、透過照明により、倍率100における拡大写真を撮影し、透過光画像を得た。
得られた透過光画像に対して、解析ソフト(Image-Pro Premier)を用いて、画素単位から実寸値への変換処理および暗部輝度の不均一の解消処理を行った後、該画像中の面積6mm2に相当する範囲を選択し、輝度を256階調で表した際に階調値66以上の輝度を示す部分が明部となるように、明部と暗部の2値化を行い、明暗の差に基づいて形成される輪郭線により閉じた領域を明部として抽出した。
次に、得られた個々の明部の領域について、輪郭線の画素を含む輪郭線内部の面積を算出し、得られた面積12μm2以上の明部の個数を「明部の総数」としてカウントした。また、得られた個々の明部の面積より、面積が10,000μm2以上の明部(大明部)の個数を「大明部の数」としてカウントし、下記式により、明部の総数に対する大明部の数の比(%)を求めた。
(明部の総数に対する大明部の数の比)(%)
=[(大明部の数)÷(明部の総数)]×100
更に、面積12μm2以上の明部の面積の和を算出し、画像の解析面積全体に対する面積12μm2以上の明部の総面積の比率を求め、明部の面積比(%)とした。
<Ratio of number of large bright portions to total number of bright portions and area ratio of bright portions>
The surface of the obtained diaphragm for alkaline water electrolysis is magnified at a magnification of 100 by transmitted illumination using a digital microscope (model: VH-5500, manufactured by Keyence) and a lens (model: VH-Z100, manufactured by Keyence). Photographs were taken to obtain transmitted light images.
For the obtained transmitted light image, using analysis software (Image-Pro Premier), conversion processing from pixel units to actual size values and processing for eliminating non-uniform dark area luminance are performed. A range equivalent to 6mm2 is selected, and when the brightness is expressed in 256 gradations, the bright and dark portions are binarized so that the portions showing brightness with a gradation value of 66 or more are bright. A region closed by a contour line formed based on the difference between the two was extracted as a bright portion.
Next, for each bright area obtained, the area inside the outline including the pixels of the outline is calculated, and the number of bright areas with an area of 12 μm 2 or more obtained is counted as the “total number of bright areas”. bottom. In addition, from the area of each bright portion obtained, the number of bright portions (large bright portions) with an area of 10,000 μm 2 or more was counted as “the number of bright portions”. The ratio (%) of the number of parts was obtained.
(Ratio of the number of bright areas to the total number of bright areas) (%)
= [(number of bright parts) / (total number of bright parts)] x 100
Further, the sum of the areas of the bright portions with an area of 12 μm 2 or more was calculated, and the ratio of the total area of the bright portions with an area of 12 μm 2 or more to the entire analysis area of the image was obtained, and was defined as the area ratio (%) of the bright portions.
<透気抵抗度>
得られたアルカリ水電解用隔膜の透気抵抗度(秒)は、デジタル型王研式透気度試験機(型式:EGBO-S-1MR、旭精工社製)を用いて、JIS P8117:2009に準拠して測定した。
<Air resistance>
The air permeability resistance (seconds) of the resulting diaphragm for alkaline water electrolysis was measured using a digital type Oken type air permeability tester (model: EGBO-S-1MR, manufactured by Asahi Seiko Co., Ltd.) according to JIS P8117: 2009. Measured according to
<イオン伝導度>
得られたアルカリ水電解用隔膜のイオン伝導度は、以下の方法により測定した。
下記のセル構成で形成したセルを25℃の恒温槽内で30分静置した後、以下の測定条件で交流インピーダンス測定を行い、得られた切片成分(Ra)と測定サンプルを入れない場合の切片成分(Rb)および上記膜厚測定方法により得られた膜厚を用いて、下記式によりイオン伝導度を測定点数2点の平均値として算出した。
〔イオン伝導度(mS/cm)〕=〔膜厚(cm)〕÷〔(Ra-Rb)×1000×1.77〕
(測定条件)
・セル構成
作用極:Ni板
対極 :Ni板
電解液:30質量%水酸化カリウム水溶液
サンプル前処理:上記電解液に1晩浸漬
測定有効面積:1.77cm2
・交流インピーダンス測定条件
印加電圧:10mV vs.開回路電圧
周波数領域:100kHz~100Hz
<Ionic conductivity>
The ionic conductivity of the obtained diaphragm for alkaline water electrolysis was measured by the following method.
After leaving the cell formed with the following cell configuration in a constant temperature bath at 25° C. for 30 minutes, AC impedance measurement was performed under the following measurement conditions. Using the intercept component (Rb) and the film thickness obtained by the above film thickness measurement method, the ion conductivity was calculated as the average value of two measurement points according to the following formula.
[Ionic conductivity (mS / cm)] = [film thickness (cm)] ÷ [(Ra-Rb) × 1000 × 1.77]
(Measurement condition)
・Cell configuration Working electrode: Ni plate Counter electrode: Ni plate Electrolyte solution: 30% by mass potassium hydroxide aqueous solution Sample pretreatment: immersed overnight in the above electrolyte solution Effective area for measurement: 1.77 cm 2
- AC impedance measurement conditions Applied voltage: 10 mV vs. Open circuit voltage Frequency range: 100kHz to 100Hz
<ハンドリング性>
得られたアルカリ水電解用隔膜を直径10mmの円柱に巻きつけた後、円柱に巻き付けた部分の隔膜表面におけるクラックの発生有無を観察し、下記の基準に基づいて、ハンドリング性を評価した。
(ハンドリング性の評価基準)
3:クラックの発生は観察されなかった
2:小さなクラックが数本観察された
1:全体に多数のクラックが観察された
0:膜表面部で剥離が発生した
<Handleability>
After the obtained diaphragm for alkaline water electrolysis was wound around a cylinder with a diameter of 10 mm, the presence or absence of cracks on the surface of the diaphragm in the part wound around the cylinder was observed, and the handleability was evaluated based on the following criteria.
(Handling evaluation criteria)
3: No cracks were observed 2: Several small cracks were observed 1: Many cracks were observed throughout 0: Peeling occurred on the surface of the film
<耐久性>
得られたアルカリ水電解用隔膜を90℃に調温した30質量%水酸化カリウム水溶液に60日間浸漬し、水酸化カリウム水溶液への浸漬前後での隔膜の透気抵抗度を測定し、下記の基準に基づいて評価した。尚、水酸化カリウム浸漬後の透気抵抗度の測定については、水酸化カリウムに浸漬した隔膜を、残存する水酸化カリウムがなくなるまで純水で十分に洗浄した後、乾燥機で80℃×30分間乾燥した膜を試料として測定を行った。
(耐久性の評価基準)
3:浸漬前後での透気抵抗度の値の差が、浸漬前の値の15%未満であった
2:浸漬前後での透気抵抗度の値の差が、浸漬前の値の15%以上、30%未満であった
1:浸漬前後での透気抵抗度の値の差が、浸漬前の値の30%以上、50%未満であった
0:浸漬前後での透気抵抗度の値の差が、浸漬前の値の50%以上であった
<Durability>
The resulting diaphragm for alkaline water electrolysis was immersed in a 30% by mass aqueous potassium hydroxide solution adjusted to 90° C. for 60 days, and the air resistance of the diaphragm before and after immersion in the aqueous potassium hydroxide solution was measured. Evaluated based on criteria. Regarding the measurement of the air resistance after immersion in potassium hydroxide, the membrane immersed in potassium hydroxide was thoroughly washed with pure water until there was no remaining potassium hydroxide, and then dried at 80°C x 30 in a dryer. Measurement was performed using a film dried for 1 minute as a sample.
(Evaluation criteria for durability)
3: The difference in air resistance values before and after immersion was less than 15% of the value before immersion. 2: The difference in air resistance values before and after immersion was 15% of the value before immersion. Above, less than 30% 1: The difference in air resistance before and after immersion was 30% or more and less than 50% of the value before immersion 0: Air resistance before and after immersion The difference in value was 50% or more of the value before immersion
[調製例1]
水酸化マグネシウム粒子(板状、平均粒子径0.36μm)200質量部、N-メチル-2-ピロリドン(三菱ケミカル社製)200質量部、分散剤としてポリビニルピロリドン3質量部を混合し、ジルコニアビーズを用いてビーズミルにより30分間分散処理を行った後、ジルコニアビーズを除去することにより、水酸化マグネシウム粒子分散液を得た。得られた水酸化マグネシウム粒子分散液中の水酸化マグネシウム粒子の平均粒子径は280nmであった。
得られた水酸化マグネシウム粒子分散液200質量部、ポリスルホン樹脂(商品名:ウルトラゾーンS3010、BASF社製)を30質量%の濃度で100℃にてN-メチル-2-ピロリドン(和光純薬工業社製)に熱溶解させることにより得られたポリスルホン樹脂溶液100質量部を計り取り、自転公転ミキサー(商品名:あわとり練太郎ARE-500、シンキー社製)を用いて、室温にて、回転数1000min-1で約10分間混合した後、ろ過を行い、成膜用組成物を得た。
[Preparation Example 1]
200 parts by mass of magnesium hydroxide particles (plate-like, average particle size 0.36 μm), 200 parts by mass of N-methyl-2-pyrrolidone (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and 3 parts by mass of polyvinylpyrrolidone as a dispersing agent are mixed to form zirconia beads. was dispersed for 30 minutes with a bead mill, and then the zirconia beads were removed to obtain a magnesium hydroxide particle dispersion. The average particle size of the magnesium hydroxide particles in the resulting magnesium hydroxide particle dispersion was 280 nm.
200 parts by mass of the obtained magnesium hydroxide particle dispersion, polysulfone resin (trade name: Ultrason S3010, manufactured by BASF) at a concentration of 30% by mass at 100 ° C. N-methyl-2-pyrrolidone (Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 100 parts by mass of the polysulfone resin solution obtained by thermally dissolving it in (manufactured by Thinky Corporation) is weighed and rotated at room temperature using a rotation and revolution mixer (trade name: Awatori Mixer ARE-500, manufactured by Thinky Corporation). After mixing for about 10 minutes at several thousand min −1 , filtration was performed to obtain a film-forming composition.
[実施例1]
ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上にアプリケーターにて調製例1の成膜用組成物を秤量値が35mg/cm2になるように塗布し、その上にポリフェニレンサルファイド繊維からなる不織布(目付:100g/m2、厚さ:205μm)を接触させることで、不織布に成膜用組成物を完全に含浸させた。その後、成膜用組成物を含浸させた不織布を、25℃の純水からなる凝固浴中へ10分間浸漬させることで塗布膜を凝固させた後、水中でPETフィルムから不織布ごと塗布膜を剥離することにより、水酸化マグネシウム粒子、ポリスルホン樹脂および不織布からなる含水膜を得た。得られた膜を、乾燥機にて80℃で30分間乾燥し、アルカリ水電解用隔膜を得た。
得られたアルカリ水電解用隔膜の膜厚は270μm、空隙率は50%、明部の総数に対する大明部の数の比は0.4%、明部の面積比は19.0%、透気抵抗度は111秒、イオン伝導度は130mS/cm、ハンドリング性評価は3、耐久性評価は3であった。
[Example 1]
The film-forming composition of Preparation Example 1 was applied to a polyethylene terephthalate (PET) film with an applicator so that the weight value was 35 mg/cm 2 . 2 , thickness: 205 μm), the nonwoven fabric was completely impregnated with the film-forming composition. After that, the nonwoven fabric impregnated with the film-forming composition is immersed in a coagulation bath made of pure water at 25° C. for 10 minutes to coagulate the coating film, and then the coating film is peeled off from the PET film together with the nonwoven fabric in water. By doing so, a water-containing film composed of magnesium hydroxide particles, polysulfone resin and non-woven fabric was obtained. The obtained membrane was dried at 80° C. for 30 minutes in a dryer to obtain a diaphragm for alkaline water electrolysis.
The obtained diaphragm for alkaline water electrolysis had a thickness of 270 μm, a porosity of 50%, a ratio of the number of large bright portions to the total number of bright portions of 0.4%, an area ratio of the bright portions of 19.0%, and air permeability. The resistance was 111 seconds, the ionic conductivity was 130 mS/cm, the handling evaluation was 3, and the durability evaluation was 3.
[実施例2]
実施例1において、凝固浴を純水から50質量%イソプロピルアルコール水溶液に変更した以外は、実施例1と同様にして、アルカリ水電解用隔膜を得た。
得られたアルカリ水電解用隔膜の膜厚は260μm、空隙率は52%、明部の総数に対する大明部の数の比は1.3%、明部の面積比は17.5%、透気抵抗度は96秒、イオン伝導度は158mS/cm、ハンドリング性評価は3、耐久性評価は3であった。
[Example 2]
A diaphragm for alkaline water electrolysis was obtained in the same manner as in Example 1, except that the coagulation bath was changed from pure water to 50% by mass isopropyl alcohol aqueous solution.
The obtained diaphragm for alkaline water electrolysis had a thickness of 260 μm, a porosity of 52%, a ratio of the number of large bright portions to the total number of bright portions of 1.3%, an area ratio of the bright portions of 17.5%, and air permeability. The resistance was 96 seconds, the ionic conductivity was 158 mS/cm, the handling evaluation was 3, and the durability evaluation was 3.
[実施例3]
実施例1において、凝固浴の純水の温度を40℃に変更した以外は、実施例1と同様にして、アルカリ水電解用隔膜を得た。
得られたアルカリ水電解用隔膜の膜厚は285μm、空隙率は51%、明部の総数に対する大明部の数の比は2.6%、明部の面積比は17.9%、透気抵抗度は108秒、イオン伝導度は211mS/cm、ハンドリング性評価は2、耐久性評価は3であった。
[Example 3]
A diaphragm for alkaline water electrolysis was obtained in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the pure water in the coagulation bath was changed to 40°C.
The obtained diaphragm for alkaline water electrolysis had a thickness of 285 μm, a porosity of 51%, a ratio of the number of large bright portions to the total number of bright portions of 2.6%, an area ratio of the bright portions of 17.9%, and air permeability. The resistance was 108 seconds, the ionic conductivity was 211 mS/cm, the handling evaluation was 2, and the durability evaluation was 3.
[実施例4]
ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上にアプリケーターにて調製例1の成膜用組成物を秤量値が40mg/cm2になるように塗布し、その上にポリフェニレンサルファイド繊維からなる不織布(目付:100g/m2、厚さ:205μm)を接触させることで、不織布に成膜用組成物を完全に含浸させた。その後、成膜用組成物を含浸させた不織布を、40℃の純水による蒸気へ10秒間晒した後、40℃の純水からなる凝固浴中へ10分間浸漬させることで塗布膜を凝固させた後、水中でPETフィルムから不織布ごと塗布膜を剥離することにより、水酸化マグネシウム粒子、ポリスルホン樹脂および不織布からなる含水膜を得た。得られた膜を、乾燥機にて80℃で30分間乾燥し、アルカリ水電解用隔膜を得た。
得られたアルカリ水電解用隔膜の膜厚は280μm、空隙率は48%、明部の総数に対する大明部の数の比は6.6%、明部の面積比は19.9%、透気抵抗度は97秒、イオン伝導度は212mS/cm、ハンドリング性評価は3、耐久性評価は2であった。
[Example 4]
The film-forming composition of Preparation Example 1 was applied to a polyethylene terephthalate (PET) film with an applicator so that the basis weight was 40 mg/cm 2 , and a non-woven fabric made of polyphenylene sulfide fibers (basis weight: 100 g/m2) was applied thereon. 2 , thickness: 205 μm), the nonwoven fabric was completely impregnated with the film-forming composition. Thereafter, the nonwoven fabric impregnated with the film-forming composition is exposed to steam of pure water at 40°C for 10 seconds, and then immersed in a coagulation bath of pure water at 40°C for 10 minutes to solidify the coating film. After that, the coated film was peeled off from the PET film together with the nonwoven fabric in water to obtain a water-containing film composed of magnesium hydroxide particles, polysulfone resin and nonwoven fabric. The obtained membrane was dried at 80° C. for 30 minutes in a dryer to obtain a diaphragm for alkaline water electrolysis.
The obtained diaphragm for alkaline water electrolysis had a thickness of 280 μm, a porosity of 48%, a ratio of the number of large bright portions to the total number of bright portions of 6.6%, an area ratio of the bright portions of 19.9%, and air permeability. The resistance was 97 seconds, the ionic conductivity was 212 mS/cm, the handling evaluation was 3, and the durability evaluation was 2.
[比較例1]
ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上にアプリケーターにて調製例1の成膜用組成物を秤量値が35mg/cm2になるように塗布し、その上にポリフェニレンサルファイド繊維からなる不織布(目付:100g/m2、厚さ:205μm)を接触させることで、不織布に成膜用組成物を完全に含浸させた。その後、成膜用組成物を含浸させた不織布を、60℃の純水による蒸気へ10秒間晒した後、60℃の純水からなる凝固浴中へ10分間浸漬させることで塗布膜を凝固させた後、水中でPETフィルムから不織布ごと塗布膜を剥離することにより、水酸化マグネシウム粒子、ポリスルホン樹脂および不織布からなる含水膜を得た。得られた膜を、乾燥機にて80℃で30分間乾燥し、アルカリ水電解用隔膜を得た。
得られたアルカリ水電解用隔膜の膜厚は255μm、空隙率は51%、明部の総数に対する大明部の数の比は18.7%、明部の面積比は12.6%、透気抵抗度は42秒、イオン伝導度は208mS/cm、ハンドリング性評価は2、耐久性評価は0であった。
[Comparative Example 1]
The film-forming composition of Preparation Example 1 was applied to a polyethylene terephthalate (PET) film with an applicator so that the weight value was 35 mg/cm 2 . 2 , thickness: 205 μm), the nonwoven fabric was completely impregnated with the film-forming composition. Thereafter, the nonwoven fabric impregnated with the film-forming composition is exposed to steam of pure water at 60°C for 10 seconds, and then immersed in a coagulation bath of pure water at 60°C for 10 minutes to solidify the coating film. After that, the coated film was peeled off from the PET film together with the nonwoven fabric in water to obtain a water-containing film composed of magnesium hydroxide particles, polysulfone resin and nonwoven fabric. The obtained membrane was dried at 80° C. for 30 minutes in a dryer to obtain a diaphragm for alkaline water electrolysis.
The obtained diaphragm for alkaline water electrolysis had a thickness of 255 μm, a porosity of 51%, a ratio of the number of large bright portions to the total number of bright portions of 18.7%, an area ratio of the bright portions of 12.6%, and air permeability. The resistance was 42 seconds, the ionic conductivity was 208 mS/cm, the handling evaluation was 2, and the durability evaluation was 0.
[比較例2]
実施例1において、凝固浴を純水から50質量%N-メチル-2-ピロリドン水溶液に変更した以外は、実施例1と同様にして、アルカリ水電解用隔膜を得た。
得られたアルカリ水電解用隔膜の膜厚は240μm、空隙率は46%、明部の総数に対する大明部の数の比は0.0%、明部の面積比は0.0%、透気抵抗度は190秒、イオン伝導度は126mS/cm、ハンドリング性評価は0、耐久性評価は2であった。
[Comparative Example 2]
A diaphragm for alkaline water electrolysis was obtained in the same manner as in Example 1, except that the coagulation bath was changed from pure water to a 50% by mass N-methyl-2-pyrrolidone aqueous solution.
The obtained diaphragm for alkaline water electrolysis had a film thickness of 240 μm, a porosity of 46%, a ratio of the number of large bright portions to the total number of bright portions of 0.0%, an area ratio of the bright portions of 0.0%, and air permeability. The resistance was 190 seconds, the ionic conductivity was 126 mS/cm, the handling evaluation was 0, and the durability evaluation was 2.
以上の結果より、面積12μm2以上の明部の総数に対する大明部の数の比が10%以下となるように調製した実施例1~3のアルカリ水電解用隔膜では、面積12μm2以上の明部の総数に対する大明部の数の比が10%を超える比較例1の隔膜および明部が観察されなかった比較例2の隔膜と比較して、高いイオン伝導性を示すと共に、高いガスバリア性と高い耐久性を両立した隔膜となっていることが認められた。
Based on the above results, the diaphragms for alkaline water electrolysis of Examples 1 to 3, which were prepared so that the ratio of the number of large bright portions to the total number of bright portions having an area of 12 μm 2 or more to the total number of bright portions having an area of 12
1 アルカリ水電解用隔膜
2 単膜層
3 支持体層
4 ボイド
5、51、52 単膜層における固体部分の厚さ
21 アルカリ水電解用隔膜の表面
41、42 明部
1 Diaphragm for
Claims (1)
前記無機粒子は、水酸化マグネシウムおよび硫酸バリウムから選択される少なくとも1つを含み、
前記膜に透過光を当てることにより観察される、下記(1)の方法にて得られた透過光画像において、下記(2)及び(3)の方法にて規定された明部及び明部の面積について、面積12μm2以上の前記明部の面積の総和の、隔膜の面積全体に対する面積比率が1%以上であり、且つ、面積が12μm2以上の前記明部の総数に対する、面積10,000μm2以上の前記明部の数の比が、10%以下である、アルカリ水電解用隔膜。
(1)前記透過光画像とは、前記アルカリ水電解用隔膜の表面について、デジタル顕微鏡およびレンズを用いて、透過照明により、倍率100における拡大写真を撮影し、得られる画像であり、
(2)前記明部とは、前記透過光画像に対して、解析ソフトを用いて、
画素単位から実寸値への変換処理および暗部輝度の不均一の解消処理を行い、その後、
全ての画素について、最も輝度の低い画素の輝度を諧調値1とし、かつ、最も輝度の高い画素の輝度を諧調値256として、輝度を256階調で特定する処理を行い、その後、
前記階調値が66以上の輝度を示す画素を明部画素とし、前記諧調値が66未満である画素を暗部画素とする2値化処理を行い、
その結果特定される、前記暗部画素と接する前記明部画素を輪郭線として、前記輪郭線を含む前記輪郭線内部の前記明部画素の集合体であり、
(3)前記明部の面積とは、前記輪郭線の画素を含む前記輪郭線内部の面積として算出されたものである A diaphragm for alkaline water electrolysis containing an organic polymer and inorganic particles,
The inorganic particles contain at least one selected from magnesium hydroxide and barium sulfate,
In the transmitted light image obtained by the method (1) below , which is observed by irradiating the film with transmitted light, the bright areas and the bright areas defined by the methods (2) and (3) below Regarding the area, the area ratio of the total area of the bright portions with an area of 12 μm 2 or more to the total area of the diaphragm is 1% or more, and the total area of the bright portions with an area of 12 μm 2 or more is 10,000 μm. A diaphragm for alkaline water electrolysis, wherein the ratio of the number of the bright portions to 2 or more is 10% or less.
(1) The transmitted light image is an image obtained by taking an enlarged photograph of the surface of the diaphragm for alkaline water electrolysis at a magnification of 100 under transmitted illumination using a digital microscope and a lens,
(2) The bright area is defined by analyzing the transmitted light image using analysis software.
Perform conversion processing from pixel units to actual size values and processing to eliminate non-uniformity in dark area luminance, and then
For all the pixels, the luminance of the pixel with the lowest luminance is set to a gradation value of 1 and the luminance of the pixel with the highest luminance is set to a gradation value of 256, and the luminance is specified in 256 gradations.
performing a binarization process in which pixels exhibiting luminance with a gradation value of 66 or more are set as light area pixels and pixels with a gradation value of less than 66 are set as dark area pixels;
A group of the bright area pixels inside the outline including the outline, with the bright area pixels that are in contact with the dark area pixels identified as a result as a outline,
(3) The area of the bright portion is calculated as the area inside the outline including the pixels of the outline.
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