JP7702239B2 - Diaphragm for alkaline water electrolysis and manufacturing method thereof - 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。より詳しくは、発生するガスの滞留が良好に抑制されたアルカリ水電解用隔膜、及び、その製造方法に関する。 The present invention relates to a diaphragm for alkaline water electrolysis. More specifically, the present invention relates to a diaphragm for alkaline water electrolysis in which retention of generated gas is effectively suppressed, and a method for producing the same.
水の電気分解(「電解」ともいう。)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電流を印加することにより行われる。このような水の電気分解には、陽極(アノード)と陰極(カソード)がそれぞれ配置された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。 Water electrolysis (also called "electrolysis") is known as one of the industrial methods for producing hydrogen, and is generally carried out by applying an electric current to water to which an electrolyte such as sodium hydroxide or potassium hydroxide has been added to increase the electrical conductivity. For this type of water electrolysis, an electrolytic cell is used that has an anode chamber and a cathode chamber, each containing an anode and a cathode, separated by a diaphragm.
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、上記隔膜には、電気分解反応が効率良く行われるために、高いイオン透過性が必要とされる。また、陽極室で発生する酸素分子と、陰極室で発生する水素分子とを遮断し得るガスバリア性が必要とされる。更に、水の電気分解は、30%程度の高濃度のアルカリ水を使用して、80~100℃、場合によっては1MPaの圧力下で行われるので、耐高温性や耐アルカリ性、機械的強度も必要とされる。 Water electrolysis is carried out by the transfer of electrons (or ions). Therefore, the diaphragm must have high ion permeability to ensure efficient electrolysis. It must also have gas barrier properties that can block oxygen molecules generated in the anode chamber and hydrogen molecules generated in the cathode chamber. Furthermore, water electrolysis is carried out using alkaline water with a high concentration of about 30%, at 80 to 100°C, and in some cases under a pressure of 1 MPa, so it must also have high temperature resistance, alkali resistance, and mechanical strength.
水の電気分解に使用される隔膜としては、これまでに種々知られている。例えば、特許文献1には、高分子樹脂と無機粒子を含む高分子多孔膜を有し、上記高分子多孔膜の気孔率、表面の平均孔径、及びこの平均孔径に対する無機粒子のモード粒径の比を特定範囲に制御したアルカリ水電解用隔膜が開示されている。 Various diaphragms used in water electrolysis have been known to date. For example, Patent Document 1 discloses a diaphragm for alkaline water electrolysis that has a polymer porous membrane containing a polymer resin and inorganic particles, and in which the porosity of the polymer porous membrane, the average pore size on the surface, and the ratio of the mode particle size of the inorganic particles to the average pore size are controlled within specific ranges.
ところで、水の電気分解において、各電極で発生したガスの気泡が電極表面に滞留すると、電極の活性面積が減少して、セル電圧が増加し、電解効率が低下するという問題がある。そのため、電極の設計において、発生したガスの気泡が電極表面に滞留しにくいものが種々検討されている。
また近年、水電解装置において、電解効率が良好な構造として、電極間の距離を小さくするために隔膜と電極が接したセル構造である、ゼロギャップ構造が知られている。ゼロギャップ構造では、電極や隔膜の表面に気泡がより一層滞留しやすくなり、隔膜由来による電解効率の低下がより顕著となる。
However, in the electrolysis of water, if gas bubbles generated at each electrode remain on the electrode surface, the active area of the electrode is reduced, the cell voltage increases, and the electrolysis efficiency decreases. Therefore, various electrode designs that make it difficult for gas bubbles generated to remain on the electrode surface have been investigated.
In recent years, a zero-gap structure, which is a cell structure in which a diaphragm and an electrode are in contact with each other to reduce the distance between the electrodes, has been known as a structure with good electrolysis efficiency in water electrolysis devices. In the zero-gap structure, air bubbles are more likely to remain on the surfaces of the electrodes and the diaphragm, and the decrease in electrolysis efficiency due to the diaphragm becomes more noticeable.
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、気泡の滞留を良好に抑制し、ゼロギャップ構造の電解装置に用いられても高い電解効率を達成することができるアルカリ水電解用隔膜を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned current situation, and aims to provide a diaphragm for alkaline water electrolysis that effectively suppresses the retention of air bubbles and achieves high electrolysis efficiency even when used in an electrolysis device with a zero-gap structure.
本発明者は、アルカリ水電解用隔膜の表面に気泡が滞留する原因について種々検討し、隔膜表面の凹凸が、隔膜表面に気泡が滞留しやすくなる原因となることを見いだした。そして本発明者は、隔膜の一方又は両方の隔膜表面の陥没部位の平均面積と、上記陥没部位の面積割合を所定の範囲とすることで、気泡の滞留が格段に抑制され、ゼロギャップ構造の水電解装置に用いられた場合であっても高い電解効率を達成できるアルカリ水電解用隔膜となることを見いだし、本発明を完成するに至った。 The inventors have conducted various investigations into the causes of air bubbles remaining on the surface of a diaphragm for alkaline water electrolysis and have found that unevenness on the surface of the diaphragm makes it easier for air bubbles to remain on the surface of the diaphragm. The inventors have then found that by setting the average area of the depressed portions on one or both surfaces of the diaphragm and the area ratio of the depressed portions within a predetermined range, air bubble retention is significantly suppressed, resulting in a diaphragm for alkaline water electrolysis that can achieve high electrolysis efficiency even when used in a water electrolysis device with a zero gap structure, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、少なくとも一方の隔膜表面において、陥没部位の平均面積が7μm2以下であり、かつ、上記隔膜表面における陥没部位の面積割合が20%以下であることを特徴とするアルカリ水電解用隔膜である。 That is, the present invention relates to a diaphragm for alkaline water electrolysis, characterized in that, on at least one diaphragm surface, the average area of the depressed portions is 7 µm2 or less, and the area ratio of the depressed portions to the diaphragm surface is 20% or less.
上記アルカリ水電解用隔膜は、隔膜表面の算術平均粗さRaが0.8μm以下であることが好ましい。 The diaphragm for alkaline water electrolysis preferably has an arithmetic mean roughness Ra of the diaphragm surface of 0.8 μm or less.
上記アルカリ水電解用隔膜は、有機高分子樹脂、及び、無機粒子を含むことが好ましい。 The diaphragm for alkaline water electrolysis preferably contains an organic polymer resin and inorganic particles.
上記無機粒子は、金属水酸化物粒子、及び/又は、金属酸化物粒子であることが好ましい。 The inorganic particles are preferably metal hydroxide particles and/or metal oxide particles.
上記有機高分子樹脂は、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る少なくとも一種の樹脂であることが好ましい。 The organic polymer resin is preferably at least one resin selected from the group consisting of polysulfone, polyethersulfone, and polyphenylsulfone.
本発明はまた、上述のアルカリ水電解用隔膜を製造する方法であって、上記製造方法は、有機高分子樹脂、無機粒子、及び、溶媒を含む分散溶液を調製する工程(1)、上記分散溶液を用いて塗膜を形成する工程(2)、上記塗膜を、上記有機高分子樹脂に対する非溶媒に接触させて塗膜を凝固させる工程(3)、ならびに、上記凝固した塗膜を乾燥させて多孔膜を得る工程(4)を含み、上記工程(3)において、上記塗膜の非溶媒との接触速度が0.3m/分以上であることを特徴とするアルカリ水電解用隔膜の製造方法である。 The present invention also relates to a method for producing the above-mentioned diaphragm for alkaline water electrolysis, the method comprising the steps of: (1) preparing a dispersion solution containing an organic polymer resin, inorganic particles, and a solvent; (2) forming a coating film using the dispersion solution; (3) contacting the coating film with a non-solvent for the organic polymer resin to solidify the coating film; and (4) drying the solidified coating film to obtain a porous membrane, wherein in the step (3), the contact speed of the coating film with the non-solvent is 0.3 m/min or more.
上記アルカリ水電解用隔膜の製造方法において、上記工程(3)は、絶対湿度20g/m3以下の条件下で行われることが好ましい。 In the method for producing a diaphragm for alkaline water electrolysis, the step (3) is preferably performed under conditions of an absolute humidity of 20 g/ m3 or less.
上記アルカリ水電解用隔膜の製造方法において、上記工程(2)は、絶対湿度20g/m3以下の条件下で行われることが好ましい。 In the method for producing a diaphragm for alkaline water electrolysis, the step (2) is preferably performed under conditions of an absolute humidity of 20 g/ m3 or less.
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、水の電気分解で発生する酸素ガスや水素ガスの気泡の滞留が良好に抑制される。本発明のアルカリ水電解用隔膜を用いれば、水の電気分解を極めて効率良く行うことができ、高効率の水電解装置を提供することができる。 The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention effectively prevents retention of bubbles of oxygen gas and hydrogen gas generated during water electrolysis. By using the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention, water electrolysis can be performed extremely efficiently, and a highly efficient water electrolysis device can be provided.
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.
In addition, a combination of two or more of the individual preferred embodiments of the present invention described below is also a preferred embodiment of the present 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、少なくとも一方の隔膜表面において、陥没部位の平均面積が7μm2以下であり、かつ、上記隔膜表面における陥没部位の面積割合が20%以下であることを特徴とする。本発明のアルカリ水電解用隔膜は、少なくとも一方の隔膜表面の状態を特定範囲とすることにより、電解時に発生する酸素ガス及び水素ガスの気泡の隔膜での滞留が良好に抑制されるため、上記隔膜を用いた電解装置の電解効率を高めることができる。本発明のアルカリ水電解用隔膜が気泡の滞留抑制に優れるのは、本発明のアルカリ水電解用隔膜の表面状態を上記の特定範囲にすることで、隔膜表面は比較的平滑になり、アルカリ水電解で発生する気泡サイズが滞留する空間が少なくなるため、酸素ガスや水素ガスの気泡の滞留抑制が良好になると考えられる。
1. Diaphragm for alkaline water electrolysis The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is characterized in that on at least one of the diaphragm surfaces, the average area of the depressed portions is 7 µm2 or less and the area ratio of the depressed portions on the diaphragm surface is 20% or less. By setting the state of at least one of the diaphragm surfaces within a specific range, the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention can effectively suppress retention of oxygen gas and hydrogen gas bubbles generated during electrolysis in the diaphragm, thereby improving the electrolysis efficiency of an electrolysis device using the diaphragm. It is believed that the reason why the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is excellent in suppressing retention of bubbles is that by setting the surface state of the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention within the above specific range, the diaphragm surface becomes relatively smooth and there is less space for the retention of bubbles generated during alkaline water electrolysis, thereby effectively suppressing retention of oxygen gas and hydrogen gas bubbles.
本発明において、隔膜表面における「陥没部位」とは、以下の部位をいう。すなわち、本発明のアルカリ水電解用隔膜の一方の表面(第1の表面)又は両方の表面(第1の表面及び第2の表面)を、VK9700(キーエンス社製)等のレーザー顕微鏡を用いて観察した場合に、隔膜表面をXY平面とした場合のZ方向高さデータの最小2乗法によって求まる平面を基準面とし、上記基準面に対し、Z方向高さが-1.5μm以下となる部位を「陥没部位A」とする。
また、上記基準面に対して隆起部位がある場合、Z方向高さが+1.5μm以上の隆起部位に囲まれて形成される窪み部分は電極と接した場合、上記基準面との空間を有することから、当該窪み部分もまた、陥没部位と見なすことができ、これを「陥没部位B」とする。本発明における「陥没部位」は、上記「陥没部位A」と「陥没部位B」の両方を含む。
上記基準面は、レーザー顕微鏡の観察視野における計測解析より決定することができる。具体的には、レーザー顕微鏡VK9700(キーエンス社製)の対物150倍にて取得した観察像について、解析ソフトVK Analyzer VK-H1A1(キーエンス社製)を用いて、15000μm2を計測領域として指定し、最小2乗法の解析を実行することで求められる。
In the present invention, the "depressed portion" on the diaphragm surface refers to the following portion: When one surface (first surface) or both surfaces (first surface and second surface) of the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention are observed using a laser microscope such as VK9700 (manufactured by Keyence Corporation), a plane obtained by subjecting the diaphragm surface to a least squares method of Z-direction height data when the diaphragm surface is defined as an XY plane is used as a reference plane, and a portion whose Z-direction height is −1.5 μm or less with respect to the reference plane is defined as a "depressed portion A."
Furthermore, if there is a protruding portion relative to the reference surface, a recessed portion surrounded by protruding portions with a Z-direction height of +1.5 μm or more has a space with respect to the reference surface when in contact with an electrode, and therefore the recessed portion can also be considered as a depressed portion, which is referred to as "depressed portion B." The "depressed portion" in this invention includes both the above-mentioned "depressed portion A" and "depressed portion B."
The reference plane can be determined by measurement analysis in the observation field of a laser microscope. Specifically, the observation image obtained with a laser microscope VK9700 (manufactured by Keyence Corporation) at 150x objective magnification is analyzed by specifying 15,000 μm 2 as the measurement area using analysis software VK Analyzer VK-H1A1 (manufactured by Keyence Corporation) and performing least squares analysis.
上記陥没部位の形状としては、特に制限されず、任意の凹形状であってよく、例えば、(略)半球、(略)多角錐、(略)円錐、(略)楕円錐、又は、それらを組み合わせた形状や、不定形状等が挙げられる。また、上記陥没部位の開口部位の形状も、特に制限されず、多角形、円、楕円、及びそれらの変形や、不定形であってよい。また、上記陥没部位の底面が曲面状になっていてもよい。 The shape of the recessed portion is not particularly limited and may be any concave shape, such as a (substantially) hemisphere, (substantially) polygonal pyramid, (substantially) cone, (substantially) elliptical cone, or a combination of these shapes, or an indefinite shape. The shape of the opening of the recessed portion is also not particularly limited and may be a polygon, circle, ellipse, or a modified version of these, or an indefinite shape. The bottom surface of the recessed portion may be curved.
上記陥没部位の平均面積は、7μm2以下である。上記陥没部位には、上述した「陥没部位A」と「陥没部位B」が含まれる。そのため、「上記陥没部位の平均面積は、7μm2以下である。」とは、「陥没部位A」と「陥没部位B」の平均面積がいずれも7μm2以下であることを意味する。
上記陥没部位の平均面積は、気泡の滞留をより一層抑制することができる点で、5μm2以下であることが好ましく、4μm2以下であることが更に好ましい。
上記陥没部位の平均面積は、レーザー顕微鏡(例えば、VK9700、キーエンス社製)によって得られた観察像(対物150倍)を、解析ソフト(例えば、VK Analyzer VK-H1A1、キーエンス社製)を用いて画像解析することにより求めることができ、具体的には、実施例に記載の方法で測定して求めることができる。
The average area of the depressed portions is 7 μm2 or less. The depressed portions include the above-mentioned "depressed portion A" and "depressed portion B." Therefore, "the average area of the depressed portions is 7 μm2 or less" means that the average areas of "depressed portion A" and "depressed portion B" are both 7 μm2 or less.
The average area of the above-mentioned depressed portions is preferably 5 μm 2 or less, and more preferably 4 μm 2 or less, in order to further suppress the retention of air bubbles.
The average area of the depressed portions can be determined by image analysis of an observation image (150x objective) obtained by a laser microscope (e.g., VK9700, manufactured by Keyence Corporation) using analysis software (e.g., VK Analyzer VK-H1A1, manufactured by Keyence Corporation); specifically, the average area can be determined by measurement using the method described in the Examples.
本発明のアルカリ水電解用隔膜においては、更に、上記隔膜表面における陥没部位の面積割合が20%以下である。本発明のアルカリ水電解用隔膜の隔膜表面において、上記陥没部位の平均面積が上述の範囲であり、かつ、上記陥没部位の面積割合が上述の範囲であると、隔膜の表面が平滑となり、電解において発生する気泡の滞留が格段に抑制された隔膜とすることができる。
上述のとおり、上記陥没部位には、「陥没部位A」と「陥没部位B」が含まれる。従って、上記陥没部位の面積割合とは、陥没部位Aの面積割合と陥没部位Bの面積割合の合計となる。
上記陥没部位の面積割合は、15%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましく、5%以下であることが更に好ましい。
上記陥没部位の面積割合は、レーザー顕微鏡(例えば、VK9700、キーエンス社製)によって得られた観察像(対物150倍)を、解析ソフト(例えば、VK Analyzer VK-H1A1、キーエンス社製)を用いて画像解析することにより、隔膜表面の観察視野全体の面積に対する、上記観察視野に存在する陥没部位(A及びB)の合計面積の割合(%)を算出して求めることができ、具体的には、実施例に記載の方法で測定して求めることができる。
In the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention, the area ratio of the depressed portions on the diaphragm surface is further 20% or less. When the average area of the depressed portions on the diaphragm surface of the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is within the above-mentioned range and the area ratio of the depressed portions is within the above-mentioned range, the diaphragm surface becomes smooth and the diaphragm can be provided in which retention of gas bubbles generated during electrolysis is significantly suppressed.
As described above, the depressed portions include “depressed portion A” and “depressed portion B.” Therefore, the area ratio of the depressed portions is the sum of the area ratio of depressed portion A and the area ratio of depressed portion B.
The area ratio of the depressed portions is preferably 15% or less, more preferably 10% or less, and even more preferably 5% or less.
The area ratio of the depressed portions can be determined by calculating the ratio (%) of the total area of the depressed portions (A and B) present in the observation field to the entire area of the observation field of the diaphragm surface by image analysis of an observation image (150x objective) obtained by a laser microscope (e.g., VK9700, manufactured by Keyence Corporation) using analysis software (e.g., VK Analyzer VK-H1A1, manufactured by Keyence Corporation); specifically, the area ratio can be determined by measurement using the method described in the Examples.
上記アルカリ水電解用隔膜は、隔膜表面の算術平均粗さRaが0.8μm以下であることが好ましい。上記算術平均粗さRaが0.8μm以下であると、気泡の滞留を一層抑制することができる。上記算術平均粗さRaは、気泡の滞留をより一層抑制できる点で、0.6μm以下であることがより好ましく、0.5μm以下であることが更に好ましい。隔膜表面の算術平均粗さRaの下限値は、特に制限されないが、0.01μm以上であることが好ましく、0.05μm以上であることがより好ましく、0.08μm以上であることが更に好ましい。
上記隔膜表面の算術平均粗さRaは、JIS B0601:2001に準拠した方法で、レーザー顕微鏡等を用いて測定して求めることができる値であり、具体的には、後述する実施例に記載の方法で測定して求めることができる。
The diaphragm for alkaline water electrolysis preferably has an arithmetic mean roughness Ra of the diaphragm surface of 0.8 µm or less. When the arithmetic mean roughness Ra is 0.8 µm or less, retention of gas bubbles can be further suppressed. In terms of further suppressing retention of gas bubbles, the arithmetic mean roughness Ra is more preferably 0.6 µm or less, and even more preferably 0.5 µm or less. There is no particular limitation on the lower limit of the arithmetic mean roughness Ra of the diaphragm surface, but it is preferably 0.01 µm or more, more preferably 0.05 µm or more, and even more preferably 0.08 µm or more.
The arithmetic mean roughness Ra of the diaphragm surface is a value that can be determined by measurement using a laser microscope or the like in accordance with JIS B0601:2001, and specifically, can be determined by the method described in the examples below.
上記アルカリ水電解用隔膜は、有機高分子樹脂、及び、無機粒子を含む。上記アルカリ水電解用隔膜は、有機高分子樹脂、及び、無機粒子を含む多孔膜を有することが好ましい。多孔膜を有することにより、イオン透過性が発揮される。 The diaphragm for alkaline water electrolysis contains an organic polymer resin and inorganic particles. The diaphragm for alkaline water electrolysis preferably has a porous membrane containing an organic polymer resin and inorganic particles. The presence of a porous membrane provides ion permeability.
(有機高分子樹脂)
上記有機高分子樹脂としては、アルカリ水電解用隔膜に通常使用される有機高分子樹脂であれば特に制限されず、例えば、フッ素系樹脂、オレフィン系樹脂、芳香族炭化水素系樹脂等が挙げられる。上記有機高分子樹脂は、1種のみであってもよいし、2種以上を組み合わせたものであってもよい。なかでも、上記有機高分子樹脂は、耐熱性や耐アルカリ性に優れる点で、芳香族炭化水素系樹脂を含むことが好ましい。
(Organic polymer resin)
The organic polymer resin is not particularly limited as long as it is an organic polymer resin that is typically used in a diaphragm for alkaline water electrolysis, and examples thereof include fluorine-based resins, olefin-based resins, aromatic hydrocarbon-based resins, etc. The organic polymer resin may be one type alone or a combination of two or more types. In particular, the organic polymer resin preferably includes an aromatic hydrocarbon-based resin in terms of excellent heat resistance and alkali resistance.
上記フッ素系樹脂としては、例えば、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン-フッ化ビニリデン共重合体等が挙げられる。 Examples of the fluorine-based resin include ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, polychlorotrifluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-vinylidene fluoride copolymer, etc.
上記オレフィン系樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン等が挙げられる。 Examples of the olefin resin include polyethylene, polypropylene, polybutene, polymethylpentene, etc.
上記芳香族炭化水素系樹脂としては、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、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、耐アルカリ性に優れる点で、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る少なくとも1種が好ましく、隔膜を容易に製造することができる点で、ポリスルホンがより好ましい。 Examples of the aromatic hydrocarbon resin include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polybutylene naphthalate, polystyrene, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyphenylsulfone, polyarylate, polyetherimide, polyimide, polyamideimide, and the like. Among these, at least one selected from the group consisting of polysulfone, polyethersulfone, and polyphenylsulfone is preferred in terms of excellent alkali resistance, and polysulfone is more preferred in terms of ease of producing a diaphragm.
上記有機高分子樹脂の含有量は、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い。上記有機高分子樹脂の含有量が上述の範囲であると、アルカリ溶液中での隔膜からの無機成分の溶出が抑制できる。上記有機高分子樹脂の含有量は、アルカリ水電解用隔膜100質量%中7質量%以上であることがより好ましく、10質量%以上であることが更に好ましく、35質量%以下であることがより好ましく、30質量%以下であることが更に好ましい。 The content of the organic polymer resin is preferably 5 to 40 mass% relative to 100 mass% of the diaphragm for alkaline water electrolysis. When the content of the organic polymer resin is within the above range, elution of inorganic components from the diaphragm in an alkaline solution can be suppressed. The content of the organic polymer resin is more preferably 7 mass% or more relative to 10 mass% of the diaphragm for alkaline water electrolysis, more preferably 10 mass% or more, more preferably 35 mass% or less, and even more preferably 30 mass% or less.
(無機粒子)
上記アルカリ水電解用隔膜が無機粒子を含むことにより、隔膜が親水化され、酸素ガスや水素ガスの気泡の隔膜表面への付着を抑制することができる。
上記無機粒子としては、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、タンタル等の金属水酸化物又は金属酸化物;カルシウム、バリウム、鉛、ストロンチウム等の硫酸塩;チタン、ジルコニウム、ハフニウム等の窒化物;チタン、ジルコニウム、ハフニウム等の炭化物等が挙げられる。上記無機粒子は、1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでもよい。
なかでも、隔膜を親水化させることで、イオン透過性に優れ、ガスの付着を抑制することができる点で、金属水酸化物又は金属酸化物が好ましく、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、酸化チタンがより好ましく、水酸化マグネシウム、水酸化ジルコニウム、水酸化チタン、酸化チタンが更に好ましく、水酸化マグネシウム、水酸化ジルコニウム、水酸化チタンがより更に好ましく、水酸化マグネシウムが特に好ましい。
(Inorganic particles)
The diaphragm for alkaline water electrolysis contains inorganic particles, which makes the diaphragm hydrophilic and can suppress adhesion of oxygen gas or hydrogen gas bubbles to the diaphragm surface.
Examples of the inorganic particles include metal hydroxides or oxides such as magnesium, zirconium, titanium, zinc, aluminum, and tantalum, sulfates such as calcium, barium, lead, and strontium, nitrides such as titanium, zirconium, and hafnium, and carbides such as titanium, zirconium, and hafnium. The inorganic particles may contain only one type, or two or more types.
Among these, in that the diaphragm can be hydrophilized to provide excellent ion permeability and suppress gas adhesion, metal hydroxides or metal oxides are preferred, magnesium hydroxide, zirconium hydroxide, titanium hydroxide, zirconium oxide and titanium oxide are more preferred, magnesium hydroxide, zirconium hydroxide, titanium hydroxide and titanium oxide are even more preferred, magnesium hydroxide, zirconium hydroxide and titanium hydroxide are even more preferred, and magnesium hydroxide is particularly preferred.
上記無機粒子は、表面が未処理のものであっても、表面処理されたものであってもよい。上記表面処理としては、シランカップリング剤、ステアリン酸、オレイン酸、リン酸エステル等を用いた公知の表面処理が挙げられる。 The inorganic particles may be surface-untreated or surface-treated. Examples of the surface treatment include known surface treatments using silane coupling agents, stearic acid, oleic acid, phosphoric acid esters, etc.
上記無機粒子の形状は、特に制限されず、不定形状、粒状、顆粒状、薄片状、六角板状、板状、繊維状等のいずれの形状であってもよい。なかでも、樹脂との密着性が優れる点で、上記無機粒子の形状は、粒状、薄片状、板状であることが好ましく、板状、薄片状であることがより好ましく、薄片状であることが更に好ましい。 The shape of the inorganic particles is not particularly limited, and may be any shape such as irregular, granular, flaky, hexagonal plate, plate, fiber, etc. Among these, in terms of excellent adhesion to the resin, the shape of the inorganic particles is preferably granular, flaky, or plate-like, more preferably plate-like or flaky, and even more preferably flaky.
上記無機粒子は、親水性の表面積を増加させ、隔膜中の電解液の浸透パスを効率よく形成できる点で、平均粒子径が0.05μm以上であることが好ましく、2.0μm以下であることが好ましい。上記無機粒子の平均粒子径は、0.1μm以上であることがより好ましく、0.2μm以上であることが更に好ましく、1.5μm以下であることがより好ましく、1.0μm以下であることが更に好ましい。
上記平均粒子径は、レーザー回折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。具体的には、平均粒子径はレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製「型番LA-920」)を用いて粒度分布を測定し、体積基準の粒度分布におけるメジアン径(D50)を平均粒子径とする。なお、粒子をエタノールに混合し超音波照射して分散させたものを測定試料とする。
The inorganic particles preferably have an average particle size of 0.05 μm or more and 2.0 μm or less, from the viewpoint of increasing the hydrophilic surface area and efficiently forming a permeation path for the electrolyte in the diaphragm, and more preferably have an average particle size of 0.1 μm or more and even more preferably have an average particle size of 0.2 μm or more, more preferably have an average particle size of 1.5 μm or less and even more preferably have an average particle size of 1.0 μm or less.
The above average particle size is the volume average particle size (D50) obtained by particle size distribution measurement by laser diffraction method. Specifically, the average particle size is measured by using a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device (manufactured by Horiba, Ltd., Model No. LA-920), and the median diameter (D50) in the volume-based particle size distribution is taken as the average particle size. Note that the particles are mixed in ethanol and dispersed by ultrasonic irradiation to prepare a measurement sample.
上記無機粒子の中でも、耐アルカリ性、耐久性に特に優れ、比較的安価でアルカリ水電解用隔膜を得ることができる点で、水酸化マグネシウムが好ましい。以下に、本発明における好ましい水酸化マグネシウムの形態について説明する。 Among the above inorganic particles, magnesium hydroxide is preferred because it has particularly excellent alkali resistance and durability, and can provide a diaphragm for alkaline water electrolysis at a relatively low cost. The preferred form of magnesium hydroxide in the present invention is described below.
本発明において使用する水酸化マグネシウムは、アスペクト比が2.0~8.0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、2.5~7.0であることがより好ましく、3.0~6.0であることが更に好ましい。
上記アスペクト比とは、最長径(a)と最短径(b)との比[(a)/(b)]を意味し、水酸化マグネシウムの粒子を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。通常、最長径(a)の中点を通って最長径と直交する径のうちの最も短い径を最短径(b)とすることが好ましい。
上記最長径(a)としては、例えば、粒子の形状が薄片状や六角板状等の板状の場合、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。
上記最短径(b)としては、例えば、粒子の形状が薄片状や六角板状等の板状の場合は、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ことが好ましい。
The magnesium hydroxide used in the present invention preferably has an aspect ratio of 2.0 to 8.0. When the aspect ratio is within the above range, a diaphragm having even more excellent ion permeability and excellent uniformity can be obtained. The aspect ratio is more preferably 2.5 to 7.0, and further preferably 3.0 to 6.0.
The aspect ratio means the ratio [(a)/(b)] of the longest diameter (a) to the shortest diameter (b), and can be obtained by observing magnesium hydroxide particles with a SEM, measuring the ratio [(a)/(b)] of the longest diameter (a) to the shortest diameter (b) of each particle for any 10 particles in the obtained image using analysis software or the like, and calculating the simple average value of these ratios as the aspect ratio of the particle. Usually, it is preferable to use the shortest diameter (b) as the shortest diameter among the diameters that pass through the midpoint of the longest diameter (a) and are perpendicular to the longest diameter.
As the above-mentioned longest diameter (a), for example, when the particle has a plate-like shape such as a flaky or hexagonal plate-like shape, the longest diameter of the plate surface of the particle is used, and when the particle has a fibrous shape, the length of the fiber is used.
As the shortest diameter (b), for example, when the particle shape is a plate shape such as a flaky or hexagonal plate shape, the thickness of the particle is used, and when the particle shape is a fiber shape, the thickness of the fiber is used. As the thickness of the particle and the thickness of the fiber, it is preferable to use the thickness and thickness at the midpoint of the longest diameter a, respectively.
上記水酸化マグネシウムは、X線回折により測定される(110)面に垂直な方向の結晶子径が35nm以上であることが好ましい。上記(110)面に垂直な方向の結晶子径が上述の範囲であると、隔膜のイオン透過性や隔膜の均一性がより一層優れる。
上記(110)面に垂直な方向の結晶子径は、40nm以上であることが好ましく、50nm以上であることがより好ましく、60nm以上であることが更に好ましく、65nm以上であることが特に好ましい。
上記(110)面に垂直な方向の結晶子径は、その上限値は特に限定されないが、通常は例えば400nm以下であり、好ましくは350nm以下、更に好ましくは300nm以下である。
The magnesium hydroxide preferably has a crystallite diameter of 35 nm or more in a direction perpendicular to the (110) plane as measured by X-ray diffraction. When the crystallite diameter in the direction perpendicular to the (110) plane is in the above-mentioned range, the ion permeability and uniformity of the diaphragm are further improved.
The crystallite size in the direction perpendicular to the (110) plane is preferably 40 nm or more, more preferably 50 nm or more, further preferably 60 nm or more, and particularly preferably 65 nm or more.
The upper limit of the crystallite size in the direction perpendicular to the (110) plane is not particularly limited, but is usually, for example, 400 nm or less, preferably 350 nm or less, and more preferably 300 nm or less.
上記水酸化マグネシウムは、X線回折により測定される(001)面に垂直な方向の結晶子径が15nm以上であることが好ましい。
上記(001)面に垂直な方向の結晶子径は、18nm以上であることがより好ましく、21nm以上であることが更に好ましく、24nm以上であることが特に好ましい。
上記(001)面に垂直な方向の結晶子径は、その上限値は特に限定されないが、通常は例えば300nm以下であり、好ましくは250nm以下、更に好ましくは200nm以下である。
The magnesium hydroxide preferably has a crystallite size of 15 nm or more in a direction perpendicular to the (001) plane as measured by X-ray diffraction.
The crystallite size in the direction perpendicular to the (001) plane is more preferably 18 nm or more, further preferably 21 nm or more, and particularly preferably 24 nm or more.
The upper limit of the crystallite size in the direction perpendicular to the (001) plane is not particularly limited, but is usually, for example, 300 nm or less, preferably 250 nm or less, and more preferably 200 nm or less.
上記結晶子径は、粉末X線回折法により水酸化マグネシウム粒子のX線回折パターンを測定し、対象の格子面に帰属される回折線の広がり(半値幅)から、Scherrerの式を用いて結晶子径(上記格子面に垂直方向の結晶子径)を算出して求めることができる。 The above crystallite size can be determined by measuring the X-ray diffraction pattern of magnesium hydroxide particles using powder X-ray diffraction method, and calculating the crystallite size (crystallite size perpendicular to the above lattice plane) using Scherrer's formula from the spread (half-width) of the diffraction line assigned to the target lattice plane.
上述した特定の結晶子径範囲の水酸化マグネシウムを得るための方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。
マグネシウム塩(塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム等)の水溶液、又は、従来公知の方法で得られた酸化マグネシウムの水分散液を原料とし、アルカリ性物質(水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、アンモニア水等)の添加により、水和反応を行うことで水酸化マグネシウムを調製する。この際に、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等の有機酸、硝酸、硫酸等の多塩基酸、又は、これらの混合物の添加により、生成した水酸化マグネシウムの溶解度を調整したり、水熱反応の温度(例えば150℃から270℃)や時間(例えば30分~10時間)を適宜調整したりすることにより、結晶子径の異なる粒子を調製できる。酸の添加量が多い方が結晶成長は進み、結晶子径が大きくなる。また、水熱反応の温度は高い方が、時間は長い方が、結晶成長が進み、結晶子径は大きくなる。
As a method for obtaining magnesium hydroxide having the above-mentioned specific crystallite size range, for example, the following method can be mentioned.
Magnesium hydroxide is prepared by hydration reaction using an aqueous solution of magnesium salt (magnesium chloride, magnesium nitrate, etc.) or an aqueous dispersion of magnesium oxide obtained by a conventional method as a raw material and adding an alkaline substance (lithium hydroxide, sodium hydroxide, calcium hydroxide, ammonia water, etc.). At this time, by adding an organic acid such as formic acid, acetic acid, propionic acid, etc., a polybasic acid such as nitric acid, sulfuric acid, or a mixture thereof, the solubility of the generated magnesium hydroxide can be adjusted, or by appropriately adjusting the temperature (e.g., 150°C to 270°C) and time (e.g., 30 minutes to 10 hours) of the hydrothermal reaction, particles with different crystallite sizes can be prepared. The more the amount of acid added, the more the crystal growth advances and the larger the crystallite size. Also, the higher the temperature of the hydrothermal reaction and the longer the time, the more the crystal growth advances and the larger the crystallite size.
本発明においては、水酸化マグネシウムとして、一般的な市販品を使用することもできる。本発明において使用することができる水酸化マグネシウムの市販品としては、例えば、協和化学工業社製の200-06H、宇部マテリアル社製UP650-1、タテホ化学工業社製MAGSTAR♯20、神島化学工業社製♯200等が挙げられる。 In the present invention, general commercially available magnesium hydroxide can also be used. Examples of commercially available magnesium hydroxide that can be used in the present invention include 200-06H manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., UP650-1 manufactured by Ube Materials Co., Ltd., MAGSTAR #20 manufactured by Tateho Chemical Industry Co., Ltd., and #200 manufactured by Konoshima Chemical Co., Ltd.
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30~90質量%であることが好ましい。上記無機粒子の含有量が上述の範囲であると、上記アルカリ水電解用隔膜は、イオン透過性に優れたものとなる。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35質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることが更に好ましく、85質量%以下であることがより好ましく、80質量%以下であることが更に好ましい。 The content of the inorganic particles is preferably 30 to 90 mass% relative to 100 mass% of the diaphragm for alkaline water electrolysis. When the content of the inorganic particles is within the above range, the diaphragm for alkaline water electrolysis has excellent ion permeability. The content of the inorganic particles is more preferably 35 mass% or more relative to 100 mass% of the diaphragm for alkaline water electrolysis, more preferably 40 mass% or more, more preferably 85 mass% or less, and even more preferably 80 mass% or less.
上記アルカリ水電解用隔膜は、上記無機粒子100質量部に対して、上記有機高分子樹脂を20~60質量部含むことが好ましい。上記無機粒子と有機高分子樹脂の含有割合が上述の範囲であると、上記アルカリ水電解用隔膜は、イオン透過性、ガスバリア性、耐熱性、耐アルカリ性に優れたものとなる。上記アルカリ水電解用隔膜は、上記無機粒子100質量部に対して、上記有機高分子樹脂を22~55質量部含むことがより好ましく、25~50質量部含むことが更に好ましい。 The diaphragm for alkaline water electrolysis preferably contains 20 to 60 parts by mass of the organic polymer resin per 100 parts by mass of the inorganic particles. When the content ratio of the inorganic particles to the organic polymer resin is within the above-mentioned range, the diaphragm for alkaline water electrolysis has excellent ion permeability, gas barrier property, heat resistance, and alkali resistance. The diaphragm for alkaline water electrolysis more preferably contains 22 to 55 parts by mass, and even more preferably contains 25 to 50 parts by mass, of the organic polymer resin per 100 parts by mass of the inorganic particles.
(多孔性支持体)
上記アルカリ水電解用隔膜は、更に、多孔性支持体を含んでいてもよい。上記多孔性支持体は、多孔質であり、イオン透過性を有し、アルカリ水電解用隔膜の支持体となりうる。上記多孔性支持体を更に含むことにより、上記多孔膜の強度が向上し、アルカリ水電解用隔膜の強度を向上させることができ、電解中のイオン透過膜の破損等を抑制することができる。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。
(Porous support)
The diaphragm for alkaline water electrolysis may further comprise a porous support. The porous support is porous and ion permeable, and can serve as a support for the diaphragm for alkaline water electrolysis. The inclusion of the porous support improves the strength of the porous membrane, thereby improving the strength of the diaphragm for alkaline water electrolysis and preventing damage to the ion permeable membrane during 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、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が挙げられる。これらは、1種のみ用いてもよいし、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る少なくとも1種の樹脂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る少なくとも1種の樹脂を含むことがより好ましい。 Examples of the material for the porous support include resins such as polyethylene, polypropylene, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylsulfone, polyphenylene sulfide, polyketone, polyimide, polyetherimide, and fluororesin. These may be used alone or in combination of two or more. Among them, in terms of excellent heat resistance and alkali resistance, it is preferable to include at least one resin selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and polyphenylene sulfide, and it is more preferable to include at least one resin selected from the group consisting of polypropylene and polyphenylene sulfide.
上記多孔性支持体の形態としては、例えば、不織布、織布、メッシュ、多孔質膜、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、不織布、織布、又はメッシュが挙げられ、より好ましくは、不織布、メッシュが挙げられ、更に好ましくは不織布が挙げられる。 The form of the porous support may be, for example, a nonwoven fabric, a woven fabric, a mesh, a porous membrane, or a mixture of a nonwoven fabric and a woven fabric, but is preferably a nonwoven fabric, a woven fabric, or a mesh, more preferably a nonwoven fabric or a mesh, and even more preferably a nonwoven fabric.
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、不織布、織布、又はメッシュが好ましい。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、不織布又はメッシュが好ましい。
上記多孔性支持体は、塗膜との密着性を向上させる点で、ガス処理や繊維油剤等で親水化処理されているものが好ましい。
As the porous support, a nonwoven fabric, a woven fabric, or a mesh containing at least one resin selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and polyphenylene sulfide is preferable.Furthermore, as the porous support, a nonwoven fabric or a mesh containing polyphenylene sulfide is preferable.
The above-mentioned porous support is preferably one which has been subjected to a hydrophilization treatment such as gas treatment or application of an oil to fibers in order to improve adhesion to the coating film.
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、上記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制限されないが、例えば、好ましくは30~300μm、より好ましくは50~250μm、更に好ましくは100~200μm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 can exhibit the effects of the present invention, but is, for example, preferably 30 to 300 μm, more preferably 50 to 250 μm, and even more preferably 100 to 200 μm.
上記アルカリ水電解用隔膜において、上記多孔性支持体の片面又は両面に、上記多孔膜が積層されていてもよいし、上記多孔性支持体と上記多孔膜とが一体化していてもよい。上記一体化とは、上記多孔膜が、上記多孔性支持体の一部又は全部を内在した状態をいう。アルカリ水電解用隔膜の強度と靭性が高くなる点で、上記アルカリ水電解用隔膜は、上記多孔性支持体と上記多孔膜が一体化した複合体であることが好ましい。 In the diaphragm for alkaline water electrolysis, the porous membrane may be laminated on one or both sides of the porous support, or the porous support and the porous membrane may be integrated. The integration refers to a state in which the porous membrane contains a part or the whole of the porous support. In terms of increasing the strength and toughness of the diaphragm for alkaline water electrolysis, the diaphragm for alkaline water electrolysis is preferably a composite in which the porous support and the porous membrane are integrated.
上記アルカリ水電解用隔膜の気孔率は、20~80体積%であることが好ましく、25~75体積%であることがより好ましく、30~70体積%であることが更に好ましい。気孔率が上述の範囲であると、隔膜中の気孔に電解液が連続的に満たされるためイオン透過性に優れ、かつガスバリア性に優れた層とすることができる。
上記気孔率は、アルカリ水電解用隔膜を終夜で電解液に浸漬させ、吸液前後の隔膜の質量によって求めることができる。具体的には、下記の式によって求めることができる。
気孔率(体積%)=(浸漬後の隔膜の質量-浸漬前の隔膜の質量)/電解液の密度/隔膜の体積×100
The porosity of the diaphragm for alkaline water electrolysis is preferably 20 to 80 volume%, more preferably 25 to 75 volume%, and even more preferably 30 to 70 volume%. When the porosity is within the above range, the pores in the diaphragm are continuously filled with the electrolytic solution, thereby providing a layer with excellent ion permeability and excellent gas barrier property.
The porosity can be determined by immersing the diaphragm for alkaline water electrolysis in the electrolytic solution overnight and measuring the mass of the diaphragm before and after absorbing the electrolyte. Specifically, the porosity can be determined by the following formula:
Porosity (volume %)=(mass of diaphragm after immersion−mass of diaphragm before immersion)/density of electrolyte/volume of diaphragm×100
上記アルカリ水電解用隔膜の空孔の大きさは、0.01~1μmであることが好ましく、0.05~0.9μmであることがより好ましく、0.1~0.8μmであることが更に好ましい。空孔の大きさが上述の範囲であると、イオン透過性がより一層優れる。
上記空孔の大きさは、アルカリ水電解用隔膜のFE-SEM測定による表面観察画像(倍率×25000)から測定して求めることができる。具体的には、上記アルカリ水電解用隔膜のFE-SEM画像における任意の空隙10点について、解析ソフト(Image-Pro Premier、日本ローパー社製)を使用して、選択した各空隙の重心を通るような直径を空孔の大きさとして測定し、平均値を算出して求める。
The pore size of the diaphragm for alkaline water electrolysis is preferably 0.01 to 1 μm, more preferably 0.05 to 0.9 μm, and even more preferably 0.1 to 0.8 μm. When the pore size is within the above range, ion permeability is even more excellent.
The pore size can be determined from a surface observation image (magnification × 25,000) of the diaphragm for alkaline water electrolysis by FE-SEM measurement. Specifically, for any ten pores in the FE-SEM image of the diaphragm for alkaline water electrolysis, a diameter passing through the center of gravity of each selected pore is measured using analysis software (Image-Pro Premier, manufactured by Nippon Roper Co., Ltd.) and the pore size is determined by calculating an average value.
上記アルカリ水電解用隔膜の厚さは、電解効率と耐久性が優れる点で、50~1000μmであることが好ましい。上記アルカリ水電解用隔膜の厚さは、100μm以上であることがより好ましく、200μm以上であることが更に好ましく、500μm以下であることがより好ましく、400μm以下であることが更に好ましい。 The thickness of the diaphragm for alkaline water electrolysis is preferably 50 to 1000 μm in terms of excellent electrolysis efficiency and durability. The thickness of the diaphragm for alkaline water electrolysis is more preferably 100 μm or more, even more preferably 200 μm or more, more preferably 500 μm or less, and even more preferably 400 μm or less.
2.アルカリ水電解用隔膜の製造方法
本発明の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。
本発明のアルカリ水電解用隔膜を製造する方法としては、特に制限されず、公知の方法を適用することができるが、上述した表面状態を有する隔膜を効率良く製造することができる点で、非溶媒誘起相分離法が好ましく、具体的には、下記の工程(1)~(4)を含む製造方法が好ましい。
(1)有機高分子樹脂、無機粒子、及び、溶媒を含む分散溶液を調製する工程
(2)上記分散溶液を用いて塗膜を形成する工程
(3)上記塗膜を、上記有機高分子樹脂に対する非溶媒に接触させて上記塗膜を凝固させる工程
(4)上記凝固した塗膜を乾燥させて多孔膜を得る工程
2. Method for producing the diaphragm for alkaline water electrolysis A method for producing the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention will be described.
The method for producing the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is not particularly limited and any known method can be applied. However, the non-solvent induced phase separation method is preferred in that a diaphragm having the above-described surface state can be efficiently produced. Specifically, a production method including the following steps (1) to (4) is preferred:
(1) A step of preparing a dispersion solution containing an organic polymer resin, inorganic particles, and a solvent; (2) A step of forming a coating film using the dispersion solution; (3) A step of contacting the coating film with a non-solvent for the organic polymer resin to solidify the coating film; (4) A step of drying the solidified coating film to obtain a porous film.
上記製造方法の工程(3)においては、上記塗膜の上記非溶媒との接触速度が0.3m/分以上であることが好ましい。上記塗膜の上記非溶媒との接触速度が上述の範囲であると、上述した表面状態を有する隔膜を容易に製造することができる。このような、上記工程(1)~(4)を含み、上記工程(3)において、上記塗膜の上記非溶媒との接触速度が0.3m/分以上であることを特徴とするアルカリ水電解用隔膜の製造方法もまた、本発明の一つである。
本発明のアルカリ水電解用隔膜の製造方法の各工程について、以下に説明する。
In step (3) of the production method, the contact speed of the coating with the non-solvent is preferably 0.3 m/min or more. When the contact speed of the coating with the non-solvent is within the above-mentioned range, a diaphragm having the above-mentioned surface condition can be easily produced. Such a method for producing a diaphragm for alkaline water electrolysis, comprising the above-mentioned steps (1) to (4), and characterized in that in step (3), the contact speed of the coating with the non-solvent is 0.3 m/min or more, also constitutes one aspect of the present invention.
Each step in the method for producing a diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention will be described below.
工程(1)
本発明のアルカリ水電解用隔膜の製造方法は、有機高分子樹脂、無機粒子、及び、溶媒を含む分散溶液を調製する工程(1)を含む。上記分散溶液は、上述した有機高分子樹脂と無機粒子を含む多孔膜を形成するための溶液である。上記有機高分子樹脂、及び、無機粒子は、「1.アルカリ水電解用隔膜」において記載した有機高分子樹脂及び無機粒子とそれぞれ同様のものである。
Process (1)
The method for producing a diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention includes a step (1) of preparing a dispersion solution containing an organic polymer resin, inorganic particles, and a solvent. The dispersion solution is a solution for forming a porous membrane containing the above-mentioned organic polymer resin and inorganic particles. The organic polymer resin and inorganic particles are the same as the organic polymer resin and inorganic particles described in "1. Diaphragm for alkaline water electrolysis", respectively.
上記分散溶液の調製は、特に制限されず、上記有機高分子樹脂と、無機粒子と、溶媒とを混合することにより行うことができる。上記有機高分子樹脂と、無機粒子と、溶媒とを混合する場合、3成分を同時に混合してもよいし、無機粒子を溶媒に分散させた分散液(スラリー)を予め調製し、次いで上記分散液と有機高分子樹脂を混合してもよいし、無機粒子と有機高分子樹脂をそれぞれ溶媒に分散又は溶解させた、分散液(スラリー)又は溶液を予め調製し、次いで当該分散液と溶液を混合してもよい。なかでも、有機高分子樹脂と無機粒子を均一に混合することができ、平滑な表面の隔膜を容易に製造することができる点で、無機粒子と有機高分子樹脂をそれぞれ溶媒に分散又は溶解させた、分散液(スラリー)又は溶液を調製し、次いで当該分散液と溶液を混合して分散溶液を調製する方法が好ましい。 The preparation of the dispersion solution is not particularly limited, and can be performed by mixing the organic polymer resin, inorganic particles, and a solvent. When mixing the organic polymer resin, inorganic particles, and a solvent, the three components may be mixed simultaneously, or a dispersion solution (slurry) in which the inorganic particles are dispersed in a solvent may be prepared in advance, and then the dispersion solution and the organic polymer resin may be mixed. Alternatively, a dispersion solution (slurry) or solution in which the inorganic particles and the organic polymer resin are each dispersed or dissolved in a solvent may be prepared in advance, and then the dispersion solution and the solution may be mixed. Among these, a method in which a dispersion solution is prepared by dispersing or dissolving the inorganic particles and the organic polymer resin in a solvent, respectively, in a uniform manner and easily producing a membrane with a smooth surface, is preferred in that it allows the organic polymer resin and the inorganic particles to be uniformly mixed, and then the dispersion solution is mixed with the solution to prepare the dispersion solution.
上記有機高分子樹脂や無機粒子と混合する溶媒としては、有機高分子樹脂を溶解することができる性質を有するものが好ましく、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等の有機溶媒が挙げられる。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、有機高分子樹脂を溶解しやすい点で、N-メチル-2-ピロリドンが好ましい。上記溶媒は、上述した有機溶媒以外に他の溶媒を含んでいてもよい。 The solvent to be mixed with the organic polymer resin or inorganic particles is preferably one that has the property of being able to dissolve the organic polymer resin, and examples of such solvents include organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone, N,N-dimethylacetamide, N,N-dimethylformamide, and dimethylsulfoxide. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Of these, N-methyl-2-pyrrolidone is preferred because it easily dissolves the organic polymer resin. The solvent may contain other solvents in addition to the organic solvents mentioned above.
上記混合や分散の方法としては、特に制限されず、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、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が挙げられる。 The above-mentioned mixing and dispersion methods are not particularly limited, and include known mixing and dispersion means such as methods using a mixer, ball mill, jet mill, disperser, sand mill, roll mill, pot mill, paint shaker, etc.
上記有機高分子樹脂を溶解した溶液中の有機高分子樹脂の濃度は、混合が容易な点で、好ましくは10~50質量%、より好ましくは15~40質量%、更に好ましくは20~30質量%である。 The concentration of the organic polymer resin in the solution in which the organic polymer resin is dissolved is preferably 10 to 50% by mass, more preferably 15 to 40% by mass, and even more preferably 20 to 30% by mass, in order to facilitate mixing.
上記有機高分子樹脂を含む溶液と無機粒子を含む分散液とは、好ましくは、無機粒子100質量部に対して、有機高分子樹脂が20~60質量部、より好ましくは22~55質量部、更に好ましくは25~50質量部になるように混合することが好ましい。 The solution containing the organic polymer resin and the dispersion containing the inorganic particles are preferably mixed so that the organic polymer resin is present in an amount of 20 to 60 parts by weight, more preferably 22 to 55 parts by weight, and even more preferably 25 to 50 parts by weight per 100 parts by weight of the inorganic particles.
工程(2)
本発明のアルカリ水電解用隔膜の製造方法は、次いで、上記工程(1)で得られた分散溶液を用いて塗膜を形成する工程(2)を含む。
上記塗膜を形成する方法としては、例えば、上記分散溶液を基材上に塗布する方法等が挙げられる。
上記塗布する方法としては、特に制限されず、例えば、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、コーター等を用いる方法等の公知の塗布手段が挙げられる。
Process (2)
The method for producing a diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention subsequently includes a step (2) of forming a coating film using the dispersion solution obtained in the step (1).
Examples of the method for forming the coating film include a method in which the dispersion solution is applied onto a substrate.
The coating method is not particularly limited, and examples thereof include known coating means such as die coating, spin coating, gravure coating, curtain coating, spraying, and methods using an applicator or coater.
上記基材としては、上記分散溶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、特に制限されず、例えば、ポリテトラ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、ポリテトラエチレンテレフタレートのフィルム又はシートが好ましい。 The substrate is not particularly limited as long as it can be coated with the dispersion solution to form a coating film, and examples of the substrate include films or sheets made of resins such as polytetraethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polypropylene, polyethylene, polyvinyl chloride, polyvinyl acetal, polymethyl methacrylate, and polycarbonate, and glass plates. Among these, polytetraethylene terephthalate films or sheets are preferred.
上記アルカリ水電解用隔膜が多孔性支持体を含む場合は、多孔性支持体に上記分散溶液を塗布するとよい。塗布方法としては、上記多孔性支持体に上記分散溶液を直接塗布する方法、上記多孔性支持体を上記分散溶液中に浸漬する方法、上記分散溶液を上記基材上に塗布し、塗布物に多孔性支持体を接触させて、上記分散溶液を多孔性支持体に含浸させる方法等が挙げられる。上記多孔性支持体に上記分散溶液を含浸させることにより、上記多孔膜と多孔性支持体とが一体化した複合体を作製することができる。 When the diaphragm for alkaline water electrolysis includes a porous support, the dispersion solution may be applied to the porous support. Examples of the application method include a method of directly applying the dispersion solution to the porous support, a method of immersing the porous support in the dispersion solution, and a method of applying the dispersion solution to the substrate and contacting the porous support with the applied material to impregnate the porous support with the dispersion solution. By impregnating the porous support with the dispersion solution, a composite in which the porous membrane and the porous support are integrated can be produced.
上記分散溶液の塗布量としては、特に制限されず、得られる隔膜が、上述した効果が発揮できる所望の厚みを有するよう適宜設定すればよい。 The amount of the dispersion solution applied is not particularly limited, and may be appropriately set so that the resulting membrane has the desired thickness that can achieve the above-mentioned effects.
上記塗膜を形成する工程(2)は、絶対湿度20g/m3以下の条件下で行われることが好ましい。上記工程(2)を上述した条件下で行うことで、上述した表面状態を有する隔膜をより効率良く製造することができる。上記工程(2)は、絶対湿度20g/m3以下の条件下で行われることがより好ましく、絶対湿度10g/m3以下の条件下で行われることが更に好ましい。
上記絶対湿度の下限値は、特に制限されず、0g/m3であっても構わないが、経済性に優れる観点から、通常、0.5g/m3以上であることが好ましく、1.0g/m3以上であることがより好ましい。
上記絶対湿度は、塗膜を形成する作業雰囲気温度における相対湿度と飽和水蒸気量を掛けることにより求めることができる。
The step (2) of forming the coating film is preferably carried out under conditions of an absolute humidity of 20 g/ m3 or less. By carrying out the step (2) under the above conditions, a membrane having the above surface condition can be produced more efficiently. The step (2) is more preferably carried out under conditions of an absolute humidity of 20 g/ m3 or less, and even more preferably carried out under conditions of an absolute humidity of 10 g/ m3 or less.
The lower limit of the absolute humidity is not particularly limited and may be 0 g/ m3. From the viewpoint of excellent economic efficiency, however, it is usually preferable that the lower limit is 0.5 g/ m3 or more, and more preferably 1.0 g/ m3 or more.
The above absolute humidity can be determined by multiplying the relative humidity at the working atmosphere temperature for forming the coating film by the amount of saturated water vapor.
工程(3)
本発明のアルカリ水電解用隔膜の製造方法は、上記工程(2)で形成した塗膜を、上記有機高分子樹脂に対する非溶媒に接触させて塗膜を凝固させる工程(3)を含む。
上記塗膜を、上記有機高分子樹脂に対する非溶媒と接触させることにより、上記塗膜中に上記非溶媒が拡散し、上記非溶媒に溶解しない有機高分子樹脂は凝固する。一方で、上記非溶媒に溶解しうる塗膜中の溶媒は、塗膜から溶出する。このような相分離が生じることにより、有機高分子樹脂が凝固し、孔を有する膜(多孔膜)が形成される。
Process (3)
The method for producing a diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention includes a step (3) of contacting the coating film formed in the step (2) with a non-solvent for the organic polymer resin to solidify the coating film.
By contacting the coating with a non-solvent for the organic polymer resin, the non-solvent diffuses into the coating, and the organic polymer resin that is not soluble in the non-solvent solidifies. Meanwhile, the solvent in the coating that is soluble in the non-solvent dissolves from the coating. Due to this phase separation, the organic polymer resin solidifies, and a film having pores (porous film) is formed.
上記塗膜と上記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)等が挙げられる。 Examples of a method for contacting the coating film with the non-solvent include a method in which the coating film is immersed in the non-solvent (coagulation bath).
上記有機高分子樹脂に対する非溶媒としては、上記有機高分子樹脂を実質的に溶解しない性質を有する溶媒が挙げられる。上記有機高分子樹脂を実質的に溶解しないとは、溶媒100gに対し、有機高分子樹脂の溶解度が100mg以下である場合をいう。
上記非溶媒としては、例えば、純水、蒸留水、イオン交換水等の水;メタノール、エタノール、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挙げられ、なかでも経済性と排液処理の観点から水が好ましく、イオン交換水がより好ましい。また上記塗膜を浸漬させる非溶媒中には、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が少量含まれていてもよい。
The non-solvent for the organic polymer resin may be a solvent that does not substantially dissolve the organic polymer resin. The term "not substantially dissolving the organic polymer resin" refers to a case where the solubility of the organic polymer resin in 100 g of the solvent is 100 mg or less.
Examples of the non-solvent include water such as pure water, distilled water, and ion-exchanged water; lower alcohols such as methanol, ethanol, and propyl alcohol; and mixed solvents thereof, among which water is preferred from the viewpoint of economy and wastewater treatment, and ion-exchanged water is more preferred. In addition, the non-solvent in which the coating film is immersed may contain a small amount of the same solvent as the solvent contained in the coating film, in addition to the above-mentioned components.
本発明の製造方法では、上記塗膜を上記非溶媒に接触させる際、上記塗膜と上記非溶媒との接触速度が0.3m/分以上であることが好ましい。接触速度が上述の範囲であると、上述した陥没部位を所定範囲で有する表面を有する隔膜を得ることができる。上記接触速度は、0.5m/分以上であることがより好ましく、0.7m/分以上であることが更に好ましい。上記接触速度の上限は、特に限定されないが、20m/分以下が好ましく、10m/分以下がより好ましい。
上記接触速度は、上記塗膜を搬送するローラーの周速等により設定することができる。
In the production method of the present invention, when the coating film is brought into contact with the non-solvent, the contact speed between the coating film and the non-solvent is preferably 0.3 m/min or more. When the contact speed is in the above-mentioned range, a membrane having a surface with the above-mentioned depressed portions within a predetermined range can be obtained. The contact speed is more preferably 0.5 m/min or more, and even more preferably 0.7 m/min or more. There is no particular upper limit to the contact speed, but it is preferably 20 m/min or less, and more preferably 10 m/min or less.
The contact speed can be set by the peripheral speed of the roller that transports the coating film, or the like.
上記塗膜を上記非溶媒に接触させて塗膜を凝固させる工程(3)のうち、塗膜を上記非溶媒に接触させるまでの雰囲気について、絶対湿度20g/m3以下の条件下で行われることが好ましい。上記工程(3)を上述した条件下で行うことで、上述した表面状態を有する隔膜をより一層容易に製造することができる。上記工程(3)は、15g/m3以下の条件下で行われることがより好ましく、絶対湿度10g/m3以下の条件下で行われることが更に好ましい。上記絶対湿度は、塗膜を形成する作業雰囲気温度における相対湿度と飽和水蒸気量を掛けることにより求めることができる。
上記絶対湿度の下限値は、特に制限されず、0g/m3であっても構わないが、経済性に優れる観点から、通常、0.5g/m3以上であることが好ましく、1.0g/m3以上であることがより好ましい。
In step (3) of contacting the coating film with the non-solvent to solidify the coating film, the atmosphere before contacting the coating film with the non-solvent is preferably carried out under conditions of an absolute humidity of 20 g/ m3 or less. By carrying out step (3) under the above conditions, a membrane having the above surface condition can be produced more easily. Step (3) is more preferably carried out under conditions of 15 g/m3 or less, and even more preferably under conditions of an absolute humidity of 10 g/ m3 or less. The absolute humidity can be calculated by multiplying the relative humidity at the working atmosphere temperature for forming the coating film by the amount of saturated water vapor.
The lower limit of the absolute humidity is not particularly limited and may be 0 g/ m3. From the viewpoint of excellent economic efficiency, however, it is usually preferable that the lower limit is 0.5 g/ m3 or more, and more preferably 1.0 g/ m3 or more.
上記工程(3)の温度条件は、絶対湿度を一定に制御しやすい点で、10~30℃であることが好ましく、15~25℃であることがより好ましく、20~25℃であることが更に好ましい。 The temperature conditions in step (3) above are preferably 10 to 30°C, more preferably 15 to 25°C, and even more preferably 20 to 25°C, in that it is easier to control the absolute humidity constant.
工程(4)
本発明のアルカリ水電解用隔膜の製造方法は、更に、上記工程(3)で凝固した塗膜を乾燥させて多孔膜を得る工程(4)を含む。工程(3)で凝固した塗膜を乾燥させて、上記非溶媒を除去することにより、多孔膜を得ることができる。
乾燥温度としては、60~120℃が好ましく、70~100℃がより好ましい。
乾燥時間としては、2~120分が好ましく、5~60分がより好ましく、10~30分が更に好ましい。
Process (4)
The method for producing a diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention further includes a step (4) of drying the coating film solidified in the step (3) to obtain a porous membrane. The coating film solidified in the step (3) is dried to remove the non-solvent, thereby obtaining a porous membrane.
The drying temperature is preferably from 60 to 120°C, and more preferably from 70 to 100°C.
The drying time is preferably from 2 to 120 minutes, more preferably from 5 to 60 minutes, and even more preferably from 10 to 30 minutes.
上述した工程(1)~(4)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。上記アルカリ水電解用隔膜の製造方法は、上述した工程(1)~(4)以外に、公知の他の工程を含んでいてもよい。 The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention can be easily produced by the above-mentioned steps (1) to (4). The method for producing the diaphragm for alkaline water electrolysis may include other known steps in addition to the above-mentioned steps (1) to (4).
3.用途
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、電解時に発生する気泡の滞留が好適に抑制される。また、本発明のアルカリ水電解用隔膜は、イオン透過性、ガスバリア性、耐アルカリ性にも優れるものである。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。
以下に、本発明のアルカリ水電解用隔膜を使用した電解装置と電解方法について説明する。
3. Applications The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention suitably suppresses retention of gas bubbles generated during electrolysis. Furthermore, the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is excellent in ion permeability, gas barrier property and alkali resistance. 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 the electrolyte.
An electrolysis apparatus and an electrolysis method using the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention are described below.
(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備えた電解槽を有する。
(Electrolyzer)
The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is used as a component of an alkaline water electrolysis apparatus. The alkaline water electrolysis apparatus may, for example, include an anode, a cathode, and the diaphragm for alkaline water electrolysis disposed between the anode and the cathode. More specifically, the alkaline water electrolysis apparatus has an electrolytic cell including an anode chamber in which the anode is present, and a cathode chamber in which the cathode is present, separated by the diaphragm for alkaline water electrolysis.
上記アルカリ水電解用隔膜は、陽極又は陰極と接するように設置されることが好ましく、陽極及び陰極と接するように設置されることがより好ましい。電極間の距離がより小さくなると、電気抵抗がより小さくなり、電解装置の電解効率をより高くすることができる。本発明のアルカリ水電解用隔膜を使用する場合、電極間の距離が極力小さくなるよう、隔膜と各電極とが接するように設置した、いわゆる「ゼロギャップ構造」の電解槽においても、発生する気泡の滞留を抑制し、高い電解効率を達成することができる。従って、本発明のアルカリ水電解用隔膜は、ゼロギャップ構造の電解装置において好適に使用することができる。 The alkaline water electrolysis diaphragm is preferably installed so as to be in contact with the anode or the cathode, and more preferably so as to be in contact with the anode and the cathode. When the distance between the electrodes is smaller, the electrical resistance is smaller, and the electrolysis efficiency of the electrolysis device can be increased. When the alkaline water electrolysis diaphragm of the present invention is used, it is possible to suppress retention of generated air bubbles and achieve high electrolysis efficiency even in an electrolysis cell having a so-called "zero gap structure" in which the diaphragm is installed so as to be in contact with each electrode so as to minimize the distance between the electrodes. Therefore, the alkaline water electrolysis diaphragm of the present invention can be suitably used in an electrolysis device having a zero gap structure.
上記陽極、及び陰極としては、公知の電極であれば特に制限されず、例えば、銅、鉛、ニッケル、クロム、チタン、金、白金、鉄、これらの金属化合物、金属酸化物、及びこれらの金属の2種以上を含む合金等の公知の導電性基体を含む電極が挙げられる。 The above anode and cathode are not particularly limited as long as they are known electrodes, and examples include electrodes containing known conductive substrates such as copper, lead, nickel, chromium, titanium, gold, platinum, iron, metal compounds thereof, metal oxides, and alloys containing two or more of these metals.
上記電極は、上記導電性基体に触媒層が形成されたものであってもよい。上記触媒層は、特に制限されず、ニッケル、コバルト、パラジウム、イリジウム、又は白金等を含む金属化合物、金属酸化物、あるいは、合金等を含む、公知のものが挙げられる。 The electrode may be one in which a catalyst layer is formed on the conductive substrate. The catalyst layer is not particularly limited, and examples thereof include known catalyst layers including metal compounds, metal oxides, and alloys containing nickel, cobalt, palladium, iridium, platinum, and the like.
上記電極の形状は、特に制限されず、シート状、棒状、角柱状等、公知の形状が挙げられるが、上記アルカリ水電解用隔膜との接触面積が大きく、電解装置の電解効率をより一層向上させることができる点で、シート状であることが好ましい。 The shape of the electrodes is not particularly limited, and may be any known shape such as a sheet, a rod, or a prism. However, a sheet shape is preferred since it has a large contact area with the alkaline water electrolysis diaphragm and can further improve the electrolysis efficiency of the electrolysis device.
また、上記電解装置は、通常使用されるその他の部材を備えていてもよい。上記その他の部材としては、例えば、発生したガスと電解液を分離するための気液分離タンク、電解を安定して行うためのコンデンサー、ミストセパレーター等が挙げられる。
本発明のアルカリ水電解用隔膜は、気泡の滞留が良好に抑制されるので、気泡サイズが小さくなる高圧型システムにおいても好適に使用することができる。
The electrolysis device may further include other commonly used components, such as a gas-liquid separation tank for separating the generated gas from the electrolytic solution, a condenser for stably performing electrolysis, and a mist separator.
The diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention effectively suppresses retention of gas bubbles and can therefore be suitably used in a high-pressure system in which the size of gas bubbles becomes small.
(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、特に制限されず、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。
(Electrolysis method)
The method for electrolyzing water using an alkaline water electrolysis apparatus comprising the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention is not particularly limited and can be performed by a known method. For example, water can be electrolyzed by filling an alkaline water electrolysis apparatus comprising the above-mentioned diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention with an electrolytic solution and applying a current in the electrolytic solution.
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好ましく用いられる。上記電解液における電解質の濃度は、特に制限されないが、電解効率がより一層高くなる点で、20~40質量%であることが好ましい。 As the electrolyte, an alkaline aqueous solution in which an electrolyte such as potassium hydroxide or sodium hydroxide is dissolved is preferably used. The concentration of the electrolyte in the electrolyte is not particularly limited, but is preferably 20 to 40% by mass in order to further increase the electrolysis efficiency.
電気分解を行う場合の温度としては、電解液のイオン電導性がより向上し、電解効率がより一層高くなりうる点で、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、通常0.2A/cm2以上、好ましくは0.3A/cm2以上である。印可する電流密度が高い方が、短時間に多くの水素ガス、酸素ガスを得ることができるため効率的に水素を生産できる。
電解電圧は、約2Vとなるように、例えば1.5~2.5Vを越えない範囲で、電流密度が高くなるように調整されることが好ましい。
The temperature at which electrolysis is carried out is preferably 50 to 120°C, more preferably 80 to 90°C, in that the ionic conductivity of the electrolyte is further improved and the electrolysis efficiency can be further increased. The current application conditions can be performed under known conditions and methods, and are usually 0.2 A/ cm2 or more, preferably 0.3 A/ cm2 or more. The higher the applied current density, the more hydrogen gas and oxygen gas can be obtained in a short period of time, and therefore hydrogen can be produced efficiently.
The electrolysis voltage is preferably adjusted to about 2 V, for example within a range not exceeding 1.5 to 2.5 V, so that the current density is high.
以上のとおり、本発明のアルカリ水電解用隔膜は、水の電気分解で発生する気泡の滞留が良好に抑制される。また、イオン透過性、ガスバリア性、耐アルカリ性にも優れる。本発明のアルカリ水電解用隔膜を使用すれば、ゼロギャップ構造の電解装置であっても、気泡の滞留が抑制され、高い電解効率で電気分解を行うことができる。 As described above, the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention effectively suppresses the retention of air bubbles generated during water electrolysis. It also has excellent ion permeability, gas barrier properties, and alkali resistance. By using the diaphragm for alkaline water electrolysis of the present invention, air bubble retention is suppressed and electrolysis can be performed with high electrolysis efficiency even in an electrolysis device with a zero gap structure.
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。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, "parts" means "parts by mass" and "%" means "% by mass."
実施例において、各種評価は下記方法により行った。
(膜厚の測定方法)
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。隔膜サンプル5cm□の任意10点を測定し、その平均値を膜厚とした。
In the examples, various evaluations were carried out by the following methods.
(Method of Measuring Film Thickness)
The thickness of the obtained diaphragm for alkaline water electrolysis was measured using a Digimatic Micrometer (manufactured by Mitutoyo Corporation). Measurements were taken at 10 random points on a 5 cm square diaphragm sample, and the average value was defined as the film thickness.
(陥没部位の平均面積及び面積割合の測定方法)
レーザー顕微鏡VK9700(キーエンス社製)を用いて、隔膜サンプル5cm□の任意の10視野について、対物150倍にて隔膜表面の観察像を取得した。それぞれの取得像について解析ソフトVK Analyzer VK-H1A1(キーエンス社製)を用いて、観察視野の対角線上に対して線粗さ計測の高さ解析を行い、得られた断面プロファイルから基準面からZ方向(高さ方向)に-1.5μmである地点を基準点Aと定めた。この基準点Aは3点以上あることが解析上好ましい。その後、取得像について画像解析ソフト(Image-Pro Premier、日本ローパー社製)を使用して、上記基準面から、上記基準点Aよりも離れた地点(Z方向に≦-1.5μmである地点)を暗色で示し、上記で定めた基準点Aよりも暗色である箇所を自動抽出で2値化を行った。暗色箇所のそれぞれの陥没部位の面積を求め、その単純平均(数平均)から「1視野における陥没部位Aの平均面積」を算出し、またそれぞれの陥没部位Aの面積の合計について観察視野全体の面積に対する割合、すなわち、「1視野における陥没部位Aの面積割合」を算出した。合計10視野について同様の画像解析を行い、各視野における陥没部位Aの平均面積及び面積割合について、それぞれの単純平均値(数平均)を求め、これを隔膜サンプルの「陥没部位Aの平均面積」、「陥没部位Aの面積割合」とした。
(Method of measuring the average area and area ratio of depressions)
Using a laser microscope VK9700 (manufactured by Keyence Corporation), observation images of the diaphragm surface were obtained at 150x objective magnification for 10 arbitrary fields of view of the diaphragm sample of 5 cm square. For each obtained image, analysis software VK Analyzer VK-H1A1 (manufactured by Keyence Corporation) was used to perform height analysis of line roughness measurement on the diagonal line of the observation field, and a point that was -1.5 μm in the Z direction (height direction) from the reference plane in the obtained cross-sectional profile was defined as reference point A. It is preferable for the analysis that there are three or more reference points A. Then, using image analysis software (Image-Pro Premier, manufactured by Nippon Roper Co., Ltd.), the obtained image was used to show points farther from the reference plane than the reference point A (points ≦-1.5 μm in the Z direction) in dark color, and the points that were darker than the reference point A defined above were automatically extracted and binarized. The area of each depression in the dark parts was determined and the "average area of depression A in one visual field" was calculated from the simple average (number average) of the areas, and the ratio of the total area of each depression A to the area of the entire visual field observed, i.e., the "area proportion of depression A in one visual field" was calculated. Similar image analysis was performed on a total of 10 visual fields, and simple averages (number averages) were obtained for the average area and area proportion of depression A in each visual field, which were defined as the "average area of depression A" and "area proportion of depression A" of the diaphragm sample.
また同様に得られた断面プロファイルから基準面からZ方向(高さ方向)に+1.5μmである地点を基準点Bと定めた。この基準点Bは3点以上あることが解析上好ましい。その後、取得像について画像解析ソフトを使用して、上記基準面から、上記基準点Bよりも離れた地点(Z方向に≧1.5μmである地点)を明色で示し、上記で定めた基準点Bよりも明色であるものを自動抽出で2値化を行った。その後、明色で囲まれている領域(陥没部位B)をそれぞれ指定して面積を求め、その単純平均(数平均)から「1視野における陥没部位Bの平均面積」を算出し、またそれぞれの陥没部位Bの面積の合計について観察視野全体の面積に対する割合、すなわち、「1視野における陥没部位Bの面積割合」を算出した。合計10視野について同様の画像解析を行い、各視野における陥没部位Bの平均面積及び面積割合について、それぞれの単純平均値(数平均)を求め、これを隔膜サンプルの「陥没部位Bの平均面積」、「陥没部位Bの面積割合」とした。 Furthermore, a point located +1.5 μm from the reference plane in the Z direction (height direction) from the cross-sectional profile obtained in the same manner was determined as reference point B. It is preferable for the number of reference points B to be three or more points for analysis. After that, image analysis software was used for the acquired image to display points (points located ≧1.5 μm in the Z direction) farther from the reference plane than the reference point B in a light color, and points that were lighter in color than the reference point B determined above were automatically extracted and binarized. Then, the areas (depressed areas B) surrounded by the light color were each specified to determine their areas, and the "average area of the depressed areas B in one visual field" was calculated from the simple average (number average) of the areas. In addition, the ratio of the total area of each depressed area B to the area of the entire visual field of observation, i.e., the "area ratio of the depressed areas B in one visual field" was calculated. A similar image analysis was performed for a total of 10 visual fields, and the simple average values (number averages) of the average area and area ratio of the depressed areas B in each visual field were calculated, and these were determined as the "average area of the depressed areas B" and the "area ratio of the depressed areas B" of the diaphragm sample.
(表面粗さの測定方法)
VK9700(キーエンス社製)を用いて、隔膜サンプル5cm□の任意の10視野について対物150倍にて隔膜表面の観察像を取得した。それぞれの取得像について解析ソフトVK Analyzer VK-H1A1(キーエンス社製)を用いて、観察視野全体を指定し、JIS B0601:2001に準拠した方法で計測を行った。合計10視野計測し、その単純平均値をその隔膜の表面粗さの代表値とした。
(Method of measuring surface roughness)
Using a VK9700 (manufactured by Keyence Corporation), observation images of the diaphragm surface were obtained at 150x objective magnification for 10 arbitrary fields of view of a diaphragm sample of 5 cm square. For each obtained image, analysis software VK Analyzer VK-H1A1 (manufactured by Keyence Corporation) was used to specify the entire observation field and perform measurements according to a method conforming to JIS B0601:2001. A total of 10 fields of view were measured, and the simple average value was taken as the representative value of the surface roughness of the diaphragm.
(電気特性評価)
得られたアルカリ水電解用隔膜のアルカリ水電解評価を以下のように行った。アノード電極には3cm×3cmに切り出した白金メッシュ(ニラコ社製、品番PT-358056/55メッシュ)を使用した。カソード電極には、3cm×3cmに切り出したニッケルメッシュ(ニラコ社製、品番NI-318040/40メッシュ)を使用した。上記白金メッシュを、得られたアルカリ水電解用隔膜に接するように当て(ゼロギャップ構造)、電解槽を組み立てる際にずれないように固定した。上記隔膜によってカソード電極室とアノード電極室が仕切られるように、電解槽を組み立てた。電解液として、濃度30重量%の水酸化カリウム水溶液を用いた。まず、電解液で電解槽を満たした後、循環と加温を行って、電解槽に流入する直前に設置した温度計による液温が40℃になるように調整を行った。電解液が40℃に達し、30分以上経過した後に電流密度を0.3A/cm2、定電流密度にて10分間連続して印加した。その後、電流密度を0.5A/cm2に増加させ、1分ごとの電圧を記録し、収集した連続する5点の電圧が、5点の平均値の±3%以内に安定するまで保持した。電圧の安定が確認できた後、1分ごとに10点の電圧測定を行い、測定値10点の平均値を算出した。
(Electrical property evaluation)
The obtained alkaline water electrolysis diaphragm was evaluated for alkaline water electrolysis as follows. A platinum mesh (manufactured by Nilaco Corporation, product number PT-358056/55 mesh) cut to 3 cm x 3 cm was used as the anode electrode. A nickel mesh (manufactured by Nilaco Corporation, product number NI-318040/40 mesh) cut to 3 cm x 3 cm was used as the cathode electrode. The platinum mesh was placed in contact with the obtained alkaline water electrolysis diaphragm (zero gap structure) and fixed so as not to shift when assembling the electrolytic cell. The electrolytic cell was assembled so that the cathode electrode chamber and the anode electrode chamber were separated by the diaphragm. An aqueous potassium hydroxide solution with a concentration of 30% by weight was used as the electrolytic solution. First, the electrolytic cell was filled with the electrolytic solution, and then the solution was circulated and heated, and the solution temperature was adjusted to 40°C as measured by a thermometer installed immediately before the solution flowed into the electrolytic cell. After the electrolyte reached 40°C and 30 minutes had passed, a constant current density of 0.3 A/ cm2 was applied continuously for 10 minutes. The current density was then increased to 0.5 A/ cm2 , and the voltage was recorded every minute. The collected voltages were held until they stabilized within ±3% of the average value of the five consecutive points. After the voltage was stabilized, 10 voltage measurements were taken every minute, and the average of the 10 measured values was calculated.
<実施例1>
(1.水酸化マグネシウム分散液の調製)
水酸化マグネシウム(平均粒子径0.20μm、板状、アスペクト比6.21)とN-メチル-2-ピロリドン(富士フイルム和光純薬工業社製)を質量比1:1となるよう混合し、ジルコニアメディアボールを入れたポットミルにて、室温で6時間分散処理を行うことにより水酸化マグネシウム分散液を調製した。
Example 1
(1. Preparation of Magnesium Hydroxide Dispersion)
Magnesium hydroxide (average particle size 0.20 μm, plate-like, aspect ratio 6.21) and N-methyl-2-pyrrolidone (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were mixed in a mass ratio of 1:1, and a dispersion treatment was carried out at room temperature for 6 hours in a pot mill containing zirconia media balls to prepare a magnesium hydroxide dispersion.
(2.ポリスルホン樹脂溶解液の調製)
ポリスルホン樹脂(BASF社製、品番ウルトラゾーンS3010)を30質量%の濃度でN-メチル-2-ピロリドン(富士フイルム和光純薬工業社製)に溶解させた。
(2. Preparation of polysulfone resin solution)
A polysulfone resin (manufactured by BASF, product number Ultrason S3010) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) at a concentration of 30% by mass.
(3.塗液の調製)
上記で得られた水酸化マグネシウム分散液とポリスルホン樹脂溶解液とを、固形分が48質量%かつ水酸化マグネシウム100質量部に対してポリスルホン樹脂(PSU)が25質量部になるように計量し、自転公転ミキサー(シンキー社製、品番あわとり練太郎ARE-500)にて室温で、1000rpmで約10分間混合した。得られた混合液を、SUSの200メッシュで濾過することで塗液を得た。
(3. Preparation of Coating Fluid)
The magnesium hydroxide dispersion and polysulfone resin solution obtained above were weighed out so that the solid content was 48% by mass and the polysulfone resin (PSU) was 25 parts by mass per 100 parts by mass of magnesium hydroxide, and mixed at room temperature and 1000 rpm for about 10 minutes in a planetary centrifugal mixer (Thinky Corporation, product number: Awatori Rentaro ARE-500). The resulting mixture was filtered through a 200 mesh SUS filter to obtain a coating liquid.
(4.塗膜の形成)
絶対湿度12.7g/m3の雰囲気下において、ポリフェニレンサルファイド不織布(東レ社製、トルコンペーパー#100)を、ライン速度3.0m/分になるように自動搬送ローラーの周速を設定し、得られた塗液を、乾燥後の隔膜の厚みが全体で250μmになるように走行シート上に直接塗布し、不織布に塗液を含浸させた。塗液を含浸させた不織布を、水槽の水面に対して垂直に侵入させ、その後5分間水浴させ、塗液を凝固させて膜を形成した。水浴後、得られた膜を、乾燥機にて80℃で、10分間乾燥し、不織布と水酸化マグネシウム及びポリスルホン樹脂を含む膜との複合体からなるアルカリ水電解用隔膜を得た。
得られた隔膜の陥没部位Aの平均面積は3.3μm2であり、陥没部位Aの面積割合は9.0%であり、陥没部位Bの平均面積は0.8μm2であり、陥没部位Bの面積割合は0.7%であり、算術平均粗さRaは0.47μmであった。電気特性評価を行い、0.5A/cm2におけるセル電圧は1.81Vであった。
また、図1に、得られたアルカリ水電解用隔膜の、レーザー顕微鏡(対物150倍)による隔膜表面の観察像を示す。
(4. Formation of Coating Film)
In an atmosphere of absolute humidity of 12.7 g/ m3 , a polyphenylene sulfide nonwoven fabric (manufactured by Toray Industries, Inc., Torcon Paper #100) was directly applied to a running sheet of the fabric with the peripheral speed of an automatic conveying roller set to give a line speed of 3.0 m/min, and the coating liquid obtained was applied to the nonwoven fabric so that the diaphragm had a total thickness of 250 µm after drying, thereby impregnating the nonwoven fabric with the coating liquid. The nonwoven fabric impregnated with the coating liquid was immersed vertically into the water surface of a water tank and then subjected to a water bath for 5 minutes to solidify the coating liquid and form a membrane. After the water bath, the obtained membrane was dried in a dryer at 80°C for 10 minutes to obtain a diaphragm for alkaline water electrolysis composed of a composite of a nonwoven fabric and a membrane containing magnesium hydroxide and a polysulfone resin.
The average area of the depressed portions A of the obtained diaphragm was 3.3 μm2 , the area ratio of the depressed portions A was 9.0%, the average area of the depressed portions B was 0.8 μm2 , the area ratio of the depressed portions B was 0.7%, and the arithmetic mean roughness Ra was 0.47 μm. Electrical characteristics were evaluated and the cell voltage at 0.5 A/ cm2 was 1.81 V.
FIG. 1 shows an image of the surface of the obtained diaphragm for alkaline water electrolysis observed with a laser microscope (objective magnification: 150 times).
<実施例2>
実施例1(3.塗液の調製)において、水酸化マグネシウム100質量部に対してPSUが50質量部になるようにした以外は、実施例1と同様にアルカリ水電解用隔膜を作製した。得られた隔膜の陥没部位Aの平均面積は2.1μm2であり、陥没部位Aの面積割合は12.4%であり、陥没部位Bの平均面積は0.9μm2であり、陥没部位Bの面積割合は0.5%であり、算術平均粗さRaは0.39μmであった。電気特性評価を行い、0.5A/cm2におけるセル電圧は1.88Vであった。
Example 2
A diaphragm for alkaline water electrolysis was prepared in the same manner as in Example 1 (3. Preparation of coating solution), except that the amount of PSU was 50 parts by mass per 100 parts by mass of magnesium hydroxide. The obtained diaphragm had an average area of depressed portions A of 2.1 µm2 , an area ratio of depressed portions A of 12.4%, an average area of depressed portions B of 0.9 µm2 , an area ratio of depressed portions B of 0.5%, and an arithmetic mean roughness Ra of 0.39 µm. Electrical characteristics were evaluated and the cell voltage at 0.5 A/ cm2 was 1.88 V.
<実施例3>
実施例1(4.塗膜の形成)において、絶対湿度を3.5g/m3に変更した以外は実施例1と同様にアルカリ水電解用隔膜を作製した。得られた隔膜の陥没部位Aの平均面積は0.9μm2であり、陥没部位Aの面積割合は8.5%であり、陥没部位Bはなく、算術平均粗さRaは0.34μmであった。電気特性評価を行い、0.5A/cm2におけるセル電圧は1.80Vであった。
Example 3
A diaphragm for alkaline water electrolysis was prepared in the same manner as in Example 1 (4. Formation of coating film), except that the absolute humidity was changed to 3.5 g/ m3 . The average area of the depressed portions A of the obtained diaphragm was 0.9 µm2 , the area ratio of the depressed portions A was 8.5%, there was no depressed portion B, and the arithmetic mean roughness Ra was 0.34 µm. Electrical characteristics were evaluated and the cell voltage at 0.5 A/ cm2 was 1.80 V.
<実施例4>
実施例1(4.塗膜の形成)において、ライン速度を0.3m/分、絶対湿度を19.5g/m3に変更した以外は実施例1と同様にアルカリ水電解用隔膜を作製した。得られた隔膜の陥没部位Aの平均面積は5.9μm2であり、陥没部位Aの面積割合は12.7%であり、陥没部位Bの平均面積は0.9μm2であり、陥没部位Bの面積割合は6.8%であり、算術平均粗さRaは0.77μmであった。電気特性評価を行い、0.5A/cm2におけるセル電圧は1.89Vであった。
Example 4
A diaphragm for alkaline water electrolysis was prepared in the same manner as in Example 1 (4. Formation of coating film), except that the line speed was changed to 0.3 m/min and the absolute humidity was changed to 19.5 g/ m3 . The obtained diaphragm had an average area of depressed portions A of 5.9 µm2 , an area ratio of depressed portions A of 12.7%, an average area of depressed portions B of 0.9 µm2 , an area ratio of depressed portions B of 6.8%, and an arithmetic mean roughness Ra of 0.77 µm. Electrical characteristics were evaluated and the cell voltage at 0.5 A/ cm2 was 1.89 V.
<比較例1>
実施例1(4.塗膜の形成)において、絶対湿度を20.9g/m3に変更した以外は実施例1と同様にアルカリ水電解用隔膜を作製した。得られた隔膜の陥没部位Aの平均面積は10.1μm2であり、陥没部位Aの面積割合は23.8%であり、陥没部位Bの平均面積は3.1μm2であり、陥没部位Bの面積割合は1.2%であり、算術平均粗さRaは0.82μmであった。電気特性評価を行い、0.5A/cm2におけるセル電圧は2.03Vであった。
<Comparative Example 1>
A diaphragm for alkaline water electrolysis was prepared in the same manner as in Example 1 (4. Formation of coating film), except that the absolute humidity was changed to 20.9 g/ m3 . The obtained diaphragm had an average area of depressed portions A of 10.1 µm2 , an area ratio of depressed portions A of 23.8%, an average area of depressed portions B of 3.1 µm2 , an area ratio of depressed portions B of 1.2%, and an arithmetic mean roughness Ra of 0.82 µm. Electrical characteristics were evaluated, and the cell voltage at 0.5 A/ cm2 was 2.03 V.
<比較例2>
実施例1(4.塗膜の形成)において、ライン速度を0.2m/分に変更した以外は実施例1と同様にアルカリ水電解用隔膜を作製した。得られた隔膜の陥没部位Aの平均面積は8.2μm2であり、陥没部位Aの面積割合は21.4%であり、陥没部位Bの平均面積は2.7μm2であり、陥没部位Bの面積割合は2.8%であり、算術平均粗さRaは0.96μmであった。電気特性評価を行い、0.5A/cm2におけるセル電圧は2.08Vであった。
<Comparative Example 2>
A diaphragm for alkaline water electrolysis was prepared in the same manner as in Example 1 (4. Formation of coating film), except that the line speed was changed to 0.2 m/min. The obtained diaphragm had an average area of depressed portions A of 8.2 µm2 , an area ratio of depressed portions A of 21.4%, an average area of depressed portions B of 2.7 µm2 , an area ratio of depressed portions B of 2.8%, and an arithmetic mean roughness Ra of 0.96 µm. Electrical characteristics were evaluated and the cell voltage at 0.5 A/ cm2 was 2.08 V.
<比較例3>
比較例1において、ライン速度を0.2m/分に変更した以外は比較例1と同様にアルカリ水電解用隔膜を作製した。得られた隔膜の陥没部位Aの平均面積は8.6μm2であり、陥没部位Aの面積割合は21.4%であり、陥没部位Bの平均面積は5.0μm2であり、陥没部位Bの面積割合は3.7%であり、算術平均粗さRaは1.25μmであった。電気特性評価を行い、0.5A/cm2におけるセル電圧は2.08Vであった。
<Comparative Example 3>
A diaphragm for alkaline water electrolysis was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that the line speed was changed to 0.2 m/min. The obtained diaphragm had an average area of depressed portions A of 8.6 µm2 , an area ratio of depressed portions A of 21.4%, an average area of depressed portions B of 5.0 µm2 , an area ratio of depressed portions B of 3.7%, and an arithmetic mean roughness Ra of 1.25 µm. Electrical characteristics were evaluated and the cell voltage at 0.5 A/ cm2 was 2.08 V.
Claims (6)
該アルカリ水電解用隔膜は、有機高分子樹脂、及び、無機粒子を含む多孔膜と、多孔性支持体とを有し、該多孔膜が該多孔性支持体の片面のみに積層されているものであり、
該陽極及び該陰極と接するように設置することを特徴とするアルカリ水電解用隔膜の使用方法。 A method for using a diaphragm for alkaline water electrolysis, comprising installing a diaphragm for alkaline water electrolysis having an average area of depressed portions on at least one surface of the diaphragm of 7 µm2 or less and an area ratio of the depressed portions on the diaphragm surface of 20% or less in an electrolysis device having an anode and a cathode, comprising:
The diaphragm for alkaline water electrolysis comprises a porous membrane containing an organic polymer resin and inorganic particles, and a porous support, in which the porous membrane is laminated on only one side of the porous support,
a diaphragm for alkaline water electrolysis comprising:
該アルカリ水電解用隔膜は、有機高分子樹脂、及び、無機粒子を含む多孔膜と、多孔性支持体とを有し、該多孔膜が該多孔性支持体の片面のみに積層されているものであるとともに、少なくとも一方の隔膜表面において、陥没部位の平均面積が7μm2以下であり、かつ、該隔膜表面における陥没部位の面積割合が20%以下であり、該陽極及び該陰極と接するように設置されることを特徴とするアルカリ水電解装置。 An alkaline water electrolysis apparatus comprising an anode, a cathode, and a diaphragm for alkaline water electrolysis disposed between the anode and the cathode,
the diaphragm for alkaline water electrolysis comprises a porous membrane containing an organic polymer resin and inorganic particles, and a porous support, the porous membrane being laminated on only one side of the porous support, and the average area of depressed portions on at least one surface of the diaphragm is 7 µm2 or less and the area ratio of the depressed portions on the diaphragm surface is 20% or less, and the alkaline water electrolysis apparatus is installed in contact with the anode and the cathode.
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