隔膜是電解水制氫裝置的核心組件之一，在生產(chǎn)過(guò)程中有著重要的安全防護(hù)作用，通過(guò)具有優(yōu)異氣體阻隔性的隔膜在物理上解決氫氣滲漏，從而影響水電解裝置的能耗、氣體純度、電解穩(wěn)定性及安全性等。

隨著可再生能源電解水制氫技術(shù)的快速發(fā)展，電解槽安全穩(wěn)定運(yùn)行性能成為行業(yè)持續(xù)關(guān)注的重點(diǎn)。特別是工業(yè)制氫中，要確保隔膜在運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性、低膜電阻、耐高溫性、耐堿性腐蝕和服役長(zhǎng)壽命等。目前電解制氫最大的問(wèn)題就是安全性和低能耗等。

對(duì)于安全性來(lái)說(shuō)，最近隔膜出現(xiàn)了三大癥狀：

· 隔膜惡性低價(jià)中標(biāo)

· 隔膜允許存在 2 mm 以下的疵點(diǎn)

· 隔膜尺寸不穩(wěn)定，嚴(yán)重收縮

低價(jià)招標(biāo)，導(dǎo)致部分隔膜企業(yè)鋌而走險(xiǎn)，將大量不合格的隔膜經(jīng)過(guò)特殊處理收進(jìn)入市場(chǎng)，為電解槽服役帶來(lái)巨大的安全隱患（部分隔膜用于僵尸電解槽）。

目前不合格的隔膜有兩點(diǎn)：一是疵點(diǎn)多，二是親水改性改變了聚苯硫醚結(jié)構(gòu)，使隔膜熱致收縮，且隔膜親水層耐堿性差，容易堿蝕脫落，隔膜漏氣和膜阻增加，最終導(dǎo)致服役壽命短和服役穩(wěn)定性差。

隔膜疵點(diǎn)形式很多，但伴隨著近期膜用纖維質(zhì)量的提升，以及紗線和隔膜織造技術(shù)提升，較明顯的隔膜疵點(diǎn)已明顯減少，但是毫米級(jí)疵點(diǎn)仍然是當(dāng)前隔膜質(zhì)量的最大隱患（見(jiàn)圖1）。

部分毫米級(jí)疵點(diǎn)漏氣或滲透氣體明顯，雖然有疵點(diǎn)的隔膜經(jīng)過(guò)熱壓后，大多疵點(diǎn)會(huì)適當(dāng)變小，且疵點(diǎn)收縮后隔膜漏氣明顯降低，但電解服役過(guò)程中熱壓收縮的疵點(diǎn)會(huì)重新膨脹，特別是隔膜吸液膨脹后，隔膜氣體滲透會(huì)更嚴(yán)重。這也是電解槽裝載后，隨著服役時(shí)間延長(zhǎng)，電解槽氣密性逐步下降的主要原因。

圖片圖1：目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售隔膜中的疵點(diǎn)形貌

低能耗是電解槽另一重要指標(biāo)，隔膜企業(yè)為了降低隔膜膜電阻，對(duì)隔膜進(jìn)行了親水改性。常規(guī)親水改性有以下幾種形式：

物理改性，即通過(guò)表面活性劑提高隔膜親水型，這種改性稱(chēng)假親水改性。假親水改性隔膜裝入電解槽后，隨著服役時(shí)間增加，膜電阻逐漸增加，能耗快速增加。

化學(xué)改性，化學(xué)改性又分為磺化、氨化（陰離子膜）、等離子體改性或其他類(lèi)型反應(yīng)等。

共混改性，即在隔膜內(nèi)摻入了其他不耐堿的親水纖維，或者將隔膜界面的聚苯硫醚材質(zhì)變成了其他非聚苯硫醚親水物種，導(dǎo)致隔膜在堿液服役環(huán)境中，很容易降解脫落，隔膜堿失量大，使隔膜的氣密性下降，膜電阻增高，容易引發(fā)安全事故。

聚苯硫醚具有極優(yōu)的耐酸、耐堿、耐高溶劑等性能，是堿水電解槽隔膜的不二選擇。目前，市場(chǎng)上隔膜結(jié)構(gòu)表征見(jiàn)圖2。XPS電子能譜中164ev是硫原子的特征峰，168ev聚苯硫醚中磺酸根的特征峰，170ev 是聚砜中的磺酸根。

由圖可見(jiàn)，天津津綸新材料和滄州工苑膜材料等的產(chǎn)品含有-S-和-SO3H（164ev和168ev），主要是聚苯硫醚纖維的磺化隔膜，該類(lèi)型隔膜具有優(yōu)良的耐堿性和永久的親水性，隔膜尺寸穩(wěn)定，收縮率僅有0.02%。

某國(guó)外品牌的親水隔膜結(jié)構(gòu)中只有170ev位置有圖譜，證明是聚砜膜或者磺化聚砜膜（或纖維膜界面上是聚砜膜或磺化聚砜膜，稱(chēng)中短期親水隔膜）。聚砜膜或磺化聚砜膜在堿水中容易分解，導(dǎo)致親水層脫落，服役穩(wěn)定性差，耐堿性差導(dǎo)致服役過(guò)程中氣密性逐步下降，但該類(lèi)型的親水隔膜也具有良好的尺寸穩(wěn)定性。

圖2 典型隔膜的XPS結(jié)構(gòu)分析

此外，電解過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡是導(dǎo)致能耗上升的另一主要原因。非親水的聚苯硫醚纖維隔膜對(duì)氣泡有富集作用，導(dǎo)致電解槽服役中膜電阻逐步升高。永久親水型隔膜，特別是聚苯硫醚基磺化或氨化隔膜具有極優(yōu)秀的消泡作用，該類(lèi)型隔膜在電解槽運(yùn)行中具有更好的安全性和低耗性。 

滄州工苑（含天津津綸科技）是滄州市天津工業(yè)大學(xué)研究院下的中試研發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)，也是天津工業(yè)大學(xué)先進(jìn)分離膜國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的中試生產(chǎn)和開(kāi)品開(kāi)發(fā)試驗(yàn)基地。

企業(yè)主要從事聚苯硫醚隔膜材料研發(fā)與生產(chǎn)、聚苯硫醚樹(shù)脂研發(fā)和改性、抗氧化和無(wú)融縮聚苯硫醚纖維材料的研發(fā)和生產(chǎn)等，企業(yè)建有年產(chǎn)20萬(wàn)平的永久親水型纖維隔膜生產(chǎn)線，年產(chǎn)1000噸聚苯硫醚改性纖維生產(chǎn)線等。

公司生產(chǎn)的堿水電解制氫隔膜具有無(wú)瑕疵、耐高溫、高氣密、低膜阻、無(wú)收縮等特點(diǎn)，該類(lèi)型的隔膜基材為純耐酸堿的聚苯硫醚纖維或聚苯硫醚改性纖維。