在堿性電解槽中，陰極產(chǎn)生H2，陽極產(chǎn)生O2，如果不把它們分隔開來，就會發(fā)生H2、O2混合，這樣不但達不到生產(chǎn)H2的目的，而且還會帶來安全隱患，這就需要用隔膜將H2、O2嚴格的隔離開來。隔膜質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到H2、O2的純度和電耗問題，因此，隔膜成為人們研究的熱點。

從以上分析中，我們可以得到隔膜在堿性電解水制氫電解槽中的兩個主要功能：

（1）允許電解槽內(nèi)電路中離子的自由移動。在內(nèi)電路中，鉀離子與氫氧了根是在溶液中存在的，因此，隔膜與電解液之間的相容性（隔膜的親水性，離子電導(dǎo)率）很大程度上影響了電解槽的內(nèi)阻。另一方面，隔膜的疏水性越強，陰極和陽極生成的氫氣和氧氣就會在隔膜的兩側(cè)聚集，這樣不僅不利于離子的傳輸，還會降低小室出口氣體的純度。

（2）隔離電催化過程產(chǎn)生的氫氣和氧氣。隔膜將陰極室與陽極室隔離開來，通過各自的流道流出電解槽，實現(xiàn)氫氣與氧氣的分離。因此，隔膜的氣密性是至關(guān)重要的，對出口氣體的純度有很大影響；與此同時，由于運行過程中陰極與陽極的壓差波動，隔膜的氣密性也在很大程度上影響了電解槽的安全運行。

?當(dāng)然了，隔膜還需要具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性與物理穩(wěn)定性以滿足在裝配和運行時的要求。

早期是使用石棉作為隔膜材料，但是石棉在堿性電解液中的溶脹性與石棉對人體的傷害使得其逐漸被淘汰。

目前，行業(yè)內(nèi)廣泛使用的隔膜為以聚苯硫醚（PPS）織物為基底的新型復(fù)合隔膜。其中，PPS織物作為基底能夠提供一定的物理支撐作用，同時PPS織物有著耐熱性能優(yōu)異、機械強度高、電性能優(yōu)良的特點。但是PPS織物的親水性太弱，如果只用PPS織物作為隔膜，會造成電解槽內(nèi)阻過大，因此需要對PPS織物進行改性，增強其親水性。

目前對于PPS織物改性的方法主要有有兩種：

一種是對PPS進行化學(xué)處理，在聚苯硫醚的分子鏈上枝節(jié)親水性的官能團（-SO3H、-C=O等），但是在后續(xù)的應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)枝節(jié)的官能團并不穩(wěn)定，隔膜的耐久性不夠好，這種方法逐漸被市場淘汰。

還有一種方法是對PPS織物表面涂覆功能涂層來改善其親水性，構(gòu)成一種類似三明治結(jié)構(gòu)的復(fù)合隔膜，此種復(fù)合隔膜也是目前市場上的主流產(chǎn)品。以Agfa的ZIRFON產(chǎn)品為例，ZIRFON UTP 500+ 隔膜是由開放式網(wǎng)狀聚苯硫醚織物組成，該織物上勻稱地涂有聚合物和氧化鋯的混合物，在復(fù)合隔膜的制備過程中涂覆的混合物的成分與配比、涂覆工藝的選擇是影響隔膜性能的關(guān)鍵。

探究隔膜中的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，對于我們理解復(fù)合隔膜高性能的原因以及后續(xù)對于復(fù)合隔膜的改進是至關(guān)重要的，那么下面我們深入研究復(fù)合隔膜的結(jié)構(gòu)。

從宏觀角度來講，復(fù)合隔膜是在PPS基底兩面涂覆漿料構(gòu)成的，以Agfa的ZIRFON產(chǎn)品為例，表面涂覆漿料中含有二氧化鋯和聚合物，其中二氧化鋯等無機氧化物納米顆粒是改善其親水性的主要物質(zhì)，其改善親水性的機理可能是氧化鋯中的氧離子與電解液中的水形成氫鍵。

因此，表面涂覆的主要目的是改善隔膜的親水性，提高隔膜與電解液的相容性，降低了電解槽的內(nèi)阻。同時，由于表面漿料與PPS直接的相互作用，復(fù)合隔膜也通常會表現(xiàn)出比PPS基底更高的物理穩(wěn)定性。

從微觀角度來看，這兩張電鏡圖（Int J Energy Res. 2020;44:1875-1885）中我們可以看到，復(fù)合隔膜有一個非常重要的特征-多孔。

孔的作用是為電解液中的陰陽離子提供傳輸?shù)耐ǖ?，降低電解小室的?nèi)阻的同時隔離氫氣和氧氣，因此孔的大?。讖剑┖蛿?shù)量（孔隙率）是至關(guān)重要的。

孔徑太大的話隔膜的氣密性會受到影響，太小的話離子的傳輸會受到阻礙，孔隙率也是同樣的道理。因此對孔的有效設(shè)計和控制是非常重要的，隔膜的孔徑與孔隙率要達到一個最優(yōu)的數(shù)值以同時確保隔膜的高氣密性與低內(nèi)阻。因此，對于孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可能是隔膜研究的重點。

對于復(fù)合隔膜來講，厚度也是一個重要的參數(shù)，厚度影響了隔膜的物理強度和電解槽的內(nèi)阻，目前市售的隔膜厚度一般在500um左右。

國家發(fā)改委氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）明確指出，氫能是未來社會國家能源體系的重要組成部分，到2025年，可再生能源制氫量達到10-20萬噸/年，我們可以按照這個數(shù)據(jù)來估算一下到2025年堿性電解水用隔離膜的市場情況。

假設(shè)未來可再生能源制氫全部采用堿性電解槽（1000Nm3/h），經(jīng)過測算，2025年隔膜的市場將達到22-44萬平方米，所以說未來堿性電解槽用隔膜的市場還是比較龐大的。

但是就目前來講，隔離膜的市場規(guī)模還很小，目前在做的廠家數(shù)量和產(chǎn)量都很小，市場信息也不明確，隨著氫能產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，電解槽市場的不斷壯大，堿性電解槽隔膜的市場也會逐漸清晰明朗。