近日，我所碳資源小分子與氫能利用研究組（DNL1905組）李慧研究員等在超薄高性能鈀膜應用于超純氫氣提純研究中取得新進展，研發的金屬鈀復合膜超純氫氣純化器通過了芯片純化器客戶現場樣機測試。
國家標準定義氫氣純度大于或等于5N（99.999%）為高純氫；大于或等于6N（99.9999%）為超純氫，我國高純氫和超純氫的消耗量約為20萬噸/年，主要應用于芯片和液晶顯示器生產等。然而，6N及以上的超純氫極易被污染、無法氣態運輸，需要在使用終端的用氣點設置純化器，將氫氣純化達標后方能使用。目前，我國的純化器進口依賴度高，制約了相關制造業發展。
與傳統的金屬鈀管相比（厚度>50μm），負載型超薄金屬鈀復合膜的厚度約為5至8μm，具有較高的透氫量，可滿足規模化應用的需求，在氫能、超純氫氣提純、核能等領域都有著廣闊的應用前景。在本次測試中，李慧等研發的不銹鋼鈀復合膜純化器的產氫量大于7Nm3/h，氫氣純度大于99.999999%，氬氣指標小于10ppb，達到客戶指標要求。
李慧等長期從事鈀復合膜材料的制備和應用研究，開發的不銹鋼負載鈀復合膜實現了在超純氫氣領域的產品化應用，其中的關鍵技術包括：原創孔道修飾技術制備超薄高性能不銹鋼鈀復合膜，指型和空隙結構可顯著提高了鈀膜的穩定性（Chem. Eng. J.，2020）；該鈀膜的透氫性能達到美國能源部DOE2015的要求，實現大于13000小時的長期穩定運行，高于目前已有的文獻報道（4000小時）；開發抗硫涂層技術（J. Mater. Chem. A，2017），提高了鈀膜的抗硫性能等；鑒于傳統的陶瓷鈀復合膜存在機械強度差、密封困難、熱穩定性差導致難以產品化等問題，開發了超薄不銹鋼鈀膜，提高了鈀膜的機械強度和密封可靠性，以及可實現升降溫等性質，并于2019年首次建成不銹鋼鈀復合膜的示范生產線。
上述工作得到了遼寧省興遼英才計劃、大連市科技創新基金等項目的資助。（文/圖 鮑鋒、唐春華）