Электрохимический преобразователь энергии

 

Использование: в устройствах преобразования энергии ядерного синтеза. Сущность изобретения: электрохимический преобразователь энергии содержит два палладиевых электрода, разделенных электролитом, и газовые камеры для подачи реагентов. На аноде в качестве реагента используется водород, на катоде изотоп водорода, например дейтерий.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве источников тока.

Известен электрохимический преобразователь энергии (ЭПЭ), в котором химическая энергия реагентов, водорода и кислорода, в результате электрохимической реакции непосредственно преобразуется в электрическую. Он содержит электроды, разделенные ионопроводящим электролитом, и газовые камеры для подачи реагентов [1] Недостатком этого ЭПЭ является недостаточная эффективность преобразования.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ЭПЭ, содержащий положительный и отрицательный электроды, разделенные электролитом. К электродам с тыльной стороны примыкают газовые камеры для подачи реагентов. В качестве реагентов в обеих камерах используется водород, но при разных давлениях. В рассматриваемом ЭПЭ электрохимическим методом преобразуется энергия сжатого газа в электрическую энергию. При разряде этого ЭПЭ происходит перенос водорода из камеры высокого давления в камеру низкого давления. После выравнивания давлений ЭПЭ прекращает функционировать. Для обеспечения непрерывного функционирования необходимо постоянно поддерживать заданный перепад давлений, что связано с необходимостью затраты энергии [2] Такой ЭПЭ имеет недостаточную эффективность и невысокие удельные характеристики.

Задачей изобретения является повышение эффективности преобразования энергии за счет прямого преобразования энергии ядерного синтеза в электрическую.

Техническое решение задачи может быть реализовано в ЭПЭ, содержащем положительный и отрицательный палладиевые электроды, разделенные электролитом, и газовые камеры для подачи газообразных реагентов. Одним из реагентов является водород, другим изотоп водорода, например действий.

Известно, что в металлоподобной среде, насыщенной растворенным в ней изотопом водорода, дейтерием, происходит слияние ядер дейтерия, завершающееся синтезом, например ядер гелия, в соответствии с реакцией.

d+d ___→³He+n __→ 3MэB.

(1) Результатом этого, в частности, является изменение локального характера распределения положительного заряда в среде. Это вызывает перераспределение электронной плотности валентных электронов. В ходе реакции ядерного синтеза по мере накопления гелия происходит самопроизвольное смещение уровня Ферми дейтериевого электрода, уровень Ферми водородного электрода остается неизменным. Появление разности в положениях уровней Ферми свидетельствует об их различном энергосодержании. Указанная разность энергий может быть реализована в ЭПЭ в виде электроэнергии.

Между водородным и дейтериевым электродами возникает разность потенциалов, определяемая изотопическим эффектом и разностью уровней Ферми. При замыкании электродов во внешней цепи течет электрический ток.

Проведем оценку величины преобразуемой энергии. Изменение энергии в результате выравнивания уровней Ферми описывается выражением ΔE M^o_iN_i+ r_iϕ_i (2) где ϕ_i и M_i^о электрические и химические потенциалы электронов в электродах; q_i=eN_i,N_i заряд и количество электронов, которыми обмениваются катоды при замыкании. Условие выравнивания электрохимического потенциала при замыкании катодов имеет вид e(ϕ₁-ϕ₂) M₂ M₁ (3) Из сохранения заряда следует q₁= q₂. (4) Потенциалы ϕ₁,ϕ₂ линейно связаны с зарядами q₁, q₂: ϕ_i c_i^-1q_i, (5) где c_i емкостный коэффициент. Из системы уравнений (3-5) нетрудно получить
q₁= e^-1
Подстановка в формулу (2) дает исходную оценку:
ΔE
При 1В c ≈ 10^-1-10³ Ф/с м³ (элек- трохимические емкости имеют порядок 10^-5-10^-3 Ф/см², удельные поверхности пористых электродов 10⁴-10⁶ см^-1) Δ Е может составлять величину порядка 10^-1-10³ Дж/см³.

Таким образом, в предлагаемом ЭПЭ можно преобразовать до 10³ Дж/см³ энергии ядерного синтеза. Это существенно повышает эффективность ЭПЭ и его удельные характеристики.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ, содержащий положительный и отрицательный электроды, разделенные электролитом, и газовые камеры с водородом в качестве реагентов, отличающийся тем, что положительный и отрицательный электроды выполнены из палладия, а в качестве реагента на положительном электроде взят изотоп водорода, например дейтерий.