Фотолизер для разложения воды

 

Использование: разложение воды с получением водорода и кислорода. Сущность изобретения: фотолизер содержит ячейку с линзой, мембрану, выполненную двухслойной каталитической в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием к линзе, со стороны линзы мембрана выполнена в виде катода из пластины, а с противоположной стороны - в виде анода из гафния, при этом анод и катод спаяны между собой, а их поверхностные слои выполнены дисперсными. 1 ил.

Устройство относится к устройствам для разложения воды с получением водорода и кислорода и может использоваться в приборах для обнаружения источников инфракрасного излучения (и.и.). Известные полупроводниковые фотокаталитические системы сочетают в себе свойства электрических солнечных батарей и устройства для электролиза воды.

Такие устройства содержит электролит, полупроводниковый фотоанод, металлический катод. Энергия света преобразуется в электроэнергию в результате внутреннего фотоэффекта. Используется видимая часть солнечного спектра с КПД до 1,5% Фотоанод маслоустойчив в кислотно-щелочных средах, так как подвергается коррозии.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для фотолиза воды, содержащее ячейку, заполненную раствором NaOH, разделенную на анодное и катодное пространство с оснащенным фотокаталитическим анодом из полупроводника "П" типа и никелевого электрода, покрытого моноокисью никеля. Вместо никеля можно использовать платиновый катод.

На фиг. 1 изображен разрез фотолизера для разложения воды.

Фотолизер смонтирован в корпусе 1 с прозрачным для инфракрасного излучения окном с двояковыпуклой линзой из флюорита 2 и заполнен 1%-ным раствором гидроокиси натрия. В верхней части корпус выполнен в виде опрокинутых воронок с кранами для выделяющихся газов 3: O₂ и H₂. Электролит делится каталитической мембраной 4 на катодную часть 5 и анодную часть 6. Мембрана 4 выполнена из спаянных пластин: платины катодная стороны 7 и гафния анодная сторона 8. Мембрана 4 имеет форму усеченного конуса, срезанная вершина которого 9 максимально приближена к линзе из флюорита 2 для уменьшения толщины водного раствора электролита, так как вода почти полностью поглощает весь инфракрасный спектр. Срезанная вершина конуса 9 покрыта слоем дисперсной платины, а противоположная сторона 10 покрыта слоем дисперсного гафния.

Электрохимическая замкнутая цепь из двух спаянных инертных металлов имеет наибольшую внешнюю контактную разность потенциалов в 1%-ном щелочном электролите. Облучают инфракрасным светом отрицательно заряженную сторону окислительно-восстановительного катализатора катодную часть, выполненную из платины. Поверхность каталитической мембраны должна иметь "острия" иглы или "усы", получаемые в процессе восстановления металлов из окислов водородом или электролитическим их осаждением, например платинированная пластина, гафнированный гафний. В случае незначительного скачка положительного потенциала напряжение на острие увеличивается свыше 30000 вольт/СМ и происходит стекание электрона. Это автоэлектронная эмиссия или несамостоятельный разряд в присутствии внешнего "ионизатора" инфракрасного излучения. Каталитическая мембрана имеет энергию в виде контактной разности потенциалов (КРП) и устанавливает электрический контакт между слоями гидратированных, разноименно заряженных ионов, катодом и анодом в виде двух последовательно соединенных электрических конденсаторов.

Инфракрасное излучение /и. и./ поглощается дигидратируемыми молекулами воды и создает на ионных обкладках разницу потенциалов в 2, 2В, вызывает скачок потенциала между обкладками конденсатора в десятки миллионов В/см. Происходит холодная эмиссия электрона с катодом на положительный ион и разряд отрицательного иона на анод.

Внешне неизмененный катализатор изменяет во время синхронно с частотой инфракрасного излучения свою (КРП) от 1,8 В до "0" В и работу выхода электрона из Pt от 5,3 В до 4,4 В, из Hf от 3,5 В до 4,4 В и передает электрон от отрицательного иона к положительному.

Аналоги изобретения работают на полупроводниковом фотоаноде, а образующийся в заявленном устройстве электронно-дырочный ток разлагает воду. КПД у них до 1,5% у фотолизера до 30%

Формула изобретения

Фотолизер для разложения воды, содержащий ячейку с линзой, разделенную мембраной на анодное и катодное пространства соответственно с анодом и катодом, и патрубками вывода кислорода и водорода, источник света, отличающийся тем, что мембрана выполнена двухслойной каталитической в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием к линзе, со стороны линзы мембрана выполнена в виде катода из платины, а с противоположной стороны в виде анода из гафния, при этом анод и катод спаяны между собой, а их поверхностные слои выполнены дисперсными.

РИСУНКИ

Рисунок 1