Устройство для фотоэлектролиза (его варианты)

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 9603! 4 (63 ) Дополнительное к вв т. свид-ву— (22) Заявлено 28..11. 80 (2t) 3211289/23-26 (И) М. Ка.з

С 25 В 9/бО

С 25 В 1/04 с присоединением заявки HPГосударственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет($3j УДК 621. 317. .729(088.8) Опубликоввно230982. Бюллетень М 35

Дата опубликования описания 230982

В.В. Киреев, Э.И. Трухан, P.Ï. Сидоров и С.Н. Трушевский (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОТОЭЛЕКТРОЛИЗА (ЕГО . ВАРИАНТЫ ) Изобретение относится к преобра зованию световой энергии в химическую при получении и запасании продуктов фотОэлектрОлиза например 5 кислорода и водорода при фотоэлектролнзе воды..

Известно устройство для фотоэлектролиза, которое содержит корпус с патрубками ввода электролита и вывода продуктов и Фотоактивную мембрану (1).

Н достатком этого устройства является ro, что для одиночной тонкой мембраны, обеспечивающей высокуто эффективность фотоэлектролиза в расчете на поглощенный в ней свет, мало поглощение светового потока, а следовательно, низка производительность устройства в целом.

2О

Известно устройство для фотоэлектролнза, включающее корпус, с номе" щенными в него фотоактивными мембранами, патрубки ввода электролита и вывода продуктов. В устройстве фотоактивные мембраны. образуют замкнутые камеры с электролитом,при освещении камер в фотоактивных мембранах происходиа фотогенерация электронов и дырок, участвующих в реакциях окисления и восстановления. на границе мем- З0 браиа-электрОлит, причем реакция окисления воды с образованием кислорода происходит на внешней стороне мембраны, а.восстановление акцептора (K Fe (СЙ) ) происходит внутри камер (2).

Однако в этом устройстве один из продуктов фотоэлектролиза образуется внутри камер и его сбор невозможен без разрушения мембраны камер, система имеет ограниченный срок работы за счет того, что образующиеся продукты и ионы при освещении накапливаются, на мембранах возникает параэитный градиент электрохимического потенциала, который растет до тех пор, пока полностью не остановит фотоэлектролиз.

Целью изобретения является обеспе- чение возможности ведения процесса фотоэлектролиза непрерывно и увеличения производительности устройства за счет увеличения коэффициента пре- . образования световой энергии.

Цель достигается тем, что в устройстве, включающем корпус с помещенными в него фотоактивными мембранами, патрубки ввода электролита и вывода продукта, корпус выполнен в виде параллелепипеда и устройство

960314 снабжено ионообменными мембрайами, одна из которых установлена на расстоянии от дна и параллельно ему, на ней установлены чередующиеся через одну фотоактнвные и ионообменные мембраны, или корпус выполнен в виде 5 цилиндра и устройство снабжено ионообменными мембранами, одна из. кото» рых выполнена в ниде пустотелого цилиндра, установленного коаксиально корпусу, и между корпусом и мембра- 0 ной в виде цилиндра установлены радиально чередующиеся через одну . фотоактивные и ионообменные мембраны.

Предлагаемое, устройство обеспечивает как удаление известным способом различных пространственно разделенных в силу выбора конструкции запасаемых продуктов и подачу расходуемых реагентов в камеры, так и возможность перемещения через ионообменную мембрану образующихся ионов с последующей взаимной нейтрализацией ионов разного знака (например,.

Н и ОН при фотоэлектролизе воды с образованием OZ и Н ), т.е. затрудняет возникновение градиента электрохимического потенциала, препятствующего фотоэлектролизу. Камера, образованная ионообменной мембраной и корпусом устройства, служит для дополнительного выравнивания всех возникающих неравномерностей образования соответствующих ионов и тем самым еще более затрудняет созда-. ние паразитных градиентов электрохи- Зз мического потенциала. Чередование большого числа фотоактивных и ионообменных мембран обеспечивает хороший светосбор системы в целом и высокую эффективность разделения неравновес- 40 ных зарядов в каждой фотоактивной мембране, что приводит к увеличению производйтельности устройства.

На фиг. 1 представлено устройство с корпусом в виде параллелепипеда, на фиг. 2 — то же, с корпусом в виде цилиндра. {Два варианта устройства с частичным вырезом его стенки для. лучшего показа конструкции, общий вид.)

Устройство состоит из набора чередующихся фотоактивных 1 и ионообменных мембран 2, ионообменной.мембраны 3, электролита 4, заполняющего весь корпус 5 с прозрачными стенками, снабженный патрубками б и 7 вы- 5 вода продуктов фотоэлектролиза.и ввода электролита 8.

Предложено устройство для фотоэлектролиза, в котором осуществляется реакция фотоэлектролиза воды с запа- ® санием 0 и Н . В этом устройстве в качестве фотоактивных мембран 1 используются мембраны из ZrO или

SrTiO3 со слоем метилвиологена., нанесенным на одну из сторон мембран. 65

В качестве ионообменных мембран

2 используются ионообменные по Н+ мембраны, например, представляющие собой полимерную пленку, полученную совместной полимеризацией стирола с дивинилбензолом или стирола с акрилонитрилом. В качестве электролита. 4 используется водный электролит, Устройство работает следующим об=, разом.

Свет, проходя через прозрачную стенку корпуса 5 и мембраны 1 и 2, электролит 4, вызывает в Фотоактивных мембранах 1 появление свободных электронов и дырок. Электроны на стороне мембраны 1, покрытой метилвиологеном, участвуют в реакции выделения водорода из воды с образованием ионов OH", а дырки на противоположной стороне мембраны 1 — в реакции выделения О из воды с образованием ионов Н . Образующиеся кислород и водород откачиваются через патрубки 6 и 7, а образующиеся ионы

Н+ переходят через ионообменную мем» брану 2 и 3 и рекомбинируют с ионами OH, образуя молекулы воды. о мере расходования воды в реакционных камерах она подается .в них через патрубки 8.

Предложенная конструкция устройства может служить основой.для создания промышленных.установок для получения водорода за счет световой энергии Солнца.

Предложенное устройство позволяет получить экологически чистое топливо-водород за счет энергии Солнца из дешевого сырья -"воды и при своей работе не является источником загрязнений.

Формула .изобретения

1. Устройство для фотоэлектроли-. за, включающее корпус с помещенными в него фотоактивными мембранами, патрубки ввода электролита и вывода продуктов, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью r.-озможности ведения процесса непрерывно и увеличения производительности устройства за счет увеличения коэффициента преобразования световой энергии, корпус выполнен в виде параллелепипеда и устройство снабжено ионообменными мембранами, одна иэ которых установлена на расстоянии от дна и параллельно ему, на ней установлены чередующиеся через одну Фотоактивные и ионообменные мембраны.

2. Устройство для фотоэлектролиза, включающее корпус с помещенными в него фотоактивными мембранами, патрубки ввода электролита и вывода продукта, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью возможности про960314

f г

Составитель О. Зобнин

Редактор Н. Гунько Техред М.Рейвес Корректор ЛЗаказ 7159/34 .Тираж 686 Подписное

ВНиипи Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ведения процесса непрерывнб и увеличения производительности устройства за счет увеличения коэффициента преобразования световой энергии, корпус выполнен в виде цилиндра и устройотво снабжено ионообменными мембранами, одна из которых выполнена в виде пустотелого цилиндра, установленного коаксиально корпусу, и между корпусом и мембраной в виде цнлийдра установлены радиально чередующиеся через одну фотоактивные и ионообменные мембраны.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Журнал физической химии. 1978, т. 52, 9 В, с. 2106-2108.

2. Magoshima et al Nature

v. 265, 1977, р. 187.