Фотоэлектрохимическое устройство

Фотоэлектрохимическое устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ФОТОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО , включающее корпус, один или два полупроводниковых фотоэлектрода на металлической подложке, отличающееся тем, что, с целью повышения стабильности работы устройства путем устранения коррозионного разрушения фотоэлектродов , один или два полупроводниковых фотоэлектрода являются стенками корпуса, металлическими подложками, обращенными внутрь корпуса.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5D С 25

0 С 25 В 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3356727/23-26 (22) 16.09. 81. (46) 23.08. 83. Бюл.. 9 31 (72) А.С.Успенский и В.М.Кирилец (71) Красноярское научно-исследовательское отделение по проблемам развития Канско-Ачинского угольного бассейна (53) 661.931(088.8) (56) 1. Патент США Р 409933, кл. 204-129, опублик. 1978.

2. Патент ChIA Р 4227977, кл. 204-129, опублик. 14.10.80.

„„Su„„1036809 (54)(57) фотоэлкктрохимичкскок УсТРОАСТВО, включающее корпус, один или два полупроводниковых фотоэлектрода на металлической подложке, отличающееся тем, что, с целью повышения стабильности работы устройства путем устранения коррозионного разрушения фотоэлектродов, один или два полупроводниковых фотоэлектрода являются стенками корпуса, металлическими подложками, обращенными внутрь корпуса.

1036809

Изобретение от носится к (DoToэлектролизу и может быть использован для длительного получения водорода фотозлектрохимическим разложением воды под действием света, а также в фотогальванических батареях.

Известна конструкция фотохимической ванны, содержащая два полупроводниковых фотоэпектрода и внешний источник напряжения, подключенный че рез металлические подложки и к фотоэлектродам.

Свет через кварцевый экран и водный раствор попадал на полупроводниковые фотоэлектроды A p-типЯ соответственно, Полупроводниковые фотозлектроды напылены на металлические подложки и отделены друг от друга диэлектрической прокладкой.

Катодное и анодное пространства разделены ионообменной мембраной.

При пропускании через ванну

0,2%-ного раствора П Я04и при освещении фотозлектродов на электроде генерируется кислород 02, а на электроде — водород Н . Если метал2 лические подложки и размыкаются (раздвигаются )и к ним прикладывается внешняя разность потенциалов батареи, фототок и скорость выделения газов возрастают и при напряже.— нии около 0,5 В достигают насыщения.

При этом скорость выделения газов в 2-3 раза больше, чем при V = О.

Коэффициент полезного действия такой системы, определяемый по преобразованию световой энергии в водород, составляет 0,3ъ, что соответствует обычному порядку коэффициента полезного действия фотохимических ванн (1 ).

Однако указанное устройство не свободно от основного недостатка фотоэлектрохимических ванн преобразования солнечной энергии в химическую, а именно коррозионная стабилизация фотоэлектродов находится в прямой зависимости от их состава и состава контактируемого раствора.

Кроме того, наличие контакта между полупроводником и раствором приводит к необходимости тщательной очистки последнего от всех посторонних примесей.

Известно также фотоэлектрохимическое устройство„ включающее корпус, один или два полупроводниковых фотоэлектрода на металлической подложке (2 j.

Недостатком известного устройства является нестабильность его работы, так как происходит коррозионное разI рушение фотоэлектродов.

Цель изобретения — повышение стабильности работы устройства путем устранения коррозионного разрушения фотоэлектродов.

Эта цель дости гается тем, что с фотоэлектрохимическое устройство, включающее корпус, один или два полупроводниковых фотоэлектрода на металлической подложке, причем один

5 или два полупроводниковых фотоэлектрода являются стенками корпуса, металлическими подложками, обращенными внутрь корпуса.

На чертеже представлено фотоэлек19 трохимическое устройство.

Устройство состоит из корпуса 1, в котором расположен фотоэлектрод 2 на металлической подложке 3, который вмонтирован в стенку ванны. Второй электрод 4 связан через электролит и мембрану 5 с электродом 2.

Поток света падает непосредственно на полупроводник 2, находящийся на металлической подложке 3, которая вмонтирована в стенку. Раствор граничит с металлической подложкой и вторым электродом 4, которые разделены ионообменной мембраной 5.

Фотохимическая ванна по разложению воды работает следующим образом.

Единичный фотон на полупроводнике при энергии ЯЧ)Е, где Ед— ширина запрещенной зоны, генерирует электрон-дырочную пару. Эта пара разделяется электрическим полем таким образом, что дырка выходит на поверхность фотоанода, а электрон через внешнюю цепь переходит на катод.

Таким образом, полупроводник яв35 ляется генератором электрических зарядой, которые обеспечивают в дальнейшем электролиз воды.

В предлагаемой фотохимической ванне, когда полупроводник не граничит с раствором, при его освещении генерированные фотоэлектроды могут непосредственно попадать на металлическую подложку 3, создавая на ней избыточный отрицательный потенциал относительно анода, что обеспечивает злектролиз раствора.

Если в известном фотолиэе ток создается только за счет зарядов, генерированных в полупроводниковом

50 электроде при освещении, что заставляет, как правило, вводить в цепь дополнительный источник напряжения, то в предлагаемом способе такой необходимости нет, поскольку металлическая подложка 3 вместе с электро55 дом 4 образует гальванический элемент, который и является тем дополнительным источником напряжения, необходимым для эффективного фотолиза. При этом меняется и ток фото69 лиза в большую или меньшую сторону, в зависимости от того, какой металл выбран в качестве подложки. В связи с этим следует отметить важность выбора материала для металлической 5 подложки, так как от этого зависит

1036 809

Составитель О. Зобнин

Редактор Н. Рогулич Техред B,далекорей Корректор С. Шекмар

Заказ 5948/28 Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 не только величина контактной разности потенциалов на границе полупроводник-металл, но и величина ЭДС гальванической пары электродов. Таким материалом для подложки могут служить металлы, применяемые для галь- 5 ванических покрытий, например Cu, Al

Ni, Cr и т.д.

Фотолиз воды íà Se-А2 электроде.

В качестве полупроводникового фотоэлектрода используют Se-AE плас 10 тины от стандартного селенового выпрямителя, а также Se-A2 пластины СЭП-22 для фотоумножительной машины "Эра-.М".

В них на Ai. подложке 3 толщиной

1-2 мм напылен слой серого селена толщиной несколько десятков микрон.

В качестве второго электрода взят графитовый стержень. Раствором является водопроводная вода, в которую для увеличения электропроводности добавляют поваренную соль или КСХ.

Освещение селенового слоя 2 производят вольфрамовой лампой накаливания КГ 220-1000-3 мощностью 1 кВт.

Расстояние от лампы до полупроводникового слоя составляет 7 см. Для устранения действия тепловых фотонов между лампой и полупроводниковым электродом помещают пластину плексигласа толщиной 2 мм. Темновой ток определяют как ток при обычном комнатном освещении. При включении лампы ток резко возрастает, что свидетельствует об увеличении скорости 35 электролиза раствора. Величину тока записывают на самописце КСП-2.

В момент выключения ток падает, но уровня темнового тока достигает только через длительное время, что свидетельствует о сложности механизма процесса.

В процессе длительной работы как за время одного цикла, так и при многократных периодических включениях источника света никаких замет.ных изменений полупроводникового слоя не обнаружено. При этом измеряемые результаты воспроизводят прак- тически полностью. Предлагаемая ванна обеспечивает длительную работу по лупроводника (Se) нестабильного в водных растворах, и позволяет получать токи электролиза, превышающего на порядок обычные токи фотохимических ванн при фоторазложении воды. Фотолиз ведется беэ дополнительной очистки раствора и дополнительного источника энергии. Следует отметить, что такая ванна является и генератором электрической энергии.

Таким образов, основными те 6нико-экономическими преимуществами предлагаемого устройства по сравнению с известным являются устойчивая, стабильная работа полупроводниково"

ro фотоэлектрода в течение длительного времени вследствие отсутствия контакта полупроводника с раствором, отсутствие внедней разности потенциалов вследствие дополнительного гальванического эффекта анода и металлической подложки фотоэлектрода, воэможность получения больших токов фотолиза за счет дополнительного гальванического эффекта, возможность работы ванны в качестве фотогальванической батареи электрической энергии и отсутствие необходимости дополнительной очистки растворов вследствие отсутствия контакта полупроводника с раствором.