Фотоэлектрохимическое устройство Советский патент 1983 года по МПК C25B9/00 C25B1/02 

со о

00

о со Изoбpeтe Iиe относится к фотоэлектролизу и может быть испольэов для длительного получения водорода фотоэлектрохимическим разложением воды под действием света,, а также в фотогальванических батареях. Известна конструкция фотохимиче ской ванныf содержащая два полупро водниковых фотоэпектрода и внешний источник напряжения, подключенный рез металлические подложки и, к фот электродам. Свет через кварцевый экран и водный раствор попадал на пол-упроводниковые фотоэлектроды п,р-тип5 соответственно, Полупроводниковые фотоэлектроды напылены на мет.аллические подложки и отделены друг от друга диэлектрической прокладкой. Катод -юе и анодное пространства ра делены ионообменной мембраной. При пропускании через ванну 0,2%-ного раствора при осве щении фотоэлектродов на электроде генерируется кислород 62 , а на электроде - водород Н ,. Если метал лические подложки и размыкаются (раздвигаются ) и к ним прикладывается внешняя разность потенциалов батареи, фототок и скорость выделе ния газов возрастают и при напряже НИИ около 0,5 В достигают насыщени При этом скорость выделения газов в 2-3 раза больше, чем при V 0. Коэффициент полезного действия такой системы, определяемый по преоб разованию световой энергии в водород, составляет О , 3% , что соответствует обычному порядку коэффициента полезного действия фотохимиче ских ванн 1 . Однако указанное устройство не свободно от основного недостатка фотоэлектрохимических ванн преобразования солнечной энергии в химическую, а именно коррозионная стабили зация фотоэлектродов находится в прямой зависимости от их состава и состава контактируемого раствора. Кроме того, наличие контакта между полупроводником и раствором приводи к необходимости тщательной очистки последнего от всех посторонних при месей. Известно также фотоэлектрохимическое устройство, включающее корпус, один или два полупроводниковых фотоэлектрода на металлической подложке Г2 J. Недостатком известного устройств является нестабильность его работы так как происходзит коррозионное раз рушение фотоэлектродов. Цель изобретения - повышение ста бильности работы устройства путем устранения коррозионного разрушения фотоэлектродов. Эта цель достигается тем, что фотоэлектрохимическое устройство, включающее корпус, один или два полупроводниковых фотоэлектрода на металлической подложке, причем один или два полупроводниковых фотоэлектрода являются стенка ми корпуса, металлическими подложками, обращенными внутрь корпуса. На чертеже представлено фотоэлектрохимическое 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 разде-. лены ионообменной мембраной 5. Фотохимическая ванна по разложению воды работает следующим образом. Единичный фотон на полупроводнике при энергии 11Л)Е. ,д , 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 внехинюю цепь переходит на катод. Таким образом, полупроводник является генератором электрических зарядон, 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 электроли з раствора. Если в известном фотолизе ток создается только за счет зарядов, генерированных в полупроводниковом лектроде при освещении, что заставяет, как правило, вводить в цепь ополнительный источник напряжения, о в предлагаемом способе такой небходимости нет, поскольку металлиеская подложка 3 вместе с электроом 4 образует гальванический элеент , который и является тем дополительным источником напряжения, еобходимым для эффективного фото- иза. При этом меняется и ток фотоиза в большую или меньшую сторону, зависимости от того, какой металл ыбран в качестве подложки. В связи этим следует отметить важность ыбора материала для металлической одложки, так как от этого зависит не только величина- контактной разности потенциалов на границе полупроводник-металл, но и величина ЭДС гальванической пары электродов. Таким материалом для подложки могут служить металлы, применяемое для га ванических покрытий, например Си, А Ni, Сг и т.д. Фотолиз воды на Se-A2 электроде В качестве полупроводникового фотоэлектрода используют Se-AE пла тины от стандартного селенового выпрямителя, а также Se-A2 пластины СЭП-22 для фотоумножительной машины Эра-тМ. В них Hi At подложке 3 толщиной 1-2 мм напылен спой серого селена толщиной несколько десятков микрон В качестве второго электрода взят графитовый стержень. Раствором является водопроводная вода, в котору для увеличения электропроводности добавляют поваренную соль или КС1. Освещение селенового слоя 2 производят вольфрс1мовой лампой накаливания КГ 220-1000-3 мощностью 1 кВт Расстояние от Лс1мпы до полупроводни кового 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 сви детельствует об увеличении скорости 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 механиза процесса. В процессе длительной работы как за время одного цикла, так и при многократных периодических включениях источника света никаких заметных изменений полупроводникового слоя не обнаружено. При этом измеряемые результаты воспроизводят практически полностью. Предпагаемая ванна обеспечивает длительную работу полупроводника (Se), нестабильного в водных растворах, и позволяет получать токи электролиза, превышающего на порядок обычные токи фотохимических ванн при фоторазложении воды. Фотолиз ведется без дополнительной очистки раствора и дополнительного источника энергии. Следует отметить, что такая ванна является и генератором электрической энергии. Таким образов, основными тез нико-экономическими преимуществами предлагаемого устройства по сравнению с известным являются устойчивая, стабильная работа полупроводникового фотоэлектрода в течение длительного времени вследствие отсутствия контакта полупроводника с раствором, отсутствие внешней разности потенциалов вследствие дополнительного гальванического эффекта анода и металлической подложки фотоэлектрода, возможность 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.

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.