Фотоэлектрохимическая ячейка

Результат выполнения конструкторско - технологической разработки. Фотоэлектрохимическая ячейка относится к устройствам для превращения солнечной энергии в электрическую энергию. Она используется для превращения солнечной энергии в электрическую энергию: получение водорода электролизом воды, преобразование водорода в электроэнергию. Фотоэлектрохимическая ячейка содержит электроактивный электрод и фотоактивный электрод. Они размещены в общем корпусе. Конструкция корпуса включает графитовые пластины, снабженные штуцерами для подвода электролита и токосъемами. Графитовые пластины разделены между собой протонпроводящей полимерной мембраной. Имеются алюминиевые прижимные пластины с окном и без окна для пропускания света к фотоактивному электроду. Алюминиевые прижимные пластины и графитовые пластины изолированы между собой прокладками. Электроактивный и фотоактивный электроды помещены между графитовыми пластинами и прокладками. Электроактивный электрод представляет собой газодиффузионный слой с нанесенным каталитическим материалом – частицы платины на углеродной саже. Фотоактивный электрод представляет собой проводящее стекло с тонким слоем оксида олова, легированного фтором с нанесенным слоем фотокатализатора. При работе фотоэлектрохимической ячейки в режиме фотоэлектролизера применяется раствор SO32-/SO42-электролита, содержащий катионы щелочного металла концентрацией 1 моль/л. На фотоактивном электроде под действием солнечного излучения происходит генерация электронов (e-) и дырок (h+). Происходит их разделение, процесс окисления воды с образованием кислородсодержащих соединений и протонов водорода. Электроны от фотоактивного электрода направляются к электроактивному электроду. Протоны через протонпроводящую полимерную мембрану направляются к электроактивному электроду, где протекает процесс их восстановления до водорода. При работе фотоэлектрохимической ячейки в режиме топливного элемента применяется раствор SO32-/SO42-электролита, содержащий катионы щелочного металла, концентрация 1 моль/л, с добавлением органической составляющей, метанол или этанол, или глюкоза. Концентрация органической составляющей - 1 моль/л. На фотоактивном электроде без воздействия солнечного излучения протекает процесс окисления органического соединения с образованием протонов и электронов. Электроны по внешней цепи направляются к электроактивному электроду, создавая электрический ток. Протоны через протонпроводящую полимерную мембрану направляются к электроактивному электроду, где протекает процесс восстановления кислорода до воды. Технический результат заключается в создании устройства, сочетающего функции фотоэлектролизера и топливного элемента, предназначенного для производства водорода под действием солнечного излучения в режиме электролизера и генерации электрического тока в отсутствии солнечного излучения.