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光电化学分解制氢的方法

来源:www.schxhg.net 发表时间:2019-01-02

典型的光电化学分化太阳池由光阳极和阴极构成。光阳极一般为光半导体材料,受光激发能够发作电子空穴对,光阳极和对极(阴极)组成光电化学池,在电解质存在下光阳极吸光后在半导体带上发作的电子通过外电路流向阴极,水中的氢离子从阴极上接受电子发作氢气。 半导体光阳极是影响制氢功率最要害的要素。应该使半导体光吸收限尽可能地移向可见光部分,减少光生载流子之间的复合,以及进步载流子的寿命。光阳极材料研讨得最多的是TiO2。TiO2作为光阳极,耐光腐蚀,化学稳定性好。而它禁带宽度大,只能吸收波长小于387nm的光子。现在首要的处理途径就是掺杂与表面润饰。掺杂有非金属离子掺杂、金属离子掺杂、稀土元素掺杂等。要使分化水的反应发作,最少需求1.23V的能量,现在最常用的电极材料是TiO2,其禁带宽度为3eV,把它用作太阳能光电化学制氢系统的阳极,能够发作0.7~0.9V的电压,因而要使水裂解必须施加必定的偏压。由于太阳能制氢中常用的施加偏压方法有:运用太阳电池施加外部偏压和运用太阳电池在内部施加偏压,所以太阳能光电化学分化水制氢可分为一步法和两步法。 一步法就是不将电能引出太阳电池,而是在太阳电池的两个电极板上制备催化电极,通过太阳电池发作的电压降直接将水分化成氢气与氧气。该方法是近年来在多结叠层太阳电池(如三结叠层非晶硅太阳电池)研讨方面获得发展的情况下逐步被注重起来的。由于叠层太阳电池的开路电压能够逾越电解水所需求的电压,而电解液又可所以透光的,所以将这种高开路电压的太阳电池置人电解液中,电解水的反应就会在光照下自发进行。这种方法的利益是免去了外电路,降低了能量损耗,可是光电极的光化学腐蚀问题比较突出,故研讨的重点是电池之间的能隙匹配、电池表面防腐层的挑选和制备器件结构的设计,对催化电极的要求是有较低的过电势、有好的脱附作用、对可见光通明、防腐、廉价。 两步法光伏电解水是将太阳能光电转化和电化学转化在两个独立的过程中进行 这样能够通过将几个太阳电池串连起来,以满意电解水所需求的电压条件。两步法制氢有以下利益:在系统中能够分别选用转化功率高的太阳电池和较好的电化学电极材料以进步光电化学转化功率;能够有用防止因运用半导体电极而带来的光化学腐蚀问题。但两步法要将电流引出电池,这要损耗很大的电能,由于电解水只需求低电压,如若得到大功率的电能就需求很大的电流,使得导线耗材和功率损耗都很大,而且在电流密度很大时也加大了电极的过电势。

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