Фотоелектрохімічні системи для акумулювання водню

Розроблена експериментальна фотоелектрохімічна комірка для накопичення водню: при освітленні напівпровідникового фотоанода водень акумулюється на катоді. Реакції, які протікають на електродах у загальному вигляді: Катодна реакція: M + H2O + e- = OH- + MH Анодна реакція: 2S2- + 2p+ > S22-

Області застосування

Передбачається використання фотоелектрохімічної системи, що розробляється, для одержання чистого водню у якості енергоносія для виробництва електроенергії, а також для хімічних потреб.

Короткий опис

У фотоелектрохімічній системі анодну реакцію виділення кисню замінено реакціями окиснення сульфід-іонів та селенід-іонів, що дозволяє використовувати у якості аноду вузькозонні напівпровідники та накопичувати водень в об'ємі катода з використанням металгідридів (інтерметалічні сполуки типу АВ₅ і АВ₂). Анодна і катодна частини електрохімічної комірки розділяються іонообмінною мембраною.

Очікувані властивості

Використання в якості фотоанода матеріалів, які добре поглинають видиме світло (наприклад, ряд сполук типу A^IIB^VI та A^IIIB^V та інші), з шириною забороненої зони меншою 2.7 еВ та збільшення величини фотопотенціалу і зменшення міжфазової рекомбінації носіїв заряду за рахунок модифікування поверхні фотоаноду дозволяє узгоджувати кінетику сорбції водню на МН катоді з характеристиками фотоанодів і більш ефективно перетворювати сонячну енергію в хімічну енергію водню, що дає можливість побудувати фотоелектрохімічну комірку та сонячні модулі на її основі з ефективністю не нижче 7-8 % з одночасним акумулюванням водню, які будуть основою для створення промислових установок для одержання та акумулювання водню.

Переваги

Водень, одержаний у фотоелектрохімічній системі, дуже чистий і не потребує додаткового очищення для використання. Крім того, він більш дешевий, чим той, що одержують із використанням твердотільних сонячних елементів і електролізера, тому що не вимагає використання дорогих і високотехнологічних сонячних елементів.

Конкуренти

MER (Material and Electrochemical Research) Corporation (U.S.),
MV Systems,SRI International (Menlo Park,U.S.),
Japanese New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO),
Siemens (Німеччина),
Hydrogenics (Канада),
BPplc, Praxair, Iwatani International (Япония)

Стан розробки

Розроблено методику формування фоточутливих наногетероструктур на основі нанотрубок (NT)-TiO₂/CdSe^-, NT-TiO₂/CdSe_xTe_1-x- та NT-TiO₂/Cd_xZn_1-xSe та модифікування їх поверхні нанорозмірними частинками (квантовими крапками) деяких металів чи напівпровідників. Одержано сплави типу (La+Mm)Ni_5-x-y-zAl_xCo_yMn_z і розроблені методі виготовлення катодів для акумулювання водню у фотоелектрохімічній системі. Розроблена експериментальна фотоелектрохімічна комірка для акумулювання водню, проведені її натурні випробування.

Інтелектуальна власність

Колбасов Г.Я., Солонін Ю.М., Русецький І.А., Данько Д.Б.
Фотоелектрохімічний елемент з накопиченням водню заявники Iнститут проблем матерiалознавства iм. I.М. Францеврича НАН України, Iнститут загальної та неорганiчної хiмiї iм. В.I. Вернадського НАН України.
Патент України №75975

Контактна інформація

Виконавець:
Iнститут проблем матерiалознавства iм. I.М. Францеврича НАН України
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України

Проект №22. «Розробка воденьсорбуючих матеріалів на основі металогідридів та їх використання в якості акумуляторів водню та електродів для електрохімічних систем енергетичного спрямування»
Проект №18. «Розробка ефективних фотоелектрохімічних систем для отримання і акумулювання водню»

Контактна особа:

Солонін Юрій Михайлович

Е-mail: solonin@ipms,kiev,ua

Щербакова Лариса Григорівна

Е-mail: larisa_c@ukr.net

Колбасов Геннадій Якович

Е-mail: kolbasov@ionc.kiev.ua