Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка автономного оборудования для проведения реакции разложения воды, с целью получения водородного топлива

ФИО: Гостева Е.А.

Направление: Новые приборы и аппаратные комплексы (У.М.Н.И.К.)

Научный руководитель: д.ф.-м.н., проф. Герасименко Н.Н., д.ф.-м.н., проф. Пархоменко Ю.Н.

Институт: Институт новых материалов и нанотехнологий

Кафедра: Кафедра Материаловедения полупроводников и диэлектриков

Академическая группа: аспирантка МПиД

В настоящее время одним из актуальных в солнечной энергетике является направление, охватывающее исследования и разработки по использованию солнечного излучения для разложения воды на водород и кислород с последующим накоплением полученных газов, а также путем прямого использования водорода в топливных элементах. Данная методика в настоящее время опробована практически и активно развивается, но пока не вышла на рынок в виде готовых технологических установок, так как в реальной технологии встречаются существенные трудности. Применение этого экологически чистого и в то же время энергоемкого водородного топлива позволит решить проблему энергетического кризиса, а также существенно улучшить экологическую обстановку.

К основным проблемам развития водородной энергетики можно отнести низкую коррозийную устойчивость электродов на основе традиционных материалов для фотолизного элемента и низкий КПД (14%) преобразования энергии солнечного излучения в активной области полупроводникового электрода. В связи с этим предлагается применение новейших материалов, таких как нанокристаллические частицы кремния. В сравнении с другими полупроводниковыми материалами кремний обладает такими основными преимуществами, как распространенность в природе и низкая себестоимость. При переходе к размерам частиц порядка нескольких нанометров в кремнии появляются новые свойства, отличные от свойств объемного вещества, что обуславливается большой величиной отношения поверхности к объему наночастицы, дискретной структурой энергетических уровней, а также наблюдаемым проявлением квантово-размерного эффекта. Для осуществления реакции диссоциации молекул воды необходим потенциал разложения 1,23 эВ, что главным образом и определяет выбор электродов и материалов для них. Наноструктурирование кремния позволяет получить наобходимую разность потенциалов 1,4-1,7 эВ без использования дополнительного электрического смещения, а возможность пассивации поверхности коррозионно-устойчивыми материалами, предотвращает деградацию и повышает срок службы электродов.

В результате реализации научного проекта планируется исследовать физико-химические, оптические и каталитические свойства наноструктурированных пористых пленок кремния и разработать лабораторную технологию проведения контролируемой фотоэлектролизной реакции с последующим патентованием и коммерциализацией разработанной технологии и оборудования

Рисунок 1 – Простейшая схема эксперимента для проверки фотоэлектрического разложения воды 1 – газоотводящая трубка; 2 – полупроводниковый электрод; 3 – держатель; 4 – противоэлектрод; 5 – уплотнитель.