[实用新型]一种光催化阳极电极分解水制氧气的装置

说明书

本实用新型公开了一种光催化阳极电极分解水制氧气的装置，该装置由阳极电极装置、阳极电极液体储罐、氧气气体收集器、氧气气液分离器、氧气气体储罐组成。其中，集光镜收集光能经光导纤维集束直接照射到阳极电极上产生电子，提高阳极电极电位，发生电化学分解阳极电极液体储罐内的水分子产生纯净氧气和氢质子的反应，并由气体输出导管将氧气输出；光电转换阳极电极装置上产生氧气的同时，释放电子能量经由导线流经电流限制器将其中的电子能量转移到阴极电极装置上传递给氢质子，在电极上发生化学反应、产生氢气，使体系达到和维持动态平衡；阳极电极液体储罐释放氧气后下降的水位再由纯水补液管、纯水补液泵经过水压控制器向阳极电极液体储罐补充纯水，使氧气只要有光源时即可不间断地产生。

技术领域

本实用新型涉及一种光催化阳极电极分解水制氧气的装置。

背景技术

外太空探索、将来人类在月球或火星上的旅行居住需要携带氧气供乘员使用，由于外太空的无氧环境对乘员生存造成很大的困难，开发地球之外现场制造氧气的新技术一直以来都是这一领域的一大热门课题。传统的方法主要是电解水的产氧方法，此过程通常需要有足够的电力供应。这些电力可能是从太阳板上发电所得，使得成本增加且设备复杂、操作步骤繁琐。利用太阳光下半导体材料催化分解水制氧气和氢气也有诸多文献报导，但这些方法只能分解出少量的氧气和氢气混合气体、实用价值不大，其混合气体的分离耗材或耗电，使成本增高。能否寻找到低耗材、低能耗、低成本的氧气制造新方法非常重要。

事实上，金属氧化物或离子能将太阳光中含有的能量直接转为电子能量，这样的金属氧化物电极不仅能将水分子分解为氧气和氢质子(H+)，同时也能产生出电子。当用导线将这些电子引到阴极电极上供给由阳极迁移过来的氢质子(H+)时，就能重新组合成氢气。这样分别在阳极上释放氧气而在阴极上释放氢气，只需光的能量，无需电能的消耗。

从热力学上可知，当以上金属氧化物电极吸收了光能后就会提升自身的电极电位和供出电子，只要这个电极电位高于水分解的电位，就可产生出氧气和氢质子(H+)。水溶液中氢质子(H+)的浓度差，会使其迅速向浓度低的阴极迁移。此时，将在阳极上产生的电子引至阴极电极上，就能与质子(H+)重新结合而释放出氢气达到动态平衡。这种很巧妙的设计，能将光能转化为电能同时分解水分子产生氧气、效能极高，无需通过太阳板先进行发电再分解水分子、降低了效率。

与传统的电解法相比有实质上的不同，本实用新型无需电力供应。如已有的相关研究电解制高纯氧(CN104498983A(201410252178.5))不仅要电力供应，还要用贵重的钯或铂脱除氢和可燃性气体。本实用新型制得的氧气和氢气分别在阳极和阴极收集；本实用新型也无需先把光能转变为电能，如光电化学分解制高纯氧气(CN104195588A(201410444414.3))不仅需要光源，还要额外电力(电源)供电。由于无需光电转换过程，无论从理论上分析还是实际运行都表明这种方式能量转换最为高效，设备简单、成本低廉、操作简便，实现光/电能和化学能量的相互转换，直接产生纯净氧气。

与电解水产氧气需要电力方法不同、也与光解产氧气和氢气混合气体的方法不同，本实用新型所用的光电阳极是将光能转化为电子能量在阳极上直接分解水释放氧气，而在阴极上聚集足够的电子提供给H+质子转化为氢气，在阴极区域得到纯净的氧气。从根本上克服了电解水/光分解水的缺陷。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种光催化阳极电极分解水制氧气的装置。