RU2079934C1 - Способ получения электрической энергии - Google Patents
Способ получения электрической энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2079934C1 RU2079934C1 RU9494009342A RU94009342A RU2079934C1 RU 2079934 C1 RU2079934 C1 RU 2079934C1 RU 9494009342 A RU9494009342 A RU 9494009342A RU 94009342 A RU94009342 A RU 94009342A RU 2079934 C1 RU2079934 C1 RU 2079934C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- semiconductor
- mixture
- generation
- oxidizing
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020599 Co 3 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000002772 conduction electron Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N copper(I) oxide Inorganic materials [Cu]O[Cu] BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N cuprous oxide Chemical compound [O-2].[Cu+].[Cu+] KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940112669 cuprous oxide Drugs 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 238000007210 heterogeneous catalysis Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Использование: источники постоянного тока. Сущность изобретения: способ получения энергии включает образование пары из положительного и отрицательного электродов, подачу в нее гомогенной смеси из смеси окислительного и восстановительного реагентов и отвод продуктов реакции от одного из электродов. Электроды разделяют полупроводниковым материалов с дырочной проводимостью, а гомогенную смесь подают в зону контакта поверхности полупроводника только с отрицательным электродом. Способ обладает повышенной эффективностью. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области прямого преобразования химической энергии в электрическую и может быть использовано в источниках тока.
Наиболее близким к заявляемому способу по количеству совпадающих существенных признаков является способ получения электрической энергии, при котором образуют электродную пару из сплошного положительного электрода с селективным катализатором восстановления окислителя и газопроницаемого отрицательного электрода с селективным катализатором окисления топлива, электроды разделяют проницаемым для газа слоем оксида, обладающего ионной проводимостью, и подают гомогенную смесь окислительного и восстановительного газов к отрицательному электроду (см. заявку WO 91/04587, H 01 M 8/10, 1991 г.).
Известный способ преобразования химической энергии в электрическую имеет следующие недостатки. Использование проводника с ионной проводимостью ограничивает допустимую величину плотности тока, так как ионы, при прочих равных условиях, имеют значительно меньшую подвижность, чем электроны и "дырки " в металлах и полупроводниках, а их перемещение непосредственно связано с переносом вещества, что обуславливает процессы поляризации и разрушения электролита. Другим недостатком является необходимость обеспечить достаточную высокую скорость образования ионов на химически пассивных электродах путем применения дорогостоящих катализаторов или повышения их температуры до 1000К и более.
Целью изобретения является повышение эффективности процесса непосредственного преобразования химической энергии в электрическую. Поставленная цель достигается предлагаемым способом получения электрической энергии, при котором образуют пару из положительного и отрицательного электродов, подают в нее гомогенную газовую смесь, состоящую из окислительного и восстановительного реагентов и отводят продукты реакции от одного из электродов, отличающийся тем, что электроды разделяют полупроводниковым материалом дырочной проводимостью, а подачу гомогенной газовой смеси осуществляют в зону контакта поверхности полупроводника только с отрицательным электродом.
Сущность заявляемого способа заключается в следующем.
При адсорбции на поверхность полупроводника с дырочной проводимостью ("p"-типа) молекул окислителя из газовой смеси, подаваемой в зону контакта полупроводника с отрицательным электродом, они становятся акцепторной примесью кристаллической решетки. В результате внутри полупроводника, у его поверхности, образуются "дырки", а адсорбционные молекулы переходят в состояние отрицательно заряженных ионо-радикалов, что сопровождается возникновением двойного электрического слоя и соответствующего потенциального барьера, препятствующего движению "дырок" из полупроводника к его поверхности и электродов в обратном направлении. Образовавшиеся на поверхности ионо-радикалы становятся центрами хемосорбции менее активных молекул восстановителя. При этом между ними происходит химическая реакция при температуре и соотношении компонентов смеси, недостаточных для непосредственного взаимодействия реагентов (гетерогенный катализ), с образованием отрицательных ионо-радикалов продуктов реакции. Достигнув равновесной концентрации на поверхности продукты реакции нейтрализуются и десорбируются с газовую смесь. Образовавшиеся при этом свободные электроны, стремясь уйти из области отрицательного поверхностного заряда, собираются электродом и, проходя по электрической нагрузке, уходят в положительный электрод (в зону контакта которого с полупроводником смесь не поступает), а затем рекомбинируют с "дырками" вблизи контакта этого электрода с полупроводником. Адсорбция новых молекул окислителя поддерживает постоянной концентрацию "дырок" внутри полупроводника, уходящих в противоположном направлении из зоны скачки потенциала в зону рекомбинации. Образовавшиеся продукты реакции могут быть удалены прокачкой смеси, адсорбцией, конденсацией, сепарацией и т.д.
В качестве окислителя в составе смеси может использоваться, например, кислород, воздух, перекись водорода, окислы азота, фтор, хлор и т.д. а в качестве восстановителя водород, угарный газ, метан и другие углеводороды, пары спирта и углеводородного топлива, аммиак, гидразин, продукты неполного сгорания топлива и т.п.
В качестве полупроводникового материала следует использовать полупроводники p-типа, обладающие свойствами катализаторов окислительно-восстановительных реакций. При использовании окислителей на основе кислорода такими материалами являются, например, оксиды переходных металлов Cu2O, CuO, NiO, CoO, Co3O4, Cr2O3 MnO, Mn2O3 и т.д. Применение таких материалов позволяет создавать простые и технологические конструкции, так как полупроводниковый слой может быть получен путем предварительного окисления металлических электродов. Подача газовой смеси к поверхности полупроводника может производиться через отрицательный электрод, который в этом случае должен быть газопроницаемым, например, в виде тонкого покрытия, допускающего газообмен путем диффузии, либо в виде перфорированного или пористого слоя, проволочной сетки или навивки.
Использование гомогенной смеси реагентов, которую достаточно подавать только к одному из электродов пары, позволяет получить более развитую рабочую поверхность в единице объема, чем это может быть достигнуто в топливных элементах. ЭДС такого источника тока определяется шириной запрещенной зоны между уровнями энергии валентных электронов и электронов проводимости полупроводника. Плотность тока зависит от общей длины зоны тройного контакта поверхности полупроводника с газовой смесью и электродом, давления смеси и температуры. Рабочая температура в свою очередь ограничивается с одной стороны зависимостью скорости каталитической реакции окисления от температуры, а с другой зависимостью полупроводниковых свойств от температуры.
Пример осуществления способа.
Предлагаемый способ осуществляется с помощью устройства, изображенного в разрезе на чертеже. Электродную пару образуют из сплошного металлического электрода 1 и проволочной сетки 3, между которыми помещают полупроводниковый слой 2, полученный путем предварительного окисления поверхности сплошного электрода 1. Подачу реагентов в направлении, указанном стрелкой 4, и отвод продуктов реакции в направлении стрелки 5, производят путем продувки смеси вдоль поверхности электродов в направлении 6. При этом в ходе реакции, протекающей у границы полупроводникового слоя 2 и сетки 3, возникает разность потенциалов, что вызывает ток в электрической нагрузке 7. В качестве газонепроницаемого электрода используется поверхность меди, которую предварительно окисляют до закиси меди (Cu2O применялась в купоросных выпрямителях). Газопроницаемый (отрицательный) изготавливают из проволоки диаметром 0,2 мм. В качестве рабочей смеси используют состав 80% O2 и 20% CO при атмосферном давлении. Рабочая температура ограничивается уровнем предельно допустимой рабочей температуры применяемого полупроводника60 C. Величина э.д. с. составляет в данном случае0,6В, а плотность тока достигает 1 mA на 1 см длины контакта проволоки отрицательного электрода с поверхностью полупроводника. При развитии поверхности до уровня, соответствующего 75% объемной пористости, это обеспечивает мощность до 500 Вт с 1 л рабочего объема при удельном весе 10 кГ/кВт. Такие весовые показатели соизмеримы с сухим удельным весом существующих водородно-кислородных топливных элементов (например, 11,3 кГ/кВт для топливного элемента, разрабатывавшегося фирмой "Дженерал электрик" для многоразового корабля "Спейс шаттл" по данным: С.А. Подшивалов и др. Энергетические установки космических аппаратов. М, Энергоиздат, 1981, с. 86).
Предлагаемый способ может осуществляться с помощью устройств, аналогичных приведенному в примере, но имеющих различное конструктивное исполнение, исходя из условий работы в транспортных и стационарных системах, потребной мощности, состава рабочей смеси и др. конкретных требований.
Claims (1)
- Способ получения электрической энергии, при котором образуют пару из положительного и отрицательного электродов, подают в нее гомогенную газовую смесь, состоящую из окислительного и восстановительного реагентов и отводят продукты реакции от одного из электродов, отличающийся тем, что электроды разделяют полупроводниковым материалом с дырочной проводимостью, а подачу гомогенной газовой смеси осуществляют в зону контакта поверхности полупроводника только с отрицательным электродом.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9494009342A RU2079934C1 (ru) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | Способ получения электрической энергии |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9494009342A RU2079934C1 (ru) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | Способ получения электрической энергии |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94009342A RU94009342A (ru) | 1995-10-27 |
| RU2079934C1 true RU2079934C1 (ru) | 1997-05-20 |
Family
ID=20153641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU9494009342A RU2079934C1 (ru) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | Способ получения электрической энергии |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2079934C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2140122C1 (ru) * | 1998-07-22 | 1999-10-20 | Давыдов Андрей Анатольевич | Способ получения электрической энергии |
| RU2165117C1 (ru) * | 1999-12-21 | 2001-04-10 | Гудович Анатолий Петрович | Устройство для получения электрической энергии |
| RU2380792C1 (ru) * | 2008-12-19 | 2010-01-27 | Андрей Анатольевич Давыдов | Способ получения электрической энергии на основе полупроводникового электронного каталитического элемента |
| WO2023043302A1 (ru) * | 2021-09-16 | 2023-03-23 | Игорь Геннадьевич ДАВЫДОВ | Способ активации топливных элементов |
-
1994
- 1994-03-16 RU RU9494009342A patent/RU2079934C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Международная заявка WO N 9104587, кл. H 01 M 8/10, 1991. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2140122C1 (ru) * | 1998-07-22 | 1999-10-20 | Давыдов Андрей Анатольевич | Способ получения электрической энергии |
| RU2165117C1 (ru) * | 1999-12-21 | 2001-04-10 | Гудович Анатолий Петрович | Устройство для получения электрической энергии |
| RU2380792C1 (ru) * | 2008-12-19 | 2010-01-27 | Андрей Анатольевич Давыдов | Способ получения электрической энергии на основе полупроводникового электронного каталитического элемента |
| WO2023043302A1 (ru) * | 2021-09-16 | 2023-03-23 | Игорь Геннадьевич ДАВЫДОВ | Способ активации топливных элементов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9005826B2 (en) | Electrochemical battery | |
| JP3755840B2 (ja) | 高分子固体電解質型燃料電池用電極 | |
| JP2004199877A (ja) | 燃料電池 | |
| EP1422778A1 (en) | Fuel cells using plasma on the cathode side | |
| JP2007523441A (ja) | プロトン性セラミック燃料電池のための水素拡散電極 | |
| US4321313A (en) | Electrogenerative reduction of nitrogen oxides | |
| US20040166386A1 (en) | Fuel cells for exhaust stream treatment | |
| RU2079934C1 (ru) | Способ получения электрической энергии | |
| EP1279432B1 (en) | Chemical reactor | |
| Nagao et al. | Electrochemical Reduction of NO x at Intermediate Temperatures Using a Proton-Conducting In3+-Doped SnP2O7 Electrolyte | |
| JP3626971B2 (ja) | 化学反応器 | |
| US20130101919A1 (en) | Membrane electrode assembly, fuel cell, gas detoxification apparatus, and method for producing membrane electrode assembly | |
| US3337369A (en) | Non-porous diffusion membrane fuel cell | |
| JPH02311302A (ja) | 燃料電池に供給する水素ガスの精製装置 | |
| AU744690B2 (en) | Improvements in and relating to gas generators | |
| US20050167286A1 (en) | Chemical reactor for nitrogen oxide removal and method of removing nitrogen oxide | |
| JP4201319B2 (ja) | 電気化学セル型化学反応システム | |
| JP4342018B2 (ja) | 化学反応器 | |
| JP4353657B2 (ja) | 高温型プロトン導電体を用いた炭化水素改質ガス類から水素を分離する方法 | |
| JP4193929B2 (ja) | 省エネルギー型電気化学反応システム及びその活性化方法 | |
| RU2148878C1 (ru) | Полупроводниковый топливный элемент | |
| JP2000149959A (ja) | 燃料電池 | |
| WO2004011135A1 (ja) | 電気化学セル型化学反応システム、その活性化方法及び反応方法 | |
| Mogensen et al. | Fuel cells-familiar principles for electricity generation | |
| RU2140122C1 (ru) | Способ получения электрической энергии |