提供了一种氢气产生装置，其在光利用效率上高，并且能够以高效率来产生氢气，而不降低氢气产生速率。根据本发明专利技术的氢气产生装置包括：光电转换部分，其具有光接受表面和背表面；第一气体产生部分和第二气体产生部分，它们被设置在所述背表面上，其中，所述第一气体产生部分和所述第二气体产生部分之一是氢气产生部分，用于从电解液产生H2，其另一个是氧气产生部分，用于从所述电解液产生O2，所述第一气体产生部分和所述第二气体产生部分的至少一个是多个，并且，所述光电转换部分电连接到所述第一气体产生部分和所述第二气体产生部分，以便所述光电转换部分接受光时产生的电动势被供应到所述第一气体产生部分和所述第二气体产生部分。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及氢气产生装置和用于产生氢气的方法。
技术介绍
近来，预期鉴于化石燃料资源的穷尽和全球温室气体的排放限制而使用可再生能量。从各种资源产生可再生能量，所述各种资源例如是日光、水力发电、风カ发电、地热、潮汐发电和生物量，其中，因为日光与其他可再生能源相比在可利用能量上量大并且在地理限制上较小，所以预期开发用于从日光有效地产生可利用能量并且变得在早期被广泛使用的技术。从日光产生的可利用能量包括由太阳能电池或太阳能热涡轮产生的电能、通过向热介质收集太阳能而产生的热能和通过使用日光还原物质而产生的可存储燃料能量，该可 存储燃料能量例如是液体燃料或氢气。虽然许多太阳能电池技术和太阳能热利用技术已经被投入实用，但是这些技术正在被开发以改善，因为能量利用效率仍然较低，并且用于产生电和热的成本仍然较高。此外，虽然以电和热等的形式的能量可以用于补充短期能量波动，但是存在下述问题很难补充诸如季节波动的长期波动，并且可以因为在能量上的增大而降低电源设施的运行率。同时，将能量存储为诸如液体燃料或氢气的物质作为用于有效地补充长期波动并且改善电源设施的运行率的技术极其重要，并且，就是该不可缺少的技术最大地增强能量使用效率并且彻底地減少在未来的ニ氧化碳排放量。可存储的燃料可以大体被划分为下述形式诸如碳氢化合物(carbon hydride)的液体燃料、诸如生物气或氢气的气体燃料和诸如生物量得出的木屑颗粒或由日光还原的金属的固态燃料。这些形式的每ー个具有好和差点，使得液体燃料在基础架构构造的容易性和能量密度上有益，诸如氢气的气体燃料在使用燃料电池的总的使用效率改善上有益，固体燃料在可存储性和能量密度上有益，其中，用于通过日光分解水的氢气产生技术特别吸引关注，因为容易获得的水可以被用作原材料。用于使用太阳能和作为原材料的水来产生氢气的方法包括光解方法，其中，在诸如氧化钛的光催化剂上负载钼，该材料被置于水内，并且通过光照射来在半导体中分离电荷，并且还原质子，并且在电解液中氧化水；热解方法，其中，通过使用在高温燃气炉中的热能来在高温下将水直接地热解，或者通过结合金属氧化还原剂而间接热解水；生物方法，其利用使用光的诸如藻类的微生物的新陈代谢；水电解方法，其中，由太阳能电池产生的电カ与用于水电解的氢气产生装置组合；以及，光生伏打方法，其中，在太阳能电池中使用的光电转换材料上负载氢气产生催化剂和氧气产生催化剂，并且，在通过光电转换提供的电子和空穴的反应中使用氢气产生催化剂和氧气产生催化剂。其中，光解方法、生物方法和光生伏打方法被看作有可能通过集成光电转换部分和氢气产生部分来产生小尺寸氢气产生装置，但是相信光生伏打方法是鉴于来自日光的能量的转换效率而实际使用的最可能技术之o已经公开了氢气产生装置的示例，其中，通过光解方法或光生伏打方法将光电转换与氢气产生整合。关于光解方法，专利文件I公开了使用氧化钛光催化电极、钼电极和碘或铁的氧化还原的装置，所述氧化钛光催化电极吸收钌络合物。此外，专利文件2和3通过下述方式来使用集成结构将两个光催化层串联，连接钼对电极，并且在其间夹着离子交換膜。同时，关于光生伏打方法，公开了氢气产生装置的概念，该氢气产生装置集成地具有光电转换部分、氢气产生部分和氧气产生部分(非专利文件I)。根据该文，通过光电转换部分来执行电荷分离，并且，通过使用分别与氢气产生和氧气产生对应的催化剂来执行氢气产生和氧气产生。光电转换部分由在太阳能电池中使用的材料构成。例如，根据非专利文件2，在对于三个硅p-i-n层执行电荷分离后，通过钼催化剂来进行氢气产生，并且通过氧化钌来进行氧气产生。而且，根据专利文件3，通过使用在多个波长吸收光的多结光电转换材料、使用Pt来作为氢气产生催化剂并且使用RuO2作为氧气产生催化剂来改善效率。同吋，根据专利文件4和非专利文件3，通过下述方式来产生集成的氢气产生装置将氢气产生催化剂(NiFeO)和三个硅p-i-n层并行地层叠在衬底上，并且在硅层上负载氧气产生催化剂(Co-Mo)。现有技术文件 专利文件专利文件I :日本未审查专利公开2006-89336专利文件2 :日本未审查专利公开2003-504799专利文件3 :日本未审查专利公开2004-504934专利文件4 :日本未审查专利公开2003-288955非专利文件非专利文件I !Proceedings of the National Academy of Sciences of theUnited States of America,2006,43 卷，15729 至 15735 页非专利文件2 :Applied Physics Letters, 1989, 55 卷，386 至 387 页非专利文件3 :Journal of Physical Chemistry, 2009,113 卷，14575 至 14581 页非专利文件4!International Journal of Hydrogen Energy, 2OO3, 28卷，Il67至1169 页
技术实现思路
本专利技术要解决的问题如上所述，虽然已经公开了关于其中将光电转换与氢气产生集成以便以较高的效率来产生氢气的氢气产生装置的结构的ー些研究，但是必须最大地增强光利用效率。例如，当在装置中的光接受表面中产生气体时，入射光被所产生的气体散射，使得不能充分地利用入射光并且降低光利用效率，这是严重的问题。此外，当在光电转换部分的光接受表面上负载催化剂时，入射光被催化剂反射或吸收，使得光利用效率也成问题地降低。另外，为了防止光被散射，已经研究了用于使用电极膜来将光电转换部分的光接受表面与氧气催化剂电连接的方法，但是因为由于另ー个构件(诸如氧气产生催化剂)因为其结构导致的面积而限制光电转换部分的面积，所以存在不能防止光利用效率降低的问题。而且，具体地说，随着増大装置的大小，因为在氢气产生催化剂周围的电解液和在氧气产生催化剂周围的电解液之间引起质子浓度的不平衡，氢气产生速率降低，这是ー个问题。鉴于上面的情况而作出了本专利技术，并且本专利技术的目的是提供ー种氢气产生装置，所述氢气产生装置在光利用效率上高，并且可以以高效率来产生氢气，而不降低氢气产生速率。 用于解决问题的手段本专利技术提供了ー种氢气产生装置，其包括光电转换部分，其具有光接受表面和背表面；第一气体产生部分和第二气体产生部分，它们被设置在所述背表面上，其中，所述第一气体产生部分和所述第二气体产生部分之ー是氢气产生部分，用于从电解液产生H2，其另ー个是氧气产生部分，用于从所述电解液产生O2，并且所述第一气体产生部分和所述第ニ气体产生部分的至少ー个是多个，并且所述光电转换部分电连接到所述第一气体产生部分和所述第二气体产生部分，以便通过所述光电转换部分的光接受产生的电动势被供应到所述第一气体产生部分和所述第二气体产生部分。本专利技术的效果 根据本专利技术，可以通过使用光照射所述光电转换部分的所述光接受表面来在所述光电转换部分中产生电动势，并且，可以向所述第一气体产生部分和所述第二气体产生部分输出所述电动势。通过将电解液与所述电动势被输出到的所述第一气体产生部分和所述第二气体产生部分接触，可以在所述第一气体产生部分和所述第二气体产生部分之一中从所述电解液产生H2，并本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：吉田章人，佐多俊辅，加贺正树，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：
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