Уточнение расчета коэффициента полезного действия химического генератора
Аннотация
Цель статьи: Аналитические расчеты и предварительные оценки эффективности химических генераторов (хемогенераторов) имеют важное значение для анализа преобразования химической энергии в электрическую, основу которого составляет трансформация энергии гетерогенной химической реакции образования молекулы водорода в энергию электронного возбуждения на поверхности полупроводника-катализатора. Однако, в цитируемых работах, при расчете вероятности возбуждения хемоэлектронов (высокоэнергетических электронов в зоне проводимости полупроводника) не учитывается фононный канал аккомодации химической энергии. Такое рассмотрение было бы приемлемо при пренебрежении взаимодействия возбуждаемого электрона с решеткой, но при рассеянии энергии химической реакции неизбежно смещаются положения равновесия осцилляторов, приводящие к испусканию или поглощению фононов. Поэтому методика расчета должна учитывать как электронные, так и фононные каналы аккомодации. Целью данной работы является вывод теоретической формулы для коэффициента полезного действия (КПД) хемогенератора с учетом термостимулированного выброса электронов в зону проводимости, с
последующим анализом частных случаев.
Теоретическая часть: Теоретически исследовано влияние локальных тепловых колебаний кристалла, инициированных воздействием энергии химической реакции образования молекулы водорода на поверхности «катализатора», на темп генерации высокоэнергетических электронов. Получены формулы для КПД хемогенератора, уточняющие соответствующие формулы из других работ. Указывается на существенную роль термостимулированных переходов электронов в зону проводимости полупроводника при комнатных температурах.
Выводы: Полученные результаты могут быть полезны при качественном анализе механизмов аккомодации химической энергии, в контексте проблемы преобразования химической энергии в электрическую
Скачивания
Литература
Grankin V. P., Grankin D. V. Electronic excitation and current generation in a heterostructure under the action of hydrogen atoms. Russian Journal of Physical Chemistry A. 2020;94(10): 2047–2050. https://doi.org/10.1134/S0036024420100118
Grankin V. P., Grankin D. V. Electronic excitation of the surface of UV-irradiated solids in heterogeneous recombination of hydrogen atoms. Russian Journal of Physical Chemistry A. 2016;90(6): 1280–1285. https://doi.org/10.1134/S003602441606008X
Boreskov G. K. Heterogeneous catalysis*. Moscow: Nauka Publ.; 1986. 304 p. (In Russ.)
Fischer R., Neumann H. Field emission from semiconductors*. Moscow: Nauka Publ.; 1971. 216 p. (In Russ.)
Semenov I. N., Bogdanov R. V. Energy and chemical process*. Leningrad: Khimiya Publ.; 1973. 112 p. (In Russ.)
Dmitriev I. S. Symmetry in the world of molecules*. Leningrad branch: Khimiya Publ.; 1976. 128 p. (In Russ.)
Golikov G. A. Handbook of physical chemistry*. Moscow: Vysshaya shkola Publ.; 1988. 383 p. (In Russ.)
Poltorak O. M. Thermodynamics in physical chemistry*. Moscow: Vysshaya shkola Publ.; 1991. 319 p. (In Russ.)
Mitrofanov V. V., Fogel` V. A. Physics and chemistry of semiconductors*. Leningrad. Sudostroenie Publ.; 1965. 219 p. (In Russ.)
Muratov T. T. Compensation effect of growth of the lifetime of charged carriers in semiconductors at a magnetic field. Semiconductors. 2022;56(11): 831–835. https://doi.org/10.21883/SC.2022.11.54958.4350
Muratov T. T. Statistical approach to the process of tunnel ionization of impurity centers near the heterointerface. Condensed Matter and Interphases. 2021;23(4): 529–534. https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3671
Muratov T. T. Influence of the Zeeman effect on the three-body recombination process in the ultracold plasma. Izvestiya Vuzov. Fizika. 2023;66(8): 74–79. (In Russ.). https://doi.org/10.17223/00213411/66/8/9
Reissland J. A. The physics of phonons. London: New York: Wiley; 1973. 319 p.
Grankin V. P., Grankin D. V. Non-adiabatic chemoelectronic energy conversion in a Schottky diode*. In: Proceedings of the international scientific and technical conference “INTERMATIC-2015”. Part 4. MIREA. 1-5 December 2015. Moscow: 2015. p. 101–104. (In Russ.)
Mashkina E. S. 1/f2 noise as a precursor of structural reconstructions near the melting point of crystalline materials with different types of chemical bonds. Condensed Matter and Interphases. 2024;26(2): 362–366. https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/12071
Abakumov V. N., Perel V. I, Yassievich I. N. Nonradiative recombination in semiconductors. New York: Elsevier Publishing Company; 1991, 336 p.
Grankin D. V. Energy efficiency of chemical energy conversion into electrical energy by a Schottky diode with a nano-sized metal film*. In: Proceedings of the international scientific and technical conference “INTERMATIC-2016”. Part 1. MIREA 21–25 November 2016. Moscow: 2016. p. 108–112. (In Russ.)
Mooney P. M. Deep donor levels (DX centers) in III–V semiconductors. Journal of Applied Physcs.1990;67(3): R1–R26. https://doi.org/10.1063/1.345628
Styrov V. V. Nonequilibrium generation of hot electrons in a metal during chemical reaction at the liquidmetal interface. Technical Physics Letters. 2015;41(2): 195–199. https://doi.org/10.1134/S1063785015020261
Styrov V. V., Simchenko S. V. SiC-based nanosized structures with p-n junctions for transforming chemical energy into electricity and sensors. Technical Physics Letters. 2013; 39(7): 621–625. https://doi.org/10.1134/S1063785013070122
Copyright (c) 2025 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
