[发明专利]一种微重力环境下用多层板人工光合作用装置

说明书

本发明涉及一种微重力环境下用多层板人工光合作用装置，包括依次层叠布置的阳极模块、质子交换膜和阴极模块；所述阳极模块通过偏置电压、或偏置电压结合光对原料流体进行分解而获得第一流体，所述阴极模块通过阳极模块产生的氢离子和偏置电压对原料流体进行分解而获得第二流体；所述阳极模块内形成有用于流体流动的第一流道。本发明的人工光合作用装置采用多层板结构组成，通过设计微小流道结构降低空间环境下浮力缺失的影响，可以通过对出入水和气体的控制，保证最佳的物理化学过程，满足在微重力环境下高效、可靠的人工光合作用过程。

技术领域

本发明涉及空间人工光合作用领域，具体涉及一种微重力环境下用多层板人工光合作用装置。

背景技术

随着人类探索疆域的的拓展，重返月球、载人火星等极具挑战性的航天任务已具备可实施性。美国提出2033年载人登陆火星的目标，主导月球轨道深空门户站的建设，宣布了重返月球计划，并承诺将在10年内建设一座有人月球基地。有人月球基地建设和载人深空探测已成为当前国际太空活动的前沿热点。

将人类呼吸产生的二氧化碳转换为氧气，实现密闭空间的原位资源利用，大大降低有人月球基地、载人深空飞船的物资供应需求，是有人月球基地建设、载人深空探测及火星移民计划的核心能力。

传统的地面人工光合作用装置及其他化学反应装置，在空间弱引力环境下，由于浮力缺失，整个反应过程会随着反应的进行发生效率降低甚至反应中止现象。这些因素严重制约着人工光合作用装置在空间上的应用。因此用于微重力环境下的人工光合作用装置的需求十分迫切。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在微重力环境下反应过程会随着反应的进行发生效率降低甚至反应中止现象，提供一种微重力环境下用多层板人工光合作用装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种微重力环境下用多层板人工光合作用装置，包括依次层叠布置的阳极模块、质子交换膜和阴极模块；所述阳极模块通过偏置电压、或偏置电压结合光对原料流体进行分解而获得第一流体，所述阴极模块通过阳极模块产生得氢离子和偏置电压对原料流体进行分解而获得第二流体；所述阳极模块内形成有用于流体流动的第一流道。

本发明的有益效果是：本发明的人工光合作用装置采用多层板结构组成，通过设计微小流道结构降低空间环境下浮力缺失的影响，可以通过对出入水和气体的控制，保证最佳的物理化学过程，满足在微重力环境下高效、可靠的人工光合作用过程。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述阳极模块包括透明阳极板、第一密封绝缘垫以及阳极材料，所述透明阳极板通过第一密封绝缘垫依次层叠布置在所述质子交换膜上，所述第一密封绝缘垫中部为第一镂空结构，所述透明阳极板与所述第一镂空结构对应的位置设有第一流道槽，所述阳极材料位于所述第一镂空结构内并覆设在所述第一流道槽上形成所述第一流道，所述阳极材料连接有为其提供电偏置的导电接线输出部。

采用上述进一步方案的有益效果是：在透明阳极板上加工的流道目的是通过足够大的流阻，将阳极材料上产生的氧气被流体带至出水口，以避免在空间弱引力环境下，由于浮力缺失，氧气聚集在阳极材料附近，而导致的随着反应的进行发生效率降低甚至反应中止现象。第一密封绝缘垫可选用丁晴橡胶垫，第一密封绝缘垫与质子交换膜接触位置通过压实保证密封。

进一步，所述透明阳极板采用PC材料，所述阳极材料采用均匀镀铱、钽的钛网，参与人工光合作用。

采用上述进一步方案的有益效果是：阳极主要结构采用PC材料(不导电)，可以有效隔离两侧偏压，保证催化反应的有效开展。

进一步，所述透明阳极板上开设有分别与所述第一流道槽连通的第一进水口和第一出水口，所述第一流道槽呈弯折结构使其内流体遍历阳极材料。