原位資源利用技術(shù)是地外生命保障體系構(gòu)建、實(shí)現(xiàn)人類地外生存的有效途徑,是載人深空探索的核心技術(shù)�；谖⑼ǖ兰夹g(shù)的人工光合成反應(yīng)器,采用流動(dòng)反應(yīng)器設(shè)計(jì),用于低微重力等特殊環(huán)境條件下模擬人工光合作用,實(shí)現(xiàn)CO₂向O₂和含碳燃料的轉(zhuǎn)化。微通道芯片通過氣液剪切作用力使氣體反應(yīng)產(chǎn)物快速脫離電極表面并隨反應(yīng)介質(zhì)排出反應(yīng)器,理論上可以克服微重力條件對(duì)反應(yīng)過程的影響,尚需進(jìn)行微重力試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí),微通道結(jié)構(gòu)可以通過精確控制反應(yīng)氣液的壓力、流速、流量比等反應(yīng)條件,獲得優(yōu)化的反應(yīng)條件。通過地面試驗(yàn),驗(yàn)證了該反應(yīng)器將CO₂還原為O₂和含碳化合物的功能可行性。以Au和Ir/C作為陰極和陽極材料,3 V電壓條件下,O₂產(chǎn)率可達(dá)11.74 mL/h。此外,基于人工光合成反應(yīng)器搭建了集反應(yīng)模塊、控制模塊、流路驅(qū)動(dòng)模塊以及檢測(cè)模塊等于一體的地外人工光合成裝置,形成原位反應(yīng)、介質(zhì)供給、精確控制、在線收集和檢測(cè)等功能一體化的系統(tǒng),并實(shí)現(xiàn)CO₂有效轉(zhuǎn)換和O₂供給。為后續(xù)... 

【文章來源】：中國空間科學(xué)技術(shù). 2020,40(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

Sabatier裝置原理示意

設(shè)計(jì)研制以人工光合成反應(yīng)器為核心,并集成控制模塊、電源模塊、流路驅(qū)動(dòng)模塊以及供氣調(diào)壓模塊等于一體的地外人工光合成裝置,原理如圖3所示。方案采用供氣調(diào)壓模塊提供的一定壓力的CO2氣體,經(jīng)流路驅(qū)動(dòng)模塊使固定流量的電解質(zhì)溶液在光催化反應(yīng)模塊中進(jìn)行催化反應(yīng),產(chǎn)物種類經(jīng)在線檢測(cè)裝置檢測(cè),同時(shí)將反應(yīng)產(chǎn)物全部收集存儲(chǔ),以便返回后進(jìn)行其他測(cè)試。反應(yīng)模塊是整體裝置系統(tǒng)的核心部件,包括地外人工光合成反應(yīng)器、產(chǎn)物收集裝置、小型電化學(xué)工作站、模擬光源和CCD攝像存儲(chǔ)器。人工光合成反應(yīng)器是反應(yīng)模塊的核心構(gòu)件,發(fā)生CO2還原和產(chǎn)氧等物理化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)器基于微流控技術(shù)精確控制反應(yīng)過程中氣、液的流速,實(shí)現(xiàn)二者的均勻混合。此外,通過微通道的剪切作用力,可使氣泡有效脫離電極表面并隨電解液排出反應(yīng)器,實(shí)現(xiàn)氣液的有效分離。產(chǎn)物收集裝置用于反應(yīng)器在軌試驗(yàn)的產(chǎn)物的收集和保存。軟體袋收縮壓小,可實(shí)現(xiàn)出口較低壓力下的氣體收集,故采用收集袋對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行收集。反應(yīng)模塊還包含小型電化學(xué)工作站和模擬光源,為反應(yīng)器提供電勢(shì)和光照等能量輸入。地外人工光合成裝置整體布局如圖4所示。電源模塊包括銀鋅電池組和二次電源兩部分,為整個(gè)系統(tǒng)供電。供氣調(diào)壓模塊主要為反應(yīng)器提供反應(yīng)介質(zhì),包括電解質(zhì)溶液和CO2氣體,并通過流路控制模塊對(duì)液體和氣體的流量及壓力分別進(jìn)行控制�？刂颇K主要實(shí)現(xiàn)過程控制、數(shù)據(jù)采集和故障處理等功能。圖4 地外人工光合成裝置布局

圖3 地外人工光合成裝置原理研制的系統(tǒng)裝置質(zhì)量不大于20 kg,外形尺寸不大于553 mm×450 mm×350 mm,長期功耗≤50 W,瞬時(shí)功耗≤55 W。


本文編號(hào)：3303941