本實用新型涉及一種制氫裝置，特別是指一種光補電電解水制氫微電極光纖、光纜及制氫裝置。

背景技術(shù)：

氫氣作為二次能源，必須通過一定方法才能將它制備出來。制氫方法很多，傳統(tǒng)的制氫方法主要有化石燃料的重整、工業(yè)副產(chǎn)氫氣和電解水制氫。

電解水制氫就是利用電能來分解水，獲得氫氣。通過電解水方法得到氫氣純度較高，可達(dá)到99.98％，但是這個過程耗費的電量很高，目前工業(yè)上電解1Nm³氫氣，約耗電量4～5度電，效率約為50％～70％?？紤]到目前的供電以煤電為主，電解制氫間接產(chǎn)生了大量溫室氣體CO₂和其他污染物。

太陽能制氫是利用太陽能生產(chǎn)氫氣的系統(tǒng)，主要有光分解制氫，太陽能發(fā)電結(jié)合電解水制氫兩類。和傳統(tǒng)的技術(shù)方法相比，這類系統(tǒng)有很大的潛力可以減少電解氫成本。目前全球正在開展光電化學(xué)池材料科學(xué)和系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)和應(yīng)用研發(fā)計劃。迄今示范型太陽能-氫氣轉(zhuǎn)換效率可達(dá)16％。

中國專利申請，公布號CN102534645A，公開了一種光催化輔助電解水制氫的方法，以工業(yè)化的電解水制氫裝置為基礎(chǔ)，通過光催化材料對電解池陽極進(jìn)行修飾，并采用光源輻照陽極，在電解水的過程中耦合光催化過程，實現(xiàn)光催化輔助電解水制氫。該發(fā)明將光催化與電解水有機(jī)地耦合在一起，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，降低了電解池電壓和制氫電耗。然而，該發(fā)明僅僅提出了光補電制氫的思路，對 其實際應(yīng)用涉及較少，并且沒有提供可工業(yè)化應(yīng)用的制氫裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種高效、節(jié)能的光補電電解水制氫微電極光纖、光纜及制氫裝置，利用清潔太陽能補充電解水制氫的部分能量。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所設(shè)計的光補電電解水制氫微電極光纖，包括導(dǎo)光內(nèi)芯，所述導(dǎo)光內(nèi)芯至少具有由其首端向后延伸的第一導(dǎo)光段和位于第一導(dǎo)光段后面的第二導(dǎo)光段，所述第一導(dǎo)光段為周向壁面透光段，所述第二導(dǎo)光段為周向壁面透光段或不透光段；所述導(dǎo)光內(nèi)芯在其第一導(dǎo)光段上由內(nèi)而外依次設(shè)置有吸光層、內(nèi)電極層、絕緣層、質(zhì)子交換膜和外電極層，所述絕緣層與質(zhì)子交換膜之間形成有空隙層；所述吸光層為受光能激發(fā)產(chǎn)生電子的光伏材料層，可將導(dǎo)光內(nèi)芯傳來的光能轉(zhuǎn)換成電能；所述內(nèi)電極層與質(zhì)子交換膜通過穿透絕緣層與空隙層的多個微電極相連，所述多個微電極環(huán)繞內(nèi)電極層均勻分布；所述外電極層為多孔導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；所述導(dǎo)光內(nèi)芯在其第二導(dǎo)光段上設(shè)置有導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層與內(nèi)電極層相連。

該微電極光纖在具體應(yīng)用時，只需將其第一導(dǎo)光段浸入到現(xiàn)有的電解液槽中，并將第二導(dǎo)光段、外電極層分別與外部電源的正負(fù)極相連或通過接地的方式間接相連，形成完整的電解池；同時導(dǎo)光內(nèi)芯將光能導(dǎo)入，激發(fā)吸光層產(chǎn)生電子形成光電池，補充消耗的電能。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)電層與內(nèi)電極層由相同的導(dǎo)電材料一體化制作成型。

所述導(dǎo)光內(nèi)芯還具有位于第二導(dǎo)光段后面的第三導(dǎo)光段，所述第三導(dǎo)光段為周向壁面不透光段。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)光內(nèi)芯在其第一導(dǎo)光段首端的內(nèi)電極層通過絕 緣層包覆密封，也可以采用絕緣材料將整個端部包覆密封。若不密封可能因為漏電損失少量電能，但由于催化作用內(nèi)電極層的反應(yīng)主要集中在微電極上，且露出的面積很小，因此漏電損失較小，仍然能夠?qū)嵤?/p>

優(yōu)選地，所述吸光層的厚度為50nm～20μm，所述內(nèi)電極層的厚度為50nm～50μm，所述絕緣層的厚度為10nm～50μm，所述微電極的半徑為100nm～20μm，所述質(zhì)子交換膜的厚度為0.05～0.5mm。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)光內(nèi)芯為石英光纖、塑料光纖、晶體光纖、高分子材料光導(dǎo)管、玻璃光導(dǎo)管、玻璃光纖或透光云母光纖等具有光沿表面高通量傳輸特性的物質(zhì)。導(dǎo)光內(nèi)芯為細(xì)長的線形，實心、空心皆可，其橫截面積可以是圓形、長方形(如光導(dǎo)帶)等。

優(yōu)選地，所述微電極為Pt電極、Pd電極或含有NiS的Fe電極。微電極可以采用光刻蝕壓印技術(shù)等方式穿透絕緣層并連接到內(nèi)電極層上，微電極相當(dāng)于內(nèi)電極層的延伸，增大了內(nèi)部電極的反應(yīng)面積，并且起到催化作用。

優(yōu)選地，所述內(nèi)電極層或外電極層作為陰極時其制作材料為Pt、Pd、Cu、Al、石墨烯、Ti、Tl、Cr或Au，作為陽極時其制作材料為搭載催化劑的C或Ni，所述催化劑為鐵的氧化物、鈷的氧化物、鎳的氧化物中的一種或多種。本發(fā)明微電極光纖根據(jù)陰陽極的位置不同分為兩種類型，一種是陰極在內(nèi)(即內(nèi)電極層)、陽極在外(即外電極層)；另一種是陽極在內(nèi)、陰極在外；連接外部電源時陰極連接負(fù)極，陽極連接正極。

優(yōu)選地，所述吸光層是采用二羧基聯(lián)吡啶的二價釕鹽有機(jī)染料，通過金屬有機(jī)氣相沉積或化學(xué)氣相沉積，在導(dǎo)光內(nèi)芯表面形成的吸光層，其中以化學(xué)氣相沉積最優(yōu)，或者是在真空條件下將所述有機(jī)染料與有機(jī)粘膠混合甩膜在導(dǎo)光內(nèi)芯表面形成的吸光層。

優(yōu)選地，所述吸光層是采用無機(jī)半導(dǎo)體材料，通過真空噴涂、 真空濺射、熱蒸鍍或物理氣相沉積在導(dǎo)光內(nèi)芯表面形成的吸光層；所述無機(jī)半導(dǎo)體材料為TiO₂、ZnS、CdSe、MoS、CuInS或GaInP；優(yōu)選為n型TiO₂，ZnS或粒徑為5～10nm的CdSe量子點，三維尺度都在納米級(0.1～100nm)。

優(yōu)選地，所述絕緣層的材料為二氧化硅、氮化硅、聚酰亞胺或聚對二甲苯。

優(yōu)選地，所述質(zhì)子交換膜為全氟磺酸隔膜(Nifion膜)、磺酸基化聚苯乙烯膜、改性全氟磺酸聚合物膜或1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸膜中的一種。

可選地，所述電解液為水、酸性溶液、堿性溶液或含電解活化劑的水溶液，電解液的酸、堿性質(zhì)要以質(zhì)子交換膜可承受為準(zhǔn)。

考慮到單根微電極光纖很細(xì)，為便于使用和保護(hù)微電極光纖，本發(fā)明同時提供了一種光補電電解水制氫光纜，包括保護(hù)套管，所述保護(hù)套管內(nèi)包覆有沿軸向相鄰布置而呈集束狀的多根微電極光纖，所述微電極光纖為前述光補電電解水制氫微電極光纖。優(yōu)選地，在保護(hù)套管內(nèi)多根所述微電極光纖緊密相鄰布置，緊密相鄰的好處是使整個制氫光纜剖開外層后只要最外側(cè)的微電極光纖直接或間接的與外接電源相連，就能實現(xiàn)全部微電極光纖與外接電源導(dǎo)通，不必對每根微電極光纖分別連接電源，方便操作。

基于前述微電極光纖和制氫光纜的具體應(yīng)用，本發(fā)明還提供了一種光補電電解水制氫裝置，包括電解液槽、制氫光纜、內(nèi)電極匯流件、外電極匯流件和光纖分散裝置；所述制氫光纜為前述光補電電解水制氫光纜，用于伸入到電解液槽中電解制氫；所述制氫光纜的保護(hù)套管在對應(yīng)于其內(nèi)呈集束狀的微電極光纖的第一導(dǎo)光段首端剖開一段，從而暴露出第一導(dǎo)光段外表面上的外電極層；所述制氫光纜的保護(hù)套管在對應(yīng)于其內(nèi)呈集束狀的微電極光纖的第二導(dǎo)光段剖開一段，從而暴露出第二導(dǎo)光段外表面上的導(dǎo)電層；所述呈集束 狀的微電極光纖的第一導(dǎo)光段通過光纖分散裝置分散浸泡在電解液槽的電解液中，且各第一導(dǎo)光段外表面上的外電極層與外電極匯流件電連接；所述呈集束狀的微電極光纖的第二導(dǎo)光段布置在電解液槽的外面，且各第二導(dǎo)光段外表面上的導(dǎo)電層與內(nèi)電極匯流件電連接。

優(yōu)選地，所述制氫光纜的數(shù)量為多根，陣列分布在電解液槽的上方。

優(yōu)選地，所述光纖分散裝置包括上下固定設(shè)置在電解液槽內(nèi)的上陣列孔板和下陣列孔板，所述上陣列孔板和下陣列孔板上開設(shè)有上下對應(yīng)且陣列分布的多個光纖固定孔，每根所述微電極光纖的第一導(dǎo)光段通過上下對應(yīng)的兩個光纖固定孔進(jìn)行固定。

優(yōu)選地，所述上陣列孔板為絕緣體；所述下陣列孔板為導(dǎo)電體，并作為外電極匯流件，通過其上的光纖固定孔與各微電極光纖的第一導(dǎo)光段外表面上的外電極層相連；所述內(nèi)電極匯流件為電纜接口銅環(huán)，箍套在剖去保護(hù)套管后的呈集束狀的微電極光纖的第二導(dǎo)光段上，并與其外表面上的導(dǎo)電層相接觸。

優(yōu)選地，所述電解液槽的上部還設(shè)置有除泡網(wǎng)。

本發(fā)明設(shè)計原理：

一個電化學(xué)過程是否有實用價值的經(jīng)濟(jì)效益，常用轉(zhuǎn)化率、電流效率、電能消耗和空時產(chǎn)率等指標(biāo)來評價。本發(fā)明通過引入新材料，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，改進(jìn)完善這幾個指標(biāo)參數(shù)，進(jìn)而獲得具有可實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價值的電解水制氫方法。

為闡釋本發(fā)明電解水制氫怎樣提高經(jīng)濟(jì)價值，首先列出電解水原理：

1)反應(yīng)原理

在酸性溶液電解時，

陰極：2H⁺+2e→H₂

陽極：H₂O→1/2O₂+2H⁺+2e

在堿性溶液中電解時，

陰極：2H₂O+2e→H₂+2OH^-

陽極：2OH^-→1/2O₂+H₂O+2e

兩種情況下的總反應(yīng)均為：

H₂O→H₂+1/2O₂

2)槽電壓

理論分解電壓 Ed

氧過電位 h_氧

氫過電位 h_氫

溶液歐姆壓降 IR_溶液

隔膜歐姆壓降 IR_隔膜

氣泡效應(yīng)壓降 IR_氣體

電極歐姆壓降 IR_u

槽電壓(合計)V＝Ed+h_氧+h_氫+∑IR

由上述知，當(dāng)電流效率一定時，電壓的大小決定了電能消耗多少。

在反應(yīng)條件一定的情況下，電解水制氫的分解電壓Ed為定值，主要由電場提供。通過利用光催化材料給予電解電極一定電壓補償，補充的能量由太陽能提供，從而降低電能消耗。

氫和氧的過電位h_氧、h_氫跟材料有關(guān)，選擇合理的低氫過電位和低氧過電位材料，降低電能消耗。由于低氫和氧過電位材料如Pt、Pd、Co、Ni、Cu等金屬材料，大多為貴金屬，價格昂貴。微電極的尺寸非常小，對材料使用量很少，由此我們可大膽使用性能好的材料，而不過多顧慮成本問題。

溶液的歐姆壓降IR_溶液，通過使用“零間隙”的質(zhì)子交換膜，從而降低溶液電阻。

氣泡的效應(yīng)壓降IR_氣體，通過利用多孔材料，降低氣泡表面漲力，減少氣泡產(chǎn)生量，從而降低氣泡的效應(yīng)壓降。

電極歐姆壓降IR_u，從電流與電極半徑關(guān)系公式

可以看出，當(dāng)電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，電極半徑越小，電流越小，可以忽略電極歐姆壓降，則無需再進(jìn)行電壓調(diào)試，可以省去參比電極，節(jié)約電解槽設(shè)計空間。

微電極、膜、多孔材料等技術(shù)的使用，降低設(shè)計電解槽體積V；使用多根微電極陣列布置，電子沿金屬表面?zhèn)鬟f，增大電極面積A，提高空時產(chǎn)率A/V值，增加單位體積的電解槽在單位時間內(nèi)所得產(chǎn)物的量。

本實用新型的有益效果是：1)通過使用微電極、質(zhì)子交換膜和多孔技術(shù)，來提高電能效率，利用太陽能作為電能的補充，有效降低了電能消耗，增加了空時產(chǎn)率；2)微電極光纖直徑小，電極反應(yīng)的比表面積大，能夠減少材料使用量，降低成本，解決傳統(tǒng)電解水不經(jīng)濟(jì)問題；3)該制氫裝置可在一個電解液槽上陣列的安裝多個制氫電纜，也可作為集成模塊的使用，實現(xiàn)電解水制氫的大規(guī)模應(yīng)用；4)可以在相當(dāng)高的電流密度下操作，而槽電壓很低，電解1Nm³氫氣，消耗電能在1度左右，電能效率達(dá)到90％，空時產(chǎn)率A/V可到200cm^-1。5)電極做成光纖和光纜的形式，易于批量化生產(chǎn)，使用方便，并可隨時增減制氫規(guī)模。

附圖說明

圖1為實施例1～4中光補電電解水制氫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1中制氫光纜橫向剖開的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖2中微電極光纖沿中軸線剖開的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為圖3中微電極光纖在第一導(dǎo)光段橫向剖開的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為圖1中上陣列孔板/下陣列孔板的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為實施例5中光補電電解水制氫裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為圖3中單根微電極光纖的電解原理示意圖，該圖為原理圖，不是實際存在的電解池。

其中：微電極光纖1、第一導(dǎo)光段A、第二導(dǎo)光段B、第三導(dǎo)光段C、導(dǎo)光內(nèi)芯2、吸光層3、內(nèi)電極層4、絕緣層5、空隙層6、微電極7、質(zhì)子交換膜8、外電極層9、導(dǎo)電層10、制氫光纜11、保護(hù)套管12、電解液槽13、電解液14、電纜接口銅環(huán)15、輔助定位網(wǎng)16、上陣列孔板17、下陣列孔板18、光纖固定孔19、除泡網(wǎng)20、氣體出口21、水入口22、水出口23、廢液排口24、外部電源25、導(dǎo)線26

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

實施例1

如圖1～5所示，本實施例提供的光補電電解水制氫裝置，包括電解液槽13、制氫光纜11、內(nèi)電極匯流件、外電極匯流件和光纖分散裝置。各部分具體說明如下：

制氫光纜11包括保護(hù)套管12，保護(hù)套管12內(nèi)包覆有沿軸向緊密相鄰布置而呈集束狀的多根微電極光纖1。

微電極光纖1包括導(dǎo)光內(nèi)芯2，導(dǎo)光內(nèi)芯2依次分為第一導(dǎo)光段A、第二導(dǎo)光段B和第三導(dǎo)光段C三段。導(dǎo)光內(nèi)芯2在第一導(dǎo)光段A周向壁面透光，在第二導(dǎo)光段B、第三導(dǎo)光段C周向壁面不透光。導(dǎo)光內(nèi)芯2在第一導(dǎo)光段A由內(nèi)而外依次設(shè)置有吸光層3、內(nèi)電極層4、絕緣層5、質(zhì)子交換膜8和外電極層9，絕緣層5與質(zhì)子交換膜8之間形成有空隙層6。內(nèi)電極層4與質(zhì)子交換膜8通過穿透絕緣層5與空隙層6的多個微電極7相連，多個微電極7環(huán)繞內(nèi)電極層4 陣列分布。外電極層9為多孔導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。第一導(dǎo)光段A首端的內(nèi)電極層通過絕緣層5包覆密封。導(dǎo)光內(nèi)芯2在第二導(dǎo)光段B設(shè)置有導(dǎo)電層10，導(dǎo)電層10由內(nèi)電極層4向第二導(dǎo)光段B延伸得到，為便于生產(chǎn)制造，吸光層3在第二導(dǎo)光段B也進(jìn)行了保留，整體上相當(dāng)于第二導(dǎo)光段B只制作了內(nèi)電極層4及以內(nèi)的部分，或者相當(dāng)于對應(yīng)于第一導(dǎo)光段A的絕緣層5及以外的部分被剖去了。第三導(dǎo)光段C僅包含導(dǎo)光內(nèi)芯2，不含吸光層3等各層。

導(dǎo)光內(nèi)芯2采用具有光沿表面高通量傳輸特性的特種石英光纖，其在第三導(dǎo)光段C的部分鍍有增透膜。外電極層9作為陽極，其材料選擇為搭載羥基氧化鐵催化劑的多孔碳層。內(nèi)電極層4作為陰極，采用真空濺射一層厚度為500nm導(dǎo)電Cu，用于傳輸電源電流和收集吸光層3產(chǎn)生的電子電流。吸光層3的材料選擇為n型TiO₂，采用真空噴涂在導(dǎo)光內(nèi)芯2上形成吸光層3，厚度在500nm。絕緣層5的材料選擇為二氧化硅，厚度為1μm。微電極7的材料選擇為Pt，半徑為100nm，采用光刻蝕壓印技術(shù)，在絕緣層5制備陣列分布的微電極7。質(zhì)子交換膜8選擇為Nifion膜，其作用為容許質(zhì)子傳導(dǎo)，隔離氧氣和氫氣，其厚度為0.1mm。

制氫光纜11從電解液槽13的頂部穿入并固定，其包含第一導(dǎo)光段A的一端伸入到電解液槽13內(nèi)的電解液14中。制氫光纜11的保護(hù)套管12在微電極光纖1的第一導(dǎo)光段A、第二導(dǎo)光段B剖開一部分并露出其中的微電極光纖1。在第一導(dǎo)光段A，各微電極光纖1通過光纖分散裝置分散并浸泡到電解液14內(nèi)，各微電極光纖1的外電極層9與外電極匯流件電連接。在第二導(dǎo)光段B，各微電極光纖1的導(dǎo)電層10與內(nèi)電極匯流件電連接。

光纖分散裝置包括上下固定設(shè)置在電解液槽13內(nèi)的上陣列孔板17和下陣列孔板18，上陣列孔板17和下陣列孔板18上開設(shè)有上下對應(yīng)且陣列分布的多個光纖固定孔19，每根微電極光纖1的第一導(dǎo) 光段穿過上下對應(yīng)的兩個光纖固定孔19并固定在其上。

上陣列孔板17為絕緣體。下陣列孔板18為導(dǎo)電體，并作為外電極匯流件，通過其上的光纖固定孔19與第一導(dǎo)光段A外表面上的各微電極光纖1的外電極層9相連，并進(jìn)一步通過導(dǎo)線26與外部電源25相連。內(nèi)電極匯流件為電纜接口銅環(huán)15，箍套在剖去保護(hù)套管12后的呈集束狀的微電極光纖1的第二導(dǎo)光段B上，并與其外表面上的導(dǎo)電層10相接觸，電纜接口銅環(huán)15進(jìn)一步通過導(dǎo)線26與外部電源25相連。

光纖分散裝置由上陣列孔板17、下陣列孔板18和光纖固定孔19構(gòu)成。在上陣列孔板17、下陣列孔板18之間還布置有輔助定位網(wǎng)16，微電極光纖1從其網(wǎng)孔中穿過，效果相當(dāng)于多層陣列孔板，可加強微電極光纖1位于兩孔板之間部分的穩(wěn)定性。

電解液槽13上還設(shè)置有氣體出口21、水入口22、水出口23、廢液排口24和除泡網(wǎng)20。電解產(chǎn)生的H₂、O₂等通過氣體出口21輸出并進(jìn)一步送到氣體分離系統(tǒng)進(jìn)行分離。

對上述裝置進(jìn)行工作特性測試，分別在未加太陽光照電解水制氫N和加太陽光照電解水制氫Y的條件下進(jìn)行比較試驗，試驗光照條件為太陽光，光照強度8萬lx，結(jié)果如下表：

表1微電極電解制氫工作特性

由表1可知，在光照補充電子的條件下，可在低電壓環(huán)境進(jìn)行較好的制備氫氣過程，效率更高，生產(chǎn)的氫氣純度好。

實施例2

本實施例所提供的光補電電解水制氫裝置，其導(dǎo)光內(nèi)芯2采用扁平的光導(dǎo)帶，吸光層3的材料選擇為5nmCdSe量子點，其他與實 施例1相同。

對上述裝置進(jìn)行工作特性測試，分別在未加太陽光照電解水制氫N和加太陽光照電解水制氫Y的條件下進(jìn)行比較試驗，試驗光照條件為太陽光，光照強度8萬lx，結(jié)果如下表：

表2微電極電解制氫工作特性

由表2可知，在光照補充電子的條件下，可在低電壓環(huán)境進(jìn)行較好的制備氫氣過程，效率更高，生產(chǎn)的氫氣純度好。

實施例3

本實施例所提供的光補電電解水制氫裝置，其內(nèi)電極層4的材料為石墨烯，其他與實施例1相同。

對該裝置進(jìn)行工作特性測試，分別在未加太陽光照電解水制氫N和加太陽光照電解水制氫Y的條件下進(jìn)行比較試驗，試驗光照條件為太陽光，光照強度8萬lx，結(jié)果如下表：

表3微電極電解制氫工作特性

由表3可知，在光照補充電子的條件下，可在低電壓環(huán)境進(jìn)行較好的制備氫氣過程，效率更高，生產(chǎn)的氫氣純度好。

實施例4

本實施例所提供的光補電電解水制氫裝置，其微電極8的材料8 為含有NiS的Fe電極，其他參數(shù)與實施例1相同。

對該裝置進(jìn)行工作特性測試，分別在未加太陽光照電解水制氫N和加太陽光照電解水制氫Y的條件下進(jìn)行比較試驗，試驗光照條件為太陽光，光照強度8萬lx，結(jié)果如下表：

表4微電極電解制氫工作特性

由表4可知，在光照補充電子的條件下，可在低電壓環(huán)境進(jìn)行較好的制備氫氣過程，效率更高，生產(chǎn)的氫氣純度好。

實施例5

如圖6所示，本實施例所提供的光補電電解水制氫裝置，其制氫光纜11的數(shù)量為6根，陣列分布(3×2)在電解液槽13上，其他與實施例1相同。

工作原理：

為便于說明上述實施例的工作過程，孤立單根導(dǎo)光內(nèi)芯2為研究對象，其形成的電解池如圖7所示。其工作過程如下：

1)導(dǎo)光內(nèi)芯2在第三導(dǎo)光段C吸收光能，并將光能傳輸至第一導(dǎo)光段A的吸光層3，吸光層3吸收光能并產(chǎn)生電子，電子傳遞至陰極(內(nèi)電極層4)。外部電源25的負(fù)極也將電子傳遞至陰極。

2)電解液14中的水在陽極(外電極層9)上失去電子，產(chǎn)生氧氣和質(zhì)子，質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜8傳遞給微電極7，質(zhì)子在微電極7上與電子結(jié)合生成氫氣。氧氣從多孔陽極上逸出，氫氣從空隙層6逸出。陽極上失去的電子傳遞給了外部電源25的正極。

3)電解液槽13收集的氫氣、氧氣等混合氣體進(jìn)一步通過氣體 分離裝置進(jìn)行分離。