近日，機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院制冷與低溫工程研究所王如竹教授團(tuán)隊(duì)在Cell姊妹刊Device上發(fā)表了題為“Passive and continuous moisture pump for humidity regulation via simultaneous water adsorption and desorption”的研究論文，針對(duì)多場景除濕需求，提出了一種基于同時(shí)吸附和解吸的被動(dòng)連續(xù)式濕泵。該裝置采用吸濕鹽溶液浸漬多孔基質(zhì)制備復(fù)合吸附材料，通過手表形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在空間上實(shí)現(xiàn)了吸附材料內(nèi)吸附與解吸過程的并存，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)除濕過程。研究突破了傳統(tǒng)連續(xù)式除濕技術(shù)需依賴外部主動(dòng)能源的限制，為未來濕度控制技術(shù)的設(shè)計(jì)提供新思路。制冷與低溫工程研究所博士生余佳琦是本文第一作者，王如竹教授為通訊作者。
對(duì)于溫室、住宅、倉庫等高濕場景，濕度調(diào)節(jié)在室內(nèi)環(huán)境調(diào)控中發(fā)揮著重要作用。然而，大多數(shù)除濕技術(shù)消耗大量電力，或者需要復(fù)雜的機(jī)械部件以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的工作模式，這些部件通常難以制造且成本高昂。由此，低成本、高能效的被動(dòng)連續(xù)式除濕技術(shù)是未來建筑環(huán)境濕度控制可持續(xù)發(fā)展的重要方向。
為實(shí)現(xiàn)連續(xù)、被動(dòng)除濕，論文提出了一種基于吸附原理的濕泵。該濕泵安裝于室內(nèi)、外的隔板之間，在光源的驅(qū)動(dòng)下，室外側(cè)吸附材料處于相對(duì)高溫狀態(tài)，解吸出水蒸氣；室內(nèi)側(cè)吸附材料則處于相對(duì)低溫狀態(tài)，吸附水蒸氣。在溶液濃度梯度及毛細(xì)力的驅(qū)動(dòng)下，室內(nèi)側(cè)吸附材料內(nèi)部的稀溶液轉(zhuǎn)移至室外側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)除濕。為實(shí)現(xiàn)上述過程，將手表形狀的三維結(jié)構(gòu)應(yīng)用于LiCl@ACF復(fù)合吸附材料，以構(gòu)建空間上的高溫度梯度和高溶液濃度梯度，使吸附與解吸過程同時(shí)存在于前述吸附材料中。對(duì)于內(nèi)部穩(wěn)定產(chǎn)生水蒸氣的高濕環(huán)境，該濕泵的平均除濕速率可達(dá)256.25 g?m-2?h-1，遠(yuǎn)高于二維結(jié)構(gòu)的LiCl@ACF復(fù)合吸附材料。在飽和吸水量的初始狀態(tài)下，濕泵仍可將封閉環(huán)境的相對(duì)濕度由70%降至50.8%。戶外小型溫室實(shí)驗(yàn)表明，相較使用需再生的傳統(tǒng)干燥劑，該濕泵能夠使室內(nèi)濕度保持在適宜農(nóng)作物生長范圍的時(shí)長增加5.5小時(shí)。論文還分別以能耗和成本為指標(biāo)對(duì)比了該濕泵和其他主、被動(dòng)除濕技術(shù)，表明提出的濕泵均優(yōu)于此前其他文獻(xiàn)報(bào)道的數(shù)據(jù)，具備市場化推廣的潛力。
王如竹教授領(lǐng)銜的ITEWA多學(xué)科交叉創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（Innovative Team for Energy, Water & Air）長期致力于解決能源、水、空氣領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)性科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過學(xué)科交叉實(shí)現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。近年來，團(tuán)隊(duì)在Science、Joule、Energy & Environmental Science、Advanced Materials等國際期刊上發(fā)表了系列跨學(xué)科交叉論文。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.device.2024.100429
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