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近日，上海交大機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院ITEWA創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在Nature Reviews Materials上發(fā)表題為“Sustainable Moisture Energy”的Perspective論文，從熱力學(xué)、傳熱傳質(zhì)學(xué)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等視角對(duì)濕度誘導(dǎo)能源收集這一新興技術(shù)進(jìn)行了分析研究，評(píng)估了該技術(shù)在全球不同氣候工況下的濕度誘導(dǎo)制冷/制熱/發(fā)電的產(chǎn)能潛力，為該領(lǐng)域的能源材料熱設(shè)計(jì)構(gòu)建與能源器件研發(fā)提供了新思路。制冷與低溫工程研究所博士后許嘉興為論文第一作者、博士生王鵬飛為共同第一作者，李廷賢研究員為通訊作者，王如竹教授與清華大學(xué)曲良體教授為共同通訊作者。該論文入選Nature Reviews Materials期刊亮點(diǎn)論文。
能源是人類社會(huì)生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)可持續(xù)的能源技術(shù)是緩解全球能源短缺的重要路徑。從環(huán)境中收集能源是一種滿足分散式能源需求的有效方法。基于水蒸氣吸附的濕度誘導(dǎo)可持續(xù)能源收集技術(shù)（MSEH）可以從濕空氣中獲取熱、冷和電，獲得廣泛的研究和關(guān)注。近年來(lái)，新型水蒸氣吸附材料的涌現(xiàn)推動(dòng)了濕度誘導(dǎo)可持續(xù)能源技術(shù)的發(fā)展。然而，當(dāng)前MSEH技術(shù)面臨著產(chǎn)能能力不足的共性瓶頸難題，有待進(jìn)一步探究工作機(jī)制和熱力學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。
濕度誘導(dǎo)可持續(xù)能源技術(shù)的熱力學(xué)特征與潛力
從濕空氣中獲取能源的全球產(chǎn)能潛力
本文通過(guò)工程熱物理學(xué)科與化學(xué)學(xué)科和材料學(xué)科的多學(xué)科交叉融合，圍繞濕度誘導(dǎo)可持續(xù)能源的基本原理和熱力學(xué)特征展開(kāi)，詳細(xì)介紹了利用MSEH技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)熱、產(chǎn)冷和發(fā)電的工作原理，總結(jié)了水蒸氣吸附材料的研究進(jìn)展，進(jìn)一步深入探討了從濕氣中獲取能源的能量轉(zhuǎn)換機(jī)制、熱力學(xué)過(guò)程及循環(huán)，并通過(guò)熱力學(xué)分析計(jì)算了全球不同區(qū)域的濕度誘導(dǎo)可持續(xù)能源獲取潛力，發(fā)現(xiàn)盡管濕空氣是一種低品位的能源，但通過(guò)合理的材料設(shè)計(jì)和裝置構(gòu)建有望實(shí)現(xiàn)高效的熱力學(xué)過(guò)程，充分挖掘其熱力學(xué)產(chǎn)能潛力有望獲得可觀的能量輸出。
濕度誘導(dǎo)能量收集技術(shù)的跨尺度能量傳遞和物質(zhì)輸運(yùn)挑戰(zhàn)與機(jī)遇
文章特別指出熱力學(xué)層面決定了MSEH技術(shù)的能量密度和能量品位，動(dòng)力學(xué)層面決定了產(chǎn)能的功率密度。通過(guò)分析復(fù)雜多步吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程，文章展望了構(gòu)建有序跨尺度能量傳遞和物質(zhì)輸運(yùn)結(jié)構(gòu)加速水吸附-解吸的技術(shù)方向，并提供了提高功率密度的潛在技術(shù)策略。文章最后全面展望了MSEH技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向，包括開(kāi)發(fā)新型的吸附劑、構(gòu)建智能的能量收集系統(tǒng)、利用可再生熱源和濕度波動(dòng)驅(qū)動(dòng)循環(huán)等。從濕空氣中獲取能源有望成為一種廣泛可用、低碳環(huán)保的能量收集技術(shù)，為分布式能源需求和可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型提供新的解決方案。
該工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目、杰青項(xiàng)目、重大項(xiàng)目的資助。
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）致力于解決能源、水、空氣領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)性科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過(guò)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(lái)在Science、Nature Reviews Materials、Chemical Society Reviews等國(guó)際期刊上發(fā)表系列跨學(xué)科交叉論文。Nature Reviews Materials為Nature系列高水平綜述期刊，2023年影響因子為83.5。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41578-023-00643-0
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