制冷與低溫工程研究所ITEWA團(tuán)隊(duì)提出基于水蒸氣吸附誘導(dǎo)的能量收集策略，實(shí)現(xiàn)全天候空氣取水和溫差發(fā)電
發(fā)布時(shí)間：2022-11-14   閱讀：797

近日，制冷與低溫工程研究所ITEWA團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊Nature Communications發(fā)表了題為“Simultaneous Atmospheric Water Production and 24-hour Power Generation Enabled by Moisture-induced Energy Harvesting”的研究論文。該論文通過(guò)協(xié)同利用水蒸氣的吸附熱/解吸熱、白天的太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換、夜間的輻射致冷，提出了一種基于水蒸氣吸附誘導(dǎo)的能量收集策略，實(shí)現(xiàn)了全天候的高效空氣取水和24小時(shí)持續(xù)溫差發(fā)電。制冷與低溫工程研究所吳閩強(qiáng)博士生、許嘉興博士后、李廷賢研究員為論文的共同第一作者，通訊作者為李廷賢研究員，王如竹教授對(duì)該工作做出了重要指導(dǎo)和建議。

 

圖1. 基于水蒸氣吸附誘導(dǎo)能量收集的水-電聯(lián)產(chǎn)協(xié)同利用示意圖

 

研究團(tuán)隊(duì)提出的基于水蒸氣吸附誘導(dǎo)的能量利用新策略，通過(guò)能量的協(xié)同利用實(shí)現(xiàn)了高效空氣取水和24小時(shí)連續(xù)溫差發(fā)電：夜間，利用水蒸氣吸附加熱和黑體輻射致冷的協(xié)同效應(yīng)，提高能源裝置（SAWH-TEPG）的溫差發(fā)電驅(qū)動(dòng)溫差，發(fā)電功率相對(duì)傳統(tǒng)裝置提高了346%，另一方面能源裝置的溫差發(fā)電及時(shí)消耗了吸附劑釋放的吸附熱，降低了吸附劑的溫度，同時(shí)加快了從空氣中吸附水蒸氣的能力；白天，利用太陽(yáng)光-熱轉(zhuǎn)換輻射加熱和水蒸氣解吸的協(xié)同效應(yīng)提高溫差發(fā)電的驅(qū)動(dòng)溫差，利用吸附劑的解吸冷卻效應(yīng)降低溫差發(fā)電的冷端溫度，利用發(fā)電單元釋放的余熱加熱吸附劑實(shí)現(xiàn)空氣取水。因此基于水蒸氣吸附誘導(dǎo)的能量利用策略，在白天和晚上均實(shí)現(xiàn)“一石二鳥(niǎo)”的協(xié)同利用，使SAWH-TEPG裝置成功實(shí)現(xiàn)750 g/m2的高效空氣取水，以及685 mW/m2和21 mW/m2的晝夜電功率輸出。通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)多個(gè)SAWH和TEPG單元，SAWH-TEPG裝置的水-電聯(lián)產(chǎn)性能可拓展提高。與傳統(tǒng)的水-電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)相比，研究團(tuán)隊(duì)提出的水蒸氣吸附誘導(dǎo)能量協(xié)同利用策略，不僅提高了溫差發(fā)電輸出功率和取水性能，更成功實(shí)現(xiàn)了24小時(shí)連續(xù)電能輸出，且在一周的連續(xù)測(cè)試中表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性。該工作為解決偏遠(yuǎn)、干旱和離島地區(qū)的淡水和電力資源短缺問(wèn)題提供了新的思路。

 

圖2. SAWH-TEPG裝置戶(hù)外空氣取水與溫差發(fā)電性能

 

王如竹教授領(lǐng)銜的“能源-水-空氣”交叉創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)ITEWA近年來(lái)在Chemical Society Reviews、Joule、Energy & Environmental Science、Nature Communications、Advanced Material等國(guó)際期刊上發(fā)表了系列跨學(xué)科交叉論文，團(tuán)隊(duì)致力于解決能源、水、空氣交叉領(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。

 

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-34385-4

報(bào)道鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/OER68tJ9pZnSQxEUBqub0Q
 

供稿：制冷與低溫工程研究所  
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