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上海交大ITEWA团队提出基于水蒸气吸附诱导的能量收集策略
上海交大制冷与低温工程研究所 / 时间:2022-11-18 11:33:04

实现全天候空气取水和温差发电

上海交通大学新闻学术网11月15日讯:近日,上海交大制冷与低温工程研究所ITEWA团队在国际期刊Nature Communications发表了题为“Simultaneous Atmospheric Water Production and 24-hour Power Generation Enabled by Moisture-induced Energy Harvesting”的研究论文。该论文通过协同利用水蒸气的吸附热/解吸热、白天的太阳能光热转换、夜间的辐射致冷,提出了一种基于水蒸气吸附诱导的能量收集策略,实现了全天候的高效空气取水和24小时持续温差发电。制冷与低温工程研究所吴闽强博士生、许嘉兴博士后、李廷贤研究员为论文的共同第一作者,通讯作者为李廷贤研究员,王如竹教授对该工作作出了重要指导和建议。

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图1. 基于水蒸气吸附诱导能量收集的水-电联产协同利用示意图

研究团队提出的基于水蒸气吸附诱导的能量利用新策略,通过能量的协同利用实现了高效空气取水和24小时连续温差发电:夜间,利用水蒸气吸附加热和黑体辐射致冷的协同效应,提高能源装置(SAWH-TEPG)的温差发电驱动温差,发电功率相对传统装置提高了346%,另一方面能源装置的温差发电及时消耗了吸附剂释放的吸附热,降低了吸附剂的温度,同时加快了从空气中吸附水蒸气的能力;白天,利用太阳光-热转换辐射加热和水蒸气解吸的协同效应提高温差发电的驱动温差,利用吸附剂的解吸冷却效应降低温差发电的冷端温度,利用发电单元释放的余热加热吸附剂实现空气取水。因此基于水蒸气吸附诱导的能量利用策略,在白天和晚上均实现“一石二鸟”的协同利用,使SAWH-TEPG装置成功实现750 g/m2的高效空气取水,以及685 mW/m2和21 mW/m2的昼夜电功率输出。通过串联或并联多个SAWH和TEPG单元,SAWH-TEPG装置的水-电联产性能可拓展提高。与传统的水-电联产系统相比,研究团队提出的水蒸气吸附诱导能量协同利用策略,不仅提高了温差发电输出功率和取水性能,更成功实现了24小时连续电能输出,且在一周的连续测试中表现出了良好的稳定性。该工作为解决偏远、干旱和离岛地区的淡水和电力资源短缺问题提供了新的思路。

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图2. SAWH-TEPG装置户外空气取水与温差发电性能

王如竹教授领衔的“能源-水-空气”交叉创新团队ITEWA近年来在Chemical Society Reviews、Joule、Energy & Environmental Science、Nature Communications、Advanced Material等国际期刊上发表了系列跨学科交叉论文,团队致力于解决能源、水、空气交叉领域的前沿基础性科学问题和关键技术,旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案,推动相关领域取得突破性进展。

论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-022-34385-4

报道链接:https://mp.weixin.qq.com/s/OER68tJ9pZnSQxEUBqub0Q