国家自然科学基金委员会官网4月14日讯：在国家自然科学基金项目（批准号：52076028）等资助下，大连理工大学极端条件热物理及能源系统团队的唐大伟教授、李林副教授等人在水能利用能量转换领域取得系列性研究进展。

太阳能界面蒸发因零能耗、低成本等优势，有望成为解决淡水短缺问题的重要途径。然而，蒸发表面盐分积累阻碍其长期运行的稳定性。传统强化水对流排盐会造成大量热损失，严重制约蒸发速率。该研究团队借鉴电鳗肌肉异质细胞间内建电场的原理，提出了操控阴阳盐离子反向传递形成内建电场来驱动离子运移的排盐模式，避免了因强化对流而造成的热损失，获得了高达6.8 kg m-2 h-1的蒸发速率，性能提升2倍以上，打破了排盐与高效热利用间的博弈困局。研究成果以“Janus水凝胶中的离子传递工程实现超高性能和抗积盐太阳能海水淡化（Ion-transfer engineering via Janus hydrogels enables ultra-high performance and salt-resistant solar desalination）”为题，于2023年2月16日发表于《先进材料》（Advanced Materials）。论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202300189。

水伏发电可以将自然界水循环过程中蕴含的大量水能转换为电能，是一种简单高效的绿色能源转换技术。水伏发电的途径之一是通过转换湿气冷凝过程的能量实现。开发高性能、高度可拉伸、柔性的湿气冷凝驱动的水伏发电结构是推动湿气发电应用的关键。在传统聚合物湿气发电材料中，质子的传导需要克服巨大的传输阻力，严重影响了电荷输运能力。该研究团队提出了水凝胶分子工程策略，利用锂离子诱导聚合链之间的霍夫梅斯特效应，削弱了质子传输阻力。如同给质子修建“高速公路”，在水凝胶中实现了优异的质子传导率。基于该策略构建的湿气发电器获得了高达480 μA cm-2的短路电流密度，是已报道的大多数湿气发电器的十倍以上。研究成果以“水凝胶内分子工程设计助力高性能柔性可拉伸湿气发电器（High-Performance, Highly Stretchable, Flexible Moist-Electric Generators via Molecular Engineering of Hydrogels）”为题，于2023年2月22日在线发表于《先进材料》（Advanced Materials）期刊上。论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202300398。

水伏发电的另一途径是通过转换水蒸发过程的能量实现。在传统水蒸发驱动的发电结构中，存在水与材料之间有效作用界面少、界面功能性修饰难度大等关键问题，造成电流密度难以突破50 μA cm-2。研究团队提出在水凝胶中形成连续的功能性电离基团浓度梯度的水伏发电结构。基团的浓度梯度如同“离子引擎”，显著加速了离子传递，获得了高达466.75 μA cm-2的电流密度，提升了将近1个数量级，突破了传统水伏结构的性能瓶颈，对推动水伏能源转换的实际应用具有重要的科学价值。研究成果以“水凝胶中的离子引擎助力水伏发电（Ion engine in hydrogels boosting hydrovoltaic electricity generation）”为题，于2023年3月27日发表于《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）。论文链接： https://doi.org/10.1039/D2EE03621E。