385%創(chuàng )紀錄超高效率！上海交大發(fā)表最新光熱海水淡化研究成果
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發(fā)布日期：2020-02-14
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385%創(chuàng )紀錄超高效率！上海交大發(fā)表最新光熱海水淡化研究成果
近日，能源領(lǐng)域期刊Energy & Environmental Science(IF=33.250)發(fā)表了有關(guān)超高效太陽(yáng)能海水淡化研究成果"Ultrahigh-efficiency desalination via a thermally-localized multistage solarstill"，該論文由上海交大制冷與低溫工程研究所ITEWA創(chuàng )新團隊的徐震原副教授和王如竹教授與麻省理工學(xué)院Lenan Zhang博士和Evelyn N. Wang教授等合作完成，上海交通大學(xué)為第一完成單位。
全被動(dòng)式的太陽(yáng)能海水淡化是解決海水淡化技術(shù)適應性的完美方案，且適用于缺乏基建和偏遠地區，然而其效率一直偏低(約35%)。近年來(lái)，太陽(yáng)能界面蒸發(fā)為高效便攜式海水淡化提供了新的思路，成為了能源科學(xué)、材料科學(xué)和熱科學(xué)的交叉領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，但在其效率仍然十分有限(約100%)。
本研究提出的“界面局部加熱型多級太陽(yáng)能蒸餾架構”結合了太陽(yáng)能界面局部加熱和蒸汽焓回收，突破了前述研究的局限，顯著(zhù)提升了被動(dòng)式太陽(yáng)能海水淡化的效率。在該論文中研究團隊指出系統性的能量傳遞優(yōu)化，而非高性能材料，是達到超高效太陽(yáng)能海水淡化的關(guān)鍵。通過(guò)采用商用和低成本材料搭建的實(shí)驗裝置，研究團隊在一個(gè)太陽(yáng)輻照條件下創(chuàng )紀錄地實(shí)現了385%的效率和5.78L·m-2·h-1的海水淡化產(chǎn)水率。除此之外，該裝置可以通過(guò)毛細作用進(jìn)行被動(dòng)補水，同時(shí)通過(guò)鹽分在夜間的反向擴散實(shí)現被動(dòng)排鹽，保證長(cháng)效穩定的被動(dòng)式工作。
該研究所達到效率比2018年12月發(fā)表于Nature Sustainability和2019年7月發(fā)表于Nature Communications的被動(dòng)式太陽(yáng)能海水淡化效率記錄分別高出約2.8倍和2倍，成為該領(lǐng)域的效率新記錄。
該工作為解決偏遠或離網(wǎng)地區淡水短缺問(wèn)題提供了實(shí)際解決方案，也為界面太陽(yáng)能蒸發(fā)走向實(shí)用化和高效化提供了全新思路和理論框架。
該研究工作獲得了國家自然科學(xué)基金面上項目(51976123)和創(chuàng )新研究群體項目(51521004)的資助。王如竹教授領(lǐng)銜的ITEWA創(chuàng )新團隊(Innovative Team for Energy, Water & Air)致力于解決能源、水、空氣交叉領(lǐng)域的前沿基礎性科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過(guò)學(xué)科交叉實(shí)現材料-器件-系統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，近兩年來(lái)已經(jīng)在Joule上發(fā)表論文3篇，在A(yíng)dvanced Materials，Angewandte Chemie, iScience以及Energy Storage Materials上發(fā)表論文各1篇。