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  利用太陽能發(fā)電和海水淡化被廣泛認(rèn)為是解決水資源和電力短缺的可持續(xù)方案。近日，港城大呂堅(jiān)/港理工楊洪興教授團(tuán)隊(duì)提出了一種基于被動(dòng)界面冷卻（PIC）策略的合理設(shè)計(jì)的水-電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。PIC區(qū)域被動(dòng)強(qiáng)化了產(chǎn)水和產(chǎn)電系統(tǒng)的能量交互，從而提高混合模塊的廢熱和潛熱的利用率，并最大限度地減少了輻射和對流造成的能量損失，實(shí)現(xiàn)高效水-電聯(lián)產(chǎn)。另外，該強(qiáng)化設(shè)計(jì)不僅可以應(yīng)用于熱電，還適用于光伏發(fā)電，顯著增強(qiáng)光伏板功率密度。這項(xiàng)研究對碳中和大背景下的太陽能驅(qū)動(dòng)的水-電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和解決偏遠(yuǎn)貧困地區(qū)的能源-淡水危機(jī)具有重要意義。文章第一作者為香港城市大學(xué)博士后毛正義，文章通訊作者為香港理工大學(xué)研究助理教授王其梁和香港城市大學(xué)講席教授呂堅(jiān)。

圖1. 基于被動(dòng)界面冷卻設(shè)計(jì)的水電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和傳熱過程。

  整個(gè)PICG中熱流的消耗和利用可分為三個(gè)部分：（1）吸收層將太陽光轉(zhuǎn)化為熱量作為主要能量輸入并流過TEG產(chǎn)電。(2)熱量通過散熱片傳至蒸發(fā)器產(chǎn)水。由于 PIC 區(qū)域的優(yōu)化設(shè)計(jì)，熱量可以通過大面積傳熱界面高效加熱蒸發(fā)器翅片，并利用翅片-空氣界面快速水蒸發(fā)。同時(shí)，蒸發(fā)帶來的大量潛熱進(jìn)一步降低TEG冷端的溫度，提高發(fā)電量。(3)從環(huán)境中吸取熱量。蒸發(fā)器底部低于室溫可以進(jìn)一步吸收環(huán)境能量。

圖2. 制備和表征

圖3. PIC對傳熱的影響

圖4. 增強(qiáng)換熱實(shí)現(xiàn)高效水-電聯(lián)產(chǎn)

圖5. PICG的穩(wěn)定性和耐用性評估

  由于優(yōu)異的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，PICG裝置不需要透明上蓋來冷凝蒸汽，減少了冷凝液體造成的光損失。同時(shí)，PICG在各種溶液和環(huán)境下表現(xiàn)穩(wěn)定。

  文獻(xiàn)鏈接：https://www.nature.com/articles/s44221-023-00190-6

通訊作者簡介

  呂堅(jiān)院士，香港城市大學(xué)工學(xué)院院長，機(jī)械工程學(xué)院講座教授，先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料研究中心主任，香港工程科學(xué)院院士，法國國家技術(shù)科學(xué)院士。2006年及2017年曾兩次獲得由法國總統(tǒng)親自任命的“法國政府頒授法國國家榮譽(yù)騎士勛章”及“法國國家榮譽(yù)軍團(tuán)騎士勛章”，2018年獲得第十二屆光華工程科技獎(jiǎng)。呂堅(jiān)教授的研究方向涉及先進(jìn)納米結(jié)構(gòu)材料的制備和力學(xué)性能，3D打印先進(jìn)材料與太陽能海水淡化等。

  王其梁博士，2019年博士畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，現(xiàn)任香港理工大學(xué)研究助理教授（楊洪興教授團(tuán)隊(duì)），歐盟瑪麗·居里學(xué)者。主要從事太陽能光熱轉(zhuǎn)換及調(diào)控、高溫光熱利用和太陽能建筑一體化等領(lǐng)域的研究工作，在國際知名能源期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，授權(quán)國家專利14項(xiàng)。獲國際可持續(xù)能源技術(shù)協(xié)會創(chuàng)新獎(jiǎng)、中國科學(xué)院院長特別獎(jiǎng)、日內(nèi)瓦國際發(fā)明展特別金獎(jiǎng)等榮譽(yù)；擔(dān)任Applied Energy、International Journal of Photoenergy、Frontiers in Energy等SCI期刊編委/青年編委職務(wù)。