發(fā)布時(shí)間：2023年4月14日
已經(jīng)查看了735次
在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：52076028）等資助下，大連理工大學(xué)極端條件熱物理及能源系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)的唐大偉教授、李林副教授等人在水能利用能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域取得系列性研究進(jìn)展。
太陽能界面蒸發(fā)因零能耗、低成本等優(yōu)勢(shì)，有望成為解決淡水短缺問題的重要途徑。然而，蒸發(fā)表面鹽分積累阻礙其長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)強(qiáng)化水對(duì)流排鹽會(huì)造成大量熱損失，嚴(yán)重制約蒸發(fā)速率。該研究團(tuán)隊(duì)借鑒電鰻肌肉異質(zhì)細(xì)胞間內(nèi)建電場(chǎng)的原理，提出了操控陰陽鹽離子反向傳遞形成內(nèi)建電場(chǎng)來驅(qū)動(dòng)離子運(yùn)移的排鹽模式，避免了因強(qiáng)化對(duì)流而造成的熱損失，獲得了高達(dá)6.8 kg m-2 h-1的蒸發(fā)速率，性能提升2倍以上，打破了排鹽與高效熱利用間的博弈困局。研究成果以“Janus水凝膠中的離子傳遞工程實(shí)現(xiàn)超高性能和抗積鹽太陽能海水淡化（Ion-transfer engineering via Janus hydrogels enables ultra-high performance and salt-resistant solar desalination）”為題，于2023年2月16日發(fā)表于《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）。
水伏發(fā)電可以將自然界水循環(huán)過程中蘊(yùn)含的大量水能轉(zhuǎn)換為電能，是一種簡(jiǎn)單高效的綠色能源轉(zhuǎn)換技術(shù)。水伏發(fā)電的途徑之一是通過轉(zhuǎn)換濕氣冷凝過程的能量實(shí)現(xiàn)。開發(fā)高性能、高度可拉伸、柔性的濕氣冷凝驅(qū)動(dòng)的水伏發(fā)電結(jié)構(gòu)是推動(dòng)濕氣發(fā)電應(yīng)用的關(guān)鍵。在傳統(tǒng)聚合物濕氣發(fā)電材料中，質(zhì)子的傳導(dǎo)需要克服巨大的傳輸阻力，嚴(yán)重影響了電荷輸運(yùn)能力。該研究團(tuán)隊(duì)提出了水凝膠分子工程策略，利用鋰離子誘導(dǎo)聚合鏈之間的霍夫梅斯特效應(yīng)，削弱了質(zhì)子傳輸阻力。如同給質(zhì)子修建“高速公路”，在水凝膠中實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的質(zhì)子傳導(dǎo)率。基于該策略構(gòu)建的濕氣發(fā)電器獲得了高達(dá)480 μA cm-2的短路電流密度，是已報(bào)道的大多數(shù)濕氣發(fā)電器的十倍以上。研究成果以“水凝膠內(nèi)分子工程設(shè)計(jì)助力高性能柔性可拉伸濕氣發(fā)電器（High-Performance, Highly Stretchable, Flexible Moist-Electric Generators via Molecular Engineering of Hydrogels）”為題，于2023年2月22日在線發(fā)表于《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）期刊上。
水伏發(fā)電的另一途徑是通過轉(zhuǎn)換水蒸發(fā)過程的能量實(shí)現(xiàn)。在傳統(tǒng)水蒸發(fā)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電結(jié)構(gòu)中，存在水與材料之間有效作用界面少、界面功能性修飾難度大等關(guān)鍵問題，造成電流密度難以突破50 μA cm-2。研究團(tuán)隊(duì)提出在水凝膠中形成連續(xù)的功能性電離基團(tuán)濃度梯度的水伏發(fā)電結(jié)構(gòu)。基團(tuán)的濃度梯度如同“離子引擎”，顯著加速了離子傳遞，獲得了高達(dá)466.75 μA cm-2的電流密度，提升了將近1個(gè)數(shù)量級(jí)，突破了傳統(tǒng)水伏結(jié)構(gòu)的性能瓶頸，對(duì)推動(dòng)水伏能源轉(zhuǎn)換的實(shí)際應(yīng)用具有重要的科學(xué)價(jià)值。研究成果以“水凝膠中的離子引擎助力水伏發(fā)電（Ion engine in hydrogels boosting hydrovoltaic electricity generation）”為題，于2023年3月27日發(fā)表于《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy & Environmental Science）。
日期 2023-04-14 來源：數(shù)理科學(xué)部 國家自然科學(xué)基金委員會(huì)