利用太阳能发电和海水淡化被广泛认为是解决水资源和电力短缺的可持续方案。近日，港城大吕坚/港理工杨洪兴教授团队提出了一种基于被动界面冷却（PIC）策略的合理设计的水-电联产系统。PIC区域被动强化了产水和产电系统的能量交互，从而提高混合模块的废热和潜热的利用率，并最大限度地减少了辐射和对流造成的能量损失，实现高效水-电联产。另外，该强化设计不仅可以应用于热电，还适用于光伏发电，显著增强光伏板功率密度。这项研究对碳中和大背景下的太阳能驱动的水-电联产系统设计和解决偏远贫困地区的能源-淡水危机具有重要意义。文章第一作者为香港城市大学博士后毛正义，文章通讯作者为香港理工大学研究助理教授王其梁和香港城市大学讲席教授吕坚。
图1. 基于被动界面冷却设计的水电联产系统和传热过程。
整个PICG中热流的消耗和利用可分为三个部分：（1）吸收层将太阳光转化为热量作为主要能量输入并流过TEG产电。(2)热量通过散热片传至蒸发器产水。由于 PIC 区域的优化设计，热量可以通过大面积传热界面高效加热蒸发器翅片，并利用翅片-空气界面快速水蒸发。同时，蒸发带来的大量潜热进一步降低TEG冷端的温度，提高发电量。(3)从环境中吸取热量。蒸发器底部低于室温可以进一步吸收环境能量。
图2. 制备和表征
图3. PIC对传热的影响
图4. 增强换热实现高效水-电联产
图5. PICG的稳定性和耐用性评估
由于优异的结构设计，PICG装置不需要透明上盖来冷凝蒸汽，减少了冷凝液体造成的光损失。同时，PICG在各种溶液和环境下表现稳定。
文献链接：https://www.nature.com/articles/s44221-023-00190-6
通讯作者简介
吕坚院士，香港城市大学工学院院长，机械工程学院讲座教授，先进结构材料研究中心主任，香港工程科学院院士，法国国家技术科学院士。2006年及2017年曾两次获得由法国总统亲自任命的“法国政府颁授法国国家荣誉骑士勋章”及“法国国家荣誉军团骑士勋章”，2018年获得第十二届光华工程科技奖。吕坚教授的研究方向涉及先进纳米结构材料的制备和力学性能，3D打印先进材料与太阳能海水淡化等。
王其梁博士，2019年博士毕业于中国科学技术大学，现任香港理工大学研究助理教授（杨洪兴教授团队），欧盟玛丽·居里学者。主要从事太阳能光热转换及调控、高温光热利用和太阳能建筑一体化等领域的研究工作，在国际知名能源期刊发表学术论文60余篇，授权国家专利14项。获国际可持续能源技术协会创新奖、中国科学院院长特别奖、日内瓦国际发明展特别金奖等荣誉；担任Applied Energy、International Journal of Photoenergy、Frontiers in Energy等SCI期刊编委/青年编委职务。
