浙江
近日，上海交通大学制冷与低温工程研究所ITEWA创新团队在国际顶级期刊《Nature Reviews Materials》上发表题为“Sustainable Moisture Energy”的Perspective论文，通过工程热物理学科与化学学科和材料学科的多学科交叉融合，从热力学、传热传质学、反应动力学等视角对湿度诱导能源收集这一新兴技术进行了分析研究，评估了该技术在全球不同气候工况下的湿度诱导制冷/制热/发电的产能潜力，为该领域的能源材料热设计构建与能源器件研发提供了指导意见和前瞻方向。制冷与低温工程研究所博士后许嘉兴为论文第一作者、博士生王鹏飞为共同第一作者；李廷贤研究员为通讯作者，王如竹教授与清华大学曲良体教授为共同通讯作者。该论文入选Nature Reviews Materials期刊亮点论文（Featured Article）。
能源是人类社会生存和发展的物质基础，开发可持续的能源技术是缓解全球能源短缺的重要路径。从环境中收集能源是一种满足分散式能源需求的有效方法。基于水蒸气吸附的湿度诱导可持续能源收集技术（MSEH）可以从无处不在的湿空气中获取热、冷和电，获得广泛的研究和关注。近年来，新型水蒸气吸附材料的涌现推动了湿度诱导可持续能源技术的发展。然而，当前MSEH技术面临着产能能力不足的共性瓶颈难题，有待进一步探究工作机制和热力学本质的认识。
本文围绕深入了解湿度诱导可持续能源的基本原理和热力学特征展开，详细介绍了利用MSEH技术实现产热、产冷和发电的工作原理，总结了水蒸气吸附材料的研究进展。进一步深入探讨了从湿气中获取能源的能量转换机制、热力学过程及循环（图1）。
图1 湿度诱导可持续能源技术的热力学特征与潜力
同时，本文通过热力学分析计算了全球不同区域的湿度诱导可持续能源获取潜力，发现尽管湿空气是一种低品位的能源，但通过合理的材料设计和装置构建有望实现高效的热力学过程，充分挖掘其热力学产能潜力有望获得可观的能量输出（图2）。
图2 从湿空气中获取能源的全球产能潜力
文章特别指出：热力学层面决定了MSEH技术的能量密度和能量品位，动力学层面决定了产能的功率密度。通过分析复杂多步吸附动力学过程，文章展望了构建有序跨尺度能量传递和物质输运结构加速水吸附-解吸的技术方向，并提供了具体的潜在技术策略以提高功率密度（图3）。
图3 湿度诱导能量收集技术的跨尺度能量传递和物质输运挑战与机遇
文章最后全面展望了MSEH技术的未来发展方向，包括开发新型的吸附剂、构建智能的能量收集系统、利用可再生热源和湿度波动驱动循环等。从湿空气中获取能源有望成为一种广泛可用、低碳环保的能量收集技术，为分布式能源需求和可持续能源转型提供新的解决方案。
该工作获得国家自然科学基金青年基金项目、杰青项目、重大项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41578-023-00643-0huo
来源：上海交通大学
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