四川
【研究背景】
水蒸发无处不在。近年来，水伏发电为水蒸发的进一步利用提供启发。然而，鉴于水伏设备对不同刺激的响应程度不一，利用水蒸发作为水伏设备的唯一和无处不在的驱动力以获得提高的输出是具有挑战性的。
南京航天航空大学院士团队开发了一种由自然水蒸发驱动的混合式水伏发电机，将蒸发电机与蒸发电力和液滴发电装置集成在一起。目前该文以“Hybrid hydrovoltaic electricity generation driven by water evaporation”为题在《Nano Research Energy》（清华大学主办新刊）上发表。南京航天航空大学副研究员李雪梅为论文的第一作者，文章通讯作者为南京航空航天大学郭万林院士。
【文章解读】
“蒸发电机”的旋转运动依赖于由水蒸发引起的温度梯度驱动的乙醇的相变。由于水的高蒸发焓，水的蒸发使上部腔体表面温度下降，比底部腔体的表面温度低。顶部腔体内的乙醇蒸汽倾向于在内部冷却表面上冷凝，从而减少其中乙醇气体分子的数量，乙醇气体分子的减少导致顶部腔体中的压降。然后，底、顶部腔体间的压差将液体乙醇从底部腔体泵送到管和顶部腔体。重心向右上移，产生顺时针扭矩，装置开始旋转。一旦管的底端上升到底部腔体中的液体乙醇的表面之上，热乙醇蒸汽的气泡在管中上升并置换液体乙醇。尽管此时的扭矩从顺时针切换到逆时针，但由于惯性，装置继续顺时针旋转，因为此时装置仍具有顺时针角速度。该装置顺时针旋转，直到顶部腔体上的“喙”接触到水面，从而补充空气中铺设的纸张中的水分。然后它旋转回初始位置。并以此循环。
图1. “蒸发电机”工作原理
这种往复式的运动使“蒸发电机”能够在有利的水膜下工作，产生约4 V和约0.2µA的输出。同时，感应的反复旋转运动推动水滴在介电管中滑动，并产生约100 V和约0.2 mA的脉冲输出。最后，该文通过集成输出和电力电子设备对电容器充电，展示了潜在的应用。
图2. 蒸发发电性能表征
图3. 水滴发电的性能表征
【文章总结】
由于不同类型的水伏设备所需刺激不同，产生了一定的挑战性，尤其是在单一驱动力的作用下。该文首次制备了“蒸发电机“，可在装置的循环旋转中蒸发发电协同水滴发电。
该工作为开发与水蒸发相关的环境热能提供了一条新的途径，并为混合式水伏发电提供了新见解。将光热界面蒸发原理加入到该装置中以提高循环旋转的周期频率，或利用材料的光热材料加速蒸发或许是一项有趣的研究。
【文献来源】
Li X, Feng G, Chen Y, et al. Hybrid hydrovoltaic electricity generation driven by water evaporation. Nano Research Energy, 2024, 3: e9120110.
https://doi.org/10.26599/NRE.2024.9120110
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