利用太陽能發電和海水淡化被廣泛認為是解決水資源和電力短缺的可持續方案。近日，港城大呂堅/港理工楊洪興教授團隊提出了一種基于被動界面冷卻（PIC）策略的合理設計的水-電聯產系統。PIC區域被動強化了產水和產電系統的能量交互，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，實現高效水-電聯產。另外，該強化設計不僅可以應用于熱電，還適用于光伏發電，顯著增強光伏板功率密度。這項研究對碳中和大背景下的太陽能驅動的水-電聯產系統設計和解決偏遠貧困地區的能源-淡水危機具有重要意義。文章第一作者為香港城市大學博士后毛正義，文章通訊作者為香港理工大學研究助理教授王其梁和香港城市大學講席教授呂堅。
圖1. 基于被動界面冷卻設計的水電聯產系統和傳熱過程。
整個PICG中熱流的消耗和利用可分為三個部分：（1）吸收層將太陽光轉化為熱量作為主要能量輸入并流過TEG產電。(2)熱量通過散熱片傳至蒸發器產水。由于 PIC 區域的優化設計，熱量可以通過大面積傳熱界面高效加熱蒸發器翅片，并利用翅片-空氣界面快速水蒸發。同時，蒸發帶來的大量潛熱進一步降低TEG冷端的溫度，提高發電量。(3)從環境中吸取熱量。蒸發器底部低于室溫可以進一步吸收環境能量。
圖2. 制備和表征
圖3. PIC對傳熱的影響
圖4. 增強換熱實現高效水-電聯產
圖5. PICG的穩定性和耐用性評估
由于優異的結構設計，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，PICG在各種溶液和環境下表現穩定。
文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s44221-023-00190-6
通訊作者簡介
呂堅院士，香港城市大學工學院院長，機械工程學院講座教授，先進結構材料研究中心主任，香港工程科學院院士，法國國家技術科學院士。2006年及2017年曾兩次獲得由法國總統親自任命的“法國政府頒授法國國家榮譽騎士勛章”及“法國國家榮譽軍團騎士勛章”，2018年獲得第十二屆光華工程科技獎。呂堅教授的研究方向涉及先進納米結構材料的制備和力學性能，3D打印先進材料與太陽能海水淡化等。
王其梁博士，2019年博士畢業于中國科學技術大學，現任香港理工大學研究助理教授（楊洪興教授團隊），歐盟瑪麗·居里學者。主要從事太陽能光熱轉換及調控、高溫光熱利用和太陽能建筑一體化等領域的研究工作，在國際知名能源期刊發表學術論文60余篇，授權國家專利14項。獲國際可持續能源技術協會創新獎、中國科學院院長特別獎、日內瓦國際發明展特別金獎等榮譽；擔任Applied Energy、International Journal of Photoenergy、Frontiers in Energy等SCI期刊編委/青年編委職務。
