Page 15 - 《精细化工》2022年第10期
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第 10 期 李吉焱，等: 太阳能界面蒸发协同发电：进展与展望 ·1949·
LI 等 [41] 设计了一套蒸发效率监测装置，该装置 展。基于此，SIE 协同发电应优化装置对太阳光的
利用界面蒸发法产生局部相对较高的浓度区域，蒸 高效捕获、转化和存储能力，提高能量的整体利用
发器中溶液的浓度差通过电极以电势差的形式反映 效率。本文将在总结 SIE 协同发电的工作原理基础
出来，通过监测电势来体现浓度的差异，从而确定 上，明晰不同类型的 SIE 协同发电装置的设计及性
光热材料的蒸发效率（图 4b）。在反向电渗析（RED） 能特点。
中，电荷沿电位梯度的定向传输通过离子交换膜来产 2.1 一体式发电装置
生能量 [42] 。WANG 等 [43] 提出了在太阳驱动界面蒸发 一体式发电装置是指用一个整体装置满足界面
过程中将热电偶联电池和 RED 相结合，同时从温度 水蒸发对光热吸收、水输送和热量调控的要求，且
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和盐度梯度中获得能量，在 1 kW/m 太阳光照下实 无需借助任何其他附件就可以完成太阳能界面蒸
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现了 1.4 kg/(m ·h)高蒸发速率（图 4c）。 发。主要以气凝胶和水凝胶材料为主，气凝胶独特
的多孔和粗糙结构不仅减少了光反射，而且增强了
2 太阳能驱动界面蒸发协同发电的装置设计 气凝胶内部的光散射，从而提高了光吸收，降低了
热导率，抑制热损失。同时气凝胶内部相互连接的
由于太阳能间歇式供应的特点，使得 SIE 协同 孔隙可以为水的运输提供丰富的途径，为蒸汽逸出
发电技术无法满足日常生活中对电力和淡水的全天 提供通道，使水能够连续地从底层输送到上层蒸发
候需求，极大地限制了 SIE 技术的发展。解决这一 层。LIU 等 [21] 设计了一种碳化亲水气凝胶，在
问题的方法是开发将太阳能转换系统和能量储存系 1 kW/m 光照且无对流的条件下，蒸发效率达到
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统结合在一起的混合系统。但目前还缺乏有效的混 2.1 kg/(m ·h)，在 4 kW/m 太阳光照下可产生功率
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合集成系统来解决上述限制。因此，太阳能的有效 密度约 66 W/m（图 5a）。一体化发电装置成本较低，
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利用依赖于太阳能收获、转换和储存技术的协同发 但蒸发速率略低于其他装置。
图 5 一体式发电装置 [21] （a）、连续式发电装置 [44] （b）和蓄电式发电装置 [45] （c）
Fig. 5 Integrated power generation device [21] (a), continuous power generation device [44] (b) and storage power generation
device [45] (c)
2.2 连续式发电装置 种基于 MoS 2 的复合材料，在日光下同时产生蒸汽
传统太阳能界面蒸发式发电装置为白天发电夜 和能量，通过串联连接多个器件，所产生的能量还
间停止工作，对太阳光依赖性比较强，而连续式发 可以使用电容器 [46] 对基于 MoS 2 的复合材料的输出
电装置可以实现全天候连续工作，实现较高的工作 电压进行放大和存储，以满足应用要求并实现了在
效率。HUANG 等 [44] 研制出 PVDF/石墨烯太阳能蒸 阴天或夜间作为能量发电机的价值（图 5c）。蓄电
发器膜（PVDF/G 膜），用于同时进行淡水生产和 式发电装置对器件性能要求比较高，需要多个器件
发电，石墨烯的加入将 PVDF 晶体从 α 相转变为压 协同使用，但从发展的角度看，此类装置最具发展
电自组装 β 相。此膜将模拟海洋波的机械能转化为 潜力。
电能，该膜作为一种海浪发电装置，可以提供全天
候发电，在夜间和阴天将储存的电能转化为热能， 3 太阳能驱动界面蒸发协同发电的应用现状
并持续提供安全的饮用水（图 5b）。毋庸置疑，未
太阳能驱动界面蒸发发电在许多淡水、电力资
来对全天候高效利用太阳能驱动产生清洁淡水和电
能是 SIE 发展的趋势，只有连续式的装置才能适合 源匮乏的偏远地区具有潜在的应用价值，当前研究
于产业化的生产要求。 主要集中在小规模发电领域。
2.3 蓄电式发电装置 HAN 等 [32] 合成了一种具有多环共轭结构的有
蓄电式发电装置可以回收存储系统中多余的 机小分子酞菁衍生物 4OCSPC，该材料具有高效的
电能，以最大限度利用资源。GUO 等 [45] 设计了一 太阳能利用效率和较高的光热稳定性，设计并制备
