Page 17 - 《精细化工》2022年第10期

第 10 期 李吉焱，等: 太阳能界面蒸发协同发电：进展与展望 ·1951·

续表 1
蒸发速率/ 蒸发 光热转换 参考
发电原理与方式 蒸发器名称 2 发电量
[kg/(m ·h)] 效率/% 效率/% 文献
摩擦电效应 3D monolithic steam generator 4.32 — — 3 μA [38]
热释电效应＋ Carbon sponge 1.39 — 90 240.7 μW/m 2 [7]
压电效应
热电效应＋ K 3Fe(CN) 6/K 4Fe(CN) 6 1.4 — 88.9 1.11 W/m 2 [43]
盐度梯度效应
2
注：1 sun 表示 1 kW/m 光照条件；“—”表示未给出数据。

成本，重点关注材料本身性能以获得突破。
4 结束语与展望
参考文献：
太阳能驱动界面蒸发协同发电技术由于其具有 [1] LI W Z, LI F, ZHANG D, et al. Porous wood-carbonized solar steam
能源利用率高、成本低等优势引起了人们的广泛关 evaporator[J]. Wood Science and Technology, 2021, 55: 625-637.
[2] ZHANG Q, ZHANG Y S, SHEN Y, et al. Improving seawater
注。此技术适用于不同种类的水体，如：雨水、海
desalination efficiency by solar driven interfacial evaporation based
水、生活污水、工业废水等，在中国“碳达峰、碳 on biochar evaporator of nannochloropsis oculata residue[J]. Journal
中和”的目标背景下，利用太阳能界面蒸发协同发 of Environmental Chemical Engineering, 2021, 9(4): 105787.
[3] ZHANG Z B, JI R, KROLL M, et al. Efficient thermally evaporated
电技术可以大大降低化石燃料的使用，有望实现零
γ-CsPbI 3 perovskite solar cells[J]. Advanced Energy Materials, 2021,
碳排放的目标。目前，应用于太阳能界面蒸发的光热 11: 2100299.
材料种类丰富，优良的光热材料是实现高效水蒸发的 [4] WU Y Z, SHEN L, ZHANG C X, et al. Polyacid doping-enabled
efficient solar evaporation of polypyrrole hydrogel[J]. Desalination,
先决条件。尽管太阳能界面蒸发已经取得了巨大进展， 2021, 505: 114766.
但仍有一些问题和挑战需要从基本认识和实际应用的 [5] GU Y R, LI X, LI X J, et al. Facile preparation of Cu 2S/Cu mesh for
high performnce solar water evaporation[J]. ChemistrySelect, 2021,
角度加以解决。基于此，作者建议未来的太阳能驱动
6: 7901-7905.
界面蒸发协同发电研究方向应主要集中于以下几个 [6] GUAN W X, GUO Y H, YU G H. Carbon materials for solar water
方面： evaporation and desalination[J]. Small, 2021, 17(48): 2007176.
[7] ZHU L L, GAO M M, PEH C K N, et al. Self-contained monolithic
（1）盐的积累仍然是大规模太阳能蒸汽发电应 carbon sponges for solar-driven interfacial water evaporation
用的一个重大障碍。近年来，研究人员提出了空间 distillation and electricity generation[J]. Advanced Energy Materials,
隔离盐策略，以有效控制盐积累的干扰，保持水分 2018, 8: 1702149.
[8] GENG Y, SUN W, YING P J, et al. Bioinspired fractal design of
稳定蒸发，但不适合大规模应用，且生产出的盐晶 waste biomass-derived solar-thermal materials for highly efficient
体仍然需要定期清洗。未来太阳能驱动界面蒸发器 solar evaporation[J]. Advanced Functional Materials, 2020, 31:
2007648.
的设计可从结构改进入手，降低导热率，提高蒸汽
[9] CHEN L H, XIA M M, DU J B, et al. Superhydrophilic and
产生速率的同时解决盐沉积问题。 oleophobic porous architectures based on basalt fibers as oil-repellent
（2）目前，太阳能驱动界面蒸发协同发电技术 photothermal materials for solar steam generation[J]. ChemSusChem,
2020, 13: 493-500.
还处于实验室研究阶段。关于大规模协同发电和储 [10] KIM J U, LEE S, KANG S J, et al. Materials and design of
能的研究较少，但已有产业化设计实例，正在不断 nanostructured broadband light absorbers for advanced light-to-heat
的扩大研究规模，有望实现偏远和水电资源短缺地 conversion[J]. Nanoscale, 2018, 10: 21555-21574.
[11] GAN W T, WANG Y X, XIAO S L, et al. Magnetically driven 3D
区的实际应用，提高能源利用效率。 cellulose film for improved energy efficiency in solar evaporation[J].
（3）太阳能驱动界面蒸发协同发电系统的间歇 ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13: 7756-7765.
[12] SUN B J, HAN Y, LI S W, et al. Cotton cloth supported tungsten
性制约了其实际应用。开发具有可持续性与可回收
carbide/carbon nanocomposites as a janus film for solar driven
性的 SIE 协同发电装置是未来发展的趋势。另外， interfacial water evaporation[J]. Journal of Materials Chemistry A,
SIE 系统中，“水输送-光吸收-热管理”之间存在动 2021, 9: 23140-23148.
[13] LIM H, LEE S. Double-insulated porous PDMS sponge for heat-
态平衡，如何调控三者之间的关系，以保证连续稳 localized solar evaporative seawater desalination[J]. Desalination,
定的高效率蒸发与发电是需要解决的一大难题。 2022, 526: 115540.
（4）目前，蒸发-发电体系多为非集成组装系统， [14] WANG M, XU G R, AN Z H, et al. Hierarchically structured bilayer
aerogel-based salt-resistant solar interfacial evaporator for highly
需要附加功能器件，如热电模块、膜等组件。存在 efficient seawater desalination[J]. Separation and Purification
成本过高、能源利用率低，对商用器件的封装提出 Technology, 2022, 287: 120534.
[15] SONG C Y, JIANG Z H, GU X Y, et al. A bilayer solar evaporator
了更高的挑战。未来太阳能驱动界面蒸发协同发电
with all-in-one design for efficient seawater desalination[J]. Journal
体系应尽量减少对附加功能器件的依赖，降低整体 of Colloid and Interface Science, 2022, 616: 709-719.