近日， 能源与环境学院赵东亮教授在国际高水平期刊《Nature Communications》发表了题为《Radiative cooling assisted self-sustaining and highly efficient moisture energy harvesting》的研究论文。该工作利用辐射冷却过程对水分吸附-解吸动力学的影响，在波动的自然环境中保持材料内部持续地水分/离子流动，从热力学角度提出了一种实现高效、稳定湿度发电的新途径。
从无处不在的水蒸气中收集能量是缓解能源危机的一条有潜力的途径。利用功能化纳米材料的湿度发电机可通过自发湿气吸附，将水分子状态转变释放的化学势能转化为电能。为应对单一吸附过程中梯度驱动力减弱和电流衰减的问题，现有一些工作整合了水分吸附和解吸过程以实现持续地水/离子流动，但主要聚焦湿度变化引起的吸附/解吸，而实际应用中太阳辐射和环境温度的波动也为促进水循环提供了机会。因此，系统地考虑自然环境因素对湿度发电机性能的影响至关重要。本研究结合了辐射冷却这种通过反射太阳光并向宇宙发射中红外热辐射的无能耗被动冷却技术，通过优化材料与周围环境的热交换建立稳定的内部定向水/离子流，从而在吸附-解吸循环中实现自我维持和高效的湿度发电（如图所示）。具体而言，疏水顶层的辐射冷却效应可防止日间水凝胶因吸收太阳辐射而过度蒸发，同时加速夜间的水分吸附。在为期6天的连续户外测试中，器件表现出稳定高效的电输出而不受环境条件波动的影响。这项工作为提高湿度发电机在通常不适合工作的炎热干燥地区的输出性能提供了新思路。
赵东亮教授和上海交通大学李廷贤研究员为论文通讯作者， 能源与环境学院2023级博士研究生郭晨玥为论文第一作者， 为第一通讯单位。该工作得到了国家自然科学基金、江苏省碳达峰碳中和科技创新专项资金项目以及 学科交叉青年特支计划的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-50396-9
来源：能源与环境学院