我国学者在湿度诱导可持续能源技术研究方面取得进展

　　

图 湿度诱导可持续能源的热力学转换路径和潜力评估。（a）湿度诱导能量收集技术的热力学特征、过程与循环；（b）湿度诱导能量收集技术的跨尺度能量传递和物质输运挑战与机遇；（c）湿度诱导能量收集的全球产能潜力评估

　　在国家自然科学基金项目（批准号：52206266、52325601、52293412）等资助下，上海交通大学李廷贤/王如竹团队与清华大学曲良体团队合作，通过工程热物理学科、化学学科和材料学科的多学科交叉融合，从热力学、传热传质学、反应动力学等视角对湿度诱导能源收集这一新兴技术进行了分析研究，首次计算评估了该技术在全球不同气候工况下的湿度诱导制冷/制热/发电的产能潜力，为该领域的能源材料设计构建与能源器件研发提供了指导意见和前瞻方向。研究成果以Perspective论文“可持续湿气能源 (Sustainable Moisture Energy)”为题，于2024年02月01日在线发表在《自然评论?材料》 （Nature Reviews Materials）期刊上，并被选为Nature Reviews Materials期刊的精选文章（Featured Article）。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41578-023-00643-0。

　　能源是人类社会生存和发展的物质基础，开发可持续的能源技术是缓解全球能源短缺的重要路径，基于水蒸气吸附的湿度诱导可持续能源收集技术（MSEH）可以从无处不在的湿空气中获取热、冷和电，是一种满足分散式能源需求的有效方法，近年来获得了广泛的研究和关注。随着材料学科和化学学科的发展，新型水蒸气吸附材料的研发推动了湿度诱导可持续能源收集技术的发展。然而，当前MSEH技术面临着产能能力不足的共性瓶颈难题，有待进一步探究工作机制和热力学本质的认识。本文围绕湿度诱导可持续能源的基本原理和热力学特征，首先介绍了湿度诱导实现产热、产冷和发电的工作原理，总结分析了水蒸气吸附材料的最新进展，并深入探讨了从湿气中获取能源的能量转换机制、热力学过程及热力学循环。

　　文章特别指出：热力学层面决定了MSEH技术的能量密度和能量品位，动力学层面决定了产能的功率密度。通过分析能源材料的复杂多步吸附动力学过程，展望了构建有序跨尺度能量传递和物质输运结构加速水吸附-解吸的技术方向，提出了湿度诱导可持续能源技术提高能量密度和功率密度的潜在策略。文章通过理论分析评估了全球不同气候地区的湿度诱导能量获取潜力，明确了通过合理的能源材料的热设计和能源装置的热质传递强化有望实现高效的热力学过程，充分挖掘其热力学产能潜力，获得高密度能量输出。湿度诱导获取能量技术有望成为一种随时随地的低碳环保能量收集技术，为分布式能源需求和可持续能源转型提供新的解决方案。

　　基于热力学、传热传质学、反应动力学等的多学科交叉分析，该文章为MSEH技术的发展挑战和未来研究重点指明了方向，阐述了如何开发新型的吸附剂能源材料、构建智能的能量收集装置/系统、发展可再生热源/湿度波动驱动的自再生循环等，为开展湿度诱导可持续能源收集技术的前沿交叉学科研究提供基础理论和技术先导。