Energy Environ. Sci.：太陽能同時驅動海水淡化及鹽差發電

【背景介紹】

海洋蘊含的資源種類豐富、總量巨大，基于海洋的藍色能源利用將可能緩解人類生存所需的淡水和能源需求。綜合利用太陽能同時實現海水淡化及電能獲取是一項具有重要前景的技術，但也極具挑戰性。

【成果簡介】

近日，華中科技大學周軍教授（通訊作者）等人提出一種多效利用太陽能同時進行海水淡化和鹽差發電的新思路：基于太陽能光熱效應加熱表面海水，使得海水快速蒸發實現海水淡化；同時由于水分的快速蒸發導致表面海水鹽濃度升高，與深層海水之間產生較高的局域濃度差，由此可進一步實現鹽差發電。他們證實，在一個標準太陽光照射下，這部分鹽差能理論可達12.5 W m^?2。在此基礎上，他們設計了基于碳納米管（CNT）改性濾紙和商用Nafion膜的海水淡化和鹽差發電復合系統，在一個標準太陽光下獲得了~75％的海水淡化光熱轉換效率，同時實時輸出～1 W m^?2的電能。該研究還展示了該系統在自然光照射下同時進行太陽能海水淡化和鹽差發電的潛力，為藍色能源的有效利用提供了新的策略。相關成果以題為“Solar-driven simultaneous steam production and electricity generation from salinity ”發表在了Energy & Environmental Science上。該論文的第一作者是楊培華和劉抗。

【圖文導讀】

圖1 太陽能海水淡化和鹽差發電系統示意圖

（a）系統的結構

（b）鹽差發電原理

（c）系統實物圖

圖2 系統光熱轉換特性

（a）器件表面CNT濾紙在不同光照強度下的紅外輻射（IR）熱像圖

（b）在不同光強照射下水蒸發速率

（c）不同光照強度下的水蒸發速率和太陽能光熱轉換效率

圖3 系統鹽差發電性能

（a）太陽照射3小時后CNT濾紙中的NaCl濃度

（b）不同光照強度下器件的開路電壓

（c）不同光照強度下器件的電流-電壓曲線

（d）一個標準太陽光照射下的耐久性試驗

圖4 系統的能量流和效率分析

（a）系統的能量流向圖

（b）太陽能能到鹽差能的轉換效率（E_鹽度/ E_太陽能）和鹽差能到電能的轉換效率（E_電/ E_鹽度）

圖5大器件系統的實驗結果

（a）器件的照片

（b）自然太陽光照下器件的紅外輻射熱像圖

（c）器件在自然太陽光照下水蒸汽產生速率和電能輸出特性

【總結】

在這項工作中，研究人員提出了一種利用太陽能同時進行海水淡化和鹽差發電的新概念，證明了利用太陽能產生蒸汽實現海水淡化的同時，可擺脫江河入海口的限制在海面上直接產生鹽差能，為在海面上直接進行海水淡化以及獲取電能提供一種新思路。

文獻鏈接：Solar-driven simultaneous steam production and electricity generation from salinity（Energ. Environ. Sci.,2017,DOI: 10.1039/C7EE01804E）

本文由材料人編輯部新能源組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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