《我国科学家在太阳能海水淡化方面取得重要突破》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2019-01-22
  • 随着社会发展,淡水资源变得越发匮乏,水资源短缺正成为全球需要共同面对的挑战。光热蒸汽技术以太阳能和海水为原料,为清洁水资源的生产提供了一条路径。然而,传统的块体光热蒸汽技术由于产水效率较低(约40%),难以满足实际需求。

      在“纳米科技”重点专项“表面等离激元高效光热转换机理、器件及太阳能热利用”项目支持下,南京大学朱嘉教授团队将氧化铝多孔模板与金属纳米颗粒自组装技术结合,创新性地设计了一种新型吸收体材料,在400nm到10μm波段具有99%的太阳光吸收效率。结合新型界面光热转换设计,将这种材料应用到海水淡化上,光热蒸汽转化效率可达90%,并且水质可以满足WHO的饮用水标准。在此基础上,该团队进一步实现蒸汽焓存储利用和太阳能水电联产,依靠太阳光和自然水源两种地球上最充沛的资源,即可实现洁净水和电的联产。同时,该团队也将界面太阳能蒸汽技术创新性地推广到了污水处理、灭菌等领域,取得了较好的结果。

      我国科学家取得的成果,引起了国际学术界和产业界的广泛关注。《科学》杂志以《新的水纯化系统可帮助世界解渴》为题进行专文介绍。这一新型太阳能海水淡化技术显示出广阔的前景,不但可以为贫困、偏远地区提供经济、可行的饮用水方案,也可为海洋、沙漠、军事等特殊地区及应用领域提供小型、便携的供水方案,更有可能为世界性的水资源缺乏问题贡献“中国水方案”。

相关报告
  • 《【前沿科技】我国科学家在太阳能海水淡化方面取得重要突破》

    • 来源专题:水体污染治理
    • 编译者:王阳
    • 发布时间:2019-01-14
    • 南京大学现代工学院朱嘉教授课题组在高效太阳能海水淡化方面取得重要进展,对高效率太阳能海水淡化技术的实用化将产生重要的意义。下面就跟小编了解下这篇高质量的文章吧~ 随着社会发展,淡水资源变得越发匮乏,水资源短缺正成为全球需要共同面对的挑战。光热蒸汽技术以太阳能和海水为原料,为清洁水资源的生产提供了一条路径。然而,传统的块体光热蒸汽技术由于产水效率较低(约40%),难以满足实际需求。 随着人类社会的发展和生活水平的不断提高,淡水资源形势日益严峻,海水淡化作为获取淡水的有效方法之一,引起广泛关注。然而目前传统的海水淡化装置消耗大量热能或电能,碳排放量大、装置体积庞大,且淡化效率、效果均有待提高。利用太阳能光蒸馏的海水淡化技术低碳环保,然而多年来一直受限于较低的光热转换效率(-30-45%)而无法大规模应用。朱嘉课题组在国际上首次利用等离激元增强效应实现了高效太阳能海水淡化(能量传递效率-90%,淡化前后盐度降低4个数量级)。该研究发现,三维铝颗粒等离激元黑体材料是实现高效率太阳能海水淡化的绝佳体系,图1给出铝颗粒黑体材料用于等离激元增强太阳能海水淡化的设计示意图。首先,等离激元铝黑体材料具有宽太阳光谱超高光吸收效率(在400-2500nm宽太阳光谱范围平均吸收效率>96%),确保了海水淡化过程中光热转换效率大大提高;其次,铝纳米颗粒的局域等离激元光学共振效应使得漂浮在水面的紧密排列的铝颗粒附近区域产生极高的局部温度和电磁场增强效应,非常有利于快速有效的淡水蒸汽产生,多孔结构又提供了有效的蒸汽逃离通道。最后,铝颗粒等离激元黑体材料制备采用低成本金属铝为唯一原材料,采用了简单可规模化生产的自组装制备方法(图1),且材料的淡化性能表现出良好的稳定性和耐用性,这对高效率太阳能海水淡化技术的实用化将产生重要的意义。 图. 三维铝颗粒等离激元黑体自组装工艺与组装前后光学照片对比图 我国科学家取得的成果,引起了国际学术界和产业界的广泛关注。《科学》杂志以《新的水纯化系统可帮助世界解渴》为题进行专文介绍。这一新型太阳能海水淡化技术显示出广阔的前景,不但可以为贫困、偏远地区提供经济、可行的饮用水方案,也可为海洋、沙漠、军事等特殊地区及应用领域提供小型、便携的供水方案,更有可能为世界性的水资源缺乏问题贡献“中国水方案”。 相关研究成果以《3D self-assembly of aluminium nanoparticles for plasmon-enhanced solar desalination》为题发表于Nature Photonics上(DOI: 10.1038/NPHOTON.2016.75)。现代工程与应用科学学院副研究员周林与硕士生谭颖玲为论文的共同第一作者,朱嘉教授是论文的通讯作者,本项研究受到了祝世宁院士的指导与支持。
  • 《我国科学家在钙钛矿太阳能电池领域取得重要突破》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-07-18
    • 钙钛矿太阳能电池以其制备简单、成本低和效率高的优势在新型光伏技术领域迅速崛起。钙钛矿太阳能电池按照器件结构可分为正式和反式两种结构,相比于正式结构,反式结构器件因制备工艺更加简单、可低温成膜、无明显回滞效应、适合与传统太阳能电池(硅基电池、铜铟镓硒等)结合制备叠层器件等优点,受到学术界和产业界的关注。但仍然存在开路电压与理论值差距较大、光电转换效率仍然偏低等应用瓶颈。 在纳米研究国家重大科学研究计划(2015CB932200,钙钛矿型太阳电池的基础研究)的支持下,北京大学朱瑞研究员、龚旗煌院士与合作者展开研究,针对反式结构钙钛矿太阳能电池在光电转换效率上存在的瓶颈,提出了“胍盐辅助二次生长”方法,开创性地实现了钙钛矿薄膜半导体特性的调控,显著降低了器件中非辐射复合的能量损失,在提升器件开路电压方面取得了突破,首次在反式结构器件中获得了超过1.21V的高开路电压(材料带隙宽度~1.6eV)。同时,在不损失光电流和填充因子等性能参数的情况下,显著提高了反式结构钙钛矿电池的光电转换效率—实验室最高效率达到21.51%。经中国计量科学研究院认证,器件的光电转换效率高达20.90%,是目前反式结构钙钛矿太阳能电池器件效率的最高记录。该结果为提升反式钙钛矿太阳能电池器件效率、推进该类新型光伏器件的应用化发展提供了新思路,可进一步拓展到钙钛矿叠层太阳能电池以及钙钛矿发光器件中,具有潜在的应用前景和商业价值。相关成果6月29日在线发表在《科学》杂志上。