東南大學肖睿教授團隊在微能源回收利用方向取得重要進展

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  日前,東南大學能源與環境學院肖睿教授領銜的清潔能源團隊利用廢棄生物質秸稈實現瞭在空氣中高效的凈水和產電,實現瞭廢棄生物質的新型高效利用。通過對廢棄玉米秸稈進行簡單的預處理,實現瞭玉米秸稈在全濕度環境下從空氣中回收凈水、並源源不斷的產生直流電壓,所產生的電壓可以驅動電子計算器等電子器件,為生物質利用和微能源回收等交叉學科提供瞭新的研究方向(圖1)。相關成果以Agricultural waste-derived Moisture-absorber for All-weather Atmospheric Water Collection and Electricity Generation為題發表在微能源領域頂級期刊Nano Energy上,論文得到瞭審稿人的一致好評。東南大學為該論文第一作者和第一通訊單位,肖睿教授為通訊作者,青年教師鞏峰和本科生李昊為論文的共同第一作者。

  隨著人類社會發展和人口快速增長,能源危機與飲用水短缺已經成為人類面臨的共同挑戰。大氣中每時每刻都蘊含大量的水蒸氣(~1021升水當量),如果能實現從空氣中回收水蒸氣並產生純凈的水,有望解決貧困缺水地區的飲用水短缺問題。鑒於此,清潔能源團隊創新性的從廢棄生物質材料出發,利用廢棄秸稈豐富的孔道結構和大比表面積等固有特征,開發瞭高性能的空氣產水材料,實現瞭全濕度環境的高效產水。在20%-80%的廣濕度和5-65 ℃廣溫度區間內,廢棄秸稈可以實現0.5-2.0 kg kg-1的產水速率,驗證瞭該生物質秸稈在不同外在環境下的產水性能(從寒帶到熱帶、從沙漠到熱帶雨林等)。通過對冷凝裝置的巧妙設計,實現瞭廢棄秸稈夜晚吸水-白天產水的高效全天候產水,如圖2所示。

  此外,清潔能源團隊巧妙的利用廉價的商業墨水實現瞭對廢棄秸稈的表面性質調控,進而實現瞭在廢棄秸稈吸收空氣濕度的同時源源不斷的產生高達600 mV的電壓,設計並制備瞭利用空氣濕度凈水和產電的集成器件,該器件在凈水的同時產生的電能可以驅動電子計算器等電子設備,驗證瞭該裝置作為微能源發電裝置的潛在應用,如圖3所示。

  該研究為固廢高值化利用和微能源回收提供瞭新的研究方向,有望為萬物互聯的物聯網低功耗器件提供可靠的供電系統,有望解決偏遠地區和極端環境下的可靠供電問題。該研究受到科技部重點研發計劃和東南大學至善學者計劃支持。近年來,肖睿教授和鞏峰老師已經指導本科生取得瞭一系列的研究成果,相關研究成果發表在Nano Energy (2篇),Journal of Materials Chemistry A,Chemical Engineering Journal等國際知名學術期刊。