Energy-Harvesting Evaporator Mimics Photosynthesis-Respiration Cycle and Enables All-Day Seawater Desalination

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作者
Meng Wang,Zixiang He,Xinlu Zhang,Peng Xie,Yen Wei,Shiyu Zhang,Ke Wang,Rupeng Wang,Nanqi Ren,Shih‐Hsin Ho
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:20 (8): 7249-7259
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c20987
摘要

Solar desalination holds promise for alleviating water scarcity but faces challenges in cold and low-light environments. Inspired by the environmental heat utilization and energy-storage capability of frost-resistant beetles, we designed a sandwich-structured environmental energy utilization evaporator (EUE) incorporating energy-storage microcapsules within a PVA hydrogel and a photothermal PV-Joule heating module. The EUE achieves evaporation rates of 2.12 and 10.05 kg m–2 h–1 under photothermal and dual photothermal PV-Joule heating modes, respectively. During darkness, the photosynthesis-like operation utilizes stored PV electricity to maintain stable evaporation. Energy flow modeling indicates a 174% improvement in total energy input for evaporation compared to that of single-solar desalination. Furthermore, machine-learning simulations validate the system’s performance across diverse climates, demonstrating consistent operation in cold regions. The EUE achieves excellent all-day water production (∼43.9 kg m–2), illustrating stable and high-performance evaporation in cold climates. This research provides a viable approach to all-weather desalination and a proof-of-concept for expanding solar-driven evaporation applications.
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