The mechanism for solar irradiation enhanced evaporation and electricity generation

材料科学 蒸发 太阳能 发电 功率密度 工程物理 辐照 化学工程 光电子学 环境科学 功率(物理) 电气工程 气象学 热力学 物理 工程类 核物理学
作者
Sunmiao Fang,Weicun Chu,Jin Tan,Wanlin Guo
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:101: 107605-107605 被引量:89
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107605
摘要

Generating electricity via natural water evaporation from porous materials is a promising energy-harvesting strategy and solar irradiation is a feasible and sustainable way to accelerate water evaporation. However, it is hard to enhance the evaporation-induced electricity by solar irradiation due to the lack of understanding on the working mechanism. Here we demonstrate that a tilted structure design with cheap carbon black materials can achieve about 180% enhancement in water-evaporation-induced power generation at a high-efficiency evaporation rate of up to 3.94 kg m-2 h-1 under one sun illumination. The enhanced water evaporation from the porous structure can continuously generate a voltage of up to 1.39 V with a maximum power density of about 0.103 mW m-2 without active electrodes involved. Detailed experimental results reveal that solar irradiation and thermal energy in the environment play a synergistic role in enhancing the output performance mainly through the electrokinetic effect of streaming potential. The facile structure design, easy-to-access materials and tilt angle dependent enhancement in evaporation and output performance in this work open a viable way to simultaneously harvest solar and environmental energy for cogeneration of freshwater and electric power.
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