Solar-trackable super-wicking black metal panel for photothermal water sanitation

蒸发 材料科学 光伏系统 汽化 热的 环境工程 接触角 环境科学 复合材料 化学 气象学 工程类 电气工程 物理 有机化学
作者
Subhash C. Singh,Mohamed ElKabbash,Zilong Li,Xiaohan Li,Bhabesh Regmi,M. M. Madsen,Sohail A. Jalil,Zhibing Zhan,Jihua Zhang,Chunlei Guo
出处
期刊:Nature sustainability [Springer Nature]
卷期号:3 (11): 938-946 被引量:177
标识
DOI:10.1038/s41893-020-0566-x
摘要

Abstract Solar-based water sanitation is an environmentally friendly process for obtaining clean water that requires efficient light-to-heat-to-vapour generation. Solar-driven interfacial evaporation has potential, but the inability to control interfacial evaporators for solar tracking limits efficiency at large solar zenith angles and when using optical concentration. Furthermore, clogging affects the efficiency of the device. Here, we create a super-wicking and super-light-absorbing (SWSA) aluminium surface for efficient solar-based water sanitation. The measured evaporation rate exceeds that of an ideal device operating at 100% efficiency, which we hypothesize resulted from a reduced enthalpy of vaporization within the microcapillaries. Limited solar absorber–water contact for water transport minimizes heat losses to bulk water and maximizes heat localization at the SWSA surface. The device can be mounted at any angle on a floating platform to optimize incident solar irradiance and can readily be integrated with commercial solar-thermal systems. With a design that is analogous to bifacial photovoltaic solar panels, we show a 150% increase in efficiency compared with a single-sided SWSA. Given the open capillary channels, the device surface can be easily cleaned and reused. Using the SWSA surface to purify contaminated water, we show a decrease in the level of contaminants to well below the WHO and EPA standards for drinkable water.
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