Enabling Self‐Adaptive Water‐Energy‐Balance of Photothermal Water Diode Evaporator: Dynamically Maximizing Energy Utilization Under the Ever‐Changing Sunlight

材料科学 光热治疗 蒸发 阳光 太阳能 润湿 能量平衡 蒸发器 水运 杰纳斯 工艺工程 环境科学 纳米技术 环境工程 机械工程 光学 复合材料 工程类 水流 气象学 热力学 电气工程 热交换器 物理
作者
Dan Wei,Chengbing Wang,Guoliang Shi,Jing Zhang,Fan Wang,Pamela Tan,Zexiang Zhao,Yunong Xie
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
被引量:30
标识
DOI:10.1002/adma.202309507
摘要

Abstract Maintaining a match between input solar energy and required energy by water supply management is key to achieving efficient interfacial solar‐driven evaporation (ISDE). In practice, the solar radiation flux is constantly changing throughout the day, so keeping a dynamic water‐energy‐balance of ISDE is a big challenge. Herein, a photothermal water diode (WD) evaporator concept is proposed by an integrated hydrophilic/hydrophobic Janus absorber to overcome the issue. Due to the unique unidirectional water transport properties induced by asymmetric wettability, a self‐adaptive balance between photothermal energy input and water uptake is established, thus realizing the energy matching and utilization maximization. The experimental and simulation results exhibit that with the increase of sunlight intensity, the water supply speed is significantly accelerated due to the dynamic management and self‐regulation on water replenishment. Therefore, an excellent evaporation rate of up to 2.14 kg m –2 h –1 with a high efficiency of 93.7% under 1 sun illumination is achieved. This water diode engineering with Janus wettability provides a novel strategy and extends the path for designing solar evaporation systems with diverse water supply properties, which shows great potential in different environmental conditions.
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