先进储能材料在海水淡化工程中的应用

先进储能材料在太阳能蒸馏器中的重要性

太阳能海水淡化主要依靠蒸发和冷凝来净化盐水，用于生产饮用水。在该处理过程中，入射太阳辐射首先加热吸收器表面，使太阳蒸馏器盆区温度升高。

咸水和盆区之间的热量传导导致水温升高，最终导致蒸发。然后，水蒸气在太阳能蒸馏器盖上凝结，产生饮用水/蒸馏水。

太阳能海水淡化应用可以是被动的也可以是主动的。被动采水技术在采水过程中不需要外部能源和设备。然而在主动技术中，需要采用外部系统来提高产水量。

风速、环境温度和太阳辐照度是影响太阳能蒸馏器性能的关键气候因素。此外，有利于水分蒸发的材料的利用率、盆区水深、太阳能蒸馏器表面积、给水质量流量等也会影响太阳能蒸馏器的效率。

虽然太阳能蒸馏器广泛用于淡水生产，但使用太阳能蒸馏器生产的淡水数量仍然很低。相变材料（PCMs）、纳米增强型相变材料和纳米颗粒等先进储能材料，可以通过直接太阳能脱盐提高淡水生产力。

纳米材料具有很高的热值，这可以节省更多的能源，并减少生产饮用水所需的时间。纳米材料，如纳米粒子、纳米线和纳米管，可以根据应用要求制造出所需的尺寸和形状。

纳米涂层技术可用于提高太阳能海水淡化的蒸发和冷凝速率。例如，可以添加带有黑色染料的纳米颗粒来覆盖吸收区，增加太阳辐射的吸收，从而导致更大的自然对流。

研究表明，在管式太阳能蒸馏器上采用氧化钴纳米颗粒包覆悬芯薄膜、超声波雾化器和盖式冷却，可使淡水产能、热性能和火用性能分别提高82.5%、68.14%和119.1%，而淡水价格可实现39.14%的最大成本节约。

纳米相变材料/纳米粉末混合在基础相变材料中可以提高白天吸收热能的速度和低太阳辐射时储存能量的去除速度。与传统太阳能蒸馏器相比，通过使用反射镜、纳米相变材料和灯芯翅片吸收器对托盘太阳能蒸馏器进行改造，淡水产量增加了136%。

纳米流体通常是基础流体和纳米颗粒的混合物，可以改变流体的热性质，改善太阳能蒸馏系统的传热和吸收能力，从而增加淡水产量。

在接近的温度下去除和接收热能，以及高的蓄热能力是相变材料的主要优点。因此，被动式和主动式太阳能蒸馏的性能都可以使用相变材料来提高，因为这些材料可以在白天吸收太阳强度的热能，并在太阳能不可用时使用这些热量，如在多云天气条件和夜间。

多孔材料，加上储能材料或相变材料，也可以用来提高直接太阳能蒸馏海水淡化的生产力。例如，当氧化铜纳米相变材料和灯芯材料被用于改造瓦楞托盘太阳能蒸馏系统时，饮用水产量增加了180%。

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