近日，机械与动力工程学院王如竹教授领衔的ITEWA多学科交叉创新团队在Cell姊妹刊Joule上发表了题为Photovoltaic-sorbent system for water and electricity generation的前瞻论文。该论文从材料学、工程学等不同层次分析了光伏-吸附剂复合系统的潜力与挑战，提出了此类系统的分析优化框架与地外行星探索等不同的潜在应用场景。论文第一作者为制冷与低温工程研究所博士生邵昭，合作作者为上海交通大学原博士后、斯洛文尼亚卢布尔雅那大学Primož Poredoš博士，通讯作者为王如竹教授。
随着全球能源结构的革命性转型，以光伏为代表的可再生能源比重将不断提升。如何进一步提升光伏产电效率从而促进能源结构的革命性转型成为了全球性挑战，同时通过对于光伏系统的热管理实现光伏产电效率的提升成为了新的技术突破口。
区别于常见的太阳能光伏/热（PV/T）技术，将吸附剂热管理模块引入光伏系统成为了最新研究热点。受到哺乳动物通过发汗进行冷却的启发，该技术利用吸附剂的“吸附-解吸”循环实现了对于光伏系统的高效热管理。同时在光伏系统余热驱动下解吸出的水蒸气也成为了潜在的产物，搭配种植农业可以实现能源、水、食物的综合输出。该类系统可通过在现有的光伏系统背面加装吸附剂部件的形式，实现对于光伏系统的简便改造，从而降低部署难度。目前所进行的初步研究已经证实了这一技术路线的潜力，例如使光伏系统效率提升近10%并搭配农业系统，实现了在以沙特阿拉伯为代表的干旱地区的作物种植，然而在材料选择与开发、系统形式构建、多目标系统优化等不同层次都存在着巨大提升空间。
在材料选择方面，目前所进行的探索大多基于吸湿盐复合吸附剂。这类吸附剂虽然在实验室验证尺度展现了装置的运行潜力，但在实际使用场景下却面临着液解以及装置腐蚀等实际问题，为此文章提出应侧重对于MOF和水凝胶等物理吸附剂的开发以更加贴近实际需求。同时在环境工况方面，文章基于埃及开罗夏季的气候参数，提出应充分考虑日夜湿度变化并结合工作模式进行调整，不必受限于全日最低湿度，从而降低对于材料选择的要求。此外文章还提出了高稳定性、低使用价格、高水蒸气吸附量、使用中不发生液解、易封装等材料选取准则与分析框架。
在装置设计与系统层面，由于该类系统存在不同的潜在产物，文章提出应结合多目标优化策略对运行模式进行优化，同时需要全盘考虑水、热、电、食物等不同产物，从而对运行策略进行全面优化，实现系统性能的提升。
文章指出，由于该系统具有便捷部署的优势，目前该技术已达到了产业化的临界点，有望为进一步赋能光伏系统性能提升贡献力量。该类复合系统可在离网的状态下提供人类生存的三要素产物：水、能源和食物，有望为以地外行星为代表的不适宜人类居住的地区探索带来物质支撑。文章认为在产业化的过程中仍需要材料科学、工程学、政府部门等不同领域的通力合作，从而促进这一技术为人类可持续发展贡献力量。
王如竹教授领衔的ITEWA多学科交叉创新团队（Innovative Team for Energy, Water & Air）致力于解决能源、水、空气领域的前沿基础性科学问题和关键技术，旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案，推动相关领域取得突破性进展。近年来在Science、Joule、Energy & Environmental Science等国际期刊上发表系列跨学科交叉论文。
