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高效阻燃被动式电池热管理新方案

随着锂电池（LIBs）在消费电子、储能系统和电动交通等领域的广泛应用，电池的热管理问题逐渐成为限制其性能和安全性的重要因素。尤其在快速充放电过程中，电池温度的急剧上升可能导致电池性能下降、寿命缩短，甚至引发热失控，造成严重的火灾或爆炸事故。因此，设计高效、低成本、安全的电池热管理系统成为当前研究的热点。

香港城市大学吴伟教授提出的冷却膜展示了其在高效、低成本及阻燃方面的突出优势，为电池热管理系统的发展提供了一种新的思路。与传统的相变材料（PCM）相比，该冷却膜在冷却效率和阻燃性能上具有显著优势，尤其适用于需要高功率密度的应用场景，如电动汽车和大规模储能设备。研究结果表明，该冷却膜的循环性能良好，能够在不同湿度环境下保持稳定的吸湿能力。未来，随着进一步的技术优化，冷却膜的应用领域有望拓展到更多类型的电池和更广泛的工业应用。研究以“Mammal-Skin-Inspired Adaptive Nanocomposites Cooling Membrane for Passive Battery Thermal Management”为题发表于《ACS Nano》。

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吸收动力学强化型可持续光伏冷却技术

目前商用光伏组件可实现20%左右的能量转换效率，仍有超过70%的入射阳光最终转变为废热，导致组件运行温度升高。高温不仅会降低光伏组件的功率输出，还会加速材料老化、减损模组寿命。开发高效可靠的冷却技术对于提高光伏组件的性能和可靠性具有十分重要的现实意义，因而备受学界和业界关注。主动式光伏冷却技术，例如强制风冷或水冷，通过风机或泵驱动流体以带走光伏组件的废热，能够实现较高的冷却功率。然而，这类系统通常伴随较高的初始投资与额外运行能耗，往往抵消了冷却所带来的收益。另一方面，喷淋、水幕等主动水冷技术因水分难以长时间维持于光伏表面，还存在水资源浪费的问题。被动式冷却技术无需外部能量输入，通常借助功能材料在自然条件下的自发热湿传递过程实现散热。辐射冷却与相变材料是常见的被动冷却方式，但其应用面临冷却功率不足和导热性能较差等问题。吸湿式被动冷却技术依托贴附于光伏背板的吸湿材料层（如吸湿性水凝胶或金属有机框架材料），通过日间解吸与夜间吸收的循环过程实现光伏的被动降温。该技术还可在底部集成冷凝器，以收集冷凝蒸汽，用于干旱地区的淡水生产。吸收式热管理利用了含盐吸湿溶液或离子液体对水分的亲和力特征。

香港城市大学吴伟教授和朱宗龙教授受海洋中经向翻转环流（MOC）的启发，提出了一种温度-盐度动力学增强型的光伏冷却技术PV-MOC。经向翻转环流是地球海洋中一种大型环流系统，由海水的温度与盐度梯度共同驱动。其环流过程在南北方向跨越巨大空间，是海洋垂直方向上输送热量、盐分和营养物质的关键机制。借鉴这一原理，研究团队利用膜封装技术研发了吸湿性溶液热管理薄膜，通过光伏昼夜运行过程中的传热特性以及吸收/解吸过程的热效应，构建了一个同步存在的温度-盐度梯度。由此形成的内部环流显著增强了层间热质混合，将水分子在多孔吸附层中的“单向奔赴”扩散，转变为水分子与盐离子间的“双向奔赴”。同时，借助光伏倾角自然产生的流体静压，溶液层可与光伏背板自然形成良好热接触，保证了界面传热始终高效进行。通过系统的材料表征、器件加工和多物理场模型优化，研究团队全面解析了PV-MOC热质传递特性，构建并优化了概念验证原型。研究以“Nature‐Inspired Sustainable Cooling for Photovoltaics with Enhanced Temperature‐Salinity Dynamics”为题发表于《Advanced Functional Materials》。

香港城市大学博士后李复翔为本文第一作者，吴伟教授和朱宗龙教授为本文通讯作者。

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作者简介

吴伟，博士，香港城市大学长聘副教授，博士生导师，硕士项目主任，国家优青。华中科技大学学士，清华大学博士，美国马里兰大学访问学者，美国国家标准与技术研究院客座研究员。研究方向包括高效热泵、高密度储能、先进热管理、可再生能源利用、零能耗建筑等。发表SCI论文140篇 (The Innovation, Matter, Device, Science Bulletin, AFM, ACS Nano, Carbon Energy, Energy Storage Materials, Nano Energy, RSER, AAE, AE, ECM等)，出版Springer Nature、Elsevier专著2部，授权/申请中美专利25项，获国际发明金奖9项；获国际制冷学会青年奖、美国NIST杰出研究员奖、斯坦福Top2%顶尖科学家、全球能环优秀青年奖、可持续碳中和奖、全国暖通空调杰出青年、全国超材料优秀青年、城大能环杰出创新奖、城大能环优秀青年、清华特奖、清华学术新秀等荣誉。任SOLAR.E联合创始人，国际能源署SHC和HPT专家，ICEE国际会议共同主席，Renewable and Sustainable Energy Reviews副主编，以及多个SCI期刊编委。