基于納流體的滲透能量轉(zhuǎn)換技術(shù)

海水和河水之間的滲透壓差是一種很有前景的可再生能源，當(dāng)前的滲透能轉(zhuǎn)換過程功率輸出十分有限，主要是沒有專門用于滲透能轉(zhuǎn)換的高性能的離子選擇性透過膜。具有可控離子傳輸行為的納米流體通道能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的反向電滲析，促進(jìn)對可再生滲透能的高效捕獲。

近日，中科院理化所仿生智能界面科學(xué)中心江雷、聞利平團隊系統(tǒng)地總結(jié)了基于納流體的滲透能量轉(zhuǎn)換技術(shù)：詳細(xì)講述了該領(lǐng)域的發(fā)展歷史，比較了納米流體通道膜相對于商業(yè)離子交換膜在結(jié)構(gòu)和功能上的優(yōu)點；介紹了兩種典型的滲透能量轉(zhuǎn)換裝置，并從熱力學(xué)分析了其能量轉(zhuǎn)換過程以及電解質(zhì)種類的影響；從有無表面可離子化基團的角度，講述了材料在水中的若干種典型帶電機制，并進(jìn)一步介紹了可以實現(xiàn)高性能滲透能量轉(zhuǎn)換的若干先進(jìn)膜結(jié)構(gòu)，即離子二極管膜、具有三維界面膜、插層膜、多層膜、離子電纜膜以及界面生長膜；闡述了可以有效降低膜阻抗，促進(jìn)滲透能量轉(zhuǎn)換的幾種典型策略；介紹了與納米流體膜相關(guān)的其他能量轉(zhuǎn)換體系，即光電轉(zhuǎn)換、液壓電轉(zhuǎn)換、熱電轉(zhuǎn)換和熱滲透能量轉(zhuǎn)換；反向電滲析膜堆由多層的陽離子/陰離子選擇性膜以及濃縮/稀釋的電解質(zhì)溶液構(gòu)成。

納米流體通道用于滲透能轉(zhuǎn)換

研究人員進(jìn)一步介紹了傳統(tǒng)離子交換膜反向電滲析膜堆與其他技術(shù)的耦合聯(lián)用，如脫鹽、電化學(xué)水裂解、光電化學(xué)水裂解、微生物電解池和微生物燃料電池等，可能會為這些技術(shù)帶來革命；最后，從基礎(chǔ)和應(yīng)用的角度分別對該領(lǐng)域進(jìn)行了展望。

相關(guān)綜述論文以Nanofluidics for osmotic energy conversion為題發(fā)表于Nature Reviews Materials上。

責(zé)任編輯：lq