我学者实现高效率且多形式的盐差能发电

转自：中国科技网

科技日报记者 吴长锋

记者从中国科学技术大学获悉，该校应用化学系徐铜文、杨正金团队研发了一种磺化的超微孔聚氧杂蒽基（SPX）离子膜，揭示了软物质限域下的离子传递特性，利用膜内亚纳米的亲水微孔实现了极高的离子选择性，提高了盐差能发电的效率。该膜材料的设计理念也将盐差能发电的概念从海水-河水体系，拓展到无浓差盐溶液、甚至工业废水体系。相关研究成果日前发表在《能源与环境科学》杂志上。

存在于河水与海水之间的盐差能是一种极具潜力的可再生能源。理论上，全球各河口区盐差能总储量高达30TW（太瓦），可利用的有2.6TW。用于提取这种能量的方法主要有压力延迟渗透技术（PRO）和反向电渗析技术（RED）。尤其是RED技术使用离子交换膜，直接将化学势能转换为电能，具有投资成本更低、能量密度更高等优势。因此，RED技术引起了广泛的研究兴趣。

但是RED过程存在两个主要挑战。一是缺乏能同时实现高功率密度和高转换效率的膜材料；二是盐差能提取的概念仅限于具有明显渗透压差、盐度差海水和河水的体系，从工业废水等其他水源中提取能源的研究很少，亟需开发出不受复杂盐组成、溶液pH、温度等影响的能量提取过程，实现多种形式的盐差能提取。

基于上述两大挑战，团队设计了一种磺化的超微孔聚合物膜SPX，用于提取储存在不同浓度溶液中的渗透能。SPX膜具有大小为5- 9埃的亲水微孔，表现出受表面电荷控制的离子传输和优异的阳离子选择性。在模拟海水和河水混合的情形下，能量转换效率保持在38.5%以上。利用热梯度和浓度梯度的协同作用，该盐差能提取装置的能量转换效率进一步提高到48.7% ，接近50%理论上限。这是目前为止在50倍氯化钠梯度下报道的最高效率。

该研究也揭示了亚纳米通道内的尺寸筛分效应，拓展了盐差能发电的概念。基于SPX膜的盐差能提取装置在连续运行模式下具有良好的长期稳定性。该研究成果将盐差发电的概念拓展到扩散发电，未来或可用于从工业废水中提取能量。

（中国科大供图）

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