海水和河水之間的滲透壓差是一種具有前景的可再生能源,但當(dāng)前的滲透能轉(zhuǎn)換過(guò)程功率輸出有限,主要是沒(méi)有專(zhuān)門(mén)用于滲透能轉(zhuǎn)換的高性能的離子選擇性透過(guò)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(duì)可再生滲透能的高效捕獲。
近日,中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所仿生智能界面科學(xué)中心江雷、聞利平等系統(tǒng)總結(jié)了基于納流體的滲透能量轉(zhuǎn)換技術(shù):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(duì)于商業(yè)離子交換膜在結(jié)構(gòu)和功能上的優(yōu)點(diǎn);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(guò)程及電解質(zhì)種類(lèi)的影響;從有無(wú)表面可離子化基團(tuán)的角度,講述了材料在水中的若干種典型帶電機(jī)制,并進(jìn)一步介紹了可以實(shí)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、離子電纜膜及界面生長(zhǎng)膜;闡述了可有效降低膜阻抗、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(yáng)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。此外,研究人員還進(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(huì)為這些技術(shù)帶來(lái)進(jìn)展。最后,從基礎(chǔ)和應(yīng)用的角度分別對(duì)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)表在Nature Reviews Materials上。
納米流體通道用于滲透能轉(zhuǎn)換
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