基于纳流体的渗透能量转换技术

发布时间:2021-04-29

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海水和河水之间的渗透压差是一种很有前景的可再生能源,当前的渗透能转换过程功率输出十分有限,主要是没有专门用于渗透能转换的高性能的离子选择性透过膜。具有可控离子传输行为的纳米流体通道能够实现高性能的反向电渗析,促进对可再生渗透能的高效捕获。

近日,中科院理化所仿生智能界面科学中心江雷、闻利平团队系统地总结了基于纳流体的渗透能量转换技术:详细讲述了该领域的发展历史,比较了纳米流体通道膜相对于商业离子交换膜在结构和功能上的优点;介绍了两种典型的渗透能量转换装置,并从热力学分析了其能量转换过程以及电解质种类的影响;从有无表面可离子化基团的角度,讲述了材料在水中的若干种典型带电机制,并进一步介绍了可以实现高性能渗透能量转换的若干先进膜结构,即离子二极管膜、具有三维界面膜、插层膜、多层膜、离子电缆膜以及界面生长膜;阐述了可以有效降低膜阻抗,促进渗透能量转换的几种典型策略;介绍了与纳米流体膜相关的其他能量转换体系,即光电转换、液压电转换、热电转换和热渗透能量转换;反向电渗析膜堆由多层的阳离子/阴离子选择性膜以及浓缩/稀释的电解质溶液构成。

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纳米流体通道用于渗透能转换

研究人员进一步介绍了传统离子交换膜反向电渗析膜堆与其他技术的耦合联用,如脱盐、电化学水裂解、光电化学水裂解、微生物电解池和微生物燃料电池等,可能会为这些技术带来革命;最后,从基础和应用的角度分别对该领域进行了展望。