河口——淡水河流与咸海的交汇处——是观鸟和划皮划艇的绝佳地点。在这些地区,含有不同盐浓度的水混合在一起,可能是可持续的“蓝色”渗透能的来源。A Energy Letters的研究人员报告称,他们创造了一种半透膜,可以从盐梯度中收集渗透能并将其转化为电能。在实验室演示中,新设计的输出功率密度比商用膜高出两倍多。
渗透能可以在任何存在盐梯度的地方产生,但现有的捕获这种可再生能源的技术还有改进的空间。一种方法是使用一系列反向电渗析 (RED) 膜,这些膜充当一种“盐电池”,利用盐梯度引起的压力差产生电能。为了平衡盐梯度,海水中的带正电离子(如钠)会通过系统流向淡水,从而增加膜上的压力。为了进一步提高其收集能力,膜还需要保持较低的内部电阻,使电子能够轻松地沿离子的反方向流动。先前的研究表明,改善离子穿过 RED 膜的流动和电子传输效率可能会增加从渗透能中捕获的电量。因此,叶东东、秦星珍和同事设计了一种由环保材料制成的半透膜,理论上可以最大限度地降低内阻并最大限度地提高输出功率。
研究人员的 RED 膜原型包含用于离子传输和电子传输的独立(即解耦)通道。他们通过将带负电的纤维素水凝胶(用于离子传输)夹在称为聚苯胺(用于电子传输)的有机导电聚合物层之间来实现这一点。初步测试证实了他们的理论,即与由相同材料制成的均质膜相比,解耦传输通道导致更高的离子电导率和更低的电阻率。在模拟河口环境的水箱中,他们的原型机实现了比商用RED膜高2.34倍的输出功率密度,并在16天的不间断运行中保持性能,展示了其在水下长期稳定的性能。在最终测试中,该团队用 20 个 RED 薄膜创建了一个盐电池阵列,并产生足够的电力来单独为计算器、LED 灯和秒表供电。
叶、秦和他们的团队成员表示,他们的研究结果扩大了可用于制造 RED 膜的生态材料范围,并提高了渗透能量收集性能,使这些系统更适合实际使用。