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我国学者实现高效率多形式盐差能发电

来源:科技日报 吴长锋  发表时间:2022-9-5 10:59:04   浏览:

  4日,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,并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30太瓦,可利用的有2.6太瓦。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。

  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,急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倍氯化钠梯度下报告的最高效率。

  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。

  (原载于《科技日报》 2022-09-05 01版)

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