由两种不同孔膜组成的新型非对称离子膜在获取清洁、可再生的渗透能量方面显示出巨大的优势。目前，制约其应用的主要障碍是界面不相容和低的界面离子传输效率，不利于其长期稳定性和提高功率密度。
近日，青岛大学隋坤艳教授，随欣教授，Wenxin Fan报道了开发了一种抗膨胀梯度全多糖聚电解质水凝胶膜用于高效渗透能量转换。
文章要点
1）研究人员利用可再生的天然多糖聚电解质（如虾蟹壳壳聚糖（CS）、海藻海藻酸钠（SA）、玉米黄原胶（XG）、石花菜卡拉胶（K-C）和树木羧甲基纤维素钠（CMC-Na）），采用反应扩散法在30 s内快速制备了抗膨胀梯度聚电解质水凝胶膜。
2）梯度聚电解质水凝胶膜保留了非对称膜的离子二极管效应（ionic diode effect），有利于离子的单向传输，同时避免了其不良的界面效应。同时，聚电解质水凝胶膜的抗膨胀三维带电网络可以提供固有的高离子电导率和良好的离子选择性。
3）实验结果显示，当海水和河水混合时，基于梯度聚电解质水凝胶的渗透发电机装置输出功率密度可以达到7.87 W/m2，远远超过目前最先进的膜。更重要的是，研究人员从理论和实验上证明了功率密度的衰减退化是由测试装置的大内阻引起导致。
这项研究展示了梯度聚电解质水凝胶在设计高性能膜基渗透发电机方面的巨大应用前景，并为实现大规模高性能渗透能量转换开辟了一条新的途径。
参考文献
Guoshuai Bian, et al, Anti-swelling gradient polyelectrolyte hydrogel membranes as high-performance osmotic energy generators, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202108549
https://doi.org/10.1002/anie.202108549
