河水和海水之间的渗透压差形成的渗透能是一种极有前途的可再生能源。然而,由于商业离子交换膜的低性能,目前的渗透能量转换显示出有限的功率输出。具有定制离子传输动力学的纳米流体通道可以实现高性能反向电渗析,从而高效收集可再生渗透能。
近日,中科院理化技术研究所江雷院士,闻利平研究员综述了新兴的基于纳米流体的渗透能量转换系统的研究进展。
文章要点
1)作者首先简要总结了生物和生物激发的纳米流体通道的研究历史、结构和性能,然后总结了具有可电离表面基团的材料和没有可电离基团的材料,它们在水中可以通过不同的机制充电,包括离子吸附、离子溶解、离子置换、氧掺杂和外部刺激诱导充电。所选定的功能性材料可以进一步加工并组装成具有集成功能的先进膜,用于不同的应用。
2)作者着重总结了最大化能量转换性能的策略(优化薄膜厚度、设计异质结和弱化孔隙间的相互作用),此外,总结了纳米流体膜在其他类型的能量转换系统(光电、液电、热电和热渗透能量转换)的研究进展,并总结了集成渗透能量转换器件与其他技术(如海水淡化和水裂解)相结合的应用潜力。
3)作者最后指出了纳米流体在渗透能量转换方面仍面临的挑战和未来的发展前景。
参考文献
Zhang, Z., Wen, L. & Jiang, L. Nanofluidics for osmotic energy conversion. Nat Rev Mater (2021).
DOI:10.1038/s41578-021-00300-4
https://doi.org/10.1038/s41578-021-00300-4