鹽差能作為一種清潔、穩(wěn)定的可再生能源，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)鹽差能的收集方式主要基于反向電滲析（RED）技術(shù)，其核心在于通過高離子選擇性的膜材料以產(chǎn)生凈離子流，因此，性能一直受“通量-選擇性”博弈的制約。高選擇性通常要求膜材料具有亞納米級(jí)的孔徑，這不僅增加了膜的制備難度和成本，還使得能量轉(zhuǎn)換效率容易受到結(jié)構(gòu)缺陷的影響。此外，高選擇性膜還能導(dǎo)致嚴(yán)重的濃差極化，從而使大面積測(cè)試下的功率密度急劇下降，進(jìn)一步限制了鹽差能的規(guī)?；瘧?yīng)用?，F(xiàn)實(shí)中，許多高功率密度材料通常僅在極小測(cè)試面積中（1μm2到0.03mm2）得到驗(yàn)證，距離實(shí)際大規(guī)模應(yīng)用仍存在顯著差距。
中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員高軍與山東大學(xué)教授劉鵬合作，提出了一種利用擴(kuò)散-滲透機(jī)制來(lái)收集鹽差能的新方法，不同于選擇性機(jī)制的RED技術(shù)，該機(jī)制產(chǎn)生的電流源于雙電層內(nèi)界面滲透壓梯度驅(qū)動(dòng)的擴(kuò)散-滲透流攜帶的凈電荷，不依賴膜材料的離子選擇性。
此前，利用單孔氮化硼納米管、石墨納米通道的研究已表明該機(jī)制有望實(shí)現(xiàn)超高功率密度的鹽差能轉(zhuǎn)換，但在膜尺度上仍缺乏相關(guān)研究。研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)難以找到合適的膜材料匹配該機(jī)制開展研究，發(fā)現(xiàn)利用磺酸共價(jià)有機(jī)框架（COF）膜致密分布的磺酸基團(tuán)、垂直排列的孔道結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)基于擴(kuò)散-滲透機(jī)制的可規(guī)模化鹽差發(fā)電。
在5M/0.5 MNaCl濃度梯度下，由于COF通道內(nèi)的德拜長(zhǎng)度（λD）不重合，因此該膜不具備電荷選擇性，Na+和Cl-的滲透測(cè)試進(jìn)一步驗(yàn)證了這一結(jié)論。此外，擴(kuò)散-滲透電流與活度比的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系，表明擴(kuò)散-滲透機(jī)制主導(dǎo)了鹽差能轉(zhuǎn)換過程。此過程中，COF致密分布的磺酸基團(tuán)提供了高電荷密度，增強(qiáng)了電雙層內(nèi)界面滲透壓梯度，從而能有效產(chǎn)生擴(kuò)散-滲透流，結(jié)合其垂直排列的一維孔道，能高效驅(qū)動(dòng)離子輸運(yùn)。該方法避免了傳統(tǒng)RED對(duì)膜選擇性的依賴，克服了“通量-選擇性”博弈和濃差極化等問題。在0.03mm2測(cè)試面積下，實(shí)現(xiàn)了101.2Wm-2的最大功率密度，顯著高于多數(shù)已報(bào)道材料。當(dāng)膜面積放大兩個(gè)數(shù)量級(jí)（~20mm2），功率密度仍能維持在~7Wm-2。
該研究展示了一種抗缺陷、可規(guī)模化的擴(kuò)滲鹽差發(fā)電新機(jī)制，克服了傳統(tǒng)RED技術(shù)的局限性，為實(shí)現(xiàn)規(guī)?；柠}差發(fā)電提供了新思路。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）上。
論文鏈接
基于磺酸COF膜在不同鹽度梯度下的鹽差能轉(zhuǎn)換機(jī)制
高功率密度且可規(guī)?；柠}差發(fā)電
本文鏈接：研究發(fā)現(xiàn)抗缺陷、可規(guī)?；臄U(kuò)滲鹽差發(fā)電新機(jī)制http://www.sq15.cn/show-12-1885-0.html
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