Angew. Chem. :利用金属有机框架膜在高盐度水中实现可规模化放大的纳流渗透能发电

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相比于风能和太阳能等可再生能源,渗透能的优势在于不受天气变化的影响,可提供更稳定的电力输出。近年来,纳流膜在渗透能转换方面展现了巨大的潜力,但由于大多数研究仅在约10-2mm2或更小的膜面积下进行了测试,其规划化仍是一项挑战。


近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所的高军研究员、山东大学的刘鹏副教授和青岛大学的刘学丽副教授合作,通过利用具有亚纳米孔道的金属有机框架膜和高盐水源,展示了一种可规模化放大的纳流渗透能发电的策略。



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研究团队指出,纳流渗透能发电难以规模化放大的原因是膜外电阻高,这意味着如果纳流膜的电阻已经低于膜外电阻,无论如何提升纳流膜的离子通量均无法有效提升系统电导,也就无法提升功率密度。以往研究主要测试小尺寸膜,膜的电阻足够高,不存在该问题,但一旦放大膜的尺寸,膜的电阻急剧变小后,该问题成为制约渗透能发电的瓶颈问题。

考虑到这点后,本文研究人员提出利用利用金属有机框架膜在高盐度水中实现可规模化放大的纳流渗透能发电。其中高盐度水提供了高的离膜外电导,而金属有机框架膜的亚纳米级孔道保证了高盐度下的电荷选择性,因此将膜测试面积放大到7mm2,功率密度仍可以稳定在1.7W/m2,这是迄今为止报道的纳流膜在大尺寸膜测试面积下的最高值。基于Poisson–Nernst–Planck方程的有限元计算也进一步证实了高盐水源和亚纳米通道的重要性。这项研究为在实现规模化渗透能发电提供了新思路。

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文信息

Toward Scalable Nanofluidic Osmotic Power Generation from Hypersaline Water Sources with a Metal–Organic Framework Membrane

Dr. Shangfa Pan, Prof. Peng Liu, Qi Li, Bin Zhu, Prof. Xueli Liu, Junchao Lao, Prof. Jun Gao, Prof. Lei Jiang

文章的第一作者是中科院青岛能源所与山东大学联合培养的博士研究生潘尚发。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202218129




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