新型離子膜實現鹽差能高效發電

　　中國科學技術大學教授徐銅文、特任教授楊正金團隊在用于鹽差能發電的離子交換膜方面取得新進展。他們研發出一種磺化的超微孔聚氧雜蒽基（SPX）離子膜，揭示了軟物質限域下的離子傳遞特性，利用膜內亞納米的親水微孔實現了極高的離子選擇性，提高了鹽差能發電的效率。該膜材料的設計理念也將鹽差能發電的概念從海水—河水體系，拓展到無濃差鹽溶液甚至工業廢水體系。相關研究成果發表于《能源與環境科學》。

　　存在于河水與海水之間的鹽差能是一種極具潛力的可再生能源。理論上，河—海交匯處的鹽差能密度約為0.8千瓦時/立方米，全球各河口區鹽差能總儲量高達30太瓦（1太瓦=1012瓦），可利用的有2.6太瓦，我國的鹽差能估計為1.1×108千瓦。

　　用于提取鹽差能的方法主要有壓力延遲滲透技術（PRO）和反向電滲析技術（RED）。其中，RED使用離子交換膜，利用不同離子在離子交換膜內的定向選擇性遷移，從而直接將化學勢能轉換為電能，具有投資成本更低、能量密度更高等優勢。

　　但RED存在兩個主要挑戰。一是缺乏能同時實現高功率密度和高轉換效率的膜材料；二是鹽差能提取的概念僅限于海水和河水的體系，從工業廢水等其他水源中提取能源的研究很少，亟須開發不受復雜鹽組成、溶液pH值、溫度等影響的能量提取技術，實現多種形式的鹽差能提取。

　　基于上述兩大挑戰，團隊設計了一種磺化的超微孔聚合物膜SPX，用于提取儲存在不同濃度溶液中的滲透能。SPX膜具有大小為5~9埃的親水微孔，表現出受表面電荷控制的離子傳輸和優異的陽離子選擇性。在模擬海水和河水混合的情形下，能量轉換效率保持在38.5%以上。利用熱梯度和濃度梯度的協同作用，該鹽差能提取裝置的提取效率進一步提高到48.7%，理論提取上限為50%。這是迄今為止在50倍氯化鈉梯度下報告的最高效率。

　　該研究成果將鹽差能發電的概念拓展到擴散發電，未來或許可用于從工業廢水中提取能量。