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  化石燃料的枯竭帶來(lái)環(huán)境污染、資源短缺等問(wèn)題，海水和河水的鹽度差之間存在的滲透能作為新型清潔能源引起人們的廣泛研究。非對(duì)稱膜在鹽差發(fā)電中存在著明顯的優(yōu)勢(shì)，然而傳統(tǒng)非對(duì)稱膜通常由兩種或多種材料復(fù)合而成，存在界面的離子輸運(yùn)阻力大、離子輸運(yùn)效率低以及界面粘結(jié)強(qiáng)度差的問(wèn)題。此外，現(xiàn)有的膜基RED發(fā)電機(jī)功率密度隨測(cè)試面積增大顯著降低，該未知的功率密度衰減機(jī)制限制了其大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用。

  針對(duì)上述缺點(diǎn)，在江雷院士指導(dǎo)下，青島大學(xué)隋坤艷教授團(tuán)隊(duì)以殼聚糖和海藻酸鈉等多種可再生降解天然多糖聚電解質(zhì)為原料設(shè)計(jì)出具有連續(xù)梯度的非對(duì)稱水凝膠膜。梯度分布的負(fù)電荷不僅可以避免傳統(tǒng)非對(duì)稱膜的分層風(fēng)險(xiǎn)，而且繼承了非對(duì)稱膜的離子二極管效應(yīng)。此外該梯度薄膜還具有良好的陽(yáng)離子選擇性和超高的離子電導(dǎo)率。因此，當(dāng)混合海水與河水時(shí)，該膜基發(fā)電系統(tǒng)的功率密度高達(dá)7.87 W/m²，優(yōu)于已報(bào)道的膜基滲透能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。更重要的是，作者還首次揭示了其功率密度隨測(cè)試面積增大而減小的原因是由測(cè)試設(shè)備過(guò)大的電阻造成的，并從理論和實(shí)際進(jìn)行了優(yōu)化。該研究可以同時(shí)從材料與裝置設(shè)計(jì)角度為高性能RED發(fā)電系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供理論和實(shí)踐指導(dǎo)。

【梯度聚電解質(zhì)水凝膠膜的制備與表征】

【離子跨膜傳輸特性】

【不同條件下的滲透能轉(zhuǎn)換行為】

【混合海水與河水時(shí)的滲透能轉(zhuǎn)換行為】

  該項(xiàng)工作的通訊作者為隋坤艷教授、范汶鑫副教授和隨欣教授，第一作者為青島大學(xué)碩士研究生邊國(guó)帥，青島大學(xué)為通訊單位。相關(guān)成果以“Anti-swelling gradient polyelectrolyte hydrogel membranes as high-performance osmotic energy generators”為題發(fā)表于《Angewandte Chemie International Edition》。

  文章來(lái)源：https://doi.org/10.1002/anie.202108549