一种新型半透膜将河口的渗透能输出增加了一倍，显示了可持续发电的潜力。河口--淡水河与咸海交汇的地方是观鸟和划艇的绝佳地点。在这些地区，含有不同盐浓度的水混合在一起，可能是可持续的"蓝色"渗透能的来源。研究人员在《美国化学学会能源通讯》（ACS Energy Letters）杂志上报告说，他们创造了一种半透膜，可以从盐梯度中获取渗透能并将其转化为电能。
改进后的膜（黄线）极大地提高了从盐梯度（如咸水（左槽）与淡水（右槽）交汇的河口）获得的渗透力。来源：改编自《ACS Energy Letters 2024》，DOI: 10.1021/acsenergylett.4c00320
在实验室演示中，新设计的输出功率密度比商用膜高出两倍多。
只要有盐梯度的地方就能产生渗透能，但现有的捕捉这种可再生能源的技术还有待改进。其中一种方法是利用反向电渗析（RED）膜阵列作为一种"盐电池"，利用盐梯度造成的压力差发电。
为了平衡这种梯度，带正电荷的海水离子（如钠）会通过系统流向淡水，从而增加膜上的压力。为了进一步提高收集能力，膜还需要保持较低的内部电阻，让电子能够轻松地向离子的相反方向流动。
以前的研究表明，改善离子在 RED 膜上的流动和电子传输的效率可能会增加从渗透能中捕获的电量。因此，叶冬冬、秦兴珍及其同事设计了一种由环保材料制成的半透膜，理论上可以使内阻最小化，输出功率最大化。
研究人员的 RED 膜原型包含独立（即解耦）的离子传输和电子传输通道。他们将带负电荷的纤维素水凝胶（用于离子传输）夹在一层名为聚苯胺的有机导电聚合物（用于电子传输）之间，从而实现了这一功能。
初步测试证实了他们的理论，即与相同材料制成的同质膜相比，解耦传输通道可产生更高的离子传导性和更低的电阻率。在模拟河口环境的水箱中，他们的原型机的输出功率密度是商用 RED 膜的 2.34 倍，并在 16 天的不间断运行中保持了性能，证明了其在水下的长期稳定性能。
在最后的测试中，研究小组用 20 块 RED 膜制作了一个盐电池阵列，产生的电能足以为计算器、LED 灯和秒表单独供电。
叶、秦和他们的团队成员说，他们的发现扩大了可用于制造 RED 膜的生态材料的范围，提高了渗透能量收集性能，使这些系统在现实世界中的应用更加可行。
编译来源：ScitechDaily