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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(shí)/立方米，全球各河口區(qū)鹽差能總儲(chǔ)量高達(dá)30太瓦（1太瓦=1012瓦），可利用的有2.6太瓦，我國(guó)的鹽差能估計(jì)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(shù)（PRO）和反向電滲析技術(shù)（RED）。其中，RED使用離子交換膜，利用不同離子在離子交換膜內(nèi)的定向選擇性遷移，從而直接將化學(xué)勢(shì)能轉(zhuǎn)換為電能，具有投資成本更低、能量密度更高等優(yōu)勢(shì)。

但RED存在兩個(gè)主要挑戰(zhàn)。一是缺乏能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高功率密度和高轉(zhuǎn)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(yè)廢水等其他水源中提取能源的研究很少，亟須開發(fā)不受復(fù)雜鹽組成、溶液pH值、溫度等影響的能量提取技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多種形式的鹽差能提取。

基于上述兩大挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種磺化的超微孔聚合物膜SPX，用于提取儲(chǔ)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(xiàn)出受表面電荷控制的離子傳輸和優(yōu)異的陽(yáng)離子選擇性。在模擬海水和河水混合的情形下，能量轉(zhuǎn)換效率保持在38.5%以上。利用熱梯度和濃度梯度的協(xié)同作用，該鹽差能提取裝置的提取效率進(jìn)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(bào)告的最高效率。

該研究成果將鹽差能發(fā)電的概念拓展到擴(kuò)散發(fā)電，未來或許可用于從工業(yè)廢水中提取能量。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1039/D2EE00851C