氧化石墨烯复合膜厚度对盐差能-电能转换特性的影响

Abstract

能源紧缺与环境污染正日益成为世界发展的难题与瓶颈。固体仿生纳米孔道组成的反电渗析系统能够有效且稳定地将海洋中蕴藏的丰富的盐差能转换成电能。该文从实验和数值模拟两个方面,系统地研究了膜厚对该能量转换的影响。实验发现,纳米流体盐差能发电系统的最大输出功率密度随着膜厚的增大出现先变大后减小的反常欧姆依赖性。机制研究表明,膜电阻和离子浓差极化效应这两个竞争因素直接影响了最大输出功率密度与膜厚的关系:当膜厚较大时,膜电阻是影响最大输出功率密度的主导因素;当膜厚较小时,离子浓差极化效应则为主导因素。因此,根据纳米流体盐差能-电能转换系统的应用环境,选择合适的膜厚,可以得到最佳的最大输出功率密度。该实验结果与模拟数据可为构建更高最大输出功率密度的盐差发电纳米流体装置提供参考。国家自然科学基金青年基金(11405143