image: （a）不同温度差下离子浓度分布示意图；（b）在高浓度强度下，负温度差可以极大提高系统的输出功率，正温度差抑制系统的输出功率；（c）功率增强因子随着浓度强度的变化关系。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
对盐差能的高效利用可以有效的减少对化石燃料的依赖。随着纳米材料和制造技术的发展，纳米尺度反电渗析发电装置是目前的研究热点，因其可以提供极大的功率密度。然而目前的研究都是基于等温体系。非对称温度对其离子运输以及能量转换特性的影响一直是研究的空白。最近华中科技大学刘伟教授课题组对纳米尺度反电渗析发电中的非对称温度依赖性进行了研究。相关结果以“Ionic thermal up-diffusion in nanofluidic salinity gradient energy harvesting”为题在线发表于《国家科学评论》(National Science Review，NSR)。
在该研究中，作者得到了有趣的现象。如图1所示，在负温度差下，离子的热涌效应（沿着运输方向扩散增强）促进了通道的离子选择性以及抑制了低浓度侧浓度极化，显著提高了膜电压，从而改善输出功率。相反，正温度差抑制了膜电压，但其促进了扩散电流。功率随着跨膜浓度强度的增强由促进转为抑制。此外，基于该系统温度响应，作者提出了一个可调电阻纳米通道的离子电压源的构建方式：在低浓度强度下的厚膜体系中，系统膜电压由低浓度测温度控制，其内阻由高浓度测温度调节。
该研究揭示了非对称温度在纳米尺度盐差能利用系统中的重要性，进一步推动了高性能纳米流体功率器件的优化和制造。
相关链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwz106
###
Journal
National Science Review