Robust sulfonated poly (ether ether ketone) nanochannels for high-performance osmotic energy conversion

渗透力 反向电渗析 乙醚 缓压渗透 材料科学 功率密度 化学工程 选择性 正渗透 化学 电渗析 反渗透 功率(物理) 有机化学 热力学 物理 催化作用 工程类 生物化学
作者
Yuanyuan Zhao,Jin Wang,Xiangyu Kong,Weiwen Xin,Teng Zhou,Yongchao Qian,Linjie Yang,Jinhui Pang,Lei Jiang,Liping Wen
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:7 (8): 1349-1359 被引量:54
标识
DOI:10.1093/nsr/nwaa057
摘要

The membrane-based reverse electrodialysis (RED) technique has a fundamental role in harvesting clean and sustainable osmotic energy existing in the salinity gradient. However, the current designs of membranes cannot cope with the high output power density and robustness. Here, we construct a sulfonated poly (ether ether ketone) (SPEEK) nanochannel membrane with numerous nanochannels for a membrane-based osmotic power generator. The parallel nanochannels with high space charges show excellent cation-selectivity, which could further be improved by adjusting the length and charge density of nanochannels. Based on numerical simulation, the system with space charge shows better conductivity and selectivity than those of a surface-charged nanochannel. The output power density of our proposed membrane-based device reaches up to 5.8 W/m2 by mixing artificial seawater and river water. Additionally, the SPEEK membranes exhibit good mechanical properties, endowing the possibility of creating a high-endurance scale-up membrane-based generator system. We believe that this work provides useful insights into material design and fluid transport for the power generator in osmotic energy conversion.
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