Heterogeneous Two-dimensional lamellar Ti3C2Tx membrane for osmotic power harvesting

反向电渗析 浓差极化 渗透力 缓压渗透 层状结构 材料科学 卤水 渗透 正渗透 化学工程 化学物理 化学 电渗析 反渗透 复合材料 工程类 生物化学 有机化学
作者
Jin Wang,Lu Wang,Ning Shao,Miaolu He,Penghui Shang,Zheng Cui,Sensen Liu,Na Jiang,Xudong Wang,Lei Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:452: 139531-139531 被引量:45
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.139531
摘要

Osmotic energy generated from salinity gradients has been recognized as a novel blue energy source. Membrane-based reverse electrodialysis (RED) is a promising strategy for harvesting electric power from salinity difference. However, practical RED process often suffers from the low energetic efficiency due to the inherent ion concentration polarization phenomenon. Here, a heterogeneous two-dimensional lamellar Ti3C2Tx membrane with asymmetric geometry and charge properties was designed. The diode-like transport behavior with unidirectional ion conduction was observed, suggesting a preferential transport direction in the Ti3C2Tx hetero-nanochannel. When applied as the osmotic energy generators, the heterogeneous Ti3C2Tx membranes produced a maximum output power density of 16 W/m2 on mixing the natural brine and river water, higher than the commercialization benchmark (5 W/m2). Theoretical calculations confirmed that the asymmetric membrane architecture achieved a balance between effectively weakening the concentration polarization and maintaining the high ion selectivity. This study is a significant step forward in the field of designing artificial nanofluidic membranes and highly efficient osmotic energy conversion systems.
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