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  化石燃料的枯竭帶來環(huán)境污染、資源短缺等問題，海水和河水的鹽度差之間存在的滲透能作為新型清潔能源引起人們的廣泛研究。非對稱膜在鹽差發(fā)電中存在著明顯的優(yōu)勢，然而傳統(tǒng)非對稱膜通常由兩種或多種材料復合而成，存在界面的離子輸運阻力大、離子輸運效率低以及界面粘結強度差的問題。此外，現有的膜基RED發(fā)電機功率密度隨測試面積增大顯著降低，該未知的功率密度衰減機制限制了其大規(guī)模的實際應用。

  針對上述缺點，在江雷院士指導下，青島大學隋坤艷教授團隊以殼聚糖和海藻酸鈉等多種可再生降解天然多糖聚電解質為原料設計出具有連續(xù)梯度的非對稱水凝膠膜。梯度分布的負電荷不僅可以避免傳統(tǒng)非對稱膜的分層風險，而且繼承了非對稱膜的離子二極管效應。此外該梯度薄膜還具有良好的陽離子選擇性和超高的離子電導率。因此，當混合海水與河水時，該膜基發(fā)電系統(tǒng)的功率密度高達7.87 W/m²，優(yōu)于已報道的膜基滲透能轉換系統(tǒng)。更重要的是，作者還首次揭示了其功率密度隨測試面積增大而減小的原因是由測試設備過大的電阻造成的，并從理論和實際進行了優(yōu)化。該研究可以同時從材料與裝置設計角度為高性能RED發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)提供理論和實踐指導。

【梯度聚電解質水凝膠膜的制備與表征】

【離子跨膜傳輸特性】

【不同條件下的滲透能轉換行為】

【混合海水與河水時的滲透能轉換行為】

  該項工作的通訊作者為隋坤艷教授、范汶鑫副教授和隨欣教授，第一作者為青島大學碩士研究生邊國帥，青島大學為通訊單位。相關成果以“Anti-swelling gradient polyelectrolyte hydrogel membranes as high-performance osmotic energy generators”為題發(fā)表于《Angewandte Chemie International Edition》。

  文章來源：https://doi.org/10.1002/anie.202108549