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淡水和海水混合就能发电,新技术可提供全球40%电力
梅西 2017-05-31
导语

宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了一种全新的混合技术,可在河流入海口安装发电设备,利用淡水和海水之间盐浓度的差异来发电,可产生满足全球用电需求40%的电力。

编者按:本文来自微信公众号"徐德文"(ID:xudewen028),e科网经授权发布。

也许你听说过海水发电,这是一种利用海水温差或潮汐力推动涡轮机发电的技术,不过由于成本较高,在全世界的应用极少。宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了一种全新的混合技术,可在河流入海口安装发电设备,利用淡水和海水之间盐浓度的差异来发电,可产生满足全球用电需求40%的电力。这项研究最近发表在《能源与环境科学》上。

当淡水遇到海水,有两种方法可以产生电力。一种是压力延迟渗透(PRO),可以选择性地允许水通过半透膜输送,同时排除盐分,然后利用这个过程产生的渗透压,通过涡轮机转化为电力。另一种方法是反向电渗析(RED),可以利用离子交换膜的电化学梯度来产生电压,当氯离子或钠离子通过离子交换膜进行选择性传输时就产生了电力,由于离子交换膜只允许带正电或负电的离子通过,所以只有溶解的盐才能通过,而不是水本身。

虽然这两种方法都是捕获能量最成功的方法,但都存在很大的短板。PRO方法是迄今为止最好的技术,可以高效地产生电力,但半透膜的孔非常小,面临细菌或颗粒物卡在上面的污染问题,时间一长水便不能通过了,此外PRO也没有能力承受超咸水的渗透压力。RED方法由于离子交换膜不需要水通过,不容易被污染,但它不具备产生大量电力的能力。

后来科学家们又发明了一种电容混合(CapMix)的方法,将两个相同的电极放在不同类型的水中(如淡水和海水)产生的电压来发电,但这种方法同样不能产生大量的电力。研究人员于是想到了将RED和CapMix技术结合在一起的办法,构建了一个有两个通道的流通池,每个通道用阴离子交换膜分开,里面放置铁氰化铜电极,并用石墨箔作为集电器。然后一个通道供应海水,一个通道供应淡水,周期性地切换水的流路以允许电池充电并进一步产生电力。在测试中,这种方法产生的电力峰值达到了12.6瓦/平方米,远远超过了RED,和PRO的最大计算值(9.2瓦/平方米)水平相当,还回避了污染问题。

虽然这种方法很有希望,但研究人员依然在开展进一步的研究,以解决电极的稳定性问题,并检测海水中的其它成分,如镁和硫酸盐对电池性能的影响。这项技术如能真正投入量产,或许会对全球能源结构产生巨大的影响,每条河流的入海口都将成为发达的电力生产基地,对于受困于气候变暖而焦头烂额的我们来说,地球终于有救了!

文章链接:

Taeyoung Kim, et al, "High power densities created from salinity differences by combining electrode and Donnan potentials in a concentration flow cell," Energy & Environmental Science, 2017, issue 4.

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  • 海水发电
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作者 梅西

本科生

北京工业大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科

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