输出功率密度的大小是评估纳米流体装置盐差能-电能转换效率的重要参数。目前对RED盐差能-电能转换的研究主要聚焦于离子交换膜表面电荷密度对能量转换的影响,而对纳米孔道的长度对能量转换的研究较少。本文天津津腾实验设备有限公司使用氧化石墨烯材料构建纳米孔薄膜,从实验出发,结合模拟数据,系统地研究了膜厚对纳米流体系统盐差能发电的影响。
试剂与材料
氧化石墨烯购于南京先丰纳米材料科技有限公司;氯化钾为分析纯,购于国药集团化学试剂有限公司;PET底膜购于德国沃特曼科技有限公司。去离子水、真空抽滤装置、氯化银电极与聚四氟乙烯溶液池。
本文中天津津腾实验设备有限公司通过实验和数值模拟,系统地研究了纳米流体能量转换体系中膜厚对最大输出功率密度的影响。实验数据表明,与传统观点认为的欧姆关系不同的是,纳米流体系统的最大输出功率密度随着孔长的增大呈现先变大后减小的趋势。并且在不同的浓度梯度下,最大输出功率密度的最大值存在于不同的膜厚区间。有两个竞争的因素造成了最大输出功率密度与膜厚反常的欧姆依赖关系:当膜厚小于3.0μm的时候,强烈的离子浓差极化效应显著降低了纳米流体系统的离子选择性。此时,适当增大膜厚能够有效地提高最大输出功率密度。当膜厚大于5.0μm时,膜电阻是影响最大输出功率密度的主导因素,此时继续增大膜厚,线性增加的电阻会降低最大输出功率密度。为了使最大输出功率密度最大化,最佳的膜厚应选择在平衡电阻与离子浓差极化效应的范围内。该研究结果可为构建更高最大输出功率密度的盐差发电纳米流体装置提供参考。