盐差能是一种环境中普遍存在的清洁能源，但是迄今没有一种高效率，低成本，低能耗的方法对其进行转化和利用。基于反电渗析的盐差能发电的工作原理如图1(a)所示，当纳米孔道的壁面与电解质溶液接触时，固体表面自发的吸附或者分解而产生表面电荷，从而形成双电层结构，双电层内的反号离子浓度远大于同号离子的浓度。当纳米孔道的尺寸与双电层厚度相当或者小于双电层厚度时，反号离子在通道内占主导，从而导致纳米孔道具有离子选择性。当高浓度电解质溶液离子通过纳米孔道向低浓度溶液扩散时，由于纳米孔道的离子选择性，反号离子流量远远大于同号离子流量,从而产生净电流,使得盐差能转化为电能。基于纳米孔道的反电渗析发电等效电路如图1(b)所示，其最大输出功率可以根据计算公式Pmax=Vchannel2/4Rchannel得到，其中 Vchannel 是在纳米孔道产生的反渗造电势，Rchannel是纳米孔道的电阻。

• 专利名称：无
• 专利类型：发明专利
• 专利权人：无
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• 有效期限：无

本项目以提升反电渗析盐差能转换功率密度为目标，提出了研制基于石墨烯材料的反电渗析盐差能转换系统，创新性地研制出高效率离子交换薄膜。本项目以反电渗析盐差能转换基本功能单元为研究对象，从原理上研究多种因素对功率密度的影响机制，旨在为高效能反电渗析盐差能转换系统的设计和开发提供优化方案。本项目的关键技术及创新点如下:

(1)本项目希望通过对固液界面双电层结构深入研究，掌握纳米孔表面双电层结构的对孔内离子分布和迁移率的作用机制，对纳米孔内双电层实现有效调控，改善纳米孔道的离子选择系数，探索双电层结构对边界滑移的影响，从反电渗析盐差能转换过程中能耗角度出发，寻求解决功率密度低的问题。

(2)本项目以流体动力学为基础，构建纳米孔内离子输运规律，在此基础上建立反电渗析盐差能转换的分子动力学模型。分析纳尺度下流体的结构尺度效应、表面效应对纳通道下离子输运的影响，这将为高效能反电渗析盐差能转换系统提供更好的理论预测和模型评估。

(3)通过对微纳制造的关键工艺和关键设备的研究，实现二维薄膜薄膜材料制备以及纳米孔道的跨尺度集成制造，突破现代制造的极限，实现纳米孔的大批量、可重复、高精度加工。