作為海洋能（也稱藍色能源）的重要分支之一,鹽差能,即兩種不同濃度的鹽溶液混合釋放出來的吉布斯自由能,一般指入�？谔幒铀c海水混合產生的能量,是一類潛力巨大但尚待開發(fā)的可再生能源。基于電化學電容器的電容混合技術是一項新興的低成本的鹽差發(fā)電技術——濃鹽水和稀鹽水交替流過電容混合器件的內部流道,使得離子與電極材料發(fā)生相互作用,引發(fā)電壓和電流響應,從而把鹽差能轉變?yōu)殡娔�。目�?基于雙電層理論的對稱/不對稱雙電層電容器和利用離子交換膜的膜電容器都能簡單有效地實現(xiàn)鹽差發(fā)電,然而,它們的鹽差發(fā)電性能亟待提高。針對這一問題,本論文通過設計新型器件結構和新型功能化電極材料,大幅度提高了電容混合技術的鹽差發(fā)電性能,助推和引領該技術的快速發(fā)展。主要研究內容和結論如下:（1）提出了雜化電容混合技術—一利用電池型Na4Mn9〇18（NMO）電極和電容型活性炭（AC）電極組成無膜雜化電容器用于鹽差發(fā)電。電化學測試結果發(fā)現(xiàn):電解液濃度對電極材料的電化學性能影響顯著。20mM替換500mMNaCl溶液時,NMO電極和AC電極的開路電勢分別下降89 mV和升高55 mV。NMO//AC雜化電容器的濃差響應電壓可達110... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１摩擦納米發(fā)電機??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｎａｎｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ［６］??

?部轉化為電能，其電功率將達到１ＴＷ，相當于一千座核電站［９：＞。除了河水和海水，鹽差??能的來源也可以擴展到淡水和鹽湖水（例如死海），淡水和海水淡化系統(tǒng)排出的廢水等。??如圖１．２所示，淡水和死海之間蘊藏的鹽差能是淡水和海水之間的約１９倍（按流體的單??位體積計算）；中國的長江與海水匯合輸出的理論電功率為２２９０ＭＷ［６，１Ｑ］。??２０世紀５０年代以來，鹽差發(fā)電技術紛紛涌現(xiàn)，但因為性能、成本和其它相關技術??問題，至今都未實現(xiàn)商業(yè)化，仍處在實驗階段。目前主流的鹽差發(fā)電技術有滲透壓能技??術（ｐｒｅｓｓｕｒｅ－ｒｅｔａｒｄｅｄ?ｏｓｍｏｓｉｓ，?ＰＲＯ）?［１１－１３］，反電滲析技術（ｒｅｖｅｒｓｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ，?ＲＥＤ）??［６，１４＿１７］和化學電源混合技術（ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｍｉｘｉｎｇ，ＡｃｃＭｉｘ）?［１８＿４８］。滲透壓能技術利用只允??許水分子通過的半透膜，使河水在滲透壓的驅動下向海水流動，從而驅動葉輪機發(fā)電。??－２?－??

Ｕ．２反電滲析技術??與滲透壓能技術不同的是，反電滲析是直接將鹽差能轉化為電能，而不需要機械能??為中介。反電滲析單元如圖１．４所示，濃鹽水和稀鹽水由陰陽離子交換膜隔開。因為離??子交換膜可以阻攔同名離子并允許帶相反電荷的離子通過，所以，濃鹽水中的陰陽離子??會在滲透壓的驅動下自發(fā)地分別經(jīng)由ＡＥＭ或ＣＥＭ進入兩側稀鹽水中。陽離子向左側??聚集，而陰離子向右側聚集，由此形成了離子流。兩側電極通過外電阻形成回路后，離??子流就會引發(fā)電子的流動，形成電流。目前，研究人員主要針對離子交換膜、隔板和電??極、運行環(huán)境和膜污染等方面在進行研宄［６］。??如圖１．５所示，利用人工河水和海水（空心圈叫進行發(fā)電滲析法發(fā)電所得到的功??率密度超過２?ＷｎＴ２。然而反電滲析技術發(fā)展的最大阻礙和滲透壓能技術一樣，也是膜??污染等問題。這一問題非常嚴峻，因為膜污染可能使產能量縮減６０％之多。一般的解決??方法是對海水進行預處理，濾掉對膜有損害的化學物質和微生物。可是這一方案增加了??系統(tǒng)成本。據(jù)估計

【參考文獻】：
期刊論文
[1]反電滲析法鹽差能發(fā)電用離子交換膜研究進展[J]. 鄧會寧,何云飛,胡柏松,馮妙.  化工進展. 2017(01)
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[3]室溫鈉離子儲能電池電極材料結構研究進展[J]. 潘慧霖,胡勇勝,李泓,陳立泉.  中國科學:化學. 2014(08)
[4]電容去離子脫鹽技術:離子交換膜復合活性炭電極的性能[J]. 劉紅,王剛,王六平,董強,于暢,邱介山.  化工學報. 2012(05)

碩士論文
[1]基于壓力延遲滲透原理的鹽差能發(fā)電技術研究[D]. 賈紅星.中國海洋大學 2014



本文編號：3225807