化石燃料的枯竭带来环境污染、资源短缺等问题，海水和河水的盐度差之间存在的渗透能作为新型清洁能源引起人们的广泛研究。非对称膜在盐差发电中存在着明显的优势，然而传统非对称膜通常由两种或多种材料复合而成，存在界面的离子输运阻力大、离子输运效率低以及界面粘结强度差的问题。此外，现有的膜基RED发电机功率密度随测试面积增大显著降低，该未知的功率密度衰减机制限制了其大规模的实际应用。

  针对上述缺点，在江雷院士指导下，青岛大学隋坤艳教授团队以壳聚糖和海藻酸钠等多种可再生降解天然多糖聚电解质为原料设计出具有连续梯度的非对称水凝胶膜。梯度分布的负电荷不仅可以避免传统非对称膜的分层风险，而且继承了非对称膜的离子二极管效应。此外该梯度薄膜还具有良好的阳离子选择性和超高的离子电导率。因此，当混合海水与河水时，该膜基发电系统的功率密度高达7.87 W/m²，优于已报道的膜基渗透能转换系统。更重要的是，作者还首次揭示了其功率密度随测试面积增大而减小的原因是由测试设备过大的电阻造成的，并从理论和实际进行了优化。该研究可以同时从材料与装置设计角度为高性能RED发电系统的开发提供理论和实践指导。

【梯度聚电解质水凝胶膜的制备与表征】

【离子跨膜传输特性】

【不同条件下的渗透能转换行为】

【混合海水与河水时的渗透能转换行为】

  该项工作的通讯作者为隋坤艳教授、范汶鑫副教授和随欣教授，第一作者为青岛大学硕士研究生边国帅，青岛大学为通讯单位。相关成果以“Anti-swelling gradient polyelectrolyte hydrogel membranes as high-performance osmotic energy generators”为题发表于《Angewandte Chemie International Edition》。

  文章来源：https://doi.org/10.1002/anie.202108549