Gap Confinement Effect of a Tandem Nanochannel System and Its Application in Salinity Gradient Power Generation

串联 材料科学 化学物理 纳米流体学 反向电渗析 离子 扩散 渗透力 纳米技术 发电 功率(物理) 热力学 化学 物理 生物化学 有机化学 反渗透 正渗透 复合材料
作者
Yuting Wang,Huaxiang Chen,Jin Zhai
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (34): 41159-41168 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsami.1c07972
摘要

As an important nanofluidic device, an artificial ion nanochannel could selectively transport ions inside its nanoconfinement space and the surface charge of the pore wall. Here, confinement effects were realized by tandem nanochannel units, which kept their cascade gaps less than 500 nm. Within these gaps, ionic conductance was governed by the surface charge density of the channel unit. Cations could be sufficiently selected and enriched within this confined space, which improves the cation transfer number of the system. Therefore, the tandem nanochannel system could greatly improve the diffusion potential and energy conversion efficiency in the salinity gradient power generation process. Poisson–Nernst–Planck equations were introduced to numerically simulate the ionic transport behavior and confirmed the experimental results. Finally, the gap confinement effect was introduced in the porous cellulose acetate membrane tandem nanochannel system, and a high output power density of 4.72 W/m2 and energy conversion efficiency of 42.22% were achieved under stacking seven channel units.

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