Asymmetric Two-Dimensional Nanomembranes for Salinity Gradient Energy Conversion

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作者
Sungsoon Kim,Hong Je Choi,Jihun Yeom,Taeyoung Kim,Taehoon Kim,Ji Hoon Han,Jongbum Won,Minwoo Lee,H. B. Kim,J. Alexander Bae,Byung-Sun Kim,Geonwoo Lim,Juan Bisquert,Wooyoung Shim
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:26 (1): 579-588
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c05727
摘要

Salinity gradient energy offers a ubiquitous, renewable power source but remains inhibited by the trade-off between the ion selectivity and permeability of the membrane, which limits the diffusion potential and ionic current, thus restricting the output power. We designed a membrane with millimeter-scale lateral channels with angstrom height and unipolar asymmetry to overcome these constraints. By applying a localized spark reaction to vermiculite films, we engineered a robust monolithic asymmetric architecture with an enhanced ion selectivity (95.1% Na+) and rectification ratio (R ≈ 10). In modules of 900 cells (30 devices), these membranes sustained power densities of >5.0 W/m2, sufficient to charge smartphones and tablets with minimal performance losses. Our platform addresses long-standing performance and scalability barriers in salinity-gradient energy conversion, providing a pathway toward practical, high-power blue energy devices.
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