High‐Strength, Thin PBO Nanofiber Membrane with Long‐Term Stability for Osmotic Energy Conversion

材料科学 渗透力 反向电渗析 功率密度 化学工程 纳米纤维 聚合物 复合材料 纳米技术 电渗析 正渗透 功率(物理) 热力学 反渗透 化学 物理 工程类 生物化学
作者
Runyu Duan,Jiale Zhou,Zheng Xue,Xiaoyan Ma,Rui Zhai,Junran Hao,Yahong Zhou,Chao Teng,Lei Jiang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
被引量:8
标识
DOI:10.1002/adfm.202311258
摘要

Abstract Ion‐selective membrane embedded in a reverse electrodialysis system can achieve the conversion of osmotic energy into electricity. However, the ingenious design and development of pure polymer membranes that simultaneously satisfy excellent mechanical strength, long‐term stability, high power density, and increased testing area is a crucial challenge. Here, high‐strength, thin PBO nanofiber membranes (PBONM) with 3D nanofluidic channels and a thickness of 0.81 µm are prepared via a simple vacuum‐assisted filtration technology. The thin PBONM exhibits excellent mechanical properties: stress of 235.8 MPa and modulus of 16.96 GPa, outperforming the state‐of‐the‐art nanofluidic membranes. The obtained PBONM reveals surface‐charge‐governed ion transport behavior and high ion selectivity of 0.88 at a 50‐fold concentration gradient. The PBO membrane‐based generator delivers a power density of 7.7 and 40.2 W m −2 at 50‐fold and 500‐fold concentration gradient. Importantly, this PBONM presents excellent stability in response to different external environments including various saline solutions, pH, and temperature. In addition, the maximum power density of PBONM reaches up to 5.9 W m −2 under an increased testing area of 0.79 mm 2 , exceeding other membrane‐based generators with comparable testing areas. This work paves the way for constructing high‐strength fiber nanofluidic membranes for highly efficient osmotic energy conversion.
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