Renewable, All-Natural Flute Membrane with Excellent Mechanical Properties for Osmotic Energy Harvesting

材料科学 长笛 可再生能源 能量收集 复合材料 高分子科学 纳米技术 能量(信号处理) 声学 电气工程 工程类 生物 统计 遗传学 物理 数学
作者
Zheng Xue,Mingming Jia,Zhenbo Yuan,Xiaoyan Ma,Chao Teng,Biao Kong
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (51): 70618-70625
标识
DOI:10.1021/acsami.4c17932
摘要

Ion-selective membranes serve as key materials for reverse electrodialysis (RED) technology in osmotic energy harvesting, and the search for a class of membranes that are economical, highly robust, and sustainable has been a relentless goal for researchers. In this work, all-natural biomass membranes (reed membranes) are often used as a flute diaphragm, which makes the flute produce a brighter and crisper sound, presenting high strength and elasticity. Ultrathin natural reed membranes (thickness of ≈4.06 μm) were selected as representative materials due to their impressive mechanical properties with a top-level combination of yield strength (≈63.5 MPa) and strain (∼2%) among all reported natural materials. More importantly, there are numerous nanoscale pores and negatively charged −OH groups on the reed surface, providing tiny nanofluidic channels for efficient cation transmembrane transport, which endow the flute membrane with excellent selectivity for caution and stable salinity-gradient energy conversion performance. The reed membrane delivers excellent osmotic energy conversion performance with a power output density of 22.2 W m–2 in 500-fold NaCl concentration as well as high stability (power density maintained at 98.53% for more than 6000 s). This work provides a strategy for all-natural ion-selective membranes in terms of economy, fabrication simplicity, and stability, which has potential utility in various applications such as osmotic energy harvesting.
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