东方时讯网您知道河流每年将大约40万亿吨河水流入海洋吗?这个交汇点被称为河口，具有巨大的发电潜力。将两种类型的水(含有不同盐浓度的海水和河水)混合会释放大量的吉布斯自由能，可以使用半透膜将其转化为电能。然而，膜的性能限制了基于膜的方法的经济可行性，使得这种天然丰富的能源的巨大潜力在很大程度上未被开发。
为了克服与膜相关的挑战，研究人员开发了无膜技术。它们没有使用膜在盐水和淡水之间创建边界进行混合，而是直接在电容电极的纳米孔中混合。特别是，混合会引起双电层(EDL)的结构变化，这些双电层会在固体电解质界面(在本例中为孔的表面)自发形成。
当淡水被引入充满海水的孔隙时，孔隙中的盐浓度会降低，从而使EDL膨胀——这与将平行板电容器的两个极板移开彼此的方式非常相似。结果，驱动膨胀的吉布斯自由能转化为存储在EDL中的电能。
然而，现有电极系统的低表面电荷一直是这一概念成为基于膜的方法的有前途的竞争者的主要挑战——摆脱膜的好处仍然是假设的。
德克萨斯农工大学科珀斯克里斯蒂分校、夏威夷大学和北京纳米能源与系统研究所的研究人员最近开发了一种新的电极系统，当浸没在电解水溶液中时，该系统表现出更高水平的表面电荷。
通过以不同方式处理多孔活性炭材料的表面，研究人员能够通过在表面附着诱导相反表面电荷的官能团来改变表面分子结构。特别是，当浸入氯化钠溶液中时，一个电极上的表面基团每个都会失去一个氢原子，而另一个电极上的表面基团每个都会获得一个氢原子，从而形成带相反电荷的电极。
相反的电荷增加了EDL中存储的静电能，从而使更多的吉布斯自由能转化为电能。在正常的海水和淡水条件下，新的电极系统可以使现有电容系统的面积功率密度增加三倍。
原型设备的体积功率密度与基于膜的技术相当甚至超过。令人惊奇的是，该系统在超过5万次充放电循环后仍能保持90%的容量，使其更具经济竞争力。研究人员相信他们的方法有很大的进一步发展空间。这一突破为利用这种丰富的可再生能源提供实用、经济可行的解决方案开辟了令人兴奋的可能性。