說起蠶絲，你會想到什麼？

有人會說：蠶絲是古代中華文明産物之一，中國勞動人民生産為極早之事，相傳黃帝之妃嫘祖始教民育蠶。

有人會說：期待愛情如桑蠶吐絲，春蠶到死絲方盡，蠟炬成灰淚始幹。

有人會說：絲綢之路……

圖1 蠶絲（圖片來自網絡）

但在科學家眼裡，蠶絲不隻是穿的、蓋的，還可以發電！

這不，來自中科院理化技術研究所的聞利平研究員團隊運用天然蠶絲制作出了超薄的納米膜，實現了電能的輸出。

“蠶絲發電”到底是如何實現的呢？還得從他們的研究背景說起。

衆所周知，開發綠色可持續的能源正成為世界各國的研究重點。目前，風能、太陽能、核能、地熱能、潮汐能等一些新興無污染能源受到人們的廣泛關注。其中，鹽差能因為儲量巨大、可持續性、分布廣泛而成為研究的熱點。

鹽差能是指海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學電位差能，是以化學能形态出現的海洋能，主要存在于河海交接處。同時，淡水豐富地區的鹽湖和地下鹽礦也可以利用鹽差能。鹽差能是海洋能中能量密度最大的一種可再生能源。一般海水含鹽度為3.5%時，其和河水之間的化學電位差有相當于240m 水位差的能量密度，從理論上講，如果這個壓力差能利用起來，從河流流入海中的每立方英尺的淡水可發0.65 kW h的電。一條流量為1m³/S 的河流的發電輸出功率可達2340 kW。如果用很有效的裝置來提取世界上所有河流的這種能量，那麼可以獲得約2.6 TW的電力。

由于海水鹽差能的蘊藏量十分巨大，美國、日本、瑞典等國家都在積極開展這方面的研究和開發利用工作。我國也很重視海水鹽差能的開發利用，據估計，我國在河口地區的鹽差能約有1.6億千瓦。而基于膜材料的反向電滲析技術是捕獲這種能源的有效方法之一。

以該技術為基礎的鹽差電池，采用陰離子滲透膜（隻允許陰離子通過）和陽離子滲透膜（隻允許陽離子通過）。這兩種膜交替放置，中間的間隔處交替充以淡水和鹽水。在淡水和海水作為膜兩側的溶液的情況下，界面由于濃度差而産生的電位差約為100 mV。如果把多個這類電池串聯起來，可以得到串聯電壓，形成電流。

離子選擇膜是反向電滲析技術的核心部件。生産出高性能、穩定、價格低廉的膜材料成為該技術大面積應用的前提和保證。于是，蠶絲因為其産量巨大、力學性能優異、價格低廉引起該研究團隊的注意。

圖2 蠶絲制備超薄膜的流程（圖片來源：中科院理化所）

該團隊利用蠶絲膜組裝滲透能捕獲器件。在模拟海水與河水交界環境時，該器件能夠穩定運行，而且可以持續輸出電流電壓。

圖3 組裝器件可以實現穩定的電流電壓輸出（圖片來源：中科院理化所）

此外，該團隊對複合膜的厚度進行研究。複合膜的厚度影響離子跨膜運輸的阻力，進而影響器件的滲透能捕獲能力。模拟與實驗相結合的方法更好支持文中的結論。

結果表明，超薄蠶絲膜的性能超過絕大多數被報道的材料，實現了4.1 W/m²的功率密度輸出。該數值是最接近商業可應用的标準（5 W/m²）。

圖4 超薄蠶絲膜與其他被報道的材料性能的對比（圖片來源：中科院理化所）

該工作以全文的形式發表在國際能源頂級期刊 ACS Energy Letters上，并且被選為封面文章。

來源：中國科學院理化技術研究所

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