环境与安全工程学院膜技术与环境资源化山东省青创人才引育计划团队（负责人：张杨教授）在高效离子交换膜技术用于盐度差能转换领域取得系列进展，相关工作先后发表于Water Research(2022, 212, 118076)和Desalination(2024, 581, 117599）等国际知名期刊上。

在现代社会中，电能作为一种不可或缺的能源，其生产方式对于全球气候变暖与气候变化的影响不容忽视。目前，电力生产主要依赖于化石燃料的燃烧，这一过程中释放的大量二氧化碳和其他温室气体，已成为推动全球气候变暖的关键因素。因此，提高可再生能源的利用比例，实现电力生产的脱碳化，成为当前能源领域的重要研究方向。然而，可再生能源的间歇性问题，要求有高效且可靠的大型储能技术来支撑其稳定供电。目前主要的储能技术抽水蓄能存在地形限制，其他储能技术也面临安全性和可靠性等问题。在此背景下，浓度梯度电池作为一种新兴的环保型储能技术，受到了广泛关注。该技术以其无毒害的电解质和零污染排放的特性，展现出巨大的应用潜力。其工作原理是通过电力驱动下的盐浓度梯度变化来实现电能的储存与释放，即在充电过程中建立浓度梯度，而在放电过程中则通过降低浓度梯度来释放电能。

该团队在前期关于有机配重分子引入提升电池性能的研究基础上，进一步从微观传输角度深入探讨了配重分子在离子交换膜中的传输机制，并明确了配重分子的类型与电池性能之间的关联。研究指出，通过膜和配重分子的组合优化，未来有望进一步实现浓度梯度电池性能的显著提升。该工作以“Effect of osmotic ballast properties on the performance of a concentration gradient battery”为题，发表在环境领域顶级期刊Water Research(2022, 212, 118076,https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118076)中，刘飞特聘副教授为该论文的第一作者，青岛科技大学环境学院为第一完成单位。

图1：有机配重分子在浓度梯度电池中平衡渗透压差的示意图。配重分子的尺寸、微观结构和官能团影响离子交换膜两侧渗透压的平衡以及水盐跨膜传输。

为了研究离子交换膜类型与电池性能之间关系，研究人员揭示了具有低水体积分数和高固定电荷密度的膜在打破渗透率和电阻率权衡方面的关键作用，为实现浓度梯度电池性能的全面提升提供了重要指导。相关工作以“Unveiling the role of membrane properties in water and salt transport and performance of a concentration gradient battery”为题，发表在Desalination（2024, 581, 117599, https://doi.org/10.1016/j.desal.2024.117599）期刊中。环境学院研究生许瀚洋为论文的第一作者，团队刘飞特聘副教授和孙延慧副教授为论文的共同通讯作者，青岛科技大学环境学院为第一完成单位。

图2：离子交换膜的渗透率和电阻率的线性拟合。通过降低膜的吸水率和增加膜的固定电荷密度，可以有效提升浓差梯度电池的电流和电压效率。

该研究工作得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金，山东省自然科学基金等科研项目的支持，山东省高等学校化工污染控制与资源化工程研究中心和特色实验为本工作提供了重要技术支持。