近日，国外科技媒体Tech Xplore对中国科学院北京纳米能源与系统研究所魏迪教授团队关于离子电子学储能的研究成果进行了报道。Tech Xplore是Science X旗下的科技网站，刊载内容主要涵盖工程、电子和技术发展等前沿领域最新研究。Science X是一个提供每日科学、研究、技术的高质量新闻媒体，覆盖面广，每个月全球读者多达500万，包括科学家、研究人员和工程师等。        海洋能源是一种蓝色可再生能源。盐差能是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能，是以化学能形态出现的海洋能。反向电渗析（RED）是一种可以将盐差能转换成电能的技术，其研究的核心是离子选择膜，方向是提升膜的离子选择性和降低膜阻。然而，受限于离子选择膜的高膜阻和低效的传质过程，盐差能转换器件的功率很低。采用氮化硼和二硫化钼等材料可以使盐差能转换器件的单孔功率密度提升很多，但扩展到多孔膜时，由于孔-孔之间的强相互作用和离子浓差极化的增加，功率密度又会遭遇断崖式下跌。生物细胞膜中的埃级离子通道可以超快地传输离子，研究人员由此开发了同样维度的仿生人工离子通道，氧化石墨烯（GO）是一种典型的二维纳米流体材料。由于二维纳米流体离子通道的纳米空间限域效应，离子可以在二维纳米流体通道中进行高效超快地传输，并由此造就了离子电子学的兴起，为盐差能的实用化并应用于便携式电子器件提供了契机。
       针对上述问题，研究团队通过实验和分子动力学（MD）模拟仿真，优化碱金属离子在二维纳米流体通道中的传输，以及定制设计的电极界面限域氧化还原反应，并使用医疗器械级超声喷涂设备将盐差能存储在亚微米级的聚合物薄膜侧壁边缘，实现了盐差能在便携式电子器件领域的实用化应用。该垂直结构离子电子学储能器件的输出功率密度达到了超高的15,900 W m^-2，其体能量密度（9.46 Wh cm^-3）高于锂薄膜电池（10^-3~10^-2 Wh cm^-3）两个数量级，与松下锂离子电池（10^-1~1 Wh cm^-3）相当，其体功率密度（106.33 W cm^-3）也达到了碳基纳米材料超级电容器（10~10² W cm^-3）的水准。该工作报道的垂直结构离子电子学存储器件提出了一种基于渗透效应的离子电子学储能方法，为开发可再生、超薄、安全能源提供了一个范式。
       该成果发表在Nature Energy（该期刊每月出版一期，致力于探索能源相关的各个方面，从能源的产生和储存，到能源的分配和管理、不同参与者的需求和要求以及能源技术和政策对社会的影响，由Springer Nature出版，2022-2023年影响因子为56.7）。魏迪教授团队高级工程师杨飞要为论文第一作者，中国科学院北京纳米能源与系统研究所魏迪教授、王中林院士为通讯作者，中国科学院北京纳米能源与系统研究所为论文第一单位。
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论文链接地址：
https://www.nature.com/articles/s41560-023-01431-4