《科学日报》2011年3月30日消息：斯坦福的研究人员研制出一种利用淡水和海水之间的盐度差发电的电池。

 亚马逊河河口

　　使用这种电池的发电厂可以建在任何淡水入海区域如入海河口，领导这个研究小组的材料科学与工程副教授Yi Cui说。

　　他说理论上的限制因素是可用的淡水量。“我们的海水确实是无限的，不幸的是我们的淡水是有限的，”他说。

　　为了说明这种电池的产能潜力，Cui的小组假设全球的河流都被利用起来的话，他们的计算显示这种电池一年能够供应约2兆兆瓦的电力，是现在全球能耗的大约13%。

　　这种电池本身很简单，一正一负两个电极淹在含带电粒子（离子）的液体里。水中的离子为钠和氯，也就是普通食盐的组成成分。

　　开始的时候用淡水把电池灌满，用小电流充足电后把淡水排掉，改用海水灌满。因为海水中的离子含量比淡水高60到100倍，它提加了两个电极间的电势（电压）。这样就能得到比充电所用多很多的电力。

　　“电压实际上取决于钠和氯离子的浓度，”Cui说。“如果你在淡水时低压充电，然后在海水时高压放电，这就意味着你获得了能量，也就是你得到的能量比你投入的多。”

　　一旦放电完成，海水排出，再换成淡水，循环就能再次开始。“这里的关键是你要更换电解质溶液也就是电池中的液体，”Cui说。他是3月初发表在《纳米通讯》杂志上的文章的首作者。

　　在他们的实验室试验中，海水取自太平洋沿加州地区而淡水取自高居内华达山脉的多纳湖。电池中势能转换成电流的效率是74%，但Cui认为通过简单的改良就能取得85%的能量转化效率。

　　为了提高效率，电池的正极使用的是二氧化锰纳米棒。这样，与钠离子相互作用的有效表面积提高到大约是其它材料的100倍。这些纳米棒使得钠离子轻易进出电极成为可能，加快了整个过程。

　　在这之前就有研究人员利用淡水与海水之间的盐度差异来发电，但在那些研究中，离子通常需要穿过一张膜来产生电流。Cui说那些膜的一个缺点是通常很脆弱，那些方法很典型地只利用一种离子，而他的电池同时利用了钠和氯离子来产能。

　　在设计的时候，Cui的团队就把电池的潜在环境影响列入考虑的范围。他们选择二氧化锰作正电极的部分原因就是它的环境无害性。

　　研究小组虽然知道入海河口是他们建立发电厂的合理区，但同时明白它们也是环境敏感区。

　　“你可能想在离任何重要生境远一点，如几英里以外的地方选址，”Cui说。“我们不需要干扰整个系统，我们仅需要让河水在入海之前先经过我们的系统。我们仅仅是借来使用一下然后归还，”他说。

　　这个过程本身应该说对环境没有什么影响。排放出来的水将是淡水和海水的混合，在自然温度下排放到已经是两种水混合的区域。

　　Cui的关注点之一是寻找适合做负极的好材料。他在实验中使用的是银，但银太昂贵因而不实际。

　　他的研究小组对不同地区和国家做了估算，最后认为拥有广大的亚马逊河流域的南美最具潜力。非洲也河流密布，此外就是加拿大，美国和印度。

　　但淡水源不一定得是河水，Cui说。

　　“这种方法中使用的水不需要非常清洁，”他说。降雨形成的径流及灰水都有可用的可能性。

　　根据小组的计算，一个以每秒50立方淡水的速度运行的发电厂能够产生高达100兆瓦、足够提供给大约10万户家庭用的电。

　　Cui说甚至是处理过的污水也可能可以用。

　　“我觉得我们有必要研究使用污水，”他说。“如果我们可以使用污水，这项技术将大有前景。”（babymouselover编译/环境生态网）