基于核孔技术的纳米流体电池及其机制研究

能源问题是当今世界最关注的一个问题，纳米电池技术是其中非常重要的一个研究领域。基于纳米通道动电效应的纳米流体电池系统，由于具有结构简单等特点而受到越来越多的关注，如何提它的能量转化效率，是目前研究的重点内容。纳米核孔系统，由于表面电荷密度高以及孔直径容易控制等优势，而最可能得到高的能量转化效率。本项目研究制备合适的高品质单/多纳米核孔，实验研究各种核孔样品在不同浓度、不同pH值的电解质溶液中的能量转化效率；研究实现纳米孔内溶液边界滑移的方法，以期大幅度提高能量转换效率。最后，得到具有高能量转换效率的纳米流体电池系统，并结合流体理论以及分子动力学模拟，对相关物理机制进行系统地分析研究。利用纳米核孔技术开展纳米流体电池能量转换效率及动电机制研究，不仅对于新型能源研究以及纳米流体器件设计也具有重要意义，也将大大促进核孔技术在纳米科学中的应用发展。

基于纳米通道动电效应有很多应用，包括用于能量转换的纳米流体电池系统以及用于海水淡化的膜分离技术等。纳米核孔系统，由于表面电荷密度高以及孔直径容易控制等优势，而最可能得到高的能量转化效率以及分离效率。本项目针对纳米核孔，从实验和理论两个方面，系统研究了纳米核孔内的动电行为规律和物理机制，取得的主要成果包括： 1）发展了两种新的纳米核孔性能优化方法，获得了高性能、稳定的纳米核孔；2）首次实现了滑移边界条件下，实验研究纳米孔动电行为；3）研制了低压高流量微流电渗泵系统，其性能达到了当前国际最佳水平；4）对纳米孔内的能量转换物理机制进行了详细、系统研究，澄清了以往研究中存在问题，建立了合适的物理模型；5）新探索：特别是针对基于石墨稀的核孔制备方法，取得了很大进展。本项目的研究成果，对于深刻理解纳米通道内电解质溶液的导电物理机制是非常重要的，对于新型能源研究以及纳米流体器件设计也具有重要意义，将大大促进核孔技术在纳米科学中的应用发展。