拿海水裡的「鹽」來發電,史丹佛大學研發的「鹽差能電池」是什麼神物?

你能想到幾種永續發電方式?除了常見的太陽能、風電之外,地熱、潮汐、洋流都是可行選項,企業、政府正努力讓它們能夠商轉,為城市帶來永續乾淨的能源。然而,近期史丹佛大學研究出了新技術:使用淡水與海水的「鹽分濃度差異」來發電!

這種能源稱為「鹽差能」。根據估算,它可為全球帶來 26 萬 MW 的電能,相較之下,台灣夏日的發電高峰也才 3.5 萬 MW,因此是個有龐大潛力的電力方案。那我們就先來了解,什麼是「鹽差能」?

鹽差能:運用電解質濃度差異的電位差發電

溶液中電解質若有濃度差異,就會產生電位差,進而產生電能。鹽差能發電就是利海水的鹽分濃度差異,將它們的電位能差轉換成電能。

能夠應用鹽差能發電技術的場域,主要是淡水、海水交會的地點,例如河流出海口;但是鹽湖和地下鹽礦的鹹度差異也可以用來發電。目前有許多團隊研究鹽差能的發電技術,試圖商業化,例如荷蘭的逆電析、挪威的壓力遲滯滲透膜法等等。

台灣四面環海,海水內的「鹽差能」有望成為台灣的永續新能源嗎?

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而這次史丹佛開發出鹽差能電池。該電池又稱為混合熵電池(mixing entropy battery,MEB),它沒有滲透膜,透過淡水交換、淡水發電、海水交換與海水發電四個循環步驟,將鹽差能轉換成電能。

史丹佛大學研發鹽差能電池,透過四個循環步驟發電

在淡水交換過程中,淡水會流入系統,取代系統中原有的海水;接著電極上鈉離子與氯離子釋放到淡水中,電流從陰離子電極流向陽離子電極;緊接著是海水交換步驟,海水流入系統,取代原有的淡水;最後,電極重新吸收鈉離子與氯離子,電流朝相反的方向流動。若灌入淡水,將重啟發電的四個循環。

鹽差能發電的四個步驟。圖片來源:ACS OMEGA

史丹佛團隊也透過普魯士藍與聚吡咯製作全新的電極,它們的價位都不超過 3 美元,也就是低於 100 元新台幣。但它們相當耐用,根據研究團隊的測試,經過 180 次的循環後,鹽差能電池還保有 97% 的性能。

鹽差能發電是台灣可以應用的新能源嗎?

鹽差能電池具有占地小、原理簡單、不用充電、活動零件少等優點,雖然現在發電量還不大,但根據估算,鹽差能可為全球帶來 26 萬 MW 的電能,是個有潛力的能源解決方案。史丹佛大學認為,該技術可用在汙水處理廠,讓占美國用電量 3% 的處理廠能夠自行供電。

那麼,台灣四面環海,又有許多河流,提供淡水鹹水交會的環境,鹽差能發電會是台灣的新種能源嗎?

參考資料來源:
1.《ACS OMEGA》:〈Charge-Free Mixing Entropy Battery Enabled by Low-Cost Electrode Materials
2.《Stanford News》:〈Stanford researchers develop technology to harness energy from mixing of freshwater and seawater
3.《科技新報》:〈 來自淡水與海水交界處的電力,鹽差能電池有望讓污水處理廠自供電
(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:Pexels CC Licensed)

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