浸透电池（OB）经过替换运转用于充电的反浸透（RO）和用于放电的压力推迟浸透（PRO），是一种新式的电网级储能体系（ESS），相较于其他现有电网ESS具有互补优势。OB利用两种溶液的浸透压差作为能量存储介质。但是，OB面对着普遍适用于所有ESS的能量-动力学权衡问题。本研究旨在定量剖析OB中的这一权衡，并制定有用策略来处理该问题。我们的剖析表明，能够经过以下方法处理这一权衡：（1）进步初始高盐度溶液浓度（c HS, 0），以及（2）运用更具水浸透性的浸透膜配合合适的高盐度溶液。例如，将c HS, 0从1.2 M添加到2.4 M可使能量密度从0.5进步至>1.0 kWh·m−3，一起增强功率密度并坚持高于66%的安稳高往复功率（RTE），虽然这需求机械强度明显进步的膜材料。此外，运用高通量纳滤型浸透膜配合二价高盐度溶液可将峰值功率密度进步至50 W·m−2以上，一起保持能量功能。本研究不仅为缓解能量-动力学权衡供给了有用策略，还为未来开发OB专用浸透膜指明晰重要方向。

图文摘要

来自风能和太阳能等可再生能源的发电量正阅历着史无前例的增长，以完成全球净零排放的目标[[1], [2], [3]]。但是，因为大多数可再生能源具有固有的间歇性，电网规划的能量存储体系（ESSs）关于平衡这种间歇性需求火急[[4], [5], [6], [7]]。Osmotic battery（OB）是一种新式的电网规划ESS，相较于其他现有电网ESSs具有吸引力且互补的优势，为缓解这一问题供给了潜在挑选[8]。OB利用安稳且灵活的浸透能作为介质，在充电时的reverse osmosis（RO）和放电时的pressure-retarded osmosis（PRO）之间替换运转，然后在一个完整的循环中完成高效储能。在可再生能源电力过剩期间，RO将输入转化为浸透能，并将其以两个独立储层中RO浓盐水与RO淡水之间的盐度梯度形式贮存起来。因为介质海水本身性质安稳，贮存的能量不会发生降解而坚持安稳。当可再生能源电力供应不足时，PRO进程经过可控混合释放贮存的浸透能并转化为电能，以平衡缺口。OB能够被视为类似于pumped hydro storage（PHS），其供给的压力梯度来自于浸透压梯度而非地形高度差。
但是，OB的往复功率（RTE）明显取决于RO和PRO体系的规划与运转。运用传统单级RO和PRO的OB其RTE被约束在不超过40%，因为其单次经过和恒压运转形式会导致RO中的过压（OP）和PRO中的欠压（UP），然后发生明显的能量丢失[[8], [9], [10], [11], [12], [13]]。在这种单级RO（SSRO）中，施加的压力必须超过体系排出的终究浓盐水的浸透压，而该压力远高于模块前几个组件所需的压力，导致了OP并随之添加了能耗[8,9,14]。相反，在单级PRO（SSPRO）中，施加的固定压力低于沿膜模块膜两侧的最小浸透压差，导致了UP并因而减少了提取的能量[8,15]。为了缓解OP和UP，根据无需额外阶段即可使水力压力接近浸透压的原理，人们提出了各种装备规划和运转形式，例如半间歇形式（即闭路（CC）形式）[8,[16], [17], [18]]、闭环间歇形式[15,[19], [20], [21], [22]]以及半封闭（SC）间歇形式[8,9]。我们之前的研究对这些形式进行了深化比较，发现CC形式在低回收率场景下体现优异，因为它避免了因运用压力交换器（PXs）而导致的能量丢失，一起t
但是，即使在RO和PRO运转中集成了最高效的CC和SC形式，OB体系仍面对比能量出产（SEP）（或能量密度）与RTE之间的权衡问题[8]。也就是说，经过优化运转条件来进步SEP会导致RTE下降。例如，Li等人的剖析[8]发现，将浸透膜的水浸透率从30%进步到60%，使SEP或能量密度从0.24添加到0.58 kWh·m−3，但却导致RTE下降了9.3%。这是因为较高的水浸透率会因RO中更大的熵发生以及PRO中更明显的高盐溶液丢失，然后导致CC形式的能量功率下降。虽然SC形式能够经过灵活调整循环次数来进行功能优化以保持安稳的功率，但在较低的水浸透率下，其功率仍低于CC形式。
此外，不管工艺和装备规划怎么，RO和PRO中能量功能指标（如比能和能量功率）与动力学功能指标（如水通量(Jw)和功率密度(PD))之间的内在权衡仍然是一个重大挑战[[23], [24], [25], [26], [27], [28], [29]]。RO和PRO的驱动力是高盐溶液中的施加水压(ΔP)与跨膜浸透压差(Δπ)之间的差值（即 ΔP - Δπ）。正值表明RO，负值表明PRO。关于给定的膜和溶液，进步Jw需求更大的驱动力，这要求在RO中具有更高的ΔP，而在PRO中具有更低的ΔP以允许更多水分透过膜。因而，因为更严峻的OP效应，这会添加RO的能耗；而因为更严峻的UP效应，这会下降PRO的能量产值，然后下降RO和PRO的能量功率以及整体往复功率。PD作为另一个关键动力学参数，是指单位膜面积的发电速率，受水通量和施加压力影响。从最大值开始下降施加压力最初会导致水通量明显添加，然后进步PD但下降SEP。一旦PD到达峰值，随着施加压力持续下降，PD和SEP都会下降。因而，在一定范围内进步PD也同样在