作为一种新的低品位热能利用方式，化学热机(Chemical Heat Engine，CHE)技术在近些年来逐渐受到重视。不同于“热-功”转换原理，CHE可以实现溶液浓差“热-电”转换。其中，主要由热分离装置和逆电渗析(Reverse Electro-Dialysis，RED)电堆两部分构成的逆电渗析热机(Reverse Electro-Dialysis Heat Engine，REDHE)是CHE中一种新兴且颇具应用潜力的技术。REDHE的工作原理为:首先，在低品位热能的驱动下，盐溶液在热分离装置内被分离成浓、稀溶液，实现“热-浓差能”的转换过程。然后，浓、稀溶液分别进入RED电堆中进行发电，实现“浓差能-电能”的转换过程。目前，由于对REDHE的研究处于起步阶段，其能量转换效率低，这严重制约了该技术的推广应用。因此，本文重点围绕如何提升REDHE的能量转换效率来开展相关的研究工作，旨在为REDHE技术今后的发展提供一些理论与实验的指导。作为REDHE的核心部件，RED电堆转换溶液浓差能的能力很大程度上决定了REDHE的能量转换效率。因此，本文的研究工作先从RED电堆开始。
　　第二章中，通过对现有的RED理论模型进行筛选、重组，构建出了在REDHE背景下RED电堆适用的理论模型，然后通过实验对该模型进行了验证。结果发现，该模型计算结果能够很好地与实验结果吻合。
　　第三章中，为了提升溶液浓差能的转换能力，采用多级逆电渗析(Multi-Stage Reverse Electro-Dialysis，MSRED)来替代单级RED，并对其开展了相关研究。在对MSRED进行理论研究的过程中，首先将第二章的模型扩展至MSRED层面，深入比较和分析了两种不同的MSRED电路控制策略。结果表明，相比独立电路控制策略，串联电路控制策略能够更便捷地对MSRED进行调控，且更方便有效地对输出电能进行管理，因此更适合在实际中使用。接下来，通过研究不同参数和溶液顺、逆流形式对MSRED性能的影响，发现在一定程度上降低进料溶液流速，增加浓溶液隔室厚度，减小进料稀溶液浓度和采用溶液逆流形式均对MSRED的性能提升有利。最后，针对更优的串联控制电路策略，通过实验对上述提升MSRED性能的部分举措进行了验证。
　　第四章中，结合目前公认热分离效果最佳的低温多效蒸馏(Low Temperature Multi-Effect Distillation，LT-MED)和串联电路控制的MSRED，展示了一台小型化的MED-MSRED热机。通过对该热机进行循环特性分析，探究了相关操作参数和蒸馏器效数对热机性能的影响。结果表明，适当提高MED的热水进口温度、增大盐溶液初始质量摩尔浓度和增加蒸馏器效数均可以提升热机的能量转换效率。在热水与冷却水初始温度分别为80℃和20℃情况下，热机的最大能量转换效率为1.27％。
　　第五章中，为了探究制约MED-MSRED热机能量转换效率提升的因素，通过炯分析方法对热机进行了不可逆性研究。结果发现预热器、冷凝器和MSRED是热机中(火用)损失率最高的三个部件。通过降低MED的热水进口温度，适当增大盐溶液初始质量摩尔浓度和增加蒸馏器效数均可以提升热机的(火用)效率。在热水与冷却水初始温度分别为80℃和20℃情况下，热机最大(火用)效率为6.3％。