Ionenaustauschmembranen für die Herstellung von Reverse Electrodialysegeräten

Summary

Wir demonstrieren die Herstellung eines reversen Elektrodialysegeräts unter Verwendung einer Kationenaustauschmembran (CEM) und einer Anionenaustauschmembran (AEM) zur Stromerzeugung.

Abstract

Die umgekehrte Elektrodialyse (RED) ist eine effektive Möglichkeit, Strom zu erzeugen, indem zwei verschiedene Salzkonzentrationen in Wasser mit Kationenaustauschmembranen (CEM) und Anionenaustauschmembranen (AEM) gemischt werden. Der RED-Stack besteht aus einer abwechselnden Anordnung der Kationenaustauschmembran und der Anionenaustauschmembran. Das RED-Gerät fungiert als potenzieller Kandidat für die Erfüllung der universellen Nachfrage nach zukünftigen Energiekrisen. Hier, in diesem Artikel, demonstrieren wir ein Verfahren zur Herstellung eines reversen Elektrodialysegeräts mit CEM und AEM im Labormaßstab für die Stromerzeugung. Die aktive Fläche der Ionenaustauschmembran beträgt 49^cm2. In diesem Artikel stellen wir eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Synthese der Membran vor, gefolgt von der Montage und Leistungsmessung des Stacks. Die Messbedingungen und die Berechnung der Nettoleistungsabgabe wurden ebenfalls erläutert. Darüber hinaus beschreiben wir die grundlegenden Parameter, die berücksichtigt werden, um ein zuverlässiges Ergebnis zu erzielen. Wir liefern auch einen theoretischen Parameter, der die Gesamtzellleistung in Bezug auf die Membran und die Zuführlösung beeinflusst. Kurz gesagt, dieses Experiment beschreibt, wie RED-Zellen auf derselben Plattform zusammengesetzt und gemessen werden können. Es enthält auch das Funktionsprinzip und die Berechnung, die zur Schätzung der Nettoleistung des RED-Stacks mit CEM- und AEM-Membranen verwendet werden.

Introduction

Energy Harvesting aus natürlichen Ressourcen ist eine wirtschaftliche Methode, die umweltfreundlich ist und dadurch unseren Planeten grün und sauber macht. Bisher wurden mehrere Verfahren zur Energiegewinnung vorgeschlagen, aber die umgekehrte Elektrodialyse (RED) hat ein enormes Potenzial, das Problem der Energiekrise zu überwinden¹. Die Stromerzeugung aus der umgekehrten Elektrodialyse ist ein technologischer Durchbruch für die Dekarbonisierung der globalen Energie. Wie der Name schon sagt, ist RED ein umgekehrter Prozess, bei dem das alternative Zellkompartiment mit der hochkonzentrierten Salzlösung und der niedrig konzentrierten Salzlösung<....

Protocol

1. Experimentelle Anforderung

1. Kaufen Sie Ionenaustausch-Ionomerpolymer, E-550 sulfonierte PEEK-Polymerfaser zur Vorbereitung von CEM und FAA-3 zur Herstellung von AEM. Stellen Sie sicher, dass alle Ionomerpolymere vor dem Gebrauch in einer sauberen, trockenen und staubfreien Umgebung gelagert werden.
2. Zur Herstellung homogener Ionomerlösungen werden hochreine (>99%) Lösungsmittel, einschließlich N-Methyl-2-pyrrolidon mit Molekulargewicht 99,13 g^mol-1 und N,N-Dimethylacetamid mit Molekulargewicht 87,12, verwendet. Stellen Sie sicher, dass alle analytischen Chemikalien und Lösungsmittel für die Membranvorbereitung verwendet werden, wie sie ....

Discussion

Das Funktionsprinzip des RED wird hauptsächlich von den physikalisch-chemischen Eigenschaften der Membran dominiert, die ein entscheidender Teil des RED-Systems sind, wie in Abbildung 3dargestellt. Hier beschreiben wir die grundlegenden Eigenschaften der Membran für die Bereitstellung eines leistungsstarken RED-Systems. Die spezifische Ionenpermeabilität der Membran führt dazu, dass eine Art von Ionen durch ihren Polymer-Nanokanal führt. Wie der Name schon sagt, kann CEM Kation von eine.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
AEM based membrane	Fumion	P1810-194	Ionomer
CEM based membrane	Fumion	E550	Ionomer
Digital torque wrench	Torqueworld	WP2-030-09000251	wrench
Labview software	Natiaonal Instrument	-	Software
Laptop	LG	-	PC
Magnetic stirrer	Lab Companion	-	MS-17BB
N, N-Dimethylacetamide	Sigma aldrich	271012	Chemical
N-Methyl-2- pyrrolidone	Daejung	872-50-4	Chemical
Peristaltic pump	EMS tech Inc	-	EMP 2000W
Potassium hexacyanoferrate(II) trihydrate	Sigma aldrich	P3289	Chemical
Potassium hexacyanoferrate(III)	Sigma aldrich	244023	Chemical
Pressure Gauge	Swagelok	-	Guage
Reverse electrodialysis setup	fabricated in lab	-	Device
RO system pure water	KOTITI	-	Water
Rotary evaporator	Hitachi	YEFO-KTPM	Induction motor
Sodium Chloride	Sigma aldrich	S9888	Chemical
Sodium Hydroxide	Merk	1310-73-2	Chemical
Source meter	Keithley	-	2410
Spacer	Nitex, SEFAR	06-250/34	Spacer
Sulfuric acid	Daejung	7664-93-9	Chemical
Tube	Masterflex tube	96410-25	Rubber tube