Name: ion-exchange membranes for the fabrication of reverse electrodialysis device
Uploaded: 2021-07-20T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Ion-Exchange Membranes for the Fabrication of Reverse Electrodialysis Device at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af National Research Foundation of Korea (NRF) tilskud finansieret af Koreas regering (MEST) (Nr. NRF-2017R1A2A2A05001329). Forfatterne af manuskriptet er taknemmelige for Sogang University, Seoul, Republikken Korea.

1. Eksperimentelt krav
<ol><li>Køb ionbytter ionomer polymer, E-550 sulfoneret-PEEK polymerfiber for at forberede CEM og FAA-3 til at forberede AEM. Sørg for, at alle ionomerpolymerer opbevares i et rent, tørt og støvfrit miljø før brug.</li>
	<li>Brug opløsningsmidler med høj renhed (>99%), herunder N-Methyl-2- pyrrolidone med molekylvægt 99,13 g mol-1 og N, N-Dimethylacetamide med molekylvægt 87,12, til fremstilling af homogen ionomeropløsning. Sørg for, at alle kemikalier og opløsningsmidler ...

<ol>
	<li>Dlugolecki, P., Gambier, A., Nijmeijer, K., Wessling, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Practical+potential+of+reverse+electrodialysis+as+process+for+sustainable+energy+generation.">Practical potential of reverse electrodialysis as process for sustainable energy generation.</a> Environmental Science &amp; Technology. 43, 6888-6894 (2009).</li><li>Kim, D., Kwon, K., Kim, D. H., Li, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Energy Generation Using Reverse Electrodialysis: Principles, Implementation, and Applications. , (2019).</li><li>Mei, Y., Tang, C. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+developments+and+future+perspectives+of+reverse+electrodialysis+technology:+A+review.">Recent developments and future perspectives of reverse electrodialysis technology: A review.</a> Desalination. 425, 156-174 (2018).</li><li>Yip, N. Y., Brogioli, D., Hamelers, H. V. M., Nijmeijer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Salinity+gradients+for+sustainable+energy:+primer,+progress,+and+prospects.">Salinity gradients for sustainable energy: primer, progress, and prospects.</a> Environmental Science &amp; Technology. 50, 12072-12094 (2016).</li><li>Li, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+hybrid+process+of+reverse+electrodialysis+and+reverse+osmosis+for+low+energy+seawater+desalination+and+brine+management.">A novel hybrid process of reverse electrodialysis and reverse osmosis for low energy seawater desalination and brine management.</a> Applied Energy. 104, 592-602 (2013).</li><li>Brauns, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Salinity+gradient+power+by+reverse+electrodialysis:+effect+of+model+parameters+on+electrical+power+output.">Salinity gradient power by reverse electrodialysis: effect of model parameters on electrical power output.</a> Desalination. 237, 378-391 (2009).</li><li>Cusick, R. D., Kim, Y., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+capture+from+thermolytic+solutions+in+microbial+reverse-electrodialysis+cells.">Energy capture from thermolytic solutions in microbial reverse-electrodialysis cells.</a> Science. 335, 1474-1477 (2012).</li><li>Kim, D. H., Park, B. H., Kwon, K., Li, L., Kim, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+of+power+generation+with+thermolytic+reverse+electrodialysis+for+low-grade+waste+heat+recovery.">Modeling of power generation with thermolytic reverse electrodialysis for low-grade waste heat recovery.</a> Applied Energy. 189, 201-210 (2017).</li><li>Hong, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potential+ion+exchange+membranes+and+system+performance+in+reverse+electrodialysis+for+power+generation:+A+review.">Potential ion exchange membranes and system performance in reverse electrodialysis for power generation: A review.</a> Journal of Membrane Science. 486, 71-88 (2015).</li><li>Choi, S. -. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+fuel+crossover+in+open+electrochemical+cells+by+tuning+the+water+nanochannel+for+power+generation.">Controlling fuel crossover in open electrochemical cells by tuning the water nanochannel for power generation.</a> ACS Sustainable Chemistry &amp; Engineering. 8, 8613-8623 (2020).</li><li>Shah, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modified+single-wall+carbon+nanotube+for+reducing+fouling+in+perfluorinated+membrane-based+reverse+electrodialysis.">Modified single-wall carbon nanotube for reducing fouling in perfluorinated membrane-based reverse electrodialysis.</a> International Journal of Hydrogen Energy. 45, 30703-30719 (2020).</li><li>Kwon, K., Han, J., Park, B. H., Shin, Y., Kim, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brine+recovery+using+reverse+electrodialysis+in+membrane-based+desalination+processes.">Brine recovery using reverse electrodialysis in membrane-based desalination processes.</a> Desalination. 362, 1-10 (2015).</li><li>Kwon, K., Park, B. H., Kim, D. H., Kim, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parametric+study+of+reverse+electrodialysis+using+ammonium+bicarbonate+solution+for+low-grade+waste+heat+recovery.">Parametric study of reverse electrodialysis using ammonium bicarbonate solution for low-grade waste heat recovery.</a> Energy Conversion and Management. 103, 104-110 (2015).</li><li>Hatzell, M. C., Ivanov, I., Cusick, R. D., Zhu, X., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+hydrogen+production+and+electrical+power+generation+for+energy+capture+in+closed-loop+ammonium+bicarbonate+reverse+electrodialysis+systems.">Comparison of hydrogen production and electrical power generation for energy capture in closed-loop ammonium bicarbonate reverse electrodialysis systems.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 16, 1632-1638 (2014).</li><li>Zhu, X. P., He, W. H., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reducing+pumping+energy+by+using+different+flow+rates+of+high+and+low+concentration+solutions+in+reverse+electrodialysis+cells.">Reducing pumping energy by using different flow rates of high and low concentration solutions in reverse electrodialysis cells.</a> Journal of Membrane Science. 486, 215-221 (2015).</li><li>Vermaas, D. A., Saakes, M., Nijmeijer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Doubled+power+density+from+salinity+gradients+at+reduced+intermembrane+distance.">Doubled power density from salinity gradients at reduced intermembrane distance.</a> Environmental Science &amp; Technology. 45, 7089-7095 (2011).</li><li>Veerman, J., Saakes, M., Metz, S. J., Harmsen, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reverse+electrodialysis:+Performance+of+a+stack+with+50+cells+on+the+mixing+of+sea+and+river+water.">Reverse electrodialysis: Performance of a stack with 50 cells on the mixing of sea and river water.</a> Journal of Membrane Science. 327, 136-144 (2009).</li><li>Veerman, J., Saakes, M., Metz, S. J., Harmsen, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+power+from+sea+and+river+water+by+reverse+electrodialysis:+a+first+step+from+the+laboratory+to+a+real+power+plant.">Electrical power from sea and river water by reverse electrodialysis: a first step from the laboratory to a real power plant.</a> Environmental Science &amp; Technology. 44, 9207-9212 (2010).</li><li>Batchelor, C. K., Batchelor, G. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> An Introduction to Fluid Dynamics. , (2000).</li><li>Schock, G., Miquel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+transfer+and+pressure+loss+in+spiral+wound+modules.">Mass transfer and pressure loss in spiral wound modules.</a> Desalination. 64, 339-352 (1987).</li><li>Da Costa, A. R., Fane, A. G., Wiley, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spacer+characterization+and+pressure+drop+modelling+in+spacer-filled+channels+for+ultrafiltration.">Spacer characterization and pressure drop modelling in spacer-filled channels for ultrafiltration.</a> Journal of Membrane Science. 87, 79-98 (1994).</li><li>Vermaas, D. A., Veerman, J., Saakes, M., Nijmeijer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+multivalent+ions+on+renewable+energy+generation+in+reverse+electrodialysis.">Influence of multivalent ions on renewable energy generation in reverse electrodialysis.</a> Energy &amp; Environmental Science. 7, 1434-1445 (2014).</li><li>Vermaas, D. A., Saakes, M., Nijmeijer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+mixing+in+the+diffusive+boundary+layer+for+energy+generation+in+reverse+electrodialysis.">Enhanced mixing in the diffusive boundary layer for energy generation in reverse electrodialysis.</a> Journal of Membrane Science. 453, 312-319 (2014).</li><li>Moreno, J., Grasman, S., van Engelen, R., Nijmeijer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Upscaling+reverse+electrodialysis.">Upscaling reverse electrodialysis.</a> Environmental Science &amp; Technology. 52, 10856-10863 (2018).</li><li>Sarkar, S., SenGupta, A. K., Prakash, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+donnan+membrane+principle:+opportunities+for+sustainable+engineered+processes+and+materials.">The donnan membrane principle: opportunities for sustainable engineered processes and materials.</a> Environmental Science &amp; Technology. 44, 1161-1166 (2010).</li><li>Kim, H. -. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+power+density+of+reverse+electrodialysis+with+pore-filling+ion+exchange+membranes+and+a+high-open-area+spacer.">High power density of reverse electrodialysis with pore-filling ion exchange membranes and a high-open-area spacer.</a> Journal of Materials Chemistry A. 3, 16302-16306 (2015).</li><li>D&#322;ugo&#322;&#281;cki, P., Nymeijer, K., Metz, S., Wessling, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+status+of+ion+exchange+membranes+for+power+generation+from+salinity+gradients.">Current status of ion exchange membranes for power generation from salinity gradients.</a> Journal of Membrane Science. 319, 214-222 (2008).</li><li>Geise, G. M., Curtis, A. J., Hatzell, M. C., Hickner, M. A., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Salt+concentration+differences+alter+membrane+resistance+in+reverse+electrodialysis+stacks.">Salt concentration differences alter membrane resistance in reverse electrodialysis stacks.</a> Environmental Science &amp; Technology Letters. 1, 36-39 (2014).</li></ol>

RED's arbejdsprincip er hovedsageligt domineret af membranens fysiskkemiske egenskaber, som er en afgørende del af RED-systemet, som illustreret i figur 3. Her beskriver vi membranens grundlæggende egenskaber ved at levere et højtydende RED-system. Membranens specifikke iongennemtrængelighed får den til at passere en type ioner gennem deres polymer nanokanal. Som navnet antyder, kan CEM videregive fra den ene side til den anden og begrænser anion, mens AEM kan passere anion og begræns...

Energihøst fra naturressourcer er en økonomisk metode, der er miljøvenlig og dermed gør vores planet grøn og ren. Flere processer er blevet foreslået indtil nu for at udvinde energi, men omvendt elektrodialyse (RED) har et enormt potentiale til at overvinde energikrisespørgsmålet1. Elproduktion fra Reverse elektrodialysis er et teknologisk gennembrud for dekarbonisering af den globale energi. Som navnet antyder, er RØD en omvendt proces, hvor det alternative cellerum fyldes med den højkoncentrerede saltopløsning og lavkoncentreret saltopløsning2. Det kemiske potentiale, der genereres af saltkoncentrationsforskellen på tværs af ionbytningsmembranerne, indsamlet fra elektroderne i rumenden.
Siden år 2000 er mange forskningsartikler blevet offentliggjort, hvilket giver indsigt i DEN RØDE teoretisk og eksperimentelt3,4. Systematiske undersøgelser af driftsbetingelserne og pålidelighedsundersøgelserne under stressforhold forbedrede stakarkitekturen og forbedrede den samlede celleydeevne. Flere forskergrupper har omdirigeret deres opmærksomhed mod RED's hybride ansøgning, såsom RED med afsaltning proces5, RØD med solenergi6, RØD med omvendt osmose (RO) proces5, RØD med mikrobielle brændselscelle7, og RØD med den radiative afkøling proces8. Som tidligere nævnt er der mange muligheder for at implementere RED's hybridapplikation til at løse energi- og rensevandsproblemet.
Flere metoder er blevet vedtaget for at forbedre RED cellens ydeevne og membranens ionbytningskapacitet. At skræddersy kationbyttermembranerne med forskellige typer ioner ved hjælp af sulmonsyregruppe (-SO3H), fosfonsyregruppe (-PO3H2) og karboxylsyregruppe (-COOH) er en af de effektive måder at ændre membranens fysiskkemiske egenskaber på. Anionbyttermembraner er skræddersyet til ammoniumgrupper ( <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62309/62209eq1.jpg"> )9. Den høje ioniske ledningsevne af AEM og CEM uden at forringe membranens mekaniske styrke er den afgørende parameter for at vælge en passende membran til enhedsapplikation. Den robuste membran under stressforhold giver mekanisk stabilitet til membranen og forbedrer enhedens holdbarhed. Her anvendes en unik kombination af højtydende fritstående sulfoneret poly (ether ether keton) (sPEEK) som kationbyttermembraner med FAA-3 som anionbyttermembraner i RED-applikationen. Figur 1 viser rutediagrammet over forsøgsproceduren.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig01.jpg"> Figur 1: Procedurediagram. Gennemstrømningsdiagrammet præsenterer den procedure, der er valgt til fremstilling af ionbytningsmembran efterfulgt af processen til måling af omvendt elektrodialyse. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig01large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>AEM based membrane</td>
			<td>Fumion</td>
			<td>P1810-194</td>
			<td>Ionomer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CEM based membrane</td>
			<td>Fumion</td>
			<td>E550</td>
			<td>Ionomer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital torque wrench</td>
			<td>Torqueworld</td>
			<td>WP2-030-09000251</td>
			<td>wrench</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Labview software</td>
			<td>Natiaonal Instrument</td>
			<td>-</td>
			<td>Software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laptop</td>
			<td>LG</td>
			<td>-</td>
			<td>PC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic stirrer</td>
			<td>Lab Companion</td>
			<td>-</td>
			<td>MS-17BB</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N, N-Dimethylacetamide</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>271012</td>
			<td>Chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-Methyl-2- pyrrolidone</td>
			<td>Daejung</td>
			<td>872-50-4</td>
			<td>Chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peristaltic pump</td>
			<td>EMS tech Inc</td>
			<td>-</td>
			<td>EMP 2000W</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium hexacyanoferrate(II) trihydrate</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>P3289</td>
			<td>Chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium hexacyanoferrate(III)</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>244023</td>
			<td>Chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure Gauge</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>-</td>
			<td>Guage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reverse electrodialysis setup</td>
			<td>fabricated in lab</td>
			<td>-</td>
			<td>Device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RO system pure water</td>
			<td>KOTITI</td>
			<td>-</td>
			<td>Water</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary evaporator</td>
			<td>Hitachi</td>
			<td>YEFO-KTPM</td>
			<td>Induction motor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>S9888</td>
			<td>Chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Hydroxide</td>
			<td>Merk</td>
			<td>1310-73-2</td>
			<td>Chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Source meter</td>
			<td>Keithley</td>
			<td>-</td>
			<td>2410</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spacer</td>
			<td>Nitex, SEFAR</td>
			<td>06-250/34</td>
			<td>Spacer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfuric acid</td>
			<td>Daejung</td>
			<td>7664-93-9</td>
			<td>Chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tube</td>
			<td>Masterflex tube</td>
			<td>96410-25</td>
			<td>Rubber tube</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

ion-exchange membranes for the fabrication of reverse electrodialysis device

Omvendt elektrodialyse (RED) er en effektiv måde at generere strøm ved at blande to forskellige saltkoncentrationer i vand ved hjælp af kation-udveksling membraner (CEM) og anion-udveksling membraner (AEM). RED-stakken består af et vekslende arrangement af kationbyttermembranen og anionbyttermembranen. RED-enheden fungerer som en potentiel kandidat til at opfylde den universelle efterspørgsel efter fremtidige energikriser. Her demonstrerer vi i denne artikel en procedure for fremstilling af en omvendt elektrodialyseenhed ved hjælp af CEM og AEM i laboratorieskala til elproduktion. Det aktive område af ionbyttermembranen er 49 cm2. I denne artikel leverer vi en trinvis procedure til syntetisering af membranen efterfulgt af stakkens samling og effektmåling. Målebetingelserne og nettoeffektberegningen er også blevet forklaret. Desuden beskriver vi de grundlæggende parametre, der tages i betragtning for at opnå et pålideligt resultat. Vi leverer også en teoretisk parameter, der påvirker den samlede celleydelse i forbindelse med membranen og foderopløsningen. Kort sagt beskriver dette eksperiment, hvordan man samler og måler RØDE celler på samme platform. Den indeholder også det arbejdsprincip og den beregning, der anvendes til at estimere nettoeffekten af DEN RØDE stak ved hjælp af CEM- og AEM-membraner.

Nettoeffekt RØD celle genererer generelt elektrisk energi fra saltopløsningens saltopløsnings saltgradient, dvs. For at samle RED-stakken korrekt skal man justere alle lagene, herunder elektroder, pakninger, membraner og afstandsstykke i stakken omhyggeligt, som det fremgår af det skematiske diagram i figur 4 og figur 5. Hvis stakken ikke er perfekt justeret, kan der opstå to problemer: (i) Der kan opstå krydsflow af HC- og LC-opløsnin...

Watch this Scientific Journal Video about Ion-Exchange Membranes for the Fabrication of Reverse Electrodialysis Device at JoVE.com

Ion-Exchange Membranes for the Fabrication of Reverse Electrodialysis Device

Vi demonstrerer fremstillingen af en omvendt elektrodialyseanordning ved hjælp af en kationbyttermembran (CEM) og anionbyttermembran (AEM) til elproduktion.

Ionbyttermembraner til fremstilling af omvendt elektrodialyseanordning

Reverse electrodialysis (RED) is an effective way to generate power by mixing two different salt concentrations in water using cation-exchange membranes ...

Denne protokol er en støjfri, ren og bæredygtig måde at producere energi på. Det kan nemt løse energikriseproblemet ved at omdanne vandsaltgradienten til elektricitet. Metoden giver en direkte liste til udvidelse af stor områdemembran med fremragende fysiokemiske egenskaber til at generere effektiv strøm ved hjælp af RØD.Den RØDE enheds outputydelse kan skaleres op, og membranen kan bruges i andre elektrokemiske enheder som phoresis og redox flowbatterier. Homogent opløsningspræparat, filtrering, tørring, kontrolteknikker, vask, membranbehandling, regulerer den reproducerbare membranydelse. Stakjusteringen og optimering af trykfald er afgørende for at producere stabil enhedsydeevne.For at forberede en kationbyttermembran tilsættes 5%sulfiniterede polyetheretherketonefibre til en 250 milliliter rund bundkolbe og opløses fibrene i dimethylacetamidopløsningsmiddel. Ryst derefter kolben i 10 minutter, så alle ionomerpolymerer sætter sig til bunden af kolben. Placer blandingen i et siliciumoliebad med en magnetisk rørestang og rør kraftigt opløsningen ved 500 omdrejninger i minuttet i 24 timer ved 80 grader Celsius for at opnå en homogen opløsning.Den næste dag filtreres 30 milliliter af opløsningen gennem et 0,45 mikrometer PTFE-filter i en cirkulær glasskål med en diameter på 18 centimeter. Brug en luftblæser til at fjerne eventuelle bobler, før du placerer skålen i ovnen i 24 timer ved 90 grader Celsius for at generere en ca. 50 mikrometer tyk fritstående membran. For at udtrække den fritstående membran fyldes skålen med varmt destilleret vand.Efter 10 minutter løsner den fritstående membran sig fra skålen. For at aktivere membranen skal membranen nedsænkes i en molarsulfidsyreopløsning i to timer ved 80 grader Celsius, efterfulgt af mindst tre 10 minutters vask med en liter destilleret vand ved stuetemperatur pr. Vask. 10 vægtprocent FAA-3 ionomeropløsning opløses i NMP-opløsningsmiddel i to timer ved stuetemperatur og 500 omdrejninger i minuttet.Ved afslutningen af inkubationen filtreres ca. 30 milliliter opløsning gennem en 100 mikron pore si i en 18 centimeter glas petriskål. Efter fjernelse af luftbobler skal du placere skålen i en 100 grader Celsius ovn i 24 timer. Brug varmt destilleret vand til at udtrække den tørrede membran som demonstreret og aktivere membranen i en liter natriumhydroxid i to timer.Vask derefter den aktiverede membran tre gange med en liter destilleret vand pr. Vask som demonstreret. Efter aktivering skæres kationen og anionudvekslingsmembranerne til 49 kvadratcentimeter. For at fremstille en RØD stak skal du placere en tre centimeter tyk PMMA-plade med elektroden vendt op og placere en gummipakning og afstandsstykke på elektroden.Placer kationbyttermembranen og anionbyttermembranen på hver side af pakningen. Placer en siliciumpakning og en afstandsstykke på hver membran, og placer en anden PMMA-plade på det andet lag afstandsstykke og pakninger. Brug derefter et digitalt skruenøgledrev med en kraft på 25 newtonmeter for at sikre opsætningen med møtrikker, bolte og skiver.Når stakken er samlet, skal du placere en titanium mesh elektrode belagt med en en-til-en blanding af iridium og ruthenium i slutningen af hver plade og bruge krokodilleclips til at forbinde elektroderne til kildemåleren. Mindst to timer før analysen tilsættes fem liter af en 0,01 molar lav natriumchloridopløsning og fem liter af en 0,6 molar høj natriumchloridopløsning til individuelle store beholdere, der er forbundet med en peristaltisk pumpe, og rør opløsningerne kontinuerligt ved stuetemperatur. For at udføre RED-analysen tilsættes 0,05 molar skylleopløsning til en tredje beholder og bruge gummirør til at forbinde alle tre beholdere gennem den peristaltiske pumpe og trykmålere til RED-samlingen.Sæt strømningshastigheden for skylleopløsningen til 50 milliliter i minuttet og saltopløsningernes strømningshastighed til 100 milliliter pr. minut, og kontroller slangen for at eliminere krydsning eller lækage. Udfør en trykmåleraflæsning for at sikre, at aflæsningen er stabil. Når opløsningerne har kørt gennem stakken i mindst fem minutter, skal du bruge en kildemåler, der er forbundet med begge elektroder og til RED-stakken, til at måle den omvendte elektrodialyseudgang ved hjælp af galvanostatmetoden.Den omvendte elektrodialyseanordning fungerer som en potentiel kandidat til at opfylde den universelle efterspørgsel efter fremtidige energikriser. Forskellen i saltkoncentrationens saltkoncentrationens saltgradient giver anledning til spændingen i det åbne kredsløb, som afhænger af den indre modstand af den omvendte elektrodialysestak. I denne analyse var den maksimale effekttæthed for den omvendte elektrodialysestak ca. 0,7 watt pr. kvadratmeter, og den beregnede nettoeffekttæthed var ca. 0,65 watt pr. Kvadratmeter ved en fast strømningshastighed.Som observeret steg cellens effekttæthed i første omgang til den maksimale strømtæthedsværdi, før den faldt som reaktion på en stigning i den interne modstand af RØD-stakken. Det er vigtigt regelmæssigt at krydstjekke slangetilslutning, løsning crossflow, og væsker til at producere effektive og stabile nævnte ydeevne. Forberedelsen af en ensartet stor områdemembran vil destabilisere cellens ydeevne uden at begroe membranen og opløsningslækagen.Desuden fungerer det effektivt under stressforhold.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

Fabrikation af VB<sub&gt; 2</sub&gt; / Air Celler til Elektrokemisk Testing

A technique to investigate the properties and performance of new multi-electron metal/air battery systems is proposed and presented. A method for ...

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Fremstilling af ensartede nanoskala hulrum via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

Mønster via optisk mættede Transitions - fremstilling og karakterisering

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) -baseret metode til kvantitativ evaluering af fremadrettet og bagudlysudspredning fra intraokulære linser

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...

Preparation of Large-area Vertical 2D Crystal Hetero-structures Through the Sulfurization of Transition Metal Films for Device Fabrication

Forberedelse af store område lodret 2D Crystal Hetero-strukturer for gennem Sulfurization af overgangen Metal film for enheden fabrikation

We have demonstrated that through the sulfurization of transition metal films such as molybdenum (Mo) and tungsten (W), large-area and uniform transition ...

Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques

Fabrikation af magnetiske nanostrukturer på Silicon Nitride membraner til magnetiske Vortex undersøgelser ved hjælp af Transmission mikroskopi-teknikker

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared ...

Fabrication of an Optical Cell Dryer for the Spectroscopic Analysis Cells

Fabrikation af en optisk celle tørretumbler for spektroskopisk analyse celler

Optical cells, which are experimental instruments, are small, square tubes sealed on one side. A sample is placed in this tube, and a measurement is ...

Hybrid Printing for the Fabrication of Smart Sensors

Hybrid udskrivning for fabrikation af Smart sensorer

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, ...

Fabrication of Nanoheight Channels Incorporating Surface Acoustic Wave Actuation via Lithium Niobate for Acoustic Nanofluidics

Fremstilling af nanohøjdekanaler med Surface Acoustic Wave-aktivering via lithiumniobat til akustisk nanofluidics

Controlled nanoscale manipulation of fluids is known to be exceptionally difficult due to the dominance of surface and viscous forces. Megahertz-order ...

Pneumatically Driven Microfluidic Platform for Micro-Particle Concentration

Pneumatisk drevet mikrofluidisk platform til mikropartikelkoncentration

The present article introduces a method for fabricating and operating a pneumatic valve to control particle concentration using a microfluidic platform. ...