Name: ion-exchange membranes for the fabrication of reverse electrodialysis device
Uploaded: 2021-07-20T13:00:00
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Ce travail a été soutenu par la subvention de la National Research Foundation of Korea (NRF) financée par le gouvernement coréen (MEST) (No. NRF-2017R1A2A2A05001329). Les auteurs du manuscrit sont reconnaissants à l’Université Sogang de Séoul (République de Corée).

1. Exigence expérimentale
<ol><li>Achetez un polymère ionomère échangeur d’ions, une fibre polymère E-550 sulfonée-PEEK pour préparer le CEM et FAA-3 pour préparer AEM. Assurez-vous que tous les polymères ionomères sont entreposés dans un environnement propre, sec et exempt de poussière avant utilisation.</li>
	<li>Utiliser des solvants de haute pureté (>99%), y compris la N-méthyl-2-pyrrolidone avec un poids moléculaire de 99,13 g mol-1 et N, le N-diméthylacétamide de poids moléculaire 8...

<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>

Le principe de fonctionnement du RED est principalement dominé par les propriétés physicochimiques de la membrane, qui est un élément crucial du système RED, comme illustré à la figure 3. Ici, nous décrivons les caractéristiques fondamentales de la membrane pour fournir un système RED haute performance. La perméabilité spécifique des ions de la membrane lui fait passer un type d’ions à travers leur nanocanal polymère. Comme son nom l’indique, le CEM peut passer le cation ...

La récupération d’énergie à partir des ressources naturelles est une méthode économique respectueuse de l’environnement, rendant ainsi notre planète verte et propre. Plusieurs procédés ont été proposés jusqu’à présent pour extraire de l’énergie, mais l’électrodialyse inverse (RED) a un potentiel énorme pour surmonter le problème de la crise énergétique1. La production d’énergie à partir de l’électrodialyse inverse est une percée technologique pour la décarbonisation de l’énergie mondiale. Comme son nom l’indique, RED est un processus inverse, où le compartiment de la cellule alternative est rempli de la solution saline hautement concentrée et de la solution saline faiblement concentrée2. Le potentiel chimique généré par la différence de concentration en sel à travers les membranes échangeuses d’ions, recueilli à partir des électrodes à l’extrémité du compartiment.
Depuis l’an 2000, de nombreux articles de recherche ont été publiés, donnant un aperçu de la RED théoriquement et expérimentalement3,4. Des études systématiques sur les conditions de fonctionnement et des études de fiabilité dans des conditions de stress ont amélioré l’architecture de la pile et amélioré les performances globales des cellules. Plusieurs groupes de recherche ont détourné leur attention vers l’application hybride de RED, tels que RED avec procédé de dessalement5,RED avec énergie solaire6,RED avec procédé d’osmose inverse (RO)5,RED avec la pile à combustible microbienne7,et RED avec le procédé de refroidissement radiatif8. Comme mentionné précédemment, il y a beaucoup de place dans la mise en œuvre de l’application hybride de RED pour résoudre le problème de l’énergie et de l’eau propre.
Plusieurs méthodes ont été adoptées pour améliorer les performances de la cellule ROUGE et la capacité d’échange d’ions de la membrane. L’adaptation des membranes échangeuses de cations avec différents typesd’ions en utilisant le groupe acide sulfonique (-SO3 H), le groupe acide phosphonique (-PO3H2) et le groupe acide carboxylique (-COOH) est l’un des moyens efficaces de modifier les propriétés physico-chimiques de la membrane. Les membranes échangeuses d’anions sont adaptées aux groupes ammonium ( <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62309/62209eq1.jpg"> )9. La conductivité ionique élevée de l’AEM et du CEM sans détériorer la résistance mécanique de la membrane est le paramètre essentiel pour choisir une membrane appropriée pour l’application du dispositif. La membrane robuste dans des conditions de contrainte fournit une stabilité mécanique à la membrane et améliore la durabilité de l’appareil. Ici, une combinaison unique de poly sulfoné autonome haute performance (éther éther cétone) (sPEEK) en tant que membranes échangeuses de cations avec FAA-3 comme membranes échangeuses d’anions est utilisée dans l’application RED. La figure 1 montre l’organigramme de la procédure expérimentale.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig01.jpg"> Figure 1: Tableau des procédures. L’organigramme présente la procédure adoptée pour la préparation de la membrane échangeuse d’ions suivie du processus de mesure de l’électrodialyse inverse. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig01large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</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

L’électrodialyse inverse (RED) est un moyen efficace de générer de l’énergie en mélangeant deux concentrations de sel différentes dans l’eau à l’aide de membranes échangeuses de cations (CEM) et de membranes échangeuses d’anions (AEM). La pile RED est composée d’un arrangement alternatif de la membrane échangeuse de cations et de la membrane échangeuse d’anions. Le dispositif RED agit comme un candidat potentiel pour répondre à la demande universelle pour les futures crises énergétiques. Ici, dans cet article, nous démontrons une procédure pour fabriquer un dispositif d’électrodialyse inverse à l’aide de CEM et d’AEM à l’échelle du laboratoire pour la production d’énergie. La zone active de la membrane échangeuse d’ions est de 49 cm2. Dans cet article, nous fournissons une procédure étape par étape pour synthétiser la membrane, suivie de l’assemblage de la pile et de la mesure de puissance. Les conditions de mesure et le calcul de la puissance nette de sortie ont également été expliqués. En outre, nous décrivons les paramètres fondamentaux qui sont pris en considération pour obtenir un résultat fiable. Nous fournissons également un paramètre théorique qui affecte les performances cellulaires globales relatives à la membrane et à la solution d’alimentation. En bref, cette expérience décrit comment assembler et mesurer des cellules ROUGES sur la même plate-forme. Il contient également le principe de fonctionnement et le calcul utilisés pour estimer la puissance nette de sortie de la pile RED à l’aide des membranes CEM et AEM.

Puissance nette Les globules ROUGES génèrent généralement de l’énergie électrique à partir du gradient de salinité de la solution saline, c’est-à-dire le mouvement des ions dans la direction opposée à travers la membrane. Pour assembler correctement la pile RED, il faut aligner soigneusement toutes les couches, y compris les électrodes, les joints, les membranes et les entretoises de la pile, comme le montre le diagramme schématique de la figure 4 et de l...

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Ion-Exchange Membranes for the Fabrication of Reverse Electrodialysis Device

Nous démontrons la fabrication d’un dispositif d’électrodialyse inverse utilisant une membrane échangeuse de cations (CEM) et une membrane échangeuse d’anions (AEM) pour la production d’énergie.

Membranes échangeuses d’ions pour la fabrication d’un dispositif d’électrodialyse inverse

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

Ce protocole est un moyen de produire de l’énergie sans bruit, propre et durable. Il peut facilement résoudre le problème de la crise énergétique en convertissant le gradient de salinité de l’eau en électricité. La méthode fournit une liste directe pour étendre la membrane de grande surface avec des propriétés physiochimiques exceptionnelles pour générer de l’énergie efficace en utilisant RED.Les performances de sortie du dispositif RED peuvent être mises à l’échelle et la membrane peut être utilisée dans d’autres dispositifs électrochimiques tels que les batteries à flux de phorèse et redox. Préparation de solution homogène, filtration, séchage, techniques de contrôle, lavage, traitement membranaire, régulation des performances membranaires reproductibles. L’alignement de la pile et l’optimisation de la chute de pression sont essentiels pour produire des performances stables de l’appareil.Pour préparer une membrane échangeuse de cations, ajouter des fibres de polyétheréthercétone sulfinitées à 5% à une fiole inférieure ronde de 250 millilitres et dissoudre les fibres dans un solvant de diméthylacétamide. Agiter ensuite le ballon pendant 10 minutes de manière à ce que tous les polymères ionomères se déposent au fond du ballon. Placer le mélange dans un bain d’huile de silicium avec une barre d’agitation magnétique et remuer vigoureusement la solution à 500 tours par minute pendant 24 heures à 80 degrés Celsius pour obtenir une solution homogène.Le lendemain, filtrez 30 millilitres de la solution à travers un filtre ptfe de 0,45 micromètre dans une boîte en verre circulaire de 18 centimètres de diamètre. Utilisez un ventilateur d’air pour enlever les bulles avant de placer le plat dans le four pendant 24 heures à 90 degrés Celsius pour générer une membrane autoportante d’environ 50 micromètres d’épaisseur. Pour extraire la membrane autoportante, remplissez le plat avec de l’eau distillée tiède.Après 10 minutes, la membrane autoportante se détachera de la parabole. Pour activer la membrane, plongez la membrane dans une solution molaire d’acide sulfurique pendant deux heures à 80 degrés Celsius, suivies d’au moins trois lavages de 10 minutes avec un litre d’eau distillée à température ambiante par lavage. Dissoudre 10% en poids de la solution d’ionomère FAA-3 dans un solvant NMP pendant deux heures à température ambiante et 500 tours par minute.À la fin de l’incubation, filtrer environ 30 millilitres de solution à travers une passoire à pores de 100 microns dans une boîte de Petri en verre de 18 centimètres. Après avoir retiré les bulles d’air, placez le plat dans un four à 100 degrés Celsius pendant 24 heures. Utilisez de l’eau distillée chaude pour extraire la membrane séchée comme démontré et activez la membrane dans un litre d’hydroxyde de sodium pendant deux heures.Ensuite, lavez la membrane activée trois fois avec un litre d’eau distillée par lavage comme démontré. Après activation, couper les membranes échangeuses de cations et d’anions à 49 centimètres carrés. Pour fabriquer une pile RED, placez une plaque PMMA de trois centimètres d’épaisseur avec l’électrode vers le haut et placez un joint en caoutchouc et une entretoise sur l’électrode.Placer la membrane échangeuse de cations et la membrane échangeuse d’anions de chaque côté du joint. Placez un joint en silicium et une entretoise sur chaque membrane et placez une deuxième plaque PMMA sur la deuxième couche d’entretoises et de joints. Ensuite, utilisez un entraînement de clé numérique avec une force de 25 newtons pour sécuriser la configuration avec des écrous, des boulons et des rondelles.Lorsque la pile a été assemblée, placez une électrode en maille de titane recouverte d’un mélange un-à-un d’iridium et de ruthénium à l’extrémité de chaque plaque et utilisez des pinces crocodile pour connecter les électrodes au compteur source. Au moins deux heures avant l’analyse, ajouter cinq litres d’une solution de chlorure de sodium à faible teneur en molaire de 0,01 molaire et cinq litres d’une solution de chlorure de sodium à haute teneur en molaire de 0,6 molaire à de grands récipients reliés à une pompe péristaltique et remuer les solutions en continu à température ambiante. Pour effectuer l’analyse RED, ajoutez une solution de rinçage molaire de 0,05 à un troisième récipient et utilisez des tubes en caoutchouc pour connecter les trois conteneurs à travers la pompe péristaltique et les manomètres à l’ensemble RED.Réglez le débit de la solution de rinçage à 50 millilitres par minute et le débit des solutions salines à 100 millilitres par minute, et vérifiez le tube pour éliminer tout écoulement croisé ou fuite. Effectuez une lecture de manomètre pour vous assurer que la lecture est stable. Une fois que les solutions ont traversé la pile au moins pendant cinq minutes, utilisez un compteur source connecté aux deux électrodes et à la pile RED pour mesurer les performances de sortie d’électrodialyse inverse par la méthode galvanostat.Le dispositif d’électrodialyse inverse agit comme un candidat potentiel pour répondre à la demande universelle pour les crises énergétiques futures. La différence dans le gradient de salinité de la concentration en sel donne lieu à la tension en circuit ouvert, qui dépend de la résistance interne de la cheminée d’électrodialyse inverse. Dans cette analyse, la densité de puissance maximale de la cheminée d’électrodialyse inverse était d’environ 0,7 watts par mètre carré, et la densité de puissance nette calculée était d’environ 0,65 watts par mètre carré à un débit fixe.Comme observé, la densité de puissance de la cellule a d’abord augmenté à la valeur de densité de courant maximale avant de baisser en réponse à une augmentation de la résistance interne de la pile RED. Il est important de vérifier régulièrement la connexion du tube, le flux transversal de la solution et les liquides pour produire des performances efficaces et stables. La préparation d’une membrane uniforme de grande surface déstabilisera les performances de la cellule sans encrasser la membrane et la fuite de solution.En outre, il fonctionne efficacement dans des conditions de stress.

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