Name: ion-exchange membranes for the fabrication of reverse electrodialysis device
Uploaded: 2021-07-20T13:00:00
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Questo lavoro è stato sostenuto dalla sovvenzione della National Research Foundation of Korea (NRF) finanziata dal governo coreano (MEST) (n. NRF-2017R1A2A2A05001329). Gli autori del manoscritto sono grati alla Sogang University, Seoul, Repubblica di Corea.

1. Requisito sperimentale
<ol><li>Acquista polimero ionomero a scambio ionico, fibra polimerica E-550 sulfonato-PEEK per preparare CEM e FAA-3 per preparare AEM. Assicurarsi che tutti i polimeri ionomeri siano conservati in un ambiente pulito, asciutto e privo di polvere prima dell'uso.</li>
	<li>Utilizzare solventi ad alta purezza (>99%) , tra cui N-metil-2- pirrolidone con peso molecolare 99,13 g di mol-1 e N, N-Dimetilacetamide con peso molecolare 87,12, per preparare una soluzione omogenea di ionomero. A...

<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>

Il principio di funzionamento del RED è principalmente dominato dalle proprietà fisico-chimiche della membrana, che è una parte cruciale del sistema RED, come illustrato nella figura 3. Qui descriviamo le caratteristiche fondamentali della membrana per fornire un sistema RED ad alte prestazioni. La permeabilità ionica specifica della membrana lo fa passare un tipo di ioni attraverso il loro nanocanale polimerico. Come suggerisce il nome, CEM può passare la comunicazione da un lato all'a...

La raccolta di energia dalle risorse naturali è un metodo economico rispettoso dell'ambiente, rendendo così il nostro pianeta verde e pulito. Finora sono stati proposti diversi processi per estrarre energia, ma l'elettrodialisi inversa (RED) ha un enorme potenziale per superare la questione della crisi energetica1. La produzione di energia elettrica dall'elettrodialisi inversa è una svolta tecnologica per la decarbonizzazione dell'energia globale. Come suggerisce il nome, RED è un processo inverso, in cui il compartimento cellulare alternativo viene riempito con la soluzione salina ad alta concentrati e la soluzione di sale a bassaconcentrati 2. Il potenziale chimico generato dalla differenza di concentrazione di sale attraverso le membrane a scambio ionico, raccolto dagli elettrodi all'estremità del compartimento.
Dal 2000 sono stati pubblicati molti articoli di ricerca, che forniscono informazioni sul RED teoricamente e sperimentalmente3,4. Studi sistematici sulle condizioni operative e sugli studi di affidabilità in condizioni di stress hanno migliorato l'architettura dello stack e migliorato le prestazioni complessive delle celle. Diversi gruppi di ricerca hanno deviato la loro attenzione verso l'applicazione ibrida di RED, come RED con processo di desalinizzazione5,RED con energiasolare 6,RED con processo di osmosi inversa (RO)5,ROSSO con la cella a combustibile microbica7e ROSSO con il processo di raffreddamento radiativo8. Come accennato in precedenza, c'è molto spazio nell'implementazione dell'applicazione ibrida di RED per risolvere il problema dell'energia e dell'acqua pulita.
Sono stati adottati diversi metodi per migliorare le prestazioni della cellula ROSSA e la capacità di scambio ionica della membrana. La personalizzazione delle membrane a scambio cationico con diversi tipi di ioni utilizzando il gruppo acido sulfonico (-SO3H), il gruppo dell'acido fosfonico (-PO3H2)e il gruppo dell'acido carbossilico (-COOH) è uno dei modi efficaci per alterare le proprietà fisicochimiche della membrana. Le membrane a scambio ionico sono su misura con gruppi di ammonio ( <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62309/62209eq1.jpg"> )9. L'elevata conduttività ionica di AEM e CEM senza deteriorare la resistenza meccanica della membrana è il parametro essenziale per la scelta di una membrana appropriata per l'applicazione del dispositivo. La robusta membrana in condizioni di stress fornisce stabilità meccanica alla membrana e migliora la durata del dispositivo. Qui, una combinazione unica di poli solfonato indipendente ad alte prestazioni (chetone etere etere) (sPEEK) come membrane a scambio di cationi con FAA-3 come membrane a scambio di anione viene utilizzata nell'applicazione RED. La figura 1 mostra il diagramma di flusso della procedura sperimentale.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig01.jpg"> Figura 1: Grafico delle procedure. Il diagramma di flusso presenta la procedura adottata per la preparazione della membrana di scambio ionica seguita dal processo di misurazione dell'elettrodialisi inversa. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig01large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</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'elettrodialisi inversa (RED) è un modo efficace per generare energia mescolando due diverse concentrazioni di sale in acqua utilizzando membrane a scambio cationico (CEM) e membrane a scambio ionico (AEM). La pila RED è composta da una disposizione alternata della membrana cation-scambio e della membrana a scambio anionico. Il dispositivo RED funge da potenziale candidato per soddisfare la domanda universale di crisi energetiche future. Qui, in questo articolo, dimostriamo una procedura per fabbricare un dispositivo di elettrodialisi inversa utilizzando CEM e AEM su scala di laboratorio per la produzione di energia. L'area attiva della membrana a scambio ionica è di 49 cm2. In questo articolo, forniamo una procedura passo-passo per sintetizzare la membrana, seguita dall'assemblaggio della pila e dalla misurazione della potenza. Sono state inoltre spiegate le condizioni di misurazione e il calcolo della potenza netta. Inoltre, descriviamo i parametri fondamentali che vengono presi in considerazione per ottenere un risultato affidabile. Forniamo anche un parametro teorico che influisce sulle prestazioni complessive delle cellule relative alla membrana e alla soluzione di alimentazione. In breve, questo esperimento descrive come assemblare e misurare le celle RED sulla stessa piattaforma. Contiene anche il principio di lavoro e il calcolo utilizzati per stimare l'uscita netta di potenza della pila RED utilizzando membrane CEM e AEM.

Potenza netta erogata La cella ROSSA genera generalmente energia elettrica dal gradiente di salinità della soluzione salina, cioè il movimento degli ioni nella direzione opposta attraverso la membrana. Per assemblare correttamente la pila RED, è necessario allineare attentamente tutti gli strati, inclusi elettrodi, guarnizioni, membrane e distanziale nella pila, come dimostrato nel diagramma schematico nella figura 4 e nella figura 5. Se l...

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Ion-Exchange Membranes for the Fabrication of Reverse Electrodialysis Device

Dimostriamo la fabbricazione di un dispositivo di elettrodialisi inversa utilizzando una membrana a scambio di cationi (CEM) e una membrana a scambio ionico (AEM) per la generazione di energia.

Membrane a scambio ionica per la fabbricazione di dispositivi di elettrodialisi inversa

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

Questo protocollo è un modo di produrre energia privo di rumore, pulito e sostenibile. Può facilmente risolvere il problema della crisi energetica convertendo il gradiente di salinità dell'acqua in elettricità. Il metodo fornisce un elenco diretto per l'estensione di membrane ad ampia area con eccezionali proprietà fisiochimiche per generare energia efficiente utilizzando RED.Le prestazioni di uscita del dispositivo RED possono essere ridimensionate e la membrana può essere utilizzata in altri dispositivi elettrochimici come la foesi e le batterie a flusso redox. Preparazione omogenea della soluzione, filtrazione, essiccazione, tecniche di controllo, lavaggio, trattamento a membrana, regolare le prestazioni riproducibili della membrana. L'allineamento dello stack e l'ottimizzazione della caduta di pressione sono fondamentali per produrre prestazioni stabili del dispositivo.Per preparare una membrana di scambio di cationi, aggiungere fibre di polieteretereterotone solfinita al 5% a un pallone inferiore rotondo da 250 millilitri e sciogliere le fibre in solvente dimetilacetamide. Quindi agitare il pallone per 10 minuti in modo che tutti i polimeri ionomeri si sistemino sul fondo del pallone. Mettere la miscela in un bagno di olio di silicio con una barra di agitazione magnetica e mescolare vigorosamente la soluzione a 500 giri al minuto per 24 ore a 80 gradi Celsius per ottenere una soluzione omogenea.Il giorno successivo, filtrare 30 millilitri della soluzione attraverso un filtro PTFE da 0,45 micrometri in una piastra di vetro circolare di 18 centimetri di diametro. Utilizzare un soffiatore d'aria per rimuovere eventuali bolle prima di posizionare il piatto nel forno per 24 ore a 90 gradi Celsius per generare una membrana indipendente spessa circa 50 micrometri. Per estrarre la membrana indipendente, riempire il piatto con acqua distillata calda.Dopo 10 minuti, la membrana indipendente si stacca dal piatto. Per attivare la membrana, immergere la membrana in una soluzione di acido solforico molare per due ore a 80 gradi Celsius, seguita da almeno tre lavaggi di 10 minuti con un litro di acqua distillata a temperatura ambiente per lavaggio. Sciogliere il 10% in peso la soluzione di ionomero FAA-3 in solvente NMP per due ore a temperatura ambiente e 500 giri al minuto.Alla fine dell'incubazione, filtrare circa 30 millilitri di soluzione attraverso un colino per pori da 100 micron in una piastra di Petri di vetro di 18 centimetri. Dopo aver rimosso eventuali bolle d'aria, posizionare il piatto in un forno a 100 gradi Celsius per 24 ore. Utilizzare acqua distillata calda per estrarre la membrana essiccata come dimostrato e attivare la membrana in un litro di idrossido di sodio per due ore.Quindi lavare la membrana attivata tre volte con un litro di acqua distillata per lavaggio come dimostrato. Dopo l'attivazione, tagliare le membrane di scambio ionico e anione a 49 centimetri quadrati. Per fabbricare una pila RED, posizionare una piastra PMMA spessa tre centimetri con l'elettrodo rivolto verso l'alto e posizionare una guarnizione di gomma e un distanziale sull'elettrodo.Posizionare la membrana di scambio di cationi e la membrana di scambio di anione su entrambi i lati della guarnizione. Posizionare una guarnizione in silicio e un distanziale su ogni membrana e posizionare una seconda piastra PMMA sul secondo strato di distanziale e guarnizioni. Quindi utilizzare un azionamento digitale con una forza di 25 newton meter per fissare la configurazione con dadi, bulloni e rondelle.Una volta assemblata la pila, posizionare un elettrodo in rete di titanio rivestito con una miscela uno-a-uno di iridio e rutenio alla fine di ogni piastra e utilizzare clip coccodrillo per collegare gli elettrodi al misuratore di sorgente. Almeno due ore prima dell'analisi, aggiungere cinque litri di una soluzione di cloruro di sodio basso molare 0,01 e cinque litri di una soluzione di cloruro di sodio ad alto contenuto di 0,6 molare a singoli grandi contenitori collegati a una pompa peristaltica e mescolare le soluzioni continuamente a temperatura ambiente. Per eseguire l'analisi RED aggiungere la soluzione di risciacquo molare 0,05 a un terzo contenitore e utilizzare tubi di gomma per collegare tutti e tre i contenitori attraverso la pompa peristaltica e i manometri all'assieme RED.Impostare la portata della soluzione di risciacquo su 50 millilitri al minuto e la portata delle soluzioni di sale su 100 millilitri al minuto e controllare i tubi per eliminare qualsiasi flusso incrociato o perdita. Eseguire una lettura del manometro per assicurarsi che la lettura sia stabile. Dopo che le soluzioni hanno attraversato lo stack almeno per cinque minuti, utilizzare un misuratore di sorgente collegato a entrambi gli elettrodi e alla pila RED per misurare le prestazioni di uscita dell'elettrodialisi inversa con il metodo galvanostat.Il dispositivo di elettrodialisi inversa funge da potenziale candidato per soddisfare la domanda universale di future crisi energetiche. La differenza nel gradiente di salinità della concentrazione di sale dà origine alla tensione del circuito aperto, che dipende dalla resistenza interna della pila di elettrodialisi inversa. In questa analisi, la densità di potenza massima per la pila di elettrodialisi inversa era di circa 0,7 watt per metro quadrato, e la densità di potenza netta calcolata era di circa 0,65 watt per metro quadrato a una portata fissa.Come osservato, la densità di potenza della cella è aumentata inizialmente al valore massimo di densità di corrente prima di cadere in risposta ad un aumento della resistenza interna della pila RED. È importante controllare regolarmente la connessione dei tubi, il flusso incrociato della soluzione e i liquidi per produrre prestazioni simili efficienti e stabili. La preparazione di una membrana uniforme di grande area destabilizzerà le prestazioni cellulari senza incrostazioni della membrana e della perdita di soluzione.Inoltre, funziona in modo efficiente in condizioni di stress.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

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Fabbricazione di VB<sub&gt; 2</sub&gt; / Air Cells per Elettrochimica Testing

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