Name: ion-exchange membranes for the fabrication of reverse electrodialysis device
Uploaded: 2021-07-20T13:00:00
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この研究は、韓国政府(MEST)が資金を提供する韓国国立研究財団(NRF)助成金(No.NRF-2017R1A2A2A05001329)。原稿の著者は、朝江大学、ソウル、韓国に感謝しています。

1. 実験要件
<ol><li>イオン交換用アイオノマーポリマー、E-550スルホンドPEEKポリマー繊維を購入し、CEMおよびFAA-3を調製してAEMを調製します。すべてのアイオノマーポリマーは、使用前に清潔で乾燥した、ほこりのない環境に保管されていることを確認してください。</li>
	<li>分子量99.13gモル-1 およびN、N-ジメチルアセトアミド、均質なアイオノマー溶液を調製するためのN-メチル-2-ピ...

<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の働き原理は、 図3に示すように、主に赤システムの重要な部分である膜の物理化学的性質によって支配されている。ここでは、高性能なREDシステムを実現するための膜の基本的な特性について述べる。膜のイオン透過性は、ポリマーナノチャネルを介して1種類のイオンを通過させます。名前が示すように、CEMは一方の側から別の側にカチオンを渡し、アニオンを制?...

天然資源からのエネルギー収穫は、環境にやさしい経済的方法であり、それによって私たちの惑星を緑と清潔にします。これまでエネルギーを抽出するためにいくつかのプロセスが提案されてきたが、逆電気透析(RED)はエネルギー危機問題1を克服する大きな可能性を秘めている。リバース電気透析による電力生産は、世界のエネルギーの脱炭素化のための技術的なブレークスルーです。名前が示すように、REDは逆のプロセスであり、代替セルコンパートメントは高濃縮塩溶液と低濃縮塩溶液2で満たされる。イオン交換膜全体の塩濃度差によって発生する化学的電位を、コンパートメント端の電極から採取する。
2000年以来、多くの研究記事が出版され、理論的には、理論的には、実験的に3、4に関する洞察を提供しています。ストレス条件下での動作条件と信頼性の研究に関する系統的研究は、スタックアーキテクチャを改善し、全体的な細胞性能を向上させました。いくつかの研究グループは、赤淡水化プロセス5、太陽光発電6のRED、逆浸透(RO)プロセス5のRED、微生物燃料電池7を有するRED、および放射冷却プロセス8を有するREDのようなREDのハイブリッドアプリケーションに注意をそらしている。前述のように、エネルギーとクリーンウォーターの問題を解決するためのREDのハイブリッドアプリケーションを実装する上で多くの範囲があります。
RED細胞の性能と膜のイオン交換能力を高めるために、いくつかの方法が採用されています。スルホン酸基(-SO3H)、ホスホン酸基(-PO3H2)、およびカルボン酸基(-COOH)を使用して、異なる種類のイオンでカチオン交換膜を調整することは、膜の物理化学的性質を変化させる有効な方法の1つです。アニオン交換膜はアンモニウム基で調整される ( <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62309/62209eq1.jpg"> )9.膜の機械的強度を低下させることなくAEMとCEMの高イオン伝導性は、デバイス用途に適した膜を選択するための必須パラメータです。ストレス条件下での堅牢な膜は、膜に機械的安定性を提供し、デバイスの耐久性を高めます。ここでは、FAA-3をアニオン交換膜として用いるカチオン交換膜としての高性能自立型スルホン化ポリ(エーテルエーテルケトン)(sPEEK)の独自の組み合わせが、RED用途に使用されている。図1は実験手順のフローチャートを示す。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig01.jpg"> 図1: 手順チャート フローチャートは、イオン交換膜の調製に採用された手順と、逆電気透析の測定プロセスを示すものです。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig01large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</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

逆電気透析(RED)は、カチオン交換膜(CEM)と陰イオン交換膜(AEM)を用いて、水内の2つの異なる塩濃度を混合して発電する有効な方法です。REDスタックは、カチオン交換膜とアニオン交換膜の交互配置で構成されています。REDデバイスは、将来のエネルギー危機に対する普遍的な需要を満たす潜在的な候補として機能します。ここでは、この記事では、実験室規模のCEMとAEMを用いて、電力生産用の逆電気透析装置を製造する手順を示します。イオン交換膜の活性領域は49cm2である。この記事では、膜を合成するためのステップバイステップの手順を提供し、その後にスタックのアセンブリと電力測定を行います。測定条件や正味出力の計算についても説明しました。さらに、信頼できる結果を得るために考慮される基本的なパラメータについて述べています。また、膜と飼料溶液に関する細胞性能全体に影響を与える理論的パラメータも提供します。つまり、この実験では、同じプラットフォーム上で RED 細胞を組み立て、測定する方法を説明します。また、CEMおよびAEM膜を使用してREDスタックの正味出力を推定するために使用される作業原理と計算が含まれています。

正味電力出力 REDセルは一般に塩溶液の塩分の勾配から電気エネルギーを発生する、すなわち、膜を通る反対方向のイオンの動き。RED スタックを正しく組み立てるには、図 4および図 5の概略図に示すように、スタック内のすべての層 (電極、ガスケット、膜、スペーサーなど) を慎重に配置する必要があります。スタックが完全に整?...

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Ion-Exchange Membranes for the Fabrication of Reverse Electrodialysis Device

発電用のカチオン交換膜(CEM)とアニオン交換膜(AEM)を用いた逆電気透析装置の製造を実証する。

逆電気透析装置の製造のためのイオン交換膜

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

このプロトコルは、ノイズフリーでクリーンで持続可能なエネルギー生成方法です。水の水分量勾配を電気に変換することで、エネルギー危機の問題を簡単に解決できます。この方法は、REDを用いて効率的な発電を行うための優れた物理化学的特性を有する広域膜を拡張するための直接リストを提供する。REDデバイスの出力性能はスケールアップすることができ、膜は、フォレシスや酸化還元流電池などの他の電気化学デバイスで利用することができます。均質な溶液調製、ろ過、乾燥、制御技術、洗浄、膜処理、再現性膜性能を調節する。スタックアライメントと圧力低下の最適化は、安定したデバイスパフォーマンスを実現するために不可欠です。カチオン交換膜を調製するには、250ミリリットルの丸底フラスコに5%スルフィン化ポリエーテレジルケトン繊維を加え、ジメチルアセトアミド溶媒に溶解する。その後、フラスコを10分間振り、すべてのアイオノマーポリマーがフラスコの底に落ち着くようにします。混合物を磁気攪拌棒でシリコンオイルバスに入れ、80°Cで24時間毎分500回転で溶液を激しく攪拌し、均質な溶液を得る。翌日、0.45マイクロメートルのPTFEフィルターを通して30ミリリットルの溶液を円形の直径18センチメートルのガラス皿にフィルターします。風送機を使用して、オーブンに皿を90°Cで24時間置く前に気泡を取り除き、厚さ約50マイクロメートルの独立した膜を生成します。独立した膜を抽出するには、温かい蒸留水で皿を満たします。10分後、独立した膜が皿から切り離されます。膜を活性化するには、膜を摂氏80度で2時間1モル硫酸溶液に浸し、続いて洗浄ごとに1リットルの蒸留水で少なくとも3回10分間洗浄する。室温で2時間、毎分500回転でNMP溶媒にFAA-3イオノマー溶液を10重量%溶解します。インキュベーションの終わりに、100ミクロンの孔ストレーナーを通して約30ミリリットルの溶液を18センチメートルのガラスペトリ皿にフィルターします。気泡を取り除いた後、24時間摂氏100度のオーブンに皿を置きます。熱い蒸留水を使用して、乾燥した膜を抽出し、1リットルの水酸化ナトリウムで2時間活性化します。次に、デモンストレーションのように、活性化膜を1回の蒸留水で3回洗浄します。活性化後、カチオンとアニオン交換膜を49平方センチメートルに切断します。RED スタックを製造するには、電極を上に向けて厚さ 3 センチの PMMA プレートを配置し、ゴム製のガスケットとスペーサを電極に配置します。ガスケットの両側にカチオン交換膜とアニオン交換膜を配置します。シリコンガスケットとスペーサーを各膜に配置し、スペーサーとガスケットの第2層に2番目のPMMAプレートを配置します。次に、25ニュートンメーターの力を持つデジタルレンチドライブを使用して、ナット、ボルト、ワッシャーでセットアップを固定します。スタックが組み立てられたら、各プレートの端にイリジウムとルテニウムの1対1の混合物でコーティングされたチタンメッシュ電極を1つ置き、ワニのクリップを使用して電極をソースメーターに接続します。分析の少なくとも2時間前に、0.01モル低塩化ナトリウム溶液5リットルと0.6モル高塩化ナトリウム溶液5リットルを蠕動ポンプに接続された個々の大きな容器に加え、室温で溶液を連続的に攪拌します。RED解析を実行するには、3番目の容器に0.05モルリンス溶液を追加し、ゴムチューブを使用して蠕動ポンプと圧力計を介して3つの容器すべてをREDアセンブリに接続します。リンス溶液の流量を毎分50ミリリットル、塩溶液の流量を毎分100ミリリットルに設定し、チューブをチェックしてクロスフローや漏れを解消します。読み取り値が安定していることを確認するために、圧力計の読み取りを実行します。溶液がスタックを少なくとも5分間実行した後、電極とREDスタックの両方に接続されたソースメーターを使用して、ガルバノスタット法による逆電気透析出力性能を測定します。逆電気透析装置は、将来のエネルギー危機に対する普遍的な需要を満たす候補として機能します。塩濃度の塩分濃度勾配の差は、逆電気透析スタックの内部抵抗に依存する開放回路電圧を生じさせる。この解析では、逆電気透析スタックの最大電力密度は1平方メートルあたり約0.7ワットであり、計算された正味電力密度は一定の流量で1平方メートルあたり約0.65ワットであった。観察されたように、細胞の電力密度は、REDスタックの内部抵抗の増加に応答してドロップする前に、最初に最大電流密度値まで増加しました。効率的で安定した性能を生み出すためには、チューブ接続、溶液クロスフロー、液体を定期的にクロスチェックすることが重要です。均一な広域膜の調製は、膜を汚すことなく、細胞の性能を不安定にし、溶液漏出します.さらに、ストレス条件下で効率的に動作します。

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Engineering

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眼内レンズからの前方散乱光および後方散乱光を定量的に評価するための走査型光散乱プロファイラ（SLPS）に基づく方法論

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

大面積垂直 2次元結晶ヘテロ構造デバイス作製のための遷移金属薄膜の硫化からの準備

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

磁気渦の研究伝達顕微鏡検査の技術を使用してシリコン窒化膜の磁性ナノ構造の作製

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

光学セルの作製分光分析セル用ドライヤー

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

ハイブリッド スマート センサーの作製のための印刷

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

音響ナノ流体工学のための表面音響波作動を組み込んだナノ高さチャネルの作製

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

微粒子濃度のための空気圧駆動マイクロ流体プラットフォーム

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