Name: ion-exchange membranes for the fabrication of reverse electrodialysis device
Uploaded: 2021-07-20T13:00:00
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이 작품은 한국정부(MEST)가 후원한 국립연구재단(NRF) 보조금(No.1)의 지원을 받았다. NRF-2017R1A2A2A050001329). 원고의 저자는 서강대학, 서울, 한국에 감사드립니다.

1. 실험 요구 사항
<ol><li>이온 교환 이오노머 폴리머, E-550 sulfonated-PEEK 폴리머 섬유를 구입하여 CEM 및 FAA-3을 준비하여 AEM을 준비하십시오. 모든 이오노머 폴리머는 사용하기 전에 깨끗하고 건조하며 먼지가 없는 환경에 보관되도록 하십시오.</li>
	<li>분자량 99.13g 몰-1 및 N, N-Dimethylacetamide분자량 87.12를 함유한 N-메틸-2-피롤리돈 등 고순도(>99%) 용매를 사용하여 균일한 이오노머 용액을 제조?...

<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>

RED의 작동 원리는 주로 도 3에도시된 바와 같이 RED 시스템의 중요한 부분인 멤브레인의 물리화학적 특성에 의해 지배된다. 여기서는 고성능 RED 시스템을 제공하기 위한 멤브레인의 근본적인 특성을 설명합니다. 멤브레인의 특정 이온 투과성은 폴리머 나노 채널을 통해 한 종류의 이온을 전달합니다. 이름에서 알 수 있듯이 CEM은 양온을 한쪽에서 다른 쪽으로 전달하고 이온?...

천연 자원에서 에너지 수확은 환경 친화적 인 경제적 인 방법이며, 따라서 우리의 행성을 녹색과 깨끗하게 만듭니다. 지금까지 에너지를 추출하기 위해 여러 공정이 제안되었지만 역전기투약(RED)은 에너지 위기 문제1을극복할 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있다. 역 전기 투약의 전력 생산은 글로벌 에너지의 탈탄소화를 위한 기술적 돌파구입니다. 이름에서 알 수 있듯이 RED는 대체 세포 구획이 고농축 염액과 저농축 염액2로채워진 역공정이다. 이온 교환 멤브레인을 가로지르는 염분 농도 차이에 의해 생성되는 화학적 전위, 구획 끝에 있는 전극에서 채취하였다.
2000년 이래로 많은 연구 논문이 발표되어 이론적으로 및 실험적으로RED에대한 통찰력을3,4로나타왔습니다. 스트레스 조건 하에서 의 작동 조건 및 신뢰성 연구에 대한 체계적인 연구는 스택 아키텍처를 개선하고 전반적인 세포 성능을 향상시켰습니다. 여러 연구그룹은 담수화 공정5,태양광6을장착한 레드, 역삼투(RO) 공정5,미생물 연료전지7을장착한 레드, 방사 냉각 공정8을갖는 RED 등 RED의 하이브리드 애플리케이션에 주목하고 있다. 앞서 언급했듯이 에너지와 청정수 문제를 해결하기 위해 RED의 하이브리드 애플리케이션을 구현하는 데는 많은 범위가 있습니다.
RED 셀의 성능과 멤브레인의 이온 교환 능력을 향상시키기 위해 몇 가지 방법이 채택되었습니다. 설포닉산군(-SO3H),인산군(-PO3H2),카박실산군(-COOH)을 이용하여 다양한 유형의 이온을 이용한 양이온 교환막을 조정하는 것은 멤브레인의 물리화학적 특성을 변화시키는 효과적인 방법 중 하나이다. 애니온 교환 멤브레인은 암모늄 그룹 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62309/62209eq1.jpg"> ()9와맞춤화되어 있습니다. 멤브레인의 기계적 강도를 저하하지 않고 AEM 및 CEM의 높은 이온 전도도는 장치 응용 에 적합한 멤브레인을 선택하는 데 필수적인 매개 변수입니다. 응력 조건에서 견고한 멤브레인은 멤브레인에 기계적 안정성을 제공하고 장치의 내구성을 향상시킵니다. 여기서, 고성능 독립형 황포네이트 폴리(에테르 케톤)(sPEEK)를 ALA-3을 이용한 양이온 교환 멤브레인으로서 의 독특한 조합이 RED 애플리케이션에 사용된다. 도 1은 실험 절차의 흐름 도표를 나타낸다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig01.jpg"> 그림 1: 절차 차트. 상기 플로우차트는 이온교환막의 제조를 위해 채택된 절차를 제시하고, 그 다음에는 역전기분해측정과정을 제시한다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</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

역전기분해(RED)는 양이온 교환멤브레인(CEM)과 음이온 교환 멤브레인(AEM)을 이용하여 물에 2개의 상이한 염농도를 혼합하여 전력을 생성하는 효과적인 방법입니다. RED 스택은 양이온 교환 멤브레인 및 애니온 교환 멤브레인의 교대 배열로 구성됩니다. RED 장치는 미래의 에너지 위기에 대한 보편적 인 수요를 충족시키기위한 잠재적 인 후보자 역할을합니다. 여기서, 이 문서에서는 전력 생산을 위해 실험실 규모의 CEM 및 AEM을 사용하여 역전기분해 장치를 제조하는 절차를 시연합니다. 이온 교환 멤브레인의 활성 영역은 49cm2입니다. 이 문서에서는 멤브레인을 합성하는 단계별 절차를 제공하며, 그 다음에스택의 조립 및 전력 측정을 제공합니다. 측정 조건과 순 전력 출력 계산도 설명되었습니다. 또한 신뢰할 수 있는 결과를 얻기 위해 고려되는 기본 매개 변수를 설명합니다. 우리는 또한 막 및 공급 용액과 관련된 전반적인 세포 성능에 영향을 미치는 이론적 매개 변수를 제공합니다. 요컨대, 이 실험은 동일한 플랫폼에서 RED 셀을 조립하고 측정하는 방법을 설명합니다. 또한 CEM 및 AEM 멤브레인을 사용하여 RED 스택의 순 전력 출력을 추정하는 데 사용되는 작업 원리 및 계산도 포함되어 있습니다.

순 출력 RED 셀은 일반적으로 염액의 염분 그라데이션, 즉 멤브레인을 통해 반대 방향으로 이온의 움직임으로부터 전기 에너지를 생성합니다. RED 스택을 올바르게 조립하려면 도 4 및 도 5의회로도 다이어그램에서 설명한 것처럼 전극, 개스킷, 멤브레인 및 스페이서를 포함한 모든 층을 신중하게 정렬해야 합니다. 스택이 완벽하게 정렬되...

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Ion-Exchange Membranes for the Fabrication of Reverse Electrodialysis Device

우리는 발전용 양이온 교환 멤브레인(CEM)과 음이온 교환 멤브레인(AEM)을 이용하여 역전기분해 장치의 제조를 시연한다.

역전기분해 장치 제조를 위한 이온 교환 멤브레인

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

이 프로토콜은 소음이 없고 깨끗하며 지속 가능한 에너지 생산 방법입니다. 물 염분 그라데이션을 전기로 변환하여 에너지 위기 문제를 쉽게 해결할 수 있습니다. 이 방법은 RED를 사용하여 효율적인 전력을 생성하기위한 뛰어난 물리 화학적 특성으로 넓은 영역 멤브레인을 확장하기위한 직접 목록을 제공합니다.RED 장치의 출력 성능을 확장할 수 있으며 멤브레인은 포레스 및 레독스 유량 배터리와 같은 다른 전기 화학 적 장치에서 활용할 수 있습니다. 균일한 용액 제제, 여과, 건조, 제어 기술, 세척, 멤브레인 처리, 재현 가능한 멤브레인 성능을 조절합니다. 스택 정렬 및 압력 강하 최적화는 안정적인 장치 성능을 생성하는 데 매우 중요합니다.양이온 교환 멤브레인을 준비하려면 5% 황침한 폴리에테테르케톤 섬유를 250밀리리터 라운드 하단 플라스크에 넣고 섬유를 디메틸라세미드 용매로 녹입니다. 그런 다음 모든 이오노머 폴리머가 플라스크 의 바닥에 정착하도록 10 분 동안 플라스크를 흔들어줍니다. 마그네틱 스터디 바를 사용하여 실리콘 오일 욕조에 혼합물을 넣고 동질적인 용액을 얻기 위해 섭씨 80도에서 24 시간 동안 분당 500 회전에서 용액을 적극적으로 저어줍니다.다음 날, 0.45 마이크로미터 PTFE 필터를 통해 용액의 30 밀리리터를 원형 18cm 직경 유리 접시에 넣습니다. 공기 송풍기를 사용하여 거품을 제거한 후 오븐에 접시를 섭씨 90도에서 24시간 동안 배치하여 약 50마이크로미터 두께의 독립형 멤브레인멤브레인을 생성합니다. 독립형 멤브레인을 추출하려면 접시를 따뜻한 증류수로 채웁니다.10분 후, 독립형 멤브레인이 접시에서 분리됩니다. 멤브레인을 활성화하려면 80°C에서 2시간 동안 1개의 어금니 황산 용액에 멤브레인을 담그고, 세척당 실온에서 증류수 1리터로 최소 3리터의 세척을 합니다. NMP 용매에서 실온에서 2시간, 분당 500회 회전하는 10%의 무게 FAA-3 이오노머 용액을 용해하십시오.인큐베이션이 끝나면 100미크론 모공 스트레이너를 통해 약 30밀리리터의 용액을 18센티미터 유리 페트리 접시에 넣습니다. 기포를 제거한 후 24시간 동안 100도 의 오븐에 접시를 놓습니다. 뜨거운 증류수를 사용하여 말린 멤브레인을 추출하고 2시간 동안 수산화 나트륨 1리터로 멤브레인을 활성화합니다.그런 다음 활성화 된 멤브레인을 세 번 세척당 증류수 1 리터로 세 번 씻습니다. 활성화 후, 양이온 및 애니메이션 교환 멤브레인을 49 평방 센티미터로 자른다. RED 스택을 제작하려면 전극이 위로 향하도록 3센티미터 두께의 PMMA 플레이트를 배치하고 고무 개스킷과 스페이서를 전극에 놓습니다.개스킷의 양쪽에 양이온 교환 멤브레인과 이온 교환 멤브레인을 놓습니다. 실리콘 개스킷과 스페이서는 각 멤브레인에 놓고 두 번째 PMMA 플레이트를 스페이서와 개스킷의 두 번째 층에 놓습니다. 그런 다음 25 뉴턴 미터 의 힘으로 디지털 렌치 드라이브를 사용하여 너트, 볼트 및 와셔로 설정을 확보하십시오.스택이 조립되면 각 플레이트 끝에 이리듐과 루테늄을 일대일로 혼합하여 코팅한 티타늄 메쉬 전극 1개를 배치하고 악어 클립을 사용하여 전극을 소스 미터에 연결합니다. 분석 최소 2시간 전에 0.01 mlar 저염화 나트륨 용액 5리터와 0.6 mlar 고염화 나트륨 용액 5리터를 연동 펌프에 연결된 개별 대형 용기에 추가하고 실온에서 지속적으로 솔루션을 저어줍니다. RED 분석을 수행하기 위해 0.05 어금니 린스 용액을 제3 용기에 추가하고 고무 튜브를 사용하여 연동 펌프 및 압력 게이지를 통해 세 개의 용기를 모두 연결하여 RED 어셈블리에 연결합니다.헹도 용액의 유량을 분당 50 밀리리터로 설정하고 소금 용액의 유속량을 분당 100 밀리리터로 설정하고 튜브를 확인하여 십류 또는 누설을 제거합니다. 판독값이 안정적이지 않도록 압력 게이지 판독을 수행합니다. 용액이 적어도 5분 동안 스택을 통해 실행된 후, 전극과 RED 스택모두에 연결된 소스 미터를 사용하여 갈바노스타트 방법에 의한 역전투분해 출력 성능을 측정합니다.역전기분해 장치는 미래의 에너지 위기에 대한 보편적 인 수요를 충족시키기위한 잠재적 인 후보자 역할을합니다. 염 농도의 염분 그라데이션의 차이는 역전기분해 스택의 내부 저항에 따라 달라지는 개방 회로 전압을 야기한다. 이 분석에서 역전기분해 스택의 최대 전력 밀도는 평방 미터당 약 0.7 와트였으며 계산된 순 전력 밀도는 고정 유량으로 평방 미터당 약 0.65 와트였습니다.관찰된 바와 같이, RED 스택의 내부 저항증가에 대응하여 떨어지기 전에 셀의 전력 밀도가 처음에는 최대 전류 밀도 값으로 증가했습니다. 효율적이고 안정적인 성능 생산을 위해 튜브 연결, 용액 교차 흐름 및 액체를 정기적으로 교차 확인하는 것이 중요합니다. 균일한 넓은 면적 멤브레인의 준비는 멤브레인과 용액 누설을 손상시키지 않으면서 세포 성능을 불안정하게 합니다.또한 스트레스 조건에서 효율적으로 작동합니다.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

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VB의 제작<sub&gt; 2</sub전기 테스트를위한&gt; / 공기 전지

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

연구

공학

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

실리콘 다이렉트 웨이퍼 본딩을 통한 균일한 나노스케일 캐비티 제조

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

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

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

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

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미세입자 농도를 위한 공압 구동 미세유체 플랫폼

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