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

Dette arbeidet ble støttet av National Research Foundation of Korea (NRF) stipend finansiert av Korea-regjeringen (MEST) (Nei. NRF-2017R1A2A2A05001329). Forfatterne av manuskriptet er takknemlige for Sogang University, Seoul, Republikken Korea.

1. Eksperimentelt krav
<ol><li>Kjøp ionbytte ionomerpolymer, E-550 sulfonert PEEK polymerfiber for å forberede CEM og FAA-3 for å forberede AEM. Påse at alle ionomerpolymerer oppbevares i et rent, tørt og støvfritt miljø før bruk.</li>
	<li>Bruk høy renhet (>99%) løsningsmidler, inkludert N-Methyl-2- pyrrolidon med molekylvekt 99,13 g mol-1 og N, N-Dimethylacetamid med molekylvekt 87,12, for å forberede homogen ionomerløsning. Sørg for at alle analytiske kjemikalier og løsemidler brukes til mem...

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

RED's arbeidsprinsipp domineres hovedsakelig av membranens fysisk-kjemiske egenskaper, som er en avgjørende del av RED-systemet, som illustrert i figur 3. Her beskriver vi de grunnleggende egenskapene til membranen for å levere et høytytende RED-system. Membranens spesifikke ionpermeabilitet gjør at den passerer en type ioner gjennom deres polymer nanokanal. Som navnet antyder, kan CEM sende kation fra den ene siden til en annen og begrenser anion, mens AEM kan sende anion og begrenser k...

Energihøsting fra naturressurser er en økonomisk metode som er miljøvennlig, og dermed gjør planeten vår grønn og ren. Flere prosesser er foreslått til nå å trekke ut energi, men omvendt elektrodialyse (RED) har et enormt potensial for å overvinne energikriseproblemet1. Kraftproduksjon fra Omvendt elektrodialyse er et teknologisk gjennombrudd for avkarbonisering av global energi. Som navnet antyder, er RED en omvendt prosess, hvor det alternative cellerommet er fylt med den høykonsentrerte saltoppløsningen og lavkonsentrert saltoppløsning2. Det kjemiske potensialet som genereres av saltkonsentrasjonsforskjellen på tvers av ionbyttemembranene, samlet fra elektrodene i rommetden.
Siden år 2000 har mange forskningsartikler blitt publisert, og gir innsikt i RED teoretisk og eksperimentelt3,4. Systematiske studier på driftsforhold og pålitelighetsstudier under stressforhold forbedret stakkarkitekturen og forbedret den generelle celleytelsen. Flere forskningsgrupper har avledet oppmerksomheten mot RED's hybridapplikasjon, for eksempel RED med avsaltingsprosess5, RED med solenergi6, RØD med omvendt osmose (RO) prosess5, RØD med den mikrobielle brenselcellen7og RED med den utstrålende kjøleprosessen8. Som nevnt tidligere er det mye rom for å implementere RED sin hybridapplikasjon for å løse energi- og rentvannsproblemet.
Flere metoder er tatt i bruk for å forbedre RED-cellens ytelse og membranens ionbyttekapasitet. Skreddersøm-utvekslingsmembraner med forskjellige typer ioner ved hjelp av sulfonsyregruppe (-SO3H), fosfonsyregruppe (-PO3H2) og karboksylsyregruppe (-COOH) er en av de effektive måtene å endre membranens fysisk-kjemiske egenskaper. Anionbyttemembraner er skreddersydd med ammoniumgrupper ( <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62309/62209eq1.jpg"> )9. Den høye ioniske ledningsevnen til AEM og CEM uten å forringe membranens mekaniske styrke er den essensielle parameteren for å velge en passende membran for enhetsapplikasjon. Den robuste membranen under spenningsforhold gir mekanisk stabilitet til membranen og forbedrer enhetens holdbarhet. Her brukes en unik kombinasjon av høytytende frittstående sulfonert poly (eter eter keton) (sPEEK) som kationutvekslingsmembraner med FAA-3 som anionutvekslingsmembraner i RED-applikasjonen. Figur 1 viser flytskjemaet for den eksperimentelle prosedyren.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig01.jpg"> Figur 1: Prosedyrediagram. Strømningsskjemaet presenterer prosedyren som er vedtatt for fremstilling av ionutvekslingsmembran etterfulgt av prosessen for måling av omvendt elektrodialyse. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig01large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>

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

ion-exchange membranes for the fabrication of reverse electrodialysis device

Omvendt elektrodialyse (RED) er en effektiv måte å generere kraft på ved å blande to forskjellige saltkonsentrasjoner i vann ved hjelp av kationutvekslingsmembraner (CEM) og anionutvekslingsmembraner (AEM). RED-stakken består av et vekslende arrangement av kationutvekslingsmembranen og anionutvekslingsmembranen. RED-enheten fungerer som en potensiell kandidat for å oppfylle den universelle etterspørselen etter fremtidige energikriser. Her demonstrerer vi i denne artikkelen en prosedyre for å fremstille en omvendt elektrodialyseenhet ved hjelp av laboratorieskala CEM og AEM for kraftproduksjon. Det aktive området av ionbyttemembranen er 49 cm2. I denne artikkelen gir vi en trinnvis prosedyre for å syntetisere membranen, etterfulgt av stabelens montering og kraftmåling. Måleforholdene og netto effektberegning er også forklart. Videre beskriver vi de grunnleggende parametrene som tas i betraktning for å oppnå et pålitelig resultat. Vi gir også en teoretisk parameter som påvirker den generelle celleytelsen knyttet til membranen og fôrløsningen. Kort sagt beskriver dette eksperimentet hvordan man monterer og måler RED-celler på samme plattform. Den inneholder også arbeidsprinsippet og beregningen som brukes til å estimere netto effekt av RED-stakken ved hjelp av CEM- og AEM-membraner.

Netto effekt RED-cellen genererer generelt elektrisk energi fra saltoppløsningens saltoppløsnings saltgradient, det vil si ions bevegelse i motsatt retning gjennom membranen. For å montere RED-stakken riktig, må man justere alle lagene, inkludert elektroder, pakninger, membraner og avstandsstykker i stakken nøye, som vist i skjematisk diagram i figur 4 og figur 5. Hvis stakken ikke er perfekt justert, kan det oppstå to problemer: (i) HC...

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

Ion-Exchange Membranes for the Fabrication of Reverse Electrodialysis Device

Vi demonstrerer fabrikasjonen av en omvendt elektrodialyseenhet ved hjelp av en kationutvekslingsmembran (CEM) og anionutvekslingsmembran (AEM) for kraftproduksjon.

Ionbyttemembraner for fabrikasjon av omvendt elektrodialyseenhet

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

Denne protokollen er en støyfri, ren og bærekraftig måte å produsere energi på. Det kan lett løse energikriseproblemet ved å konvertere vannsalinitetsgradienten til elektrisitet. Metoden gir en direkte liste for å utvide stor områdemembran med fremragende fysiokjemiske egenskaper for å generere effektiv kraft ved hjelp av RED.Utgangsytelsen til RED-enheten kan skaleres opp og membranen kan brukes i andre elektrokjemiske enheter som phoresis og redoksstrømbatterier. Homogen løsningsforberedelse, filtrering, tørking, kontrollteknikker, vask, membranbehandling, regulerer den reproduserbare membranytelsen. Stakkjusteringen og trykkfalloptimaliseringen er avgjørende for å produsere stabil enhetsytelse.For å forberede en kationutvekslingsmembran, tilsett 5% sulfinerte polyetereterketonfibre til en 250 milliliter rund bunnflaske og oppløs fibrene i dimetylacetamidløsningsmiddel. Rist deretter kolben i 10 minutter slik at alle ionomerpolymerene legger seg til bunnen av kolben. Plasser blandingen i et silisiumoljebad med en magnetisk rørestang og rør løsningen kraftig ved 500 omdreininger per minutt i 24 timer ved 80 grader Celsius for å oppnå en homogen løsning.Neste dag filtrerer du 30 milliliter av løsningen gjennom et 0,45 mikrometer PTFE-filter i en sirkulær glassfat med en diameter på 18 centimeter. Bruk en luftblåser til å fjerne eventuelle bobler før du legger parabolen i ovnen i 24 timer ved 90 grader Celsius for å generere en ca. 50 mikrometer tykk frittstående membran. For å trekke ut den frittstående membranen, fyll parabolen med varmt destillert vann.Etter 10 minutter vil den frittstående membranen løsne fra parabolen. For å aktivere membranen, senk membranen i en molar svovelsyreoppløsning i to timer ved 80 grader Celsius, etterfulgt av minst tre 10 minutters vask med en liter destillert vann ved romtemperatur per vask. Løs opp 10% etter vekt FAA-3 ionomeroppløsning i NMP-løsningsmiddel i to timer ved romtemperatur og 500 omdreininger per minutt.På slutten av inkubasjonen filtrerer du ca. 30 milliliter oppløsning gjennom en 100 mikron poresil i en 18 centimeter glass Petri-tallerken. Etter å ha fjernet luftbobler, legg parabolen i en 100 grader Celsius-ovn i 24 timer. Bruk varmt destillert vann for å trekke ut den tørkede membranen som demonstrert og aktiver membranen i en liter natriumhydroksid i to timer.Vask deretter den aktiverte membranen tre ganger med en liter destillert vann per vask som vist. Etter aktivering, kutt kation- og anionutvekslingsmembranene til 49 kvadratcentimeter. For å fremstille en RED-stabel, plasser en tre centimeter tykk PMMA-plate med elektroden vendt opp og plasser en gummipakning og avstandsstykke på elektroden.Plasser kationutvekslingsmembranen og anionutvekslingsmembranen på hver side av pakningen. Legg en silisiumpakning og en avstandsstykke på hver membran og legg en ekstra PMMA-plate på det andre laget av avstandsstykker og pakninger. Bruk deretter en digital skiftenøkkeldrift med en kraft på 25 newtonmeter for å sikre oppsettet med muttere, bolter og skiver.Når stabelen er montert, plasser en titannettelektrode belagt med en en-til-en-blanding av iridium og ruthenium på slutten av hver plate og bruk krokodilleklemmer for å koble elektrodene til kildemåleren. Minst to timer før analysen, tilsett fem liter av en 0,01 molar lav natriumkloridoppløsning og fem liter 0,6 molar høy natriumkloridoppløsning til individuelle store beholdere koblet til en peristaltisk pumpe og rør løsningene kontinuerlig ved romtemperatur. For å utføre RED-analysen, legg til 0,05 molar skylleløsning i en tredje beholder og bruk gummirør for å koble alle tre beholderne gjennom den peristaltiske pumpen og trykkmålerne til RED-enheten.Sett strømningshastigheten til skylleløsningen til 50 milliliter per minutt og strømningshastigheten til saltløsningene til 100 milliliter per minutt, og kontroller slangen for å eliminere kryssstrøm eller lekkasje. Utfør en trykkmåleravlesning for å være sikker på at avlesningen er stabil. Etter at løsningene har gått gjennom stabelen minst i fem minutter, bruk en kildemåler koblet til begge elektrodene og til RED-stabelen for å måle den omvendte elektrodialyseutgangsytelsen ved galvanostatmetoden.Den omvendte elektrodialyseenheten fungerer som en potensiell kandidat for å oppfylle den universelle etterspørselen etter fremtidige energikriser. Forskjellen i saltholdighetsgradienten i saltkonsentrasjonen gir opphav til den åpne kretsspenningen, som avhenger av den indre motstanden til den omvendte elektrodialysestakken. I denne analysen var maksimal effekttetthet for den omvendte elektrodialysestakken ca. 0,7 watt per kvadratmeter, og den beregnede netto effekttettheten var ca. 0,65 watt per kvadratmeter med en fast strømningshastighet.Som observert økte krafttettheten til cellen i utgangspunktet til den maksimale strømtetthetsverdien før den falt som følge av en økning i den interne motstanden til RED-stakken. Det er viktig å regelmessig kryssjekke rørtilkoblingen, løsningskryssstrømmen og væsker for å produsere effektiv og stabil nevnte ytelse. Utarbeidelsen av en jevn stor områdemembran vil destabilisere celleytelsen uten å begro membranen og løsningslekkasjen.Videre fungerer det effektivt under stressforhold.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

Fabrikasjon av VB<sub&gt; 2</sub&gt; / Air Cells for Elektrokjemisk Testing

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

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Fabrikasjon av ensartede nanoskala hulrom via silisium direkte wafer binding

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

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

Mønster via Optiske mettes Transitions - Fabrikasjon og karakterisering

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

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

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

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) basert metode for å kvantitativt vurdere fremover og bakover lys spredning fra intraokulære objektiver

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

Utarbeidelse av store området loddrett 2D Crystal Hetero-strukturer gjennom Sulfurization transisjonsmetall filmer apparat fabrikasjon

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

Fabrikasjon av magnetiske nanostrukturer på Silicon Nitride membraner for magnetisk Vortex studier med overføring mikroskopi teknikker

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

Fabrication of an Optical Cell Dryer for the Spectroscopic Analysis Cells

Fabrikasjon av en optisk celle tørketrommel for Spectroscopic analyse cellene

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

Hybrid Printing for the Fabrication of Smart Sensors

Hybrid utskrift for fabrikasjon av smarte sensorer

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

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

Fabrikasjon av nanohøydekanaler som omfatter overflateakustisk bølgeaktivering via litiumniobat for akustisk nanofluidikk

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

Pneumatically Driven Microfluidic Platform for Micro-Particle Concentration

Pneumatisk drevet mikrofluidisk plattform for mikropartikkelkonsentrasjon

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