Name: ion-exchange membranes for the fabrication of reverse electrodialysis device
Uploaded: 2021-07-20T13:00:00
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Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia (NRF) financiada pelo governo da Coreia (MEST) (No. NRF-2017R1A2A2A05001329). Os autores do manuscrito são gratos à Universidade de Sogang, Seul, República da Coreia.

1. Exigência experimental
<ol><li>Compre polímero de ionômero de troca de íons, fibra de polímero E-550 sulfonated-PEEK para preparar CEM e FAA-3 para preparar a AEM. Certifique-se de que todos os polímeros de ionômeros sejam armazenados em um ambiente limpo, seco e sem poeira antes de usar.</li>
	<li>Utilize solventes de alta pureza (>99%), incluindo N-Methyl-2- pyrrolidone com peso molecular 99,13 g mol-1 e N, N-Dimethylacetamida com peso molecular 87,12, para preparar solução de ionômero homogê...

<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>

O princípio de trabalho do RED é dominado principalmente pelas propriedades físico-químicas da membrana, que é uma parte crucial do sistema RED, conforme ilustrado na Figura 3. Aqui, descrevemos as características fundamentais da membrana para a entrega de um sistema RED de alto desempenho. A permeabilidade de íons específico da membrana faz com que passe um tipo de íons através de seu nanocanal de polímero. Como o nome sugere, o CEM pode passar o cáção de um lado para o outro ...

A coleta de energia dos recursos naturais é um método econômico que é ecologicamente correto, tornando nosso planeta verde e limpo. Vários processos foram propostos até agora para extrair energia, mas a eletrodiálise reversa (RED) tem um enorme potencial para superar a questão da crise energética1. A produção de energia da eletrodiálise reversa é um avanço tecnológico para a descarbonização da energia global. Como o nome sugere, o RED é um processo inverso, onde o compartimento de células alternativas é preenchido com a solução de sal de alta concentração e solução de sal de baixa concentração2. O potencial químico gerado pela diferença de concentração de sal entre as membranas de troca de íons, coletados dos eletrodos na extremidade do compartimento.
Desde o ano 2000, muitos artigos de pesquisa foram publicados, fornecendo insights sobre o RED teoricamente e experimentalmente3,4. Estudos sistemáticos sobre as condições de operação e estudos de confiabilidade em condições de estresse melhoraram a arquitetura da pilha e melhoraram o desempenho geral das células. Vários grupos de pesquisa desviaram sua atenção para a aplicação híbrida red, como RED com processo de dessalinização5, RED com energia solar6, VERMELHO com osmose reversa (RO) processo5, VERMELHO com a célula de combustível microbiano7, e VERMELHO com o processo de resfriamento radiativo8. Como mencionado anteriormente, há muito escopo na implementação da aplicação híbrida da RED para resolver o problema de energia e água limpa.
Vários métodos foram adotados para melhorar o desempenho da célula RED e a capacidade de troca de íons da membrana. A alfaiataria das membranas de troca de cáção com diferentes tipos de íons utilizando grupo de ácido sulfônico (-SO3H), grupo de ácido fosfônico (-PO3H2) e grupo de ácido carboxílico (-COOH) é uma das formas eficazes de alterar as propriedades físico-químicas da membrana. As membranas de troca de ânion são adaptadas com grupos de amônio ( <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62309/62209eq1.jpg"> )9. A alta condutividade iônica de AEM e CEM sem deteriorar a resistência mecânica da membrana é o parâmetro essencial para a seleção de uma membrana adequada para aplicação do dispositivo. A membrana robusta sob condições de estresse proporciona estabilidade mecânica à membrana e aumenta a durabilidade do dispositivo. Aqui, uma combinação única de poli sulfoado livre de alto desempenho (cetona éter) (sPEEK) como membranas de troca de cáation com FAA-3 como membranas de troca de ânion são usadas na aplicação RED. A Figura 1 mostra o fluxograma do procedimento experimental.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig01.jpg"> Figura 1: Gráfico de procedimento. O fluxograma apresenta o procedimento adotado para a preparação da membrana de troca de íons seguida do processo de medição da eletrodiálise reversa. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig01large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta 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

A eletrodiálise reversa (RED) é uma maneira eficaz de gerar energia misturando duas concentrações de sal diferentes na água usando membranas de troca de cáção (CEM) e membranas de troca de ânion (AEM). A pilha RED é composta por um arranjo alternado da membrana de troca de cá de cáção e membrana de troca de ânion. O dispositivo RED atua como um potencial candidato para atender à demanda universal por futuras crises energéticas. Aqui, neste artigo, demonstramos um procedimento para fabricar um dispositivo de eletrodiálise reversa utilizando CEM e AEM em escala laboratorial para produção de energia. A área ativa da membrana de troca de íons é de 49 cm2. Neste artigo, fornecemos um procedimento passo-a-passo para sintetizar a membrana, seguido da montagem da pilha e medição de energia. As condições de medição e o cálculo da saída de energia líquida também foram explicados. Além disso, descrevemos os parâmetros fundamentais que são levados em consideração para a obtenção de um resultado confiável. Também fornecemos um parâmetro teórico que afeta o desempenho geral da célula relacionada à membrana e à solução de alimentação. Em suma, este experimento descreve como montar e medir células VERMELHAs na mesma plataforma. Ele também contém o princípio de trabalho e o cálculo utilizados para estimar a saída de energia líquida da pilha RED usando membranas CEM e AEM.

Saída de energia líquida A célula vermelha geralmente gera energia elétrica a partir do gradiente de salinidade da solução de sal, ou seja, o movimento dos íons na direção oposta através da membrana. Para montar a pilha RED corretamente, é preciso alinhar todas as camadas, incluindo eletrodos, juntas, membranas e espaçadores na pilha cuidadosamente, como demonstrado no diagrama esquemático da Figura 4 e Figura 5. Se a pilha não ...

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Ion-Exchange Membranes for the Fabrication of Reverse Electrodialysis Device

Demonstramos a fabricação de um dispositivo de eletrodiálise reversa usando uma membrana de troca de cáção (CEM) e membrana de troca de ânion (AEM) para geração de energia.

Membranas de troca de íons para a fabricação do dispositivo de eletrodiálise reversa

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

Este protocolo é uma forma livre de ruídos, limpa e sustentável de produzir energia. Pode facilmente resolver o problema da crise energética convertendo o gradiente de salinidade da água em eletricidade. O método fornece uma lista direta para a extensão da membrana de grande área com propriedades fisioquímicas excelentes para gerar energia eficiente usando RED.O desempenho de saída do dispositivo RED pode ser ampliado e a membrana pode ser utilizada em outros dispositivos eletroquímicos, como phoresis e baterias de fluxo redox. Preparação de soluções homogêneas, filtração, secagem, técnicas de controle, lavagem, tratamento de membrana, regulação do desempenho da membrana reprodutível. O alinhamento da pilha e a otimização da queda de pressão são cruciais para produzir desempenho estável do dispositivo.Para preparar uma membrana de troca de cátion, adicione fibras de polietrocetona sulfinadas a um frasco de fundo redondo de 250 mililitros e dissolva as fibras em solvente de dimetilacetamida. Em seguida, agite o frasco por 10 minutos para que todos os polímeros ionômeros se acomodem no fundo do frasco. Coloque a mistura em um banho de óleo de silício com uma barra de agitação magnética e mexa vigorosamente a solução a 500 revoluções por minuto durante 24 horas a 80 graus Celsius para obter uma solução homogênea.No dia seguinte, filtre 30 mililitros da solução através de um filtro PTFE de 0,45 micrômetros em uma antena de vidro circular de 18 centímetros de diâmetro. Use um soprador de ar para remover quaisquer bolhas antes de colocar o prato no forno por 24 horas a 90 graus Celsius para gerar uma membrana autônoma de aproximadamente 50 micrômetros de espessura. Para extrair a membrana autônoma, encha o prato com água destilada quente.Após 10 minutos, a membrana autônoma se soltará do prato. Para ativar a membrana, mergulhe a membrana em uma solução de ácido sulfúrico molar por duas horas a 80 graus Celsius, seguida por pelo menos três lavagens de 10 minutos com um litro de água destilada à temperatura ambiente por lavagem. Dissolva 10% por peso solução de ionômero FAA-3 em solvente NMP por duas horas à temperatura ambiente e 500 revoluções por minuto.No final da incubação, filtre aproximadamente 30 mililitros de solução através de um filtro de poros de 100 mícrons em uma placa de petri de vidro de 18 centímetros. Depois de remover quaisquer bolhas de ar, coloque o prato em um forno de 100 graus Celsius por 24 horas. Use água destilada quente para extrair a membrana seca como demonstrado e ativar a membrana em um litro de hidróxido de sódio por duas horas.Em seguida, lave a membrana ativada três vezes com um litro de água destilada por lavagem, como demonstrado. Após a ativação, corte as membranas de cáção e ânion para 49 centímetros quadrados. Para fabricar uma pilha VERMELHA, posicione uma placa PMMA de três centímetros de espessura com o eletrodo virado para cima e coloque uma junta de borracha e um espaçador sobre o eletrodo.Coloque a membrana de troca de cáção e a membrana de troca de ânion em ambos os lados da junta. Coloque uma junta de silício e um espaçador em cada membrana e coloque uma segunda placa PMMA sobre a segunda camada de espaçadores e juntas. Em seguida, use uma unidade de chave digital com uma força de 25 medidores newton para fixar a configuração com porcas, parafusos e arruelas.Quando a pilha for montada, coloque um eletrodo de malha de titânio revestido com uma mistura de irídio e rutênio na extremidade de cada placa e use clipes de crocodilo para conectar os eletrodos ao medidor de origem. Pelo menos duas horas antes da análise, adicione cinco litros de uma solução de cloreto de sódio de 0,01 molar baixo e cinco litros de uma solução de cloreto de sódio de 0,6 molar alta para recipientes individuais grandes conectados a uma bomba peristáltica e mexa as soluções continuamente à temperatura ambiente. Para realizar a análise RED adicione 0,05 solução de lavagem molar a um terceiro recipiente e use tubos de borracha para conectar todos os três recipientes através da bomba peristáltica e medidores de pressão ao conjunto RED.Defina a taxa de fluxo da solução de enxágue para 50 mililitros por minuto e a taxa de fluxo das soluções de sal para 100 mililitros por minuto, e verifique a tubulação para eliminar qualquer fluxo cruzado ou vazamento. Realize uma leitura medidor de pressão para ter certeza de que a leitura está estável. Depois que as soluções tiverem atravessado a pilha pelo menos por cinco minutos, use um medidor de origem conectado a ambos os eletrodos e à pilha RED para medir o desempenho de saída de eletrodiálise reversa pelo método galvanostat.O dispositivo de eletrodiálise reversa atua como um potencial candidato para atender à demanda universal por futuras crises energéticas. A diferença no gradiente de salinidade da concentração de sal dá origem à tensão do circuito aberto, que depende da resistência interna da pilha de eletrodiálise reversa. Nesta análise, a densidade máxima de energia para a pilha de eletrodiálise reversa foi de cerca de 0,7 watts por metro quadrado, e a densidade de potência líquida calculada foi de cerca de 0,65 watts por metro quadrado a uma taxa de fluxo fixo.Como observado, a densidade de energia da célula aumentou inicialmente para o valor máximo de densidade atual antes de cair em resposta a um aumento na resistência interna da pilha RED. É importante cruzar regularmente a conexão de tubulação, o fluxo cruzado da solução e os líquidos para produzir desempenho eficiente e estável. A preparação de uma membrana de grande área uniforme irá desestabilizar o desempenho da célula sem sujar a membrana e o vazamento da solução.Além disso, funciona eficientemente sob condições de estresse.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

Fabricação de VB<sub&gt; 2</sub&gt; / Ar Células para Electrochemical Teste

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

Engenharia

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Fabricação de cavidades de nanoescala uniformes via Silicon Direct Wafer Bonding

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

Patterning via ópticos de saturação Transitions - Fabricação e caracterização

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

Metodologia baseada em Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) para avaliar quantitativamente a dispersão de luz para frente e para trás a partir de lentes intraoculares

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

Preparação da grande-área Vertical 2D cristal Hetero-estruturas através da Sulfurization dos filmes de Metal de transição para a fabricação de dispositivo

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

Fabricação de nanoestruturas magnéticas nas membranas de nitreto de silício para estudos de vórtice magnético utilizando técnicas de microscopia de transmissão

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

Fabricação de uma célula ótica secador para as células de análise espectroscópica

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

Híbrido de impressão para a fabricação de sensores inteligentes

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

Fabricação de canais de nanoaltura incorporando atuação de onda acústica superficial via Niobate de lítio para nanofluidos acústicos

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

Plataforma microfluídica pneumática para concentração de micropartículas

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