Name: ion-exchange membranes for the fabrication of reverse electrodialysis device
Uploaded: 2021-07-20T13:00:00
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Este trabajo fue apoyado por la subvención de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiada por el gobierno de Corea (MEST) (No. NRF-2017R1A2A2A05001329). Los autores del manuscrito agradecen a la Universidad de Sogang, Seúl (República de Corea).

1. Requisito experimental
<ol><li>Compre polímero de ion-ion-exchange ionomer, fibra de polímero E-550 sulfonado-PEEK para preparar CEM y FAA-3 para preparar AEM. Asegúrese de que todos los polímeros de ionómero se almacenen en un ambiente limpio, seco y libre de polvo antes de su uso.</li>
	<li>Utilizar disolventes de alta pureza (>99%), incluyendo N-Metil-2-pirrolifina con peso molecular 99,13 g mol-1 y N, N-Dimetilacetamida con peso molecular 87,12, para preparar una solución de ionómero homogénea...

<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>

El principio de funcionamiento del RED está dominado principalmente por las propiedades fisicoquímicas de la membrana, que es una parte crucial del sistema RED, como se ilustra en la Figura 3. Aquí, describimos las características fundamentales de la membrana para la entrega de un sistema RED de alto rendimiento. La permeabilidad específica de iones de la membrana hace que pase un tipo de iones a través de su nanocanal polimérico. Como su nombre indica, cem puede pasar catión de un l...

La recolección de energía de los recursos naturales es un método económico que es respetuoso con el medio ambiente, lo que hace que nuestro planeta sea verde y limpio. Hasta ahora se han propuesto varios procesos para extraer energía, pero la electrodiálisis inversa (RED) tiene un enorme potencial para superar el problema de la crisis energética1. La producción de energía a partir de la electrodiálisis inversa es un avance tecnológico para la descarbonización de la energía global. Como su nombre indica, el ROJO es un proceso inverso, donde el compartimiento celular alternativo se llena con la solución de sal de alto concentrado y la solución de sal de bajo concentrado2. El potencial químico generado por la diferencia de concentración de sal a través de las membranas de intercambio iónico, recogido de los electrodos en el extremo del compartimiento.
Desde el año 2000, se han publicado muchos artículos de investigación, proporcionando información sobre la RED teórica y experimentalmente3,4. Los estudios sistemáticos sobre las condiciones de operación y los estudios de confiabilidad en condiciones de estrés mejoraron la arquitectura de la pila y mejoraron el rendimiento general de la célula. Varios grupos de investigación han desviado su atención hacia la aplicación híbrida de RED, como RED con proceso de desalación5,RED con energía solar6,RED con proceso de ósmosis inversa (RO)5,RED con la pila de combustible microbiana7,y RED con el proceso de enfriamiento radiativo8. Como se mencionó anteriormente, hay mucho margen en la implementación de la aplicación híbrida de RED para resolver el problema de la energía y el agua limpia.
Se han adoptado varios métodos para mejorar el rendimiento de los glóbulos ROJOs y la capacidad de intercambio iónico de la membrana. Adaptar las membranas de intercambio catión con diferentes tipos de iones utilizando el grupo ácido sulfónico (-SO3H), el grupo ácido fosfónico (-PO3H2)y el grupo ácido carboxílico (-COOH) es una de las formas efectivas de alterar las propiedades fisicoquímicas de la membrana. Las membranas de intercambio aniónico se adaptan con grupos de amonio ( <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62309/62209eq1.jpg"> )9. La alta conductividad iónica de AEM y CEM sin deteriorar la resistencia mecánica de la membrana es el parámetro esencial para seleccionar una membrana adecuada para la aplicación del dispositivo. La membrana robusta en condiciones de estrés proporciona estabilidad mecánica a la membrana y mejora la durabilidad del dispositivo. Aquí, una combinación única de poli sulfonado independiente de alto rendimiento (éter éter cetona) (sPEEK) como membranas de intercambio catiónico con FAA-3 como membranas de intercambio aniónico se utilizan en la aplicación RED. La Figura 1 muestra el diagrama de flujo del procedimiento experimental.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig01.jpg"> Figura 1:Tabla de procedimientos. El diagrama de flujo presenta el procedimiento adoptado para la preparación de la membrana de intercambio iónico seguido por el proceso de medición de la electrodiálisis inversa. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig01large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta 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

La electrodiálisis inversa (RED) es una forma efectiva de generar energía mezclando dos concentraciones de sal diferentes en agua utilizando membranas de intercambio catiónico (CEM) y membranas de intercambio aniónico (AEM). La pila ROJA se compone de una disposición alterna de la membrana de intercambio catión y la membrana de intercambio aniónico. El dispositivo RED actúa como un candidato potencial para satisfacer la demanda universal de futuras crisis energéticas. Aquí, en este artículo, demostramos un procedimiento para fabricar un dispositivo de electrodiálisis inversa utilizando CEM y AEM a escala de laboratorio para la producción de energía. El área activa de la membrana de intercambio iónico es de 49 cm2. En este artículo, proporcionamos un procedimiento paso a paso para sintetizar la membrana, seguido por el ensamblaje de la pila y la medición de potencia. También se han explicado las condiciones de medición y el cálculo de la potencia neta de salida. Además, describimos los parámetros fundamentales que se tienen en cuenta para obtener un resultado fiable. También proporcionamos un parámetro teórico que afecta el rendimiento celular general en relación con la membrana y la solución de alimentación. En resumen, este experimento describe cómo ensamblar y medir células ROJAS en la misma plataforma. También contiene el principio de trabajo y el cálculo utilizado para estimar la potencia neta de salida de la pila RED utilizando membranas CEM y AEM.

Potencia neta de salida La célula ROJA generalmente genera energía eléctrica a partir del gradiente de salinidad de la solución salina, es decir, el movimiento de los iones en la dirección opuesta a través de la membrana. Para ensamblar la pila ROJA correctamente, es necesario alinear todas las capas, incluyendo electrodos, juntas, membranas y espaciadores en la pila cuidadosamente, como se muestra en el diagrama esquemático en la Figura 4 y la...

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Ion-Exchange Membranes for the Fabrication of Reverse Electrodialysis Device

Se demuestra la fabricación de un dispositivo de electrodiálisis inversa utilizando una membrana de intercambio catiónico (CEM) y membrana de intercambio aniónico (AEM) para la generación de energía.

Membranas de intercambio iónico para la fabricación de dispositivos de electrodiálisis inversa

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

Este protocolo es una forma libre de ruido, limpia y sostenible de producir energía. Puede resolver fácilmente el problema de la crisis energética convirtiendo el gradiente de salinidad del agua en electricidad. El método proporciona una lista directa para extender la membrana de área grande con propiedades fisioquímicas excepcionales para generar energía eficiente utilizando RED.El rendimiento de salida del dispositivo RED se puede ampliar y la membrana se puede utilizar en otros dispositivos electroquímicos como la foresis y las baterías de flujo redox. Preparación de soluciones homogéneas, filtración, secado, técnicas de control, lavado, tratamiento de membranas, regulan el rendimiento de la membrana reproducible. La alineación de la pila y la optimización de la caída de presión son cruciales para producir un rendimiento estable del dispositivo.Para preparar una membrana de intercambio catiónico, agregue fibras de polietemperado de polieteretermotoneal al 5% a un matraz inferior redondo de 250 mililitros y disuelva las fibras en disolvente de dimetilacetamida. A continuación, agite el matraz durante 10 minutos para que todos los polímeros de ionómero se asienten en el fondo del matraz. Coloque la mezcla en un baño de aceite de silicio con una barra de agitación magnética y revuelva vigorosamente la solución a 500 revoluciones por minuto durante 24 horas a 80 grados Centígrados para obtener una solución homogénea.Al día siguiente, filtre 30 mililitros de la solución a través de un filtro de PTFE de 0,45 micrómetros en un plato de vidrio circular de 18 centímetros de diámetro. Use un soplador de aire para eliminar cualquier burbuja antes de colocar el plato en el horno durante 24 horas a 90 grados Celsius para generar una membrana independiente de aproximadamente 50 micrómetros de espesor. Para extraer la membrana independiente, llene el plato con agua destilada tibia.Después de 10 minutos, la membrana independiente se desprenderá del plato. Para activar la membrana, sumerja la membrana en una solución molar de ácido sulfúrico durante dos horas a 80 grados Celsius, seguido de al menos tres lavados de 10 minutos con un litro de agua destilada a temperatura ambiente por lavado. Disuelva el 10% en peso de la solución de ionómero FAA-3 en disolvente NMP durante dos horas a temperatura ambiente y 500 revoluciones por minuto.Al final de la incubación, filtre aproximadamente 30 mililitros de solución a través de un colador de poro de 100 micras en una placa de Petri de vidrio de 18 centímetros. Después de eliminar las burbujas de aire, coloque el plato en un horno de 100 grados Celsius durante 24 horas. Utilice agua destilada caliente para extraer la membrana seca como se ha demostrado y activar la membrana en un litro de hidróxido de sodio durante dos horas.Luego lave la membrana activada tres veces con un litro de agua destilada por lavado como se ha demostrado. Después de la activación, corte las membranas de intercambio catiónico y anión a 49 centímetros cuadrados. Para fabricar una pila ROJA, coloque una placa PMMA de tres centímetros de espesor con el electrodo hacia arriba y coloque una junta de goma y un espaciador en el electrodo.Coloque la membrana de intercambio catión y la membrana de intercambio aniónico a cada lado de la junta. Coloque una junta de silicio y un espaciador en cada membrana y coloque una segunda placa PMMA en la segunda capa de espaciadores y juntas. A continuación, utilice una unidad de llave digital con una fuerza de 25 newton metros para asegurar la configuración con tuercas, pernos y arandelas.Cuando la pila se haya montado, coloque un electrodo de malla de titanio recubierto con una mezcla uno a uno de iridio y rutenio al final de cada placa y use clips de cocodrilo para conectar los electrodos al medidor de origen. Al menos dos horas antes del análisis, agregue cinco litros de una solución de cloruro de sodio bajo en molares 0.01 y cinco litros de una solución de cloruro de sodio alto molar a recipientes grandes individuales conectados a una bomba peristáltica y revuelva las soluciones continuamente a temperatura ambiente. Para realizar el análisis RED, agregue 0,05 solución de enjuague molar a un tercer recipiente y utilice tubos de goma para conectar los tres contenedores a través de la bomba peristáltica y los manómetros al conjunto RED.Establezca el caudal de la solución de enjuague a 50 mililitros por minuto y el caudal de las soluciones de sal a 100 mililitros por minuto, y compruebe el tubo para eliminar cualquier flujo cruzado o fuga. Realice una lectura del manómetro para asegurarse de que la lectura es estable. Después de que las soluciones hayan pasado por la pila al menos durante cinco minutos, utilice un medidor de fuente conectado a ambos electrodos y a la pila RED para medir el rendimiento de salida de electrodiálisis inversa por el método de galvanostato.El dispositivo de electrodiálisis inversa actúa como un candidato potencial para satisfacer la demanda universal de futuras crisis energéticas. La diferencia en el gradiente de salinidad de la concentración de sal da lugar a la tensión de circuito abierto, que depende de la resistencia interna de la pila de electrodiálisis inversa. En este análisis, la densidad de potencia máxima para la pila de electrodiálisis inversa fue de aproximadamente 0,7 vatios por metro cuadrado, y la densidad de potencia neta calculada fue de aproximadamente 0,65 vatios por metro cuadrado a un caudal fijo.Como se observó, la densidad de potencia de la celda aumentó inicialmente hasta el valor máximo de densidad de corriente antes de caer en respuesta a un aumento en la resistencia interna de la pila ROJA. Es importante verificar regularmente la conexión de la tubería, el flujo cruzado de la solución y los líquidos para producir dicho rendimiento eficiente y estable. La preparación de una membrana uniforme de área grande desestabilizará el rendimiento celular sin ensuciar la membrana y la fuga de la solución.Además, funciona de manera eficiente en condiciones de estrés.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

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Fabricación de VB<sub&gt; 2</sub&gt; / Células aire para verificar Electroquímica

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

Investigación

Ingeniería

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Fabricación De Cavidades Uniformes A Nanoescala A Través De La Unión Directa De Obleas De Silicio

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

Patrones través ópticos saturable Transiciones - Fabricación y Caracterización

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

Metodología basada en el perfilador de dispersión de luz de barrido (SLPS) para evaluar cuantitativamente la dispersión de luz hacia delante y hacia atrás desde 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

Preparación de gran superficie 2D cristal Hetero-estructuras verticales por el Sulfurization de películas de Metal de la transición para la fabricación de dispositivos

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

Fabricación de nanoestructuras magnéticas en membranas de nitruro de silicio para estudios de vórtice magnético usando técnicas de microscopía de transmisión

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

Fabricación de una célula óptica para las células de análisis espectroscópico

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 la impresión para la fabricación 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

Fabricación de canales de nanoaltura que incorporan la actuación de onda acústica superficial a través de niobato de litio para nanofluídicos 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 accionada neumáticamente para la concentración de micropartículas

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