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

Detta arbete stöddes av National Research Foundation of Korea (NRF) bidrag finansierat av Koreas regering (MEST) (Nr. NRF-2017R1A2A2A05001329). Författarna till manuskriptet är tacksamma mot Sogang University, Seoul, Sydkorea.

1. Experimentellt krav
<ol><li>Köp jonbytarjonompolymer, E-550 sulfonerad PEEK polymerfiber för att förbereda CEM och FAA-3 för att förbereda AEM. Se till att alla jonomerpolymerer förvaras i en ren, torr och dammfri miljö före användning.</li>
	<li>Använd lösningsmedel med hög renhet (>99%) inklusive N-Metyl-2- pyrrolidon med molekylvikt 99,13 g mol-1 och N, N-Dimetylacetamid med molekylvikt 87,12, för beredning av homogen jonomerlösning. Se till att alla kemikalier och lösningsmedel av analy...

<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>

Den rödas arbetsprincip domineras främst av membranets fysikaliskkemiska egenskaper, som är en avgörande del av DET RÖDA systemet, vilket illustreras i figur 3. Här beskriver vi membranets grundläggande egenskaper för att leverera ett högpresterande RÖTT system. Membranets specifika jonpermeabilitet gör att den passerar en typ av joner genom deras polymernanopakanal. Som namnet antyder kan CEM passera katjon från en sida till en annan och begränsar anjonen, medan AEM kan passera...

Energiskörd från naturresurser är en ekonomisk metod som är miljövänlig och därmed gör vår planet grön och ren. Flera processer har hittills föreslagits för att utvinna energi, men omvänd elektrodialys (RED) har en enorm potential att övervinna energikrisfrågan1. Kraftproduktion från Reverse electrodialysis är ett tekniskt genombrott för utfasning av fossila bränslen i den globala energin. Som namnet antyder är RED en omvänd process, där det alternativa cellfacket fylls med den högkoncentrerade saltlösningen och lågkoncentrerad saltlösning2. Den kemiska potential som genereras av saltkoncentrationsskillnaden mellan jonbytarmembranen, som samlats in från elektroderna i kupésluten.
Sedan år 2000 har många forskningsartiklar publicerats, vilket ger insikt i RED teoretiskt ochexperimentellt 3,4. Systematiska studier av driftsförhållanden och tillförlitlighetsstudier under stressförhållanden förbättrade stackarkitekturen och förbättrade den totala cellprestandan. Flera forskargrupper har avlett sin uppmärksamhet mot RED: s hybridapplikation, till exempel RÖD med avsaltningsprocess5, RÖD med solenergi6, RÖD med omvänd osmos (RO) process5, RÖD med den mikrobiella bränslecellen7, och RÖD med den radiativa kylprocessen8. Som nämnts tidigare finns det mycket utrymme i genomförandet av RED: s hybridapplikation för att lösa energi- och renvattenproblemet.
Flera metoder har antagits för att förbättra RED-cellens prestanda och membranets jonutbyteskapacitet. Att skräddarsy katjonbytarmembranen med olika typer av joner med hjälp av suldonsyragrupp (-SO3H), fosfonsyragruppen (-PO3H2)och karboxylsyragruppen (-COOH) är ett av de effektiva sätten att ändra membranets fysikaliskkemiska egenskaper. Anjonbytarmembran är skräddarsydda med ammoniumgrupper ( <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62309/62209eq1.jpg"> )9. AEM:s och CEM:s höga joniska ledningsförmåga utan att försämra membranets mekaniska styrka är den viktigaste parametern för att välja ett lämpligt membran för applicering av enheter. Det robusta membranet under stressförhållanden ger mekanisk stabilitet till membranet och förbättrar enhetens hållbarhet. Här används en unik kombination av högpresterande fristående sulfonerat poly (etereterketon) (sPEEK) som katjonbytarmembran med FAA-3 som anjonbytarmembran i DEN RÖDA applikationen. Figur 1 visar flödesschemat för försöksförfarandet.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig01.jpg"> Figur 1: Procedurdiagram. Flödesschemat presenterar det förfarande som antagits för beredning av jonutbytesmembran följt av processen för mätning av omvänd elektrodialys. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig01large.jpg" target="_blank">Klicka här om du vill visa en större version av den här 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

Omvänd elektrodialys (RED) är ett effektivt sätt att generera kraft genom att blanda två olika saltkoncentrationer i vatten med hjälp av katjonbytarmembran (CEM) och anjonbytarmembran (AEM). RED-stacken består av ett alternerande arrangemang av katjonbytningsmembranet och anjonutbytesmembranet. Red-enheten fungerar som en potentiell kandidat för att uppfylla den universella efterfrågan på framtida energikriser. Här, i den här artikeln, visar vi en procedur för att tillverka en omvänd elektrodialysanordning med hjälp av CEM och AEM i laboratorieskala för kraftproduktion. Det aktiva området i jonbytningsmembranet är 49 cm2. I den här artikeln tillhandahåller vi en steg-för-steg-procedur för att syntetisera membranet, följt av stackens montering och effektmätning. Mätförhållandena och beräkningen av nettoeffekten har också förklarats. Dessutom beskriver vi de grundläggande parametrar som beaktas för att uppnå ett tillförlitligt resultat. Vi tillhandahåller också en teoretisk parameter som påverkar den totala cellprestandan i samband med membranet och matningslösningen. Kort sagt beskriver detta experiment hur man monterar och mäter RÖDA celler på samma plattform. Den innehåller också arbetsprincipen och beräkningen som används för att uppskatta nettoeffekten för RED-stacken med hjälp av CEM- och AEM-membran.

Nettoeffekt RÖD cell genererar i allmänhet elektrisk energi från saltlösningens saltlösnings saltlösnings saltgradient, dvs jonernas rörelse i motsatt riktning genom membranet. För att montera RED-stacken korrekt måste man justera alla lager, inklusive elektroder, packningar, membran och distanser i stacken noggrant, vilket visas i schematdiagrammet i figur 4 och figur 5. Om stacken inte är perfekt justerad kan två problem uppstå:...

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 visar tillverkning av en omvänd elektrodialys enhet med hjälp av en katjon-utbyte membran (CEM) och anjon-exchange membran (AEM) för kraftgenerering.

Jonbytarmembran för tillverkning av omvänd elektrodialysanordning

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

Detta protokoll är ett bullerfritt, rent och hållbart sätt att producera energi. Det kan enkelt lösa energikrisproblemet genom att omvandla vattensaltlösningsgradienten till el. Metoden ger en direkt lista för utstring av stora områdesmembran med enastående fysiokemiska egenskaper för att generera effektiv kraft med HJÄLP AV RED.Den röda enhetens utgångsprestanda kan skalas upp och membranet kan användas i andra elektrokemiska enheter som phoresis och redoxflödesbatterier. Homogen lösningsberedning, filtrering, torkning, kontrolltekniker, tvätt, membranbehandling, reglera det reproducerbara membranets prestanda. Stackjusteringen och tryckfallsoptimeringen är avgörande för att producera stabil enhetsprestanda.För att förbereda ett katjonutbytesmembran, tillsätt 5%sulfiniterade polyetheretherketonefibrer till en 250 milliliter rund bottenkolv och lös upp fibrerna i dimetylacetamidlösningsmedel. Skaka sedan kolven i 10 minuter så att alla jonomerpolymerer sätter sig till botten av kolven. Placera blandningen i ett kiseloljebad med en magnetisk omrörningsstång och rör om lösningen kraftigt vid 500 varv per minut i 24 timmar vid 80 grader Celsius för att få en homogen lösning.Nästa dag filtrerar du 30 milliliter av lösningen genom ett PTFE-filter på 0,45 mikrometer till en cirkulär glasfat med diametern 18 centimeter. Använd en luftflib för att ta bort eventuella bubblor innan du placerar skålen i ugnen i 24 timmar vid 90 grader Celsius för att generera ett cirka 50 mikrometer tjockt fristående membran. För att extrahera det fristående membranet, fyll skålen med varmt destillerat vatten.Efter 10 minuter lossar det fristående membranet från skålen. För att aktivera membranet, sänk ner membranet i en molal svavelsyralösning i två timmar vid 80 grader Celsius, följt av minst tre 10 minuters tvättar med en liter destillerat vatten vid rumstemperatur per tvätt. Lös upp 10% i vikt FAA-3 jonomerlösning i NMP lösningsmedel i två timmar vid rumstemperatur och 500 varv per minut.I slutet av inkubationen filtrerar du cirka 30 milliliter lösning genom en 100 mikron porsil i en 18 centimeter glas Petri skål. Efter att ha tagit bort luftbubblor, placera skålen i en 100 grader Celsius ugn i 24 timmar. Använd varmt destillerat vatten för att extrahera det torkade membranet som demonstreras och aktivera membranet i en liter natriumhydroxid i två timmar.Tvätta sedan det aktiverade membranet tre gånger med en liter destillerat vatten per tvätt enligt vad som visas. Efter aktivering, skär katjon- och anjonutbytesmembranen till 49 kvadratcentimeter. För att tillverka en RÖD stack, placera en tre centimeter tjock PMMA-platta med elektroden vänd uppåt och placera en gummipackning och distans på elektroden.Placera katjonbytarmembranet och anjonbytarmembranet på vardera sidan av packningen. Placera en kiselpackning och en distans på varje membran och placera en andra PMMA-platta på det andra lagret av distanser och packningar. Använd sedan en digital skiftnyckeldrivning med en kraft på 25 newtonmeter för att säkra installationen med muttrar, bultar och brickor.När stacken har monterats, placera en titannätelektrod belagd med en 1:1-blandning av iridium och ruthenium i slutet av varje platta och använd krokodilklämmor för att ansluta elektroderna till källmätaren. Minst två timmar före analysen, tillsätt fem liter av en 0,01 molar låg natriumkloridlösning och fem liter av en 0,6 molar hög natriumkloridlösning till enskilda stora behållare anslutna till en peristaltisk pump och rör om lösningarna kontinuerligt vid rumstemperatur. För att utföra RED-analysen tillsätt 0,05 molarsköljlösning till en tredje behållare och använd gummirör för att ansluta alla tre behållarna genom den peristaltiska pumpen och tryckmätare till RED-enheten.Ställ in sköljlösningens flöde på 50 milliliter per minut och saltlösningarna flödeshastighet till 100 milliliter per minut och kontrollera slangen för att eliminera eventuellt korsflöde eller läckage. Utför en tryckmätare för att vara säker på att avläsningen är stabil. När lösningarna har gått igenom stapeln minst i fem minuter använder du en källmätare som är ansluten till båda elektroderna och till RED-stacken för att mäta den omvända elektrodialysutgångsprestandan med galvanostatmetoden.Den omvända elektrodialysanordningen fungerar som en potentiell kandidat för att uppfylla den universella efterfrågan på framtida energikriser. Skillnaden i salthaltsgradienten för saltkoncentrationen ger upphov till den öppna kretsspänningen, vilket beror på det inre motståndet hos den omvända elektrodialysstacken. I denna analys var den maximala effekttätheten för den omvända elektrodialysstacken cirka 0,7 watt per kvadratmeter, och den beräknade nettoeffekttätheten var cirka 0,65 watt per kvadratmeter vid ett fast flöde.Som observerats ökade cellens effekttäthet initialt till det maximala strömtäthetsvärdet innan den sjönk som svar på en ökning av den röda stackens interna motstånd. Det är viktigt att regelbundet dubbelkontrollera röranslutningen, lösningens korsflöde och vätskor för att producera effektiv och stabil samannaprestanda. Beredningen av ett enhetligt stort områdesmembran destabiliserar cellens prestanda utan att smutsa ner membranet och lösningsläckaget.Dessutom fungerar det effektivt under stressförhållanden.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

Tillverkning av VB<sub&gt; 2</sub&gt; / Luftceller för elektrokemiska 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

Tillverkning av enhetliga håligheter i nanoskala 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

Mönstring via Optiska mätt Transitions - tillverkning och 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) -baserad metodik för att kvantitativt utvärdera framåt och bakåtljusstrålning från intrakokulära linser

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

Beredning av stora ytor vertikala 2D Crystal Hetero-strukturer genom Sulfurization övergången metall filmer för enheten Fabrication

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

Tillverkning av magnetiska nanostrukturer på kisel nitriden membran för magnetiska Vortex studier med överföring mikroskopi tekniker

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

Tillverkning av en optisk Cell torktumlare för spektroskopianalyser i cellerna

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 för tillverkning av smarta 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

Tillverkning av Nanoheight kanaler införliva Surface Acoustic Wave Actuation via Litium Niobat för akustisk nanofluidik

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

Pneumatiskt driven mikrofluidisk plattform för mikropartikelkoncentration

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