Name: أغشية التبادل الأيوني لتصنيع جهاز التحليل الكهربائي العكسي (فيديو) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-07-20T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 55 s
Description: تعلم تصنيع أغشية التبادل الأيوني لجهاز التحليل الكهربائي العكسي لإنتاج طاقة مستدامة من تدرج الملوحة. يغطي البروتوكول تركيب المكدس وقياس كثافة القدرة بقيمة 0.7 واط لكل متر مربع.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

وقد تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للبحوث الكورية (NRF) منحة ممولة من الحكومة الكورية (MEST) (رقم. NRF-2017R1A2A2A05001329). إن مؤلفي المخطوطة ممتنون لجامعة سوغانغ، سيول، جمهورية كوريا.

1. شرط تجريبي
<ol><li>شراء البوليمر الأيونات التبادل، E-550 سلفونات-PEEK ألياف البوليمر لإعداد CEM و FAA-3 لإعداد AEM. تأكد من تخزين جميع البوليمرات الأيونومية في بيئة نظيفة وجافة وخالية من الغبار قبل الاستخدام.</li>
	<li>استخدام المذيبات عالية النقاء (&gt;99٪)، بما في ذلك N-ميثيل-2- بيروليدون مع الوزن الجزيئي 99.13 غرام مول-1 ون، N-Dimethylacetamide مع الوزن الجزيئي 87.12، لإعداد حل أيونومر متجانسة. ضمان استخدام جميع المواد الكيميائية والمذيبات التحليلية الجودة لإعداد الأغشية كما وردت دون أي تنقية أخرى.</li>
	<li>بعد عملية تنشيط الأغشية، قم بغمر جميع الأغشية على الفور في محلول NaCl 0.5 M للحصول على أداء أفضل. بعد تنشيط كلا الغشاءين ، لا يلزم التجفيف. الماء مع المقاومة هو 18.2 MΩ في درجة حرارة الغرفة كان يستخدم في جميع أنحاء توليف الغشاء.</li>
	<li>تميز خصائص الغشاء باستخدام غشاء جاف. وصف مفصل لتقنيات التوصيف وخصائصها الفيزيائية الكيميائية مثل القدرة على التبادل الأيوني، التوصيلية الأيونية، سمك، التحليل الحراري، ومورفولوجيا السطح، كما هو معروض في الأدبيات10،11.</li>
	<li>استخدام القاطع لتشكيل الغشاء لCEM و AEM لحجم المكدس الأحمر مع مساحة نشطة من 49 سم2، كما هو معروض في الشكل 2.</li>
	<li>لتصنيع المكدس الأحمر، وجعل ترتيب CEM و AEM بديل، مفصولة المسافة والحشايا؛ يتم تقديم صورة حقيقية للكومة RED العمل في الشكل 3a، ويتضح الرسم التخطيطي لكل طبقة في الشكل 3b.<ol>
<li>أولا، ضع لوحة PMMA التي تواجه القطب رأسا على عقب. الآن، ضع طوقا مطاطيا ومتباعدا عليه، ثم ضع CEM. بعد ذلك ، ضع طوقا السيليكون مع المتباعد على CEM ثم ضع AEM عليه. وبالمثل، إضافة طوقا السيليكون والمتباعد على الجزء العلوي من AEM تليها CEM. الآن، ضع لوحة PMMA نهاية، طوقا المطاط، والمتباعد تليها تشديد باستخدام مسامير المسمار والجوز.</li>
	</ol>
</li>
	<li>بعد تجميع المكدس الأحمر، تحقق من التدفق الحر للتركيز العالي (HC)، وانخفاض التركيز (LC)، وشطف الحلول واحدا تلو الآخر. أي تدفق متقاطع أو تسرب مطلوب للتخلص منه قبل القياس.</li>
	<li>قبل قياس التيار والجهد، ومراقبة معدل تدفق حلول الملح والضغط قياس القراءة وتأكد من ثباته. تأكد من أن جميع الاتصالات في المكان المحدد قبل بدء القياس. تجنب لمس مكدس RED وأنابيب توصيله أثناء تشغيل القياس. ملاحظة: تدفق محلول HC وLC من مقصوراتهما لتجاهل المقصورة من خلال مضخة عمودية، وقياس الضغط، وكومة RED، على التوالي.</li>
	<li>استخدام طريقة galvanostat لقياس التيار والجهد، وأداة متر المصدر متصلة المكدس الأحمر من خلال مقاطع التماسيح.</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig02.jpg"> الشكل 2: حجم وشكل الغشاء المعد ، طوقا ، والمتباعد لتصنيع التحليل الكهربائي العكسي. (أ) طوقا السيليكون الخارجي ، (ب) المسافة الخارجية والمتباعد الداخلي ، (ج) طوقا السيليكون الداخلية ، (د) غشاء تبادل cation ، (ه) غشاء تبادل الأيونات ، و (و) طوقا وتجميع الغشاء. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig02large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig03.jpg"> الشكل 3: عكس مكدس التحليل الكهربائي. (أ) إعداد مكدس التحليل الكهربائي العكسي مع أنابيب الربط، و (ب) التوضيح التخطيطي لطبقات مختلفة، بما في ذلك لوحات نهاية PMMA، والأقطاب الكهربائية، طوقا، فاصل، CEM، و AEM. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig03large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
2. أيون تبادل إعداد الغشاء
ملاحظة: تم تحسين كمية المواد السليفة للحصول على غشاء بقطر 18 سم وسمك ~ 50 ميكرومتر.
<ol><li>
غشاء تبادل Cation
	<ol>
<li>خذ 5 wt٪ من ألياف SULFONATED-PEEK في قارورة قاع مستديرة سعة 250 مل وحل الألياف في Dimethylacetamide (DMAc) كمذيب له وزن جزيئي 87.12 غرام مول-1. يهز قارورة لمدة 10 دقيقة بحيث تستقر جميع البوليمرات الأيونومير.</li>
		<li>ضع شريط مغناطيسي في القارورة ثم احتفظ بالخليط في حمام زيت السيليكون، يليه التحريك بقوة عند 500 دورة في الدقيقة لمدة 24 ساعة عند 80 درجة مئوية للحصول على محلول متجانس.</li>
		<li>تصفية حل SULFONATED-PEEK من خلال 0.45 ميكرومتر حجم المسام Polytetrafluoroethylene (PTFE) مرشح.</li>
		<li>بعد ذلك، صب الحل المصفاة على طبق زجاجي دائري بقطر 18 سم. تأكد من إزالة جميع فقاعات الهواء باستخدام منفاخ الهواء قبل وضع طبق بيتري في الفرن.</li>
		<li>ضع طبق بيتري داخل فرن لتجفيف المحلول عند 90 درجة مئوية لمدة 24 ساعة ، مما أدى إلى غشاء قائم بذاته سمكه ~ 50 ميكرومتر. القيام بذلك لاستخراج غشاء قائم بذاته: لتقشير الغشاء من طبق بيتري، وملء طبق بيتري مع ماء التقطير الدافئ (~ 60 درجة مئوية) والسماح لها بالوقوف لمدة 10 دقيقة لم يمسها. سوف يخرج الغشاء القائم بذاته تلقائيا.</li>
		<li>لتنشيط الغشاء، تزج الغشاء القائم بذاته المعدة في 1 M حمض الكبريتيك (H2SO4)محلول مائي، أي 98.08 غرام، في 1 لتر من الماء المقطر، واحتضان لمدة 2 ساعة في 80 درجة مئوية. ملاحظة: هذه الخطوة سوف تضمن إزالة الجسيمات الأجنبية وغيرها من المواد الكيميائية مثل المذيبات التي من شأنها أن تقلل من إمكانية الغشاء من قاذورات.</li>
		<li>غسل الغشاء المنقوع مع 1 لتر من الماء المقطر لمدة 10 دقائق، على الأقل ثلاث مرات في درجة حرارة الغرفة.</li>
	</ol>
</li>
	<li>غشاء تبادل أنيون<ol>
<li>حل حل أيونمر FAA-3 10 wt.٪ في N-ميثيل-2-بيروليدون (NMP) المذيبات.</li>
		<li>الحفاظ على الحل لتحريك في درجة حرارة الغرفة لمدة 2 ساعة في ~ 500 دورة في الدقيقة.</li>
		<li>بعد ذلك، قم بتصفية الحل باستخدام الشبكة بحجم مسام 100 ميكرومتر.</li>
		<li>صب ~ 30 مل تصفية الحل في طبق بيتري الزجاج الدائري مع قطرها 18 سم. تأكد من إزالة جميع فقاعات الهواء باستخدام منفاخ الهواء قبل وضع طبق بيتري الزجاجي في الفرن. تتم عملية التجفيف عند 100 درجة مئوية لمدة 24 ساعة.</li>
		<li>للحصول على غشاء قائم بذاته، صب الماء المقطر الساخن في طبق بيتري الزجاج والاحتفاظ بها لمدة 10 دقيقة على الأقل. الآن قشر قبالة الأغشية ومكان في 1 لتر من هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) حل (تركيز 1M والوزن الجزيئي 40 غرام مول-1)لمدة 2 ساعة.</li>
		<li>ثم غسل الغشاء جيدا مع 1 لتر من الماء المقطر لمدة 10 دقائق، على الأقل ثلاث مرات في حالة المحيطة. ملاحظة: تم تخزين جميع الأغشية المعدة في محلول NaCl 0.5 M بين عشية وضحاها قبل استخدامه في كومة RED. بحيث يحصل على تعزيز الموصلية الغشاء ويمكن تحقيق أداء الناتج استقرت أثناء قياس المكدس الأحمر. يصف الجدول 1 خصائص الغشاء10،11.</li>
	</ol>
</li>
</ol><table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>مواصفات</td>
			<td>وحدة</td>
			<td>CEM</td>
			<td>AEM</td>
		</tr>
<tr>
<td>درجة تورم</td>
			<td>%</td>
			<td>5±1</td>
			<td>1±0.5</td>
		</tr>
<tr>
<td>كثافة الشحن أو سعة تبادل الأيونات</td>
			<td>ميك / غ</td>
			<td>1.8</td>
			<td>~1.6</td>
		</tr>
<tr>
<td>الخصائص الميكانيكية (قوة الشد)</td>
			<td>الكروب الذهنيه</td>
			<td>&gt;40</td>
			<td>40-50</td>
		</tr>
<tr>
<td>استطالة لكسر</td>
			<td>%</td>
			<td>~ 42</td>
			<td>30-50</td>
		</tr>
<tr>
<td>مودولو الشباب (MPa)</td>
			<td></td>
			<td>1500±100</td>
			<td>1000-1500</td>
		</tr>
<tr>
<td>الموصلية في درجة حرارة الغرفة</td>
			<td>S/سم</td>
			<td>~0.03</td>
			<td>~ 0.025</td>
		</tr>
<tr>
<td>الانتقائية</td>
			<td>%</td>
			<td>98-99</td>
			<td>94-96</td>
		</tr>
<tr>
<td>سمك</td>
			<td>ميكرومتر</td>
			<td>50±2</td>
			<td>50±3</td>
		</tr>
<tr>
<td>المذيبات</td>
			<td>-</td>
			<td>ديميثيليستاميد (DMAc)</td>
			<td>N-ميثيل-2-بيروليدون (NMP)</td>
		</tr>
</tbody></table>الجدول 1: خصائص الأغشية. ملخص لكل من خصائص غشاء تبادل cation وتبادل أنيون.
3. تصنيع التحليل الكهربائي العكسي
<ol><li>
تجميع مكدس أحمر
	<ol>
<li>إعداد حل نموذج باستخدام 0.6 M NaCl لتركيز عالي (HC) و 0.01 M NaCl لمقصورات التركيز المنخفض (LC)12. ملاحظة: هنا، تعتبر مياه النهر محلول ملح منخفض التركيز، ويتم تمثيل مياه البحر كمحلول ملح عالي التركيز.</li>
		<li>إعداد 5 لتر من تركيز عال وانخفاض تركيز الحل في حاوية كبيرة متصلة مع الأنابيب. الحفاظ على الحلول اثارة في الظروف المحيطة (درجة حرارة الغرفة) لمدة 2 ساعة على الأقل قبل أن يتم استخدامه في كومة الأحمر.</li>
		<li>إعداد خليط من 0.05 M من [في (CN)6]-3/ [في (CN)6]-4 و 0.3 M NaCl في الماء 500 مل كحل شطف لRED.</li>
		<li>قم بتوصيل حاويات الحلول الثلاثة بمكدس RED باستخدام أنابيب مطاطية من خلال المضخة العاكسة ومقاييس الضغط. استخدم أنبوب مقاس L/S 16 لحل الشطف، واستخدم أنبوب مقاس L/S 25 لحل HC وLC.</li>
		<li>لجعل كومة الأحمر، واتخاذ اثنين من لوحات النهاية المصنوعة من الميثاكريل polymethyl (PMMA). قم بتوصيل اللوحتين الأماميتين أفقيا وجها لوجه بالمكسرات والبراغي والغسالات باستخدام قوة 25 نيوتن متر باستخدام برنامج تشغيل مفتاح رقمي. سمك لوحات نهاية PMMA 3 سم، وتم تصميم مسار قنوات التدفق في لوحات لHC، LC، وشطف الحل من قبل الحفار2.</li>
		<li>وضع اثنين من أقطاب شبكة مصنوعة من التيتانيوم المعدنية (تي) المغلفة مع خليط من الإيريديوم (Ir) وروثينيوم (رو) في نسبة 1:1 ومكان في نهاية لوحات PMMA. يتم توصيل كل من أقطاب نهاية مع مقطع التماسيح من متر المصدر. ملاحظة: تم تجهيز كل من لوحات نهاية PMMA بأقطاب كهربائية شبكية ، وتم وضع كلا القطبين مع فاصل شكل مربع ، ولوحة نهاية PMMA مغطاة بطوق مطاطي مواجه للداخل. بعد ذلك ، يتم وضع CEM و AEM بدلا من ذلك ، مفصولين بحشية السيليكون والمتباعد ، كما هو موضح في الشكل 3.</li>
		<li>تثبيت طوقا السيليكون، والفواصل البوليمر، والأغشية التبادل الأيوني (CEM و AEM) طبقة طبقة، كما هو معروض في الرسم التخطيطي الشكل 4 والشكل 5. ضمان المنطقة النشطة من الأقطاب الكهربائية، كل من الأغشية، الخارجي والداخلي المتباعد، طوقا الخارجي والداخلي هو 7 × 7 = 49 سم2.</li>
		<li>تمرير عالية التركيز ومنخفضة تركيز المحاليل من المقصورات المعنية من قبل مضخات التجبير، كما هو معروض في الرسم التخطيطي في الشكل 4.</li>
		<li>تعميم حل شطف في القطب الخارجي ومقصورات الغشاء في وضع إعادة التدوير باستخدام مضخات العتمة. معدل التدفق المستخدم لحل الشطف هو 50 مل دقيقة-1.</li>
		<li>يستخدم معدل التدفق الثابت لتحليل أداء كل غشاء. في هذه التجربة، استخدمنا 100 مل دقيقة-1 من خلال مضخة التجسيم.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig04.jpg"> الشكل 4: تمثيل تخطيطي للاتصال أنبوب مع كومة التحليل الكهربائي العكسي. اتصال التحليل الكهربائي العكسي مع مضخات التجبير، حاوية محلول عالي التركيز، حاوية محلول منخفض التركيز، وعاء حل الشطف، وحاوية محلول التخلص. كما يظهر محاذاة المتباعد مع كل من غشاء تبادل أنيون (AEM) وغشاء تبادل cation (CEM). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig04large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig05.jpg"> الشكل 5:الرسم التخطيطي للطبقات المختلفة في إعداد التحليل الكهربائي العكسي. (أ) عرض مقطع عرضي لرسم تخطيطي للتحليل الكهربائي العكسي يظهر اتجاه تدفق محلول التركيز العالي ، محلول التركيز المنخفض ، ومحلول شطف القطب الكهربائي. مكونات أخرى مثل الأقطاب الكهربائية، طوقا الخارجي والداخلي، الفواصل الخارجية والداخلية، غشاء تبادل cation، وغشاء تبادل أنيون. (ب) عرض أمامي للكدسة، والذي يظهر اتجاه تدفق الحل. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig05large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
4. قياس التحليل الكهربائي العكسي
<ol><li>
حساب الطاقة
	<ol>
<li>السماح للتركيز العالي، وانخفاض التركيز، وشطف الحل، تشغيل من خلال كومة على الأقل لمدة 5 دقائق. قياس أداء الإخراج RED بواسطة مقياس المصدر، الذي يرتبط بكل من الأقطاب الكهربائية للكومة الحمراء13.</li>
		<li>احسب خصائص الجهد الحالي للكدسة الحمراء من حيث كثافة الطاقة باستخدام طريقة galvanostat. ملاحظة: في طريقة galvanostat، يتم تطبيق تيار ثابت عبر الأقطاب الكهربائية ويقيس التيار الناتج. التيار الناتج هو التيار المتولد بسبب التفاعل الكهروكيميائية في المكدس. يتم إجراء القياس تحت الجهد الثابت 0.05 V مع تيار اكتساح ثابت 10 mA.</li>
		<li>يتم قياس كثافة الطاقة القصوى للكدسة الحمراء بمساعدة المعادلة التالية 1. <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/62309/62309eq2.jpg">(1) هنا، Pماكس هو الحد الأقصى لكثافة الطاقة من المكدس الأحمر (WM-2)،يو كومة هو الجهد (V) التي تنتجها الغشاء في المكدس، وأناكومة هو التيار المسجل (A)،وميم هو المنطقة النشطة من الأغشية (م2).</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Dlugolecki, P., Gambier, A., Nijmeijer, K., Wessling, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Practical+potential+of+reverse+electrodialysis+as+process+for+sustainable+energy+generation%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Practical potential of reverse electrodialysis as process for sustainable energy generation.</a> Environmental Science & Technology. 43, 6888-6894 (2009).</li>
<li>Kim, D., Kwon, K., Kim, D. H., Li, L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKim%2C+D+%22Energy+Generation+Using+Reverse+Electrodialysis%3A+Principles%2C+Implementation%2C+and+Applications%22">Energy Generation Using Reverse Electrodialysis: Principles, Implementation, and Applications</a>. , Springer. (2019).</li>
<li>Mei, Y., Tang, C. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+developments+and+future+perspectives+of+reverse+electrodialysis+technology%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Desalination%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Salinity+gradients+for+sustainable+energy%3A+primer%2C+progress%2C+and+prospects%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Salinity gradients for sustainable energy: primer, progress, and prospects.</a> Environmental Science & Technology. 50, 12072-12094 (2016).</li>
<li>Li, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+hybrid+process+of+reverse+electrodialysis+and+reverse+osmosis+for+low+energy+seawater+desalination+and+brine+management%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Energy%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Salinity+gradient+power+by+reverse+electrodialysis%3A+effect+of+model+parameters+on+electrical+power+output%5BTitle%5D)+AND+%22Desalination%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Energy+capture+from+thermolytic+solutions+in+microbial+reverse-electrodialysis+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Modeling+of+power+generation+with+thermolytic+reverse+electrodialysis+for+low-grade+waste+heat+recovery%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Energy%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Potential+ion+exchange+membranes+and+system+performance+in+reverse+electrodialysis+for+power+generation%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Membrane+Science%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Controlling+fuel+crossover+in+open+electrochemical+cells+by+tuning+the+water+nanochannel+for+power+generation%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Sustainable+Chemistry+%26+Engineering%22%5BJournal%5D)">Controlling fuel crossover in open electrochemical cells by tuning the water nanochannel for power generation.</a> ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 8, 8613-8623 (2020).</li>
<li>Shah, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modified+single-wall+carbon+nanotube+for+reducing+fouling+in+perfluorinated+membrane-based+reverse+electrodialysis%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Hydrogen+Energy%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Brine+recovery+using+reverse+electrodialysis+in+membrane-based+desalination+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Desalination%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Parametric+study+of+reverse+electrodialysis+using+ammonium+bicarbonate+solution+for+low-grade+waste+heat+recovery%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Conversion+and+Management%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Comparison+of+hydrogen+production+and+electrical+power+generation+for+energy+capture+in+closed-loop+ammonium+bicarbonate+reverse+electrodialysis+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Chemistry+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Reducing+pumping+energy+by+using+different+flow+rates+of+high+and+low+concentration+solutions+in+reverse+electrodialysis+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Membrane+Science%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Doubled+power+density+from+salinity+gradients+at+reduced+intermembrane+distance%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Doubled power density from salinity gradients at reduced intermembrane distance.</a> Environmental Science & 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/pubmed?term=((Reverse+electrodialysis%3A+Performance+of+a+stack+with+50+cells+on+the+mixing+of+sea+and+river+water%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Membrane+Science%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Electrical+power+from+sea+and+river+water+by+reverse+electrodialysis%3A+a+first+step+from+the+laboratory+to+a+real+power+plant%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Electrical power from sea and river water by reverse electrodialysis: a first step from the laboratory to a real power plant.</a> Environmental Science & Technology. 44, 9207-9212 (2010).</li>
<li>Batchelor, C. K., Batchelor, G. K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBatchelor%2C+CK+%22An+Introduction+to+Fluid+Dynamics%22">An Introduction to Fluid Dynamics</a>. , Cambridge University Press. (2000).</li>
<li>Schock, G., Miquel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mass+transfer+and+pressure+loss+in+spiral+wound+modules%5BTitle%5D)+AND+%22Desalination%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Spacer+characterization+and+pressure+drop+modelling+in+spacer-filled+channels+for+ultrafiltration%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Membrane+Science%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Influence+of+multivalent+ions+on+renewable+energy+generation+in+reverse+electrodialysis%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+%26+Environmental+Science%22%5BJournal%5D)">Influence of multivalent ions on renewable energy generation in reverse electrodialysis.</a> Energy & 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/pubmed?term=((Enhanced+mixing+in+the+diffusive+boundary+layer+for+energy+generation+in+reverse+electrodialysis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Membrane+Science%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Upscaling+reverse+electrodialysis%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Upscaling reverse electrodialysis.</a> Environmental Science & Technology. 52, 10856-10863 (2018).</li>
<li>Sarkar, S., SenGupta, A. K., Prakash, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+donnan+membrane+principle%3A+opportunities+for+sustainable+engineered+processes+and+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">The donnan membrane principle: opportunities for sustainable engineered processes and materials.</a> Environmental Science & Technology. 44, 1161-1166 (2010).</li>
<li>Kim, H. -K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+power+density+of+reverse+electrodialysis+with+pore-filling+ion+exchange+membranes+and+a+high-open-area+spacer%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">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>Długołęcki, P., Nymeijer, K., Metz, S., Wessling, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+status+of+ion+exchange+membranes+for+power+generation+from+salinity+gradients%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Membrane+Science%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Salt+concentration+differences+alter+membrane+resistance+in+reverse+electrodialysis+stacks%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology+Letters%22%5BJournal%5D)">Salt concentration differences alter membrane resistance in reverse electrodialysis stacks.</a> Environmental Science & Technology Letters. 1, 36-39 (2014).</li>
</ol>

ولا يعلن صاحبا البلاغ عن وجود تضارب في المصالح.

ويهيمن أساسا على مبدأ العمل الأحمر من قبل خصائص الغشاء الفيزيائية الكيميائية، والتي هي جزء حاسم من النظام RED، كما هو موضح في الشكل 3. هنا، ونحن نصف الخصائص الأساسية للغشاء لتقديم نظام RED عالية الأداء. نفاذية الغشاء الأيونية المحددة تجعله يمرر نوعا واحدا من الأيونات من خلال قناة البوليمر النانوية الخاصة بهم. كما يوحي الاسم، يمكن أن تمر CEM cation من جانب إلى آخر ويقيد أنيون، في حين أن AEM يمكن تمرير أنيون ويقيد cation. كما هو مبين في الشكل 2، تم تشكيل جميع الأغ...

إن حصاد الطاقة من الموارد الطبيعية هو أسلوب اقتصادي صديق للبيئة، مما يجعل كوكبنا أخضر ونظيفا. وقد اقترحت عدة عمليات حتى الآن لاستخراج الطاقة، ولكن عكس التحليل الكهربائي (RED) لديه إمكانات هائلة للتغلب على أزمة الطاقة القضية1. إنتاج الطاقة من التحليل الكهربائي العكسي هو طفرة تكنولوجية لإزالة الكربون من الطاقة العالمية. كما يوحي الاسم، RED هو عملية عكسية، حيث تمتلئ مقصورة الخلية البديلة بمحلول الملح عالي التركيز ومحلول الملح منخفض التركيز2. الإمكانات الكيميائية الناتجة عن فرق تركيز الملح عبر أغشية التبادل الأيوني ، التي تم جمعها من الأقطاب الكهربائية في نهاية المقصورة.
منذ عام 2000 ، وقد نشرت العديد من المقالات البحثية ، وتوفير نظرة ثاقبة RED نظريا وتجريبيا3،4. الدراسات المنهجية على ظروف التشغيل ودراسات الموثوقية في ظل ظروف الإجهاد تحسين بنية المكدس وتعزيز الأداء الكلي للخلية. حولت العديد من المجموعات البحثية انتباهها نحو تطبيق RED الهجين ، مثل RED مع عملية تحلية المياه5، RED مع الطاقة الشمسية6، RED مع عملية التناضح العكسي (RO)5، RED مع خلية الوقود الميكروبية7، وRED مع عملية التبريد الإشعاعي8. كما ذكر سابقا، هناك الكثير من المجال في تنفيذ تطبيق RED الهجين لحل مشكلة الطاقة والمياه النظيفة.
وقد اعتمدت عدة طرق لتعزيز أداء الخلية الحمراء وقدرة الغشاء على تبادل الأيونات. تكييف أغشية تبادل cation مع أنواع مختلفة من الأيونات باستخدام مجموعة حمض الكبريتيك (-SO3H)، مجموعة حمض الفوسفونيك (-PO3H2)،ومجموعة حمض كاربوكسيليك (-COOH) هي واحدة من الطرق الفعالة لتغيير الخصائص الفيزيائية الكيميائية للغشاء. صممت أغشية تبادل أنيون مع مجموعات الأمونيوم ( <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62309/62209eq1.jpg"> )9. الموصلية الأيونية العالية ل AEM و CEM دون تدهور القوة الميكانيكية للغشاء هي المعلمة الأساسية لاختيار غشاء مناسب لتطبيق الجهاز. يوفر الغشاء القوي في ظل ظروف الإجهاد الاستقرار الميكانيكي للغشاء ويعزز متانة الجهاز. هنا، يتم استخدام مزيج فريد من البولي السلفونات القائم بذاته عالي الأداء (إيثر إيثر كيتون) (sPEEK) كأغشية تبادل cation مع FAA-3 كأغشية تبادل الأنيون في تطبيق RED. ويبين الشكل 1 مخطط تدفق الإجراء التجريبي.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig01.jpg"> الشكل 1: مخطط الإجراءات. يعرض مخطط التدفق الإجراء المعتمد لإعداد غشاء التبادل الأيوني متبوعا بعملية قياس التحليل الكهربائي العكسي. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig01large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>

<table><tbody><tr><td>غشاء قائم على AEM</td><td>Fumion</td><td>P1810-194</td><td>غشاء قائم على Ionomer</td></tr><tr><td>CEM</td><td>Fumion</td><td>E550</td><td>Ionomer</td></tr><tr><td>مفتاح عزم دوران رقمي</td><td>Torqueworld</td><td>WP2-030-09000251</td><td>مفتاح</td></tr> ربط <tr><td>برنامج Labview</td><td>Natiaonal</td> <td>Instrument-Software</td><td></td></tr> <tr><td>كمبيوتر محمول</td><td>LG-PC</td><td></td><td></td></tr> محرك <tr><td>مغناطيسي</td><td>رفيق المختبر</td> <td>-</td> <td>MS-17BB</td></tr><tr><td>N ، N-ثنائي ميثيل أسيتاميد</td><td>سيجما ألدريتش</td><td>271012</td><td>كيميائي</td></tr><tr><td>N-Methyl-2- pyrrolidone</td><td>Daejung</td><td>872-50-4</td><td>مضخة</td></tr><tr><td>التمعجية</td> الكيميائية <td>EMS tech Inc-EMP</td><td></td> <td>2000W</td></tr><tr><td>سداسي سيانوفيرات البوتاسيوم (II) ثلاثي هيدرات</td><td>سيجما ألدريتش</td><td>P3289</td><td>البوتاسيوم الكيميائي</td></tr><tr><td> hexacyanoferrate (III)</td> <td>Sigma aldrich</td><td>244023</td><td>مقياس الضغط الكيميائي</td></tr><tr><td></td><td>Swagelok-Guage</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>إعداد غسيل الكلى العكسي</td><td>ملفقة في مختبر</td> <td>جهاز</td><td></td></tr> <tr><td>نظام RO الماء النقي</td><td>KOTITI-الماء</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>الدوار</td><td>المبخر هيتاشي</td><td>YEFO-KTPM</td><td>المحرك التعريفي</td></tr><tr><td>كلوريد</td> <td>الصوديومسيجما ألدريتش</td><td>S9888</td><td></td></tr><tr><td>هيدروكسيد الصوديوم</td> الكيميائي <td>ميرك</td><td>1310-73-2</td><td></td></tr><tr><td>مقياس المصدر</td> الكيميائي <td>Keithley-2410</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Spacer</td><td>Nitex ، SEFAR</td><td>06-250 / 34</td><td>فاصل</td></tr><tr><td>حمض الكبريتيك</td><td>Daejung</td><td>7664-93-9</td><td>أنبوب كيميائي</td></tr><tr><td></td><td>أنبوب Masterflex</td><td>96410-25</td><td>أنبوب مطاطي</td></tr></tbody></table>

أغشية التبادل الأيوني لتصنيع جهاز التحليل الكهربائي العكسي

Ion-Exchange Membranes for the Fabrication of Reverse Electrodialysis Device

التحليل الكهربائي العكسي (RED) هو وسيلة فعالة لتوليد الطاقة عن طريق خلط تركيزين مختلفين من الملح في الماء باستخدام أغشية تبادل التشجير (CEM) وأغشية تبادل الأيونات (AEM). يتكون المكدس الأحمر من ترتيب متناوب لغشاء تبادل cation وغشاء تبادل الأيونات. يعمل الجهاز RED كمرشح محتمل لتلبية الطلب العالمي على أزمات الطاقة في المستقبل. هنا، في هذه المقالة، ونحن نظهر إجراء لتصنيع جهاز التحليل الكهربائي العكسي باستخدام CEM على نطاق المختبر و AEM لإنتاج الطاقة. المنطقة النشطة من غشاء التبادل الأيوني هي 49 سم2. في هذه المقالة، ونحن نقدم إجراء خطوة بخطوة لتجميع الغشاء، تليها التجميع المكدس وقياس الطاقة. كما تم شرح شروط القياس وحساب صافي ناتج الطاقة. وعلاوة على ذلك، فإننا نصف المعايير الأساسية التي تؤخذ في الاعتبار من أجل الحصول على نتيجة موثوقة. كما نقدم معلمة نظرية تؤثر على الأداء الكلي للخلية فيما يتعلق بالغشاء ومحلول التغذية. باختصار، تصف هذه التجربة كيفية تجميع وقياس الخلايا الحمراء على نفس المنصة. كما يحتوي على مبدأ العمل والحساب المستخدم لتقدير صافي إنتاج الطاقة من المكدس الأحمر باستخدام أغشية CEM و AEM.

صافي إنتاج الطاقة تولد الخلية الحمراء بشكل عام طاقة كهربائية من تدرج الملوحة لمحلول الملح ، أي حركة الأيونات في الاتجاه المعاكس من خلال الغشاء. لتجميع المكدس الأحمر بشكل صحيح ، يحتاج المرء إلى محاذاة جميع الطبقات ، بما في ذلك الأقطاب الكهربائية والحشايا والأغشية والفواصل في المكدس بعناية ، كما هو موضح في الرسم التخطيطي في الشكل 4 والشكل 5. إذا لم يتم محاذاة المكدس تماما، قد تنشأ مشكلتين: (1) HC و LC حل التدفق المتبادل قد تحدث في المكدس و (2) ...

نحن نثبت تصنيع جهاز التحليل الكهربائي العكسي باستخدام غشاء تبادل cation (CEM) وغشاء تبادل أنيون (AEM) لتوليد الطاقة.

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

هذا البروتوكول هو وسيلة خالية من الضوضاء ونظيفة ومستدامة لإنتاج الطاقة. ويمكن بسهولة حل مشكلة أزمة الطاقة عن طريق تحويل ملوحة المياه الانحدار إلى كهرباء. توفر هذه الطريقة قائمة مباشرة لتوسيع غشاء منطقة كبيرة مع خصائص فيزيوكيميائية المعلقة لتوليد الطاقة الفعالة باستخدام RED.يمكن توسيع نطاق أداء إخراج الجهاز RED ويمكن استخدام الغشاء في الأجهزة الكهروكيميائية الأخرى مثل الفوسفات وبطاريات تدفق الأكسدة. إعداد المحلول المتجانس ، والترشيح ، والتجفيف ، وتقنيات التحكم ، والغسيل ، ومعالجة الأغشية ، وتنظيم أداء الغشاء القابل للاستنساخ. تعد محاذاة المكدس وتحسين انخفاض الضغط أمرين حاسمين لإنتاج أداء ثابت للجهاز.لإعداد غشاء تبادل cation، إضافة 5٪ ألياف متعدد الألوان الكبريتيتون إلى قارورة قاع مستديرة 250 ملليلتر وحل الألياف في مذيب dimethylacetamide. ثم يهز قارورة لمدة 10 دقائق بحيث تستقر جميع البوليمرات الأيونومية إلى الجزء السفلي من القارورة. ضع الخليط في حمام زيت السيليكون مع شريط تحريك مغناطيسي وحرك الحل بقوة في 500 ثورة في الدقيقة لمدة 24 ساعة عند 80 درجة مئوية للحصول على حل متجانس.في اليوم التالي، فلتر 30 ملليلتر من الحل من خلال مرشح PTFE 0.45 ميكرومتر في طبق زجاجي دائري قطره 18 سنتيمترا. استخدم منفاخ الهواء لإزالة أي فقاعات قبل وضع الطبق في الفرن لمدة 24 ساعة عند 90 درجة مئوية لتوليد غشاء قائم بذاته سمكه 50 ميكرومتر تقريبا. لاستخراج الغشاء القائم بذاته، ملء الطبق بالماء المقطر الدافئ.بعد 10 دقائق، سوف ينفصل الغشاء القائم بذاته عن الطبق. لتنشيط الغشاء، تزج الغشاء في محلول حمض الكبريتيك الضرس واحد لمدة ساعتين في 80 درجة مئوية، تليها ما لا يقل عن ثلاث يغسل 10 دقيقة مع لتر واحد من الماء المقطر في درجة حرارة الغرفة لكل غسل. حل 10٪ من قبل الوزن FAA-3 محلول أيونومر في المذيبات NMP لمدة ساعتين في درجة حرارة الغرفة و 500 الثورات في الدقيقة الواحدة.في نهاية الحضانة، فلتر ما يقرب من 30 ملليلتر من الحل من خلال مصفاة مسام 100 ميكرون في طبق بيتري زجاجي طوله 18 سنتيمترا. بعد إزالة أي فقاعات الهواء، ضع الطبق في فرن 100 درجة مئوية لمدة 24 ساعة. استخدام الماء المقطر الساخن لاستخراج الغشاء المجفف كما هو موضح وتنشيط الغشاء في لتر واحد من هيدروكسيد الصوديوم لمدة ساعتين.ثم غسل الغشاء المنشط ثلاث مرات مع لتر واحد من الماء المقطر لكل غسل كما هو موضح. بعد التنشيط، وقطع الأغشية تبادل التكني والأيون إلى 49 سم مربع. لتصنيع كومة RED، ضع لوحة PMMA سمكها ثلاثة سنتيمترات مع القطب الذي يواجه الأعلى ووضع طوقا مطاطيا ومتباعدا على القطب الكهربائي.ضع غشاء تبادل cation وغشاء تبادل الأيونات على جانبي طوقا. ضع طوقا من السيليكون ومتباعدا على كل غشاء وضع لوحة PMMA ثانية على الطبقة الثانية من الفواصل والحشايا. ثم استخدم محرك أقراص وجع رقمي مع قوة 25 نيوتن متر لتأمين الإعداد مع الصواميل والبراغي، وغسالات.عندما يتم تجميع المكدس، ضع قطبا كهربائيا واحدا من شبكة التيتانيوم مغلفا بمزيج واحد إلى واحد من الإيريديوم والروثينيوم في نهاية كل لوحة واستخدم مقاطع التماسيح لربط الأقطاب الكهربائية بمقياس المصدر. قبل ساعتين على الأقل من التحليل، أضف خمسة لترات من محلول كلوريد الصوديوم المنخفض الضرس 0.01 وخمسة لترات من محلول كلوريد الصوديوم العالي 0.6 مولر إلى حاويات كبيرة فردية متصلة بمضخة تعلجية وتحريك الحلول باستمرار في درجة حرارة الغرفة. لإجراء تحليل RED إضافة 0.05 حل شطف الضرس إلى حاوية ثالثة واستخدام أنابيب مطاطية لربط جميع الحاويات الثلاث من خلال مضخة العجان ومقاييس الضغط إلى التجمع الأحمر.تعيين معدل تدفق محلول الشطف إلى 50 ملليلتر في الدقيقة ومعدل تدفق حلول الملح إلى 100 ملليلتر في الدقيقة، والتحقق من الأنابيب للقضاء على أي تدفق متقاطع أو تسرب. قم بإجراء قراءة لقياس الضغط للتأكد من أن القراءة مستقرة. بعد تشغيل الحلول من خلال المكدس لمدة خمس دقائق على الأقل، استخدم مقياس مصدر متصل بكل من الأقطاب الكهربائية وكومة RED لقياس أداء إخراج التحليل الكهربائي العكسي من خلال طريقة galvanostat.يعمل جهاز التحليل الكهربائي العكسي كمرشح محتمل لتلبية الطلب العالمي على أزمات الطاقة المستقبلية. الفرق في تدرج الملوحة لتركيز الملح يؤدي إلى الجهد الدائرة المفتوحة، والتي تعتمد على المقاومة الداخلية للكدسة التحليل الكهربائي العكسي. في هذا التحليل، كانت كثافة الطاقة القصوى لكومة التحليل الكهربائي العكسي حوالي 0.7 واط لكل متر مربع، وكانت كثافة الطاقة الصافية المحسوبة حوالي 0.65 واط لكل متر مربع بمعدل تدفق ثابت.كما لوحظ، زادت كثافة الطاقة في الخلية في البداية إلى الحد الأقصى لقيمة الكثافة الحالية قبل أن تنخفض استجابة لزيادة في المقاومة الداخلية للكدسة الحمراء. من المهم أن تتقاطع بانتظام اتصال الأنابيب، والحل crossflow، والسوائل لإنتاج كفاءة ومستقرة وقال الأداء. إعداد غشاء منطقة كبيرة موحدة سوف زعزعة أداء الخلية دون قاذورات تسرب الغشاء والحل.وعلاوة على ذلك، فإنه يعمل بكفاءة في ظل ظروف الإجهاد.

ion-exchange-membranes-for-fabrication-reverse-electrodialysis

Research

JoVE Journal

Engineering

الهندسة

نثبت استخراج الأمونيوم من تيار غني بالأمونيوم باستخدام نظام كهروكيميائي ونظام كهروكيميائي حيوي. تتم مناقشة إعداد المفاعل وتشغيله وتحليل البيانات.

Electrochemically وBioelectrochemically المستحث استعادة الأمونيوم

توضح هذه المخطوطة عملية التصنيع لتصنيع المشغلات اللينة المطاطية العازلة القائمة على أغشية السيليكون. يتم عرض المراحل الرئيسية الثلاث للإنتاج بالتفصيل: صب الشفرة لأغشية السيليكون الرقيقة. طباعة الوسادة للأقطاب الكهربائية المتوافقة ؛ وتجميع جميع المكونات.

عملية تصنيع عازل المرنة الأجهزة التنفيذية القائمة على السيليكون

يوصف بروتوكول لمنصة رواية تركيز أيون الاستقطاب (ICP) الذي يمكن أن يوقف انتشار في منطقة المقارنات الدولية، بغض النظر عن ظروف التشغيل. هذه القدرة الفريدة لمنصة تكمن في استخدام دمج استنفاد الأيونات والإثراء، وهما أقطاب هذه الظاهرة برنامج المقارنات الدولية.

دمج ايون الاستقطاب التركيز بين جنبا إلى جنب التبادل الأيوني الأغشية لمنع الانتشار من منطقة الاستقطاب

تصحيح مسارات النقل أيون طريقة فعالة لتوليد تدفقات اليكتروهيدروديناميك جر أيون واحد ثنائي الاتجاه. بواسطة تعيين غشاء تبادل الأيوني في قناة تدفق، يتم إنشاء شرط مستقطب كهربائياً ويؤدي إلى تدفق سائل لتكون مدفوعة عند تطبيق مجال الكهربائي خارجياً.

توليد ومراقبة اليكتروهيدروديناميك التدفقات في حلول الكهرباء المائية

ويرد نهج بسيط واستنساخه وتنوعاً لتركيب الأغشية المعدنية العضوية إطار الكريستالات إينتيرجروون، في طائفة واسعة من غير معدلة مسامية وغير المسامية ويدعم.

تبلور الغرواني الكهربي الأغشية سامسونج إطار المعادن العضوية عالية الأداء

يقدم هنا بروتوكول خطوة بخطوة لتحقيق الأغشية المربوطة بالغاز (GEMs) من رقاقات SiO2/ Si باستخدام تقنية التصنيع الدقيق للدوائر المتكاملة. عندما يتم غمر السيليكا-GEMs في الماء، يتم منع تسرب المياه، على الرغم من تكوين المياه المحبة للسيليكا.

إثبات مفهوم الأغشية المنضوية للغاز المشتقة من SiO2/ Si/SiO2 رقاقات لتحلية المياه الخضراء

تصف هذه المقالة عملية تصنيع سريعة وبسيطة للمواد المركبة النشطة الكهروميكانيكية الأيونية للآلات في تطبيقات الطب الحيوي والمحاكاة الحيوية والروبوتات الناعمة. يتم وصف خطوات التصنيع الرئيسية ، وأهميتها للخصائص النهائية للشركات المحركة ، وبعض تقنيات التوصيف الرئيسية بالتفصيل.

تصنيع الاكتورات اللينة الفعالة الكهربية الفعالة من الكربون

يصف هذا البروتوكول منهجية قابلة للتكرار لتصنيع أغشية مصفوفة مختلطة من المعدن العضوي المستدام وقياس دقيق لموصلية البروتونات في المستوى تحت درجات حرارة ورطوبة متغيرة باستخدام مطيافية المقاومة الكهروكيميائية، والتي يمكن أن تكون مفيدة لخلايا وقود غشاء تبادل البروتونات (PEMFCs).

قياس توصيل البروتون في أغشية المصفوفة المختلطة المعتمدة على MOF بواسطة مطيافية المقاومة الكهروكيميائية

ويرد بروتوكول لدراسة المعادن متعددة الإلكترون / نظم بطارية الهواء باستخدام التكنولوجيا المتقدمة السابقة للخلية الزنك / بضغط الهواء. ثم يتم تنفيذ اختبار الكهروكيميائية على البطاريات ملفقة لتقييم الأداء.

تلفيق من VB<sub&gt; 2</sub&gt; / الخلايا الكهروكيميائية الهواء للاختبار

ويرد وصف طريقة للترابط بشكل دائم اثنين من رقائق السيليكون وذلك لتحقيق الضميمة موحدة. وهذا يشمل إعداد رقاقة، والتنظيف، والترابط RT، وعمليات التلوين. الرقاقات المستعبدين الناتجة (الخلايا) لديها توحيد الضميمة ~ 1٪1،2. تسمح الهندسة الناتجة عن ذلك بقياسات السوائل والغازات المحصورة.

تصنيع تجاويف نانوية موحدة عبر الترابط رقاقة السيليكون المباشر

تعلم تصنيع أغشية التبادل الأيوني لجهاز التحليل الكهربائي العكسي لإنتاج طاقة مستدامة من تدرج الملوحة. يغطي البروتوكول تركيب المكدس وقياس كثافة القدرة بقيمة 0.7 واط لكل متر مربع.

أغشية التبادل الأيوني لتصنيع جهاز التحليل الكهربائي العكسي

استكشف المزيد من الفيديوهات