Ionenaustauschmembranen für die Herstellung von Reverse Electrodialysegeräten

Zusammenfassung

Wir demonstrieren die Herstellung eines reversen Elektrodialysegeräts unter Verwendung einer Kationenaustauschmembran (CEM) und einer Anionenaustauschmembran (AEM) zur Stromerzeugung.

Zusammenfassung

Die umgekehrte Elektrodialyse (RED) ist eine effektive Möglichkeit, Strom zu erzeugen, indem zwei verschiedene Salzkonzentrationen in Wasser mit Kationenaustauschmembranen (CEM) und Anionenaustauschmembranen (AEM) gemischt werden. Der RED-Stack besteht aus einer abwechselnden Anordnung der Kationenaustauschmembran und der Anionenaustauschmembran. Das RED-Gerät fungiert als potenzieller Kandidat für die Erfüllung der universellen Nachfrage nach zukünftigen Energiekrisen. Hier, in diesem Artikel, demonstrieren wir ein Verfahren zur Herstellung eines reversen Elektrodialysegeräts mit CEM und AEM im Labormaßstab für die Stromerzeugung. Die aktive Fläche der Ionenaustauschmembran beträgt 49^cm2. In diesem Artikel stellen wir eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Synthese der Membran vor, gefolgt von der Montage und Leistungsmessung des Stacks. Die Messbedingungen und die Berechnung der Nettoleistungsabgabe wurden ebenfalls erläutert. Darüber hinaus beschreiben wir die grundlegenden Parameter, die berücksichtigt werden, um ein zuverlässiges Ergebnis zu erzielen. Wir liefern auch einen theoretischen Parameter, der die Gesamtzellleistung in Bezug auf die Membran und die Zuführlösung beeinflusst. Kurz gesagt, dieses Experiment beschreibt, wie RED-Zellen auf derselben Plattform zusammengesetzt und gemessen werden können. Es enthält auch das Funktionsprinzip und die Berechnung, die zur Schätzung der Nettoleistung des RED-Stacks mit CEM- und AEM-Membranen verwendet werden.

Einleitung

Energy Harvesting aus natürlichen Ressourcen ist eine wirtschaftliche Methode, die umweltfreundlich ist und dadurch unseren Planeten grün und sauber macht. Bisher wurden mehrere Verfahren zur Energiegewinnung vorgeschlagen, aber die umgekehrte Elektrodialyse (RED) hat ein enormes Potenzial, das Problem der Energiekrise zu überwinden¹. Die Stromerzeugung aus der umgekehrten Elektrodialyse ist ein technologischer Durchbruch für die Dekarbonisierung der globalen Energie. Wie der Name schon sagt, ist RED ein umgekehrter Prozess, bei dem das alternative Zellkompartiment mit der hochkonzentrierten Salzlösung und der niedrig konzentrierten Salzlösung<....

Protokoll

1. Experimentelle Anforderung

1. Kaufen Sie Ionenaustausch-Ionomerpolymer, E-550 sulfonierte PEEK-Polymerfaser zur Vorbereitung von CEM und FAA-3 zur Herstellung von AEM. Stellen Sie sicher, dass alle Ionomerpolymere vor dem Gebrauch in einer sauberen, trockenen und staubfreien Umgebung gelagert werden.
2. Zur Herstellung homogener Ionomerlösungen werden hochreine (>99%) Lösungsmittel, einschließlich N-Methyl-2-pyrrolidon mit Molekulargewicht 99,13 g^mol-1 und N,N-Dimethylacetamid mit Molekulargewicht 87,12, verwendet. Stellen Sie sicher, dass alle analytischen Chemikalien und Lösungsmittel für die Membranvorbereitung verwendet werden, wie sie ....

Ergebnisse

Netto-Ausgangsleistung
Red Cell erzeugt im Allgemeinen elektrische Energie aus dem Salzgehaltsgradienten der Salzlösung, d.h. der Bewegung der Ionen in die entgegengesetzte Richtung durch die Membran. Um den RED-Stapel korrekt zusammenzusetzen, müssen alle Schichten, einschließlich Elektroden, Dichtungen, Membranen und Abstandshalter im Stapel, sorgfältig ausgerichtet werden, wie im schematischen Diagramm in Abbildung 4 und Abbildung 5gezeigt.......

Diskussion

Das Funktionsprinzip des RED wird hauptsächlich von den physikalisch-chemischen Eigenschaften der Membran dominiert, die ein entscheidender Teil des RED-Systems sind, wie in Abbildung 3dargestellt. Hier beschreiben wir die grundlegenden Eigenschaften der Membran für die Bereitstellung eines leistungsstarken RED-Systems. Die spezifische Ionenpermeabilität der Membran führt dazu, dass eine Art von Ionen durch ihren Polymer-Nanokanal führt. Wie der Name schon sagt, kann CEM Kation von einer Sei.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
AEM-basierte Membran	Fumion	P1810-194	Ionomer
CEM-basierte Membran	Fumion	E550	Ionomer
Digitaler Drehmomentschlüssel	Torqueworld	WP2-030-09000251	Schlüssel
Labview Software	Natiaonal	Instrument-Software
Laptop	LG-PC
Magnetrührer	Lab		Companion-MS-17BB
N, N-Dimethylacetamid	Sigma aldrich	271012	Chemikalie
N-Methyl-2-pyrrolidon	Daejung	872-50-4	Chemische
Schlauchpumpe	EMS tech	Inc-EMP	2000W
Kaliumhexacyanoferrat(II)-Trihydrat	Sigma aldrich	P3289	Chemisches
Kalium Hexacyanoferrat(III)	Sigma aldrich	244023	Chemisches
Manometer	Swagelok-Guage
Reverse-Elektrodialyse-Aufbau	, hergestellt im Labor	- Gerät	RO-System
reines Wasser	KOTITI-Water
Rotationsverdampfer	Hitachi	YEFO-KTPM	Induktionsmotor
Natriumchlorid	Sigma aldrich	S9888	Chemisches
Natriumhydroxid	Merk	1310-73-2	Chemisches Quellenmessgerät
	Keithley-2410
Spacer	Nitex, SEFAR	06-250/34	Spacer
Schwefelsäure	Daejung	7664-93-9	Chemisches
Rohr Masterflex	Rohr	96410-25	Gummischlauch