Name: ממברנות חילופי יונים לייצור התקן אלקטרודיאליזה הפוכה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-07-20T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 55 s
Description: חקור את פרוטוקול ייצור ממברנות חילופי יונים להרכבת התקן אלקטרודיאליזה הפוכה. השיטה מאפשרת הפקת אנרגיה נקייה ממפלי מליחות בצפיפות כוח של כ-0.7 וואט למטר רבוע.

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

עבודה זו נתמכה על ידי מענק קרן המחקר הלאומית של קוריאה (NRF) במימון ממשלת קוריאה (MEST) (לא. NRF-2017R1A2A2A05001329). מחברי כתב היד אסירי תודה לאוניברסיטת סוגאנג, סיאול, הרפובליקה של קוריאה.

1. דרישה ניסיונית
<ol><li>רכש פולימר יונומר חילופי יונים, סיבי פולימר E-550 גופרתי-PEEK להכנת CEM ו- FAA-3 להכנת AEM. ודאו שכל פולימרי היונומר מאוחסנים בסביבה נקייה, יבשה ונאטולת אבק לפני השימוש.</li>
	<li>השתמש טוהר גבוה (&gt;99%) ממסים, כולל N-מתיל-2- פירולידון עם משקל מולקולרי 99.13 גרם מול-1 ו- N, N-דימתיל אקטמיד עם משקל מולקולרי 87.12, להכנת פתרון היונומר הומוגני. ודא שכל הכימיקלים והממסים אנליטיים המשמשים להכנת ממברנה כפי שהתקבל ללא כל טיהור נוסף.</li>
	<li>לאחר תהליך ההפעלה של הממברנות, לטבול מיד את כל הממברנות בתמיסת NaCl 0.5 M לקבלת ביצועים טובים יותר. לאחר הפעלה של שתי הממברנות, אין צורך בייבוש. מים עם התנגדות הוא 18.2 MΩ בטמפרטורת החדר שימש לאורך כל הסינתזה של הממברנה.</li>
	<li>לאפיין את תכונות הממברנה באמצעות קרום יבש. התיאור המפורט של טכניקות האפיון והמאפיינים הפיזיקוכימיים שלהן כגון יכולת החלפת יונים, מוליכות יונים, עובי, ניתוח תרמי ומורפולוגיה של פני השטח, מוצגים בספרות10,11.</li>
	<li>השתמש בחותך כדי לעצב את הממברנה עבור CEM ו- AEM לגודל הערימה האדומה עם שטח פעיל של 49 ס"מ2, כפי שמוצג באיור 2.</li>
	<li>עבור ייצור מחסנית RED, לעשות סידור CEM ו- AEM חלופי, מופרד על ידי spacer ואטם; תמונה אמיתית של הערימה האדומה העובדת מוצגת באיור 3a, והדיאגרמה הסכמטית של כל שכבה מודגמת באיור 3b.<ol>
<li>ראשית, למקם את צלחת PMMA מול אלקטרודה הפוך; עכשיו, מניחים את אטם הגומי ואת spacer על זה, ולאחר מכן למקם את CEM. לאחר מכן, מניחים את אטם הסיליקון עם המרווח על CEM ולאחר מכן מניחים עליו את ה- AEM. באופן דומה, הוסף את אטם הסיליקון ואת spacer על החלק העליון של AEM ואחריו CEM. עכשיו, מניחים את צלחת PMMA הסופית, אטם גומי, ו spacer ואחריו הידוק באמצעות ברגים ואגוזים.</li>
	</ol>
</li>
	<li>לאחר הרכבת הערימה האדומה, בדוק את הזרימה החופשית של הריכוז הגבוה (HC), ריכוז נמוך (LC) ולשטוף את הפתרונות אחד אחד. כל זרימה צולבת או דליפה נדרשת כדי להיות מסולק לפני המדידה.</li>
	<li>לפני מדידת הזרם והמתח, נטר את קצב הזרימה של פתרונות מלח וקריאה במד לחץ וודא שהוא מתייצב. ודא שכל החיבורים נמצאים במקום המדויק לפני תחילת המדידה. הימנע מלגעת בערימה האדומה ובצינורות המחברים שלה בזמן שהמדידה פועלת. הערה: HC ו- LC פתרון לזרום מהתאים שלהם כדי להשליך את התא דרך משאבה peristaltic, מד לחץ, וערימה אדומה, בהתאמה.</li>
	<li>השתמש בשיטת galvanostat למדידה של זרם ומתח, מכשיר מד המקור המחובר לערימה האדומה באמצעות קליפסים תנין.</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig02.jpg"> איור 2: גודלה וצורה של הממברנה המוכנה, האטם והמרווח לייצור אלקטרודיליזה הפוכה. (א)אטם סיליקון חיצוני, (b)מרווח חיצוני ומרווח פנימי, (c)אטם סיליקון פנימי, (d)קרום חילופי קטיונים, (e) קרום החלפת אניון, ו -( ו) אטם ומכלול ממברנה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig02large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig03.jpg"> איור 3: מחסנית אלקטרודיאליזה הפוכה( א)של מחסנית אלקטרודיאליזה הפוכה עם צינורות חיבור, ו -( b)איור סכמטי של שכבות שונות, כולל לוחות קצה PMMA, אלקטרודות, אטם, spacer, CEM ו- AEM. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig03large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
2. הכנת ממברנה חילופי יון
הערה: כמות החומר הקדמה הייתה מותאמת לקבלת ממברנה עם קוטר 18 ס"מ ועובי ~ 50 מיקרומטר.
<ol><li>
קרום חילופי Cation
	<ol>
<li>קח 5 wt% של סיבי Sulfonated-PEEK בבקבוקון התחתון עגול 250 מ"ל ולהמיס את הסיבים דימתיל אצטמיד (DMAc) כממס בעל משקל מולקולרי 87.12 גרם מול-1. לנער את הבקבוק במשך 10 דקות, כך שכל פולימרים ionomer להתיישב.</li>
		<li>מניחים פס מגנטי בבקבוק ולאחר מכן לשמור את התערובת באמבט שמן הסיליקון, ואחריו ערבוב נמרץ ב 500 סל"ד עבור 24 שעות ב 80 °C (80 °F) כדי לקבל פתרון הומוגני.</li>
		<li>סנן את פתרון ה- Sulfonated-PEEK באמצעות מסנן פוליטרפלואורואתילן (PTFE) בגודל 0.45 מיקרומטר.</li>
		<li>לאחר מכן, יוצקים את הפתרון המסונן על צלחת זכוכית עגולה בקוטר של 18 ס"מ. ודא כי כל בועות האוויר מוסרות באמצעות מפוח אוויר לפני הצבת צלחת פטרי בתנור.</li>
		<li>מניחים את צלחת הפטרי בתוך תנור לייבוש הפתרון ב 90 °C (50 °F) במשך 24 שעות, וכתוצאה מכך ~ 50 מיקרומטר קרום עצמאי עבה. לעשות זאת לחילוץ קרום עצמאי: כדי לקלף את הממברנה מן צלחת פטרי, למלא את צלחת פטרי עם מים זיקוק חם (~ 60 °C) ולתת לו לעמוד במשך 10 דקות ללא פגע. הממברנה העומדת בפניו תצא באופן אוטומטי.</li>
		<li>להפעלת הממברנה, לטבול את הממברנה מוכנה ב 1 M חומצה גופרתית (H2SO4) פתרון מימי, כלומר, 98.08 גרם, ב 1 ליטר של מים מזוקקים, ודגרה עבור 2 שעות ב 80 °C (70 °F). הערה: צעד זה יבטיח הסרה של חלקיקים זרים וכימיקלים אחרים כגון ממיסים שיפחיתו את האפשרות של ממברנה מלכלוך.</li>
		<li>לשטוף את הממברנה הספוגה עם 1 ליטר של מים מזוקקים במשך 10 דקות, לפחות שלוש פעמים בטמפרטורת החדר.</li>
	</ol>
</li>
	<li>קרום החלפת אניון<ol>
<li>התמוסס FAA-3 פתרון ionomer 10 wt.% בממס N-מתיל-2-פירולידון (NMP).</li>
		<li>שמור את הפתרון לבחוש בטמפרטורת החדר במשך 2 שעות ב ~ 500 סל"ד.</li>
		<li>לאחר מכן, לסנן את הפתרון באמצעות רשת שינוי עם גודל נקבובית 100 מיקרומטר.</li>
		<li>יוצקים ~ 30 mL פתרון מסונן לתוך צלחת פטרי עגולה בקוטר של 18 סמ. ודא כי כל בועות האוויר הוסרו באמצעות מפוח אוויר לפני הצבת צלחת פטרי זכוכית בתנור. תהליך הייבוש מתבצע ב 100 °C (50 °F) עבור 24 שעות.</li>
		<li>כדי להשיג קרום העומד בפניו, יוצקים מים מזוקקים חמים לתוך צלחת פטרי זכוכית ולשמור אותו לפחות 10 דקות. עכשיו לקלף את הממברנות ולהניח 1 ליטר של פתרון נתרן הידרוקסיד (NaOH) (ריכוז 1M ומשקל מולקולרי 40 גרם מול-1) עבור 2 שעות.</li>
		<li>לאחר מכן, לשטוף את הממברנה ביסודיות עם 1 ליטר של מים מזוקקים במשך 10 דקות, לפחות שלוש פעמים במצב הסביבה. הערה: כל הממברנות המוכנות אוחסנו בתמיסת NaCl 0.5 M לילה לפני השימוש בו בערימה האדומה. כך מוליכות הממברנה משתפרת והוא יכול להשיג ביצועי פלט מיוצבים במהלך המדידה של מחסנית אדום. טבלה 1 מתארת את מאפייני הממברנה10,11.</li>
	</ol>
</li>
</ol><table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>מפרט</td>
			<td>יחידה</td>
			<td>CEM</td>
			<td>AEM</td>
		</tr>
<tr>
<td>דרגת נפיחות</td>
			<td>%</td>
			<td>5±1</td>
			<td>1±0.5</td>
		</tr>
<tr>
<td>צפיפות טעינה או קיבולת חילופי יוני</td>
			<td>meq/g</td>
			<td>1.8</td>
			<td>~ 1.6</td>
		</tr>
<tr>
<td>תכונות מכניות (חוזק מתיחה)</td>
			<td>MPa</td>
			<td>&gt;40</td>
			<td>40-50</td>
		</tr>
<tr>
<td>התארכות להפסקה</td>
			<td>%</td>
			<td>~ 42</td>
			<td>30-50</td>
		</tr>
<tr>
<td>מודולוס הצעיר (MPa)</td>
			<td></td>
			<td>1500±100</td>
			<td>1000-1500</td>
		</tr>
<tr>
<td>מוליכות בטמפרטורת החדר</td>
			<td>S/ס"מ</td>
			<td>~0.03</td>
			<td>~ 0.025</td>
		</tr>
<tr>
<td>Permselectivity</td>
			<td>%</td>
			<td>98-99</td>
			<td>94-96</td>
		</tr>
<tr>
<td>עובי</td>
			<td>מיקרומטר</td>
			<td>50±2</td>
			<td>50±3</td>
		</tr>
<tr>
<td>הממס</td>
			<td>-</td>
			<td>דימתיל אצטמיד (DMAc)</td>
			<td>N-מתיל-2-פירולידון (NMP)</td>
		</tr>
</tbody></table>טבלה 1: מאפייני ממברנות. סיכום הן של cation-exchange והן תכונות ממברנה החלפת אניון.
3. ייצור של אלקטרודיאליזה הפוכה
<ol><li>
הרכבה של מחסנית אדומה
	<ol>
<li>הכן פתרון מודל באמצעות 0.6 M NaCl לריכוז גבוה (HC) ו 0.01 M NaCl עבור ריכוז נמוך (LC) תאים12. הערה: כאן, מי הנהר נחשבים לתמיסת מלח בריכוז נמוך, ומי ים מיוצגים כתמיסת מלח בריכוז גבוה.</li>
		<li>הכן 5 ליטר של ריכוז גבוה ופתרון ריכוז נמוך במיכל גדול המחובר לצינורות. שמור את הפתרונות ערבוב בתנאי סביבה (טמפרטורת החדר) לפחות 2 שעות לפני שהוא משמש בערימה האדומה.</li>
		<li>הכן את התערובת של 0.05 M של [Fe (CN)6]-3/ [Fe (CN)6]-4 ו 0.3 M NaCl במים 500 מ"ל כתמיסת שטיפה עבור אדום.</li>
		<li>חבר את כל שלושת מיכלי הפתרון עם מחסנית RED באמצעות צינורות גומי דרך המשאבה peristaltic ומדי הלחץ. השתמש בצינור בגודל L/S 16 לפתרון שטיפה, והשתמש בצינור בגודל L/S 25 לפתרון HC ו- LC.</li>
		<li>כדי ליצור מחסנית אדומה, יש ליטול שני לוחות-קצה המורכבים מפולימתיל מתאקרילט (PMMA). חבר את שני לוחות הקצה אופקית פנים אל פנים עם אגוזים, ברגים, מכונות כביסה באמצעות כוח 25 ננומטר באמצעות מנהל התקן מפתח ברגים דיגיטלי. עובי לוחית הקצה PMMA 3 ס"מ, ואת הנתיב של ערוצי הזרימה תוכנן לוחות עבור HC, LC, ופתרון לשטוף על ידי מקדח2.</li>
		<li>מניחים שתי אלקטרודות רשת העשויות מטיטניום ממתכת (Ti) מצופות בתערובת של אירידיום (Ir) ורותניום (Ru) ביחס של 1:1 ומניחים בסוף לוחות PMMA. שתי האלקטרודות הסופיות מחוברות לקליפ התנין של מד המקור. הערה: שתי לוחות הקצה של PMMA מצוידים באלקטרודות רשת, שתי האלקטרודות היו בשכבות עם מרווח צורה מרובע, ואת לוחית הקצה PMMA מכוסה אטם גומי הפונה פנימה. לאחר מכן, CEM ו- AEM ממוקמים לחלופין, מופרדים על ידי אטם סיליקון ומרווח, כפי שמוצג באיור 3.</li>
		<li>התקן אטמי סיליקון, מרווחי פולימר וממברנות חילופי יונים (CEM ו- AEM) שכבה אחר שכבה, כפי שמוצג בתרשים הסכמטי איור 4 ואיור 5. ודא שהאזור הפעיל של אלקטרודות, שתי הממברנות, החלל החיצוני והפניומי, האטם החיצוני והפניומי הוא 7 x 7 = 49 ס"מ2.</li>
		<li>העבירו פתרונות בריכוז גבוה ובריכוז נמוך מתאים בהתאמה על ידי משאבות פרייסטליות, כפי שמוצג בתרשים הסכמטי באיור 4.</li>
		<li>יש להפיץ את תמיסת השטיפה בתאי האלקטרודה והממברנה החיצוניים במצב מחזור באמצעות משאבות פרייסטליות. קצב הזרימה המשמש לפתרון השטיפה הוא 50 מ"ל דקה-1.</li>
		<li>קצב זרימה קבוע משמש לניתוח הביצועים של כל ממברנה. בניסוי זה, השתמשנו 100 מ"לדקות-1 דרך משאבה peristaltic.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig04.jpg"> איור 4: ייצוג סכמטי של חיבור הצינור עם מחסנית אלקטרודיאליזה הפוכה. חיבור של אלקטרודיאליזה הפוכה עם משאבות פרייסטלטיות, מיכל פתרון בריכוז גבוה, מיכל פתרון בריכוז נמוך, מיכל פתרון שטיפה, ולהיפטר מיכל פתרון. זה גם מראה את היישור של spacer עם קרום חילופי אניון (AEM) וקרום חילופי cation (CEM). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig04large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig05.jpg"> איור 5: תרשיםסכמטי של שכבות שונות בהגדרת האלקטרו-דיליזה ההפוכה. (א)תצוגה חתך של איור סכמטי של אלקטרודיאליזה הפוכה מראה את כיוון הזרימה של פתרון הריכוז הגבוה, פתרון בריכוז נמוך ופתרון שטיפת אלקטרודה. רכיבים אחרים כגון אלקטרודות, אטמים החיצוניים והפנימיים, מרווחים החיצוניים והפנימיים, קרום חילופי הקטיונים וקרום חילופי האניון. (ב)תצוגה קדמית של הערימה, המציגה את כיוון הזרימה של פתרון. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig05large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
4. מדידת אלקטרודיאליזה הפוכה
<ol><li>
חישוב צריכת חשמל
	<ol>
<li>תן לריכוז הגבוה, ריכוז נמוך, ולשטוף את הפתרון, לרוץ דרך הערימה לפחות במשך 5 דקות. מדוד את ביצועי הפלט האדום לפי מד מקור, המחובר לשתי האלקטרודות של הערימה האדומה13.</li>
		<li>חשב את מאפייני מתח הזרם של מחסנית RED במונחים של צפיפות הספק באמצעות שיטת galvanostat. הערה: בשיטת galvanostat, זרם קבוע מוחל על פני אלקטרודות ומודד את הזרם המתקבל. הזרם המתקבל הוא הזרם שנוצר עקב התגובה האלקטרוכימית בערימה. המדידה מתבצעת תחת מתח סטטי 0.05 V עם זרם טאטוא קבוע שהוא 10 mA.</li>
		<li>צפיפות צריכת החשמל המרבית עבור מחסנית RED נמדדת בעזרת המשוואה הבאה 1. <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/62309/62309eq2.jpg">(1) כאן, Pmax הוא צפיפות הכוח המרבית של מחסנית אדום (Wm-2),מחסנית U היא המתח (V) המיוצר על ידי הממברנה בערימה, אנימחסנית הוא הזרם המוקלט (A), וMem הוא האזור הפעיל של הממברנות (מ'2).</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>

המחברים אינם מצהירים על ניגודי עניינים.

עיקרון העבודה של ה-RED נשלט בעיקר על ידי המאפיינים הפיזיקוכימיים של הממברנה, המהווה חלק מכריע במערכת RED, כפי שמודגם באיור 3. כאן, אנו מתארים את המאפיינים הבסיסיים של הממברנה להעברת מערכת אדומה בעלת ביצועים גבוהים. החדירות הספציפית של הממברנה גורמת לו לעבור סוג אחד של יונים דרך ננו-חלאי הפולימר שלהם. כפי שהשם מרמז, CEM יכול להעביר cation מצד אחד למשנהו ומגביל אניון, בעוד AEM יכול לעבור אניון ומגביל את ההקלה. כפי שמוצג באיור 2, כל הממברנות עוצבו לגודל מחסנית אדום...

קצירת אנרגיה ממקורות טבע היא שיטה חסכונית ידידותית לסביבה, ובכך הופכת את כוכב הלכת שלנו לירוק ונקי. מספר תהליכים הוצעו עד כה כדי לחלץ אנרגיה, אבל אלקטרודיאליזה הפוכה (אדום) יש פוטנציאל עצום להתגבר על בעיית משבר האנרגיה1. ייצור חשמל מאלקטרו-דיליזה הפוכה הוא פריצת דרך טכנולוגית לדה-קרבוניזציה של אנרגיה גלובלית. כפי שהשם מרמז, RED הוא תהליך הפוך, שבו תא התא החלופי מלא בתמיסת מלח מרוכזת גבוהה ותמיסת מלח בריכוז נמוך2. הפוטנציאל הכימי שנוצר על ידי הפרש ריכוז המלח על פני ממברנות חילופי היונים, שנאסף מהאלקטרודות בקצה התא.
מאז שנת 2000, מאמרי מחקר רבים פורסמו, מתן תובנה לתוך אדום תיאורטית וניסיונית3,4. מחקרים שיטתיים על תנאי הפעולה ומחקרי אמינות בתנאי לחץ שיפרו את ארכיטקטורת המחסנית ושיפרו את ביצועי התא הכוללים. מספר קבוצות מחקר הסיטו את תשומת לבם ליישום ההיברידי של RED, כגון RED עם תהליך התפלה5,אדום עם אנרגיה סולארית6, אדום עם תהליך אוסמוזה הפוכה (RO)5, אדום עם תא דלק מיקרוביאלי7, ו- RED עם תהליך הקירור הקריבי8. כאמור, יש היקף רב ביישום היישום ההיברידי של RED כדי לפתור את בעיית האנרגיה והמים הנקיים.
מספר שיטות אומצו כדי לשפר את הביצועים של התא האדום ואת יכולת החלפת היונים של הממברנה. התאמת ממברנות חילופי הקטיונים עם סוגים שונים של יונים באמצעות קבוצת חומצה גופרתית (-SO3H), קבוצת חומצה פוספונית (-PO3H2),וקבוצת חומצה קרבוקסילית (-COOH) היא אחת הדרכים היעילות לשנות את המאפיינים הפיזיקוכימיים של הממברנה. ממברנות החלפת אניון מותאמות לקבוצות אמוניום <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62309/62209eq1.jpg"> ()9. מוליכות יונית גבוהה של AEM ו- CEM מבלי לדרדר את הכוח המכני של הממברנה היא הפרמטר החיוני לבחירת ממברנה מתאימה ליישום המכשיר. הממברנה החזקה בתנאי לחץ מספקת יציבות מכנית לממברנה ומשפרת את עמידות המכשיר. כאן, שילוב ייחודי של פולי גופרתי בעל ביצועים גבוהים (אתר אתר קטון) (sPEEK) כמו ממברנות חילופי קטיונים עם FAA-3 כמו ממברנות החלפת אניון משמשים ביישום אדום. איור 1 מציג את תרשים הזרימה של ההליך הניסיוני.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig01.jpg"> איור 1: תרשים הליכים. תרשים הזרימה מציג את ההליך שאומץ להכנת קרום חילופי יונים ואחריו תהליך למדידת אלקטרודיאליזה הפוכה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>

<table><tbody><tr><td>ממברנה מבוססת AEM</td><td>Fumion</td><td>P1810-194</td><td>Ionomer</td></tr><tr><td>CEM ממברנה מבוססת</td><td>Fumion</td><td>E550</td><td>Ionomer</td></tr><tr><td>מפתח מומנט דיגיטלי</td><td>Torqueworld</td><td>WP2-030-09000251</td><td>מפתח ברגים</td></tr><tr><td>Labview תוכנה</td><td>Natiaonal</td><td></td> <td>Instrument-Software</td></tr><tr><td>מחשב נייד</td><td>LG-PC</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>מערבל</td> <td>מגנטיLab</td><td></td> <td>Companion-MS-17BB</td></tr><tr><td>N, N-DIMETHYLACETAMIDE</td><td>Sigma aldrich</td><td>271012</td><td>כימי</td></tr><tr><td>N-מתיל-2- פירולידון</td><td>Daejung</td><td>872-50-4</td><td></td></tr><tr><td>משאבה פריסטלטית</td><td>כימית EMS tech</td> <td>Inc-EMP</td> <td>2000W</td></tr><tr><td>אשלגן hexacyanoferrate (II) trihydrate</td><td>Sigma aldrich</td><td>P3289</td><td></td></tr><tr><td>אשלגן כימי hexacyanoferrate (III)</td> <td>Sigma aldrich</td><td>244023</td><td></td></tr><tr><td>מד לחץ</td> כימי <td>Swagelok-Guage</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>מערך אלקטרודיאליזה הפוכה</td><td>המיוצר במעבדה-מכשיר</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>מערכת RO מים טהורים</td><td>KOTITI-Water</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>מאייד סיבובי</td><td>היטאצ'י</td><td>YEFO-KTPM</td><td>מנוע אינדוקציה</td></tr><tr><td>נתרן כלוריד</td><td>Sigma aldrich</td><td>S9888</td><td></td></tr><tr><td>נתרן הידרוקסיד</td> כימי <td>Merk</td><td>1310-73-2</td><td></td></tr><tr><td>מד מקור</td> כימי <td>Keithley-2410</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Spacer</td><td>Nitex, SEFAR</td><td>06-250/34</td><td>Spacer</td></tr><tr><td>חומצה גופרתית</td><td>Daejung</td><td>7664-93-9</td> צינור <td>כימי</td></tr><tr><td></td><td>Masterflex צינור</td><td>96410-25</td><td>צינור גומי</td></tr></tbody></table>

ממברנות חילופי יונים לייצור התקן אלקטרודיאליזה הפוכה

Ion-Exchange Membranes for the Fabrication of Reverse Electrodialysis Device

אלקטרודיאליזה הפוכה (אדום) היא דרך יעילה לייצר כוח על ידי ערבוב שני ריכוזי מלח שונים במים באמצעות ממברנות חילופי cation (CEM) וממברנות החלפת אניון (AEM). הערימה האדומה מורכבת מהסדר לסירוגין של קרום חילופי הקטיון וקרום החלפת האניון. מכשיר RED משמש כמועמד פוטנציאלי למימוש הביקוש האוניברסלי למשברי אנרגיה עתידיים. כאן, במאמר זה, אנו מדגימים הליך לייצור התקן אלקטרודיאליזה הפוך באמצעות CEM בקנה מידה מעבדה ו- AEM לייצור חשמל. האזור הפעיל של קרום חילופי היונים הוא 49 ס"מ2. במאמר זה, אנו מספקים הליך שלב אחר שלב לסינתזה של הממברנה, ואחריו ההרכבה של הערימה ומדידת כוח. תנאי המדידה וחישוב פלט החשמל נטו הוסברו גם הם. יתר על כן, אנו מתארים את הפרמטרים הבסיסיים הנלקחים בחשבון להשגת תוצאה אמינה. אנו מספקים גם פרמטר תיאורטי המשפיע על ביצועי התא הכוללים הקשורים לממברנה ולפתרון ההזנה. בקיצור, ניסוי זה מתאר כיצד להרכיב ולמדוד תאים אדומים על אותה פלטפורמה. הוא מכיל גם את עקרון העבודה ואת החישוב המשמש להערכת תפוקת הכוח נטו של הערימה האדומה באמצעות ממברנות CEM ו- AEM.

תפוקת חשמל נטו תא אדום בדרך כלל מייצר אנרגיה חשמלית משיפוע המליחות של תמיסת המלח, כלומר, תנועת היונים בכיוון ההפוך דרך הממברנה. כדי להרכיב את הערימה האדומה בצורה נכונה, יש ליישר את כל השכבות, כולל אלקטרודות, אטמים, ממברנות ומרווחים בערימה בקפידה, כפי שהודגם בתרשים הסכמטי באיור 4 ובאיור 5. אם הערימה אינה מיושרת באופן מושלם, עלולות להתעורר שתי בעיות: (i) זרימה צולבת של פתרון HC ו- LC עלולה להתרחש בערימה ו-(ii) דליפה של הפתרון בערימה עלולה להתרח...

אנו מדגימים ייצור של התקן אלקטרודיאליזה הפוכה באמצעות קרום חילופי cation (CEM) וקרום החלפת אניון (AEM) לייצור חשמל.

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

פרוטוקול זה הוא דרך נטולת רעשים, נקייה ובת קיימא להפקת אנרגיה. זה יכול בקלות לפתור את בעיית משבר האנרגיה על ידי המרת שיפוע מליחות המים לחשמל. השיטה מספקת רשימה ישירה להרחבת קרום שטח גדול עם תכונות פיזיותכימיות יוצאות דופן ליצירת כוח יעיל באמצעות אדום.ניתן להגדיל את ביצועי הפלט של התקן RED וניתן להשתמש בממברנה במכשירים אלקטרוכימיים אחרים כמו פורזיס וסוללות זרימה אדומות. הכנת פתרון הומוגני, סינון, ייבוש, טכניקות בקרה, לשטוף, טיפול בקרום, לווסת את ביצועי קרום לשחזור. יישור המחסנית ומיטוב ירידה בלחץ חיוניים להפקת ביצועי התקן יציבים.כדי להכין קרום חילופי קטיונים, להוסיף 5% סיבי פוליאתרקטון sulfinitated לבקבוקון תחתון עגול 250 מיליליטר ולהמיס את הסיבים ממס דימתיל אקטמיד. ואז לנער את הבקבוק במשך 10 דקות, כך שכל פולימרים ionomer להתיישב לתחתית הבקבוקון. מניחים את התערובת באמבט שמן סיליקון עם מוט ערבוב מגנטי ומערבבים במרץ את הפתרון ב 500 מהפכות לדקה במשך 24 שעות ב 80 מעלות צלזיוס כדי להשיג פתרון הומוגני.למחרת, לסנן 30 מיליליטר של הפתרון באמצעות מסנן PTFE PTPT 0.45 מיקרומטר לתוך צלחת זכוכית עגולה בקוטר 18 ס"מ. השתמש מפוח אוויר כדי להסיר את כל בועות לפני הצבת המנה בתנור במשך 24 שעות ב 90 מעלות צלזיוס כדי ליצור קרום עצמאי עבה כ 50 מיקרומטר. כדי לחלץ את הממברנה העומדת בפניה, מלאו את המנה במים מזוקקים חמים.לאחר 10 דקות, הממברנה העומדת בפניה יתנתק מהמנה. כדי להפעיל את הממברנה, לטבול את הממברנה בתמיסת חומצה גופרתית טחנת אחת במשך שעתיים ב 80 מעלות צלזיוס, ואחריו לפחות שלוש שטיפות 10 דקות עם ליטר אחד של מים מזוקקים בטמפרטורת החדר לכל לשטוף. יש להמיס 10% לפי פתרון היונומר FAA-3 במשקל בממס NMP למשך שעתיים בטמפרטורת החדר ו-500 סיבובים לדקה.בסוף הדגירה, לסנן כ 30 מיליליטר של פתרון באמצעות מסננת נקבובית 100 מיקרון לתוך צלחת פטרי 18 סמ. לאחר הסרת כל בועות אוויר, מניחים את המנה לתוך 100 מעלות צלזיוס תנור במשך 24 שעות. השתמש במים מזוקקים חמים כדי לחלץ את הממברנה המיובשת כפי שהודגם ולהפעיל את הממברנה בליטר אחד של נתרן הידרוקסיד במשך שעתיים.לאחר מכן לשטוף את הממברנה הפעילה שלוש פעמים עם ליטר אחד של מים מזוקקים לכל לשטוף כפי שהוכח. לאחר ההפעלה, לחתוך את קרום חילופי cation ו anion ל 49 ס"מ רבוע. כדי ליצור ערימה אדומה, מקם צלחת PMMA בעובי שלושה סנטימטרים עם האלקטרודה הפונה כלפי מעלה והנח אטם גומי ומרווח על האלקטרודה.מניחים את קרום חילופי הקיון ואת קרום החלפת האניון משני צדי האטם. מניחים אטם סיליקון ומרווח על כל ממברנה ומניחים צלחת PMMA שנייה על השכבה השנייה של מרווחים ואטמים. לאחר מכן השתמש בכונן מפתח ברגים דיגיטלי עם כוח של 25 מטר ניוטון כדי לאבטח את ההתקנה עם אגוזים, ברגים וכוסות כביסה.כאשר הערימה הורכבה, מניחים אלקטרודה רשת טיטניום אחת מצופה בתערובת של אחד על אחד של אירידיום ורותניום בסוף כל צלחת והשתמשו בקליפי תנין כדי לחבר את האלקטרודות למד המקור. לפחות שעתיים לפני הניתוח, להוסיף חמישה ליטרים של תמיסת נתרן כלורי נמוכה 0.01 טוחנות וחמישה ליטרים של תמיסת נתרן כלורי בגובה 0.6 טוחנות למיכלים גדולים בודדים המחוברים למשאבה פריסלטית ומערבבים את הפתרונות ברציפות בטמפרטורת החדר. כדי לבצע את ניתוח RED להוסיף 0.05 פתרון שטיפה טוחנת למיכל שלישי ולהשתמש צינורות גומי כדי לחבר את כל שלושת המכולות דרך המשאבה peristaltic ומדי לחץ להרכבה האדומה.הגדר את קצב הזרימה של פתרון השטיפה ל 50 מיליליטר לדקה ואת קצב הזרימה של פתרונות המלח ל 100 מיליליטר לדקה, ולבדוק את הצינורות כדי למנוע כל זרימה צולבת או דליפה. בצע קריאת מד לחץ כדי לוודא שהקריאה יציבה. לאחר שהפתרונות רצים דרך הערימה לפחות חמש דקות, השתמש במד מקור המחובר הן לאלקטרודות והן למחסנית RED כדי למדוד את ביצועי פלט האלקטרודיאליזה ההפוכה בשיטת galvanostat.מכשיר האלקטרודיאליזה ההפוכה משמש כמועמד פוטנציאלי למימוש הביקוש האוניברסלי למשברי אנרגיה עתידיים. ההבדל בשיפוע המליחות של ריכוז המלח מעורר את מתח המעגל הפתוח, אשר תלוי בהתנגדות הפנימית של מחסנית האלקטרודיאליזה ההפוכה. בניתוח זה, צפיפות ההספק המרבית עבור מחסנית האלקטרודיאליזה ההפוכה הייתה כ-0.7 וואט למ"ר, וצפיפות החשמל נטו המחושבת הייתה כ-0.65 וואט למ"ר בקצב זרימה קבוע.כפי שנצפה, צפיפות הכוח של התא גדלה בתחילה לערך הצפיפות הנוכחי המרבי לפני שירד בתגובה לעלייה בהתנגדות הפנימית של מחסנית RED. חשוב להצליב באופן קבוע את חיבור הצינורות, את זרימה צולבת של הפתרון ואת הנוזלים לייצור ביצועים יעילים ויציבים. הכנת קרום שטח גדול אחיד תערער את ביצועי התא מבלי לקלקל את הממברנה ואת דליפת הפתרון.יתר על כן, זה עובד ביעילות בתנאי לחץ.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

אנו מדגימים מיצוי אמוניום מזרם עשיר באמוניום באמצעות מערכת אלקטרוכימית וביו-אלקטרוכימית. מערך הכור, הפעלתו וניתוח הנתונים נדונים.

שחזור אמוניום מושרה Electrochemically וBioelectrochemically

כתב יד זה מציג את תהליך הייצור של מפעילים רכים אלסטומרים דיאלקטריים המבוססים על ממברנות סיליקון. שלושת שלבי המפתח של הייצור מוצגים בפירוט: יציקת להב של ממברנות סיליקון דקות; הדפסת כרית של אלקטרודות תואמות; והרכבה של כל הרכיבים.

תהליך ייצור של מפעילי אלסטומר דיאלקטרי מבוסס סיליקון

הפרוטוקול עבור קיטוב ריכוז יון רומן (ICP) פלטפורמה שיכולה לעצור את ההתפשטות של אזור ICP, ללא תלות בתנאי ההפעלה מתוארת. יכולת הייחודית זו של הפלטפורמה נמצאת בשימוש של התמזגות דלדול יון והעשרה, שהן שני קטבים של תופעת ICP.

מיזוג קיטוב ריכוז יון בין חופפי Ion Exchange ממברנות כדי לחסום את ההתפשטות של אזור הקיטוב

תיקון יון תחבורה מסלולים היא שיטה יעילה כדי ליצור אחד-directional גרר-יון electrohydrodynamic זורם. על-ידי הגדרת ממברנה של יונים ערוץ הזרימה, תנאי מקוטב חשמלית נוצרת וגורם על זרימת הנוזל הולך להיות מגורש כאשר שדה חשמלי חיצוני מוחל.

דור ובקרה של Electrohydrodynamic זורם בפתרונות אלקטרוליט מימית

גישה פשוטה, הדירים רב-תכליתי לסינתזה של ממברנות מסגרת מתכת-אורגנית polycrystalline intergrown, על מגוון רחב של יאומתו נקבובי ותומך שאינו נקבובי מוצג.

התגבשות electrophoretic של ממברנות זגוגית ביצועים גבוהים מסגרת מתכת-אורגני

מוצג כאן הוא פרוטוקול החורגים למימוש ממברנות גז הראפ (אבני חן) מ SiO2/Si וופלים באמצעות טכנולוגיית מיקרו מעגלים משולבים. כאשר סיליקה-אבני חן שקועים במים, החדירה של מים נמנעת, למרות הרכב חובב מים של סיליקה.

הוכחת הרעיון עבור ממברנות גז-הראפ נגזר מהמים אוהבי מים2/Si/sio2 וופלים עבור התפלה ירוק

מאמר זה מתאר תהליך ייצור מהיר ופשוט של החומרים המורכבים הelectromechanically יוניים עבור מפעילים בביו-רפואית, ביואידיטיטידים וביישומי רובוטיקה רכים. מדרגות הייצור המרכזיות, חשיבותם לתכונות הסופיות של הפעילים, וחלק משיטות האפיון העיקריות מתוארות בפרוטרוט.

הייצור של מפעיל פחמן מבוססי Electromechanically Active מפעילים רכים

פרוטוקול זה מתאר מתודולוגיה ניתנת לשחזור לייצור ממברנות מכלול מתכת-אורגני/פולימרי מעורבת במטריצות, ומדידה מדויקת של הולכת הפרוטונים במישור תחת טמפרטורה ולחות משתנות באמצעות ספקטרוסקופיית התנגדות אלקטרוכימית, שיכולה להיות שימושית לתאי דלק ממברנת החלפת פרוטונים (PEMFCs).

מדידת מוליכות פרוטונים בממברנות מטריצה מעורבות מבוססות MOF באמצעות ספקטרוסקופיית אימפדנס אלקטרוכימית

פרוטוקול מוצג למחקר רב אלקטרון מתכת / מערכות סוללה אוויר על ידי שימוש בטכנולוגיה קודמת שפותחה עבור תא האבץ / אוויר. בדיקות אלקטרוכימי מבוצעת לאחר מכן על סוללות מפוברקות כדי להעריך את הביצועים.

המצאה של VB<sub&gt; 2</sub&gt; / תאי אוויר לבדיקת אלקטרוכימי

שיטה לחיבור קבוע של שני ופלים מסיליקון כדי לממש מארז אחיד מתוארת. זה כולל הכנת רקיקים, ניקוי, מליטה RT, ותהליכי חישול. ופלים מלוכדים וכתוצאה מכך (תאים) יש אחידות של המתחם ~ 1%1,2. הגיאומטריה המתקבלת מאפשרת מדידות של נוזלים וגזים מוגבלים.

ייצור חללים ננומטריים אחידים באמצעות מליטה וופל ישיר סיליקון

חקור את פרוטוקול ייצור ממברנות חילופי יונים להרכבת התקן אלקטרודיאליזה הפוכה. השיטה מאפשרת הפקת אנרגיה נקייה ממפלי מליחות בצפיפות כוח של כ-0.7 וואט למטר רבוע.

ממברנות חילופי יונים לייצור התקן אלקטרודיאליזה הפוכה

גלה סרטונים נוספים