Name: Membrany jonowymienne do produkcji urządzenia do odwróconej elektrodializy (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-07-20T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 55 s
Description: Poznaj protokół syntezy membran jonowymiennych i montażu urządzenia do odwróconej elektrodializy. Metoda umożliwia generowanie energii ze skoków zasolenia z gęstością mocy około 0,7 W/m².

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

Ta praca była wspierana przez grant Narodowej Fundacji Badawczej Korei (NRF) ufundowany przez rząd Korei (MEST) (Nie. NRF-2017R1A2A2A05001329). Autorzy manuskryptu są wdzięczni Uniwersytetowi Sogang w Seulu w Republice Korei.

1. Wymagania eksperymentalne
<ol>
	<li>Należy zakupić jonomery wymiany jonowej: włókna polimerowe sulfonowanego PEEK E-550 do przygotowania CEM oraz FAA-3 do przygotowania AEM. Przed użyciem należy upewnić się, że wszystkie polimery jonomeryczne są przechowywane w czystym, suchym i wolnym od kurzu środowisku.</li>
	<li>Do przygotowania jednorodnego roztworu jonomeru należy użyć rozpuszczalników o wysokiej czystości (&gt;99%), w tym N-metylo-2-pirolidonu o masie cząsteczkowej 99,13 g mol-1 oraz N,N-dimetyloacetamidu o masie cząsteczkowej 87,12. Do przygotowania membran należy używać wszystkich odczynników i rozpuszczalników klasy analitycznej w postaci dostarczonej, bez dalszego oczyszczania.</li>
	<li>Po procesie aktywacji membran należy niezwłocznie zanurzyć wszystkie membrany w 0,5 M roztworze NaCl w celu uzyskania lepszych parametrów pracy. Po aktywacji obu membran suszenie nie jest wymagane. Przez cały proces syntezy membran stosowano wodę o rezystywności 18,2 MΩ w temperaturze pokojowej.</li>
	<li>Właściwości membran należy scharakteryzować przy użyciu suchej membrany. Szczegółowy opis technik charakteryzacji oraz właściwości fizykochemicznych, takich jak pojemność wymiany jonowej, przewodnictwo jonowe, grubość, analiza termiczna i morfologia powierzchni, przedstawiono w literaturze10,11.</li>
	<li>Za pomocą wycinaka należy przyciąć membrany CEM i AEM do rozmiaru stosu RED z powierzchnią aktywną 49 cm2, jak pokazano na Rysunku 2.</li>
	<li>W celu wykonania stosu RED należy zastosować naprzemienny układ CEM i AEM, rozdzielonych odstępnikiem i uszczelką; rzeczywiste zdjęcie działającego stosu RED przedstawiono na Rysunku 3a, a schemat każdej warstwy zilustrowano na Rysunku 3b.
	<ol>
		<li>Najpierw należy umieścić płytkę PMMA stroną skierowaną ku elektrodzie do góry; następnie położyć na niej gumową uszczelkę i odstępnik, a potem umieścić CEM. Następnie na CEM należy położyć silikonową uszczelkę z odstępnikiem, a na niej AEM. W analogiczny sposób na górze AEM należy dodać silikonową uszczelkę i odstępnik, a następnie CEM. Na koniec należy założyć końcową płytkę PMMA, gumową uszczelkę oraz odstępnik, a następnie dokręcić całość za pomocą śrub i nakrętek.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Po złożeniu stosu RED należy sprawdzić swobodny przepływ roztworów o wysokim stężeniu (HC), niskim stężeniu (LC) oraz roztworów płuczących, sprawdzając je kolejno. Przed rozpoczęciem pomiarów należy wyeliminować wszelkie przepływy krzyżowe lub wycieki.</li>
	<li>Przed pomiarem natężenia prądu i napięcia należy monitorować szybkość przepływu roztworów soli oraz odczyt manometru i upewnić się, że wartości te się ustabilizowały. Przed rozpoczęciem pomiaru należy upewnić się, że wszystkie połączenia znajdują się na właściwych miejscach. Należy unikać dotykania stosu RED i podłączonych do niego rurek podczas trwania pomiaru. 
	UWAGA: Roztwory HC i LC przepływają z ich komór do komory odpływowej odpowiednio przez pompę perystaltyczną, manometr i stos RED.</li>
	<li>Do pomiaru natężenia prądu i napięcia należy zastosować metodę galwanostatyczną, wykorzystując miernik źródłowy podłączony do stosu RED za pomocą zacisków typu krokodyl.</li>
</ol>
<img alt="Schemat tworzenia hydrożelu przedstawiający proces wytwarzania z szablonami o wzorze otworów oraz etapy żelowania." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig02.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: Rozmiar i kształt przygotowanej membrany, uszczelki oraz dystansera do konstrukcji układu odwróconej elektrodializy. (a) zewnętrzna uszczelka silikonowa, (b) zewnętrzny dystanser i wewnętrzny dystanser, (c) wewnętrzna uszczelka silikonowa, (d) membrana kationowymienna, (e) membrana anionowymienna oraz (f) zespół uszczelki i membrany. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig02large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Montaż ogniwa do elektrodializy: układ eksperymentalny (a), schemat rozłożony z elementami (b) do separacji jonów." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig03.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3: Stos do odwrotnej elektrodializy. (a) układ stosu do odwrotnej elektrodializy z przewodami łączącymi oraz (b) schematyczne przedstawienie poszczególnych warstw, w tym płyt końcowych z PMMA, elektrod, uszczelki, dystansera, CEM i AEM. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig03large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
2. Przygotowanie membrany wymiany jonowej
UWAGA: Ilość materiału prekursorowego została zoptymalizowana w celu otrzymania membrany o średnicy 18 cm i grubości ~50 µm.
<ol>
	<li>Membrana kationowymienna
	<ol>
		<li>Odważyć 5% wagowych włókien sulfonowanego PEEK do kolby okrągłodennej o pojemności 250 mL i rozpuścić włókna w dimetylacetamidzie (DMAc) jako rozpuszczalniku o masie cząsteczkowej 87,12 g mol-1. Wstrząsać kolbą przez 10 min, aby wszystkie polimery jonomerowe osiadły.</li>
		<li>Umieścić mieszadło magnetyczne w kolbie, a następnie umieścić mieszaninę w łaźni olejowej silikonowej i intensywnie mieszać przy 500 rpm przez 24 h w temperaturze 80 °C w celu uzyskania jednorodnego roztworu.</li>
		<li>Przefiltrować roztwór sulfonowanego PEEK przez filtr z politetrafluoroetylenu (PTFE) o rozmiarze porów 0,45 µm.</li>
		<li>Następnie przelać przefiltrowany roztwór do okrągłego szklanego naczynia o średnicy 18 cm. Przed umieszczeniem naczynia Petri w piekarniku upewnić się, że wszystkie pęcherzyki powietrza zostały usunięte za pomocą dmuchawy.</li>
		<li>Umieścić naczynie Petri w piekarniku w celu osuszenia roztworu w temperaturze 90 °C przez 24 h, co pozwoli na uzyskanie wolnostojącej membrany o grubości ~50 µm. W celu wyjęcia wolnostojącej membrany należy postąpić następująco: aby oddzielić membranę od naczynia Petri, należy napełnić naczynie ciepłą wodą destylowaną (~60 °C) i pozostawić na 10 min bez dotykania. Wolnostojąca membrana oddzieli się automatycznie.</li>
		<li>W celu aktywacji membrany, zanurzyć przygotowaną wolnostojącą membranę w 1 M wodnym roztworze kwasu siarkowego (H2SO4), tj. 98,08 g w 1 L wody destylowanej, i inkubować przez 2 h w temperaturze 80 °C. 
		UWAGA: Ten krok zapewni usunięcie ciał obcych i innych substancji chemicznych, takich jak rozpuszczalniki, co zmniejszy ryzyko zanieczyszczenia membrany.</li>
		<li>Przemyć namoczoną membranę 1 L wody destylowanej przez 10 min, co najmniej trzy razy w temperaturze pokojowej.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Membrana anionowymienna
	<ol>
		<li>Rozpuścić 10% wagowych roztwór jonomeru FAA-3 w rozpuszczalniku N-metylu-2-pyrrolidonie (NMP).</li>
		<li>Mieszać roztwór w temperaturze pokojowej przez 2 h przy prędkości ~500 rpm.</li>
		<li>Następnie przefiltrować roztwór za pomocą siatki o rozmiarze porów 100 µm.</li>
		<li>Wlać ~30 mL przefiltrowanego roztworu do okrągłego szklanego naczynia Petri o średnicy 18 cm. Przed umieszczeniem szklanego naczynia Petri w piekarniku upewnić się, że wszystkie pęcherzyki powietrza zostały usunięte za pomocą dmuchawy. Proces suszenia odbywa się w temperaturze 100 °C przez 24 h.</li>
		<li>Aby uzyskać wolnostojącą membranę, wlać gorącą wodę destylowaną do szklanego naczynia Petri i pozostawić na co najmniej 10 min. Następnie oddzielić membrany i umieścić je w 1 litrze roztworu wodorotlenku sodu (NaOH) (stężenie 1 M, masa cząsteczkowa 40 g mol-1) na 2 h.</li>
		<li>Następnie dokładnie przemyć membranę 1 L wody destylowanej przez 10 min, co najmniej trzy razy w warunkach otoczenia. 
		UWAGA: Wszystkie przygotowane membrany przechowywano w roztworze 0,5 M NaCl przez noc przed zastosowaniem w stosie RED, aby zwiększyć przewodnictwo membrany i zapewnić stabilną wydajność podczas pomiarów stosu RED. Tabela 1 opisuje właściwości membran10,11.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Specyfikacja</td>
			<td>Jednostka</td>
			<td>CEM</td>
			<td>AEM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stopień pęcznienia </td>
			<td>%</td>
			<td>5±1</td>
			<td>1±0.5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gęstość ładunku lub pojemność wymiany jonowej </td>
			<td>meq/g</td>
			<td>1.8</td>
			<td>~1.6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Właściwości mechaniczne 
			(Wytrzymałość na rozciąganie)</td>
			<td>MPa</td>
			<td>&gt;40</td>
			<td>40-50</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wydłużenie do zerwania </td>
			<td>%</td>
			<td>~42</td>
			<td>30-50</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Moduł Younga (MPa)</td>
			<td></td>
			<td>1500±100</td>
			<td>1000-1500</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Przewodność w temperaturze pokojowej</td>
			<td>S/cm</td>
			<td>~0.03</td>
			<td>~0.025</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Permselektywność</td>
			<td>%</td>
			<td>98-99</td>
			<td>94-96</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Grubość</td>
			<td>μm</td>
			<td>50±2</td>
			<td>50±3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rozpuszczalnik</td>
			<td>-</td>
			<td>Dimetyloacetamid (DMAc)</td>
			<td>N-metylo-2-pirolidon (NMP)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 1: Właściwości membran. Podsumowanie właściwości membran kationowymiennych i anionowymiennych.
3. Budowa układu odwróconej elektrodializy
<ol>
	<li>Montaż stosu RED
	<ol>
		<li>Przygotować roztwór modelowy wykorzystując 0,6 M NaCl dla komór o wysokim stężeniu (HC) oraz 0,01 M NaCl dla komór o niskim stężeniu (LC)12. 
		UWAGA: W tym przypadku wodę rzeczną uznaje się za roztwór soli o niskim stężeniu, a wodę morską za roztwór soli o wysokim stężeniu.</li>
		<li>Przygotować po 5 L roztworu o wysokim i niskim stężeniu w dużym pojemniku połączonym rurkami. Roztwory mieszać w warunkach otoczenia (temperatura pokojowa) przez co najmniej 2 h przed użyciem w stosie RED.</li>
		<li>Przygotować mieszaninę 0,05 M [Fe (CN)6]-3/ [Fe (CN)6]-4 oraz 0,3 M NaCl w 500 mL wody jako roztwór płuczący dla RED.</li>
		<li>Połączyć wszystkie trzy pojemniki z roztworami ze stosem RED za pomocą gumowych rurek poprzez pompę perystaltyczną i manometry. Do roztworu płuczącego użyć rurek o rozmiarze L/S 16, a do roztworów HC i LC rurek o rozmiarze L/S 25.</li>
		<li>Aby zbudować stos RED, należy wziąć dwie płyty czołowe wykonane z polimetakrylanu metylu (PMMA). Połączyć obie płyty czołowe poziomo, licem do siebie, za pomocą nakrętek, śrub i podkładek z siłą 25 Nm, używając cyfrowego klucza dynamometrycznego. Grubość płyt czołowych PMMA wynosi 3 cm, a ścieżki kanałów przepływowych dla roztworów HC, LC oraz roztworu płuczącego zostały wykonane w płytach przez wiertarkę2.</li>
		<li>Umieścić dwie elektrody siatkowe wykonane z tytanu (Ti) powlekanego mieszaniną irydu (Ir) i rutenu (Ru) w stosunku 1:1 na końcach płyt PMMA. Obie elektrody końcowe połączyć krokodylkami miernika źródłowego. 
		UWAGA: Obie płyty czołowe PMMA są wyposażone w elektrody siatkowe, obie elektrody zostały warstwowo pokryte kwadratowym dystansem, a płyta czołowa PMMA została osłonięta gumową uszczelką skierowaną do wewnątrz. Następnie membrany CEM i AEM są rozmieszczane naprzemiennie, oddzielone uszczelkami silikonowymi i dystansami, jak pokazano na Rysunku 3.</li>
		<li>Instalować uszczelki silikonowe, polimerowe dystanse i membrany wymiany jonowej (CEM i AEM) warstwa po warstwie, zgodnie ze schematem na Rysunku 4 i Rysunku 5. Upewnić się, że powierzchnia czynna elektrod, obu membran, dystansów zewnętrznych i wewnętrznych oraz uszczelek zewnętrznych i wewnętrznych wynosi 7 x 7 = 49 cm2.</li>
		<li>Przeprowadzać roztwory o wysokim i niskim stężeniu z odpowiednich komór za pomocą pomp perystaltycznych, zgodnie ze schematem na Rysunku 4.</li>
		<li>Cyrkulować roztwór płuczący w zewnętrznych komorach elektrod i membran w trybie recyrkulacji przy użyciu pomp perystaltycznych. Przepływ zastosowany dla roztworu płuczącego wynosi 50 mL min-1.</li>
		<li>Do analizy wydajności każdej membrany stosuje się stały przepływ. W tym doświadczeniu wykorzystano przepływ 100 mL min-1 za pomocą pompy perystaltycznej.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="Schemat procesu elektrodializy; membrany wymiany jonowej, CEM, AEM, przepływ roztworu, układ pompy." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig04.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rycina 4"> 
Rycina 4: Schematyczne przedstawienie połączenia rurek ze stossem do odwróconej elektrodializy. Połączenie układu odwróconej elektrodializy z pompami perystaltycznymi, zbiornikiem z roztworem o wysokim stężeniu, zbiornikiem z roztworem o niskim stężeniu, zbiornikiem z roztworem płuczącym oraz zbiornikiem na odpady. Przedstawiono również ułożenie dystansera względem membrany wymiany anionowej (AEM) i membrany wymiany kationowej (CEM). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig04large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Schemat procesu elektrodializy z membranami wymiany kationowej/anionowej; przekrój i widok z przodu." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig05.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rysunek 5"> 
Rysunek 5: Schemat różnych warstw w układzie do odwróconej elektrodializy. (a) Widok w przekroju schematu odwróconej elektrodializy pokazuje kierunek przepływu roztworu o wysokim stężeniu, roztworu o niskim stężeniu oraz roztworu do płukania elektrod. Pozostałe komponenty, takie jak elektrody, uszczelki zewnętrzne i wewnętrzne, dystansory zewnętrzne i wewnętrzne, membrana wymiany kationowej oraz membrana wymiany anionowej. (b) Widok z przodu stosu, pokazujący kierunek przepływu roztworu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig05large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
4. Pomiar odwróconej elektrodializy
<ol>
	<li>Obliczenia mocy
	<ol>
		<li>Przepuść roztwór o wysokim stężeniu, niskim stężeniu oraz roztwór płuczący przez stos przez co najmniej 5 min. Zmierz wydajność wyjściową RED za pomocą miernika źródłowego podłączonego do obu elektrod stosu RED13.</li>
		<li>Oblicz charakterystykę prądowo-napięciową stosu RED w funkcji gęstości mocy, stosując metodę galwanostatyczną. 
		UWAGA: W metodzie galwanostatycznej przez elektrody przyłożony jest stały prąd i mierzy się prąd wynikający. Prąd wynikający jest prądem generowanym w wyniku reakcji elektrochemicznej w stosie. Pomiar jest przeprowadzany przy statycznym napięciu 0,05 V ze stałym prądem sweep wynoszącym 10 mA.</li>
		<li>Maksymalną gęstość mocy dla stosu RED mierzy się za pomocą następującego równania 1. 
		<img alt="Równanie gęstości mocy, Pmax=Ustack·Istack/Amem, schemat analizy wydajności ogniwa paliwowego." src="/files/ftp_upload/62309/62309eq2.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 2"> (1) 
		Gdzie Pmax to maksymalna gęstość mocy stosu RED (Wm-2), Ustack to napięcie (V) generowane przez membranę w stosie, Istack to zarejestrowany prąd (A), a Amem to powierzchnia aktywna membran (m2).</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>

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Zasada działania RED jest w głównej mierze zdominowana przez fizykochemiczne właściwości membrany, która stanowi kluczowy element systemu RED, co zilustrowano na Rysunku 3. W tym miejscu opisujemy podstawowe charakterystyki membrany niezbędne do stworzenia wysokowydajnego systemu RED. Specyficzna przepuszczalność jonowa membrany sprawia, że przez jej polimerowe nanokanały przechodzi tylko jeden rodzaj jonów. Zgodnie z nazwą, CEM umożliwia przenikanie kationów z jednej strony na drugą i bloku...

Pozyskiwanie energii z zasobów naturalnych jest ekonomiczną i przyjazną dla środowiska metodą, która przyczynia się do zachowania naszej planety w czystości i ekologicznym stanie. Do tej pory zaproponowano wiele procesów ekstrakcji energii, jednak odwrócona elektrodializa (RED) wykazuje ogromny potencjał w rozwiązaniu problemu kryzysu energetycznego1. Produkcja energii za pomocą odwróconej elektrodializy stanowi przełom technologiczny w procesie dekarbonizacji globalnej energetyki. Jak wskazuje nazwa, RED jest procesem odwróconym, w którym naprzemienne komory ogniwa są wypełnione roztworami soli o wysokim i niskim stężeniu2. Potencjał chemiczny generowany przez różnicę stężeń soli w poprzek membran wymiany jonowej jest zbierany z elektrod znajdujących się na końcach komory.
Od 2000 roku opublikowano wiele artykułów badawczych, które dostarczyły teoretycznych i eksperymentalnych spostrzeżeń na temat RED3,4. Systematyczne badania nad warunkami pracy oraz analizy niezawodności w warunkach stresowych pozwoliły na udoskonalenie architektury stosu i poprawę ogólnej wydajności ogniwa. Kilka grup badawczych skierowało swoją uwagę na hybrydowe zastosowania RED, takie jak RED z procesem odsalania5, RED z energią słoneczną6, RED z procesem odwróconej osmozy (RO)5, RED z mikrobiologicznym ogniwem paliwowym7 oraz RED z procesem chłodzenia radiacyjnego8. Jak wspomniano wcześniej, istnieje ogromny potencjał w implementacji hybrydowych zastosowań RED w celu rozwiązania problemów związanych z energią i czystą wodą.
W celu poprawy wydajności ogniwa RED oraz pojemności wymiany jonowej membrany przyjęto kilka metod. Dostosowanie membran wymiany kationowej za pomocą różnych rodzajów jonów z wykorzystaniem grupy kwasu sulfonowego (-SO3H), grupy kwasu fosfonowego (-PO3H2) oraz grupy kwasu karboksylowego (-COOH) jest jednym ze skutecznych sposobów modyfikacji właściwości fizykochemicznych membrany. Membrany wymiany anionowej są modyfikowane grupami amonowymi (<img alt="Wiązania chemiczne; grupy aminowe w stanach naładowanych, wzór -NR3+, -NH3+." src="/files/ftp_upload/62309/62209eq1.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 1">)9. Wysoka przewodność jonowa AEM i CEM, bez pogorszenia wytrzymałości mechanicznej membrany, jest kluczowym parametrem przy wyborze odpowiedniej membrany do zastosowań w urządzeniu. Wytrzymała membrana w warunkach naprężeń zapewnia stabilność mechaniczną membrany i zwiększa trwałość urządzenia. W niniejszym zastosowaniu RED wykorzystano unikalną kombinację wysokowydajnego, wolnostojącego sulfonowanego poli(etereterketonu) (sPEEK) jako membran wymiany kationowej oraz FAA-3 jako membran wymiany anionowej. Rysunek 1 przedstawia schemat procedury eksperymentalnej.
<img alt="Schemat procesu odwrotnej elektrodializy, aktywacji jonomeru, pomiaru mocy i przepływu szacowania." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig01.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1: Schemat procedury. Schemat blokowy przedstawia procedurę zastosowaną do przygotowania membrany wymiany jonowej, a następnie proces pomiaru odwrotnej elektrodializy. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig01large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>

<table><tbody><tr><td>Membrana na bazie AEM</td><td>Fumion</td><td>P1810-194</td><td>Jonomer</td></tr><tr><td>Membrana na bazie CEM</td><td>Fumion</td><td>E550</td><td>Ionomer</td></tr><tr><td>Cyfrowy klucz dynamometryczny</td><td>Torqueworld</td><td>WP2-030-09000251</td><td></td></tr><tr><td>Labview oprogramowanie</td><td>Natiaonal</td> <td>Instrument-Software</td><td></td></tr> <tr><td>Laptop</td><td>LG-PC</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Mieszadło magnetyczne</td><td>Lab</td><td></td> <td>Companion-MS-17BB</td></tr><tr><td>N, N-DIMETYLOACETAMID</td><td>Sigma aldrich</td><td>271012</td><td>Chemiczny</td></tr><tr><td>N-metylo-2-pirolidon</td><td>Daejung</td><td>872-50-4</td><td>Chemiczna</td></tr><tr><td>pompa perystaltyczna</td><td>EMS tech</td> <td>Inc-EMP</td> <td>2000W</td></tr><tr><td>Trójwodzian heksacyjanożelazianu potasu (II)</td><td>Sigma aldrich</td><td>P3289</td><td>Chemiczny</td></tr><tr><td>potas heksacyjanożelazian (III)</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>244023</td><td></td></tr><tr><td>Manometr</td> chemiczny <td>Swagelok-Guage</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Konfiguracja odwróconej elektrodializy</td><td>wykonana w</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>systemie RO laboratorium czysta woda</td><td>KOTITI-Woda</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Parownik obrotowy</td><td>Hitachi</td><td>YEFO-KTPM</td><td>Silnik indukcyjny</td></tr><tr><td>Chlorek</td> <td>soduSigma aldrich</td><td>S9888</td><td>Chemiczny</td></tr><tr><td>wodorotlenek sodu</td><td>Merk</td><td>1310-73-2</td><td>Miernik źródła chemicznego</td></tr><tr><td></td><td>Keithley-2410</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Dystans</td><td>Nitex, SEFAR</td><td>06-250/34</td><td>Dystans</td></tr><tr><td>Kwas siarkowy</td><td>Daejung</td><td>7664-93-9</td><td>Rurka chemiczna</td></tr><tr><td></td><td>Rurka Masterflex</td><td>96410-25</td><td>Rurka gumowa</td></tr></tbody></table>

membrany jonowymienne do produkcji urządzenia do odwróconej elektrodializy

Ion-Exchange Membranes for the Fabrication of Reverse Electrodialysis Device

Odwrócona elektrodializa (RED) to skuteczny sposób generowania energii poprzez mieszanie dwóch różnych stężeń soli w wodzie za pomocą membran kationowymiennych (CEM) i membran anionowymiennych (AEM). Stos RED składa się z naprzemiennego układu membrany kationitowej i membrany anionowymiennej. Urządzenie RED pełni rolę potencjalnego kandydata do zaspokojenia powszechnego zapotrzebowania na przyszłe kryzysy energetyczne. W tym artykule przedstawiamy procedurę wytwarzania urządzenia do odwróconej elektrodializy przy użyciu CEM i AEM w skali laboratoryjnej do produkcji energii. Powierzchnia czynna membrany jonowymiennej wynosi 49cm2. W tym artykule przedstawiamy krok po kroku procedurę syntezy membrany, po której następuje montaż stosu i pomiar mocy. Wyjaśniono również warunki pomiaru i obliczanie mocy wyjściowej netto. Ponadto opisujemy podstawowe parametry, które są brane pod uwagę w celu uzyskania wiarygodnego wyniku. Podajemy również teoretyczny parametr, który wpływa na ogólną wydajność komórek w odniesieniu do membrany i roztworu paszowego. Krótko mówiąc, eksperyment ten opisuje, jak składać i mierzyć komórki RED na tej samej platformie. Zawiera również zasadę działania i obliczenia wykorzystywane do szacowania mocy wyjściowej netto komina RED przy użyciu membran CEM i AEM.

Wydajność mocy netto 
Ogniwo RED generuje energię elektryczną zazwyczaj z gradientu zasolenia roztworu soli, tj. z ruchu jonów w przeciwnych kierunkach przez membranę. Aby prawidłowo złożyć stos RED, należy starannie wyrównać wszystkie warstwy, w tym elektrody, uszczelki, membrany i dystansory w stosie, zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku 4 i rysunku 5. Jeśli stos nie jest idealnie wyrównany, mogą wystąpić dwa problemy: (i) w stosi...

Pokazujemy wykonanie urządzenia do odwróconej elektrodializy przy użyciu membrany kationowymiennej (CEM) i membrany anionowymiennej (AEM) do wytwarzania energii.

Membrany jonowymienne do produkcji urządzenia do odwróconej elektrodializy

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

Protokół ten jest bezgłośnym, czystym i zrównoważonym sposobem wytwarzania energii. Może łatwo rozwiązać problem kryzysu energetycznego, przekształcając gradient zasolenia wody w energię elektryczną. Metoda ta zapewnia bezpośrednią listę do przedłużania membrany o dużych powierzchniach o wyjątkowych właściwościach fizykochemicznych w celu generowania wydajnej energii przy użyciu RED.Wydajność wyjściowa urządzenia RED może być skalowana w górę, a membrana może być wykorzystywana w innych urządzeniach elektrochemicznych, takich jak baterie do forezy i przepływu redoks. Przygotowanie jednorodnego roztworu, filtracja, suszenie, techniki kontroli, mycie, obróbka membranowa, regulują powtarzalną wydajność membrany. Wyrównanie stosu i optymalizacja spadku ciśnienia mają kluczowe znaczenie dla uzyskania stabilnej wydajności urządzenia.Aby przygotować membranę kationowymienną, dodaj 5% siarczanowych włókien polieteroeteroketonu do kolby o okrągłym dnie o pojemności 250 mililitrów i rozpuść włókna w rozpuszczalniku dimetyloacetamidu. Następnie potrząsać kolbą przez 10 minut, tak aby wszystkie polimery jonomerowe osiadły na dnie kolby. Umieść mieszaninę w kąpieli oleju silikonowego z mieszadłem magnetycznym i energicznie mieszaj roztwór z prędkością 500 obrotów na minutę przez 24 godziny w temperaturze 80 stopni Celsjusza, aby uzyskać jednorodny roztwór.Następnego dnia przefiltruj 30 mililitrów roztworu przez filtr PTFE o średnicy 0,45 mikrometra do okrągłego szklanego naczynia o średnicy 18 centymetrów. Użyj dmuchawy powietrza, aby usunąć wszelkie pęcherzyki przed włożeniem naczynia do piekarnika na 24 godziny w temperaturze 90 stopni Celsjusza, aby wytworzyć wolnostojącą membranę o grubości około 50 mikrometrów. Aby wydobyć wolnostojącą membranę, napełnij naczynie ciepłą wodą destylowaną.Po 10 minutach wolnostojąca membrana oderwie się od naczynia. Aby aktywować membranę, zanurz ją w jednym molowym roztworze kwasu siarkowego na dwie godziny w temperaturze 80 stopni Celsjusza, a następnie wykonaj co najmniej trzy 10-minutowe płukanie jednym litrem wody destylowanej o temperaturze pokojowej na pranie. Rozpuść 10% wagowo roztwór jonomeru FAA-3 w rozpuszczalniku NMP przez dwie godziny w temperaturze pokojowej i 500 obrotach na minutę.Pod koniec inkubacji przefiltrować około 30 mililitrów roztworu przez sitko o porach 100 mikronów do 18-centymetrowej szklanej szalki Petriego. Po usunięciu wszelkich pęcherzyków powietrza wstaw naczynie do piekarnika nagrzanego do 100 stopni Celsjusza na 24 godziny. Użyj gorącej wody destylowanej do ekstrakcji wysuszonej membrany, jak pokazano, i aktywuj membranę w jednym litrze wodorotlenku sodu na dwie godziny.Następnie przemyć aktywowaną membranę trzy razy jednym litrem wody destylowanej na pranie, jak pokazano. Po aktywacji przytnij membrany kationowymienne i anionowe do 49 centymetrów kwadratowych. Aby wytworzyć stos CZERWONY, umieść płytkę PMMA o grubości trzech centymetrów elektrodą skierowaną do góry i umieść gumową uszczelkę i przekładkę na elektrodzie.Umieść membranę kationitową i membranę anionowymienną po obu stronach uszczelki. Umieść uszczelkę silikonową i przekładkę na każdej membranie i umieść drugą płytkę PMMA na drugiej warstwie przekładek i uszczelek. Następnie użyj cyfrowego napędu kluczy o sile 25 niutonometrów, aby zabezpieczyć zestaw za pomocą nakrętek, i podkładek.Po zmontowaniu stosu umieść jedną elektrodę z siatki tytanowej pokrytą mieszaniną irydu i rutenu jeden do jednego na końcu każdej płytki i użyj zacisków krokodylkowych, aby podłączyć elektrody do miernika źródłowego. Co najmniej dwie godziny przed analizą dodać pięć litrów 0,01 molowego roztworu chlorku sodu i pięć litrów 0,6 molowego roztworu chlorku sodu do pojedynczych dużych pojemników podłączonych do pompy perystaltycznej i ciągle mieszać roztwory w temperaturze pokojowej. Aby przeprowadzić analizę RED, dodaj 0,05 molowego roztworu płuczącego do trzeciego pojemnika i użyj gumowych rurek, aby połączyć wszystkie trzy pojemniki przez pompę perystaltyczną i manometry z zespołem RED.Ustaw natężenie przepływu roztworu płuczącego na 50 mililitrów na minutę, a natężenie przepływu roztworów soli na 100 mililitrów na minutę i sprawdź przewody, aby wyeliminować przepływ krzyżowy lub wyciek. Wykonaj odczyt manometru, aby upewnić się, że odczyt jest stabilny. Po przepuszczeniu roztworów przez komin przez co najmniej pięć minut, należy użyć miernika źródła podłączonego do obu elektrod i do stosu RED, aby zmierzyć wydajność wyjściową odwróconej elektrodializy metodą galwanostatu.Urządzenie do odwróconej elektrodializy działa jako potencjalny kandydat do zaspokojenia powszechnego zapotrzebowania na przyszłe kryzysy energetyczne. Różnica w gradiencie zasolenia stężenia soli powoduje powstanie napięcia obwodu otwartego, które zależy od rezystancji wewnętrznej stosu odwróconej elektrodializy. W tej analizie maksymalna gęstość mocy dla stosu odwróconej elektrodializy wynosiła około 0,7 wata na metr kwadratowy, a obliczona gęstość mocy netto wynosiła około 0,65 wata na metr kwadratowy przy stałym natężeniu przepływu.Jak zaobserwowano, gęstość mocy ogniwa wzrosła początkowo do maksymalnej wartości gęstości prądu, a następnie spadła w odpowiedzi na wzrost rezystancji wewnętrznej stosu RED. Ważne jest, aby regularnie sprawdzać połączenie przewodów, przepływ krzyżowy roztworu i płyny, aby uzyskać wydajną i stabilną wydajność. Przygotowanie jednolitej membrany o dużej powierzchni zdestabilizuje wydajność komórki bez zanieczyszczania błony i wycieku roztworu.Ponadto działa wydajnie w warunkach stresowych.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Pokazujemy ekstrakcję amoniaku ze strumienia bogatego w amoniak za pomocą systemu elektrochemicznego i bioelektrochemicznego. Omówiono konfigurację reaktora, jego działanie i analizę danych.

Elektrochemicznie i bioelektrochemicznie indukowany odzysk amonu

Ten manuskrypt pokazuje proces produkcji miękkich siłowników z elastomeru dielektrycznego opartych na membranach silikonowych. Szczegółowo przedstawiono trzy kluczowe etapy produkcji: odlewanie łopatek z cienkich membran silikonowych; tampodruk elektrod zgodnych z wymaganiami; i montaż wszystkich komponentów.

Proces wytwarzania siłowników z elastomeru dielektrycznego na bazie silikonu

Opisano protokół dla nowatorskiej platformy polaryzacji stężenia jonów (ICP), która może zatrzymać rozprzestrzenianie się strefy ICP, niezależnie od warunków pracy. Ta unikalna zdolność platformy polega na wykorzystaniu łączącego się zubożenia i wzbogacania jonów, które są dwiema biegunowościami zjawiska ICP.

Łączenie polaryzacji stężenia jonów między zestawionymi membranami jonowymiennymi w celu zablokowania propagacji strefy polaryzacji

Rektyfikacja ścieżek transportu jonów jest skuteczną metodą generowania jednokierunkowych przepływów elektrohydrodynamicznych ciągniętych jonami. Poprzez ustawienie membrany jonowymiennej w kanale przepływowym, generowany jest stan spolaryzowany elektrycznie, który powoduje napędzanie przepływu cieczy, gdy pole elektryczne jest przyłożone na zewnątrz.

Wytwarzanie i sterowanie przepływami elektrohydrodynamicznymi w wodnych roztworach elektrolitów

Przedstawiono proste, powtarzalne i wszechstronne podejście do syntezy przerośniętych, polikrystalicznych metaloorganicznych membran szkieletowych na szerokiej gamie niemodyfikowanych porowatych i nieporowatych podpór.

Krystalizacja elektroforetyczna ultracienkich, wysokowydajnych membran metaloorganicznych

Prezentowany tutaj jest stopniowy protokół do realizacji membran zatrzymujących gaz (GEMs) z płytek SiO2/Si przy użyciu technologii mikrofabrykacji układów scalonych. Gdy krzemionka-GEM jest zanurzona w wodzie, zapobiega się wnikaniu wody, pomimo kochającego wodę składu krzemionki.

Dowód słuszności koncepcji membran zatrzymujących gazy pochodzących z kochających wodę wafli SiO2/Si/SiO2 do ekologicznego odsalania

Ten artykuł opisuje szybki i prosty proces produkcji jonowych, elektromechanicznie aktywnych materiałów kompozytowych do siłowników w zastosowaniach biomedycznych, biomimetycznych i miękkiej robotyki. Szczegółowo opisano kluczowe etapy wytwarzania, ich znaczenie dla końcowych właściwości siłowników oraz niektóre z głównych technik charakteryzacji.

Produkcja jonowych, elektromechanicznie aktywnych miękkich siłowników na bazie węgla

Ten protokół opisuje reproduktywalną metodę wytwarzania trwałych metalowo-organicznych ramek/polimerowych membran mieszanych i dokładnego pomiaru ich przewodnictwa protonowego w płaszczyźnie pod zmienną temperaturą i wilgotnością z wykorzystaniem spektroskopii impedancji elektrochemicznej, co może być przydatne dla ogniw paliwowych z membranami wymienników protonowych (PEMFC).

Pomiar przewodności protonowej w membranie matrycowej mieszanej na bazie MOF za pomocą spektroskopii impedancji elektrochemicznej

Przedstawiono protokół do badania wieloelektronowych systemów baterii metalowo-powietrznych przy użyciu poprzedniej technologii opracowanej dla ogniwa cynkowo-powietrznego. Następnie przeprowadza się testy elektrochemiczne na wyprodukowanych akumulatorach w celu oceny wydajności.

Produkcja ogniw VB2/Air do badań elektrochemicznych

Opisano metodę trwałego łączenia dwóch płytek krzemowych w celu uzyskania jednolitej obudowy. Obejmuje to przygotowanie płytek, czyszczenie, klejenie RT i procesy wyżarzania. Powstałe połączone płytki (komórki) mają jednorodność obudowy ~1%1,2. Uzyskana geometria pozwala na pomiary zamkniętych cieczy i gazów.

Wytwarzanie jednolitych wnęk w nanoskali za pomocą bezpośredniego łączenia płytek krzemowych

Poznaj protokół syntezy membran jonowymiennych i montażu urządzenia do odwróconej elektrodializy. Metoda umożliwia generowanie energii ze skoków zasolenia z gęstością mocy około 0,7 W/m².

Membrany jonowymienne do produkcji urządzenia do odwróconej elektrodializy

Przeglądaj więcej filmów