Membranas de troca de íons para a fabricação do dispositivo de eletrodiálise reversa

Este protocolo é uma forma livre de ruídos, limpa e sustentável de produzir energia. Pode facilmente resolver o problema da crise energética convertendo o gradiente de salinidade da água em eletricidade. O método fornece uma lista direta para a extensão da membrana de grande área com propriedades fisioquímicas excelentes para gerar energia eficiente usando RED.

O desempenho de saída do dispositivo RED pode ser ampliado e a membrana pode ser utilizada em outros dispositivos eletroquímicos, como phoresis e baterias de fluxo redox. Preparação de soluções homogêneas, filtração, secagem, técnicas de controle, lavagem, tratamento de membrana, regulação do desempenho da membrana reprodutível. O alinhamento da pilha e a otimização da queda de pressão são cruciais para produzir desempenho estável do dispositivo.

Para preparar uma membrana de troca de cátion, adicione fibras de polietrocetona sulfinadas a um frasco de fundo redondo de 250 mililitros e dissolva as fibras em solvente de dimetilacetamida. Em seguida, agite o frasco por 10 minutos para que todos os polímeros ionômeros se acomodem no fundo do frasco. Coloque a mistura em um banho de óleo de silício com uma barra de agitação magnética e mexa vigorosamente a solução a 500 revoluções por minuto durante 24 horas a 80 graus Celsius para obter uma solução homogênea.

No dia seguinte, filtre 30 mililitros da solução através de um filtro PTFE de 0,45 micrômetros em uma antena de vidro circular de 18 centímetros de diâmetro. Use um soprador de ar para remover quaisquer bolhas antes de colocar o prato no forno por 24 horas a 90 graus Celsius para gerar uma membrana autônoma de aproximadamente 50 micrômetros de espessura. Para extrair a membrana autônoma, encha o prato com água destilada quente.

Após 10 minutos, a membrana autônoma se soltará do prato. Para ativar a membrana, mergulhe a membrana em uma solução de ácido sulfúrico molar por duas horas a 80 graus Celsius, seguida por pelo menos três lavagens de 10 minutos com um litro de água destilada à temperatura ambiente por lavagem. Dissolva 10% por peso solução de ionômero FAA-3 em solvente NMP por duas horas à temperatura ambiente e 500 revoluções por minuto.

No final da incubação, filtre aproximadamente 30 mililitros de solução através de um filtro de poros de 100 mícrons em uma placa de petri de vidro de 18 centímetros. Depois de remover quaisquer bolhas de ar, coloque o prato em um forno de 100 graus Celsius por 24 horas. Use água destilada quente para extrair a membrana seca como demonstrado e ativar a membrana em um litro de hidróxido de sódio por duas horas.

Em seguida, lave a membrana ativada três vezes com um litro de água destilada por lavagem, como demonstrado. Após a ativação, corte as membranas de cáção e ânion para 49 centímetros quadrados. Para fabricar uma pilha VERMELHA, posicione uma placa PMMA de três centímetros de espessura com o eletrodo virado para cima e coloque uma junta de borracha e um espaçador sobre o eletrodo.

Coloque a membrana de troca de cáção e a membrana de troca de ânion em ambos os lados da junta. Coloque uma junta de silício e um espaçador em cada membrana e coloque uma segunda placa PMMA sobre a segunda camada de espaçadores e juntas. Em seguida, use uma unidade de chave digital com uma força de 25 medidores newton para fixar a configuração com porcas, parafusos e arruelas.

Quando a pilha for montada, coloque um eletrodo de malha de titânio revestido com uma mistura de irídio e rutênio na extremidade de cada placa e use clipes de crocodilo para conectar os eletrodos ao medidor de origem. Pelo menos duas horas antes da análise, adicione cinco litros de uma solução de cloreto de sódio de 0,01 molar baixo e cinco litros de uma solução de cloreto de sódio de 0,6 molar alta para recipientes individuais grandes conectados a uma bomba peristáltica e mexa as soluções continuamente à temperatura ambiente. Para realizar a análise RED adicione 0,05 solução de lavagem molar a um terceiro recipiente e use tubos de borracha para conectar todos os três recipientes através da bomba peristáltica e medidores de pressão ao conjunto RED.

Defina a taxa de fluxo da solução de enxágue para 50 mililitros por minuto e a taxa de fluxo das soluções de sal para 100 mililitros por minuto, e verifique a tubulação para eliminar qualquer fluxo cruzado ou vazamento. Realize uma leitura medidor de pressão para ter certeza de que a leitura está estável. Depois que as soluções tiverem atravessado a pilha pelo menos por cinco minutos, use um medidor de origem conectado a ambos os eletrodos e à pilha RED para medir o desempenho de saída de eletrodiálise reversa pelo método galvanostat.

O dispositivo de eletrodiálise reversa atua como um potencial candidato para atender à demanda universal por futuras crises energéticas. A diferença no gradiente de salinidade da concentração de sal dá origem à tensão do circuito aberto, que depende da resistência interna da pilha de eletrodiálise reversa. Nesta análise, a densidade máxima de energia para a pilha de eletrodiálise reversa foi de cerca de 0,7 watts por metro quadrado, e a densidade de potência líquida calculada foi de cerca de 0,65 watts por metro quadrado a uma taxa de fluxo fixo.

Como observado, a densidade de energia da célula aumentou inicialmente para o valor máximo de densidade atual antes de cair em resposta a um aumento na resistência interna da pilha RED. É importante cruzar regularmente a conexão de tubulação, o fluxo cruzado da solução e os líquidos para produzir desempenho eficiente e estável. A preparação de uma membrana de grande área uniforme irá desestabilizar o desempenho da célula sem sujar a membrana e o vazamento da solução.

Além disso, funciona eficientemente sob condições de estresse.