Ionenaustauschmembranen für die Herstellung von Reverse Electrodialysegeräten

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 Salzlösung²gefüllt wird. Das chemische Potential, das durch die Salzkonzentrationsdifferenz über die Ionenaustauschmembranen erzeugt wird, die von den Elektroden am Kompartmentende gesammelt werden.

Seit dem Jahr 2000 wurden viele Forschungsartikel veröffentlicht, die theoretisch und experimentell Einblick in die RED geben^3,4. Systematische Untersuchungen der Betriebsbedingungen und Zuverlässigkeitsstudien unter Stressbedingungen verbesserten die Stack-Architektur und verbesserten die Gesamtzellleistung. Mehrere Forschungsgruppen haben ihre Aufmerksamkeit auf die hybride Anwendung von RED gelenkt, wie RED mit Entsalzungsprozess⁵, RED mit Solarenergie⁶, RED mit Umkehrosmose (RO) Prozess⁵, RED mit der mikrobiellen^{Brennstoffzelle 7}und RED mit dem Strahlungskühlprozess⁸. Wie bereits erwähnt, gibt es viel Spielraum bei der Implementierung der Hybridanwendung von RED, um das Energie- und Sauberwasserproblem zu lösen.

Es wurden mehrere Methoden eingesetzt, um die Leistung der ROTEN Zelle und die Ionenaustauschkapazität der Membran zu verbessern. Die Anpassung der Kationenaustauschmembranen mit verschiedenen Arten von Ionenunter Verwendung der Sulfonsäuregruppe (-SO3 H), der Phosphonsäuregruppe (-PO3H2) und der Carbonsäuregruppe (-COOH) ist eine der effektivsten Möglichkeiten, die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Membran zu verändern. Anionenaustauschmembranen sind mit Ammoniumgruppen ( )⁹zugeschnitten. Die hohe Ionenleitfähigkeit von AEM und CEM ohne Verschlechterung der mechanischen Festigkeit der Membran ist der wesentliche Parameter für die Auswahl einer geeigneten Membran für die Geräteanwendung. Die robuste Membran unter Belastungsbedingungen verleiht der Membran mechanische Stabilität und erhöht die Haltbarkeit des Geräts. Hier wird eine einzigartige Kombination aus hochleistungsstarkem freistehendem sulfoniertem Poly(Etheretherketon) (sPEEK) als Kationenaustauschmembranen mit FAA-3 als Anionenaustauschmembranen in der RED-Anwendung eingesetzt. Abbildung 1 zeigt das Flussdiagramm des experimentellen Verfahrens.

Abbildung 1: Prozedurdiagramm. Das Flussdiagramm zeigt das Verfahren zur Herstellung der Ionenaustauschmembran, gefolgt vom Verfahren zur Messung der umgekehrten Elektrodialyse. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.