Open Conference Systems, International Conference on Electrochemical Energy and Technology

Font Size: 
A kinetics analysis of methanol oxidation under electrolysis/fuel cell working conditions
claude lamy

Last modified: 2014-10-08

Abstract


Instead of using a DMFC hardware as an elementary Direct  Methanol Fuel Cell, it is possible to produce clean hydrogen  at the Pt/C electrode negatively polarized by applying a  positive electrode potential at the Pt-Ru anode.  In this way the DMFC hardware works as an elementary  electrolysis cell with hydrogen generation at the Pt/C cathode  by electro-reduction of the protons coming from methanol  oxidation at the Pt-Ru anode and crossing over the protonic  membrane. The elementary electrochemical reactions  involved are:

CH3OH + H2O  ®  CO2 + 6 H+ + 6 e-   anode reaction  (1)

6 H+ + 6 e-    ®  3 H2 cathode reaction (2)
_______________________________________________________

CH3OH + H2O  ®  CO2 + 3 H2   overall reaction (3)

with the thermodynamic data DHo = + 131.5 kJ/mole and DGo  = + 9.3 kJ/mole for the overall reaction (3), so that the  anode potential is Ea+ = + DGo/6F ≈0.016 V/SHE and the  cell voltage under standard conditions is Uocell = Ea+ - Ec- ≈0.016 V where Ec-= 0 V is the cathode potential vs. the  Standard Hydrogen Electrode (SHE). Thus the  electrochemical decomposition of methanol according  to reaction (3), using a Proton Exchange Membrane  Electrochemical Cell (PEMEC), is a more convenient and  efficient process [1-2] to produce high-purity hydrogen  than water electrolysis [3], since the theoretical cell voltage  under standard conditions is much lower (Uocell = 0.016 V)  than that of water decomposition (Uocell = 1.23 V).The DMFC  hardware, provided by ElectroChem (ref.: EFC-05-02-DM), consists of a Pt/C electrode and a Pt-Ru (1/1)/C  electrode of 5 cm2 surface area separated by a Nafion 117  membrane. The cell was polarized at a constant current  density, j (from 1 to 100 mA cm-2), using  a potentiostat  and the methanol anode potential was deduced from the cell  voltage since the hydrogen evolution cathode can be used as  a hydrogen reference electrode. In that way it was possible to  obtain the methanol oxidation electric characteristics Emeth  = f(j) at several methanol concentrations (from 0.1 M to 10  M) and several working temperatures (from 25°C to 85°C). These methanol oxidation characteristics, corrected from  ohmic losses due to membrane and interface resistances,  were then analysed leading to the transfer coefficient,  the reaction order vs. methanol and the heat of activation.  Moreover the volume of evolved hydrogen, measured at  different time and applied current intensity, follows the  Faraday law.


References


[1] Z. Hu, M. Wu, Z. Wei, S. Song, P.K. Shen, J. Power Sources,  166 (2007) 458.

[2] S.R. Narayanan, W. Chun, B. Jeffries-Nakamura, T. I. Valdez, US Patent 6533919, March 18, 2003.

[3] P. Millet, F. Andolfatto, R. Durand, Int. J. Hydrogen Energy,  21 (1996) 87–93.

 


Conference registration is required in order to view papers.