Electrochemical energy conversion: methanol fuel cell as example

Abstract

Apresentamos aqui as limitações termodinâmicas e cinéticas da energia de conversão eletroquímica para o caso da cela de combustível metanol/oxigênio. A detecção de produtos e intermediários é demonstrada usando espectroscopia FTIR in situ e espectrometria de massas on line. A catálise bifuncional da oxidação do metanol pelas superfícies do tipo PtRu é explicada. Discutimos a formação de HCOOH e HCHO através de passos paralelos reacionais. Um exemplo da tecnologia do sistema DMFC é apresentado.Thermodynamic and kinetic limitations of the electrochemical energy conversion are presented for the case of a methanol/oxygen fuel cell. The detection of intermediates and products is demonstrated using insitu FTIR spectroscopy and online mass spectrometry. The bifunctional catalysis of methanol oxydation by PtRu model surfaces is explained. The formation of HCOOH and HCHO via parallel reaction pathways is discussed. An example of DMFC system technology is presented.

Oscillatory instabilities during the electrocatalytic oxidation of methanol on platinum

“…Those experiments were carried out using 0.5 mol L -1 of methanol dissolved in aqueous 0.5 mol L -1 of HClO 4 media. Transitions to temporal chaos by period doubling in the electrooxidation of 1 mol L -1 of CH 3 OH on platinum in 0.5 H 2 SO 4 electrolyte at 43 o C and under galvanostatic control were reported by Okamoto and co-workers. 19 Using electrochemical impedance spectroscopy, Lee et al 20,21 discussed the presence of temporal instabilities in the platinum/sulfuric acid/methanol system and identified a region of hidden negative differential resistance as primarily responsible for the occurrence of oscillations.…”

“…[1][2][3] Limitations associated to the high overpotential and the existence of parallel reaction pathways makes its understanding a rather challenging task. Studies have been carried out mainly on platinum surfaces, both polycrystalline and single crystals, by means of different electrochemical approaches sometimes coupled to other in situ and on line techniques.…”

Pilhas a combustível de óxido sólido: materiais, componentes e configurações

“…Uma exceção a essa classificação é a DMFC (pilha a combustível com metanol direto), na qual o anodo é alimentado diretamente com metanol, sem a reforma prévia deste 6 . Uma segunda classificação pode ser feita segundo a temperatura de operação.…”

“…Desde a criação da primeira pilha a combustível até os dias atuais, o avanço desta tecnologia permitiu o desenvolvimento de vários tipos de dispositivos para gerar energia de forma mais limpa, ou seja, minimizando os impactos ambientais [1][2][3][4][5][6] .…”

“…Mas foi na década de 80 que ocorreu um avanço mais intenso desta tecnologia, tornando possível a utilização, ainda em condições experimentais, de pilhas a combustível em veículos particulares e de transporte coletivo, assim como na geração de energia elétrica em larga escala. Atualmente, seu emprego pode ser visto em diversas finalidades, por ex., em automóveis e ônibus, montados nos Estados Unidos, na Alemanha, no Canadá e Japão, onde são utilizadas pilhas a combustível com capacidade de geração de cerca de 85 kW de potência, ou em módulos estacionários montados em Nova York e Tóquio no final da década passada, com geração de 4,8 MW de potência [1][2][3][4] .Desde a criação da primeira pilha a combustível até os dias atuais, o avanço desta tecnologia permitiu o desenvolvimento de vários tipos de dispositivos para gerar energia de forma mais limpa, ou seja, minimizando os impactos ambientais [1][2][3][4][5][6] .Pilhas a combustível podem ajudar a diminuir a dependência em combustíveis fósseis e diminuir a emissão de gases do efeito estufa na atmosfera, uma vez que seu desenvolvimento tecnológico atual permite um aumento na eficiência da conversão da energia química dos combustíveis em energia elétrica, se comparada com a máquina a vapor. Usando hidrogênio puro como combustível este dispositivo somente produz água, eliminando assim todas as outras emissões.…”