Over-faradaic hydrogen production in methanol electrolysis cells

A new alcohol electrolyser concept (Methanol Over-Faradaic Electrolyser: MOFE) has been developed to achieve over-faradaic H2 production rates, which were experimentally measured. In a first stage, this outstanding phenomenon was investigated in an alkaline membrane electrolyser. Secondly, a membrane-less electrolyser was used to simplify and implement this concept in practical configurations. The obtained results demonstrated that the experimentally measured over-faradaic H2 production rates on the cathode were due to the coupling of the electrocatalytic hydrogen production via methanol electrolysis (hydrogen evolution reaction) with the catalytic methanol dehydrogenation reaction. The kinetic of the latter reaction is drastically enhanced upon polarization due to the phenomenon of Electrochemical Promotion of Catalysis (EPOC), in liquid phase conditions. Hence, the K+ ions supplied to the Pd/C catalyst-cathode from the liquid electrolyte under polarization conditions promote the chemisorption of intermediate species, activating the catalytic hydrogen production via methanol dehydrogenation reaction on the active Pd sites. Thus, the synergy between these two processes (electrocatalytic + catalytic) lowers the overall energy requirements of the hydrogen produced below the typical values found for conventional alcohol electrolysis cells. These results demonstrate, for the first time, the possibility to produce an “over-faradaic” H2 production rate in a liquid phase electrolysis cell, which is of great interest in view of enhancing the energetic efficiency and the power requirements for hydrogen production via electrolysis of organic molecules.
Se ha desarrollado un nuevo concepto de electrolizador de alcohol (Electrolizador sobre faradaico de metanol: MOFE) para lograr tasas de producción de H 2 sobre faradaicas , que se midieron experimentalmente. En una primera etapa se investigó este destacado fenómeno en un electrolizador de membrana alcalina. En segundo lugar, se utilizó un electrolizador sin membrana para simplificar e implementar este concepto en configuraciones prácticas. Los resultados obtenidos demostraron que el H 2 sobrefaradaico medido experimentalmentelas tasas de producción en el cátodo se debieron al acoplamiento de la producción electrocatalítica de hidrógeno a través de la electrólisis de metanol (reacción de evolución de hidrógeno) con la reacción catalítica de deshidrogenación de metanol. La cinética de esta última reacción mejora drásticamente con la polarización debido al fenómeno de Promoción Electroquímica de Catálisis (EPOC), en condiciones de fase líquida. Por lo tanto, el K +Los iones suministrados al cátodo de catalizador de Pd/C desde el electrolito líquido en condiciones de polarización promueven la quimisorción de especies intermedias, activando la producción catalítica de hidrógeno a través de la reacción de deshidrogenación de metanol en los sitios activos de Pd. Así, la sinergia entre estos dos procesos (electrocatalítico + catalítico) reduce los requerimientos energéticos globales del hidrógeno producido por debajo de los valores típicos encontrados para las celdas de electrólisis de alcohol convencionales. Estos resultados demuestran, por primera vez, la posibilidad de producir una tasa de producción de H 2 "sobre-faradaica" en una celda de electrólisis en fase líquida, lo que es de gran interés en vista de mejorar la eficiencia energética y los requisitos de potencia para la producción de hidrógeno a través de electrólisis de moléculas orgánicas.