Cyclic voltammetry evaluation of different anode materials for the electrooxidation of coal dissolved compounds in molten KOH and fuel cell simulation

Abstract

Abstract: This document shows the results of cyclic voltammetry and fuel cell simulation for the process of electrochemical oxidation of soluble coal compounds in molten KOH. It is shown that nickel and some nickel alloys like inconel 600, chromel and alumel are suitable catalytic materials for this process at the anode. Exchange current densities vary between 28 and 83 A/m2 and charge transfer coefficients vary between 0.47 and 0.58. Voltammetry experiments also demonstrate that iron alloys, in general, are not suitable for this process because of dissolution of the material. Here voltammetry studies were performed on 410 stainless steel as iron alloy model material. The information obtained after non linear regression analysis to calculate the kinetic parameters for the anodic processes, and that extracted from literature for the cathodic ones, served to solve one proposed model for the continuous steady state operation of a fuel cell for the oxidation of dissolved coal compounds in molten KOH. Comparison of polarization curve and maximum fuel cell power density, obtained by the fuel cell simulation, with those reported by experimental studies show that the proposed model represents the main macroscopic phenomena of this type of systems.

Resumen: En este documento se presentan los resultados de voltametría cíclica y simulación de una celda de combustible para el proceso de oxidación electroquímica de compuestos de carbón solubles en KOH fundido. Se demuestra que el níquel y algunas de sus aleaciones, como Inconel 600, cromel y alumel, son materiales catalíticos adecuados para llevar a cabo este proceso en el ánodo. Las corrientes de intercambio varían entre 28 y 83 A/m2 y los valores de los coeficiente de transferencia se encuentran en un intervalo entre 0.47 y 0.58. Los experimentos de voltametría indican también que las aleaciones de hierro, en general, no son adecuadas para llevar a cabo estos procesos debido a la disolución de este material. En este trabajo los estudios de voltametría fueron llevados a cabo usando acero inoxidable 410 como material modelo. La información obtenida después del análisis de regresión no lineal para calcular los parámetros cinéticos del proceso anódico, y aquellos obtenidos de la literatura para los procesos catódicos, sirvieron para resolver un modelo propuesto para la operación en continuo y en estado estable de una celda de combustible para la oxidación de compuestos de carbón soluble en KOH fundido.