LA PRODUCCIÓN DE ENTROPÍA CONDUCE LAS OSCILACIONES EN UN MODELO DE REACCIÓN ELECTROQUÍMICA

ENTROPY PRODUCTION DRIVES OSCILLATIONS IN AN ELECTROCHEMICAL REACTION MODEL

En este artículo, presentamos el análisis termodinámico de la Segunda Ley de un modelo electroquímico que describe la electrooxidación de una sustancia orgánica, como el ácido fórmico. El objetivo principal es comparar la velocidad de producción de entropía de las reacciones químicas y de los procesos de transporte, de calor y de carga, tanto en regímenes de estado estacionario como en oscilaciones sostenidas; para lograrlo, ajustamos los valores de un conjunto de parámetros del modelo, como los potenciales electroquímicos de equilibrio. Un parámetro de operación del circuito electroquímico actúa como parámetro dinámico de bifurcación; bajo condiciones de operación galvanostática, la corriente externa aplicada mueve el potencial del electrodo de trabajo de una dinámica estacionaria a una de oscilaciones sostenidas, pasando por un régimen de oscilaciones amortiguadas. Los resultados obtenidos muestran que la generación de entropía caracteriza los diferentes regímenes de las reacciones químicas y de los procesos de transporte observados durante la operación del modelo electroquímico, en los que el valor promedio de esta cantidad termodinámica de la Segunda Ley es siempre mayor en los estados de oscilaciones sostenidas. Será interesante, en un futuro próximo, profundizar en este tipo de estudios con el propósito de analizar la eficiencia energética de celdas de combustible a base de moléculas orgánicas pequeñas, como el ácido fórmico o el metanol.

In this article, we present a second-law thermodynamic analysis of an electrochemical model that describes the electrooxidation of an organic substance. The primary objective is to compare the entropy production rates under steady-state and sustained oscillation conditions. To conduct this study, we established the model parameters' values, including the equilibrium electrochemical potentials. This allows one operating parameter of the electrochemical circuit to function as a dynamic bifurcation parameter. Under galvanostatic operating conditions, the applied external current shifts the working electrode potential from a steady state to a sustained oscillation regime, passing through a damped oscillation phase.
Our results indicate that entropy generation characterizes the electrochemical model's various operating regimes. Notably, the average value of this second-law thermodynamic quantity is consistently higher during sustained oscillation states.
This study allows further investigation into fuel cells' energy efficiency utilizing small organic molecules, such as formic acid or methanol.