Un grupo de investigación del Instituto de Ingeniería de Procesos (IPE), Academia china de ciencias, informó recientemente sobre el desarrollo de una nueva tecnología para mejorar el rendimiento de las pilas de combustible de metanol directo (DMFC) que utilizan metanol de alta concentración como combustible, arrojar algo de luz sobre el diseño de fuentes de energía alternativas limpias y asequibles para dispositivos eléctricos portátiles.

Cuando el metanol, el combustible de los DMFC, cruza del ánodo al cátodo a través de la membrana de intercambio de protones (PEM), el rendimiento de la pila de combustible se degrada significativamente, creando un problema importante para la comercialización de DMFC. Comúnmente, Los científicos utilizan varias estrategias para mejorar el rendimiento de DMFC a altas concentraciones de metanol. Estos incluyen mejorar el sistema de alimentación de combustible, desarrollo de la membrana, modificación de electrodos, y gestión del agua.

"Estas estrategias convencionales no superan fundamentalmente el obstáculo clave, pero inevitablemente complican el diseño de DMFC y, por lo tanto, aumentan su costo, "dijo Yang Jun, un profesor de IPE. Trabajando con FENG Yan, un estudiante de doctorado, y LIU Hui, un profesor asistente, YANG usó electrocatalizadores selectivos para ejecutar un DMFC en concentraciones de metanol de hasta 15 M, un método alternativo para resolver el cruce de metanol en DMFC.

Los catalizadores de ánodo y cátodo de DMFC se basan comúnmente en platino (Pt). Estos catalizadores no son selectivos para la reacción de oxidación de metanol (MOR) en el ánodo o la reacción de reducción de oxígeno (ORR) en el cátodo. Con un conocimiento profundo de los mecanismos de las reacciones de los electrodos en DMFC, Los investigadores diseñaron y produjeron electrocatalizadores heterogéneos basados ​​en metales nobles con actividad catalítica mejorada y alta selectividad para MOR y ORR.

En todo alentador, los DMFC funcionaron extremadamente bien con metanol de alta concentración como combustible al hacer un uso suficiente de la singularidad estructural y los efectos de acoplamiento electrónico entre los diferentes dominios de los electrocatalizadores heterogéneos basados ​​en metales nobles.

Como se muestra en la Fig.1, Los nanocompuestos ternarios de Au-Ag2S-Pt con estructuras de núcleo-capa-capa muestran una selectividad de ánodo superior debido al acoplamiento electrónico entre sus diferentes dominios, mientras que las nanopartículas de Au-Pd de núcleo-capa con capas delgadas de Pd exhiben una excelente selectividad de cátodo debido a los efectos sinérgicos entre su núcleo de Au y la capa delgada de Pd.

El DMFC fabricado con catalizadores selectivos produce una densidad de potencia máxima de 89,7 mW cm-2 a una concentración de alimentación de metanol de 10 M, y mantiene un buen rendimiento a concentraciones de metanol de hasta 15 M.

"Próximo, vamos a optimizar el tamaño total de los catalizadores, p.ej., utilizando nanoclusters de Au con diámetros finos como materiales de partida para mejorar aún más la actividad / selectividad para las reacciones de DMFC, "dijo YANG. De esta manera, Se crearán nuevas tecnologías para ayudar a mejorar el diseño de sistemas DMFC más rentables y eficientes.