1. Electrocatalizadores:
- Catalizadores a base de platino: El platino (Pt) es el electrocatalizador más utilizado para los DEFC debido a su alta actividad tanto en reacciones de oxidación de etanol como de reducción de oxígeno. Sin embargo, el Pt es caro y susceptible de envenenamiento por impurezas presentes en el etanol. Para abordar estos desafíos, los investigadores han desarrollado catalizadores de aleaciones a base de Pt, como las aleaciones Pt-Ru, Pt-Sn y Pt-Ni. Estas aleaciones exhiben una actividad y tolerancia al etanol mejoradas en comparación con el Pt puro.
- Catalizadores de metales no preciosos: Para reducir el costo y mitigar la escasez de platino, se han dedicado importantes esfuerzos al desarrollo de catalizadores de metales no preciosos. Los materiales a base de metales de transición, incluidos el níquel (Ni), el cobalto (Co), el hierro (Fe) y sus compuestos, han mostrado una actividad prometedora para la oxidación del etanol. Estos catalizadores son más resistentes al envenenamiento por etanol y ofrecen alternativas rentables a los catalizadores basados en Pt.
2. Membranas de intercambio de protones (PEM):
- Nación: Nafion es un PEM ampliamente utilizado en DEFC debido a su buena conductividad de protones y estabilidad química. Sin embargo, Nafion adolece de una alta permeabilidad al metanol, lo que puede provocar pérdidas de eficiencia. Para superar esta limitación, los investigadores han desarrollado PEM alternativos basados en poliimidas sulfonadas, polibencimidazoles y materiales compuestos. Estas membranas exhiben un cruce de metanol reducido y una conductividad de protones mejorada.
3. Membranas de intercambio aniónico (AEM):
- Membranas de intercambio de hidróxido (HEM): Los AEM permiten el uso directo de electrolitos alcalinos en los DEFC, lo que ofrece varias ventajas, como una cinética de reacción más rápida, una mejor tolerancia al etanol y una reducción del envenenamiento del catalizador. Los HEM basados en polímeros funcionalizados con amonio cuaternario han mostrado un rendimiento prometedor en DEFC, demostrando una alta conductividad y estabilidad del hidróxido.
4. Materiales a base de carbono:
- Soportes de carbono: Los materiales de carbono, como el carbón activado, el negro de humo y el grafeno, se utilizan ampliamente como soportes de catalizadores en los DEFC. Estos materiales proporcionan una gran superficie para la deposición de catalizadores y facilitan la transferencia eficiente de electrones. Se han explorado materiales de carbono dopados con nitrógeno y nanotubos de carbono para mejorar aún más la actividad electrocatalítica y la durabilidad de los DEFC.
5. Materiales bimetálicos y compuestos:
- Materiales bimetálicos y compuestos: Los investigadores han desarrollado materiales bimetálicos y compuestos que combinan las ventajas de diferentes materiales para lograr efectos sinérgicos. Por ejemplo, los catalizadores de Pt-Ru/C exhiben actividad y durabilidad mejoradas en comparación con los catalizadores de Pt puro. Los materiales compuestos que incorporan óxidos metálicos, polímeros conductores y estructuras organometálicas también han demostrado un rendimiento DEFC mejorado.
Al diseñar nuevos materiales con propiedades personalizadas, los investigadores han abordado con éxito varios desafíos asociados con los DEFC. Estos avances han llevado a una mayor eficiencia, una mayor durabilidad y una reducción de costos, acercando los DEFC a aplicaciones prácticas en fuentes de energía portátiles, celdas de combustible para automóviles y otros dispositivos electroquímicos.
