Um grupo de pesquisa do Instituto de Engenharia de Processos (IPE), Academia Chinesa de Ciências, relatou recentemente o desenvolvimento de uma nova tecnologia para impulsionar o desempenho de células de combustível de metanol direto (DMFCs) usando metanol de alta concentração como combustível, lançando alguma luz sobre o projeto de fontes alternativas de energia limpas e acessíveis para dispositivos elétricos portáteis.

Quando o metanol, o combustível dos DMFCs, cruza do ânodo para o cátodo através da membrana de troca de prótons (PEM), o desempenho da célula de combustível é significativamente degradado, criando um grande problema para a comercialização de DMFCs. Normalmente, os cientistas usam várias estratégias para melhorar o desempenho do DMFC em altas concentrações de metanol. Isso inclui a melhoria do sistema de alimentação de combustível, desenvolvimento de membrana, modificação de eletrodos, e gestão da água.

"Essas estratégias convencionais não superam fundamentalmente o principal obstáculo, mas, inevitavelmente, complicam o design de DMFCs e, portanto, aumentam seu custo, "disse Yang Jun, professor do IPE. Trabalhando com FENG Yan, um estudante de doutorado, e LIU Hui, um professor assistente, YANG usou eletrocatalisadores seletivos para executar um DMFC em concentrações de metanol de até 15 M, um método alternativo para resolver o cruzamento de metanol em DMFCs.

Os catalisadores anódicos e catódicos de DMFCs são comumente baseados em platina (Pt). Esses catalisadores não são seletivos para a reação de oxidação do metanol (MOR) no ânodo ou a reação de redução de oxigênio (ORR) no cátodo. Com um conhecimento profundo dos mecanismos de reações de eletrodos em DMFCs, os pesquisadores projetaram e produziram eletrocatalisadores heterogêneos baseados em metais nobres com atividade catalítica aprimorada e alta seletividade para MOR e ORR.

Encorajadoramente, os DMFCs operaram extremamente bem com metanol de alta concentração como combustível, fazendo uso suficiente da singularidade estrutural e efeitos de acoplamento eletrônico entre os diferentes domínios dos eletrocatalisadores heterogêneos baseados em metais nobres.

Conforme mostrado na Fig. 1, nanocompósitos ternários de Au-Ag2S-Pt com estruturas core-shell-shell exibem seletividade anódica superior devido ao acoplamento eletrônico entre seus diferentes domínios, enquanto as nanopartículas de Au-Pd de núcleo-casca com camadas finas de Pd exibem excelente seletividade catódica por causa dos efeitos sinérgicos entre o núcleo de Au e a camada fina de Pd.

O DMFC fabricado com catalisadores seletivos produz uma densidade de potência máxima de 89,7 mW cm-2 a uma concentração de alimentação de metanol de 10 M, e mantém bom desempenho em concentrações de metanol até 15 M.

"Próximo, vamos otimizar o tamanho geral dos catalisadores, por exemplo., usando nanoclusters de Au com diâmetros finos como materiais de partida para aumentar ainda mais a atividade / seletividade para reações de DMFC, "disse YANG. Desta forma, novas tecnologias serão criadas para ajudar a melhorar o projeto de sistemas DMFC mais econômicos e eficientes.