O desenvolvimento de novos materiais contribuiu significativamente para o aumento da eficiência das células a combustível de etanol direto (DEFCs). Esses materiais desempenham papéis cruciais na melhoria de vários aspectos do desempenho do DEFC, incluindo maior atividade eletrocatalítica, maior tolerância ao etanol, maior durabilidade e melhor condutividade de prótons. Aqui estão alguns materiais importantes e seu impacto na eficiência do DEFC:

1. Eletrocatalisadores:

- Catalisadores à base de platina: A platina (Pt) é o eletrocatalisador mais comumente usado para DEFCs devido à sua alta atividade tanto para reações de oxidação de etanol quanto de redução de oxigênio. Porém, a Pt é cara e suscetível ao envenenamento por impurezas presentes no etanol. Para enfrentar esses desafios, os pesquisadores desenvolveram catalisadores de liga à base de Pt, como ligas Pt-Ru, Pt-Sn e Pt-Ni. Estas ligas apresentam atividade melhorada e tolerância ao etanol em comparação com Pt pura.

- Catalisadores de metais não preciosos: Para reduzir o custo e mitigar a escassez de platina, esforços significativos foram dedicados ao desenvolvimento de catalisadores de metais não preciosos. Materiais à base de metais de transição, incluindo níquel (Ni), cobalto (Co), ferro (Fe) e seus compostos, têm mostrado atividade promissora para a oxidação do etanol. Esses catalisadores são mais resistentes ao envenenamento por etanol e oferecem alternativas econômicas aos catalisadores à base de Pt.

2. Membranas de troca de prótons (PEMs):

- Náfion: Nafion é um PEM amplamente utilizado em DEFCs devido à sua boa condutividade de prótons e estabilidade química. No entanto, o Nafion sofre de alta permeabilidade ao metanol, o que pode levar a perdas de eficiência. Para superar esta limitação, os pesquisadores desenvolveram PEMs alternativos baseados em poliimidas sulfonadas, polibenzimidazóis e materiais compósitos. Estas membranas exibem cruzamento reduzido de metanol e melhor condutividade de prótons.

3. Membranas de troca aniônica (AEMs):

- Membranas de troca de hidróxido (HEM): Os AEMs permitem o uso direto de eletrólitos alcalinos em DEFCs, oferecendo diversas vantagens, como cinética de reação mais rápida, melhor tolerância ao etanol e redução do envenenamento do catalisador. HEMs baseados em polímeros funcionalizados com amônio quaternário têm mostrado desempenho promissor em DEFCs, demonstrando alta condutividade e estabilidade de hidróxido.

4. Materiais à base de carbono:

- Suportes de carbono: Materiais de carbono, como carvão ativado, negro de fumo e grafeno, são amplamente utilizados como suportes de catalisador em DEFCs. Esses materiais fornecem alta área superficial para deposição de catalisador e facilitam a transferência eficiente de elétrons. Materiais de carbono dopados com nitrogênio e nanotubos de carbono foram explorados para aumentar ainda mais a atividade eletrocatalítica e a durabilidade dos DEFCs.

5. Materiais Bimetálicos e Compostos:

- Materiais bimetálicos e compósitos: Os pesquisadores desenvolveram materiais bimetálicos e compósitos que combinam as vantagens de diferentes materiais para obter efeitos sinérgicos. Por exemplo, os catalisadores Pt-Ru/C exibem atividade e durabilidade melhoradas em comparação com os catalisadores Pt puros. Materiais compósitos que incorporam óxidos metálicos, polímeros condutores e estruturas metal-orgânicas também demonstraram desempenho aprimorado de DEFC.

Ao projetar novos materiais com propriedades personalizadas, os pesquisadores enfrentaram com sucesso vários desafios associados aos DEFCs. Esses avanços levaram a uma maior eficiência, maior durabilidade e redução de custos, aproximando os DEFCs de aplicações práticas em fontes de energia portáteis, células de combustível automotivas e outros dispositivos eletroquímicos.