Un gruppo di ricerca dell'Istituto di Ingegneria dei Processi (IPE), Accademia cinese delle scienze, ha recentemente riportato lo sviluppo di una nuova tecnologia per aumentare le prestazioni delle celle a combustibile a metanolo diretto (DMFC) che utilizzano metanolo ad alta concentrazione come combustibile, gettare luce sulla progettazione di fonti energetiche alternative pulite e convenienti per i dispositivi elettrici portatili.

Quando il metanolo, il carburante dei DMFC, attraversa dall'anodo al catodo attraverso la membrana a scambio protonico (PEM), le prestazioni delle celle a combustibile sono notevolmente ridotte, creando un grosso problema per la commercializzazione dei DMFC. Comunemente, gli scienziati utilizzano varie strategie per migliorare le prestazioni della DMFC ad alte concentrazioni di metanolo. Questi includono il miglioramento del sistema di alimentazione del carburante, sviluppo della membrana, modifica degli elettrodi, e gestione dell'acqua.

"Queste strategie convenzionali non superano sostanzialmente l'ostacolo chiave, ma inevitabilmente complicano la progettazione dei DMFC e quindi aumentano il loro costo, " disse Yang Jun, un professore dell'IPE. Lavorando con FENG Yan, uno studente di dottorato, e LIU Hui, un assistente professore, YANG ha utilizzato elettrocatalizzatori selettivi per eseguire un DMFC a concentrazioni di metanolo fino a 15 M, un metodo alternativo per risolvere il crossover del metanolo nelle DMFC.

I catalizzatori anodici e catodici dei DMFC sono comunemente a base di platino (Pt). Questi catalizzatori non sono selettivi per la reazione di ossidazione del metanolo (MOR) all'anodo o per la reazione di riduzione dell'ossigeno (ORR) al catodo. Con una profonda comprensione dei meccanismi delle reazioni elettrodiche nei DMFC, i ricercatori hanno progettato e prodotto elettrocatalizzatori eterogenei a base di metalli nobili con attività catalitica potenziata ed elevata selettività per MOR e ORR.

incoraggiante, i DMFC hanno funzionato molto bene con metanolo ad alta concentrazione come combustibile sfruttando sufficientemente l'unicità strutturale e gli effetti di accoppiamento elettronico tra i diversi domini degli elettrocatalizzatori eterogenei a base di metalli nobili.

Come mostrato in Fig. 1, i nanocompositi ternari Au-Ag2S-Pt con strutture core-shell-shell mostrano una selettività anodica superiore grazie all'accoppiamento elettronico tra i loro diversi domini, mentre le nanoparticelle di Au-Pd core-shell con gusci sottili di Pd mostrano un'eccellente selettività catodica a causa degli effetti sinergici tra il loro nucleo di Au e il guscio sottile di Pd.

Il DMFC come fabbricato con catalizzatori selettivi produce una densità di potenza massima di 89,7 mW cm-2 a una concentrazione di alimentazione di metanolo di 10 M, e mantiene buone prestazioni a concentrazioni di metanolo fino a 15 M.

"Prossimo, ottimizzeremo la dimensione complessiva dei catalizzatori, per esempio., utilizzando nanocluster di Au con diametri fini come materiali di partenza per migliorare ulteriormente l'attività/selettività per le reazioni DMFC, " disse YANG. In questo modo, verranno create nuove tecnologie per aiutare a migliorare la progettazione di sistemi DMFC più economici ed efficienti.