pila de combustible de etanol directo

Las pilas de combustible de etanol directo o DEFC son una categoría de pilas de combustible en las que el etanol se introduce directamente en la celda. Se han utilizado como modelo para investigar diversos conceptos de pilas de combustible, incluido el uso de PEM . ^{[ 1 ]}

La tecnología DEFC utiliza etanol en la pila de combustible en lugar del metanol , que es más tóxico . El etanol es una alternativa atractiva al metanol porque cuenta con una cadena de suministro ya establecida. Además, el etanol sigue siendo el combustible más fácil de manejar para su uso generalizado por parte de los consumidores.

El etanol es un líquido rico en hidrógeno y tiene una alta densidad energética (8,0 kWh/kg) en comparación con el metanol (6,1 kWh/kg). El etanol se puede obtener en grandes cantidades a partir de biomasa mediante un proceso de fermentación a partir de recursos renovables como la caña de azúcar , el trigo , el maíz o incluso la paja . El etanol biogenerado (o bioetanol) resulta atractivo, ya que el cultivo de plantas para biocombustibles absorbe gran parte del dióxido de carbono emitido a la atmósfera por el combustible utilizado para producirlos y por la combustión de los mismos. Esto contrasta notablemente con el uso de combustibles fósiles . El uso de etanol también superaría el desafío del almacenamiento y la infraestructura del hidrógeno para aplicaciones en pilas de combustible. En una pila de combustible, la oxidación de cualquier combustible requiere el uso de un catalizador para alcanzar las densidades de corriente necesarias para que las pilas de combustible sean comercialmente viables, y los catalizadores a base de platino son algunos de los materiales más eficientes para la oxidación de pequeñas moléculas orgánicas.

La celda de combustible de etanol directo (DEFC), similar a la celda de combustible de metanol directo ( DMFC ), se basa en la oxidación del etanol sobre una capa catalítica para formar dióxido de carbono . El agua se consume en el ánodo y se produce en el cátodo . Los protones (H ⁺ ) se transportan a través de la membrana de intercambio de protones hasta el cátodo, donde reaccionan con el oxígeno para producir agua. Los electrones se transportan a través de un circuito externo desde el ánodo al cátodo, proporcionando energía a los dispositivos conectados.

Las semirreacciones son:

Los catalizadores a base de platino son caros, por lo que la explotación práctica del etanol como combustible para una celda de combustible PEM requiere un nuevo catalizador. Se han desarrollado nuevos electrocatalizadores nanoestructurados (HYPERMEC de ACTA SpA, por ejemplo), que se basan en metales no nobles, preferentemente mezclas de Fe , Co , Ni en el ánodo , y Ni, Fe o Co solos en el cátodo . Con etanol, se han obtenido densidades de potencia de hasta 140  mW/cm² ^a 0,5 V a 25  °C con celdas auto-respirables que contienen membranas de intercambio aniónico comerciales . ^{[ 2 ]} Este catalizador no contiene ningún metal precioso . En la práctica, pequeñas partículas metálicas se fijan a un sustrato de tal manera que producen un catalizador muy activo.

Un polímero actúa como electrolito . La carga es transportada por el ion hidrógeno ( protón ). El etanol líquido (C₂H₅OH ₎ se oxida en el ánodo en presencia de agua, generando CO₂ _, iones hidrógeno y electrones . Los iones hidrógeno se desplazan a través del electrolito. Reaccionan en el cátodo con el oxígeno del aire y los electrones del circuito externo, formando agua _.

Las pilas de combustible basadas en bioetanol podrían mejorar el equilibrio entre la producción y el consumo de este biocombustible debido a la mayor tasa de conversión de la pila de combustible en comparación con el motor de combustión interna. Sin embargo, es posible que las cifras reales no se alcancen hasta dentro de algunos años, ya que el desarrollo de las pilas de combustible de metanol y etanol directo está por detrás del de las pilas de combustible de hidrógeno. ^{[ 3 ]}

El 13 de mayo de 2007, un equipo de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Offenburg presentó el primer vehículo del mundo propulsado por una pila de combustible de diésel (DEFC) en la Ecomaratón de Shell en Francia. El coche "Schluckspecht" completó con éxito una prueba de conducción en el circuito de Nogaro, alimentado por una pila DEFC que proporcionaba un voltaje de salida de 20 a 45 V (dependiendo de la carga). ^{[ 4 ]}

Se han construido y probado varios prototipos de cargadores de teléfonos móviles con pila de combustible de etanol directo ^{[ 5 ]} que presentan voltajes de 2V a 7V y potencias de 800mW  a 2W ^{[ 6 ] .}

• Membrana de intercambio aniónico alcalino
• Glosario de términos de pilas de combustible
• Cronología del combustible de alcohol

• "Nuevo catalizador impulsa el hidrógeno como combustible para el transporte" . Por Alok Jha. 21 de agosto de 2008. The Guardian .