Las celdas de combustible de etanol directo o DEFC son una categoría de celdas de combustible en las que el etanol se introduce directamente en la celda. Se han utilizado como modelo para investigar una variedad de conceptos de celdas de combustible, incluido el uso de PEM . [1]
El 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. El etanol también sigue siendo el combustible más fácil de utilizar para un uso generalizado por parte de los consumidores.
El etanol es un líquido rico en hidrógeno y tiene una energía específica alta (8,0 kWh/kg) en comparación con el metanol (6,1 kWh/kg). El etanol se puede obtener en gran cantidad 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) es, por lo tanto, atractivo, ya que el cultivo de cultivos para biocombustibles absorbe gran parte del dióxido de carbono emitido a la atmósfera por el combustible utilizado para producir los biocombustibles y por la quema de los propios biocombustibles. Esto contrasta marcadamente con el uso de combustibles fósiles . El uso de etanol también superaría el desafío de almacenamiento e infraestructura del hidrógeno para aplicaciones de celdas de combustible. En una celda de combustible, la oxidación de cualquier combustible requiere el uso de un catalizador para lograr las densidades de corriente requeridas para celdas de combustible comercialmente viables, y los catalizadores basados en platino son algunos de los materiales más eficientes para la oxidación de pequeñas moléculas orgánicas.
El DEFC, similar al DMFC , se basa en la oxidación del etanol en una capa de catalizador 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 hasta el cátodo, proporcionando energía a los dispositivos conectados.
Las semirreacciones son:
Los catalizadores basados en 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 y 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, las partículas metálicas diminutas se fijan sobre un sustrato de tal manera que producen un catalizador muy activo.
Un polímero actúa como electrolito . La carga la lleva 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 viajan 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 pueden mejorar el equilibrio entre el pozo y la rueda de este biocombustible debido a la mayor tasa de conversión de la pila de combustible en comparación con el motor de combustión interna. Pero las cifras reales solo se alcanzarán dentro de algunos años, ya que el desarrollo de las pilas de combustible de metanol y etanol directos está rezagado respecto de las pilas de combustible alimentadas con 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 un DEFC en el Eco-marathon de Shell en Francia. El coche "Schluckspecht" completó con éxito una prueba de conducción en el circuito de Nogaro, propulsado por un conjunto DEFC que proporcionaba una tensión de salida de 20 a 45 V (según la carga). [4]
Se han construido varios prototipos de cargadores de teléfonos móviles con pilas de combustible de etanol directo [5] con voltajes de 2 V a 7 V y potencias de 800 mW a 2 W [6] .