Las pilas de combustible de etanol directo o DEFC son una categoría de pilas de combustible en las que el etanol se alimenta directamente a la pila. Se han utilizado como modelo para investigar una variedad de conceptos de pilas de combustible, incluido el uso de PEM . [1]
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 viene con una cadena de suministro que ya existe. El etanol también sigue siendo el combustible con el que es más fácil trabajar para un uso generalizado por parte de los consumidores.
El etanol es un líquido rico en hidrógeno y tiene una energía específica elevada (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 . Por lo tanto, el etanol biogenerado (o bioetanol) es atractivo ya que los cultivos para biocombustibles absorben 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 pilas de combustible. En una pila de combustible, la oxidación de cualquier combustible requiere el uso de un catalizador para lograr las densidades de corriente requeridas para pilas de combustible comercialmente viables, y los catalizadores a base de 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 sobre 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 al cátodo, proporcionando energía a los dispositivos conectados.
Las semireacciones son:
Los catalizadores a base de platino son caros, por lo que la explotación práctica del etanol como combustible para una pila de combustible PEM requiere un nuevo catalizador. Se han desarrollado nuevos electrocatalizadores nanoestructurados (por ejemplo, HYPERMEC de ACTA SpA) que se basan en metales no nobles, preferentemente mezclas de Fe , Co , Ni en el ánodo y Ni, Fe o Co solo en el cátodo . Con etanol, se han obtenido densidades de potencia de hasta 140 mW/cm 2 a 0,5 V a 25 °C con células de respiración autónoma que contienen membranas comerciales de intercambio aniónico . [2] Este catalizador no contiene metales preciosos . En la práctica, pequeñas partículas de metal 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 (C 2 H 5 OH) se oxida en el ánodo en presencia de agua, generando CO 2 , iones de hidrógeno y electrones . Los iones de 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 las ruedas de este biocombustible debido a la mayor tasa de conversión de la pila de combustible en comparación con el motor de combustión interna. Pero es posible que las cifras del mundo real sólo se alcancen en algunos años, ya que el desarrollo de pilas de combustible de metanol directo y etanol está rezagado con respecto a las pilas de combustible alimentadas por 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-maratón de Shell en Francia. El coche "Schluckspecht" completó con éxito una prueba de manejo en el circuito de Nogaro, impulsado por una pila DEFC que proporciona un voltaje de salida de 20 a 45 V (dependiendo de la carga). [4]
Se construyeron y probaron varios prototipos de cargadores de teléfonos móviles con pila de combustible de etanol directo [5] con voltajes de 2 V a 7 V y potencias de 800 mW a 2 W [6] .