Célula de combustível de etanol direto - Direct-ethanol fuel cell

Células a combustível de etanol direto ou DEFCs são uma categoria de células a combustível na qual o etanol é alimentado diretamente na célula. Eles têm sido usados ​​como um modelo para investigar uma variedade de conceitos de células de combustível, incluindo o uso de PEM .

Vantagens

DEFC usa etanol na célula de combustível em vez do metanol mais tóxico . O etanol é uma alternativa atraente ao metanol porque vem com uma cadeia de suprimentos que já existe. O etanol também continua sendo o combustível mais fácil de trabalhar para uso generalizado pelos consumidores.

O etanol é um líquido rico em hidrogênio e possui alta energia específica (8,0 kWh / kg) em comparação com o metanol (6,1 kWh / kg). O etanol pode ser obtido em grande quantidade a partir da biomassa por meio de um processo de fermentação a partir de recursos renováveis ​​como cana-de-açúcar , trigo , milho ou até palha . O etanol bio-gerado (ou bioetanol) é, portanto, atraente, uma vez que o cultivo de biocombustíveis absorve muito do dióxido de carbono emitido para a atmosfera pelo combustível usado para produzir os biocombustíveis e pela queima dos próprios biocombustíveis. Isso contrasta fortemente com o uso de combustíveis fósseis . O uso de etanol também superaria o desafio de armazenamento e infraestrutura do hidrogênio para aplicações em células de combustível. Em uma célula de combustível, a oxidação de qualquer combustível requer o uso de um catalisador para atingir as densidades de corrente necessárias para células de combustível comercialmente viáveis, e os catalisadores à base de platina são alguns dos materiais mais eficientes para a oxidação de pequenas moléculas orgânicas.

Reação

fluxograma da reação em um DEFC

O DEFC, semelhante ao DMFC , depende da oxidação do etanol em uma camada de catalisador para formar dióxido de carbono . A água é consumida no ânodo e produzida no cátodo . Os prótons (H + ) são transportados através da membrana de troca de prótons até o cátodo, onde reagem com o oxigênio para produzir água. Os elétrons são transportados através de um circuito externo do ânodo para o cátodo, fornecendo energia aos dispositivos conectados.

As semi-reações são:

Equação
Ânodo
oxidação
Cátodo
redução
Reação geral
reacção redox

questões

Os catalisadores à base de platina são caros, portanto, a exploração prática do etanol como combustível para uma célula a combustível PEM requer um novo catalisador. Novos eletrocatalisadores nanoestruturados (HYPERMEC da ACTA SpA por exemplo) foram desenvolvidos, os quais são baseados em metais não nobres, preferencialmente misturas de Fe , Co , Ni no ânodo e Ni, Fe ou Co sozinho no cátodo . Com etanol, densidades de potência tão altas quanto 140 mW / cm 2 a 0,5 V foram obtidas a 25 ° C com células auto-respiráveis ​​contendo membranas de troca aniônica comerciais . Este catalisador não contém metais preciosos . Na prática, minúsculas partículas de metal são fixadas em um substrato de forma a produzir um catalisador muito ativo.

Um polímero atua como eletrólito . A carga é transportada pelo íon hidrogênio ( próton ). O etanol líquido (C 2 H 5 OH) é oxidado no ânodo na presença de água, gerando CO 2 , íons de hidrogênio e elétrons . Os íons de hidrogênio viajam através do eletrólito. Eles reagem no cátodo com o oxigênio do ar e os elétrons do circuito externo formando água.

As células de combustível à base de bioetanol podem melhorar o equilíbrio entre as rodas desse biocombustível devido ao aumento da taxa de conversão da célula de combustível em comparação com o motor de combustão interna. Mas os números do mundo real só podem ser alcançados em alguns anos, uma vez que o desenvolvimento de células a combustível de metanol e etanol direto está ficando para trás em relação às células a combustível movidas a hidrogênio.

Realizações recentes

Em 13 de maio de 2007, uma equipe da Universidade de Ciências Aplicadas de Offenburg apresentou o primeiro veículo do mundo movido por um DEFC na Eco-maratona da Shell na França. O carro "Schluckspecht" completou um test drive com sucesso no circuito de Nogaro, alimentado por uma pilha DEFC dando uma tensão de saída de 20 a 45 V (dependendo da carga).

Vários protótipos de carregadores de celular Direct Ethanol Fuel Cell Stack foram construídos e testados com tensões de 2 V a 7 V e potências de 800 mW a 2 W.

Origens

Veja também

Referências

Leitura adicional