Ciencia de las pilas de combustible de metanol directo (DMFC)

El hidrógeno es un agente reductor (combustible) muy activo. Por lo tanto, en pilas de combustible de hidrógeno y oxígenoSe pueden alcanzar corrientes de operación muy altas y altos valores de potencia específica por unidad de peso. Sin embargo, la manipulación, el almacenamiento y el transporte del combustible de hidrógeno son complejos. Esto representa un problema principalmente para las centrales eléctricas portátiles relativamente pequeñas. Para este tipo de centrales, los combustibles líquidos son más viables.
El metanol es un combustible muy prometedor para pequeñas celdas de combustible portátiles. Es más práctico y menos peligroso que el hidrógeno gaseoso. En comparación con los derivados del petróleo y otros combustibles orgánicos, el metanol presenta una actividad de oxidación electroquímica bastante alta (aunque no tan alta como la del hidrógeno). Su contenido de energía química es de aproximadamente 6 kWh/kg, inferior al de la gasolina (10 kWh/kg), pero bastante satisfactorio. Por esta razón, su aplicación en celdas de combustible para centrales eléctricas en vehículos eléctricos y diversos dispositivos portátiles es ampliamente debatida en la actualidad.

El funcionamiento de DMFC Presenta problemas fundamentales que no existen en las celdas de combustible con membrana de intercambio de protones. En estas últimas, la membrana es prácticamente impermeable a los reactivos (hidrógeno y oxígeno), lo que impide que se mezclen. En cambio, en las DMFC, la membrana es parcialmente permeable al metanol disuelto en una solución acuosa. Por esta razón, parte del metanol penetra desde el ánodo de la batería a través de la membrana hasta el cátodo. Este fenómeno se denomina etanol crústico de curio cruzado. Este metanol se oxida directamente por el oxígeno gaseoso sobre un catalizador de platino sin producir electrones útiles. Esto tiene dos consecuencias: (i) una parte significativa del metanol se pierde en la reacción electroquímica, y (ii) el potencial del electrodo de oxígeno se desplaza a un valor positivo menor, por lo que disminuye la tensión de funcionamiento de la celda de combustible. A pesar de las numerosas investigaciones realizadas hasta la fecha, no se ha podido abordar completamente este problema.
Un área de aplicación potencial para DMFC Se trata de fuentes de alimentación de bajo consumo (hasta 20 W) para dispositivos electrónicos como portátiles, videocámaras, reproductores de DVD, teléfonos móviles, dispositivos médicos, etc. Actualmente, la aplicación de DMFC como fuente de energía para vehículos eléctricos está muy lejos. A pesar de la gran cantidad de investigación, las DMFC aún no se producen comercialmente ni se utilizan ampliamente en la práctica, en comparación con las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones.