Ciência da célula de combustível de metanol direto (DMFC)

O hidrogênio é um agente redutor (combustível) muito ativo. Assim, em células de combustível de hidrogênio-oxigênio, correntes de operação muito altas e altos valores de potência específica por unidade de peso podem ser alcançados. No entanto, o manuseio, o armazenamento e o transporte de hidrogênio combustível são complexos. Este é um problema principalmente para usinas elétricas portáteis relativamente pequenas. Para tais usinas, combustíveis líquidos são mais realistas.
O metanol é um combustível muito promissor para pequenas células de combustível portáteis. É mais conveniente e menos perigoso do que o hidrogênio gasoso. Comparado a derivados de petróleo e outros combustíveis orgânicos, o metanol apresenta uma atividade de oxidação eletroquímica bastante alta (embora não tão alta quanto a do hidrogênio). Seu teor de energia química é de cerca de 6 kWh/kg, inferior ao da gasolina (10 kWh/kg), mas bastante satisfatório. Por esse motivo, sua aplicação em células de combustível para usinas de energia em veículos elétricos e diversos dispositivos portáteis é amplamente discutida atualmente.

A operação de DMFCs apresenta problemas fundamentais que não existem em células a combustível de membrana de troca de prótons. Nestas últimas, a membrana é praticamente impermeável aos reagentes (hidrogênio e oxigênio), impedindo que se misturem. Em contraste, na DMFC, a membrana é parcialmente permeável ao metanol dissolvido em uma solução aquosa. Por esta razão, parte do metanol penetra da parte anódica da bateria através da membrana para a parte catódica. Este fenômeno é chamado de etanol crutico de cúrio cruzado. Este metanol é oxidado diretamente pelo oxigênio gasoso em um catalisador de platina sem produzir elétrons úteis. Isso tem duas consequências: (i) uma porção significativa do metanol é perdida na reação eletroquímica, e (ii) o potencial do eletrodo de oxigênio muda para um valor positivo mais baixo, então a tensão de operação da célula a combustível diminui. Apesar de muitas investigações conduzidas até agora, não foi possível abordar completamente esta questão.
Uma área de aplicação potencial para DMFC são fontes de alimentação de baixa potência (até 20 W) para dispositivos eletrônicos, como laptops, filmadoras, aparelhos de DVD, celulares, dispositivos médicos e muito mais. Atualmente, a aplicação de DMFCs como fonte de energia para veículos elétricos está muito distante. Apesar de muitas pesquisas, as DMFCs ainda não estão em produção comercial ou amplamente utilizadas na prática, em comparação com as células a combustível de membrana de troca de prótons.