Un groupe de recherche de l'Institut de Génie des Procédés (IPE), Académie chinoise des sciences, a récemment signalé le développement d'une nouvelle technologie pour améliorer les performances des piles à combustible à méthanol direct (DMFC) utilisant du méthanol à haute concentration comme carburant, mettre en lumière la conception de sources d'énergie alternatives propres et abordables pour les appareils électriques portables.

Lorsque le méthanol, le carburant des DMFC, passe de l'anode à la cathode à travers la membrane échangeuse de protons (PEM), les performances de la pile à combustible sont considérablement dégradées, créant un problème majeur pour la commercialisation des DMFC. Communément, les scientifiques utilisent diverses stratégies pour améliorer les performances du DMFC à des concentrations élevées de méthanol. Il s'agit notamment d'améliorer le système d'alimentation en carburant, développement membranaire, modification des électrodes, et la gestion de l'eau.

« Ces stratégies conventionnelles ne surmontent pas fondamentalement le principal obstacle, mais compliquent inévitablement la conception des DMFC et donc augmentent leur coût, " a déclaré Yang Jun, un professeur IPE. Travailler avec FENG Yan, un doctorant, et LIU Hui, un professeur assistant, YANG a utilisé des électrocatalyseurs sélectifs pour faire fonctionner un DMFC à des concentrations de méthanol allant jusqu'à 15 M, une méthode alternative pour résoudre le croisement du méthanol dans les DMFC.

Les catalyseurs anodiques et cathodiques des DMFC sont généralement à base de platine (Pt). Ces catalyseurs ne sont pas sélectifs pour la réaction d'oxydation du méthanol (MOR) à l'anode ou la réaction de réduction de l'oxygène (ORR) à la cathode. Avec une compréhension approfondie des mécanismes des réactions d'électrodes dans les DMFC, les chercheurs ont conçu et produit des électrocatalyseurs hétérogènes à base de métaux nobles avec une activité catalytique améliorée et une sélectivité élevée pour le MOR et l'ORR.

De façon encourageante, les DMFC ont extrêmement bien fonctionné avec du méthanol à haute concentration comme carburant en utilisant suffisamment l'unicité structurelle et les effets de couplage électronique entre les différents domaines des électrocatalyseurs hétérogènes à base de métaux nobles.

Comme le montre la figure 1, les nanocomposites ternaires Au-Ag2S-Pt avec des structures cœur-coquille-coquille présentent une sélectivité anodique supérieure en raison du couplage électronique entre leurs différents domaines, tandis que les nanoparticules Au-Pd cœur-coquille avec des coquilles minces en Pd présentent une excellente sélectivité cathodique en raison des effets synergiques entre leur cœur Au et leur coquille mince en Pd.

Le DMFC tel que fabriqué avec des catalyseurs sélectifs produit une densité de puissance maximale de 89,7 mW cm-2 à une concentration d'alimentation en méthanol de 10 M, et maintient de bonnes performances à des concentrations de méthanol jusqu'à 15 M.

"Prochain, nous allons optimiser la taille globale des catalyseurs, par exemple., en utilisant des nanoclusters d'Au avec des diamètres fins comme matériaux de départ pour améliorer encore l'activité/sélectivité pour les réactions DMFC, " dit YANG. De cette façon, de nouvelles technologies seront créées pour aider à améliorer la conception de systèmes DMFC plus rentables et efficaces.