1. Électrocatalyseurs :
- Catalyseurs à base de platine : Le platine (Pt) est l'électrocatalyseur le plus couramment utilisé pour les DEFC en raison de sa forte activité pour les réactions d'oxydation de l'éthanol et de réduction de l'oxygène. Cependant, le platine est coûteux et susceptible d’être empoisonné par les impuretés présentes dans l’éthanol. Pour relever ces défis, les chercheurs ont développé des catalyseurs en alliage à base de platine, tels que les alliages Pt-Ru, Pt-Sn et Pt-Ni. Ces alliages présentent une activité et une tolérance à l'éthanol améliorées par rapport au Pt pur.
- Catalyseurs en métaux non précieux : Pour réduire le coût et atténuer la rareté du platine, des efforts importants ont été consacrés au développement de catalyseurs à base de métaux non précieux. Les matériaux à base de métaux de transition, notamment le nickel (Ni), le cobalt (Co), le fer (Fe) et leurs composés, ont montré une activité prometteuse pour l'oxydation de l'éthanol. Ces catalyseurs sont plus résistants à l’empoisonnement à l’éthanol et offrent des alternatives rentables aux catalyseurs à base de platine.
2. Membranes échangeuses de protons (PEM) :
- Nafion : Le nafion est un PEM largement utilisé dans les DEFC en raison de sa bonne conductivité protonique et de sa stabilité chimique. Cependant, le Nafion souffre d’une perméabilité élevée au méthanol, ce qui peut entraîner des pertes d’efficacité. Pour surmonter cette limitation, les chercheurs ont développé des PEM alternatifs à base de polyimides sulfonés, de polybenzimidazoles et de matériaux composites. Ces membranes présentent un croisement réduit du méthanol et une conductivité protonique améliorée.
3. Membranes échangeuses d'anions (AEM) :
- Membranes échangeuses d'hydroxydes (HEM) : Les AEM permettent l'utilisation directe d'électrolytes alcalins dans les DEFC, offrant plusieurs avantages tels qu'une cinétique de réaction plus rapide, une tolérance améliorée à l'éthanol et une réduction de l'empoisonnement du catalyseur. Les HEM basés sur des polymères fonctionnalisés par l'ammonium quaternaire ont montré des performances prometteuses dans les DEFC, démontrant une conductivité et une stabilité élevées de l'hydroxyde.
4. Matériaux à base de carbone :
- Supports carbone : Les matériaux carbonés, tels que le charbon actif, le noir de carbone et le graphène, sont largement utilisés comme supports de catalyseurs dans les DEFC. Ces matériaux offrent une surface élevée pour le dépôt du catalyseur et facilitent un transfert d’électrons efficace. Des matériaux carbonés dopés à l'azote et des nanotubes de carbone ont été explorés pour améliorer encore l'activité électrocatalytique et la durabilité des DEFC.
5. Matériaux bimétalliques et composites :
- Matériaux bimétalliques et composites : Les chercheurs ont développé des matériaux bimétalliques et composites qui combinent les avantages de différents matériaux pour obtenir des effets synergiques. Par exemple, les catalyseurs Pt-Ru/C présentent une activité et une durabilité améliorées par rapport aux catalyseurs Pt pur. Les matériaux composites incorporant des oxydes métalliques, des polymères conducteurs et des structures métallo-organiques ont également démontré des performances DEFC améliorées.
En concevant de nouveaux matériaux dotés de propriétés adaptées, les chercheurs ont réussi à relever divers défis associés aux DEFC. Ces progrès ont conduit à une efficacité améliorée, une durabilité accrue et une réduction des coûts, rapprochant les DEFC des applications pratiques dans les sources d'énergie portables, les piles à combustible automobiles et d'autres dispositifs électrochimiques.
