1. Elektrokatalysatorer:
- Platinabaserade katalysatorer: Platina (Pt) är den mest använda elektrokatalysatorn för DEFC på grund av dess höga aktivitet för både etanoloxidation och syrereduktionsreaktioner. Emellertid är Pt dyrt och mottagligt för förgiftning av föroreningar som finns i etanol. För att möta dessa utmaningar har forskare utvecklat Pt-baserade legeringskatalysatorer, såsom Pt-Ru, Pt-Sn och Pt-Ni-legeringar. Dessa legeringar uppvisar förbättrad aktivitet och etanoltolerans jämfört med ren Pt.
- Icke-ädelmetallkatalysatorer: För att minska kostnaderna och mildra bristen på platina har betydande ansträngningar ägnats åt att utveckla icke-ädelmetallkatalysatorer. Övergångsmetallbaserade material, inklusive nickel (Ni), kobolt (Co), järn (Fe) och deras föreningar, har visat lovande aktivitet för etanoloxidation. Dessa katalysatorer är mer resistenta mot etanolförgiftning och erbjuder kostnadseffektiva alternativ till Pt-baserade katalysatorer.
2. Proton Exchange Membranes (PEMs):
- Nafion: Nafion är en mycket använd PEM i DEFC på grund av dess goda protonledningsförmåga och kemiska stabilitet. Nafion lider dock av hög metanolpermeabilitet, vilket kan leda till effektivitetsförluster. För att övervinna denna begränsning har forskare utvecklat alternativa PEM baserade på sulfonerade polyimider, polybensimidazoler och kompositmaterial. Dessa membran uppvisar minskad metanolövergång och förbättrad protonledningsförmåga.
3. Anjonbytesmembran (AEM):
- Hydroxidutbytesmembran (HEM): AEM möjliggör direkt användning av alkaliska elektrolyter i DEFC, vilket erbjuder flera fördelar såsom snabbare reaktionskinetik, förbättrad etanoltolerans och minskad katalysatorförgiftning. HEMs baserade på kvaternära ammoniumfunktionaliserade polymerer har visat lovande prestanda i DEFC, vilket visar hög hydroxidkonduktivitet och stabilitet.
4. Kolbaserade material:
- Stöd för kol: Kolmaterial, såsom aktivt kol, kimrök och grafen, används ofta som katalysatorstöd i DEFC. Dessa material ger stor ytarea för katalysatoravsättning och underlättar effektiv elektronöverföring. Kvävedopade kolmaterial och kolnanorör har utforskats för att ytterligare förbättra den elektrokatalytiska aktiviteten och hållbarheten hos DEFC.
5. Bimetall- och kompositmaterial:
- Bimetall- och kompositmaterial: Forskare har utvecklat bimetalliska och kompositmaterial som kombinerar fördelarna med olika material för att uppnå synergistiska effekter. Till exempel uppvisar Pt-Ru/C-katalysatorer förbättrad aktivitet och hållbarhet jämfört med rena Pt-katalysatorer. Kompositmaterial som innehåller metalloxider, ledande polymerer och metallorganiska ramverk har också visat förbättrad DEFC-prestanda.
Genom att konstruera nya material med skräddarsydda egenskaper har forskare framgångsrikt hanterat olika utmaningar förknippade med DEFC. Dessa framsteg har lett till förbättrad effektivitet, ökad hållbarhet och minskade kostnader, vilket fört DEFC närmare praktiska tillämpningar i bärbara kraftkällor, bilbränsleceller och andra elektrokemiska enheter.
