Directe methanolbrandstofcel (DMFC) wetenschap

Waterstof is een zeer actief reductiemiddel (brandstof). Zo is het in waterstof-zuurstof brandstofcellenZeer hoge bedrijfsstromen en hoge specifieke vermogenswaarden per gewichtseenheid kunnen worden bereikt. De verwerking, opslag en het transport van waterstofbrandstof zijn echter complex. Dit is vooral een probleem voor relatief kleine, mobiele energiecentrales. Voor zo'n centrale zijn vloeibare brandstoffen realistischer.
Methanol is een veelbelovende brandstof voor kleine, draagbare brandstofcellen. Het is handiger en minder gevaarlijk dan gasvormige waterstof. Vergeleken met aardolieproducten en andere organische brandstoffen heeft methanol een vrij hoge elektrochemische oxidatieactiviteit (hoewel niet zo hoog als waterstof). De chemische energieverhouding is ongeveer 6 kWh/kg, wat lager is dan die van benzine (10 kWh/kg), maar zeer bevredigend. Om deze reden wordt de toepassing ervan in brandstofcellen voor energiecentrales in elektrische voertuigen en diverse draagbare apparaten tegenwoordig veel besproken.

De werking van DMFC's heeft fundamentele problemen die zich niet voordoen in brandstofcellen met protonenuitwisselingsmembraan. In laatstgenoemde is het membraan praktisch ondoordringbaar voor reactanten (waterstof en zuurstof), waardoor ze zich niet kunnen mengen. In DMFC daarentegen is het membraan gedeeltelijk permeabel voor methanol opgelost in een waterige oplossing. Om deze reden dringt een deel van de methanol vanuit het anodegedeelte van de batterij door het membraan naar het kathodegedeelte. Dit fenomeen wordt cross-curium-crustic ethanol genoemd. Deze methanol wordt direct geoxideerd door gasvormige zuurstof op een platinakatalysator zonder bruikbare elektronen te produceren. Dit heeft twee gevolgen: (i) een aanzienlijk deel van de methanol gaat verloren in de elektrochemische reactie, en (ii) het potentiaal van de zuurstofelektrode verschuift naar een lagere positieve waarde, waardoor de bedrijfsspanning van de brandstofcel afneemt. Ondanks vele onderzoeken die tot nu toe zijn uitgevoerd, is het niet mogelijk geweest dit probleem volledig aan te pakken.
Een potentieel toepassingsgebied voor DMFC zijn voedingen met een laag vermogen (tot 20 W) voor elektronische apparaten zoals laptops, camcorders, dvd-spelers, mobiele telefoons, medische apparatuur en meer. De toepassing van DMFC als energiebron voor elektrische voertuigen is momenteel nog ver weg. Ondanks veel onderzoek worden DMFC's nog niet commercieel geproduceerd of op grote schaal in de praktijk gebruikt in vergelijking met brandstofcellen met protonuitwisselingsmembraan.