Direct methanol fuel cell - DMFC

Die Direct methanol fuel cell - DMFC ist die einzig Zelle, die nicht Wasserstoff sondern Methanol als Eduktionsmedium einsetzt.

Auf Reformer kann verzichtet werden, da die Zelle selbst Methanol in Wassertoffprotonen, freie Elektronen und CO2 umwandelt. Durch den fehlenden Reformer ist sie für den Einsatz in Kraftfahrzeugen am besten geeignet, da sie dem Ziel der möglichst einfachen Energiequelle am nächsten kommt.

Die Direktmethanol-Brennstoffzelle wird derzeit für kleine, tragbare Anwendungen und für Fahr-zeugantriebe entwickelt.

Die Motivation für die Arbeit an DMFCs liegt darin, dass Methanol als Flüssigkeit leichter zu speichern ist als Wasserstoff.

Die Toxizität von Methanol und die Wasserlöslichkeit wirft demgegenüber neue Probleme auf. Wenn Methanol als Fahrzeugkraftstoff eingesetzt werden soll, vereinfacht die DMFC das Antriebssystem des Fahrzeugs deutlich gegenüber einem System mit Methanol-Reformer und PEM-Brennstoffzelle.

Derzeit haben DMFCs einen deutlichen Entwicklungsrückstand von einigen Jahren gegenüber PEM-Brennstoffzellen. DMFCs werden auch für kleine, tragbare Anwendungen entwickelt wie z.B. Handys und Laptops. Auch hier liegt der Vorteil in der einfacheren Speicherung der Energie

Schritt 1
Die in zwei Kreisläufen getrennten Gase Sauerstoff an der Kathode und Methanol und Wasser an der Anode, wandern vom Gasraum in den Katalysator.

Schritt 2
Das Methanol (CH3OH) reagiert mit dem Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff.
Der Wasserstoff wird durch den Katalysator in zwei H+ Atome (Protonen) gespalten. Dabei gibt jedes Wasserstoffatom sein Elektron ab.

Schritt 3
Die Protonen wandern durch den Elektrolyten (Protonenleitende Polymer-Elektrolyt-Membran) zur Kathode.

Schritt 4
Die Elektronen fließen von der Anode zur Kathode und bewirken einen elektrischen Stromfluß, der einen Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt.

Schritt 5
Jeweils vier Elektronen an der Kathode rekombinieren mit einem Sauerstoffmolekül.
Anmerkung: In dieser Animation ist aus chemischen Gesichtspunkten ein Sauerstoffatom 'zu viel' an der Kathode dargestellt. In der Realität wird natürlich auch dieses zwei Elektronen aufnehmen und an der Reaktion teilnehmen.

Schritt 6
Die nun entstandenen Sauerstoff-Ionen sind negativ geladen und reagieren mit den Protonen zu Wasser.