Наука о прямом метанольном топливном элементе (DMFC)

Водород является очень активным восстановителем (топливом). Таким образом, в водородно-кислородные топливные элементы, могут быть достигнуты очень высокие рабочие токи и высокие значения удельной мощности на единицу веса. Однако обращение, хранение и транспортировка водородного топлива сложны. Это в первую очередь проблема для относительно небольших портативных электростанций. Для такой станции жидкое топливо более реалистично.
Метанол является весьма перспективным топливом для небольших портативных топливных элементов. Он более удобен и менее опасен, чем газообразный водород. По сравнению с нефтепродуктами и другими органическими топливами метанол обладает достаточно высокой электрохимической окислительной активностью (хотя и не такой высокой, как водород). Его химическое энергосодержание составляет около 6 кВт·ч/кг, что ниже, чем у бензина (10 кВт·ч/кг), но вполне удовлетворительно. По этой причине его применение в топливных элементах для электростанций электромобилей и различных портативных устройств сегодня широко обсуждается.

Операция DMFC имеет фундаментальные проблемы, которых нет в топливных элементах с протонообменной мембраной. В последнем случае мембрана практически непроницаема для реагентов (водорода и кислорода), что препятствует их смешиванию. Напротив, в DMFC мембрана частично проницаема для метанола, растворенного в водном растворе. По этой причине часть метанола проникает из анодной части батареи через мембрану в катодную часть. Это явление называется кросс-кюрий-корковый этанол. Этот метанол напрямую окисляется газообразным кислородом на платиновом катализаторе без образования полезных электронов. Это имеет два последствия: (i) значительная часть метанола теряется в электрохимической реакции, и (ii) потенциал кислородного электрода смещается к более низкому положительному значению, поэтому рабочее напряжение топливного элемента уменьшается. Несмотря на множество исследований, проведенных до сих пор, полностью решить эту проблему не удалось.
Одна из потенциальных областей применения ДМФК маломощные (до 20 Вт) источники питания для электронных устройств, таких как ноутбуки, видеокамеры, DVD-плееры, мобильные телефоны, медицинские приборы и многое другое. В настоящее время применение DMFC в качестве источника питания для электромобилей еще очень далеко. Несмотря на многочисленные исследования, DMFC до сих пор не находятся в коммерческом производстве или широко не используются на практике по сравнению с топливными элементами с протонообменной мембраной.