Wasserstoff / Brennstoffzellen
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Die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle – DMFC


Die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (Direct Methanol Fuel Cell - DMFC) verwendet Methanol (ein Methanol-Wasser-Gemisch) direkt als Brennstoff. Als Elektrolyt dient ähnlich wie bei der PEM-Brennstoffzelle eine protonenleitende Membran. Es gibt allerdings auch Ansätze eine alkalische Membran zu verwenden. An der Anode wird das mit Wasser verdünnte Methanol zunächst in Wasserstoff und Kohlendioxid gespalten. Das Kohlendioxid wird mit dem mit dem flüssigen Methanol-Wasser-Gemisch von der Anode abgeführt. Die Anode wird mittels einer Pumpe immer vom Methanol-Wasser-Gemisch umspült. An der Kathode entsteht Wasser.

Flüssiges Methanol hat gegenüber gasförmigen Brenngasen einen Vorteil in der Speicherung. Insbesondere die hohe Energiedichte eines flüssigen Treibstoffs wirkt sich positiv aus. Allerdings ist Methanol sehr giftig, was absolut sichere und dichte Speicherbehälter erfordert. Die Arbeitstemperaturen von bis zu 120°C erfordern ein gewisses Augenmerk auf die Kühlung, insbesondere bei portablen Anwendungen.

Die Funktion der DMFC-Brennstoffzelle

  • 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.

Direkt Methanol Brennstoffzelle


Anwendungen der Direkt-Methanol Brennstoffzelle

Ihr bevorzugtes Einsatzgebiet sind derzeit kleine tragbare Systeme bei denen es auf geringes Gewicht und hohe elektrische Leistung ankommt. Die Firma Smart Fuel Cell in Ottobrunn bei München, hat erste kommerzielle Produkte für die DMFC auf den Markt gebracht: Etwa eine Energieversorgung für professionelle Videokameras. Selbst die besten Lithium-Akkus sind für diese Anwendung schnell überfordert. Die DMFC kann kontinuierlich so lange elektrische Energie liefern solange Methanol zugeführt wird. Ein Tankwechsel erfolgt in wenigen Sekunden. Ein ähnliches System wird auch für Wohnmobile angeboten.

Weitere Einsatzgebiete werden Notebook Computer und Mobiltelefone sein. Da derzeit weltweit intensiv an der DMFC entwickelt wird, ist in den nächsten Jahren mit einer breiteren Markteinführung zu rechnen. Insbesondere japanische Hersteller wollen in den nächsten Jahren mit sehr kompakten Systemen auf dem Markt sein. Für den direkten Einsatz etwa im Mobiltelefon sind noch weitere Schritte in der Miniaturisierung notwendig. Bis dieser erfolgt ist, gibt es zumindest so genannte Power-Packs, mit denen lassen sich Akkus unterwegs per Brennstoffzelle nachladen.