Прямой метанольный топливный элемент

Прямой метаноловый топливный элемент (англ. Direct-methanol fuel cells, DMFC) —, это разновидность топливного элемента с протонообменной мембраной, в котором топливо, метанол, предварительно не разлагается с выделением водорода, а напрямую используется в топливном элементе.

Достоинства

Поскольку метанол поступает в топливный элемент напрямую, каталитический риформинг (разложение метанола) не нужен; хранить метанол гораздо проще, чем водород, поскольку нет необходимости поддерживать высокое давление, так как метанол при атмосферном давлении и температуре ниже 64°C является жидкостью. Энергетическая ёмкость (количество энергии в данном объеме) у метанола выше, чем в таком же объёме водорода, сжатого как в существующих образцах водородных автомобилей. Например, современные баллоны высокого давления, позволяющие хранить водород при 800 атм., содержат 5-7 весовых % водорода по отношению к общей массе баллона. При подсчете такого "водородного" эквивалента для метанола получается 13%. Такая энергоёмкость является максимальной из всех известных систем хранения топлива для топливных элементов.

Недостатки

Метанол ядовит, поэтому использование решений на основе DMFC в бытовой технике может быть опасным. Существенные ограничения на широкое применение топливных элементов накладывает использование в качестве катализаторов драгоценных металлов (платиноидов), что ведет к дороговизне как самих установок, так и получаемого электричества.

Реакция

Работа топливных элементов этого типа основана на реакции окисления метанола на катализаторе в диоксид углерода. Вода выделяется на катоде. Протоны (H⁺) проходят через протонообменную мембрану к катоду, где они реагируют с кислородом и образуют воду. Электроны проходят через внешнюю цепь от анода к катоду, снабжая энергией внешнюю нагрузку.

Реакции:

На аноде 2CH₃OH + 2H₂O → 2CO₂ + 12H⁺ + 12e⁻

На катоде 3O₂ + 12H⁺ + 12e⁻ → 6H₂O

Общая для топливного элемента: 2CH₃OH + 3O₂ → 2CO₂ + 4H₂O

Применение

В настоящее время ведутся работы по адаптации DMFC топливных элементов для применения в:

• транспортных приложениях, например для бортового питания
• мобильных приложениях (сотовые телефоны, ноутбуки)

Ссылки

ГОСТ 15596-82 Источники тока химические. Термины и определения

Литература

• Muller E., Z. Elektrochem., 28, 101 (1928).
• Muller E., Tanaka S., Z. Elektrochem., 34, 256 (1928).
• Muller E., Takegami S., Z. Elektrochem, 34, 704 (1928).