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Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC)

Die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle ("Direct Methanol Fuel Cell" - DMFC) ist eine Niedertemperaturbrennstoffzelle. Sie arbeitet bei Betriebstemperaturen unter 100 °C.

 

Aufbau

Die Direktmethanol-Brennstoffzelle (DMFC) ist als Weiterentwicklung der PEFC anzusehen; entsprechend ist der Elektrolyt ebenfalls eine Kunststoffmembran. Als Katalysatormaterial wird zumeist eine Mischung aus Platin und Ruthen eingesetzt, die sich besonders zur Oxidation von Methanol sowie der entstehenden Zwischenprodukte eignet.

Einsatzbereiche

Die Besonderheit der DMFC besteht im verwendeten Brennstoff; sie kann an der Anode direkt mit flüssigem Methanol (80-90 °C) oder mit Methanoldampf (120 - 130 °C) und an der Kathode mit Luft beaufschlagt werden. Die DMFC stellt deshalb eine für den Antrieb von Fahrzeugen sehr interessante Alternative, etwa zum Batteriebetrieb bzw. zum Wasserstoffbetrieb einer PEFC, dar. Um eine PEFC mit Methanol zu betreiben, ist immer ein vorgeschalteter Reformer notwendig, was die Systemtechnik kompliziert (Prinzip der Indirekt-Methanol-Brennstoffzelle). Die DMFC bietet die prinzipiellen Vorteile des geringeren Systemvolumens und -gewichts, des einfacheren Systemdesigns, der einfacheren Betriebsweise mit schnellerem Ansprechverhalten und besserer Dynamik sowie geringeren Investitions- und Betriebskosten. Allerdings ist der Platinbedarf höher als bei der PEFC.

 

(DMFC-Stack, Forschungszentrum Jülich)

Die im Vergleich zur PEFC reduzierte Leistungsdichte der DMFC ist zum einen auf die langsamere Kinetik der Methanoloxidation und zum anderen auf die Methanolpermeation durch die Membran zurückzuführen. Diese Diffusion von Methanol von der Anoden- zur Kathodenseite führt zu Brennstoffverlusten und zu einer reduzierten Spannung aufgrund einer Mischpotentialbildung an der Kathode.

Forschungsbedarf besteht noch zur Stabilität der Edelmetallkatalysatoren (Vergiftung durch CO und anderer Zwischenprodukte) sowie zur Zuverlässigkeit derzeit verfügbarer Membranen (Verhinderung der Querdiffusion von Methanol zur Sauerstoffelektrode).