Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen

1 Einleitung: Rettet Wasserstoff das Klima?
Wsserstoffgewinnung 1

Teil 9.3.3 | DMFC

Die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC = engl. Direct Methanol Fuel Cell) ist artverwandt mit der PEM-BZ. Allerdings verwendet sie keinen Wasserstoff, sondern wandelt direkt Methanol (CH3OH, flüssig oder gasförmig) ohne vorherige Reformierung um. Der Brennstoff wird an der Anode unter Abgabe von Elektronen und Protonen zu Kohlenstoffdioxid oxidiert. Das CO2 wird durch das Flow-field abgeleitet. An der Kathode erfolgt unter Aufnahme der Elektronen und Protonen die Reduktion von Sauerstoff zu Wasser. Eine Kathodenbefeuchtung (wie bei der PEM-BZ) ist nicht notwendig.

Die Elektroden sind, ähnlich wie bei der PEM-BZ, an der Anode mit Platin und an der Kathode mit einer Ruthenium-Platin-Legierung beschichtet. Als Elektrolyt zum Protonentransport dient eine polymere Ionenaustauschmembran. Für einen optimalen Reaktionsablauf und zur Vermeidung einer Katalysatorvergiftung sind Betriebstemperaturen im Bereich von 100 °C notwendig. Werden die wasserhaltigen Membranen jedoch über den Siedepunkt erhitzt, trocknen sie aus und besitzen keine ausreichende Leitfähigkeit mehr. Lediglich im aufwendigeren Druckbetrieb sind Temperaturen von 130 bis 140 °C möglich.

Das Problem von DMFC ist die Durchlässigkeit der Membran. Diese soll zwar protonenleitend, aber nicht elektrisch leitend sein. Bisherige Membranen lassen allerdings neben den H+-Ionen auch einen gewissen Prozentsatz an Methanol passieren, wodurch sich die Emissionswerte deutlich verschlechtern. An der Kathode wird in diesem Fall das Methanol oxidiert, es entstehen CO2 und Wasser, so dass diese Menge Brennstoff nicht mehr für die Energieerzeugung zur Verfügung steht. Dieser Crossover-Effekt kann bis zu 30 Prozent betragen. Des Weiteren ist die große Katalysatormenge, die die Materialkosten anhebt, problematisch.

Positiv zu bewerten sind der eher einfache Systemaufbau sowie die gute Dynamik (gutes Kaltstartverhalten) dieser Zellen. Außerdem ist kein separates Kühlmittel notwendig, da der flüssige Brennstoff zur Kühlung genutzt werden kann und zudem eine relativ hohe volumenspezifische Energiedichte im Vergleich zu Wasserstoff hat. Anwendungsgebiete für die DMFC liegen zurzeit im niedrigen Leistungsbereich, beispielsweise als Akkumulatorersatz sowie als Stromaggregat für Sonderanwendungen.

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