Der Direkte Methanol-Brennstoffzellen Prozess
Das thermodynamische Potential wird durch den Gebrauch eines polymeren Elektrolytmembrans verursacht, durch das nur bestimmte Chemikalien fliessen können. Auf der einen Seite dieses Membrans wird eine Methanol- und Wassermischung zu einem Anodenkatalysator eingegeben, der das Methanolmolekül in Wasserstoffatome und in Kohlendioxyd trennt. Die getrennten Wasserstoffatome werden dann gewöhnlich von ihrem Elektron getrennt und werden durch das Membran an die Kathodenseite der Zelle geleitet. Am Kathodenkatalysator reagieren die Protone (Wasserstoffatome ohne Elektron) mit dem Sauerstoff in der Luft um Wasser minus ein Elektron zu schaffen. Durch eine Leitung von der Seite der Anode an die Seite der Kathode können die Elektronen, die von den Wasserstoffatomen auf der Seite der Anode getrennt wurden, zur Seite der Kathode reisen und sich mit der Spezie zusammentun, die kein Elektron hat. Von einer thermodynamischen Perspektive gesehen ?wollen" die Elektronen auf die Seite der Kathode in einer bestimmten Menge reisen und das kann als die Spannung des offenen Stromkreises quantitativ bestimmt werden. Die Spannung des offenen Stromkreises wird mit einem Voltmeter über der Zelle gemessen, die auf einen sehr hohen Widerstand eingestellt wird. Da Methanol und O2 gerne miteinerander reagieren, um Kohlendioxyd und Wasser zu produzieren, gibt es einen Unterschied bezüglich Energie über das Membran, bis das Gleichgewicht des Systems erreicht wird. Sobald dieses Niveau erreicht wird, reagieren die Bestandteile nicht mehr, und keine zusätzliche nützliche Energie wird produziert.
Nützliche Energie wird produziert, indem man die Spannung in dem Membran unterhalb des Gleichgewichtwertes senkt. Dies wird getan, indem man einen Widerstand auf die Leitung setzt, welche die zwei Seiten anschließt, die schwach genug ist, dass Strom durchfließen kann. Je kleiner der Unterschied in der Spannung ist, desto mehr Strom wird produziert, bis eine Grenze des Protontransports erreicht ist, nach der keine zusätzliche Energie mehr produziert wird.
Die gesamte Reaktion, die in der DMFC auftritt, ist dieselbe wie für die direkte Verbrennung des Methanols,
d.h.; CH 3 OH- + 3/2O 2 Co 2 + 2H 2 O
Die Abbildung oben zeigt ein Diagramm der Betriebsprinzipien der Brennstoffzelle, die Methanol als Kraftstoff verwendet, also der Direkte Methanol-Brennstoffzelle (DMFC). Wenn man Strom zur Verfügung stellt, wird Methanol elektrochemisch am Elektrokatalysten der Anode oxidiert, um Elektronen zu produzieren, die durch den externen Stromkreis zum Elektrokatalysten der Kathode reisen, wo sie zusammen mit Sauerstoff in einer Verkleinerunsreaktion verbraucht werden. Der Stromkreis wird innerhalb der Zelle durch die Übertragung der Protone im Elektrolyt beibehalten.