Il Processo del Carburante con Alimentazione Diretta al Metanolo
Il potenziale termodinamico e' creato usando una membrana polimerica elettrolita che lascia passare solo certe speci chimiche. Da una parte della membrana, una miscela d'acqua e metanolo vengono alimentate all'anodo catalizzatore il quale separa le molecole di metanolo in atomi d'idrogeno e di diossido di carbonio (anidride carbonica). Gli atomi d'idrogeno separati vengono quindi tipicamente impoveriti di un elettrone e fatti passare attraverso la membrana dalla parte del catodo della cella. Al catodo catalizzatore, i protoni (atomi d'idrogeno senza un elettrone) reagiscono con l'ossigeno nell'aria, formando acqua meno un elettrone. Connettendo un filo conduttore dall'anodo al catodo, gli elettroni tolti dagli atomi d'idrogeno possono passare dall'anodo al catodo e combinarsi con le speci in mancanza di un elettrone.
Da una prospettiva termodinamica, gli elettroni "vogliono" passare dalla parte del catodo in una "quantita'" specifica che puo' essere quantificata come il voltaggio di un circuito aperto. Questo voltaggio e' misurato con un voltometro ad altissima resistenza attraverso la cella. La tendenza termodinamica del metanolo e dell'ossigeno a reagire, da cosi' acqua ed anidride carbonica, che forzano la creazione di una differenza di energia attraverso la membrana, finche' il sistema non raggiunge un equilibrio. Appena questo livello e' raggiunto, i componenti smettono di reagire, e la produzione d'energia viene interrotta.
L'energia e' prodotta abbassando il voltaggio ad un valore inferiore all'equilibrio, attraverso la membrana. Per fare tutto cio', si mette una resistenza debole abbastanza da far passare corrente, sul filo che connette le due parti della Cella. Piu' e' piccola la differenza di voltaggio cosi' imposta alla Cella a Combustibile, piu' corrente e' prodotta, fino a quando il limite di trasporto di protoni e' raggiunto; dopodiche' la produzione d'energia e' interrotta.
La reazione che avviene nelle DMFC e' la stessa della Combustione Diretta del Metanolo
i.e; CH 3 OH + 3/2O 2 CO 2+ 2H 2 O
La figura descrive lo schema di funzionamento di una Cella a Combustibile al Metanolo come le Celle a Combustibile con Alimentazione Diretta al Metanolo (DMFC). Il Metanolo, quando da corrente, e' ossidato elettrochimicamente all'anodo elettrocatalizzatore per produrre elettroni che viaggiano attraverso il circuito esterno al catodo elettrocatalizzatore dove sono consumati insieme all'ossigeno in una reazione di riduzione. Il Circuito e' mantenuto all'interno della Cella, dalla conduzione dei protoni nell'elettrolita.