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Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über Methanol-Brennstoffzellen sowie ihre Anwendungen und Funktionsweisen. Werfen Sie auch einen Blick auf die Liste der 4 Hersteller von Methanol-Brennstoffzellen und deren Firmenranking.
Inhaltsübersicht
Methanol-Brennstoffzellen sind eine Art von Brennstoffzellen, die Methanol direkt als Brennstoff verwenden.
Brennstoffzellen werden in der Regel mit Wasserstoff betrieben, aber die Einführung von Brennstoffzellen war eine Hürde, da für die Erzeugung von Wasserstoffgas große Anlagen erforderlich sind und die Kosten für den Transport und die Lagerung von explosivem Wasserstoffgas hoch sind.
Da Methanol jedoch flüssig ist, kann es in einem kleineren Volumen als Wasserstoffgas gelagert werden, was eine Verkleinerung der Brennstoffzellen ermöglicht. Außerdem ist es einfacher zu handhaben als Wasserstoffgas, was die Einführung von Brennstoffzellen erleichtert. Aus diesen Gründen werden Anwendungen z. B. in mobilen Geräten erwartet.
Methanol-Brennstoffzellen können wie normale Batterien verwendet werden, sofern die Batterien Strom erzeugen können.
Derzeit wird von Benzin- auf Brennstoffzellenfahrzeuge umgestellt, um die Kohlendioxidemissionen zu verringern, aber die meisten aktuellen Brennstoffzellenfahrzeuge werden mit Wasserstoff betrieben. Der Grund dafür ist, dass die Stromerzeugung mit Methanol-Brennstoffzellen noch einige Probleme aufweist.
Wenn sich Methanol-Brennstoffzellen jedoch immer mehr durchsetzen, könnten sie zur Stromversorgung von Autos und kleineren wiederaufladbaren Batterien, wie z. B. in Smartphones, eingesetzt werden.
Es gibt zwei Haupttypen von Methanol-Brennstoffzellen, die direkten und reformierten Brennstoffzellen:
Diese Brennstoffzellen verwenden Methanol als direkten Brennstoff und werden allgemein als Methanol-Brennstoffzellen bezeichnet. Sie bestehen aus einer Brennstoffelektrode (Anode), an der das Methanol reagiert und einer Luftelektrode (Kathode), an der der Sauerstoff aus der Luft reagiert.
Die Wirkung eines Katalysators wie Platin in der Brennstoffelektrode bewirkt, dass das Methanol in der wässrigen Methanollösung reagiert und Elektronen erzeugt, die so lange reagieren, wie der Brennstoff reicht. Durch die Erzeugung von Strom bei gleichzeitiger Bereitstellung von Methanol kann der Brennstoff über einen langen Zeitraum genutzt werden.
Unter Reformierung versteht man die Extraktion von Wasserstoff aus Methanol. Der extrahierte Wasserstoff wird als Brennstoff zur Stromerzeugung verwendet. Das Prinzip der Stromerzeugung ist also genau dasselbe wie bei allgemeinen wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellen, aber da der Ausgangsstoff Methanol ist, werden diese Zellen manchmal auch als Methanol-Brennstoffzellen bezeichnet.
Bei der Methanolreformierung wird Methanol mit Wasserdampf vermischt und reagiert mit einem Katalysator wie Kupfer, Zinkoxid oder Aluminiumoxid, der es schließlich in Wasserstoff und Kohlendioxid zerlegt.
Da es sich um eine endotherme Reaktion handelt, muss von außen Wärme zugeführt werden, damit die Reaktion ablaufen kann. Vorzugsweise wird die Reaktion bei hohen Temperaturen durchgeführt, um den Verlauf der Reaktion zu beschleunigen, aber die katalytische Aktivität der oben genannten Katalysatoren wird bei Temperaturen über 300 °C deaktiviert.
Typische Merkmale von Methanol-Brennstoffzellen sind:
Während bei allgemeinen Brennstoffzellen auch ein Wasserstofftank vorgesehen werden muss, können Methanol-Brennstoffzellen kleiner gebaut werden, da kein Wasserstofftank erforderlich ist. Außerdem drehen sie keine Turbine wie bei der thermischen oder nuklearen Stromerzeugung, so dass sie Strom mit einem leisen Betriebsgeräusch erzeugen.
Bei Methanol-Brennstoffzellen wird der Katalysator auf der Anodenseite, der mit der wässrigen Methanollösung in Kontakt kommt, durch das Zwischenprodukt Kohlenmonoxid verunreinigt, was zu einer verminderten Reaktivität führt. Dies verkürzt auch die Lebensdauer der Brennstoffzelle selbst.
Eine weitere große Herausforderung ist das Methanol-Crossover-Phänomen, bei dem Methanol in den Elektrolyten eindringt und die Luftelektrode erreicht, was zu einer Verringerung der Stromerzeugungseffizienz und der Batteriespannung führt. Brennstoffzellen, die Methanol verwenden, das billig und leicht zu stabilisieren ist, aber eine kurze Lebensdauer hat, werden noch einige Zeit brauchen, um sich durchzusetzen.
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