Scienza delle celle a combustibile a metanolo diretto (DMFC)

L'idrogeno è un agente riducente (combustibile) molto attivo. Pertanto, in celle a combustibile idrogeno-ossigeno, è possibile raggiungere correnti operative molto elevate e valori di potenza specifica elevati per unità di peso. Tuttavia, la movimentazione, lo stoccaggio e il trasporto dell'idrogeno sono complessi. Questo rappresenta un problema soprattutto per centrali elettriche portatili relativamente piccole. Per tali impianti, i combustibili liquidi sono più realistici.
Il metanolo è un combustibile molto promettente per le piccole celle a combustibile portatili. È più pratico e meno pericoloso dell'idrogeno gassoso. Rispetto ai prodotti petroliferi e ad altri combustibili organici, il metanolo ha un'attività di ossidazione elettrochimica piuttosto elevata (sebbene non elevata quanto l'idrogeno). Il suo rapporto di energia chimica è di circa 6 kWh/kg, inferiore a quello della benzina (10 kWh/kg), ma piuttosto soddisfacente. Per questo motivo, il suo utilizzo nelle celle a combustibile per centrali elettriche di veicoli elettrici e diversi dispositivi portatili è oggi ampiamente discusso.

Il funzionamento di DMFC presenta problemi fondamentali che non si verificano nelle celle a combustibile a membrana a scambio protonico. In queste ultime, la membrana è praticamente impermeabile ai reagenti (idrogeno e ossigeno), impedendone la miscelazione. Al contrario, nelle celle a combustibile a scambio protonico (DMFC), la membrana è parzialmente permeabile al metanolo disciolto in soluzione acquosa. Per questo motivo, una parte del metanolo penetra dalla parte anodica della batteria attraverso la membrana fino alla parte catodica. Questo fenomeno è chiamato etanolo crostico-curio incrociato. Questo metanolo viene ossidato direttamente dall'ossigeno gassoso su un catalizzatore al platino senza produrre elettroni utili. Ciò ha due conseguenze: (i) una porzione significativa del metanolo viene persa nella reazione elettrochimica e (ii) il potenziale dell'elettrodo a ossigeno si sposta verso un valore positivo inferiore, con conseguente diminuzione della tensione di esercizio della cella a combustibile. Nonostante le numerose ricerche condotte finora, non è stato possibile affrontare completamente questo problema.
Un potenziale campo di applicazione per DMFC Si tratta di alimentatori a bassa potenza (fino a 20 W) per dispositivi elettronici come laptop, videocamere, lettori DVD, telefoni cellulari, dispositivi medici e altro ancora. Attualmente, l'applicazione delle DMFC come fonte di alimentazione per i veicoli elettrici è ancora molto lontana. Nonostante le numerose ricerche, le DMFC non sono ancora in produzione commerciale né ampiamente utilizzate in applicazioni pratiche, a differenza delle celle a combustibile a membrana a scambio protonico.