Топливные элементы с прямым окислением метанола (dmfc) и топливные элементы с прямым окислением этанола (dеfc)

Элементы с прямым окислением метанола/этанола являются одним из вариантов реализации элементов с ионообменной мембраной. Топливом для DMFC-элементов служит водный раствор метилового/этилового спирта (метанола/этанола). Необходимый для реакции водород (и побочный продукт в виде углекислого газа) получается за счет прямого электроокисления раствора метанола/этанола на аноде:

CH₃OH (C₂H₅OH) + H₂O = CO₂ + 6H⁺ + 6e.

На катоде происходит реакция окисления водорода с образованием воды:

3/2O₂ + 6H⁺ + 6e = 3H₂O.

Рабочая температуры DMFC-элементов составляет примерно 120 °С, что немного выше по сравнению с водородными элементами. Недостатком низкотемпературного преобразования является более высокая потребность в катализаторах. Это неизбежно приводит увеличению стоимости таких топливных элементов, однако данный недостаток компенсируется удобством использования жидкого топлива и отсутствием необходимости в применении внешнего конвертора для получения чистого водорода. Топливные элементы фосфорной кислоты более терпимы к примесям топлива, генерирующего водород, чем другие ТЭ, но менее мощны, учитывая тот же вес и объем.

Метаноловая и этаноловая топливные технологии являются относительно новыми по сравнению с другими топливными элементами на базе чистого водорода.

Фосфорно-кислотные топливные элементы - раfс

В этом типе топливных элементов в качестве электролита используется концентрированная фосфорная кислота в тефлоновой матрице карбида кремния (SiC). Еще несколько лет тому назад использовались только разбавленные кислоты, что связано с агрессивностью кислотных сред.  Разработка новых коррозионно-стойких материалов позволила работать с концентрированными кислотами, обладающими повышенной величиной проводимости электролита.

В этих топливных элементах используются те же электроды, что и в PEMFC топливных элементах, то есть содержащие платину углеродные электроды. Однако в этих топливных элементах требуется более высокая концентрация платины на катоде чем, на аноде. Для работы с риформированным водородом в дополнение к платине на аноде используется также рутений (Ru). Наличие рутения приводит к более легкому окисления моноокиси углерода. Так как в качестве топлива используется водород (или риформированные углеводороды) и воздух, то электрохимические реакции, происходящие на электродах, имеют тот же самый вид, что и в PEMFC топливных элементах.

Топливные элементы  PAFC работают при температурах порядка 200°С, что означает, что они менее чувствительны по сравнению с PEMFC топливными элементами к такой примеси как СО.  Однако это не означает, что ископаемые топлива могут быть непосредственно использованы в этих топливных элементах. Здесь также требуется осуществлять предварительно процесс риформинга топлива. Содержание СО в таком топливе также должно быть снижено до концентраций ниже 3-5об. %, чтобы предотвратить влияние на катализатор.

В силу более высокой рабочей температуры величина избыточного тепла здесь также выше, чем в низкотемпературных топливных элементах. Следовательно, оказывается возможным  одновременное производство и тепла и электричества. Схожесть основных принципов работы PAFC  и PEMFC топливных элементов приводит и к подобию их отдельных компонентов.