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直接メタノール燃料電池(ちょくせつめたのーるねんりょうでんち、direct methanol fuel cell、DMFC)は、メタノールを燃料とする固体高分子形燃料電池の一種である。

◆概要

直接メタノール燃料電池の構造そのものは、普通の固体高分子形燃料電池とほぼ同じである。

特徴はその名前の通り、燃料改質器でメタノールから水素を作らずに、メタノールを燃料極で直接反応させることである。

例として、プロトン交換膜を用いた直接メタノール燃料電池の電池反応を示す。

:燃料極: CH₃OH + H₂O → CO₂ + 6H⁺ + 6e^-

:空気極: 3/2O₂ + 6H⁺ + 6e^- → 3H₂O

:全反応: CH₃OH + 3/2O₂ → CO₂ + 2H₂O

このように直接メタノール燃料電池においては、メタノールが燃料極で直接酸化される。

反応生成物として、燃料極では二酸化炭素、空気極では水が生成する。

直接メタノール燃料電池の起電力は、メタノール酸化反応の自由エネルギー変化が-698.2kJ mol^-1で、6個の電子が反応するから、

:E = -ΔG_f / z F= 6.98×10⁵ [外部リンク] mol^-1 / (6 × 96485 [外部リンク] mol^-1) = 1.21 [外部リンク]V

と計算される。

この値は、水素を燃料とする燃料電池の起電力(1.23V)とそれほど変わらない。

しかし、燃料極に供給されたメタノールは電解質膜を透過して空気極に達する(クロスオーバー現象)ため、空気極は酸素の還元とメタノールの酸化の両方を反映した混成電位となって、電池の開回路電圧が低下する。

加えて、発電時では、メタノールの酸化反応は水素の酸化反応より遅いため、発電時には活性化分極が大きくなり電圧は低下する。

また、メタノール酸化反応の中間生成物である一酸化炭素が触媒毒となり、電極で用いている白金の触媒活性を低下させる(一酸化炭素被毒)。

これらの理由により、一般的に、直接メタノール燃料電池は、水素燃料電池と比較すると性能が低くなる。

◆関連項目

・固体高分子形燃料電池

・メタノール

・触媒毒

・白金

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・直接メタノール燃料電池 page1