Eines dieser Hemmnisse ist die relativ langsame Kinetik der Methanoloxidation an der Katalysator-Anode. Ein Grund dafür sind Ablagerungen von nur teilweise oxidierten Zwischenprodukten des Methanols wie Formaldehyd, Methansäure und Kohlenmonoxid auf dem Platin/Ruthenium-Katalysator der Anode. Um dennoch einen elektrischen Stromfluss in der Brennstoffzelle zu erzielen, sind bislang hohe Überspannungen an der Anode erforderlich.

Ein weiteres Problem der Methanol-Brennstoffzellen ist das an der Anode freigesetzte Kohlendioxid. Die aufsteigenden Blasen verringern ebenfalls die elektrochemisch aktive Katalysatoroberfläche. Dies wiederum führt zu einem Abfall der Stromdichte.

Drittens bereitet auch die Teildurchlässigkeit von Polymer-Elektrolytmembranen für Methanol den Wissenschaftlern noch Kopfzerbrechen. Denn dadurch gelangt ein Teil des Methanols zur Kathode, an der es schnell oxidiert wird. Die Folge ist, dass die Zellspannung umso geringer ausfällt, je höher die Methanol-Konzentration ist. "Die messbare Zellspannung liegt deutlich unter den Werten, die sich aus thermodynamischen Berechnungen ergeben würden", sagt Kai Sundmacher vom Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg.

Im Rahmen seiner Arbeitsgruppe Physikalisch-Chemische Verfahren sucht der Wissenschaftler nach noch ungenutzten Möglichkeiten zur praktischen Verbesserung der Effizienz von Brennstoffzellen. Eine Idee war dabei, durch bewusst dynamische Betriebsführungen die Umsatzleistung chemischer Reaktionen in Brennstoffzellen zu steigern. Eine ähnliche Philosophie wird bereits industriell in einigen chemischen Großprozessen eingesetzt. Für Brennstoffzellen gibt es aber noch nichts Vergleichbares. Abgesehen vom Betriebsbeginn arbeiten sie immer stationär, also mit konstanten Einstellungen der Parameter. Das Team um Sundmacher variiert also in einer dynamisch betreibbaren Brennstoffzelle periodisch die Konzentration des verfügbaren Brennstoffs.

"Auf diese Weise lässt sich die Blockierung der anodischen Katalysatorschicht durch die Zwischenprodukte der Oxidationsreaktion vermindern", erklärt Sundmacher. Außerdem wird die unerwünschte Teildurchlässigkeit von Polymer-Elektrolytmembranen verringert. So gelangt letztlich weniger Brennstoff an die Kathode. Auch werden die gelösten und gasförmigen Reaktionsprodukte, wie das Kohlendioxid, effektiv aus dem Reaktionsraum an der Anode der Brennstoffzelle abgeführt. Die Folgen sind eine um etwa 15 Prozent höhere Zellspannung und eine höhere elektrische Leistung der Brennstoffzelle. Außerdem, so Sundmacher, wird durch die periodische Erniedrigung der Brennstoffkonzentration an der Anode der Brennstoffverbrauch der Zelle deutlich verringert. Dies erhöht den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle.

Die Erfindung aus dem Magdeburger Max-Planck-Institut kann mit wenig Mehraufwand für bereits existierende Methanol-Brennstoffzellen genutzt werden. Das Prinzip, das mittlerweile auch zum Patent angemeldet ist, lässt sich auf andere Brennstoffzellen-Typen übertragen.