Сотрудникам французского института электроники, микроэлектроники и нанотехнологий (Institute of Electronics, Microelectronics and Nanotechnology (IEMN)), работающим в тесном сотрудничестве с японской компанией Sharp, удалось создать миниатюрный топливный элемент с прямым окислением метанола microDMFC (micro-sized direct methanol fuel cells). Главными достоинствами нового устройства являются: высочайшая эффективность «сжигания» топлива и удельная мощность, величина которой составляет 385 Вт/л.
В данном случае метанол используется в качестве топлива и анода, тогда как кислород выполняет роль окислителя и катода. Метанол и газ пропускаются через топливную ячейку благодаря наличию микроскопических каналов, когда обе составляющие реагируют в присутствии электролита, вырабатывая электрический ток. Интересным нововведением является внедрение дополнительного пористого слоя в микротопливную ячейку, что приводит к повышению эффективности с 20 до 75% при комнатной температуре.
Одной из причин, по которым ученым удалось существенно повысить эффективность топливных элементов, является использование очень небольшого количества топлива – 1,38 мкл/мин или 550 нл/мин, в зависимости от конструкции. В этом случае отсутствует необходимость в использовании таких элементов, как помповый насос. Однако, как показали исследователи, снижение количества используемого топлива требует поддержания постоянной концентрации топлива, проходящей через топливную ячейку в единицу времени – только в этом случае достигает максимальная эффективность устройства.
Но самое главное, что исследователям удалось создать действительно компактный топливный элемент, толщина которого составляет всего 0,17 см, объем – всего лишь 0,03 см3, а вес не превышает 110 г.
Таким образом, важнейшими отличительными особенностями топливных элементов microDMFC являются: высокая эффективность во время работы при комнатной температуре, возможность изготовления топливной ячейки с использованием стандартных технологий изготовления микросхем (например, CMOS), возможность отказа от относительно сложных помповых насосов, применение эффективной протонообменной кремниевой мембраны и диффузионного слоя. К тому же, крайне миниатюрные размеры ячейки позволяют использовать топливные элементы для питания MEMS и NEMS устройств.