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Implementation of Different Fe-N-C Catalysts in High Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells – Effect of Catalyst and Catalyst Layer on Performance

Müller-Hülstede, Julia und Zierdt, Tanja und Schmies, Henrike und Schonvogel, Dana und Meyer, Quentin und Zhao, Chuan und Wagner, Peter und Wark, Michael (2022) Implementation of Different Fe-N-C Catalysts in High Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells – Effect of Catalyst and Catalyst Layer on Performance. Journal of Power Sources (537), Seite 231529. Elsevier. doi: 10.1016/j.jpowsour.2022.231529. ISSN 0378-7753.

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Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378775322005365?via%3Dihub

Kurzfassung

Fe-N-Cs are an alternative to Pt/C catalysts as they show promising activity towards the oxygen reduction reaction. While several studies are based on thin-film analysis in diluted electrolytes, only few reports show the application of Fe-N-Cs in gas diffusion electrodes (GDE) and their tests under high temperature proton exchange membrane fuel cell (HT-PEMFC) conditions. Here, a series of Fe-N-Cs with different physical properties are analyzed. GDEs are fabricated using ultrasonic spray and doctor blade coating to investigate the effect of coating method on the morphology and performance. Morphological analysis identified thinner catalyst layers for spray coating and inhomogeneous PTFE distribution for doctor blade coated GDEs. Electrochemical characterization in the HT-PEM half-cell displays significantly lower performance for ultrasonic spray-coated GDEs, possibly due to more pronounced phosphoric acid penetration. On the contrary, implementation of GDEs as cathodes in the HT-PEMFC yields comparable performances for both coating methods but differences in ORR and proton transport resistances determined by distribution of relaxation times analysis. Moreover, it was shown that inhomogeneous PTFE distribution caused by high amounts of hydrophilic O /N functionalities negatively affects HT-PEMFC performance. This study helps to understand the impact of GDE fabrication and Fe-N-C catalyst properties in HT PEM half-cell and single cell application.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/186351/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Implementation of Different Fe-N-C Catalysts in High Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells – Effect of Catalyst and Catalyst Layer on Performance
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Müller-Hülstede, JuliaJulia.Huelstede (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7822-8425NICHT SPEZIFIZIERT
Zierdt, TanjaTanja.Zierdt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmies, HenrikeHenrike.Schmies (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6565-1280NICHT SPEZIFIZIERT
Schonvogel, DanaDana.Schonvogel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2485-740XNICHT SPEZIFIZIERT
Meyer, Quentinq.meyer (at) unsw.edu.auhttps://orcid.org/0000-0001-6418-9680NICHT SPEZIFIZIERT
Zhao, Chuanchuan.zhao (at) unsw.edu.auhttps://orcid.org/0000-0001-7007-5946NICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, Peterp.wagner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5644-9881NICHT SPEZIFIZIERT
Wark, Michaelmichael.wark (at) uni-oldenburg.dehttps://orcid.org/0000-0002-8725-0103NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:6 Mai 2022
Erschienen in:Journal of Power Sources
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.231529
Seitenbereich:Seite 231529
Verlag:Elsevier
ISSN:0378-7753
Status:veröffentlicht
Stichwörter:High-temperature proton exchange membrane fuel cell; Gas diffusion electrode; Ultrasonic spraying; Doctor blade coating; Iron-nitrogen-carbon; Oxygen reduction reaction
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse
Standort: Oldenburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Müller-Hülstede, Julia
Hinterlegt am:20 Mai 2022 13:26
Letzte Änderung:20 Mai 2022 13:26

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