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Effect of Different Fe-N-C Catalysts on the Performance and Stability of HT-PEMFCs

Müller-Hülstede, Julia und Schmies, Henrike und Schonvogel, Dana und Wagner, Peter und Wark, Michael (2023) Effect of Different Fe-N-C Catalysts on the Performance and Stability of HT-PEMFCs. European Fuel Cell Forum 2023, 2023-07-04 - 2023-07-07, Luzern, Schweiz.

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Kurzfassung

High electrode loadings up to 1 mgPt cm-2 are commonly used in high temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFC) due to partial deactivation of the Pt catalyst by phosphates [1]. At this point, the implementation of less expensive Fe-N-C catalysts for the oxygen reduction reaction in HT-PEMFCs can significantly reduce the material costs. However, a decrease in performance of Fe-N-C-based HT-PEMFCs within the first hours of operation was reported for Black Pearls (BP)-based Fe-N-Cs [2]. In this study, the effect of different Fe N-C types on their stability in HT-PEMFCs is evaluated and degradation processes are identified. A commercial catalyst (PMF 011904, Pajarito Powder), a BP- and two activated biomass-based Fe-N-Cs are implemented as cathode catalysts [3]. Single-cell tests with begin of test characterization followed by 90 h operation at a constant load of 0.1 A cm-2, cyclic voltammetry (CV) and end of test characterization are performed. While initial cell performances display significant differences, the performance decay after 24 h of operation is comparable for all cells. There, an overall performance loss of up to 26 % is observed. Electrochemical and physical post mortem analysis of the cathodes using CV, transmission electron microscopy and mass spectroscopy with inductively coupled plasma reveal, that deactivation of Fe-Nx sites is the main degradation process and corrosion of carbon support is negligible. This study helps to understand degradation phenomena of Fe-N-Cs in HT PEMFC. Moreover, approaches for the optimization of this catalyst class to increase the stability and to the overall Pt loading in HT-PEMFCs is given. [1] R. Zeis, Beilstein J. Nanotechnol. 2015, 6, 68. [2] Y. Hu et al., Appl. Catal. B 2018, 234, 357. [3] J. Müller-Hülstede et al., J. Power Sources 2022, 537, 231529.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/195924/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag, Poster)
Titel:Effect of Different Fe-N-C Catalysts on the Performance and Stability of HT-PEMFCs
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Müller-Hülstede, JuliaJulia.Huelstede (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7822-8425NICHT 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
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:5 Juli 2023
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:HT-PEMFC; MEA; Fe-N-C, Pt-free, Stability
Veranstaltungstitel:European Fuel Cell Forum 2023
Veranstaltungsort:Luzern, Schweiz
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:4 Juli 2023
Veranstaltungsende:7 Juli 2023
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:14 Jul 2023 12:59
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:56

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