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Effect of Polytetrafluorethylene Content in Fe-N-C-Based Catalyst Layers of Gas Diffusion Electrodes for HT-PEM Fuel Cell Applications

Zierdt, Tanja und Hülstede, Julia und Schmies, Henrike und Schonvogel, Dana und Wagner, Peter und Friedrich, Andreas K. (2024) Effect of Polytetrafluorethylene Content in Fe-N-C-Based Catalyst Layers of Gas Diffusion Electrodes for HT-PEM Fuel Cell Applications. ChemElectroChem, e202300583-e202300583. Wiley. doi: 10.1002/celc.202300583. ISSN 2196-0216.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
11MB

Offizielle URL: https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/celc.202300583

Kurzfassung

Fe-N-C catalysts are a promising alternative to replace cost-intensive Pt-based catalysts in high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell (HT-PEMFC) electrodes. However, the electrode fabrication needs to be adapted for this new class of catalysts. In this study, gas diffusion electrodes (GDEs) are fabricated using a commercial Fe-N-C catalyst and different polytetrafluorethylene (PTFE) binder ratios, varying from 10 to 50 wt % in the catalyst layer (CL). The oxygen reduction reaction performance is investigated under HT-PEMFC conditions (160 °C, conc. H3PO4 electrolyte) in a half-cell setup. The acidophilic character of the Fe-N-C catalyst leads to intrusion of phosphoric acid electrolyte into the CL. The strength of the acid penetration depends on the PTFE content, which is visible via the contact angles. The 10 wt % PTFE GDE is less capable to withdraw product water and electrolyte and results into the lowest half-cell performance. Higher PTFE contents counterbalance the acid drag into the CL and impede flooding. The power density at around 130 mA mgCatalyst^-2 increases by 34 % from 10 to 50 wt % PTFE.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/202401/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Effect of Polytetrafluorethylene Content in Fe-N-C-Based Catalyst Layers of Gas Diffusion Electrodes for HT-PEM Fuel Cell Applications
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Zierdt, TanjaTanja.Zierdt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1527-199XNICHT SPEZIFIZIERT
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
Friedrich, Andreas K.andreas.friedrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2968-5029NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:12 Januar 2024
Erschienen in:ChemElectroChem
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1002/celc.202300583
Seitenbereich:e202300583-e202300583
Verlag:Wiley
ISSN:2196-0216
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Electrocatalyst, Fe-N-C, Gas Diffusion Electrode, High-Temperature PEMFC, PTFE
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
Institut für Technische Thermodynamik
Hinterlegt von: Zierdt, Tanja
Hinterlegt am:29 Mai 2024 17:20
Letzte Änderung:29 Mai 2024 17:20

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