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Binary transition metal and ZIF-8 functionalised polymer-derived ceramic catalysts for high temperature PEM fuel cell cathode

Mooste, Marek und Müller-Hülstede, Julia und Schonvogel, Dana und Zierdt, Tanja und Buschermöhle, Julia und Fuhrmann, Killian und Wilhelm, Michaela und Wagner, Peter und Friedrich, K. Andreas (2025) Binary transition metal and ZIF-8 functionalised polymer-derived ceramic catalysts for high temperature PEM fuel cell cathode. Electrochimica Acta, 514, Seite 145620. Elsevier. doi: 10.1016/j.electacta.2024.145620. ISSN 0013-4686.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
13MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468624018553

Kurzfassung

For addressing the clean energy transition, the high-temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFC) are attractive energy conversion devices for the long-range and heavy-duty vehicles, auxiliary power units, and aviation applications. One current drawback inhibiting HT-PEMFC commercialisation is the need for non-precious metal catalyst (NPMC) for oxygen reduction reaction (ORR) at the cathode. Here we propose the polymer derived ceramics (PDC) based material silicon oxycarbide (SiOC) with double transition metal (TM) doping and N-functionalisation for the NPMC preparation. The catalysts prepared with zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) as a N source exhibited high specific surface area, hierarchical porosity, and presence of TM (alloy) nanoparticles together with atomically dispersed TMs. The highest activity towards the ORR was observed in the case of Fe/Co containing and acid leached catalyst material (CoFe-N-SiOCa) exhibiting the highest long-term durability in 0.5 M H3PO4 solution and the best performance during the GDE testing in conc. H3PO4 at 160 °C. During HT-PEMFC testing, the open circuit voltage of 768 mV and power density at 100 mA cm�2 of 34 mW cm�2 with CoFe-N-SiOCa cathode were registered.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/211803/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Binary transition metal and ZIF-8 functionalised polymer-derived ceramic catalysts for high temperature PEM fuel cell cathode
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Mooste, MarekNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Müller-Hülstede, JuliaJulia.Huelstede (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7822-8425NICHT SPEZIFIZIERT
Schonvogel, DanaDana.Schonvogel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2485-740XNICHT SPEZIFIZIERT
Zierdt, TanjaTanja.Zierdt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1527-199XNICHT SPEZIFIZIERT
Buschermöhle, Juliajulia.buschermoehle (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0414-9756176166832
Fuhrmann, KillianNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wilhelm, MichaelaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, PeterNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, K. AndreasNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:20 Februar 2025
Erschienen in:Electrochimica Acta
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:514
DOI:10.1016/j.electacta.2024.145620
Seitenbereich:Seite 145620
Verlag:Elsevier
ISSN:0013-4686
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Electrocatalysis, Oxygen reduction reaction, Non-precious metal catalyst, High-temperature PEMFC, Dual-atom catalysts, ZIF-8
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: Schonvogel, Dr. Dana
Hinterlegt am:20 Jan 2025 10:04
Letzte Änderung:17 Feb 2025 09:15

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