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Impact of Aerogel Modification for Fe-N-C Activity and Stability towards Oxygen Reduction Reaction in Phosphoric Acid Electrolyte

Zierdt, Tanja und Reuter, Torben und Müller-Hülstede, Julia und Buschermöhle, Julia und Schonvogel, Dana und Kröner, Jessica und Schwan, Marina und Milow, Barbara und Wagner, Peter und Friedrich, Andreas K. (2024) Impact of Aerogel Modification for Fe-N-C Activity and Stability towards Oxygen Reduction Reaction in Phosphoric Acid Electrolyte. ChemSusChem, e202401843-e202401843. Wiley. doi: 10.1002/cssc.202401843. ISSN 1864-5631.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
17MB

Offizielle URL: https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cssc.202401843

Kurzfassung

Resorcinol-formaldehyde based carbon aerogel (CA) has been tailored to meet the requirements as a Fe-N-C carbon support, aiming to provide sufficient, inexpensive cathode catalysts for high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cells (HT-PEMFCs). Therefore, different treatments of the aerogel are explored for optimal pore structure and incorporation of surface functionalities, which are crucial for Fe-N-C synthesis and electrochemical performance. Fe-N-Cs of differently modified aerogel are investigated in phosphoric acid electrolyte. The results show that HNO3 treatment for 5 h yields the Fe-N-C with highest mass activity and selectivity, attributed to the highest amount of nitrogen functionalities revealed by energy dispersive X-ray spectroscopy (XPS) and proper Fe-Nx site formation. HNO3 oxidation for 2 h leads to Fe-N-C with slightly lower oxygen reduction reaction (ORR) activity and selectivity. In contrast, the Fe-N-C synthesized from CA with H3PO4 treatment shows negligible ORR activity. The feasibility of one-step activation and carbonization treatment with K2CO3 and, for the first time, with K2CO3 and melamine is proven as the obtained Fe-N-Cs exhibit promising ORR activity. The results are compared with the commercial Fe-N-C PMF-014401. This study contributes to the advancement of cost-efficient HT-PEMFCs by optimizing Fe-N-C catalyst properties.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/213478/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Impact of Aerogel Modification for Fe-N-C Activity and Stability towards Oxygen Reduction Reaction in Phosphoric Acid Electrolyte
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Zierdt, TanjaTanja.Zierdt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1527-199X182206556
Reuter, Torbentorben.reuter (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0002-9980-7551182206557
Müller-Hülstede, JuliaJulia.Huelstede (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7822-8425NICHT SPEZIFIZIERT
Buschermöhle, Juliajulia.buschermoehle (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0414-9756182206560
Schonvogel, DanaDana.Schonvogel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2485-740XNICHT SPEZIFIZIERT
Kröner, JessicaJessica.Kroener (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schwan, Marinamarina.schwan (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Milow, BarbaraBarbara.Milow (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6350-7728NICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, PeterPeter.Wagner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9097-8026NICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Andreas K.andreas.friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 Dezember 2024
Erschienen in:ChemSusChem
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1002/cssc.202401843
Seitenbereich:e202401843-e202401843
Verlag:Wiley
ISSN:1864-5631
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Fe-N-C, electrocatalyst, carbon aerogel, oxygen reduction reaction, phosphoric acid electrolyte
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E VS - Verbrennungssysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung, E - Elektrochemische Prozesse
Standort: Oldenburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Aerogele und Aerogelverbundwerkstoffe
Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Reuter, Torben
Hinterlegt am:14 Apr 2025 15:00
Letzte Änderung:16 Apr 2025 10:43

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