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Influence of Ink Composition and Drying Technique on the Performance and Stability of Fe-N-C-Based High-Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells

Zierdt, Tanja und Mamtaz, Md Raziun Bin und Eek, Tom und Müller-Hülstede, Julia und Rehse, Steffen und Meyer, Quentin und Schonvogel, Dana und Wagner, Peter und Zhao, Chuan und Friedrich, Kaspar Andreas (2025) Influence of Ink Composition and Drying Technique on the Performance and Stability of Fe-N-C-Based High-Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells. ChemSusChem, e202500905-e202500905. Wiley. doi: 10.1002/cssc.202500905. ISSN 1864-5631.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
6MB

Offizielle URL: https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/cssc.202500905

Kurzfassung

Fe–N–C catalysts have emerged as a potentially cost-effective alternative to Pt-based catalysts in high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell cathodes. However, the optimal design and deposition method of the Pt-free catalyst layer remain unclear. Herein, the effect of conventional oven drying compared with freeze-drying on the performance of commercial Fe–N–C catalyst layers is investigated. The gas diffusion electrodes are fabricated by doctor blade coating. Freezing the wet catalyst layer at –26 °C and subsequent sublimation of the solvents leads to a 45 % increase in mass-normalized peak power density compared to the conventional oven drying. This is attributed to a templating mechanism of the solvents, resulting in a thicker catalyst layer and improved acid retention, which enables optimal reactant transport. In contrast, freeze-drying with liquid nitrogen negatively impacts the catalyst morphology, leading to reduced porosity and performance. During 100 h of operation, the performance decreases by a similar magnitude, regardless of the fabrication method used. Operando electrochemical impedance spectroscopy with the distribution of relaxation times shows no catalyst deactivation through the fabrication methods. The results highlight the importance of optimizing catalyst layer fabrication methods for Fe–N–C catalysts to achieve improved performance in fuel cell applications.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/216225/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Influence of Ink Composition and Drying Technique on the Performance and Stability of Fe-N-C-Based High-Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Zierdt, TanjaTanja.Zierdt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1527-199X192231650
Mamtaz, Md Raziun Binraziun.binmamtaz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eek, TomTom.Eek (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Müller-Hülstede, JuliaJulia.Huelstede (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7822-8425NICHT SPEZIFIZIERT
Rehse, Steffensteffen.rehse (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Meyer, Quentinq.meyer (at) unsw.edu.auhttps://orcid.org/0000-0001-6418-9680NICHT SPEZIFIZIERT
Schonvogel, DanaDana.Schonvogel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2485-740XNICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, PeterP.Wagner (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zhao, Chuanchuan.zhao (at) unsw.edu.auhttps://orcid.org/0000-0001-7007-5946NICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar AndreasAndreas.Friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:August 2025
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.202500905
Seitenbereich:e202500905-e202500905
Verlag:Wiley
ISSN:1864-5631
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Catalyst layer fabrication, electrocatalyst, Fe–N–C, freeze-drying, high-temperature proton exchange membrane fuel cells
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, E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung
Standort: Oldenburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Zierdt, Tanja
Hinterlegt am:19 Sep 2025 12:43
Letzte Änderung:22 Sep 2025 12:45

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