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M-N-C Catalysts Development for PEM Fuel Cells and CO2 Electrolysis

Müller-Hülstede, Julia und Buschermöhle, Julia und Zierdt, Tanja und Schonvogel, Dana und Mechler, Anna und Kumar, Piyush und Wark, Michael und Friedrich, Kaspar Andreas (2025) M-N-C Catalysts Development for PEM Fuel Cells and CO2 Electrolysis. 76th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry, 2025-09-07 - 2025-09-12, Mainz.

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Kurzfassung

Several green electrochemical technologies rely on noble metal-based catalysts. This includes high temperature (HT) and low temperature (LT) proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) and CO2 electrolysis. In the case of PEMFC, Pt-based catalysts are used at the anode and cathode, and Ag-based electrodes are commonly used for CO2 reduction. For PEMFC, the replacement of the Pt catalyst for the oxygen reduction reaction (ORR) by metal-nitrogen-carbon (M N C) catalysts using Fe-N-Cs is promising. However, Fe N Cs have lower performance and stability compared to Pt.[1] We will present three pathways to overcome these challenges: (i) Increasing the mass activity by using bimetallic Fe-Sn-N-C catalysts (Fig. 1 a):  19.3 A g-1 for Fe-Sn-N-C vs. 4.8 A g-1 for comm. Fe-N-C in 0.5 mol L-1 H3PO4 at 0.8 V[2] (ii) Impact of solvent and drying method for electrode fabrication on HT-PEMFC performance:  iso-propanol better than tert-butanol; Freeze-drying better than oven drying. (iii) Addition of small amounts of Pt to Fe-N-C[3] to maintain stability (Fig 1 b):  Maintaining the voltage over time instead of drastic voltage decrease. Moreover, the bimetallic catalyst synthesis route used for Fe-Sn-N-C catalyst (Fig 1 a) is used for fabrication of different bimetallic catalysts for the CO2 reduction reaction (CO2RR), to target CO and C2+ products (Fig 1 c). This includes application of different metals (Fe, Co, Sn, Ni and Cu) in the synthesis as well as physical analysis, e.g., XPS, HR-TEM, Mössbauer spectroscopy and XAS for determination of the nature of active sites. All in all, an overview of optimization approaches to increase performance and stability of Pt-free catalysts for ORR in PEMFC and replace Ag in CO2RR will be given.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/216460/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:M-N-C Catalysts Development for PEM Fuel Cells and CO2 Electrolysis
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Müller-Hülstede, JuliaJulia.Huelstede (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7822-8425NICHT SPEZIFIZIERT
Buschermöhle, Juliajulia.buschermoehle (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0414-9756NICHT SPEZIFIZIERT
Zierdt, TanjaTanja.Zierdt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1527-199XNICHT SPEZIFIZIERT
Schonvogel, DanaDana.Schonvogel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2485-740XNICHT SPEZIFIZIERT
Mechler, AnnaAnna.Mechler (at) avt.rwth-aachen.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kumar, PiyushPiyush.Kumar (at) avt.rwth-aachen.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wark, MichaelCarl von Ossietzky Universityhttps://orcid.org/0000-0002-8725-0103NICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar AndreasAndreas.Friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 September 2025
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:HT-PEMFC, ORR, CO2RR
Veranstaltungstitel:76th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
Veranstaltungsort:Mainz
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:7 September 2025
Veranstaltungsende:12 September 2025
Veranstalter :ISE
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:19 Sep 2025 12:40
Letzte Änderung:19 Sep 2025 12:40

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