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Templated N-Doped Carbon Nanospheres with Tailored Porosity for High Performance PEM Fuel Cell Catalysts Under a Wide Range of Conditions

Martin, Julian und Küspert, Sven und Christmann, Kläre und Maric, Robert und von Holst, Miriam und Fadlullah, Hassan und Elsässer, Patrick und Friedrich, K. Andreas und Vierrath, Severin und Zamel, Nada und Fischer, Anna (2025) Templated N-Doped Carbon Nanospheres with Tailored Porosity for High Performance PEM Fuel Cell Catalysts Under a Wide Range of Conditions. Advanced Energy Materials, 15, Seiten 2500954-13. Wiley. doi: 10.1002/aenm.202500954. ISSN 1614-6832.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
9MB

Offizielle URL: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/

Kurzfassung

Recent studies have shown the importance of porous carbon supports in achieving high-performance proton exchange membrane fuel cells PEMFCs). Porous carbon supports control the cascaded oxygen and proton mass transport through the intraparticle porosity inside the electrocatalyst and through the interparticle porosity throughout the electrode. Here, two monodisperse mesoporous (10 and 28 nm pore size) N-doped carbon (MPNC) nanosphere supports with large particle sizes (>100 nm) are presented as supports for the design of advanced Pt-based PEMFC cathode electrocatalysts. The morphology and structure of the MPNC nanosphere supports and derived catalysts enable a 3D bottom-up design of the catalyst layer in terms of intra- and interparticle porosities, thereby positively impacting the fuel cell performance. Characterization at rotating disc electrode (RDE) and PEMFC single-cell level reveals the strong potential of the MPNC as catalyst support materials, combining excellent oxygen transport properties and improved mass activities. The MPNC-based catalysts achieve 0.66 W cm-2 at 0.76 V in single-cell configuration, outperforming state-of-the-art reference catalyst material by 27%. The results confirm not only the advantages of mesoporous N-doped carbons as advanced catalyst supports but also highlight the underexplored potential of tailoring performance determining parameters of the carbon support such as pore size and particle size.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220480/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Templated N-Doped Carbon Nanospheres with Tailored Porosity for High Performance PEM Fuel Cell Catalysts Under a Wide Range of Conditions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Martin, JulianUniversity of FreiburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Küspert, SvenUniversity of FreiburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Christmann, KläreFraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Maric, RobertHeraeus Precious Metals GmbH & Co. KGNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
von Holst, MiriamHahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fadlullah, HassanHahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Elsässer, PatrickUniversity of FreiburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, K. Andreasandreas.friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vierrath, SeverinHahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zamel, Nadanada.zamel (at) ise.fraunhofer.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fischer, Annaanna.fischer (at) ac.uni-freiburg.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:14 August 2025
Erschienen in:Advanced Energy Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:15
DOI:10.1002/aenm.202500954
Seitenbereich:Seiten 2500954-13
Verlag:Wiley
ISSN:1614-6832
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Polymer Membrane Fuel Cells, Templated Catalyst Supports, Performance
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: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Friedrich, Prof.Dr. Kaspar Andreas
Hinterlegt am:08 Dez 2025 15:17
Letzte Änderung:09 Dez 2025 09:54

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