Mooste, Marek und Müller-Hülstede, Julia und Buschermöhle, Julia und Rücker, Konstantin und Zierdt, Tanja und Ewert, Jana und Fuhrmann, Killian und Harder, Nils und Wilhelm, Michaela und Wagner, Peter und Schonvogel, Dana und Friedrich, K. Andreas (2026) Fe, Co, and ZIF-8 co-doped catalysts with carbon nanotubes and a SiOC composite backbone for high-temperature PEM fuel cell cathodes. Journal of Materials Chemistry A, 14 (35), Seiten 23441-23456. Royal Society of Chemistry. doi: 10.1039/d6ta01012a. ISSN 2050-7488.
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Offizielle URL: https://doi.org/10.1039/d6ta01012a
Kurzfassung
The development of high-temperature proton exchange membrane fuel cell (HT-PEMFC) technology is crucial for implementing the hydrogen economy and decarbonising (heavy) transport and aviation sectors. To replace Pt-based materials at the HT-PEMFC cathode, we propose an Fe, Co, and N-functionalised catalyst with a nanocarbon backbone consisting of a carbon nanotube (CNT) and silicon oxycarbide (SiOC) blend. SiOC is a subclass of polymer-derived carbon (PDC). The CoFe–N–CNT/PDC catalyst is prepared using zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) as a nitrogen source via pyrolysis, followed by an acid-leaching step. Preliminary testing of oxygen reduction reaction (ORR) activity was conducted comparatively using a rotating ring-disc electrode (RRDE) method at room temperature in 0.5 M H3PO4 and with a high-temperature gas diffusion electrode (HT-GDE) half-cell setup at 160 °C in conc. H3PO4. Comparative stability testing under RRDE and HT-GDE conditions showed the superior durability of PDC in the catalyst backbone. In more detail, a voltage loss of 36 mV was observed after a 3-hour HT-GDE test at a constant current density of 100 mA cm−2 for the CoFe–N–PDC catalyst, while Fe–N–C (Pajarito Powder, LLC) showed a corresponding value of 80 mV. A maximum power density (Pmax) with CoFe–N–CNT/PDC in the HT-GDE of 187 mW cm−2 was obtained, outperforming the Pmax of 153 mW cm−2 for Fe–N–C. During the HT-PEMFC single-cell tests, Fe–N–C with a Pmax of 134 mW cm−2 surpassed the CoFe–N–CNT/PDC and CoFe–N–CNT cathodes (Pmax of 112–124 mW cm−2). The high activity towards the ORR of the CoFe–N–CNT/PDC was attributed to the presence of Fe-, Co-, and N-based active sites and an optimised nanocarbon backbone.
| elib-URL des Eintrags: | https://elib.dlr.de/228246/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Dokumentart: | Zeitschriftenbeitrag | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Titel: | Fe, Co, and ZIF-8 co-doped catalysts with carbon nanotubes and a SiOC composite backbone for high-temperature PEM fuel cell cathodes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Autoren: |
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| Datum: | 22 April 2026 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Erschienen in: | Journal of Materials Chemistry A | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Referierte Publikation: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | Nein | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Band: | 14 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1039/d6ta01012a | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Seitenbereich: | Seiten 23441-23456 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Verlag: | Royal Society of Chemistry | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 2050-7488 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | veröffentlicht | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Stichwörter: | Fuel Cells, Electrocatalyst, ORR | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 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: | 30 Okt 2026 15:51 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Letzte Änderung: | 04 Nov 2026 12:00 |
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