Linker Group Directed High Mass Activity Fe–N–C Cathode in Proton Exchange Membrane Fuel Cells

材料科学 阴极 催化作用 质子交换膜燃料电池 氢铵 化学工程 质子 膜电极组件 离子交换 堆栈(抽象数据类型) 燃料电池 电极 功率密度 渗透 氧气 直接乙醇燃料电池 电流密度 无机化学 离聚物 离子 基础(拓扑) 纳米技术 碳纤维 相间
作者
Zhechen Fan,Shuhu Yin,Wenhao Miao,Yudie Zhou,Weiyi Zhao,Yixuan Yin,Hao Yu,Lin Lin,L. G. Hou,Hao Wan,Ying Wang,J. Ge
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (11): e18053-e18053 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adma.202518053
摘要

ABSTRACT Atomically dispersed Fe–N–C catalysts are regarded as promising alternatives to platinum‐group‐metal (PGM) catalysts for proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). However, their further development is hindered by inadequate utilization of active sites in membrane electrode assembly (MEA). Herein, we developed a high mass activity O–FeNC catalyst with high site density and enhanced site utilization. C═O groups function as hard base linkers, promoting the densification of FeN 4 sites through Lewis acid‐base interactions. Moreover, they also direct interfacial alignment within triple‐phase boundaries, leading to concentrated hydronium ions and accelerated oxygen permeation via regulated ionomer nanophase segregation. As a result, the obtained O–FeNC cathode delivered a current density of 66.45 mA cm −2 at 0.90 V iR‐free , surpassing the US Department of Energy 2025 target (44 mA cm −2 at 0.9 V iR‐free ), with a mass activity that is 59% higher than commercial Pt/C. The peak power densities reached 1.8 W cm −2 under H 2 –O 2 and 0.93 W cm −2 under H 2 –air, alongside demonstrated industrial scalability through gram‐scale synthesis and a 500 W PGM‐free cathode stack prototype.
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