Durable hybrid electrocatalysts for proton exchange membrane fuel cells

质子交换膜燃料电池 材料科学 耐久性 电催化剂 阴极 化学工程 碳纤维 金属 燃料电池 合金 纳米技术 电化学 复合材料 冶金 电极 化学 物理化学 工程类 复合数
作者
Fei Xiao,Gui‐Liang Xu,Chengjun Sun,Inhui Hwang,Mingjie Xu,Hsiwen Wu,Zidong Wei,Xiaoqing Pan,Khalil Amine,Minhua Shao
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:77: 105192-105192 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105192
摘要

The low durability of carbon-based non-precious metal electrocatalysts hinders their practical applications in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). In this study, we rationally design a hybrid Pt-Fe-N-C electrocatalyst with unprecedented durability. It consists of abundant Pt and Fe single atoms homogeneously dispersed on the nitrogen-doped carbon support and a small amount of Pt-Fe alloy nanoparticles. A PEMFC with Pt-Fe-N-C as the cathode shows a larger peak power density (0.75 W cm−2) than that with Fe-N-C as the cathode (0.50 W cm−2). The remarkable durability of Pt-Fe-N-C is reflected from no noticeable drop in the half-wave potential after 70000 potential cycles between 0.6 and 1.0 V in the liquid cell, and 80% current retention after 85 h of potential hold at 0.4 V in the fuel cell. This work demonstrates the feasibility of improving the durability of Fe-N-C material via ultra-low Pt doping and makes non-precious metal electrocatalysts be close to achieving commercial metrics.
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