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Enregistrement W2235090395 · doi:10.1149/ma2015-01/26/1573

Combined Nitrogen Precursor Approach to Develop Cobalt-Based Non-Precious Catalysts for Polymer Electrolyte Fuel Cell Cathodes

2015· article· en· W2235090395 sur OpenAlexaffabout
Drew Higgins, Hoon T Chung, Urszula Tylus, Zhongwei Chen, Piotr Zelenay

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2015
Typearticle
Langueen
DomaineEnergy
ThématiqueElectrocatalysts for Energy Conversion
Établissements canadiensUniversity of Waterloo
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésCobaltCatalysisPlatinumNanomaterial-based catalystCarbon fibersProton exchange membrane fuel cellChemical engineeringMaterials scienceElectrolyteChemistryInorganic chemistryOrganic chemistryElectrodeComposite numberComposite material

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The cost of the platinum-based catalysts used in polymer electrolyte membrane fuel cells (PEFCs) is estimated to be almost half of the overall fuel cell stack cost under projected conditions of fuel cell vehicle mass production [1]. To reduce this economic constraint, the development of non-platinum group metal (non-PGM) cathode catalysts with high oxygen reduction reaction (ORR) activity is highly desirable. Our group and others have demonstrated immense progress in non-PGM catalyst development, with the specific class of pyrolyzed transition metal-nitrogen-carbon (M-N-C) catalysts achieving high activity [2,3]. In order to realize the successful implementation of these non-PGM catalysts into PEFC systems, the significant issue of operational durability must be addressed. The two most promising M-N-C catalyst technologies are based on either iron or cobalt, with the former conventionally providing enhanced ORR performance, approaching that of commercial platinum catalysts. From a system perspective, however, the presence of iron species in the catalyst layer is highly undesirable. This is owing to the well-known Fenton chemistry, resulting in the formation of highly reactive free-radical species that in turn leads to membrane and/or ionomer decomposition. To address this challenge, we prepared cobalt-based catalysts using the combined-precursor approach recently developed at Los Alamos National Laboratory [4]. This approach utilizes both polyacrylonitrile (PANI) and cyanamide (CM) as nitrogen/carbon precursors that are combined and pyrolyzed with a carbon support and cobalt salt. Individually, both PANI and CM precursors have been previously demonstrated capable of forming highly ORR-active catalysts. Through this approach, we found that the relatively low decomposition temperature ( ca. 260°C) of CM allows it to synergistically act as a pore-forming agent and yield high surface-area catalysts. This in turn leads to excellent H 2 -air fuel cell performance due to the reduced mass transport limitations in the cathode. In this work, Co-CM-PANI-C was formed and found to provide promising activity towards the ORR in acidic electrolyte. Particularly, it was determined that 8.0 wt.% cobalt in the precursor mixture provided optimal ORR activity through half-cell investigation ( Figure 1 ). A half-wave potential of ca. 0.74 V vs. RHE was achieved, with current investigations underway to understand and optimize the structure-performance-durability relationships. These results, along with performance and durability data from both half-cell and MEA evaluation, will be presented at the meeting. Acknowledgements Financial support for this was has been provided by the DOE-EERE through the Fuel Cells Technologies Office and by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC). References [1] B. James, J. Motton, W. Colella. Mass Production Cost Estimation of Direct H 2 PEM Fuel Cell Systems for Transportation Applications: 2013 Update . Strategic Analysis (2014) available online at: https://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/pdfs/sa_fc_system_cost_analysis_2012.pdf [2] F. Jaouen, E. Proietti, M. Lefevre, R. Chenitz, J. Dodelet, G. Wu, H. Chung, C. Johnston, P. Zelenay, Recent advances in non-precious metal catalysis for oxygen-reduction reaction in polymer electrolyte fuel cells. Energy & Environmental Science (2011) 4, 114-130. [3] Z. Chen, D. Higgins, A. Yu, L. Zhang, J. Zhang. A review on non-precious metal electrocatalysts for PEM fuel cells. Energy & Environmental Science (2011) 4, 3167-3192. [4] P. Zelenay. Non-Precious Metal Fuel Cell Cathodes: Catalyst Development and Electrode Structure Design. 2014 Hydrogen and Fuel Cells Program Annual Merit Review and Peer Evaluation Meeting (2014) available online at: http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/review14/fc107_zelenay_2014_o.pdf Figure 1

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict)
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,255
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,017
Tête enseignante GPT0,236
Écart entre enseignants0,219 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2015
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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