Reduction of platinum loading in gas diffusion electrodes for high temperature proton exchange membrane fuel cell application: Characterization and effect on oxygen reduction reaction performance

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作者
Henrike Schmies,Tanja Zierdt,Julia Mueller-Huelstede,Wolfram Deter,Julian Lorenz,Michael Wark,Peter Wagner
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:529: 231276-231276 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.231276
摘要

Lowering the Pt loading in catalyst layers of high temperature proton exchange membrane fuel cells (HT PEMFC) is of particular importance due to the currently high amounts of noble metal needed for the required performance. This work focusses on lowered Pt loadings at the cathode of a HT PEMFC outgoing from the state-of-the-art loadings of 0.85 mg cm −2 . Therefore, a commercial half-cell setup is utilized for investigation of gas diffusion electrodes (GDE) in concentrated H 3 PO 4 at 140 °C. Self-fabricated GDEs from ultrasonic spray-coating of the catalyst layers using a commercial PtNi/C catalyst are optimized with respect to the binder content and analyzed by μ-computed tomography (μ-CT). Performances of GDEs with various Pt loadings are intensively tested and related to the Pt utilization and possible (mass transport) limitations. It is shown that the commercial GDE can be outperformed by self-prepared GDEs with comparable and lower Pt loadings. μ-CT is used to determine the catalyst layer thicknesses and a comparison of oxygen and air as reactant gases gives insights into occurring mass transport limitations. The implementation of spray-coated GDEs into MEAs and the performances observed in HT PEMFC measurements provide new insights into transferring GDE half-cell results to single-cell tests. • Investigation of GDEs with a wide range of Pt loadings and their ORR performance • Superior performance of self-fabricated GDEs by comparison to a commercial sample • Visualization of GDEs by μ-CT and CL thickness determination • Application of GDEs in HT PEMFC single cell tests
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