Advanced Atomically Dispersed Metal–Nitrogen–Carbon Catalysts Toward Cathodic Oxygen Reduction in PEM Fuel Cells

材料科学 质子交换膜燃料电池 阴极保护 催化作用 金属 氧还原反应 膜电极组件 化学工程 碳纤维 纳米技术 电化学 电极 冶金 阳极 复合材料 有机化学 化学 工程类 物理化学 复合数
作者
Yijie Deng,Junming Luo,Bin Chi,Haibo Tang,Jing Li,Xiaochang Qiao,Yijun Shen,Yingjie Yang,Chunman Jia,Peng Rao,Shijun Liao,Xinlong Tian
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (37) 被引量:126
标识
DOI:10.1002/aenm.202101222
摘要

Abstract Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) are a highly efficient hydrogen energy conversion technology, which shows great potential in mitigating carbon emissions and the energy crisis. Currently, to accelerate the kinetics of the oxygen reduction reaction (ORR) required for PEMFCs, extensive utilization of expensive and rare platinum‐based catalysts are required at the cathodic side, impeding their large‐scale commercialization. In response to this issue, atomically dispersed metal–nitrogen–carbon (M–N–C) catalysts with cost‐effectiveness, encouraging activity, and unique advantages (e.g., homogeneous activity sites, high atom efficiency, and intrinsic activity) have been widely investigated. Considerable progress in this domain has been witnessed in the past decade. Herein, a comprehensive summary of recent development in atomically dispersed M–N–C catalysts for the ORR under acidic conditions and of their application in the membrane electrode assembly (MEA) of PEM fuel cells, are presented. The ORR mechanisms, composition, and operating principles of PEMFCs are introduced. Thereafter, atomically dispersed M–N–C catalysts towards improved acidic ORR and MEA performance is summarized in detail, and improvement strategies for MEA performance and stability are systematically analyzed. Finally, remaining challenges and significant research directions for design and development of high‐performance atomically dispersed M–N–C catalysts and MEA are discussed.
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