Pemfcは、電極、電解質、触媒、ガス拡散層を含む膜電極集合体（MEA）から構築されています。 触媒、カーボンおよび電極のインクは固体電解物に吹きかかるか、または塗られ、カーボンペーパーは細胞の内部を保護し、また電極として機能するために セルの重要な部分は、電解質、触媒、および反応物が混合する三重相境界（TPB）であり、したがってセル反応が実際に起こる場所である。 重要なことに、半反応が混合しないように、膜は導電性であってはならない。 100°Cの上の実用温度は望まれます従って水副産物は蒸気になり、水管理は細胞の設計でより少なく重大になります。
Reactions Edit
詳細情報:燃料電池
プロトン交換膜燃料電池は、水素と酸素の電気化学反応中に解放された化学エネルギーを電気エネルギーに変換し、水素と酸素ガスを直接燃焼させて熱エネルギーを生成するのではなく、水素と酸素の電気化学反応中に解放された化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。
水素の流れがMEAのアノード側に送達される。 陽極側では、それは触媒的にプロトンと電子に分割される。 この酸化半電池反応または水素酸化反応（HOR）は、陽極では
で表され、新たに形成されたプロトンは高分子電解質膜を通って陰極側に浸透する。 電子は外部負荷回路に沿ってMEAのカソード側に移動し、燃料電池の電流出力を生成します。一方、酸素の流れは、ＭＥＡのカソード側に送達される。 陰極側では、酸素分子は高分子電解質膜を透過する陽子と外部回路を通って到着する電子と反応して水分子を形成する。 この還元半電池反応または酸素還元反応（ORR）は、次のように表されます。
カソードで：
全体的な反応：
可逆反応は式で表され、水素陽子と電子が酸素分子と一緒に再結合し、一つの水分子が形成されることを示しています。 それぞれの場合の電位は、標準的な水素電極に関して与えられる。
高分子電解質膜
主な記事：高分子電解質膜
非貴金属触媒カソードとPt/Cアノードを用いたPEMFC MEA断面のSEM顕微鏡写真。 明快さのために適用される偽の色。
PEMFCのためのMEAの製作方法
機能するためには、膜は水素イオン（陽子）を伝導しなければならないが、これが実質的に燃料電池を”短絡”させるように電子は伝導しなければならない。 膜はまた、いずれかのガスがセルの反対側に通過することを許可してはならず、ガス交差として知られている問題である。 最後に、膜は陰極での還元環境、ならびに陽極での過酷な酸化環境に対して耐性でなければならない。
白金触媒を用いることにより、水素分子の分割が比較的容易である。 しかし残念なことに、酸素分子を分割することはより困難であり、これは重大な電気損失を引き起こす。 このプロセスのための適切な触媒材料は発見されておらず、白金が最良の選択肢である。
白金に代わる安価なものとして、Vladimír Matolín教授の研究グループがPEMFCの開発に使用した酸化セリウム(IV)触媒がある。
StrengthsEdit
PEMFCは、そのコンパクトさのために、携帯電話に至るまで、あらゆるサイズの車両やその他のモバイルアプリケーションの主要な候補です。
弱さ編集
PEMに基づく燃料電池にはまだ多くの問題があります：
1。 水管理
水管理はパフォーマンスにとって重要です: 水が余りにゆっくり蒸発すれば、膜をあふれ、分野の流れの版のの中の水の蓄積は燃料電池に酸素の流れを妨害しますが、水が余りに速く蒸発すれば、膜は乾燥し、それを渡る抵抗は増加します。 場合は両方とも安定性および出力への損害を与えます。 水管理は主に膜の水が分極によって細胞の陰極の方に引き付けられるので、PEMシステムの非常に困難な主題です。
電気浸透ポンプの統合を含む水を管理するための多種多様なソリューションが存在します。
水の再循環問題を解決するためのもう一つの革新的な方法は、トヨタ未来、2014で使用されている3Dファインメッシュフローフィールド設計です。 FCの積み重ねの慣習的な設計はまっすぐなチャネルおよび多孔性の金属の流れ分野が付いている加湿器を通って空気出口からの空気入口に水を再流れ場は肋骨およびチャネルから成っている構造である。 しかし，リブはガス拡散層（ＧＤＬ）を部分的に覆い，結果として得られるガス輸送距離はチャネル間距離よりも長い。 さらに、ＧＤＬと肋骨との間の接触圧力は、また、肋骨およびチャネルを横切ってその厚さを不均一にするＧＤＬを圧縮する。 肋骨の大きい幅そして不均一厚さは集まるために水蒸気のための潜在性を高め、酸素は妥協されます。 その結果、酸素が触媒層に拡散するのを妨げられ、FC内で不均一な発電をもたらす。
この新しい設計により、加湿システムなしで最初のFCスタック機能を可能にし、水の再循環の問題を克服し、高い出力安定性を達成しました。 3Dマイクロ格子はガスの流れのためのより多くの細道を可能にする;従って、それは膜の電極およびガスの拡散の層アセンブリ(MEGA)の方に気流を促進し、触媒層へのO2拡散を促進する。 従来の流れ場とは異なり、複雑な場の3Dマイクロ格子はバッフルとして機能し、GDLと流れ場の間の頻繁なマイクロスケールの界面フラックスを誘導 この繰り返しマイクロスケールの対流流により、触媒層（Ｃ ｌ）への酸素輸送およびＧＤＬからの液体水除去が著しく強化される。 発生させた水は気孔内の蓄積を防ぐ流れ分野を通してすぐに引き出されます。 その結果、この流れ場からの発電は横断面を渡って均一であり、自己加湿は可能になる。
2. 触媒の脆弱性
膜上の白金触媒は一酸化炭素によって容易に毒され（通常は百万分の一以下の部分が許容される）、膜は金属バイポーラプレートの腐食、燃料電池システム
Daimler Chrysler Necar5のように改質されたメタノールを使用するPEMシステムが提案されました。 水素を得るためにそれを反応させることは、しかし非常に複雑なプロセスであり、それは反応が生成する一酸化炭素からの精製も必要とする。 白金-ルテニウム触媒は、一酸化炭素が不可避的に膜に到達するために必要である。 レベルは百万あたり10部を超えてはなりません。 さらに、このような改質器反応器の起動時間は約30分である。 あるいは、メタノール、およびいくつかの他のバイオ燃料は、改質されることなく直接PEM燃料電池に供給することができ、したがって直接メタノール燃料電池（DMFC）を作ることができる。 これらの装置は限られた成功と作動する。
3. 動作温度の制限
最も一般的に使用される膜はChemoursによるNafionであり、プロトンを輸送するために膜の液体水加湿に依存しています。 これは膜が乾燥するので80から90°Cの上の温度を使用することは実行可能ではないことを意味します。 他の、最近の膜のタイプは、polybenzimidazole(PBI)またはリン酸に基づいて、220°Cまで水管理を使用しないで達することができます: 温度が高いほど、効率、電力密度、冷却の容易さ（許容温度差が大きいため）、一酸化炭素中毒に対する感受性の低下、および制御性の向上（膜内の水管理の問題がないため）が可能になるが、これらの最近のタイプはそれほど一般的ではない。 PBIは添加および温度の量のリン酸または硫酸そして伝導性のスケールと添加することができます。 高温では、ナフィオンを水和状態に保つことは困難であるが、この酸ドープ材料はプロトン伝導の媒体として水を使用しない。 それはまたNafionより高力、よりよい機械特性を表わし、より安いです。 しかし、酸浸出はかなりの問題であり、処理、触媒と混合してインクを形成することは難しいことが証明されている。 PEEKのような芳香族ポリマーは、テフロン（PTFEおよびNafionの骨格）よりもはるかに安価であり、その極性特性はNafionよりも温度依存性が低い水和をもたらす。 しかしながら、ＰＥＥＫは、Ｎａｆｉｏｎよりもイオン伝導性がはるかに低く、したがって、あまり好ましい電解質の選択ではない。 最近、プロトン性イオン液体およびプロトン性有機イオン性プラスチック結晶は、高温（100-200℃）Pemfcのための有望な代替電解質材料として示されている。
ElectrodesEdit
電極は、典型的には、炭素支持体、Pt粒子、ナフィオンアイオノマー、および/またはテフロンバインダーで構成されています。 炭素支持体は電気導体として機能し、Pt粒子は反応部位であり、アイオノマーはプロトン伝導の経路を提供し、テフロンバインダーは電極の疎水性を増加させて潜在的なフラッディングを最小限に抑えた。 電極での電気化学反応を可能にするためには、プロトン、電子、反応ガス（水素または酸素）が電極内の触媒の表面にアクセスする必要があり、生成物の水は液体または気体相、または両方の相に存在する可能性があり、触媒からガス出口に浸透することができなければならない。 これらの特性は、典型的には、高分子電解質結合剤（アイオノマー）および炭素粒子上に担持された触媒ナノ粒子の多孔質複合材料によって実現される。 典型的には、陽極および陰極での電気化学反応の触媒として白金が使用され、ナノ粒子は、高価な白金の量を減少させる（さらに後述するように）高い表面対重量比を実現する。 高分子電解質バインダーはイオン伝導性を提供し、触媒の炭素支持体は電気伝導性を改善し、低い白金金属負荷を可能にする。 複合電極における電気伝導度は、典型的には、プロトン伝導度の40倍以上高い。
ガス拡散層編集
GDLは触媒と集電体を電気的に接続します。 それは、多孔性、導電性、および薄いでなければならない。 反応物は触媒に到達することができなければならないが、導電性および多孔性は反対の力として作用することができる。 最適には、ＧＤＬは、約３分の１のＮａｆｉｏｎまたは１ ５％のＰＴＦＥから構成されるべきである。 表面積がこの層の中で最も重要な変数ではないので、ＧＤＬで使用される炭素粒子は、触媒で使用されるものよりも大きくすることができる。 GDLは機械強さの必要な気孔率のバランスをとるためにおよそ15-35µ m厚いべきです。 多くの場合、中間多孔質層は、ＧＤＬ中の大きな細孔と触媒層中の小さな多孔度との間の遷移を容易にするために、ｇｄｌと触媒層との間に添加される。 GDLの主な機能は、水を除去するのを助けることであるため、水がGDLを効果的にブロックすると、製品、洪水が発生する可能性があります。 これにより、反応物が触媒にアクセスする能力が制限され、性能が著しく低下する。 テフロンはgdlに氾濫の可能性を限るために塗ることができる。 いくつかの微視的変数は、gdlsで分析されます：気孔率、ねじれ度および透過性。 これらの変数は、燃料電池の挙動に対する発生率を有する。
効率編集
ギブス自由エネルギー方程式Δ G=−237.13kJ/molを適用し、水素の発熱量（Δ H=-285.84kJ/mol）を使用する最大理論効率は、83％で298Kである。
η=Δ G Δ H=1-T Δ S Δ H{\displaystyle\eta={\frac{\Delta G}{\Delta H}}=1-{\frac{t\Delta s}{\Delta H}}}
pemの実用的な効率は50-60％の範囲にあります。損失を生み出す主な要因は次のとおりです:
- 活性化損失
- オーミック損失
- 質量輸送損失
有機金属フレームワーク編集
有機金属フレームワーク（Mof）は、有機リンカーで接続された金属ノードからなる比較的新しいクラスの多孔質、高結晶性材料である。 金属の中心および配位子を処理するか、または代わりにすることの簡易性が原因で、設計観点から魅力的の可能な組合せの事実上無制限数がある。 Mofは調整可能な気孔のサイズ、熱安定性、大量容量、大きい表面積および好ましい電気化学の特徴による多くの独特な特性を表わします。 その多くの多様な用途の中で、Mofは、水素貯蔵、ガス分離、スーパーキャパシタ、リチウムイオン電池、太陽電池、燃料電池などのクリーンエネルギー用途の有望な候補 燃料電池研究の分野では、従来の高分子膜やPt触媒に代わる潜在的な電解質材料や電極触媒としてMofが研究されています。
電解質材料として、Mofを含めることは、最初は直感的ではないようです。 燃料電池膜は、一般に、燃料の交差および陽極と陰極との間の電圧の損失を防止するために、低い多孔性を有する。 さらに、膜は、無秩序な材料ではイオンの輸送がより有利であるため、低い結晶性を有する傾向がある。 一方、細孔は、最終的に系のイオン伝導性を高める追加のイオンキャリアで充填することができ、高い結晶化度は設計プロセスを複雑にしない。
Pemfc用の良好な電解質の一般的な要件は、電極間のプロトン輸送を可能にするための高いプロトン伝導率（実用上の用途では>10-2S/cm）、燃料電池の運転条件（環境湿度、可変温度、有毒種に対する耐性など）下での良好な化学的安定性および熱安定性である。薄膜に処理される）、安価、機能および他の細胞の部品との全面的な両立性。 高分子材料は、現在、プロトン伝導膜の好ましい選択であるが、それらは適切な性能のために加湿を必要とし、時にはそれによって効率の損失を引き 前述したように、ナフィオンはまた、<100℃の脱水温度によって制限され、反応速度が遅く、コスト効率が悪く、Pt電極触媒のCO中毒を引き起こす可能性があ 逆に、Mofは、低温および高温の両方のレジームでだけでなく、湿度条件の広い範囲にわたって有望なプロトン伝導率を示しています。 100℃以下および水和下では、水素結合および溶媒水分子の存在がプロトン輸送を助けるが、無水条件は100℃以上の温度に適している。MOFsはまた、電荷を運ぶ（すなわち、水、酸など）の包含に加えて、フレームワーク自体によってプロトン伝導性を示す明確な利点を有する。）を毛穴に入れています。
低温の例は北川らの研究である。 ｗｈｏは二次元シュウ酸架橋アニオン層骨格をホストとして使用し，アンモニウムカチオンとアジピン酸分子を細孔に導入してプロトン濃度を増加させた。 結果は、25℃および98％の相対湿度（RH）で「超音速」伝導性（8×10-3S/cm）を示すMOFの最初の例の1つであった。 彼らは後に、細孔に導入された陽イオンの親水性を高めることは、プロトン伝導性をさらに高めることができることを発見した。 水和の程度に依存するこの低温領域では、プロトン伝導度が湿度レベルに大きく依存することも示されている。
高温無水の例としてはPCMOF2があり、これはナトリウムイオンがトリスルホン化ベンゼン誘導体に配位している。 性能を改善し、より高い実用温度を可能にするためには、水は気孔内のより少なく揮発イミダゾールかトリアゾールの分子によってプロトンのキャリアと 達成された最高温度は150°Cであり、最適導電率は5×10-4S/cmであり、これは他の現在の電解質膜よりも低い。 しかし、このモデルは、その温度領域、無水条件、および細孔内のゲスト分子の量を制御する能力のための約束を保持し、すべてのプロトン伝導性の調整 さらに、トリアゾール負荷PCMOF2はH2/空気膜電極アセンブリに組み込まれ、1の開回路電圧を達成しました。18Vで100℃で72時間安定しており、テスト中もガスタイトなままでした。 これは、Mofが実際に機能する燃料電池に実装できることを証明した最初の例であり、適度な電位差は、多孔性による燃料の交差が問題ではないこと
これまで、MOF電解質で達成された最高のプロトン伝導度は、湿気の多い条件下（98％RH）で25℃で4.2×10-2S/cmであり、これはNafionと競合しています。 最近の実験では、従来のバルク試料や単結晶の代わりに薄膜MOF膜を作製することに成功しており、その産業上の適用性にとって重要です。 Mofが十分な導電性レベル、機械的強度、水の安定性、および簡単な処理を一貫して達成できるようになると、近い将来、Pemfcにおいて重要な役割を果たす可
Mofは、電極触媒の白金族金属（PGM）材料の代替材料としても標的にされていますが、この研究はまだ開発の初期段階にあります。 Ｐｅｍｆｃｓでは，Ｐｔカソードでの酸素還元反応（ORＲ）はアノードでの燃料酸化反応よりも著しく遅く，非ＰＧＭ触媒および金属フリー触媒が代替として検討されている。 MOFsの金属イオン場所の高い容積測定密度、大きい気孔の表面積および開放性はそれらに触媒の前駆物質のための理想的な候補者をする。 有望な触媒能力にもかかわらず、これらの提案されたMOFベースの触媒の耐久性は、現在望ましいよりも少なく、この文脈でのORR機構はまだ完全に理解され
Catalyst researchEdit
PEM燃料電池用触媒に関する現在の研究の多くは、以下の主な目的のいずれかを有するものとして分類することができる:
- 現在のPEM燃料電池で使用されている標準的な炭素担持白金粒子触媒よりも高い触媒活性を得る
- 不純物ガスによるPEM燃料電池触媒の中毒を減>
これらのアプローチの例は、以下のセクションで説明されています。
触媒活性の増加edit
前述のように、白金はPEM燃料電池触媒に使用される最も効果的な元素であり、現在のPEM燃料電池のほぼすべては、多孔質炭素担体上の白金粒子を使用して水素酸化と酸素還元の両方を触媒する。 しかし、その高いコストのために、現在のPt/C触媒は商業化のために実行可能ではない。 米国 エネルギー省は、内燃機関の現実的な代替手段を表現するために、白金ベースの触媒は、現在のPEM燃料電池設計で使用されているよりも約四倍少ないプラ したがって、PEM燃料電池の触媒設計の主な目標の1つは、白金の触媒活性を4倍に増加させ、同様の性能を達成するために必要な貴金属の4分の1
白金触媒の性能を向上させる一つの方法は、白金粒子のサイズと形状を最適化することです。 粒子のサイズを小さくするだけで、使用される白金の体積あたりの反応に関与するために利用可能な触媒の総表面積が増加するが、最近の研究では、触媒性能をさらに改善するための追加の方法が実証されている。 例えば、ある研究では、白金ナノ粒子の高指数ファセット（すなわち、Pt（730）のような大きな整数を持つミラーインデックス）は、典型的な白金ナノ粒子よりも酸素還元のための反応性サイトの密度が高いことが報告されている。
最も一般的で効果的な触媒である白金は非常に高価であるため、表面積を最大化し、負荷を最小限に抑えるために代替処理が必要です。 炭素粉末（Pt/C）上にナノサイズのPt粒子を堆積させると、大きなPt表面積が得られ、炭素は触媒とセルの残りの部分との間の電気的接続を可能にする。 白金は、高い活性を有し、電子移動を促進するのに十分強く水素と結合するが、水素が細胞の周りを移動し続けるのを阻害しないので、非常に効果的で しかし、白金は陰極酸素還元反応において活性が低い。 これは、より多くの白金の使用を必要とし、セルの費用およびしたがって実現可能性を増加させる。 多くの潜在的な触媒の選択は細胞の極度な酸味のために除外されます。
現在最良の選択肢である炭素粉末上のナノスケールPtを達成する最も効果的な方法は、真空蒸着、スパッタリング、電着によるものです。 白金粒子は、PTFEを透過したカーボン紙上に堆積される。 しかし、この触媒層には最適な薄さがあり、低コストの限界を制限しています。 4nm以下では、Ptは紙の上に島を形成し、その活性を制限する。 この厚さを超えると、Ptは炭素を被覆し、効果的な触媒となる。 さらに複雑にするために、Nafionは10umを超えて浸透することができないため、これ以上のPtを使用することは不要な費用です。 したがって、触媒の量および形状は、他の材料の制約によって制限される。
白金の触媒活性を高める第二の方法は、それを他の金属と合金化することである。 例えば、最近、Ｐｔ３Ｎｉ（１ １ １）表面は、純粋なＰｔ（１ １ １）よりも１ ０倍高い酸素還元活性を有することが示された。 この劇的な性能向上は、PEM燃料電池に存在する酸素含有イオン種と結合する傾向を減少させ、したがって酸素吸着と還元のための利用可能なサイトの数を増加させることによって、表面の電子構造を改変したことに起因すると考えられている。
超音波ノズルを使用して、白金触媒を電解質層またはカーボン紙に大気条件下で塗布することにより、高効率スプレーを実現することができます。 研究では、このタイプのスプレーによって生成される液滴の均一なサイズのために、ノズルの非目詰まり性質のために技術の高い移動効率のために、そして最終的に超音波エネルギーが霧化の直前に懸濁液を脱凝集させるという事実のために、このように製造された燃料電池MEAは最終的なMEAにおいてより大きな均質性を有し、そしてセルを通るガス流はより均一であり、mea中の白金の効率を最大化することが示されている。膜上に触媒を堆積させるためにインクジェット印刷を用いた最近の研究では、堆積した触媒層の厚さが減少するため、高い触媒利用率が示されて
ごく最近、Ptリッチシェル内に秩序化された金属間コアを封入したPt-M（M-FeおよびCo）システムの場合に、新しいクラスのORR電気触媒が導入されました。 これらの金属間コアシェル（IMCS）ナノ触媒は、強化された活性を示すことが判明し、最も重要なのは、多くの以前の設計に比べて拡張された耐久性です。 観測された活性の増強は歪格子に起因するが，分解速度論に関する彼らの知見は，延長された触媒耐久性が持続的な原子秩序に起因することを確立することを報告している。
毒を減らす編集
触媒性能を向上させるための他の一般的なアプローチは、燃料源、特に一酸化炭素（CO）中の不純物に対する感度を低下させることで 現在，純粋な水素ガスは電気分解により大量生産することが経済的になっている。 しかし、現時点では、水素ガスは、軽質炭化水素を水蒸気改質することによって生成され、CO（1〜3％）、CO2（19〜25％）、およびN2（25％）も含むガスの混合物を生成するプ COの百万あたりの部品の数十は純粋な白金触媒を毒することができる従ってCOへのプラチナの抵抗を高めることは研究の活動的な区域である。
例えば、ある研究では、（100）ファセットを有する立方体状の白金ナノ粒子は、同様のサイズのランダムにファセットされた白金ナノ粒子と比較して、酸素還元活性の四倍の増加を示したことが報告されている。 著者らは、ランダムに形成されたナノ粒子の（111）ファセットは、（100）ファセットよりも硫酸イオンに強く結合し、酸素分子に開放された触媒部位の数を減 対照的に、彼らが合成したナノキューブは、硫酸塩とより弱く相互作用することが知られているほぼ独占的に（100）ファセットを持っていた。 その結果、これらの粒子の表面積のより大きな割合が酸素の還元に利用可能であり、触媒の酸素還元活性を高めた。
さらに、触媒の中毒を避けるために、水素燃料が燃料電池に入る前にCO含有量を減らす方法を研究者が検討しています。 ある最近の研究では、ルテニウム-白金コアシェルナノ粒子がCOを酸化してCO2を形成するのに特に効果的であることが明らかになった。 この効果を生じるメカニズムは、上記のPt3Niについて説明したメカニズムと概念的に似ています: 粒子のルテニウムコアは白金表面の電子構造を変化させ、COの酸化を触媒することができるようになる。
コスト削減edit
今日のPEM燃料電池の実行可能性に対する課題は、そのコストと安定性に残っています。 高コストは、大部分がPEMセルの触媒層における白金の貴金属の使用に起因する可能性がある。 電気触媒は現在、燃料電池スタックのコストのほぼ半分を占めています。 PEM燃料電池のPt負荷は、過去十年間で二桁減少しているが、さらなる削減は、技術が商業化のために経済的に実行可能にするために必要です。 Pt系触媒の電気触媒活性を向上させることによってこの問題に対処することを目的とする研究があるが、Pt系技術に匹敵する性能を有する非白金族金属（非PGM）カソード触媒を開発することにより、Ptの使用を完全に排除することができる。 米国 エネルギー省は、5000時間の耐久性と300a cm-3の非PGM触媒ORR体積活性を目標とし、燃料電池の開発のためのマイルストーンを設定しています。
Pt系触媒の有望な代替品は、金属/窒素/炭素触媒（M/N/C触媒）である。 高い発電密度、またはセルの表面積に対する電力の出力を達成するためには、Ptベースの触媒の少なくとも1/10の体積活性を良好な質量輸送特性と Ｍ／Ｎ／Ｃ−触媒は、Ｐｔベースの触媒よりも低い体積活性を示すが、そのような触媒のコストの低減は、補償するためのより大きな負荷を可能にする。 しかし、M/N/C触媒の負荷を増加させることはまた、触媒層を厚くし、その質量輸送特性を損なう。 言い換えれば、H2、O2、陽子、および電子は、触媒層を通って移動することがより困難であり、セルの電圧出力を減少させる。 M/N/C触媒ネットワークの高い微小孔性は高い体積活性をもたらすが、改善された質量輸送特性は、代わりにネットワークのマクロ孔性に関連している。 これらのM/N/C材料は、金属、窒素、および炭素を含む前駆体の高温熱分解および他の高温処理を用いて合成される。
最近、研究者は酢酸鉄（II）（FeAc）、フェナントロリン（Phen）、および有機金属骨格（MOF）ホストから誘導されたFe/N/C触媒を開発しました。 MOFはZF-8と呼ばれるZn(II)ゼオライトイミダゾレートフレームワーク(ZIF)であり、高い微多孔質表面積とORR活性を助長する高い窒素content有量を示しています。 FeAc/Phen/ZIF-8触媒のパワー密度は0.75W cm-2で0.6Vであることが判明したこの値は、以前のM/N/C触媒の最大0.37W cm−2パワー密度よりも大幅に改善され、1.0−1.2w cm-2の典型的な値に一致することに非常に近い0.3mg cm–2のPtローディングを有するPtベースの触媒のための。 この触媒はまた、230A·cm−3の体積活性を示し、これまでの非PGM触媒の最高値であり、米国エネルギー省のマイルストーンに近づいています。
新規FeAc/Phen/ZIF-8触媒によって達成された電力密度は有望であるが、その耐久性は商業的用途には不十分なままである。 この触媒によって示された最高の耐久性は、Ｈ２／空気中で１ ０ ０時間にわたって電流密度が１ ５％低下したことが報告されている。 したがって、Fe系非PGM触媒は、その電気触媒活性においてPt系触媒に匹敵するが、その劣化メカニズムを理解し、その耐久性を向上させるためにはまだ多くの作業が行われている。
